Wässrige Polymerdispersionen mit fester Partikelgröße werden in der Beschichtungstechnik, aber auch für spezielle Anwendungen in der medizinischen Bildgebung und der Zellbiologie eingesetzt. Ein französisches Forschungsteam stellt nun in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie eine lichtgestützte Methode vor, um Polystyroldispersionen mit extrem großem und dabei gleichmäßigem Teilchendurchmesser herzustellen. Enge Partikelgrößenverteilungen sind in vielen High-Tech-Anwendungen gefragt, waren aber bisher mit photochemischen Prozessen kaum zugänglich.

Polystyrol ist für die Herstellung von Schaumstoffen bekannt, eignet sich aber auch gut für die Herstellung von wässrigen Dispersionen, in denen mikroskopisch kleine Polystyrolkugeln zu schweben scheinen und eine Art Milch bilden. Dieses „Polystyrol-Latex“ findet Anwendung bei der Herstellung von Beschichtungen und Lacken, wird aber auch zur Kalibrierung in der Mikroskopie oder in der Bildgebung und Zellforschung eingesetzt. Produziert werden die Dispersionen zumeist durch thermische (Wärme-eingeleitete) oder chemisch induzierte Polymerisation in Lösung.

Um die Polymerisation nicht nur zu starten, sondern auch lenken zu können, untersuchten die Forschungsgruppen von Muriel Lansalot, Emmanuel Lacôte und Elodie Bourgeat-Lami an der Université Lyon 1 in Frankreich und Kollegen lichtgesteuerte Prozesse. „Durch die lichtgestützte Polymerisation haben wir eine zeitliche Steuerung, weil die Polymerisation nur abläuft, wenn das Licht an ist. Die thermische Methode kann dagegen nur gestartet, aber nicht angehalten werden“, erklärt Lacôte den Ansatz der Gruppe.

Obwohl es bereits Polymerisationsverfahren gibt, die durch UV-Licht oder Blaulicht gesteuert werden und sehr gleichmäßige Partikelgrößenverteilungen ergeben, sind diese Methoden nicht ideal. So wird durch die Natur dieser kurzwelligen Strahlung Licht in der Polymerdispersion gestreut, sobald die wachsenden Teilchen größer als die Lichtwellenlänge sind. Ein Polystyrol-Latex mit Teilchen, die größer sind als die sogenannte „300-Nanometer-Decke“ seien dann nur schwer zu produzieren, erläutert Lacôte das Problem. Zudem ist der Einsatz von UV-Licht energieintensiv und birgt für den Menschen Gefahren.

Die Lösung brachte schließlich ein fein aufeinander abgestimmtes chemisches Startersystem, das auf Basis eines Acridinfarbstoffes, Stabilisatoren und einer borhaltigen Verbindung eine gut steuerbare Polymerisation in Dispersion mit normalem, sichtbaren LED-Licht ermöglichte. Das Ergebnis waren nicht nur Polystyrol-Dispersionen mit sehr gleichmäßiger Teilchengröße, sondern es wurden erstmals Durchmesser von mehr als einem Mikrometer erreicht, also der dreifachen Teilchengröße des zuvor photochemisch Möglichen.

Die Methode sei nicht auf Polystyrol beschränkt, erläutert Lacôte weiter. Polystyrol eigne sich gut, um die Methode zu testen, aber für andere Anwendungen könnten andere Monomere angepasst werden. So könnten die Partikel beispielsweise mit Farbstoffen oder magnetischen Verbindungen ausgerüstet werden und damit in der medizinischen Diagnostik und der Bilderkennung Einsatz finden. Vom Nano- bis in den Mikrobereich seien die Partikelgrößen mit dieser Methode einstellbar, man „müsse nur die Startbedingungen justieren“, heißt es in der Studie.


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Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (10/2023)


Originalpublikation:
https://doi.org/10.1002/ange.202309674