Tensid- und Interpolyelektrolytkomplexe semiflexibler Polyelektrolyte

Hochgeladene semiflexible kationische und anionische Polyelektrolyte wurden mit niedermolekularen Tensiden zu Polyelektrolyt-Tensid-Komplexen (PETK) umgesetzt und in organischen Lösungsmitteln mit Streumethoden und Rasterkraftmikroskopie charakterisiert. Die synthetisierten PETK wurden anschließend, mit dem Ziel einer strukturkontrollierten Komplexbildung, für die Bildung von Interpolyelektrolytkomplexen (IPEK) in organischen Lösungsmitteln verwendet und anhand ihres Komplexbildungsverhaltens mit wässrigen Systemen verglichen. Die Umsetzung von zylindrischen Polymerbürsten mit Poly(styrolsulfonat)-, bzw. Poly(2-vinylpyridinium)-Seitenketten mit entgegengesetzt geladenen Tensiden verlief, trotz einer Graftingdichte von eins, quantitativ. Mit Streumethoden konnte gezeigt werden, dass die gebildeten PETK in Lösung als molekulare Zylinder vorliegen. Die Synthese von pUC19-DNA-Tensidkomplexen (DNA-TK), die sich in Alkoholen gut lösen, ist nur in stark basischer Lösung gelungen. Während der Charakterisierung der DNA-TK mit Streumethoden zeigte sich eine starke Abhängigkeit des Trägheitsradius von dem Verhältnis DNA-/Salz+. Die Bildung von IPEK aus hochgeladenen Polyelektrolyt-Bürsten bzw. PETK-Bürsten wurde an verschiedenen Beispielen in Wasser und DMF durchgeführt und mit Streumethoden verfolgt. Alle Systeme zeigten ein zu der IPEK-Bildung von linearen Polyelektrolyten analoges Komplexbildungsverhalten. Bei der Komplexierung von Poly(styrolsulfonat)-Bürsten-Tensidkomplexen mit kommerziellen Polyamidoamin-G5-Dendrimeren (PAMAM) oder Poly(ethylenoxid) modifizierten Poly(ethylenimin)-Bürsten hingegen wurden über den gesamten Gewichtsbruchbereich mit Streumethoden und AFM zylindrische Aggregate gefunden, die den Dimensionen der Poly(styrolsulfonat)-Bürsten-Tensidkomplexe entsprechen. Durch statistische Höhenanalyse der AFM-Bilder wurde ein linearer Zusammenhang zwischen der Komplexhöhe und dem Gewichtsbruch an PAMAM, bzw. PEI-PEO gefunden, der auf die Zunahme der Molmasse der Komplexe durch Wachstum entlang des Zylinderdurchmessers hindeutet. Die Bildung von Aggregaten, mit mehr als einem Polyanion, wurde nicht beobachtet.

Polyelectrolyte-Surfactant-Complexes (PESC) have been synthesized utilizing highly charged semi flexible anionic and cationic polyelectrolytes. PESC were characterized in organic media by scattering methods and AFM and were used to form Inter-Polyelectrolyte-Complexes (IPEC) in organic solvents. The IPEC formation was studied in comparison to common water-based systems with special interest in structurally well-defined IPEC. As known for linear PESC dense polyelectrolyte brushes bearing either poly(styrenesulfonate) or poly(2-vinylpyridinium) side chains were found to form stoichiometric PESC. In solution the PESC adopt a cylindrical conformation as could be shown by means of scattering techniques. The synthesis of pUC19-DNA-Surfactant-Complexes (DNA-SC) having good solubility in several alcohols could only be realized from alkaline solution. During light scattering experiments the radius of gyration was found to be strongly dependent on the ratio DNA-/salt+. IPEC formation of highly charged polyelectrolyte brushes and PESC brushes in water and DMF was studied and found to yield in structurally ill-defined IPEC as known for linear polyelectrolytes in water. In contrast the complexation of poly(styrenesulfonate) surfactant complexes with commercially available poly(amidoaime)-G5 dendrimers (PAMAM-G5) or poly(ethyleneoxide) grafted poly(ethyleneimin) brushes was found to form exclusively IPEC of well-defined cylindrical shape. From statistical height analysis of AFM images a linear dependency of complex height and solution composition could be derived indicating that complex growth predominantly takes place along the cylinders diameter. The absence of complexes containing more than one polyanion confirms this postulate.