NSERC-DFG SUSTAIN: Entwicklung von Pickering-Emulsionen zu nachhaltigen Mikrogelen

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Richtering, seit 12/2023
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534228322

In diesem Forschungsvorhaben entwickeln wir partikelbeladene Grenzflächen, um nachhaltige chemische Syntheseprozesse zu steuern und zu entwickeln. Fluide Grenzflächen sind allgegenwärtig und für physiologische Funktionen auf der Ebene einzelner Zellen aber auch ganzer Organismen unerlässlich. In technischen Anwendungen werden sie in Lebensmitteln, Kosmetika, bei der Ölgewinnung usw. genutzt. Daher stehen partikelstabilisierte Grenzflächen im Fokus der Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Partikel an Grenzflächen bieten Möglichkeiten durch äußere Stimuli, Prozesse zu steuern und neue fortschrittliche Materialien zu entwickeln. So können beispielsweise Magnetfelder Emulsionströpfchen manipulieren, wenn die Partikel an den Grenzflächen magnetisch suszeptibel sind. Auf diese Weise können Transportphänomene in der Emulsion und ihre Morphologie bei Bedarf durch Ein- oder Ausschalten eines externen Feldes kontrolliert werden. Partikel stabilisierte Grenzflächen verbessern beispielsweise die Nachhaltigkeit chemischer Syntheseprozesse, da sie den Einsatz von Tensiden überflüssig machen und die Energiekosten senken (Kaltverarbeitung). Die Charakterisierung der mikrostrukturellen Eigenschaften von Grenzflächen während der Anwendung externer Stimuli (z. B. magnetische oder elektrische Felder, Reaktionen, pH-Wert usw.) steckt jedoch noch in den Kinderschuhen, was die Kommerzialisierung dieser fortschrittlichen Materialien und Prozesse einschränkt. Dies liegt vor allem daran, dass die Grenzflächen sehr empfindlich und schwer zu charakterisieren sind. Das vorgeschlagene Forschungsprogramm geht diese Herausforderung an und nutzt die Vorteile international anerkannter Expertise und erstklassiger Forschungseinrichtungen. Das deutsch-kanadische Team geht diese Aufgabe mit einem Multiskalenansatz an, der von mikrostrukturellen Details an den Grenzflächen über Transportprozesse in partikelstabilisierten Tröpfchen bis hin zu makroskopischen mechanischen Eigenschaften reicht. Wir kombinieren numerische Modellierung und neuartige In-situ-Charakterisierungsansätze speziell für Grenzflächen und erwarten bahnbrechende Fortschritte, um ein gezieltes Design von grenzflächendominierten Prozessen zu erreichen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auch zum kanadischen Programm "helping industries develop and adopt clean technology in their journey to net zero" beitragen, indem nachhaltige chemische Syntheseprozesse verbessert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Partnerorganisation: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
• Kooperationspartner: Professor Dr. Minne Paul Lettinga; Professor Giovanniantonio Natale, Ph.D.
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Andrea Scotti, bis 12/2023