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Patent Searching and Data


Title:
MESOMORPHIC COMPLEXES OF POLYELECTROLYTES AND SURFACTANTS, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND FILMS, FOILS, FIBRES, MOULDED BODIES AND COATINGS MADE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1996/005235
Kind Code:
A1
Abstract:
Mesomorphic complexes consist of anionic polyelectrolytes, cationic polyelectrolytes and/or polyampholytes and of cationic, anionic, non-ionic and/or amphoteric surfactants.

Inventors:
Kistenmacher
Axel, Antonietti
Markus, Conrad
J�rgen
Application Number:
PCT/EP1995/003073
Publication Date:
February 22, 1996
Filing Date:
August 02, 1995
Export Citation:
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Assignee:
BASF AKTIENGESELLSCHAFT KISTENMACHER
Axel, Antonietti
Markus, Conrad
J�rgen
International Classes:
C08J5/18; B01F17/00; C08F8/00; C08F8/44; C08F12/08; C08F18/08; C08F20/04; C08G85/00; C09K19/38; C09K19/42; D01F6/52; (IPC1-7): C08F8/44; C08G81/00
Foreign References:
DE2457328A1
FR2221469A1
US4107097A
EP0492188A2
FR2316373A1
DE2014880A1
US5272217A
FR1521021A
Other References:
POLYMER BULLETIN, Bd.31, Nr.4, Oktober 1993, BERLIN, DE Seiten 449 - 456 K. M. NOVACK 'COMPLEXATION OF POLY(METHYL METHACRYLATE-G-PROPYLENE OXIDE) AND ALKALI-METAL IONS'
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Claims:
Patentansprüche
1. Mesomorphe Komplexe aus anionischen Polyelektrolyten, kationischen Polyelektrolyten und/oder Polyampholyten und kationischen, anionischen, nichtionischen und/oder amphoteren Tensiden.
2. Verfahren zur Herstellung von mesomorphen Komplexen aus Poly elektrolyten und Tensiden gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß man die entsprechenden amorphen Polyelektrolyt TensidKomplexe in organischen Lösungsmitteln löst und diese Lösungsmittel aus der erzeugten Lösung oder Gelphase ver¬ dampft.
3. Verfahren zur Herstellung von mesomorphen Komplexen aus Poly¬ elektrolyten und Tensiden gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß man sie durch Verarbeitung aus der Schmelze der entsprechenden amorphen PolyelektrolytTensid Komplexe herstellt.
4. Filme, Folien, Fasern, Formkörper und Beschichtungen, ent¬ haltend mesomorphe Komplexe aus Polyelektrolyten und Tensiden gemäß Anspruch 1.
Description:
Mesomorphe Komplexe aus Polyelektrolyten und Tensiden, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Filme, Folien, Fasern, Formkörper und Beschichtungen hieraus

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft neue mesomorphe Komplexe aus anionischen Polyelektrolyten, kationischen Polyelektrolyten und/ oder Polyampholyten und kationischen, anionischen, nichtionischen und/oder amphoteren Tensiden. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zu deren Herstellung sowie Filme, Folien, Fasern, Form¬ körper und Beschichtungen hieraus.

Es ist bekannt, daß sich zwischen Polyelektrolyten und entgegen¬ gesetzt geladenen Tensiden spontan Polyelektrolytkomplexe ausbil¬ den. Auch die Komplexbildung zwischen Polyelektrolyten und nicht¬ ionischen Tensiden ist beschrieben. Die Mehrzahl der entsprechen¬ den Publikationen beschäftigt sich mit wäßrigen Lösungen dieser Komplexe, wohingegen nur wenig über die Eigenschaften und die Struktur derartiger Polyelektrolyt- Tensid-Komplexe als Feststoffe bekannt ist.

Die EP-A 492 188 (1) beschreibt feste, amorphe Komplexe aus Poly- elektrolyten und gegensätzlich geladenen oberflächenaktiven Mit¬ teln, die als Sorbentien für die Reinigung von durch organische Verbindungen kontaminiertem Wasser eingesetzt werden können. Die Komplexe werden dabei als Präzipitate erhalten, indem der Poly¬ elektrolyt und das Tensid in einem Lösungsmittel vermischt werden oder dadurch, daß der Polyelektrolyt in einer Lösung des Tensids durch Polymerisation hergestellt wird.

Die DD-A 270 012 (2) beschreibt die Herstellung von Membranen aus einem Polyelektrolytkomplex, bestehend aus Cellulosesulfat und einem kationischen Tensid. Die Herstellung der Membranen erfolgt so, daß ein Film von Cellulosesulfat mit einer wäßrigen Lösung des kationischen Tensids zu einem amorphen Polyelektrolytkomplex präzipitiert wird.

Die aus diesen amorphen Polyelektrolytkomplexen aufgebauten Mate¬ rialien wie Filme oder Membranen sind oftmals in ihren mechani¬ schen, thermischen oder anwendungstechnischen Eigenschaften noch verbesserungsbedürftig. Daher lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, derartige Materialien mit verbesserten Eigen- Schäften bereitzustellen.

Demgemäß wurden die eingangs definierten mesomorphen Komplexe aus Polyelektrolyten und Tensiden gefunden.

Als "mesomorph" werden hierbei Substanzen oder Materialien mit einer mesomorphen Phase, d.h. mit flüssigkristalliner Struktur, bezeichnet, bei denen - zumindest in bestimmten Bereichen - eine Ordnung der molekularen Bausteine oder eine Ordnung der übermole¬ kularen Aggregate vorliegt. Sie unterscheiden sich von amorphen Substanzen bzw. Materialien z.B. dadurch, daß sie aufgrund ihrer Anisotropie besondere optische Eigenschaften aufweisen.

Offenbar ist hier für eine Reihe von Anwendungen die Orientierung bzw. Ordnung der molekularen Bausteine und übermolekularer Aggre¬ gate in einer mesoskopischen oder größeren Dimension höchst vor- teilhaft. Vom Ordnungsgrad des Materials werden u.a. die mechani¬ schen, thermischen und auch die optischen Eigenschaften des be¬ treffenden Materials beeinflußt.

Hier wird also durch die Orientierung der molekularen Bausteine und der übermolekularen Aggregate im Vergleich zu dem entspre¬ chenden amorphen Material eine Verbesserung der anwendungs¬ technischen Eigenschaften oder gar das Auftreten von neuen, wünschenswerten Eigenschaften erzielt.

Der Nachweis der mesomorphen Struktur der erfindungsgemäßen Poly- elektrolyt-Tensid-Komplexe gelingt eindeutig mittels der Klein- winkel-Röntgendiffraktometrie. Hier zeigen sich einer oder meh¬ rere schmale Streupeaks, die eine flüssigkristalline Morphologie kennzeichnen. Weiterhin zeigen polarisationsmikroskopische Auf- nahmen unter gekreuzten Polarisatoren bei den meisten mesomorphen Strukturen typische Texturen doppelbrechender Domänenstrukturen an.

Die erfindungsgemäßen mesomorphen Komplexe aus Polyelektrolyten und Tensiden bestehen aus einem oder einer Mischung aus mehreren Polyelektrolyten und einem oder einer Mischung aus mehreren Ten¬ siden. Dabei können die Komplexe vorzugsweise

aus einem oder mehreren anionischen Polyelektrolyten und einem oder mehreren kationischen und/oder nichtionischen Ten¬ siden oder

aus einem oder mehreren kationischen Polyelektrolyten und einem oder mehreren anionischen und/oder nichtionischen Ten- siden oder

aus einem oder mehreren anionischen Polyelektrolyten, kationischen Polyelektrolyten und/oder Polyampholyten und einem oder mehreren nichtionischen Tensiden oder

- aus einem oder mehreren Polyampholyten und einem oder mehre¬ ren ionischen, amphoteren und/oder nichtionischen Tensiden

aufgebaut sein.

Unter Polyampholyten sollen nach außen neutrale amphotere Poly- elektrolyte verstanden werden.

Als anionische Polyelektrolyte werden normalerweise solche verwendet, welche 20 bis 100 mol-% von einer oder einer Mischung von mehreren der folgenden Monomereinheiten der Gruppe (1) ent¬ halten:

Gruppe (1) : Monoethylenisch ungesättigte C 3 - bis Cio-Monocarbon- säuren, deren Alkalimetallsalze und/oder Ammoniumsalze, bei- spielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Dimethylacrylsäure,

Ethylacrylsäure, Allylessigsäure oder Vinylessigsäure; weiterhin monoethylenisch ungesättigte C 4 - bis C 8 -Dicarbonsäuren, deren Halbester, Anhydride, Alkalimetallsalze und/oder Ammoniumsalze, z.B. Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Mesaconsäure, Methylenmalonsäure, Citraconsäure, Maleinsäureanhydrid, Itacon- säureanhydrid oder Methylmalonsäureanhydrid; weiterhin Sulfo- gruppen enthaltende monoethylenisch ungesättigte Monomere, bei¬ spielsweise Allylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure, 2-Acryl- amido-2-methylpropansulfonsäure, Methallylsulfonsäure, Vinyl- sulfonsäure, Acrylsäure-3-sulfopropylester oder Methacryl- säure-3-sulfopropylester; weiterhin Phosphonsäuregruppen enthal¬ tende monoethylenisch ungesättigte Monomere, z.B. Vinylphosphon- säure, Allylphosphonsäure oder Acrylamidomethylpropanphosphon- säure.

Diese Polyelektrolyte können in der Säureform, teilneutralisiert oder vollständig neutralisiert eingesetzt werden. Bis zu 80 mol-% der Monomereinheiten des anionischen Polyelektrolyten können hierbei aus einem oder mehreren nichtionischen Monomeren der Gruppe (2) bestehen:

Gruppe (2) : CT.- bis C 2 o~Alkyl- und Hydroxyalkylester von mono¬ ethylenisch ungesättigten C - bis Cio-Monocarbonsäuren oder Cή- bis Cs-Dicarbonsäuren, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Stearylacrylat, Maleinsäurediethylester, Hydroxy- ethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxybutylacrylat, Hydroxy- ethylmethacrylat oder Hydroxypropylmethacrylat; weiterhin

(Meth)Acrylsäureester von alkoxylierten Ci- bis Cι 8 -Alkoholen, die mit 2 bis 50 Mol Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Mischungen davon umgesetzt sind; weiterhin Amide und N-substi- tuierte Amide von monoethylenisch ungesättigten C 3 - bis Cio-Mono- carbonsäuren oder C - - bis C 8 -Dicarbonsäuren, z.B. Acrylamid, Meth- acrylamid, N-Alkylacrylamide oder N,N-Dialkylacrylamide mit je¬ weils 1 bis 18 C-Atomen in der Alkylgruppe wie N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-tert.-Butylacrylamid oder N-Octadecyl- acrylamid, Maleinsäuremonomethylhexylamid, Maleinsäuremonodecyl- amid, Dimethylaminopropylmethacrylamid oder Acrylamidoglykol- säure; weiterhin Alkyla inoalkyl (meth)acrylate, z.B. Dimethyl- aminoethylacrylat, Dimethylaminoethyl ethacrylat, Ethylamino- ethylacr lat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminopropyl- acrylat oder Dimethylaminopropylmethacrylat; weiterhin Vinyl- ester, z.B. Vinylformiat, Vinylacetat oder Vinylpropionat, wobei diese nach der Polymerisation auch verseift vorliegen können; weiterhin N-Vinyl-Verbindungen, z.B. N-Vinylpyrrolidon, N-Vinyl- caprolactam, N-Vinylformamid, N-Vinyl-N-methylformamid, 1-Vinyl- imidazol oder l-Vinyl-2-methylimidazol; weiterhin Vinylether von C-- bis Ci 8 -Alkoholen, Vinylether von alkoxylierten C \ - bis C-. 8 -Al- koholen und Vinylether von Polyalkylenoxiden wie Polyethylenoxid, Polypropylenoxid oder Polybutylenoxid; weiterhin lineare, ver¬ zweigte oder cyclische Olefine, z.B. Ethen, Propen, Butene, Iso¬ buten, 1-Penten, Cyclopenten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Okten, 2, 4, ' -Trimethylpenten-1, 1-Nonen, 1-Decen, Styrol oder dessen Derivate wie α-Methylstyrol, Inden, Dicyclopentadien oder reaktive Doppelbindungen tragende höhere Olefine wie Oligopropen und Polyisobuten.

Als kationische Polyelektrolyte werden normalerweise solche verwendet, welche Amonogruppen und/oder Ammoniumgruppen in der Haupt- und/oder Seitenkette tragen. Zur Herstellung von amino- bzw. ammoniumgruppenhaltigen Polymerisaten können z.B. die in Gruppe (3) aufgeführten Monomere in Anteilen von 20 bis 100 mol-% eingesetzt werden.

Gruppe (3) :

Monomere, die Amino- oder Iminogruppe tragen, wie z.B. Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Dimethylaminopropyl ethacrylamid, Allylamin;

Monomere, die quaternäre Ammoniumgruppen tragen, z.B. vorliegend als Salze, wie sie durch Umsetzung der basischen Aminofunktionen mit Säuren, wie z.B. Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Ameisensäure oder Essigsäure, erhalten werden oder in quaterni-

sierter Form (geeignete Quaternisierungsmittel sind beispiels¬ weise Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Methylchlorid, Ethylchlorid oder Benzylchlorid) , wie z.B. Dimethylaminoethylacrylat-hydro- chlorid, Diallyldimethylammoniumchlorid, Di ethylaminoethyl- acrylat-methochlorid, Dirnethylaminoethylaminopropylmethacrylamid- methosulfat, Vinylpyridiniumsalze und 1-Vinylimidazoliumsalze;

Monomere, bei denen die Aminogruppe und/oder Ammoniumgruppe erst nach der Polymerisation und anschließender Hydrolyse freigesetzt wird, solche Monomere sind z.B. N-Vinylformamid und N-Vinylacet- amid.

Weiterhin können als kationische Polyelektrolyte Polyethylenimin oder Polypropylenimin eingesetzt werden.

Diese Polyelektrolyte können in der Basenform, neutralisiert oder vollständig neutralisiert eingesetzt werden. Bis zu 80 mol-% der Monomereinheiten des kationischen Polyelektrolyten können hierbei aus einem oder mehreren nichtionischen Monomeren der Gruppe (2) bestehen.

Einsetzbare Polyampholyte (amphotere Polyelektrolyte) werden in der Regel durch Copolymerisation von 20 bis 80 mol-% von Mono¬ meren aus der Gruppe (1) und aus Gruppe (3) hergestellt, wobei die restlichen 0 bis 80 mol-% aus nichtionischen Monomeren der Gruppe (2) bestehen können.

Geeignete anionische Tenside sind beispielsweise Alkylbenzol- sulfonate, Fettalkoholsulfate, Fettalkoholpolyglykolethersulfate, AIkylglycerylethersulfonate, Fettalkoholpolyglykolethermethyl- carboxylate, Paraffinsulfonate, Olefinsulfonate, Sulfobernstein- säurehalb- und diester, Alkylphenolethersulfate sowie Alkyl- und Dialkylphosphate. Typische Verbindungen dieser Art sind bei¬ spielsweise C 8 - bis C- (--Alkansulfonate, C: 2 - bis Ci6-Alkylsulfate, C: ? - bis C- 6 -Alkylsulfosuccinate und sulfatierte ethoxylierte C; 2 ~ bis C; 6 ~Alkanole.

Als anionische Tenside eignen sich außerdem sulfatierte Fett- säurealkanolamine, α-Sulfofettsäureester oder Fettsäuremono- glyceride. Weitere geeignete anionische Tenside sind Fettsäure¬ ester oder Fettsäuresarkoside, -glykolate, -lactate, -tauride oder -isothionate .

Die anionischen Tenside können in Form der Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalze sowie als lösliche Salze organischer Basen wie

Mono-, Di- oder Triethanolamin oder anderer substituierter A ine

vorliegen. Zu den anionischen Tensiden gehören auch die üblichen Seifen, d.h. die Alkalimetallsalze der natürlichen Fettsäuren.

Als nichtionische Tenside (Nonionics) sind z.B. Polyalkylenoxi- daddukte wie Ethylenoxid/Propylenoxid-Blockpolymerisate, Fett¬ säureester von Polyhydroxyverbindungen, z.B. Sorbitanalkylester, Glycerinalkylester, Fettsäurealkylolamide oder Fettsäurealkylol- amidooxethylate, sowie Anlagerungsprodukte von 3 bis 40, vorzugs¬ weise 4 bis 20 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Fettalkohol, Alkylphenol, Fettsäure, Fettamin, Fettsäureamid oder Alkansulfonamid verwend¬ bar. Auch nichtionische Tenside vom Typ der Aminoxide oder Sulfoxide sind verwendbar.

Als kationische Tenside werden normalerweise solche verwendet, welche Ammoniumgruppen enthalten, wobei der Ammoniumverbindung ein offenkettiges A in zugrundeliegen kann, z.B. C 8 - bis Cι 8 -Al- kyltrimethyla moniumchloride oder -bromid, Ditalgdimethyl- ammoniu chlorid oder Lauryl-benzyl-dimethylammoniumchlorid. Ge¬ eignet sind auch kationische Tenside, denen ein cyclisches Amin oder Imin zugrundeliegt, z.B. Pyridinium-, Imidazolinium-,

Piperidiniu -, Oxazolinium- oder Pyrimidiniumgruppen enthaltende kationische Tenside.

Geeignete amphotere Tenside, die nach außen neutral sind, tragen in der Regel basische Gruppen wie Aminogruppen und saure Gruppen wie Sulfonat-, Sulfat- oder Carboxylgruppen. Geeignete amphotere Tenside sind beispielsweise Mono- und Di-Alkylaminopropylamino- carbonsäuren und Phosphoglyceride.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen mesomorphen Polyelektrolyt- Tensid-Komplexe erfolgt bevorzugt dergestalt, daß eine Lösung eines Tensids, meist im stöchiometrischen Überschuß in bezug auf die ionischen Gruppen des Polyelektrolyten, zu einer (teil)neu¬ tralisierten wäßrigen Lösung des Polyelektrolyten mit zum Tensid entgegengesetzt geladenen ionischen Gruppen zugegeben werden. Zur Auflösung des präzipitierten Komplexes, der noch eine amorphe Struktur aufweist, wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein organisches Lösungsmittel zugegeben, vorzugsweise ein nicht in jedem Verhältnis mit Wasser mischbarer Alkohol wie 2-Butanol, ein Ester, insbesondere Carbonsäureester, wie Essigsäureethylester, ein Ether wie Tetrahydrofuran, ein Keton wie Butanon oder eine Mischung solcher Lösungsmittel, in dem der Komplex wieder auflös¬ bar ist . Gegebenenfalls kann durch mehrmaliges Waschen der or¬ ganischen Phase mit Wasser im Sinne eines Sol-Gel-Separations- prozesses überschüssiges Tensid und Salz ausgewaschen werden.

Durch Verdampfen des organischen Lösungsmittels aus der erzeugten Lösung oder Gelphase wird der Polyelektrolyt-Tensid-Komplex mit

mesomorpher Struktur als Feststoff, z.B. als Film, erhalten. In der Lösung bzw. Gelphase des mesomorphen Polyelektrolyt-Tensid Komplexes können hierbei noch weitere Komponenten wie Polymere oder niedermolekulare Verbindungen, z.B. Weichmacher, Verdicker, Verträglichkeitsvermittler, Farbstoffe, Lichtstabilisatoren aber auch strukturstabilisierende Komponenten wie Glasfasern oder Kohlenstoffasern, mit anwesend sein, die dann in den resultieren¬ den Feststoff mit eingebaut werden.

Weiterhin ist es möglich, Filme oder Schichten aus den mesomor¬ phen Polyelektrolyt-Tensid-Komplexen auf geeignete anorganische oder organische Trägermaterialien aus der erzeugten Lösung oder Gelphase durch Verdampfen des organischen Lösungsmittels aufzu¬ bringen und so eine Beschichtung mit dem mesomorphen Polyelektro- lyt-Tensid-Komplex zu erreichen.

Zur Herstellung des amorphen Polyelektrolyt-Tensid-Komplexes als Vorstufe in Lösung ist auch die Zugabe von nichtneutralisierten Tensiden (z.B. Didodecylmethylamin) zu nichtneutralisierten Poly- elektrolyten (z.B. Polyacrylsäure) möglich.

Die Bereitstellung der erfindungsgemäßen mesomorphen Polyelektro- lyt-Tensid-Komplexen kann auch ohne Lösungsmittel durchgeführt werden, indem man sie im Sinne der vorliegenden Erfindung durch Verarbeitung aus der Schmelze der entsprechenden amorphen Poly- elektrolyt-Tensid-Komplexe herstellt. Dazu kann eine Schmelze eines entsprechenden thermoplastischen Polyelektrolyten mit einem entsprechenden Tensid versetzt oder die Mischung eines ent¬ sprechenden Polyelektrolyten und eines entsprechenden Tensids ge- schmolzen und die Schmelze in einem formgebenden Prozeß weiter¬ verarbeitet werden. Durch beispielsweise Extrusion des ge¬ schmolzenen Polyelektrolyt-Tensid-Komplexes lassen sich so Stränge, Profile, Platten, Rohre oder Beschichtungen herstellen. Insbesondere lassen sich durch Coextrusion mit weiteren Polymeren die gewünschten Materialeigenschaften erreichen. Formteile und Folien aus thermoplastischen Polyelektrolyt-Tensid-Komplexen las¬ sen sich durch Spritzgießen bzw. Kalandrieren herstellen.

Die Verarbeitung aus der Schmelze macht oft das Zumischen verschiedener Hilfsmittel, z.B. von Weichmachern, erforderlich. Weiterhin können der Schmelze des Polyelektrolyt-Tensid-Komplexes weitere Komponenten wie Stabilisatoren, Füllstoffe oder Farb¬ stoffe hinzugefügt werden. Gegebenenfalls können auch Mischungen des Polyelektrolyt-Tensid-Komplexes mit weiteren Polymeren und Verträglichkeitsvermittlern aus der Schmelze verarbeitet werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch in der Technik einsetzbare Materialien, d.h. Filme, Folien, Fasern, Formkörper und Beschichtungen, wobei unter Formkörpern beispielsweise Stränge, Profile, Platten, Rohre aber auch körnige Massen oder Granulate zu verstehen sind, welche die erfindungsgemäßen meso¬ morphen Komplexe aus Polyelektrolyten und Tensiden enthalten oder aus ihnen bestehen.

Der Gehalt dieser Materialien an den erfindungsgemäßen mesomor- phen Polyelektrolyt-Tensid-Komplexen beträgt üblicherweise 5 bis 100 Gew.-%, insbesondere 50 bis 100 Gew.-%, vor allem 80 bis 100 Gew.-%.

Die genannten erfindungsgemäßen Materialien eignen sich bei- spielsweise als Materialien für die Herstellung nichtporöser Mem¬ branen, als Verpackungsmaterial (z.B. als Sperrfolie für Gase), für die Herstellung von Hohlfasern, als Beschichtungsmaterial oder als Komponenten in optischen oder elektrooptischen Bau¬ teilen.

Aufgrund der anisotropen Eigenschaften des Materials weisen die aufgezählten technischen Artikel verbesserte mechanische, thermische oder Anwendungseigenschaften gegenüber den ent¬ sprechenden herkömmlichen technischen Artikeln auf, beispiels- weise lassen sich mit diesen Materialien sauerstoffundurchlässige Folien herstellen, die für die Verpackung von leicht verderb¬ lichen Lebensmitteln vorteilhaft eingesetzt werden können.

Herstellungs- und Charakterisierungsbeispiele

Beispiel 1

Herstellung von Polystyrolsulfonat-Natriumsalz (PSSNa)

Anionisch polymerisiertes Polystyrol (M w •* 449.000 g/mol, M w /M n < 1,05) wurde mit Schwefelsäure und Phosphorpentoxid analog der Vorschrift von H. Vink in das Natriumsalz von Polystyrol- sulfonsäure übergeführt (H. Vink, Makromol. Chem. 182, 279, 1981) . Der Sulfonierungsgrad S wurde elementaranalytisch bestimmt und betrug S > 0,9. Das Polystyrolsulfonat-Natriumsalz wurde gegen vollentsalztes Wasser dialysiert und gefriergetrocknet.

Beispiele 2 bis 5

Herstellung des Komplexes aus PSSNa und Alkyltrimethylammonium- chlorid

PSSNa (5,0 g) wurde in 0,01 molarer wäßriger Natriumsulfatlösung (400 ml) gelöst. Ein 1,5-facher stöchiometrischer Überschuß von Dodecyltrimethylammoniumchlorid (9,6 g) , gelöst in vollentsalztem Wasser (100 ml), wurde tropfenweise zugegeben. Der präzipitierte Komplex wurde abfiltriert und mit Wasser gewaschen.

Das Dodecyltrimethylammoniumchlorid (Beispiel 2) wurde durch 10,6 g Tetradecyltrimethylammoniumchlorid (Beispiel 3), 11,6 g Hexadecyltrimethylammoniumchlorid (Beispiel 4) und 12,7 g Octa- decyltrimethylammoniumchlorid (Beispiel 5) ersetzt. Umsetzungen und Aufarbeitungen wurden analog zu Beispiel 2 durchgeführt.

Beispiele 6 bis 9

Reinigung der PSSNa-Alkyltrimethylammoniumchlorid-Komplexe aus den Beispielen 2 bis 5

Der präzipitierte Komplex, der noch gewisse Mengen an überschüs¬ sigem Tensid und an gebildetem Salz enthielt, wurde in 2-Butanol gelöst. Es wurde vollentsalztes Wasser zugegeben, bis eine Phasentrennung in eine komplexreiche Gelphase und eine ten- sid- und salzreiche wäßrige Phase eintrat. Die wäßrige Phase wurde verworfen und der Sol-Gel-Trennungsprozeß mehrfach wieder¬ holt, bis die Wasserphase praktisch frei von Halogenid-Ionen war (Nachweis mit AgN0 ) .

Beispiele 10 bis 13

Herstellung von mesomorphen Filmen aus den gereinigten PSSNa- Alkyltrimethylammoniumchlorid-Komplexen der Beispiele 6 bis 9

Die Gelphase des Komplexes in 2-Butanol wurde auf eine planare Glasplatte gegossen, welche mit Oktadecyltrichlorsilan vorbe¬ handelt worden war. Die zweidimensionale Geometrie des sich aus¬ bildenden Filmes wurde hierbei durch einen variabel einstellbaren Blechrahmen vorgegeben, der auf der Glasoberfläche montiert war. Nachdem das Lösungsmittel 2-Butanol langsam verdampft war, konnte der Film leicht von der Glasoberfläche abgezogen werden.

Beispiele 14 bis 17

Messung der Kleinwinkel-Röntgendiffraktogra me der mesomorphen Filme aus den Beispielen 10 bis 13

Die Kleinwinkel-Röntgendiffraktogramme wurden mit einer Anton Paar Kompakt Kratky-Kamera mit einer Cu-Kα-Quelle (Phillips pwl830 Generator) gemessen. Die Monochromatisierung wurde mit einem Nickel-Filter vorgenommen. Es erfolgte eine Pulshöhen- Diskriminierung. Die Messungen wurden in einem Streuvektor-Be¬ reich von 1,0 • 10- 3 A-ι bis 9,0 • lO^A" 1 durchgeführt. Der Streu¬ vektor s ist definiert durch s = 2/λ • sinθ, wobei 2θ den Winkel zwischen einfallendem und gestreutem Strahl kennzeichnet und λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung bedeutet.

Die Tabelle nach Beispiel 21 zeigt die Resultate der Messungen an den Filmen aus den Beispielen 10 bis 13.

Beispiel 18 Herstellung eines Komplexes aus Polyacrylsäure und Dodecyltri- methylammoniumchlorid

Polyacrylsäure (5,0 g, M w = 250.000 g/mol) wurde in Wasser aufge¬ löst und mit NaOH in das Natriumsalz übergeführt. Unter Rühren wurde eine Lösung von Dodecyltrimethylammoniumchlorid (24 g) in Wasser (200 ml) zugetropft. Der ausgefallene Komplex wurde ab¬ filtriert.

Beispiel 19 Reinigung des Komplexes aus Beispiel 18

Die Reinigung erfolgte in Analogie zu dem in den Beispielen 6 bis 9 angegebenen Verfahren.

Beispiel 20

Herstellung eines mesomorphen Films aus dem gereinigten Komplex aus Beispiel 19

Der mesomorphe Film wurde in Analogie zu dem in den Beispielen 10 bis 13 angegebenen Verfahren hergestellt.

Beispiel 21

Messung der Kleinwinkel-Röntgendiffraktogramme des mesomorphen Films aus Beispiel 20

Die Messung erfolgte nach dem in den Beispielen 14 bis 17 angege¬ benen Verfahren. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Resultate der Messung an dem Film aus Beispiel 20.

Tabelle

Kleinwinkel-Röntgendiffraktogramme (Lage des Hauptpeaks)

Beispiel Nr. I/cps s/nm -1

14 98 0,34

15 93 0,32

16 88 0,285

17 260 0,245

21 305 0,30