Fasern und folien aus poly‐α‐aminosäuren
Authors: Ebert Von Gotthold , Ebert Christa , Kroker Veit , Werner Wolfgang 
Published: April 2003

Fasern aus Poly‐ß‐aminosäuren haben aufgrund ihres proteinartigen Charakters ein physiologisches Verhalten, d. h., es handelt sich um körperähnliche Substanzen mit einem gegenüber den Naturfasern vergleichbaren Wasseraufnahmevermögen; sie sind biologisch abbaubar und brennen, ohne zu schmelzen.

Die Poly‐α‐aminosäuren werden durch thermische oder ionisch initiierte Polymerisation entsprechenden Leuchsschen Anhydride dargestellt und nach dem Naßspinnverfahren zu Fasern verarbeitet. Es müssen im allgemeinen sterisch einheitliche Monomere verwendet werden, um brauchbare Fasern zu erhalten. Dadurch sind die Herstellungskosten noch recht hoch. Spinnverhalten und Fasereigenschaften werden durch die Molekülkonformation entscheidend beeinflußt. Für den seidenartigen Charakter z. B. von Poly‐L‐alanin ist das Vorliegen der Molekeln in β‐Faltblattstruktur notwendig, für den wollartigen Charakter des Poly‐L‐leucins die β‐helicale Konformation. Da die Folienbildung eine notwendige, jedoch nicht hinreichende Voraussetzung der Faserbildung ist, lassen sich nicht nur aus den faserbildenden Poly‐β‐aminosäuren, sondern auch aus anderen Folien darstellen.

Außer dem Interesse, das den Poly‐α‐aminosäuren als Material für die kommerzielle Darstellung von Fasern und Folien zukommt, haben sie eine erhebliche Bedeutung als Modellsubstanzen für physikalisch‐chemische Untersuchungen der an der Stabilisierung der Konformation beteiligten zwischenmolekularen Wechselwirkungen und sterischen Faktoren.

Beim Poly‐L‐alanin wird infolge des Fehlens ins Gewicht fallender Bereiche mit nichtperiodischer Konformation eine geringere Bruchdehnung als bei Bombyx mori‐Seide beobachtet. Auch tritt in konzentrierten Elektrolytlösungen (z. B. LiBr‐Lösungen zwischen 5,4 und 7,2 Mol/l) keine Kontraktion der Fasern ein, und sie lösen sich bei höheren Konzentrationen im Unterschied zur Seide nicht auf. Nach DTA‐Messungen liegt die Zersetzungstemperatur des Poly‐L‐alanins mit 350°C deutlich höher als die der Seide mit ca. 280°C.

Die Bedeutung der Molekülkonformation und der Seitenketten für die physikalischen und textilen Eigenschaften ergibt sich u.a. daraus, daß die wollartige α‐helicale Form des Poly‐L‐leucins mit 55% eine um das 6fache höhere Bruchdehnung als das Poly‐L‐alanin in β‐Konformation hat,jedoch mit 0,6g/d nur etwa 12‐13 von der Reißfestigkeit.

Noch deutlicher wird verständlicherweise die Beeinflussung der Fasereigenschaften beim Vorliegen ionogener Seitengruppen, wie im Fall der Poly‐L‐glutaminäure. Diese Fasern lösen sich nicht nur sehr leicht in verschiedenen konzentrierten Elektrölytlosungen auf, sondern zeigen auch in neutralen bis schwach alkalischen kationaktiven Tensidlösun‐ gen ein superkontraktionsartiges Verhalten. Voraussetzung hierfür ist offensichtlich eine Ionenbeziehung wischen Tensidionen und ionisierten Seitengruppen.

Auch die thermische Stabilität der Poly‐L‐glutaminsäurefasern rnit 245°C (näch DTA‐ Messungen) ist sehr vie1 geringer als die der Fasern mit apolaren Seitenketten.

Proteolytische Fermente bauen die Poly‐α‐aminosäuren, wie gezeigt werden konntä, recht gut ab, so daß diese Polymeren einen sehr umweltfreundlichen Charakter besitzen.