Funktionelle Materialien finden

Funktionelle Materialien lösen Probleme an bestimmten Stellen einer Anwendung oder eines Verfahrens. Beispiele sind:

• die Membran in der Chloralkalielektrolyse, die nicht nur den zerstörerischen Bedingungen standhalten, sondern aus das richtige Trennverhalten zeigen muss
• die Fasern in einem Kompositwerkstoff, die bei guter Haftung an die Matrix das mechanische Verhalten in gewünschter Weise beeinflussen sollen
• das Gel, welches im Körper in genau einstellbarer Weise quillt, um einen Wirkstoff freizusetzen

und viele andere mehr.

Problemstellung

Für eine elektrochemische Applikation musste der pH im Durchlauf leicht gesenkt werden, ohne eine Dosierung flüssiger Säure dazu zu verwenden – für diese wäre in der miniaturisierten Applikation kein Platz gewesen. Das Material musste unter den oxidierenden Bedingungen stabil bleiben und durfte keine Verunreinigungen in die Flüssigkeit abgeben.

Was der Kunde wollte

• Eine „feste, unlösliche Säure“ mit langer Standzeit
• äußerste Einfachheit und Zuverlässigkeit bei der Applikation
• … und natürlich beim Einbau.

Was der Kunde nicht wollte

• Sehr viele Materialien testen
• Zusätzlichen Aufwand durch das Material haben, etwa nachgeschaltete Partikelfilter
• Materialien, deren Leistung (chargenabhängig) schwanken konnte.

Vorgehensweise

Feststoffsäuren sind im Grunde nichts Neues: Es handelt sich dabei um Stoffe, die selbst unlöslich sind, aber Säuregruppen besitzen, die Protonen ins Wasser freisetzen können. Das bekannteste Beispiel sind Kationenaustauscher, vernetzte Polymere etwa mit Sulfonsäuregruppen, die, in Wasser eingebracht, Protonen freisetzen, solange andere Kationen (z. B. Na⁺ oder Ca²⁺) für den Ladungsausgleich zur Verfügung stehen. Diese sind aber empfindlich und verfärben sich bei Anwesenheit oxidierender Substanzen.

Außerdem gibt es natürlich Zeolithe in der H-Form, aber diese werden immer Partikel abgeben, was unerwünscht ist.

In diesem Fall wurde eine dreistufige Recherche angestellt:

1. Recherche nach Anwendungsgebieten von Feststoffsäuren, um die Gebiete einzugrenzen
2. Recherche durch die wissenschaftliche und Patentliteratur dieser Gebiete, um mehr Beschreibungen geeigneter Materialien zu finden
3. Nachdem das Material feststand (und anhand eines Musters getestet worden war), wurden noch die verfügbaren Varianten, Lieferquellen und Preise zusammengestellt, und der Kontakt zu einem Lieferanten der geeigneten Größenordnung hergestellt.

Und der Erfolg? Der funktionierende Prototyp konnte gebaut werden und hatte die gewünschte Eigenschaft – „einbauen und vergessen“.