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262 | © 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim DOI: 10.1002/ciuz.200400346 Chem. Unserer Zeit, 2005, 39, 262 – 273 Vielseitig Funktionale Polymere im Alltag A LEXANDER G ÖTHLICH | S EBASTIAN KOLTZENBURG | G UNNAR S CHORNICK die verschiedene Wirkungen besitzen und für unterschied- liche Anwendungen eingesetzt werden. Auch durch geziel- te Variation der Molmasse und der Molmassenverteilung kann das Wirkungsprofil der Substanzen kontrolliert wer- den. Ein wichtiger Einsatzbereich ist die stabilisierende Wir- kung in kolloidalen Systemen. Diese Eigenschaft ist beson- ders wichtig, wenn es um die Formulierung von Chemika- lien geht, also die Überführung in eine für den Endkunden anwendbare Form. Festes flüssig machen – Beton Das größte Industrieprodukt der Erde ist Beton. Mehr als 7 Milliarden Kubikmeter davon werden jährlich weltweit aus Zement, Sand, Kies und Wasser gemischt. Mit dabei sind heutzutage auch funktionale Polymere. Sie machen den Be- ton flüssig – und manches auch überflüssig: Wasser spielt die Hauptrolle im Beton, denn Wasser macht die Mischung fester mineralischer Komponenten erst weich wie Brei und dann hart wie Stein. Im frischen Beton ist Wasser einerseits Schmiermittel, das die pastöse Konsistenz und Verarbeit- barkeit sicherstellt. Bei der langsamen Aushärtung, der Hy- dratation, verbrauchen dann chemische Reaktionen Was- ser. In der Praxis wird deutlich mehr Wasser zur Einstellung des Fließvermögens dieses Baustoffes eingesetzt, als für die Hydratation nötig ist. Das geht leider auf Kosten der Qua- lität. Wasser, das nicht chemisch in der Hydratation ver- braucht wird, verdunstet später rein physikalisch und hin- terlässt nach dem Aushärten Mikroporen, die sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften, wie Druck- und Bie- gezugfestigkeit, die Wasserabsorption, sowie das Schwund- Funktionale Polymere sind formlos, geruchlos, häufig unsichtbar und aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Dabei lassen sich mit diesen polymeren Wirkstoffen bereits mit geringsten Einsatzmengen große Effekte erzielen. Anwendung finden sie in Wasch- und Reinigungsmitteln, der Papier- und Textilherstellung, sowie im Kosmetik- und Pharmabereich. Dort übernehmen sie unter- schiedlichste Aufgaben: Sie dispergieren, lösen, agglomerieren, adsorbieren, flocken, festigen oder verdicken. K lassische Polymere wie Polyethylen (PE) oder Poly- propylen (PP) sind jedem bekannt, denn sie begleiten uns in einer Vielzahl von Anwendungen in unserem tägli- chen Leben, von der Plastiktüte bis zum Ansaugkrümmer im Motor. Genauso allgegenwärtig, aber weniger bekannt sind die funktionalen Polymere. Sie sind formlos, unauffäl- lig und häufig unsichtbar, denn sie werden nicht als struk- turbildendes Material, sondern als Wirk- oder Effektstoff eingesetzt. Wir sehen also in den seltensten Fällen das Po- lymer selbst. Was wir sehen, ist seine – meistens auf physi- kalischen Effekten beruhende – Wirkung bzw. Funktion, daher der Begriff funktionale Polymere. Die Substanzen, die als funktionale Systeme eingesetzt werden, können chemisch sehr unterschiedlich sein. Zum Einsatz kommen Polymere, die aus anionischen, kationi- schen und neutralen Monomeren aufgebaut sind. Eine Pa- lette von mehr als 40 Monomeren (Abbildung 1) bietet dem Polymerchemiker reichliche Auswahl, um für jede Anwen- dung die richtigen Bausteine auszuwählen und Homo- oder Copolymere daraus aufzubauen. Abbildung 2 und Tabelle 1 geben einen Überblick über die am häufigsten verwende- ten Polymerstrukturen, ihre wichtigsten Effekte und An- wendungsschwerpunkte. Ein wesentlicher Teil der Chemie funktionaler Systeme basiert auf Homo- und Copolymeren von Acrylsäure und Vinylpyrrolidon – Substanzen, die zwar schon sehr lange be- kannt sind, die in modifizierter Form aber immer wieder neue Anwendungen finden. Ebenso wird Vinylacetat sehr häufig als Monomerbaustein verwendet, zum Beispiel in kosmetischen Anwendungen. Durch Copolymerisation mit weiteren Monomeren entsteht eine Fülle von Strukturen,

Vielseitig Funktionale Polymere im Alltagscholle.oc.uni-kiel.de/lind/Funktionale Polymere.pdf · 262 | © 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim DOI: 10.1002/ciuz.200400346

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Vielseitig

Funktionale Polymere im AlltagALEX ANDER GÖTHLICH | SEBASTIAN KOLTZENBURG | GUNNAR SCHORNICK

die verschiedene Wirkungen besitzen und für unterschied-liche Anwendungen eingesetzt werden. Auch durch geziel-te Variation der Molmasse und der Molmassenverteilungkann das Wirkungsprofil der Substanzen kontrolliert wer-den.

Ein wichtiger Einsatzbereich ist die stabilisierende Wir-kung in kolloidalen Systemen. Diese Eigenschaft ist beson-ders wichtig, wenn es um die Formulierung von Chemika-lien geht, also die Überführung in eine für den Endkundenanwendbare Form.

Festes flüssig machen – BetonDas größte Industrieprodukt der Erde ist Beton. Mehr als 7Milliarden Kubikmeter davon werden jährlich weltweit ausZement, Sand, Kies und Wasser gemischt. Mit dabei sindheutzutage auch funktionale Polymere. Sie machen den Be-ton flüssig – und manches auch überflüssig: Wasser spieltdie Hauptrolle im Beton, denn Wasser macht die Mischungfester mineralischer Komponenten erst weich wie Brei unddann hart wie Stein. Im frischen Beton ist Wasser einerseitsSchmiermittel, das die pastöse Konsistenz und Verarbeit-barkeit sicherstellt. Bei der langsamen Aushärtung, der Hy-dratation, verbrauchen dann chemische Reaktionen Was-ser. In der Praxis wird deutlich mehr Wasser zur Einstellungdes Fließvermögens dieses Baustoffes eingesetzt, als für dieHydratation nötig ist. Das geht leider auf Kosten der Qua-lität. Wasser, das nicht chemisch in der Hydratation ver-braucht wird, verdunstet später rein physikalisch und hin-terlässt nach dem Aushärten Mikroporen, die sich negativauf die mechanischen Eigenschaften, wie Druck- und Bie-gezugfestigkeit, die Wasserabsorption, sowie das Schwund-

Funktionale Polymere sind formlos, geruchlos, häufig unsichtbar und aus unserem täglichen Lebennicht mehr wegzudenken. Dabei lassen sich mit diesen polymeren Wirkstoffen bereits mit geringstenEinsatzmengen große Effekte erzielen. Anwendungfinden sie in Wasch- und Reinigungsmitteln, der Papier- und Textilherstellung, sowie im Kosmetik-und Pharmabereich. Dort übernehmen sie unter-schiedlichste Aufgaben: Sie dispergieren, lösen, agglomerieren, adsorbieren, flocken, festigen oderverdicken.

Klassische Polymere wie Polyethylen (PE) oder Poly-propylen (PP) sind jedem bekannt, denn sie begleiten

uns in einer Vielzahl von Anwendungen in unserem tägli-chen Leben, von der Plastiktüte bis zum Ansaugkrümmerim Motor. Genauso allgegenwärtig, aber weniger bekanntsind die funktionalen Polymere. Sie sind formlos, unauffäl-lig und häufig unsichtbar, denn sie werden nicht als struk-turbildendes Material, sondern als Wirk- oder Effektstoffeingesetzt. Wir sehen also in den seltensten Fällen das Po-lymer selbst. Was wir sehen, ist seine – meistens auf physi-kalischen Effekten beruhende – Wirkung bzw. Funktion,daher der Begriff funktionale Polymere.

Die Substanzen, die als funktionale Systeme eingesetztwerden, können chemisch sehr unterschiedlich sein. ZumEinsatz kommen Polymere, die aus anionischen, kationi-schen und neutralen Monomeren aufgebaut sind. Eine Pa-lette von mehr als 40 Monomeren (Abbildung 1) bietet demPolymerchemiker reichliche Auswahl, um für jede Anwen-dung die richtigen Bausteine auszuwählen und Homo- oderCopolymere daraus aufzubauen. Abbildung 2 und Tabelle 1geben einen Überblick über die am häufigsten verwende-ten Polymerstrukturen, ihre wichtigsten Effekte und An-wendungsschwerpunkte.

Ein wesentlicher Teil der Chemie funktionaler Systemebasiert auf Homo- und Copolymeren von Acrylsäure undVinylpyrrolidon – Substanzen, die zwar schon sehr lange be-kannt sind, die in modifizierter Form aber immer wiederneue Anwendungen finden. Ebenso wird Vinylacetat sehrhäufig als Monomerbaustein verwendet, zum Beispiel inkosmetischen Anwendungen. Durch Copolymerisation mitweiteren Monomeren entsteht eine Fülle von Strukturen,

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maß (Rissbildung) auswirken. Außerdem erhöht ein zu ho-her Wasserüberschuss die Sedimentationsneigung desFrischbetons.

Ein chemischer Trick hilft aus dem Dilemma: ModerneFrischbetone enthalten nur soviel Wasser wie nötig und Be-tonfließmittel sorgen dafür, dass die Mischung trotzdemrichtig flüssig ist [6]. Die Fließmittel heften sich auf dieOberfläche der feinen Zementteilchen, reißen diese aus-einander und wirken wie eine Art Schmiermittel, das diePartikel leichter aneinander vorbeigleiten lässt. Die Kon-sequenz dieser Dispergierwirkung nach Adsorption der Polymere: Wasser, das vorher in den Hohlräumen derzusammenhaftenden Partikel eingeschlossen war, wird frei-gesetzt, die Viskosität sinkt deutlich. In der Bau-Praxis er-lauben die beschriebenen Effekte, die Menge des Über-schusswassers deutlich zu reduzieren. Bauingenieure spre-chen in diesem Zusammenhang von einer Erniedrigung desW/Z-Werts, dem Verhältnis zwischen Masse Wasser undMasse Zement.

Zu der Gruppe der Betonfließmittel zählen im Wesent-lichen die sulfonierten Naphthalin- und Melamin-Konden-sationsprodukte sowie die Polycarboxylatether (Abbildung3). Gemeinsam haben sie alle, dass die PolymermoleküleSäuregruppen – wie SO3H oder COOH – tragen, die letzt-lich die Adsoption auf der Oberfläche der Zementpartikelbewirken. Polycarboxylatether fallen gegenüber den ande-ren Produktklassen durch ihre Kammstruktur auf: Sie be-stehen aus einem Poly(methacrylsäure)-Rückgrat und lan-gen Polyether-Seitenketten.

Die verschiedenen Produktklassen unterscheiden sichin ihrer Wirksamkeit. Die älteren Generationen der Naph-

thalin- und Melaminkondensate erreichen eine gute Disper-gierwirkung durch Modifizierung der Oberflächenladungder Zementpartikel. Die Polycarboxylatether als jüngste Ge-neration unter den Betonfließmitteln bewirken außerdemdurch die langen Polyether-Seitenketten sterische Ab-stoßungskräfte zwischen den Zementpartikeln und besit-zen daher ganz hervorragende Dispergiereigenschaften. Po-lycarboxylatether sind ein Beispiel für höchste Effizienz. Sieermöglichen es den Betontechnologen, bei sehr niedrigenW/Z-Werten hochfließfähige und somit hochfeste und folg-lich dichtere Betone herzustellen – und das bei deutlich geringeren Dosiermengen im Vergleich zu den älterenProduktklassen.

Polycarboxylatether sind die Grundlage für richtungs-weisende Innovationen in der Bauindustrie, wie das Bei-spiel selbstverdichtender Beton eindrucksvoll zeigt: Selbst-verdichtender Beton entlüftet sich auf dem Weg in die Scha-lung selbst und fließt selbst durch Engstellen und dichte Be-wehrung. Dass er ohne Entmischungserscheinigungen soflüssig erscheint und jegliche Verdichtungsarbeit durch Rüt-teln damit völlig überflüssig ist, dafür sorgen Polycarboxy-latether [6]. Experiment 1 illustriert Ihre Wirkung am Bei-spiel der Dispergierung von Zement. Auf diese Weise kannder Feststoffanteil erhöht und der Wasseranteil weiter ver-ringert werden.

The missing link – FaserbindungMineralfaser-Dämmstoffe sind vielen vom Hausbau bekannt:Die in Europa gelben Fasermatten werden z. B. zur Isolie-rung des Dachstuhls als Einlage zwischen den Dachsparrenverwendet. Im Zuge der Formaldehyd-Diskussion sind die

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bisher verwendeten Bindemittel auf Basis von z. B. Phenol-Formaldehyd-Harzen aus Emissionsgründen in Verruf gera-ten. Die aus der Schmelze gesponnenen Fasern werdennach kurzem Abkühlen mit einer wässrigen Lösung einesAcrylsäure-Maleinsäure-Copolymerisats und einem hyd-roxylgruppen-haltigen Vernetzer besprüht. Nach Trocknungund Formung der Matte erfolgt unter erhöhter Temperaturdie Reaktion des Copolymerisats mit dem Vernetzer, wo-durch ein Polymer-Netzwerk entsteht, was die einzelnenFasern miteinander verklebt und ein Auseinanderfallen derMatte verhindert.

Eine weitere Anwendung ist die Bindung von Naturfa-sern z. B. im Automobilsektor. Hier werden Jute-, Flachs-,Holz- oder Sisal-Fasern als Material für Teile wie Türver-kleidungen oder Hutablagen verwendet. Abbildung 4 zeigtdie Prozess-Kette bis zum fertigen Bauteil. Im Automobilbau

sind Emissionen aus Werkstoffen ein wichtiges Thema, ganzbesonders, wenn man die hohen Temperaturen im Som-mer berücksichtigt, die im Fahrzeug entstehen können. Wieauch bei den Mineralfasern können zur Formaldehyd-freienBindung der Naturfasern Acrylsäure-Maleinsäure-Copoly-merisate unter Zusatz eines OH-haltigen Vernetzers ver-wendet werden. Die nach Auftragung des Bindemittels ent-stehenden Matten (die Halbzeuge) verhalten sich zunächstthermoplastisch, nach dem Aushärtprozess bei Temperatu-ren deutlich oberhalb 100°C erfolgt die Vernetzungsreakti-on unter Bildung eines duroplastischen Werkstoffs. Die Aus-härtung kann in einer speziellen Form durchgeführt wer-den, wodurch das Werkstück direkt die gewünschte Formerhält. Besonders im Fahrzeugbau sind diese Bindemitteldurch ihre Formaldehyd-Freiheit attraktive Alternativen zubestehenden Systemen [7].

Festes flüssig halten – BelagsverhindererDie Umhüllung von Partikeln macht man sich bei einemweiteren Anwendungsgebiet zu Nutze, der Belagsverhin-derung oder Inkrustationsinhibierung. Beim Erhitzen oderVerdampfen von Wasser, beispielsweise in Kühlkreisläufenoder auch in der Waschmaschine, ist die Bildung anorgani-scher Beläge, zum Beispiel von Salzen, ein gravierendes Problem (Abbildung 5). Sie verringern z. B. auf Wärme-tauschern in technischen Anlagen den Wärmeübergang und führen zu vorzeitigem Verschleiß.

Bei den verwendeten Polymeren handelt es sich um Po-lycarboxylate, aufgebaut im wesentlichen aus den Mono-meren Acrylsäure und Maleinsäure (Abbildung 6). Bereits ineinem sehr frühen Stadium wird die Bildung von Belags-

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> Strukturenhäufig verwende-ter funktionalerPolymere.

>> Alle Betonver-flüssiger tragenSäuregruppen,die auf der Ober-fläche der Ze-mentpartikel adsorbieren. Dielangen Polyether-ketten bewirkeneine sterische Abstoßung derZementpartikeluntereinander.

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U N D A N W E N D U N G SS C H W E R P U N K T E

Dispergieren Wasch- und Reinigungsmittel

Agglomerieren Wasseraufbereitung

Flocken Papierherstellung

Verdicken Textilherstellung

Binden Lederzurichtung

Filmbilden Kosmetik

Absorbieren Pharmazeutika

Schützen Nahrungsmittel

Hygiene

Effekte Anwendungsschwerpunkte

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kristallen (meistens handelt es sich hierbei um Calcium-und Magnesiumcarbonat) durch diese Wirkstoffe unter-drückt. In der wässrigen Phase vorliegende Metallionen wer-den durch Zusatz von Polycarboxylaten gebunden. Dadurchverringert sich ihre Konzentration, was die Bildung von Kris-tallisationskeimen erschwert. Ganz unterdrücken lässt sichdie Bildung von Kristalliten nicht, hier greift die zweiteWirkstufe der Polycarboxylate: Als Natrium-Salz eingesetztlegt sich die durch die COO--Gruppen negativ geladene Po-lycarboxylat-Kette auf die Oberfläche der noch wenig struk-turierten Kristallkeime. Durch diese Polymerhülle werdendie submikroskopischen Partikel im Wasser dispergiert, stattauf Oberflächen anzuhaften und zu größeren Kristallen undmakroskopisch sichtbaren Belägen zu wachsen.

In großem Maße werden Inkrustationsinhibitoren inden Ländern des Nahen Ostens in Meerwasserentsalzungs-anlagen eingesetzt (mehr dazu in der Rubrik Chemie in-novativ in ChiuZ 5/2004). Bei einem Wasserdurchsatz inder Größenordnung von mehreren hunderttausend Kubik-metern Wasser pro Tag muss hier eine Inkrustation im Kühl-system zuverlässig unterdrückt werden. Dies wird technischbereits durch den Zusatz von nur 0,5 ppm (!) eines nie-dermolekularen Polycarboxylats bewirkt.

In Abbildung 5 ist diese Belagsbildung am Beispiel derHeizstäbe einer Waschmaschine illustriert. Abhilfe hatfrüher der Zusatz von Polyphosphaten geschaffen, derenEinsatz allerdings zu einer Überdüngung der Oberflächen-gewässer und damit zur Eutrophierung führte. FunktionalePolymere mit Carboxylatgruppen inhibieren die Inkrusta-tion während des Waschvorgangs ebenfalls sehr effektiv –ohne die Nebenwirkung der Gewässer-Eutrophierung.

Während des Waschvorgangs verhindern Inkrustations-inhibitoren aber nicht nur die Ablagerung von Belägen aufden Oberflächen der Waschmaschine, sondern auch aufdem Textilgewebe. Ablagerungen führen hier zu Vergrau-ung und reduziertem Tragekomfort. Abbildung 8 zeigt elek-tronenmikroskopische Aufnahmen von Baumwollgewebe,welches mit und ohne Inkrustationsinhibitor mit einer Ca-CO3-Lösung behandelt wurde. Die ohne Additiv behandel-te Faser zeigt erkennbare Calciumcarbonat-Ablagerungen.Bereits geringe Mengen eines Copolymers aus Acrylsäureund Maleinsäure inhibieren die Inkrustation nahezu voll-ständig [8, 9].

Saubere Leistung – WaschmittelWährend des Waschvorgangs kann von farbigen Gewebe-oberflächen ein Teil der Farbe herausgelöst und in dasWaschwasser, die Waschflotte, gelangen. Dieser kann dannwiederum auf andere in der Waschmaschine befindliche,vorzugsweise helle Textilien readsorbieren und diese ver-färben. Um diesen Effekt zu verhindern, werden Polyvinyl-pyrrolidon aber auch Copolymere aus Vinylimidazol undVinylpyrrolidon dem Waschmittel als Farbübertragungsin-hibitoren zugesetzt (Abbildung 9). Sie komplexieren denfreien Farbstoff in der Waschflotte und verhindern eineÜbertragung auf andere Textilien. Beim Design solcher Po-lymere kommen auch Molecular-Modelling-Methoden zumEinsatz. Abbildung 10 zeigt die Simulation der Wechselwir-kung eines Vinylimidazol/Vinylpyrrolidon-Copolymeren miteinem Farbstoff. Diese Ergebnisse geben wertvolle Unter-stützung für ein rationales Design von Farbübertragungsin-hibitoren mit verbessertem Wirkprofil.

A B B . 4 | PRO Z E S S K E T T E FA S E R B I N D U N G A B B . 6 + 7 | I N K R U S TAT I O N S I N H I B I TO R E N

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Abb. 5 Wärme-tauscher und Roh-re – mit und ohneInkrustationsin-hibitor betrieben.

Mit funktionalen Polymeren lassen sich Fasern zu Formteilen verarbeiten.Bei den Inkrustationsinhibitorenhandelt es sich um Polycarboxy-late aus Acrylsäure und Malein-säure. Sie unterdrücken die Bil-dung von Kristallisationskeimenund verhindern die Bildung sicht-barer Beläge.

Inhibierung des Kristallwachstums.

Dispergierung von Kristalliten.

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Nicht nur aus Energiespargründen ist ein wichtigerTrend bei modernen Waschmitteln die Reduktion derWaschtemperatur. Um Verschmutzungen vom Gewebe den-noch effektiv zu entfernen, werden Soil-Release-Polymereeingesetzt. Für diese Variante des Faserschutzes wurde zumBeispiel für Kunstfaser-Gewebe ein hydrophiler Polyethe-rester als Soil-Release-Polymer entwickelt. Als Zusatz zuWaschmitteln zieht er auf das Gewebe auf und sorgt dortfür eine Hydrophilierung des Gewebes, so dass hydropho-ber Schmutz wie Fett weniger stark auf dem Gewebe haftet und im nächsten Waschgang leichter von der Faserabgelöst werden kann (Abbildung 11) [8].

Und der Schmutz fällt aus – Wasseraufbereitung

In der Kläranlage werden Schmutzpartikel den Abwässerndurch Fällung entzogen. Übrig bleiben das geklärte Wasserund der Klärschlamm, der dann – etwa durch Verbrennung– entsorgt werden kann.

Klärabwässer sind außerordentlich stabile kolloidale Sys-teme, d.h. Dispersionen von negativ geladenen Schmutz-partikeln, die sich gegenseitig abstoßen und dadurch in Lö-sung gehalten werden. Um eine effiziente Fällung zu erzie-len, muss ein solches Abwasser mehrfach ausgeflockt wer-den. Die erste Flockung erfolgt zumeist mit Eisensalzen un-ter Bildung von Eisenhydroxid. Die sehr hohe Stabilität derAbwasserdispersion steht einer effektiven Ausflockung mas-siv entgegen, weswegen der bei der primären Flockung ent-stehende Klärschlamm noch bis zu 90 Prozent Wasser ent-hält. Durch Zugabe von Flockungsmitteln auf Basis von ka-tionisch modifizierten Polyacrylamiden wird eine weitereAusfällung induziert. Abbildung 12 illustriert die Fällung

einer Schmutzdispersion bei Zugabe eines polymerenFlockungsmittels.

Kationisch modifizierte, sehr hochmolekulare Varian-ten dieses Polymeren lagern sich an die negativ geladeneOberfläche der dispergierten Schmutzpartikel an. Dadurchbilden sich an der Schmutzoberfläche kationische Domä-nen, die wiederum nicht belegte Schmutzpartikel elek-trostatisch anziehen. Dies führt zu einer Koagulation derTeilchen. Hierdurch wird die Dispersion gebrochen, dieTeilchen flocken aus und können abgetrennt werden. Auf-grund der unterschiedlich geladenen Oberflächendomänenwird dieser Vorgang auch als Mosaikmechanismus be-zeichnet (Abbildung 12). Ein anderer Wirkmechanismus derFlockung kann anschaulich durch eine Brückenbildung zwi-schen den kolloidal gelösten Teilchen beschrieben werden.Hierbei verbrückt eine Polymerkette mehrere Teilchen undlöst somit die Flockung aus.

Einen Aufsatz über Waschmittelfinden Sie in ChiuZ 5/2003

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Abb. 8 Einflussder Wasserhärteim Waschprozess:Inkrustationsinhi-bitoren –Elektronen-mikroskopischeAufnahmen vonBaumwollfasern

Abb. 10 > BeimDesign der Farb-übertragungs-inhibitoren nutztman das Mole-cular Modelling.

Farbübertragungsinhibitoren komplexieren freien Farbstoffin der Waschflotte und verhindern so das Verfärben von Wäsche. Chemisch handelt es sich um Vinylpyrrolidon/Vinyl-imidazol-Copolymere.

A B B . 9 | FA R B Ü B E R T R AG U N G S I N H I B I TO R E N

Abb. 11 Soil-Release-Polymereaus Polyethylenglykol und Terephthalsäure ziehen auf dieFaser auf und schützen sie vorSchmutz – der sich bei der nächsten Wäsche dann leichterentfernen lässt.

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Ein wesentlicher Vorteil beim Einsatz polymererFlockungsmittel ist, dass der Wassergehalt des Klär-schlamms um ungefähr ein Drittel herabgesetzt werdenkann. Somit wird die zur Verbrennung notwendige Ener-giemenge deutlich reduziert [2,3,5].

Schnittfestes Wasser – SuperabsorberSuperabsorber sind vernetzte Polymere, die bis zu der tau-sendfachen Menge ihres Eigengewichtes an Wasser absor-bieren können und dieses dabei in ein festes Gel überführen[10]. Anschaulich gesagt: 1 Gramm dieses Wirkstoffes über-führt einen Liter Wasser in einen Feststoff, der zu 99,9% aus Wasser besteht (Experiment 3). Superabsorber findenihre größte Anwendung in Babywindeln. Ein mengenmäßigkleinerer, aber immer wichtiger werdender Markt ist ihrEinsatz in Inkontinenzartikeln für Erwachsene.

Hinter diesem eindrucksvollen Effekt steckt eine ver-netzte und teilneutralisierte Polyacrylsäure. In dem ver-netzten Polymerpartikel baut sich durch die dort gebun-denen Natriumionen ein osmotischer (Unter)Druck auf.Als Folge davon wird umgebendes Wasser in das Innerehineinsaugt (Abbildung 13). Die Wasseraufnahme findetsolange statt, bis die elastischen Rückstellkräfte des ausge-dehnten Polymernetzwerkes die osmotischen Kräfte kom-pensieren. Durch den Grad der Vernetzung wird im we-sentlichen die Kapazität und Geschwindigkeit der Wasser-aufnahme gesteuert.

Auch unter Druck lässt sich das absorbierte Wasser nichtwieder entfernen – eine wichtige Anforderung für Hygie-neartikel. Schließlich soll der Baby-Po auch beim Sitzen oderLiegen trocken bleiben. Abbildung 13 zeigt Aufbau und Wir-kungsweise einer Babywindel: Damit sie ihre Funktion op-

A B B . 1 3 | S U PE R A B S O R B E R I N BA BY W I N D E L N

Superabsorberkönnen großeMengen Flüssig-keit binden, da inihrem Innerndurch die gebun-denen Ionen einweit geringererosmotischer Druckherrscht alsaußerhalb. Ihregrößte Anwen-dung finden sie inBabywindeln.

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Flockungsmittel be-wirken die Ausfäl-lung von Dispersio-nen (hier: Fällungeiner Schmutzdis-persion). Dies kanndurch elektrostati-sche Wechselwir-kungen oder durchVerbrückung durchPolymerketten ge-schehen (s. o.).

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timal erfüllen kann, wird der in Pulverform eingesetzte Su-perabsorber in einer Matrix von Cellulose-Fluff eingebet-tet. Nur so kann sichergestellt werden, dass die drei we-sentlichen Aufgaben der Windel zuverlässig erfüllt werden:(1) Zügige Aufnahme der Flüssigkeit, (2) Gleichmäßige Ver-teilung über das gesamte Volumen z. B. einer Windel, (3)Speicherung der Flüssigkeit, so dass ein erneutes Freisetzenauch unter Druckbelastung sicher ausgeschlossen werdenkann.

Fest und trocken – PapierherstellungBei der Papierherstellung werden zahlreiche chemischeHilfsstoffe verwendet; dabei unterscheidet man solche fürdie Herstellung des Rohpapiers und dem Veredelungs-schritt. Bezogen auf die Masse des Rohpapiers werden ca.1% synthetische Additive zugesetzt. Im folgenden wird nurauf Hilfsstoffe für die Herstellung des Rohpapiers einge-gangen [1][13].

Im Unterschied zu den bisher beschriebenen funktio-nalen Polymeren handelt es sich hier im wesentlichen umkationische Polyelektrolyte. Bedingt durch Ihre Ladung ad-sorbieren sie (als blaue Kette in Abbildung 14 dargestellt)auf den anionisch geladenen Oberflächen der Papierfasern(rot dargestellt) und führen zur Aggregation der Papierfa-sern. Die Bandgeschwindigkeiten moderner Papiermaschi-nen betragen heutzutage bis zu 100 km/h (!). Um diese ho-hen Geschwindigkeiten zu realisieren, sind funktionale Polymere notwendig, die im wesentlichen folgendes be-wirken: (1) Die Erhöhung der Trockenfestigkeit, d.h. diemechanische Festigkeit des fertigen, trockenen Papiers, wasbesonders für Kartonagen von Bedeutung ist, schließlichsoll z. B. ein Transportkarton nicht aufreißen. (2) Die Fi-

xierung von hydrophoben Störstoffen an die Papierfaser,die sich andernfalls in den weitgehend geschlossenen Was-serkreisläufen (bis zu 90% Kreislaufschließung) der Papier-maschine anreichern und zu Störungen des Prozessesführen würden. (3) Die Retention von Füll- und Feinstoffenbzw. Entwässerung. Im Herstellprozess werden die Papier-fasern mit Hilfsstoffen als Papierbrei auf ein Siebfließbandaufgetragen. Bedingt durch die hohen Laufgeschwindigkei-ten von Papiermaschinen ist es dabei erwünscht, dass dasWasser aus diesem Brei möglichst schnell abläuft. DieserVorgang wird als Entwässerung bezeichnet. Gleichzeitig sol-len aber auch möglichst viele Faserpartikel auf dem Sieb ge-halten werden, um eine möglichst hohe Ausbeute zu er-zielen, welche als Retention bezeichnet wird. Dieser Effektwird auch im experimentellen Teil in Experiment 4 be-schrieben.

Elektrostatische Wechselwirkungen meist kationischerPolyelektrolyte mit der anionisch geladenen Papierfaser ma-chen die Steuerung dieser Eigenschaften möglich. Nebenkationisch modifiziertem Polyacrylamid (d.h. Copolymeri-sate aus Acrylamid und kationischen Monomeren wie Di-methylaminoethylacrylat-Metochlorid) und Polyethyleniminfindet vor allem Polyvinylamin ein hohes Interesse in der Pa-pierindustrie (Abbildung 15).

Polyethylenimin wird durch säurekatalysierte Polyaddi-tion von Aziridin (auch Ethylenimin, EI genannt) hergestelltund liegt als hyperverzweigtes Polymer vor. Polyvinylaminwird durch radikalische Polymerisation von N-Vinylforma-mid und anschließender Hydrolyse gewonnen. Über denHydrolysegrad lässt sich die Ladungsdichte des Endproduktsbeliebig einstellen und an das Anwendungsgebiet anpassen(Abbildung 16).

A B B . 1 4 | W I R K PR I N Z I P A B B . 1 5 | S T R U K T U R E N

Ein ausführlicherAufsatz über dieChemie der Papier-herstellung wird in Heft 6/2005 derChiuZ erscheinen.

Kationische Retentions-mittel führen durch Adsorption auf den anionischen Papierfasernzu deren Aggregation. Kationische Polymere für die Papierindustrie.

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Die Quadratur des Kreises – Haarkosmetik Die festigende Wirkung der funktionalen Polymere in Haar-festigern und Haarconditionern beruht auf Filmbildung[14,[15]. Dabei benetzen die Polymere, aufgetragen als wäss-rige oder alkoholische Lösung, bevorzugt die Kontaktstel-len von zwei Haar-Strähnen. Dort hält der Laplace-Druck siesolange zusammen, bis der Festiger getrocknet ist und sichein Polymerfilm gebildet hat, der die Haare fixiert. Die mi-kroskopische Aufnahme in Abbildung 17 gibt einen Ein-blick in den Wirkmechanismus: Das gelöste Polymer be-netzt das Haar nur wenig, bis es an eine Stelle trifft, wo zweiHaare übereinander liegen. Hier bildet sich eine Vernet-zungsstelle aus, die der Frisur den gewünschten Halt gibt,ohne es jedoch vollständig zu verkleben.

Die Herausforderungen an diesen Polymerfilm sind hochund erinnern an die Quadratur des Kreises. So soll ein Haar-spray dem Haar Festigung geben, darf aber nicht kleben. Esmuss hydrophob genug sein, um dem Haar auch bei hoherLuftfeuchtigkeit Halt zu geben; es soll sich aber unter derDusche wieder auswaschen lassen. Das Haar soll locker aus-sehen und Elastizität besitzen; allerdings soll sich das Spraywieder ausbürsten lassen – es muss also in gewissen Gren-zen spröde sein.

Da heutige Haarsprays neben dem eigentlichen Wirk-stoff noch viele weitere Hilfsmittel enthalten, ist eine wei-tere Anforderung an den Wirkstoff die Verträglichkeit mitden übrigen Inhaltsstoffen der Haarsprayformulierung. Ei-ne typische Zusammensetzung für Europa ist in Abbildung18 dargestellt.

Typische Wirkstoffe in Haarfestigern sind Homo- undCopolymere aus Vinylpyrrolidon. Polyvinylpyrrolidon bil-det sehr gute, wasserlösliche Filme, die allerdings auf Grund

seines hygroskopischen Charakters sehr schnell klebrig wer-den. Durch Copolymerisation mit Vinylacetat werden dieWasseraufnahmefähigkeit und die Klebrigkeit reduziert.

Ein wichtiger Trend bei der Entwicklung neuer Haar-festiger besonders für den US-amerikanischen Markt ist dieReduktion der flüchtigen organischen Verbindungen (vola-tile organic compounds, VOC), die als Lösungsmittel einge-setzt werden. Bei Erhöhung des Wasseranteils steigt mit bis-her verwendeten Polymeren die Viskosität der Lösung an.Die Folge: die Tröpfchen, die den Zerstäuber verlassen, nehmen in ihrer Größe zu und die Verteilung auf dem Haarwird schlechter.

Um allen Anforderungen gerecht zu werden, muss dasfunktionale Polymer modular aufgebaut sein, da so ein ge-zieltes Feintuning der einzelnen Eigenschaften möglich ist.Die Lösung hierfür ist eine Polymer-Klasse, die eher vonden Strukturpolymeren bekannt ist: Polyurethane.

Neben den bei Polyurethanen bekannten Hart- undWeich-Segmenten, über die Festigkeit bzw. Elastizität gezielteingestellt werden, sorgen andere Bausteine z. B. für aus-reichende Wasserlöslichkeit. Das Besondere am Polyuret-han: Die Lösungsviskosität in Wasser ist wesentlich gerin-ger als bei herkömmlichen Polymeren, was zu einer ver-besserten Versprühbarkeit führt und die Formulierung inVOC 55-Formulierungen ermöglicht. D.h. der Anteil an or-ganisch-flüchtigen Verbindungen kann von 90 auf 55 % ge-senkt werden.

Haarconditioner, die die Kämmbarkeit der Haare ver-bessern, zeigen eine stärkere Oberflächenaffinität zum Haar.Da die Oberfläche des Haares ein negatives Potential auf-weist, werden hier kationische Polymere eingesetzt. Ein Bei-spiel sind Copolymere aus Vinylpyrrolidon und einem quar-

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Anwendungsprofil von Polymeren für die Papierindustrie:Das Molekulargewicht und der Hydrolysegrad von PVFA beeinflussen die Anwendungseigenschaften.

Zusammenset-zung einer Haar-sprayformulie-rung. Rezeptur mitstarker Festigung(VOC 90).

Abb. 17 Die festi-gende Wirkungvon Haarfestigern beruht auf einerFilmbildung, diebevorzugt an denKontaktstellenzwischen den Haaren stattfin-det.

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tären Vinylimidazoliumsalz (Abbildung 20). Diese Copoly-mere ziehen auf die Haaroberfläche auf und reduzieren da-mit seine Rauigkeit. Abbildung 20 zeigt unter dem Elek-tronenmikroskop, wie sich die Cuticula-Stufen des Haaresglätten. Zusätzlich wird die elektrostatische Aufladung derHaare beim Kämmen durch die geringere Reibung redu-ziert.

Taxi durch den Körper – Arzneimittelformulierung

Die Formulierung von pharmazeutischen Wirkstoffen ist ei-ne komplexe Aufgabe. Neben der Maskierung des oft un-angenehmen Geschmacks von Wirkstoffen besteht einegroße Herausforderung darin, den Wirkstoff an einem be-stimmten Ort im Körper freizusetzen: Viele Wirkstoffe sindim stark sauren Milieu des Magens nicht stabil, andere schä-digen sogar die Magenschleimhaut. Solche Wirkstoffe müs-sen geeignet verpackt werden. Für diese Art der kontrol-lierten Freisetzung des Wirkstoffs wird z. B. ein Ethylacrylat-Methacrylsäure-Copolymer verwendet (Abbildung 21). Es

bildet eine Magensaft-resistente Beschichtung – die Tablet-te passiert unbeschädigt den Magen und beginnt erst imDarm bei pH-Werten oberhalb 5,5 sich aufzulösen und denWirkstoff freizusetzen [11]. Erst ab diesem pH-Wert werdendie Methacrylsäure-Einheiten in signifikantem Umfang de-protoniert und machen dadurch das Copolymer wasserlös-lich, die Beschichtung löst sich auf.[16]

Oftmals ergeben sich weitere Anforderungen: VieleWirkstoffe sind luftempfindlich oder hygroskopisch, siemüssen während Transport und Lagerung geschützt wer-den. Daneben sollen Tabletten durch auffällige Farben denPatienten eine leichte Wiedererkennung ermöglichen. Nichtzuletzt soll ein Überzug dafür sorgen, dass Tabletten gut zuschlucken sind.

Das Polymer ist also in diesen Fällen ausschließlich (far-bige) Verpackung und soll den Wirkstoff möglichst schnellwieder abgeben. Hierfür eignet sich sehr gut Polyethyle-noxid, das mit Vinylalkohol (bzw. Vinylacetat mit ansch-ließender Hydrolyse) gepfropft wurde (Abbildung 22). Esbildet bereits ohne Weichmacher ausreichend flexible Fil-

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Zusammenset-zung Polyuret-han-basierterHaarfestiger-Polymere.

Für Haarconditio-ner kommen u.a.Copolymere ausVinylpyrrolidonund Vinylimidazolzum Einsatz. Siereduzieren dieRauigkeit derHaaroberfläche(Elektronen-mikroskopischeAufnahme ohne(oben) und mit(unten) Haarcon-ditionerpolymer).

Ein Großteil unsererArzneimittel kommtin Tablettenform inden Handel.

Das Ethylacrylat-Methacrylsäure-Copolymer wirdfür magensaftre-sistente Beschich-tungen von Tab-letten verwendet.

Das Copolymer Polyethylenoxid-graft-vinylalkohol bildet flexible wasserlösliche Filme.

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me, die außerdem – unabhängig vom pH-Wert – hervorra-gend wasserlöslich sind.

Um die Wirkstofffreisetzung noch weiter zu beschleu-nigen, werden Tablettensprengmittel zugesetzt. Dabei han-delt es sich um hochvernetztes Polyvinylpyrrolidon [17].Der hohe Vernetzungsgrad sorgt dafür, dass diese Polyme-re bei Kontakt mit Wasser nur geringfügig quellen. Der da-bei entstehende Quelldruck ist jedoch aufgrund der Netz-werkdichte extrem hoch, so dass Tabletten mit querver-netztem Polyvinypyrrolidon „gesprengt“ werden, sobaldWasser in die Poren eindringt. Abbildung 23 illustriert die-sen Effekt, ebenso wie Experiment 5.

Alles klar – Lebensmitteltechnologie Die Entfernung von unerwünschten Nebenkomponentenaus Getränken wie Wein, Fruchtsäften oder Bier ist ein we-sentlicher Faktor für deren Haltbarkeit. Diese zumeist phe-nolischen Bestandteile sind Teil des Aromas, führen bei zuhohen Konzentrationen allerdings zu einem bitteren Bei-geschmack bis hin zur Ungenießbarkeit, insbesondere nachlängerer Lagerung. Daher werden viele dieser Getränkegroßtechnisch geklärt, d.h. mit einem unlöslichen, ver-netzten Homo- und Copolymer auf der Basis von Vinylpyr-rolidon und Vinylimidazol in Form eines Pulvers versetztund anschließend filtriert. Die polaren Seitengruppen derPolymere komplexieren die in der Lösung befindlichenPhenole (Pyrrolidongruppe) und Schwermetallionen (Imi-dazolgruppe) (Abbildung 24). Die Entfernung von Schwer-metallen wie Kupfer, Eisen oder Mangan aus Wein – dieWeinschönung – wird bisher meistens durch Ausfällung die-ser Ionen mittels Kaliumhexacyanoferrat oder durch Zusatzvon Eiweiß durchgeführt. Der Einsatz von Filtern aus funk-

tionalen Polymeren ist daher eine attraktive Alternative zurkonventionellen Methode [11, 17].

Neben dem Einsatz in den hier vorgestellten Beispielenwerden funktionale Polymere in einer großen Zahl weite-rer Anwendungen eingesetzt.

Experimenteller Teil:Alle hier verwendeten Chemikalien können bei der BASFAktiengesellschaft von Schulen und Hochschulen angefor-dert werden. Bitte wenden Sie sich an:BASF AktiengesellschaftFrau Kerstin NeugebauerWLL/OS – D10767056 Ludwigshafen Rhein http://corporate.basf.com/de/innovationen/hochschullie-ferung/

ZusammenfassungExemplarisch wird aufgezeigt, welche wichtige Rolle funktio-nale Polymere im täglichen Leben spielen. Mit diesen poly-meren Wirkstoffen lassen sich bereits mit geringsten Einsatz-mengen große Effekte erzielen. Anwendung finden funktio-nale Polymere in Wasch- und Reinigungsmitteln, der Papier-und Textilherstellung, sowie im Kosmetik- und Pharmabe-reich. Dort übernehmen sie unterschiedlichste Aufgaben: Siedispergieren, lösen, agglomerieren, adsorbieren, flocken, fes-tigen oder verdicken.

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Tablettensprengmittel beschleunigen die Wirkstoff-freisetzung.

Polymere auf Basis von Vinylpyrrolidon und Vinylimidazolbinden Schwermetallionen und Polyphenole und werden da-her für die Klärung von Getränken verwendet.

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E X PE R I M E N T E |Experiment 1: Zement-Dispergierung

Material:Portland-ZementWasserKunststoffbecherSokalan HP 80-Lösung (40%ige wässrige Lösung)

Vorbereitung:Etwa 100 g Portland-Zement werden in einem

Kunststoffbecher mit gerade soviel Wasser an-gerührt, dass eine pastöse Mischung entsteht. DieKonsistenz soll so sein, dass der Zementbrei beimUmdrehen des Kunststoffbechers nicht herausf-ließt. Es werden 1 ml Sokalan HP 80-Lösung zu-gegeben und kräftig umgerührt.

Effekt:Nach inniger Durchmischung der Sokalan HP 80-Lösung mit dem Zementbrei verliert dieser seine

pastöse Viskosität und wird dünn-flüssig und gießbar.

Interpretation:Sokalan HP 80 adsobiert auf den Zementparti-keln und verhindert für eine gewisse Zeit deren Agglomeration. Dadurch wird aus der pasten Kon-sistenz eine dünnflüssige gut gießbare Suspension,die später jedoch wie unbehandelter Zement aucherstarrt.

Experiment 2: Farbübertragungsinhibitoren [2]

Material:3 g Persil® Supra3 g Persil Color2 x 2 ml Basilenbraun E 4R Lösung 0,25 %2 x 500 ml Trinkwasser2 weiße Baumwolltücher2 1 l Bechergläser2 Magnetrührer mit MagnetrührstäbchenPinzette, Filterpapier, Wassereimer

Vorbereitung:Das Trinkwasser wird in die beiden Bechergläsereingefüllt und auf die Magnetrührer gestellt. Im ei-nen Becherglas wird eine Lösung aus dem Persil

Supra und 2 ml Basilenbraun, im anderen Becher-glas eine Lösung aus dem Persil® Color und 2 mlBasilenbraun hergestellt.

Effekt:In beide Bechergläser wird jetzt ein Baumwolltuchgegeben. Nach ca. 3 min. werden die Tücher ent-

nommen und kurz abgespült. Während das in Persil Color gelagerte Tuch weiß bleibt, ist das inPersil Supra gelagerte Tuch deutlich gefärbt.

Interpretation:Der im Persil Color enthaltene Farbübertragungs-inhibitor verhindert durch Komplexbildung mitdem anionischen Azofarbstoff die Anfärbung desBaumwolltuchs.

Experiment 4: Papierchemikalien [1]

Material:KüchenmixerMessbecher 500 mlGlasstab1 l Wasser2 x 1 l Bechergläser10 g AltpapierPolymin SK als 0,04%ige Lösung

Vorbereitung:10 g Altpapier grob in 3-5 cm große Stücke reißenund mit 500 ml Wasser im Mixer zu einem Breipürieren. 20 ml dieses Stoffbreis mit Wasser auf500 ml auffüllen und homogenisieren, die Suspen-sion gleichmäßig auf zwei Messzylinder verteilen.Zu einem Messzylinder werden 1 ml Polymin SK-Lösung gegeben.

Effekt:Visuelle Beurteilung der unterschiedlichenFlockung: Die mit Polymin SK versehene Probe istdeutlich stärker geflockt.

Ermittlung der Entwässerungszeit mit der Stopp-uhr beim Abfiltrieren über ein Haarsieb: Polymin

SK bewirkt eine Verringerung der Entwässerungs-zeit.

Interpretation:Polymin SK adsorbiert als kationischer Polyelek-trolyt auf den anionisch geladenen Papierfasernund führt dadurch zu deren Agglomeration undFlockung. In der Folge kann Wasser bei der Auf-tragung auf das Sieb schneller als aus der unbe-handelten Probe aus dem Papierbrei ablaufen.

Experiment 5: Tablettensprengmittel [2]

Material:je eine Demonstrationstablette mit und ohne Kolli-don CL(vernetztes Polyvinylpyrrolidon)zwei PetrischalenWasser

Vorbereitung:Der Versuch kann gut auf dem Overheadprojektordurchgeführt werden (Schattenwurf).

Effekt:Gleichzeitige Zugabe der Demonstrationstablettenzu den Petrischalen.

Die Kollidon CL enthaltende Tablette zerfällt bin-nen 1 – 2 min., in dieser Zeit zeigt die Vergleichs-tablette erst geringe Erosionserscheinungen.

Interpretation:Durch Wasseraufnahme quillt das Polymer an undzersprengt mechanisch die Tablettenmatrix.

Experiment 3: Superabsorber [2]

Material:30 g Aqualic (Na-Salz einer schwach vernetztenPolyacrylsäure)1.5 l deion. H2O2 l Becherglasgroßer SpatelPlastikbeutel

Effekt:Nach Einrühren des Wassers quillt dieser unterFlüssigkeitsaufnahme zunehmend auf. Nach ca. 1 min. ist das gesamte Wasser gebunden. Derfeste Gelkuchen kann auf die Plastikfolie unter For-merhalt gestürzt werden.

Interpretation:Beim Superabsorber handelt es sich um teilneutra-lisierte, vernetzte Polyacrylsäure. Die Carboxylat-Gruppen stoßen sich elektrostatisch untereinanderab und führen zu einer Entfaltung des polymerenKnäuels. Die Ausbildung ausgedehnter, steifer Seg-mente bewirkt den Viskositätsanstieg. Salzzugabeverringert die elektrostatische Wechselwirkungzwischen den ionischen Gruppen (Beeinflussungdes Gleichgewichts zwischen freien Ionen und Io-nenpaaren; allgemeine dielektrische Abschirmung)und führt zur Rückfaltung des Polymeren.

In einem anderen Deutungsmodell besitzt das ioni-sierte Polymer lokal einen höheren osmotischenDruck als das umgebende Medium. Zum Ausgleich

diffundiert Wasser in das Knäuel, das sich gleich-zeitig in die äußere Phase entfaltet. Der Gleichge-wichtszustand ist erreicht, wenn die gegen die Ent-faltung gerichtete Triebkraft den osmotischenDruck kompensiert. Durch Zusatz einer Elektrolyt-lösung wird der osmotische Druck der äußerenPhase gesteigert, so daß sich das Polymer unterWasserabgabe wieder zurückfalten kann.

Bereits eine geringfügige Vernetzung setzt derKnäuelaufweitung eine Grenze. Es bilden sich zu-nehmend Quellkörperchen aus, die das makrosko-pische Viskositätsverhalten bestimmen.

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SummaryWith some selected examples the important role of functio-nal polymers in daily life is demonstrated. Although added invery small amounts, these macromolecules largely influencethe physical properties of the total system. Main applicationsare laundry and detergents, paper and textile manufacturing,pharmaceutical formulations, food processing and cosme-tics. In these applications, functional polymers are used dueto their ability to disperse, solubilize, agglomerate, adsorb,flocculate, solidify or thicken other molecules in the system.

DankDie Autoren bedanken sich bei allen Kollegen der BASFAktiengesellschaft für fruchtbare Diskussionen, Anregun-gen und Unterstützung mit Bildmaterial. Besonderer Dankgilt Herrn Dr. J. Rieger und allen Kollegen der Abteilung Lösungspolymerisate der Polymerforschung.

Schlagworte:Funktionale Polymere, Polyelektrolyte, Spezialpolymere

Literatur[1] Pfohl, S.; Schmitt, M.; Bergmann, P.; Knoell, W.; Weber, W.; Lindau,

B.; Schneider, C.; Müller, R.; Neugebauer, K.; Broschüre zum„Experimentierset Papierchemikalien“ der BASF Aktiengesellschaft.

[2] Müller, R.; Neugebauer, K.; Reimann, H.; Lang, G.;, Frenz, V.;Broschüre zum „Experimentierset Polymere“ der BASF Aktiengesell-schaft.

[3] Broschüre „Kolloide – Topics in Chemistry – Vorstoß in die Nano-welt“, Antonietti, M.; Horn, D.; Iden, R.; Müller-Mall, R.; Winkler, E.;Hrsg: BASF Aktiengesellschaft.

[4] Broschüre „Polymere – Topics in Chemistry – Neue Strategien in derPolymerforschung“, Nissen, D.; Stadler, R.; Horn, D.; Warzelhan, V.;Winkler, E.; Swoboda, J.; Gareiß, B.; Schornick, G.; Mülhaupt, R.;Hrsg: BASF Aktiengesellschaft, 11999955.

[5] Koltzenburg, S., Kurtz, K.-R.; Mohr, B. Chemie und Schule, 11999999, 2.[6] Spiratos, N.; Pagé, M.; Mailvaganam, N.P.; Malhotra, V.M., Jolicoeur,

C. Superplasticizers for Concrete, herausgegeben von Supplemen-tary Cementing Materials for Sustainable Development Inc.,Ottawa, Kanada, K1Y2B3, 22000033.

[7] Vortrag Thermally cross-linkable acrylic resins: A new class offormaldehyde free binders (Acrodur®), Dr. M. Gerst, Dr. B. Reck,INTC 22000044, Toronto, Canada.

[8] Smulders, E.; Rähse, W.; von Rybinski, W.; Steber, J.; Sung, E.;Wiebel, F. Laundry Detergents, Wiley-VCH, 22000022.

[9] a) Rieger, J.; Hädicke, E.; Rau, I.U.; Boeckh, D.; Tenside Surf. Det.11999977, 34, 430, b) Rieger, J. Tenside Surf. Det. 22000022, 39, 221, c)Horn, D.; Rieger, J. Angew. Chem. Int. Ed. 22000011, 40, 4330.

[10] Brannon-Peppas, L.; Harland, R.S. (Hrsg.) „Absorbent PolymerTechnology“ Studies in Polymer Science 8, Elsevier, Amsterdam,11999900.

[11] Presseinformation P347 (27.10.1994) „Trends in der Polymerfor-schung“ Journalisten und Wissenschaftler im Gespräch „FunktionalePolymere – Anwendungen in Kosmetik, Pharma und Ernährung“Ausführungen von Dr. E. Winkler, 11999944.

[12] Scott, W. E.; Principles of wet end chemistry, Tappi Press, Atlanta,11999966.

[13] a) Paper Chemistry, J.C. Roberts ed., Blackie Academic & Professio-nal, London , Second ed. 11999966, b) Applications of Wet-End PaperChemistry, C.O. Au and I. Thorn eds., Blackie Academic & Professio-nal, London , 11999955.

[14] Principles of Polymer Science and Technology in Cosmetics andPersonal Care, Cosmetic Science and Technology Series/Volume 22,edited by E. Desmond Goddard, James, V. Gruber, Marcel Dekker,Inc, New York, 11999999.

[15] C. Wood, Haarsprays, Festiger & Co., Polymere für Frisuren, Chemiein unserer Zeit 22000022, 36, 44.

[16] a) Flößer, A; Kolter, K.; Reich, H.-B., Schepky, G.; Drug Developmentand Industrial Pharmacy, 22000000, 26, 177; b) Dangel, C.; Kolter, K.;Reich, H.-B.; Schepky, G.; Pharmaceutical Technology, March 22000000;c) Dangel, C.; Kolter, K.; Reich, H.-B.; Schepky, G.; PharmaceuticalTechnology, April 22000000.

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Die AutorenAlexander Göthlich, Jahrgang 1974, studierteChemie an der Ruprecht-Karls-Universität inHeidelberg und promovierte bei Prof. Dr. P. Hofmannam Organisch-Chemischen Institut. Nach einemPost-Doc-Aufenthalt bei Prof. R. A. Gross an derPolytechnic University in Brooklyn, New York trat er2003 bei der BASF Aktiengesellschaft in diePolymerforschung ein.

Sebastian Koltzenburg, geboren 1970, studiertePolymerchemie in Freiburg bei Professor Mülhauptund in München bei Professor Nuyken. 1998 trat erin die Polymerforschung der BASF ein. Zurzeit leiteter das Labor für Kombinatorische Materialforschungder BASF.

Gunnar Schornick, Jahrgang 1948, studierte Chemiean der Universität Karlruhe (TH) und promoviertebei Prof. Loncin am Institut für Lebensmittelverfah-renstechnik. Seit seinem Eintritt 1980 in diePolymerforschung der BASF war er in verschiedenenForschungsfunktionen tätig (u.a. in USA) und leitetzurzeit eine Gruppe für Spezialpolymere.

Korrespondenzadresse:Dr. Gunnar Schornick, BASF Aktiengesellschaft Ludwigshafen, Forschung Lösungspolymerisate, GKS/S – B 1, D-67056 Ludwigshafen, Tel: 0621/60-46601