Im Jahr 2023 liegt der Fokus der EDC auf „Polymere in Wasser – Quo vadis?“ Wir möchten die zukünftige Rolle wasserlöslicher Polymere in den Blick nehmen und gehen dabei auf Themen wie Selbstorganisation, moderne Herstellungsverfahren, Wasseraufbereitung, Einsatz in existierenden und neuen Anwendungsbereichen sowie generelle Abbaubarkeit derartiger Materialien ein.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Wir werden über die Entwicklung neuer Monomere und Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen berichten. Wir haben eine Reihe verschiedener Quellen genutzt, um ein breites Spektrum an Monomeren und Polymeren herzustellen. Zu diesen Quellen gehören Sorbitol, Lactid, ?-Caprolacton und Fettsäuren, die direkt aus der Natur stammen, unter anderem aus Baumrinde und Ölen aus Abfallsamen. Unsere Gruppe hat umfangreiches Fachwissen in der Nutzung von überkritischem Kohlendioxid (scCO2) entwickelt. Insbesondere haben wir die niedrige Viskosität und das hohe Diffusionsvermögen von scCO2 genutzt, um einen hocheffizienten und reversiblen Weichmacher zu schaffen. Diese In-situ-Plastifizierung ermöglicht uns die Durchführung von Polymerisationsreaktionen bei Temperaturen von nur 40 °C; viel niedriger, als dies unter herkömmlichen Betriebsbedingungen möglich ist. In einigen Fällen haben diese Betriebsbedingungen bei niedrigeren Temperaturen die Möglichkeit eröffnet, mithilfe enzymatischer Katalysatoren neue Polymermaterialien aus erneuerbaren Monomeren herzustellen. Wir werden auch über die Herstellung einer Reihe neuer Monomere berichten, die von Terpenen abgeleitet sind und die wir zur Herstellung neuer Di- und Terblock-Copolymere verwendet haben. Diese haben breite Anwendung als Tenside, Beschichtungen, Konsolidierungsmittel für archäologische Materialien und als Hart-Weich-Hart-Blockmaterialien, die als druckempfindliche Klebstoffe fungieren können. Außerdem werden wir neue Anwendungen und Möglichkeiten im 3D-Druck demonstrieren.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Die Kombination von Polymeren als Verdickungsmittel mit Mikroemulsionen als Träger für hydrophobe Substanzen führt zu einem interessanten kolloidalen System. Ein Hauptinteresse besteht darin, die Struktur und die Eigenschaften dieser Polymer-Mikroemulsionssysteme durch Veränderung verschiedener Parameter wie pH-Wert, Salz oder Temperatur zu steuern. In der Vergangenheit wurden hydrophob modifizierte (HM) mehrarmige Polymere in Mischungen mit Öl-in-Wasser (O/W)-Mikroemulsionen im Hinblick auf die Netzwerkbildung und die daraus resultierenden rheologischen Eigenschaften untersucht. Von besonderem Interesse sind hydrophob modifizierte thermoresponsive (HMTR) Blockcopolymere in wässriger Lösung, die als thermoaktive Verdickungsmittel oder thermoreaktive Amphiphile zur Solubilisierung hydrophober Moleküle eingesetzt werden können. Die Solubilisierungskapazität solcher Systeme ist jedoch im Allgemeinen gering. Daher führt die Kombination mit Mikroemulsionen (MEs) als Träger für hydrophobe Substanzen zu beladenen Systemen, bei denen die rheologischen Eigenschaften der Mikroemulsionslösung über die Temperatur eingestellt und geschaltet werden können. Es wurde eine biofreundliche Mikroemulsion bestehend aus Tween20 (Polyoxyethylen-(20)-sorbitanmonolaurat) als Tensid, 2-Ethylhexyl-Glycerin als Co-Tensid, Isopropylpalmitat als Öl und Wasser als Lösungsmittel verwendet. Dementsprechend wurden verschiedene ME-Polymermischungen untersucht, für die drei verschiedene Blockcopolymerarchitekturen vom Typ BAB*, B2AB* und B(AB*)2 verwendet wurden. Dabei steht "B" für einen permanent hydrophoben, "A" für einen permanent hydrophilen und "B*" für einen TR-Block. Für den TR-Block wurden drei verschiedene Poly(acrylamid)e verwendet, die alle eine niedrigere kritische Lösungstemperatur (LCST) aufweisen. Bei einer gut gewählten ME-Konzentration führen diese Blockcopolymere zu einer Viskositätserhöhung mit steigender Temperatur. Dieses Phänomen wird durch die Bildung eines transitorischen Netzwerks verursacht, das durch die TR-Blöcke vermittelt wird, was durch die direkte Korrelation zwischen der Anziehungsstärke und der Viskositätserhöhung belegt wird. Für Anwendungen, die eine hohe hydrophobe Nutzlast erfordern, die über Mikroemulsionströpfchen erreicht wird, sollte diese Art der maßgeschneiderten temperaturabhängigen Viskositätskontrolle von Tensidsystemen daher von Vorteil sein.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Biotenside gelten als umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Tensiden. Allerdings unterscheiden sich deren die physikalisch-chemischen Eigenschaften erheblich. Da eine typische Formulierung nicht nur aus einem einzigen Biotensid besteht, ist ein tiefes Verständnis der Wechselwirkung von Biotensiden mit anderen in der Formulierung vorhandenen Tensiden erforderlich. Daher präsentieren wir umfassende Untersuchungen zu diesen Wechselwirkungen, die wir unter Verwendung von NMR, dynamischer Lichtstreuung, Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie, (dynamischer) Ober- und Grenzflächenspannung und Phasenverhaltensmethoden angefertigt haben. In dem Vortrag werden die unterschiedlichen Grenzflächenaktivitäten, Aggregationsstrukturen und Adsorptionskinetiken verschiedener Tensidkombinationen diskutiert und besonders ihre Eigenschaften im Gleichgewicht und im Nicht-Gleichgewicht studiert. Folglich stellen wir vielversprechende effiziente Tensidsysteme für zukünftige Anwendungen vor.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Der Extrakt aus den Samen der Rosskastanie (Aesculus hippocastanum) gehört zur Gruppe der pflanzlichen Bio-Tenside (Saponine) und hat sich in der klinischen Therapie als nützlich erwiesen. Darüber hinaus wird er auch wegen seiner potenziellen antikarzinogenen Eigenschaften untersucht. Der Hauptwirkstoff, ?-Aescin, wird als entzündungshemmendes Mittel bei der Behandlung von chronischer Veneninsuffizienz und gegen Bildung von Ödemen eingesetzt. [1, 2] Im Zusammenhang mit der pharmakologischen Aktivität ist die Interaktion des Biotensids ?-Aescin mit biologischen Membranen von großem Interesse. [2, 3] In der vorliegenden Arbeit wird die temperaturabhängige Wechselwirkung von hohen Mengen an ?-Aescin mit dem Lipid DPPC (1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholin) durch Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) und UV-vis-Trübungsmessungen untersucht. Bei Temperaturen oberhalb der Phasenübergangstemperatur (Tm ?41,3 °C) fügen sich mit Aescin stabilisierte DPPC-Bicellen zu ausgedehnten Doppelschichten und bei höheren Temperaturen zu größeren multilamellaren Strukturen zusammen. Die Selbstorganisation und die endgültige Morphologie sind in hohem Maße vom Phospholipid-zu-Aescin-Verhältnis und der aktuellen Temperatur abhängig. Es wird auch festgestellt, dass alle strukturellen Veränderungen durch Abkühlung auf die Ausgangstemperatur vollständig reversibel sind. 1. J. M. R. Patlolla, C. V. Rao, Current Pharmacology Reports, 2015, 1, 170–178. 2. D. Domanski, O. Zegrocka-Stendel, A. Perzanowska, M. Dutkiewicz, M. Kowalewska, I. Grabowska, D. Maciejko, A. Fogtman, M. Dadlez and K. Koziak, PloS one, 2016, 11, e0164365. 3. R. Geisler, M. C. Pedersen, N. Preisig, Y. Hannappel, S. Prévost, R. Dattani, L. Arleth and T. Hellweg, Soft Matter, 2021, 17, 1888–1900.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Einleitung Durch ihre einzigartigen Eigenschaften finden wasserlösliche Polymere (WSP) viele Anwendungen z.B. in Waschmitteln und Kosmetika oder Agroformulierungen[i]. In dieser Präsentation zeigen wir, wie das Wissen von strukturellen Polymeren auf wasserlösliche Polymere angewendet werden kann. Strukturpolymere als Rollenmodel für die Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit In den vergangenen Jahren haben wir verschiedene Technologien zusammen mit unseren Kooperationspartnern entwickelt, um den biologischen Abbau im Boden zu verstehen. 13C-labelling in Kombination mit verschieden analytischen Methoden erlaubt die quantitative Analyse der Polymere während des Abbauprozesses und das Schließen der Massenbilanz[ii]. Zum erstem Mal konnte wissenschaftliche Evidenz erbracht werden, dass Kohlenstoff aus einem synthetisch biologisch abbaubaren Polymer in aktive Biomasse eingebaut wird[iii]. Aus verschiedenen Böden wurden Mikroorganismen und Enzyme isoliert, die zeigen, dass eine große Anzahl von Bakterien und Pilzen an den Prozessen des biologischen Abbaus beteiligt ist. Biologische Abbaubarkeit von WSP`s: Grundsätzliche Überlegungen, Status und nächste Schritte Ein grundsätzliches Verständnis des Abbauweges von WSP` in der Umwelt kann nur durch einen ganzheitlichen Ansatz erreicht werden, der die chemische Struktur, die Testmethoden, die Umweltfaktoren und die Biologie (Mikroorganismen, Enzyme) zusammenbringt. Die Testung der biologischen Abbaubarkeit im Labor kann auf den vorhandenen Testmethoden für kleinere Moleküle (z.B. OECD 301 B und F) und Kunststoffen (z.B. ISO 14851) aufbauen, wobei Anpassungen aufgrund der Struktur von WSP`s notwendig erscheinen. Zusätzlich können 13C-labelling und Anreicherungen von Mikroorganismen wertvolle Einsichten in den Abbauprozess geben. Erste Ergebnisse werden präsentiert und ein Vorschlag für die Testmethoden gezeigt werden. [i] Zumstein et al., (2022), https://doi.org/10.1021/acs.accounts.2c00232 [ii] Nelson et al., (2022), Nature Communications, 13(1), 5691. [iii] Zumstein et al., (2018), Sci. Adv. 2018;4: eaas9024

Spoken Language: English Category: Fundamental Research: Bio-Surfactants Phospholipid (PL) -Liposomen sind für industrielle Formulierungen in der Pharmakologie und Kosmetik von zentraler Bedeutung. Typischerweise werden sie durch Injektion einer konzentrierten ethanolischen PL-Lösung (oder eines anderen Alkohols) in Wasser hergestellt. Nach der Injektion interagieren die Lipide und Wirkstoffe mit den Lösungsmittelmolekülen, bevor der Alkohol entfernt wird. In diesem Zusammenhang wurde eine überraschende Beobachtung gemacht bei einem Versuch, Ethanol aus einer PL-Dispersion durch "schnelle Ultrafiltration" zu entfernen (5x Verdoppelung der Konzentration, gefolgt von Wasserzugabe, um die ursprüngliche PL-Konzentration wieder zu erreichen, alles innerhalb einer Stunde), wobei kaum Ethanol entfernt wurde. Wenn man aber mehr Zeit für die Ultrafiltration nimmt oder eine Dialyse über Nacht durchführt, wird EtOH fast vollständig entfernt. Dadurch stellt sich die Frage, inwieweit sich Alkohole mit der fluiden Doppelschicht assoziiert sind, so dass keine schnelle Alkoholentfernung möglich ist. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Wirkung kurzkettiger Alkohole (Methanol, Ethanol zu ?10%w) auf die PL-Liposomen zu studieren und ihre Wirkung mit der von Butanol (co-Tensid) zu vergleichen. Mittels Lichtstreuung wurde eine Verkleinerung der Vesikel durch die Anwesenheit von Alkohol gezeigt. Außerdem werden die Liposomen mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung (KWNS) mit Kontrastvariation untersucht. Die modellfreie Analyse der SANS Kurven zeigt, dass das Lösungsmittel (Wasser + Alkohol) in die Doppelschicht eingebaut wird, wobei es etwa 20 % der amphiphilen Doppelschicht ausmacht. Außerdem wurde eine Tendenz zur Membranerweichung mit zunehmender Alkoholkettenlänge durch Neutronen Spin-echo Spektroskopie (NSE) untersucht. Schließlich analysieren wir die Wirkung von Glycerin, einer möglichen Alternative für primäre Alkohole bei der Liposomenbildung. Im Gegensatz zu den anderen organischen Lösungsmitteln beeinflusst Glycerin die Größe der Liposomenpartikel kaum, es führt zu einer Versteifung der Doppelschicht und es scheint, als ob es nicht in der Doppelschicht eingebaut würde. Ein genaueres Verständnis der Auswirkungen von Alkohol in hohen Konzentrationen auf die Struktur und Dynamik von Lipidmembranen wird zur Entwicklung stabilerer, umweltfreundlicher und funktionalerer Formulierungen beitragen.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Stimuli-responsive Polymere haben in den vergangenen Jahren erhebliches Forschungsinteresse auf sich gezogen, da sie eine Vielzahl von Möglichkeiten bieten, funktionelle Materialien herzustellen, die starke strukturelle und physikochemische Veränderungen als Respons zu externen Stimuli, wie Temperatur oder hydrostatischem Druck, aufweisen. Eines der zentralen Forschungsinteressen besteht darin, zu verstehen, wie molekulare Substanzen (z. B. Arzneimittel, Toxine und Reaktanten) durch responsive, hydratisierte Polymermembranen (Hydrogele) dringen. Während die Eigenschaften gequollener Hydrogele relativ gut verstanden sind, stellen die kollabierten, schwach hydratisierten Zustände noch eine erhebliche Herausforderung für unser Verständnis dar. Ihre theoretische Beschreibung ist aufgrund der komplizierten und fluktuierenden molekularen Architektur sehr herausfordernd. Doch gerade diese architekturspezifische Eigenschaft verleiht schwach hydratisierten Polymeren die Fähigkeit, sehr selektiv zu sein und den Durchgang bestimmter Moleküle gegenüber anderen zu bevorzugen. Unsere molekularen Simulationen zeigen nun, dass Polymermaterialien mit niedrigem Wassergehalt ein sehr heterogenes Inneres aufweisen, dass durch Wassercluster charakterisiert ist, die Nanotröpfchen und Nanokanäle ausbilden. Wir zeigen, dass die beiden kritischen Größen für den Transport - die molekulare Diffusion und die freie Solvatationsenergie (auch Partitionierung) innerhalb des Polymers - nicht nur extrem empfindlich auf die molekularen Details dieser Wassercluster reagieren, sonder auch z.B. durch die Größe, Form und chemische Struktur des Penetrationsmittels. Insbesondere beobachten wir oft enorme Aufhebungseffekte zwischen Diffusion und Partitionierung, die nichttrivial zur Durchlässigkeit beitragen. Bei ionischen Substanzen beobachten wir letztendlich einem starken Einfluss von Grenzflächenpotentialen und einer 'Hopping'-artigen Diffusion durch transiente Wasserkanäle auf ihre Transporteigenschaften. Wir schlussfolgern, dass diese Mechanismen genutzt und optimiert werden können, um die Selektivität des molekularen Transports in verschiedenen Anwendungen zu optimieren.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Die ubiquitäre Kontamination der Umwelt durch Mikroplastik, die damit verbundenen potenziellen Risiken für Ökosysteme und letztendlich für unsere Gesundheit ist in letzter Zeit sehr stark in den Blickpunkt des öffentlichen und wissenschaftlichen Interesses gerückt. Jedoch ist die Thematik sehr komplex da Mikroplastik ein Sammelbegriff für kleine Partikel (< 5 mm) diverser Kunststoffsorten mit mannigfaltigen Eigenschaften ist, so dass die meisten Fragen, ausgehend vom Umfang der Kontamination bis hin zum Risikopotenzial, noch nicht beantwortet sind. Im Sonderforschungsbereich Mikroplastik wollen die Bayreuther Forscher daher ein grundlegendes Verständnis jener Prozesse und Mechanismen gewinnen, die je nach physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kunststoffe die biologischen Effekte von MP bedingen, das Umweltverhalten und die Migration von Mikroplastik in und zwischen Umweltkompartimenten beeinflussen und die Bildung von MP verursachen. Diese Erkenntnisse werden eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für die Bewertung der Umweltrisiken von Mikroplastik bieten sowie in die Entwicklung neuer umweltfreundliche Kunststoffe münden.

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Spoken Language: English Category: Fundamental Research Wasserlösliche Polymere (WSPs) werden in vielen Anwendungen, einschließlich in Haushalts- und Körperpflegeprodukten, benutzt. Nach Gebrauch landen WSPs oft in Abwassersystemen, wodurch die biologische Abbaubarkeit in diesen Systemen eine wichtige Eigenschaft für viele WSPs darstellt. Allerdings ist unser Verständnis darüber, wie Mikroorganismen in Abwassersystemen WSPs abbauen, begrenzt. Aktuelle Testrichtlinien für den biologischen Abbau von Chemikalien, einschließlich Polymeren, wurden für kleine Moleküle entwickelt und sollten für Polymere möglicherweise angepasst werden. Ein wichtiger Schritt beim biologischen Abbau von Polymeren ist der Abbau von grossen zu kleinen Molekülen, welche dann von Zellen aufgenommen werden können. Dieser Schritt kann durch extrazelluläre Enzyme katalysiert werden. In diesem Vortrag werde ich unsere Ideen und Ergebnisse bezüglich der oben genannten Wissenslücken vorstellen. Wir haben den biologischen Abbau ausgewählter WSPs (mit Fokus auf Polyaminosäuren) mit Inkubationsexperimenten und respirometrischer Analyse untersucht. Dabei konzentrierten wir uns auf die Auswirkungen von (i) WSP-Vorinkubation mit zellfreien Abwasserextrakten, die durchgeführt wurden um Prozesse in Abwassersystemen nachzuahmen, (ii) Vorbelüftung und Waschen des mikrobiellen Inokulums, was typischerweise zur Reduktion von Hintergrundsignalen durchgeführt wird, aber möglicherweise die Aktivität extrazellulärer Enzyme reduziert, und (iii) WSP-Konzentration auf die Dynamik des biologischen Abbaus. Unsere Ergebnisse liefern vielversprechende Einblicke in den biologischen Abbau von WSP durch Abwassermikrobiome und können dadurch die Entwicklung von biologisch abbaubaren WSPs, sowie von Testprotokollen für realistische und machbare Studien, informieren.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Die Selbstaggregation entgegengesetzt geladener Polyelektrolyte und Tenside führt zur Ausbildung von Polyelektrolyt-Tensid Komplexen (PESCs) mit sehr variablen Strukturen und Eigenschaften. Insbesondere die rheologischen Eigenschaften können zwischen sehr niedrigviskosen Systemen aufgebaut aus isolierten Komplexen hin zu hochviskosen oder gelartigen Systemen mit einer hochvernetzten Struktur variieren. In diesem Zusammenhang haben wir Komplexe untersucht, aufgebaut aus Polydiallyldimethyl-ammonium chlorid (PDADMAC) oder kationisch modifizierter Hydroxyethylcellulose (JR 400) mit anionischem Tensid wie Natrium Dodecylsulfat (SDS). Diese Experimente zeigten sehr unterschiedliches Verhalten, das von der Wahl des Polykations abhängt. Noch interessanter war die Beobachtung, einer hohen Empfindlichkeit der rheologischen Eigenschaften vom Zusatz von Alkoholen mittlerer Kettenlänge als Kotensid. Bereits der Zusatz von ~0,1 wt% Kotensid kann zu einer Erhöhung der Nullviskosität um mehr als 3 Größenordnungen führen, mit dem entsprechenden Auftreten viskoelastischer Eigenschaften. Das genaue Ausmaß der Viskositätserhöhung hängt dabei stark von der Art des Alkohols ab sowie natürlich von der zugesetzten Menge. Die Kombination statischer und dynamischer Lichtstreuung und insbesondere die Verwendung von Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) erlaubte die detaillierte Untersuchung der strukturellen Änderungen, die sich auf Grund des Zusatzes des Kotensids ergeben sowie der Rolle, die der Polyelektrolyt bei der Ausbildung der PESCs dabei spielt. Die resultierende mesoskopische Struktur erklärt dann das sehr unterschiedliche rheologische Verhalten. Zusammenfassend sind wir in der Lage eine systematische Korrelation zwischen der mesoskopischen Struktur der kotensidhaltigen PESCs und ihren rheologischen Eigenschaften zu erarbeiten, die in eindeutiger Weise von den molekularen Details der enthaltenen Komponenten abhängt. Dies ist nicht nur von fundamentalem Interesse, sondern auch von zentraler Bedeutung für die Formulierung von Polymer/Tensid Systemen bei denen die Kontrolle der rheologischen Eigenschaften wichtig ist.

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Spoken Language: English Category: Fundamental Research Einzigartige Eigenschaften von Mikrogelen wie poröse Struktur, chemische Funktionalität, Oberflächenaktivität und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Lösungsmittel machen sie zu äußerst attraktiven kolloidalen Trägersystemen für Anwendungen in der Katalyse, Emulsionsstabilisierung und Arzneimittelverabreichung. Die offene Mikrogelstruktur und das Vorhandensein funktioneller Gruppen bieten die Möglichkeit, Enzyme selektiv anzubringen und ihre Lokalisierung an der Oberfläche oder im Inneren zu steuern. Die poröse Struktur des Mikrogels ermöglicht auch die Diffusion kleiner Moleküle (Reagenzien, Lösungsmittel), und die Diffusionsgeschwindigkeit kann durch Quellungsgrad des Polymernetzwerks reguliert werden. Mikrogele können sich an unterschiedliche Umgebungen anpassen, Grenzflächen stabilisieren und lassen sich leicht reversibel von Wasser in organische Lösungsmittel überführen. Dieser Beitrag konzentriert sich auf die allgemeinen Eigenschaften von Mikrogelen, ihre Synthese mit kontrollierter chemischer Zusammensetzung, Größe, Quellungsgrad und Verteilung der funktionellen Gruppen. Es werden verschiedene Synthesemethoden für die Verkapselung von Enzymen in Mikrogelen erörtert, darunter: a) enzymatische Polymerisation, b) Vernetzung in W/O-Emulsionen, c) diffusionsbasierte Beladung und d) Sortase-vermittelte Konjugation. Die größte Herausforderung besteht darin, eine hohe Enzymbeladung bei gleichzeitig hoher Enzymaktivität zu erreichen. Die Verkapselung von Enzymen in Mikrogelen ermöglicht eine flexible Regulierung ihrer Aktivität und eine Verbesserung der Lagerstabilität. Der Einbau von Enzymen in stimulierend reagierende Mikrogele liefert funktionelle kolloidale Bausteine für die Herstellung adaptiver Biokatalysatoren, Biosensoren oder synthetischer Biofilme.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Die weltweite Regulation von Polymeren entwickelt sich rasant, wobei eine der Hauptfragen bei der Verwendung von Polymeren deren ungewisse Persistenz (oder Bioabbaubarkeit) in der Umwelt darstellt. Deshalb ist es notwendig, die bestehenden Richtlinien bzw. Normen zur Bestimmung der Bioabbaubarkeit, vor allem bezüglich deren Anwendbarkeit auf Polymermaterialen, kritisch zu hinterfragen und zu bewerten. Einige Richtlinien und Normen zur Bestimmung der Bioabbaubarkeit sind prinzipiell zur Evaluierung von löslichen und schwerlöslichen Polymermaterialien geeignet. Dennoch wurden Screening-Methoden wie die OECD-Prüfrichtlinien (z.B. 301, 310) zur Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit ursprünglich für löslichen und schwerlöslichen niedermolekularen Substanzen entwickelt. Auf der anderen Seite existieren medienspezifische Methoden wie ISO-Standards (z.B. 14852) oder ASTM-Prüfrichtlinien (z.B. 5988), welche zielgerichtet für unlösliche Kunststoffe ausgelegt sind. Die genannten Methoden haben einige Gemeinsamkeiten, wie grundlegende nicht-spezifische Analysen (z.B. O2-Verbrauch, gelöster organischer Kohlenstoff (DOC: diluted organic carbon) und CO2-Entwicklung), und bieten eine gewisse Flexibilität hinsichtlich der Art und Konzentration des Inokulums und der Dosiermenge der Testsubstanz. Trotz der hohen Relevanz für zukünftige regulatorische Maßnahmen fehlen derzeit systematische Untersuchungen bezüglich deren Anwendbarkeit für Polymere und öffentliche Datensätze sind nur limitiert verfügbar. Offene Punkte sind unteranderem die Variabilität innerhalb und zwischen verschiedenen Laboren, die Frage nach geeigneten Referenzmaterialien und Anwendbarkeit der stringenten Erfolgskriterien. Auf Grund des hochdynamischen regulatorischen Umfelds müssen diese Wissenslücken dringend geschlossen werden. In dieser Studie präsentieren wir die Grundlage einer interlaboratorischen Studie, mit dem Ziel die Anwendbarkeit von OECD- und ASTM-Methoden zur Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit von wasserlöslichen Polymeren mit Hilfe respirometrischer Endpunkte zu untersuchen. Dafür wurde eine Reihe von synthetischen Polymeren und modifizierten Polysacchariden als Modellsubstanzen verwendet. Als Inokulum dienten Klärschlamm und Flusswasser. Zukünftige Arbeiten werden unteranderen schwerlösliche Polymeren, weitere Arbeiten zum Inokulumeffekt und die Identifikation von geeigneten Referenzmaterialien einschließen. Die Anpassung der existierenden Standards und deren Mängelbeseitigung sind erklärtes Ziel dieser Arbeiten.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Tenside sind ein wichtiger Bestandteil der chemischen Industrie und finden in vielen Wirtschaftsbereichen Anwendung. Von Reinigungsmitteln bis zu Hilfsstoffen für chemische Reaktionen, wie z.B. der Emulsionspolymerisation, sind diesen oberflächenaktiven Stoffen fast keine Grenzen gesetzt. Im Jahr 2016 wurden in Deutschland für Anwendungen in Haushalten und industriellen Prozessen insgesamt ca. 1,29 Mio. Tonnen Tenside hergestellt. Davon machen 1,10 Mio. Tonnen kationische, anionische und nichtionische Tenside aus [1]. Etwa 41 % entfallen allein auf nichtionische Tenside, von denen ein erheblicher Anteil aus langkettigen Fettalkoholen und Ethylenoxid (EO) hergestellt wird. Mit einem Umsatzwert von 894 Mio. Euro zählen nichtionische Tenside zu den wichtigsten chemischen Erzeugnissen [1,2]. Ein moderner Weg dieser Ökologischer zu machen sind CO2-haltige Tenside. Diese herzustellen und dabei gleichzeitig die Produkteigenschaften zu steuern ist durch die Nutzung eines CO2-Bausteins wie cyclischen Ethylencarbonaten (cEC) möglich. Wenn man die Steuerungsmöglichkeiten der ringöffnenden Polymerisation versteht und damit das Verständnis über die Steuerungsmöglichkeiten einer ringöffnenden Polymerisation von cyclischen Ethylencarbonaten (cEC), so kann man so funktionale nichtionische Tenside erzeugen, die sowohl Umweltfreundlich durch gute Biologische Abbaubarkeit haben als auch die Recyclingfähig sind. So haben diese Tenside sich bereits zum Aufreinigen von Mikroplastik Verunreinigungen von Wasser bewiesen[3]. [1] Statistisches Bundesamt, Statistisches Bundesamt Produzierendes Gewerbe, 2016. https://www.destatis.de/DE/Publikationen/Thematisch/IndustrieVerarbeitendesGewerbe/Strukturdaten/Kostenstruktur2040430107004.pdf?__blob=publicationFile. [2] M.. Patel, A. Theiß, E. Worrell, Surfactant production and use in Germany: resource requirements and CO2 emissions, Resour. Conserv. Recycl. 25 (1999) 61–78. https://doi.org/10.1016/S0921-3449(98)00063-9. [3] D. Brüggemann, T. Shojamejer, M. Tupinamba Lima, D. Zukova, R. Marschall, R. Schomäcker, The Performance of Carbonate-Modified Nonionic Surfactants in Microplastic Flotation, Water. 15 (2023) 1000. https://doi.org/10.3390/w15051000.

Spoken Language: English Category: Fundamental Research Sophorolipid-Biotenside sind wirklich grüne, natürliche, nicht fossile, aus Fermentation gewonnene, milde Tenside mit zusätzlichen Funktionalitäten wie Antibiofilm und feuchtigkeitsspendenden Eigenschaften. Vor diesem Hintergrund steigt das kommerzielle Interesse an Biotensiden rapide an. Durch Fermentation hergestellte Biotenside sind ein nachhaltiger Ersatz für petrochemisch gewonnene Tenside und mit vorteilhaften Eigenschaften für Körperpflege, Haushaltspflege und Landwirtschaft. Große Formulierer haben sich verpflichtet, ihr grünes Produktportfolio zu erweitern. Diese wurden jedoch aufgrund des hohen Verkaufspreises bisher nie vollständig in Massenmarktanwendungen realisiert. Mithilfe interdisziplinärer Forschung haben wir eine kostengünstigere, aber auch nachhaltigere Produktionsmethode für Sophorolipide entwickelt und skaliert. Unsere patentierte Technologie ist ein Plug-and-Play-System, mit dem die Leistung eines bestimmten Bioreaktors um das 3- bis 4-fache gesteigert werden kann, wodurch die Produktionskosten um über 50 % gesenkt werden können. Wir haben diese Technologie skaliert und Sophorolipide vom Labor zum Piloten kommerzialisiert und die erste Produktionsanlage im Maßstab von 1,1 ktpa gebaut, alles in weniger als 5 Jahren. Eine Lebenszyklusanalyse (LCA) zeigt eine bis zu 70 %ige Verbesserung des CO2-Treibhauspotenzials pro Tonne aktives Produkt im Vergleich zu petrochemischen Tensiden. Wir präsentieren unsere innovative Technologie, die Sophorolipid-Eigenschaften, die Daten, die belegen, dass es sich um eine Verbesserung der Umwelt handelt, und unsere schnelle und erfolgreiche Scale-up-Reise. Wir werden auch unsere Strategie zur Erreichung von Net Zero durchgehen, einschließlich Prozessoptimierung, Nebenstrom-Valorisierung, Kohlenstoffabscheidung und Upcycling von Rohstoffen; damit wird das Potenzial der Fermentation für die Plattformtechnologie neuer nachhaltiger Bioprodukte demonstriert.