專利名稱：嵌段共聚物和其作為聚合表面活性劑的用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及結構為A-B-A的新型嵌段共聚物，其中A表示聚環(huán)氧乙烷嵌段，而B表示烯烴不飽和季銨化合物的聚合物。本發(fā)明還涉及其制備方法和它們作為聚合表面活性劑的用途。
聚合表面活性劑在含水體系中用來穩(wěn)定乳化液，用作乳化聚合中的表面活性劑組分和難溶于水的加溶物質。根據(jù)其化學結構，聚合表面活性劑可分為兩親嵌段共聚物和聚皂。
實際中使用的表面活性劑主要是兩親嵌段共聚物，尤其是聚環(huán)氧乙烷和聚環(huán)氧丙烷嵌段的嵌段共聚物(L.G.Lundsted，I.R.Schmolka“嵌段和接枝共聚反應”，R.J.Ceresa Wiley編輯，倫敦，1976，第2卷，第113頁；I.R.SchmolkaJ.Am.Oil Chem.Soc.54(1977)110；I.Piirma，Macromol Chem.，MacromolSymp.35/36(1990)467)。
這些化合物所具有的優(yōu)點在于通過改變親水和疏水嵌段的結構和長度，可將它們的HLB用于所需用途。缺點是兩親嵌段共聚物同低分子量表面活性劑一樣形成分子間聚集體，因此，它們的活性與它們的臨界膠束濃度有關。因此，穩(wěn)定性僅對用這些化合物穩(wěn)定的膠乳和乳化液的稀釋有限制。對這種體系的稀釋而言，加溶物質變成不加溶的物質。另一個缺點是為了得到兩親共聚物，需要采用類硼酸鹽合成法例如活性陰離子聚合或準活性陽離子聚合。按這種方法，不可能進行兩親嵌段共聚物的直接合成，其聚合物所含的嵌段帶離子電荷。這種類型的聚合物只能通過其它的工藝步驟獲得，所述的工藝步驟通常進行地不完全，即需要嵌段共聚物的后續(xù)官能作用(W.J.Choi，Y.B.Kim，S.K.Kwon，K.T.Lim，S.K.Choi，J.Polymer Sci.A，《聚合物化學》，30(1992)2143)。
聚合皂可以通過表面活性劑單體的游離基聚合得到，要么通過用疏水殘基改性親水聚合物得到，反之亦然。
從低濃度開始，它們形成膠束，由此使制備乳化液和膠束成為可能，而這些物質對于稀釋是穩(wěn)定的并減少了表面活性劑的需求量(A.Laschewski；《高級聚合科學》124(1995)1；Y.J.Yang，J.B.F.N.Engberts；Eur.Polym.J.28(1992)881)。但是，缺點是建立親水特性和疏水特性平衡比率的難度很大。用聚合表面活性劑不可能如兩親嵌段共聚物那樣清楚地將親水部分的分子和疏水部分的分子分離開。
本發(fā)明的一個目的是發(fā)現(xiàn)具有改進特性的新型聚合表面活性劑。
我們發(fā)現(xiàn)這個目的可以通過本文開始定義的嵌段共聚物，其制備方法和用途來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，通過在常量引發(fā)劑的存在下游離基聚合烯烴不飽和季銨化合物來制備嵌段共聚物。使用水作為溶劑。聚合溫度為40-95℃，優(yōu)選55-80℃。
本發(fā)明所使用的常量引發(fā)劑是偶氮引發(fā)劑和具有平均聚合度m的聚乙二醇的反應產(chǎn)物。偶氮雙異丁腈優(yōu)選用作偶氮引發(fā)劑。聚乙二醇組分具有平均聚合度m，其中m是5-100的整數(shù)。所制成的常量引發(fā)劑優(yōu)選與式IV對應
用常規(guī)方法來合成常量引發(fā)劑(R.Walz等人，《大分子化學》，178(1977)2527)。
如通常的偶氮引發(fā)劑一樣，在聚合條件下用消去氮形成游離基。由此通過引發(fā)劑向嵌段聚合物中引入聚環(huán)氧乙烷嵌段A，所述嵌段A由環(huán)氧乙烷單元鏈和低分子量鍵-O-CO-C(CH3)2-組成。
可通過加入適當量的引發(fā)劑控制A-B-A嵌段結構的系集。引發(fā)劑的合適用量按起始單體溶液計為1×10-2mol/l-2×10-2mol/l。適合于本發(fā)明用于系集陽離子皂嵌段B的單體是式I的單體I
式中x表示5-18的數(shù)，優(yōu)選8-14，R1和R2彼此獨立地表示具有1-5個碳原子，優(yōu)選1-3個碳原子的烷基，R3表示具有1-5個碳原子，優(yōu)選1-3個碳原子的烷基或羥烷基，以及X-表示鹵化物、乙酸酯或甲硫酸酯(methosulfate)，優(yōu)選氯化物或溴化物。
其它合適的嵌段B的單體是式II和III中單體II和III的混合物
式中R4表示CnH2n+1基團和n表示5-18，優(yōu)選8-14的數(shù)，和
式中R5和R6表示具有1-3個碳原子的烷基或羥烷基，優(yōu)選甲基，而單體II和III的X-表示優(yōu)選氯化物的鹵化物，乙酸酯或甲硫酸酯。
這樣來選擇單體I或單體II和III混合物的用量比例，使得產(chǎn)生的嵌段B由z個單元的單體I系集或由p個單元的單體II和q個單元的單體III系集，其中z表示10-200的數(shù)，p和q分別彼此獨立地表示5-100的數(shù)。單體II與單體III的比例為1∶20-20∶1。
單體I，II和III可按已知方法制備(參見Y.J.Yang，J.B.F.N.Engberts；J.Org.Chem.56，4300(1991)；Houben-Weyl“有機化學方法”GeorgThieme出版社，Stuttgart 1958，第11/2卷，第597頁；D.F.Evans，H.Wennerstroem“膠體范疇”，VCH出版物，Inc，；紐約，1994，第6頁)。
具有m單元的聚環(huán)氧乙烷嵌段與陽離子皂嵌段的比率可以根據(jù)需要通過適當?shù)剡x擇起始物質的量來調節(jié)。m與z或m與(p+q)的比率優(yōu)選為2∶1-1∶2。由式V和VI描述嵌段共聚物
所產(chǎn)生的嵌段共聚物中陽離子聚皂嵌段B具有的分子量為1000-350000g/mol，聚環(huán)氧乙烷嵌段具有的分子量為200-30000g/mol。
本發(fā)明的嵌段共聚物與上文公開的聚合表面活性劑相比，明顯地改進了加溶量特性，同時對相應穩(wěn)定的膠束、乳化液和加溶物等的稀釋具有良好的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的方法使得可直接具體地調節(jié)嵌段共聚物的表面活性特性。
所述嵌段共聚物適合于作為聚合表面活性劑，用來穩(wěn)定或加溶在水或含水制劑中難溶或略微溶解的生物活性物質，以及作為固體制劑中的加溶輔劑或濕潤劑。在這種情況下，生物活性物質是指藥物或獸醫(yī)醫(yī)用添加劑、農(nóng)作物保護劑或化妝品添加劑。相應制劑的實例包括化妝品制劑例如皮膚護理產(chǎn)品或頭發(fā)護理產(chǎn)品的乳化液或洗劑例如泡沫體。
此外，嵌段共聚物適用于口服，尤其是形成用來提高生物利用率的靜脈內(nèi)給藥的液態(tài)藥物制劑，要么是局部施用的藥物制劑特別是乳化液、洗劑或懸浮液。
另外，本發(fā)明嵌段共聚物適合于作為生產(chǎn)類胡蘿卜素(例如食品工業(yè)或家畜營養(yǎng)中使用的β-胡蘿卜素或蝦青素)的穩(wěn)定液體制劑的聚合表面活性劑。嵌段共聚物的制備一般方法按下列實施例1-3的方法，在一個套層反應器中制備嵌段共聚物，反應器內(nèi)的溫度得到控制，并且反應器配有攪拌器、回流冷凝器、溫度傳感器和氣體輸送管。向反應器中輸入單體和水的起始混合物，用氮氣沖洗1小時，然后加熱到65℃的反應溫度。達到反應溫度后，將常量引發(fā)劑溶解在起始混合物的試樣中并加入到反應混合物中。反應6小時后，向冰中加入混合物，并采用由Filtron提供的具有排阻限為5000道不頓明渠奧米加型膜進行超濾作用，直到濾液的殘余導電率為10μs為止。在實施例1和2中，凍干滯留物，在實施例3中進行濃縮并用過量10倍的丙酮沉淀聚合物。
實施例中具體給出了各種情況下起始物質的用量。實施例1起始混合物加水將13.0g單體II(其中R4表示正辛烷和X-表示氯化物)和18.1g67％(重量)二烯丙基甲基氯化銨水溶液(單體III)制成50ml的水溶液。常量引發(fā)劑溶液將2.08g偶氮雙異丁腈和聚乙二醇(m＝45)的反應產(chǎn)物溶解在5ml起始混合物中。
制備8.1g嵌段共聚物，其具有的平均值m＝45，p＝35和q＝55，m∶(p+q)比為1∶2。
正癸醇的嵌段共聚物的加溶量因子要比相應的僅由B組成的純聚皂的加溶量大5.1。一種類似的僅由單體III組成的具有嵌段B的嵌段共聚物不能穩(wěn)定癸醇。實施例2起始混合物加水將12.4g單體II(其中R4表示正C12H25和X-表示氯化物)和16.2g 67％(重量)二烯丙基甲基氯化銨水溶液(單體III)制成50ml的水溶液。常量引發(fā)劑溶液如實施例1。
制備6.4g嵌段共聚物，其具有的平均值m＝45，p＝5和q＝23，m∶(p+q)比為1.18∶1。
正癸醇的加溶量因子要比相應的純聚皂的加溶量大1.8。實施例3起始混合物15.8g單體I(其中x＝11和X-表示溴化物)在400ml水中的溶液。常量引發(fā)劑溶液16.66g實施例1反應產(chǎn)物在30ml水中的溶液。
制備13.8g嵌段共聚物，其具有的平均值m＝45，z＝75，m∶z比為1∶1.7。
正癸醇的加溶量因子要比相應的純聚皂的加溶量大1.35。
權利要求
1.結構為A-B-A的嵌段共聚物，其中A表示聚環(huán)氧乙烷嵌段，B表示烯烴不飽和季銨化合物。
2.根據(jù)權利要求1的嵌段共聚物，含有平均聚合度m為5-100的嵌段A。
3.根據(jù)權利要求1或2的嵌段共聚物，含有式I的季銨化合物(單體I)的聚合物作為嵌段B
式中x表示5-18的數(shù)，R1和R2彼此獨立地表示C1-C5烷基，R3表示C1-C5烷基或羥烷基，以及X-表示鹵化物、乙酸酯或甲硫酸酯。
4.根據(jù)權利要求1或2的嵌段共聚物，含有式II單體II和式III單體III的混合物的聚合物作為嵌段B
式中R4表示CnH2n+1基團和n表示5-18的數(shù)，
式III中單體III中R5和R6表示C1-C3烷基或C1-C3羥烷基，而單體II和III的X-表示鹵化物，優(yōu)選氯、乙酸酯或甲硫酸酯，其中單體II與單體III的比例為1∶20-20∶1。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項的嵌段共聚物，含有分子量為1000-350000g/mol的嵌段B。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項的嵌段共聚物，含有分子量為200-30000g/mol的聚環(huán)氧乙烷嵌段A。
7.權利要求1-6任一項的嵌段共聚物的制備方法，包括在常量引發(fā)劑的存在下游離基聚合烯烴不飽和季銨化合物的水溶液，所述的常量引發(fā)劑通過聚乙二醇與偶氮雙異丁腈反應得到。
8.權利要求1-6任一項的嵌段共聚物的用途，用作生產(chǎn)生物活性物質的聚合表面活性劑。
9.根據(jù)權利要求8的用途，用于生產(chǎn)藥物制劑。
10.根據(jù)權利要求8的用途，用于生產(chǎn)化妝品制劑。
全文摘要
結構為A－B－A的嵌段共聚物適用于作為聚合表面活性劑,其中A表示聚環(huán)氧乙烷嵌段,B表示烯烴不飽和季銨化合物。
文檔編號A61K9/107GK1199744SQ9810941
公開日1998年11月25日 申請日期1998年4月9日 優(yōu)先權日1997年4月9日
發(fā)明者A·桑納, K·澤茨, W·杰格, A·利斯克 申請人:Basf公司