Helmholtz-Zentrum Geesthacht,  Zentrum für Material- und Küstenforschung

Wissenschaftler im Institut für Polymerforschung haben ein neues Verfahren für Membranmaterialien entwickelt. Das neue Material zeigt eine fünffach höhere Permeabilität. Bild: HZG

Im Institut für Polymerforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) entwickeln die Wissenschaftler maßgeschneiderte Membranmaterialien auf Grundlage thermisch umgelagerter Polymere. Kürzlich gelang es den Forschern die Polymere statt bei 450 Grad Celsius bei 250 Grad herzustellen. Ein Durchbruch, denn dadurch besitzen die neuen Materialien eine fünffach höhere Wirkung bei gleichzeitig verdoppelter Syntheserate. Außerdem ist das neue Polymer für Membranen weniger spröde

Mithilfe von Membranen können einzelne Bestandteile aus flüssigen oder gasförmigen Stoffgemischen abgetrennt werden. Zum Beispiel lassen sich Kohlendioxid aus Verbrennungsabgasen entfernen oder Schadstoffe aus Gewässern herausfiltern. Die neuen Membranmaterialien gehören chemisch zur Stoffgruppe der Polyimide. Bestimmte organische Gruppen wandeln sich bei der Temperaturbehandlung in chemisch stabilere Formen um. „Die von uns entwickelte neue Verbindung ist ideal für eine Vielzahl von zu trennenden Gasen“, so der Leiter des Instituts für Polymerforschung und Co-Autor der Veröffentlichung, Professor Dr. Volker Abetz.

Herkömmlich hergestellt, sind diese Membranen meist spröde und brechen leicht. Die HZG-Wissenschaftler veränderten daher die chemische Struktur sowie einige Herstellungsparameter, um die Bedingungen der thermischen Umlagerung zu verbessern. Durch Vorschalten einer sogenannten Claisen-Umlagerung wurde die für die thermische Umlagerung notwendige Temperatur von etwa 450 auf rund 250 °C gesenkt. Gleichzeitig konnte dabei die Umlagerungsrate um 50 % gegenüber der herkömmlichen Synthese gesteigert werden.

 „Die neuen thermisch umgelagerten Polymere sind mechanisch und chemisch besonders stabil und zeigen eine fünffach höhere Permeabilität gegenüber konventionell thermisch hergestellten Material. Durch die niedrigeren Umlagerungstemperaturen lassen sich zudem erstmals Dünnfilmkomposit-Membranen herstellen. Das scheiterte bisher daran, dass die üblichen für die Herstellung notwendigen Trägermaterialien bei den 450 °C der konventionellen Synthese völlig zerstört werden“, sagt Professor Abetz weiter.

Insgesamt gewinnen die Membranen durch die neuen Generation von Polymermaterialien enorm an Attraktivität: Die niedrigeren Herstellungstemperaturen und die verbesserten Trenneigenschaften führen diese neuen Membranen erstmals in die wirtschaftliche Relevanz. Die Helmholtz-Wissenschaftler sind sich sicher, damit die Membranmaterialien von morgen auf den Weg gebracht zu haben.