Elektrisch leitfähige Lacke und andere Polymerlegierungen jetzt problemlos herstellbar

Medizinische Geräte, Autos und viele fortschrittliche Technologien enthalten unzählige empfindliche Komponenten, die durch elektrisch leitfähige Polymere wie Polyanilin zusammengehalten werden. Seit mehreren Jahrzehnten ist die Synthese von Polyanilin für industrielle Elektronikanwendungen mit einer großen Einschränkung konfrontiert: Welches Lösungsmittel erleichtert die Synthese am besten? Diese abstrakte Frage ist wichtig, um die Kosten und die Komplexität der Polyanilinherstellung zu minimieren und nützliche Eigenschaften wie Formgebung zu erleichtern. Die Möglichkeit, eine Reihe billiger Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt zu verwenden, würde vielseitige Polymerverarbeitungsmethoden wie den Tintenstrahldruck erheblich unterstützen, war jedoch bisher schwer fassbar.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Polymer-Kunststoff-Technologie und -Materialienhaben Forscher der Universität Tsukuba und Kooperationspartner Polyanilin in verschiedenen gängigen Lösungsmitteln synthetisiert. Diese verbesserte Fähigkeit, Polyanilin zu synthetisieren und zu verarbeiten, wird die Produktion stark vereinfachen und die Herstellungskosten senken.

„Polyanilin ist ein äußerst vielseitiges Polymer in Routine- und fortgeschrittenen Technologien, aber Beschränkungen, welche Lösungsmittel für die Synthese verwendet werden können, haben diese Vielseitigkeit lange behindert“, erklärt Professor Hiromasa Goto, Seniorautor. „Unsere Entdeckung, wie die Polymerisation in verschiedenen Lösungsmitteln erleichtert werden kann, wird in der Grundlagenforschung und in industriellen Anwendungen nützlich sein.“

Polyanilin stellten die Forscher aus Anilinsulfat in einem einzigen Schritt her, indem sie der Reaktionsmischung eine kleine Menge Jod hinzufügten. Viele Lösungsmittel waren mit diesem Verfahren kompatibel, einschließlich ungiftigem Ethanol sowie Dichlormethan. Umfangreiche instrumentelle Charakterisierungen zeigten, dass das durch dieses Verfahren hergestellte Polyanilin die Kristallinität und die elektrischen Eigenschaften aufwies, als ob es durch herkömmliche Verfahren hergestellt worden wäre.

„Ein besonders aufregendes Ergebnis ist die einfache Herstellung industriell nutzbarer Polymerlegierungen, wie etwa Mischungen mit Polystyrol oder Zellulosederivaten“, sagt Professor Goto. „Elektrisch leitfähige Farbe, fortschrittliche Gummimischungen und andere Materialien sind jetzt einfach herzustellen, was unserer Erwartung nach die Produktentwicklung in verschiedenen Bereichen erleichtern wird.“

Was hat es mit dem zugesetzten Jod auf sich, das die Produktion von Polyanilin erleichtert? Die Forscher schlagen vor, dass Jod ein Elektronenakzeptor-Dotierstoff ist, der die Produktion lokalisierter Polaronen erleichtert, was für die nachfolgende Polymerisation durch radikalische Kettenreaktionen entscheidend ist.

Die Ergebnisse dieser Studie werden dazu beitragen, Polyanilin mit dem Tintenstrahldruck und anderen nützlichen Verarbeitungstechnologien besser kompatibel zu machen und so die Produktion von Leiterplatten und anderen gängigen Komponenten moderner Elektronik zu vereinfachen. Durch die Konzentration auf das eher abstrakte Thema der Lösungsmittelverträglichkeit werden viele Routine- und fortschrittliche Technologien einfacher und kostengünstiger herzustellen sein.