JP2017513968A - 生分解性架橋ポリマー - Google Patents

Abstract

アルデヒド反応性官能基を有するポリマーとポリアルデヒドとの反応生成物である生分解性架橋ポリマーであって、アルデヒド反応性官能基を有するポリマーが生分解性構造体を含むか、またはポリアルデヒドが生分解性構造体を含む、生分解性架橋ポリマー。【選択図】なし

Description

本発明は、ポリアルデヒド及びアルデヒド反応性基を有するポリマーから作製される生分解性架橋ポリマーに関する。

米国公開第２０１１／０３１３０９１号は、ポリアルデヒド、またはそのアセタールもしくはヘミアセタール、及びポリカルバメートから作製されるポリマーを開示している。しかしながら、この参考文献は、本方法によって作製される生分解性ポリマーを開示していない。

アルデヒド反応性官能基を有するポリマーとポリアルデヒドとの反応生成物である生分解性架橋ポリマーであって、前記アルデヒド反応性官能基を有するポリマーが生分解性構造体を含むか、または前記ポリアルデヒドが生分解性構造体を含む、生分解性架橋ポリマー。

別途指定されない限り、すべての温度は℃単位であり、すべてのパーセントは重量パーセント（ｗｔ％）である。別途指定されない限り、すべての反応は、室温（２０〜２５℃）で行われる。「（メタ）アクリレート」という用語は、アクリレートまたはメタクリレートを意味する。

アルデヒド反応性官能基は、アルデヒド官能基と反応することができるものである。その反応は、触媒の存在下で、好ましくは１１０℃以下、好ましくは９０℃以下、好ましくは７０℃以下、好ましくは５０℃以下の温度で生じ得、好ましくは、この温度は、少なくとも０℃、好ましくは少なくとも１０℃である。好ましいアルデヒド反応性官能基としては、例えば、カルバメート、アミン、尿素、アミド、及びアルコールが挙げられる。ポリアルデヒドは、少なくとも２個のアルデヒド基またはそのアセタールもしくはヘミアセタールを有する化合物である。「ポリアルデヒド」という用語は、アルデヒドモノマーを自己重合させることによって作製されたポリマー物質を意味するようには本明細書では使用されていない。好ましくは、アルデヒド反応性官能基を有するポリマー及びポリアルデヒドは有機物質であり、すなわち、これらは、炭素及び水素、任意に非金属ヘテロ原子（例えば、酸素、窒素、及び硫黄等）を含有し、微量レベルを超える金属元素を含有せず、好ましくは、有機物質は、炭素、水素、窒素、及び酸素のみを含有する。

生分解性構造体は、有機化学物質の生分解性に関するＯＥＣＤ試験ガイドラインの基準または促進バイオリアクタ埋立地条件下でのプラスチックの好気的分解及び嫌気的生分解を決定するためのＡＳＴＭ Ｄ７４７５標準試験法の基準のいずれかを満たすものである。好ましくは、生分解性構造体は、生分解性ポリオール由来である。生分解性ポリオールの好ましい例としては、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）ポリオール、ポリ乳酸（ＰＬＡ）ポリオール、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）、ポリ（グリコリド−ｃｏ−トリメチレンカーボネート）ポリオール、ポリヒドロキシブチレートポリオール、ポリ（エチレングリコール）、（ＰＥＧ）ポリオール（プロピレングリコール（ＰＧ）とのコポリマー等）、エチレングリコールセグメントを有する脂肪族ポリエステルポリオール、ポリビニルアルコール及びそのコポリマー、ビニルピロリドンコポリマー、サッカリド開始ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンジオール、ペンタエリトリトール、トリメチロールプロパン、エトキシ化トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、エーテル酸素原子間に２〜６個の炭素原子を有するポリエーテルポリオール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ならびにマルチトールが挙げられるが、これらに限定されない。別の好ましい生分解性構造体は、ポリ酸、例えば、ポリメタクリル酸及びポリアクリル酸由来である。

好ましくは、アルデヒド反応性官能基を有するポリマーは、アルデヒド反応性官能基当たり８５〜３，０００、好ましくは１００〜１，８００の平均当量を有する。好ましくは、アルデヒド反応性官能基を有するポリマーは、ポリマー鎖当たり少なくとも２．５個、好ましくは少なくとも３個、好ましくは少なくとも４個、好ましくは少なくとも５個のアルデヒド反応性官能基を有する。好ましくは、アルデヒド反応性官能基を有するポリマーは、１００〜４０００、好ましくは２００〜２０００、好ましくは３００〜１５００の重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。

好ましくは、ポリアルデヒドの分子量は、５０〜４００、好ましくは１００〜３００、好ましくは１２０〜２００である。好ましくは、ポリアルデヒドは、２〜５個、好ましくは２〜４個、好ましくは２個のアルデヒド基を有する。好ましくは、ポリアルデヒドは、４〜２０個、好ましくは５〜１５個、好ましくは５〜１１個の炭素原子を有する。好ましくは、ポリアルデヒドは、Ｃ_５〜Ｃ_１１脂環式または芳香族ジアルデヒド、好ましくは、Ｃ_６〜Ｃ_１０脂環式または芳香族ジアルデヒド、例えば、（シス，トランス）−１，４−シクロヘキサンジカルボキシアルデヒド、（シス，トランス）−１，３−シクロヘキサンジカルボキシアルデヒド、及びそれらの混合物から選択される。好ましくは、ポリアルデヒドは、２５℃で水１ミリリットル当たり少なくとも０．０１５グラム、好ましくは少なくとも０．０５グラム、好ましくは少なくとも０．１グラム、好ましくは少なくとも０．２グラムのポリアルデヒドの水溶解度を有する。好ましい水溶性ポリアルデヒドとしては、例えば、グリオキサル及びグルタルアルデヒドが挙げられる。

好ましい一実施形態では、アルデヒド反応性官能基を有するポリマーは、カルバメート官能基を有するポリカルバメートである。そのようなポリマーの調製は、米国特許第２０１１／０３１３０９１号に記載されている。ポリカルバメートは、例えば、１つ以上のポリオールと非置換のカルバミン酸アルキルエステル（例えば、カルバミン酸メチル）または尿素との縮合生成物であり得る。好適なポリオールとしては、例えば、アクリルポリオール、飽和ポリエステルポリオール、アルキドポリオール、ポリエーテルポリオール、またはポリカーボネートポリオールのうちの１つ以上が挙げられ得る。好ましい一実施形態では、ポリオールは、少なくとも２．５、好ましくは少なくとも３、好ましくは少なくとも３．５、好ましくは５以下、好ましくは４．５以下の平均官能基数を有する。好ましくは、ポリカルバメートは、少なくとも１：１、好ましくは少なくとも１．２：１、好ましくは少なくとも１．４：１のカルバメート基とヒドロキシル基のモル比を有する。好ましくは、ポリカルバメートは、実質的にイソシアネートを含まず、すなわち、組成物中のカルバメート基とイソシアネート基の全モル数に基づいて、５モルパーセント（ｍｏｌ％）未満、好ましくは、３ｍｏｌ％未満、好ましくは、１ｍｏｌ％未満、好ましくは、０．１ｍｏｌ％未満のイソシアネート基しか有しない。イソシアネート基を含有する分子の存在または不在は、フーリエ変換赤外（ＦＴ−ＩＲ）分光法または^１３Ｃ−ＮＭＲ分光法によって容易に決定され得る。反応体を含有するイソシアネート基が用いられる場合、それから調製されたポリカルバメートは滴定されるか、またはイソシアネートクエンチ剤によって「クエンチ」されて、いかなる残留イソシアネート基もカルバメートまたはアミンに変換する。イソシアネートクエンチ剤として使用され得る化合物の例としては、例えば、水、水酸化ナトリウム、メタノール、ナトリウムメトキシド、及びポリオールが挙げられる。

好ましい一実施形態では、生分解性架橋ポリマーは、アルデヒド反応性官能基を有するポリマーの混合物から調製される。好ましい一実施形態では、生分解性架橋ポリマーは、ポリアルデヒド化合物の混合物から調製される。アルデヒド反応性官能基を有するポリマーの混合物は、例えば、生分解性構造体を含むポリマー及び生分解性構造体を含まないポリマーまたは非生分解性構造体を含むポリマーを含んでもよい。好ましくは、アルデヒド反応性官能基を有するポリマーは、１０〜１００ｗｔ％（ポリマー中の生分解性構造体及び非生分解性構造体の全重量に基づいて）、好ましくは少なくとも２５ｗｔ％、好ましくは少なくとも４０ｗｔ％、好ましくは少なくとも５０ｗｔ％、好ましくは少なくとも６０ｗｔ％、好ましくは少なくとも７０ｗｔ％の生分解性構造体を含む。好ましくは、生分解性架橋ポリマーの少なくとも１０ｗｔ％、好ましくは少なくとも２０ｗｔ％、好ましくは少なくとも３０ｗｔ％、好ましくは少なくとも４０ｗｔ％、好ましくは少なくとも５０ｗｔ％、好ましくは少なくとも６０ｗｔ％、好ましくは少なくとも７０ｗｔ％が生分解性である。

アルデヒド反応性官能基を有するポリマー及びポリアルデヒドの量は、好ましくは、５％〜９５％、好ましくは２０％〜８０％、好ましくは３０％〜７０％のアルデヒド官能基とアルデヒド反応性官能基のモル比を提供するように選択される。

本発明は、アルデヒド反応性官能基を有するポリマー及びポリアルデヒドを含む多成分組成物をさらに対象とする。好ましくは、組成物のポットライフを延ばすために、本多成分組成物は、硬化抑制剤をさらに含む。硬化抑制剤は、周囲硬化条件下で組成物から揮発する。好ましくは、硬化抑制剤は、水、アルコール、またはそれらの混合物、例えば、第一級または第二級アルコール等から選択される。

好ましくは、本多成分組成物は、ホルムアルデヒドを実質的に含まない。そのような組成物は、ホルムアルデヒドから作製された樹脂、例えば、アミノプラスト及びフェノールまたはレゾールホルムアルデヒド縮合物等を実質的に含まない。

好ましくは、触媒を使用して、アルデヒド反応性基を有するポリマーとポリアルデヒドの反応を促進する。触媒の例としては、例えば、ルイス酸（例えば、三フッ化ホウ素エーテラート）及びプロトン酸（すなわち、ブレンステッド酸）が挙げられる。好ましくは、触媒は、６以下のｐＫａを有するプロトン酸を含む。したがって、本発明の周囲温度硬化性組成物は、７．０以下のｐＨ、好ましくは、３から＜６のｐＨを有する。好ましいプロトン酸は、無機プロトン酸または有機プロトン酸である。好ましい無機プロトン酸は、リン酸または硫酸である。好ましい有機プロトン酸としては、カルボン酸、ホスホン酸、及びスルホン酸が挙げられる。好ましいカルボン酸は、酢酸、トリフルオロ酢酸、プロピオン酸、またはジカルボン酸である。好ましいホスホン酸は、メチルホスホン酸である。好ましいスルホン酸は、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、カンファースルホン酸、パラトルエンスルホン酸、またはドデシルベンゼンスルホン酸である。好適なルイス酸硬化触媒の例は、ＡｌＣｌ_３、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム（ＴＥＢＡＣ）、Ｃｕ（Ｏ_３ＳＣＦ_３）_２、（ＣＨ_３）_２ＢｒＳ^＋Ｂｒ⁻、ＦｅＣｌ_３（例えば、ＦｅＣｌ_３．６Ｈ_２Ｏ）、ＨＢＦ_４、ＢＦ_３．Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_３）_２、ＴｉＣｌ_４、ＳｎＣｌ_４、ＣｒＣｌ_２、ＮｉＣｌ_２、及びＰｄ（ＯＣ（Ｏ）ＣＨ_３）_２である。

この触媒は、支持されていなくても（固体支持体なし）、支持されていてもよく、すなわち、固体支持体に共有結合されていてもよい。支持触媒の例は、カチオン交換型ポリマー樹脂（例えば、エタンスルホン酸、２−［１−［ジフルオロ［（１，２，２−トリフルオロエテニル）オキシ］メチル］−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ］−１，１，２，２−テトラフルオロ−、ＮＡＦＩＯＮ ＮＲ ５０（Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．）の商標名で販売されている１，１，２，２−テトラフルオロエテンを有するポリマー、及びＡＭＢＥＲＬＹＳＴ １５（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ Ｃｏ．）として販売されているジエテニルベンゼンを有するエテニルベンゼンスルホン酸ポリマー）の酸形態等の支持酸触媒である。

好ましくは、この触媒は、本組成物中の固体の全重量に基づいて、本多成分組成物の０．００１ｗｔ％〜１０ｗｔ％、より好ましくは０．０１ｗｔ％〜５ｗｔ％、好ましくは０．１ｗｔ％〜２ｗｔ％、好ましくは０．３ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の量で使用される。

理論によって束縛されることなく、本出願者は、ポリアルデヒドとアルデヒド反応性基を有するポリマーの反応がアルデヒド基の２つのアルデヒド反応性基との置換をもたらし、アミナールまたはアセタールを生成する（アルデヒド反応性基がアルコールである場合）と考えている。あるエナミンは、アミナールまたはヘミアミナールからの除去によって形成され得る（１個のカルバメートまたは他の窒素含有官能基とポリアルデヒドとの生成物）。エナミンは、本ポリマーの架橋に寄与しない。アミナールまたはアセタールは、水の存在下で、特に高温（例えば、少なくとも４０℃）で加水分解されてアルデヒドに戻る可能性があり得る。加水分解は任意のｐＨで行われてもよいが、４〜９の範囲のｐＨが好ましい。このプロセスを使用して、生分解性架橋ポリマーの分解を促進することができる。本ポリマーを水で処理して加水分解した後（好ましくは少なくとも４０℃、好ましくは少なくとも６０℃の温度で）、結果として生じる塊は、既知の生分解プロセスまたは既知の化学的分解プロセスのいずれかによってさらなる分解を促進するように処理されてもよい。好ましい架橋ポリマーは、少なくとも１個のアミナール基、好ましくはジェミナルビス（ウレタン）基を有する。

この反応混合物は、１つ以上の可塑剤、１つ以上の充填剤、１つ以上の発泡剤、１つ以上の界面活性剤、１つ以上の着色剤、１つ以上の防腐剤、１つ以上の臭気遮蔽剤、１つ以上の難燃剤、１つ以上の殺生物剤、１つ以上の酸化防止剤、１つ以上の紫外線安定剤、１つ以上の酸掃去剤、１つ以上の帯電防止剤、１つ以上の発泡気泡核剤等の任意の成分を含有してもよい。

本発明の生分解性架橋ポリマーは、様々な物質、例えば、硬質発泡体、軟質発泡体、エラストマー、コーティング剤、接着剤、封止剤、及び生物医学的用途（縫合糸、制御薬物放出デバイス、及び組織工学等）において使用され得る。

好ましい一実施形態では、本発明は、アルデヒド反応性官能基を有するポリマー及びポリアルデヒド、ならびに−４０℃〜＋１０℃の範囲の沸点を有する発泡剤を含有する発泡剤組成物、ならびに反応触媒を含むポリマー噴霧発泡体系を使用して作製される硬質発泡体である。好ましくは、この発泡体系は、少なくとも２つの構成成分を含み、本ポリマー、ポリアルデヒド、及び触媒は同一の構成成分中に存在しない。

これらの構成成分を組み合わせるステップは、好ましくは、静的混合機、衝突混合機、または他の好適な混合機を含む任意の好適な混合機を使用して実行される。

これらの構成成分を組み合わせるステップが好ましくは実行され、典型的には発熱であり、室温またはわずかに高い温度（最大５０℃）で自発的に開始する。したがって、通常、本反応混合物に熱を加えて硬化させる必要はない。しかしながら、より速く硬化させるために熱が加えられてもよい。最大１１０℃の硬化温度が使用されてもよい。不粘着状態までの硬化は、一般に、ほんの数分で起こる。好ましい一実施形態では、本発泡体は、減圧環境下に置かれ、発泡体からの水の除去を促進し、それによりその安定性を増加させる。

手順：
１．構成成分Ａ及びＢを個別に混合する。
２．Ａ及びＢを水浴中で８０℃まで加熱する。
３．発泡剤をＡに添加する。
４．高速混合する。
５．混合中にＢを添加する。
６．シリンジを用いて触媒を添加し、３０秒間混合する。

注記：
１．ＣＨＤＡは、１，３−及び１，４−シクロヘキサンジカルボキシアルデヒドの混合物である。
２．ポリカルバメートは、平均分子量６００及び平均ＯＨ基数３７８ｍｇ ＫＯＨ／ｇのペンタエリトリトール−開始鎖−拡張剤＆架橋剤（Ａｒｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＰｏｌｙＧ ５４０−３７８）であり、このＰｏｌｙＧポリオールの６０ｍｏｌ％のヒドロキシル基がカルバメート官能基に変換されたものである（１．５：１のカルバメート：ヒドロキシル）。
３．発泡剤は、ＨＦＣ２４５Ａである。
４．ＰＨＴ４ジオールは、Ｇｒｅａｔ Ｌａｋｅｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ難燃剤ＣＡＳ ７７０９８−０７−８である。
５．ＴＥＰは、トリエチルリン酸塩試薬（本明細書では難燃剤として使用）である。
６．シリコーン界面活性剤は、Ｎｉａｘ Ｌ５３４０（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）である。

この材料は、１５秒間の混合後に発泡を開始し、数分以内に不粘着になった。以下の物理的データは、以下の発泡体から得られたものである。
密度１３２ｋｇ／ｍ^３
圧縮強度２８ｋＰａ
開放気泡５１％

シクロヘキセンカルボキシアルデヒドと上で使用したカルバメートを１：１のモル比で使用してモデル系を作製した。モノアルデヒドの使用により架橋が阻止され、結果として生じる物質の分析を容易にした。この物質のＤＭＳＯ溶液の^１３Ｃ ＮＭＲスペクトルは、それが６６．５ｐｐｍでアミナール炭素ピークを有し、１５５ｐｐｍでウレタンカルボニルピークを有し、１１６及び１２１ｐｐｍでエナミンピークを有し、７８〜８０ｐｐｍでヘミアミナールピークを有したことを確認した。この生成物は、８０％アミナール、１３％エナミン、及び７％ヘミアミナールであるように見えた。

試料を７０℃及び相対湿度（ＲＨ）１００％のチャンバ内に１日間置き、その後、ＤＭＳＯ中に溶解させることにより、上述のモデル系生成物を加水分解した。アミナール結合の３５％が加水分解し、ヘミアミナール結合の５１％が加水分解し、エナミン結合の２５％が加水分解した。さらなる実験を行い、ヘミアミナール（Ｈ）、アミナール（Ａ）、及びエナミン（Ｅ）のレベルへの影響を以下の表に記載する。

加水分解試験法の説明
約０．２ｇの長方形のポリマー片を各試料から切り取った。その後、これらのポリマー片を各々秤量し、重量を記録した。その後、これらのポリマー片の各々を、２５ｍＬの１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液（４０ｇの水酸化ナトリウム固体を脱イオン水中に溶解して１Ｌに希釈することによりバルク溶液を事前に作製した）を含有するガラス瓶内に入れた。その後、これらの瓶を５０℃に設定された水浴軌道振盪器上に固定し、１２５ｒ．ｐ．ｍ．で７２時間振盪した。溶液の上清を瓶から緩徐に移し、試料を除去し、それらを脱イオン水で完全にすすぐことにより、７２時間後にこれらの試料を収集した。その後、各片をプラスチック秤量ボート上に置き、５０℃に設定されたオーブンに入れ、一晩乾燥させた。乾燥させた後、これらの試料を再度秤量し、重量を記録した。インキュベーションプロセス前の重量とインキュベーションプロセス後の重量を比較することにより、重量変化を計算した。

・ポリオール：本出願に記載されるすべてカルバメートに変換されたものである。
・Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ Ｔ４０３：ＰＯ系ポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ製）
・Ｖｏｒａｎｏｌ ４４６：ＥＯ／ＰＯポリオール（Ｄｏｗ製）
・Ｔｅｒａｔｈａｎｅ ６５０：ポリテトラメチレンエーテルグリコール（Ｉｎｖｉｓｔａ製、６５０分子量）
・Ｔｅｒａｔｈａｎｅ １０００：ポリテトラメチレンエーテルグリコール（Ｉｎｖｉｓｔａ製、１０００分子量）
・ＰＣＬ：平均分子量〜１４０００及び平均モル数〜１００００を有するもの（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ製）。ＣＡＳ番号２４９８０−４１−４

Claims (10)

1. アルデヒド反応性官能基を有するポリマーとポリアルデヒドとの反応生成物である生分解性架橋ポリマーであって、前記アルデヒド反応性官能基を有するポリマーが生分解性構造体を含むか、または前記ポリアルデヒドが生分解性構造体を含む、前記生分解性架橋ポリマー。
2. 前記生分解性構造体が、ポリグリコール酸ポリオール、ポリ乳酸ポリオール、ポリ（乳酸−ｃｏ−グリコール酸）、ポリ（グリコリド−ｃｏ−トリメチレンカーボネート）ポリオール、ポリヒドロキシブチレートポリオール、ポリ（エチレングリコール）、エチレングリコールセグメントを有する脂肪族ポリエステルポリオール、ポリビニルアルコール及びそのコポリマー、ビニルピロリドンコポリマー、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、マルチトール、ポリメタクリル酸、ならびにポリアクリル酸からなる群から選択される、請求項１に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
3. 前記アルデヒド反応性基が、カルバメート、アミン、アミド、尿素、及びアルコールからなる群から選択される、請求項２に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
4. 前記ポリアルデヒドが、５〜１５個の炭素原子及び２〜４個のアルデヒド基を有する、請求項３に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
5. 前記アルデヒド反応性官能基を有するポリマーが、前記ポリマー中の生分解性構造体及び非生分解性構造体の全重量に基づいて、２５〜１００ｗｔ％の生分解性構造体を含む、請求項４に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
6. 前記アルデヒド反応性基がカルバメートを含む、請求項５に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
7. 前記ポリアルデヒドが、Ｃ_６〜Ｃ_１０脂環式または芳香族ジアルデヒドである、請求項６に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
8. 前記アルデヒド反応性官能基を有するポリマーが、アルデヒド反応性官能基当たり１００〜１，０００の平均当量を有する、請求項７に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
9. 前記アルデヒド反応性官能基を有するポリマーが、前記ポリマー中の生分解性構造体及び非生分解性構造体の全重量に基づいて、５０〜１００ｗｔ％の生分解性構造体を含む、請求項８に記載の前記生分解性架橋ポリマー。
10. 硬質発泡体の形態である、請求項１に記載の前記生分解性架橋ポリマー。