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Prof. Thomas Mang im Labor
FH Aachen, Pressestelle - Jeanne Püttmann
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"Dieses Pulver nimmt tausend mal so viel
Flüssigkeit auf, wie es selbst wiegt", deutet Prof. Thomas Mang auf
den handgroßen Becher im Regal der dunklen Vorratskammer. Auf den
ersten Blick sehen die Körner auf den ersten Blick aus wie ganz
normales Kochsalz. Aber das weiße Pulver kann mehr, wie der Leiter des
Instituts für angewandte Polymerchemie (IAP) der Fachhochschule Aachen
in nur wenigen Sekunden beweist. Vorsichtig schüttet der Chemiker das
Granulat in ein Glas voll Wasser und wippt es hin und her. Dabei
schlürft die durchsichtige Substanz das Wasser regelrecht auf und
quillt zu einer wackelpuddingartigen Masse auf.
Die wohl bekannteste Anwendung dieser sogenannten Hydrogele, ist der
Einsatz als Superabsorber in Babywindeln und Hygieneartikeln.
Allerdings ist damit nur ein Bruchteil des Potenzials dieser
zukunftsträchtigen und vielversprechenden Materialien ausgeschöpft.
Die Ursache dafür ist vor allem, dass sowohl die chemischen als auch
die physikalischen Zusammenhänge noch weitgehend unerforscht sind. Im
Rahmen des Schwerpunktprogramms "Intelligente Hydrogele" der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) erforscht Prof. Mang in Kooperation mit
Dr. Siegfried Stapf vom Institut für Technische und Makromolekulare
Chemie (ITMC) der RWTH Aachen unter anderem den Einfluss von Salzen,
Säuren Temperatur- oder Konzentrationsveränderungen auf die Hydrogele.
Derzeit fördert die DFG insgesamt 16 Schwerpunktprogramme, die der
deutschlandweiten und internationalen Vernetzung von
Forschungsaktivitäten in einem umgrenzten Themengebiet dienen sollen.
"Wir wollen die Struktur verstehen und wissen welche Bindungen wann
möglich sind", lautet das gemeinsame Ziel. Während im IAP vor allem
die Synthese der Hydrogele im Vordergrund steht, analysieren die
Forscher im ITMC die physikalischen Eigenschaften der Hydrogele. In
einem der weltweit bedeutendsten Zentren für Magnetische Resonanz
(MARC) testen die Physiker mittels Kernresonanzspektroskopie die
Struktur und Beweglichkeit der Substanz unter den verschiedensten
Umweltbedingungen, wie Licht-, Temperatur-, Säure-, Salzverhältnissen.
Chemisch gesehen gleichen die wasserunlöslichen Molekülketten der
Hydrogele einem Wollknäuel, dass an vielen Stellen mit sich selbst
vernetzt ist. Auf Grund dieser chemischen Struktur quellen oder
schrumpfen die aus Acrylsäure bestehenden Gele bei Änderungen der
Temperatur, Salzkonzentration, pH-Werte oder elektrischen Felder. Weil
sie auf äußere Reize reagieren, bezeichnen Wissenschaftler die
Substanz auch als "intelligente" Materialien.
"Noch verstehen wir nicht vollständig, warum das Material in salzigem
Wasser manchmal nur unzureichend quillt und sogar nach einiger Zeit
die Wirkung wieder verliert", so Mang. Aber der Forscher nähert sich
dem Problem systematisch. Durch wiederholte Versuchsanordnungen mit
nur kleinen Veränderungen will er den genauen Zusammenhang zwischen
der Materialstruktur und der Reaktion ermitteln. Auf diese Weise wäre
der genaue Quellgrad bei veränderten Bedingungen demnächst
vorhersehbar.
Seit über zehn Jahren arbeitet Mang bereits am Einsatz von Hydrogelen,
insbesondere von stark wasseraufnehmenden Substanzen. Aus seiner
Forschung resultierten bereits Quellgummis und Quellpasten, die Tunnel
gegen von außen drückendes Wasser abdichten. Beim Bau der
Rheinuferstraße in Düsseldorf setzten die Baufirmen beispielsweise die
Gummis zum Abdichten bereits ein. Aber auch an den in Babywindeln
eingesetzten Saugmaterialien hat der Professor mitgewirkt.
Allerdings tauchen immer wieder bei bestimmten Anwendungen Probleme
auf: so quellen Materialien z.B. in Meerwasser nur unzureichend,
wodurch sie ihre Abdichtwirkung verlieren. Die Ausarbeitung weiterer
neuer Anwendungen scheitert dabei immer wieder an unzureichenden
Kenntnissen die wissenschaftliche Grundlagen betreffen.
Hier setzt das DFG-Projekt an: Durch die Erforschung der genauen
Eigenschaften von Hydrogelen sind in Zukunft auch weitere
Einsatzmöglichkeiten denkbar. So hoffen die Wissenschaftler
beispielsweise, dass Wirkstoffe zur Bekämpfung von Krebs in
aufheizbaren, magnetischen Hydrogel-Nanokugeln gepackt und dadurch
ganz gezielt im Körper freigesetzt werden können. "Durch die DFG haben
wir nun die Möglichkeit die theoretischen Grundlagen zu erforschen,
denn Hydrogele können viel mehr, als nur Babypopos trocken halten", so
Mang.
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