Charakterisierung von Biopolymeren

Durch die Verknappung fossiler Rohstoffe, wachsende Rohölpreise sowie die stark diskutierte Kohlendioxid-Problematik gewinnen Biopolymere, die auf nachweisenden Rohstoffen basieren, immer mehr an Bedeutung. In dieser Arbeit wurden zwei wichtige Biopolymere, Polylactid (PLA) und Polyhydroxybutyrat (PHB) charakterisiert. Zum einen wurde die Molekulargewichtsverteilung von PHB bestimmt und die Gültigkeit der universellen Kalibration überprüft. Da keine engverteilten Standards für PHB verfügbar sind, wurde Größenausschlusschromatographie (SEC) mit statischer Lichtstreuung gekoppelt um die wahre Molekulargewichtsverteilung zu ermitteln. Durch Kopplung der SEC mit Viskositätsdetektor konnte es gezeigt werden, dass PHB im verwendeten chromatographischen System (SDV/Chloroform) welchselwirkungsfrei eluieren und der universellen Kalibration gehorchen. Somit lässt sich eine mit kommerziellen Polystyrolstandards erstellte SEC-Kalibrationskurve in eine Kalibrationskurve umrechnen, welche die Bestimmung der wahren PHB-Molmassen ermöglicht. Die hierfür benötigten Umrechnungsparameter wurden auch ermittelt. Des Weiteren wurden in der Arbeit die Endgruppen von PLA charakterisiert. Hierzu wurden zwei Methoden verwendet, die matrixunterstützte Laserdesorption-Ionisation Massenspektrometrie (MALDI-TOF-MS) und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS). Durch partiellen Abbau gefolgt von Fraktionierung durch Festphasenextraktion mit anschließender MALDI-TOF-MS-Messung können unterschiedliche Ester-Endgruppen identifiziert werden, wobei aber Endgruppen gleicher Molekulargewichte nicht unterschieden werden können. Die Totalmethanolyse mit nachfolgender GC-MS-Untersuchung erlaubt eine schnellere Identifizierung verschiedener Ester-Endgruppen und auch eine Unterscheidung der Endgruppen mit gleichen Molmassen. Bei beiden Methoden kann Carbonsäure-Endgruppe wegen Veresterung beim Abbau nicht identifiziert werden, aber durch Kombination beider Methoden kann das Vorliegen von Carbonsäureenden untermauert werden.

Bioplastics derived from renewable sources become increasingly important due to the scarcity of fossil raw materials, rising oil prices and intensely discussed carbon dioxide problem. In this study two widespread bioplastics, polylactide (PLA) and polyhydroxybutyrate (PHB) were characterized. First of all molecular weight distribution of PHB was determined and the validity of universal calibration was explored. For no narrow distributed standards of PHB are commercially available, size exclusion chromatography (SEC) was coupled with static light scattering in order to determine the real molecular weight distribution. Through coupling of SEC and viscosity detector it could be demonstrated that PHB elutes in an interaction-free mode in the used chromatographic system (SDV/Chloroform) and thus the universal calibration is valid. Therefore, a SEC calibration curve based on commercial polystyrene standards can be converted to a calibration curve allowing determination of true molecular weight of PHB. The required parameters for this conversion were also determined. Furthermore, end groups of PLA were characterized in this study as well. For this purpose two techniques were used, the matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Through partial degradation of PLA followed by fractionation using solid phase extraction and subsequently MALDI-TOF-MS-Analysis different ester end groups can be identified, while end groups with the same molar mass can not be distinguished. Total methanolysis followed by GC-MS-Analysis enables a faster identification of ester end groups, and can differentiate end groups with the same molar mass as well. With both methods carboxylic acid end group can not be identified due to esterification during the degradation reaction, but the existence of carboxylic acid group can be verified by combination of both methods.