Wie neue Erkenntnisse in der Erforschung von Hydrogelen die Welt ein wenig trockener machen

Wir finden das Zauberpulver in einem handgroßen Becher im Regal der dunklen Vorratskammer. Auf den ersten Blick sehen die Körner aus wie ganz normales Speisesalz. Aber sie können viel mehr, wie Prof. Thomas Mang gleich darauf beweist. Vorsichtig schüttet der Chemiker das Granulat in ein Glas Wasser und schwenkt es leicht hin und her.

In nur wenigen Sekunden schlürft die Substanz das Wasser regelrecht auf und quillt zu einer durchsichtigen, wackelpuddingartigen Masse auf, wobei sich das Volumen vervielfacht. „Beeindruckend durstig, nicht wahr?“ grinst Mang. „Diese Hydrogele nehmen 300 Mal so viel Flüssigkeit auf, wie sie selbst wiegen.“

Seit vor über zehn Jahren die ersten Hydrogele im Institut für Angewandte Polymerchemie (IAP) der Fachhochschule Aachen entwickelt wurden, arbeitet Prof. Mang an der ständigen Verbesserung des Dichtmaterials. Besonders faszinieren ihn die so genannten Superabsorber, also solche Hydrogele, die besonders saugfähig sind. Aus der bisherigen Forschung des IAP resultieren Quellgummis und Quellpasten, die mittlerweile zahlreiche europäische Tunnel gegen Feuchtigkeit und Nässe von außen schützen. Auch beim Bau der Rheinuferstraße in Düsseldorf setzten die Baufirmen die Gummis aus der Fachhochschule Aachen zum Abdichten ein. Sogar für den Einsatz am zarten Babypopo eigenen sich die Hydrogele: Die Superabsorber sind saugender Bestandteil in modernen Babywindeln.

Nun ernten die Forscher des IAP die Früchte ihrer harten Arbeit mit einem doppelten Durchbruch: Seit Kurzem gelingt es ihnen zum einen, das Material auch in salzigem Wasser anzuwenden. Jahrelang sahen sich Prof. Mang und sein Team mit dem Problem konfrontiert, dass die Hydrogele in Salzwasser nur unzureichend aufquellen oder sogar ihre Abdichtwirkung ganz verlieren. Und gerade dort, wo es besonders viel Salzwasser gibt, in unmittelbarer Meeresnähe nämlich, werden effektive Abdichtmethoden dringend benötigt, etwa für unterseeische Tunnel oder beim Bau von Dämmen.

Zum anderen ist es den Forschern nun erstmals gelungen, den Hydrogelen nicht nur bei Nässe, sondern auch bei Änderungen von Temperatur, Salzkonzentration, pH-Werten oder elektrischen Spannungen Reaktionen wie Auf- oder Abquellen zu entlocken. Weil sie nun scheinbar selbstständig auf verschiedene äußere Reize reagieren, bezeichnen Wissenschaftler diese neue Generation auch als „intelligente Hydrogele“.

Möglich macht solche Erfolge eine fundierte Forschungsarbeit: Im Rahmen eines Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erforscht Prof. Mang in Kooperation mit Dr. Siegfried Stapf vom Institut für Technische und Makromolekulare Chemie (ITMC) der RWTH Aachen die Eigenschaften der Hydrogele sowie den Einfluss von Salzen, Säuren Temperatur- oder Konzentrationsveränderungen auf diese – eine Arbeit für wissenschaftliche Detektive. Die Forscher näherten sich den aus Acrylsäure bestehenden Hydrogelen systematisch und akribisch. Durch wiederholte Versuchsanordnungen mit nur jeweils kleinen Veränderungen ermittelten sie den genauen Zusammenhang zwischen Materialstruktur und Reaktion.

Trotz der jüngsten Erfolge ist Mang weit davon entfernt, sich auf den Lorbeeren auszuruhen. Zurzeit untersuchen die Forscher die Möglichkeiten, Hydrogele aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. „Das ist das Wunderbare an der Chemie“, resümiert Mang, „man ist nie fertig, es gibt immer neue Eigenschaften und damit auch Anwendungsbereiche der Materialien zu entdecken und immer neue Möglichkeiten, ein Material weiter zu entwickeln, um es noch besser zu machen. Das ist auch eine der zentralen Botschaften, die wir unseren Studierenden vermitteln möchten.“