KR101345191B1 - 수용성 선형 헤테로체인 디플로머 - Google Patents

수용성 선형 헤테로체인 디플로머 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 물질의 화학, 특히 합성 고분자 물질에 포함되고, 체인은 폴리아미드의 카르복실기와 아미드 사이에 나타나는 H-결합으로 인해 발생되는 친수성 3D 매트릭스일 수 있고, 수분 환경을 유지시킬 가능성을 제공한다.
개선된 작업에 따라, 수용성 선형 헤테로체인 디폴리머는 일반적인 공식을 갖는다:
(-CH2-CR1R2)n-(R4-NHCO-R5-NHCO-R4)m
여기서,
R1 - 알킬 CH3 또는 수소의 원자일 수 있고,
R2 - 비닐 모노머의 종류에 의존하는 COOH, CONH2, (CH3)-COOH일 수 있고,
R3 - 디비닐 모노머의 종류에 의존하는 수소 또는 OH기의 원자이고,
R4 - (CH2-CHR3) 또는 (CH2-CHR3-CH2)이고,
R5 - 디비닐 모노머의 종류에 의존하는 (CH2) 또는 (CH(OH))2일 수 있고,
m 및 n - 비닐 및 디비닐 모노머들 사이의 상호연관성이고,
상관관계 m/n은 10 내지 100 내이고,
아미드기 -CO-NH-가 존재하는 체인의 섹션은 아미드와 카르복실기 사이의 H결합을 통해 유사한 섹션에 연결된다.
이러한 물질은 상이한 물리적-화학적 특성을 갖는 신규한 구조의 폴리머를 포함한다. 분자의 아미드 섹션은 구조 특성에 따라 그리고 특유한 분자간 상호작용에 따라 고유하다. 아미드기에서의 질소, 탄소 및 수소의 혼성화로 인해, 이러한 섹션은 대부분 편평하다. 또한, 탄소기에서의 질소 원자 및 산소 원자에 결합된 수소가 강한 수소 결합을 이룰 수 있다는 점도 중요하다.
상술한 폴리머의 교차-교차 결합 네트 물질도 생성되지 않는다. 따라서, 상술한 물질의 고분자는 수분 환경에서 유지되는 아미드 및 폴리아미드의 카르복실기 사이의 H-결합 때문에 발생된 친수성 3D 매트릭스이다.

Description

수용성 선형 헤테로체인 디플로머{WATERSOLUBLE LINEAR HETEROCHAIN DIPOLYMER}
본 발명은 고분자 물질의 화학에 관한 것으로, 특히 폴리아미드의 카르복실기와 아미드 사이에 나타나는 H결합으로 인해 발생하는 친수성 3D 매트릭스일 수 있는 체인을 갖고, 수분 환경을 유지할 수 있는 가능성을 제공할 수 있는 합성 고분자 물질에 관한 것이다.
다양한 폴리머 시스템에서, 하나는 그물형 또는 교차결합형 폴리머를 감지할 수 있고, 체인은 단일 공간 구조의 발생과의 교차결합에 의해 연결된다 - 폴리머 네트. 이러한 그물형 폴리머의 특성은 점성류 상태가 없고 어떠한 용제에서도 거의 용해되지 않는다. 이러한 용제에서 팽창된 그물형 폴리머는 겔로 불리운다.
그러나, 수분 환경에서 유지될 가능성을 제공하고 외부 조건(pH, 용제 함량, 온도)에 대해 특별한 민감성을 제공하는 폴리머 그룹의 고유한 특성은 연구자의 관심을 끌었다. 제어식 침투로 인한 멤브레인의 생성, 처리 준비의 캐리어 및 직접적인 전송, 새로운 필터, 신규 형태의 로봇의 작업, 신규한 영양 솔루션에서의 식물 재배 - 이러한 모든 것들은 상기 물질의 고유의 특성으로 인해 가능하다.
교차 결합 폴리아크릴아미드계의 꽤 많은 물질이 최근 개발되어 사용되고 있다. 이들은 통상적으로 이하의 성분, 강한 공유 결합으로 인한 메틸렌-비스-아크릴아미드로써 폴리아크릴아미드의 선형 체인이 결합된 즉, 중심이 물에 유지되는 3차원 그물망의 생성으로 메틸렌-비스-아크릴아미드에 의해 교차 결합된 아크릴아미드 및 메틸렌-비스-아크릴아미드로부터 통상 수용된다. 이들은 통상의 조건 하에서 작은 팽창 표시 및 용해성이 없는 화학적으로 안정적인 물질이다.
이러한 구조의 특성 때문에, 이들 물질은 (3차원 그물망이 강한 공유 결합을 기초로 하므로) 안정된 특징을 갖는다.
Figure 112012010323220-pat00001
예(RU2301814):
결국, 호모체인 폴리아크릴아미드의 3차원 그물망의 교차 결합에 의한 높은 교차 결합이 용제에서 팽창 및 유동성을 억제시키고 틱소트로피의 부정적인 특성을 유도한다는 결론에 도달할 수 있다. 결국, 이들 물질은, 분기 구조를 갖는 교차-교차-결합 폴리아크릴아미드를 나타내는 고온(예로써 RU2301814)에서 80-100 시간 동안만 팽창한다는, 일반적인 특성을 갖는다.
이들 폴리머의 특성은, 용해성, 걸쭉한 유동성, 안정성, 고분자들 사이의 공유 화학 결합(소위 교차 결합이라 불리움)의 생성에 대한 높은 민감성과 같다.
폴리머의 용해성 및 그 화학적 안정성은 구조의 고유성, 분기의 존재, 교차 결합, 고분자의 길이 및 다른 요인들에 따라 달라진다.
셀룰로오스가 공지되어 있는 수용성 교차 결합 디폴리머이다. 이것은 조성에 사용된 디비닐 모노머를 통해 결합된 아크릴아미드 및 아크릴레이트 또는 아크릴아미드의 도움으로 형성된 3차원 구조를 갖고, 물과 염기를 갖는다.(US4051086 참조)
공지된 수용성 교차결합 디폴리머의 팽창의 상부 경계선은 낮은값으로 억제되고, 엄격하게 결합되고 3차원 구조는 유동성을 억제한다. 코폴리머는 몇몇 실시예에서 바람직하지 못한 장기간의 화학적 안정성을 특징으로 한다.
암모니아 아크릴레이트 및 결합 용제를 기초로 형성된 3차원 구조를 갖는 수용성 교차 결합 디폴리머(JP6227328참조)도 공지되어 있다.
공지된 수용성 교차 결합 디폴리머의 팽창의 상부 경계선은 낮은 값으로 억제되고, 엄격하게 결합되고 3차원 구조는 유동성을 억제한다. 코폴리머는 몇몇 실시예에서 바람직하지 못한 장기간의 화학적 안정성을 특징으로 한다.
개발 작업의 목적은, 모노머의 저에너지 연결의 관점에서 수용성 선형 헤테로체인 디폴리머의 생성 및 그를 생성하는 것에 관한 것으로, 이는 수분 환경에서 유지되고 수용성능을 부여하는 친수성 3D 매트릭스이고, 유동성을 증가시키고 화학적 안정성을 감소시킨다.
이러한 목적을 충족시키기 위해, 수용성 선형 헤테로체인 디폴리머는 일반적으로 아래의 공식을 갖는다.
(-CH2-CR1R2)n-(R4-NHCO-R5-NHCO-R4)m
여기서,
R1 - 알킬 CH3 또는 수소원자일 수 있고,
R2 - 비닐 모노머의 종류에 의존하는 COOH, CONH2, (CH3)-COOH 일 수 있고,
R3 - 디비닐 모노머의 종류에 의존하는 OH기 또는 수소원자일 수 있고,
R4 - (CH2-CHR3) 또는 (CH2-CHR3-CH2)일 수 있고,,
R5 - 디비닐 모노머의 종류에 의존하는 (CH2) 또는 (CH(OH))2일 수 있고,
m 및 n - 비닐 및 디비닐 모노머들 사이의 상호연관성이고,
상관관계 m/n은 10 내지 100 내이고,
아미드기 -CO-NH-가 존재하는 체인의 섹션은 아미드와 카르복실기 사이의 H결합을 통해 유사한 섹션에 연결된다.
이러한 물질은, 수용성 디폴리머로 언급될 수 있고, 에틸렌 카르복실산( CH2=CH-COOH)기의 비닐 모노머와 그 파생물, 메틸-아크릴산(2-메틸프로펜산)(CH2=C(CH3)-COOH), 아크릴아미드 (CH2=CH-CO-NH2), 메틸메타아크릴레이트(CH2=C(CH3)-COOCH3)의 공중합체화를 통해 얻을 수 있는, 신규한 구조의 폴리머를 포함한다. 또한 아미드기가 선형 디폴리머에 함유된 디비닐 모노머들, 예를 들면, NN'-디알릴타르타르디아미드(DATD, -CH2=CH-CH2-NH-CO-CH(OH)-CH(OH)-CO-NH-CH2-CH=CH2), BISAM(C2H3-CO-NH-CH2-CO-NH-C2H3) 등이 있다. . 메인 체인에 의해 아미드기 -CO-NH-를 수용 결과로써 공중합체화한 후, 호모폴리머는 상이한 물리적-화학적 특성을 가지는 헤테로폴리머(폴리아미드)의 구조를 얻는다.
도 1에서, 상기 언급한 아미드와 카르복실기 사이의 H-결합을 갖는 수용성 선형 헤테로체인 디폴리머의 구조는 일반도로 그래픽으로 나타낸다.
폴리아미드는 고분자의 메인 체인에서 아미드기 -CO-NH-가 존재하는 헤테로체인 폴리머이다. 예를 들면 폴리아크릴아미드와 같은, 아미드기 측 -CO-NH2를 갖는 탄소체인 폴리머들은 폴리아미드에 속하지 않는다.
분자의 아미드 섹션은 구조적 특성에 따라 그리고 고유의 분자간 상호작용에 따라 독특하다. 아민기에서의 질소, 탄소 및 수소의 혼성화로 인해, 상기 섹션은 대부분 편평하다. 또한, 탄소기에서의 질소 원자 및 산소 원자에 결합된 수소가 강한 수소 결합을 이룰 수 있다는 점도 중요하다.
상술한 폴리머의 교차-교차 결합 네트 물질도 생성되지 않는다. 따라서, 상술한 물질의 고분자는 수분 환경에서 유지되는 아미드 및 폴리아미드의 카르복실기 사이의 H-결합 때문에 발생된 친수성 3D 매트릭스이다.
H-결합은 공유 결합보다 대략 20배 덜 강하다. 통상의 화학적 결합과 달리, H-결합은 라디칼 결합제를 사용하여 단일-스테이지 합성의 결과가 아니라 대응 인공 환경 하에서 발생된다.
H-결합의 특유의 특징은 비교적 작은 강도를 갖고, 그 에너지는 예로써 공유 화학 결합의 에너지보다 적다.
이러한 정확한 결합은 상술한 물질의 큰 팽창성 및 수용성을 제공한다.
수용성 선형 헤테로체인 디폴리머의 몇몇 실현예에서, 비닐 모노머는 에틸렌 카르복실산기 CH2=CH-COOH 및 그 파생물, 메틸-아크릴산(2-메틸프로펜산)(CH2=C(CH3)-COOH), 아크릴아미드 (CH2=CH-CO-NH2), 메틸메타아크릴레이트(CH2=C(CH3)-COOCH3)로부터 선택된다.
상술한 디폴리머의 특성의 사용은 타깃 물질의 팽창성을 추가로 증가시킨다.
수용성 선형 헤테로체인 디폴리머의 실현예에서, 디비닐 모노머는 NN'-디아릴타르타르디아미드(DATD, CH2=CH-CH2-NH-CO-CH(OH)-CH(OH)-CO-NH-CH2-CH=CH2) 및 메틸렌비스아크릴아미드(BISAM, C2H3-CO-NH-CH2-CO-NH-C2H3)기로부터 선택된다.
상술한 디폴리머의 특성의 사용은 타깃 물질의 수용성을 추가로 증가시킨다.
수용성 선형 헤테로체인 디폴리머는 상기 예로 예증한다. 도 1에서, 상기 언급한 아미드와 카르복실기 사이의 H-결합을 갖는 수용성 선형 헤테로체인 디폴리머의 구조는 일반도의 그래픽으로 나타낸다.
상기 일반도의 물질은 중합반응 개시제로 수분 환경에서 2단계 중합반응에 의해 얻어진다. 이하의 물질은 중합반응의 제1 단계의 개시제로서 사용된다.
테트라메틸에틸렌디아민(TEMED) C6H16N2-(CH3)2N-CH2-CH2-N(CH3)2,
디메틸아미노프로피오니트릴(DMAPN) C5H10N2-(CH3)2N-CH2-CH2-CN,
암모니엄 펄서페이트 (APS)(NH4)2S2O8
6,7-디메틸-9-(D-1-리비틸)-이소알록사진(리보플라빈)C17H20N4O6
예1
BISAM 및 메틸-아크릴산계 타깃 디폴리머는 중합반응 개시제를 사용하여 수분 환경에서 2단계 중합반응으로 얻어진다.
중합반응은 이하의 개념에 따라 수행된다.
폴리메틸아크릴산의 5중량 퍼센트를 함유하는 100 ml 용액을 얻기 위해, 5 ml의 메틸-아크릴산(MAA)이 사용되고, 폴리메틸 아크릴산의 100 섹션에 대해 1섹션량의 디비닐 모노머로써 BISAM 0.009g이 취해진다. 암모니엄 펄서페이트(APS)(0.5g)의 수용액 및 디메틸아미노프로피오니트릴(DMAPN)의 소량이 첨가되었다. 얻어진 용액은 혼합된 뒤 45분 동안 둔다. 그 후 1차 합성 시작품은 유리에서 꺼내져 분쇄된다.
리보플라빈 수용액을 한방울씩 첨가하여 균질화가 (자외선 램프 하에서) 기계적으로 수행된 후 시작품은 증류수로 닦여지며 - 이러한 방식으로 중합반응의 제2 단계가 수행되었다.
예2
메틸-아크릴산 및 (DATD)계 타깃 디폴리머는 중합반응 개시제로 수분 환경에서 2 단계 중합 반응에 의해 얻어진다.
5 중량%의 아크릴산을 함유하는 100 ml 용액을 얻도록, 5 ml의 아크릴산(AA)이 사용되고, NN'-디알리타르타르디아미드(DATD) 0.65g이 아크릴산 80 섹션에 대해 1 섹션량으로 디비닐 모노머로서 취해졌다. 아미니엄 펄서페이트(APS)(0.5g)의 수용액 및 디메틸아미노프로피오니트릴(DMAPN) 소량이 첨가되었다. 얻어진 용액은 혼합된 뒤 실온에서 45분 동안 남겨진다. 그 후 1차 합성 시작품이 병에 빼내어진 뒤 분쇄된다.
리보플라빈 수용액을 한방울씩 첨가하여 균질화가 (자외선 램프 하에서) 기계적으로 수행된 후 시작품은 증류수로 닦여지며 - 이러한 환경 하에서 중합반응의 제2 단계가 수행되었다.
예3
아크릴아미드 및 BISAM에 대한 타깃 디폴리머는 중합반응 개시제로 수분 환경에서 2 단계 중합 반응에 의해 얻어진다.
4 중량%의 아크릴아미드를 함유하는 100 ml 용액을 얻도록, 4g의 아크릴아미드(AA)가 사용되고, BISAM 0.008g은 아크릴아미드의 50 섹션에 대해 1 섹션량으로 디비닐 모노머로서 취해졌다. 아미니엄 펄서페이트(APS)(0.5g)의 수용액 및 디메틸아미노프로피오니트릴(DMAPN) 소량이 첨가되었다. 얻어진 용액은 혼합된 뒤 실온에서 45분 동안 남겨진다. 그 후 1차 합성 시작품이 병에 빼내져 분쇄된다.
리보플라빈 수용액을 한방울씩 첨가하여 균질화가 (자외선 램프 하에서) 기계적으로 수행된 후 시작품은 증류수로 닦여지며 - 이러한 환경 하에서 중합반응의 제2 단계가 수행되었다.

Claims (3)

  1. 하기 일반식을 특징으로 하는 수용성 선형 헤테로체인 디폴리머.
    (-CH2-CR1R2)n-(R4-NHCO-R5-NHCO-R4)m
    여기서,
    R1 - CH3 또는 H 이고,
    R2 - COOH, CONH2 또는 (CH2)-COOH 이고,
    R3 - H 또는 OH 이고,
    R4 - (CH2-CHR3) 또는 (CH2-CHR3-CH2)이고,
    R5 - (CH2) 또는 (CH(OH))2 이고,
    m 및 n - 비닐 및 디비닐 모노머들에 따라 결정되며, m/n은 10 내지 100 이고,
    아미드기 -CO-NH-가 존재하는 체인의 섹션은 아미드와 카르복실기 사이의 수소결합을 통해 이웃하는 체인과 연결됨.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비닐 모노머는, 에틸렌 카르복실산(CH2=CH-COOH), 메틸-아크릴산(2-메틸프로펜산)(CH2=C(CH3)-COOH), 아크릴아미드(CH2=CH-CO-NH2) 또는 메틸메타아크릴레이트(CH2=C(CH3)-COOCH3)인 수용성 선형 헤테로 디폴리머.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디비닐 모노머는, NN'-디알릴타르타르디아미드(DATD, CH2=CH-CH2-NH-CO-CH(OH)-CH(OH)-CO-NH-CH2-CH=CH2) 또는 메틸렌비스아크릴아미드(BISAM, C2H3-CO-NH-CH2-CO-NH-C2H3)로부터 선택된, 수용성 선형 헤테로 디폴리머.
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