Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер



Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер
Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер
Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер
Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер
Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер

 


Владельцы патента RU 2459834:

Общество с ограниченной ответственностью "ПЕНТА-91" (RU)

Изобретение относится к способу получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер для использования в биохимии и медицине, в частности для создания иммунодиагностических тест-систем. Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер в виде водной суспензии характеризуется тем, что раствор в винильном мономере поверхностно-активного вещества - α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана, содержащего от 6 до 60 силоксановых звеньев и взятого в количестве 0,5-1,9%, или его смеси с полиоксиалкиленполисилоксаном формулы

где m=8-64, n=4-8, p=15-20, q=15-20, в количестве 0,9-2,6% от массы мономера, интенсивно перемешивают в бидистиллированной воде в атмосфере инертного газа при нагревании смеси до 50-75°С и объемном соотношении мономер:вода в пределах 1:(2-9), с предварительным добавлением в реакционную массу 0,8-1,3% (от массы мономера) радикальных инициаторов полимеризации - смеси персульфата калия с динитрилом азо-бис-изомасляной кислоты или перекисью бензоила, для образования прямой эмульсии с последующей полимеризацией в течение 2-5 часов под действием инициатора капель мономера в полимерные частицы, при повышении температуры на 10°С за час до окончания процесса. Технический результат изобретения - создание способа получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер с концентрацией карбоксильных групп на поверхности микросфер (3,4-138,1)×10-3 мг-экв./м2, отвечающих требованиям, предъявляемым к носителям иммунореагентов, суспензия устойчива в физиологических растворах. Конверсия мономера без образования коагулюма составляет 100%. 5 ил., 11 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области высокомолекулярных соединений, а именно способу получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер, в т.ч. латексов, которые могут быть использованы в биохимии и медицине, в частности для создания иммунодиагностических тест-систем.

До настоящего времени был разработан способ получения полимерной суспензии, содержащей карбоксильные группы на поверхности частиц, методом безэмульгаторной сополимеризации стирола с метакриловой, акриловой, итаконовой кислотами (Успехи химии. 1991 г., т.60, №2, стр.398-429). Полученный латекс предлагалось использовать в качестве носителя иммунореагентов.

Однако при сополимеризации карбоксильные группы распределялись не только на поверхности микросфер, но и в объеме, что снижало эффективность иммунохимических реакций. Устранение этого недостатка потребовало постепенного добавления метакриловой кислоты в реакцию, что, в свою очередь, отрицательно влияло на воспроизводимость результатов.

Известен патент РФ 2164919 1998 года, защищающий способ получения полимерной суспензии с карбоксилированной поверхностью частиц методом безэмульгаторной полимеризации винильного мономера, одного или смеси, в водно-щелочной среде в присутствии карбоксилсодержащего инициатора 4,4'-азо-бис-(4-цианвалериановой) кислоты (ЦВК). При этом в исходную реакционную смесь дополнительно вводили соль или их смеси, способствующие образованию буферных растворов в области щелочных значений pH при их концентрации 0,005-0,150 M в расчете на водную фазу. Основная цель изобретения - получение монодисперсного полимерного латекса для использования в качестве носителя иммунореагентов.

Латекс, полученный данный способом, содержал полимерные карбоксилированные микросферы, однако концентрацию карбоксильных групп на поверхности было сложно регулировать из-за неупорядоченной ориентации концевых групп полимера. При этом следует отметить высокую стоимость ЦВК.

В польских патентах №162445 и №162446, опубликованных в начале 90-х гг. XX века, защищены способы получения монодисперсной полистирольной суспензии в присутствии не растворимого в воде ПАВ - ди-n-толил-o-карбалкоксифенил-карбинола (ДТК). Недостаток способов - образование устойчивой суспензии полистирола возможно только при весьма ограниченном соотношении фаз, что сужает диапазон диаметров получаемых микросфер.

Использование кремнийорганических соединений, в частности не растворимого в воде олигодиметилсилоксана с одной концевой карбоксиэтильной группой, в качестве поверхностно-активного стабилизатора для получения устойчивой полистирольной суспензии относится к началу 90-х годов XX в. (Доклады Академии Наук, 1994, т.334, №1, стр.57-59). Согласно описанию процесса олигомер растворяют в стироле и перемешивают раствор с водой с образованием прямой эмульсии. При инициировании полимеризации стирола, например, гидроперекисью изопропилбензола получают стабильную суспензию полимера, дисперсные частицы которого имеют сферическую форму, узкое распределение частиц по размерам уже на ранних стадиях полимеризации и практически не коагулируют. Устойчивость суспензии достигается за счет формирования прочного межфазного слоя из молекул образующегося полистирола и кремнийорганического олигомера. Однако при синтезе данного ПАВ в качестве одного из реагентов используется вещество, технология получения которого довольно сложна и требует применения металлического натрия.

В 2010 году опубликована статья в журнале «Высокомолекулярные соединения», серия Б, том 52, №9, стр.1689-1695, с описанием способа синтеза полистирольных суспензий в присутствии не растворимого в воде α,ω-бис-(10-карбоксидецил)-полидиметилсилоксана, содержащего 30 силоксановых звеньев, под действием радикального инициатора при нагревании до 80°C. При этом соотношение дисперсной и водной фаз составляло от 1:2 до 1:9.

Приведенный способ не позволяет регулировать концентрацию карбоксильных групп при заданном диаметре полистирольных частиц, а максимальная конверсия мономера за 5 часов не превышает 85% (см. рис.2, 4). Кроме того, при высоком отношении мономера к воде 1:(2-4) наблюдается образование коагулюма.

Задача предлагаемого изобретения - разработать эффективный способ получения монодисперсных функциональных микросфер регулируемого диаметра без указанных недостатков.

В результате научных исследований разработан технологичный способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер на основе винильных мономеров (метилметакрилата (ММА), н-бутилакрилата, стирола, винилацетата и хлоропрена). Процесс проводят в присутствии не растворимого в воде ПАВ - α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с числом силоксановых звеньев от 6 до 60 или его смеси с полиоксиалкиленполисилоксаном формулы

(где m=8-64, n=4-8, р=15-20, q=15-20)

при содержании ПАВ или смеси соответственно 0,5-1,9 и 0,9-2,6% от массы мономера и объемном соотношении дисперсной фазы к бидистиллированной воде 1:(2-9). ПАВ или смесь предварительно растворяют в мономере. Способ осуществляют под действием радикальных инициаторов - смеси персульфата калия с динитрилом азо-бис-изомасляной кислоты или перекисью бензоила в количестве 0,8-1,3% от массы мономера в атмосфере инертного газа при одновременном нагревании до 50-75°C и интенсивном перемешивании с образованием прямой эмульсии с последующей полимеризацией течение 2-5 часов под действием инициатора капель мономера в полимерные частицы при повышении температуры на 10°C за час до окончания процесса для достижения полной конверсии мономера. Получают стабильную суспензию полимерных микросфер диаметром 0,13-0,65 мкм и узким распределением частиц по размерам (коэффициент дисперсности Dw/Dn=1,008-1,027). Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет (3,4-138,1)×10-3 мг-экв./м2. Суспензия устойчива в физиологических растворах (0,15-0,25 M).

Агрегативная устойчивость полимерных микросфер обеспечивается за счет образования ПАВами на поверхности частиц плотного адсорбционного слоя, в котором концентрируются практически все карбоксильные группы, что обеспечивает высокую концентрацию функциональных групп на поверхности микросфер, достаточную для создания диагностических тест-систем.

Размеры частиц полимерных суспензий определяли методом электронной сканирующей микроскопии на приборе "S-570" фирмы Hitachi.

Содержание карбоксильных групп на поверхности микросфер определяли после отмывки латекса от водорастворимых примесей кондуктометрическим титрованием по методике, приведенной в журнале J. Colloid. Polym. Sci. 1980, т.15, стр.2193.

Устойчивость полимерных суспензий в растворах электролита определяли методом титрования. Концентрацию электролита изменяли в диапазоне от 0,15 до 0,25 моль/л.

Конкретное осуществление способа проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1.

В реактор объемом 250 мл снабженный механической мешалкой, термометром и капилляром для продувки азотом, при интенсивном перемешивании загружают 160 мл бидистиллированной воды, 0,37 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 75°C, после чего добавляют 40 мл метилметакрилата с растворенными в нем 0,11 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты, 0,52 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 35 силоксизвеньев. При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при 75°C и интенсивном перемешивании в течение 1 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре еще в течение 1 часа до достижения конверсии ММА 100%. Образование коагулюма не наблюдается. Получают суспензию с диаметром частиц 0,50 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,019. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 35,8×10-3 мг-экв./м2.

Во всех последующих примерах конверсия мономера составила 100%, а образование коагулюма не наблюдалось.

Пример 2.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 160 мл бидистиллированной воды, 0,26 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 50°C, после чего добавляют 40 мл винилацетата с растворенными в нем 0,04 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты, 0,37 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 35 силоксизвеньев. При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при 50°C и интенсивном перемешивании в течение 1 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре еще в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,40 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,010. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 21,2×10-3 мг-экв./м2.

Пример 3.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 160 мл бидистиллированной воды, 0,4 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 75°C, после чего добавляют 40 мл стирола с растворенными в нем 0,07 г 0,04 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты, 0,69 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидаметилсилоксана с длиной цепи 30 силоксизвеньев и 0,25 г полиоксиалкиленполисилоксанового блок-сополимера формулы

При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при 75°C и интенсивном перемешивании в течение 4 ч, затем поднимают температуру на 10°С и выдерживают реакционную массу при этой температуре в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,58 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,018. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 54,7×10-3 мг-экв./м2.

Пример 4.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 160 мл бидистиллированной воды, 0,35 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 50°C, после чего добавляют 40 мл н-бутилакрилата с растворенными в нем 0,1 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты и 0,43 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 45 силоксизвеньев. При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при 50°C и интенсивном перемешивании в течение 2 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,37 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,020. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 17,2×10-3 мг-экв./м2.

Пример 5.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 160 мл бидистиллированной воды, 0,38 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 50°C, после чего добавляют 40 мл хлоропрена с растворенными в нем 0,11 г перекиси бензоила и 0,69 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 35 силоксизвеньев. При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при 50°C и интенсивном перемешивании в течение 2 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,35 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,020. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 31,9×10-3 мг-экв./м2.

Пример 6.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 200 мл бидистиллированной воды, 0,25 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 65°C, после чего добавляют 22 мл метилметакрилата с растворенными в нем 0,02 г перекиси бензоила и 0,33 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 60 силоксизвеньев. При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:9. Полимеризацию проводят при 65°C и интенсивном перемешивании в течение 3 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,4 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,017. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 19,7×10-3 мг-экв./м2.

Пример 7.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 200 мл бидистиллированной воды, 0,14 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 75°C, после чего добавляют 22 мл стирола с растворенными в нем 0,02 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты и 0,12 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 40 силоксизвеньев и 0,06 г полиоксиалкиленполисилоксанового блок-сополимера формулы

При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:9. Полимеризацию проводят при 75°C и интенсивном перемешивании в течение 4 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,40 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,014. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 9,4×10-3 мг-экв./м2.

Пример 8.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 130 мл бидистиллированной воды, 0,49 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 75°C, после чего добавляют 65 мл метилметакрилата с растворенными в нем 0,12 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты, 0,67 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 30 силоксизвеньев и 0,06 г полиоксиалкиленполисилоксанового блок-сополимера формулы

При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:2. Полимеризацию проводят при 75°C и интенсивном перемешивании в течение 1 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,65 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,009. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 40,3×10-3 мг-экв./м2.

Пример 9.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 200 мл бидистиллированной воды, 0,19 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 60°C, после чего добавляют 22 мл метилметакрилата с растворенными в нем 0,04 г перекиси бензоила и 0,39 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 6 силоксизвеньев. При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:9. Полимеризацию проводят при 60°C и интенсивном перемешивании в течение 3 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,40 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,018. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 138,1×10-3 мг-экв./м2.

Пример 10.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 200 мл бидистиллированной воды, 0,21 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 75°C, после чего добавляют 22 мл метилметакрилата с растворенными в нем 0,04 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты и 0,1 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидаметилсилоксана с длиной цепи 40 силоксизвеньев, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:9. Полимеризацию проводят при 75°C и интенсивном перемешивании в течение 1 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре еще в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,15 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,016. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 3,4×10-3 мг-экв./м2.

Пример 11.

В реактор по примеру 1 при интенсивном перемешивании загружают 200 мл бидистиллированной воды, 0,21 г персульфата калия и дегазируют раствор током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 75°C, после чего добавляют 22 мл метилметакрилата с растворенными в нем 0,04 г динитрила азо-бис-изомасляной кислоты и 0,25 г α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана с длиной цепи 10 силоксизвеньев. При этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:9. Полимеризацию проводят при 75°C и интенсивном перемешивании в течение 1 ч, затем поднимают температуру на 10°C и выдерживают реакционную массу при этой температуре еще в течение 1 часа. Получают суспензию с диаметром частиц 0,13 мкм и коэффициентом дисперсности Dw/Dn=1,011. Концентрация карбоксильных групп на поверхности микросфер составляет 21,1×10-3 мг-экв./м2.

Микрофотографии полимерных частиц, полученных по примерам 1-5, показаны на рис.1-5.

Способ получения монодисперсных карбоксилированных полимерных микросфер в виде водной суспензии, характеризующийся тем, что раствор в винильном мономере поверхностно-активного вещества - α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксана, содержащего от 6 до 60 силоксановых звеньев и взятого в количестве 0,5-1,9%, или его смеси с полиоксиалкиленполисилоксаном формулы

где m=8-64, n=4-8, p=15-20, q=15-20 в количестве 0,9-2,6% от массы мономера, интенсивно перемешивают в бидистиллированной воде в атмосфере инертного газа при нагревании смеси до 50-75°С и объемном соотношении мономер:вода в пределах 1:(2-9), с предварительным добавлением в реакционную массу 0,8-1,3% (от массы мономера) радикальных инициаторов полимеризации - смеси персульфата калия с динитрилом азо-бис-изомасляной кислоты или перекисью бензоила, для образования прямой эмульсии с последующей полимеризацией в течение 2-5 ч под действием инициатора капель мономера в полимерные частицы, при повышении температуры на 10°С за час до окончания процесса.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу полимеризации, в котором, по меньшей мере, один пероксид с периодом полураспада от 1 час до 0,001 час при температуре полимеризации в момент добавления дозируют в реакционную смесь при температуре полимеризации и в котором, по меньшей мере, в течение части периода дозирования пероксида i) охлаждающее устройство реактора поддерживают по существу при максимальной охлаждающей способности и ii) активно регулируют добавляемое количество инициатора при помощи регулятора температуры, достигая, таким образом, температуры полимеризации и поддерживая ее в пределе 0,3°С или ниже от указанной желаемой температуры полимеризации.
Изобретение относится к области химии полимеров, а именно к способу получения мелкодисперсного сыпучего политетрафторэтилена с высокой удельной поверхностью. .

Изобретение относится к способам полимеризации этилен-ненасыщенных мономеров в присутствии свободных радикальных инициаторов, включающий следующие стадии: стадию пероксидации, на которой получают водную смесь, включающую диацилпероксид формулы (I) взаимодействием одного или нескольких галогенангидридов кислоты формулы (II) с i) MOOH/M2O2 , где М представляет любой металл или аммонийсодержащую группу, которая будет взаимодействовать с Н2О 2 с образованием МООН/М2О 2 без разложения одного или нескольких пероксидов, присутствующих в процессе, предпочтительно М выбран из группы, состоящей из аммония, натрия, калия, магния, кальция и лития, и/или ii) одной или несколькими перкислотами формулы (III) или с их М солями, в водной фазе.

Изобретение относится к водным эмульсиям диацильных и/или пероксодикарбонатных пероксидов, включающим защитный коллоид, неионный эмульгатор и антифриз. .
Изобретение относится к водной эмульсии органической перекиси, содержащей антифриз, защитный коллоид и от 0,5 до 3 мас.% пластификатора в расчете на общую массу эмульсии.
Изобретение относится к способу, при котором пероксиды дозируют в полимеризационную смесь, и в основном весь органический пероксид, который используют в процессе полимеризации, имеет период полураспада от 0,05 часов до 1,0 часа при температуре полимеризации, в результате которой получают (со)полимер, содержащий менее 50 частей по массе остаточного пероксида в расчете на один миллион частей по массе (со)полимера, при измерении сразу же после полимеризации и высушивании (со)полимера в течение 1 часа при 60°С.

Изобретение относится к органической химии, а именно к синтезу перфорированного диацилпероксида, конкретно перфтор-2-метил-3-оксагексаноилпероксида, используемого в качестве инициатора радикальной сополимеризации фторированных олефинов.

Изобретение относится к способу улучшения прочности при плавлении полипропилена, включающему стадии смешивания полипропилена с, по крайней мере, одним пероксодикарбонатом; взаимодействия указанных полипропилена и пероксодикарбоната при температуре от 150 до 300oС при условии, что пероксодикарбонат не имеет форму водной дисперсии в полярной среде, при этом, по крайней мере, 90 мас.

Изобретение относится к новым соединениям, таким как поли(монопероксикарбонаты) общей структуры А где R, R1 и n определены в кратком изложении сущности изобретения, такие, как 1,1,1-трис(трет-бутилпероксикарбонилоксиметил)этан, промежуточные соединения для их получения, а также способы их получения и применения.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений и, в частности, к получению суспензионного поливинилхлорида (ПВХ), широко используемого при производстве различных изделий: труб, пленочных материалов, линолеума, кабельного пластиката.

Изобретение относится к способу получения блоксополимеров на основе винилароматических мономеров и мономеров, производных от (мет)акриловой кислоты. .

Изобретение относится к области получения гидроксилсодержащих телехелатных олигодиенов путем радикальной полимеризации диолефиновых углеводородов с использованием бифункциональных азонитрильных инициаторов.

Изобретение относится к способу получения гомополимеров и сополимеров этилена, имеющих широкое молекулярно-массовое распределение. .
Наверх