DE3328083C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft neue Acetylenpolymere in Filmform
mit einer Anzahl wünschenswerter Eigenschaften,
wie Bruchdehnung, Zugfestigkeit und Molekularorientierung
unter Dehnung.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
solcher Polyacetylenfilme.
Es ist bekannt, daß es möglich ist, Acetylenpolymere
herzustellen, indem das Monomere in Gegenwart eines
katalytischen Systems polymerisiert wird, das im allgemeinen
aus einer Verbindung eines Übergangsmetalls und
einer Organometallverbindung der Elemente der Gruppen
1A, 2A, 3A und 4A des Periodensystems zusammengesetzt
ist. Es ist ebenfalls bekannt, daß es möglich ist,
diese Acetylenpolymeren in Filmform direkt aus der
Polymerisation zu erhalten. Es ist jedoch bisher kein
Verfahren bekannt, das in der Lage ist, Acetylenpolymere
in Filmform zu liefern, oder die fähig sind, in Filme
überführt zu werden, welche eine Anzahl erwünschter
Eigenschaften in bezug auf Bruchdehnung, Zugfestigkeit
und molekularer Orientierung bei der Dehnung besitzen.
Nach der üblichen Methode können Acetylenpolymere in
verschiedenen, morphologischen Aspekten hergestellt
werden, insbesondere:
In Pulverform [vergl. G. Natta et al., Rend. Acc.
Naz. Lincei, Scienze Fis. Mat. Nat.: 25, 3 (1958,
Reference A)]; diese Veröffentlichung berichtet über
die Verwendung von Katalysatoren auf Basis von Titan
alkoholaten und Aluminiumtrialkylen.
Kristalline und pulvrige Polymere werden so erhalten,
welche in spröde Filme verdichtet werden können, die
demnach keine mechanische Widerstandskraft haben.
In Form von faltbaren Filmen [vergl. japanische
Patentanmeldung 32 581/73 (Reference B); japanische
Patentanmeldung 1 42 012 vom 6. November 1980 (Reference
C); europäische Patentanmeldung 26 234 vom 28. März
1980 (Reference D)].
Die so erhaltenen Filme können mit einem Zugverhältnis im Bereich von 2 bis 2,8 bei Raumtemperatur verstreckt werden. Die molekulare Orientierung ist in jedem Fall nur gering.
Die so erhaltenen Filme können mit einem Zugverhältnis im Bereich von 2 bis 2,8 bei Raumtemperatur verstreckt werden. Die molekulare Orientierung ist in jedem Fall nur gering.
In Form von stückigen Polymeren oder teilweise
gelierten Polymeren [US-PS 42 28 060 (Reference E)].
Diese Polymeren haben dieselben Grenzen wie diejenigen
der Reference A und können nicht streck-orientiert
werden. Zusätzlich sind die Katalysatoren, welche zum
Polymerisieren des Monomeren verwendet werden, von besonderer
Art und einigermaßen teuer.
In Form eines Materials vom Gel-Typ [europäische
Patentanmeldung 26 235 vom 28. März 1980 (Reference G)].
In diesem Falle können die Filme, welche durch Verdichten
des Polymeren erhalten werden, nicht verstreckt
werden und sind daher nicht orientierbar.
In Form von Filmen, erhalten durch Polymerisieren
von Acetylen unter Scher-Fließ-Bedingungen
[Synthetic Metals 4, 81 (1981) (Reference H)].
Die nach dieser Methode erhaltenen Filme zeigen unzulängliche
mechanische Eigenschaften und darüber hinaus
zeigen ihre relativen elektronischen Streuungsspektren
eine vernachlässigbare, bevorzugte Orientierung beim
Verstrecken.
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, die Unzu
länglichkeiten der bisher üblichen Verfahren zu überwinden
und Acetylen in Filmform zu polymerisieren, das
ungewöhnliche hohe Werte der Bruchdehnung und Zugfestigkeit
aufweist, zusammen mit der Fähigkeit des Erreichens
von hohen Orientierungswerten in Richtung des Zuges
beim Verstrecken, ähnlich den Werten, welche mit Fasern
erhalten werden können.
Die Erfindung betrifft daher Polyacetylenfilme mit einer Dicke von
5 µm bis 1 mm und einem Gehalt des cis-Isomeren höher als 40%, gekennzeichnet
durch die folgenden Eigenschaften
Bruchdehnung (1/10) höher als 4
Zugfestigkeit bzw. Zerreißfestigkeit über 100 MPa molekulare Orientierung unter Dehnung, so daß
Zugfestigkeit bzw. Zerreißfestigkeit über 100 MPa molekulare Orientierung unter Dehnung, so daß
Streuwinkel der Röntgenstrahlen Δβ gleich oder niedriger als
35° erzeugt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Polyacetylenfilmen
durch Polymerisation von Acetylen in Filmform, wobei bei
einer Temperatur von -100°C bis +100°C und unter einem Acetylendruck von 1,01325 bis
202,65 kPa gearbeitet wird und das monomere Acetylen mit
einem Katalysatorsystem in Kontakt gebracht wird, bestehend aus
- (1) einer Titanverbindung und
- (2) einem Alkylderivat eines Elements der Gruppen 1A, 2A, 3A und 4A des Periodensystems, wobei die Alkylreste 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisen und wobei das Molverhältnis der Verbindung (2) zur Verbindung (1) des Katalysators weiterhin in dem Bereich von 1 : 1 bis 10 : 1 liegt,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung
von Polyacetylenfilmen gemäß Anspruch 1 in Gegenwart eines
Katalysators polymerisiert wird, der als Titanverbindung (1) eine
solche der Formel
T X m Y4-m
umfaßt, worin bedeuten:
Xeinen der folgenden Reste a) bis d):
a) -NR₁R₂
b) -SR₃ wobei R₁, R₂ und R₃ Alkylreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylreste mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen oder aromatische Reste sind, c) -O-C₆H₄-CH₃ (Cresyl) mit dem Methylsubstituenten in ortho-, meta- oder para-Stellung in bezug auf das an das Sauerstoffatom gebundene Kohlenstoffatom,
b) -SR₃ wobei R₁, R₂ und R₃ Alkylreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylreste mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen oder aromatische Reste sind, c) -O-C₆H₄-CH₃ (Cresyl) mit dem Methylsubstituenten in ortho-, meta- oder para-Stellung in bezug auf das an das Sauerstoffatom gebundene Kohlenstoffatom,
Yeiner der Reste -OR₄ und -OOC-R₅ (wobei R₄ und R₅ dieselbe
Bedeutung wie R₁, R₂ und R₃ haben), und
meine Zahl von 1 bis 4.
Besonders vorteilhafte Beispiele der Komponente (1)
des Katalysators sind:
Ti[N(nor C₃H₇)₂]₄
Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(O-norC₄H₉)₂) Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(CH₃COO)₂] Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(O-C₆H₄-CH₃)₂] Ti[(C₁₇H₃₃COO)₂)[(O-C₆H₄-CH₃)₂] Ti[(O-C₆H₄-CH₃)₂][(O-nor C₄H₉)₂] Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(S-C₆H₅)₂] Ti[(O-C₆H₄-O)][(O-nor C₄H₉)₂]
Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(O-norC₄H₉)₂) Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(CH₃COO)₂] Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(O-C₆H₄-CH₃)₂] Ti[(C₁₇H₃₃COO)₂)[(O-C₆H₄-CH₃)₂] Ti[(O-C₆H₄-CH₃)₂][(O-nor C₄H₉)₂] Ti[N(nor C₃H₇)₂]₂[(S-C₆H₅)₂] Ti[(O-C₆H₄-O)][(O-nor C₄H₉)₂]
Als Komponente (2) des katalytischen Systems der vorliegenden
Erfindung sind brauchbar: Natriumalkyle, Lithiumalkyle,
Kaliumalkyle, Berylliumalkyle, Magnesiumalkyle,
Magnesiumalkylhalogenide, Zinkalkyle, Boralkyle,
Aluminiumalkyle, Galliumalkyle, Zinnalkyle
und Bleialkyle. Unter diesen sind die Aluminiumtrialkyle
bevorzugt und insbesondere solche mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen
im Alkylrest.
Das Katalysatorsystem wird hergestellt, indem die Komponenten
(1) und (2) des Systems in den oben angegebenen
Mengenverhältnissen in einem wasserfreien und inerten,
organischen Lösungsmittel (ein nichtreagiertes Lösungsmitel),
wie z. B. Hexan, Cyclohexan und Toluol, in
Kontakt gebracht werden.
Es wird daher eine Lösung erhalten, welche bei einer Temperatur
von 20 bis 100°C für eine Zeitdauer von 0,5 bis
15 Stunden gehalten wird.
Die so erhaltene Katalysatorlösung wird über eine feste
Oberfläche verstreut, wonach das Lösungsmittel durch
Verdampfen unter Vakuum abgezogen wird, und das Acetylen
wird dann auf den so dispergierten Katalysator geleitet,
wodurch die Ausbildung des Polymeren in Filmform eingeleitet
wird.
Die besten Temperaturen zur Polymerisation liegen im
Bereich von -80° bis +20°C. Innerhalb dieses Bereichs
wird ein Acetylenpolymeres gebildet, das einen cis-
Isomeren-Gehalt über etwa 40% hat.
Es ist bekannt, daß die Prozentanteile der cis- und
trans-Isomeren, welche in dem Polymeren enthalten sind,
eine Funktion der Polymerisationstemperatur sind [Reference
I: J. Polym. Sci., Pol. Chem. Ed. 12, 11 (1974)].
Wie oben erwähnt, wird die Polymerisation unter einem
Druck von 1,01325 bis 202,65 kPa (= 0,01 atm bis 2 atm)
Acetylen durchgeführt.
Das katalytische System der vorliegenden Erfindung ist
ein kritischer Faktor für die Erzielung von Polyacetylenfilmen
mit den gewünschten Eigenschaften. Es sei erwähnt,
daß die Verwendung von Titanalkoholaten der
allgemeinen Formel Ti(OR)₄, welche als Komponenten
des Katalytischen Systems in der Polymerisation von
Acetylen (Reference A) bekannt sind, die Bildung von
unbefriedigenden Polymeren verursacht, insbesondere
was die Orientierung unter Streckung anbetrifft.
Beim Arbeiten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
Acetylenpolymere in Filmform erhalten, welche
die folgenden Eigenschaften haben:
cis-Isomeren-Gehalt: mehr als 40%
Dicke: von 5 µm bis 1 mm
Bruchdehnung (1/10): über 4
Zugfestigkeit bzw. Zerreißfestigkeit: über 100 MPa
Dicke: von 5 µm bis 1 mm
Bruchdehnung (1/10): über 4
Zugfestigkeit bzw. Zerreißfestigkeit: über 100 MPa
molekulare Orientierung unter Dehnung: so, daß
Röntgenstrahlen-Streuwinkel Δβ gleich oder enger als
35° erzeugt werden, wie dies weiter unten gezeigt wird.
Wie oben erwähnt, kann eine solche Anzahl von Eigenschaften
bei keinen der bisher bekannten Polyacetylenfilme
gefunden werden.
Im Zusammenhang mit der letztgenannten Eigenschaft
wurde diese durch die Testmethode mittels Röntgenstrahlenbeugung
bestimmt. Es ist bekannt, daß die Röntgen
strahlen-Beugungsbilder von isotropen, kristallinen
oder semikristallinen Materialien durch Reflexionen
charakterisiert sind, welche in Form von kontinuierlichen
Kreisen erscheinen. Wenn bevorzugte Orientierungs
erscheinungen der kristallinen Fraktionen stattdessen
vorhanden sind, so neigen die Reflexionen dazu, als
Bögen von Kreisen zu erscheinen oder, unter begrenzten
Bedingungen, als Flecken, wenn die Orientierungserscheinungen
besonders bedeutend sind. Die Streuung der Intensität
einer einzelnen Reflexion entlang des Umfangs des
Kreises (gewöhnlich als Azimutstreuung bezeichnet) kann
als Index für den Grad der bevorzugten Orientierung
des betreffenden Materials genommen werden. Die Röntgen
strahlen-Beugungsspektren von verstreckten Komponenten
des Polyacetylens, auf die im folgenden Bezug genommen
wird, wurden erhalten in einer ebenen Kammer unter
Bestrahlung Cu k α (g = 1,5418 Å). Alle Proben, welche
getestet wurden, zeigten eine bevorzugte Orientierung
der Kristallite vom eindimensionalen Typ mit der Achse c
des Kristall, welche mit der Achse des Makromoleküls
übereinstimmt, parallel zur Richtung der Dehnung bzw.
Streckung.
Diese Schlußfolgerung basiert auf Daten der strukturellen
Natur, welche in der Lieratur bekannt sind
[Reference L: J. Pol. Sci., Polym. Lett., Ed. 20, 97 (1982)].
Ein Index für den Grad der bevorzugten Orientierung
wurde direkt auf der Beugungsfigur selbst ausgewertet,
indem die gesamte azimutale Streuung (Δβ in Grad, siehe
Fig. 1) des Bogens bezüglich der intensiven Reflexion,
welche auf dem Äquator der Figur bei 2ϑ von 23° bis 24°
vorhanden war (Gitterebenen 110 und 200 gemäß Reference
L), gemessen wurde. Offensichtlich entsprechen die
niedrigsten Werte von Δβ den höchsten Graden der bevorzugten
Orientierung.
In Materialien, wie verstreckten Fasern und Kautschuken,
welche durch hohe Werte von bevorzugten Orientierung
charakterisiert sind, weist Δβ Werte von etwa 20°
auf [Reference M: Makromol. Chem., 181, 1143 (1980)].
Der Einfachheit halber werden die Materialien, welche
Werte von Δβ bis zu 25°, von 25 bis 35°, von 35 bis 50°
und über 50° aufweisen, als Materialien vom Typ I, II,
III bzw. IV klassifiziert (vergl. Fig. 1). Auf der
Basis des Vorhergesagten und unter Bezugnahme auf die
Versuchsbeispiele zeigen die Polyacetylenfilme gemäß
vorliegender Erfindung einen Grad von bevorzugter
Orientierung unter Dehnung, der überraschend hoch ist,
wenn ihre Röntgenstrahlen-Beugungsspektren geprüft werden:
Fig. 2A und 2B sind typische Beispiele. Insbesondere:
Fig. 2A 1/10= 4,5
Fig. 2B 1/10= 6,5,
wobei die Proben in einem Instrom Modell 1121 Dynamometer
gedehnt bzw. gestreckt wurden, das bei Raumtemperatur
arbeiten kann, sowohl in Luft als auch unter einem
Stickstoffmantel mit einer Verformungsgeschwindigkeit,
welche als ε = 25 min-1 ausgewählt wurde. Die Zug- und
Molekularorientierungseigenschaften bezüglich der Proben,
welche nach dem Stand der Technik erhalten wurden,
sind in der Literatur beschrieben [Reference C, Reference
N: J. Polymer. Sci., Polymer Lett., Ed. 17, 195 (1979),
und Reference O: J. Polymer Phys., Ed. 18,
429 (1980)].
Alle diese Referenzen berichten über maximale Werte
eines Zugverhältnisses von 1/10 von etwa 3,0 und nur
bescheidene Werte von molekularer Orientierung sind
erwähnt.
Es wurden Proben nach den Angaben von Reference C
hergestellt und durch das oben erwähnte Verfahren verstreckt
mit einem Streckungsverhältnis 1/10 = 2,5. Das
Röntgenstrahlen-Beugungsspektrum eines solchen verstreckten
Materials ist in Fig. 3 gezeigt. Auch in diesem
Fall wurde die Probe bei Raumtemperatur verstreckt,
jedoch wurde der Arbeitsgang unter Stickstoff durchgeführt.
Beim Vergleich der Fig. 2A, 2B und 3 wird der
beträchtliche Unterschied im Hinblick auf die molekulare
Orientierung besonders deutlich. Es ist weiterhin ersichtlich,
daß die molekulare Orientierung der Materialien,
welche gemäß den Angaben von Referencen B, C
und D hergestellt wurden, tatsächlich sehr weit entfernt
ist von dem, was im allgemeinen bei Fasern erreicht
werden kann.
Die gleiche entscheidende Differenz kann auch bei den
mechanischen Eigenschaften festgestellt werden, wie im
Falle der Filme, welche nach der Erfindung hergestellt
sind, wobei die Zugfestigkeit so hoch oder mehr als
100 MPa ist, verglichen mit dem Wert von etwa 20 MPa
für den Film der Reference N.
Ein weiterer, bedeutender Unterschied zwischen den erfindungsgemäßen
Filmen und den Filmen nach dem Stand
der Technik kann im Verhalten der Filme gegenüber Sauerstoff
gesehen werden.
Gemäß Reference N ist das Zugverhältnis bzw. Abzugsverhältnis
äußerst empfindlich für Sauerstoff und sinkt
merklich nach 1 Minute Aussetzung an der Luft ab.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Filme
wurden verstreckt nach Aussetzuung an Luft während Zeiträumen
nicht kürzer als 15 min, jedoch ohne irgendwelche
bedeutende Differenz aus Tests, wobei die Proben
unter einem Stickstoffmantel gestreckt wurden.
Die hohe Orientierung nach dem Strecken der Filme gemäß
der Erfindung verleiht diesen Filmen wichtige Eigenschaften
der optischen Anisotropie bezüglich der Polarisation
der Lichtstrahlen, welche durch dünne Schichten
fallen. Eine solche Polarisation kann sichtbar
gemacht werden, indem die Probe mit einem optischen
Mikroskop mit Licht, das durch ein Nicol-Prisma polarisiert
wurde, beobachtet wird.
Die charakteristische Strahlen-Auslösung wird nachgewiesen,
wenn die Richtung der Fibrillen der gestreckten
Probe senkrecht zu derjenigen der Polarisationsebene
des Nicol-Prismas steht. Die vollständige Auslöschung
des Strahls, welche durch ein völlig schwarzes Feld
des Mikroskops festgestellt wird, zeigt, daß die molekulare
Prientierung alle Fibrillen der gesamten Probe
umfaßt.
Außer der Anisotropie vom optischen Typ besteht in den
Filmen, welche gemäß der Erfindung gestreckt sind, eine
elektrische Anisotropie, welche durch eine größere Leitfähigkeit
des Materials in Richtung parallel zur Streckebene
im Vergleich zu der senkrechten Richtung festgestellt
wird.
Die hohe Anisotropie, welche in den verstreckten Filmen
gemäß der Erfindung festgestellt wird, macht solche
Filme nützlich für wichtige Verwendungen auf dem optischen
Gebiet, bei der Herstellung elektrischer Bauelemente,
wie Homo- und Heteroübergänge, Elektroden
für kathodische Reduktionsreaktonen, Elektrolytzellen
bzw. Sperrschichtzellen und bei der Herstellung von
Elektroden für Trockenzellen und Speicherbatterien bzw.
Akkumulatoren.
Im folgenden werden die allgemeinen Grundsätze, welche
für die Herstellung des katalytischen Systems und die
Polymerisation von Acetylen in Gegenwart eines solchen
katalytischen Systems angewandt werden, näher beschrieben.
Alle Arbeitsgänge werden unter strengem Ausschluß
von Sauerstoff und Feuchtigkeit und mit Lösungsmitteln,
welche vorher entwässert und entlüftet wurden, gemäß
den technologischen Regeln, welche für diesen Zweck
üblicherweise angewandt werden, durchgeführt.
Ein Dreihalskolben, ausgestattet mit einem Rückflußkühler
und unter einem Stickstoffmantel gehalten, wird
in der angegebenen Reihenfolge mit dem Lösungsmittel
Hexan, der Titanverbindung und dem Aluminiumalkyl in
solcher Menge, daß ein Atomverhältnis von Al zu Ti =
4/1 zustandekommt, beschickt.
Es wird eine Lösung erhalten, welche bei der Siedepunkt-
Temperatur des Lösungsmittels unter Atmosphärendruck
während 10 h gehalten wird. Dann wird das Gemisch auf
Raumtemperatur abgekühlt und die Lösung des so erhaltenen
Katalysators wird für die nachfolgende Polymerisation
von Acetylen verwendet.
Die Polymerisation von Acetylen wird in einem breiten
Testrohr (wie in Fig. 4 dargestellt) durchgeführt, das
in horizontaler Lage gehalten wird und in das eine
solche Menge Katalysatorlösung (wie zuvor beschrieben
hergestellt) eingeführt wird, welche 1 mg-Atom (mgA)
Titan enthält. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist das Testrohr
durch den Glasschliffkonus C mit einer mechanischen
Vakuumpumpe verbunden. Das Testrohr wird dann in Rotation
versetzt, während gleichzeitig der Hahn R stufenweise
geöffnet wird. Das Lösungsmittel, Hexan, der Katalysatorlösung
wird langsam verdampft und infolge des
Rotationseffekts wird eine Ablagerung einer Flüssigkeit
und einer viskosen Schicht (S) auf der Innenwand
des Testrohrs erhalten.
Nach Beendigung der Verdampfung des Lösungsmittels ist
die auf den Wänden abgesetzte Schicht nicht länger frei
fließend, selbst wenn das Testrohr in vertikale Richtung
umgedreht wird. In diesem Stadium wird der Hahn R
geschlossen und das evakuierte Testrohr wird in ein
Bad gegeben, welches thermostatisch auf die gewünschte
Temperatur kontrolliert wird, und mit einem Apparat
verbunden, in dem Acetylen bei einem konstanten Druck
von 79,99 kPa (= 600 mm Hg) gehalten wird. Durch R wird das Gas mit der
Katalysatorschicht in Kontakt gebracht, und die Polymerisation
schreitet unter Bildung eines polymeren Films
an der Oberfläche des Katalysators fort.
Auf dem Polyacetylenfilm, der an den Wänden des Testrohrs
haftet, kann der Arbeitsgang der Bildung einer
zweiten Katalysatorschicht mit demselben Verfahren wie
für die Bildung der ersten Schicht wiederholt werden.
Der Polymerisationsverlauf kann demgemäß mehrmals wiederholt
werden, bis man einen Film mit der gewünschten
Dicke erhält.
Wenn die gewünschte Menge an Acetylen absorbiert ist,
wird die Polymerisation unterbrochen, indem das restliche
Gas abgezogen wird, und der Polymerfilm, der an
der Wand des Testrohrs haftet, wird gewonnen. Ein
solcher Film wird gewaschen, indem er vollständig in
ein aliphatisches oder aromatisches, organisches Lösungsmittel
eingetaucht wird (Beispiele: Hexan, Toluol
und dergl.) bei der gleichen Temperatur, bei der die
Polymerisation stattfand.
Der Katalysator geht so in die flüssige Phase über,
woraus er zur Wiederverwendung gewonnen werden kann.
Der Schritt des Waschens wird so lange wiederholt, bis
das Lösungsmittel farblos wird.
In diesem Stadium wird das Polymere unter Vakuum, wie
es mit einer mechanischen Pumpe erhalten wird, getrocknet
und ein homogener Film wird gewonnen, der einen
ziemlich charakteristischen, metallischen Glanz zeigt.
Unter Bezugnahme auf die folgende Tabelle 1 beziehen
sich die Beispiele 1 bis 6 auf die Polymerisation von
Acetylen mit Katalysatoren gemäß der Erfindung und
gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Der Vergleichsversuch A ist entsprechend Beispiel 1
von Reference C durchgeführt und der Vergleichsversuch B
entsprechend Reference O (Referenz Nr. 3).
Die Filme, wie sie gemäß Beispiel 1 bis 6 und Vergleichs
versuch A und B erhalten wurden, werden unter einem Stickstoffmantel
in Streifen geschnitten mit Dimensionen von
0,5 × 5 cm werden untereinander auf der Basis des
Abzugsverhältnisses (1/10 = α), der Zugfestigkeit und
des Grads der bevorzugten Orientierung nach dem Strecken
Δβ verglichen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2
zusammengestellt.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Filme
haben unerwartet hohe Werte spezischer elektrischer
Leitfähigkeit nach Dotieren bzw. Zusetzen mit Jod, wobei
diese Werte der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit
ihren größten Wert bei derselben Jodmenge dann
erreichen, wenn die Polyacetylenfilme vorher mit einem
Zugverhältnis gleich oder höher als 6 gestreckt wurden.
Insbesondere nehmen gestreckte Polyacetylenfilme, versetzt
mit Jod, Werte der elektrischen spezifischen Leitfähigkeit
entlang der Richtung der Streckung an, welche um
eine Größenordnung oder benannte Zahl diejenigen ähnlicher
Filme, welche nicht verstreckt wurden, obgleich
sie mit der gleichen Menge des Zusatzmittels Jod dotiert
wurden, übersteigen.
Zusätzlich zeigen die dotierten Polyacetylenfilme gemäß
der Erfindung von spezifischer elektrischer Leitfähigkeit,
welche unerwartet hoch bezüglich der Polyacetylenfilme
sind, welche mit der gleichen Menge Dotierungsmittel
versetzt wurden, jedoch nach üblichen Methoden
hergestellt wurden.
In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen werden nach
einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung die
Polyacetylenfilme dem Dotieren bzw. Versetzen unterworfen,
nachdem sie vorher mit einem Zugverhältnis von
6 oder höher verstreckt wurden, oder ohne vorheriges
Verstrecken, wobei das Dotieren mit Jod derart ist, daß
ein Maximum an Jodgehalt in dem Film von 17 Mol-% erreicht
wird, um dotierte und gegebenenfalls vorgestreckte
Polyacetylenfilme zu erzeugen mit Werten der
spezifischen elektrischen Leitfähigkeit δ bis zu einem
Höchstwert von etwa 2000 Ohm-1 cm-1.
Das Zugverhältnis wird definiert durch den Ausdruck:
worin lo die ursprüngliche Länge des Polyacetylenfilms
und l die Länge desselben Films nach dem Ziehen ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Polyacetylenfilm,
der gegebenenfalls mit einem Zugverhältnis von etwa 6
oder höher gestreckt wurde, einer Isomerisierung unterworfen
zur Umwandlung desselben in die vorherrschende
"trans"-Form, bevor der Film mit Jod versetzt wird. In
einer typischen Weise wird die Isomerisation bei einer
Temperatur in der Nähe von 200°C während einer Zeit von
wenigen Minuten (beispielsweise 5 min) unter Aufrechterhaltung
des Films unter einem Heliumstrom durchgeführt.
Auch diese isomerisierten und gegebenenfalls gestreckten
Polyacetylenfilme zeigen nach ihrem Dotieren mit Jod
Werte der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit σ,
welche etwa 2000 Ohm-1 cm-1 erreichen können.
Die Dotierung kann bewirkt werden, indem der Polyacetylenfilm,
gegebenenfalls gestreckt und isomerisiert, mit
Joddämpfen in Kontakt gebracht wird, wobei bei einer
Temperatur von -10 bis 50°C gearbeitet wird. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform wird der Film, gegebenenfalls
gestreckt und isomerisiert, mit einer Lösung von Jod in
einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, wie Pentan, in
Kontakt gebracht, wobei innerhalb des oben angegebenen
Temperaturbereichs gearbeitet wird. In jedem Falle werden
die Kontaktzeiten derart gewählt, daß ein Jodgehalt
in dem Film bis zu 17 Mol-% geschaffen wird.
Ein Dreihalskolben, ausgerüstet mit einem Rückflußkühler
und unter einem Stickstoffmantel gehalten, wird in
der angegebenen Reihenfolge beschickt mit: Lösungsmittel
Hexan, Ti[(Cresyl)₂] [(O-nor C₄N₉)₂] und Al(C₂H₅)₃
mit einem Atomverhältnis von Al zu Ti = 4 : 1.
Es wird eine Lösung erhalten, welche bei der Siedetemperatur
für das Lösungsmittel unter Atmosphärendruck
während 10 h gehalten wird. Danach wird das Gemisch auf
Raumtemperatur abkühlen gelassen.
Ein horizontales, großes Testrohr wird mit einer Menge
der katalytischen Lösung, die, wie vorstehend beschrieben,
hergestellt wurde und 2 mgA Titan enthält, beschickt.
Das Testrohr wird mit einer Vakuumquelle verbunden
und in Rotation versetzt, so daß das Lösungsmittel
Hexan langsam verdampft und eine Ablagerung einer
Flüssigkeit und einer viskosen Schicht von Katalysator
auf der Innenwand des Testrohrs erfolgt. Das Testrohr
wird dann in einem thermostatisch auf -40°C kontrollierten
Bad vertikal gestellt und mit einer Apparatur verbunden,
welche gasförmiges Acetylen unter einem konstanten
Druck von 79,99 kPa. (= 600 mm Hg) enthält. Das Acetylen polymerisiert
an der Innenwand des Testrohrs in der Form
eines 0,1 mm dicken Films. Der Film wird gewaschen,
indem er vollständig in Hexan eingetaucht wird, wobei
bei der Polymerisationstemperatur gearbeitet wird, so
daß die Hexanphase löslich gemacht wird. Das Waschen
wird fortgesetzt, bis das Lösungsmittel farblos ist.
In diesem Stadium wird der Polyacetylenfilm unter
Vakuum getrocknet und gewonnen.
Auf diese Weise wird ein Film erhalten mit einem ziemlich
charakteristischen, metallischen Glanz und einem
Wert der spezifischen Oberfläche gleich etwa 400 cm².
Von einem solchen Film werden Streifen geschnitten mit
den Dimensionen 3 × 6 cm, welche in einem Instron Mod.
1121 Apparat gestreckt werden bei einer Dehnungsgeschwindigkeit
ε von 15 min-1.
Die Streifen haben die folgenden Eigenschaften:
cis-Einheitengehalt 75%, trans-Einheiten: 25%
Bruchdehnung (1/10): 7,5
Zugfestigkeit: 140 MPa.
Bruchdehnung (1/10): 7,5
Zugfestigkeit: 140 MPa.
In den folgenden Beispielen werden die, wie oben beschrieben,
hergestellten Polyacetylenfilme dotiert. Insbesondere
wird der Dotierungsschritt in der Gasphase
durchgeführt in einer Glasapparatur, welche mit einer
Vakuumpumpe verbunden ist und an die ein Gefäß, enthaltend
gasförmiges Jod, und ein anderes Gefäß, enthaltend
den Polyacetylenfilm, hergestellt wie oben beschrieben,
angeschlossen ist.
Ein von dem gemäß Beispiel 7 hergestellten Polyacetylen
abgeschnittener Streifen wird in einer Instron-Maschine
bis zu einem Zugverhältnis α = 7,5 verstreckt und der
Isomerisierung bei 200°C während 5 min in einem Heliumstrom
unterworfen. Es wird so ein Polyacetylen erhalten,
das einen Gehalt an trans-Einheiten über 95% besitzt,
welche in der oben angegebenen Weise mit gasförmigem Jod
bis zu einer Absorption einer Menge von 15 Mol-% behandelt
wird.
Der so dotierte Streifen zeigt eine spezifische Leitfähigkeit
δ gleich 2000 Ohm-1 cm-1 in Richtung des
Streckens.
Das Verfahren des Beispiels 8 wird durchgeführt, jedoch
wird der Isomerisierungsschritt weggelassen. Indem mit
Jod versetzt wird, wird ein Polyacetylenstreifen erhalten,
der eine Jodmenge, die 13 Mol-% äquivalent ist, enthält,
welcher eine spezifische Leitfähigkeit w gleich
1800 Ohm-1 cm-1 in Richtung des Verstreckens aufweist.
Ein gemäß Beispiel 7 hergestellter Polyacetylenstreifen
wird der Isomerisation gemäß dem Verfahren des Beispiels 10
ohne Streckung unterworfen und wird dann bis
zu einer Jodmenge von 15 Mol-% dotiert. Die so dotierte
Probe hat eine spezifische Leitfähigkeit δ gleich
160 Ohm-1 cm-1.
Ein gemäß Beispiel 7 hergestellter Polyacetylenstreifen
wird ohne Streckung mit einer Jodmenge äquivalent einer
Absorption von 15 Mol-% versetzt. Die so dotierte Probe
hat eine Leitfähigkeit δ gleich 160 Ohm-1 cm-1.
Claims (10)
1. Polyacetylenfilme mit einer Dicke von 5 µm bis 1 mm und
einem Gehalt des cis-Isomeren höher als 40%, gekennzeichnet
durch die folgenden Eigenschaften:
Bruchdehnung (1/10) höher als 4
Zugfestigkeit bzw. Zerreißfestigkeit über 100 MPa
molekulare Orientierung unter Dehnung, so daßStreuwinkel der Röntgenstrahlen Δβ gleich oder niedriger als 35° erzeugt werden.
Zugfestigkeit bzw. Zerreißfestigkeit über 100 MPa
molekulare Orientierung unter Dehnung, so daßStreuwinkel der Röntgenstrahlen Δβ gleich oder niedriger als 35° erzeugt werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Polyacetylenfilmen durch
Polymerisation von Acetylen in Filmform, wobei bei einer Temperatur
von -100°C bis +100°C und unter einem Acetylendruck von
1,01325 kPa bis 202,65 kPa gearbeitet wird und das monomere Acetylen mit
einem Katalysatorsystem in Kontakt gebracht wird, bestehend aus
- (1) einer Titanverbindung und
- (2) einem Alkylderivat eines Elements der Gruppen 1A, 2A, 3A und 4A des Periodensystems, wobei die Alkylreste 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisen und wobei das Molverhältnis der Verbindung (2) zur Verbindung (1) des Katalysators weiterhin in dem Bereich von 1 : 1 bis 10 : 1 liegt,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung
von Polyacetylenfilmen gemäß Anspruch 1 in Gegenwart eines
Katalysators polymerisiert wird, der als Titanverbindung (1) eine
solche der Formel
Ti Xm Y4-maufweist, worin bedeuten:Xeinen der folgenden Reste a) bis d):
a) -NR₁R₂
b) -SR₃ wobei R₁, R₂ und R₃ Alkylreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylreste mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen oder aromatische Reste sind, c) -O-C₆H₄-CH₃ (Cresyl) mit dem Methylsubstituenten in ortho-, meta- oder para-Stellung in bezug auf das an das Sauerstoffatom gebundene Kohlenstoffatom, d) -O-C₆H₄O-,Yeiner der Reste -OR₄ und -OOC-R₅ (wobei R₄ und R₅ dieselbe Bedeutung wie R₁, R₂ und R₃ haben), und meine Zahl von 1 bis 4.
b) -SR₃ wobei R₁, R₂ und R₃ Alkylreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylreste mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen oder aromatische Reste sind, c) -O-C₆H₄-CH₃ (Cresyl) mit dem Methylsubstituenten in ortho-, meta- oder para-Stellung in bezug auf das an das Sauerstoffatom gebundene Kohlenstoffatom, d) -O-C₆H₄O-,Yeiner der Reste -OR₄ und -OOC-R₅ (wobei R₄ und R₅ dieselbe Bedeutung wie R₁, R₂ und R₃ haben), und meine Zahl von 1 bis 4.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente (1) des katalytischen Systems eine der folgenden
Verbindungen ist:
Ti(N(nor C₃H₇)₂)₄
Ti(N(nor C₃H₇)₂)₂ ((O-norC₄H₉)₂)
Ti(N(nor C₃H₇(₂)₂ ((CH₃COO)₂)
Ti(N(nor C₃H₇(₂)₂ ((O-C₆H₄-CH₃)₂)
Ti(N(C₁₇H₃₃COO)₂) ((O-C₆H₄-CH₃)₂)
Ti((O-C₆H₄-CH₃)₂) ((O-nor C₄H₉)₂)
Ti(N(nor C₃H₇)₂)₂ ((S-C₆H₅)₂)
Ti((O-C₆H₄-O)) ((O-nor C₄H₉)₂)
Ti(N(nor C₃H₇)₂)₂ ((O-norC₄H₉)₂)
Ti(N(nor C₃H₇(₂)₂ ((CH₃COO)₂)
Ti(N(nor C₃H₇(₂)₂ ((O-C₆H₄-CH₃)₂)
Ti(N(C₁₇H₃₃COO)₂) ((O-C₆H₄-CH₃)₂)
Ti((O-C₆H₄-CH₃)₂) ((O-nor C₄H₉)₂)
Ti(N(nor C₃H₇)₂)₂ ((S-C₆H₅)₂)
Ti((O-C₆H₄-O)) ((O-nor C₄H₉)₂)
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente (2) des katalytischen Systems ausgewählt ist aus
der Gruppe bestehend aus: Natriumalkylen, Lithiumalkylen, Kaliumalkylen,
Berylliumalkylen, Magnesiumalkylen, Magnesiumalkylhalogeniden,
Zinkalkylen, Boralkylen, Aluminiumalkylen, Galliumalkylen,
Zinnalkylen und Bleialkylen.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Komponente (2) des katalytischen Systems ein Aluminiumtrialkyl
mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen im Alkyl ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Komponenten (1) und (2) des katalytischen Systems mit einem
wasserfreien und inerten Lösungsmittel (ein nichtreaktives
Lösungsmittel) bei einer Temperatur von 20 bis 100°C in Kontakt
gebracht werden.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
inerte Lösungsmittel Hexan, Cyclohexan oder Toluol ist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Polymerisationstemperatur in dem Bereich von -80° bis 20°C
liegt.
9. Elektrisch leitende Polyacetylenfilme, erhalten aus den
Polyacetylenfilmen gemäß Anspruch 1, indem nach einem gegebenenfalls
durchgeführten Verstrecken und einer Isomerisationsbehandlung
mit Jod versetzt bzw. Jod eingebaut wird.
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FR2531438A1 (fr) | 1984-02-10 |
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D2 | Grant after examination | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ENICHEM ANIC S.P.A., PALERMO, IT AGIP S.P.A., MAIL |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: ZUMSTEIN, F., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. KLINGSEISEN, F., DIPL.-ING., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |
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