DK151036B - Stabil latex af styrenhomo- og -copolymere samt anvendelse heraf til fiksering af proteiner - Google Patents

Description

151036.

i

Den foreliggende opfindelse angår en latex bestående af en vandig dispersion af partikler af homo- eller copolymere af styren eller styren-derivater med endestillede grupper med formlen: m0 og med en partikeldiameter på mellem 0,05 og 3 yjm.

Den omhandlede latex er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte.

Der kendes fremgangsmåder til fremstilling af styren-polymere med terminale grupper af ovennævnte art ved massepolymerisation af styren i nærvær af et kædeoverføringsmiddel, såsom aminophenyldisulfid, men udbytterne er meget små, og den polymere skal opløses og fældes for at renses, før den kan opnås i form af korn.

Fra Chemical Abstracts 1968, bind 69, nr. 87.866 h, kendes latexer af styren-butadien-copolymere, hvilke latexer er fremstillet ved emulsionspolymerisation af de monomere under anvendelse af kædeoverføringsmidler, der indeholder mercapto- og N^-grupper og således bibringer disse copolymere terminale aminophenylsulfid-grupper.

Der er imidlertid tale om en kautsjuk, dvs. en polymer med et forhøjet indhold af butadien. En sådan polymer har en glasovergangstemperatur, der altid er lavere end 0°C, og den har form af en kautsjukmasse, der koagulerer ved polymerisation.

I modsætning hertil har polymerpartiklerne i den omhandlede latex en glasovergangstemperatur på mindst 20°C, og 151036 2 de falder således ikke ind under definitionen på en kautsj uk.

Man kender endvidere polybutadienlatexer med terminale grupper af den nævnte art, der fremstilles ved emulsions-polymerisation af butadien i nærvær af et kædeoverføringsmiddel, såsom aminophenyldisulfid og en organo-opløselig initiator. Imidlertid fører en overføring af denne polymerisationsmetode til styrenmonomere til (1) langsomme emulsionspolymerisationer, under hvilke det ofte er nødvendigt at dispergere kædeoverføringsmidlet ved hjælp af et opløsningsmiddel, (2) en sekundær massepolymerisation af størstedelen af styrenmonomeren og (3) små udbytter under opnåelse af instabile latexer.

De omhandlede produkter har ikke disse ulemper, idet de er mekanisk stabile og lagerstabile dispersioner.

Deres fremstilling er simpel, og polymerisationen kræver ikke tilstedeværelse af opløsningsmiddel ved indføring af kædeoverføringsmiddel. Desuden sker der ikke nogen sekundær massepolymerisation, og udbytterne er gode.

Polymerpartiklerne, hvis middeldiameter som nævnt er 0,05 - 3 ^jm, fortrinsvis 0,1 - 1 yjm, udgør i reglen 1 - 70, fortrinsvis 5-50 vægt-procent af den omhandlede latex. Imidlertid kan denne latex være fortyndet uden ulemper for stabiliteten.

\led styrenpolymere forstår man her homopolymere af styren eller derivater deraf, såsom methylstyren, vinyltoluen, ethylstyren, samt copolymere af styren og dettes derivater med copolymeriserbare vinyliske monomere, såsom alkylacrylater og -methacrylater med 1-10 carbonatomer i alkylgruppen, acryl- og metha- 151036 3 crylnitril eller butadien og derivater deraf. Denne comonomer kan udgøre indtil 90 vægt-procent af copolymeren, fortrinsvis under 50 vægt-procent, så længe glasovergangstemperaturen er over 20°C.

Til opnåelse af en latex ifølge opfindelsen foretager man polymerisationen af styrenforbindelsen alene eller i blanding med en af de ovennævnte vinyliske eller dieniske monomere i vandig emulsion i nærvær af 0,1 -10 vægt-procent, beregnet på den monomere, af et kædeoverføringsmiddel bestående af et aminophenyldisulfid eller en aminophenylmercaptan, samt mindst ét emulgeringsmiddel og mindst én vandopløselig diazo-initiator.

De monomere indføres helt eller delvis før polymerisationens begyndelse, idet den supplerende del indføres i successive fraktioner eller kontinuerligt i løbet af polymerisationen. De monomere kan også indføres under polymerisationen i successive fraktioner eller kontinuerligt. Indføringsmetoden bestemmes af den middelpartikelstørrelse af latexen, som man ønsker at opnå.

Kædeoverføringsmidler af typen aminophenyldisulfid eller aminophenylmercaptan er især repræsenteret af o,o'-dithiobis-anilin, p,p'-dithio-bis-anilin, 2-mercaptoanilin, 3-mercaptoanilin og 4-mercaptoanilin.

Et sådant middel anvendes i reglen i opløsning i den eller de monomere og som nævnt i mængder på 0,1 - 10, fortrinsvis 0,5 - 5 vægt-procent af den eller de monomere.

Emulgeringsmidlet kan være anionisk og/eller kationisk og/eller ikke-ionisk. Man kan anvende de klassiske produkter til emulsionspolymerisation. Blandt de anioniske 151036 4 midler kan især nævnes fedtsyresalte, alkalimetal-glkyl-sulfater, -alkylsulfonater, -alkylarylsulfonater, -alkylsulfosuccinater og -alkylphosphater, alkylsul-fosuccinater, sulfonater af alkylphenolpolyglycolethere, salte af estere af alkylsulfopolycarboxylsyrer, kondensationsprodukter af fedtsyrer med oxy- og aminoalkan-sulfonsyrer, sulfaterede derivater af polyglycolethere, sulfaterede estere af fedtsyrer og polyglycoler samt alkanolaminer af sulfaterede fedtsyrer.

Blandt de kationisk.e emulgeringsmidler kan nævnes alkyl-aminer og disses vandopløselige salte, opløselige salte af alkylaminer, der er N-substituerede :;med alkyl- og/eller alkylaryl- og/eller hydroxyalkylgrupper. Blandt de ikke-ioniske emulgeringsmidler kan nævnes fedtsyreestere polyalkoholer, alkanolamider af fedtsyrer, polyethyl-enoxider, poly(ethylen-propylen)oxid samt oxyethylerede alkylphenoler.

Den anvendte mængde emulgeringsmiddel er af størrelsesordenen 0,05 - 10 vægt-procent i forhold til den eller de monomere, og indføringen foretages helt eller delvis før polymerisationen, idet den supplerende mængde sættes til reaktionsmediet under polymerisationen i form af successive fraktioner eller kontinuerligt, afhængigt af den ønskede middelpartikeldiameter for latexen.

Blandt vandopløselige diazo-initiatorer kan nævnes sulfonerede azonitriler som beskrevet i fransk patent-skrift nr. 1.233.582, blandt hvilke man især kan nævne azo-bis-(isobutyronitrilnatriumsulfonat), azo-bis-(α-methylbutyronitril-natriumsulfonat), azo-bis-(a-methyl-p-ethoxycarbonylbutyronitril-natriumsulfonat), carboxylerede azonitriler, såsom 4,4'-azo-bis-(4-cyanopentancarboxylsyre) og salte deraf, azo-bis-alkyl-amidiniumsalte, såsom a,a-azo-bis-isobutyramidinium-chlorid, og azo-bis-N,N'-dimethylenisobutyramidinium-chlorid.

151036 5

Initiatoren, der anvendes i mængder på 0,01 - 3 vægtprocent, fortrinsvis 0,1 - 1 vægt-procent i forhold til den eller de monomere, indføres helt eller delvis før polymerisationen, mens den resterende mængde sættes til reaktionsmediet i løbet af polymerisationen i successive fraktioner eller kontinuerligt, især når levetiden af initiatoren ved polymerisationstemperaturen er kort.

Den anvendte mængde vand ved polymerisationen bør være en sådan, at koncentrationen af den eller de monomere er 1 - 70, fortrinsvis 5-50 vægt-procent.

Polymerisationstemperaturen, der er en funktion af den anvendte initiator, er mellem 20 og 100°C, fortrinsvis mellem 40 og 90°C.

De omhandlede latexer er især anvendelige til fiksering af proteiner på den polymere gennem covalente kemiske bindinger. De opnåede latexer af polymer-protein-komplex-erne kan så anvendes til rensning af andre proteiner eller som diagnostiske reagenser.

Opfindelsen illustreres nærmere ved de nedenstående eksempler, hvor alle angivelserne er vægtdele.

EKSEMPEL 1 I en reaktionsbeholder indføres 300 dele demineraliseret vand, 3,8 dele cetyltrimethylammoniumchlorid, 100 dele styren og 1 del p,p'-dithio-bis-anilin.

Luften fjernes ved gennemledning af en nitrogenstrøm, hvorpå reaktionsblandingen opvarmes til 50°C under omrøring, og denne temperatur opretholdes under hele aktionen.

151036 6 Når blandingen når 50°C, tilsættes 0,13 dele αι,α'-azo-bis-isobutyramidiniumchlorid, og man lader blandingen polymerisere i 22 timer, hvorpå blandingen afkøles.

Man opnår ved en omdannelsesgrad på 80 vægt-procent en latex, hvis partikelkoncentration er 20 vægt-procent.

Disse partikler har en middeldiameter på 0,1 yjm.

Efter seks måneders henstand indeholder den opnåede latex intet flokkulat, hvilket viser dens gode lagerstabilitet .

En del af latexen koaguleres, og den opnåede polymer tørres, hvorpå den i tre omgange opløses i benzen og udfældes fra methanol. På den fraseparerede polymer bestemmer man glasovergangstemperaturen Tg i et apparat af typen Du Pont-DSC 990, der er forsynet med en referencecelle af korund, under argonatmosfære med en lineær temperaturstigning på 20°C/min. Man bestemmer ligeledes aminogrupperne ved opløsning af en kendt vægt af polymeren i en blanding af benzin og eddikesyre, hvorpå man titrerer opløsningen med perchlorsyre, der er indstillet med caliumhydrogenphthalat. Bestemmelsen foretages potentiometrisk.

Tg er 82°C. Polymeren indeholder 2 x 10-5 mol -Nh^ pr. gram.

EKSEMPEL 2

Man går frem som i eksempel 1, idet man dog anvender 3,5 dele natriumlaurylsylfat i stedet for de 3,8 dele cetyltrimethylammoniumchlorid og 0,2 dele azo-bis-(a-methylbutyronitril-natriumsulfonat) i stedet for det anvendte amidiniumchlorid.

Omdannelsesgraden er 90 vægt-procent.

151036 7

Latexkoncentrationen er 23 vægt-procent.

Middelpartikeldiameteren er 0,1 yjm, lagerstabiliteten er over seks måneder, og polymeren har Tg 85°C og indeholder 2,2 x 10 5 mol -NH2 pr. gram.

EKSEMPEL 3 I en reaktionsbeholder indføres 1000 dele vand, 7 dele dihexylsulfosuccinat, 100 dele styren og 2,3 dele p,p'-dithio-bis-anilin.

Luften fjernes ved gennemledning af en nitrogenstrøm, hvorpå reaktionsblandingen opvarmes til 70°C under omrøring, og denne temperatur holdes under hele reaktionen.

Når blandingen når 70°C, tilsættes 1,1 dele azo-bis-(cu-methylbutyronitril-natriumsulfonat), og man lader blandingen polymerisere i 22 timer, hvorpå den afkøles.

Til sammenligning gentages forsøget uden ρ,ρ'-dithio-bis-anilin.

De opnåede resultater fremgår af nedenstående tabel.

151036 8 i— i n -.- Sammen-

Eksempel 3 lignlng

Omdannelsesgrad, vægt-procent 80 87

Latexkoncentration, vægt-procent 7 7,3

Middelpartikeldiameter, ^um 0,3 0,2

Stabilitet af latex, 6 måneder > >

Polymer: Μη* 10.200 188.000

Mw** 19.000 541.000

Tg, °C 80 97

Indhold af -NH2> mol/g 10 x 10-5 0 * Mn = middelmolekylvægt' udtrykt som antalsmiddelværdi ** Mvi - middelmolekylvægt udtrykt som vægtmiddeltal · bestemt ved gelpermeationskromatografi.

Forskellene mellem molekylvægtene og Tg for det omhandlede produkt og produktet opnået i sammenligningseksemplet viser, at ρ,ρ'-dithio-bis-anilin rent faktisk har spillet en rolle som kædeoverføringsmiddel og har bundet sig til den polymere.

EKSEMPEL 4-7

Der er foretaget yderligere forsøg i overensstemmelse med eksempel 3, men med forskellige andre monomere, idet man anvendte 1 del ρ,ρ'-dithio-bis-anilin i stedet for 2,5 dele som i eksempel 3.

De anvendte monomere og de opnåede resultater fremgår af den nedenstående tabel: 151036 9

Monomere Vægt-% Omdannel- Latex- Part- Tg NH„-ind- sesgrad, kone. diam. °C hold vægt-% vægt-% yum mol/g

Eks. 4 Styren 80 88 8,2 0,18 25 9,2"10-5

Butadien 20

Eks. 5 Styren 20 63,5 6,5 0,1 100 9,5-10-5

Methyl- 80 methaerylat

Eks. 6 Vinyltoluen 50 92,5 8,9 0,1 27 8,9-10-5

Eks. 6 Butyl- 50 acrylat

Eks. 7 Vinyltoluen 45 50 5,7 0,15 55 13,5-10-5

Ethylacry-lat 55

Claims (3)

151036 Patentkrav :

1. Latex bestående af en vandig dispersion af partikler af homo- eller copolymere af styren eller styren-derivater med endestillede grupper med formlen: og med en partikeldiameter på mellem 0,05 og 3yum, kendetegnet ved, at den er fremstillet ved i vandig emulsion at polymerisere styren eller et styren-derivat, eventuelt i blanding med en copolymeriserbar vinylisk eller dienisk monomer valgt blandt acryl- eller methacryl-nitril, alkylacrylater og alkylmethacrylater med 1-10 C-atomer i alkylgruppen samt butadien og derivater deraf, hvorhos den anvendte mængde af sådanne monomere kan udgøre op til 90 vægt-?i af monomer-blandingen, i nærværelse af 0,1 - 10 vægt-% af et kædeoverføringsmiddel bestående af et aminophenyldisulfid eller en aminophenylmercaptan, 0,05 -10 vægt-% af mindst et anionisk, kationisk eller ikke-ionisk emulgeringsmiddel og 0,01 - 3 vægt-% af en vandopløselig diazo-initiator bestående af en sulfoneret eller carboxy-leret azonitril eller et azo-bis-alkylamidiniumsalt, hvilke vægtmængder er beregnet på mængden af den eller de monomere, idet monomerkoncentrationen i reaktionsmediet er 1 - 70 vægt-% og polymerisationstemperaturen er 20 - 100°C, og at partiklerne i dispersionen har en glasovergangstemperatur på over 20°C.

2. Latex ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som styren-derivat er anvendt methylstyren, vinyltoluen eller ethylstyren.

3. Anvendelse af en styrenpolymerlatex ifølge krav 1, eller 2 til fiksering af proteiner.