Multifunktionelle und universell einsetzbare „intelligente“ Tenside

Forscher der Universität Konstanz haben multifunktionelle, grenzflächenaktive Tenside zur Kompatibilisierung von insbesondere mehr als zwei Phasen entwickelt. Die innovativen Tenside können also bspw. nicht nur ölhaltige und wässrige Komponenten, sondern gleichzeitig auch mineralische Partikel dispergieren. Die „intelligenten“ Tenside erkennen dabei von selbst, welche Komponenten vorliegen und sind daher universell für eine Vielzahl von verschiedenen Dispergieraufgaben einsetzbar. Die Synthese der Tenside ist vergleichsweise einfach und es werden keine zusätzlichen Hilfsstoffe benötigt.

Grenzflächenaktive Substanzen sprich Tenside sind waschaktive Substanzen („Detergentien“), welche Schaum bilden können, die Ablösung von Schmutz erleichtern und es ermöglichen, Wasser und Öl zu vermischen. Tenside sind daher in wirklich jedem Haushalt zu finden, haben aber auch zahlreiche industrielle Anwendungen. Die Gesamtmarktgröße für Tenside hat in 2019 weltweit ca. 44 Milliarden US-Dollar betragen und soll bis 2025 auf voraussichtlich ca. 60 Milliarden US-Dollar mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von ca. 5% ansteigen.

Die gängigen Tenside bestehen üblicherweise aus einer polaren und einer unpolaren Struktureinheit. Für anspruchsvollere Aufgaben wie etwa die Stabilisierung von geladenen Teilchen, z.B. mineralische Nanopartikel, in einem wässrigen und organischen Medium sind bisher Gemische von Tensiden erforderlich, um in Kombination die geforderten Lösungseigenschaften aufzuweisen. Solche Gemische müssen für jede spezielle Anwendung technisch aufwendig formuliert werden. Dies ist ein erheblicher Entwicklungsaufwand mit entsprechend hohen Entwicklungs- und Produktionskosten. Aufgrund der häufig verschiedenen Lagerungsanforderungen der jeweiligen Tenside in derartigen Gemischen ist deren Logistik anspruchsvoll. Zudem sind unerwünschte Interaktionen zwischen den verschiedenen Tensiden möglich.

Die multifunktionellen „intelligenten“ Tenside sind Kammpolymere, welche mindestens drei Struktureinheiten aufweisen, die variiert werden können (siehe Abb.). Die Polyelektrolyt-Hauptkette A bildet das Rückgrat des Kammpolymers und weist mindestens teilweise geladene Struktureinheiten auf. Aufgrund der entsprechenden Ladungen der Polyelektrolytkette können geladenen Teilchen wie z.B. mineralische Nanopartikel gebunden werden. Verschiedene Seitenketten am Polymerrückgrat ergänzen weitere Funktionen (bspw. polar, unpolar, fluorophil, komplexierend, usw.) und erlauben, eine Vielzahl von verschiedenen Phasen zu stabilisieren.  Dieser Aufbau verleiht dem Kammpolymer die Fähigkeit, verschiedene Funktionen in einem Molekül zu vereinigen, die chemische Umgebung zu erkennen und sich derart zu falten, dass sich die entsprechenden Struktureinheiten des Kammpolymers in den jeweiligen Phasen lösen und diese damit verbinden. Dieses "intelligente" Verhalten erlaubt den breiten Einsatz in den verschiedensten Systemen, ohne eine individuelle Optimierung des Tensids oder gar ein Tensidgemisch zu erfordern.

• Kompatibilisierung von insbesondere mehr als zwei Phasen
• universell anwendbar
• keine Formulierung/individuelle Optimierung erforderlich
• keine Gemische der Tenside erforderlich
• Polyelektrolytcharakter (Ladung) der Hauptkette ist variierbar
• Art und Anzahl der Seitenketten und damit Funktionalität ist variierbar
• vergleichsweise einfache Synthese
• keine Hilfsstoffe erforderlich

Geeignet für den universellen Einsatz und für eine Vielzahl von verschiedenen Dispergieraufgaben im Haushalt und in der Industrie: Waschmittel, Spülmittel, Kosmetika, Shampoos, Pflanzenschutz, Kunststoffindustrie, Lackindustrie, Lebensmittelindustrie, industrielle Reinigung, Körperpflegeindustrie, Seifenindustrie, Textilindustrie, usw.