Die Wissenschaft erklärt Polymere

Der schnelle Erfolg von Bakelite entfachte sowohl in Amerika als auch Europa eine Vielzahl von Untersuchungen seiner Synthese und von Innovationen. Als sich der finanzielle Einsatz erhöhte, wurde allmählich der "Auf gut Glück"-Ansatz der Garagenerfinder, der die Industrie dominiert hatte, durch systematischere Anstrengungen ersetzt. Nicht länger damit zufrieden, mit Rohmaterialien und unterschiedlichen Verarbeitungsmethoden herumzubasteln, begannen Forscher damit systematische Forschung anzuwenden, um die Molekularstruktur von Polymeren zu entschlüsseln.

Von den scheinbar einmaligen Attributen von Polymeren fasziniert, begann der deutsche Organische Chemiker Hermann Staudinger 1920 damit, ihr Verhalten und ihre chemischen Eigenschaften zu erforschen. Staudingers Studien legten nahe, daß Polymere aus langen Molekülketten zusammengesetzt waren, die aus vielen gleichen oder nahe verwandten chemischen Einheiten bestanden. Überdies schlug er vor, daß ihre außergewöhnliche Zugfestigkeit und Elastizität das Ergebnis dieser großen Länge waren oder, chemisch ausgedrückt, ihres hohen Molekulargewichtes. Lösungen von Polymeren haben aus dem gleichen Grund eine sehr hohe Zähflüssigkeit (der Widerstand einer Flüssigkeit zu fließen). Staudingers Ideen klingen vielleicht heutzutage nicht besonders radikal, damals jedoch wurde er von seinen Kollegen in der Organischen Chemie verspottet und seine Theorien hatten nur eine begrenzte Wirkung auf die wissenschaftliche Gemeinde. Die Existenz polymerer Kettenmoleküle wurde tatsächlich bis 1928 nicht akzeptiert, dem Jahr, indem Kurt Meyer und Herman Mark, die für das deutsche Chemieunternehmen I. G. Farben in Ludwigshafen arbeiteten, ihre Existenz durch die Aufklärung der Kristallstruktur von Polymeren mit Röntgenstrahlen demonstrierten. Viele Jahre später wurde Staudinger für seine Anstrengungen und seine Beharrlichkeit anerkannt und erhielt 1953 als erster Polymer-Chemiker den Nobelpreis.

Staudingers Haupterkenntnisse, daß Polymere lange Ketten sind, die aus vielen kleinen chemischen Einheiten bestehen und, daß die Kettenlänge eine entscheidende Rolle für die physikalischen Eigenschaften und ihr Verhalten spielt, machte den Bedarf an Werkzeugen, die es erlauben würden, das Molekulargewicht und somit die Kettenlänge zu bestimmen, deutlich. Eines der ersten Werkzeuge war die Ultrazentrifuge, erfunden vom schwedischen Chemiker Theodor Svedberg. Die Ultrazentrifuge zentrifugiert Proben mit sehr hohen Geschwindigkeiten und kann Moleküle aufgrund ihrer Größe auftrennen. Sie kann dazu benutzt werden, sowohl die Molekülgröße als auch die Größenverteilung in einer gegebenen Polymerprobe abzuschätzen.

Der deutsche Chemiker Hermann Staudinger theoretisierte 1920, daß die ungewöhnliche Stärke und Elastizität von Polymeren auf ihre große Länge und ihr Molekulargewicht zurückzuführen war. (Foto von Hermann Staudinger: Institut für Makromolekulare Chemie, Freiburg, Deutschland, Diagramm von Polyäthylenketten: Biografx)

Ende der zwanziger Jahre erzielten Polymerforscher, bewaffnet mit besseren Werkzeugen und besseren Theorien, dramatische Durchbrüche. Die Firma DuPont heuerte 1928 den Chemiker Wallace Hume Carothers, um in einem brandneuen Laboratorium, das der Grundforschung gewidmet war, neue Arten von Polymeren zu kreieren. Um Staudingers immer noch kontroverse Theorie zu prüfen, verknüpfte Carothers vorsichtig kleine organische Verbindungen zu langen Ketten und untersuchte die Eigenschaften seiner Produkte. Er erkannte, daß Ansammlungen sehr langer Molekülketten steifere, stärkere und dichtere Materialien produzierten. Carothers systematischer synthetischer Ansatz zeigte 1930 erste Früchte, als er auf eine neue Klasse von Polymeren, den Polyamiden oder "Nylons", stieß. Diese Polymere konnten geschmolzen und in eine bemerkenswert starke Faser verwandelt werden.

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