Ionische Flüssigkeiten als Lösungsmittel in der Polymerchemie
Im Bezug auf ionische Flüssigkeiten wurde bislang die Polymerchemie in einem eher geringeren Umfang untersucht, obwohl gerade hier sich zukünftig die Vielseitigkeit der ionischen Flüssigkeiten zeigen könnte.
In der Mitte der 1990er Jahre beschrieben Watanabe et al. die Unlöslichkeit von Poly(MMA), Poly(St), Poly(AN) und Poly(EO) in Butlypyridinium Bromid – AlCl3.1 Im Jahr 2000 beschrieben dann Forsyth et al., dass es ihnen gelungen war, Poly(N,N-dimethyl acrylamid), Poly(DMMA), Poly(AN), Poly(1-vinylpyrrolidinon) und Poly(VPyr-coVAc) in Trimethylbutylamonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (N1114 BTA) zu lösen.2
Ein erster Meilenstein wurde möglicher Weise durch die Arbeiten von Winterton et al. erreicht, die in einer umfassenden Studie über 11 Wochen das Verhalten von 17 verschiedenen Polymeren in den ionischen Flüssigkeiten 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborat (EMIM BF4), 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphat (BMIM PF6) und 1-Methyl-3-octylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amid (OMIM BTA) untersuchten.3 Dabei lösten sich die meisten Polymere in OMIM BTA. Der schwach zu identifizierende Trend war, dass die hydrophilen Polymere in allen drei ionischen Flüssigkeiten löslich waren, während die eher hydrophoben Polymere unlöslich oder eben nur in OMIM BTA löslich sind. Der Grund für die bessere Löslichkeit in OMIM BTA im Vergleich zu den anderen ILs könnte auf die besonderen Eigenschaften des Anions zurückzuführen sein:
Generell werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften stärker vom Anion als vom Kation beeinflusst. In diesem Zusammenhang zeigten Winterton et al. auch, dass sowohl das BF4- als auch das PF6-Anion, die beide nicht-koordinierenden Anionen darstellen, ein mehr oder weniger ähnliches Verhalten aufwiesen. Anderseits zeigt das BTA-Anion, das zur Gruppe der schwach korrdinierenden Anionen zu zählen ist, ein Verhalten, welches dem hydrophober molekularer Lösungsmittel ähnelt.
Abb. 1. Auflösen von (Bio-)Polymeren in ionischen Flüssigkeiten.
Ein anderes interessantes Anwendungsgebiet, dass in diesem Zusammenhang nicht vernachlässigt werden kann, ist das Auflösen von Biopolymeren, insbesondere von Cellulose und Ceratin. Robin Rogers, der bereits viele wichtige Konzepte entwickelte, die auf ionischen Flüssigkeiten basieren, zeigte 2002, dass das bei weitem wichtigste Biopolymer Cellulose in ionischen Flüssigkeiten besser gelöst werden kann als in jedem anderen Lösungsmittel.4 Das Auflösen der Cellulose ist für die chemische Umsetzung Voraussetzung, um anschließend Bioethanol (Biomass-to-liquid), aber auch andere Chemikalien herstellen zu können. Aufgrund der Tatsache, dass im Rahmen dieser derzeit untersuchten Prozesse somit auch Pflanzenabfälle eingesetzt werden können, stellen sie interessante Alternativen zu den gängigen Verfahren dar, die u.a. auch auf der Umsetzung von Zuckerhaltigen Lebensmitteln, insbesondere Mais, zu Bioethanol basieren.
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Text: Dr. Thomas J. S. Schubert, IOLITEC GmbH, 2012.
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1. M. Watanabe, S. Yamada, K. Sanui and N. Ogata, Chem. Commun. 1993, 929.
2. M. Forsyth, S. Jiazeng and D. R. MacFarlane, Electrochim. Acta 2000, 45, 1249.
3. N. Winterton, J. Mater. Chem. 2006, 16, 4281.
4. R P. Swatloski, S. K. Spear, J. D. Holbrey, R. D. Rogers, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4974.