Forschung und Industrie sind daher auf der Suche nach Möglichkeiten, PE direkt bei der Polymerisation in Form einer wässrigen Dispersion zu erzeugen. Diese könnte dann als Basis für lösungsmittel- und emissionsfreie Beschichtungen dienen, bei deren Verarbeitung und Aushärtung lediglich Wasser verdampft. PE direkt in Wasser zu polymerisieren, ist jedoch alles andere als trivial. "Man benötigt dafür Katalysatoren, die zum einen in Wasser aktiv sind und zum anderen nicht durch das Wasser zerstört werden. Die meisten traditionellen Katalysatoren sind nicht stabil, wenn sie mit Wasser in Kontakt geraten", erklärt Stefan Mecking, Professor für Chemische Materialwissenschaft an der Universität Konstanz.
Die Entwicklung eines neuen Typs genau solcher Katalysatoren ist Fei Lin, Postdoktorand im Labor von Stefan Mecking und Humboldt-Stipendiat, nun gelungen. Sie hat im Umfeld des "DEEPCAT"-Projektes stattgefunden, für das Stefan Mecking 2019 mit einem Advanced Grant des Europäischen Forschungsrat (ERC) ausgezeichnet wurde und welches die Entwicklung von Kunststoffen mit umweltverträglicher Abbaubarkeit zum Ziel hat. "Wir haben wasserlösliche Katalysatoren für die Ethylen-Polymerisation entwickelt, die, obwohl sie während der gesamten chemischen Reaktion in direktem Kontakt zu Wasser stehen, nicht nur stabil, sondern auch sehr aktiv sind", berichtet Fei Lin.
So konnten die Chemiker in Laboranalysen zeigen, dass ihre neuartigen Katalysatoren in Wasser als Reaktionsmedium kleine PE-Partikel in hoher Ausbeute erzeugen, die außerdem ein hohes Molekulargewicht und eine hohe Linearität aufweisen – sogenanntes High Density Polyethylen (HDPE). "Das ist entscheidend für die späteren Eigenschaften von Beschichtungen, die auf Basis der PE-Dispersionen hergestellt werden könnten, und damit für die Anwendbarkeit unserer Methode", erläutert Stefan Mecking. Die Forschungsergebnisse rund um die neuartigen Katalysatoren eröffnen somit interessante Perspektiven: für umweltfreundliche Polymerisationsverfahren im Allgemeinen und für die effiziente Herstellung lösungsmittel- und emissionsfreier PE-Beschichtungen im Speziellen.