Phasenabscheidung

Phasenabscheidung bezeichnet den Prozess, bei dem aus einer homogenen Mischung durch Änderung der Bedingungen zwei oder mehr Phasen entstehen. Typisch handelt es sich um eine flüssig-flüssige oder fest-flüssige Trennung, bei der sich Bestandteile aufgrund unterschiedlicher Interaktionen, Dichten oder Löslichkeiten nicht mehr homogen mischen.

In der Chemie und Materialwissenschaft tritt Phasenabscheidung häufig bei Polymerlösungen auf. Durch Änderung von Temperatur, Lösungsmittelzusatz oder Vernachlässigung der Löslichkeit entstehen polymerreiche und polymerarme Phasen. In der Praxis unterscheidet man verschiedene Ansätze: nichtlösungsmittelinduzierte Phasenabscheidung (NIPS), lösungsmittelinduzierte Phasenabscheidung oder SIPS, und thermisch induzierte Phasenabscheidung (TIPS). Ziel ist oft die Herstellung poröser Materialien wie Membranen oder Scaffolds.

Die zugrunde liegenden Mechanismen beruhen auf der Thermodynamik von Mischungen. Phasen entstehen, wenn das System in eine Phasengrenze zwischen einem stabilen Mischzustand und einer minderlöslichen Region vordrängt. Man unterscheidet dabei spinodale Abspaltung, die schnell und feinfächig verläuft, von der Nukleation-und-Wachstums-Formation, die charakteristische Strukturen erzeugt. Phasen-Diagramme (binodale und spinodale Gebiete) beschreiben, unter welchen Bedingungen die Abscheidung erfolgt.

Anwendungen umfassen die Herstellung poröser Polymermembranen für Filtration, Gastrennung oder Dialyse, sowie die Steuerung von Porosität und Morphologie in Geweben und Drug-Delivery-Systemen. Verfahren zur Induktion der Phasenabscheidung schließen Lösungsmittelwechsel, Temperaturänderungen und Expositionsprozesse mit Nicht-Lösungsmitteln ein, oft unterstützt durch Zentrifugation oder Absetzen.