СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОДЕРЖАЩЕГО ТРЕТИЧНЫЕ АМИНОГРУППЫ (МЕТ)АКРИЛАТНОГО СОПОЛИМЕРА СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИЕЙ В РАСТВОРЕ
METHOD OF PRODUCING TERTIARY AMINE GROUP-CONTAINING (METH)ACRYLATE COPOLYMER BY FREE-RADICAL SOLUTION POLYMERISATION

В патенте США №5804676 представлен способ получения полимера из смеси мономеров, включающей 75 мас.% или более метилметакрилата и 25 мас.% или менее алкилакрилата в виде гомогенного раствора в присутствии инициатора полимеризации и реагента для переноса цепи. Продукт полимеризации может содержать от 5 до 55 мас.% мономеров и от 5 до 65 мас.% растворителя. Продукт полимеризации, содержащий летучие составляющие, непосредственно подают через питающее устройство в экструдер с цилиндром, шнеком и несколькими вентиляционными отверстиями, при этом температура цилиндра составляет от 170 до 270°C. Продукт полимеризации экструдируют через экструдер, при этом основная часть летучих составляющих отделяется через первое вентиляционное отверстие для возвращения их в процесс, а остающиеся летучие составляющие отделяются через не менее чем одно другое вентиляционное отверстие, расположенное далее по ходу потока от первого вентиляционного отверстия. Степень термического разложения составляет 3,0 мас.% или меньше. В Европейском патенте №0694565 А представлен способ гомогенной полимеризации не растворимых в воде полимеров, содержащих более 50 мас.% мономеров, выбираемых из группы, состоящей из алкилакрилатных или алкилметакрилатных сложных эфиров с числом атомов углерода в алкильных группах от одного до восемнадцати, N-замещенных акриламидов или метакриламидов и их смесей в виде преимущественно неводных растворов. Растворимые в воде инициаторы полимеризации, подобные, например, персульфату аммония, растворяют в достаточном количестве воды, при этом количество воды не должно превышать 25 мас.% от всего раствора. Полученные таким способом полимеры не содержат нежелательных побочных продуктов разложения инициатора.
В заявке на патент США №6624210 В1 представлен агент для образования покрытия и для использования его в качестве экспипиента для дермальных и оральных лекарственных форм. Этот агент для образования покрытия и для использования его в качестве эксципиента включает сополимер, состоящий из полимеризованных по радикальному механизму эфиров акриловой или метакриловой кислоты с числом атомов углерода в эфирных группах от одного до четырех и в дополнение к этому (мет)акрилатные мономеры, содержащие третичные аминные функциональные группы; он может представлять собой порошкообразный EUDRAGIT Е. В общем виде упоминается, что сополимеры могут быть получены известным способом радикальной полимеризации в массе, в растворе, в суспензии или в эмульсии.
WO 2007,082868 A1 относится к способу получения полимеров, которые содержат в полимеризованном виде от 50 до 90 мас.% не менее чем одного эфира (мет)акриловой кислоты, от 5 до 50 мас.% не менее чем одного анионогенного или анионного соединения с олефиновой ненасыщенностью, которое полимеризуется по свободнорадикальному механизму, и не менее чем еще одно полимеризующееся по свободнорадикальному механизму соединение, при этом свободнорадикальную полимеризацию проводят в растворе, содержащем спирт, а используемый инициатор полимеризации представлен не менее чем одним растворимым в воде инициатором.
WO 2007,113129 А1 относится к способу получения полимеров свободнорадикальной полимеризацией в растворе, при этом способ характеризуется тем, что используемый инициатор полимеризации представляет собой растворимый в спирте инициатор и полимеризацию в растворе проводят в спиртовом растворителе, содержащем от 5 до 50 мас.% воды.
Заявка на патент Канады №101475662 А относится к способу получения полиметакриламидного эфира для фармацевтического использования с низкой температурой образования мембран и со средней проницаемостью. Такой полимер может состоять из этилакрилата, бутилакрилата, метилметакрилата и хлорида триметиламмониоэтилметакрилата. Полимеризующийся состав мономеров растворяют в сравнительно небольшом количестве растворителей, которое составляет от 5 до 15 мас.%.
Проблема и ее решение
Известно, например, по заявке на патент США №6624210 В1, что содержащие третичные аминные группы (мет)акрилатные сополимеры, в частности, хорошо известного типа EUDRAGIT Е, могут быть получены радикальной полимеризацией в растворе. Тем не менее, ранее этот тип сополимеров всегда получали радикальной полимеризацией в массе для того, чтобы надежно и постоянно соответствовать высоким фармацевтическим стандартам, которые востребованы со стороны властей и потребителей. Особенности полимеризации в растворе, которая обеспечивает получение коммерчески доступной сополимерной продукции, соответствующей этим фармацевтическим требованиям, до настоящего времени были неизвестны. В соответствии с этим объектом настоящего изобретения является разработка способа получения свободнорадикальной полимеризацией в растворе содержащего третичные аминогруппы (мет)акрилатного сополимера, который соответствует современным высоким требованиям фармацевтических стандартов для конечной продукции, в частности, например, по отношению к распределению по молекулярным массам, к пределам показателя полидисперсности, а также к остаточному содержанию растворителя и к концентрации мономера. Поскольку в процессе полимеризации участвуют разные типы мономеров, авторам изобретения нужно было согласовать и зафиксировать большое количество стадий индивидуального процесса и в то же время ввести их в соответствие с фармацевтическими требованиями. В соответствии с этим излагаемый и защищаемый здесь способ выходит за рамки того, что известно специалисту в этой области.
Проблема решается способом получения содержащего третичные аминогруппы (мет)акрилатного сополимера путем свободнорадикальной полимеризации в растворе смеси мономеров, содержащей
а) от 30 до 70 мас.% алкилового эфира акриловой кислоты или метакриловой кислоты с числом атомов углерода в алкильных группах от одного до четырех,
б) от 70 до 30 мас.% алкилового эфира акриловой кислоты или метакриловой кислоты с третичной аминогруппой в алкильном радикале и
в) от 0 до 10 мас.% других сополимеризующихся винильных мономеров, при этом к смеси мономеров прибавляют один или несколько инициаторов полимеризации, в случае необходимости один или несколько регуляторов молекулярной массы и один или несколько растворителей или смесь растворителей и получают полимеризующуюся смесь,
которую полимеризуют при температуре от 30 до 120°C в течение от 2 до 24, при этом для полимеризующейся смеси используется по крайней мере 98 мас.% от общего количества представленных далее компонент:
от 40 до 75 мас.% смеси мономеров,
от 0,01 до 5 мас.% одного или нескольких инициаторов полимеризации,
от 0 до 2 мас.% одного или нескольких регуляторов молекулярной массы,
от 25 до 50 мас.% одного или нескольких растворителей или смеси растворителей, в которых растворяются мономеры, входящие в состав смеси мономеров, инициаторы полимеризации и регуляторы молекулярной массы,
при этом полимеризующаяся смесь в конце концов полимеризуется с образованием полимерного сиропа со степенью превращения мономеров в сополимер не менее 99 мас.% и после этого полученный полимеризацией сироп освобождают от газов дистилляцией или экструдированием и освобожденный от газов сиропообразный полимер далее превращают в полимерную продукцию в виде гранул или порошка,
при этом сополимерный состав характеризуется
w
молекулярной массой (M) от 25000 до 75000 г,моль,
-1
показателем полидисперсности от 2,1 до 2,9 и остаточным содержанием растворителя менее 1000 млн.
Детальное описание изобретения
Изобретение относится к способу получения содержащего третичные аминогруппы (мет)акрилатного сополимера путем свободнорадикальной полимеризации в растворе смеси мономеров, содержащей
а) от 30 до 70, в предпочтительном случае от 40 до 60 мас.% алкилового эфира акриловой или метакриловой кислоты с числом атомов углерода в алкильных группах от одного до четырех,
б) от 70 до 30, в предпочтительном случае от 60 до 40 мас.% алкилового эфира акриловой кислоты или метакриловой кислоты с третичной аминогруппой в алкильном радикале и
в) от 0 до 10 мас.% других сополимеризующихся винильных мономеров (отличающихся от мономеров а) или б)),
при этом к смеси мономеров прибавляют один или несколько инициаторов полимеризации, в случае необходимости один или несколько регуляторов молекулярной массы и один или несколько растворителей или смесь растворителей и получают полимеризующуюся смесь,
которую полимеризуют при температуре от 30 до 120°C в течение от 2 до 24 ч, при этом для полимеризующейся смеси используется по крайней мере 98 мас.% от общего количества представленных далее компонент:
от 40 до 75 мас.% смеси мономеров,
от 0,01 до 5, в предпочтительном случае от 0,01 до 0,5 мас.% одного или нескольких инициаторов полимеризации,
от 0 до 2, в предпочтительном случае от 0,1 до 2 мас.% одного или нескольких регуляторов молекулярной массы,
от 25 до 50 мас.% одного или нескольких растворителей или смеси растворителей, в которых растворяются мономеры, входящие в состав смеси мономеров, инициаторы полимеризации и регуляторы молекулярной массы,
при этом полимеризующаяся смесь в конце концов полимеризуется с образованием полимерного сиропа со степенью превращения мономеров в сополимер не менее 99 мас.% и после этого полученный полимеризацией сироп освобождают от газов дистилляцией или экструдированием и освобожденный от газов сиропообразный полимер далее превращают в полимерную продукцию в виде гранул или порошка,
при этом сополимерный состав характеризуется
w
молекулярной массой (M) от 25000 до 75000 г,моль,
показателем полидисперсности от 2,1 до 2,9 и
-1
остаточным содержанием растворителя менее 1000 млн.
Смесь мономеров
Смесь мономеров состоит из
а) от 30 до 70, в предпочтительном случае от 40 до 60 мас.% алкилового эфира акриловой или метакриловой кислоты с числом атомов углерода в алкильных группах от одного до четырех,
б) от 70 до 30, в предпочтительном случае от 60 до 40 мас.% алкилового эфира акриловой кислоты или метакриловой кислоты с третичной аминогруппой в алкильном радикале и
в) от 0 до 10, от 1 до 5% или до 10, до 5, до 2 мас.% других сополимеризующихся винильных мономеров (отличающихся от мономеров а) или б)).
В предпочтительном случае сополимер может иметь в своем составе или может включать преимущественно или же исключительно 90, 95 или от 99 до 100 мас.% мономеров, представленных в а) и б).
В предпочтительном случае смесь мономеров включает от 10 до 40, в предпочтительном случае от 20 до 30 мас.% метилметакрилата, от 10 до 40, в предпочтительном случае от 20 до 30 мас.% бутилметакрилата и от 30 до 70, в предпочтительном случае от 40 до 60 мас.% диметиламиноэтилметакрилата.
Мономеры а)
Понятие «алкиловый эфир акриловой кислоты или метакриловой кислоты с числом атомов углерода в алкильных группах от одного до четырех» относится к одному или к нескольким алкиловым эфирам акриловой кислоты или метакриловой кислоты с числом атомов углерода в алкильных группах от одного до четырех.
Алкиловыми эфирами акриловой кислоты или метакриловой кислоты с числом атомов углерода в алкильных группах от одного до четырех являются метилакрилат, этилакрилат, пропилакрилат, бутилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, пропилметакрилат и бутилметакрилат.
Мономеры б)
Понятие «алкиловый эфир акриловой кислоты или метакриловой кислоты с третичной аминогруппой в алкильном радикале» относится к одному или к нескольким алкиловым эфирам акриловой кислоты или метакриловой кислоты с третичной аминогруппой в алкильном радикале.
Подходящие алкиловые эфиры акриловой кислоты или метакриловой кислоты с третичной аминогруппой в алкильном радикале детально представлены в патенте США №4705695 от колонки 3, строка 64, до колонки 4, строка 13. В их числе можно назвать, в частности, диметиламиноэтилакрилат, 2-диметиламинопропилакрилат, диметиламинопропилметакрилат, диметиламинобензилакрилат, диметиламинобензилметакрилат, (3-диметиламино-2,2-диметил) пропилакрилат, диметиламино-2,2-диметилпропилметакрилат, (3-диэтиламино-2,2-диметил) пропилакрилат и диэтиламино-2,2-диметилпропилметакрилат.В частности, предпочтение отдается диметиламиноэтилметакрилату.
Используемые в случае необходимости мономеры в)
Понятие «другие сополимеризующиеся винильные мономеры» относится к одному или к нескольким дополнительным сополимеризующимся винильным мономерам.
В предпочтительном случае сополимер может иметь в своем составе или может включать преимущественно или исключительно 90, 95 или от 99 до 100 мас.% мономеров, представленных в а) и б).
Тем не менее, в случае необходимости в нем может дополнительно присутствовать, не ухудшая при этом обязательно его основные свойства, небольшое количество в пределах от 0 до 10, от 1 до 5% или до 10, до 5, до 2 мас.% других сополимеризующихся винильных мономеров в), отличающихся от мономеров, представленных в а) и б), которые могут участвовать в винильной сополимеризации; ими могут быть, например, акриловая кислота, метакриловая кислота, в общем случае (мет)акрильные соединения с амидными или гидроксильными функциональными группами, например, метакриламид или гидроксиэтилметакрилат, винилпирролидон, винилмалоновая кислота, стирол, виниловый спирт, винилацетат и,или их производные. Более всего предпочтительно, когда в сополимере нет значительных количеств других сополимеризующихся винильных мономеров, когда их менее 2 мас.% или когда они совсем отсутствуют в составе сополимера при полимеризации.
Предпочтительные смеси мономеров
В предпочтительном случае смесь мономеров может включать от 10 до 40, в более предпочтительном случае от 20 до 30 мас.% метилметакрилата, от 10 до 40, в более предпочтительном случае от 20 до 30 мас.% бутилметакрилата и от 30 до 70, в более предпочтительном случае от 40 до 60 мас.% диметиламиноэтилметакрилата.
Наиболее предпочтительно, когда смесь мономеров состоит из 25 мас.% метилметакрилата, 25 мас.% бутилметакрилата и 50 мас.% диметиламиноэтилметакрилата, Образующийся сополимер относится к типу EUDGRADIT Е, он может найти применение в области фармацевтики, где для него используют названия «аминометакрилатный сополимер (USP,NF)», «основный бутилированый метакрилатный сополимер (Ph. Eur)» или «аминоалкилметакрилатный сополимер Е (JPE)», которые относятся к типу EUDGRADIT Е.
Полимеризующаяся смесь
Один или несколько инициаторов полимеризации, один или несколько регуляторов молекулярной массы и один или несколько растворителей или смесь растворителей прибавляют к смеси мономеров и получают полимеризующуюся смесь, при этом при получении полимеризующейся смеси используется (использовалось) или расходуется (соответственно) в сумме не менее 98 мас.% представленных далее компонент:
от 40 до 75, в предпочтительном случае от 50 до 70 мас.% смеси мономеров,
от 0,01 до 5, в предпочтительном случае от 0,01 до 0,5, в более предпочтительном случае от 0,05 до 0,3 мас.% одного или нескольких инициаторов полимеризации,
в случае необходимости от 0 до 2, в предпочтительном случае от 0,1 до 2, в более предпочтительном случае от 0,2 до 1 мас.% одного или нескольких регуляторов молекулярной массы (реагентов, участвующих в переносе цепи),
от 25 до 50, в предпочтительном случае от 35 до 45 мас.% одного или нескольких растворителей или смеси растворителей, в которых растворимы мономеры в составе смеси мономеров, инициаторы полимеризации и регуляторы молекулярной массы.
Если говорится «используется», то это означает, что исходные компоненты использовались в процессе полимеризации как единое целое. Один или несколько растворителей или смесь растворителей все еще присутствуют в конце процесса полимеризации до того, как будут удалены летучие составляющие.
И все же основное количество мономеров, одного или нескольких инициаторов полимеризации и одного или нескольких регуляторов молекулярной массы, которые вначале были добавлены (были включены в состав) в указанных количествах в полимеризующуюся смесь, прореагировало в процессе полимеризации и поэтому к концу процесса полимеризации они уже больше не присутствуют в том же количестве. Эти использованные вещества были превращены в процессе полимеризации.
Компоненты полимеризующейся смеси обычно составляют в сумме не менее 98, в предпочтительном случае не менее 99 мас.%. В этом случае до 2, в предпочтительном случае до 1 мас.% составляют дополнительные вещества, отличающиеся от компонент, которые специально были представлены выше; в их состав могут входить, например, такие определенные добавки, как поглотители УФ-света, красители или окрашенные вещества. Эти дополнительные вещества не имеют особого значения для настоящего изобретения. В то же время наиболее предпочтительно, когда компоненты в сумме составляют 100 мас.%.
Растворители
Полимеризующаяся смесь может содержать в конце процесса полимеризации от 25 до 50, в предпочтительном случае от 35 до 45 мас.% одного или нескольких растворителей или смесь растворителей.
Растворитель или смесь растворителей может иметь в своем составе или включать по крайней мере более 95 мас.%, в предпочтительном случае по крайней мере более 98 мас.%, в наиболее предпочтительном случае до 100 мас.% растворителя или смеси растворителей, которые выбирают из группы: этанол, метанол, изопропиловый спирт, н-бутиловый спирт, изобутиловый спирт, тетрагидрофуран, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, диоксан, ацетон, этилацетат или бутилацетат и менее 5 мас.%, в предпочтительном случае менее 2 мас.% таких других растворителей, как, например, вода.
Предпочтительно, когда растворитель или смесь растворителей может иметь в своем составе или включать не менее 98 мас.% или более 95 мас.% изопропилового спирта, менее 2 мас.% или менее 5 мас.% воды и менее 1 мас.% алифатических растворителей. В наиболее предпочтительном случае изопропиловый спирт используют как единственный растворитель. Один или несколько растворителей или смесь растворителей в предпочтительном случае выбирают так, чтобы в них можно было диспергировать или растворять мономеры, входящие в состав смеси мономеров, инициатор (инициаторы) полимеризации и регулятор (регуляторы) молекулярной массы в тех концентрациях и в тех условиях, в которых они используются при реализации способа.
Используемая в соответствующем изобретению способе смесь мономеров и растворителя обеспечивает охлаждение за счет испарения и конденсации кипящих компонент, прежде всего растворителя.
Инициаторы полимеризации
Понятие «инициатор полимеризации» относится к веществу, которое может инициировать свободнорадикальную полимеризацию винильных мономеров в результате термической или спектральной активации.
Полимеризующаяся смесь имеет в своем составе или включает один или несколько инициаторов полимеризации. В предпочтительном случае инициатор (инициаторы) выбирают так, чтобы их разложение протекало в области температур кипения используемых растворителей. В предпочтительном случае используемые инициаторы полимеризации нерастворимы в воде. Растворимые в воде инициаторы растворяются в одном литре воды при 20°C и давлении 1013 мбар в количестве по крайней мере 1 г, в предпочтительном случае по крайней мере 10 г.
По сути изобретения подходящими инициаторами полимеризации могут быть в общем случае инициаторы пероксидного типа или это могут быть азосоединения. В числе некоторых подходящих по сути изобретения инициаторов полимеризации можно назвать дилаурилпероксид, азобис-изобутиронитрил, диметил-2,2'-азобис-изобутират, трет-бутил-перпивалат или трет-бутил-пер-2-этилгексаноат или же их смеси.
Регуляторы молекулярной массы
В случае необходимости в состав полимеризующейся смеси могут входить или она может включать один или несколько регуляторов молекулярной массы (реагентов, участвующих в переносе цепи).
Понятие «регуляторы молекулярной массы» относится к веществам, которые могут лимитировать молекулярную массу полимера в процессе свободнорадикальной полимеризации винильных мономеров в результате протекания реакций переноса цепи.
Подходящим регулятором молекулярной массы является, например, н-бутилмеркаптан, н-додецилмеркаптан, 2-меркаптоэтанол или 2-этилгексилтиогликолят, наибольшее предпочтение отдается н-додецилмеркаптану.
Полимеризация
Полимеризующаяся смесь может быть заполимеризована при температурах от 30 до 120, в предпочтительном случае от 50 до 100, в более предпочтительном случае от 55 до 90°C.
-
Полимеризация полимеризующейся смеси может протекать в течение от 2 до 24, в предпочтительном случае от 4 до 16 или от 6 до 10 ч.
Полимеризацию можно проводить с использованием представленных далее стадий.
Реактор полимеризации, например, аппарат с мешалкой на 100 л, продувают инертным газом, например, аргоном. Скорость перемешивания может составлять от 60 до 80 об,мин.
Смесь мономеров, например, около 30 кг, без добавления растворителя или с добавлением лишь небольшого количества растворителя (менее 8 мас.%) загружают в реактор.
Температуру реактора повышают до примерно 60-100°C. Когда температура внутри реактора повышается до примерно 52-58°C, прибавляют один или несколько регуляторов молекулярной массы (реагентов, участвующих в переносе цепи) в количестве, например, от 0,1 до 0,3 кг.
Прибавляют раствор, содержащий один или несколько инициаторов полимеризации в смеси растворителей. Содержание растворителя в растворе смеси инициаторов полимеризации может лежать в пределах от 90 до 95 мас.% растворителя. Начальное дозирование смеси инициатора полимеризации и растворителя (подача инициатора) может составлять, например, от 0,05 до менее 0,1 кг,ч. Через один час подачу инициатора можно увеличить до скорости от 0,1 до менее 0,3 кг,ч, а по истечении времени от 2 до 3 ч до скорости от 0,3 до 0,5 кг,ч.
Один или несколько растворителей или смесь растворителей, например изопропанол, можно прибавлять параллельно в количестве от 2 до 4 кг,ч (подача растворителя).
Дозирование подаваемого инициатора и подачу растворителя можно прекратить по истечении времени от 4 до 8 ч или от 5 до 6 ч.
Реакция полимеризации может считаться законченной по истечении времени от 6 до 10, или от 7 до 9 ч, когда полимеризующаяся смесь становится очень вязким полимеризованным сиропом со степенью превращения мономеров в сополимер не менее 99 мас.%.
Полимеризованный сироп
Полимеризующаяся смесь в конце концов полимеризуется с образованием полимеризованного сиропа со степенью превращения мономеров в сополимер не менее 99 мас.%.
Стадия удаления газов
Полимеризованный сироп последовательно освобождают от газов с помощью дистилляции или экструдированием, удаляя летучие составляющие. Удаляемые летучие вещества могут представлять собой растворитель (растворители), остаточные следы мономеров, которые не вступили в реакцию полимеризации, а также остаточные следы продуктов реакции инициатора (инициаторов) или регуляторов молекулярной массы. В предпочтительном случае стадию удаления газов проводят в двухшнековом экструдере со шнеками, вращающимися в одну сторону или в разные стороны c одной или с несколькими, в предпочтительном случае с двумя, зонами удаления газов при температурах от 100 до 200°C с добавлением к сиропообразному полимеру от 2 до 10 мас.% воды в качестве средства для отдувки (уноса).
Шнеки двухшнекового экструдера могут вращаться в одну сторону или в разные стороны. В предпочтительном случае поверхности шнеков экструдера не содержат железа или содержат лишь небольшое количество железа. В предпочтительном случае поверхности шнеков экструдера облагорожены. Предпочтительно, когда поверхности шнеков экструдера хромированы или хромированы и азотированы или же покрыты титаном и азотированы. Преимущество или достоинство этого состоит в том, что обычно таким образом поддерживается сравнительно низкое значение показателя желтизны (экстинкции при 420 нм) полимерного продукта, в предпочтительном случае он не превышает 0,1, в более предпочтительном случае он менее 0,05.
Шнеки двухшнекового экструдера могут вращаться в одну сторону или в разные стороны. Целесообразно использовать средство для отдувки, поскольку оно охлаждает массу и снижает трение. В соответствии с этим уменьшается и разложение сополимера по сравнению с экструдированием без добавления воды в качестве средства для отдувки.
Продукт сополимеризации
Освобожденный от газов полимеризованный сироп может быть далее направлен на получение сополимера в виде гранул или порошка. Понятие гранул должно также включать гранулы с пористой вспененной структурой.
Продукт сополимеризации может быть проанализирован с помощью известных аналитически методик, при этом он может быть охарактеризован
w
молекулярной массой (M) от 25000 до 75000, в предпочтительном случае от 40000 до 60000 г,моль,
показателем полидисперсности от 2,1 до 2,9,
-1
-1
остаточным содержанием растворителя менее 1000 млн, в предпочтительном случае менее 500 млн,
экстинкцией при 420 нм (показатель желтизны) менее 0,1, в предпочтительном случае менее 0,05,
-1
-1
общим содержанием остаточных мономеров менее 1000 млн, в предпочтительном случае менее 500 млн.
Аналитические методики
w
w
Аналитические методики для определения молекулярной массы (M = среднемассовая молекулярная масса) хорошо известны специалисту. В общем случае молекулярную массу M можно определять с помощью гельпроникающей хроматографии или способом с рассеиванием света (см., например, H.F. Mark и др., Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 2-е издание, Том 10, страницы 1 и сл., J. Wiley, 1989).
w
В наиболее предпочтительном случае молекулярную массу (M = среднемассовая молекулярная масса) представленных здесь полимеров определяют с помощью эксклюзионной хроматографии с использованием насадки на основе полиэфира в качестве стационарной фазы и диметилацетамида в качестве подвижной фазы, как это подробно описали Adler и др. (2005): Molar mass characterization of hydrophilic polymers, 2 Size exclusion chromatography of cationic (meth)acrylate copolymers, e-Polymers, №057, стр.1-11 (http:,www.e-polymers.org, ISSN 1618-7229).
w
n
Показатель полидисперсности хорошо известен специалисту, его определяют, рассчитывая соотношение M,M (отношение среднемассовой молекулярной массы к среднечисловой молекулярной массе). Полидисперсность можно определять с помощью гельпроникающей хроматографии или эксклюзионной хроматографии, на приборах с рассеиванием света, прямыми расчетами по данным масс-спектрометрии с ионизацией лазерной десорбцией при содействии матрицы (MALDI) или электрораспылением.
Остаточное содержание растворителя можно определять с помощью газовой хроматографии. Определение остаточного содержания растворителя хорошо известно специалисту.
Экстинкцию при 420 нм (показатель желтизны) можно определять спектрометрически с использованием раствора полимера с концентрацией 12,5 мас.% в изопропиловом спирте и ацетоне (соотношение масс 60:40) в кювете на 1 см. Это определение можно проводить в соответствии с Ph. Eur. 2.2.25.
Общее и отдельное остаточное содержание мономеров в предпочтительном случае можно определять с помощью жидкостной хроматографии высокого давления (ВЭЖХ). Определение общего и отдельного остаточного содержания мономеров с помощью ВЭЖХ специалисту известно.
Опыты по определению числа щелочности AV (alkali value) можно проводить в соответствии с Ph. Eur. 2.2.20 "Potentiometric titration" или USP<541>. В 96 мл ледяной уксусной кислоты и 4 мл воды растворяют 0,2 г полимера (в зависимости от содержания аминометакрилатного мономера) и используют в качестве титранта 0,1 н хлорную кислоту (СВ - сухое вещество):
<mrow><mi>A</mi><mi>V</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>м</mi><mi>г</mi><mtext> </mtext><mi>К</mi><mi>О</mi><mi>Н</mi><mo>/</mo><mi>г</mi><mtext> </mtext><mi>С</mi><mi>В</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>м</mi><mi>л</mi><mtext> </mtext><mn>0,1</mn><mtext> </mtext><mi>н</mi><mtext> </mtext><mi>H</mi><mi>C</mi><mi>l</mi><msub><mi>O</mi><mn>4</mn></msub><mo>⋅</mo><mn>561</mn></mrow><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>с</mi><mi>а</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>з</mi><mi>ц</mi><mi>а</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mi>г</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>С</mi><mi>В</mi><mrow><mo>(</mo><mi>%</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
Примеры
Аналитические методики
Степень превращения мономеров в полимер определяют, рассчитывая общее количество используемых мономеров в начале процесса по отношению к остаточным мономерам, которые определяют с помощью ВЭЖХ в образце по окончании процесса полимеризации перед удалением летучих веществ.
w
Молекулярную массу (M = среднемассовая молекулярная масса) представленных здесь полимеров определяют с помощью эксклюзионной хроматографии, как это подробно описали Adler и др. (2005) e-Polymers, №057, стр.1-11 (http:,www.e-polymers.org, ISSN 1618-7229).
w
n
Показатель полидисперсности определяют, рассчитывая соотношение M,M (отношение среднемассовой молекулярной массы к среднечисловой молекулярной массе (по данным эксклюзионной хроматографии)).
Остаточную концентрацию растворителя определяют с помощью газовой хроматографии. Остаточное содержание воды определяют титрованием по К. Фишеру (см., например, Eugen Scholz: Karl-Fischer-Titration. Springer-Verlag 1984, ISBN 3-540-12846-8, или K. Schöffski: Die Wasserbestimmung mit Karl-Fischer-Titration, в Chemie in unserer Zeit 2000, 34, 170-175. Реферат).
Экстинкцию при 420 им (показатель желтизны) можно определять спектрометрически с использованием раствора полимера с концентрацией 12,5 мас.% в изопропиловом спирте и ацетоне (соотношение масс 60:40) в кювете на 1 см. Это определение можно проводить в соответствии с Ph. Eur. 2.2.25.
Общее и отдельное остаточное содержание мономеров определяют с помощью жидкостной хроматографии высокого давления (ВЭЖХ). Образцы растворяют в метаноле. Полимер осаждают добавлением метанола с буфером с дигидрофосфатом калия (0,625 м, pH 2) 50:50 и анализируют надосадочную жидкость с использованием для калибровки стандартных образцов сравнения мономеров (НМРС).
Процесс полимеризации
Полимеризацию проводят в 100 л реакторе, используя для этого представленные далее стадии.
В реакторе полимеризации в виде аппарата с мешалкой на 100 л создают инертную атмосферу пропусканием аргона. Скорость мешалки составляет 70 об,мин.
В реактор загружают смесь мономеров, представленную в таблице 1.
Температуру в реакторе повышают до примерно 80°C. Когда температура в реакторе достигает примерно 55°C, прибавляют 0,2175 кг додецилмеркаптана, в качестве регулятора молекулярной массы. В качестве инициатора полимеризации прибавляют трет-бутил-перпивалат в смеси растворителей в соответствии с таблицей 2. Вначале скорость подачи смеси инициатора полимеризации и смеси растворителей (дозирование инициатора) составляет 0,08 кг,ч. Через 1 ч подачу инициатора устанавливают равной 0,16 кг,ч и равной 0,36 кг,ч через 2,5 ч.
Непосредственно с начала подачи инициатора прибавляют изопропанол в качестве растворителя со скоростью 3,0 кг,ч (подача растворителя).
Дозирование подаваемого инициатора и подаваемого растворителя прекращают по истечении 6 ч.
Реакция полимеризации считается завершенной по истечении 8 ч.
Общий состав полимеризовавшейся смеси, которая была использована и, соответственно, превращена в процессе, представлен в таблице 3.
Стадия освобождения от газов
Образовавшийся полимеризованный сироп загружают в двухшнековый экструдер с двумя шнеками, вращающимися в одном направлении (производства Berstorff). У экструдера есть одна задняя зона освобождения от газов и три передние зоны освобождения от газов. В качестве средства для отдувки к массе полимеризованного сиропа прибавляют 5 мас.% воды. Соответствующие параметры экструдирования представлены в таблице 4.
Сополимер
Полученную при экструдировании расплавленную массу формируют в виде полоски, ее охлаждают пропусканием через ванну с водой и после этого направляют на гранулирование.
w
Степень превращения мономеров в сополимер составляет 99,4 мас.%. Молекулярная масса (M) составляет 49300 г,моль.
Показатель полидисперсности составляет 2,5.
-1
Остаточное содержание растворителя изопропанола составляет 250 млн.
Остаточное содержание воды составляет 0,2 мас.%.
Экстинкция при 420 нм (показатель желтизны) составляет 0,019.
-1
Остаточное содержание мономеров для диметиламиноэтилметакрилата с бутилметакрилатом и для метилметакрилата составляет 117,169 и 129 млн.
Таблица 1.
Смесь мономеров.
Мономер
кг
% массы
Метилметакрилат (ММА)
7,2
24,3
Бутилметакрилат (БМА)
14,7
49,4
Диметиламиноэтилметакрилат (ДМАЭМА)
7,8
26,3
В сумме
29,8
100
Таблица 2.
Инициатор полимеризации в смеси растворителей
Инициатор,растворитель
кг
% массы
трет-Бутилперпивалат
0,15
7,5
Алифатические растворители
0,05
2,5
Изопропанол
1,8
90
В сумме
2,0
100
Таблица 3.
Общий состав используемой полимеризующейся смеси.
Компоненты
кг
% массы
Метилметакрилат
7,2
14,5
Бутилметакрилат
14,7
29,5
ДМАЭМА
7,8
15,7
Изопропанол
20
39,6
Додецилмеркаптан
0,2
0,4
трет-Бутилперпивалат
0,1
0,2
Алифатические растворители
0,04
0,02
В сумме
50
100
Таблица 4.
Параметры экструдирования
T<sub>PWT</sub>,°C
130
P<sub>PWT</sub>,мбар
около 15 бар
Температура в задней зоне освобождения от газов,°C
140
Давление в задней зоне освобождения от газов,мбар
1000
Температура в передних зонах освобождения от газов <sub>1-3</sub>,°C
180
Давление в передней зоне освобождения от газов <sub>1</sub>,мбар
100
Давление в передних зонах освобождения от газов <sub>2+3</sub>,мбар
50
Скорость подачи сополимера (г,ч)
6300
Средство для отдувки (H<sub>2</sub>O), мас.%
5
Частота вращения, об/мин
220