MX2012011830A - Polimeros arborecentes que tienen un nucleo con un alta temperatura de transicion vitrea y procesos para fabricarlos. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a polímeros arborescentes que comprenden isoolefinas y monómeros estirénicos, así como a procesos para fabricarlos. En particular, la invención se refiere a copolímeros de bloques altamente ramificados que comprenden un núcleo arborescente con alta temperatura de transición vítrea (Tg) y ramificaciones fijadas al núcleo terminadas en segmentos de bloque final del polímero con una baja Tg. Los copolímeros de la invención presentan deseablemente propiedades elastoméricas termoplásticas y, en una realización, son deseablemente adecuados para aplicaciones biomédicas.

Description

POLÍMEROS ARBORESCENTES QUE TIENEN UN NÚCLEO CON UNA ALTA TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VITREA Y PROCESOS PARA FABRICARLOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a polímeros arborescentes y a un proceso para fabricarlos. En particular, la invención se refiere a copolímeros de bloques altamente ramificados que comprenden un núcleo arborescente con una alta temperatura de transición vitrea (Tg) y ramificaciones fijadas al núcleo terminadas en segmentos de bloque final de polímero con una baja Tg. Los copolímeros de la invención presentan deseablemente propiedades elastoméricas termoplásticas. La invención se refiere también a copolímeros arborescentes halogenados, copolímero arborescente curado, artículos rellenos que comprenden los copolímeros y a procesos para la producción de los copolímeros.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los copolímeros de bloques arborescentes, o altamente ramificados, que comprenden un núcleo interno de baja Tg con ramificaciones terminadas en bloques finales de alta Tg se conocen en la bibliografía. Véase, por ejemplo, el documento US 6.747.098 otorgado a Puskas et al. Se sabe que estos copolímeros de bloques presentan propiedades elastoméricas termoplásticas. Debido a los enlaces químicos entre los segmentos de alta Tg y baja Tg, estos copolímeros de bloques también presentan deseablemente una menor tendencia hacia la separación de fases que la vista en las combinaciones de polímeros de alta Tg y baja Tg. Sin embargo, las ramificaciones alta Tg de estos polímeros típicamente están terminadas en grupos estireno, que contienen un anillo de benceno. En aplicaciones biomédicas, tal como en endoprótesis vasculares, estos grupos que contienen benceno pueden conducir a mayores tasas de rechazo por el cuerpo e inflamación en el sitio del implante. El lixiviado potencial de monómeros residuales que quedan del proceso de polimerización puede ser responsable también de un número de efectos adversos in vivo, necesitándose una purificación extensiva del producto final. Por lo tanto, sería deseable reducir o eliminar los grupos estirénicos del exterior (porción ramificada) del copolímero.

Los copolímeros de bloques arborescentes de la técnica anterior descritos anteriormente contienen una parte principal de su masa en el núcleo ramificado y una parte minoritaria en los segmentos de bloque final. Actualmente se cree que esta disposición es necesaria para conseguir las propiedades elastoméricas termoplásticas deseadas.

Los grupos estirénicos están saturados y no retienen dobles enlaces que puedan reaccionar para realizar la química funcional adicionalmente. En ciertas aplicaciones, sería deseable funcionalizar los bloques finales del copolímero para conseguir un balance de propiedades deseado.

Sigue habiendo una necesidad en la técnica de copolímeros de bloques arborescentes mejorados.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a copolímeros de bloques arborescentes y a procesos para fabricarlos. Los copolímeros de bloques comprenden un núcleo altamente ramificado de un material de alta Tg y ramificaciones terminadas con bloques finales de baja Tg. Sorprendentemente, estos copolímeros presentan propiedades elastoméricas termoplásticas, a pesar de tener una mayoría de su masa en los bloques finales y/o tener bloques finales de peso molecular relativamente grande.

Manteniendo los monómeros de alta Tg dentro del interior del copolímero, los efectos de inflamación y/o rechazo pueden reducirse in vivo. Puesto que se permite que los monómeros de alta Tg polimericen esencialmente hasta completarse antes de la introducción de los monómeros de baja Tg, y puesto que los monómeros de alta Tg están localizados dentro del interior del núcleo del copolímero, hay muy poco del monómero de alta Tg que pueda lixiviarse dentro del cuerpo. La configuración del núcleo de alta Tg, por lo tanto, reduce la toxicidad potencial de los materiales in vivo y reduce la cantidad de lavado del material final requerida para retirar los monómeros de alta Tg.

Proporcionar los monómeros de alta Tg dentro del núcleo interior también tiene la ventaja de aumentar la adhesión de los copolímeros a sustratos, particularmente sustratos celulares. Esto puede ser útil en la formación de revestimientos para una diversidad de artículos, por ejemplo, endoprótesis vasculares para su uso en procedimientos médicos.

Proporcionar los monómeros de baja Tg en los bloques finales del copolímero proporciona la oportunidad de que tanto los monómeros de monoisoolefina como de diolefina estén localizados en el exterior del copolímero. Los monómeros de diolefina son particularmente interesantes en tanto que permiten que se realice una química adicional sobre el exterior del copolímero, por ejemplo, funcionalización, tal como con anhídrido maleico, halogenación o curado usando una diversidad de sistemas de curado. Por lo tanto, es posible tener un exterior curado y un núcleo interno no curado. Esto puede ser ventajoso en un número de aplicaciones y puede permitir que los copolímeros de la invención se combinen con otros cauchos, tales como cauchos de butilo y opcionalmente se curen conjuntamente con los mismos para formar nuevos compuestos con propiedades útiles.

De acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un copolímero de bloques arborescente altamente ramificado que comprende: un núcleo de polímero arborescente que tiene más de un punto de ramificación, teniendo el núcleo de polímero arborescente una alta temperatura de transición vitrea (Tg) mayor de 40 °C; y, ramificaciones fijadas al núcleo de polímero arborescente terminadas en segmentos de bloque final del polímero que tienen una baja Tg de menos de 40 °C.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un polímero arborescente con funcionalización terminal que comprende el producto de reacción de al menos un inímero y al menos un monómero de para-metilestireno, en el que el polímero arborescente con funcionalización terminal se ha funcionalizado terminalmente con más de aproximadamente el 65 por ciento en peso de bloques finales derivados de un homopolímero o copolímero que tiene una baja temperatura de transición vitrea (Tg) de menos de 40 °C.

De acuerdo con otro aspecto más de la invención, se proporciona un proceso para producir un copolímero arborescente altamente ramificado que comprende: copolimerizar una mezcla de reacción que comprende al menos un inímero y al menos un monómero de para-metilestireno en un disolvente polar inerte en presencia de un co-iniciador de haluro de ácido de Lewis a una temperatura de aproximadamente -20 °C a aproximadamente -100 °C para formar un núcleo altamente ramificado; controlar la mezcla de reacción para una disminución de temperatura, indicativa de un consumo sustancial del monómero de para-metilestireno; añadir un monómero de isoolefina a la mezcla de reacción para formar bloques finales del núcleo altamente ramificado, produciendo de esta manera el copolímero arborescente; y separando el copolímero arborescente del disolvente polar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Habiendo resumido la invención, las realizaciones preferidas de la misma se describirán ahora con referencia a las figuras adjuntas, en las que: La Figura 1 es un gráfico que representa la traza de SEC para los polímeros seleccionados de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es un gráfico que muestra las propiedades termoplásticas de Tensión Pico frente a Alargamiento Pico para los polímeros seleccionados de acuerdo con la presente invención; La Figura 3 es un gráfico que representa la viabilidad celular como una función de la concentración de caucho lixiviante en un medio de cultivo celular; y La Figura 4 es un gráfico que representa el crecimiento celular de la superficie del material en comparación con un portaobjetos de microscopio de vidrio como control.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la memoria descriptiva y en las reivindicaciones la palabra polímero se usa genéricamente y abarca polímeros regulares (es decir, homopolímeros) así como copolímeros, copolímeros de bloques, copolímeros de bloques aleatorios y terpolímeros.

La presente invención se refiere a polímeros arborescentes que se han funcionalizado terminalmente, habiéndose formado tales polímeros a partir de al menos un inímero y al menos un monómero de alta Tg, preferentemente un monómero estirénico, más preferentemente para-metilestireno. Un esquema de reacción ejemplar para producir polímeros de acuerdo con esta realización se muestra a continuación en el Esquema 1 , donde cada F representa uno o más bloques finales funcionales de acuerdo con la presente invención.

En una realización, los bloques finales F comprenden un homopolímero formado a partir de un monómero de baja Tg, preferentemente un monómero de isoolefina, más preferentemente isobuteno. En otra realización, los bloques finales F comprenden un copolímero formado a partir de un monómero de isoolefina y un monómero de dieno, preferentemente un monómero de dieno conjugado tal como isopreno.

Esquema 1 Cuando los bloques finales F comprenden un copolímero formado a partir de un monómero de isoolefina y un monómero de dieno, es posible halogenar los bloques finales para formar un copolímero arborescente halogenado, que opcionalmente puede curarse o usarse como la base de la química funcional adicional. Cuando un monómero estirénico se usa para formar el núcleo de alta Tg, un polímero halogenado puede formarse también por bromación del grupo metilo fijado al anillo estirénico, por ejemplo, usando bromo líquido (Br2) con un iniciador de radicales libres. Los polímeros halogenados son particularmente adecuados para aplicaciones no biomédicas.

En la presente invención, un polímero o copolímero que tiene una baja temperatura de transición vitrea (Tg) se define como un polímero o copolímero que tiene una temperatura de transición vitrea de menos de aproximadamente 40 °C, o menos de aproximadamente 35 °C, o menos de aproximadamente 30 °C o incluso menos de aproximadamente 25 °C. En otra realización, un polímero o copolímero que tiene una temperatura de transición vitrea baja se define como un polímero o copolímero que tiene una temperatura de transición vitrea menor de aproximadamente temperatura ambiente (es decir, aproximadamente 25 °C). Debe observarse que los intervalos indicados previamente pretenden abarcar cualquier polímero y/o copolímero que tenga una temperatura de transición vitrea que caiga por debajo de uno de los umbrales establecidos previamente. Un monómero de baja Tg es cualquier monómero que pueda homopolimerizarse o copolimerizarse para formar un homopolímero o copolímero de baja Tg. Los monómeros de baja Tg adecuados incluyen isoolefinas dentro de un intervalo de 4 a 16 átomos de carbono, en particular isomonoolefinas que tienen 4-7 átomos de carbono, tales como isobuteno, 2-metil-1-buteno, 3-metil-1-buteno, 2-metil-2-buteno, 4-metil-1-penteno y mezclas de los mismos. Un monómero de isoolefina de baja Tg preferido comprende isobuteno.

A la inversa, un polímero o copolímero que tiene una alta temperatura de transición vitrea se define como un polímero o copolímero que tiene una temperatura de transición vitrea de más de aproximadamente 40 °C, o más de aproximadamente 45 °C, o más de aproximadamente 50 °C, o incluso más de aproximadamente 100 °C. Debe observarse que los intervalos establecidos previamente pretenden abarcar cualquier polímero y/o copolímero que tenga una temperatura de transición vitrea que caiga por encima de uno de los umbrales establecidos previamente. Un monómero de alta Tg es cualquier monómero que pueda homopolimerizarse o copolimerizarse para formar un homopolímero o copolímero de alta Tg. Los monómeros de alta Tg adecuados de acuerdo con la presente invención incluyen monómeros estirénicos, particularmente aquellos con una proporción de reactividad cercana a la del isobuteno, por ejemplo, aquellos que tienen un grupo alquilo en la posición para, tal como, para-alquilestirenos. Un monómero estirénico de alta Tg preferido comprende para-metilestireno.

Los polímeros de acuerdo con la presente invención comprenden una mayoría de su peso molecular como bloques finales de baja Tg. Por ejemplo, los polímeros de acuerdo con la invención preferentemente pueden tener al menos un 65% en peso de bloques finales de baja Tg, más preferentemente al menos un 75% en peso de bloques finales de baja Tg, aún más preferentemente al menos un 80% en peso de bloques finales de baja Tg, más preferentemente aún al menos un 85% en peso de bloques finales de baja Tg, aún más preferentemente al menos un 90% en peso de bloques finales de baja Tg. En otra realización, los polímeros de acuerdo con la invención pueden comprender del 65 al 95% en peso de bloques finales de baja Tg, del 65 al 90% en peso de bloques finales de baja Tg, o del 75 al 80% en peso de bloques finales de baja Tg.

En otra realización, la presente invención se refiere a polímeros arborescentes elastoméricos termoplásticos con funcionalización terminal formados a partir de al menos un inímero y al menos un monómero de alta Tg (por ejemplo, un monómero estirénico, tal como, para-metilestireno), en los que las porciones funcionalizadas terminalmente de tales polímeros están fabricadas a partir de un monómero de baja Tg (por ejemplo, un monómero de isoolefina, tal como isobuteno). Preferentemente, las porciones con funcionalización terminal forman homopolímeros o copolímeros que tienen, en conjunto, un peso molecular promedio en número mayor de aproximadamente 50.000 g/mol, mayor de aproximadamente 75.000 g/mol, mayor de aproximadamente 100.000 g/mol, mayor de aproximadamente 150.000 g/mol, mayor de aproximadamente 200.000 g/mol, mayor de aproximadamente 250.000 g/mol, o mayor de aproximadamente 300.000 g/mol. Es sorprendente que estos copolímeros arborescentes presenten propiedades termoplásticas, dado el peso molecular relativamente alto de los bloques finales de baja Tg.

Inímeros: Inicialmente, los monómeros de auto-condensación combinan las características de un monómero y un iniciador y el término "inimero" (IM) se usa para describir tales compuestos. Si una pequeña cantidad de un inimero adecuado se copolimeriza por ejemplo, con isobutileno, pueden sintetizarse poliisobutilenos arborescentes. La Fórmula (I) a continuación detalla la naturaleza de los compuestos de inimero que pueden usarse junto con la presente invención. En la Fórmula (I) A representa la porción polimerizable del compuesto de inimero, mientras que B representa la porción de iniciador del compuesto de inimero.

A B (") En la Fórmula (I), cada uno de R-i, R2, R3, R4, R5 y R6. en una realización, se selecciona independientemente entre hidrógeno, alquilo C1 a C10 lineal o ramificado, o arilo C5 a C8. En otra realización, R1 , R2 y R3 son todos hidrógeno. En otra realización, cada uno de R4, R5 y R6 se selecciona independientemente entre hidrógeno, hidroxilo, bromo, cloro, flúor, yodo, éster (-0-C(0)-R7), peróxido (-OOR7) y -O-R7 (por ejemplo, -OCH3 o -OCH2=CH3). Con respecto a R7, R7 es un alquilo C1 a C20 no sustituido, lineal o ramificado, un alquilo C1 a C10 no sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C20 sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C10 sustituido lineal o ramificado, un grupo arilo que tiene de 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono, un grupo arilo que tiene de 9 a 15 átomos de carbono, un grupo arilo sustituido que tiene de 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono, un grupo arilo sustituido que tiene de 9 a 15 átomos de carbono. En una realización, donde uno de R4, R5 y R6 es un cloro o flúor, los dos restantes de R4, R5 y R6 se seleccionan independientemente entre un alquilo C1 a C2o no sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C10 no sustituido lineal o ramificado, un alquilo a C2o sustituido lineal o ramificado o una alquilo Ci a C10 sustituido lineal o ramificado. En otra realización más, dos cualquiera de R4, R5 y F?6 pueden formar juntos un epóxido.

En una realización, las porciones A y B del compuesto de inímero (I) se unen entre sí a través de un anillo de benceno. En un caso, la porción A del compuesto de inímero (I) está localizada en la posición 1 del anillo de benceno mientras que la porción B está localizada en cualquiera de las posiciones 3 o 4 del anillo de benceno. En otra realización, las porciones A y B del compuesto de inímero (I) están unidas entre sí a través de la unión mostrada a continuación en la Fórmula (II): donde n es un número entero en el intervalo de 1 a aproximadamente 12 o de 1 a aproximadamente 6 o incluso de 1 a aproximadamente 3. En otra realización, n es igual a 1 o 2.

En otra realización, para la polimerización de isobutileno B puede ser un éter terciario, cloruro terciario, grupo metoxi terciario o éster terciario. Los PIB arborescentes de peso molecular muy alto pueden sintetizarse usando el proceso de la presente invención con inimeros tales como 4-(2-hidroxi-isopropil)estireno y 4-(2-metoxi-isopropil)estireno.

Los inímeros ejemplares para su uso junto con la presente invención incluyen, aunque sin limitación, 4-(2-hidroxiisopropil)estireno, 4-(2-metoxiisopropil)estireno, 4-(1-metoxiisopropil)estireno, 4-(2-cloroisopropil)estireno, 4-(2-acetoxiisopropil)estireno, 2,3,5,6-tertametil-4-(2-hidoxiisopropil)estireno, 3-(2-metoxiisopropil)estireno, 4-(epoxiisopropil)estireno, 4,4,6-trimetil-6-hidroxil-1 -hepteno, 4,4,6-trimetil-6-cloro-1-hepteno, 4,4,6-tr¡metil-6,7-epoxi-1-hepteno, 4,4,6,6,8-pentametil-8-hidroxil-1 -noneno, 4,4,6,6,8-pentametil-8-cloro-1 -noneno, 4,4,6)6,8-pentametil-8,9-epoxi-1 -noneno, 3,3,5-trimetil-5-hidroxil-1 -hexeno, 3,3,5-trimetil-5-cloro-1 -hexeno, 3,3, 5-trimetil-5-6-epoxi-1 -hexeno, 3,3,5,5, 7-pentametil-7-hidroxil-1-octeno, 3,3,5,5,7-pentametil-7-cloro-1-octeno, o 3,3,5,5,7-pentametil-7,8-epoxi-1-octeno. En una realización, el inímero de la presente invención se selecciona entre 4-(2-metoxiisopropil)estireno o 4-(epoxiisopropil)estireno.

En otra realización, el inímero utilizado junto con la presente invención tiene una fórmula de acuerdo con uno de aquellos mostrados a continuación: H2C=CH Ar X en las que X corresponde a un grupo orgánico funcional de la serie -CR12Y, donde Y representa OR, Cl, Br, I, CN, N3 o SCN y R1 representa H y/o un alquilo Ci a C20. y Ar representa CeH4 o CioH8.

Es deseable que el inímero sea sustancialmente puro para evitar envenenar potencialmente el proceso de reacción. El inímero es preferentemente al menos un 90% puro. Para la producción de polímeros arborescentes de acuerdo con la invención destinados a aplicaciones biomedicas, puede preferirse un nivel mayor de pureza, por ejemplo, del 95% o incluso del 99%.

En una realización, se usa 4-(2-metoxiisopropil)estireno o 4-(epoxiisopropil)estireno como el inímero y un monómero estirénico que comprende para-metilestireno se usa como el monómero de alta Tg, como se describirá en detalle a continuación, para producir el núcleo de un polímero arborescente como se muestra en la etapa A del Esquema 2.

Esquema 2 Después de que la temperatura de reacción disminuya, indicando que sustancialmente todo el para-metilestireno se ha consumido en la formación del núcleo de alta Tg, se añade isobuteno al sistema como el monómero de isoolefina de baja Tg y se polimeriza en los puntos de ramificación del inimero para producir un copolímero arborescente que tiene bloques finales de baja Tg, como se muestra en la etapa B del Esquema 2.

Usando el proceso de la presente invención, la estructura de los polímeros arborescentes puede variarse dentro de un amplio intervalo. Esta variación estructural se ilustra mediante el índice de ramificación. Por ejemplo, el índice de ramificación, el peso molecular y las propiedades físicas de polímeros arborescentes de acuerdo con la presente invención pueden controlarse a través de las proporciones molares de inimero y monómero añadidos a la carga de polimerización. Por ejemplo, disminuir la concentración de inimero respecto a la concentración de monómero de alta Tg en la alimentación dará como resultado mayores cadenas con grados de ramificación reducidos y un menor índice de ramificación. A la inversa, aumentar la concentración de inimero respecto a la cantidad de alta Tg conduce a la formación de un polímero con una estructura altamente ramificada que tiene longitudes de brazo más cortas con un mayor índice de ramificación. La alteración adicional del núcleo arborescente puede conseguirse mediante la adición secuencial del inimero y/o monómero a lo largo del proceso de polimerización.

Los polímeros de acuerdo con la presente invención preferentemente tienen un peso molecular (Pm) en el intervalo de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 700.000, más preferentemente de aproximadamente 200.000 a aproximadamente 500.000, aún más preferentemente de aproximadamente 300.000 a aproximadamente 450.000. Los polímeros preferentemente tienen un índice de ramificación (IR) de 0,5 a 20, más preferentemente de 0,9 a 10. Los polímeros preferentemente tienen una distribución de peso molecular estrecha caracterizada por un índice de polidispersidad (Pm/Mn, o PDI) de 1 a 4,5, más preferentemente de 1 ,2 a 3,5, o de aproximadamente 1 ,9 a aproximadamente 3,2. Las propiedades anteriores puede estar presentes individualmente o en cualquier combinación entre sí.

Distintos cambios en las propiedades Teológicas de un polímero formado de acuerdo con la presente invención son posibles mediante cambios en la arquitectura de la cadena. Los polímeros arborescentes formados de acuerdo con la presente invención pueden tener una sensibilidad a cizalla reducida debido a la estructura ramificada, y una viscosidad reducida en comparación con polímeros lineales de longitud de cadena equivalente. Preferentemente son bifásicos, teniendo una estructura de bloques, como se indica por la presencia de dos temperaturas de transición vitrea distintas (Tg). Preferentemente presentan propiedades termoplásticas, expresadas en términos de refuerzo mejorado en comparación con controles de caucho de butilo convencionales. Los polímeros no cargados y no curados de acuerdo con la presente invención preferentemente tienen un alargamiento pico en el intervalo del 5 al 400%, más preferentemente del 9 al 375%, incluso más preferentemente del 250 al 375%. Los polímeros no cargados y no curados de acuerdo con la presente invención preferentemente tienen una tensión pico de 0,25 a 2,5 MPa, más preferentemente de 0,5 a 2,0 MPa, incluso más preferentemente de 0,59 a 1 ,66 MPa. Puede proporcionarse también cualquier combinación de las propiedades físicas anteriores.

Las realizaciones anteriores de polímeros de acuerdo con la presente invención son particularmente útiles en aplicaciones biomédicas. Muestras de 250 mg de los polímeros de acuerdo con la invención producen preferentemente menos de 100 ppm de cualquier compuesto lixiviable individual cuando se analizan por GC-EM después de 300 horas de extracción en 5 mi de agua desionizada a 40 °C, más preferentemente menos de 10 ppm, incluso más preferentemente menos de 1 ppm. Las células, particularmente células de mioblasto de ratón, incubadas en las soluciones lixiviables preferentemente presentan al menos un 80% de viabilidad celular cuando se cultivan durante 48 horas a una temperatura de al menos 37 °C, más preferentemente 40 °C. Las superficies de los polímeros de acuerdo con la invención preferentemente soportan el crecimiento celular, particularmente el crecimiento de células de mamífero, por ejemplo, de células de mioblasto de ratón. Las superficies preferentemente soportan un aumento en el número de células de al menos el 50% cuando las soluciones de medio de crecimiento se incuban con los polímeros durante al menos 24 horas en condiciones de temperatura corporal de al menos 37 °C, preferentemente 40 °C. Las células preferentemente se adhieren a la superficie del polímero. Los polímeros anteriores de acuerdo con la invención, por lo tanto, son preferentemente biocompatibles y no son tóxicos para el crecimiento celular.

En una realización, el proceso de acuerdo con la presente invención se realiza en un disolvente orgánico inerte o en una mezcla de disolventes para que el copolímero con núcleo de alta Tg y el producto de copolímero arborescente final permanezcan en solución. Al mismo tiempo, el disolvente proporciona también un grado de polaridad de manera que el proceso de polimerización pueda transcurrir a una velocidad razonable. Los disolventes adecuados incluyen disolventes individuales tales como cloruro de n-butilo. En otra realización, puede usarse una mezcla de un disolvente no polar y un disolvente polar. Los disolventes no polares adecuados incluyen, aunque sin limitación, hexano, metilciclohexano y ciclohexeno. Los disolventes polares adecuados incluyen, aunque sin limitación, cloruro de etilo, cloruro de metilo y cloruro de metileno. En una realización, la mezcla de disolventes es una combinación de metilciclohexano y cloruro de metilo, o incluso hexano y cloruro de metilo. Para conseguir la solubilidad adecuada y polaridad se ha encontrado que la proporción de disolvente no polar a disolvente polar en una base en peso debería ser de aproximadamente 80:20 a aproximadamente 40:60, de aproximadamente 75:25 a aproximadamente 45:55, de aproximadamente 70:30 a aproximadamente 50:50, o incluso de aproximadamente 60:40. De nuevo, aquí, así como en cualquier otra parte en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, los límites de un intervalo individual pueden combinarse.

El intervalo de temperatura dentro del cual se realiza el proceso es de aproximadamente -20 °C a aproximadamente -100 °C, o de aproximadamente -30 °C a aproximadamente -90 °C, o de aproximadamente -40 °C a aproximadamente -85 °C, o incluso de aproximadamente -50 °C a aproximadamente -80 °C. El proceso de la presente invención, en una realización, se realiza usando de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 30 por ciento de una solución de para-metilestireno (base peso/peso), o incluso de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 por ciento en peso de una solución de para-metilestireno.

Para producir los polímeros arborescentes de la presente invención se usa un co-iniciador (por ejemplo, un haluro de ácido de Lewis). Los co-iniciadores de haluro de ácido de Lewis adecuados incluyen, aunque sin limitación BCI3, BF3, AICI3, SnCI4, TiCI4, SbF5, SeCI3, ZnCI2, FeCI3, VCI4, AIRnCI3-n, en la que R es un grupo alquilo y n es menor de 3, tal como cloruro de dietil aluminio y dicloruro de etil aluminio, y mezclas de los mismos. En una realización, se usa tetracloruro de titanio (TiCI4) como el co-iniciador.

Los copolímeros de bloques ramificados de la presente invención pueden producirse también en un proceso de una etapa en el que el monómero de alta Tg se copolimeriza con el monómero iniciador junto con el co-iniciador en una solución a una temperatura de aproximadamente -20 °C a aproximadamente -100 °C, o de aproximadamente -30 °C a aproximadamente -90 °C, o de aproximadamente -40 °C a aproximadamente -85 °C, o incluso de aproximadamente -50 °C a aproximadamente -80 °C. Se introducen un donador de electrones y una trampa para protones, seguido de la adición de una solución pre-enfriada del co-iniciador en un disolvente no polar (por ejemplo, hexano). Se permite que la polimerización continúe hasta que se termina mediante la adición del nucleófilo tal como metanol.

En algunas realizaciones, la producción de polímeros arborescentes de acuerdo con la presente invención necesita el uso de aditivos tales como donadores de pares de electrones para mejorar la eficacia de bloqueo y trampas para protones para minimizar la homopolimerización. Los ejemplos de donadores de pares de electrones adecuados son aquellos nucleófilos que tienen un número de donador de electrones de al menos 15 y no mayor de 50 como se tabula por Viktor Gutmann en The Donor Acceptor Approach to Molecular Interactions, Plenum Press (1978) e incluyen, aunque sin limitación, acetato de etilo, dimetilacetamida, dimetilformamida y dimetil sulfóxido. Las trampas para protones adecuadas incluyen, aunque sin limitación, 2,6-ditercbutilpiridina, 4-metil-2,6-ditercbutilpiridina y diisopropiletilamina.

En otra realización más, adecuada para aplicaciones que no sean biomédicas, la presente invención se refiere a polímeros arborescentes elastoméricos termoplásticos con funcionalización terminal que están reforzados con una o más cargas, donde una o más cargas preferentemente interactúan con las porciones de funcionalización terminal de tales polímeros arborescentes. Las cargas pueden incluir cargas minerales o no minerales.

Las cargas minerales ejemplares incluyen sílice, silicatos, arcilla (tal como bentonita), yeso, alúmina, dióxido de titanio, talco y similares, así como mezclas de los mismos. Los ejemplos más específicos incluyen: sílices altamente dispersables, preparadas por ejemplo, por la precipitación de soluciones de silicato o la hidrólisis a la llama de haluros de silicio, con áreas superficiales específicas de 5 a 1000, preferentemente de 20 a 400 m2/g (área superficial específica BET), y con tamaños de partícula primaria de 10 a 400 nm; las sílices pueden estar presentes también opcionalmente como óxidos mixtos con otros óxidos metálicos tales como aquellos de Al, Mg, Ca, Ba, Zn, Zr y Ti; silicatos sintéticos tales como silicato de aluminio y silicatos de metal alcalinotérreo; silicato de magnesio o silicato de calcio, áreas superficiales específicas BET de 20 a 400 m2/g y diámetros de partícula primaria de 10 a 400 nm; silicatos naturales, tales como caolín y otras sílices de origen natural; fibras de vidrio y productos de fibra de vidrio (mallas, eximidos) o microesferas de vidrio; óxidos metálicos, tales como óxido de cinc, óxido de calcio, óxido de magnesio y óxido de aluminio; carbonatos metálicos tales como carbonato de magnesio, carbonato de calcio y carbonato de cinc; hidróxidos metálicos por ejemplo, hidróxido de aluminio e hidróxido de magnesio; o combinaciones de los mismos.

Las cargas que no son minerales ejemplares incluyen negro de humo, por ejemplo, carbono preparado por procesos de negro de lámpara, negro de horno o negro de gas, que preferentemente tiene un área superficial específica BET de 20 a 200 m2/g, tal como negro de humo SAF, ISAF, HAF, FEF o GPF. Otras cargas no minerales incluyen geles de caucho, especialmente aquellos basados en polibutadieno, copolímeros de butadieno/estireno, copolímeros de butadieno/acrilonitrilo o cauchos de policloropreno.

En el caso de que se utilicen una o más cargas junto con la presente invención, la carga puede unirse, fijarse, capturarse y/o atraparse mediante la porción con funcionalizacion terminal de los polímeros arborescentes de la presente invención más que por la porción de núcleo de los mismos.

En otra realización más, de nuevo adecuada para aplicaciones no biomédicas, la presente invención proporciona una composición de caucho que comprende al menos un polímero arborescente, opcionalmente halogenado, al menos una carga y al menos un agente de vulcanización. Para proporcionar un compuesto de caucho vulcanizable, tiene que añadirse al menos un agente de vulcanización o sistema de curado. La presente invención no está limitada a ningún tipo de sistema de curado. Un sistema de curado ejemplar es un sistema de curado de azufre, aunque puede usarse también un sistema de curado basado en peróxido. Para los sistemas de curado basados en azufre, la cantidad de azufre utilizada en el proceso de curado puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 2,0 phr (partes por peso por cien partes de caucho). Un activador, por ejemplo, óxido de cinc, puede usarse también. Si está presente, la cantidad de activador varía de aproximadamente 0,5 partes a aproximadamente 5 partes en peso.

Otros ingredientes, por ejemplo, ácido esteárico, aceites (por ejemplo, Sunpar® de Sunoco), antioxidantes o aceleradores (por ejemplo, un compuesto de azufre tal como dibenzotiazoldisulfuro (por ejemplo, Vulkacit® DM/C de Bayer AG) pueden añadirse también al compuesto antes del curado. El curado (por ejemplo, curado basado en azufre) se efectúa después de una manera conocida. Véase, por ejemplo, el Capítulo 2 de The Compounding and Vulcanization of Rubber, en Rubber Technology, Tercera Edición, Chapman & Hall, 1995. Esta publicación se incorpora por la presente por referencia por sus contenidos relacionados con sistemas de curado.

El compuesto de caucho vulcanizable de acuerdo con la presente invención puede contener productos auxiliares adicionales para cauchos, tales como aceleradores de reacción, aceleradores de vulcanización, auxiliares de aceleración de vulcanización, antioxidantes, agentes de espumación, agentes antienvejecimiento, estabilizadores térmicos, estabilizadores de luz, estabilizadores de ozono, adyuvantes del procesamiento, plastificantes, adherentes, agentes de soplado, colorantes, pigmentos, ceras, diluyentes, ácidos orgánicos, inhibidores, óxidos metálicos y activadores tales como trietanolamina, polietilenglicol, hexanotriol, etc. Tales compuestos, aditivos y/o productos se conocen en la industria del caucho. Los adyuvantes de caucho se usan en cantidades convencionales, que dependen del uso pretendido. Las cantidades convencionales son, por ejemplo, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 50 phr. En una realización, el compuesto vulcanizable que comprende una combinación en solución comprende adicionalmente en el intervalo de 0,1 a aproximadamente 20 phr de uno o más ácidos grasos orgánicos como un producto auxiliar. En una realización, el ácido graso insaturado tiene uno, dos o más dobles enlaces de carbono en la molécula que pueden incluir aproximadamente el 10% en peso o más de un ácido de dieno conjugado que tiene al menos un doble enlace carbono-carbono conjugado en su molécula. En otra realización, los ácidos grasos usados junto con la presente invención tienen de aproximadamente 8 a aproximadamente 22 átomos de carbono, o incluso de aproximadamente 12 a aproximadamente 18 átomos de carbono. Los ejemplos adecuados incluyen, aunque sin limitación, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido oleico y sus sales de calcio, cinc, potasio, magnesio y amonio. Adicionalmente, pueden estar presentes hasta aproximadamente 40 partes del aceite de procesamiento, o incluso de aproximadamente 5 a aproximadamente 20 partes del aceite de procesamiento, por cien partes del elastómero.

Puede ser ventajoso añadir adicionalmente silanos, modificadores de sílice, que dan propiedades físicas mejoradas a compuestos que contienen cargas de sílice o silíceas. Los compuestos de este tipo poseen una funcionalidad sililéter (para reacción con la superficie de la sílice) y un grupo funcional específico para el caucho. Los ejemplos de estos modificadores incluyen, aunque sin limitación, bis(trietoxisililpropil)tetrasulfano, bis(trietoxi-sililpropil)disulfano, o S-trietoxilsilil-metil éster del ácido tiopropiónico. La cantidad de silano modificador de sílice está en el intervalo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 15 partes por cien partes de elastómero, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 10, o incluso de aproximadamente 2 a aproximadamente 8 partes por cien partes de elastómeros. El silano modificador de sílice puede usarse en solitario o junto con otras sustancias que sirven para modificar la química superficial de la sílice.

Los ingredientes del compuesto de caucho vulcanizable final que comprenden el compuesto de caucho a menudo se mezclan juntos, adecuadamente a una temperatura elevada que puede variar de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 200 °C. Normalmente el tiempo de mezcla no supera una hora y un tiempo en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 minutos normalmente es adecuado. La mezcla se realiza adecuadamente en una mezcladora interna, tal como una mezcladora Banbury o una mezcladora interna en miniatura Haake o Brabender. Una mezcladora con molino de dos rodillos proporciona también una buena dispersión de los aditivos dentro del elastómero. Una extrusora proporciona también buena mezcla y permite tiempos de mezcla más cortos. Es posible realizar la mezcla en dos o más etapas, y la mezcla puede realizarse en diferentes aparatos, por ejemplo, una etapa en una mezcladora interna y una etapa en una extrusora. Para la combinación y vulcanización véase también: Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volumen 4, pág. 66 et seq. (Compounding) y Volumen 17, pág. 666 et seq. (Vulcanization). Esta publicación se incorpora por la presente por referencia por sus contenidos respecto a combinación y vulcanización.

En otra realización más, en el caso de que los polímeros arborescentes de la presente invención tengan funcionalizacion terminal, la porción de núcleo (por ejemplo, la porción estirénica) no está curada, mientras que la porción con funcionalizacion terminal está curada. Esto permite, entre otras cosas, que dichos polímeros arborescentes experimenten curado por peróxido sin provocar daño a la estructura de polímero arborescente global.

Ejemplos Los siguientes ejemplos son descripciones de métodos dentro del alcance de la presente invención, y del uso de ciertas composiciones de la presente invención como se ha descrito en detalle anteriormente. Los siguientes ejemplos están dentro del alcance y, sirven para ejemplificar las composiciones, formulaciones y procesos expuestos anteriormente, descritos de forma más general. Como tales, los ejemplos no pretenden limitar de ninguna manera el alcance de la presente invención.

Los polímeros de acuerdo con la invención se preparan como se analizará en detalle más adelante. Todas las polimerizaciones se realizan en una caja seca MBraun MB 150B-G-I.

Productos químicos Se sintetiza 4-(2-metoxi-isopropil)estireno (p-metoxicumil estireno, pMeOCumSt) mientras que isobutileno y cloruro de metilo se usan sin purificación adicional a partir de una unidad de producción adecuada. El isopreno (IP, 99,9% y disponible en Aldrich) se hace pasar a través de una columna de eliminación del inhibidor p-terc-butilcatecol antes de su uso y el p-metilestireno (pMeSt, Aldrich) se destila a presión reducida a partir de hidruro de calcio.

Métodos de ensayo El peso molecular y las distribuciones de peso molecular de los polímeros se determinan por cromatografía de exclusión de tamaños (SEC). El sistema consiste en una bomba Waters 515 HPLC, un Detector de Absorbencia Doble Waters 2487, un Refractomero Interferométrico Wyatt Optilab Dsp, un detecto de dispersión de luz multiángulo Wyatt DAWN EOS, un viscosímetro Wyatt Viscostar, un instrumento de dispersión de luz cuasi elástica Wyatt QELS, un tomamuestras automático 717plus y 6 columnas Styragel® (HR1/2, HR1 , HR3, HR4, HR5 y H6). El detector de IR y las columnas se termostatizan a 35 °C y el THF recién destilado a partir de CaH2 se usa como la fase móvil a un caudal de 1 ml/min. Los resultados se analizan usando el software ASTRA (Wyatt Technology). El cálculo del peso molecular se realiza usando una recuperación de masa del 100% así como un valor dn/dc de 0,108 cm3/g.

Las mediciones de RMN de 1H se realizaron usando un instrumento Bruker Avance 500 y cloroformo deuterado o THF como el disolvente.

El análisis por Calorimetría de Exploración Diferencial (DSC) se realizó usando un calorímetro de exploración diferencial de TA Instruments 2910. Se pusieron muestras de 5-15 mg en recipientes para muestra de aluminio para su ensayo y se analizaron para las temperaturas de transición vitrea (Tg) en una atmósfera de helio entre -140 °C y 200 °C con una velocidad de calentamiento de 30 °C/min. Las Tg presentadas se tomaron como el valor medio entre las temperaturas en el comienzo y en el punto final.

Las mediciones de tensiometría se obtuvieron usando un tensiómetro de Alpha Technologies T2000. Las probetas de ensayo con anchuras de 2,5 mm y 4 mm se cortaron en troquel a partir de láminas moldeadas por compresión. Se tiró de las muestras a 100 ml/min para observar la relación tensión-alargamiento.

Ejemplo 1 (09TS23) La polimerización se realizó en un reactor de vidrio de tres bocas, con forma redonda, de 500 cm3. El reactor estaba equipado con una varilla agitadora de vidrio (montada con un impulsor de teflón con forma creciente) y un termopar. Al reactor se le añadieron 0,105 cm3 de pMeOCumSt, 135 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 90 cm3 de cloruro de metilo (medido a -80 °C), 0,3 cm3 de di-terc-butilpiridina (medida a temperatura ambiente), y 10 cm3 de p-metilestireno (medido a temperatura ambiente). La polimerización se inició a -80 °C por adición de una mezcla enfriada previamente de 1 ,2 cm3 de T¡CI4 y 5 cm3 de metilciciohexano (ambos medidos a temperatura ambiente). Después de 20 minutos de polimerización, se observó una disminución de la temperatura y se añadió una mezcla de 36 cm3 de isobutileno (medida a -80 °C), 15 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 10,5 cm3 de cloruro de metilo (medido a -95 °C) y 0,1 cm3 de di-terc-butilpiridina (medida a temperatura ambiente). La polimerización terminó a los 95 minutos por adición de 10 cm3 de metanol que contenía 1 ,65 gramos de NaOH. Después de la evaporación del cloruro de metilo, se añadió metilciciohexano a la solución de polímero y la solución diluida se filtró a través de una frita sinterizada de porosidad media para retirar el ???2, y se precipitó directamente en acetona. El producto polimérico se aisló y se secó en un horno de vacío durante 24 horas a 60 °C. El peso en seco del polímero era de 17,0 gramos. El peso molecular, el PDI y la frecuencia de ramificación del polímero se muestran en la Tabla 1. La temperatura de transición vitrea se muestra en la Tabla 2.

Ejemplo 2 (09TS25) La polimerización se realizó en un reactor de vidrio de tres bocas, con forma redonda, de 500 cm3. El reactor estaba equipado con una varilla agitadora de vidrio (montada con un impulsor de teflón con forma creciente) y un termopar. Al reactor se le añadió una primera cantidad de 0,055 cm3 del inímero pMeOCumSt, 135 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 90 cm3 de cloruro de metilo (medido a -80 °C), 0,3 cm3 de di-terc-butilpiridina (medido a temperatura ambiente), y 10 cm3 de p-metilestireno (medido a temperatura ambiente). La polimerización se inició a -80 °C por adición de una mezcla enfriada previamente de 0,6 cm3 de TiCI4 y 2,5 cm3 de metilciciohexano (ambos medidos a temperatura ambiente). Después de 20 minutos de polimerización, se observó una disminución de la temperatura y se añadió una mezcla de 36 cm3 de isobutileno (medido a -80 °C), 15 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 10,5 cm3 de cloruro de metilo (medido a -95 °C) y 0,1 cm3 de di-terc-butilpiridina (medida a temperatura ambiente). Después de 30 minutos, se añadió una segunda cantidad de 0,055 cm3 del inímero pMeOCumSt, seguido de 0,6 cm3 de TiCU y 2,5 cm3 de metilciciohexano (enfriado previamente). La polimerización se terminó a los 95 minutos por adición de 10 cm3 de metanol que contenía 1 ,65 gramos de NaOH. Después de la evaporación del cloruro de metilo, se añadió metilciciohexano a la solución de polímero y la solución diluida se filtró a través de una frita sinterizada de porosidad media para retirar el ???2, y se precipitó directamente en acetona. El producto polimérico se aisló y se secó en un horno de vacío durante 24 horas a 60 °C. El peso en seco del polímero era de 16,0 gramos. El peso molecular, el PDI y la frecuencia de ramificación del polímero se muestran en la Tabla 1. La temperatura de transición vitrea se muestra en la Tabla 2. Una traza de SEC para el polímero se muestra en la Figura 1.

Ejemplo 3 (09TS27) La polimerización se realizó en un reactor de vidrio de tres bocas, con forma redonda, de 500 cm3. El reactor estaba equipado con una varilla agitadora de vidrio (montada con un impulsor de teflón de forma creciente) y un termopar. Al reactor se le añadieron 0,21 cm3 de pMeOCumSt, 135 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 90 cm3 de cloruro de metilo (medido a -80 °C), 0,3 cm3 de di-terc-butilpiridina (medido a temperatura ambiente) y 10 cm3 de p-metilestireno (medido a temperatura ambiente). La polimerización se inició a -80 °C por adición de una mezcla enfriada previamente de 2,4 cm3 de TiCI4 y 7,5 cm3 de metilciciohexano (ambos medidos a temperatura ambiente). Después de 30 minutos de polimerización, se observó una disminución de la temperatura y se añadió una mezcla de 36 cm3 de isobutileno (medida a -80 °C), 15 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 10,5 cm3 de cloruro de metilo (medido a -95 °C) y 0,1 cm3 de di-terc-butilpiridina (medido a temperatura ambiente). La polimerización se terminó a los 95 minutos mediante la adición de 10 cm3 de metanol que contenía 1 ,65 gramos de NaOH. Después de la evaporación del cloruro de metilo, se añadió metilciciohexano a la solución de polímero y la solución diluida se filtró a través de una frita sinterizada de porosidad media para retirar el Ti02, y se precipitó directamente en acetona. El producto polimérico se aisló y se secó en un horno de vacío durante 24 horas a 60 °C. El peso en seco del polímero era de 18,0 gramos. El peso molecular, el PDI y la frecuencia de ramificación del polímero se muestran en la Tabla 1. La temperatura de transición vitrea se muestra en la Tabla 2.

Ejemplo 4 (L029-2) La polimerización se realizó en un reactor de vidrio de tres bocas, con forma redonda, de 500 cm3. El reactor estaba equipado con una varilla agitadora de vidrio (montada con un impulsor de teflón con forma creciente) y un termopar. Al reactor se le añadieron 0,100 cm3 de pMeOCumSt, 160 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 70 cm3 de cloruro de metilo (medido a -80 °C), 0,3 cm3 de di-terc-butilpiridina (medido a temperatura ambiente) y 10 cm3 de p-metilestireno (medido a temperatura ambiente). La polimerización se inició a -80 °C por adición de una mezcla enfriada previamente de 1 ,5 cm3 de TiCU y 5 cm3 de metilciciohexano (ambos medidos a temperatura ambiente). Después de 20 minutos de polimerización, se observó una disminución de temperatura y se añadió una mezcla de 36 cm3 de isobutileno (medido a -80 °C), 15 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 10,5 cm3 de cloruro de metilo (medido a -95 °C) y 0,1 cm3 de di-terc-butilpiridina (medida a temperatura ambiente). La polimerización se determinó a los 85 minutos por adición de 10 cm3 de metanol que contenía 1 ,65 gramos de NaOH. Después de la evaporación del cloruro de metilo, se añadió metilciciohexano a la solución de polímero y la solución diluida se filtró a través de una frita sinterizada de porosidad media para retirar el ???2, y se precipitó' directamente en acetona. El producto polimérico se aisló y se secó en un horno de vacío durante 24 horas a 60 °C. El peso molecular, el PDI y la frecuencia de ramificación del polímero se muestran en la Tabla 1. Las propiedades termoplásticas de las tensiones pico frente al alargamiento pico se presentan en la Tabla 3 y se ilustran en la Figura 2.

Ejemplo 5 (L038-1 ) La polimerización se realizó en un reactor de vidrio de tres bocas, con forma redonda, de 500 cm3. El reactor estaba equipado con una varilla agitadora de vidrio (montada con un impulsor de Teflón con forma creciente) y un termopar. Al reactor se le añadieron 0,100 cm3 de pMeOCumSt, 160 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 73 cm3 de cloruro de metilo (medido a -80 °C) y 10 cm3 de p-metilestireno (medido a temperatura ambiente). La polimerización se inició a -80 °C por adición de una mezcla enfriada previamente de 1 ,5 cm3 de TiCI4 y 5 cm3 de metilciciohexano (ambos medidos a temperatura ambiente). Después de 20 minutos de polimerización, se observó una disminución de la temperatura y se añadió una mezcla de 72 cm3 de isobutileno (medido a -80 °C) y 90 cm3 de cloruro de metilo (medido a -95 °C). La polimerización se determinó a los 85 minutos mediante la adición de 10 cm3 de metanol que contenía 1 ,65 gramos de NaOH. Después de la evaporación del cloruro de metilo, se añadió metilciciohexano a la solución de polímero y la solución diluida se filtró a través de una frita sinterizada de porosidad media para retirar el ???2, y se precipitó directamente en acetona. El producto polimérico se aisló y se secó en un horno de vacío durante 24 horas a 60 °C. El peso molecular, el PDI y la frecuencia de ramificación del polímero se muestran en la Tabla 1. Las propiedades termoplásticas de la tensión pico frente al alargamiento pico se presentan en la Tabla 3 y se ilustran en la Figura 2.

Ejemplo 6 (L037-1) La polimerización se realizó en un reactor de vidrio de tres bocas, con forma redonda, de 500 cm3. El reactor estaba equipado con una varilla agitadora de vidrio (montada con un impulsor de teflón con forma creciente) y un termopar. Al reactor se le añadieron 0,100 cm3 de pMeOCumSt, 160 cm3 de metilciciohexano (medido a temperatura ambiente), 70 cm3 de cloruro de metilo (medido a -80 °C) y 10 cm3 de p-metilestireno (medido a temperatura ambiente).

La polimerización se inició a -80 °C por adición de una mezcla enfriada previamente de 1 ,5 cm3 de TiCU y 5 cm3 de metilciclohexano (ambos medidos a temperatura ambiente). Después de 20 minutos de polimerización, se observó una disminución de temperatura y se añadió una mezcla de 54 cm3 de isobutileno (medido a -80 °C) y 90 cm3 de cloruro de metilo (medido a -95 °C). La polimerización se terminó a los 85 minutos por adición de 10 cm3 de metanol que contenía 1 ,65 gramos de NaOH. Después de la evaporación del cloruro de metilo, se añadió metilciclohexano a la solución de polímero y la solución diluida se filtró a través de una frita sinterizada de porosidad media para retirar el ???2, y se precipitó directamente en acetona. El producto polimérico se aisló y se secó en un horno de vacío durante 24 horas a 60 °C. El peso molecular, el PDI y la frecuencia de ramificación del polímero se muestran en la Tabla 1. Las propiedades termoplásticas de la tensión pico frente al alargamiento pico se presentan en la Tabla 3 y se ilustran en la Figura 2.

Tabla 1: Peso Molecular (Pm), PDI y Frecuencia de Ramificación para Polímeros de la Invención La frecuencia de ramificación (FR), o grado de ramificación, es un cálculo teórico usando el Mn medido del polímero y el Mn teórico del polímero suponiendo que la especie de inímero actúa solo como un iniciador y no participa en la ramificación. Para todos los ejemplos 1-6 anteriores, FR = [Mn/Mn(teo)] - 1. PDI = Pm/Mn; por lo tanto, para convertir de Pm a Mn, se divide Pm por PDI.

Todos estos polímeros arborescentes tienen valores de peso molecular y PDI aceptables dentro del intervalo esperado.

Tabla 2: Temperatura de Transición Vitrea para Polímeros de la Invención El análisis por DSC de los Ejemplos 1-3 mostró que cada materia presentaba dos temperaturas de transición vitrea distintas, lo que confirma una composición bifásica. La traza de SEC de la Figura 1 confirma que el polímero del Ejemplo 2 tiene dos picos distintos, lo que significa que el polímero tiene una distribución bimodal del peso molecular indicativa de una estructura arborescente. Adicionalmente, al observar la cantidad relativa de cada pico, puede verse que los bloques finales tienen un alto peso molecular.

Tabla 3: Propiedades Termoplásticas - Tensión frente a Alargamiento La caracterización del elastómero termoplástico se realizó por tensiometría (resistencia en verde). Los ejemplos 4-6 se compararon con un caucho de butilo de calidad comercial (RB402™, LANXESS Inc., Canadá). El refuerzo de las películas nativas se observó respecto a RB402™; las propiedades termoplásticas del material se ilustran en la Figura 2. Los materiales nativos no curados se ensayaron sin aditivos o cargas.

Ejemplo 7: Lixiviado Cuatro muestras de 250 mg de material de acuerdo con la invención se pusieron en viales (4 dracmas (7 gramos)), a los cuales se añadieron 5 mi de agua desionizada o soluciones tampón incoloras (pH 5, 7,38 o 9). Los viales se pusieron en un horno incubadora a 40 °C durante aproximadamente 300 horas. El material se retiró de la solución y se usó 1 mi de hexano para extraer los lixiviados del material de la fase acuosa. La extracción líquido-líquido usando hexano se realizó un total de tres veces sobre la fase acuosa, seguido de lo cual el hexano se secó usando sulfato de magnesio. La solución se analizó por cromatografía de gases con espectrometría de masas usando un sistema HP 6890 GC y un dispositivo selector de masas HP5973 equipado con una columna Agilent con una fase estacionaria DB-624 (125-1334, 30 m x 0,535 mm x 3,00 µ??). No hubo evidencia de ninguna sustancia lixiviada distinta de aquellas que ya estaban presentes en el hexano.

Ejemplo 8: Toxicidad para las células Se evaluó la toxicidad de los materiales de los Ejemplos 2 y 5 para células de mioblasto de ratón C2C12. Los materiales de los Ejemplos 2 y 5 se esterilizaron superficialmente con etanol y UV, después se incubaron en medio de crecimiento celular a 40 °C durante 24 horas, seguido de lo cual el medio se hizo pasar a través de un filtro de esterilización para retirar cualquier contaminante biológico mayor de 450 nm de tamaño. El medio filtrado se dispensó en una placa de 96 pocilios, se sembró con células de mioblasto de ratón C2C12 y se mezcló con medio de crecimiento nuevo para obtener diversos niveles de dilución del medio incubado original. Las muestras sembradas se incubaron durante 48 horas más, después de las cuales se aspiraron para retirar el medio, dejando atrás las células en el pocilio. Cada pocilio se rellenó después con medio nuevo y el reactivo de ensayo MTT. Después de 4 horas de incubación, el medio se aspiró de nuevo para su retirada del pocilio y los cristales de MMT restantes se solubilizaron con DMSO. La absorbancia a 540 nm de los contenidos de cada pocilio se midió para determinar la concentración de células original que estaban presentes en el pocilio. La viabilidad celular era del 80% o mayor en todos los casos, mostrando que no había una toxicidad aparente debido al lixiviado desde el material. Los resultados para el Ejemplo 5 se muestran en la Figura 3; el Ejemplo 2 mostró resultados similares.

Ejemplo 9: Adhesión y crecimiento celular Se realizaron ensayos de proliferación celular para determinar la capacidad de los materiales de acuerdo con la invención de soportar el crecimiento celular sobre su superficie. El ensayo midió el número de células de mioblasto de ratón C2C12 adheridas a la superficie del material. Discos de 2,5 cm esterilizados con etanol y por UV de material de acuerdo con el Ejemplo 2 se sembraron con una solución de 500 µ? de medio de cultivo que contenía células C2C12; la concentración celular se determinó por recuento hemocitométrico. Los discos cubiertos con células se pusieron en una biocabina durante 20 minutos y después se añadieron 3,5 mi adicionales de medio de crecimiento al material. Después de 24 horas de incubación, la superficie de cada disco se enjuagó suavemente con medio celular para retirar las células no adheridas. Se usó un lavado con tripsina para separar las células de la superficie del material y después las células extraídas se contaron con un microscopio en un hemocitómetro, seguido de extrapolación de la concentración. El crecimiento del material se comparó con el crecimiento sobre un portaobjetos de microscopio de vidrio, que se usó como control. Los resultados se presentan en la Tabla 4 y en la Figura 4.

Tabla 4: Adhesión y Crecimiento Celular en la Superficie del Material Se determinó que el crecimiento celular es viable sobre la superficie del Ejemplo 2. Se midió un aumento en la población de células en el material del Ejemplo 2 del 67%, mientras que el control tenía un aumento de población del 143%. Estos experimentos indican que es probable que el material sea biocompatible y no tóxico para el crecimiento celular.

Aunque sin limitación, los compuestos de la presente invención son útiles en una diversidad de campos técnicos. Tales campos incluyen, aunque sin limitación, aplicaciones biomédicas (por ejemplo, uso en endoprótesis vasculares), aplicaciones en neumáticos (por ejemplo, uso en revestimientos internos), aplicaciones de envasado relacionadas con alimentos, precintos farmacéuticos y en diversas aplicaciones de sellado.

Aunque la invención se ha descrito en detalle con referencia particular a ciertas realizaciones detalladas en este documento, otras realizaciones pueden conseguir los mismos resultados. Las variaciones y modificaciones de la presente invención serán obvias para los expertos en la materia y la presente invención pretende cubrir en las reivindicaciones adjuntas todas estas modificaciones y equivalentes.

Claims (32)

REIVINDICACIONES

1 . Un copolímero de bloques arborescente altamente ramificado, que comprende: a. un núcleo de polímero arborescente que tiene más de un punto de ramificación, teniendo el núcleo de polímero arborescente una alta temperatura de transición vitrea (Tg) mayor de 40 °C; y b. ramificaciones fijadas al núcleo de polímero arborescente terminadas en segmentos de bloque final del polímero que tienen una baja Tg de menos de 40 °C.

2. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que el copolímero presenta propiedades elastoméricas termoplásticas.

3. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que el copolímero comprende al menos un 65% en peso de segmentos de bloque final.

4. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que el peso molecular (Mn) de los bloques finales es de al menos 50.000 g/mol.

5. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que el núcleo arborescente comprende monómeros estirénicos.

6. El copolímero de la reivindicación 5, en el que los monómeros estirénicos comprenden para-metilestireno.

7. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que los segmentos de bloque final comprenden monómeros de isoolefina.

8. El copolímero de la reivindicación 7, en el que los monómeros de isoolefina comprenden isobuteno.

9. El copolímero de la reivindicación 7, en el que los segmentos de bloque final comprenden adicionalmente monómeros de dieno conjugado.

10. El copolímero de la reivindicación 9, en el que los monómeros de dieno conjugado comprenden isopreno.

11. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que el núcleo tiene una frecuencia de ramificación de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 30.

12. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que el núcleo tiene una frecuencia de ramificación de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 10.

13. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que 250 mg del polímero lixivian menos de 100 ppm de cualquier compuesto lixiviable individual cuando se analiza por GC-EM después de 300 horas de extracción en 5 mi de agua desionizada a 40 °C.

14. El copolímero de la reivindicación 1 , en el que una superficie del polímero puede soportar el crecimiento celular.

15. Un recubrimiento para un dispositivo médico o un dispositivo médico fabricado a partir del copolímero arborescente de la reivindicación 1.

16. Un polímero arborescente con funcionalización terminal que comprende el producto de reacción de al menos un inímero y al menos un monómero de para-metilestireno, en el que el polímero arborescente con funcionalización terminal se ha funcionalizado terminalmente con más de aproximadamente el 65 por ciento en peso de bloques finales derivados de un homopolímero o copolímero que tiene una baja temperatura de transición vitrea (Tg) de menos de 40 °C.

17. El polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 16, en el que el peso molecular (Pm) de los bloques finales es al menos 50.000 g/mol.

18. El polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 16, en el que al menos un compuesto de inímero tiene una fórmula como se muestra a continuación:

A B (I) donde A es donde B es donde cada uno de R f R2, R3, R4, R5 y R6, se selecciona independientemente entre hidrógeno, alquilo C1 a C-m lineal o ramificado, o arilo C5 a C8, o donde Ri , R2 y R3 son todos hidrógeno o donde cada uno de R4, R5 y R6 se selecciona independientemente entre hidrógeno, hidroxilo, bromo, cloro, flúor, yodo, éster (-0-C(O)-R7), peróxido (-OOR7) y -O-R7 donde R7 es un alquilo C1 a C2o no sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C10 no sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C20 sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C10 sustituido lineal o ramificado, un grupo arilo que tiene de 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono, un grupo arilo que tiene de 9 a 15 átomos de carbono, un grupo arilo sustituido que tiene de 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono, o un grupo arilo sustituido que tiene de 9 a 15 átomos de carbono, o donde uno de R , R5 y F¾6 es cualquiera de cloro o flúor y los dos restantes de R4, R5 y R6 se seleccionan independientemente entre un alquilo C1 a C2o no sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C10 no sustituido lineal o ramificado, un alquilo C1 a C20 sustituido lineal o ramificado o un alquilo C1 a C10 sustituido lineal o ramificado o donde dos cualquiera de R4, R5 y R6 pueden formar juntos un epóxido, y el grupo R restante en este caso es cualquiera de un hidrógeno, un alquilo Ci a C10 no sustituido lineal o ramificado o un alquilo C1 a C10 sustituido lineal o ramificado. 19. La composición de polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 18, en la que las porciones A y B del compuesto de inimero (I) se unen entre sí a través de un anillo de benceno.

20. La composición de polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 18, en la que las porciones A y B del compuesto de inimero (I) se unen entre sí a través de la unión mostrada a continuación en la Fórmula (II): donde n es un número entero en el intervalo de 1 a aproximadamente 12.

21. La composición de polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 20, en la que n es un número entero en el intervalo de 1 a aproximadamente 6.

22. La composición de polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 20, en la que n es igual a 1 o 2.

23. La composición de polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 18, en la que al menos un compuesto de isoolefina tiene una fórmula como se muestra a continuación: donde Rg es un grupo alquilo Ci a C4 tal como metilo, etilo o propilo.

24. El polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 17, en el que una o más porciones con funcionalización terminal del polímero se derivan de uno o más homopolímeros de isobuteno.

25. El polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 17, en el que una o más porciones con funcionalización terminal del polímero se derivan de uno o más copolímeros de una isoolefina y un dieno conjugado.

26. El polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 25, en el que la isoolefina comprende isobuteno y el dieno conjugado comprende isopreno.

27. El polímero arborescente con funcionalización terminal de la reivindicación 17, donde el compuesto de inímero se selecciona entre 4-(2- h¡droxiisoprop¡l)estireno, 4-(2-metoxüsopropil)est¡reno, 4-(1-metoxiisopropil)estireno, 4-(2-cloro¡soprop¡l)est¡reno, 4-(2-acetoxüsopropil)est¡reno, 2,3,5,6-tertametil-4-(2-hidoxiisopropil)estireno, 3-(2-metoxiisopropil)estireno, 4-(epoxiisopropil)estireno, 4,4,6-trimetil-6-hidroxil-1 -hepteno, 4,4,6-trimetil-6-cloro-1 -hepteno, 4,4,6-trimetil-6,7-epoxi-1-hepteno, 4,4,6,6, 8-pentametil-8-hidroxil-1-noneno, 4,4,6,6,8-pentametil-8-cloro-1 -noneno, 4,4,6,6,8-pentamet¡l-8,9-epox¡-1 -noneno, 3,3,5-trimetil-5-hidroxil-1-hexeno, 3,3,5-trimetil-5-cloro-1-hexeno, 3,3,5-trimetil-5-6-epoxi-1-hexeno, 3,3,5,5,7-pentametil-7-hidroxil-1-octeno, 3,3,5,5,7-pentametil-7-cloro-1 -octeno, o 3,3,5,5, 7-pentametil-7,8-epoxi-1 -octeno.

28. El polímero arborescente con funcionalizacion terminal de la reivindicación 17, donde el compuesto de inímero se selecciona entre 4-(2-metoxiisopropil)estireno o 4-(epoxiisopropil)estireno.

29. El polímero arborescente con funcionalizacion terminal de la reivindicación 17, en el que el polímero arborescente con funcionalizacion terminal comprende adicionalmente al menos una carga.

30. Un proceso para producir un copolímero arborescente altamente ramificado que comprende: a. copolimerizar una mezcla de reacción que comprende al menos un inímero y al menos un monómero de para-metilestireno en un disolvente polar inerte en presencia de un co-iniciador de haluro de ácido de Lewis a una temperatura de aproximadamente -20 °C a aproximadamente -100 °C para formar un núcleo altamente ramificado; b. controlar la mezcla de reacción para una disminución de temperatura, indicativa de un consumo sustancial del monómero de para-metilestireno; c. añadir un monómero de isoolefina a la mezcla de reacción para formar bloques terminales en el núcleo altamente ramificado, produciendo de esta manera un copolímero arborescente; y d. separar el copolímero arborescente del disolvente polar.

31. El proceso de la reivindicación 30, en el que el proceso comprende adicionalmente purificar el copolímero arborescente después de la separación del disolvente a un nivel de purificación adecuado para la introducción del copolímero en el cuerpo humano sin presentar síntomas de rechazo.

32. El proceso de la reivindicación 30, en el que el proceso comprende adicionalmente purificar el inímero a un nivel de al menos el 99% de pureza antes de copolimerizarlo con el monómero de para-metilestireno.