Forschungsbereich Synthese- und Polymertechnik

Mikroverkapselung / Partikelanwendungen

Forschungsschwerpunkte der Abteilung Mikroverkapselung/Partikelanwendungen sind die Entwicklung polymerer Wirkstoffträger, Partikelanwendungen sowie neue Einsatzmöglichkeiten für Aminoharze.

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Polymersynthese

Die Arbeiten der Gruppe Polymersynthese konzentrieren sich auf Synthese und Modifizierung biobasierter Kunststoffe sowie stoffunspezifisch auf die Entwicklung und Optimierung von Verfahren und Technologien zur Polymersynthese.

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Funktionsintegrierte Polymerfilme

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Formgedächtnispolymere

Formgedächtnispolymere besitzen ein nahezu unerschöpfliches Potenzial zur Optimierung für verschiedene Anwendungen. Hierzu werden sowohl Synthesearbeiten vorgenommen als auch Verfahren zur Kontrolle der Formgedächtniseigenschaften entwickelt. Der Aufbau multifunktionaler Polymermaterialien stellt einen weiteren Arbeitsschwerpunkt dar.

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Vom Monomer zur komplexen Struktur

Der Forschungsbereich Synthese- und Polymertechnik ist spezialisiert auf die Synthese neuartiger Polymerstrukturen sowie die Entwicklung und Optimierung von Polymerisationsprozessen. Die Mikroverkapselung von Wirkstoffen und Additiven zählt ebenso zum Forschungsspektrum des Bereiches wie Partikelanwendungen. Weitere FuE-Richtungen stellen funktionsintegrierte Polymerfilme und Formgedächtnispolymere dar.  

Unser Leistungsspektrum

  • Materialentwicklung (Produktentwicklung) auf Basis synthetischer und biobasierter Polymere
  • Entwicklung von Polymerisationsprozessen
  • Mikroverkapselung sowie Partikelsynthesen und -anwendungen
  • Charakterisierung von Partikeln und Polymeren
  • Entwicklung und Synthese von Membranpolymeren
  • Entwicklung polymerer Membranen
  • Synthese, Verarbeitung und Programmierung von Formgedächtnispolymeren
  • Entwicklung/Optimierung von Verfahren zur Kontrolle der Formgedächtniseigenschaften
  • Entwicklung von stimuli-responsiven, multifunktionalen Polymermaterialien
  • Erarbeitung von Lösungen bei der Verarbeitung marktgängiger und neuer biobasierter Kunststoffe

Unsere Forschungsthemen

  • Mikroverkapselung von Additiven und Wirkstoffen
  • Funktionale Nanopartikelsysteme
  • Entwicklung und Optimierung von Polymersyntheseverfahren
  • Polymere auf Basis nachwachsender Rohstoffe
  • Membranpolymere
  • Compositmembranen
  • Mixed-Matrix Membranen
  • Formgedächtnispolymere
  • Verfahren zur Kontrolle der Formgedächtniseigenschaften
  • Stimuli-responsive, multifunktionale Polymermaterialien

 

Mikroverkapselung von Additiven und Wirkstoffen

Die Mikroverkapselung ist eine seit vielen Jahren eingesetzte Technologie zur Qualifizierung von Wirkstoffen und Additiven für vielfältige Anwendungen. Wir verfügen über langjähriges Know-how im Bereich der Mikroverkapselung und der Anpassung der verschiedenen Kapseltechnologien und/oder des Kapselwandmaterials, um den Anforderungen an die Mikrokapseln bei Lagerung, Formulierung und Anwendung zu genügen. Ein aktueller Schwerpunkt unserer Forschungsarbeiten ist die Synthese und Verarbeitung von Mikrokapseln in Kunststoffschmelzen.  

 

Funktionale Nanopartikelsysteme

Wir nutzen Latex-Synthesen basierend auf Emulsions- und Dispersionspolymerisationsverfahren zur Herstellung von Partikelsystemen mit maßgeschneiderten Partikelgrößen und -verteilungen, Partikelmorphologien sowie Funktionalitäten und Reaktivitäten. Die anwendungsbezogene Gestaltungsmöglichkeit der polymeren Nano- und Mikropartikel bietet ein innovatives Arbeitsfeld für neue Anwendungen der Partikel vom Wirkstoffträger bis zur  Anti-Graffiti-Beschichtung für die Denkmalpflege.

 

Entwicklung und Optimierung von Polymersyntheseprozessen

Wir entwickeln innovative Synthese­verfahren und Technologien zur Herstellung von Polymeren mit neuen, verbesserten Eigenschaften und schaffen die Voraussetzungen zur Umsetzung dieser Prozesse unter Produktionsbedingungen. Wir analysieren und optimieren technische Polymersyntheseprozesse unter Verwendung von reaktions- und prozess­analytischen Methoden und führen Prozessentwicklungen vom Labor- bis in den Miniplant­maßstab durch.

 

Polymere auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Die Synthese aliphatischer Polyester auf Basis von Milchsäure ist eines der am weitesten fortgeschrittenen Verfahren zur stofflichen Verwertung biotechnologisch erzeugter Rohstoffe. Wir verfügen über langjährige Kompetenzen in der Synthese und Modifizierung von Polylactiden (PLA), insbesondere mit der Zielstellung das Eigenschaftsprofils von PLA über an die technischen Prozesse für PLA adaptierbare Syntheserouten zu erweitern. Aktuell erweitern und intensivieren wir unsere FuE-Arbeiten auf dem Gebiet der biobasierten Polyester und Polyamide unter Einbeziehung einer Reihe weiterer glucosebasierter Bausteine.

 

Formgedächtnispolymere

Formgedächtnispolymere sind Funktionswerkstoffe, die über ein beträchtliches Potenzial zur Erschließung neuer Anwendungen verfügen. Um die Funktionalität zu kontrollieren, werden applikationsbezogen Synthesearbeiten vorgenommen und Prozessentwicklungen durchgeführt. Stimuli-responsive, multifunktionale Polymermaterialien stellen einen weiteren Arbeitsschwerpunkt in der Abteilung dar.

Unsere Ausstattung

Molekulare und chemische Charakterisierung

  • Organische Gelpermeationschromatographie in DMF / LiBr mit absoluter Molmassenbestimmung (MALLS- und RI-Detektion)
  • Organische Gelpermeationschromatographie in CH2Cl2 mit absoluter Molmassenbestimmung (MALLS-, RI-, UV- und Viskositätsdetektion)
  • Organische Gelpermeationschromatographie in Hexafluorisopropanol (HFIP) / CF3COONa mit absoluter Molmassenbestimmung (MALLS-, UV-, und RI-Detektion)
  • HPLC mit Diodenarray-Detektion
  • Potentiometrische Titration (Säure-Base, Chlorid)
  • dn/dc-Bestimmung (wässrig/organisch)

 

Physikalische Charakterisierungsmethoden

  • Polarimeter
  • Konduktometer
  • Abbe Refraktometer
  • UV-Vis-NIR Spektrometer (190−1100 nm)
  • Farbmessgerät
  • Temperaturgradientenbank zur Bestimmung von Filmbildungstemperaturen (Minimum/Optimum)

 

Thermische Analyse

  • Differentialkalorimetrie (DSC)
    (−50−600 °C; Heizrate: 0,01−100 K min-1; Abkühlrate: 0,01 50 K min-1)
  • Thermogravimetrie (TGA)
    (25−1000 °C, Heizrate: 0.01−100 K min-1)
  • Feuchtemessgerät (30−230 °C)

 

Kolloidchemische und rheologische Charakterisierung

  • Tensiometer zur Bestimmung von Ober- und Grenzflächenspannungen (Ring / Platte) und Kontaktwinkelmessungen für Flüssigkeiten und Festkörper
  • Partikelelektrophorese zur Bestimmung von Mobiliät und Zetapotential
  • Partikelladungsdetektor für Titrationen der Oberflächenladungsdichte
  • Automatische Verdünnungsviskosimetrie zur Bestimmung intrinsischer Viskositäten sowie von Mark-Houwink-Konstanten in Kombination mit GPC-MALLS
  • Rheometer mit Kegel-Platte, Platte-Platte Geometrie und Torsion für Messungen im Rotations- und Oszillationsmodus, Temperaturbereich bis 600 °C

 

Methoden zur Charakterisierung von Mikro- und Nanopartikeln

  • Dynamische Lichtstreuung für Nanopartikel (10−2500 nm)
  • Laserdiffraktometer für Dispersionen (0,04−2000 µm) und Pulver (10−2000 µm)
  • Lasentec© Focused Beam Reflectance für Partikel von 1−1000 µm in konzentrierten Dispersionen
  • Forschungsmikroskop mit Fluoreszenzfunktion
    (Polarisation, Dunkelfeld und Phasenkontrast), Vergrößerung bis 200-fach
  • Siebanalyse (Trocken- und Nasssiebung, 25−1600 µm)

 

Polymersynthese und –verarbeitung / Prozessanalyse

  • Druckreaktorsysteme mit Reaktorgrößen zwischen 1 L und 40 L
    (Druckbereiche bis 60 bar, Temperaturen bis 300 °C)
  • Miniplant-Anlage zur PLA-Synthese ausgehend von Milchsäure
  • Scale-up fähiger Mini-Extruder (Brabender KEDSE 12/36 D)
  • Kneter
  • Dünnschichtverdampfer im Miniplant-Maßstab
  • Rechnergestütztes automatisiertes Reaktionskalorimeter (RC1)
    (1 L Glas- und Druckreaktor)
  • Rechnergestützter automatisierter Laborreaktor (LabMax)
  • Hochdruckhomogenisator (APV 2000)

 

Partikelsynthese und –modifizierung / Mikroverkapselung

  • Sprühtrockner Büchi B-190 (maximale Eingangstemperatur 220 °C, für wässrige Lösungen und Dispersionen) und B-290 mit Lösungsmittelrückgewinnung (maximale Eingangstemperatur 220 °C, für Lösungen und Dispersionen auf Basis organischer Lösemittel)
  • Glatt Powder Coater Granulator GPCG 1 
  • Rührreaktor Reactron RT50 (Kinematica), beheizbar (Doppelmantel), ausgestattet mit Ankerrührer, Blitzmischer und Dispergiermaschine (Rotor-Stator-Typ)
  • Ultrazentrifugalmühle Retsch ZM200 (6.000−18.000 min-1; maximale Aufgabekorngröße: 10 mm; Endfeinheit: < 40 µm)

 

Membrantechnologie

  • Filmziehgerät Zehntner ZAA 2300 max. 300 x 400 mm, mit Rakel von 50–300 µm
  • Membranziehmaschine für Flachmembranen mit 40 cm Walzenbreite
  • Porometer zur Charakterisierung durchgehender Membranporen; Quantachrome 3Gzh, Messbereich 0.018 bis 500 µm
  • Rührzellen zur Membrancharakterisierung in Wasser und organischen Flüssigkeiten
  • Präzisionsmessgerät für Gasflüsse
  • Messgerät für Gase zur Bestimmung der Permeanz, Permeabilität sowie der Diffussions- und Löslichkeitskoeffizienten

 

Monika Jobmann

Contact Press / Media

Dipl.-Ing. Monika Jobmann

Abteilungsleiterin | Mikroverkapselung / Partikelanwendungen

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1213

Antje Lieske

Contact Press / Media

Dr. Antje Lieske

Abteilungsleiterin | Polymersynthese

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1329

Murat Tutus

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Murat Tutus

Arbeitsgruppenleiter | Funktionsintegrierte Polymerfilme

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam

Telefon +49 331 568-3211

Thorsten Pretsch

Contact Press / Media

Dr. Thorsten Pretsch

Arbeitsgruppenleiter | Formgedächtnispolymere

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1414