Charakterisierung, Konzeption und praktische Anwendung komplexer und nanostrukturierter Flüssigkeiten sowie ihrer Grenzflächen definieren die zentralen Forschungsinteressen der Regensburger Arbeitsgruppe für Lösungchemie.
Der Schwerpunkt liegt auf homogenen, transparenten und thermodynamisch stabilen Flüssigkeiten, wie Lösungen von Hydrotropen, Elektrolyten, Tensiden, Polymeren, Biomolekülen sowie ionischen Flüssigkeiten und Mikroemulsionen. Auch andere Systeme wie Emulsionen oder strukturierte Lösungen in überkritischem Kohlendioxid werden untersucht. Die Selbstorganisation molekularer Flüssigkeitssysteme und spezifische Ioneneffekte in Natur und Technik stehen im Mittelpunkt des Interesses, ebenso wie die daraus resultierenden Nanostrukturen und spezifischen Kristallisationsprozesse.
Die Arbeitsgruppe für Lösungchemie beschäftigt sich insbesondere mit der Entwicklung nachhaltiger, biokompatibler Produkte und entsprechender Prozesse. Dazu gehören Reinigungsmittel, Kosmetika usw. sowie umweltfreundliche Pflanzenextraktions- und Aufbereitungsverfahren.
Im Einzelnen befassen wir uns mit:
- dem Verständnis des Zusammenspiels subtiler Wechselwirkungen in Flüssigkeiten und der daraus resultierenden Strukturen, beispielsweise elektrostatische Wechselwirkungen im Vergleich zu hydrophoben Effekten oder dem Auftreten tensidfreier Mikroemulsionsstrukturen. Ebenso versuchen wir, solche subtilen Wechselwirkungen in biologischen Systemen und in Lösungen mit biologischen Molekülen wie Antioxidantien, Proteinen usw. zu verstehen.
- der Konzeption umweltfreundlicher Lösungsmittel, Tenside und anderer Lösungsvermittler (Hydrotrope) sowie flüssiger Systeme für chemische und industrielle Prozesse und neue nachhaltige Produkte.
- der umweltfreundlichen Extraktion von Pflanzen (ätherische Öle, natürliche Antioxidantien, Biopolymere usw.) zur Entwicklung hochwertiger Chemikalien auf Basis nachwachsender Rohstoffe (nicht zur Kraftstoffproduktion). Die Vision ist eine europäische Landwirtschaft, die zunehmend unabhängiger von Subventionen wird und stattdessen hochwertige Lebensmittel sowie grüne Chemikalien und Produkte erzeugt.
der Formulierungschemie: Entwicklung neuer, nachhaltiger Reinigungsmittel, Kosmetika, galenischer Formulierungen, Lackformulierungen usw.
Zur Charakterisierung von Struktur, Dynamik, Reaktionskinetik und thermodynamischen Eigenschaften solcher Systeme wird eine Vielzahl experimenteller und theoretischer Methoden eingesetzt. Aus Sicht der Grundlagenforschung wird das Zusammenspiel zwischen Solvatation und Assoziation sowie zwischen hydrophoben und elektrostatischen Wechselwirkungen untersucht, um die Selbstorganisation molekularer Systeme und deren Auswirkungen auf die makroskopischen Eigenschaften der Probe zu verstehen. Besonderes Interesse gilt dabei schwachen Wechselwirkungen [240 (externer Link, öffnet neues Fenster)] sowie der spontanen Organisation von Materie ohne “Template”.
Die gewonnenen Erkenntnisse werden rasch in die angewandte Forschung übertragen. So werden beispielsweise neue grüne Lösungsmittel und Tenside sowie umweltfreundliche ionische Flüssigkeiten entwickelt, um neue Produkte zu formulieren, wie leistungsstarke, aber nahezu trinkbare Anti-Graffiti-Sprays, umweltfreundliche Insektenabwehrmittel, geruchsneutralisierende Produkte und in jüngerer Zeit auch neue Arten von Biokraftstoffen usw. (siehe Formulierungschemie). In den letzten Jahren wurden unsere Formulierungsarbeiten durch neue, ebenfalls umweltfreundliche Konzepte, Systeme und Verfahren zur effizienten Pflanzenextraktion sowie zur weiteren Verarbeitung und Verwertung von Pflanzenextrakten ergänzt.
Im Allgemeinen wird die erforderliche hochpräzise Ausstattung in Zusammenarbeit mit den Werkstätten der Fakultät von der Arbeitsgruppe selbst entworfen und entwickelt. Anspruchsvollere Experimente wie Neutronenstreuung oder spezielle mikroskopische Techniken werden an verschiedenen internationalen Forschungszentren und Instituten durchgeführt.
Bitte klicken Sie auf den folgenden Link, um einen Einblick in unsere Geräte und Labore zu erhalten.
Zur effizienten Unterstützung in Theorie und Simulation pflegen wir enge Kooperationen mit Prof. Dominik Horinek und seiner Arbeitsgruppe.
Um die gewonnenen Erkenntnisse in die Entwicklung industrieller Produkte oder neuer technischer Verfahren zu überführen, wurde 1999 die SKH Gesellschaft für angewandte und technische Chemie gegründet. Das Unternehmen ist als An-Institut der Universität Regensburg anerkannt. Zudem bietet die Firma Dienstleistungen im Bereich der Produktformulierung an, insbesondere für Kosmetika, Haushaltsprodukte und pharmazeutische Erzeugnisse.
Unsere Forschungsgruppe ist außerdem Mitglied des im Jahr 2012 gegründeten Carl-von-Carlowitz-Zentrums für Nachhaltige Chemie an unserer Fakultät. Prof. Kunz ist Leiter dieses Zentrums. Carl von Carlowitz gilt als der erste Deutsche, der im Jahr 1713 den Begriff „nachhaltig“ verwendet hat.
UNSERE AKTUELLE FORSCHUNG
kann in zehn Themenbereiche unterteilt werden, die alle mit der Lösungchemie in Zusammenhang stehen. Bitte folgen Sie den untenstehenden Links, um mehr über die einzelnen Themen zu erfahren:
- Lösungsmittel und Hydrotrope
- Ionische Flüssigkeiten und tiefe Eutektika
- Tenside, Mizellen und Mikroemulsionen
- Tensidfreie Mikroemulsionen – der Prä-Ouzo-Effekt
- Pflanzenextraktion
- Solubilisierung von Biomasse
- Formulierungschemie
- Wässrige und nichtwässrige Elektrolytlösungen
- Spezifische Ioneneffekte, Hofmeister-Reihe, Salting-in und Salting-out
- Kristallisation, Nanokristalle, Biomorphe und Silikatgärten
Es ist zu beachten, dass wir an mehreren weiteren, weniger umfangreichen Themen arbeiten, meist in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen aus aller Welt. Das Verhalten von Polymeren in wässrigen Lösungen und bei Adsorption an festen Oberflächen, untersucht mittels AFM, könnte für eine breite Leserschaft von Interesse sein [66 (externer Link, öffnet neues Fenster),71 (externer Link, öffnet neues Fenster)], ebenso wie das vereinheitlichte Konzept von Krümmung, Packungsparameter und hydrophil-hydrophobem Unterschied in Tensidlösungen [138 (externer Link, öffnet neues Fenster)].
Wir erwähnen außerdem unsere Arbeiten zur Synthese in hydrothermalem Wasser [177, (externer Link, öffnet neues Fenster)187 (externer Link, öffnet neues Fenster),196], unsere Zusammenarbeit zu selbstorganisierenden Alginatgelen [102 (externer Link, öffnet neues Fenster),111 (externer Link, öffnet neues Fenster),231 (externer Link, öffnet neues Fenster)] sowie die Nutzung von gelöstem Chitin zur Herstellung neuer biobasierter Materialien [263,264,267]. In [296] arbeiteten wir mit einem Automobilhersteller zur Stabilität von Beschichtungen zusammen, und in [266] sowie [312] berichten wir über die Extraktion und Stabilisierung von Naturkautschuklatex aus russischem Löwenzahn.