SI9700114A - Postopek za pripravo v vodi nabrekljivih polimerov z vezano učinkovino - Google Patents

Abstract

Opisan je postopek za pripravo v vodi nabrekljivih polimerov z vezano učinkovino pri katerem na običajen način polimeriziramo monomere, primerne za izdelavo superabsorpcijskih polimerov, označen s tem, da učinkovino uvedemo med polimerizacijo, ko je makromolekularna mreža v vodi nabrekljivega polimera še v nastajanju. Učinkovino uvedemo med polimerizacijo pred ali po dodatku iniciatorja in pred dodatkom premreževalnega sredstva. Kot učinkovine vežemo prednostno agrikulturno ali farmacevtsko učinkovita sredstva. Dobljeni produkti imajo lastnost kontroliranega sproščanja učinkovine.ŕ

Description

Postopek za pripravo v vodi nabrekljivih polimerov z vezano učinkovino

Področje tehnike, v katero spada izum

Izum je s področja kemije polimerov in se nanaša na postopek za pripravo v vodi nabrekljivih polimerov, ki vsebujejo vezane učinkovine, kot učinkovine za industrijske, agrikulturne, gradbene, kozmetične in medicinske namene, zlasti fitofarmacevtske in farmacevtske učinkovine, ki se lahko počasi sproščajo pri uporabi, kot tudi na navedene polimere, dobljene po tem postopku. Pri izumu gre za specifičen polimer z vezanimi učinkovinami, ki so vezane v polimerno mrežo z vodikovimi vezmi in/ali intramolekularnimi interakcijami. Biološka učinkovitost vezanih snovi ostane nespremenjena.

Stanje tehnike

Superabsorbenti so produkti in spojine, ki so sposobne absorbirati tipično več kot 100-kratno količino vode glede na svojo maso. Za njihovo pripravo je znanih več različnih postopkov. Superabsorbente poliakrilamidnega ali poliakrilatnega tipa lahko pripravimo, kot je opisano npr. v patentih EP 101253, US 4535131, JP 87273283, EP 79840, JP 87193902 in EP 583177.

Te produkte lahko uporabijo zlasti za pripravo okolju neškodljivih fitofarmacevtskih formulacij za zatiranje škodljivcev in bolezni v vodnih in zemeljskih sistemih.

Znanih je nekaj postopkov za pripravo produktov z lastnostjo kontroliranega sproščanja ob uporabi superabsorbentov. Formulacije s kontroliranim sproščanjem učinkovine lahko pripravijo z intenzivnim mešanjem učinkovine ali zmesi več učinkovin in drugih dodatkov z že pripravljenim superabsorbentom, kot je predlagano za zaščito v WO 89/12449, WO 89/12450, WO 89/12451, EP 285404, EP 380448. Znano je, da ima lahko absorpcijski material učinkovine na svoji površini fiksirane v taljivi adhezivni plasti, kot je predlagano za zaščito v WO 93/22048. Učinkovine lahko fiksirajo na predhodno pripravljene granule, pri čemer se učinkovina vključi v membrano z difuzijsko kontrolirano hitrostjo prepustnosti, ki nastane z mešanjem prepustnega nabrekljivega polimera z manj prepustnim kondenzacijskim polimerom, kot je predlagano za zaščito v EP 0046136. Znano je tudi, da je fitofarmacevtska molekula kemijsko vezana na makromolekularno verigo v vodi nabrekljivega polimera s hidrolizabilnimi vezmi, kot navaja Issa, R., 1990, Sollaro, R., 1993. Sproščanje vezane učinkovine dosežejo ob ustreznih pogojih, t.j. temperaturi in/ali pH.

Opis rešitve tehničnega problema z izvedbenimi primeri

Sedaj smo ugotovili, da je mogoče vezati učinkovine v polimerno mrežno strukturo superabsorbenta z injiciranjem učinkovine v reakcijsko zmes v ustrezni stopnji sinteze polimera, v kateri je makromolekulska mreža v vodi nabrekljivega polimera še v procesu nastajanja.

Prvi predmet izuma je torej postopek za pripravo v vodi nabrekljivih polimerov z vezano učinkovino, pri katerem na običajen način polimeriziramo monomere, primerne za izdelavo superabsorpcijskih polimerov, označen s tem, da učinkovino uvedemo med polimerizacijo, ko je makromolekulama mreža v vodi nabrekljivega polimera še v nastajanju.

Tipi polimerizacij, ki pridejo v poštev, so znani npr. iz SI-P 90 1 0485, iz US 3,387,063, izJP 62205101.

Učinkovine prednostno uvedemo pred dodatkom iniciatorja. Tako dosežemo večjo kapaciteto nabrekanja produkta in boljše lastnosti sproščanja.

Prednostno jih uvedemo pred dodatkom premreževalnega sredstva, vedno pa pred zamreženjem polimerne zmesi.

Superabsorpcijski polimeri v smislu izuma so sintetski organski polimeri, ki so trdni in hidrofilni, ki absorbirajo več kot 100-kratno količino vode glede na svojo maso. Na splošno lahko te superabsorpcijske polimere pripravimo na znan način iz akrilamidnih in/ali akrilnih ali metakrilnih monomerov, njihovih zmesi ali njihovih predkondenzatov ob uporabi različnih premreževalnih sredstev, kot so etilen glikol diakrilat, glicerol, glicidil metakrilat, Ν,Ν’-metilen-bis-akrilamid, etilendiamin, N-metilolmetakrilamid, etilen glikoldimetakrilat, poliglicerol polimetakrilat, 1,3,5triakrilolheksahidro-s-triazin, benzoin alkileter. Premreženje lahko poteka tudi z uporabo UV. Dobljeni polimeri spadajo v naslednje razrede, kot so: poliakrilamidi, delno hidrolizirani poliakrilamidi, premreženi ali cepljivi poliakrilamidi, poliakrilati in polimetakrilati in njihovi kopolimeri (t.j. kopolimer akrilamida in natrijevega ak3 rilata, cepljivi kopolimer hidroliziranega Škroba in poliakrilonitrila, hidrolizirani kopolimer natrijeve soli akrilamida/natrijevega akrilata, premreženi modificirani poliakrilamidi, premrežene akrilne smole).

Primerne učinkovine, formulacije sredstev in posamezne komponenete sredstev, ki jih lahko vežemo v polimerno mrežo zgoraj omenjenih polimerov, so insekticidi, herbicidi, fungicidi, akaricidi, nematocidi, avicidi, molluscicidi, rodenticidi, algicidi, biološka sredstva, natančneje ovicidi, larvicidi, limacidi, pupicidi, mikrobna kontrolna sredstva, patogeni, paraziti, regulatorji rasti rastlin, regulatorji rasti žuželk, sterilizacijska sredstva, koagulanti, atraktanti, repelenti, hormoni, feromoni in njihove zmesi kot tudi sredstva za vonj, sredstva za okus, antibakterijska sredstva, gnojila in njihove zmesi ali druge sestavine za kozmetične ali farmacevtske pripravke.

V vodi nabrekljivi polimeri z vezanimi učinkovinami, pripravljeni po tukaj opisanem postopku, so prav tako predmet izuma. Imajo lastnost kontroliranega sproščanja učinkovine. Pri postopku v smislu izuma za pripravo v vodi nabrekljivih polimerov z učinkovinami ni bistveno spremenjeno niti število stopenj kemijske sinteze niti trajanje priprave produkta v primerjavi s sintezo superabsorpcijskih polimerov istega polimernega tipa brez vezane učinkovine.

Splošno je količina učinkovine, ki jo lahko vežemo v polimerni nosilec pri pripravi formulacije z mešanjem že pripravljenega polimera z učinkovino, zelo omejena zaradi majhne topnosti učinkovine v vodi; zaradi dodatka organskih topil, v katerih so topne učinkovine, in površinsko aktivnih snovi, ki sestavljajo formulacijo, pa se močno zmanjša stopnja nabrekanja polimernega nosilca. Tukaj opisani postopek omogoča, da med sintezo polimernega materiala vežemo relativno visoke koncentracije tako vodotopnih kot tudi zelo slabo vodotopnih učinkovin. Aktivnost spojin, vezanih v polimerno mrežo, se bistveno ne spremeni.

Vezava učinkovine med postopkom sinteze polimerne mreže superabsorbenta bistveno ne vpliva na kapaciteto nabrekanja končnega produkta v vodi v primerjavi s tržno dostopnimi, v vodi nabrekljivimi superabsorbenti brez vezanih učinkovin.

Visoke koncentracije učinkovin, vezanih v polimerno mrežo, pripravljeno po opisanem postopku, omogočajo podaljšanje učinkovitosti končnega produkta na osnovi kontroliranega sproščanja z znatnim zmanjšanjem nekotroliranega luženja učinkovine v okolje (vodo ali prst).

Izum podrobneje pojasnjujejo naslednji izvedbeni primeri.

Primer 1

Sinteza v vodi nabrekljivega polimera z vezanim O-2-dietilamino-6-metil-pirimidin4-il 0,0-dimetil fosforotionatom - pirimifos-metilom (pirimiphos-methyl)

250,0 ml vode brez kisika, 28,0 g uprašenega natrijevega hidroksida in 50,0 ml akrilne kisline damo v bučo s štirimi vratovi, opremljeno z zatesnjenim mešalom, hladilnikom z dvojno površino, uvajalko za plinski dušik in termometrom. pH naravnamo na vrednost 5,9. Zmes mešamo ob stalnem dovajanju dušika. Ko temperatura reakcijske zmesi doseže 39°C, dodamo 100,0 g akrilamida, 8,0 g tehničnega pirimifos-metila, predhodno suspendiranega v 5,0 g zmesi tri-metil-substituiranih benzenov, in 0,5 g kalcijevega dodecilbenzensulfonata v zmesi z 0,2 g 2-metilpropanola, nato pa 0,5 g kalijevega persulfata kot radikalskega iniciatorja in 4 kapljice 33% vodne raztopine natrijevega hidrogensulfata(IV) kot ko-katalizatorja. Ko doseže viskoznost zmesi 500 mPa.s, dodamo 0,5 g premreževalnega sredstva Ν,Ν’-metilen-bis-akrilamida ob vzdrževanju reakcijske temperature pri 39°C. Po 2 minutah mešalo izklopimo, atmosfero dušika pa še vzdržujemo. Temperaturo dvignemo na 97°C. Po dveh urah produkt ohladimo in razrežemo na kocke s stranico 3 do 4 mm. Dobimo 440,0 g trdnega in nelepljivega svetlordečega, v vodi nabrekljivega produkta v obliki gela. Kapaciteta absorpcije vode suhega produkta je 183 g/g.

Primer 2

Sinteza v vodi nabrekljivega polimera z vezanim l-(bifenil-4-iloksi)-3,3-dimetil-l(lH-l,2,4-triazol-l-il)butan-2-olom (bitertanol)

250,0 ml vode brez kisika, 28,0 g uprašenega natrijevega hidroksida in 50,0 ml akrilne kisline damo v bučo s štirimi vratovi, opremljeno z zatesnjenim mešalom, hladilnikom z dvojno površino, uvajalko za plinski dušik in termometrom. pH naravnamo na vrednost 5,9. Zmes mešamo ob stalnem dovajanju dušika. Ko temperatura reakcijske zmesi doseže 39°C, dodamo 100,0 g akrilamida, 8,0 g tehničnega bitertanola, predhodno suspendiranega v 15,0 ml vode, in 0,5 g kalcijevega dodecilbenzensulfonata v zmesi z 0,2 g 2-metilpirolidona, nato pa 0,5 g kalijevega persulfata kot radikalskega iniciatorja in 4 kapljice 33% vodne raztopine natrijevega hidrogensulfata(IV) kot ko-katalizatorja. Ko doseže viskoznost zmesi 500 mPa.s, dodamo 0,5 g premreževalnega sredstva Ν,Ν’-metilen-bis-akrilamida ob vzdrževanju reakcijske temperature pri 38°C. Po 2 minutah mešalo izklopimo, atmosfero dušika pa še vzdržujemo. Temperaturo dvignemo na 103°C. Po dveh urah produkt ohladimo in razrežemo na kocke s stranico 3 do 4 mm. Dobimo 440,0 g trdnega in nelepljivega belega, v vodi nabrekljivega produkta v obliki gela. Kapaciteta absorpcije vode suhega produkta je 168 g/g.

Primer 3

Sinteza v vodi nabrekljivega polimera z vezanim 4-metiltio-3,5-ksilil metilkarbamatom - metiokarbom (methiocarb)

250,0 ml vode brez kisika, 28,0 g uprašenega natrijevega hidroksida in 50,0 ml akrilne kisline damo v bučo s štirimi vratovi, opremljeno z zatesnjenim mešalom, hladilnikom z dvojno površino, uvajalko za plinski dušik in termometrom. pH naravnamo na vrednost 5,9. Zmes mešamo ob stalnem dovajanju dušika. Ko temperatura reakcijske zmesi doseže 45°C, dodamo 100,0 g akrilamida, nato pa 0,5 g kalijevega persulfata kot radikalskega iniciatorja in 4 kapljice 33% vodne raztopine natrijevega hidrogensulfata(IV) kot ko-katalizatorja. Po 15 minutah takoj dodamo 8,0 g tehničnega metiokarba, suspendiranega v 15 ml vode, in 0,5 g kalcijevega dodecilbenzensulfonata v zmesi z 0,2 g 2-metilpirolidona. Ko doseže viskoznost zmesi 500 mPa.s, dodamo 0,5 g premreževalnega sredstva Ν,Ν’-metilen-bis-akrilamida ob vzdrževanju reakcijske temperature pri 45°C. Po 4 minutah mešalo izklopimo, atmosfero dušika pa še vzdržujemo. Temperaturo dvignemo na 70°C. Po dveh urah produkt ohladimo in razrežemo na kocke z dimenzijo 3 do 4 mm. Dobimo 440,0 g trdnega mehkega, nelepljivega brezbarvnega, v vodi nabrekljivega produkta v obliki gela. Kapaciteta absorpcije vode suhega produkta je 202 g/g.

Primer 4

Sinteza v vodi nabrekljivega polimera z vezanim propil-3-(dimetilamino)propilkarbamat hidrokloridom - propamokarbom (propamocarb)

250,0 ml vode brez kisika, 28,0 g uprašenega natrijevega hidroksida in 50,0 ml akrilne kisline damo v bučo s štirimi vratovi, opremljeno z zatesnjenim mešalom, hladilnikom z dvojno površino, uvajalko za plinski dušik in termometrom. pH naravnamo na vrednost 5,9. Zmes mešamo ob stalnem dovajanju dušika. Ko temperatura reakcijske zmesi doseže 40°C, dodamo 100,0 g akrilamida in 4,8 g tehničnega propamokarba v 8,0 g zmesi metanola in vode (8:2), nato pa 0,5 g kalijevega persulfata kot radikalskega iniciatorja in 4 kapljice 33% vodne raztopine natrijevega hidrogensulfata(IV) kot ko-katalizatorja. Ko doseže viskoznost zmesi 500 mPa.s, dodamo 0,5 g premreževalnega sredstva Ν,Ν’-metilen-bis-akrilamida ob vzdrževanju reakcijske temperature pri 39°C. Po 2 minutah mešalo izklopimo, atmosfero dušika pa še vzdržujemo. Temperaturo dvignemo na 95°C. Po dveh urah produkt ohladimo in razrežemo na kocke s stranico 3 do 4 mm. Dobimo 440,0 g trdnega in nelepljivega brezbarvnega, v vodi nabrekljivega produkta v obliki gela. Kapaciteta absorpcije vode suhega produkta je 196 g/g.

Primer 5

Sinteza v vodi nabrekljivega polimera z vezanim O,O-dimetil-S-metilkarbamoilmetil fosforotionatom - ometoatom (omethoate)

250,0 ml vode brez kisika, 28,0 g uprašenega natrijevega hidroksida in 50,0 ml akrilne kisline damo v bučo s štirimi vratovi, opremljeno z zatesnjenim mešalom, hladilnikom z dvojno površino, uvajalko za plinski dušik in termometrom. pH naravnamo na vrednost 5,9. Ko temperatura reakcijske zmesi doseže 40°C, dodamo 100,0 g akrilamida in 4,6 g tehničnega ometoata v 8,0 g metoksipropilacetata, nato pa 0,5 g kalijevega persulfata kot radikalskega iniciatorja in 4 kapljice 33% vodne raztopine natrijevega hidrogensulfata(IV) kot ko-katalizatorja. Ko doseže viskoznost zmesi 500 mPa.s, dodamo 0,5 g premreževalnega sredstva Ν,Ν’-metilen-bis-akrilamida ob vzdrževanju reakcijske temperature pri 38°C. Po 2 minutah mešalo izklopimo, atmosfero dušika pa še vzdržujemo. Temperaturo dvignemo na 92°C. Po dveh urah produkt ohladimo in razrežemo na kocke s stranico 3 do 4 mm. Dobimo 440,0 g trdnega in nelepljivega brezbarvnega, v vodi nabrekljivega produkta v obliki gela. Kapaciteta absorpcije vode suhega produkta je 155 g/g.

Produkti, dobljeni po primerih 1 do 5, so primerni za direktno uporabo kot uvodoma omenjena sredstva.

Merjenje sproščanja učinkovin, vezanih v polimer, nabrekljiv v vodi, v vodno fazo

Sproščanje vezanih učinkovin merimo na naslednji način:

V vodi nabrekljive polimere z vezanimi učinkovinami, ki smo jih dobili po zgoraj opisanem postopku, spiramo z vodo. Stehtano maso polimera suspendiramo v izmerjeni volumen destilirane vode (Tabela); suspenzijo nato odfiltriramo, učinkovino pa ekstrahiramo z diklorometanom; organski sloj delno uparimo in v preostanku s plinsko kromatografijo določimo količino učinkovine. Rezultati so podani v naslednji tabeli.

Tabela

Sproščanje vezane učinkovine iz polimera, nabrekljivega v vodi, v vodno fazo

Primer	m (g)	učinkovina, vezana v polimer	število izpiranj	celoten V (ml) vode	celotna m (“s) sproščene učinkovine
1	15.0	pyrimiphos- methyl	1	500	2.7	1.22
2	600	4.5	2.03
3	750	5.4	2.42
4	850	5.7	2.56 0.84
2	20.0	bitertanol	1	500	3.1
2	600	4.0	1.10
3	700	5.1	1.40
4	800	5.7	1.56
3	20.4	methiocarb	1	550	12.9	3.48
2	650	19.6	5.27
3	750	28.6	7.70
4	850	31.0	8.37

*masni delež izprane učinkovine (%)

V posebnih eksperimentih, kjer je bil volumen vode, uporabljen za vsako izpiranje, zelo velik v primerjavi s fazo gela, smo ugotovili, da lahko učinkovine popolnoma izperemo iz polimerne faze v vodno fazo.

Claims (8)

1. Postopek za pripravo v vodi nabrekljivih polimerov z vezano učinkovino, pri katerem na običajen način polimeriziramo monomere, primerne za izdelavo superabsorpcijskih polimerov, označen s tem, da učinkovino uvedemo med polimerizacijo, ko je makromolekulama mreža v vodi nabrekljivega polimera še v nastajanju.

2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da učinkovino uvedemo med polimerizacijo pred ali po dodatku iniciatorja in pred dodatkom premreževalnega sredstva.

3. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da učinkovino uvedemo med polimerizacijo pred dodatkom iniciatorja.

4. Postopek po zahtevkih 1 do 3, označen s tem, da so v vodi nabrekljivi polimeri sin-, tetski organski polimeri, ki so trdni in hidrofilni in ki lahko absorbirajo več kot 100kratno količino vode glede na svojo maso.

5. Postopek po zahtevkih 1 do 4, označen s tem, da kot učinkovine vežemo prednostno agrikulturno ali farmacevtsko učinkovita sredstva.

6. Postopek po zahtevkih 1 do 5, označen s tem, da sintezo izvajamo pri temperaturi od 35 do 60°C.

7. V vodi nabrekljivi polimeri z vezanimi učinkovinami, označeni s tem, da jih pripravimo po postopku zahtevka 1.

8. Uporaba v vodi nabrekljivih polimerov z vezanimi učinkovinami po zahtevku 7 kot formulacij s kontroliranim sproščanjem za industrijske, agrikulturne, gradbene, kozmetične in medicinske namene.