Strukturelle Eigenschaften von biologisch abbaubaren wässrigen Polyurethanen

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Die biologische Abbaubarkeit hängt hauptsächlich von der Größe und Struktur der Polymermoleküle, von der Art der Mikroorganismen sowie von den Umweltfaktoren ab. Dabei sind die Molekülstruktur und Zusammensetzung des Materials die entscheidenden Faktoren. Im Allgemeinen gilt: Alkylesterbindungen > Peptidbindungen > Carbamatbindungen > Alkyletherbindungen > Methylengruppen. Außerdem erschweren hochmolekulare Materialien mit großem Molekulargewicht, einer regelmäßigen Molekülanordnung und hoher Hydrophobie das Eindringen und Wachstum von Mikroorganismen sowie die biologische Abbaubarkeit. Polyurethan ist ein Polymer, dessen Hauptkette aus wiederholten Carbamatabschnitten besteht. Die Hauptkette des Polyurethans besteht in der Regel aus weichen Kettenabschnitten, deren Glasübergangstemperatur unter der Raumtemperatur liegt, sowie aus starren Kettenabschnitten, deren Glasübergangstemperatur über der Raumtemperatur liegt. Die weichen Abschnitte bestehen aus Oligomerpolyolen wie Polyester oder Polyether, während die starren Abschnitte aus Diisocyanaten sowie niedermolekularen Verlängerungsmitteln wie Diaminen und Diolen bestehen. Aufgrund der hohen Polarität der festen Kettenabschnitte sowie der starken Anziehungskräfte zwischen ihnen neigen die festen und weichen Kettenabschnitte thermodynamisch dazu, sich voneinander zu trennen. Daher neigen die festen Kettenabschnitte dazu, sich zusammenzubilden und zahlreiche Mikrozonen zu bilden, die sich im weichen Abschnittsphärentum verteilen und so eine mikrophasengetrennte Struktur erzeugen. Die Mikrostruktur der Oberfläche von Polyurethanen ähnelt stark der von Biomembranen. Zudem weist Polyurethan eine gute Biokompatibilität auf. Die Kettenstruktur von Polyurethanen sorgt dafür, dass es zu einem gewissen Grad biologisch abbaubar ist. Im Syntheseprozess von Polyurethanen kann man durch die Auswahl unterschiedlicher Blöcke sowie durch Anpassung des Verhältnisses zwischen den weichen und harten Bereichen das Polyurethan so gestalten, dass es unterschiedliche chemische Strukturen (z. B. lineär, verzweigt, vernetzt), mechanische Eigenschaften (steif, flexibel) sowie thermische Eigenschaften aufweist – und somit den verschiedenen Anforderungen gerecht wird.