СПОСОБ ОЧИСТКИ БЛОК-СОПОЛИМЕРА (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PURIFYING BLOCK COPOLYMER (VERSIONS)

Изобретение относится к блок-сополимерам, например к дендритным сополимерным соединениям, и к способам получения и очистки таких соединений. В одном варианте осуществления изобретение относится к дендритным полимерным соединениям, которые содержат один или несколько стирольных полимерных блоков в комбинации с одним или несколькими полимерными блоками на основе изобутена. В другом варианте осуществления изобретение относится к способам очистки дендритных полимерных соединений, которые содержат, по меньшей мере, один стирольный полимерный блок в комбинации с, по меньшей мере, одним полимерным блоком на основе изобутена.
Уровень техники
n
n
Полимерные материалы, проявляющие термопластические, а также эластомерные характеристики, обладают большим разнообразием уникальных свойств, которые делают их ценными товарами. К таким термопластическим эластомерам относятся блок-сополимеры с общей структурой АВА (линейный сополимер с тремя блоками), А(ВА) (линейный сополимер с чередующимися блоками) или (АВ)-Х (радиальный блок-сополимер), где А представляет собой термопластический стеклообразный блок с высокой температурой стеклования, В представляет собой эластомерный блок, n представляет собой целое положительное число, а Х представляет собой фрагмент инициации или остаток.
При комнатной температуре термопластические эластомеры могут вести себя подобно вулканизированным каучукам, а при более высоких температурах - подобно термопластическим полимерам. Таким образом, материалы можно экструдировать в виде расплава, подобно пластикам, сохраняя их полезные каучукоподобные или эластичные свойства при охлаждении. Такая возможность выгодна не только при обработке полимера, но фактически позволяет с таким же успехом повторно обрабатывать полимер. Более того, такие продукты по существу являются не только эластомерными, но их физическое поведение схоже с поведением эластомеров, которые предварительно были усилены усиливающим агентом. Другими словами, продукты по существу ведут себя таким же образом, что и вулканизированные каучуки, но при этом нет необходимости в их вулканизировании, которое часто нельзя осуществить из-за природы получаемого продукта, например в случае клеев, покрытий, эластичных бинтов, биологических имплантов или покрытий медицинских устройств. Полимеры, обладающие такой двойственной природой, уже некоторое время известны, но их применение в области биомедицины и в фармацевтической области может быть затруднено из-за длительности, сложности и/или дороговизны, связанной с очисткой таких полимеров для биомедицинских и фармацевтических приложений. Соответственно существует необходимость в разработке улучшенных способов синтеза и/или очистки полимеров, поскольку такая необходимость относится к термопластическим эластомерам.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к блок-сополимерам, например к дендритным сополимерным соединениям, и к способам получения и очистки таких соединений. В одном варианте осуществления изобретение относится к дендритным полимерным соединениям, которые содержат один или несколько стирольных полимерных блоков в комбинации с одним или несколькими полимерными блоками на основе изобутена. В другом варианте осуществления изобретение относится к способам очистки дендритных полимерных соединений, которые содержат, по меньшей мере, один стирольный полимерный блок в комбинации с, по меньшей мере, одним полимерным блоком на основе изобутена. В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу очистки блок-сополимера, который включает в себя стадии: (а) растворения блок-сополимера в первой системе растворителей для получения первого раствора, при этом первая система растворителей включает один или несколько растворителей и систему растворителей, способную растворять блок-сополимер на основе полиизобутена; (б) объединения первого раствора со второй системой растворителей, при этом вторая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей растворяет полистирольный концевой блок блок-сополимера в большей степени, чем она растворяет полиизобутеновый блок блок-сополимера, обеспечивая тем самым осаждение блок-сополимера из маточного раствора и (в) отделения осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера.
В одном варианте осуществления вышеуказанный способ дополнительно включает стадии: (г) добавления ацетона к очищенному блок-сополимеру для получения смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, (д) добавления третьей системы растворителей к смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, при этом третья система растворителей является осадителем по отношению к двум типам блоков очищенного блок-сополимера, для получения смеси очищенного блок-сополимера и смеси растворителей и (е) отделения очищенного блок-сополимера от смеси растворителей для получения конечного очищенного блок-сополимера.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу очистки блок-сополимера, который включает в себя стадии: (i) растворения блок-сополимера в первой системе растворителей для получения первого раствора, при этом первая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей обладает способностью растворять полимер на основе полиизобутена, (ii) объединения первого раствора со второй системой растворителей, при этом вторая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей растворяет полистирольный концевой блок блок-сополимера в большей степени, чем она растворяет полиизобутеновый блок блок-сополимера, обеспечивая тем самым осаждение блок-сополимера из маточного раствора, (iii) отделения осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера, (iv) добавления ацетона к очищенному блок-сополимеру для получения смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, (v) добавления третьей системы растворителей к смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, при этом третья система растворителей является осадителем по отношению, по меньшей мере, к двум типам блоков очищенного блок-сополимера, для получения смеси очищенного блок-сополимера и смеси растворителей и (vi) отделения очищенного блок-сополимера от смеси растворителей для получения конечного очищенного блок-сополимера.
В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу очистки блок-сополимера, который включает в себя стадии: (а) растворения примерно одной части (по массе) блок-сополимера в 10-30 частях (по массе) первой системы растворителей для получения первого раствора, при этом первая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей обладает способностью растворять полимер на основе полиизобутена, (б) объединения первого раствора примерно с 5-10 объемами второй системы растворителей, по отношению к объему первого раствора, при этом вторая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей растворяет полистирольный концевой блок блок-сополимера в большей степени, чем она растворяет внутренние блоки блок-сополимера на основе полиизобутена, обеспечивая тем самым осаждение блок-сополимера из маточного раствора, (в) отделения осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера, (г) добавления примерно 5-10 частей ацетона, по отношению к объему первого раствора, к очищенному блок-сополимеру для получения смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, (д) добавления к смеси очищенного блок-сополимера и ацетона примерно 1-5 объемов 2-пропанола, по отношению к объему первого раствора, для получения смеси очищенного блок-сополимера и смеси растворителей; необязательно с последующим добавлением дополнительных 1-15 объемов 2-пропанола и (е) отделения очищенного блок-сополимера от смеси растворителей для получения конечного очищенного блок-сополимера.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к блок-сополимерам, например к дендритным сополимерным соединениям, и к способам получения и очистки таких соединений. В одном варианте осуществления изобретение относится к дендритным полимерным соединениям, которые содержат один или несколько стирольных полимерных блоков в комбинации с одним или несколькими полимерными блоками на основе изобутена. В другом варианте осуществления изобретение относится к способам очистки дендритных полимерных соединений, которые содержат, по меньшей мере, один стирольный полимерный блок в комбинации с, по меньшей мере, одним полимерным блоком на основе изобутена.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу очистки блок-сополимера, включающему в себя: (а) растворение блок-сополимера в первой системе растворителей для получения первого раствора, при этом первая система растворителей включает один или несколько растворителей, и систему растворителей, способную растворять блок-сополимер на основе полиизобутена, (б) объединение первого раствора со второй системой растворителей, при этом вторая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей растворяет полистирольный концевой блок блок-сополимера в большей степени, чем она растворяет полиизобутеновый блок блок-сополимера, обеспечивая тем самым осаждение блок-сополимера из маточного раствора; и (в) отделение осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к блок-сополимерам (например, к дендритным сополимерным соединениям), и к способам получения и очистки таких соединений. Описываемую в этом документе очистку методом обращенных фаз можно использовать для очистки разнообразных блок-сополимеров, таких как термопластические эластомеры на основе полиизобутена. В одном случае к различным примерам полимеров, которые можно очищать, используя очистку методом обращенных фаз, относятся (но этим перечень не ограничивается) блок-сополимеры и термопластические эластомеры, раскрываемые в патентах США №№4946899, 5395855, 5428111, 5458796, 5630844, 5721331, 6741331, 6102939, 6156859, 6197240, 6747098 и RE34.640, раскрытие которых целиком и полностью включено в этот документ посредством ссылки. В другом случае к другим примерам полимеров, которые можно очищать, используя способ в соответствии с настоящим изобретением, относятся (но этим перечень не ограничивается) полимерные и/или эластомерные соединения, раскрытые в публикации международной заявки WO 2002/032982, содержание которой целиком и полностью включено в этот документ посредством ссылки. В еще одном случае настоящее изобретение используют для очистки полимеров от тех полимеров, которые раскрыты в вышеуказанных патентах, при этом такие полимеры подходят для биомедицинских приложений.
В другом варианте осуществления полимерами являются те, что подробно раскрыты в предварительной заявке на патент США серийный №60/841757, зарегистрированной 1 сентября 2006 г. под названием "Дендритные полимеры и способ их получения". Вышеуказанная предварительная заявка на патент целиком и полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
g
g
На основе вышеуказанной предварительной заявки на патент США к дополнительным полимерам, которые можно очищать посредством настоящего изобретения, относятся в том числе дендритные полимеры, составленные из, по меньшей мере, одного инимера и, по меньшей мере, из одного изоолефина, который на конце функционализирован полимером или сополимером с низкой температурой стеклования (Т). В одном варианте осуществления к полимерам для очистки по настоящему изобретению могут также относиться дендритные полимеры, составленные из, по меньшей мере, одного инимера и, по меньшей мере, одного изоолефина, который функционализирован на конце концевыми блоками в количестве не более 5 массовых процентов, которые получены из полимера или сополимера с высокой температурой стеклования (Т). В еще одном варианте осуществления к полимерам для очистки по настоящему изобретению могут также относиться дендритные полимеры, составленные из, по меньшей мере, одного инимера и, по меньшей мере, одного изоолефина, который предварительно был функционализирован на конце, при этом такие полимеры имеют насыщенную основу и одну или несколько ненасыщенных частей, функционализированных на конце.
g
В еще одном варианте осуществления к полимерам для очистки по настоящему изобретению могут также относиться дендритные полимеры, составленные из, по меньшей мере, одного инимера и, по меньшей мере, одного изоолефина, который предварительно был функционализирован на конце концевыми блоками в количестве примерно от 0,5 до 50 массовых процентов, полученными из полимера или сополимера с низкой Т. В другом случае полимеры согласно данному варианту осуществления содержат концевые блоки в количестве от 1 до 40 массовых процентов, или в количестве от 2 до 30 массовых процентов, или в количестве от 3 до 20 массовых процентов, или даже в количестве от 1 до 25 массовых процентов.
В данном случае, а также еще в других местах описания или формулы изобретения, индивидуальные пределы диапазона можно объединять.
g
В еще одном варианте осуществления к полимерам для очистки по настоящему изобретению могут также относиться дендритные полимеры, составленные из, по меньшей мере, одного инимера и, по меньшей мере, одного изоолефина, который предварительно был функционализирован на конце концевыми блоками в количестве от 0,5 до 5 массовых процентов, полученными из полимера или сополимера с высокой температурой стеклования (Т). В другом случае полимеры согласно данному варианту осуществления содержат концевые блоки в количестве от 1 до 4 массовых процентов или даже в количестве от 1,5 до 3,5 массовых процентов. В другом случае полимеры согласно данному варианту осуществления функционализируют на конце стиролом или производным стирола с высокой температурой стеклования.
Что касается данных полимеров, то полимер или сополимер с низкой температурой стеклования определяют как полимер или сополимер с температурой стеклования примерно менее 40°С или менее 35°С, или менее 30°С, или даже менее 25°С. Следует особо отметить, что установленные выше диапазоны предназначены для охвата любых полимеров и/или сополимеров с температурой стеклования ниже одного из вышеустановленных пределов.
Наоборот, полимер или сополимер с высокой температурой стеклования определяют как полимер или сополимер с температурой стеклования примерно более 40°С, или более 45°С, или более 50°С, или даже более 100°С. Следует отметить, что ранее установленные диапазоны предназначены для охвата любых полимеров и/или сополимеров с температурой стеклования выше одного из вышеуказанных пределов.
g
В еще одном варианте осуществления к полимерам для очистки по настоящему изобретению могут также относиться дендритные полимеры, составленные из, по меньшей мере, одного инимера и, по меньшей мере, одного изоолефина, который предварительно был функционализирован на конце гомо- или сополимером с низкой Т, который содержит изопропен или какой-либо другой катионно полимеризуемый мономер. В еще одном варианте осуществления к полимерам для очистки по настоящему изобретению могут также относиться дендритные полимеры, которые были предварительно функционализированы на конце и, кроме того, включают, по меньшей мере, один наполнитель, при этом такие полимеры составлены, по меньшей мере, из одного инимера и, по меньше мере, из одного изоолефина. Примерная схема реакции получения полимеров согласно данному варианту осуществления показана ниже, где каждая буква F обозначает один или несколько функциональных концевых блоков согласно настоящему изобретению, которые предпочтительно взаимодействуют с одной или несколькими частицами наполнителя.
Схема 1
В еще одном варианте осуществления к полимерам для очистки по настоящему изобретению могут также относиться дендритные полимеры, составленные из, по меньшей мере, одного инимера и, по меньшей мере
одного изоолефина, который предварительно был функционализирован на конце концевыми блоками в количестве от 0,5 до 5 массовых процентов, полученными из диена или диенового производного, или блоками полидиена или полидиеновых производных.
В полимерах предварительной заявки на патент США с серийным №60/841757 такие полимеры могут быть составлены, по меньшей мере, из одного инимера и, по меньшей мере, из одного изоолефина. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один изоолефин функционализован на конце полимером или сополимером, описанным выше.
В формуле (I) ниже подробно указана природа подходящих инимерных соединений, которые можно использовать в сочетании, по меньшей мере, с одним изоолефином для образования полимера в соответствии с раскрытием предварительной заявки на патент США с серийным №60/841757. В формуле (I) А представляет собой полимеризуемую часть инимерного соединения, тогда как В представляет собой инициаторную часть инимерного соединения.
Формула (I)
1
2
3
4
5
6
1
10
5
8
1
2
3
4
5
6
7
7
7
3
2
3
7
7
1
20
1
10
1
20
1
10
4
5
6
4
5
6
1
20
1
10
1
20
1
10
4
5
6
В формуле (I) в одном варианте осуществления каждая из групп R, R, R, R, R и R независимо выбрана из водорода, линейного или разветвленного С-С алкила или C-C арила. В другом варианте осуществления все группы R, R и R представляют собой водород. В другом варианте осуществления каждая из групп R, R и R независимо выбрана из водорода, гидроксила, брома, хлора, фтора, йода, сложного эфира (-О-С(О)-R), пероксида (-OOR) и -O-R (например, -ОСН или -OCH-CH). Что касается R, то R представляет собой незамещенный линейный или разветвленный С-С алкил, незамещенный линейный или разветвленный C-C алкил, замещенный линейный или разветвленный C-C алкил, замещенный линейный или разветвленный С-С алкил, арильная группа, содержащая от 2 до 20 атомов углерода, арильная группа, содержащая от 9 до 15 атомов углерода, замещенная арильная группа, содержащая от 2 до 20 атомов углерода, замещенная арильная группа, содержащая от 9 до 15 атомов углерода. В одном варианте осуществления в том случае, когда одна из групп R, R и R является либо хлором, либо фтором, тогда оставшиеся две группы из R, R и R независимо выбирают из незамещенного линейного или разветвленного С-С алкила, незамещенного линейного или разветвленного С-С алкила, замещенного линейного или разветвленного С-С алкила, замещенного линейного или разветвленного С-С алкила. В еще одном варианте осуществления любые две группы из R, R и R могут вместе образовывать эпоксид.
В одном варианте осуществления части А и В инимерного соединения (I) объединены друг с другом через бензольное кольцо. В одном случае часть А инимерного соединения (I) расположена в первом положении бензольного кольца, тогда как часть В расположена либо в третьем, либо в четвертом положении бензольного кольца. В другом варианте осуществления части А и В инимерного соединения (I) объединены друг с другом через мостик, показанный ниже в Формуле (II):
где n представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 12, или от 1 до 6, или даже от 1 до 3. В другом варианте осуществления, n равно 1 или 2. В другом варианте осуществления, в случае полимеризации изобутена В может представлять собой третичный эфир, третичный хлорид, третичную метоксигруппу или сложный третичный эфир. В одном случае дендритные ПИБы с высокой молекулярной массой можно синтезировать, используя способ настоящего изобретения, из инимеров, таких как 4-(2-гидрокси-изопропил)стирол и 4-(2-метокси-изопропил)стирол. К примерным инимерам для использования в сочетании, по меньшей мере, с одним изоолефином для получения полимера в соответствии с предварительной заявкой на патент США с серийным №60/841757 относятся (но этим перечень не ограничивается) 4-(2-гидроксиизопропил) стирол, 4-(2-метоксиизопропил)-стирол, 4-(1-метоксиизопропил)стирол, 4-(2-хлоризопропил)стирол, 4-(2-ацетоксиизопропил)стирол, 2,3,5,6-тетраметил-4-(2-гидроксиизопропил)стирол, 3-(2-метоксиизопропил)стирол, 4-(эпоксиизопропил)стирол, 4,4,6-триметил-6-гидроксил-1-гептен, 4,4,6-триметил-6-хлор-1-гептен, 4,4,6-триметил-6,7-эпокси-1-гептен, 4,4,6,6,8-пентаметил-8-гидроксил-1-нонен, 4,4,6,6,8-пентаметил-8-хлор-1-нонен, 4,4,6,6,8-пентаметил-8,9-эпокси-1-нонен, 3,3,5-триметил-5-гидроксил-1-гексен, 3,3,5-триметил-5-хлор-1-гексен, 3,3,5-триметил-5-6-эпокси-1-гексен, 3,3,5,5,7-пентаметил-7-гидроксил-1-октен, 3,3,5,5,7-пентаметил-7-хлор-1-октен или 3,3,5,5,7-пентаметил-7,8-эпокси-1-октен. В одном варианте осуществления инимер настоящего изобретения выбирают из 4-(2-метоксиизопропил)стирола или 4-(эпоксиизопропил)стирола.
В еще одном варианте осуществления, по меньше мере, один инимер, используемый в сочетании, по меньшей мере, с одним изоолефином для получения полимера в соответствии с предварительной заявкой на патент США с серийным №60/841757, имеет формулу, соответствующую одной из нижепоказанных формул:
1
1
1
2
3
1
20
6
4
10
8
в которых Х соответствует функциональной органической группе из серии -CR Y, где Y представляет собой OR, Cl, Br, I, CN, N или SCN, Rпредставляет собой Н и/или С-С алкил, а Аr представляет собой CH или СН.
Указанная ниже формула (III) подробно характеризует химическую структуру подходящего изоолефина, которую можно использовать в сочетании, по меньшей мере, с одним инимером для образования полимера в соответствии с раскрытием предварительной заявки на патент США с серийным №60/841757
9
1
4
где R представляет собой С-С алкильную группу, такую как метил, этил или пропил. В одном варианте осуществления соединением формулы (III) является изобутилен (т.е. изобутен) или 2-метил-1-бутен.
В одном варианте осуществления 4-(2-метоксиизопропил)стирол или 4-(эпоксиизопропил)стирол используют в качестве инимера, а изобутен - в качестве изоолефина, как это подробно описано в предварительной заявке на патент США с серийным №60/841757, которая целиком и полностью включена в этот документ посредством ссылки.
В полимерах предварительной заявки на патент США с серийным №60/841757 функционализованная на конце часть этих полимеров может происходить от любого подходящего полимера с низкой или высокой температурой стеклования. К подходящим полимерам для завершения концевой функционализации настоящего изобретения относятся (но этим перечень не ограничивается) гомо- или сополимер стирола или производных стирола, включая инден и его производные, диен или триен (сопряженный или другие диены, такие как изопрен, бутадиен-1,3, 2-метилбутадиен-1,3, 2,4-диметилбутадиен-1,3, пиперидин, 3-метилпентадиен-1,3, гексадиен-2,4, 2-неопентилбутадиен-1,3, 2-метилгексадиен-1,5, 2,5-диметилгексадиен-2,4, 2-метилпентадиен-1,4, 2-метилгептадиен-1,6, циклопентадиен, метилциклопентадиен, циклогексадиен, 1-винил-циклогексадиен или смеси двух или нескольких из перечисленных соединений), норборнадиен и β-пинен.
Соответственно в одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу очистки блок-сополимера, который включает в себя: (а) растворение блок-сополимера в первой системе растворителей для получения первого раствора, при этом первая система растворителей включает один или несколько растворителей, и систему растворителей, способную растворять блок-сополимер на основе полиизобутена и (б) объединение первого раствора со второй системой растворителей, при этом вторая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей растворяет полистирольный концевой блок блок-сополимера в большей степени, чем она растворяет полиизобутеновый блок блок-сополимера, обеспечивая тем самым осаждение блок-сополимера из маточного раствора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения стадия объединения первого раствора со второй системой растворителей включает добавление по каплям первого раствора в большой избыток второй системы растворителей. В одном варианте осуществления растворителем первого раствора является тетрагидрофуран. В другом варианте осуществления способ настоящего изобретения может дополнительно включать стадию отделения осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера. В тех случаях, когда способ настоящего изобретения включает стадию отделения осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера, такая стадия может, в одном варианте осуществления, включать фильтрование или простое фильтрование.
В другом варианте осуществления способ настоящего изобретения может, кроме того, включать добавление дополнительных количеств второй системы растворителей к очищенному блок-сополимеру. Это можно сделать до или после декантации или какого-либо иного отделения маточного раствора от осажденного полимера. В одном таком варианте осуществления второй системой растворителей является ацетон. В другом варианте осуществления второй системой растворителей может являться метилэтилкетон, метилвинилкетон или им подобные соединения. Добавление ацетона или другого кетона дает смесь очищенного блок-сополимера и ацетона.
В еще одном варианте осуществления способ настоящего изобретения может, кроме того, включать добавление третьей системы растворителей к смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, при этом третья система растворителей является осадителем по отношению к двум типам блоков очищенного блок-сополимера, для получения смеси очищенного блок-сополимера и смеси растворителей; и отделения очищенного блок-сополимера от смеси растворителей для получения конечного очищенного блок-сополимера.
В еще одном варианте осуществления способ настоящего изобретения относится к блок-сополимеру, который включает в себя: (i) растворение блок-сополимера в первой системе растворителей для получения первого раствора, при этом первая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей обладает способностью растворять полимер на основе полиизобутена, (ii) объединение первого раствора со второй системой растворителей, при этом вторая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей растворяет полистирольный концевой блок блок-сополимера в большей степени, чем она растворяет полиизобутеновый блок блок-сополимера, обеспечивая тем самым осаждение блок-сополимера из маточного раствора, (iii) отделение осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера, (iv) добавление ацетона к очищенному блок-сополимеру для получения смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, (v) добавление третьей системы растворителей к смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, при этом третья система растворителей является осадителем по отношению, по меньшей мере, к двум типам блоков очищенного блок-сополимера, для получения смеси очищенного блок-сополимера и смеси растворителей, и (vi) отделение очищенного блок-сополимера от смеси растворителей для получения конечного очищенного блок-сополимера.
В одном варианте осуществления вышеупомянутая третья система растворителей может включать 2-пропанол. Альтернативно вышеупомянутая третья система растворителей может представлять собой исключительно 2-пропанол, который является отличным осадителем, чтобы "высадить" термопластические эластомеры из раствора.
В еще одном варианте осуществления способ настоящего изобретения относится к блок-сополимеру, который включает в себя: (а) растворение блок-сополимера в количестве около одной части (по массе) в 10-30 частях (по массе) первой системы растворителей для получения первого раствора, при этом первая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей обладает способностью растворять полимер на основе полиизобутена, (б) объединение первого раствора примерно с 5-10 объемами (по отношению к объему первого раствора) второй системы растворителей, при этом вторая система растворителей включает один или несколько растворителей, и система растворителей растворяет полистирольный концевой блок блок-сополимера в большей степени, чем она растворяет внутренние блоки блок-сополимера на основе полиизобутена, обеспечивая тем самым осаждение блок-сополимера из маточного раствора, (в) отделение осажденного блок-сополимера от маточного раствора для получения очищенного блок-сополимера, (г) добавление примерно 5-10 частей ацетона, относительно объема первого раствора, к очищенному блок-сополимеру для получения смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, (д) добавление примерно 1-5 объемов 2-пропанола, относительно объема первого раствора, к смеси очищенного блок-сополимера и ацетона, для получения смеси очищенного блок-сополимера и смеси растворителей; после этого необязательно добавляют дополнительные 1-15 объемов 2-пропанола, и (е) отделение очищенного блок-сополимера от смеси растворителей для получения конечного очищенного блок-сополимера.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вторая система растворителей не растворяет полиизобутеновый блок блок-сополимера в какой-либо заметной степени, или полностью, например, такой блок на основе полиизобутена осаждается из маточного раствора при обычных лабораторных условиях, например при комнатной температуре и т.д.
Способы настоящего изобретения могут включать высушивание блок-сополимера, полученного различными способами очистки, описанными в этом документе (например, на конечной стадии какого-либо способа, или в какой-либо момент времени, когда блок-сополимер осаждается из растворителя). Высушивание может включать обработку очищенного полимера при пониженном атмосферном давлении, при температуре выше 30°С, но менее 70°С или даже менее 60°С.
В одном варианте осуществления полимеры, очищенные посредством настоящего изобретения, могут представлять собой блок-сополимер, который является термопластическим эластомером (например, термопластическим эластомером на основе полиизобутена). В одном варианте осуществления полимеры, очищенные с помощью настоящего изобретения, могут представлять собой термопластический эластомер на основе полиизобутена, или даже термопластический эластомер на основе полиизобутена, который подходит для биомедицинских приложений.
В другом варианте осуществления блок-сополимеры, очищенные посредством настоящего изобретения, могут включать концевые блоки на основе полистирола. В одном варианте осуществления концевым блоком на основе полистирола в таких блок-сополимерах может являться, например, полистирол, поли(стирол), в котором бензольные кольца стирольных субъединиц по отдельности, необязательно, замещены одним-пятью заместителями, или их комбинацией. Необязательно замещенными бензольными кольцами стирольных субъединиц могут являться один или несколько полистирольных блоков, поли(4-метилстирольные) блоки, поли(4-метоксистирольные) блоки, поли(4-трет-бутилстирольные) блоки, поли(4-(2-гидроксиизопропил)стирольные)блоки, поли(4-(2-метоксиизопропил)стирольные)блоки, поли(3-(2-метоксиизопропил)стирольные)блоки, поли(4-(2-хлоризопропил)стирольные)блоки, поли(4-(2-ацетилизопропил)стирольные)блоки, поли(4-(2-ацетоксиизопропил)стирольные)блоки, поли(4-хлорстирольные)блоки, поли(4-(эпоксиизопропил)стирольные)блоки, или их комбинации.
3
10
В одном варианте осуществления первая система растворителей способов настоящего изобретения может включать один или несколько растворителей, выбранных из тетрагидрофурана, метилциклогексана, толуола или бензола. В одном случае можно использовать примерно 15-25 объемов первой системы растворителей для первоначального растворения очищаемого полимера в соответствии со способами настоящего изобретения. В одном случае полимером может являться блок-сополимер, который содержит один или несколько блоков, полученных из необязательно замещенных стирольных мономеров, и один или несколько блоков, полученных из изобутеновых мономеров. В одном варианте осуществления вторая система растворителей в способах настоящего изобретения может представлять собой (С-С) кетон, его производное или комбинацию двух или нескольких его производных. В другом варианте осуществления вторая система растворителей настоящего изобретения может включать ацетон, метилэтилкетон, метилвинилкетон или их комбинации.
4
В одном варианте осуществления первый раствор и вторую систему растворителей можно объединять путем добавления по каплям первого раствора во вторую систему растворителей. В одном варианте осуществления третья система растворителей может включать спирт. В определенных вариантах осуществления третья система растворителей не растворяет либо средний полиизобутиленовый блок, либо концевые блоки блок-сополимера. Спирт может включать, но этим перечень не ограничивается, метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол или С спирт (например, трет-бутанол или 1-бутанол).
В одном варианте осуществления очищенный полимер, полученный согласно способам, описанным в этом документе, при выделении и высушивании может содержать какой-либо остаточный мономер в количестве менее 20 миллионных долей, менее 10 миллионных долей, менее 5 миллионных долей, менее 2 миллионных долей, менее 1 части на миллион или даже менее 0,5 миллионных долей. Очищенный полимер, например, может содержать стирольные мономеры, пара-метилстирольные мономеры, пара-метоксистирольные мономеры или какие-либо их комбинации и им подобные соединения в количестве менее 5 миллионных долей.
В одном варианте осуществления в первом растворе можно использовать антиоксидант. Антиоксидантом может являться витамин или антиоксидант, подходящий для использования в биомедицинских имплантах. Витамином, в частности, может быть витамин А, витамин С или витамин Е.
В одном варианте осуществления разделение на стадии (iii) или (в), или какая-либо упомянутая выше стадия разделения, может включать декантирование, отсасывание или фильтрование. В одном варианте осуществления блок-сополимером может являться дендритный сополимер, содержащий один или несколько стирольных полимерных блоков в комбинации с одним или несколькими полимерными блоками на основе изобутена. В другом варианте осуществления блок-сополимером может являться высокоразветвленный блок-сополимер, который включает полиизоолефиновый блок и полимоновинилиден ареновый блок. В еще одном варианте осуществления блок-сополимер может обладать термопластическими эластомерными свойствами. В другом варианте осуществления способы, описанные в этом документе, могут дополнительно включать применение очищенного полимера в медицинском устройстве или использование полимера в импланте.
Таким образом, в одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к разветвленным или дендритным полимерным соединениям, которые содержат один или несколько стирольных полимерных блоков в комбинации с одним или несколькими полимерными блоками на основе изобутена. В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способам очистки разветвленных блок-сополимерных или дендритных полимерных соединений, которые содержат, по меньшей мере, один стирольный полимерный блок в комбинации с, по меньшей мере, одним полимерным блоком на основе изобутена.
В различных вариантах осуществления изобретения способы очистки, описанные в этом документе, снижают время высушивания блок-сополимера. В нескольких вариантах осуществления время высушивания определенных блок-сополимеров снижается примерно до 1-2 месяцев, доходит до 24 часов и часто составляет менее 24 часов. Пониженную скорость высушивания связывают с тем фактом, что полимеры сложно высушивать в том случае, когда полиизобутеновые блоки ориентированы наружу от полимерной матрицы при отделении блок-сополимера от маточного раствора (например, путем осаждения, фильтрования и т.д.).
Как указано выше, в одном варианте осуществления способы обращенной фазы, описанные в этом документе, таким образом обеспечивают очищенные полимеры, в которых полиизобутеновые блоки ориентируются сами во внутреннюю сторону полимерной матрицы при отделении блок-сополимера от маточной жидкости. Это может являться результатом стадии (б), (ii) или (Б), описанной выше, в которой вторую систему растворителей объединяют с растворенным полимером, что в результате приводит к осаждению блок-сополимера и сопутствующей очистке (например, за счет удаления остаточных мономеров, таких как стиролы и производные стирола), а также придает очищенному блок-сополимеру свойство более быстрого высыхания.
Как обсуждалось выше, полимеры, очищенные по настоящему изобретению, могут представлять собой термопластические эластомеры, которые содержат как стирольные, так и изобутеновые полимерные блоки/звенья. Термопластические эластомеры, содержащие один или несколько эластомерных полиизобутеновых блоков, являются очень полезными материалами благодаря отчасти насыщенной природе их среднеблочных сегментов. Они обладают уникальным сочетанием свойств, включая высокую степень сопротивляемости проникновению либо влаги, либо газов, вместе с высокой степенью термической и окислительной устойчивости. Продуктам также свойственно самоупрочнение в результате того, что стеклообразные блоки и эластомерные блоки демонстрируют разделение фаз.
Иллюстративный способ получения полимеров
Далее представлен пример способа получения полимера, согласно которому получают подходящий полимер для очистки изобретенным способом. Однако настоящее изобретение не ограничивается только нижеследующим полимером или полимерами. Вернее, любой из вышеупомянутых полимеров можно очищать по способу в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, любой подходящий способ получения можно использовать для получения таких полимерных соединений для очистки по способам настоящего изобретения.
При получении термопластических эластомеров реакцию полимеризации проводят при условиях, которые, как правило, предотвращают перенос цепи и прекращение роста полимерных цепей. В одном варианте осуществления используют безводные условия и реактивные примеси, такие как компоненты, содержащие активные атомы водорода (вода, спирт и им подобные соединения) удаляют как из мономера, так и из растворителей, используя методики, известные обычному специалисту в данной области техники. Температура, при которой проводится реакция полимеризации в одном варианте осуществления составляет от -10 до -100°С, или от -30 до -90°С, или даже от -40 до -80°С, хотя при желании реакцию можно проводить при более низких температурах. Для того чтобы избежать конденсации влаги, реакцию, при такой необходимости, можно проводить в сухой атмосфере инертного газа, такого как азот или аргон. В одном варианте осуществления изобретение обеспечивает разветвленный блок-сополимер полиизоолефина, содержащего несколько точек разветвления на цепь, и полимоновилиденарен, который характеризуется наличием термопластических эластомерных свойств. Разветвленный блок-сополимер может включать разветвленный полиизоолефиновый блок. Некоторые из ветвей вышеупомянутого полиизоолефинового блока могут оканчиваться на полимоновилиден ареновых концевых блоках. В дополнение к термину "высокоразветвленный" для описания структуры различных полимеров, раскрытых в этом документе, можно также использовать термины "дендритный" и "сверхразветвленный". Например, очень разветвленные или дендритные полимеры могут иметь нерегулярную дендритную структуру.
1
В одном варианте осуществления высокоразветвленные блок-сополимеры, которые, как было обнаружено, проявляют термопластические эластомерные свойства, содержат высокоразветвленный средний полиизоолефиновый блок, который синтезируют по способу, включающему использование некоего количества инимера, то есть соединения, несущего как инициаторную, так и мономерную функциональные группы ("IМ"), которые сополимеризуются с олефином. Инимер можно использовать для инициирования полимеризации и для введения произвольных точек разветвления в средних эластомерных блоках. Инимер можно представить общей формулой А-В, где А представляет собой полимеризуемую функциональную группу, например двойную винильную связь, а В представляет собой инициирующую группу. В случае полимеризации В может представлять собой, в одном варианте осуществления, третичный эфир, третичный хлорид, третичную метоксигруппу, сложный третичный эфир, эпоксид или любой другой подходящий инициатор в случае полимеризации. Дендритные полиизобутены с очень высокой молекулярной массой могут быть синтезированы этим способом.
В одном варианте осуществления к соединениям, которые можно использовать в качестве IМ, относятся (но этим перечень не ограничивается) 4-(2-гидроксиизопропил)-стирол и 4-(2-метоксиизопропил)стирол. Примерная реакция показана на схеме 1, в которой используемым IM является 4-(2-метоксиизопропил)стирол.
Конечно, в реакциях, подобных той, что указана на схеме 1, можно использовать другие инимеры. В определенных вариантах осуществления, в различных вариантах показанной выше схемы 1 в качестве IM можно использовать 4-(2-гидроксиизопропил)-стирол, 4-(2-метоксиизопропил)стирол, 4-(2-хлоризопропил)стирол, 4-(2-ацетоксиизопропил)стирол, 2,3,5,6-тетраметил-4-(2-гидроксиизопропил)стирол, 3-(2-метоксиизопропил)стирол, 4-(эпоксиизопропил)стирол, 4,4,6-триметил-6-гидроксил-1-гептен, 4,4,6-триметил-6-хлор-1-гептен, 4,4,6-триметил-6,7-эпокси-1-гептен, 4,4,6,6,8-пентаметил-8-гидроксил-1-нонен, 4,4,6,6,8-пентаметил-8-хлор-1-нонен, 4,4,6,6,8-пентаметил-8,9-эпокси-1-нонен, 3,3,5-триметил-5-гидроксил-1-гексен, 3,3,5-триметил-5-хлор-1-гексен, 3,3,5-триметил-5-6-эпокси-1-гексен, 3,3,5,5,7-пентаметил-7-гидроксил-1-октен, 3,3,5,5,7-пентаметил-7-хлор-1-октен, 3,3,5,5,7-пентаметил-7,8-эпокси-1-октен или их комбинации.
2
3
1
20
1
10
1
4
В данном варианте осуществления к изоолефинам, которые используют в синтезе высокоразветвленного полиизоолефина, относятся изоолефины с формулой СН=С(СН)-R, где R представляет собой C-C линейную или разветвленную алкильную группу, или С-С линейную или разветвленную алкильную группу, или даже С-С. линейную или разветвленную алкильную группу, такую как метил, этил или пропил. В другом варианте осуществления изоолефином является изобутен или 2-метил-1-бутен. В еще одном варианте осуществления используют полиизобутен.
8
12
1
12
К моновилиденаренам, подходящим для получения поливинилиденовых блоков, которые образуют концевые блоки на некоторых ветвях высокоразветвленного полиизоолефина, относятся (но этим перечень не ограничивается) C-C моновилиденарены, которые замещены по ароматическому кольцу одной-пятью С-С алкильными или алкоксигруппами или одним-пятью атомами фтора, хлора, брома или йода, или их комбинацией. В одном варианте осуществления моновинилиденареном может являться стирол, п-метилстирол, п-трет-бутилстирол, п-хлорстирол, инден или их различные смеси. В еще одном варианте осуществления используют стирол.
Частота разветвления высокоразветвленного полиизоолефина, который используют в качестве основы для получения высокоразветвленных блок-сополимеров, составляет от 2 до 60 или даже от 8 до 35. В одном варианте осуществления частота разветвления составляет более единицы.
n
Для того чтобы высокоразветвленные блок-сополимеры проявляли термопластические эластомерные свойства, в одном варианте осуществления, желательно, чтобы массовая доля полимоновинилиденареновых концевых блоков в блок-сополимерах находилась в диапазоне от 0,5 до 50 массовых процентов. Среднечисловая молекулярная масса, М, высокоразветвленных полиизоолефинов может составлять от 10000 до 2000000 или даже от 500000 до 1000000. Распределение высокоразветвленного полиизоолефина по молекулярной массе может составлять от 1 до 20 или даже от 1,2 до 2,8.
Способ согласно изобретению, в одном варианте осуществления, можно осуществлять в инертном органическом растворителе или системе растворителей (смесь растворителей или раствор двух или более двух растворителей) для того, чтобы высокоразветвленный полиизоолефин и конечный блок-сополимер оставались в растворе и в то же время имелась некая степень полярности для протекания процесса полимеризации с достаточной скоростью. Чтобы удовлетворить данным требованиям можно использовать индивидуальный растворитель, такой как н-бутилхлорид, или смесь неполярного и полярного растворителей. К подходящим неполярным растворителям относятся (но этим перечень не ограничивается) метилциклогексан и циклогексан, а к соответствующим полярным растворителям относятся этилхлорид, метилхлорид и дихлорметан. В одном варианте осуществления растворителем может являться смесь метилциклогексана и метилхлорида. Было обнаружено, что для достижения подходящей растворимости и полярности соотношение неполярного растворителя к полярному в расчете на массу должно составлять от 80:20 до 40:60 или даже около 60:40.
Как было отмечено выше, температурный диапазон, при котором проводят реакцию, составляет от -10 до -100°С, или от -30 до -90°С, или даже от -40 до -80°С, хотя, при желании, реакцию можно проводить при более низких температурах. Одну процедуру проводят, используя 1-30% раствор полиизоолефина (в расчете на массу) или даже 5-10% (по массе) раствор.
Для того чтобы получить высокоразветвленные блок-сополимеры, часто необходимо использовать соинициатор, такой как галогенид кислоты Льюиса. К подходящим галогенидам кислот Льюиса относятся (но этим перечень не ограничивается) трихлорид бора, трихлорид алюминия и тетрахлорид титана. Молярное соотношение соинициатора к моновилиденарену может составлять от 1:1 до 1:30 или даже от 1:10 до 1:20, или может варьировать в любых различных диапазонах.
Разветвленные блок-сополимеры можно также получить одностадийным способом, в котором изоолефин сополимеризуется с инициаторным мономером в сочетании с соинициатором в растворе при температуре от -20 до -100°С. Затем вводят донор электронов и акцептор протона с последующим добавлением предварительно замороженного раствора моновилиденарена в растворителе и дают возможность протекать полимеризации до тех пор, пока ее не остановят добавлением предварительно замороженного нуклеофила, такого как метанол. Реакции полимеризации дают возможность протекать на протяжении предварительно заданного периода времени до тех пор, пока ее не остановят с целью получения дендритного разветвленного блок-сополимера в соответствии с различными вариантами осуществления.
В качестве альтернативы, чтобы соединить две или более двух дендритных структур, процесс полимеризации можно продолжать после расходования всего стирола, как это раскрывается в патенте США №5721331, который целиком и полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. В этом патенте раскрывается, что после продолжения процесса полимеризации и после расходования стирольного мономера, активные живые концы цепи могут атаковать стирольный блок другой цепи, образуя мультиблоки так, что каждый блок является одним из дендритных блоков. Отдельные дендритные разветвленные блок-сополимеры связываются вместе, при этом, по меньшей мере, один из полимоновилиденареновых пластических концевых блоков на дендритном разветвленном блок-сополимере химически связан с одним полимоновилиденареновым пластическим концевым блоком на другом дендритном разветвленном блок-сополимере. Таким образом, когда мультиблоки представляют собой желаемый конечный продукт, тогда реакции полимеризации дают возможность протекать на протяжении более длительного периода времени до прекращения этой реакции путем добавления подходящего нуклеофила. Для получения высокоразветвленных блок-сополимеров необходимо использование добавок, таких как доноры электронной пары, для улучшения эффективности блокирования и уловителей протона для минимизации гомо-полимеризации. Примерами подходящих доноров электронных пар являются те нуклеофилы, у которых число донорных электронов составляет, по меньшей мере, 15 и не превышает 50 согласно данным, сведенным в таблицу Виктором Гутманном в "The Donor Acceptor Approach to Molecular Interactions" (Донорно-акцепторный подход к молекулярным взаимодействиям), Plenum Press (1978), к ним относятся (но этим перечень не ограничивается) этилацетат, диметилацетамид, диметилформамид и диметилсульфоксид. К подходящим уловителям протона относятся (но этим перечень не ограничивается) 2,6-ди-трет-бутилпиридин, 4-метил-2,6-ди-трет-бутилпиридин и диизопропилэтиламин.
Степень разветвления полиизоолефина, молекулярно-массовое распределение полиизоолефина, массовое соотношение соинициатора и полиизоолефина, молярное соотношение соинициатора и моновилиденарена, температура и время реакции могут влиять на степень образования концевых блоков ветвей полиизоолефина. Как результат, при варьировании некоторых из вышеупомянутых параметров можно получать разветвленные блок-сополимеры с различными термопластическими эластомерными свойствами.
Очистка
Изобретение предусматривает способ очистки сополимерного продукта. В одном случае очищаемый сополимерный продукт представляет собой полиизобутен-полистирольный сополимер. Однако способ очистки не ограничивается только разветвленными сополимерными продуктами, которые включают, по меньшей мере, одну полимерную функциональность на основе полиизобутена и, по меньшей мере, одну полистирольную функциональность. Точнее, в одном варианте осуществления способ очистки можно использовать в сочетании с любым сополимером полиизобутена, полистиролом или производным полистирола. Эти полимеры могут быть линейными, разветвленными, звездообразными и т.п. Многие такие типы блоков и блок-сополимеров, которые можно очищать согласно способам, описанным в этом документе, можно найти в патентных документах, перечисленных в этом документе.
В другом варианте осуществления способ очистки настоящего изобретения можно использовать в сочетании с любым полимером, сополимером и блок-сополимером, обсуждавшимся выше.
Специалистам в области производства блок-сополимеров хорошо известно о том, что полимеры на основе полиизобутена очень сложно очищать и высушивать. Одна из причин этого в том, что блоки на основе полиизобутена являются чрезвычайно непроницаемыми формами каучука. Традиционно полимеры с высоким содержанием полиизобутеновых блоков осаждают из спирта или воды. Получающееся в результате твердое вещество образует резиновую крошку, для полного высушивания которой часто требуются две или три недели или даже один или два месяца. В этих случаях блоки полиизобутена имеют непрерывную фазу. В противоположность этому с помощью описанного в данном документе процесса после осаждения/декантации/фильтрования получают пластикообразный слой, поскольку раскрываемый способ позволяет блокам ориентироваться так, что концевые блоки становятся непрерывной фазой.
Наряду с другими выгодами способ очистки может снижать концентрацию непрореагировавших мономеров, инициаторов и соининициаторных остатков, которые остаются в полимерной матрице после завершения реакции полимеризации. Кроме того, способ очистки значительно снижает время, необходимое для полного высушивания выделяемого полимера или для достаточного высушивания полимера, так чтобы его можно было использовать в биомедицинских приложениях. Таким образом, способ очистки позволяет получать сополимерные продукты, которые очищены до такой степени, что становятся пригодными в биомедицинских и/или фармацевтических приложениях. Кроме того, способ очистки сокращает период времени, необходимый для обработки и высушивания полимера при получении его для использования в биомедицинских и/или фармацевтических приложениях.
Примерная схема реакции и способ, согласно которому очищают продукты реакции, представлены в примерах ниже. Способ очистки позволяет получать продукты, подходящие для биомедицинских и/или фармацевтических приложений.
Примеры
Пример 1.
Получение полимера
n
Препаративная реакция, предназначенная для получения приблизительно 400 грамм поли(изобутен)-поли(стирольного) ("ПИБ-ПС") сополимера с 30 мас. % ПС, М=215000 г/моль и BR=10 (среднее количество точек ветвления на ПИБ цепи). Реакцию, иллюстрируемую ниже на схеме 1, можно использовать в качестве примера различных препаративных процессов.
Схема 1
x
4
Материалы: изобутен (ИБ) 99,9%, метилхлорид (МеСl) 99,9%, инициатор (IM) - 4-(2-метокси-изопропил) стирол ("MeOlM") или 4-(1,2-оксиран-изопропил) стирол ("EPOIM"), синтезированный в Университете Акрона, метилциклогексан (МеСН), 2,6-ди-трет-бутил пиридин (ДтБП) - сухой, диметилацетамид (ДМА), тетрахлорид титана (ТiCl) и стирол полимеризационного качества.
Первая стадия (гомо-полимеризация ИБ)
Вторая стадия (добавление стирола)
Химикаты
Молекулярная масса (г/моль)
Плотность (г/мл)
Конц. (моль/л)
Масса (г)
Объем (мл)
Стирол
104,15
0,909
350
MeCl
150
МеСН<sub>х</sub>
250
ДтБП
1
Итого
∑
3992
Температура полимеризации: -90°С, за реакцией наблюдают через термопару.
Методика
1. Добавляют 1,4 грамм инимера (либо MeOIM, либо EPOIM) в 5-л трехгорлую колбу.
x
2. Добавляют 1800 мл МеСН.
3. Добавляют 1200 мл конденсированного MeCl.
4. Добавляют 4 мл ди-трет-бутилпиридин.
5. Добавляют 120 мл ИБ.
4
x
6. Начинают полимеризацию путем добавления 17 мл TiCl, растворенного в 50 мл МеСН, охлажденного до температуры реакции перед добавлением.
7. Следят за температурой и ждут до тех пор, пока температура не выравняется и установится при -90°С (приблизительно 25 минут).
8. Добавляют 120 мл ИБ.
9. Ждут до тех пор, пока температура не выравняется и установится при -90°С (приблизительно 25 минут).
10. Добавляют 120 мл ИБ.
11. Ждут до тех пор, пока температура не выравняется и установится при -90°С (приблизительно 25 минут).
12. Добавляют 120 мл ИБ.
13. Добавляют 1,0 мл ди-трет-бутилпиридина.
14. Добавляют 1,7 мл безводного диметилацетамида.
x
x
15. Через 40 минут после добавления последней порции ИБ часть добавляют предварительно замороженную смесь 250 мл МеСН, 350 мл стирола, 150 мл МеСl и 1 мл ди-трет-бутил пиридина. Добавляют стирол вначале к МеСН, охлаждают раствор и добавляют MeCl. Смесь встряхивают, чтобы избежать замораживания смеси.
16. Продолжают полимеризацию в течение более 45 минут.
4
17. Добавляют раствор изопропанола и NaOH для прекращения реакции (250 мл i-PrOH+22 грамм NaOH для 15 мл ТiCl).
18. До вскипания MeCl переносят содержимое реактора 12-л колбу.
19. Используют ТГФ для удаления рубца из реактора и объединяют органические фазы. Затем промывают раствор водой до нейтральной реакции.
4
20. Удаляют TiCl посредством фильтрования/центрифугирования.
Регенерация
21. Добавляют на кончике шпателя антиоксидант Irganox 1076 в 4000 мл стакан.
22. Помещают 2000 мл ацетона в стакан.
23. Добавляют 300 мл раствора полимера (примерно 5 мас.% в ТГФ) со встряхиванием.
24. Встряхивают смесь в течение 2 минут.
25. Дают раствору отстояться в течение 5 минут, затем декантируют жидкость в сливной сосуд.
26. Добавляют 2000 мл ацетона с перемешиванием, перемешивают смесь в течение 2 минут.
27. Добавляют 500 мл изопропанола - дают смеси возможность отстояться в течение 5 минут для осаждения.
28. Быстро наполняют стакан изопропанолом ("высаживают" смесь).
29. Декантируют жидкость в слив.
30. Оставляют осаждаться - рыхлый белый осадок, прозрачный раствор.
31. Фильтруют для удаления жидкости (с подсосом).
32. Распределяют рыхлый осадок на осушительных поддонах, высушивают под вакуумом на протяжении 1-2 дней.
Пример 2.
Очистка полимера
Полимеры, предназначенные для биомедицинских приложений, необходимо тщательно очищать для удаления оставшихся мономеров и растворителей. В данном примере раскрывается методика с использованием метода обращенной фазы, который снижает содержание оставшегося стирольного мономера в блок-сополимерах ПИБ и стирола до значения менее 5 миллионных долей и способствует быстрому высушиванию этих материалов.
Материалы
2
x
2
4
Метилхлорид (MeCl) и изобутен (ИБ) (предоставленные компанией Lanxess) высушивают, пропуская газы через колонку, наполненную ВаО и CaCl перед их конденсацией при температуре полимеризации. До использования метилциклогексан (МеСН) и гексан (Нх) перегоняют над CaH. Тетрахлорид титана (ТiCl), 2,6-ди-трет-бутил пиридин (ДтБП) и N,N-диметилацетамид (ДМА) (Aldrich) используют в таком виде, в каком получены. п-метилстирол (p-MeSt) (Aldrich) очищают хроматографией. 4-(2-Метоксиизопропил)стирол (МеOIМ) и 4-(1,2-эпоксиизопропил)стирол (ЕРOIМ) синтезируют по известным методикам.
Полимеризация
Реакции полимеризации проводят при -95°С в круглодонной колбе, снабженной верхней мешалкой в сухом боксе (Mbraun LabMaster 130) в атмосфере сухого азота. Непрерывно наблюдают за уровнем влажности (<1 м.д.) и содержанием кислорода (<5 м.д.).
Способ очистки
Конечный продукт очищают путем осаждения приблизительно 300 мл конечного раствора в 3000 мл ацетона и после декантирования продукта добавлением 2-3 литров метанола с последующим декантированием и фильтрованием продукта. В частности помещают на кончике шпателя Irganox 1076 (антиоксидант) в 4000 мл стакан и добавляют 2000 мл ацетона. 300 мл раствора полимера (примерно 5 мас.% в ТГФ) добавляют по каплям со встряхиванием. Суспензию встряхивают в течение 2 минут, дают возможность отстояться в течение 5 минут, затем жидкость декантируют в сливной сосуд. После этого к твердому остатку добавляют 2000 мл ацетона при перемешивании в течение 2 минут. Затем добавляют 500 мл изопропанола, и суспензии дают возможность отстояться в течение 5 минут до осаждения. Далее стакан быстро наполняют изопропанолом ("высаживают" смесь). Жидкость декантируют в слив, а рыхлый белый осадок отфильтровывают, распределяют на осушительных тарелках и высушивают под вакуумом на протяжении 1-2 дней.
Измерение содержания оставшегося стирольного мономера
Уровни оставшихся стирола ("St") и пара-метилстирола ("pMeSt") определяют, используя следующие методики. Образцы блок-сополимеров помещают в известное количество гексана, содержащее нонан в качестве внутреннего стандарта. Образцы набухают (дендритный блок) или растворяются (линейные триблоки) после выдерживания их на вибраторе в течение ночи. Образцы затем коагулируют метанолом, после чего анализируют надосадочную жидкость с помощью ГХ НР6890, снабженного авто-инжектором, пламенно-ионизационным детектором (ПИД) и колонкой Restek RTX-1 (30 м × 0,32 мм × 1 мкм). Поддерживают постоянную скорость потока при значении 2,5 мл/мин, с безраздельным вводом 75 мл через 2 минуты. Программу печи запускают при 40°С с временем удержания 7 минут, и температуру повышают со скоростью 20°С в минуту до конечной температуры в 250°С, которые поддерживают в течение 5 минут.
Характеризация
Образцы анализируют хроматографией с вытеснением по размеру (SEC, от англ. size exclusion chromatography) система состоит из насоса Waters 515 HPLC, двойного детектора поглощения Waters 2487, интерферометрического детектора Wyatt OPTILAB DSP, детектора многоуглового светорассеяния Wyatt DAWN EOS, визкозиметра Wyatt ViscoStar, прибора по анализу квазиупругого рассеяния света Wyatt QELS, автоматического пробоотборника Waters 717-plus и колонок 6 Styragel (HR0,5, HR1, HR3, HR4, HR5 и Н6).
2
1
RI детектор и колонки термостатируют при 35°С. ТГФ, свежеперегнанный над СаН, используют в качестве подвижной фазы при скорости потока 1 мл/минуту. Результаты анализируют с помощью программного обеспечения ASTRA (Wyatt Technology), используя приращение показателя преломления dn/dc=0,108 для аrbПИБ. Значения dn/dc для блок-сополимеров рассчитывают, используя сополимерные композиции, определенные методом H ЯМР. Значение dn/dc для п-MeSt недоступно в литературе; поэтому при вычислениях используют dn/dc=0,183 полистирола. Для проверки системы SEC используют стандартный полистирол с молекулярной массой 30000 г/моль (ПС30).
1
6
6
3
Анализ H ЯМР проводят, используя прибор Bruker Avance 500 или Varian Mercury 300, в различных растворителях, таких как дейтерированный ТГФ, CD и СDСl. Состав сополимера определяют по сравнению интегралов соответствующих ароматических и алифатических пиков.
ДендроПИБ-b-ПС (05DNX120)
4
-2
-1
-3
-3
Реакцию проводят при -90°С в смеси растворителей Нх/МеСl с объем. соотн. 60/40. Общий объем составляет 3000 мл. Сополимеризация начинается с введением TiCl (6,1×10 моль/л) в реакторе, содержащем ИБ (85,5 грамм, 4,8×10 моль/л), MeOIM (1,2×10 моль/л) и ДтБП (5,6×10моль/л) в качестве уловителя протона в системе растворителей (Нх/МеСl с объем. соотн. 60/40). Через 25 минут после инициирования полимеризации образец отбирают и добавляют другое приращение ИБ. Эту стадию повторяют более двух раз. Наконец, образец отбирают через 35 минут после четвертого приращения ИБ.
n
w
Конверсия, которую контролируют методом гравиметрии перед каждым добавлением ИБ, составляет 100%. Конечная концентрация ИБ в реакторе составляет 2 моль/л. После того, как прореагирует весь ИБ, добавляют предварительно замороженный раствор 350 мл стирола в 150 мл МеСl и 250 мл Нх, содержащий также 1,7 мл ДМА и 2 мл ДтБП. Полимеризацию прекращают через 45 минут после добавления стирола посредством введения раствора NaOH в метаноле. Реактор вынимают из сухого бокса и помещают в вытяжной шкаф, чтобы дать возможность растворителям упариться. Полимер очищают, используя процесс согласно настоящему изобретению. Конечный образец имеет М=220,300 г/моль, М=412,000 г/моль, ММР=1,87, ПС=29,4 мас.%.
ДендроПИБ-b-ПС (05DNX130)
4
-2
-1
-3
-3
Образец 05DNX130 синтезируют подобно образцу 05DNX120, но концентрацию MeOlM удваивают. Реакцию проводят при -90°С в смеси растворителей Нх/МеСl с объемным соотношением 60/40. Общий объем составляет 3000 мл. Сополимеризация начинается с введением TiCl (4,9×10 моль/л) в реакторе, содержащем ИБ (85,5 грамм, 4,8×10 моль/л), IM (2,51×10 моль/л) и ДтБП (5,6×10 моль/л) в качестве уловителя протона в системе растворителей (Нх/МеСl с объем. соотн. 60/40). Через 25 минут после инициирования полимеризации образец отбирают и добавляют другое приращение ИБ. Эту стадию повторяют более двух раз. Наконец, образец отбирают через 35 минут после четвертого приращения ИБ. Конверсия, которую контролируют методом гравиметрии перед каждым добавлением ИБ, составляет 100%.
n
w
Конечная концентрация ИБ в реакторе составляет 2 моль/л. После того, как прореагирует весь ИБ, добавляют предварительно замороженный раствор 350 мл стирола в 150 мл МеСl и 250 мл Hх, содержащий также 1,7 мл ДМА и 2 мл ДтБП. Полимеризацию прекращают через 45 минут после добавления стирола посредством введения раствора NaOH в метаноле. Реактор вынимают из сухого бокса и помещают в вытяжной шкаф, чтобы дать возможность растворителям упариться. Полимер очищают, используя процесс согласно настоящему изобретению. Конечный образец имеет М=163,200 г/моль, М=395,500 г/моль, ММР=2,54, ПС=34,3 мас.%.
ДендроПИБ-b-Р(рМеSt) (06DNX040)
4
-2
-1
-3
-3
Сополимеризация начинается с введением ТiCl (5,99×10 моль/л) в реакторе, содержащем ИБ (85,5 грамм, 4,77×10 моль/л), IM (1,24×10моль/л) и ДтБП (5,57×10 моль/л) в качестве уловителя протона в системе растворителей (MeCHx/MeCl с объем. соотн. 60/40). Проводят последовательное добавление более трех аликвот (каждая массой 85,5 грамм) ИБ для наращивания ИБ цепей после образования разветвлений.
x
n
-3
-3
Полная конверсия ИБ достигается до каждого последовательного добавления. Суммарная концентрация ИБ составляет 2 моль/л. После того, как весь ИБ прореагирует, в систему вводят 350 мл предварительно замороженного п-MeSt (50% в MeCH/MeCl (с объем. соотн. 60/40), ДтБП (2,09×10 моль/л) и ДМА (4,28×10 моль/л). Реакцию прекращают путем добавления раствора NaOH в метаноле. Реактор вынимают из сухого бокса и помещают в вытяжной шкаф, чтобы дать возможность растворителям упариться. Полимер очищают, используя новую методику. Конечный продукт имеет 31 мас.% поли-(п-MeSt); М=302,600 г/моль, ММР=2,56.
ДендроПИБ-b-Р(рМеSt) (06DNX120)
4
-2
-3
-3
Реакцию проводят при -90°С в смеси растворителей Нх/МеСl с объем. соотн. 60/40. Общий объем составляет 1500 мл. Сополимеризация начинается с введением ТiCl (3,13×10 моль/л) в реакторе, содержащем ИБ (240 мл, 1,74 моль/л), IM (2,28×10 моль/л) и ДтБП (5,1×10 моль/л) в качестве уловителя протона в системе растворителей (Нх/МеСl с объем. соотн. 60/40).
n
После того, как весь ИБ прореагирует, добавляют предварительно замороженный раствор 70 мл п-метилстирола в 150 мл МеСl и 250 мл Hх, содержащий также 1,0 мл ДМА и 1 мл ДтБП. Полимеризацию прекращают через 45 минут после добавления стирола посредством введения раствора NaOH в метаноле. Реактор вынимают из сухого бокса и помещают в вытяжной шкаф, чтобы дать возможность растворителям упариться. Полимер очищают, используя новый способ. Конечный образец имеет М=137600 г/моль, ММР=1,52 и 16,5 мас.% поли-(п-МеSt).
Когда блок-сосполимер высаживают из ацетона по методике, описанной в этом документе, то получают рыхлые белые кусочки, похожие на полистирол, которые полностью высушивают за день. Анализ методом ГХ показывает, что содержание остаточного стирола и п-метилстирола составляет менее пяти м.д., и часто остаточные стирольные мономеры не обнаруживаются полностью (таблица 1). В противоположность этому полимеры, осажденные из метанола и высушенные под прессом при 100°С, содержат остаточные стирольные мономеры в количестве около 400 м.д. Нагревание пресса до 180°С снижает остатки до 200 м.д. Поскольку стирольные мономеры имеют самую высокую температуру кипения из всех ингредиентов, используемых в процессе синтеза, то данные результаты демонстрируют эффективность нового способа очистки.
В таблице 1 приведены подробные данные по очистке коммерческих линейных полистирол-полиизобутен-полистирольных триблок-сополимеров (SIBS от компании Kaneka Co., Japan) и блок-сополимеров на основе аrbПИБ с полистирольными и поли(пара-метилстирольными) концевыми блоками.
Таблица 1
Идентиф. № образца
Концевой блок (КБ)
Содержание КБ (мас.%)
Остаточный мономер (м.д.)
Примечание
Kaneka 073Т
ПС
30
3,10
Коммерческий триблок SIBS
Kaneka 103Т
ПС
34
15,32
Коммерческий триблок SIBS
05DNX120
ПС
29,4
2,89
Очищенный (по описанной здесь методике)
05DNX120
ПС
29,4
8,18
Очищенный (по описанной здесь методике) + центрифугированный
05DNX130
ПС
34,3
2,85
Очищенный
06DNX040
поли-п-Ме St
31
408
Коагулированный + сжатый при 100°С
06DNX040
поли-п-Ме St
31
229
Коагулированный + сжатый при 180°С
06DNX040
поли-п-Ме St
31
224
Выдавленный под вакуумом
06DNX040
поли-п-Ме St
31
15
Очищенный (по описанной здесь методике)
06DNX040
поли-п-Ме St
31
0
Очищенный (по описанной здесь методике)
Экстракция в аппарате Сокслета образца 06DNX120, очищенного в соответствии с описанными способами
(1) Метилэтилкетон МЭК (для удаления ПС)
Образец (приблизительно 10 грамм) нарезают на кусочки и помещают в насадку Сокслета. После этого 200 мл метилэтилкетона (Fluka≥99,5%-ный (ГХ). К3520-16/4/201 чистотой ч.д.а.) помещают в круглодонную колбу. Проводят экстракцию и растворителю дают возможность пройти через образец 10 раз. Экстрагированный образец помещают в чашку Петри и высушивают в вакуумной печи, установив температуру 50°С, до тех пор, пока не достигнут постоянной массы. Экстрагируют три образца.
(2) Гексан Нх (для удаления ПИБ)
Образец (приблизительно 10 грамм) нарезают на кусочки и помещают в насадку Сокслета. После этого 200 мл Нх - Polskie odczynniki chemiczne S.A (серийный №0178/07/04, каталожный №466400426) помещают в круглодонную колбу. Растворителю дают возможность пройти через образец 10 раз. Экстрагированный образец помещают в чашку Петри и высушивают в вакуумной печи при уставочной температуре 50°С, до тех пор, пока не достигнут постоянной массы. Экстрагируют три образца.
(3) Этанол ЕtOН (для удаления полярных соединений)
Образец (приблизительно 10 грамм) нарезают на кусочки и помещают в наконечник Сокслета. Затем 200 мл этанола (от РОСН, 96%-ный, чистотой ч.д.а., каталожный №396420113) помещают в круглодонную колбу. Растворителю дают возможность пройти через образец 12 раз. Экстрагированный образец помещают в чашку Петри и высушивают в вакуумной печи при уставочной температуре 50°С, до тех пор, пока не достигнут постоянной массы. Экстрагируют три образца.
w
После проведения вышеуказанной экстракции экстрагируемые соединения не обнаружены в пределах экспериментальной ошибки (потеря в массе < 0,3 мас.%). Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение образца до и после экстракции остаются без изменений - М=203,100 г/моль (до 204,300 г/моль), ММР=1,45 (до 1,41).
Хотя изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, подробно раскрытые в этом документе, тем не менее в других вариантах осуществления могут быть достигнуты те же самые или схожие результаты. Вариации и модификации изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники, и подразумевается, что изобретение охватывает все такие модификации и эквиваленты.