FR 2615192 A1 19881118 FR 8706550 A 19870511 PROCEDE DE PREPARATION DE PARTICULES DE POLYMERE OU DE LATEX CONSTITUES DE PARTICULES DE POLYMERE COMPORTANT, IMPLANTEES A LEUR SURFACE, DES MOLECULES AMPHIPHILES PORTANT DES GROUPES IONOGENES OU REACTIFS La présente invention a pour objet un procédé de préparation de particules de polymère se présentant telles quelles ou en dispersion aqueuse, comportant, implantées à leur surface des molécules amphi- philes portant des groupes ionogènes ou réactifs. Les particules ou les latex de particules ainsi obtenus sont particulièrement intéres- sants en biologie. Le but de la Demanderesse a été de préparer des particules de polymère portant des motifs ionogènes ou réactifs suffisamment éloignés de la surface desdites particules pour pouvoir fixer, sur lesdits motifs, des molécules encombrantes telles que les protéines et ce sans risque de modifier l'activité desdites molécules par contact avec la surface macromoléculaire. Selon l'invention, ledit procédé est caractérisé par les étapes suivantes: 1) on fait diffuser dans une dispersion aqueuse "semence" de particules de polymère préalablement préparée, un amorceur organosoluble de polymérisation présentant une solubilité dans l'eau de l'ordre de 10 à 10-2 g/ litre d'eau, ladite étape étant réalisée à une température inférieure' à celle de décomposition de l'amorceur; 2) on fait gonfler les particules de la dispersion ainsi obtenue par introduction de la composition monomère à polymériser, ladite composition monomère à polymériser contenant au moins un monomère et un composé amphiphile de HLB supérieur ou égal à 10 et de masse moléculaire supérieure ou égale à 400, dont la séquence hydrophile est une séquence hydrophile oligomère terminée par au moins un groupe ionogène ou réactif, ladite étape étant réalisée avec une quantité de composition monomère inférieure à la quantité maximum de composition que peut absorber ladite semence, à une température inférieure à la température de décomposition de l'amorceur; 3) on polymérise ladite composition monomère à une température au 2 6 15 1 9 2 moins égale à celle de décomposition de l'amorceur; la nature du polymère constituant la semence et celle du ou des monomères constituant la composition monomère etant telles que le polymère final présente une température de transition vitreuse Tg supérieure à environ 40 C, de préférence supérieure & 70 C 4) on élimine tout constituant amphiphile non implanté à la surface des particules en dispersion aqueuses ainsi obtenues ) éventuellement on sépare les particules de polymère ainsi obtenues comportant, implantées à leur surface, des molécules dudit composé amphiphile. Le ou les monomères constituant la composition monomère à polymériser et celui ou ceux dont dérivent les particules de la dispersion aqueuse "semence" peuvent être identiques ou différents. Ils peuvent être choisis parmi: - les monomères vinylaromatiques (styrène, vinyltoluène...) - les alkylesters d'acides a-" insaturés (acrylates et méthacrylates de méthyle, éthyle...) - les esters d'acides carboxyliques insaturés (acétate de vinyle..) - le chlorure de vinyle; le chlorure de vinylidène - les diènes (butadiène...) - ceux présentant des fonctions nitriles (acrylonitrile...) La dispersion aqueuse "semence" mise en oeuvre à la première étape présente un extrait sec de l'ordre de 1 à 40 % en poids, de préférence de l'ordre de 10 à 25 % en poids; elle est constituée de particules de polymère présentant un diamètre de l'ordre de 0,1 à 15 microns et généralement de l'ordre de 0,3 à 5 microns; lesdites particules peuvent correspondre à une certaine distribution ou bien être calibrées. Le polymère "semence" (extrait sec) peut représenter de 50 à 95 % en poids, de préférence de 65 à 85 % en poids du polymère final. Une variante de réalisation dudit procédé consiste à mettre en oeuvre des dispersions aqueuses "semence" dont les particules sont magnétisables. Lesdites particules magnétisables contiennent de 0,5 à 50 % en poids (de préférence de 0,5 à 35 % et tout particulièrement de 0,7 à %) d'une charge magnétique dont la taille est inférieure à 1 pm et de préférence comprise entre 0,002 - 0,05 pm; la charge magnétique est bien évidemment suffisamment fine pour pouvoir être incluse dans les particules de polymère. Cette charge magnétique peut être constituée par exemple par: 5. des métaux ou leurs alliages tels que: fer, fer-silicium, nickel, cobalt, ou leurs alliages avec du molybdène, du chrome, du cuivre, du vanadium, du manganèse, de l'aluminium,du titane; des oxydes de fer: Fe304 ou y-F 9 pur ou en combinaison ou en mélange avec d'autres oxydes comme les oxydes de cobalt, manganèse, zinc, baryum, terres rares; du dioxyde de chrome. Lesdites dispersions aqueuses "semence" de particules magnétisa- bles peuvent être obtenues selon les procédés décrits dans le brevet européen n 38.730 et le brevet américain n 4.157.323. Il est particulièrement intéressant d'utiliser comme amorceur de polymérisation un amorceur liquide & la température de réalisation de -la première étape, tel que le peroxyde de dioctanoyle, de didécanoyle, le peroxydicarbonate de dioctanoyle, de didecyle, de didodecyle. La quantité d'amorceur mise en oeuvre correspond à environ 0,1 à 10 %, de préférence de 1 à 5 % en poids par rapport au poids de la composition monomère à polymériser. L'étape de diffusion de l'amorceur dans la dispersion aqueuse "semence" peut être réalisée par mise en contact sous agitation de la dispersion aqueuse "semence" avec l'amorceur, ledit amorceur ayant été préémulsionné par homogénéisation dans de l'eau contenant un émulsifiant. Cette préémulsion peut être réalisée en mettant en oeuvre pour 100 g de particules sèches de "semence", de l'ordre de à 2000 g d'une solution à 0, 1 - 0,5 % en poids d'un émulsifiant dans l'eau. A titre d'exemples d'émulsifiant, on peut citer les alkylsulfates, alkylsufonates, alkylarylsulfonates alcalins... Cette étape de diffusion est réalisée à une température inférieure à la température de décomposition de l'amorceur, mais suffisante pour que celui-ci soit à l'état liquide. Cette opération est généralement réalisée à une température de l'ordre de 25 à 450C pendant environ 15 à 25 heures. Les composés amphiphiles mis en oeuvre à la deuxième étape présen- tent de préférence un HLB supérieur ou égal à 10 et inférieur à 20. 2615 1 92 Ils présentent une séquence hydrophile oligomére comme par exemple une séquence polyoxyalkylénée contenant de 5 à 100, de préférence de à 50, motifs oxyalkylénés en C2-C3, une séquence polycarboxyethyl- énée et/ou polyamidoéthylénée et/ou polycyanoéthylénee contenant de 4 à 50 motifs carboxyethylénés et/ou amidoéthylénés et/ou cyanoéthyl- énés, ladite séquence hydrophile oligomére étant terminée par un groupe ionogène ou réactif. Parmi les terminaisons ionogènes ou réactives, on peut citer les groupements: -OH, -SO3H, -COOH, -CHO, -0CH2C1, -NH2, -NR2, NR3 (R étant un radical alkyle en C1 - C2), -CONH2, -NH-NH2, -NH-NH-CO-NH2, -SH, -P-->O HO OH A titre d'exemple de composé amphiphile on peut citer: - les alcools gras ou les acides gras polyoxyéthylénés et/ou polyoxypropylénés présentant de 5 à 50 motifs oxyalkylènes et dont la séquence hydrophobe contient environ de 8 à 20 atomes de carbone (tels que les CEMULSOL DB commercialisés par la Société Française d'Organo Synthèse, les SOPROPHOR LA commercialisés par Rhône-Poulenc) - les esters desdits alcools gras portant des fonctions semicar- bazides (tels que les esters desdits alcools et de l'acide phenylcar- bamique meta-semicarbazide para-méthyle), des fonctions acides (tels que les monoesters desdits alcools et de l'acide azélaïque), des fonctions thiols (tels que les esters desdits-alcools avec l'acide thioglycolique) - les amides desdits acides gras (tels que les ETHOMID commercia- lisés par Armour Industrial Chemical Co) - les alkylphénols polyoxyalkylénés et/ou.polyoxypropylénés présentant de 5 à 50 motifs oxyalkylènes et dont le ou les radicaux alkyles contiennent de 8 à 12 atomes de carbone, et leurs esters avec l'acide phosphorique (tels que les SOPROPHOR BC et OP coummercialisés par Rhône-Poulenc, les SOPROPHOR NFP commercialisés par Geronazzo, les GAFAC RE commercialisés par General Aniline and Film Corp.) - les amines grasses polyoxyéthylénées dont la séquence hydrophobe contient de 8 à 22 atomes de carbone (telles que les SOPROMINE commercialisés par Rhône-Poulenc, les ETHOMEEN commercialisés par Armour Industrial Co) La quantité de composé amphiphile mis en oeuvre est telle qu'elle représente environ de 10-5 à 101 mole, de préférence de 10-4 & 10-2 mole pour 100 g de polymère final. Le ou les monomère ainsi que le composé amphiphile sont introduits dans le milieu réactionnel issu de la première étape sous agitation. L'étape de gonflement dure généralement de l'ordre de 1/2 à 4 heures; elle est réalisée à une température du même ordre que celle de l'étape de diffusion, La troisième étape, c'est-à-dire celle de polymérisation, est réalisée par élévation de température jusqu'à une température supé- rieure à celle de décomposition de l'amorceur.Cette opération de polymérisation dure généralement environ de 3 à 6 heures. Si un composé organique insoluble autre que l'amorceur a été mis en oeuvre à la première étape, celui-ci peut être éliminé par exemple par évaporation sous vide. Le milieu obtenu est alors une dispersion aqueuse de particules constituées de chaines macromoléculaires emmêlées dans leur couche périphérique avec.la partie hydrophobe du composé amphiphile et fixant ainsi ledit composé amphiphile à la surface desdites particu- les. - Le composé amphiphile non implanté durant l'opération de polyméri- sation ainsi que tout constituant émulsifiant préalablement présent dans la dispersion sont ensuite éliminés par lavage aqueux, par exemple par ultrafiltration. Les particules de polymère comportant le composé amphiphile implanté en surface ainsi obtenues peuvent être séparées si désiré du milieu aqueux par les méthodes classiques de sédimentation par centrifugation. Les particules ou les latex de particules obtenus selon le procédé de l'invention sont particulièrement intéressants en biologie, pour la fixation de molécules biologiques (anticorps, antigènes...) par covalence. La fixation des molécules biologiques par covalence sur les particules de polymères peut être réalisée par réaction de couplage, réaction faisant intervenir les groupements terminaux de la molécule' amphiphile implantée et les groupements fonctionnels de la molécule biologique à fixer. Cette réaction de couplage peut être réalisée selon des méthodes bien connues, par exemple: en faisant appel à des agents de couplage (tels que glutaral- déhyde, carbodiimide hydrosoluble) par activation des fonctions du polymère (par exemple par diazotation, par action du bromure de cyanogène, de l'hydra- zine...) puis réaction avec la molécule à fixer etc... Les produits peuvent donc être utilisés pour la réalisation de tests de diagnostic du type agglutination, radioimmunologique, enzy- matique. Les exemples suivants sont donnés à titre indicatif et ne peuvent être considérés comme une limite du domaine et de l'esprit de l'invention. EXEMPLE 1 Implantation de CEMULSOL DB 25/18 (en abréviation CA-OH: compose amphiphile à fonction alcool), comme agent amphiphile, sur des particules de polystyrène. Formule moyenne du composé amphiphile: C18H37 0-CH2-CH2+50OH Dans un récipient de 500 ml, on charge 316,4 g d'eau, 1,54 g de peroxyde de dioctanoyle et 1,12 g de laurylsulfate de sodium. on chauffe à 30 C jusqu'à fusion du peroxyde de dioctanoyle. Le mélange est émulsionné à l'ultraturax pendant 1 minute à 20 000 t/mn en maintenant la température entre 25 et 35 C. 56 g de particules d'un latex "semence" de polystyrène, présentant un taux d'extrait sec de 30 % en poids et constitué de particules calibrées de 0,8 micron sont ajoutés. L'ensemble est agité pendant 20 heures à 30 C. ,44 g de styrène et 7,64 g de composé amphiphile (ce qui corres- pond à 4,09 mmole de composé amphiphile) sont ajoutés au mélange préparé. L'ensemble est agité pendant 2 heures à 40 C & 400 t/mn. On augmente la température jusqu'à 70 C; cette température est maintenue pendant 4 heures en agitant à 70 t/mn. Le styrène non réagi est éliminé par stripping à 70 c sous une pression de 160 mm Hg dans un évaporateur rotatif. Après refroidissement le latex obtenu est lavé par ultrafiltration à l'aide de 2,5 1 d'eau épurée pour 10 g de particules de latex, pour éliminer les molécules de composé amphiphile non implanté ainsi que 26 1 5 1 9 2 les émulsifiants présents dans le latex de départ. Le latex reste stable après ultrafiltration, ce qui est bien un indice de l'implantation du composé amphiphile. Le latex obtenu est dosé par résonnance magnétique nucléaire. On constate que la quantité en poids d'agent amphiphile implanté dans 100 g de particules finales est de 7,8 (théorie = 9,1). EXEMPLE 2 Implantation de l'ester de CEMULSOL DB 25/18 et de l'acide phényl- carbamique mêta-semicarbazide para-méthyle, (en abréviation CASC: composé amphiphile à fonction semi-carbazide) comme agent amphiphile, sur les particules d'un latex calibré de polystyrène. Formule moyenne du composé amphiphile: C18H37f-CH2-CH2 50O--NH- -C 18 37- 2 2 50 -CH3 NH-C-NH-NH Préparation du composé amphiphile Le composé est préparé en deux étapes: une première étape consistant à fonctionnaliser le CEMULSOL DB /18 par du toluène diisocyanate en présence de dioxanne comme solvant, à une température de 90 C- - une deuxième étape consistant à fonctionnaliser le CEMULSOL DB /18 ainsi obtenu par addition d'hydrate d'hydrazine en présence de dioxanne, à température ordinaire. Le composé amphiphile recherché est précipité à froid dans de l'éther éthylique. Implantation On répète l'opération décrite à l'exemple 1 en remplaçant le CEMULSOL DB 25/18 par 7,64 g de son dérivé préparé comme ci-dessus indiqué, ce qui correspond à 3,78 mmole de composé amphiphile disper- sé dans le styrène. Le résultat du dosage par RMN figure au tableau I. EXEMPLE 3 Implantation de l'ester de CEMULSOL DB 25/18 et de l'acide thiogly- colique (en abréviation CA-SH: composé amphiphile à fonction thiol) comme agent amphiphile, sur les particules d'un latex calibré de polystyrène. 2 6 1 5 1 9 2 Formule moyenne du composé amphiphile C18 H37+ O-CH2-CH2+50O- -CH2-SH Ce composé peut être préparé selon le procédé décrit dansle brevet américain n 2.461.920. On répète l'opération décrite à l'exemple 1 en remplaçant le CEMULSOL DB 25/18 par 7,64 g de son ester thioglycolique de formule ci-dessus, ce qui correspond & 3,94 mmole de composé amphiphile. Le résultat du dosage par conductrimétrie figure au tableau I. EXEMPLE 4 Implantation du monoester de CEMULSOL DB 25/18 et de l'acide azélaique, (en abréviation CA-COOH: composé amphiphile à fonction acide), comme composé amphiphile, sur les particules d'un latex calibré de polystyrène Formule moyenne du composé amphiphile: C18H37+O-CH2-CH2+500-C-(CH2)7-COOH Celui-ci peut être préparé par estérification du CEMULSOL DB 25/18 par l'acide azélaique dans la pyridine en présence de dicyclohexylcar- bodiimide comme agent de condensation. On répète l'opération décrite à l'exemple 1 en remplaçant le CEMULSOL DB 25/18 par 3,82 g de son ester de formule ci-dessus, ce qui correspond à 1,89 mmole de composé amphiphile. Le résultat du dosage par RMN figure au tableau I. EXEMPLE 5 Implantation de CEMULSOL DB 25/18 comme agent amphiphile sur des particules calibrées de copolymère styrène/méthacrylate de méthyle /60 en poids. On répète l'opération décrite à l'exemple 1 en remplaçant poids pour poids le latex "semence" de polystyrène (56 g de particules) par un latex "semence" de copolymère styrène/méthacrylate de méthyle /60 en poids (56 g de particules) présentant un taux d'extrait sec de 33 % et constitué de particules calibrées de 0,705 im. La nature et les quantités des autres réactifs mis en oeuvre sont les mêmes que ceux de l'exemple 1 (c'est-à-dire 20,44 g de styrène comme composition monomère); il en est de même des conditions opératoires. Le résultat du dosage par RMN est donné au tableau I. 2 6 15192 Exemple 6 Les particules de latex obtenues à l'exemple 1 sont sédimentées à l'aide d'une centrifugeuse BECKMAN L 50 munie d'un rotor 30 (appareil commercialisé par BECKMAN) tournant à 10.000 t/mn pendant 15 mn, puis séchées à l'étuve sous vide & 40 C et conservées sous azote. Les caractéristiques des particules sont conservées. Les abréviations relatives au polymère de départ figurant dans le tableau ont la signification suivante: PS: polystyrène P(S/MAM): copolymère styrène/méthacrylate de méthyle ES: extrait sec S signifie styrène. : V'L: ú'ú:,Z'S: 6'L: 8'L: esop :1'6: 8'9: 1'6: T'6: T'6 a*oOq ' :::::: %ueldw % :::: :: :----- ---:-- -- _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _-__ _ _-__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ :::::: q: :::: *:: a* aemouou+a-e I: :S'S; L'Z: 9': S6':S'S -Alod op 6 0o0/alomHS: :::::: daO: ::::* 8:: *etouoi +I: : OT: S: 01: O1: O1: ejlg od ep 6 001/6H W: :: :: :: . a O: : HO-YD: HOOD-VD: HS-VD: DSVD: HO-YD: anu D: ::: :: : y: :. ....::. ....:.......:- -: - - - - -: :S:S:S:SE: :lamouou: : L:: ::::: :::: -: ---: - ------ - - - ---: : úú: Oú: Oú: Oú: úO: % Oú: ::::.:: a: : SOL'O: 8'0:O: 8'0 : 8'0: &u 0: :(WYw/s)d:Sd: s:: Sd:. awaîod q: :::: : : d: ::.: -:::: ::::::: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --I- - - - - - - - - - - - - - - - - 2615 192 REVENDICATONS 1. Procédé de préparation de particules de polymère comportant, implantées à leur surface des molécules amphiphiles portant des groupes ionogénes ou réactifs, caractérisé par les étapes suivan- tes a) on fait diffuser dans une dispersion aqueuse "semence" de particules de polymère préalablement préparée, un amorceur organosoluble de polymérisation présentant une solubilité dans l'eau de l'ordre de 10 3 à 10 g/ litre d'eau, ladite étape étant réalisée à une température inférieure à celle de décompo- sition de l'amorceur; b) on fait gonfler les particules de la dispersion ainsi obtenue par introduction de la composition monomère à polymériser, ladite composition monomère à polymériser contenant au moins un monomère et un composé amphiphiIe de HLB supérieur ou égal à 10 et de masse moléculaire supérieure ou égale à 400, dont la séquence hydrophile est une séquence hydrophile oligomère terminée par au moins un groupe ionogène ou réactif, ladite étape étant réalisée avec une quantité de composition monomère inférieure à la quantité maximum de composition que peut absorber ladite semence, à une température inférieure à la température de décomposition de l'amorceur; c) on polymérise ladite composition monomère à une température au moins égale à celle de décomposition de l'amorceur; la nature du polymère constituant la semence et celle du ou des monomères constituant la composition monomère étant telles que le polymè- re final présente une température de transition vitreuse Tg supérieure à environ 40 C d) on élimine tout constituant amphiphile non implanté & la surface des particules en dispersion aqueuses ainsi obtenues e) éventuellement on sépare les particules de polymère ainsi obtenues comportant, implantées à ler surface, des molécules dudit composé amphiphile. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le polymère "semence" contient des motifs dérivés des monomères vinylaromati- ques, des alkylesters d'acides "-y insaturés, des esters d'acides carboxyliques insaturés, du chlorure de vinyle, du chlorure de 2 6 15 1 92 vinylidène, des diènes, de ceux présentant des fonctions nitriles. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le ou les monomères à polymériser sont les monomères vinylaromatiques, les alkylesters d'acides o- insaturés, les esters d'acides carboxyliquesinsaturés, le chlorure de vinyle, le chlorure de vinylidène, les diènes, ceux présentant des fonctions nitriles. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la dispersion aqueuse "semence" présente un extrait sec de l'ordre de 1 à 40 % en poids et est constituée de particules de diamètre de l'ordre de 0,1 à 15 microns. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le polymère "semence" représente de 50 à 95 % en poids du polymère final. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les particules de la dispersion aqueuse "semence" sont magnétisables. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'amorceur est du peroxyde de dioctanoyle, de didécanoyle, le peroxydicarbonate de dioctanoyle, de didécyle, de didodécyle. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la quantité d'amorceur correspond à environ 0,1 à 10 % en poids par rapport au poids de la composition mono- mère à polymériser. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape de diffusion de l'amorceur dans la dispersion aqueuse "semence" est réalisée par mise en contact sous agitation de la dispersion aqueuse "semence" avec l'amorceur, ledit amorceur ayant été préémulsionné par homogénéisation dans de l'eau contenant un émulsifiant. 10.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape de diffusion est réalisée à une température inférieure à la température de décomposition de l'amorceur, mais suffisante pour que celui-ci soit à l'état liquide. - 1l.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le composé amphiphile présente une séquence hydrophile oligomère polyoxyalkylenée contenant de S à 100 motifs oxyalkylénés en C2-C3, une séquence polycarboxyethylénée et/ou polyamidoéthylénée et/ou polycyanoéthylénée contenant de 4 & 50 motifs carboxyéthylénés et/ou amidoéthylénés et/ou cyanoéthylénés, ladite sequence hydrophile oligomère étant terminée par un groupe -OH, -SO3H, COOH, -CHO, -0CH2C1, -NH2, -NR2, NR3 (R étant un radical alkyle en C1 C2), -CONH2, -NH-NH2, -NH-NH-CO-NH2, -SH, -p --> o HO OH 12.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la quantité de composé de composé amphiphile est telle qu'elle représente environ de 10 -5 à 10-1 mole pour 100 g de polymère final. 13.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape de gonflement est réalisée à une température du même ordre que celle de l'étape de diffusion. 14.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape de polymérisation est réalisée à une température supérieure à celle de décomposition de l'amorceur. 15.Utilisation des particules ou des dispersions aqueuses de particules obtenues selon le procédé faisant l'objet de l'une quelconque des revendications 1 à 14, en biologie.