Ein Vorbild aus der Natur zur Herstellung kugelsicherer Beschichtungen

Chitin ist ein vielversprechendes, allgemein verfügbares Material, das verarbeitet und in einigen Produkten verwendet werden könnte, für die heute Kunststoffe auf Erdölbasis erforderlich sind, sagt Alamgir Karim, Dow Chair Professor für chemische und biomolekulare Technik.

Karim, der auch als Direktor des International Polymer & Soft Matter Center und des Werkstofftechnik-Programms an der UH fungiert, ist Hauptforscher des Projekts. Venkatesh Balan, Assistenzprofessor für Ingenieurtechnik, und Megan Robertson, außerordentliche Professorin für chemische und biomolekulare Technik, sind Co-Forscher.

Ihre Mission ist die Entwicklung robuster, haltbarer und antimikrobieller Mehrschichtfolien, die dem Aufprall von Projektilen oder Lasern widerstehen und gleichzeitig toxische Gase absorbieren können. Karim zufolge wird die Arbeit auch über das Militär hinaus Anwendung finden, wodurch sich ihr Nutzen für die Umwelt möglicherweise noch vergrößern wird.

Hauptbestandteil der Zellwände von Pilzen und des Exoskeletts von Arthropoden

Chitin ist der Hauptbestandteil der Zellwände von Pilzen und des Exoskeletts von Arthropoden, einschließlich Krebstieren, Insekten und Muscheln. Es kommt auch in Fischschuppen vor. Es kann geerntet und verarbeitet werden, um Chitosan oder deacetyliertes Chitin herzustellen. Chitosan ist leichter zu handhaben als das spröde Chitin.

Balan, dessen Labor Bio-Moleküle für medizinische und industrielle Zwecke herstellt, nutzt chemische und enzymatische Prozesse, um die Chitosan-Moleküle aus Schalen von Krustentieren herzustellen. „Wir versuchen, dasselbe mit Pilzen zu tun“, sagt er und bemerkt, dass Pilze nachhaltig einen beständigeren Polymerisationsgrad ergeben, was dazu beiträgt, die Produktion von Chitin zu standardisieren und es dann zu Chitosan zu verarbeiten.

Eine stabile Quelle für Chitosan-Polymere ist aber nur der Anfang. Robertson wird bestimmen, wie die atomare Zusammensetzung an der Oberfläche des Chitosans verändert werden kann, um die Grenzflächen zwischen Chitosan und den funktionellen Schichten zu verbessern. Ihre Forschung umfasst die Entwicklung nachhaltiger und biologisch abbaubarer Polymere, die aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen werden.

Den Aufprall eines Projektils absorbieren

Diese verbesserte Kompatibilität zwischen dem Chitosan und dem Polymer soll die Fähigkeit der Beschichtung verbessern, Gas einzuschließen oder den Aufprall eines Projektils zu absorbieren, sagt sie.

Hier kommt Karim ins Spiel: Er entwickelt ein Mehrschichtsystem, das aus einer gehärteten stoßfesten Schicht, einer energieabsorbierenden Quetschschicht, die an die Art und Weise erinnert, wie moderne Autos entworfen werden, um beim Aufprall zu zerbröckeln und die Passagierkapsel zu schützen, einer Schicht zur Absorption von toxischen Gasen mit im Chitosan dispergierten Holzkohle-Nanopartikeln und einer Textilhaftschicht, die die Beschichtung an Leinwand und andere Textilien bindet, bestehen wird.

Dazu werden verschiedene Chitin-Nanopartikel und mit Chitosan hergestellte oder verstärkte Strukturen für die Druckzone in 3D gedruckt und getestet, um ihre Fähigkeit zu bestimmen, einem Aufprall zu widerstehen.

„Es ist ein sehr gutes, umweltfreundliches Projekt“, sagte Karim, und eines, das Anwendungen für die Automobil-, Bau- und andere Industrien haben wird. 

Weitere Informationen auf der website der Univerity of Houston.

Bildquelle: Pixabay.