JPS6116762B2 - - Google Patents

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JPS6116762B2
JPS6116762B2 JP59236537A JP23653784A JPS6116762B2 JP S6116762 B2 JPS6116762 B2 JP S6116762B2 JP 59236537 A JP59236537 A JP 59236537A JP 23653784 A JP23653784 A JP 23653784A JP S6116762 B2 JPS6116762 B2 JP S6116762B2
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JP
Japan
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polymer
hydrophilic
copolymer
monomer
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Japanese (ja)
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Mirukoitsuchi Rarufu
Toomasu Chiangu Matongu
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Original Assignee
Research Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は化学結合され、相分離され、自然硬化
(self−cured:自己硬化)した親水性熱可塑性グ
ラフトコポリマおよびその製法に関する。この親
水性コポリマは優れた湿潤強度を持ち、種々の応
用面、特に生体医学(biomedics)たとえばコン
タクトレンズおよび人工器官の分野で巾広い有用
性を有する。 実質上水不溶性とみなされるに足るだけの湿潤
強度をもつ親水性ポリマを得るため、かなりの程
度に及ぶ研究と開発とが行われた。例えば湿潤強
度を改善された或る型の親水性ポリマがオツト・
ビヒテル(Otto Wichterle)等の米国特許第
2976576号および第3220960号明細書およびエム・
エフ・レフオジヨ(M.F.Refojo)等のジヤーナ
ル・オブ・アプライド・ポリマ・サイエンス
(Journal of Applied Polymer Science)第9号
第2425〜2435頁(1965年)に開示されている。こ
れらのポリマはそのエステルモイエテイ(ester
moiety)が少くとも1個の水酸基のような親水
基を含むアクリル酸またはメタクリル酸の水溶性
モノエステルを重合させると同時にそのモノマを
エチレングリコールジメタクリレートのようなポ
リ不飽和交差結合剤と交差結合させて製造され
る。この交差結合剤の量は通常そのモノエステル
の約1モル%以下である。この重合は一般に酸化
還元開始剤の存在下に行われる。 少くとも1個の窒素原子を含む水溶性ビニルモ
ノマを少量の二官能性モノマと共重合させて得ら
れるポリマに由来する改善された湿潤強度をもつ
親水性ポリマも開示されている。これらのポリマ
は身体組織および(または)粘液(mucosa)と
の親和性を有するので種々の生体医学的応用面に
有用であると示唆されている。これらのポリマの
若干はモーリス・セイダマン(Maurice
Seiderman)の米国特許第3639524号および第
3767731号明細書に開示されている。 改善された湿潤強度をもつこれらの先行技術に
よる親水性ポリマの製造に必要な因子の一つは少
量のポリ不飽和交差結合剤の使用である。用いら
れる交差結合剤の量は一般に極めて僅かであるか
らその量はほんの僅かしか変動されえない。した
がつて交差結合剤の量を変えて親水性ポリマの最
終性状を効果的に調整することはできない。この
問題を避ける種々の試みがセイダマンの米国特許
第3503942号およびポール・スタンバーガ(Paul
Stamberger)の米国特許第3758448号明細書に開
示されている。 係属中の1972年8月21日付の米国特願第282099
号明細書(本明細書中にその記載を参照してあ
る)中には、化学結合され相分離された熱可塑性
グラフトコポリマ製造の際立つた先駆的発見につ
いての開示がある。これらのコポリマは本質的に
は物理的交差結合型(化学的交差結合型とは異
る)のポリマであり、“自然硬化”または“自然
補強”された熱可塑性グラフトコポリマと呼ばれ
てきた。この現象は単一相(ドメイン
〔domain〕)の大分子量側鎖を、主鎖ポリマ相
(マトリツクス〔matrix〕)中に制御下に分散さ
せる際に認められる。全ての大分子量モノマ側鎖
ドメインは(一体的部分:integral part)である
ので(すなわち主鎖ポリマの大セグメント間に挿
入されているので)、得られるグラフトコポリマ
はその主鎖と側鎖とのセグメントのTgまたはTm
に大きな差がある場合には交差結合ポリマの性質
をもつ。この事実は分散相の熱力学的交差結合の
破壊に要する温度に達するまで正しい。このグラ
フトコポリマの分散相のドメインに所望の交差結
合または“自然硬化”効果を与えるためにこの分
散相のドメインを構成する大分子量モノマ
(macromolecular monomer)が実質上同一の分
子量をもつこと、すなわち大分子量モノマが実質
上約1.1を越えないMw/Mn比を持つべきことが
重要である。これよりもさらに広い分子量分布す
なわち約1.5または2以上の比をもつ大分子量モ
ノマは通常極めて低分子量の重合性反応種
(polymeric species)を持ち、これが極めて高い
分子量の主鎖ポリマに“共重合性”効果を与え、
この主鎖ポリマは一次分散相とは異なつた大きさ
の二次分散相すなわちドメインを形成するであろ
う。この最終結果はこの主鎖ポリマのもつ所望の
物理性に関して品質の劣つた不透明ポリマとな
る。 本発明は水不溶性でまた水膨潤性の、化学結合
され相分離され自然硬化(自己硬化)した親水性
熱可塑性グラフトコポリマの製造法に関する。こ
の新規なコポリマは少くとも1種の親水性(水溶
性)エチレン性不飽和モノマまたはその混合物
(または親水化された化合物)と、少くとも1種
の共重合性末端基をもつ共重合性疎水性大分子量
モノマとのコポリマからなり、この共重合性疎水
性大分子量モノマはそれぞれの共重合性モイエテ
イの相対的反応性比にもとづき上記親水性モノマ
と共重合し得るもので、その特徴はMw/Mn比
が実質上約1.1を越えないような実質的に均一な
分子量分布をもち、さらに少くとも約2000の分子
量をもつことである。 本発明による新規コポリマは水中分散性である
と共に水膨潤性で懸濁安定剤、凝集剤(floccu−
lant)、ヒドロゲル(すなわちコンタクトレン
ズ、人工器官などの如き生体医学用ヒドロゲ
ル)、工業用増粘剤、イオン交換樹脂およびドリ
リングマツド(drilling mud)のような種々の応
用面で用途が見出される。この新規なコポリマは
種々の製品に吸湿性、水透過性(透析用チユーブ
製造に有用)および帯電防止性(anti−static
properties)を与えうる。 さらに詳細には本発明は化学結合され相分離さ
れ自然硬化した親水性熱可塑性グラフトコポリマ
に関するものであつてこのコポリマは次の諸種の
コポリマからなる。すなわち (1) 実質的均一な分子量分布をもつ少くとも1種
の共重合性で通常は疎水性の大分子量モノマ、
および (2) コポリマのポリマ主鎖を形成し、その際上記
の共重合性で通常は疎水性の大分子量モノマが
そのグラフトコポリマの線状ポリマ側鎖を形成
するような、少くとも1種の親水性(水溶性)
共重合性コモノマまたは親水化された化合物、
ただし a そのグラフトコポリマのポリマ主鎖が上記
の共重合性コモノマのポリマ単位からなり、
その共重合性コモノマが親水性または水溶性
化合物からなる少くとも1種のエチレン性不
飽和モノマおよびそれらの混合物であり、ま
た b そのグラフトコポリマの線状ポリマ側鎖が
主として重合された疎水性大分子量モノマか
らなり、その疎水性大分子量モノマが少くと
も約2000の分子量をもち、そのMw/Mn比
が実質上約1.1以下であるような実質上均一
な分子量分布をもつ線状ポリマまたはコポリ
マからなり、さらにその大分子量モノマの特
徴が線状ポリマ鎖またはコポリマ鎖当り1個
以下の共重合性モイエテイしかもたず、その
共重合が疎水性大分子量モノマと共重合性親
水性コモノマとの共重合性末端基の間で起る
ことであり、 c そのコポリマ主鎖中に共重合されるグラフ
トコポリマの線状ポリマ側鎖が親水性ポリマ
主鎖の少くとも20個の連続したモノメリツク
なくり返し単位によつて隔てられており、そ
の主鎖に沿う側鎖の分布と共重合とが疎水性
大分子量モノマと共重合性親水性コモノマと
の共重合性末端基の反応性の比によつて制御
されるものである。 本発明によるグラフトコポリマはその唯一の側
鎖が親水性コポリマ主鎖中に共重合されている場
合に“T”型構造をとる。しかしながら親水性主
鎖ポリマに1種以上の側鎖が共重合されるとその
グラフトコポリマは次に例示される櫛型構造 (ただし式中“a”は少くとも1つの実質上線
状の疎水性ポリマの物理性が現れるような分子量
の、実質上線状で均一分子量をもつ通常は疎水性
のポリマまたはコポリマを表し、“b”はその側
鎖“a”に化学結合した反応を終了した後の共重
合末端基を表すと同時にこれは主鎖ポリマ中に完
全に共重合されたものを表し、“c”はその親水
性ポリマの物理性が現れるだけの分子量をもつ連
続したセグメントをもつ親水性主鎖ポリマを表
す)を持つことを特徴とするものである。 本発明によるグラフトコポリマの主鎖は好適に
は各セグメント中に少くとも約20、さらに好適に
は少くとも約30の連続したモノメリツクなくり返
し単位を含む。しかしながら各セグメント中に少
くとも約100の連続したモノメリツクなくり返し
単位が存在する場合に特に好ましい物理性を与え
ることがわかつた。この条件は主鎖の親水性ポリ
マの性状をもつグラフトコポリマを与えることが
わかつた。換言すると少くとも約20の連続したモ
ノメリツクなくり返し単位を含むセグメントの存
在は水親和性および水膨潤性のようなポリマ主鎖
に帰すべき物理性をもつグラフトコポリマを与え
る。 本発明による化学結合され相分離され自然硬化
した親水性熱可塑性グラフトコポリマの主鎖ポリ
マセグメントは共重合性コモノマ、好適には低分
子量コモノマに由来する。これらの共重合性コモ
ノマにはポリカルボン酸、その無水物およびアミ
ド、ポリイソシアネート、有機エポキシド(チオ
エポキシドを含む)、尿素−ホルムアルデヒド、
シロキサンおよびエチレン性不飽和モノマが包含
される。共重合性ポリマの特に好適な群にはエチ
レン性不飽和モノマ、特にモノメリツクなビニリ
デン型化合物すなわち少くとも1個のビニリデン
CH2=C′H基を含むモノマが包含される。一般式
CH2=C′H(ただし水素がそのビニリデン基の遊
離原子価の1つに結合している)で示されるビニ
ル型化合物は上述のビニリデン化合物の一般的範
囲内に入るものとする。 本発明の実施に有用な共重合性コモノマは上述
の例示された化合物群に限定されない。使用され
る特定のコモノマに対する僅かな制約はフリーラ
ジカル、イオン性、縮合または配位重合(チグラ
またはチグラ−ナタ触媒)反応下に側鎖プレポリ
マの末端基と共重合しうる能力である。低分子量
コモノマに関するもう一つの制約はそれらが親水
性となる官能モイエテイまたはその後の反応によ
つて親水化されうる官能モイエテイをもつことで
ある。この後者の化合物群の特に好適な例はビニ
ルアセテートのようなビニルエステルからなる。
このビニルエステルをその分子鎖の位置に共重合
性二重結合をもつ共重合性疎水性大分子量モノマ
と共重合させ、その共重合に続き、得られたグラ
フトコポリマをケン化し、そのポリマ主鎖を親水
化する。換言するとそのポリマ主鎖はポリビニル
アルコールからなる。 下文における共重合性大分子量モノマの記載か
ら明らかなように共重合性末端基の選択には市販
のすべての共重合性コモノマが含まれる。したが
つて大分子量モノマと共重合性コモノマとについ
てのそれぞれの共重合性末端基の選択は共重合に
適した各共重合反応条件下での相対的反応性の比
にもとづいて選ばれうる。すなわち文献中の種々
のコモノマ対(pairs)の反応性を単純に調べれ
ば大分子量モノマと共重合性コモノマとの適正な
末端基を提供しうる。好適には共重合の分野の熟
練者に周知のように、各共重合性モイエテイのr
値はこれを出来るだけ1に近くする。たとえばア
クリレートまたはメタクリレート末端をもつ大分
子量モノマはフリーラジカル条件下でコモノマの
各反応性の比に支配される様式でアクリレートお
よびメタクリレートと共重合する。 以下に説明するように本発明によるグラフトコ
ポリマの持つ有益な性質の秀れた組合せは連続し
たコポリマの親水性主鎖の大きなセグメントと、
制御された分子量と狭い分子量分布とをもつ完全
に共重合された線状疎水性ポリマ側鎖とに起因す
る。 上記の“線状”という語は慣用の意味に使用さ
れ交差結合をもたないポリマ主鎖を表わす。 上記の“親水性”という語は慣用の意味に用い
られた水を吸収または吸着するポリマまたはモノ
マ物質または系を表わす。 上記の“疎水性”という語は慣用の意味に用い
られ、水を撥くポリマ物質を表わす。 実質上均一な分子量をもつ側鎖ポリマは疎水性
ポリマを生じるいずれかのアニオン重合性モノマ
またはその混合物のアニオン重合によつて生じる
実質上線状の疎水性ポリマおよびコポリマからな
る。この側鎖ポリマは明らかに親水性主鎖ポリマ
と異るであろう。 本発明によるグラフトコポリマの側鎖ポリマの
少くとも1個のセグメントが各ポリマの有益な性
質を表わすに足るだけの分子量をもつことが好適
である。換言するとガラス転移温度(Tg)のよ
うな側鎖の物理性が現わされるべきである。ポリ
マ側鎖の分子量は一般に少くとも約2000であり、
好適にはそのポリマの分子量は約5000〜約50000
の範囲内にある。特に好ましい結果が認められた
のはポリマ側鎖の分子量が約10000〜約35000、さ
らに好適には約12000〜約25000の範囲内にある時
である。 本発明による熱可塑性グラフトコポリマの持つ
異常なほどに改善された物理性からみて実質上均
一な分子量をもつ単一官能基により結合されたポ
リマ側鎖はポリマ主鎖のマトリツクス中に沈殿し
た分散小滴となる“ドメイン”として知られるも
のであると考えられる。このドメインすなわち小
滴は顕微鏡的大きさであり、一般に主鎖ポリマの
光の波長以下である。完成されたグラフトコポリ
マは清澄すなわち透明である。親水性ポリマ主鎖
に自然硬化または自然補強効果を与える疎水性ポ
リマ側鎖は完成ポリマの湿潤強度を改善する。 共重合性疎水性大分子量モノマ 上記の化学結合され相分離され自然硬化した親
水性グラフトコポリマの疎水性ポリマ側鎖は好適
には重合性モノマまたはモノマの組合せをアニオ
ン重合させて製造される。多くの場合にこのモノ
マはビニル含有化合物のようなオレフイン基をも
つ化合物である。またこのオレフイン基含有モノ
マをエポキシまたはチオエポキシ含有化合物と共
用しうる。 共重合性疎水性大分子量モノマ製造の第一工程
はリビングポリマ(living polymer)を作ること
である。このリビングポリマは重合反応中に沈殿
したり重合反応を阻害したりしない不活性有機希
釈剤の存在下にアルカリ金属炭化水素またはアル
コキサイド塩とモノマとを接触させて都合よく製
造される。 アニオン重合を受け易いこれらのモノマは周知
であつて本発明においては少くとも約2000の分子
量の実質上疎水性のポリマを生じるすべてのアニ
オン重合性モノマの使用が包含されている。非限
定的な例示的反応体にはスチレン、アルフアーメ
チルスチレン、ビニルトルエンおよびその異性体
のようなビニル芳香族化合物;アセナフタリン;
アクリロニトリルおよびメタクリロニトリル;低
級アルキル、フエニル、低級アルキルフエニルお
よびハロフエニルイソシアネートを含む有機イソ
シアネート、低級アルキレン、フエニレンおよび
トリレンジイソシアネートを含む有機ジイソシア
ネート;低級アルキルおよびアリルアクリレート
およびメタクリレート(メチル、t−ブチルアク
リレートおよびメタクリレートを含む);エチレ
ン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、ペン
テン、ヘキセンなどのような低級オレフイン;ビ
ニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニル
オクトエート、ビニルオレエート、ビニルステア
レート、ビニルベンゾエート、ビニル低級アルキ
ルエーテルのような脂肪族カルボン酸のビニルエ
ステル;イソプレンおよびブタジエンを含む共役
ジエンが含まれる。“低級”という語は8個以下
の炭化原子を含む有機基を表わすために用いられ
る。 この疎水性大分子量モノマ製造に有用な好適な
オレフイン基含有モノマは分子当り4〜12個の炭
素原子を含む共役ジエンおよび約12個までの炭素
原子を含むビニル置換芳香族炭化水素である。特
に好適なモノマにはスチレン、アルフア−メチル
スチレン、ブタジエンおよびイソプレンがある。 アニオン重合による側鎖の製造に適した多くの
他のモノマはマクロモレキユラ・レビユズ
(Macromolecular Reviews)第2巻第74〜83
頁、インタサイエンス・パブリツシヤズ社
(Interscience Publishers,Inc)刊(1967年)の
“モノマーズ・ポリメライズド・バイ・アニオニ
ツク・イニシエータス(Monomers Polymerized
by Anionic Initiators)”に開示されたもので、
その記載は本明細書中に引用されている。 これらのアニオン重合用反応開始剤は単一官能
基のリビングポリマ(すなわちポリマの一端のみ
が反応性アニオンを含むもの)を生じるすべての
アルカリ金属炭化水素およびアルコキシド塩であ
る。適当と認められた触媒は一般式RMe(ただ
しMeはナトリウム、リチウムおよびカリウムの
ようなアルカリ金属、Rは炭化水素ラジカル、た
とえば約20個またはそれ以上まで、好適には約8
個までの炭素原子を含むアルキルラジカル、アリ
ールラジカル、アルカリールラジカルまたはアラ
ルキルラジカルを示す)を有するリチウム、ナト
リウムまたはカリウムの炭化水素類を含む。例示
的なアルカリ金属炭化水素にはエチルナトリウ
ム、n−プロピルナトリウム、n−ブチルカリウ
ム、n−オクチルカリウム、フエニルナトリウ
ム、エチルリチウム、sec−ブチルリチウム、t
−ブチルリチウムおよび2−エチルヘキシルリチ
ウムが含まれる。sec−ブチルリチウムは狭い分
子量分布のポリマの製造に重要な迅速開始性をも
つので好適な開始剤である。重合性モノマがニト
リルまたはカルボニル官能基をもつ場合にはカリ
ウムt−ブチルアルコキシレートのような第3級
アルコールのアルカリ金属塩の使用が好適であ
る。 アルカリ金属炭化水素およびアルコキシレート
はいずれも市販のものを使用するか、または既知
の方法たとえばハロ炭化水素、ハロベンゼンまた
はアルコールと適正なアルカリ金属との反応によ
つて製造して使用しうる。 一般には不活性溶剤が熱移動および開始剤とモ
ノマとの適正混合を容易にするために使用され
る。炭化水素およびエーテルが好適な溶剤であ
る。アニオン重合法に有用な溶剤にはベンゼン、
トルエン、キシレン、エチルベンゼン、t−ブチ
ルベンゼンなどのような芳香族炭化水素が含まれ
る。n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタ
ン、シクロヘキサンなどのような飽和脂肪族およ
び環状脂肪族炭化水素も適している。さらにたと
えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジブ
チルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサ
ン、アニソール、テトラヒドロピラン、ジグリム
(diglyme)、グリム(glyme)などの脂肪族およ
び環状エーテル溶剤を使用しうる。重合速度はエ
ーテル溶剤中の方が炭化水素溶剤中より速く、炭
化水素溶剤に少量のエーテルを加えると重合速度
は増大する。 開始剤の使用量はリビングポリマの分子量を決
めるのでアニオン重合における重要因子である。
モノマの量に対し少量の開始剤を用いると、リビ
ングポリマの分子量は多量の開始剤を用いるより
も大きくなる。一般に有機アニオンの特性的な色
の持続するまで開始剤をモノマに滴下して加え
(それが添加の選択順序であれば)、所望の分子量
に対する計算量の開始剤を添加することが望まし
い。予め滴下して加えることは夾雑物の破壊に役
立ち、したがつて重合を一そう良く制御しうる。 狭い分子量分布のポリマを製造するには一般に
全反応体を系内に同時に導入すると好適である。
この方法によるとモノマの連続添加によるポリマ
生長は鎖移動あるいは停止反応を生じることなく
活性末端基で同じ速度で起る。これが完了すると
ポリマの分子量は次式から認められるようにモノ
マ/開始剤の比によつて制御される: リビングポリマの分子量 =モノマのモル数/開始剤のモル数×モノマの分子量 上式から明らかなように高濃度の開始剤は低分
子量ポリマを生成するのに対し、低濃度の開始剤
は高分子量ポリマを与える。 反応容器に加えるモノマの濃度は広く変動しう
るが、重合熱を消失させ、得られるリビングポリ
マの粘稠溶液を適度に混和させる反応装置の能力
に限定される。反応混合物重量に対し50重量%以
上またはそれ以上の高濃度のモノマを使用しう
る。しかしながら好適なモノマ濃度は適正な混和
を行なうために約5〜約25%である。 上式およびモノマ濃度に関する上記の制限から
明らかなように、開始剤濃度は限界的であるがリ
ビングポリマの所望分子量およびモノマの相対濃
度によつて変化されうる。一般に開始剤濃度はモ
ノマのモル当り約0.001〜約0.1モルの活性アルカ
リ金属またはそれ以上の範囲のものをとりうる。
好適には開始剤濃度はモノマのモル当り約0.01〜
約0.004モルの活性アルカリ金属となろう。 重合温度はモノマに依存する。一般にこの反応
は約−100〜約100℃の温度で行われうる。脂肪族
および炭化水素溶剤を用いると好適な温度範囲は
約−10〜約100℃である。溶剤としてエーテルを
用いると好適な温度範囲は約−100〜約100℃であ
る。スチレンの重合は一般に室温より僅かに高く
行われる。アルフア・メチルスチレンの重合は好
適には低温たとえば−80℃で行われる。 リビングポリマの製造は所望の重合温度におい
てモノマと希釈剤との混合物に、アルカリ金属炭
化水素開始剤の不活性有機溶剤溶液を添加し、そ
の混合物を撹拌または無撹拌下に重合完結まで放
置して行なわれうる。別の方法では、所望の重合
温度で触媒の希釈剤溶液にモノマを重合速度と同
じ速度で添加する。いずれの方法でもモノマはそ
の系がアニオン性反応体を不活性化する不純物を
含まない限り定量的にリビングポリマに転化され
る。しかしながら既に指摘したように均一分子量
分布のポリマ形成を確実に行うためには全反応成
分を一緒に迅速に加えることが重要である。 アニオン重合は触媒すなわち開始剤の触媒効果
を破壊する物質を排除するように注意深く制御さ
れた条件下で行われねばならない。たとえば水、
酸素、一酸化炭素、二酸化炭素などの不純物であ
る。すなわち重合は一般に無水反応体を用い、窒
素、ヘリウム、アルゴン、メタンなどのような不
活性ガスの雰囲気下において乾燥装置中で行われ
る。 上述のリビングポリマはその後の重合を含む爾
後反応をうけ易い。すなわちスチレンのような追
加モノマをこのリビングポリマに添加すると、重
合は改新され、もはやスチレンモノマが存在しな
くなるまで鎖は成長する。あるいはその他の異な
るアニオン重合性モノマ(たとえばブタジエンま
たはエチレンオキシド)を加えると、上述のリビ
ングポリマはブタジエンまたはエチレンオキシド
の重合を開始し、得られる最終的なリビングポリ
マはポリスチレンセグメントとポリブタジエンま
たはポリオキシエチレンセグメントとからなる。 ジブロツク(diblock)疎水性コポリマは第1
のリビングポリマ、たとえばリビングポリスチレ
ンまたはリビングポリ(アルフア−メチルスチレ
ン)のようなビニル芳香族化合物のリビングポリ
マを、もう1つのアニオン重合性モノマたとえば
ブタジエンまたはイソプレンのような共役ジエン
と接触させて製造されうる。こうして本発明の実
施方法によつて反応が完了されリビングブロツク
ポリマを得る。この方法を使用すると次の一般式 A−B (ただしAはビニル芳香族化合物のポリマブロ
ツクで、Bは共役ジエンのポリマブロツクであ
る)をもつリビングブロツクポリマが得られる。
ジブロツク構造をもつ共重合性大分子量モノマは
係属中の米特願第347116号明細書中に開示され、
その記載は本明細書中に引用されている。 上述のように本発明に使用されるリビングポリ
マの特徴は比較的均一な分子量である。すなわち
リビングポリマ混合物の分子量分布は極めて狭
い。これは分子量分布が極めて広い典型的ポリマ
と著しい対照をなしている。分子量分布の差異は
フリーラジカル重合で製造された市販ポリスチレ
ン(ダウ〔Dow〕666u)と本発明に従つて用い
られたアニオン重合法で製造されたポリスチレン
とのゲル透過クロマトグラム分析で極めて明白で
ある。すなわち本発明の教示に従つて製造された
リビングポリマの特徴は実質上約1.1を越えない
Mw/Mn比も持つことである。こゝでMはリビ
ングポリマの重量平均分子量、Mnはその数平均
分子量であり、これは通常の分析法たとえばゲル
透過クロマトグラフイ(GPC)で求められる。 このリビングポリマはオレフイン基またはエポ
キシまたはチオエポキシ基のような重合性モイエ
テイも含有するハロゲン含有化合物との反応で停
止する。好適なハロゲン含有停止剤には、アルキ
ル基がメチル、エチル、プロピル、ブチル、イソ
ブチル、sec−ブチル、アミルまたはヘキシルの
ような6個以下の炭素原子を含むビニルハロアル
キルエーテル;アルカン酸が酢酸、プロピオン
酸、酪酸、ペンタン酸、またはヘキサン酸のよう
に6個以下の炭素原子を含むハロアルカン酸のビ
ニルエステル;ビニルハライド、アリルハライ
ド、メタリルハライド、6−ハロ−1−ヘキセン
などのような6個以下の炭素原子を持つオレフイ
ン性ハライド;2−ハロメチル−1,3−ブタジ
エン、エピハロヒドリン、アクリリルおよびメタ
クリリルハライド、ハロアルキルマレイン酸無水
物、ハロアルキルマレイン酸エステルのようなジ
エンのハライド;ビニルハロアルキルシラン;ビ
ニルハロアリール;ビニルベンジルクロリド
(VBC)のようなビニルハロアルカリール;ブロ
ムメチルノルボルネン、ブロムノルボルナンのよ
うなハロアルキルノルボルネン;およびエチレン
またはプロピレンオキシドのようなエポキシ化合
物が含まれる。このハロゲン基はクロル、フルオ
ル、ブロム、またはヨードであるが好適にはクロ
ルである。オレフイン基あるいはエポキシまたは
チオエポキシ基を持つ化合物の無水物たとえば無
水マレイン酸、アクリルまたはメタクリル酸無水
物も使用されうる。 リビングポリマの反応停止は停止剤をそのリビ
ングポリマの製造される温度でリビングポリマ溶
液に対し単に添加することで達成される。反応は
瞬間的で収量は理論値と一致する。その反応はモ
ル−モル関係で進行するがアニオン開始剤の量に
対し僅かに過剰モル数の停止剤を使用しうる。 この停止反応は適正ないかなる不活性溶剤中で
も行われうる。一般にリビングポリマ製造に使用
されたものと同じ溶剤系を使用することが推奨さ
れる。本発明の好適な態様ではテトラヒドロフラ
ンのような極性エーテル型溶剤よりも炭化水素溶
剤中で停止反応を行う。芳香族炭化水素、飽和脂
肪族および環状脂肪族炭化水素のような炭化水素
溶剤は反応条件および得られる生成物にいくつか
の差異を生じることがわかつた。たとえば停止反
応はエーテル溶剤とは逆に炭化水素溶剤中ではよ
り高温度で行なわれうる。 或る場合にはリビングポリマとそれを製造する
モノマとの性質によつて、或いは停止剤の性質に
よつて、或種の有害副反応が生じその結果不純な
生成物が出ずる。たとえば若干のリビングポリマ
のカルバニオンは停止剤の官能基またはすべての
活性水素と反応する傾向をもつ。したがつてたと
えばクリリルクロリドまたはメタクリリルクロリ
ドはその構造中に塩素原子が存在するので停止剤
として作用する一方で停止したポリマ鎖中にカル
ボニル基を与え、このカルボニル基は第2の高度
反応性を有するリビングポリマの攻撃をうける中
心となりうる。得られるポリマは予期される分子
量の2倍を持つかまたは若干の塩素を含み、若干
のリビングポリマが第2のリビングポリマまたは
アクリリルクロリドまたはメタクリリルクロリド
の1つの活性炭化水素との反応によつて停止した
ことを示している。 上記の問題を克服する一手段はその反応性カル
バニオンが停止剤の官能基またはすべての活性水
素との反応をもつと受けにくくすることであるこ
とが見出された。リビングポリマが不利な反応を
もつとうけ難くする好適な方法は高度反応性のリ
ビングポリマに対しさらに反応性の弱い反応体を
“冠帽(cap)させる”ことである。若干の好適
な“冠帽剤(capping agent)”の例には低級ア
ルキレンオキシド、すなわちエチレンおよびプロ
ピレンオキシドのように8個以下の炭素原子をも
つもの;ジフエニルエチレンなどがある。この
“冠帽”反応はなおリビングポリマである生成物
を与えるが官能基または活性水素を含む停止剤と
続いて反応させるとさらに純粋な生成物を与え
る。 ジフエニルエチレンはたとえばビニルクロルア
ルカノエートのような停止剤を用いる場合に秀れ
た“冠帽剤”であることがわかつた。 特に好適な“冠帽過”はエチレンオキシドの如
きアルキレンオキシドである。これはそのオキシ
ラン環を破壊してリビングポリマと反応する。次
に示すものは“冠帽反応”の代表例で、それは冠
帽剤としてのエチレンオキシドと“スチレンと開
始剤sec−ブチルリチウムとの重合で製造された
リビングポリマ”との反応を示す: 冠帽反応は重合温度でリビングポリマに冠帽反
応体を添加すると停止反応の場合と同様に極めて
簡単に行われる。この反応は直ちに起る。停止反
応の場合のように、開始剤の量と比べて僅か過剰
モル数の冠帽反応体を使用しうる。この反応はモ
ル−モルの関係で起る。 大過剰モルのアルキレンオキシドをリビングポ
リマと反応させると2個のポリマブロツクをもつ
リビングポリマを生じることが理解されよう。ポ
リスチレンセグメントとポリオキシアルキレンセ
グメントをもつ代表例を次に例示する: (ただしXは正の整数である)。 上記のエチレンオキシド“冠帽”ポリマのいず
れのものもこの冠帽ポリマのアニオンと反応しう
るモイエテイと重合性末端基とをもつ化合物によ
つて都合よく停止されうる。この化合物には次の
代表的なものがある:アクリリルクロリド、メタ
クリリルクロリド、ビニル−2−クロルエチルエ
ーテル、ビニルクロルアセテート、クロルメチル
マレイン酸無水物およびそのエステル、無水マレ
イン酸(水のプロトン化に続いてマレイン酸の半
エステルを生じる)、アリルクロリドおよびメタ
クロリドおよびビニルベンジルクロリド。 上記の“冠帽”リビングポリマとアクリリルま
たはメタクリリルクロリドとの反応を次の反応で
表わしうる: (ただし式中nは少くとも約50の正の整数、X
は0または正の整数であり、R4は水素またはメ
チルである。) エピハロヒドリンを停止剤として用いると得ら
れるポリマは末端エポキシ基を含む。この末端エ
ポキシをポリプロピレンオキシド主鎖グラフトコ
ポリマの製造におけるように重合性基そのものと
して使用しうるし、また、数種の既知反応のいず
れか一つを用いて種々の他の有用な重合性末端基
に転化しうる。 本発明の一態様としてエポキシまたはチオエポ
キシ末端基を含む停止されたリビングポリマをア
クリル、メタクリルまたはマレイン酸ハライドの
ような重合性カルボン酸ハライドと反応させ、実
質上均一分子量のポリマの重合性末端モイエテイ
としてベータ・ヒドロキシアルキルアクリレー
ト、メタクリレートまたはマレエートエステルを
作りうる。これらの同じ重合性エステルをこの末
端エポキシポリマから、まずそのポリマを水酸化
ナトリウム水溶液と加温してそのエポキシ基を対
応するグリコールに転化し、続いてそのグリコー
ル末端基を適当な重合性カルボン酸または酸ハラ
イドにより慣用法でエステル化することによつて
製造しうる。 塩基存在下のエポキシ基の水性加水分解で得ら
れるグリコールを、“たとえばグリコールまたは
ジアミンと過剰モルの無水フタル酸、無水マレイ
ン酸、無水コハク酸などと重合させて製造されう
る高分子量ジカルボン酸”と反応させてコポリマ
に転化しうる。これらの反応をポリスチレンブロ
ツクとポリアミドブロツク(ナイロン)とを得る
ように変更しうる。このグリコール末端ポリマを
ジイソシアネートと反応させてポリウレタンを作
ることもできる。このジイソシアネートはたとえ
ば平均分子量400のポリエチレングリコールと過
剰モルのフエニレンジイソシアネートとの反応生
成物であつてよい。 本発明の別の態様において有機エポキシドをエ
ポキシまたはチオエポキシ末端基を含む末端ポリ
マと共重合させる。得られるグラフトコポリマの
特徴は少くとも約20、好適には少くとも約30の有
機エポキシドの連続したセグメントをもつ主鎖で
ある。好適な有機エポキシドにはエチレンオキシ
ド、シクロヘキセンエポキシドおよびスチレンオ
キシド、すなわち8個以下の炭素原子をもつもの
が含まれる。単純な加水分解によつてこの主鎖ポ
リマを親水化しうる。 大分子量モノマをそれが製造された溶剤から分
離し、さらに精製しようとする場合には、ポリマ
物質の回収に熟練した当業者の使用するいずれの
既知技術を用いてもよい。これらの技術には、(1)
溶剤−非溶剤沈殿;(2)水性媒体中で溶剤の蒸発;
(3)真空ロール乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥のような
方法による溶剤の蒸発;(4)水蒸気ジエツト凝固が
含まれる。 大分子量モノマの分離と回収とは本発明の限界
的態様ではない。実際に大分子量モノマを回収す
る必要は全くない。別のいゝ方をすると、一たん
生成された大分子量モノマを適正なモノマおよび
重合触媒と共にその大分子量モノマが作られた系
内に入れてグラフト共重合させうる(たゞし、こ
の大分子量ポリマ製造反応器中で溶剤および諸原
料が触媒を毒したり、グラフト共重合過程に不利
な作用をしたりすることがない場合である)。し
たがつて大分子量モノマ製造時の反応器系の溶剤
と精製との賢明な選択は結局のところ本発明のグ
ラフトコポリマ製造で大きな節約を生じる結果と
なりうる。 上述の如く、主鎖ポリマ中に完全に重合されて
最終的にはグラフトコポリマの側鎖となる大分子
量モノマは狭い分子量分布を持たねばならない。
この大分子量モノマのようなポリマの分子量分布
を測定する方法は当業界で既知である。これらの
既知の方法を用いて重量平均分子量()と数
平均分子量()とを確かめ、その大分子量モ
ノマの分子量分布(/)を決定しうる。
この大分子量モノマは最高度の機能性を持つため
にほとんどポアソン分布の分子量をもつかまたは
実質上単分散性(monodisperse)であらねばな
らない。すなわち/比は実質上約1.1以上
でない。好適にはこの新規な大分子量モノマの
/比は約1.1以下である。本発明による大
分子量モノマは上述の製造法によつて上記の狭い
分子量と純度とをもつ。したがつて大分子量モノ
マ製造工程の順序がこのグラフトコポリマに有益
な性質を最も良く与えるために守られることが重
要である。 上文の記載から明らかなように本発明で考慮さ
れる疎水性共重合性大分子量モノマは一般に次の
構造式で表わされる: ただし式中1は単官能性アニオン開始剤の残
基、P1は少くとも1個のアニオン重合されたモノ
マであり、P2は少くとも1個のアニオン重合され
たモノマでP1と同じでも異つてもよい;Rは水素
または低級アルキル、R′は水素または (ただしXは水素、低級アルキルまたは1価金
属である)であり;nは少くとも約20の正の整
数、mは0または正の整数であり、n+mは大分
子量モノマの分子量が少くとも約2000、好適には
5000〜約50000となるような値であり、o、q、
rおよびsは0または1であり、pは0または1
〜約8の範囲内の正の整数であり、oとpとが1
であればqは0、rは0または1、sは0または
1、tは1であり、oが0であればpは正の整数
でq、r、s、およびtは0または1となりうる
し、o、q、r、sおよびtが0であればpは正
の整数でsは0または1となりうるものであり;
uおよびvは0または1でuが1ならばvは0、
vが1ならばuは0である。そしてこの大分子量
モノマはその/比が実質上約1.1以下であ
るような実質上均一な分子量分布をもつことを意
味する。たゞしはモノマの重量平均分子量、
はモノマの数平均分子量である。 上述のように、P1およびP2は好適にはビニル芳
香族化合物および共役ジエンのポリマである。 共重合性親水性(水溶性)化合物 本発明によるグラフトコポリマの親水性ポリマ
主鎖を得るのに適した共重合性コモノマは水溶性
であるかまたは共重合後に水溶性化されうるもの
でなくてはならない。これらの化合物は共重合し
て水溶性物質または水溶性化されうるものになら
ねばならない。この“水溶性”という語は本明細
書中では少くとも約10重量%、好適には少くとも
30重量%が室温で水中に均一に混和しうる組成物
を包含する意味で用いられる。本発明によるグラ
フトコポリマの親水性ポリマ鎖の製造に使用する
ことを考慮している好適な共重合性モノマには次
のものが含まれる: アクリルおよびメタクリル酸 アクリルおよびメタクリル酸の水溶性モノエス
テルであつてそのエステルモイエテイは水酸基の
ような親水基を少くとも1つ含むもの。すなわち
ヒドロキシ低級アルキルアクリレートまたはメタ
クリレートでその代表的なものは次の通りであ
る: 2−ヒドロキシエチルアクリレート、 2−ヒドロキシエチルメタクリレート、 2−ヒドロキシプロピルアクリレート、 2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、 3−ヒドロキシプロピルアクリレート、 3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、 ジエチレングリコールモノメタクリレート、 ジエチレングリコールモノアクリレート、 ジプロピレングリコールモノメタクリレート、 およびジプロピレングリコールモノアクリレー
ト。 分子中に少くとも1個の窒素原子をもつ水溶性
ビニルモノマ、その例としては次のものがある: アクリルアミド、 メタクリルアミド、 メチロールアクリルアミド、 メチロールメタクリルアミド、 ジアセトンアクリルアミド、 N−メチルアクリルアミド、 N−エチルアクリルアミド、 N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、 N,Nジ置換アクリルアミド(たとえばN,N
−ジメチルアクリルアミド;N,N−ジエチルア
クリルアミド;N−エチル−メチルアクリルアミ
ド;N,N−ジメチロール−アクリルアミドおよ
びN,N−ジヒドロキシエチルアクリルアミ
ド)、 異節環状含窒素化合物(たとえばN−ピロリド
ン、N−ビニルピペリドン、N−アクリロイルピ
ロリドン、N−アクリロイルピペリジンおよびN
−アクリロイルモルホレン)、また カチオン官能性をもつモノマをも使用し得るもの
である(たとえばビニルピリデン第4級アンモニ
ウム塩、およびジメチルアミノエチルメタクリレ
ート第4級アンモニウム塩および商標名シポマー
(Sipomer)Q−1で知られる化合物)。 特に好適な組成物群にはポリマ化後の反応で親
水化されうるものが含まれる。たとえばビニルホ
ルメート、ビニルアセテート、ビニルモノクロル
アセテート、およびビニルブチレートの如きカル
ボン酸ビニルエステルを上記の共重合性大分子量
モノマと共重合させ、その共重合反応に続いてカ
ルボン酸ビニルエステルのモノメリツクなくり返
し単位を含むポリマ主鎖を加水分解してポリビニ
ルアルコールとして親水化させうる。換言すると
このポリマ主鎖はポリビニルアルコールからな
る。 上述の親水性モノマは後の反応によつて親水化
されうるもので、単独でも組合せても使用されう
るが、あるいは他の共重合性コモノマとの共重合
体(interpolymer)としても使用されうる。親水
性モノマまたは親水化されうるものと混合または
組合せて使用される共重合性モノマはどのエチレ
ン性不飽和モノマでもよく、それには親水性モノ
マまたは疎水性モノマと、“疎水性共重合性大分
子量モノマ”との組合せが含まれる。上述の“疎
水性共重合性大分子量モノマ”および上記の“親
水性共重合性コモノマ”と共重合
(interpolymerize)されうる好適な疎水性共重合
性モノマにはアルキルアクリレートおよびメタク
リレートたとえばメチルアクリレートまたはメタ
クリレート、エチルアクリレートまたはメタクリ
レート、プロピルアクリレートまたはメタクリレ
ート、ブチルアクリレートまたはメタクリレート
が含まれ、ブチルアクリレートが好適である。そ
の他の適正な疎水性共重合性コモノマにはビニル
クロリド、ビニリデンクロリド、アクリロニトリ
ル、メタクリロニトリル、ビニリデンシアニド、
ビニルアセテート、ビニルプロピオネートおよび
ビニル芳香族化合物(たとえばスチレンおよびア
ルフア−メチルスチレン、および無水マレイン
酸)が含まれる。 本発明によるグラフトコポリマの親水性ポリマ
主鎖の製造に有用な好適なコモノマ群にはアクリ
ルえよび(または)メタクリル酸と多価アルコー
ルとのモノエステル(たとえば2−ヒドロキシエ
チルアクリレートおよびメタクリレート);N,
N−ジ置換アクリルアミド(たとえばN,N−ジ
メチルアクリルアミド、特に別のコモノマとして
ブチルアクリレートを一緒に用いる時);および
ビニルアセテートのようなモノカルボン酸ビニル
エステル(これは共重合反応後にアルカリでケン
化される)が含まれる。 親水性コポリマ主鎖を形成する共重合性コモノ
マと共重合する上記の“共重合性疎水性大分子量
モノマ”の量は親水性ポリマ主鎖を形成する共重
合性コモノマに対し、約1〜約95重量%の範囲で
なくてはならない。別の表現をとれば親水性ポリ
マ主鎖をもつ化学結合され相分離された熱可塑性
グラフトコポリマは(1)約1〜約95重量%の狭い分
子量分布をもつ共重合性疎水性大分子量モノマ
と、(2)約99〜約5重量%の親水性ポリマ主鎖を形
成する共重合性コモノマとからなる。好適にはポ
リマの最終機械強度を達成するためにこのグラフ
トコポリマは約60重量%まで、さらに好適には約
2〜約40重量%の上記の疎水性大分子量モノマを
含む。 共重合性疎水性大分子量モノマと“グラフトコ
ポリマの親水性ポリマ主鎖を形成する共重合性コ
モノマ(および場合によつては少量の当業者によ
つて修正用モノマ〔modifiermonomer〕と呼ばれ
る適正な少量のコモノマ)”との共重合を溶液重
合、乳化重合、バルク重合、懸濁重合および非水
懸濁重合によつて行いうる。 一般には共重合反応完結後にこの重合系中に末
反応のまゝ残留するすべての共重合性疎水性大分
子量モノマを除くことが好ましい。この大分子量
モノマの除去を溶剤抽出のような適正な手段のい
ずれを用いても達成しうる。 所望によつては特にバルク重合の際に共重合を
コンタクトレンズ型のような成型鋳型中で行いう
る。この場合にグラフトコポリマの湿潤強度をさ
らに改善するためにこの共重合反応に交差結合剤
を添加しうる。この目的に適した交差結合剤には
エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレ
ングリコールメタクリレート、ジビニルベンゼン
およびN,N−メチレン−ビス−メタクリルアミ
ドがある。使用される交差結合剤の量は一般に所
望の交差結合度に依存する。交差結合剤の適正量
は親水性ポリマ主鎖を形成するモノマの重量当り
約0.1〜約2重量%すなわち一般には約1モル%
以下となりうる。 共重合反応のために重合反応触媒を使用する場
合には触媒に適正な重合反応の環境を使用すべき
である。たとえば油溶性または溶媒可溶性のパ−
オキシドたとえばベンゾイルパ−オキシドは共重
合性および疎水性の大分子量のモノマとエチレン
性不飽和コモノマとを塊状において、有機溶剤た
とえばベンゼン、シクロヘキサン、トルエン、キ
シレン等中の溶液または水溶液において共重合さ
せる場合に一般に効果的である。水溶性のパ−オ
キシドたとえば過硫酸のナトリウム、カリウム、
リチウムおよびアンモニウム塩等は水性の懸濁系
および乳濁系において有用である。共重合性およ
び疎水性の大分子量のモノマの多くのものたとえ
ばエチレン性不飽和末端基およびポリスチレン、
ポリイソプレンまたはポリブタジエンくり返し単
位を有するモノマの共重合反応においては乳化剤
または分散剤が水性の懸濁体中に使用され得る。
これらの系においては水不溶性の大分子量モノマ
を少量の適当な溶剤たとえば炭化水素中に溶解さ
せることによつて特別な利点が達成され得る。こ
の新規技術によつて溶剤中のモノマを溶剤−ポリ
マ系をとりまく水性系において重合性の大分子量
モノマと共重合させる。勿論重合反応触媒は重合
反応系の有機系中に可溶であるように選ばれる。 使用される重合反応触媒はエチレン性不飽和結
合を有する化合物(ただし上記の基準に合致す
る)を重合させる際に適当な触媒のいずれかであ
り得るが好適にはフリ−ラジカル触媒である。特
に興味ある触媒はたとえばアゾビスイソブチロニ
トリルおよびパーオキシド触媒である。適当なパ
−オキシド触媒の若干例には過酸化水素、ベンゾ
イルパーオキシド、t−ブチルパ−オクトエー
ト、フタリツクパ−オキシド、サクシニツクパ−
オキシド、ベンゾイルアセチツクパ−オキシド、
ヤシ油酸パ−オキシド、ラウリツクパ−オキシ
ド、ステアリツクパ−オキシド、マレイツクパ−
オキシド、t−ブチルヒドロパ−オキシド、ジ−
t−ブチルパ−オキシドおよびその類似物が含ま
れる。 好適な触媒は適度な低温たとえば約45〜85℃に
おいて有効なものである。 フリーラジカル重合反応触媒以外に触媒には主
としてエポキシド基の開裂によつて重合する物質
たとえば末端にエポキシ基を有する共重合し得る
疎水性大分子量モノマが含まれる。かかる触媒に
はp−トルエンスルホン酸、硫酸、リン酸、塩化
アルミニウム、塩化第二スズ、塩化第二鉄、三フ
ツ化ホウ素、三フツ化ホウ素−エチルエーテル錯
化合物およびヨウ素が含まれる。多工程重合法を
使用することが望まれ得る。 使用される触媒の量は用いられる触媒系の型に
よつてきまり一般にコモノマ混合物の100重量部
に対して約0.1〜約10重量部であり好適には100部
のコモノマ混合物に対して約0.1〜約1重量部で
ある。 共重合反応は一般に約室温〜約165℃の温度に
おいて行われる。しかし一般には重合反応を比較
的に低い温度たとえば約40〜約85℃で開始させて
から反応が継続する限り好適には大部分の反応が
完結したのちまで温度を約90〜約165℃に上げる
ことが好適である。最適な重合反応開始温度の範
囲は約45〜70℃の間である。通常この重合反応は
密閉反応器中の自然発生圧力下に行われる。しか
しモノマのいずれかの著量の蒸発を防ぐために何
等かの適当な手段が使用され得る。 共重合反応は一般に約4〜約48時間の間に完結
されるが好適には約6〜約24時間の間に完結され
る。勿論時間と温度とが反比例の関係にあること
は当然である。すなわち温度範囲の上限において
使用される温度は時間範囲の下限に近い時間で完
結される得る重合反応法を提供する。 共重合反応の次に所望によりグラフトコポリマ
を何等かの適当な手段によつて後硬化することが
できる。しかし本発明によるグラフトコポリマは
自然補強作用および自然硬化作用を有するのでか
かる後硬化を一般に必要としないがいちじるしい
強度が要求される用途に対しては例外である。後
硬化が所望される場合には所望の製品の大体のま
たは正確な形および(または)大きさに合う金型
(mold)またはキヤスト(cast)中で行われ得
る。後硬化を含めてポリマが完成されたのちに堅
固で硬く且つ透明なコポリマが得られる。製造さ
れた製品は次に平衡に達するまでまたは所望量の
液体たとえば水性液体を含有するヒドロゲルにな
るまで適当な液体中で膨潤され得る。その外にヒ
ドロゲルについては本発明によるポリマを水性液
体の代りに水溶性の膨潤剤によつて膨潤させるこ
ともよつても得られ得ることが知られるべきであ
る。水溶性の膨潤剤にはエチレングリコール、液
体ポリエチレングリコール、乳酸のグリコールエ
ステル、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、
ジメチルスルホキシドおよびその類似物が含まれ
る。 本発明によるコポリマはそのまま成形される以
外に圧緒成形、押出成形または射出成形によつて
加工され得る。コポリマが他の基体物質上に被覆
されることもまた本発明の範囲内に入るものであ
る。本例においては本発明によるグラフトコポリ
マは親水性基および疎水性基の両者を有するので
特に有用である。これらの基の一つまたは他者ま
たはその両者は被覆された基体と適合し得る。 その開示が本明細書中に参照されている係属中
の米国特許願第282099号明細書中に指摘されてい
るように第二のモノマと共重合し得る疎水性大分
子量モノマとの共重合性または反応性の末端基は
親水性ポリマ骨格を形成するために選ばれた第二
のコモノマの比較的な反応性比にもとづいて特に
選択される。すなわち本発明はグラフトコポリマ
の主鎖を制御するための手段を提供する。更に詳
くはグラフトコポリマ主鎖の制御は以下の手段の
いずれか一つまたはすべてによつて達成され得
る。 (1) 共重合反応中に共重合性の疎水性大分子量モ
ノマおよび第二のモノマの反応性比を測定する
ことによつてホモポリマによつて汚染されてい
ない純粋なグラフトコポリマを製造し得る (2) 共重合性の疎水性大分子量モノマおよび第二
のコモノマの共重合反応の間にモノマの添加速
度を制御することによつてポリマ構造における
側鎖間の距離を制御し得る:および (3) 共重合性疎水性大分子量モノマを製造するた
めの陰イオン性重合反応工程においてグラフト
鎖の大きさを予定および制御し得る。 反応停止剤を適当に選択することによつて制御
された相分離グラフトコポリマの製造においてす
べての共重合反応機構が使用され得ることは当業
熟練技術者にとつて明白であろう。 根本的に重要なことはポリマ主鎖中の側鎖の位
置づけは大分子量のモノマおよび第二の共重合性
コモノマの末端基にもとづくという事実である。
すなわち主鎖ポリマに沿う側鎖ポリマの分布は
夫々のコモノマの反応性比によつて制御される。 上文中に示されているように本発明による共重
合性疎水性大分子量モノマは比較的な反応性比に
よつて測定されるように予測され得る態様におい
て親水性ポリマ主鎖を形成するモノマと共重合す
る。 本発明におけるコポリマー方程式: (1) はM1がきわめて低い分子濃度である場合には簡
単に近似式: (2) dM/dM〜M/r に変形することが示され得る。すなわち大分子量
のモノマ(M1)と他のモノマー(M2)との共重合
反応は僅かにr2値およびモノマの供給組成物によ
つて記述される。方程式(2)を整理すると: (3) r2=dM/M/dM/M=%重合率M
/%重合率M を与える。 反応性比r2は単一の共重合反応実験の比較的に
低い重合率の試料から見積られ得る。共重合性の
疎水性大分子量のモノマの予想され且つ制御され
得る反応性のこの概念はそれによつて確立され得
る。市販のモノマと各種の末端基を有する本発明
による共重合性疎水性大分子量モノマとの反応性
においてはr2の反応性比に対する入手され得る文
献値と関連することが示されている。 上文において概説された方法に従つて独特な性
質の組合せを有するグラフトコポリマが製造され
る。これらの独特な性質の組合せは他の場合には
非混和性のセグメントの混和性を強化する本明細
書記載の新規方法によつて可能にされる。これら
の非混和性のセグメントはそれら自身の種類の相
に分離する。すなわち親水性ポリマ主鎖および疎
水性ポリマ側鎖を有する本発明によるグラフトコ
ポリマの場合には夫々のポリマの分離相を形成す
る。この製品の組織は親水性のポリマ母体中に分
散された疎水性の領域からなる。疎水性の領域は
水溶性の連鎖セグメントによつて相互に連結され
ている。疎水性の領域は交差結合として作用し且
つ水によつて膨潤されたポリマ主鎖に湿潤強度を
提供する。水中での膨潤度は共重合された疎水性
大分子量モノマの量および分子量により且つ水溶
性または親水性のポリマ主鎖の組織によつて制御
され得る。一つの型の例には親水性主鎖が5/95〜
100/0のアクリル酸/エチルアクリレートおよび
約10000〜約35000の範囲内の分子量および総製品
の20〜80%の重量範囲を有するメタクリレートを
末端とするポリスチレンからなる組成物が含まれ
る。この製品は水によつて膨潤させられて有用な
ヒドロゲルを提供する。 グラフトコポリマは親水性および疎水性のセグ
メントからなるのでそれらは顔料、ポリマ懸濁
体、乳濁体等に対する保護コロイドまたは懸濁安
定剤として特に有用である。それらはまた塗料の
レオロジー(rheology)が制御され得る保護被覆
および塗料または疎水性ポリマの側鎖が安定剤お
よび接着促進剤の二役に役立つ接着剤の製造にお
いて有用である。 本発明による新規なグラフトコポリマはまた特
に親水性ポリマ主鎖が若干のモノマ官能基を含む
場合には凝集剤として有用である。これらの型の
主鎖を有するポリマ物質はまたウエツトエンド添
加剤(wet end additives)として有用である。
これらのコポリマはまた粘稠剤または脱泡剤とし
て使用され得る。本発明による新規コポリマの二
面性はまた接着剤および結合剤としての適用にお
ける親水性表面に対する湿潤および処理剤
(coupling agent)として有用である。 本発明による新規コポリマの高度な湿潤強度は
本発明によるポリマ組成物をして水透過性膜、ス
ポンジ、ヒドロゲル、イオン交換樹脂、伝導性の
ポリマとして有用ならしめる。水透過性および水
吸収性組成物もまた本発明によるコポリマをフイ
ルム等に配合することによつて製造され得る。共
重合性疎水性大分子量のモノマが低濃度で使用さ
れる場合には特に親水性ポリマ主鎖に陽イオン官
能部分が含まれる時にその製品は帯電防止性を有
する。本発明によるコポリマはまた包装用フイル
ムに沈着した場合にその帯電防止性のためにおよ
び霧状物のない表面を与えうるために有用であ
る。 単一の分子中に親水性および疎水性のポリマ鎖
の両者を含有するグラフトポリマは従来の工業的
な粘稠剤以上に強化された粘稠作用を有する。 本発明によるグラフトコポリマの溶解性はラン
ダムコポリマ(random copolymer)とは異る。
ランダムコポリマの溶解性が単一のモノマ単位か
ら構成される新規なポリマであるごとく取扱れる
場合でも本発明によるグラフトコポリマはホモポ
リマ鎖を構成する性質の要素を含有する。二つの
異るポリマ鎖の相互作用が顕著になるやいなや不
混和性および相分離を生ずることが常である。 例えば水溶性および非水溶性の成分鎖からなる
グラフトコポリマを配合ラテツクスに加える場合
にはポリマ粘稠剤およびラテツクス粒子、または
顔料、粘土の間の相互作用が起り且つポリマ粘稠
剤の分子は崩壊する。二つのホモポリマ鎖は両立
しないので疎水性鎖は合してミクロゲル粒子を形
成する。凝集はすみやかに進行して大きな集合体
を形成し最後にはすべての粒子が粘稠剤の分子の
疎水性部分のミクロゲル粒子が交差結合点として
作用するところでラテツクス粘稠剤の分子によつ
て互いに結合されて網状組織が形成される。工業
的な粘稠剤、凝集剤等としてポリマ物質を適用す
る際には最も効果的な構造は二つの両立しないホ
モポリマ鎖すなわちその一つは親水性であり他は
疎水性である鎖を含有するブロツクコポリマまた
はグラフトコポリマである。分子の親水性部分は
疎水性部分を可溶性にして全分子を水(またはア
ルカリ)溶性にする。しかし粘稠剤を配合ラテツ
クスに加える場合には粘稠剤とラテツクス粒子、
粘土、顔料との間の相互作用を生じグラフトコポ
リマはその水溶性を減少する。分子の疎水性部分
は水に不溶性となりそれは分子の他の部分と両立
しないので集合してミクロゲルとなる。 本発明による新規なグラフトコポリマはまた医
薬として有効な物質のために且つ天然および合成
の風味料、エツセンス、香料、スパイス、食品着
色料、甘味料、染料およびその類似物のために担
体として適応される。すなわち各種の添加剤はト
マス・シエパード(Thomas H.Sheppard)等に
与えられその開示が本明細書中に参照されている
米国特許第3520949号明細書開示の態様において
本発明によるグラフトコポリマ中に配合され得
る。 以下の諸例によつて本発明を更に説明するがそ
れらはあらゆる点において本発明を制限するもの
ではない。各場合においてすべての物質は純粋で
あり反応された混合物を乾燥状態に且つ汚染物質
を含まない状態に保つように注意すべきである。
特記しないかぎりすべての部および%は重量によ
る。 例 1 アリルクロリドによつて末端化されたポリスチ
レンの製造 ステンレス鋼製の反応器にリンデ(Linde)の
モレキユラーシーブおよび水素化カルシウムによ
つてあらかじめ乾燥されたA.C.S.等級のベンゼ
ン(チオフエンを含有しない)の76.56部を仕込
んだ。反応器を40℃に加熱しこれに皮下注射器を
用いて0.015部のジフエニルエチレンを加えた。
ヘキサン中にsec−ブチルリチウムを溶かした
12.1%溶液を少しづつ反応器に加えて永続する橙
黄色を保持するにいたらしめこの時点において更
に0.885部(1.67モル)のsec−ブチルリチウム溶
液を加え次に22.7部(218モル)のスチレンを44
分間に加えた。反応器の温度を36〜42℃に保つ
た。重合中のポリスチレンを0.127部のアリルク
ロリドを反応混合物に加えることによつて反応停
止させた。得られたポリマを沈殿させるためにα
−オレフインを末端とするポリスチレン−ベンゼ
ン溶液をメタノール中に加え、このようにして該
ポリマ−を沈殿させた。このαのオレフインを末
端とするポリスチレンを空気循環熱風乾燥器中に
おいて40〜45℃で乾燥し次に流動床中で痕跡量の
メタノールを除去した。精製後のメタノール含有
量は10ppmであつた。膜相浸透圧計によつて測
定するとポリマの分子量は15400(理論:13000)
であり、分子量の分布はきわめて狭くすなわち
/は1.05以下であつた。大分子量のモノマ
は次の構造式: (ただしnはポリマの分子量が15400になるよ
うな値を有する)を有していた。 例 2 アリルクロリドによつて末端化されたポリ(α
−メチルスチレン)の製造 容積2500mlのテトラヒドロフラン中に472g
(4.0モル)のα−メチルスチレンを溶かしこの溶
液にn−ブチルリチウムの12%ヘキサン溶液を滴
下して処理し淡赤色を保持するに至らしめた。更
にこのn−ブチルリチウム溶液の30ml(0.383モ
ル)を加えると明るい赤色を生じた。次にこの混
合物の温度を−80℃に下げこの温度に30分保つた
のちに4.5g(0.06モル)のアリルクロリドを加
えた。ほとんど瞬間的に赤色は消失しリビングポ
リマの停止したことを示した。得られた無色の溶
液をメタノール中に注いでα−オレフインによつ
て末端化されたポリ(α−メチルスチレン)を沈
殿させたがこのものは蒸気相浸透圧測定によると
11000(理論:12300)平均分子量を有するものと
して示されその分子量分布はきわめて狭くすなわ
ち/は1.05以下であつた。得られた大分子
量のモノマは次の構造式: (ただしnはポリマの分子量が11000になるよ
うな値である)を有していた。 例 3 ビニルクロルアセテートによつて末端化された
ポリスチレンの製造 2500mlのシクロヘキサン中にジフエニルエチレ
ンの1滴を溶かしこの溶液に40℃でsec−ブチル
リチウムの12%シクロヘキサン溶液を滴下して処
理し淡赤色を保持するに至らしめ更に18ml
(0.024モル)の該sec−ブチルリチウム溶液を加
え次に312g(3.0モル)のスチレンを加えた。重
合反応混合物の温度を40℃に30分保つたのちに8
ml(0.040モル)のジフエニルエチレンで処理す
ることによつてリビングポリスチレンを冠帽
(cap)させてから6ml(0.05モル)のビニルクロ
ルアセテートで処理することによつて末端停止さ
せた。このシクロヘキサン溶液をメタノールに加
えて得られたポリマを沈殿させてから過してポ
リマを分離した。蒸気相浸透圧によつて測定する
とその平均分子量は12000(理論:13265)であり
分子量分布はきわめて狭くすなわち/は
1.06以下であつた。製造された大分子量のモノマ
は次の構造式: (ただしnはポリマの分子量が12000になるよ
うな値を有する)を有していた。 例 4 ビニルクロルアセテートによつて末端化された
ポリ(α−メチルスチレン)の製造 容積2500mlのテトラヒドロフラン中に357g
(3.0モル)のα−メチルスチレンを溶かしこの溶
液にt−ブチルリチウムの12%ペンタン溶液を滴
下して処理し淡赤色を保持するに至らしめた。そ
ののちに更に15.0ml(0.03モル)の該t−ブチル
リチウム溶液を加えると明るい赤色が発生した。
次にこの混合物の温度を−80℃に下げその温度に
30分保つたのちに5.6mlのジフエニルエチレンを
加えた。得られた混合物を5.0ml(0.04モル)の
ビニルクロルアセテート中に注ぎこのようにして
末端化されたポリ(α−メチルスチレン)をメタ
ノールによつて沈殿させ過して分離した。蒸気
相浸透圧によつて測定するとその平均分子量は
14280(理論値:12065)であり分子量分布はきわ
めて狭かつた。製造された大分子量のモノマは次
の構造式: (ただしnはポリマの分子量が14280になるよ
うな値を有する)を有していた。 例 5 ビニル−2−クロルエチルエーテルによつて末
端化されたポリスチレンの製造 ジフエニルエチレンの1滴を溶かした溶液に対
し40℃でt−ブチルリチウムの12%ペンタン溶液
を滴下して淡赤色を持続するに至らしめその点で
更に30ml(0.04モル)のt−ブチルリチウム溶液
を加え次に312g(3.0モル)のスチレンを加え
た。重合反応混合物の温度を40℃に30分保つたの
ちにリビングポリスチレンを8ml(0.08モル)の
ビニル−2−クロルエチルエーテルで処理するこ
とによつて末端停止させた。ベンゼン溶液をメタ
ノールに加えることによつて得られたポリマを沈
殿させ過することによつてポリマを分離した。
蒸気相浸透圧によつて測定するとその平均分子量
は7200(理論:7870)であり分子量分布はきわめ
て狭くすなわち/は1.06以下であつた。製
造された大分子量のモノマは次の構造式: (ただしnはポリマの分子量が7200になるよう
な値を有する)を有していた。 例 6 エピクロルヒドリンによつて末端化されたポリ
スチレンの製造 例5記載の方法によつてリビングポリスチレン
のベンゼン溶液を製造し10g(0.10モル)のエピ
クロルヒドリンで処理することによつて末端停止
させた。得られた末端化されたポリスチレンをメ
タノールによつて沈殿させ過して分離した。蒸
気相浸透圧によつて示されるその分子量は8660
(理論:7.757)でありその平均分子量の分布はき
わめて狭かつた。製造された大分子量のモノマは
次の構造式: (ただしnはポリマの分子量が8660になるよう
な値を有する)を有していた。 例 7 メタクリルクロリドによつて末端化されたポリ
スチレンの製造 容積2500mlのベンゼン中に0.2mlのジフエニル
エチレンを溶かしこの溶液にn−ブチルリチウム
の12%ヘキサン溶液を滴下して淡赤褐色を持続す
るに至らしめた。該n−ブチルリチウム溶液の24
ml(0.031モル)を更に加え次に416g(4.0モ
ル)のスチレンを加えると橙色が発生した。外部
からの冷却およびスチレン添加速度の制御によつ
て40℃の温度を終始保持した。すべてのスチレン
を加えたのちに更に30分この温度を保ち次に20℃
に下げたのちに4.4g(0.1モル)のエチレンオキ
シドを加えると溶液は無色になつた。リビングポ
リマを10ml(0.1モル)のメタクリルクロリドと
反応させることによつて末端停止させた。得られ
たポリマの平均分子量は蒸気相浸透圧によれば
10000であつた。この大分子量のモノマは次の構
造式: (ただしnはポリマの分子量が10000になるよ
うな値を有する)を有していた。 例 8 メタクリリルクロリドによつて末端化されたポ
リスチレンの製造 ステンレス鋼製の反応器にリンデのモレキユラ
ーシーブおよび水素化カルシウムであらかじめ乾
燥された121.12(32ガロン)のACS等級のベン
ゼン(チオフエンを含まない)を仕込んだ。反応
器を38〜40℃の間の温度に加熱し皮下注射器によ
つて10mlのジフエニルエチレンを反応器に加え
た。sec−ブチルリチウムの11.4%ヘキサン溶液
を反応器に滴下して永続する橙黄色を保持するに
至らしめ(60ml)そこで1.56176Kg(3.44ポン
ド)の該sec−ブチルリチウムベンゼン溶液を反
応器に加えてから37.455Kg(82.5ポンド)の精製
されたスチレンを1時間40分かかつて加えた。反
応器の温度を38〜40℃に保つた。リビングポリス
チレンに0.12712Kg(0.28ポンド)のエチレンオ
キシドを加えてキヤツプさせると反応溶液は赤橙
色から黄色に変つた。得られたキヤツプされたリ
ビングポリスチレンを次に260mlのメタクリルル
クロリドと反応させると溶液はきわめて淡い黄色
に変つた。ポリマのベンゼン溶液をメタノールに
加えてメタクリレートで末端化させるポリスチレ
ンを沈殿させるとポリマは溶液から析出した。ポ
リマを空気循環熱風乾燥器中40〜45℃で乾燥して
から流動床上で痕跡量のメタノールを除去した。
膜相浸透圧によつて測定されたポリマの分子量は
13400であり分子量分布はきわめて狭くすなわち
/は1.05以下であつた。 例 9 無水マレイン酸によつて末端化されたポリスチ
レンの製造 ステンレス鋼製の反応器にリンデのモレキユラ
ーシーブおよび水素化カルシウムによつてあらか
じめ乾燥されたACS等級のベンゼン(チオフエ
ンを含まない)の2.5を仕込んだ。反応器を40
℃に加温し皮下注射器によつて0.2mlのジフエニ
ルエチレンを反応器に加えた。sec−ブチルリチ
ウムの12.1%ヘキサン溶液を少量ずつ反応器に加
え永続的な橙黄色を保持するに至らしめ(0.7
ml)そこで更に該sec−ブチルリチウム溶液の
22.3mlを加え次に16分を要して421.7gのスチレ
ンを加えた。反応器の温度を40〜45℃に保つた。
スチレン添加が終つてから5分後に溶液が無色透
明になるまでエチレンオキシドをレクチユアボト
ル(lecture bottle)から表面下に断続的に加え
た。エチレンオキシドの添加が終つてから1時間
後に20.55mlの無水マレイン酸のベンゼン溶液
(無水マレイン酸溶液は84gの無水マレイン酸を
550gの精製ベンゼンに溶解させることによつて
作られた)をキヤツプされたリビングポリマに加
えた。無水マレイン酸を添加してから1時間後に
反応器の内容物をメタノール中に排出して沈殿さ
せた。ポリスチレンを末端化させたマレイン酸半
エステルはゲルパーミエーシヨンクロマトグラフ
イー(Gel Permeation Chromatography)によ
つて測定すると約14000であつた。この共重合性
の大分子量のモノマは次の構造式: を有していた。 例 10 アリルクロリドによつて末端化されたポリブタ
ジエンの製造 CP等級の1.3−ブタジエン(99.0%純度)を
0.568(1パイント)のソーダ壜に凝縮させて
集めた。これらの壜は4時間150℃に炉中で加熱
され冷却中に窒素を通じられブチルラバーおよび
ポリエチレンフイルムの裏あてを使用する有孔金
属王冠でふたをされている。ブタジエンを含有す
るこれらの壜は使用前研究室用の冷蔵庫中で−10
℃において0.7Kg/cm2(10psi)の窒素圧下に貯蔵
された。反応器にヘキサ溶剤を仕込んで50℃に加
熱してから注射器によつて0.2mlのジフエニルエ
チレンを加えた。赤いジフエニルエチレン陰イオ
ンの色が少くとも10〜15分間持続するまで注射器
によつてsec−ブチルリチウムを反応器に滴下し
た。反応器の温度を0℃に下げ328.0gのブタジ
エンを重合反応器に仕込み次にブタジエン仕込量
の半分が加えられた時に17.4ml(0.02187モル)
のsec−ブチルリチウムの12%ヘキサン溶液を加
えた。ヘキサン中50℃で18時間ブタジエンを重合
させた。重合反応の次に反応器中の陰イオン性ポ
リブタジエン溶液を400mlずつの部分に分けて窒
素圧下にふたをされた壜に移した。アリルクロリ
ド(0.48ml、0.00588モル)をおのおのの壜中に
注入した。これらの壜を50〜70℃の温度下に水浴
中に24時間までの間固定した。おのおのの壜中の
試料をメタノールおよびイオノール(Ionol)溶
液によつて迅速停止させゲルパーミエーシヨンク
ロマトグラフイによつて分析した。おのおのの試
料は無色透明でありゲルパーミエーシヨンクロマ
トグラフイ精査による分析は該試料が狭い分子量
分布を有することを示した。末端停止剤として2
−クロルブタン(0.4ml、0.00376モル)によつて
キヤツプされた同一ロツトのリビングポリブタジ
エンからの壜中でいくつかの対照試料の末端化を
実施した。2−クロルブタン末端化されたポリマ
は黄色であり24時間70℃に保つたのちにゲルパー
ミエーシヨンクロマトグラフイで精査するとその
分子量分布が巾広いことが示された。2−クロル
ブタジエンと陰イオン性ポリブタジエンとの反応
および反応生成物がアリルクロリドと陰イオン性
ポリブタジエンとの反応および反応生成物と異る
ことは明白である。 例 11 メタアクリレートを末端とするポリイソプレン
の製造 容量3.785(1ガロン)のケムコ(Chemco)
のガラスボウル(glass−bowl)反応器にあらか
じめリンデのモレキユラーシーブおよび水素化カ
ルシウムによつて乾燥された精製ヘプタンの2.5
を仕込み次に指示薬として0.2mlのジフエニエ
チレンを加え且つ特徴とする淡黄色が持続するま
でt−ブチルリチウムの溶液(ヘキサン中12%)
を滴下することによつて反応器をステリライズ
(sterilize)した。反応器を40℃に加熱しこれに
19.9ml(0.025モル)のt−ブチルリチウムの12
%ヘキサン溶液を皮下注射器によつて注入し次に
331.4g(4.86モル)のイソプレンを加えた。こ
の混合物を40℃で1時間放置してから0.13モルの
エチレンオキシドを反応器に仕込んでリビングポ
リイソプレンを冠帽(キヤツプ)した。キヤツプ
されたリビングポリイソプレンを40分間40℃に保
つたのち0.041モルのメタクリルクロリドを反応
器中に仕込んでキヤツプされたリビングポリマを
末端停止させた。この混合物を13分間40℃に保つ
てから真空下のストリツピングによつてヘプタン
溶剤を除去した。ポリスチレンに対するゲルパー
ミエーシヨンクロマトグラフイ精査にもとづけば
メタクリレートによつて末端化されたポリイソプ
レンのゲルパーミエーシヨンクロマトグラフイに
よる分子量は約10000(理論:13000)であつた。
メタクリレートで末端化されたポリイソプレンの
大分子量のモノマは次の構造式: を有していた。 例 12 α−オレフインによつて末端化されたポリイソ
プレンの製造 容量3.785(1ガロン)のケムコのガラスボ
ウル反応器にあらかじめリンデ(Linde)のモレ
キユラーシーブおよび水素化カルシウムによつて
乾燥された精製ヘプタンの2.5を仕込み次いで
指示薬として0.2mlのジフエニルエチレンを加え
た。反応器および溶剤を特徴とする淡黄色が持続
されるまでt−ブチルリチウムの溶液(ヘキサン
中12%)を滴下することによつてステリライズし
た。反応器を40℃に加熱しこれに19.03ml
(0.02426モル)のt−ブチルリチウム溶液を皮下
注射器によつて注入し次いで315.5g(4.63モ
ル)のイソプレンを加えた。50℃で66分間重合反
応を進行させたところで2.0ml(0.02451モル)の
アリルクロリドをリビングポリイソプレンに加え
た。末端停止されたポリイソプレンを50℃に38分
間保つてから共重合反応に使用するためにポリマ
を反応器から取出した。このポリマはゲルパーミ
エーシヨンクロマトグラフイによつて分析される
ときわめて狭い分子量分布を有しておりすなわち
約1.06以下の/を有していた。このポリマ
の理論的な分子量は13,000であつた。共重合性
の大分子量のモノマは次の構造式: を有していた。 例 13 ブタジエンによつてキヤツプされアリルクロリ
ドによつて末端化されたポリスチレンの大分子
量モノマの製造 容積2.5のベンゼン(チオフエンを含まな
い)を反応器に仕込んで40℃に加熱しこれに指示
薬として0.2mlののジフエニルエチレンを加えて
から橙赤色が持続されるに至るまでsec−ブチル
リチウムの12%溶液を滴下することによつて反応
器をステリライズした。ここで更に18ml(0.024
モル)のsec−ブチルリチウム溶液(ヘキサン中
12%)を加え次いで416g(4.0モル)のスチレン
を加えた。重合反応混合物の温度を40℃に5分間
保つた。次に溶液の色が暗赤色から橙色に変化す
るまでブタジエンガスを反応器中に通ずることに
よつてリビングポリスチレンをキヤツプした。こ
のリビングポリマを4.1ml(0.05モル)のアリル
クロリドによつて末端停止させた。このようにし
て製造された大分子量のモノマをメタノールによ
つて沈殿させ過して分離した。ゲルパーミエー
シヨンクロマトグラフイによつて見積られたその
平均分子量は25000(理論:18000)でありその分
子量分布はきわめて狭かつた。製造された大分子
量モノマは次の構造式: (ただしmは1または2にひとしい)を有して
いた。 例 14 ポリアクリル酸の親水性ポリマ主鎖およびポリ
スチレンの疎水性ポリマ側鎖を有するグクフト
コポリマの製造 上記の例5において製造され約8000の分子量お
よび/の比が約1.06以下であるようなきわ
めて狭い分子量分布を有するものであるビニル−
2−クロルエチルエーテルによつて末端停止され
たポリスチレンの60gを2の樹脂フラスコ中の
240gのアクリル酸および50gのテトラヒドロフ
ラン(THF)に溶解させた。更に500gのTHFを
2の樹脂フラスコ中に入れ次いで0.6gのベン
ゾイルパーオキシドを加えた。フラスコを65℃に
加熱し2時間にわたつて重合反応を進行させた。
重合反応が終つたのちに樹脂フラスコに300gの
蒸留水を加えTHFを留去した。この水性のコポ
リマ系を次にラテツクス粘稠剤として使用した。 例 15 ポリアクリル酸の親水性ポリマ主鎖およびポリ
スチレンの疎水性ポリマ側鎖を有するグラフト
コポリマの製造 トリトン(Triton)X−100の4gを500gの蒸
留水に溶解させこれをウオリング(waring)混
合機(blender)中に入れた。上記の例5におい
て製造されたt−ブチルポリスチレンビニルエー
テルの30gを60gのベンゼンに溶解させこの溶液
をトリトンX−100の溶液を含有するウオリング
混合機に高せん断速度の下に加えて安定な分散体
を作つた。この分散体を撹拌機、冷却器を取付け
られた2の樹脂フラスコ中に仕込んで1時間こ
れに窒素を通じた。反応器を65℃まで加熱し240
gのアクリル酸を加えた(水酸化アンモニウムに
よつてPHを8.0に中和した)。1gのベンゾイルパ
ーオキシドを樹脂フラスコに加えて重合反応を69
℃で3時間行つた。例14記載のようにしてポリマ
を回収し更に工業的なラテツクス粘稠剤としての
評価および試験に供した。 例 16 ポリアクリル酸の親水性ポリマ主鎖およびポリ
スチレンの疎水性ポリマ側鎖を有するグラフト
コポリマの製造 トリトンX−405(または26gの70%固体トリ
トンX−405)の18gを300gの水に溶解させ水酸
化アンモニウムによつてそのPHを8に調整しこの
溶液をウオリング混合機中に入れた。例5記載の
ようにして作られたt−ブチルポリスチレンビニ
ルエーテルの30gの70gのエチルアクリレートに
溶解させこの溶液をトリトンX−405の溶液を含
有するウオリング混合機に高せん断速度の下に加
えて安定な分散体を作つた。この分散体を撹拌
機、冷却器を取付けられた2の樹脂フラスコ中
に仕込みこれに1時間窒素を通じた。反応器を65
℃に加熱しこれに0.1gの過硫酸アンモニウムを
加えた。200gのエチルアクリレートおよび2%
過硫酸アンモニウム溶液を3時間にわたつて重合
反応器に加え重合反応を65〜67℃において行つ
た。アクリル酸基を加熱下にアルカリで加水分解
することによつてポリマ主鎖に親水性を与えた。
得られた親水性および疎水性のポリマは前例記載
の態様において回収された。 例 17 ポリアクリル酸親水性−ポリスチレンポリマ側
鎖のラテツクス粘稠化作用 前例記載のようにして製造された80%のポリア
クリル酸ポリマ主鎖および20%のポリマポリスチ
レン側鎖からなる三つのグラフトコポリマをラテ
ツクス粘稠剤として試験した。ポリスチレン側鎖
の大きさは次のとおりであつた:試料A(G30)
のは1000にひとしく:試料B(G32)のは
4000にひとしく且つ試料C(G33)のは8000
にひとしかつた。これらのグラフトコポリマを以
下の態様において試験した。300gのヴイカラテ
ツクス(Wica Latex)7035(50%固体)に0.3
g、0.6gおよび1.2gの親水性のグラフトコポリ
マ(固体を基礎とする)を加えブルツクフイール
ド(Brookfield)LVT粘度計(No.3重錘、12毎分
回転数)によつてその粘度を測定した。本試験の
結果を第1表に示す。
The present invention relates to chemically bonded, phase separated, self-cured hydrophilic thermoplastic graft copolymers and methods of making the same. This hydrophilic copolymer has excellent wet strength and has wide utility in a variety of applications, particularly in the field of biomedics such as contact lenses and prosthetics. A considerable amount of research and development has been undertaken to obtain hydrophilic polymers with sufficient wet strength to be considered virtually water-insoluble. For example, certain types of hydrophilic polymers with improved wet strength are
U.S. patent of Otto Wichterle et al.
No. 2976576 and No. 3220960 and M.
MF Refojo et al., Journal of Applied Polymer Science, No. 9, pp. 2425-2435 (1965). These polymers are known for their ester moieties (ester
moiety) polymerizes a water-soluble monoester of acrylic acid or methacrylic acid containing at least one hydrophilic group, such as a hydroxyl group, and simultaneously cross-links the monomer with a polyunsaturated cross-linking agent such as ethylene glycol dimethacrylate. Manufactured by The amount of cross-linking agent is usually less than about 1 mole percent of the monoester. This polymerization is generally carried out in the presence of a redox initiator. Hydrophilic polymers with improved wet strength derived from polymers obtained by copolymerizing water-soluble vinyl monomers containing at least one nitrogen atom with small amounts of difunctional monomers have also been disclosed. These polymers have been suggested to be useful in a variety of biomedical applications due to their affinity for body tissues and/or mucosa. Some of these polymers were developed by Maurice Seidaman.
Seiderman) U.S. Pat. No. 3,639,524 and No.
It is disclosed in specification No. 3767731. One of the factors necessary for the production of these prior art hydrophilic polymers with improved wet strength is the use of small amounts of polyunsaturated crosslinkers. The amount of cross-linking agent used is generally so small that it can be varied only slightly. Therefore, the final properties of the hydrophilic polymer cannot be effectively adjusted by varying the amount of cross-linking agent. Various attempts to circumvent this problem have been made by Seidaman, US Pat.
Stamberger, U.S. Pat. No. 3,758,448. Pending U.S. Patent Application No. 282099 dated August 21, 1972
There is a disclosure in the patent application, the description of which is hereby incorporated by reference, of the outstanding pioneering discovery of the production of chemically bonded, phase separated thermoplastic graft copolymers. These copolymers are essentially physically cross-linked (as opposed to chemically cross-linked) polymers and have been referred to as "naturally cured" or "naturally reinforced" thermoplastic graft copolymers. This phenomenon is observed during the controlled dispersion of large molecular weight side chains of a single phase (domain) into a backbone polymer phase (matrix). Since all large molecular weight monomer side chain domains are integral parts (i.e. inserted between large segments of the main chain polymer), the resulting graft copolymer is Segment Tg or Tm
If there is a large difference in , it has the properties of a cross-linked polymer. This fact is true until the temperature required to break the thermodynamic cross-links of the dispersed phase is reached. In order to impart the desired cross-linking or "self-curing" effect to the domains of the dispersed phase of the graft copolymer, the macromolecular monomers that make up the domains of the dispersed phase must have substantially the same molecular weight; It is important that the molecular weight monomers should have a Mw/Mn ratio of substantially no greater than about 1.1. Large molecular weight monomers with even broader molecular weight distributions, i.e. ratios of about 1.5 or 2 or higher, usually have very low molecular weight polymeric species that are "copolymerizable" with very high molecular weight backbone polymers. “Gives an effect,
This backbone polymer will form a secondary dispersed phase or domains of different size than the primary dispersed phase. The end result is an opaque polymer of inferior quality with respect to the desired physical properties of the backbone polymer. The present invention relates to a process for producing chemically bonded, phase separated and self-curing hydrophilic thermoplastic graft copolymers that are water-insoluble and water-swellable. This new copolymer comprises at least one hydrophilic (water-soluble) ethylenically unsaturated monomer or mixture thereof (or hydrophilized compound) and a copolymerizable hydrophobic monomer having at least one copolymerizable end group. This copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomer can be copolymerized with the above hydrophilic monomer based on the relative reactivity ratio of each copolymerizable moiety, and its characteristics are Mw /Mn ratio substantially not exceeding about 1.1, and a molecular weight of at least about 2,000. The novel copolymer according to the invention is water-dispersible and water-swellable, with suspension stabilizers and flocculants (flocculants).
It finds use in a variety of applications such as hydrogels (i.e. biomedical hydrogels such as contact lenses, prosthetics, etc.), industrial thickeners, ion exchange resins and drilling muds. This new copolymer provides hygroscopic, water permeable (useful for dialysis tube manufacturing) and anti-static properties in a variety of products.
properties). More specifically, the present invention relates to a chemically bonded, phase separated and naturally cured hydrophilic thermoplastic graft copolymer, which copolymer is comprised of the following various copolymers: (1) at least one copolymerizable, usually hydrophobic, large molecular weight monomer with a substantially uniform molecular weight distribution;
and (2) at least one species forming the polymer backbone of the copolymer, such that the copolymerizable, typically hydrophobic, large molecular weight monomers described above form the linear polymer side chains of the graft copolymer. Hydrophilic (water soluble)
copolymerizable comonomer or hydrophilized compound,
However, a. The polymer main chain of the graft copolymer consists of polymer units of the above copolymerizable comonomer,
the copolymerizable comonomer is at least one ethylenically unsaturated monomer consisting of a hydrophilic or water-soluble compound and mixtures thereof, and b the linear polymer side chains of the graft copolymer are predominantly polymerized hydrophobic from a linear polymer or copolymer consisting of molecular weight monomers having a substantially uniform molecular weight distribution such that the hydrophobic large molecular weight monomers have a molecular weight of at least about 2000 and the Mw/Mn ratio is substantially less than about 1.1; Furthermore, the large molecular weight monomer is characterized by having one or less copolymerizable moieties per linear polymer chain or copolymer chain, and the copolymerization is a copolymerization of a hydrophobic large molecular weight monomer and a copolymerizable hydrophilic comonomer. (c) the linear polymer side chains of the graft copolymer copolymerized into the copolymer backbone form at least 20 consecutive monomeric repeat units of the hydrophilic polymer backbone; The side chain distribution and copolymerization along the main chain are controlled by the reactivity ratio of the copolymerizable end groups of the hydrophobic large molecular weight monomer and the copolymerizable hydrophilic comonomer. It is something that The graft copolymer according to the invention assumes a "T" configuration when its only side chain is copolymerized into the hydrophilic copolymer backbone. However, when one or more side chains are copolymerized with a hydrophilic main chain polymer, the graft copolymer has a comb-shaped structure as shown in the following example. (wherein "a" represents a generally hydrophobic polymer or copolymer of substantially linear, uniform molecular weight with a molecular weight that exhibits the physical properties of at least one substantially linear hydrophobic polymer, and "b" ” represents the copolymerized terminal group after completing the reaction that is chemically bonded to the side chain “a” and also represents the copolymerized end group that has been completely copolymerized into the main chain polymer, and “c” represents its hydrophilicity. It is characterized by having a hydrophilic main chain polymer (representing a hydrophilic main chain polymer with continuous segments having a molecular weight sufficient to exhibit the physical properties of the polymer). The backbone of the graft copolymer according to the invention preferably contains at least about 20, more preferably at least about 30 consecutive monomeric repeat units in each segment. However, it has been found that particularly favorable physical properties are provided when there are at least about 100 consecutive monomeric repeat units in each segment. This condition was found to give a graft copolymer with the properties of a hydrophilic polymer in the main chain. In other words, the presence of segments containing at least about 20 consecutive monomeric repeat units provides the graft copolymer with physical properties ascribed to the polymer backbone, such as water affinity and water swellability. The backbone polymer segments of the chemically bonded, phase separated, naturally cured hydrophilic thermoplastic graft copolymers according to the invention are derived from copolymerizable comonomers, preferably low molecular weight comonomers. These comonomers include polycarboxylic acids, their anhydrides and amides, polyisocyanates, organic epoxides (including thioepoxides), urea-formaldehyde,
Included are siloxanes and ethylenically unsaturated monomers. A particularly preferred group of copolymerizable polymers includes ethylenically unsaturated monomers, especially monomeric vinylidene type compounds, i.e. at least one vinylidene monomer.
Monomers containing CH 2 =C'H groups are included. general formula
Vinyl-type compounds of the formula CH 2 =C'H, where hydrogen is attached to one of the free valences of the vinylidene group, are intended to fall within the general scope of vinylidene compounds described above. Copolymerizable comonomers useful in the practice of this invention are not limited to the exemplified compounds set forth above. A slight constraint on the particular comonomers used is their ability to copolymerize with the end groups of the side chain prepolymer under free radical, ionic, condensation or coordination polymerization (Ziegra or Ziegler-Nata catalysts) reactions. Another limitation on low molecular weight comonomers is that they have a functional moiety that becomes hydrophilic or that can be rendered hydrophilic by subsequent reactions. Particularly preferred examples of this latter group of compounds consist of vinyl esters such as vinyl acetate.
This vinyl ester is copolymerized with a copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomer having a copolymerizable double bond at the position of its molecular chain, and following the copolymerization, the resulting graft copolymer is saponified and the polymer main chain Make it hydrophilic. In other words, the polymer backbone consists of polyvinyl alcohol. As is clear from the description of copolymerizable large molecular weight monomers below, the selection of copolymerizable end groups includes all commercially available copolymerizable comonomers. Thus, the selection of the respective copolymerizable end groups for the large molecular weight monomer and the copolymerizable comonomer can be selected based on the ratio of relative reactivities under the respective copolymerization reaction conditions suitable for copolymerization. Thus, a simple examination of the reactivity of various comonomer pairs in the literature can provide the appropriate end groups for large molecular weight monomers and copolymerizable comonomers. Preferably, the r of each copolymerizable moiety is
Set this value as close to 1 as possible. For example, large molecular weight monomers with acrylate or methacrylate ends copolymerize with acrylates and methacrylates under free radical conditions in a manner governed by the ratio of the respective reactivities of the comonomers. As explained below, the advantageous properties of the graft copolymers of the present invention are due to the combination of large segments of the hydrophilic backbone of the continuous copolymer;
Due to fully copolymerized linear hydrophobic polymer side chains with controlled molecular weight and narrow molecular weight distribution. The term "linear" above is used in its conventional sense and refers to a polymer backbone without cross-linking. The term "hydrophilic" above is used in its conventional sense to refer to a polymeric or monomeric substance or system that absorbs or adsorbs water. The term "hydrophobic" above is used in its conventional sense to describe polymeric materials that repel water. Side-chain polymers of substantially uniform molecular weight consist of substantially linear hydrophobic polymers and copolymers formed by anionic polymerization of any anionically polymerizable monomer or mixture thereof to produce a hydrophobic polymer. This side chain polymer will clearly be different from the hydrophilic main chain polymer. Preferably, at least one segment of the side chain polymers of the graft copolymers according to the invention has a molecular weight sufficient to exhibit the beneficial properties of each polymer. In other words, side chain physical properties such as glass transition temperature (Tg) should be expressed. The molecular weight of the polymer side chains is generally at least about 2000;
Preferably the polymer has a molecular weight of about 5,000 to about 50,000.
is within the range of Particularly favorable results have been observed when the molecular weight of the polymer side chains ranges from about 10,000 to about 35,000, more preferably from about 12,000 to about 25,000. In view of the unusually improved physical properties of the thermoplastic graft copolymers of the present invention, polymer side chains bonded by a single functional group of substantially uniform molecular weight have small dispersions precipitated in the matrix of the polymer backbone. It is thought to be what is known as a "domain" that becomes a droplet. The domains or droplets are microscopic in size and generally below the wavelength of light of the backbone polymer. The finished graft copolymer is clear or transparent. Hydrophobic polymer side chains that provide a natural hardening or reinforcing effect to the hydrophilic polymer backbone improve the wet strength of the finished polymer. Copolymerizable Hydrophobic Large Molecular Weight Monomer The hydrophobic polymer side chains of the chemically bonded, phase separated, naturally cured hydrophilic graft copolymer described above are preferably produced by anionic polymerization of a polymerizable monomer or combination of monomers. In many cases this monomer is a compound with olefin groups, such as a vinyl-containing compound. The olefin group-containing monomer can also be used in conjunction with epoxy- or thioepoxy-containing compounds. The first step in producing copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers is to create a living polymer. The living polymer is conveniently prepared by contacting the monomer with an alkali metal hydrocarbon or alkoxide salt in the presence of an inert organic diluent that does not precipitate or inhibit the polymerization reaction. These monomers that are susceptible to anionic polymerization are well known and the present invention encompasses the use of all anionically polymerizable monomers that yield substantially hydrophobic polymers of molecular weight of at least about 2000. Non-limiting exemplary reactants include vinyl aromatic compounds such as styrene, alpha-methylstyrene, vinyltoluene and its isomers; acenaphthalene;
acrylonitrile and methacrylonitrile; organic isocyanates including lower alkyl, phenyl, lower alkyl phenyl and halophenyl isocyanates; organic diisocyanates including lower alkylene, phenylene and tolylene diisocyanates; lower alkyl and allyl acrylates and methacrylates (methyl, t- (including butyl acrylate and methacrylate); lower olefins such as ethylene, propylene, butylene, isobutylene, pentene, hexene, etc.; vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl octoate, vinyl oleate, vinyl stearate, vinyl benzoate, vinyl Included are vinyl esters of aliphatic carboxylic acids such as lower alkyl ethers; conjugated dienes including isoprene and butadiene. The term "lower" is used to denote organic groups containing eight or fewer carbon atoms. Preferred olefin group-containing monomers useful in preparing this hydrophobic large molecular weight monomer are conjugated dienes containing from 4 to 12 carbon atoms per molecule and vinyl substituted aromatic hydrocarbons containing up to about 12 carbon atoms. Particularly preferred monomers include styrene, alpha-methylstyrene, butadiene and isoprene. Many other monomers suitable for the production of side chains by anionic polymerization are Macromolecular Reviews, Vol. 2, No. 74-83.
Monomers Polymerized by Anionic Initiators, published by Interscience Publishers, Inc. (1967).
by Anionic Initiators)”.
The description thereof is cited herein. These initiators for anionic polymerization are all alkali metal hydrocarbon and alkoxide salts that yield monofunctional living polymers (ie, only one end of the polymer contains a reactive anion). Suitable catalysts have the general formula RMe, where Me is an alkali metal such as sodium, lithium and potassium, and R is a hydrocarbon radical, such as up to about 20 or more, preferably about 8
lithium, sodium or potassium hydrocarbons with alkyl, aryl, alkaryl or aralkyl radicals containing up to 1 carbon atoms. Exemplary alkali metal hydrocarbons include ethyl sodium, n-propyl sodium, n-butyl potassium, n-octyl potassium, phenyl sodium, ethyl lithium, sec-butyl lithium, t
-butyllithium and 2-ethylhexyllithium. sec-butyllithium is a preferred initiator because of its rapid initiation properties, which is important for producing narrow molecular weight distribution polymers. When the polymerizable monomer has nitrile or carbonyl functionality, the use of alkali metal salts of tertiary alcohols, such as potassium t-butyl alkoxylate, is preferred. Both alkali metal hydrocarbons and alkoxylates are commercially available or can be prepared and used by known methods such as reaction of halohydrocarbons, halobenzenes or alcohols with the appropriate alkali metal. Generally, an inert solvent is used to facilitate heat transfer and proper mixing of the initiator and monomer. Hydrocarbons and ethers are preferred solvents. Solvents useful in anionic polymerization include benzene,
Included are aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, ethylbenzene, t-butylbenzene, and the like. Saturated aliphatic and cycloaliphatic hydrocarbons such as n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclohexane and the like are also suitable. Additionally, aliphatic and cyclic ether solvents may be used, such as, for example, dimethyl ether, diethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, anisole, tetrahydropyran, diglyme, glyme. The rate of polymerization is faster in ether solvents than in hydrocarbon solvents, and the addition of small amounts of ether to hydrocarbon solvents increases the rate of polymerization. The amount of initiator used is an important factor in anionic polymerization because it determines the molecular weight of the living polymer.
When a small amount of initiator is used relative to the amount of monomer, the molecular weight of the living polymer is higher than when a large amount of initiator is used. It is generally desirable to add the initiator dropwise to the monomer (if that is the selected order of addition) until the characteristic color of the organic anion persists, adding the calculated amount of initiator for the desired molecular weight. Pre-dropwise addition helps to destroy contaminants and therefore allows better control of the polymerization. To produce polymers with narrow molecular weight distributions, it is generally advantageous to introduce all reactants into the system simultaneously.
In this method, polymer growth by continuous addition of monomers occurs at the same rate at the active end groups without chain transfer or termination reactions. Once this is done, the molecular weight of the polymer is controlled by the monomer/initiator ratio as seen from the following equation: Living polymer molecular weight = moles of monomer/moles of initiator x molecular weight of monomer. A high concentration of initiator will produce a low molecular weight polymer, whereas a low concentration of initiator will give a high molecular weight polymer. The concentration of monomer added to the reaction vessel can vary widely, but is limited by the ability of the reactor to dissipate the heat of polymerization and to adequately mix the resulting viscous solution of living polymer. High concentrations of monomers of 50% or more by weight based on the weight of the reaction mixture may be used. However, preferred monomer concentrations are from about 5% to about 25% to provide proper incorporation. As is clear from the above formula and the above limitations on monomer concentration, the initiator concentration is critical but can be varied depending on the desired molecular weight of the living polymer and the relative concentrations of the monomers. Generally, initiator concentrations can range from about 0.001 to about 0.1 mole of active alkali metal per mole of monomer or more.
Preferably the initiator concentration is from about 0.01 per mole of monomer.
There will be approximately 0.004 moles of active alkali metal. Polymerization temperature depends on the monomer. Generally, this reaction may be conducted at a temperature of about -100 to about 100°C. With aliphatic and hydrocarbon solvents, the preferred temperature range is from about -10°C to about 100°C. Using ether as the solvent, the preferred temperature range is from about -100°C to about 100°C. Polymerization of styrene is generally carried out slightly above room temperature. Polymerization of alpha methylstyrene is preferably carried out at low temperatures, such as -80°C. Living polymers are produced by adding a solution of an alkali metal hydrocarbon initiator in an inert organic solvent to a mixture of monomers and diluent at a desired polymerization temperature, and leaving the mixture with or without stirring until polymerization is complete. It can be done. In another method, monomer is added to a diluent solution of catalyst at the desired polymerization temperature at the same rate as the polymerization rate. In either method, the monomer is quantitatively converted to living polymer as long as the system does not contain impurities that would inactivate the anionic reactant. However, as already indicated, it is important to add all reaction components together quickly to ensure polymer formation with uniform molecular weight distribution. Anionic polymerizations must be carried out under carefully controlled conditions to exclude substances that would destroy the catalytic effect of the catalyst or initiator. For example, water
Impurities such as oxygen, carbon monoxide, and carbon dioxide. That is, the polymerization is generally carried out using anhydrous reactants in a drying apparatus under an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, helium, argon, methane, and the like. The living polymers described above are susceptible to subsequent reactions, including subsequent polymerization. That is, when an additional monomer, such as styrene, is added to this living polymer, the polymerization is reformed and the chains grow until no more styrene monomer is present. Alternatively, upon addition of other different anionically polymerizable monomers (e.g., butadiene or ethylene oxide), the living polymer described above will initiate polymerization of butadiene or ethylene oxide, and the resulting final living polymer will contain polystyrene segments and polybutadiene or polyoxyethylene segments. Consisting of diblock hydrophobic copolymer is the first
A living polymer of a vinyl aromatic compound, such as living polystyrene or living poly(alpha-methylstyrene), is contacted with another anionically polymerizable monomer, such as a conjugated diene such as butadiene or isoprene. sell. Thus, according to the method of carrying out the present invention, the reaction is completed and a living block polymer is obtained. Using this method, a living block polymer having the following general formula AB is obtained, where A is a vinyl aromatic compound polymer block and B is a conjugated diene polymer block.
A copolymerizable large molecular weight monomer having a diblock structure is disclosed in pending U.S. Patent Application No. 347,116,
The description thereof is cited herein. As mentioned above, the living polymer used in the present invention is characterized by a relatively uniform molecular weight. That is, the molecular weight distribution of the living polymer mixture is extremely narrow. This is in sharp contrast to typical polymers, which have a very broad molecular weight distribution. The difference in molecular weight distribution is very evident in gel permeation chromatogram analysis of commercial polystyrene produced by free radical polymerization (Dow 666u) and polystyrene produced by the anionic polymerization method used in accordance with the present invention. . That is, the characteristics of living polymers made in accordance with the teachings of the present invention do not substantially exceed about 1.1
It also has a Mw/Mn ratio. Here, M is the weight average molecular weight of the living polymer, and Mn is its number average molecular weight, which can be determined by a conventional analytical method such as gel permeation chromatography (GPC). This living polymer is terminated by reaction with a halogen-containing compound that also contains polymerizable moieties such as olefin groups or epoxy or thioepoxy groups. Suitable halogen-containing terminators include vinyl haloalkyl ethers in which the alkyl group contains up to 6 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, amyl or hexyl; vinyl esters of haloalkanoic acids containing up to 6 carbon atoms, such as butyric acid, pentanoic acid, or hexanoic acid; 6 carbon atoms, such as vinyl halide, allyl halide, methallyl halide, 6-halo-1-hexene, etc. Olefinic halides with carbon atoms; halides of dienes such as 2-halomethyl-1,3-butadiene, epihalohydrin, acrylyl and methacrylyl halides, haloalkylmaleic anhydrides, haloalkylmaleic esters; vinylhaloalkylsilanes; vinyl Included are haloaryls; vinylhaloakarlyls such as vinylbenzyl chloride (VBC); haloalkylnorbornenes such as bromomethylnorbornene, bromonorbornane; and epoxy compounds such as ethylene or propylene oxide. The halogen group is chloro, fluoro, bromo, or iodo, preferably chloro. Anhydrides of compounds having olefin groups or epoxy or thioepoxy groups, such as maleic, acrylic or methacrylic anhydride, may also be used. Termination of the living polymer is accomplished by simply adding the terminator to the living polymer solution at the temperature at which the living polymer is produced. The reaction is instantaneous and the yield is consistent with the theoretical value. Although the reaction proceeds on a mole-mole basis, a slight molar excess of terminator relative to the amount of anionic initiator may be used. This termination reaction can be carried out in any suitable inert solvent. It is generally recommended to use the same solvent system used for living polymer production. In a preferred embodiment of the invention, the termination reaction is carried out in a hydrocarbon solvent rather than a polar ether type solvent such as tetrahydrofuran. It has been found that hydrocarbon solvents such as aromatic hydrocarbons, saturated aliphatic and cycloaliphatic hydrocarbons produce some differences in reaction conditions and products obtained. For example, termination reactions can be carried out at higher temperatures in hydrocarbon solvents as opposed to ethereal solvents. In some cases, due to the nature of the living polymer and the monomers from which it is made, or due to the nature of the terminating agent, certain deleterious side reactions may occur resulting in impure products. For example, the carbanions of some living polymers tend to react with the functional groups of the terminator or with any active hydrogens. Thus, for example, crylyl chloride or methacrylyl chloride, due to the presence of a chlorine atom in its structure, acts as a terminating agent while providing a carbonyl group in the terminated polymer chain, which is a second highly reactive carbonyl group. It can become the center of attack from living polymers with The resulting polymer has twice the expected molecular weight or contains some chlorine, some of the living polymer being removed by reaction with a second living polymer or an activated hydrocarbon of one of the acrylyl chloride or methacrylyl chloride. This indicates that the engine has started and stopped. It has been found that one means of overcoming the above problems is to make the reactive carbanion less susceptible to reaction with the functional group of the terminator or any active hydrogen. A preferred method of making the living polymer less susceptible to adverse reactions is to "cap" the highly reactive living polymer with a less reactive reactant. Examples of some suitable "capping agents" include lower alkylene oxides, ie, those having eight or fewer carbon atoms, such as ethylene and propylene oxide; diphenylethylene, and the like. This "cap and cap" reaction gives a product that is still a living polymer, but subsequent reaction with a terminator containing a functional group or active hydrogen gives a purer product. Diphenylethylene has been found to be an excellent "cap agent" when using stoppers such as vinyl chloroalkanoate. Particularly preferred "capsules" are alkylene oxides such as ethylene oxide. This breaks its oxirane ring and reacts with the living polymer. The following is a typical example of a "cap reaction", which shows the reaction of ethylene oxide as a cap agent with a "living polymer prepared by the polymerization of styrene and the initiator sec-butyllithium": The cap reaction, like the termination reaction, is carried out very simply by adding the cap reactant to the living polymer at the polymerization temperature. This reaction occurs immediately. As in the termination reaction, a slight molar excess of cap reactant compared to the amount of initiator may be used. This reaction occurs on a mole-mole basis. It will be appreciated that reacting a large molar excess of alkylene oxide with a living polymer will result in a living polymer with two polymer blocks. Typical examples with polystyrene segments and polyoxyalkylene segments are shown below: (However, X is a positive integer). Any of the ethylene oxide "cap" polymers described above may be conveniently terminated with a compound having a moiety capable of reacting with the anion of the cap polymer and a polymerizable end group. Typical examples of this compound include: acrylyl chloride, methacrylyl chloride, vinyl-2-chloroethyl ether, vinyl chloroacetate, chloromethylmaleic anhydride and its esters, maleic anhydride (water proton formation followed by half esters of maleic acid), allyl chloride and methachloride and vinylbenzyl chloride. The reaction of the above “cap” living polymer with acrylyl or methacrylyl chloride can be represented by the following reaction: (However, in the formula, n is a positive integer of at least about 50,
is 0 or a positive integer, and R 4 is hydrogen or methyl. ) When epihalohydrin is used as a terminator, the resulting polymer contains terminal epoxy groups. This terminal epoxy can be used as the polymerizable group itself, as in the preparation of polypropylene oxide backbone graft copolymers, or it can be converted to a variety of other useful polymerizable end groups using any one of several known reactions. It can be transformed. In one aspect of the invention, a terminated living polymer containing epoxy or thioepoxy end groups is reacted with a polymerizable carboxylic acid halide, such as acrylic, methacrylic or maleic acid halide, as a polymerizable end moiety in a substantially uniform molecular weight polymer. Beta-hydroxyalkyl acrylate, methacrylate or maleate esters can be made. These same polymerizable esters are prepared from this terminated epoxy polymer by first converting the epoxy groups to the corresponding glycols by heating the polymer with an aqueous sodium hydroxide solution, and then converting the glycol end groups to the appropriate polymerizable carboxylic acid. Alternatively, it can be produced by esterification with an acid halide in a conventional manner. Glycols obtained by aqueous hydrolysis of epoxy groups in the presence of a base are referred to as "high molecular weight dicarboxylic acids that can be produced, for example, by polymerizing glycols or diamines with molar excess of phthalic anhydride, maleic anhydride, succinic anhydride, etc." It can be reacted and converted into a copolymer. These reactions can be modified to yield polystyrene blocks and polyamide blocks (nylon). This glycol terminated polymer can also be reacted with diisocyanates to form polyurethanes. The diisocyanate can be, for example, the reaction product of polyethylene glycol with an average molecular weight of 400 and a molar excess of phenylene diisocyanate. In another embodiment of the invention, an organic epoxide is copolymerized with a terminal polymer containing epoxy or thioepoxy terminal groups. The resulting graft copolymer is characterized by a backbone having at least about 20, preferably at least about 30, consecutive segments of organic epoxide. Suitable organic epoxides include ethylene oxide, cyclohexene epoxide and styrene oxide, ie, those having 8 or fewer carbon atoms. This backbone polymer can be made hydrophilic by simple hydrolysis. If the large molecular weight monomer is to be separated from the solvent in which it was produced and further purified, any known technique used by those skilled in the art for recovering polymeric materials may be used. These techniques include (1)
Solvent-nonsolvent precipitation; (2) evaporation of the solvent in an aqueous medium;
(3) evaporation of the solvent by methods such as vacuum roll drying, spray drying, and freeze drying; (4) steam jet coagulation. Separation and recovery of large molecular weight monomers is not a limiting aspect of the invention. There is actually no need to recover large molecular weight monomers. In other words, once the large molecular weight monomer is produced, it can be graft copolymerized by introducing it into the system in which the large molecular weight monomer was made together with the appropriate monomer and polymerization catalyst. This is the case where the solvent and raw materials in the polymer production reactor do not poison the catalyst or adversely affect the graft copolymerization process). Therefore, judicious selection of reactor system solvents and purification during the production of large molecular weight monomers can ultimately result in significant savings in the production of the graft copolymers of the present invention. As mentioned above, the large molecular weight monomers that are completely polymerized into the backbone polymer and ultimately become the side chains of the graft copolymer must have a narrow molecular weight distribution.
Methods for determining the molecular weight distribution of polymers such as this large molecular weight monomer are known in the art. These known methods can be used to ascertain the weight average molecular weight () and number average molecular weight () and determine the molecular weight distribution (/) of the large molecular weight monomer.
The large molecular weight monomer must have a near Poisson distribution of molecular weights or be substantially monodisperse in order to have the highest degree of functionality. That is, the /ratio is not substantially greater than about 1.1. Preferably, the novel large molecular weight monomer/ratio is about 1.1 or less. The large molecular weight monomers according to the invention have the narrow molecular weight and purity described above due to the above-described production method. It is therefore important that the order of the large molecular weight monomer manufacturing steps is followed to best impart beneficial properties to the graft copolymer. As is clear from the above description, the hydrophobic copolymerizable large molecular weight monomer considered in the present invention is generally represented by the following structural formula: However, in the formula, 1 is the residue of a monofunctional anionic initiator, P 1 is at least one anionically polymerized monomer, and P 2 is at least one anionically polymerized monomer, which may be the same as P 1 . may be different; R is hydrogen or lower alkyl, R' is hydrogen or where X is hydrogen, lower alkyl, or a monovalent metal; n is a positive integer of at least about 20; m is 0 or a positive integer; 2000, preferably
The value is from 5000 to approximately 50000, and o, q,
r and s are 0 or 1, p is 0 or 1
A positive integer within the range of ~8, and o and p are 1
If so, q is 0, r is 0 or 1, s is 0 or 1, t is 1, and if o is 0, p is a positive integer and q, r, s, and t are 0 or 1. If o, q, r, s and t are 0, then p is a positive integer and s can be 0 or 1;
u and v are 0 or 1, if u is 1 then v is 0,
If v is 1, u is 0. This large molecular weight monomer is meant to have a substantially uniform molecular weight distribution such that the ratio is substantially less than about 1.1. The weight average molecular weight of the monomer is
is the number average molecular weight of the monomer. As mentioned above, P 1 and P 2 are preferably polymers of vinyl aromatics and conjugated dienes. Copolymerizable hydrophilic (water-soluble) compounds Copolymerizable comonomers suitable for obtaining the hydrophilic polymer backbone of the graft copolymers according to the invention must not be water-soluble or capable of being made water-soluble after copolymerization. Must not be. These compounds must be copolymerized into water-soluble materials or those that can be made water-soluble. The term "water soluble" is used herein to mean at least about 10% by weight, preferably at least about 10% by weight.
30% by weight is used to encompass compositions that are homogeneously miscible in water at room temperature. Suitable copolymerizable monomers contemplated for use in preparing the hydrophilic polymer chains of the graft copolymers according to the invention include: Acrylic and methacrylic acids Water-soluble monoesters of acrylic and methacrylic acids. The ester moiety contains at least one hydrophilic group such as a hydroxyl group. That is, typical hydroxy lower alkyl acrylates or methacrylates are as follows: 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, diethylene glycol monomethacrylate, diethylene glycol monoacrylate, dipropylene glycol monomethacrylate, and dipropylene glycol monoacrylate. Water-soluble vinyl monomers with at least one nitrogen atom in the molecule, examples of which are: acrylamide, methacrylamide, methylol acrylamide, methylol methacrylamide, diacetone acrylamide, N-methyl acrylamide, N-ethyl acrylamide, N-hydroxyethylacrylamide, N,N disubstituted acrylamide (e.g. N,N
-dimethylacrylamide; N,N-diethylacrylamide; N-ethyl-methylacrylamide; N,N-dimethylol-acrylamide and N,N-dihydroxyethylacrylamide), heterocyclic nitrogen-containing compounds (e.g. N-pyrrolidone, N-vinylpiperidone) , N-acryloylpyrrolidone, N-acryloylpiperidine and N
-acryloylmorpholene), monomers with cationic functionality may also be used (e.g. vinylpylidene quaternary ammonium salts, and dimethylaminoethyl methacrylate quaternary ammonium salts and the trade name Sipomer Q- 1). A particularly preferred group of compositions includes those that can be rendered hydrophilic in a post-polymerization reaction. For example, carboxylic acid vinyl esters such as vinyl formate, vinyl acetate, vinyl monochloroacetate, and vinyl butyrate are copolymerized with the copolymerizable large molecular weight monomers described above, and subsequent to the copolymerization reaction, the carboxylic acid vinyl ester monomeric The polymer main chain containing repeating units can be hydrolyzed to make it hydrophilic as polyvinyl alcohol. In other words, this polymer backbone consists of polyvinyl alcohol. The above-mentioned hydrophilic monomers can be made hydrophilic by a subsequent reaction and can be used alone or in combination, or as an interpolymer with other comonomers. The copolymerizable monomer used in admixture or combination with the hydrophilic monomer or those capable of being hydrophilized can be any ethylenically unsaturated monomer, including the hydrophilic monomer or the hydrophobic monomer and the hydrophobic copolymerizable large molecular weight monomer. This includes combinations with "Monoma". Suitable hydrophobic copolymerizable monomers that can be interpolymerized with the above-mentioned "hydrophobic copolymerizable large molecular weight monomers" and the above-mentioned "hydrophilic comonomers" include alkyl acrylates and methacrylates such as methyl acrylate or methacrylate. , ethyl acrylate or methacrylate, propyl acrylate or methacrylate, butyl acrylate or methacrylate, with butyl acrylate being preferred. Other suitable hydrophobic comonomers include vinyl chloride, vinylidene chloride, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinylidene cyanide,
Included are vinyl acetate, vinyl propionate and vinyl aromatics such as styrene and alpha-methylstyrene, and maleic anhydride. Suitable comonomers useful for preparing the hydrophilic polymer backbone of the graft copolymers according to the invention include monoesters of acrylic and/or methacrylic acid with polyhydric alcohols (e.g., 2-hydroxyethyl acrylate and methacrylate); ,
N-disubstituted acrylamides (e.g. N,N-dimethylacrylamide, especially when butyl acrylate is used together as another comonomer); and monocarboxylic acid vinyl esters such as vinyl acetate (which can be saponified with alkali after the copolymerization reaction); ) is included. The amount of the above-mentioned "copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomer" to be copolymerized with the copolymerizable comonomer forming the hydrophilic copolymer main chain is about 1 to about Must be within 95% by weight. Stated differently, a chemically bonded, phase-separated thermoplastic graft copolymer with a hydrophilic polymer backbone is composed of (1) copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers with a narrow molecular weight distribution of about 1 to about 95% by weight; , (2) about 99 to about 5% by weight of a copolymerizable comonomer forming a hydrophilic polymer backbone. Preferably, the graft copolymer contains up to about 60% by weight, more preferably from about 2 to about 40% by weight, of the hydrophobic large molecular weight monomers described above to achieve the final mechanical strength of the polymer. The copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomer and the copolymerizable comonomer forming the hydrophilic polymer backbone of the graft copolymer (and in some cases a small amount of a suitable small amount, referred to as a modifier monomer by those skilled in the art). The copolymerization with the comonomer) can be carried out by solution polymerization, emulsion polymerization, bulk polymerization, suspension polymerization, and non-aqueous suspension polymerization. In general, it is preferable to remove all copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers remaining in the polymerization system after completion of the copolymerization reaction. Removal of this large molecular weight monomer may be accomplished using any suitable means, such as solvent extraction. If desired, especially during bulk polymerization, the copolymerization can be carried out in a mold, such as a contact lens mold. In this case, cross-linking agents can be added to the copolymerization reaction in order to further improve the wet strength of the graft copolymer. Cross-linking agents suitable for this purpose include ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol methacrylate, divinylbenzene and N,N-methylene-bis-methacrylamide. The amount of crosslinking agent used generally depends on the degree of crosslinking desired. A suitable amount of crosslinking agent is from about 0.1 to about 2% by weight, or generally about 1 mole%, based on the weight of the monomers forming the hydrophilic polymer backbone.
It can be: When using a polymerization reaction catalyst for a copolymerization reaction, a suitable polymerization reaction environment for the catalyst should be used. For example, oil- or solvent-soluble
Oxides such as benzoyl peroxide are used when copolymerizable, hydrophobic, large molecular weight monomers and ethylenically unsaturated comonomers are copolymerized in bulk in solution in organic solvents such as benzene, cyclohexane, toluene, xylene, etc. or in aqueous solution. Generally effective. Water-soluble peroxides such as persulfate sodium, potassium,
Lithium and ammonium salts and the like are useful in aqueous suspension and emulsion systems. Many copolymerizable and hydrophobic large molecular weight monomers such as ethylenically unsaturated end groups and polystyrene,
In the copolymerization reaction of monomers having polyisoprene or polybutadiene repeating units, emulsifiers or dispersants may be used in the aqueous suspension.
Particular advantages can be achieved in these systems by dissolving the water-insoluble large molecular weight monomers in small amounts of suitable solvents such as hydrocarbons. This novel technique copolymerizes monomers in a solvent with polymerizable large molecular weight monomers in an aqueous system surrounding the solvent-polymer system. Of course, the polymerization reaction catalyst is chosen so that it is soluble in the organic system of the polymerization reaction system. The polymerization reaction catalyst used can be any catalyst suitable for polymerizing compounds having ethylenically unsaturated bonds (but meeting the above criteria), but is preferably a free radical catalyst. Catalysts of particular interest are, for example, azobisisobutyronitrile and peroxide catalysts. Some examples of suitable peroxide catalysts include hydrogen peroxide, benzoyl peroxide, t-butyl peroctoate, phthalic peroxide, and succinic peroxide.
oxide, benzoylacetic peroxide,
Coco acid peroxide, lauric peroxide, stearic peroxide, malic peroxide
oxide, t-butyl hydroperoxide, di-
Includes t-butyl peroxide and its analogs. Suitable catalysts are those that are effective at moderately low temperatures, such as about 45-85°C. In addition to free radical polymerization reaction catalysts, catalysts include materials that polymerize primarily by cleavage of epoxide groups, such as copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers having epoxy-terminated groups. Such catalysts include p-toluenesulfonic acid, sulfuric acid, phosphoric acid, aluminum chloride, stannic chloride, ferric chloride, boron trifluoride, boron trifluoride-ethyl ether complex, and iodine. It may be desirable to use a multi-step polymerization method. The amount of catalyst used will depend on the type of catalyst system used and will generally range from about 0.1 to about 10 parts by weight per 100 parts of comonomer mixture, preferably from about 0.1 to about 10 parts by weight per 100 parts of comonomer mixture. It is about 1 part by weight. The copolymerization reaction is generally conducted at a temperature of about room temperature to about 165°C. Generally, however, the polymerization reaction is initiated at a relatively low temperature, such as from about 40°C to about 85°C, and then the temperature is increased to a temperature of from about 90°C to about 165°C as long as the reaction continues, preferably after most of the reaction is complete. It is preferable that The optimum polymerization reaction initiation temperature range is between about 45 and 70°C. This polymerization reaction is usually carried out under autogenous pressure in a closed reactor. However, any suitable means may be used to prevent significant evaporation of any of the monomers. The copolymerization reaction is generally completed in about 4 to about 48 hours, but preferably in about 6 to about 24 hours. Of course, time and temperature are in an inversely proportional relationship. That is, temperatures used at the upper end of the temperature range provide a polymerization process that can be completed in times near the lower end of the time range. Following the copolymerization reaction, the graft copolymer can optionally be post-cured by any suitable means. However, since the graft copolymers of the present invention have natural reinforcing and self-curing properties, such post-curing is generally not required, except for applications where significant strength is required. If post-curing is desired, it can be done in a mold or cast that fits the approximate or exact shape and/or size of the desired product. After the polymer is completed, including post-curing, a solid, hard and transparent copolymer is obtained. The manufactured product can then be swollen in a suitable liquid until equilibrium is reached or a hydrogel containing the desired amount of liquid, such as an aqueous liquid. In addition, it should be noted that for hydrogels it is also possible to swell the polymers according to the invention with water-soluble swelling agents instead of with aqueous liquids. Water-soluble swelling agents include ethylene glycol, liquid polyethylene glycol, glycol esters of lactic acid, formamide, dimethylformamide,
Includes dimethyl sulfoxide and its analogs. In addition to being molded as is, the copolymers according to the invention can be processed by pressing, extrusion or injection molding. It is also within the scope of this invention that the copolymer be coated onto other substrate materials. In this example, the graft copolymer according to the invention is particularly useful as it has both hydrophilic and hydrophobic groups. One or the other or both of these groups may be compatible with the coated substrate. Copolymerizability with a hydrophobic large molecular weight monomer that is copolymerizable with a second monomer as indicated in pending U.S. Patent Application No. 282,099, the disclosure of which is herein incorporated by reference. Alternatively, the reactive end groups are specifically selected based on the relative reactivity ratio of the second comonomer selected to form the hydrophilic polymer backbone. That is, the present invention provides a means for controlling the backbone of a graft copolymer. More specifically, control of the graft copolymer backbone may be achieved by any one or all of the following means. (1) By measuring the reactivity ratio of a copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomer and a second monomer during the copolymerization reaction, a pure graft copolymer not contaminated by homopolymers can be produced ( 2) the distance between side chains in the polymer structure can be controlled by controlling the monomer addition rate during the copolymerization reaction of the copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomer and the second comonomer: and (3) ) The size of the grafted chains can be planned and controlled in anionic polymerization reaction steps to produce copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers. It will be apparent to those skilled in the art that all copolymerization reaction mechanisms can be used in the preparation of controlled phase separated graft copolymers by appropriate selection of the terminating agent. Of fundamental importance is the fact that the positioning of the side chains in the polymer backbone is based on the end groups of the large molecular weight monomer and the second copolymerizable comonomer.
That is, the distribution of side chain polymers along the main chain polymer is controlled by the reactivity ratio of each comonomer. As indicated above, the copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers according to the invention interact with the monomers that form the hydrophilic polymer backbone in a predictable manner as measured by relative reactivity ratios. Copolymerize. Copolymer equation in the present invention: (1) It can be shown that when M 1 has an extremely low molecular concentration, it easily transforms into the approximate formula: (2) dM 1 /dM 2 ~M 1 /r 2 M 2 . Thus, the copolymerization reaction of a large molecular weight monomer (M 1 ) with another monomer (M 2 ) is described solely by the r 2 value and the feed composition of the monomers. Rearranging equation (2): (3) r 2 = dM 2 /M 2 /dM 1 /M 1 =% polymerization rate M 2
/% polymerization rate M 1 is given. The reactivity ratio r 2 can be estimated from a relatively low conversion sample of a single copolymerization reaction experiment. This concept of predictable and controllable reactivity of copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers can thereby be established. The reactivity of commercially available monomers with the copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers according to the invention having various end groups has been shown to be related to the available literature values for the reactivity ratio of r 2 . Graft copolymers with unique combinations of properties are produced according to the methods outlined above. These unique combinations of properties are made possible by the novel methods described herein that enhance the miscibility of otherwise immiscible segments. These immiscible segments separate into their own kind of phase. Thus, in the case of the graft copolymers according to the invention having a hydrophilic polymer main chain and hydrophobic polymer side chains, separate phases of the respective polymers are formed. The structure of this product consists of hydrophobic regions dispersed within a hydrophilic polymer matrix. The hydrophobic regions are interconnected by water-soluble linking segments. The hydrophobic regions act as cross-links and provide wet strength to the water-swollen polymer backbone. The degree of swelling in water can be controlled by the amount and molecular weight of the copolymerized hydrophobic large molecular weight monomers and by the organization of the water-soluble or hydrophilic polymer backbone. An example of one type has a hydrophilic backbone of 5/95~
Compositions consisting of 100/0 acrylic acid/ethyl acrylate and methacrylate terminated polystyrene having a molecular weight within the range of about 10,000 to about 35,000 and a weight range of 20 to 80% of the total product are included. This product is swollen with water to provide a useful hydrogel. Because graft copolymers consist of hydrophilic and hydrophobic segments, they are particularly useful as protective colloids or suspension stabilizers for pigments, polymer suspensions, emulsions, and the like. They are also useful in the production of protective coatings in which the rheology of the paint can be controlled and adhesives where the side chains of the paint or hydrophobic polymer serve as stabilizers and adhesion promoters. The novel graft copolymers of this invention are also useful as flocculants, particularly when the hydrophilic polymer backbone contains some monomer functionality. Polymeric materials with these types of backbones are also useful as wet end additives.
These copolymers can also be used as thickening agents or defoamers. The dual nature of the novel copolymers according to the invention also makes them useful as wetting and coupling agents for hydrophilic surfaces in applications as adhesives and binders. The high wet strength of the novel copolymers of the present invention makes the polymer compositions of the present invention useful as water permeable membranes, sponges, hydrogels, ion exchange resins, and conductive polymers. Water-permeable and water-absorbing compositions can also be made by incorporating copolymers according to the invention into films and the like. When copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers are used in low concentrations, the product has antistatic properties, especially when the hydrophilic polymer backbone contains cationic functional moieties. The copolymers according to the invention are also useful for their antistatic properties when deposited in packaging films and for their ability to provide a fog-free surface. Grafted polymers containing both hydrophilic and hydrophobic polymer chains in a single molecule have enhanced thickening properties over conventional industrial thickening agents. The solubility of the graft copolymers according to the invention differs from that of random copolymers.
Even if the solubility of the random copolymers allows them to be treated as if they were novel polymers composed of single monomer units, the graft copolymers according to the invention contain elements that constitute homopolymer chains. Immiscibility and phase separation usually occur as soon as the interaction of two different polymer chains becomes significant. For example, when a graft copolymer consisting of water-soluble and water-insoluble component chains is added to a compounded latex, interactions between the polymer thickener and the latex particles or pigments and clays occur and the molecules of the polymer thickener disintegrate. do. Since the two homopolymer chains are incompatible, the hydrophobic chains combine to form microgel particles. Agglomeration proceeds quickly to form large aggregates and finally all the particles are bound together by the latex thickening agent molecules where the microgel particles of the hydrophobic portion of the thickening agent molecules act as cross-linking points. Combined to form a network. In the application of polymeric materials as industrial thickeners, flocculants, etc., the most effective structures contain two incompatible homopolymer chains, one of which is hydrophilic and the other hydrophobic. It is a block copolymer or a graft copolymer. The hydrophilic portion of the molecule makes the hydrophobic portion soluble, making the entire molecule water (or alkali) soluble. However, when adding a thickening agent to a compounded latex, the thickening agent and latex particles,
Graft copolymer interaction between clay and pigment reduces its water solubility. The hydrophobic part of the molecule becomes insoluble in water and is incompatible with other parts of the molecule, so it aggregates into a microgel. The novel graft copolymers according to the invention are also adapted as carriers for pharmaceutically active substances and for natural and synthetic flavours, essences, fragrances, spices, food colours, sweeteners, dyes and the like. Ru. That is, various additives may be incorporated into the graft copolymer according to the present invention in the manner disclosed in U.S. Pat. No. 3,520,949, given by Thomas H. Sheppard et al. can be done. The invention is further illustrated by the following examples, which are not intended to limit the invention in any respect. Care should be taken in each case to keep all materials pure and the reacted mixture dry and free of contaminants.
All parts and percentages are by weight unless otherwise specified. Example 1 Production of polystyrene terminated with allyl chloride. ACS grade benzene (thiophene-free) pre-dried with Linde molecular sieves and calcium hydride in a stainless steel reactor. ) 76.56 copies were prepared. The reactor was heated to 40°C and 0.015 parts of diphenylethylene was added using a hypodermic syringe.
Dissolved sec-butyllithium in hexane
The 12.1% solution was added in portions to the reactor to maintain a permanent orange-yellow color, at which point an additional 0.885 parts (1.67 moles) of the sec-butyllithium solution was added followed by 22.7 parts (218 moles) of styrene. 44
Added in minutes. The reactor temperature was maintained at 36-42°C. The polymerizing polystyrene was quenched by adding 0.127 parts of allyl chloride to the reaction mixture. α to precipitate the resulting polymer
A -olefin terminated polystyrene-benzene solution was added in methanol, thus precipitating the polymer. The α-olefin terminated polystyrene was dried at 40-45° C. in an air circulating hot air dryer and then traces of methanol were removed in a fluidized bed. The methanol content after purification was 10 ppm. The molecular weight of the polymer is 15,400 (theoretical: 13,000) as measured by a membrane osmometer.
The molecular weight distribution was extremely narrow, that is, / was 1.05 or less. The large molecular weight monomer has the following structural formula: (However, n has a value such that the molecular weight of the polymer is 15,400.) Example 2 Poly(α) terminated by allyl chloride
-Production of methylstyrene) 472g in a volume of 2500ml of tetrahydrofuran
A 12% hexane solution of n-butyllithium was added dropwise to this solution to maintain a pale red color. Further addition of 30 ml (0.383 mol) of this n-butyllithium solution produced a bright red color. The temperature of the mixture was then lowered to -80 DEG C. and held at this temperature for 30 minutes before 4.5 g (0.06 mole) of allyl chloride was added. The red color disappeared almost instantly, indicating that the living polymer had stopped. The resulting colorless solution was poured into methanol to precipitate the α-olefin terminated poly(α-methylstyrene), which was determined by vapor phase osmometry.
It was shown to have an average molecular weight of 11,000 (theory: 12,300), and its molecular weight distribution was extremely narrow, ie, / was less than 1.05. The resulting large molecular weight monomer has the following structural formula: (However, n is a value such that the molecular weight of the polymer is 11,000.) Example 3 Preparation of polystyrene terminated with vinyl chloroacetate Dissolve one drop of diphenylethylene in 2500 ml of cyclohexane and treat this solution dropwise at 40°C with a 12% solution of sec-butyllithium in cyclohexane. 18ml more to maintain red color
(0.024 mol) of the sec-butyllithium solution was added followed by 312 g (3.0 mol) of styrene. After keeping the temperature of the polymerization reaction mixture at 40℃ for 30 minutes,
The living polystyrene was capped by treatment with ml (0.040 mol) of diphenylethylene and end-terminated by treatment with 6 ml (0.05 mol) of vinyl chloroacetate. This cyclohexane solution was added to methanol to precipitate the resulting polymer, which was then filtered to separate the polymer. The average molecular weight measured by vapor phase osmotic pressure is 12000 (theory: 13265), and the molecular weight distribution is extremely narrow, i.e.
It was below 1.06. The produced large molecular weight monomer has the following structural formula: (However, n has a value such that the molecular weight of the polymer is 12,000.) Example 4 Preparation of poly(α-methylstyrene) terminated with vinylchloroacetate 357 g in a volume of 2500 ml of tetrahydrofuran
(3.0 mol) of α-methylstyrene was dissolved and treated by dropping a 12% solution of t-butyllithium in pentane to this solution to maintain a pale red color. An additional 15.0 ml (0.03 mole) of the t-butyllithium solution was then added and a bright red color developed.
The temperature of this mixture is then lowered to -80°C.
After holding for 30 minutes, 5.6 ml of diphenylethylene was added. The resulting mixture was poured into 5.0 ml (0.04 mol) of vinyl chloroacetate and the poly(α-methylstyrene) thus terminated was isolated by precipitation with methanol and filtration. Its average molecular weight as measured by vapor phase osmotic pressure is
14280 (theoretical value: 12065), and the molecular weight distribution was extremely narrow. The produced large molecular weight monomer has the following structural formula: (However, n has a value such that the molecular weight of the polymer is 14,280.) Example 5 Preparation of polystyrene terminated with vinyl-2-chloroethyl ether A 12% solution of t-butyllithium in pentane was added dropwise to a solution of one drop of diphenylethylene at 40°C to give a pale red color. At that point an additional 30 ml (0.04 mol) of t-butyllithium solution was added followed by 312 g (3.0 mol) of styrene. After maintaining the temperature of the polymerization reaction mixture at 40 DEG C. for 30 minutes, the living polystyrene was end-terminated by treatment with 8 ml (0.08 mole) of vinyl-2-chloroethyl ether. The polymer was separated by precipitating the resulting polymer by adding a benzene solution to methanol and filtering.
The average molecular weight measured by vapor phase osmotic pressure was 7200 (theoretical: 7870), and the molecular weight distribution was extremely narrow, ie, / was less than 1.06. The produced large molecular weight monomer has the following structural formula: (However, n has a value such that the molecular weight of the polymer is 7200.) Example 6 Preparation of polystyrene terminated with epichlorohydrin A solution of living polystyrene in benzene was prepared by the method described in Example 5 and terminated by treatment with 10 g (0.10 mol) of epichlorohydrin. The resulting terminated polystyrene was separated by precipitation with methanol and filtration. Its molecular weight as indicated by vapor phase osmotic pressure is 8660
(Theory: 7.757), and the distribution of the average molecular weight was extremely narrow. The produced large molecular weight monomer has the following structural formula: (However, n has a value such that the molecular weight of the polymer is 8660.) Example 7 Preparation of polystyrene terminated with methacrylic chloride Dissolve 0.2 ml of diphenylethylene in a volume of 2500 ml of benzene and add dropwise a 12% solution of n-butyllithium in hexane to maintain a pale reddish-brown color. reached it. 24 of the n-butyllithium solution
ml (0.031 mol) was added followed by 416 g (4.0 mol) of styrene, an orange color developed. A temperature of 40°C was maintained throughout by external cooling and controlled styrene addition rate. After all the styrene has been added, maintain this temperature for another 30 minutes and then 20°C.
4.4 g (0.1 mole) of ethylene oxide was added and the solution became colorless. The living polymer was end-terminated by reacting with 10 ml (0.1 mol) of methacryl chloride. The average molecular weight of the obtained polymer is according to the vapor phase osmotic pressure.
It was 10,000. This large molecular weight monomer has the following structural formula: (However, n has a value such that the molecular weight of the polymer is 10,000.) Example 8 Preparation of polystyrene terminated with methacrylyl chloride 121.12 (32 gallons) of ACS grade benzene (thiophene) predried with Linde molecular sieves and calcium hydride in a stainless steel reactor. (not included) was prepared. The reactor was heated to a temperature between 38-40°C and 10 ml of diphenylethylene was added to the reactor via hypodermic syringe. A 11.4% hexane solution of sec-butyllithium was added dropwise into the reactor (60 ml) until it retained a persistent orange-yellow color, and 1.56176 Kg (3.44 lb) of the sec-butyllithium benzene solution was then added to the reactor. 37.455 kg (82.5 lb) of purified styrene was added over a period of 1 hour and 40 minutes. The reactor temperature was maintained at 38-40°C. When 0.12712 kg (0.28 lb) of ethylene oxide was added to the living polystyrene and capped, the reaction solution turned from red-orange to yellow. The resulting capped living polystyrene was then reacted with 260 ml of methacryl chloride and the solution turned very pale yellow. The polymer precipitated out of solution by adding a benzene solution of the polymer to methanol to precipitate the methacrylate-terminated polystyrene. The polymer was dried at 40-45° C. in an air circulating hot air dryer and then traces of methanol were removed on a fluidized bed.
The molecular weight of the polymer measured by membrane phase osmotic pressure is
13,400, and the molecular weight distribution was extremely narrow, that is, / was 1.05 or less. Example 9 Preparation of polystyrene terminated with maleic anhydride. ACS grade benzene (thiophene free) pre-dried with Linde molecular sieves and calcium hydride in a stainless steel reactor. I installed 2.5. 40 reactors
C. and added 0.2 ml of diphenylethylene to the reactor via hypodermic syringe. A 12.1% hexane solution of sec-butyllithium was added in portions to the reactor until it retained a permanent orange-yellow color (0.7
ml) Then, further add the sec-butyllithium solution.
22.3 ml was added followed by 421.7 g of styrene over a period of 16 minutes. The reactor temperature was maintained at 40-45°C.
Ethylene oxide was added subsurface intermittently from a lecture bottle until the solution became clear and colorless 5 minutes after the styrene addition was complete. One hour after the addition of ethylene oxide is complete, add 20.55 ml of a benzene solution of maleic anhydride (the maleic anhydride solution contains 84 g of maleic anhydride).
(prepared by dissolving in 550 g of purified benzene) was added to the capped living polymer. One hour after addition of the maleic anhydride, the contents of the reactor were discharged into methanol and precipitated. The polystyrene terminated maleic acid half ester was approximately 14,000 as determined by Gel Permeation Chromatography. This copolymerizable large molecular weight monomer has the following structural formula: It had Example 10 Production of polybutadiene terminated with allyl chloride CP grade 1,3-butadiene (99.0% purity) was
Condensed and collected in 0.568 (1 pint) soda bottle. These bottles are heated in an oven to 150° C. for 4 hours, passed through nitrogen during cooling, and capped with a perforated metal crown using a butyl rubber and polyethylene film backing. These bottles containing butadiene were stored in a laboratory refrigerator at −10°C before use.
Stored at 0.7 Kg/cm 2 (10 psi) nitrogen pressure. The reactor was charged with hexasolvent and heated to 50°C, and then 0.2ml of diphenylethylene was added using a syringe. The sec-butyllithium was dripped into the reactor via syringe until the red diphenylethylene anion color persisted for at least 10-15 minutes. The temperature of the reactor was lowered to 0°C, 328.0 g of butadiene was charged into the polymerization reactor, and when half of the butadiene charge was added, 17.4 ml (0.02187 mol) was added.
A 12% hexane solution of sec-butyllithium was added. Butadiene was polymerized in hexane at 50°C for 18 hours. Following the polymerization reaction, the anionic polybutadiene solution in the reactor was divided into 400 ml portions and transferred to capped bottles under nitrogen pressure. Allyl chloride (0.48 ml, 0.00588 mol) was poured into each bottle. These bottles were fixed in a water bath at a temperature of 50-70°C for up to 24 hours. Samples in each bottle were quickly stopped with methanol and ionol solutions and analyzed by gel permeation chromatography. Each sample was clear and colorless, and analysis by gel permeation chromatography analysis showed that the sample had a narrow molecular weight distribution. 2 as a terminal stopper
- Termination of several control samples was carried out in bottles from the same lot of living polybutadiene capped with chlorobutane (0.4 ml, 0.00376 mol). The 2-chlorobutane-terminated polymer was yellow in color, and examination by gel permeation chromatography after 24 hours at 70°C showed a broad molecular weight distribution. It is clear that the reaction and reaction products of 2-chlorobutadiene and anionic polybutadiene are different from the reaction and reaction products of allyl chloride and anionic polybutadiene. Example 11 Production of methacrylate-terminated polyisoprene Chemco with a capacity of 3.785 (1 gallon)
2.5 g of purified heptane, previously dried with Linde molecular sieves and calcium hydride, in a glass-bowl reactor.
Then add 0.2 ml of diphenyethylene as an indicator and add a solution of t-butyllithium (12% in hexane) until the characteristic light yellow color persists.
The reactor was sterilized by adding dropwise. Heat the reactor to 40℃ and
19.9 ml (0.025 mol) of t-butyllithium 12
% hexane solution by hypodermic syringe and then
331.4 g (4.86 moles) of isoprene was added. The mixture was allowed to stand at 40°C for 1 hour, then 0.13 moles of ethylene oxide was charged to the reactor and the living polyisoprene was capped. After keeping the capped living polyisoprene at 40° C. for 40 minutes, 0.041 mole of methacrylic chloride was charged into the reactor to terminate the capped living polymer. The mixture was kept at 40° C. for 13 minutes and then the heptane solvent was removed by stripping under vacuum. Based on gel permeation chromatography examination of polystyrene, the gel permeation chromatography molecular weight of methacrylate-terminated polyisoprene was approximately 10,000 (theoretical: 13,000).
The high molecular weight monomer of methacrylate-terminated polyisoprene has the following structural formula: It had Example 12 Preparation of alpha-olefin terminated polyisoprene. 2.5 ml of purified heptane was charged, and then 0.2 ml of diphenylethylene was added as an indicator. Sterilization was carried out by dropping a solution of t-butyllithium (12% in hexane) until a pale yellow color, characteristic of the reactor and solvent, persisted. Heat the reactor to 40℃ and add 19.03ml to it.
(0.02426 moles) of t-butyllithium solution was injected via hypodermic syringe and then 315.5 g (4.63 moles) of isoprene was added. After the polymerization reaction proceeded at 50° C. for 66 minutes, 2.0 ml (0.02451 mol) of allyl chloride was added to the living polyisoprene. The end-stopped polyisoprene was held at 50° C. for 38 minutes before the polymer was removed from the reactor for use in the copolymerization reaction. This polymer had a very narrow molecular weight distribution when analyzed by gel permeation chromatography, ie, a / of less than about 1.06. The theoretical molecular weight of this polymer was 13,000. The copolymerizable large molecular weight monomer has the following structural formula: It had Example 13 Preparation of high molecular weight monomers of polystyrene capped by butadiene and terminated by allyl chloride 2.5 volumes of benzene (without thiophene) were charged to a reactor and heated to 40°C, and 0.2 volumes of this was added as an indicator. The reactor was sterilized by adding ml of diphenylethylene and then adding dropwise a 12% solution of sec-butyllithium until the orange-red color persisted. Now add another 18ml (0.024
sec-butyllithium solution (mol) in hexane
12%) was added followed by 416 g (4.0 moles) of styrene. The temperature of the polymerization reaction mixture was maintained at 40°C for 5 minutes. The living polystyrene was then capped by passing butadiene gas into the reactor until the color of the solution changed from dark red to orange. This living polymer was end-terminated with 4.1 ml (0.05 moles) of allyl chloride. The large molecular weight monomer thus produced was separated by precipitation with methanol. Its average molecular weight estimated by gel permeation chromatography was 25,000 (theory: 18,000), and its molecular weight distribution was extremely narrow. The produced large molecular weight monomer has the following structural formula: (where m is equal to 1 or 2). Example 14 Preparation of a Gukuft Copolymer Having a Hydrophilic Polymer Backbone of Polyacrylic Acid and a Hydrophobic Polymer Side Chain of Polystyrene A Very Narrow Molecular Weight Copolymer Made in Example 5 Above with a Molecular Weight of about 8000 and a Ratio of about 1.06 or Less Vinyl, which has a distribution
60 g of polystyrene end-terminated with 2-chloroethyl ether were placed in two resin flasks.
It was dissolved in 240 g of acrylic acid and 50 g of tetrahydrofuran (THF). An additional 500 g of THF was placed in the second resin flask and 0.6 g of benzoyl peroxide was added. The flask was heated to 65°C and the polymerization reaction was allowed to proceed for 2 hours.
After the polymerization reaction was completed, 300 g of distilled water was added to the resin flask to distill off THF. This aqueous copolymer system was then used as a latex thickener. Example 15 Preparation of a graft copolymer with a hydrophilic polymer backbone of polyacrylic acid and a hydrophobic polymer side chain of polystyrene 4 g of Triton X-100 was dissolved in 500 g of distilled water and mixed in a waring mixer. (blender) put it inside. A stable dispersion is obtained by dissolving 30 g of t-butyl polystyrene vinyl ether prepared in Example 5 above in 60 g of benzene and adding this solution to a Walling mixer containing a solution of Triton X-100 under high shear rate. I made it. This dispersion was charged into a second resin flask equipped with a stirrer and a condenser, and nitrogen was passed through the flask for 1 hour. Heat the reactor to 65℃ and 240℃.
g of acrylic acid was added (pH neutralized to 8.0 with ammonium hydroxide). 69 Add 1 g of benzoyl peroxide to the resin flask to start the polymerization reaction.
℃ for 3 hours. The polymer was recovered as described in Example 14 and further evaluated and tested as an industrial latex thickening agent. Example 16 Preparation of a graft copolymer with a hydrophilic polymer backbone of polyacrylic acid and a hydrophobic polymer side chain of polystyrene 18 g of Triton X-405 (or 26 g of 70% solids Triton X-405) are dissolved in 300 g of water. The pH was adjusted to 8 with ammonium hydroxide and the solution was placed in a wall mixer. 30 g of t-butyl polystyrene vinyl ether made as described in Example 5 are dissolved in 70 g of ethyl acrylate and this solution is stabilized by adding it to a Walling mixer containing a solution of Triton X-405 under high shear rate. A dispersion was created. This dispersion was placed in a second resin flask equipped with a stirrer and a condenser, and nitrogen was passed through the flask for 1 hour. 65 reactor
0.1 g of ammonium persulfate was added to the mixture. 200g ethyl acrylate and 2%
The ammonium persulfate solution was added to the polymerization reactor over a period of 3 hours and the polymerization reaction was carried out at 65-67°C. Hydrophilicity was imparted to the polymer main chain by hydrolyzing the acrylic acid groups with alkali under heating.
The resulting hydrophilic and hydrophobic polymers were recovered in the manner described above. Example 17 Polyacrylic Acid Hydrophilicity - Latex Thickening Effect of Polystyrene Polymer Side Chains Three graft copolymers consisting of 80% polyacrylic acid polymer backbone and 20% polymer polystyrene side chains prepared as described in the previous example. was tested as a latex thickening agent. The sizes of polystyrene side chains were as follows: Sample A (G30)
is equal to 1000: Sample B (G32) is
4000 and sample C (G33) is 8000
It was a long time ago. These graft copolymers were tested in the following manner. 0.3 in 300g Wica Latex 7035 (50% solids)
g, 0.6 g and 1.2 g of hydrophilic graft copolymer (solid based) and its viscosity was determined by a Brookfield LVT viscometer (No. 3 weight, 12 revolutions per minute). It was measured. The results of this test are shown in Table 1.

【表】 上記のデータから知られるように本発明による
グラフトコポリマは親水性および疎水性のポリマ
セグメントの両者の存在によつてラテツクスに対
する優秀な粘稠剤として作用する。均一な分子量
分布を有するポリマ側鎖が安定なラテツクスを形
成するための全能力に寄与することは明白であつ
た。更に高い分子量のポリマ側鎖が綜合的な粘稠
化能力を改善することもまた明白であつた。この
ことは高分子量すなわち約2000以上の分子量にお
けるポリマ側鎖がポリスチレンポリマの性質に似
ておりポリマ側鎖が高分子量を有する場合により
良い相分離を生ずることによる。 例 18 ポリスチレンの疎水性ポリマ側鎖を有するポリ
ビニルアルコールの親水性ポリマ主鎖グラフト
コポリマの製造 例5記載の方法によつて製造されたビニルエー
テル末端基を有する精製された共重合性の大分子
量モノマ(この大分子量モノマの製造に当つては
反応開始剤としてsec−ブチルリチウムを使用し
ポリマが2080の分子量および約1.1以下の/
比を有する以外は同一の態様において該モノ
マが製造された)の60gをベンゼン中で触媒とし
てベンゾイルパーオキシドを用いて240gのビニ
ルアセテートと共重合させた。このようにして製
造されたポリビニルアセテート−スチレングラフ
トコポリマ(G26)を50/50メタノール/ベンゼ
ン混合物中で触媒としてナトリウムメトキシドを
使用してポリビニルアルコール−スチレングラフ
トコポリマに加水分解した。得られたポリマをメ
タノールで洗い真空乾燥したのちにベンゼンで抽
出した。抽出されたコポリマを分析するとコポリ
マが生成されたことを示した。けん化された製品
をフイルムに形成して市販のポリビニルアルコー
ルに比較してその耐水性を確認した。フイルムは
おのおのガラス上に被覆され室温下に一夜水中に
浸漬された。単なる肉眼の観察によつても本発明
によるコポリマの耐水性は対照のポリビニルアル
コールの耐水性よりはるかに改良されていること
は明白であつた。 例 19 ポリスチレンの疎水性ポリマ側鎖を有するポリ
ビニルアルコールの親水性ポリマ主鎖グラフト
コポリマの製造 ドデシル硫酸ナトリウム(0.4g)を85gの水
に撹拌下に加えこれに15gの例8において製造さ
れたメタクリレートを末端とするポリスチレンを
加え次いで30gのビニルアセテートを加えること
によつてラテツクス共重合反応を行つた。0.15g
のベンゾイルパーオキシドを加え6時間40〜50℃
で重合反応を行つた。重合反応が終つたならばコ
ポリマを100mlのメタノール中に撹拌下に注ぎこ
の溶液に10gのナトリウムメトキシドを20分間に
加えた。この溶液を10分間還流させポリマを2回
イソプロパノールで洗い70℃で真空乾燥した。加
水分解された製品の溶解度を各種の溶剤を用いて
試験した。このコポリマはDMSOに僅かに溶ける
がトルエン、テトラヒドロフラン、ベンゼンおよ
びクレゾールには不溶であつた。このコポリマか
ら作られたフイルムは透明であり良好な延伸性お
よび優秀な湿潤強度を示した。 例 20 ポリスチレンの疎水性ポリマ側鎖を有するポリ
ヒドロキシエチルメタクリレートの親水性ポリ
マ主鎖グラフトコポリマの製造 均一で狭い分子量分布を有する例7記載の方法
によつて製造されたメタクリレートを末端とする
ポリスチレンの75部を125部のヒドロキシエチル
メタクリレートと混合し重合反応触媒としての
0.4部のt−ブチルパーオクトエートによつて重
合反応を開始させた。この物質の重合反応は最初
に混合物を約50℃で8時間加熱することによつて
行われた。次に約1時間90℃に加熱し次いで1時
間120℃に加熱することによつて重合反応を完結
させた。重合反応が完結したのちに透明、堅固で
硬いコポリマが得られた。ポリマを生理的食塩水
溶液と接触させて該食塩水との浸透圧的な平衡状
態に至らしめた。このようにして作られたヒドロ
ゲルフイルムは透明、可撓性で弾性を有してい
た。 例 21 ポリ(N,N−ジメチルアクリルアミド)の親
水性ポリマ主鎖およびポリスチレンの疎水性ポ
リマ側鎖を有するグラフトコポリマの製造 例8において製造された精製され高度に官能的
なメタクリレートを末端とするポリスチレン
(13400の分子量および1.5以下の/比を有
する)の40gおよび60gのN,N−ジメチルアク
リルアミドを150gのベンゼンに溶解させた。こ
の混合物を振盪機上で混合して均一な溶液を得
た。0.12gのAIBN(VAZO)重合反応開始剤を
加えてから内容物を0.95(1クオート)の重合
反応器に移した。内容物に窒素を噴射してから反
応器を密閉し引きつづき窒素を通じた。重合反応
器を60℃の水浴中の振盪機上に19.5時間置き次い
で2時間重合反応を終了するために85℃にした。
得られたコポリマは透明できわめて粘稠な液体で
あつた。この粘稠な液体コポリマに250gのベン
ゼンを加えてその粘度を減少させた。溶剤および
コポリマの重量は465gでその20.9%が固体であ
り(95.4gの固体)コポリマの収率は95.4%であ
つた。 ベンゼン−コポリマ溶液を延伸棒によつてガラ
ス板上に延伸することによつてコポリマのフイル
ムを成形した。このフイルムは光学的に透明であ
つた。これらの被覆された板を蒸留水中に浸漬し
て得られた湿潤フイルムは丈夫で矢張り透明であ
つた。このフイルムの膨潤比は1gのコポリマに
対して2.2gの水であつた。湿潤フイルムの引張
強さは60.9Kg/cm2(870psi)であり延伸率は100
%であつた。ASTM試験法E96−63T(B)を使用し
てこのフイルムをその水蒸気透過性(WVT)に
ついて試験したところ湿潤フイルムのWVTは
1.100g/24時間/m2であつた。 このコポリマのゲルパーミエーシヨンクロマト
グラフイ分析は未反応の疎水性の大分子量モノマ
が存在しないことを示した。このコポリマが水に
浸漬しても溶けないことおよび湿潤フイルムの高
い強度は疎水性のポリマ側鎖が通常は水溶性のポ
リ(N,N−ジメチルアクリルアミド)に対して
物理的な交差結合として作用することを示した。
上記のコポリマを水中で軟化させその水蒸気透過
性について試験した。湿潤コポリマフイルムはそ
のWVTについて測定された時に2000g/24時
間/m2でありこのことは半透膜としての用途を示
した。 例 22 ポリ(N,N−ジメチルアクリルアミド)の親
水性ポリマ主鎖およびポリスチレンの疎水性ポ
リマ側鎖を有するグラフトコポリマの製造 例8記載の方法によつて製造されたメタクリレ
ートを末端とするポリスチレン(このメタクリレ
ートを末端とするポリスチレンはゲルパーミエー
シヨンクロマトグラフイ分析によつて測定される
と12100の分子量および約1.06以下の/比
を有する)の10部を90部のN,N−ジメチルアク
リルアミドおよび900部のベンゼンの混合物に溶
解させた。この混合物を均一な溶液が得られるま
で振盪機上においた。そののちに0.1部のAIBNを
加えこの溶液を0.95(1クオート)の重合反応
器中に仕込み窒素を通じてから密栓した。この密
栓系に更に窒素を通じてから重合反応混合物を60
℃の水浴中の振盪機上に置き重合反応を12時間継
続させた。重合反応が終つたらコポリマをヘキサ
ン中で沈殿させ過し乾燥することによつて回収
した。このコポリマは透明、粘稠な溶液で水中に
浸漬された場合に優秀な湿潤強度性を有してい
た。 例 23 ポリ(N,N−ジメチルアクリルアミド)の親
水性ポリマ主鎖およびポリスチレンの疎水性ポ
リマ側鎖を有するグラフトコポリマの製造 例8記載の方法によつて製造されたメタクリレ
ートを末端とするポリスチレン(このメタクリレ
ートを末端とするポリスチレンは12700の分子量
およびゲルパーミエーシヨンクロマトグラフイ分
析によつて測定されると約1.05以下の/比
を有する)の10部を90分のN,N−ジメチルアク
リルアミドに溶解させた。このコモノマ混合物中
に5部のステイリン酸カルシウムを分散させ更に
コモノマ混合物に迅速な撹拌下に200部のヘプタ
ンおよび0.1部のAIBNを加えた。この系を0.95
(1クオート)の重合反応器に仕込み窒素を通じ
てから密栓した。密栓された系に更に窒素を通じ
て系を清浄にした。この重合反応器を67℃の水浴
中の振盪機上に置いて重合反応を行い重合反応を
12時間継続させた。コポリマは微細な粉末の形状
で得られ容易に過および乾燥をされた。非水性
乳濁重合技術を使用したためにコポリマの回収は
きわめてうまく行われた。ゲルパーミエーシヨン
クロマトグラフイによつて製品を分析すると未反
応のメタクリレートを末端とするポリスチレンが
存在しないことを示した。このコポリマは水中に
浸漬された場合に優秀な湿潤強度を有していた。
このコポリマはまたポリビニルクロリドとのポリ
ブレンド(polyblend)を製造する際に有用であ
つた。この態様において40〜60重量部のコポリマ
と60〜40重量部のポリビニルクロリドとを乾燥配
合することによつて各種のポリブレンドが製造さ
れた。この乾燥配合物を高められた温度下にミル
(mill)上でせん断すると優秀な水蒸気透過性を
有するフイルムが得られた。N,N−ジアルキル
アクリルアミドのポリマとポリビニルクロリド樹
脂との配合についての詳細な説明は本明細書中に
参照されている係属出願の米国特許出願第359284
号明細書中に記載されている。 ポリブレンドの特殊例としては上記のコポリマ
の33.3部を70部のポリビニルクロリド〔ビゲン
(Vygen)110〕および70部のジオクチルフタレー
ト(DOP)と乾燥配合した。乾燥配合された混
合物を148.89℃(300〓)で8分間ラバーミル上
に置いた。配合された成分はきわめて容易に融解
し平滑、透明なフイルムになつた。配合し且つ混
合物を高せん断力下に置いたのち0.0254cm(10ミ
ル)のフイルムを水蒸気透過性および吸水性につ
いて評価した。このポリブレンドは200g/24時
間/m2の水蒸気透過性を有し85%の比湿度下18時
間に5.8%の水分を吸収した。これに比較して
N,N−ジメチルアクリルアミドのホモポリマと
可塑剤を加えられたビニルクロリドのポリマとか
ら作られた類似のブレンドは75g/24時間/m2
の水蒸気透過率を有し85%の比湿度下18時間に
4.5%の水分を吸収した。改善された物理的性質
以外に疎水性のポリスチレン側鎖がポリブレンド
の加工法を改善し且つこのことがポリスチレン側
鎖のジオクチルフタレートへの溶解度に貢献する
ことは全く明白であつた。換言すれば該側鎖はこ
れらのグラフト鎖によつてポリ(N,N−ジメチ
ルアクリルアミド)に与えられた融解流動性
(melt rheology)を改善した。 例 24 ポリ(N,N−ジメチルアクリルアミド)/ブ
チルアクリレートの親水性ポリマ主鎖およびポ
リスチレンの疎水性ポリマ側鎖のグラフトター
ポリマの製造 例8において製造されたメタクリレートを末端
とする大分子量のモノマ(このメタクリレートを
末端とするポリスチレンは20000の分子量および
ゲルパーミエーシヨンクロマトグラフイによつて
測定された約1.06以下の/比を有する)の
10部を空気混合機(air mixer)によつて85gの
N,N−ジメチルアクリルアミドに溶解させた。
次で5部のブチルアクリレート、5部のステアリ
ン酸カルシウムおよび0.1部のAIBNおよび200部
のヘプタンをコモノマ混合物に加え撹拌し0.95
(1クオート)の重合反応器に移した。重合反応
混合物に窒素を通じて密栓した。67℃の熱水浴中
の振盪機上に16時間この反応器を置いて重合反応
を行なつた。ターポリマを過し乾燥した。ター
ポリマの収量は105gであり加えられた“固体物
質”を基礎とする収率は100%であつた。 例 25 マレイン酸半エステルの親水性ポリマ主鎖およ
びポリスチレンの疎水性ポリマ側鎖のグラフト
ターポリマの製造 最初に無水マレイン酸とカルボワツクス
(Carbowax)750とを縮合させることによつて
750分子量のメトキシポリエチレンオキシドエー
テル(カルボワツクス750)のマレイン酸半エス
テルを製造した。7部のカルボワツクス750マレ
イン酸半エステルおよび250部のイソオクタン
〔ソルトロル(Soltrol)10、フイリツプスペトロ
リウム(Phillips Petroleum)社発売〕を反応器
に仕込んだ。反応器の温度を73℃に上げ135部の
N,N−ジメチルアクリルアミドおよび7.5部の
マレイン酸半エステルを末端とするポリスチレン
の大分子量モノマ(このマレイン酸半エステルを
末端とするポリエステルは例9記載の方法によつ
て製造されこのポリマは7000の分子量を有し且つ
ゲルパーミエーシヨンクロマトグラフイによつて
測定された約1.05以下の/比を有してい
た)のコモノメリツクの混合物を添加した。重合
し得るモノマを含有する反応器に53/47N,N−
ジメチルアクリルアミド/ラウリルメタクリレー
トコポリマ分散体の20%イソオクタン溶液の20部
および重合反応開始剤としての0.3部のAIBNの混
合物を5時間にわたつて加えそののちに更にイソ
オクタンを追加した。更に12時間重合反応をつづ
けたのちにターポリマの微細な分散体を過して
回収した。このターポリマは水に浸漬された場合
に優秀な湿潤強度を有していた。 例 26 ポリ(ヒドロキシエチルメタクリレート)の親
水性ポリマ主鎖およびポリイソプレンの疎水性
ポリマ側鎖のグラフトコポリマの製造 ヘプタン中の例11において製造されたメタクリ
レートを末端とするポリイソプレン(このメタク
リレートを末端とするポリイソプレンは10000の
分子量およびゲルパーミエーシヨンクロマトグラ
フイによつて測定された1,1以下の/
比を有する)の50部(固体の乾燥物を基礎とす
る)と100部のヒドロキシエチルメタクリレート
とを0.95(1クオート)の重合反応器中で混合
した。コモノマ混合物に窒素を通じ0.2部のAIBN
重合反応開始剤を加えることにより67℃で16時間
該混合物を共重合させた。得られたコポリマは透
明で粘稠な溶液であつた。この透明なコポリマ溶
液を型に入れて20分間γ線を照射した。次いでコ
ポリマを生理的に食塩水中に浸漬した。湿潤コポ
リマはすぐれた湿潤強度を有しこのことは親水性
の主鎖が疎水性の側鎖によつて互いに保持されま
た該側鎖は照射による交差結合によつて互いに結
合されている事実によるものであつた。すなわち
このコポリマは親水性の母体相に化学的に結合さ
れている交差結合された疎水性領域の構造によつ
て強化されていた。 本発明による親水性−疎水性のグラフトコポリ
マはそれらが水和された状態において予期される
ことなく改善された諸性質(たとえば引張強さ、
湿潤強度、延伸率等)を有していた。一般に親水
性のポリマは化学的な交差結合剤によつて交差結
合されてその物理的性質を改善されなければなら
ないものである。しかし本発明による新規なグラ
フトコポリマは独特にポリマ主鎖部分をつなぎと
めるために役立つ熱的に不安定な物理的な交差結
合を提供し且つまた“充填効果”を提供するので
最終製品の弾性率(modulus)および引張強さを
改善する。このグラフトコポリマをポリマ側鎖の
Tgより高い温度(ポリスチレンに対しては90〜
100℃)に加熱した場合にはその領域は流動体と
なり圧力下に流動する。すなわちそれらは真に熱
可塑性なのである。このグラフトコポリマが冷却
された時にはその領域は再生され且つグラフトコ
ポリマは交差結合された親水性ポリマの性質を回
復する。 水性の液体を加えることは単に親水性ポリマの
可塑剤として作用するだけであつて全体のコポリ
マ物質を溶解させることはない。グラフトコポリ
マはそれらを水性の液体(水または生理的食塩水
等)に浸漬することによつてヒドロゲルになり得
る。水性液体の量はグラフトコポリマの組成すな
わちグラフトコポリマのポリマ側鎖の量によつて
広範囲に変動し得る。一般に水性液体の量はグラ
フトコポリマの約10〜約95%好適には45〜80%の
範囲内である。本発明によるグラフトコポリマ中
に高いレベルの水性液体が存在する場合でもそれ
らはその形態を保ち得るのでコンタクトレンズ、
体内移植物およびその類似物を製造する際に有用
である。本発明によるコポリマを水性液体中に浸
漬することによるヒドロゲルの生成はコポリマ中
にヒドロゲルの母体全体に分布された顕微鏡的な
孔または空隙を埋める微小な滴の形状で集合する
ものでその機械的な保持は親水性ポリマの共有結
合力によつて強められ該力は疎水性ポリマ側鎖の
熱的に不安定な交差結合によつて互に保持されて
いる。所望によりポリマ物質上に圧力をかけるこ
とによつてグラフトコポリマから水を除去し得
る。圧力をゆるめたのちにも空気は空隙に進入し
得ず製品全体の容積はそれが水または水性の溶液
と接触させられるまで小さいままであり該接触後
には膨潤してもとの大きさおよび形状にもどる。
このような製品中において水のある部分は空隙中
の毛細管吸引力により且つある部分はヒドロゲル
のコロイド系の成分として保持される。本明細書
記載のような態様において本発明によるヒドロゲ
ルは吸湿剤としての性質を有しその性質はたとえ
ば薬用包帯における粘着帯または層に有利に使用
され得る。本製品はまた限外過用半透膜として
使用され得る。後者に関しては剤または発泡剤
を重合反応の途中にポリマ構造内に混和するかま
たは後処理として使用することによつて親水性の
グラフトコポリマに多孔性を与えることが望まし
い。 本発明の其他の独特な変形には紙のコーチング
に有用な乳濁体として親水性−疎水性のグラフト
コポリマを製造することが含まれる。これらのコ
ポリマはポリビニルアセテートポリマ主鎖中にポ
リビニル芳香族(たとえばポリスチレン)または
ポリビニル芳香族/ポリブタジエンを共有する。
以下の反応式が乳濁グラフトコポリマを製造する
ための独特な方法の特徴を示す。 このグラフトコポリマは最初に共重合性の大分
子量モノマaまたはbとビニルアセテートとをフ
リーラジカル状態下に共重合させることによつて
製造される。この乳濁体は紙のコーチングにおけ
る用途に適当なすぐれた物理的性質を有する。た
とえば製紙工業における顔料結合剤としてポリス
チレン−ブタジエンラテツクスが最も広く使用さ
れることは公知である。ポリビニルアセテートラ
テツクスにおいては更に良好な接着性、白色度お
よび低臭気を有するがその湿潤紙むけ抵抗および
湿潤摩擦抵抗が貧弱であるので用途が制限されて
いる。これはポリビニルアセテートが炭化水素樹
脂であるポリスチレン−ブタジエンに比較して更
に親水性(ビニルアセテートモノマの水に対する
溶解度は2.8g/100g水である)であるためであ
る。スチレンに対するr1値は0.01でありビニルア
セテートに対するr2値は55であるのでスチレンと
ビニルアセテートとを共重合させることは不可能
である。本発明による独特な共重合性の大分子量
モノマを使用すればポリビニルアセテートおよび
ポリスチレンおよびポリスチレン−ブタジエンの
性質を併有してポリビニルアセテートのすぐれた
接着性および白色度およびポリスチレンまたはポ
リスチレン−ブタジエンラテツクスの良好な湿潤
紙むけ抵抗および湿潤摩擦抵抗を提供することが
できる。 本発明の更に他の独特な面はグラフトコポリマ
からウエツトエンド添加剤(wet end additive)
を製造することである。たとえば例18によるグラ
フトコポリマを陽イオン試薬によつて処理すれば
製紙工業において有用なウエツトエンド添加剤を
得ることができる。この方法は例18による製品か
ら出発する次の反応式によつて示される。 上記のグラフトコポリマはポリビニルアルコー
ル部分の相分離がその中に陽イオングラフトコポ
リマを混和させて紙の湿潤強さおよび乾燥強さの
両者を強化するので独自なものである。 本発明は個々の具体例に関して説明されている
が更に修正され得ることは明らかであり本出願は
大網において本発明の原理による本発明のいかな
る変更、用途または適応をも包含するものとして
意図されており本開示からこのような逸脱を含む
としてもそれらは本発明の属する当業において公
知であるかまたは慣例であり且つ本明細書記載の
本質的な特性に対して適用され得るものであり且
つ本発明の範囲内に入るものである。
Table 1 As is known from the above data, the graft copolymer according to the invention acts as an excellent thickening agent for latexes due to the presence of both hydrophilic and hydrophobic polymer segments. It was clear that the polymer side chains with uniform molecular weight distribution contributed to the overall ability to form a stable latex. It was also evident that higher molecular weight polymer side chains improved the overall thickening ability. This is because polymer side chains at high molecular weights, ie, above about 2000, resemble the properties of polystyrene polymers and result in better phase separation when the polymer side chains have a high molecular weight. Example 18 Preparation of a hydrophilic polymer backbone graft copolymer of polyvinyl alcohol with hydrophobic polymer side chains of polystyrene A purified copolymerizable large molecular weight monomer ( In producing this large molecular weight monomer, sec-butyllithium is used as a reaction initiator, and the polymer has a molecular weight of 2080 and a /
60 g of the monomer (in which the monomer was prepared in the same manner but with the same ratio) were copolymerized with 240 g of vinyl acetate in benzene using benzoyl peroxide as a catalyst. The polyvinyl acetate-styrene graft copolymer (G26) thus produced was hydrolyzed to a polyvinyl alcohol-styrene graft copolymer in a 50/50 methanol/benzene mixture using sodium methoxide as a catalyst. The obtained polymer was washed with methanol, vacuum dried, and then extracted with benzene. Analysis of the extracted copolymer showed that a copolymer was produced. The saponified product was formed into a film and compared with commercially available polyvinyl alcohol to confirm its water resistance. Each film was coated onto glass and soaked in water overnight at room temperature. Even by mere visual observation, it was clear that the water resistance of the copolymers of the present invention was much improved over that of the control polyvinyl alcohol. Example 19 Preparation of a hydrophilic polymer backbone graft copolymer of polyvinyl alcohol with hydrophobic polymer side chains of polystyrene Sodium dodecyl sulfate (0.4 g) was added to 85 g of water with stirring to which 15 g of the methacrylate prepared in Example 8 was added. A latex copolymerization reaction was carried out by adding polystyrene terminated with , followed by 30 g of vinyl acetate. 0.15g
of benzoyl peroxide and heated at 40-50℃ for 6 hours.
A polymerization reaction was carried out. When the polymerization reaction was completed, the copolymer was poured into 100 ml of methanol under stirring, and 10 g of sodium methoxide was added to this solution over a period of 20 minutes. The solution was refluxed for 10 minutes and the polymer was washed twice with isopropanol and dried under vacuum at 70°C. The solubility of the hydrolyzed product was tested using various solvents. This copolymer was slightly soluble in DMSO but insoluble in toluene, tetrahydrofuran, benzene and cresol. Films made from this copolymer were transparent and exhibited good extensibility and excellent wet strength. Example 20 Preparation of a hydrophilic polymer backbone graft copolymer of polyhydroxyethyl methacrylate with hydrophobic polymer side chains of polystyrene. 75 parts were mixed with 125 parts of hydroxyethyl methacrylate to form a polymerization reaction catalyst.
The polymerization reaction was initiated with 0.4 parts of t-butyl peroctoate. The polymerization reaction of this material was carried out by first heating the mixture at about 50°C for 8 hours. The polymerization reaction was then completed by heating to 90°C for about 1 hour and then to 120°C for 1 hour. After the polymerization reaction was completed, a transparent, firm and hard copolymer was obtained. The polymer was contacted with a physiological saline solution and brought into osmotic equilibrium with the saline. The hydrogel film thus produced was transparent, flexible, and elastic. Example 21 Preparation of a Graft Copolymer Having a Hydrophilic Polymer Backbone of Poly(N,N-dimethylacrylamide) and a Hydrophobic Polymer Side Chain of Polystyrene The purified highly functional methacrylate-terminated polystyrene prepared in Example 8 40 g and 60 g of N,N-dimethylacrylamide (having a molecular weight of 13400 and a / ratio of 1.5 or less) were dissolved in 150 g of benzene. This mixture was mixed on a shaker to obtain a homogeneous solution. 0.12 g of AIBN (VAZO) polymerization initiator was added and the contents were transferred to a 0.95 (1 quart) polymerization reactor. After the contents were flushed with nitrogen, the reactor was sealed and continued to be flushed with nitrogen. The polymerization reactor was placed on a shaker in a 60°C water bath for 19.5 hours and then brought to 85°C for 2 hours to complete the polymerization reaction.
The resulting copolymer was a clear, highly viscous liquid. 250 g of benzene was added to this viscous liquid copolymer to reduce its viscosity. The weight of the solvent and copolymer was 465 g, 20.9% solids (95.4 g solids), and the yield of copolymer was 95.4%. A copolymer film was formed by stretching the benzene-copolymer solution onto a glass plate with a drawing rod. This film was optically clear. The wet films obtained by immersing these coated plates in distilled water were tough and transparent. The swelling ratio of this film was 2.2 g water to 1 g copolymer. The tensile strength of the wet film is 60.9Kg/cm 2 (870psi) and the stretching ratio is 100
It was %. The film was tested for its water vapor permeability (WVT) using ASTM test method E96-63T(B) and the WVT of the wet film was
It was 1.100g/24 hours/ m2 . Gel permeation chromatography analysis of this copolymer showed the absence of unreacted hydrophobic large molecular weight monomers. The insolubility of this copolymer when immersed in water and the high strength of the wet film are due to the hydrophobic polymer side chains acting as physical cross-links to the normally water-soluble poly(N,N-dimethylacrylamide). It was shown that
The above copolymers were softened in water and tested for their water vapor permeability. The wet copolymer film was measured for its WVT of 2000 g/24 hours/ m2 , indicating its use as a semipermeable membrane. Example 22 Preparation of a graft copolymer having a hydrophilic polymer backbone of poly(N,N-dimethylacrylamide) and a hydrophobic polymer side chain of polystyrene. The methacrylate-terminated polystyrene has a molecular weight of 12,100 as determined by gel permeation chromatography analysis and a ratio of less than or equal to about 1.06), 10 parts of N,N-dimethylacrylamide and 900 parts of N,N-dimethylacrylamide. of benzene. This mixture was placed on a shaker until a homogeneous solution was obtained. Thereafter, 0.1 part of AIBN was added, and the solution was charged into a 0.95 (1 quart) polymerization reactor, which was then bubbled with nitrogen and sealed tightly. After passing nitrogen through this tightly closed system, the polymerization reaction mixture was poured for 60 min.
The polymerization reaction was continued for 12 hours by placing on a shaker in a water bath at °C. After the polymerization reaction was completed, the copolymer was recovered by precipitation in hexane, filtered, and dried. This copolymer had excellent wet strength properties when immersed in water as a clear, viscous solution. Example 23 Preparation of a graft copolymer having a hydrophilic polymer backbone of poly(N,N-dimethylacrylamide) and a hydrophobic polymer side chain of polystyrene. 10 parts of methacrylate-terminated polystyrene (having a molecular weight of 12,700 and a ratio of about 1.05 or less as determined by gel permeation chromatography analysis) was dissolved in 90 min of N,N-dimethylacrylamide. I let it happen. 5 parts of calcium styphosphate were dispersed in the comonomer mixture and 200 parts of heptane and 0.1 part of AIBN were added to the comonomer mixture under rapid stirring. This system is 0.95
The mixture was charged into a 1 quart polymerization reactor, and nitrogen was passed through the reactor and the reactor was tightly stoppered. Nitrogen was further flushed through the capped system to clean it. This polymerization reactor was placed on a shaker in a water bath at 67°C to carry out the polymerization reaction.
It lasted for 12 hours. The copolymer was obtained in the form of a fine powder and was easily filtered and dried. Recovery of the copolymer was very successful due to the use of non-aqueous emulsion polymerization techniques. Analysis of the product by gel permeation chromatography showed the absence of unreacted methacrylate-terminated polystyrene. This copolymer had excellent wet strength when immersed in water.
This copolymer was also useful in making polyblends with polyvinyl chloride. In this embodiment, various polyblends were prepared by dry blending 40-60 parts by weight of copolymer and 60-40 parts by weight of polyvinyl chloride. Shearing this dry blend on a mill at elevated temperature resulted in a film with excellent water vapor permeability. A detailed description of the blending of N,N-dialkyl acrylamide polymers with polyvinyl chloride resins can be found in copending U.S. Patent Application No. 359,284, which is incorporated herein by reference.
It is stated in the specification of the issue. In a specific example of a polyblend, 33.3 parts of the above copolymer were dry blended with 70 parts of polyvinyl chloride (Vygen 110) and 70 parts of dioctyl phthalate (DOP). The dry compounded mixture was placed on a rubber mill for 8 minutes at 148.89°C (300°C). The blended ingredients melted extremely easily to form a smooth, transparent film. After compounding and subjecting the mixture to high shear, 10 mil films were evaluated for water vapor permeability and water absorption. This polyblend had a water vapor permeability of 200 g/24 hours/m 2 and absorbed 5.8% water in 18 hours at 85% specific humidity. In comparison, a similar blend made from a homopolymer of N,N-dimethylacrylamide and a plasticized polymer of vinyl chloride had a water vapor transmission rate of 75 g/24 hours/m 2 and 85%. for 18 hours under specific humidity of
Absorbed 4.5% moisture. It was quite evident that besides the improved physical properties, the hydrophobic polystyrene side chains improved the processing of the polyblend and this contributed to the solubility of the polystyrene side chains in dioctyl phthalate. In other words, the side chains improved the melt rheology imparted to poly(N,N-dimethylacrylamide) by these grafted chains. Example 24 Preparation of a graft terpolymer of a hydrophilic polymer backbone of poly(N,N-dimethylacrylamide)/butyl acrylate and a hydrophobic polymer side chain of polystyrene. The methacrylate-terminated polystyrene has a molecular weight of 20,000 and a ratio of less than or equal to about 1.06 as determined by gel permeation chromatography.
10 parts were dissolved in 85 g of N,N-dimethylacrylamide by means of an air mixer.
Then add 5 parts of butyl acrylate, 5 parts of calcium stearate and 0.1 part of AIBN and 200 parts of heptane to the comonomer mixture and stir.
(1 quart) polymerization reactor. The polymerization reaction mixture was bubbled with nitrogen and capped tightly. The reactor was placed on a shaker in a hot water bath at 67°C for 16 hours to carry out the polymerization reaction. The terpolymer was filtered and dried. The yield of terpolymer was 105 g and the yield was 100% based on the added "solid material". Example 25 Preparation of a graft terpolymer of a hydrophilic polymer backbone of a maleic acid half ester and a hydrophobic polymer side chain of polystyrene by first condensing maleic anhydride with Carbowax 750.
A maleic acid half ester of methoxypolyethylene oxide ether (Carbowax 750) with a molecular weight of 750 was prepared. Seven parts of Carbowax 750 maleic acid half ester and 250 parts of isooctane (Soltrol 10, available from Phillips Petroleum) were charged to the reactor. The temperature of the reactor was increased to 73° C. and 135 parts of N,N-dimethylacrylamide and 7.5 parts of maleic acid half ester terminated polystyrene high molecular weight monomer (this maleic acid half ester terminated polyester was prepared as described in Example 9). The polymer had a molecular weight of 7000 and had a ratio of 1.05 or less as determined by gel permeation chromatography). 53/47N,N- to the reactor containing the polymerizable monomer.
A mixture of 20 parts of a 20% solution of dimethyl acrylamide/lauryl methacrylate copolymer dispersion in isooctane and 0.3 parts of AIBN as polymerization initiator was added over a period of 5 hours, after which time more isooctane was added. After continuing the polymerization reaction for an additional 12 hours, a fine dispersion of terpolymer was recovered by filtration. This terpolymer had excellent wet strength when immersed in water. Example 26 Preparation of a graft copolymer of a hydrophilic polymer backbone of poly(hydroxyethyl methacrylate) and a hydrophobic polymer side chain of polyisoprene. Polyisoprene has a molecular weight of 10,000 and a molecular weight of less than 1,1 as determined by gel permeation chromatography.
(on a solid dry basis) and 100 parts of hydroxyethyl methacrylate were mixed in a 0.95 (1 quart) polymerization reactor. 0.2 parts AIBN by passing nitrogen into the comonomer mixture
The mixture was copolymerized for 16 hours at 67° C. by adding a polymerization initiator. The resulting copolymer was a clear, viscous solution. This clear copolymer solution was placed in a mold and irradiated with gamma rays for 20 minutes. The copolymer was then physiologically immersed in saline. Wet copolymers have excellent wet strength due to the fact that the hydrophilic backbones are held together by hydrophobic side chains, which are linked to each other by cross-linking upon irradiation. It was hot. That is, the copolymer was reinforced by a structure of cross-linked hydrophobic regions that were chemically bonded to a hydrophilic host phase. The hydrophilic-hydrophobic graft copolymers according to the invention unexpectedly exhibit improved properties in their hydrated state, such as tensile strength,
wet strength, stretching ratio, etc.). Generally, hydrophilic polymers must be cross-linked by chemical cross-linking agents to improve their physical properties. However, the novel graft copolymers of the present invention uniquely provide thermally labile physical cross-links that serve to anchor the polymer backbone portions and also provide a "filling effect" so that the modulus of elasticity of the final product ( modulus) and tensile strength. This graft copolymer is
Temperatures above Tg (90~ for polystyrene
When heated to 100℃), the region becomes a fluid and flows under pressure. That is, they are truly thermoplastic. When the graft copolymer cools, the regions are regenerated and the graft copolymer regains the properties of the cross-linked hydrophilic polymer. Adding an aqueous liquid merely acts as a plasticizer for the hydrophilic polymer and does not dissolve the entire copolymer material. Graft copolymers can be turned into hydrogels by soaking them in an aqueous liquid (such as water or saline). The amount of aqueous liquid can vary widely depending on the composition of the graft copolymer, ie, the amount of polymer side chains in the graft copolymer. Generally, the amount of aqueous liquid will range from about 10% to about 95%, preferably 45% to 80% of the graft copolymer. Contact lenses, since they can retain their form even when there is a high level of aqueous liquid in the graft copolymers according to the invention,
Useful in making internal implants and the like. The formation of a hydrogel by immersing the copolymer according to the present invention in an aqueous liquid results in the formation of a hydrogel in the form of microscopic droplets that fill the microscopic pores or voids distributed throughout the hydrogel matrix in the copolymer. Retention is enhanced by the covalent forces of the hydrophilic polymers, which are held together by thermally labile cross-links of the hydrophobic polymer side chains. Water can be removed from the graft copolymer if desired by applying pressure on the polymeric material. After the pressure is relieved, air cannot enter the voids and the overall volume of the product remains small until it is brought into contact with water or an aqueous solution, after which it swells to its original size and shape. Return to
In such products, some of the water is retained by capillary suction in the voids and some as a component of the colloidal system of the hydrogel. In the embodiments described here, the hydrogels according to the invention have hygroscopic properties which can be advantageously used, for example, in adhesive bands or layers in medicated bandages. The product can also be used as an ultrafiltration semipermeable membrane. Regarding the latter, it is desirable to impart porosity to the hydrophilic graft copolymer by incorporating agents or blowing agents into the polymer structure during the polymerization reaction or by using them as a post-treatment. Other unique variations of the invention include preparing hydrophilic-hydrophobic graft copolymers as emulsions useful in paper coatings. These copolymers share polyvinyl aromatic (eg, polystyrene) or polyvinyl aromatic/polybutadiene in the polyvinyl acetate polymer backbone.
The following reaction scheme characterizes the unique process for making emulsion graft copolymers. The graft copolymer is prepared by first copolymerizing the copolymerizable large molecular weight monomer a or b with vinyl acetate under free radical conditions. This emulsion has excellent physical properties suitable for use in paper coatings. For example, it is known that polystyrene-butadiene latex is most widely used as a pigment binder in the paper industry. Although polyvinyl acetate latex has better adhesion, whiteness and low odor, its poor wet pick resistance and wet abrasion resistance limit its use. This is because polyvinyl acetate is more hydrophilic than the hydrocarbon resin polystyrene-butadiene (the solubility of vinyl acetate monomer in water is 2.8 g/100 g water). Since the r 1 value for styrene is 0.01 and the r 2 value for vinyl acetate is 55, it is not possible to copolymerize styrene and vinyl acetate. The unique copolymerizable high molecular weight monomers of this invention combine the properties of polyvinyl acetate and polystyrene and polystyrene-butadiene with the superior adhesion and whiteness of polyvinyl acetate and the superior properties of polystyrene or polystyrene-butadiene latex. Good wet pick resistance and wet friction resistance can be provided. Yet another unique aspect of the present invention is the production of a wet end additive from a graft copolymer.
is to manufacture. For example, treatment of the graft copolymer according to Example 18 with a cationic reagent can yield a wet end additive useful in the paper industry. The process is illustrated by the following reaction scheme starting from the product according to Example 18. The graft copolymer described above is unique because the phase separation of the polyvinyl alcohol moieties incorporates the cationic graft copolymer therein to enhance both the wet and dry strength of the paper. Although the invention has been described with respect to particular embodiments, it will be obvious that it may be further modified and this application is not intended in its broadest scope to cover any variations, uses, or adaptations of the invention in accordance with its principles. Even if such deviations from the present disclosure are included, they are known or customary in the art to which the present invention pertains and can be applied to the essential characteristics described herein, and It is within the scope of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 化学結合され相分離され自然硬化した親水性
熱可塑性グラフトコポリマをヒドロゲル状に製造
する方法において、次の二工程すなわち (1) (a) 約5000〜約50000の範囲内の分子量をも
つと共にそのMw/Mn比が約1.1より少いよ
うな実質的に均一な分子量分布をもつた線状
ポリマまたはコポリマからなりさらにこの線
状ポリマまたはコポリマ鎖当り1個以下の重
合性モイエテイしかもたず、その重合性モイ
エテイがその鎖の末端にあることが特定され
ている重合性疎水性大分子量モノマの約1〜
約95重量%と;および (b) グラフトコポリマのポリマ主鎖を形成し、
上記の共重合性疎水性大分子量モノマがその
グラフトコポリマの線状のポリマ側鎖を形成
し、そのグラフトコポリマの線状ポリマ側鎖
がその大分子量モノマ上の重合性末端基によ
つて主鎖ポリマ中に共重合され、その際に該
主鎖は親水性(水溶性)エチレン性不飽和モ
ノマまたは親水性或いは水溶性の性質を付与
し得るエチレン性不飽和モノマの少くとも1
個のポリマ単位を有しており、そのコポリマ
主鎖へ共重合されるグラフトコポリマの線状
ポリマ側鎖がその主鎖ポリマの少くとも約20
個の連続したモノメリツクなくり返し単位に
よつて隔てられ、その主鎖ポリマに沿う側鎖
の共重合および分布がその疎水性大分子量モ
ノマの共重合性末端基と親水性共重合性コモ
ノマとの相対的な反応性の比によつて制御さ
れるような少くとも1種の親水性共重合性コ
モノマの約99〜約5重量%とを共重合させる
工程;および (2) この親水性グラフトコポリマを水性液体と接
触させることによりグラフトコポリマ重量にも
とづき約10〜約95重量%の水性液体を含有する
ヒドロゲルを形成させる工程からなることを特
徴とする上記の方法。
[Claims] 1. A method for producing a hydrogel-like hydrophilic thermoplastic graft copolymer that is chemically bonded, phase separated, and naturally cured, including the following two steps: (1) (a) within the range of about 5,000 to about 50,000; a linear polymer or copolymer with a substantially uniform molecular weight distribution such that the Mw/Mn ratio is less than about 1.1; of a polymerizable hydrophobic large molecular weight monomer which has only a moiety and whose polymerizable moiety is identified as being at the end of its chain.
and (b) forming the polymer backbone of the graft copolymer;
The copolymerizable hydrophobic large molecular weight monomers form the linear polymer side chains of the graft copolymer, and the linear polymer side chains of the graft copolymer are linked to the main chain by the polymerizable end groups on the large molecular weight monomers. At least one hydrophilic (water-soluble) ethylenically unsaturated monomer or an ethylenically unsaturated monomer capable of imparting hydrophilic or water-soluble properties is copolymerized into the polymer, the main chain being copolymerized in the polymer.
polymer units, and the linear polymer side chains of the graft copolymer copolymerized into the copolymer backbone have at least about 20
separated by consecutive monomeric repeating units, and the copolymerization and distribution of side chains along the backbone polymer is relative to the copolymerizable end groups of the hydrophobic large molecular weight monomer and the hydrophilic copolymerizable comonomer. (2) copolymerizing the hydrophilic graft copolymer with from about 99 to about 5% by weight of at least one hydrophilic copolymerizable comonomer, as controlled by the ratio of reactivity of the hydrophilic copolymer; A method as described above comprising the step of contacting with an aqueous liquid to form a hydrogel containing from about 10 to about 95 weight percent aqueous liquid based on the weight of the graft copolymer.
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