JP2021521320A - ポリマーブラシ形成用組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
重合組成物および活性化剤を提供する工程、
重合組成物および活性化剤を混合して反応組成物を形成する工程、および
反応組成物および固体部分を接触させ、それによって固体部分上で表面重合を開始し、それによって、固体部分の表面上に重合開始剤を介してポリマーブラシが形成される工程、
を含む。
Cu:Cu2O、CuO、およびCu(O)
Fe:FeO、Fe2O3、Fe3O4
Sm:Sm2O3
Al:Al2O3
Cd:CdO
W:WO3
Re:ReO3、Re2O7
Ru:RuO2
Pt:PtO2
Ti:TiO2
Mn:MnO2
Ni:NiO
Pd:PdO
が挙げられる。
固体部分の表面上に固定化された重合開始剤を有する固体部分を提供する工程を含み、
本方法は、
重合組成物と活性化剤とを混合することによって形成される、本明細書に定義されるような反応組成物と固体部分を接触させる工程をさらに含む。
本明細書に定義される重合組成物を提供し、
本明細書に定義される活性化剤を提供し、
重合組成物と活性化剤とを混合して、本明細書に定義される反応組成物を形成し、
反応組成物と固体部分とを接触させ、それによって表面重合を開始し、それによって、固体部分の表面上に、重合開始剤を介してポリマーブラシが形成されることを含む。
開始剤は、トリアルコキシシランをハロゲン化ベンジル基でシラングラフトすることにより、1ステップで表面上に固定化することができる(図4参照)。
開始剤は、ジアゾニウム塩をハロゲン化ベンジル基でジアゾニウムグラフトすることにより、1ステップで表面上に固定化することができる(図5参照)。
開始剤固定化のもう一つの経路は、2ステップのプロセスである(図6参照)。第1ステップは求核基(OH)を含むジアゾニウム塩類のジアゾニウムグラフトである。第2ステップでは、求核アシル置換反応によりハロゲン含有基が付加され、固定化重合開始剤が得られる。
実施例
メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)からのポリマーブラシの調製
重合組成物の調製:
12mLの水、6mLのメチルアルコール(MeOH)、12mLのHEMA、および0.2208mLのN,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA−配位子)をフラスコ中で混合し、フラスコにCuワイヤラップしたテフロンマグネットを加え、Cuスパイスの所望濃度に応じて400rpmで2または5時間、フラスコ中で回転させた。2つの異なる任意のCu濃度を「2/5」および「5/5」と表記した。その後、Cuワイヤで包まれたテフロン磁石を取り除き、溶液を使用するまで2〜5℃で保存した。
5/5重合組成物5mLを3分間アルゴンパージした。次に、重合組成物に9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に40分間撹拌した。
5mLの2/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、重合組成物に9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
4mLの5/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体としてのNaAsc(活性化剤)の特定量(2mg/mL、5mg/mL、および9mg/mL)を重合組成物に添加し、反応組成物を形成した。反応組成物の薄膜(0.02mL/cm2)を活性化固体部分(ガラス状炭素)の表面に置き、10分間反応させた後、1)脱塩水、2)アセトン、および3)ペンタンで洗浄した。この反応組成物の薄膜を活性化固体部分の表面に添加し、反応、洗浄を3回繰り返した。
5/5重合組成物6mLを3分間アルゴンパージした。次に、溶液をスプレーに移し、NaAsc(活性化剤)の特定量(それぞれ2mg/mL、5mg/mL、および9mg/mL)を添加して、スプレー形態の反応組成物を得た。活性化固体部分(ガラス状炭素)を表面上に反応組成物でスプレーコートした。スプレーコーティングされた表面を10分間反応させた後、洗い落とした。スプレー塗装、反応、洗浄の工程を4回繰り返した。
12mLの水、6mLのメチルアルコール(MeOH)、12mLのHEMA、0.2208mLのN,N,N’,N’’、N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA−配位子)、および1mgのCu2Oナノ粒子(NP)(直径250nm未満)(重合組成物)をフラスコ中で混合する。当該溶液を使用するまで2〜5℃で保存する。
グリシジルメタアクリレート(GMA)単量体からのポリマーブラシの調製
Cu濃度の異なる重合組成物の調製:
5mLのDI−水および0.050mLのPMDETAの溶液中で、Cuワイヤで包まれたテフロン磁石を30分間撹拌した。その後、CuワイヤラップしたテフロンマグネットをHPLC−アセトンでフラッシュし、別のガラス製容器に移した。
5/5重合組成物5mLを3分間アルゴンパージした。次に、重合組成物に9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5/5重合組成物5mLを3分間アルゴンパージした。次に、重合組成物に2mg/mLのNaAsc(活性化剤)を添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5/5重合組成物5mLを3分間アルゴンパージした。次に、2mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、したがって、活性化固体部分(ガラス状炭素)と共に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの4/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの4/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として5mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの4/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、2mg/mLのNaAsc(活性化液)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と共に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの3/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの3/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として5mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの3/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として2mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの2/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの2/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として5mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの2/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として2mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの1/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの1/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として5mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
5mLの1/5重合組成物を3分間アルゴンパージした。次に、紛体として2mg/mLのNaAsc(活性化溶液)を重合組成物に添加し、活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分と共に40分間撹拌した。
テフロン磁石を備えた試験管に、5mLの重合組成物(それぞれ1.6、5.5、12.3、27.1および70.6mg/L触媒)を添加し、次いでアルゴンガスで3分間パージした。続いて、紛体として2、5、または9mg/mLのNaAsc(活性化剤)を添加した。20〜25秒後(ヘッドスペースでのアルゴンガスパージで)、開始剤終端試料(ガラス状炭素−固体部分)を懸垂し(すなわち、固体部分を適当な保持メカニズムに配置し、撹拌磁石との接触を避けるために反応組成物中に浸漬し)、反応組成物を500rpmで40分間撹拌し、ポリマーブラシの形成を得た。
テフロン磁石を備えた試験管に、5mLの重合組成物(5.5mg/L触媒)を添加した。重合組成物を酸素/アルゴンガス混合物(O2濃度:0%、11%、21%(大気大気)、34%、58%、および100%)で3分間パージした。その後、反応組成物を形成する各々の重合組成物に25.0mgのNaAsc(活性化剤)を添加し、20〜25秒後(ヘッドスペース中でのアルゴンガスパージを伴って)、上記のように開始剤終了(ガラス状炭素−固体部分)組成物を吊り下げて添加し、反応組成物を500rpmで種々の時間(それぞれ5、10、20、および40分)撹拌しながらポリマーブラシを形成した。
「0〜100%酸素雰囲気下での表面重合」に記載のポリマーブラシの形成方法を用いて、予め作製した(21%酸素雰囲気下で、上記を参照)2つのPGMAポリマーブラシ被覆ガラス状炭素固体部分(それぞれ5分間および10分間重合)を21%酸素雰囲気下で10分間、再重合し、単量体としてGMAを用いた。重合組成物および活性化剤を、ポリマーブラシの形成に使用する前に、2〜5℃で6〜8ヶ月間保存した。
21%酸素雰囲気下で3種の触媒濃度(前述のように作製)で重合したPGMAポリマーブラシ被覆ガラス状炭素固体部分を作製した。重合組成物および活性化剤を、ポリマーブラシの形成に使用する前に、2〜5℃で6〜8ヶ月間保存した。
メタクリル酸メチル(MMA)からのポリマーブラシの調製:
重合組成物の調製:
6mLのイソ−プロパノールおよび0.088mLのN,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA−配位子)をCuワイヤで包んだテフロンマグネットで2時間45分間撹拌した。続いて、6mLのMMAを溶液に添加し、Cuワイヤで包んだテフロン磁石を除去した。得られた重合組成物は、使用するまで2〜5℃で保存した。
5mlの上記重合組成物を3分間アルゴンパージした。続いて、紛体として5mg/mLのNaAsc(活性化剤)を重合組成物に添加し、活性化表面と共に反応組成物を形成した。反応組成物を活性化固体部分(ガラス状炭素)と一緒に60分間撹拌した。
Cuワイヤ(活性化剤を形成するための)で包まれたテフロン磁石を、5mLのiPrOH(溶媒)と0.105mLのトレン(配位子)の溶液中で30分間撹拌する。その後、銅線で包まれたテフロンマグネットをHPLC−アセトンでフラッシュし、別のガラス製容器に移す。次に、5mLのMMA(重合組成物)を溶液に添加する。
ポリマーブラシのさらなる形成:
表3は、先に示したものと同等の方法を用いて、表面上に重合させることに成功した他の単量体を示している。溶剤系、休止遷移金属−配位子触媒および活性化剤は、各単量体についてさらに開示される。
DMSO=ジメチルスルホキシド
H2O=水
iPrOH=イソプロパノール
MeOH=メチルアルコール
A:スチレン
B:2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン
C:アクリルアミド
D:3−スルホプロピルメタクリレートカリウム塩
E:[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]ジメチル−(3−スルホプロピル)水酸化アンモニウム
F:ポリ(エチレングリコール)メタクリレート
G:3−(フルオロスルホニル)プロピルメタクリレート
H:エチレングリコールジメタクリレート
Alu:アルミニウム
SS:ステンレス鋼
GC:ガラス状炭素
Claims (17)
- 少なくとも1つの重合組成物と、少なくとも1つの活性化剤とを含む反応組成物であって、
前記少なくとも1つの重合組成物が1つ以上の休止遷移金属触媒を含み、
前記活性化剤が1つ以上の脱酸素剤を含む、反応組成物。 - 前記少なくとも1つの重合組成物および前記少なくとも1つの活性化剤が、別個の組成物として提供される、請求項1に記載の反応組成物。
- 前記1つ以上の休止遷移金属触媒が、銅(Cu)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、カドミウム(Cd)、タングステン(W)、レニウム(Re)、ルテニウム(Ru)、プラチナ(Pt)、チタン(Ti)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、サマリウム(Sm)またはパラジウム(Pd)、並びにこれらの組合せ由来である、請求項1または2に記載の反応組成物。
- 前記銅(Cu)遷移金属触媒が、Cu2O、CuO、およびCu、並びにこれらの組合せから選択される、請求項3に記載の反応組成物。
- 前記1つ以上の脱酸素剤が、アスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、次亜リン酸ナトリウム、鉄粉と塩化ナトリウムの混合物、炭酸水素、クエン酸、ピロガリック酸、並びにこれらの混合物から選択される、請求項1または2に記載の反応組成物。
- 前記重合組成物および/または前記活性化剤が、1つ以上の単量体、1つ以上の配位子、または1つ以上の溶媒、並びにこれらの組み合わせをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の反応組成物。
- 前記単量体が、アクリレート、メタクリレート、ハロゲン置換アルケン、アクリルアミド、メタクリルアミド、およびスチレン、並びにこれらの混合物から選択される、請求項6に記載の反応組成物。
- 前記重合組成物と前記活性化剤とを混合することによって形成される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の反応組成物。
- 前記休止遷移金属触媒が、前記重合組成物と前記活性化剤とを混合することによって活性化される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の反応組成物。
- 固体部分上にポリマーブラシを形成する方法であって、
前記固体部分の表面に固定化された重合開始剤を有する前記固体部分を提供し、
前記固体部分を、重合組成物と活性化剤とを混合することによって形成された反応組成物と接触させる、
方法。 - 前記固体部分が前記反応組成物に浸漬される、請求項10に記載の方法。
- 前記反応組成物が、前記固体部分上に噴霧または塗装される、請求項10に記載の方法。
- 前記固体部分を前記重合組成物および前記活性化剤のいずれかと接触させ、次いで、前記重合組成物および前記活性化剤のうちの他方が添加される、請求項10に記載の方法。
- 前記固体部分が、金属、合金、ガラス、セラミックス、プラスチック、炭素繊維、ガラス状炭素、グラフェン、グラファイト、および複合体材料などの炭素系材料、並びにそれらの組合せから選択される、請求項11〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項10〜14のいずれか1項に記載の方法により得ることができるポリマーブラシ被覆固体部分。
- 1つ以上の休止遷移金属触媒を含む、重合組成物。
- 請求項10〜14に記載の製造されたポリマーブラシの使用であって、
高分子材料を金属に結合するための、
機能性熱可塑性樹脂をガラスに結合するための、
ポリマーブラシで機能化された複合体充填剤を、複合体材料としてのポリマーのマトリックスに結合するための、
ガラス、金属またはプラスチック材料上に機能性表面を生成するための、
ガラス、金属またはプラスチック材料上に低摩擦表面を生成するための、および
ガラス、金属またはプラスチック材料上にセルフクリーニング表面を生成するための、使用。
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