CN111511817A - 具有连接的含硫代羰基硫基的基团的聚合物基底 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有共价连接的含硫代羰基硫基的基团的第一制品。更具体地,所述第一制品为官能化基底,所述官能化基底包括具有多个含硫代羰基硫基的基团的固体聚合物基底,所述多个含硫代羰基硫基的基团直接共价连接到所述固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子。本发明提供了制备具有共价连接的含硫代羰基硫基的基团的所述第一制品的方法。另外,本发明还提供了第二制品以及使用所述第一制品来生成具有共价连接的聚合物链的第二制品的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月20日提交的美国临时专利申请62/608176的权益,该专利申请的公开内容以引用的方式全文并入本文。
背景技术
受控自由基引发剂已用于合成各种聚合物材料。这些受控自由基引发剂中的一些可用于可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应。RAFT聚合方法可用来(例如)更容易地控制所得聚合物材料的分子量。
已使用各种方法来将聚合物材料连接到基底。例如,专利申请WO2015/050767(Rasmussen等人)、WO 2013/184366(Bothof等人)、WO 2015/050767(Rasmussen等人)、WO2014/204763(Rasmussen等人)描述了可用于结合各种生物材料的配体官能化基底。
发明内容
提供了第一制品、第二制品以及制备第一制品和第二制品两者的方法,该第一制品包括具有共价连接的含硫代羰基硫基的基团的固体聚合物基底,该第二制品包括具有共价连接的聚合物链的固体聚合物基底。更具体地,第一制品为具有固体聚合物基底的官能化基底,该固体聚合物基底具有共价连接的含硫代羰基硫基的基团。这些第一制品可用于形成具有共价连接的聚合物链的第二制品。官能化基底上的含硫代羰基硫基的基团可充当聚合反应的引发转移终止剂。有利的是,制品中所包括的固体聚合物基底的性质可为疏水性的或亲水性的,并且可以控制使用官能化基底形成的共价连接的聚合物链的分子量。
在第一方面,提供了制备包括官能化基底的第一制品的方法。该方法包括提供固体聚合物基底并在固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底。该方法还包括使经处理基底的自由基与包含含硫代羰基硫基的化合物的流体反应以使多个含硫代羰基硫基的基团直接共价键合至固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子,并形成官能化基底。
在第二方面,提供了包括官能化基底的第一制品。该官能化基底包含反应混合物的反应产物,该反应混合物包含a)经处理基底,该经处理基底包括具有自由基的固体聚合物基底;和b)流体,该流体包含含硫代羰基硫基的化合物。官能化基底具有多个含硫代羰基硫基的基团,该多个含硫代羰基硫基的基团直接并共价连接到固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子。
在第三方面,提供了一种制备具有固体聚合物基底的第二制品的方法,该固体聚合物基底具有连接的聚合物链。该方法包括提供固体聚合物基底并在固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底。该方法还包括使经处理基底的自由基与包含含硫代羰基硫基的化合物的流体反应以使多个含硫代羰基硫基的基团直接共价键合至固体聚合物基底,并形成官能化基底。该方法还包括通过使官能化基底与包含可自由基聚合单体的单体组合物接触来制备反应混合物。该方法还包括使反应混合物经受热或光化辐射处理,并形成直接并共价连接到固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子的聚合物链,该聚合物链为可自由基聚合单体的聚合产物。
在第四方面,提供了一种具有连接的聚合物链的制品。该制品包含固体聚合物基底和直接并共价连接到固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子的聚合物链。该聚合物链包含可自由基聚合单体组合物的聚合产物,其中聚合物链中的至少一些由硫醇或含硫代羰基硫基的基团封端。
具体实施方式
本发明提供了具有共价连接的含硫代羰基硫基的基团的第一制品。更具体地,第一制品为官能化基底,该官能化基底包括具有多个含硫代羰基硫基的基团的固体聚合物基底,该多个含硫代羰基硫基的基团直接共价连接到固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子。本发明提供了制备具有共价连接的含硫代羰基硫基的基团的第一制品的方法。另外,本发明还提供了第二制品以及使用第一制品来生成具有共价连接的聚合物链的第二制品的方法。
如本文所用,术语“一个”、“一种”、“所述”和“至少一种(个)”可互换使用。
术语“和/或”意指任一者或两者。例如,“A和/或B”意指仅A、仅B或A和B两者。
术语“烷基”是指为烷烃的基团的单价基团。烷基基团可具有1至32个碳原子、1至20个碳原子、1至12个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。烷基可为直链的、支链的、环状的、或它们的组合。直链烷基具有至少一个碳原子,而环状或支链烷基具有至少3个碳原子。在一些实施方案中,如果存在大于12个碳原子,则烷基为支链的。
术语“亚烷基”是指为烷烃的基团的二价基团。亚烷基基团可具有1至32个碳原子、1至20个碳原子、1至12个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。烷基可为直链的、支链的、环状的、或它们的组合。直链亚烷基具有至少一个碳原子,而环状或支链烷基具有至少3个碳原子。在一些实施方案中,如果存在大于12个碳原子,则亚烷基为支链的。
术语“烷氧基”是指式-ORa的单价基团,其中Ra为如上所定义的烷基。
术语“烯基”是指为烯烃基团的单价基团,该烯烃为具有至少一个碳-碳双键的烃化合物。在一些实施方案中,烯基具有单个碳-碳双键。在一些更具体的实施方案中,烯基具有烯属不饱和基团(碳-碳双键介于链中最后两个碳原子之间)。烯基可为直链的、支化的或环状的。烯基常常具有至少2个、至少3个、至少4个或至少5个碳原子,并且可具有至多32个碳原子、至多24个碳原子、至多20个碳原子、至多12个碳原子、至多10个碳原子或至多5个碳原子。
术语“烯氧基”是指式-ORb的单价基团,其中Rb为如上所定义的烯基。
术语“芳基”是指为芳族碳环化合物的基团的单价基团。芳基基团具有至少一个芳族碳环并且可具有1至3个连接至或稠合至芳族碳环的任选的环。另外的环可为芳族的、脂族的或它们的组合物。芳基基团通常具有5至20个碳原子,或6至10个碳原子。
术语“亚芳基”是指为芳族碳环化合物的基团的二价基团。亚芳基基团具有至少一个芳族碳环并且可具有1至3个连接至或稠合至芳族碳环的任选的环。另外的环可为芳族的、脂族的或它们的组合物。亚芳基基团通常具有5至20个碳原子,或6至10个碳原子。
术语“芳烷基”是指用至少一个芳基基团取代的烷基基团。即,芳烷基基团具有式-Rd-Ar,其中Rd为亚烷基,并且Ar为芳基。芳烷基基团含有6至40个碳原子。芳烷基基团常常包含亚烷基基团和芳基基团,该亚烷基基团具有1至20个碳原子或1至10个碳原子,该芳基基团具有5至20个碳原子或6至10个碳原子。
术语“芳烷氧基”是指具有式-O-Rd-Ar的单价基团,其中Rd和Ar与上文对于芳烷基所定义的相同。
术语“烷芳基”是指被至少一个烷基基团取代的芳基基团。即,烷芳基基团具有式-Ar1-Re,其中Ar1为亚芳基,并且Re为烷基。烷芳基基团含有6至40个碳原子。烷芳基基团常常包含亚芳基基团和烷基基团,该亚芳基基团具有5至20个碳原子或6至10个碳原子,该烷基基团具有1至20个碳原子或1至10个碳原子。
术语“芳氧基”是指式-O-Ar的单价基团,其中Ar为芳基。
术语“流体”是指液体和/或气体。
术语“官能化基底”是指具有多个共价连接的含硫代羰基硫基的基团的固体聚合物基底。
术语“引发转移终止剂”用来指在适当条件下可充当自由基引发剂、充当链转移剂或充当自由基链终止剂的官能团。
术语“聚合物”和“聚合物材料”可互换使用,并且是指使一种或多种单体反应而形成的材料。该术语包括均聚物、共聚物、三元共聚物等。同样地,术语“聚合”和“使……聚合”是指制备聚合物材料的过程,所述聚合物材料可以是均聚物、共聚物、三元共聚物等。
术语“硫代羰基硫基”是指二价基团-S-C(=S)-。
术语“经处理基底”是指具有多个自由基的固体聚合物基底,该多个自由基可用于与另一化合物(诸如含硫代羰基硫基的化合物)反应。
术语“在……的范围内(in a range of)”或“在……的范围内(in the rangeof)”可互换地使用,是指在该范围内的所有数值加上该范围的端点。
提供了包括官能化基底的第一制品以及制备第一制品的方法。术语“第一制品”和“官能化基底”可互换使用。该方法包括提供固体聚合物基底并在固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底。该方法还包括使经处理基底的自由基与包含含硫代羰基硫基的化合物的流体反应以使多个含硫代羰基硫基的基团直接共价键合至固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子,并形成官能化基底。共价连接的含硫代羰基硫基的基团可充当聚合反应中的引发转移终止剂。官能化基底可用作聚合物链转移剂或聚合物引发剂。因此,官能化基底可用于将聚合物链接枝到固体聚合物基底,从而形成第二制品。
该制品具有固体聚合物基底。也就是说,聚合物基底不是液体并且不溶解于溶液中。术语“固体聚合物基底”、“聚合物基底”和“基底”可互换使用。聚合物基底可为柔性或刚性的、多孔或无孔的,并且可为热塑性或热固性材料。聚合物基底可具有任何期望的尺寸、形状和形式。在许多示例中,聚合物基底为粒子、纤维、膜、非织造纤维网、织造纤维网、隔膜、海绵或片材的形式。在一些示例中,聚合物基底为多孔基底,诸如多孔膜或多孔非织造纤维网。
为了制备大制品或许多制品并且为了便于制造,聚合物基底可为卷的形式,诸如卷膜、非织造纤维网、织造纤维网、膜、海绵或片材。这允许使用卷绕加工来制备制品。
可使用任何聚合物材料来形成基底。在一些实施方案中,聚合物材料为热塑性的。合适的热塑性材料包括但不限于聚烯烃、聚(异戊二烯)、聚(丁二烯)、氟化聚合物、氯化聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚、聚(醚砜)、聚(砜)、聚(乙酸乙烯酯)以及它们的共聚物诸如聚(乙烯)-共-聚(乙酸乙烯酯)、聚酯诸如聚(乳酸)、聚(乙烯醇)以及它们的共聚物诸如聚(乙烯)-共-聚(乙烯醇)、聚(乙烯基酯)、聚(乙烯基醚)、聚(碳酸酯)、聚氨酯、聚((甲基)丙烯酸酯)以及它们的共聚物,以及它们的组合。
适用于基底的聚烯烃包括聚(乙烯)、聚(丙烯)、聚(1-丁烯)、乙烯和丙烯的共聚物、α烯烃共聚物(诸如,乙烯或丙烯与1-丁烯、1-己烯、1-辛烯和1-癸烯的共聚物)、聚(乙烯-共-1-丁烯)、聚(乙烯-共-1-丁烯-共-1-己烯)、聚(丁二烯)以及它们的共聚物,以及它们的组合。
适用于基底的氟化聚合物包括聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、偏二氟乙烯的共聚物(诸如,聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯))、三氟氯乙烯的共聚物(诸如,聚(乙烯-共-三氟氯乙烯)),以及它们的组合。
适用于基底的聚酰胺包括各种尼龙组合物,诸如例如聚(亚氨基己二酰亚氨基六亚甲基)、聚(亚氨基己二酰亚氨基十亚甲基)、聚己内酰胺,以及它们的组合。合适的聚酰亚胺包括聚(均苯四酰亚胺)以及它们的组合。
适用于基底的聚(醚砜)包括聚(二苯基醚砜)、聚(二苯砜-共-二亚苯基氧化砜)等,以及它们的组合。
适用于基底的乙酸乙烯酯的共聚物包括乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物以及乙酸乙烯酯、乙烯醇和乙烯的三元共聚物。
将含硫代羰基硫基的基团接枝到聚合物基底的表面以形成官能化基底,该官能化基底为第一制品。聚合物基底本身通常不含含硫代羰基硫基的基团。也就是说,聚合物基底不包含具有含硫代羰基硫基的基团的聚合物材料(例如,具有含硫代羰基硫基的侧基的(甲基)丙烯酸酯聚合物)并且/或者不包括包含具有含硫代羰基硫基的基团的聚合物材料的涂层。另选地,可将另外的含硫代羰基的基团接枝到聚合物基底或接枝到包含含硫代羰基硫基的基团的涂层。接枝可显著增大聚合物基底的表面上含硫代羰基硫基的基团的密度。
如果聚合物基底为多孔的,则孔可具有任何期望的平均尺寸。在一些实施方案中,孔为大孔、中孔、微孔或它们的混合物。如本文所用,术语“大孔”是指具有直径大于50纳米的孔的材料,术语“中孔”是指具有直径在2纳米至50纳米范围内的孔的材料,并且“微孔”是指具有直径小于2纳米的孔的材料。
如果使用第二制品来分离生物材料,则聚合物基底常常为平均孔径(孔的平均最长直径)常常大于0.1微米的多孔膜,以最大程度减小尺寸排阻分离、最大程度减少扩散限制以及最大程度增加表面积和分离。一般来讲,平均孔径可在0.1至10微米的范围内。例如,平均孔径为至少0.2微米、至少0.4微米、至少0.6微米、至少0.8微米并且至多8微米、至多6微米、至多4微米或至多2微米。
在一些应用中,优选的多孔聚合物基底是大孔膜,诸如热致相分离(TIPS)膜。通常通过形成热塑性材料和具有超出该热塑性材料的熔点的第二材料的溶液来制备TIPS膜。当冷却时,该热塑性材料结晶并与该第二材料发生相分离。经常拉伸结晶的材料。任选地在拉伸之前或之后去除第二材料。大孔膜还描述于美国专利4,539,256(Shipman)、4,726,989(Mrozinski)、4,867,881(Kinzer)、5,120,594(Mrozinski)、5,260,360(Mrozinski)和5,962,544(Waller,Jr.)中。一些示例性的TIPS膜包含聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚烯烃诸如聚(乙烯)或聚(丙烯)、含乙烯基的聚合物或共聚物诸如乙烯-乙烯基醇共聚物、和含丁二烯的聚合物或共聚物以及含(甲基)丙烯酸酯的聚合物或共聚物。包含PVDF的TIPS膜还描述于美国专利7,338,692(Smith等人)中。
在一些实施方案中,多孔基底可包括尼龙大孔膜或片材(例如,大孔膜),诸如美国专利6,056,529(Meyering等人)、6,267,916(Meyering等人)、6,413,070(Meyering等人)、6,776,940(Meyering等人)、3,876,738(Marinaccio等人)、3,928,517(Knight等人)、4,707,265(Barnes,Jr.等人)和5,458,782(Hou等人)中所描述的那些。
在其他实施方案中,多孔基底可为非织造纤维网,其可包括由任何通常已知的用于生产非织造纤维网的工艺制造的非织造纤维网。如本文所用,术语“非织造纤维网”是指这样的织物,该织物具有以毡状方式随机和/或单向插入的单纤维或细丝的结构。
例如,可通过湿法成网技术、梳理成网技术、气纺技术、射流喷网技术、纺粘技术或熔喷技术或它们的组合制备该纤维非织造网。纺粘纤维通常为小直径纤维,它们是通过经由喷丝头的多个细小的、通常为圆形的毛细管将熔融的热塑性聚合物以细丝形式挤出而形成的,其中挤出的纤维的直径迅速减小。熔喷纤维通常通过经由多个细小的、通常圆形的模头毛细管将熔融的热塑性材料以熔融的线或细丝挤出到高速的通常被加热的气体(例如空气)流中而形成,该气体流使熔融的热塑性材料的细丝细化以减小它们的直径。然后,熔喷纤维被高速气体流携带并被沉积在收集面上,以形成随机分散的熔喷纤维的纤维网。任何非织造纤维网均可由单一类型的纤维或在热塑性聚合物的类型和/或厚度方面不同的两种或更多种纤维制成。
可用的非织造纤维网的制造方法的其他细节已描述于Wente,“超细热塑性纤维”,《工业与工程化学》,第48卷,第1342页,1956年(Wente,“Superfine ThermoplasticFibers,”Indus.Eng.Chem.,48,1342(1956))和Wente等人,“超细有机纤维的制造”,《美国海军研究实验室第4364号报告》,1954年(Wente et al.,“Manufacture of SuperfineOrganic Fibers,”Naval Research Laboratories Report No.4364(1954))中。
非织造纤维网基底还可任选地包括一层或多层稀松布。例如,非织造纤维网的任一个或全部两个主表面还可任选地各自包括稀松布层。将稀松布(其通常为由纤维制成的织造或非织造增强层)包括在内以向非织造纤维网提供强度。合适的稀松布材料包括但不限于尼龙、聚酯、玻璃纤维、聚乙烯、聚丙烯等等。稀松布的平均厚度可变化,但常常在从约25微米至约100微米,优选约25微米至约50微米的范围内。稀松布层可任选地粘结到非织造制品。多种粘合剂材料可用于将稀松布粘结到非织造纤维网。另选地,稀松布可热粘结到非织造纤维网。
非织造基底的孔隙度通常通过特性诸如纤维直径或基重或密实度来表征,而不是通过孔径来表征。非织造基底的纤维通常为有效纤维直径为至少0.5、1、2或甚至4微米并且至多15、10、8或甚至6微米的微纤维,如根据Davies,C.N.,“气载尘埃和粒子的分离”,机械工程研究所,伦敦,程序1B,1952年(Davies,C.N.,“The Separation of Airborne Dustand Particles,”Institution of Mechanical Engineers,London,Proceedings 1B,1952)所提出的方法计算。非织造基底的基重优选在至少5、10、20或甚至50g/m2;并且至多800、600、400、200或甚至100g/m2的范围内。非织造纤维网的最小拉伸强度为约4.0牛顿。通常认为,由于在横幅方向的纤维粘结与缠结更佳,所以非织造基底的拉伸强度在纵向低于在横幅方向。
非织造纤维网蓬松度通过纤维网的密实度来测量,密实度是限定纤维网体积中的固体比率的参数。密实度值越低指示纤维网蓬松度越大。密实度(α)为通常由下式表示的无量纲分数:α=mf÷ρf×L非织造物,其中mf为每样品表面积的纤维质量,ρf为纤维密度,并且L非织造物为非织造物厚度。本文所用的密实度是指非织造基底本身而不是官能化非织造基底。当非织造基底包含两种或更多种纤维的混合物时,使用相同的L非织造物确定每一种纤维的单独的密实度,并且将这些单独的密实度加在一起来获得纤维网的密实度α。
第一制品包括具有多个含硫代羰基硫基的基团的官能化基底,该多个含硫代羰基硫基的基团直接并共价连接到聚合物基底的表面。含硫代羰基硫基的基团通常共价连接到固体聚合物基底的聚合物主链上的碳原子。含硫代羰基硫基的基团通过与固体聚合物基底的表面上的自由基反应而共价连接。可使用各种方法在该表面上生成自由基。具有可用于进一步反应的自由基的聚合物基底被称为经处理基底。
在形成经处理基底的第一方法中,制备吸收溶液。吸收溶液包含溶解于溶剂中的II型光引发剂。溶剂可包括水和/或有机溶剂。将吸收溶液作为涂层施加至聚合物基底的表面。然后使涂层经受光化辐射处理,该光化辐射通常在电磁波谱的紫外区域中。在经受光化辐射处理时,II型光引发剂从聚合物基底提取氢,从而导致在其表面上生成自由基并形成经处理基底。
包含在吸收溶液中的II型光引发剂通常为芳族酮化合物。示例包括但不限于二苯甲酮、羧基二苯甲酮、4-(3-磺基丙氧基)二苯甲酮钠盐、米氏酮、苯偶酰、蒽醌、5,12-萘并萘醌、乙酰蒽醌、苯并(A)蒽-7,12-二酮、1,4-屈醌、6,13-五并苯醌、5,7,12,14-五并苯四酮、9-芴酮、蒽酮、氧杂蒽酮、噻吨酮、2-(3-磺基丙氧基)噻吨-9-酮、吖啶酮、二苯并环庚酮、苯乙酮和色酮。
吸收溶液可包含任何合适量的II型光引发剂。基于II型光引发剂和溶剂的总重量计,浓度常常在0.1重量%至20重量%的范围内。例如,浓度可为至少0.2重量%、至少0.5重量%、至少1重量%、至少2重量%或至少5重量%,并且取决于其在溶剂中的溶解度可为至多20重量%、至多16重量%、至多12重量%、至多10重量%、至多8重量%、至多6重量%或至多5重量%。
适用于吸收溶液中的溶剂通常为有机溶剂,但也可为水(当II型光引发剂为水溶性的时)或者水与有机溶剂的混合物。合适的非质子极性有机溶剂包括酯(例如乙酸乙酯、乙酸丙酯)、乙酸烷氧基烷基酯(例如乙酸甲氧基乙酯、乙酸乙氧基乙酯、乙酸丙氧基乙酯和乙酸丁氧基乙酯)、磷酸三烷基酯诸如磷酸三乙酯、酮(例如丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮和甲基异丁基酮)、亚砜(例如二甲基亚砜)。合适的质子极性有机溶剂包括醇(例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇和叔丁醇)、二醇(例如乙二醇和丙二醇)、乙二醇醚(例如甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、甲基卡必醇和乙基卡必醇)以及它们的混合物。如果需要,溶剂可为水(例如,当II型光引发剂可溶于水时)或可为与水混合的有机溶剂。合适的非极性有机溶剂包括烷烃(例如戊烷、己烷、庚烷、异辛烷和癸烷)、芳族溶剂(例如苯、甲苯和二甲苯)和醚(例如二乙醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷)。虽然醇和醚在某些情况下可能是有用的,但是大多数醇和醚由于它们倾向于发生干扰夺氢反应而不优选作为溶剂。
可使用任何施加吸收溶液的方法。在许多方法中,将吸收溶液作为涂层施加至聚合物基底。如果聚合物基底为多孔的,则可在使经处理基底经受光化辐射处理之前施加压力以移除气泡和过量的吸收溶液。例如,可施加对光化辐射透明的覆盖膜,使得吸收涂层定位在聚合物基底和覆盖膜之间。可向覆盖膜的与吸收涂层相对的表面施加压力。
光化辐射源常常为紫外(UV)光源。UV光可由各种光源诸如发光二极管(LED)、黑光灯、中压汞灯等或它们的组合提供。光化辐射也可设置有更高强度的光源,诸如可购自辐深紫外系统公司(Fusion UV Systems Inc)的那些。紫外光源可为相对较低光强光源,诸如在280至400纳米的波长范围内提供通常为10mW/cm2或更小光强的黑光灯(如例如利用由位于弗吉尼亚州斯特林的电子仪器技术公司(Electronic Instrumentation&Technology,Inc.,Sterling,VA)制造的UVIMAPTMUM365 L-S辐射计,如根据由美国国家标准与技术研究院(United States National Institute of Standards and Technology)批准的程序测量的)。另选地,可使用相对较高光强光源诸如中压汞灯,该中压汞灯提供通常大于10mW/cm2,优选介于15和450mW/cm2之间的强度。暴露时间可长达约30分钟或甚至更长。
在一些实施方案中,优选使用在电磁光谱的紫外区域中发射窄光谱的光。这些光源(其包括LED和激光器)可提高生成自由基的速率,或者可提高聚合的速率,同时保持后续单体接枝步骤中聚合物材料的反应性质。
在固体聚合物基底的表面上生成自由基时可存在含硫代羰基硫基的化合物,或者可在生成自由基后引入含硫代羰基硫基的化合物。如果在自由基生成期间存在含硫代羰基硫基的化合物,则它通常与II型光引发剂一起溶解于吸收溶液中。如果在自由基生成期间不存在含硫代羰基硫基的化合物,则通过夺氢来源于II型光引发剂的中间自由基通常与基底表面上的自由基偶联以形成半频哪醇型化合物。可将含硫代羰基硫基的化合物作为第二涂层施加至包含半频哪醇基团的固体聚合物基底。再次使被涂覆的基底经受光化辐射处理,以再生基底自由基并将含硫代羰基硫基的基团转移至基底的表面。
在用于在聚合物基底的表面上生成自由基的其他方法中,基底本身是光敏的。制备包含溶解于溶剂中的含硫代羰基硫基的化合物的吸收溶液。将吸收溶液作为涂层施加至聚合物基底的表面。然后使涂层经受光化辐射处理,该光化辐射通常在电磁波谱的紫外区域中。在经受光化辐射处理时,聚合物基底吸收足够的能量,使得其共价键中的一些断裂,从而导致在其表面上生成自由基并形成经处理基底。随后将含硫代羰基硫基的基团转移至基底。光敏聚合物基底的示例包括聚砜和聚(醚砜)。其他光敏聚合物基底常常包含芳族基团,诸如例如聚(甲基苯基硅烷)和基于二苯甲酮四羧酸二酐的各种聚酰亚胺的均聚物和嵌段共聚物。
在用于在聚合物基底的表面上生成自由基的其他方法中,使用电离辐射而不是II型光引发剂。如本文所用,术语“电离辐射”是指剂量和能量足以在聚合物基底的表面上和/或本体中形成自由基反应位点的辐射。如果辐射被聚合物基底吸收,并导致基底中的化学键断裂和自由基形成,则辐射具有足够的能量。电离辐射常常为β辐射、γ辐射、电子束辐射、x射线辐射、等离子体辐射或其他合适类型的电磁辐射。优选地,在惰性环境中进行电离辐射以防止氧气与自由基反应。
在该方法的许多实施方案中,由于合适的发生器易得,因此电离辐射为电子束辐射、γ射线辐射、x射线辐射或等离子体辐射。电子束发生器可商购获得,诸如例如得自美国马萨诸塞州威明顿的能源科学公司(Energy Sciences,Inc.(Wilmington,MA,USA))的ESIELECTROCURE EB系统和得自美国衣阿华州达文波特的电子束技术公司(E-beamTechnologies(Davenport,IA,USA))的BROADBEAM EB处理器。γ射线辐射发生器可从MDSNordion公司商购获得,其使用钴60高能量源。
对于任何给定类型的电离辐射,可根据由宾夕法尼亚州西康舍霍肯的美国材料和试验协会(ASTM International(West Conshohocken,PA))制定的ISO/ASTM52628-13“在辐射加工中剂量计的标准操作”测量递送的剂量。通过改变提取器栅极电压、束直径、暴露时间和距辐照源的距离,可得到各种剂量率。
当使用电离辐射时,通常在与含硫代羰基硫基的化合物接触之前在聚合物基底的表面上形成自由基。也就是说,第一步骤是在固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底,第二步骤是将含硫代羰基硫基的化合物的涂层施加至经处理基底。含硫代羰基硫基的化合物和具有自由基的聚合物基底(即,经处理基底)反应以使含硫代羰基硫基的基团共价连接到聚合物基底,从而形成官能化基底。
含硫代羰基硫基的基团通常连接到(例如,接枝到)官能化基底中的聚合物基底。在大多数情况下,含硫代羰基硫基的基团直接连接到聚合物基底的碳原子。在聚合物基底和含硫代羰基基团之间通常不存在居间的连接基团,诸如酯键、酰胺键、氨基甲酸酯键、醚键、硅氧烷键等。含硫代羰基基团常常不是已知有效作为用于可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应的试剂的那些。
在许多实施方案中,含硫代羰基硫基的基团具有式-S-C(=S)-R1。通常将含硫代羰基硫基的基团中的基团R1选择为烷氧基、芳烷氧基、烯氧基或-N(R4)2。每个R4为烷基,或者两个相邻的R4基团和与这两个基团均连接的氮结合以形成具有1至3个选自氮、氧和硫的杂原子的第一杂环,该第一杂环为饱和的或不饱和的,并且任选地稠合至一个或多个第二环,该一个或多个第二环为碳环或杂环。
适用于R1的烷氧基基团通常具有至少1个碳原子、至少2个碳原子、至少3个碳原子或至少4个碳原子,并且可具有至多20个碳原子、至多18个碳原子、至多16个碳原子、至多12个碳原子或至多10个碳原子。一些示例性烷氧基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、2至10个碳原子、1至6个碳原子、2至6个碳原子或1至4个碳原子。
适用于R1的烯氧基基团通常具有至少2个碳原子、至少3个碳原子或至少4个碳原子,并且可具有至多20个碳原子、至多18个碳原子、至多16个碳原子、至多12个碳原子或至多10个碳原子。一些示例性烯氧基基团具有2至20个碳原子、2至10个碳原子、2至6个碳原子或2至4个碳原子。
适用于R1的芳烷氧基基团通常包含亚烷基基团和芳基基团,该亚烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子,该芳基基团具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。芳烷氧基基团中的芳基基团常常为苯基。
在含硫代羰基硫基的基团的一些实施方案中,R1具有式-N(R4)2,其中每个R4为烷基,或者其中两个相邻的R4基团和与这两个基团均连接的氮结合以形成具有1至3个选自氮、氧和硫的杂原子和2至5个碳原子的第一杂环,该第一杂环为饱和的或不饱和的(例如,部分或完全不饱和的),并且任选地稠合至一个或多个第二环,该一个或多个第二环为碳环或杂环。
合适的烷基R4基团通常具有至少1个碳原子、至少2个碳原子、至少3个碳原子或至少4个碳原子,并且可具有至多20个碳原子、至多18个碳原子、至多16个碳原子、至多12个碳原子或至多10个碳原子。一些示例性烷基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、2至10个碳原子、1至6个碳原子、2至6个碳原子或1至4个碳原子。
当式-N(R4)2形成第一杂环时,该杂环通常具有第一环结构,该第一环结构具有5至7个环成员或5至6个环成员并且在环中具有1至3个杂原子或1至2个杂原子。不是杂原子的环成员为碳。如果在第一环结构中存在一个杂原子,杂原子为氮。如果在第一环结构中存在两个或三个杂原子,一个杂原子为氮,并且任何另外的杂原子选自氮、氧和硫。第一环任选地可稠合至一个或多个第二环结构,该一个或多个第二环结构为杂环或碳环并且为饱和的或不饱和的(例如,部分或完全不饱和的)。如果第二环结构为杂环,则它通常具有5至7个或5至6个环成员以及1、2或3个选自氮、氧和硫的杂原子。如果第二环结构为碳环,则它常常为苯或具有5或6个环成员的饱和环。在许多实施方案中,杂环具有单环结构,该单环结构具有5或6个环成员并且在环中具有1或2个杂原子。杂环的示例包括但不限于吗啉基、硫代吗啉基、吡咯烷基、哌啶基、高哌啶基、吲哚基、咔唑基、咪唑基和吡唑基。
含硫代羰基硫基的化合物可由以下通式表示:
Q-S-C(=S)-R1,其中Q为化合物的其余部分。如果含硫代羰基硫基的化合物包含一个以上此类基团,则基团Q可包括式-S-C(=S)-R1的第二基团(或甚至第三基团)。基团R1与上文定义的相同。含硫代羰基硫基的化合物与固体聚合物基底(SS)反应,如反应方案A所示。
反应方案A
在反应方案A中,首先在固体基底上生成自由基位点。SS*表示具有自由基的固体聚合物基底(即,经处理基底)。当含硫代羰基硫基的化合物与具有自由基的固体基底接触时,基团-S-C(=S)-R1通过硫稳定的中间自由基转移至固体基底,随后排出自由基Q*。这导致自由基从基底表面转移至含硫代羰基硫基的化合物的基团Q。反应方案A的第二公式中的反应被示为可逆的;然而,反应不一定是可逆的,前提条件是正向反应可发生。官能化基底为SS-S-C(=S)-R1。虽然为简单起见反应方案A仅示出一个-S-C(=S)-R1基团连接到固体基底,但在官能化基底上存在多个此类连接的基团。
含硫代羰基硫基的化合物中的基团Q在反应方案A所示的转移过程中变成自由基。可将该基团选择成使得S-Q键足够弱以允许均裂而无任何副反应。与典型的RAFT聚合反应相比,不需要选择排出自由基(Q*)以使得其可引发自由基聚合反应,因为在含硫代羰基硫基的基团共价连接到固体基底时不存在单体。这允许使用通常不用于典型RAFT受控自由基聚合反应中的含硫代羰基硫基的化合物。
因此,排出的自由基(Q*)可为伯自由基,这与典型RAFT聚合中使用的仲自由基或叔自由基相反。排出的自由基可引起转移反应的逆转(即,如果反应方案A的第二步骤中所示的反应是可逆的,则共价连接的基团-S-C(=S)-R1可与排出的自由基(Q*)结合以重新形成Q-S-C(=S)-R1,从而导致自由基在基底的表面上重新形成)。另选地,排出的自由基(Q*)可在本领域熟知的多种自由基终止过程中诸如通过偶联形成Q-Q而失活。
一些示例性含硫代羰基硫基的化合物为式(I)的对称化合物。
R1-C(=S)-S-S-C(=S)-R1 (I)
基团R1与上文定义的相同。式(I)的含硫代羰基硫基的化合物的示例包括但不限于二黄原酸(其中R1为乙氧基)和四乙基秋兰姆二硫化物(其中R1具有式-N(R4)2,其中每个R4为乙基)。
其他示例性含硫代羰基硫基的化合物具有式(II)。
在式(II)中,每个R1为烷氧基、芳烷氧基、烯氧基或-N(R4)2。适用于R1的烷氧基、芳烷氧基、烯氧基和-N(R4)2基团与上文针对含硫代羰基硫基的基团所述的相同。基团R2具有式-(OR5)q-OR6或具有式-C(=O)-X-R7。基团R3为氢、烷基、芳基、取代的芳基(即,被至少一个烷基、烷氧基或卤素取代的芳基)、烷芳基、式-C(=O)-OR8的基团或式-C(=O)-N(R9)2的基团。基团R5为亚烷基,基团R6为烷基,并且q为等于至少0的整数。基团R7为氢、烷基、芳基、芳烷基或取代的芳基(即,用至少一个烷基、烷氧基或卤素取代的芳基)。基团R8和R9各自独立地为烷基、芳基、芳烷基、烷芳基。基团X为单键、氧基或-NR10。基团R10为氢、烷基、芳基、芳烷基或烷芳基。
在式(II)的一些实施方案中,基团R2具有式-(OR5)q-OR6。在式-(OR5)q-OR6中,变量q为等于至少0的整数。换句话说,R2与其所连接的碳原子(即,两个二硫代氨基甲酸酯或二硫代碳酸酯基团之间的碳原子)形成醚或聚醚基团。在许多实施方案中,q等于0、至少1、至少2或至少3且至多20或更大、至多10、至多8、至多6、至多4或至多2。例如,q可在0至20、0至10、0至6、0至4或0至2的范围内。当q等于0时,R2等于式-OR6的烷氧基基团。基团R6为烷基。基团R5(如果存在的话)为亚烷基。适用于R5和R6的烷基和亚烷基基团通常具有至少1个碳原子、至少2个碳原子、至少3个碳原子或至少4个碳原子,并且可具有至多20个碳原子、至多18个碳原子、至多16个碳原子、至多12个碳原子或至多10个碳原子。一些示例性烷基和亚烷基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、2至10个碳原子、1至6个碳原子、2至6个碳原子或1至4个碳原子。在其中R2具有式-(OR5)q-OR6的许多示例中,q为0,并且R2具有式-OR6。
在式(II)的其他实施方案中,基团R2具有式-C(=O)-X-R7,其中R7为氢、烷基、芳基、取代的烷基或烷芳基,并且其中X为单键、氧基或-NR10-(其中R10为氢、烷基、芳基、芳烷基或烷芳基)。也就是说,当X为氧基时,R2为酯基团,当X为-NR10-时,R2为酰胺基团,并且当X为单键时,R2为酮基团。当R7和/或R10为烷基时,该烷基基团通常具有至少1个碳原子、至少2个碳原子、至少3个碳原子或至少4个碳原子,并且可具有至多20个碳原子、至多18个碳原子、至多16个碳原子、至多12个碳原子或至多10个碳原子。一些示例性烷基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、2至10个碳原子、1至6个碳原子、2至6个碳原子或1至4个碳原子。当R7和/或R10为芳基时,该芳基常常具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。芳基常常为苯基。当R7和/或R10为烷芳基时,该烷芳基基团常常包含亚芳基基团和烷基基团,该亚芳基基团具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子,该烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。烷芳基基团中的亚芳基基团常常为亚苯基或二亚苯基。当R10为芳烷基时,该芳烷基基团常常包含亚烷基基团和芳基基团,该亚烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子,该芳基基团具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。芳烷基基团中的芳基基团常常为苯基。当R7为取代的芳基时,它可被烷基、烷氧基或卤素取代。烷基和烷氧基取代基团常常具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子以及具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子的芳基基团。卤素取代基团可为氯、溴、氟或碘。
通常,当R2为式-C(=O)-X-R7的基团时,R7为烷基。基团X常常为单键、氧基或-NH-。
在式(II)的许多实施方案中,基团R3为氢。也就是说,式(II)常常具有式(II-1)。
在式(II)的其他实施方案中,基团R3为烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、式-C(=O)-OR8的基团或式-C(=O)-N(R9)2的基团。基团R8和R9各自为烷基、芳基、芳烷基、烷芳基。当R3和/或R8和/或R9为烷基时,该烷基基团通常具有至少1个碳原子、至少2个碳原子、至少3个碳原子或至少4个碳原子,并且可具有至多20个碳原子、至多18个碳原子、至多16个碳原子、至多12个碳原子或至多10个碳原子。一些示例性烷基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、2至10个碳原子、1至6个碳原子、2至6个碳原子或1至4个碳原子。当R3和/或R8和/或R9为芳基时,该芳基常常具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。芳基常常为苯基。当R3和/或R8和/或R9为烷芳基时,该烷芳基基团常常包含亚芳基基团和烷基基团,该亚芳基基团具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子,该烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。烷芳基基团中的亚芳基基团常常为亚苯基或二亚苯基。当R3和/或R8和/或R9为芳烷基时,该芳烷基基团常常包含亚烷基基团和芳基基团,该亚烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子,该芳基基团具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。芳烷基基团中的芳基基团常常为苯基。
式(II)的化合物可使用任何合适的方法来形成。一种此类方法示于针对化合物的反应方案B中,其中R2具有式-(OR5)q-OR6。在许多此类化合物中,q为零,并且R2为-OR6。
反应方案B
在反应II中,使式(4)的化合物与式(3)的化合物反应以制备对应于上文式(II)的式(5)的化合物。反应II通常在有机溶剂诸如丙酮、乙腈或醇的存在下,在介于约0℃和约80℃之间的温度下进行。式(3)的化合物可例如通过用二硫化碳处理式(1)的盐来形成(反应I)。化合物(1)为烷氧化物、芳氧化物或胺的盐,其中M+为碱金属离子、四烷基铵离子、三烷基铵离子或二烷基铵离子。
在反应方案B的一些示例中,使可商购获得的化合物(4)与可商购获得的化合物(3)反应。可商购获得的化合物(4)的示例包括但不限于二氯甲基甲基醚、二氯甲基丁基醚、二氯甲氧基乙酸甲酯。可商购获得的化合物(3)的示例包括但不限于三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠和各种黄原酸盐,诸如乙基黄原酸钾、乙基黄原酸钠、异丙基黄原酸钾、异丙基黄原酸钠和戊基黄原酸钾。
另一种方法示于用于制备式(II)的化合物的反应方案C中,其中R2为式-C(=O)-X-R7的酰胺或酯基团,并且R3为氢。
反应方案C
在该反应方案中,使二氯乙酰氯(化合物(11))与式R7-XH的化合物(化合物(12),其为醇(R7-OH)或胺(R7-NR10H))反应(反应III)。也就是说,X为氧基或-N(R10)-。反应III常常在碱(诸如三甲胺)和催化剂(诸如吡啶或二甲基氨基吡啶)存在下进行。存在的任何有机溶剂通常为非质子溶剂,诸如二氯甲烷或四氢呋喃。反应III的产物为式CHCl2-C(=O)-XR7的化合物(13)。使化合物(13)与化合物(16)(其可通过式R1-M+的化合物(化合物(14))与二硫化碳(15)的反应(反应IV)来形成)反应(反应V)。化合物(14)为烷氧化物或胺的盐,其中M+通常为碱金属离子、四烷基铵离子、三烷基铵离子或二烷基铵离子。化合物(13)与化合物(16)的反应(反应V)通常在有机溶剂诸如丙酮、乙腈或醇的存在下,在介于约0℃和约80℃之间的温度下进行。
在反应方案C的一些示例中,使可商购获得的式CHCl2-C(=O)-XR7的化合物(其为化合物(13))与可商购获得的式R1-C(=S)-S-M+的化合物(其为化合物(16))反应。可商购获得的化合物(13)的示例包括但不限于二氯乙酸甲酯、二氯乙酸乙酯和二氯乙酸丁酯。可商购获得的化合物(16)的示例包括但不限于三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠和各种黄原酸盐,诸如乙基黄原酸钾、乙基黄原酸钠、异丙基黄原酸钾、异丙基黄原酸钠和戊基黄原酸钾。
形成式(II)的化合物的另一种方法示于针对化合物的反应方案D中,其中R2为式-C(=O)-R7的酮基团并且R3为氢。为了成为酮基团,式-CO-X-R7中的X为单键。
反应方案D
在该反应方案中,使二卤代酮化合物(化合物(21))与式R1-C(=S)-S-M+的化合物(其为如反应VII中所示的化合物(3))反应。化合物(3)可例如通过用二硫化碳处理式(1)的盐来形成(反应I)。化合物(1)为烷氧化物、芳氧化物或胺的盐,其中M+为碱金属离子、四烷基铵离子、三烷基铵离子或二烷基铵离子。反应I常常在有机溶剂诸如丙酮、乙腈或醇的存在下,在介于约0℃和约80℃之间的温度下进行。化合物(21)与化合物(3)的反应(反应VII)通常在有机溶剂诸如丙酮、乙腈或醇的存在下,在介于约0℃和约80℃之间的温度下进行。
在反应方案D的一些示例中,可商购获得的式R2-C(=O)-CHCl2和R2-C(=O)-CHBr2的化合物(化合物(21))包括1,1-二氯丙-2-酮、2,2-二氯-1-苯基-乙酮、2,2-二溴-1-(4-溴苯基)乙酮、1,1-二氯-3,3-二甲基-2-丁酮和1,1-二氯-3,3-二甲基-2-丁酮。化合物(3)的示例包括但不限于三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠和各种黄原酸盐,诸如乙基黄原酸钾、乙基黄原酸钠、异丙基黄原酸钾、异丙基黄原酸钠和戊基黄原酸钾。
在式(II)的化合物的一些实施方案中,基团R1为烷氧基、芳氧基、芳烷氧基或烯氧基基团。此类R1基团具有式-OR11,其中R11为烷基、芳基、芳烷基或烯基基团。也就是式(II-A)的化合物。
这些化合物为在两个二硫代碳酸酯基团之间具有单个碳原子的双-二硫代碳酸酯化合物。
在一些其他更具体的式(II-A)的化合物中,R11为烯基(即,-OR11为烯氧基),R2为烷氧基(R2具有式-(OR5)q-OR6,当q为零时,其等于-OR6),并且R3为氢。具体的示例性化合物包括但不限于1,1-双(10-十一烯氧基硫代羰基磺胺基)甲基醚。
在其他更具体的式(II-A)的化合物中,R11为烷基(即,-OR11为烷氧基),R2为烷氧基(R2具有式-(OR5)q-OR6,当q为零时,其等于-OR6),并且R3具有式-C(=O)-OR8,其中R8为烷基。具体示例为2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)-2-甲氧基-乙酸甲酯。
在式(II-A)的一些实施方案中,R3为氢,R2为烷氧基(R2具有式-(OR5)q-OR6,当q为零时,其等于-OR6),并且式(II)的R1为烷氧基、芳烷氧基或烯氧基。此类化合物具有式(II-A1)。
基团R11为烷基、芳烷基或烯基。在式(II-A1)的许多实施方案中,R6为烷基。具体的示例性化合物包括但不限于1,1-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)甲基甲基醚、1,1-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)甲基丁基醚或1,1-双(乙氧基硫代羰基磺胺基)甲基丁基醚。
在式(II-A)的其他实施方案中,R3为氢,R2为式-C(=O)-X-R7的基团,并且R1为烷氧基、芳烷氧基或烯氧基。此类化合物具有式(II-A2)。
基团R11为烷基、芳烷基或烯基。基团R11常常为烷基。其中X等于氧基并且R7为烷基的式(II-A2)的化合物的示例包括但不限于2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酸-2-乙基己酯、2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酸甲酯和2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酸叔丁酯。其中X为单键并且R7为烷基的式(II-A2)的示例性化合物为1,1-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)-2-丙酮。其中X为单键并且R7为芳基或取代的芳基的式(II-A2)的化合物的示例为2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)-1-苯基乙酮和2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)-1-(4-溴苯基)乙酮。其中X等于氧基并且R7为芳基的式(II-A2)的化合物的示例为2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酸苯酯。其中X等于-NR10-的式(II-A2)的化合物的示例为N,N-二丁基-2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酰胺。在该化合物中,R7和R10两者均为烷基(即丁基)基团。
在式(II)的化合物的其他实施方案中,基团R1具有式-N(R4)2,如式(II-B)中所示。
这些化合物为在两个二硫代碳酸酯基团之间具有单个碳原子的双-二硫代氨基甲酸酯化合物。
在式(II-B)的一些实施方案中,R3为氢,并且R2为烷氧基(R2具有式-(OR5)p-OR6,当p为零时,其等于-OR6)。此类化合物具有式(II-B1)。
在许多此类化合物中,每个R4为烷基。具体的示例性化合物包括但不限于1,1-双(二乙基硫代氨甲酰基磺胺基)甲基丁基醚和1,1-双(二乙基硫代氨甲酰基磺胺基)甲基甲基醚。
在式(II-B)的其他实施方案中,R3为氢,并且R2为式-C(=O)-X-R7的基团。此类化合物具有式(II-B2)。
基团R7常常为烷基。其中X等于氧基并且R7为烷基的式(II-B2)的化合物的示例包括但不限于2,2-双(二乙基硫代氨甲酰基磺胺基)乙酸-2-乙基己酯、2,2-双(二乙基硫代氨甲酰基磺胺基)乙酸甲酯和2,2-双(二乙基硫代氨甲酰基磺胺基)乙酸辛酯。
其他示例性含硫代羰基硫基的化合物具有式(III)。
R1-C(=S)-S-CH2-R12 (III)
基团R1与上文针对含硫代羰基硫基的基团所定义的相同。R12为式-C(=O)-OR13的基团,其中每个R13为氢、烷基、芳基、芳烷基或烷芳基;式-C(=O)-R14的基团,其中每个R14独立地为烷基、芳基、芳烷基或烷芳基;式-OR15的基团,其中R15为烷基、芳基、芳烷基或烷芳基;或式-C(=O)-N(R16)2的基团,其中R16各自独立地为氢或烷基。当R13为氢时,R12基团可被中和,使得它为式-C(=O)-O-M+的基团,其中M+为碱金属离子、四烷基铵离子、三烷基铵离子或二烷基铵离子。
合适的R13、R14、R15和R16烷基基团通常具有至少1个碳原子、至少2个碳原子、至少3个碳原子或至少4个碳原子,并且可具有至多20个碳原子、至多18个碳原子、至多16个碳原子、至多12个碳原子或至多10个碳原子。一些示例性烷基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、2至10个碳原子、1至6个碳原子、2至6个碳原子或1至4个碳原子。
合适的R13、R14或R15芳基基团通常具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。在许多实施方案中,芳基基团为苯基。
合适的R13、R14或R15芳烷基基团通常包含亚烷基基团和芳基基团,该亚烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子,该芳基基团具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。芳烷基基团中的芳基基团常常为苯基。
合适的R13、R14或R15烷芳基基团通常包含亚芳基基团和烷基基团,该亚芳基基团具有5至12个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子,该烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。烷芳基基团中的亚芳基基团常常为亚苯基或二亚苯基。
连接到聚合物基底的含硫代羰基硫基的基团的量通常在0.1至100微摩尔/克第一制品(即,微摩尔/克官能化基底)的范围内。该量常常为至少0.2微摩尔/克、至少0.5微摩尔/克、至少1微摩尔/克、至少2微摩尔/克、至少4微摩尔/克、至少5微摩尔/克或至少10微摩尔/克,并且常常为至多100微摩尔/克、至多80微摩尔/克、至多60微摩尔/克、至多40微摩尔/克、至多30微摩尔/克或至多20微摩尔/克。
当含硫代羰基硫基的化合物与经处理基底反应时,不存在具有可自由基聚合基团诸如烯键式不饱和基团的单体。这往往会增加硫代羰基硫基基团转移到经处理基底的可能性,并因此可增加聚合物基底的表面上含硫代羰基硫基的基团的密度。这也允许在不存在任何竞争性聚合或接枝反应的情况下制备和分离具有共价连接的含硫代羰基硫基的基团的官能化基底,并且可允许更好地控制后续设想的接枝(聚合)反应。在形成官能化基底的同时,在溶液中未形成聚合物材料。
官能化基底是在制备具有连接的聚合物链的制品(即,第二制品)中的中间制品(即,第一制品)。更具体地,制备第二制品的方法包括通过使具有连接的硫代羰基硫基基团的第一制品(即官能化基底或第一制品)与可自由基聚合单体组合物接触来制备反应混合物。该方法还包括使反应混合物经受光化辐射处理并形成具有连接的聚合物链的第二制品,该聚合物链为可自由基聚合单体组合物的聚合产物。聚合物链中的至少一些用硫醇基团或用含硫代羰基硫基的基团封端。
在该方法中,如上所述制备官能化基底(即,第一制品)。将官能化基底(其具有共价连接到聚合物基底的表面的式-SC(=S)-R1的硫代羰基硫基基团)放置成与可自由基聚合单体组合物接触,以形成反应混合物。当包含第一单体的反应混合物经受光化辐射诸如紫外线辐射处理时,可发生聚合,其中含硫代羰基硫基的基团充当引发转移终止剂(例如,光引发转移终止剂)。聚合过程示意性地示于反应方案E中。
反应方案E
在反应方案E中,经受光化辐射(例如,紫外线辐射)处理导致形成基底表面上的自由基(31)和含硫代羰基硫基的基团的自由基(32),如反应X所示。第一单体(为简单起见,在反应方案E中示为CH2=CRxRy(33))与基底表面上的自由基(31)反应,导致生成可与另一种单体反应的第二自由基。(n+1)摩尔的第一单体的聚合在反应XI中示为化合物(34)。在该过程的任何时候,生长自由基(34)可与硫代羰基硫基自由基(32)重组以形成封端的链,如在反应XII中示为化合物(35)。在继续经受光化辐射处理时,自由基(34)和硫代羰基硫基自由基(32)可再次由化合物(35)形成。如果存在多种单体,则再生的自由基(34)可发生进一步的聚合。最终,该自由基将与硫代羰基硫基自由基(32)结合。当停止经受光化辐射处理时,聚合反应停止。产物为具有接枝到聚合物基底的多条聚合物链的第二制品。聚合物链中的至少一些用硫醇基团或用含硫代羰基硫基的基团封端。通常,含硫代羰基硫基的基团具有式-S-C(=S)-R1,如示为反应XII的产物。
虽然是次优选的,但是反应方案E中所示的过程也可通过使用热能来实施,如本领域针对引发转移终止剂化合物所熟知的(参见例如T.Otsu,《聚合物科学杂志,A辑:聚合物化学》,第38卷,第2121-2136页,2000年(T.Otsu,J.Polym.Sci.,Part A:Polym Chem.,38,2121-2136(2000)))。
在许多实施方案中,单体具有烯键式不饱和基团。具有烯键式不饱和基团的单体的示例常常包括(甲基)丙烯酸酯单体诸如(甲基)丙烯酸烷基酯单体、(甲基)丙烯酸杂烷基酯单体、(甲基)丙烯酸芳基酯单体、(甲基)丙烯酸芳烷基酯单体、(甲基)丙烯酸烷芳基酯单体,以及各种乙烯基、乙烯基酰胺、乙烯基醚或乙烯基酯单体(其中乙烯基基团不是(甲基)丙烯酰基基团)。在一些实施方案中,单体包括各种极性单体,诸如具有酸性基团或碱性基团或其盐的那些。
有利的是,聚合物链的分子量可根据存在的单体的量、官能化基底经受光化辐射处理的时间以及官能化基底上式-S-C(=S)-R1的基团的浓度而变化。据信,聚合物链的分子量分布常常窄于将多条聚合物链接枝到聚合物基底的其他方法。
当多条接枝聚合物链用含硫代羰基硫基的基团封端时,第二制品可发生进一步的聚合。在该方法中,将第二制品(其具有用式-SC(=S)-R1的硫代羰基硫基基团封端的聚合物链)放置成与第二可自由基聚合单体组合物接触以形成第二反应混合物。该第二可自由基聚合单体组合物可包含与第一反应混合物中的单体相同的一种或多种单体,或者它可包含不同的一种或多种单体。经受光化辐射处理导致接枝聚合物链的扩链,因为硫代羰基硫基基团可再次充当光引发转移终止剂。当第二反应混合物中的一种或多种单体不同于第一反应混合物中的单体时,形成接枝到聚合物基底的嵌段共聚物。
在许多第二制品中,聚合物链中的至少一些用硫代羰基硫基基团和/或硫醇基团封端。
可通过本领域熟知的方法来处理第二制品,以移除硫代羰基硫基基团或用其他化学基团将其替换。此类方法描述于例如M.A.Harvison等人,《澳大利亚化学杂志》,第64卷,第992-1006页,2011年(M.A.Harvison et al.,Aust.J.Chem.,64,992-1006(2011))中。
提供了各种实施方案,包括第一制品、第二制品以及制备这两种制品的方法,该第一制品包括具有连接的含硫代羰基硫基的基团的固体聚合物基底(即官能化基底),该第二制品包括具有连接的聚合物链的固体聚合物基底。
实施方案1A为一种制备包括官能化基底的第一制品的方法。该方法包括提供固体聚合物基底并在固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底。该方法还包括使经处理基底的自由基与包含含硫代羰基硫基的化合物的流体反应以使多个含硫代羰基硫基的基团直接共价键合至固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子,并形成官能化基底。
实施方案2A为根据实施方案1A所述的方法,其中在固体聚合物基底的表面上生成自由基包括将包含II型光引发剂的涂层施加至固体聚合物基底的表面,以及用紫外线辐射辐照该涂层以从固体聚合物基底提取氢原子以形成经处理基底。
实施方案3A为根据实施方案2A所述的方法,其中当在固体聚合物基底的表面上生成自由基时,存在含硫代羰基硫基的化合物。
实施方案4A为根据实施方案1A所述的方法,其中在固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底包括使固体聚合物基底在惰性环境中经受电子束辐射、γ辐射或等离子体处理。
实施方案5A为根据实施方案4A所述的方法,其中当在固体聚合物基底的表面上生成自由基时,不存在含硫代羰基硫基的化合物。
实施方案6A为根据实施方案1A至5A中任一项所述的方法,其中含硫代羰基硫基的基团包含至少一个式-S-C(=S)-R1的含硫代羰基硫基的基团,其中R1为烷氧基、芳烷氧基、烯氧基或-N(R4)2,其中每个R4为烷基,或者其中两个相邻的R4基团和与这两个基团均连接的氮结合以形成具有1至3个选自氮、氧和硫的杂原子和2至5个碳原子的第一杂环,该第一杂环为饱和的或不饱和的(例如,部分或完全不饱和的),并且任选地稠合至一个或多个第二环,该一个或多个第二环为碳环或杂环。
实施方案7A为根据实施方案6A所述的方法,其中R1为烷氧基。
实施方案8A为根据实施方案6A所述的方法,其中R1具有式-N(R4)2,并且每个R4为烷基。
实施方案9A为根据实施方案1A至8A中任一项所述的方法,其中固体聚合物基底为多孔的。
实施方案10A为根据实施方案9A所述的方法,其中固体聚合物基底为多孔膜。
实施方案11A为根据实施方案9A所述的方法,其中固体聚合物基底为多孔非织造基底。
实施方案12A为根据实施方案1A至11A中任一项所述的方法,其中固体聚合物基底为光敏的,并且其中生成自由基在经受光化辐射处理时发生。
实施方案13A为根据实施方案12A所述的方法,其中固体基底为聚(醚砜)。
实施方案1B为包括官能化基底的第一制品,该官能化基底包含反应混合物的反应产物,该反应混合物包含a)经处理基底,该经处理基底包括具有自由基的固体聚合物基底;和b)流体,该流体包含含硫代羰基硫基的化合物。官能化基底具有多个含硫代羰基硫基的基团,该多个含硫代羰基硫基的基团直接并共价连接到固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子。
实施方案2B为根据实施方案1B所述的制品,其中固体聚合物基底不含含硫代羰基硫基的基团。
实施方案3B为根据实施方案1B或2B所述的制品,其中反应混合物不含单体。
实施方案4B为根据实施方案1B至3B中任一项所述的制品,其中固体聚合物基底为多孔的。
实施方案5B为根据实施方案4B所述的制品,其中固体聚合物基底为多孔膜。
实施方案6B为根据实施方案4B所述的制品,其中固体聚合物基底为多孔非织造基底。
实施方案7B为根据实施方案1B至6B中任一项所述的制品,其中含硫代羰基硫基的基团具有式-S-C(=S)-R1,其中基团R1为烷氧基、芳烷氧基、烯氧基或-N(R42)2。每个R4为烷基,或者两个相邻的R4基团和与这两个基团均连接的氮结合以形成具有1至3个选自氮、氧和硫的杂原子的第一杂环,该第一杂环为饱和的或不饱和的,并且任选地稠合至一个或多个第二环,该一个或多个第二环为碳环或杂环。
实施方案8B为根据实施方案7B所述的制品,其中R1为烷氧基。
实施方案9B为根据实施方案7B所述的制品,其中R1具有式-N(R4)2,并且每个R4为烷基。
实施方案1C为一种制备具有连接的聚合物链的第二制品的方法。该方法包括提供固体聚合物基底并在固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底。该方法还包括使经处理基底的自由基与包含含硫代羰基硫基的化合物的流体反应以使多个含硫代羰基硫基的基团直接共价键合至固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子,并形成官能化基底。该方法还包括通过使官能化基底与包含可自由基聚合单体的单体组合物接触来制备反应混合物。该方法还包括使反应混合物经受光化辐射处理,并形成直接并共价连接到固体聚合物基底的聚合物链,该聚合物链为可自由基聚合单体的聚合产物。
实施方案2C为根据实施方案1C所述的方法,其中可自由基聚合单体为(甲基)丙烯酸酯单体。
实施方案3C为根据实施方案1C或2C所述的方法,其中聚合物链中的至少一些用硫醇基团或含硫代羰基硫基的基团封端。
实施方案4C为根据实施方案1C至3C中任一项所述的方法,其中含硫代羰基硫基的基团包含至少一个式-S-C(=S)-R1的含硫代羰基硫基的基团,其中R1为烷氧基、芳烷氧基、烯氧基或-N(R4)2,其中每个R4为烷基,或者其中两个相邻的R4基团和与这两个基团均连接的氮结合以形成具有1至3个选自氮、氧和硫的杂原子和2至5个碳原子的第一杂环,该第一杂环为饱和的或不饱和的(例如,部分或完全不饱和的),并且任选地稠合至一个或多个第二环,该一个或多个第二环为碳环或杂环。
实施方案5C为根据实施方案4C所述的方法,其中R1为烷氧基。
实施方案6C为根据实施方案4C所述的方法,其中R1具有式-N(R4)2,并且每个R4为烷基。
实施方案7C为根据实施方案1C至6C中任一项所述的方法,其中固体聚合物基底为多孔的。
实施方案8C为根据实施方案7C所述的方法,其中固体聚合物基底为多孔膜。
实施方案9C为根据实施方案7C所述的方法,其中固体聚合物基底为多孔非织造基底。
实施方案10C为根据实施方案2C所述的方法,其中(甲基)丙烯酸酯单体中的至少一些具有酸性基团、碱性基团或它们的盐。
实施方案1D为具有连接的聚合物链的第二制品。该制品包含固体聚合物基底和直接并共价连接到固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子的聚合物链。该聚合物链包含可自由基聚合单体组合物的聚合产物,其中聚合物链中的至少一些由硫醇或含硫代羰基硫基的基团封端。
实施方案2D为根据实施方案1D所述的制品,其中固体聚合物基底为多孔的。
实施方案3D为根据实施方案2D所述的制品,其中固体聚合物基底为多孔膜。
实施方案4D为根据实施方案2D所述的制品,其中固体聚合物基底为多孔非织造基底。
实施方案5D为根据实施方案1D至4D中任一项所述的制品,其中可自由基聚合单体组合物包含(甲基)丙烯酸酯单体。
实施方案6D为根据实施方案5D所述的制品,其中(甲基)丙烯酸酯单体中的至少一些具有酸性基团、碱性基团或它们的盐。
实施例
1H NMR分析
使用BRUKER A500 NMR光谱仪(马萨诸塞州比尔里卡的布鲁克公司(BrukerCorporation,Billerica,MA))进行质子核磁共振(1H NMR)分析。
燃烧离子色谱分析
使用AQF-100加热炉(日本东京的三菱化学株式会社(Mitsubishi ChemicalCorporation,Tokyo,Japan))和ICS-2000离子色谱系统(美国加利福尼亚州森尼韦尔的戴安公司(Dionex Corporation,Sunnyvale,CA)),通过燃烧离子色谱法单独分析官能化基底的样品(来自实施例1-42)的硫含量。将每个样品在加热炉中分解,并且将载气鼓泡通入吸收剂溶液。通过离子色谱法分析吸收剂溶液中的硫酸根离子。
通过分析不同体积的包含已知量硫的储备溶液来校准仪器。然后通过绘制与硫酸根一致的峰面积相对于校准标准物中的组分的质量来创建校准曲线。将来自每个官能化基底的三个样品放入到单独的陶瓷样品舟皿中,并且以与标准物相同的方式分析。将硫含量的平均值(n=3)报告为硫的ppm(μg S/g样品)。基于所测量的样品的硫含量,通过将所测量的硫的ppm(μg S/g样品)除以64(一微摩尔硫代羰基硫基基团中S的μg数)来计算样品中对应的含硫代羰基硫基的基团的浓度。结果以每克样品的硫代羰基硫基基团的微摩尔数(μmol/g)报告。结果报告于表1-9中。
X射线荧光(XRF)分析
从每个官能化基底中切下三个样品。将每个样品单独地置于不锈钢XRF样品夹持器中并使用双面涂覆胶带和中空铝散射消除杯固定就位。随后使用Primus II波长色散X射线荧光光谱仪(日本东京的理学株式会社(Rigaku Corporation,Tokyo,Japan))分析每个样品的硫,该荧光光谱仪配备有铑X射线源、真空大气环境和20mm直径的测量区域。用于硫(S)检测的扫描条件在下表A中列出。
表A:
一式三份地分析官能化基底的每个样品。将硫含量的平均值(n=9)报告为硫的ppm(μg S/g样品)。基于所测量的样品的硫含量,通过将所测量的硫的ppm(μg S/g样品)除以64(一微摩尔硫代羰基硫基基团中S的μg数)来计算样品中对应的含硫代羰基硫基的基团的浓度。结果以每克样品的硫代羰基硫基基团的微摩尔数(μmol/g)报告。结果报告于表10-13中。
2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯的合成
将氯乙酸甲酯(10.85g,可购自马萨诸塞州黑弗里尔的阿法埃莎公司(AlfaAesar,Haverhill,MA))在丙酮(100mL)中的溶液一边搅拌,一边在水/冰浴中冷却。将乙基黄原酸钾(16.0g,可购自阿法埃莎公司(Alfa Aesar))加入溶液中,然后再加入50mL丙酮。将反应混合物搅拌两小时,然后过滤通过硅藻土床。将所得的浅黄色溶液减压浓缩,得到17.68g 2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯,为浅黄色液体。1H-NMR(CDCl3):δ1.35(t,3H),3.69(s,3H),3.86(s,2H),4.57(q,2H)。
二黄原酸的合成
在15分钟时间段内,一边搅拌,一边将过二硫酸钠溶液[8.00g(可购自阿法埃莎公司(Alfa Aesar)),溶于50mL去离子水]逐滴滴加到乙基黄原酸钾溶液[10.86g(可购自阿法埃莎公司(Alfa Aesar)),溶于50mL去离子水]中。当加入约一半的过二硫酸钠时,反应烧瓶摸起来是温热的。此时,将反应烧瓶置于冷水浴中并且在剩余的滴加期间保持在冷水浴中。撤去冷水浴,并且用二乙醚萃取所得反应产物。用无水硫酸钠干燥二乙醚级分,过滤,并且减压浓缩,以提供7.63g黄色油状二黄原酸。1H-NMR(CDCl3):δ1.40(t,3H),4.67(q,2H)。
甲硫酸O-乙基-(2-氨基-2-氧代-乙基)磺胺基酯的合成
将溴乙酰胺(10.85g,可购自密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation,St.Louis,MO))在丙酮(100mL)中的溶液一边搅拌,一边在水/冰浴中冷却。加入固体乙基黄原酸钾(16.0g,阿法埃莎公司(Alfa Aesar)),15分钟后向反应体系中加入另外50mL丙酮。将反应体系搅拌总共1.25小时,然后过滤通过硅藻土床。减压浓缩所得黄色溶液,得到无色固体。将该固体在真空烘箱中在环境温度下干燥过夜,以提供14.02g的甲硫酸O-乙基-(2-氨基-2-氧代-乙基)磺胺基酯。1H-NMR(丙酮-d6):δ1.39(t,3H),3.91(s,2H),4.63(q,2H),6.6(br s,1H),7.1(br s,1H)。
2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酸甲酯的合成
将溶于250mL丙酮中的二氯乙酸甲酯(7.15g)溶液用异丙基黄原酸钾(17.5g,俄勒冈州波特兰的梯希爱美国公司(TCI America,Portland,OR))处理,并且将反应混合物搅拌过夜。通过一段硅胶过滤反应混合物,用丙酮冲洗,并且将滤液浓缩以得到棕色糖浆。通过柱色谱法纯化(SiO2,18%CH2Cl2/己烷至50%CH2Cl2/己烷),得到11.5g的呈琥珀色糖浆的2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酸甲酯。1H NMR(CDCl3):δ6.03(s,1H),5.73(m,2H),3.82(s,3H),1.42(d,J=6.3Hz,6H),1.40(d,J=6.3,6H)。
(异丙氧基硫代羰基磺胺基)甲基辛基醚的合成
用氮气吹扫配有机械搅拌器的烧瓶中的异丙醇(871.1g)。将钠金属方块(20.25g,西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation))切成小块,并且在三小时的时段内添加到烧瓶。然后将温度升高到65℃。在另外三个小时内,钠随着氢气的析出而溶解,从而得到澄清的溶液。然后使用冰浴将混合物冷却至35℃以提供浓稠浆液。在30分钟内将二硫化碳(73.80g)缓慢添加到浆液中,然后再搅拌30分钟以得到黄色溶液。真空去除溶剂,获得黄色固体,将该固体在高真空(1mm Hg)下进一步干燥四小时,以提供136.7g黄色粉末状异丙基黄原酸钠。
将异丙基黄原酸钠(3.90g)和丙酮(50mL)的混合物在冰浴中冷却。在15分钟内缓慢加入氯甲基辛基醚(4.00g,梯希爱美国公司(TCI America))的溶液。在室温下搅拌三小时后,真空下移除溶剂。加入乙酸乙酯(30mL),并且用水洗涤混合物两次。真空浓缩有机相,并且通过柱色谱法将残留油纯化(SiO2,1%至10%乙酸乙酯的己烷溶液),以提供5.42g的黄色油状(异丙氧基硫代羰基磺胺基)甲基辛基醚。1H-NMR:δ5.75-5.82(m,1H),5.27(s,2H),3.51(t,J=6.6Hz,2H),1.53-1.59(m,2H),1.39(d,J=6.3,6H),1.20-1.35(m,10H),0.86(t,J=7.1Hz,3H)。
2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸钠盐的合成
将氯乙酸钠(11.65g,阿法埃莎公司(Alfa Aesar))在去离子水(100mL)中的溶液一边搅拌,一边在水/冰浴中冷却。将乙基黄原酸钾(16.0g)加入溶液中。30分钟后,撤去水/冰浴,并且将反应体系搅拌24小时。通过NMR分析显示所得浅黄色溶液包含2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸钠盐。1H NMR(CDCl3):δ4.52(q,2H),3.61(s,2H),1.25(t,3H)。
实施例1
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8微米,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自美国康涅狄格州梅里登的3M纯化公司(3M Purification,Inc.,Meriden,CT))的18cm×23cm区段放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液(0.5重量%),并将大约10-15mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使第一涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的第一涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(明尼苏达州奥克代尔的经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.,Oakdale,MN))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的处理。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为15分钟。在辐照之后,除去聚酯片,并且将所得的经处理基底置于1000mL聚乙烯瓶中。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟,以清洗掉任何残留的二苯甲酮。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将基底风干。
将所得的经处理基底切成9cm×11.5cm区段并将其放置在一片透明聚酯膜上。制备2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯在丙酮中的第二涂覆溶液(2.6重量%),并将2.5mL的第二涂覆溶液吸移到经处理基底的顶部表面上。使第二涂覆溶液浸入经处理基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的第二涂覆溶液。将夹心结构在上述支架中辐照30分钟。辐照后,除去聚酯片。将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)OCH2CH3)官能化的所得基底放置在250mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表1中。
实施例2
遵循与实施例1中所述相同的程序,不同的是将涂覆有第二涂覆溶液的经处理基底辐照15分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表1中。
实施例3
遵循与实施例1中所述相同的程序,不同的是将涂覆有第二涂覆溶液的经处理基底辐照10分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表1中。
实施例4
遵循与实施例1中所述相同的程序,不同的是将涂覆有第二涂覆溶液的经处理基底辐照5分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表1中。
实施例5
遵循与实施例1中所述相同的程序,不同的是二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液为1.0重量%,而不是0.5重量%。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表2中。
实施例6
遵循与实施例1中所述相同的程序,不同的是二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液为2.5重量%,而不是0.5重量%。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表2中。
实施例7
遵循与实施例1中所述相同的程序,不同的是二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液为5.0重量%,而不是0.5重量%。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表2中。
实施例8
遵循与实施例1中所述相同的程序,不同的是二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液为10.0重量%,而不是0.5重量%。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表2中。
表1:不同第2涂层的辐照时间对反应产物的影响(实施例1-4)
表2:不同二苯甲酮浓度对反应产物的影响(实施例5-8)
实施例9
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8微米,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.))的18cm×23cm区段放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液(0.5重量%),并将大约10-15mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使第一涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的第一涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG240W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(经典制造公司(ClassicManufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的处理。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为15分钟。在辐照之后,除去聚酯片,并且将所得的经处理基底置于1000mL聚乙烯瓶中。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟,以清洗掉任何残留的二苯甲酮。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将基底风干。
将所得的经处理基底切成9cm×11.5cm区段并将其放置在一片透明聚酯膜上。制备二黄原酸在丙酮中的第二涂覆溶液(3.1重量%),并将2.5mL的第二涂覆溶液吸移到经处理基底的顶部表面上。使第二涂覆溶液浸入经处理基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的第二涂覆溶液。将夹心结构在上述支架中辐照30分钟。辐照后,除去聚酯片。将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)OCH2CH3)官能化的所得基底放置在250mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表3中。
实施例10
遵循与实施例9中所述相同的程序,不同的是将涂覆有第二涂覆溶液的经处理基底辐照15分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表3中。
实施例11
遵循与实施例9中所述相同的程序,不同的是将涂覆有第二涂覆溶液的经处理基底辐照10分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表3中。
实施例12
遵循与实施例9中所述相同的程序,不同的是将涂覆有第二涂覆溶液的经处理基底辐照5分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表3中。
表3:不同第2涂层的辐照时间对反应产物的影响(实施例9-12)
实施例13
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8μm,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.),18cm×23cm)放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液(1.0重量%),并将大约10-15mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使第一涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的第一涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的处理。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为15分钟。在辐照之后,除去聚酯片,并且将所得的经处理基底置于1000mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟,以清洗掉任何残留的二苯甲酮。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将基底风干。
将所得的经处理基底切成9cm×11.5cm区段并将其放置在一片透明聚酯膜上。制备四乙基秋兰姆二硫化物(可购自西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation),4.0重量%)在丙酮中的第二涂覆溶液,并将2.5mL的第二涂覆溶液吸移到经处理基底的顶部表面上。使第二涂覆溶液浸入经处理基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的第二涂覆溶液。将夹心结构在上述支架中辐照30分钟。辐照后,除去聚酯片。将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)N(CH2CH3)2)官能化的所得基底放置在250mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表4中。
实施例14
遵循与实施例13中所述相同的程序,不同的是二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液为2.5重量%,而不是1.0重量%。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表4中。
实施例15
遵循与实施例13中所述相同的程序,不同的是二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液为5.0重量%,而不是1.0重量%。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表4中。
实施例16
遵循与实施例13中所述相同的程序,不同的是二苯甲酮在丙酮中的第一涂覆溶液为10.0重量%,而不是1.0重量%。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表4中。
表4:不同二苯甲酮浓度对反应产物的影响(实施例13-16)
实施例17
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8微米,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.))的9cm×11.5cm区段放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备在丙酮中包含二苯甲酮(0.5重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(2.6重量%)的涂覆溶液。将大约2.5-3mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的官能化。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为30分钟。辐照后,除去聚酯片。
将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)OCH2CH3)官能化的所得基底放置在250mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表5中。
实施例18
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是辐照时间为15分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表5中。
实施例19
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是辐照时间为10分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表5中。
实施例20
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是辐照时间为5分钟,而不是30分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表5中。
实施例21
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(1.0重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(2.5重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表6中。
实施例22
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(1.0重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(7.5重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表6中。
实施例23
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(3.0重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(5.0重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表6中。
实施例24
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(3.0重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(5.0重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表6中。
实施例25
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(5.0重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(2.5重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表6中。
实施例26
遵循与实施例17中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(5.0重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(7.5重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表6中。
表5:不同辐照时间对反应产物的影响(实施例17-20)
表6:不同二苯甲酮和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯浓度对反应产物的影响
(实施例21-26)
实施例27
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8微米,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.))的18cm×23cm区段放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备在丙酮中包含二苯甲酮(1.0重量%)和二黄原酸(3.1重量%)的涂覆溶液。将大约10-15mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的官能化。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为30分钟。辐照后,除去聚酯片。
将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)OCH2CH3)官能化的所得基底放置在1000mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表7中。
实施例28
遵循与实施例27中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(1.0重量%)和二黄原酸(9.3重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表7中。
实施例29
遵循与实施例27中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(3.0重量%)和二黄原酸(6.2重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表7中。
实施例30
遵循与实施例27中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(3.0重量%)和二黄原酸(6.2重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表7中。
实施例31
遵循与实施例27中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(5.0重量%)和二黄原酸(3.1重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表7中。
实施例32
遵循与实施例27中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在丙酮中包含二苯甲酮(5.0重量%)和二黄原酸(9.3重量%)。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表7中。
表7:不同二苯甲酮和二黄原酸浓度对反应产物的影响(实施例27-32)
实施例33
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8微米,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.))的9cm×11.5cm区段放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备在丙酮中包含二苯甲酮(0.5重量%)和甲硫酸O-乙基-(2-氨基-2-氧代-乙基)磺胺基酯(2.1重量%)的涂覆溶液。将大约2.5-3mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的官能化。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为60分钟。辐照后,除去聚酯片。
将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)OCH2CH3)官能化的所得基底放置在250mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表8中。
实施例34
遵循与实施例33中所述相同的程序,不同的是辐照时间为30分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表8中。
实施例35
遵循与实施例33中所述相同的程序,不同的是辐照时间为15分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表8中。
实施例36
遵循与实施例33中所述相同的程序,不同的是辐照时间为10分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表8中。
实施例37
遵循与实施例33中所述相同的程序,不同的是辐照时间为5分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表8中。
表8:辐照时间对反应产物的影响(实施例33-37)
| <u>实施例编号</u> | <u>辐照时间(分钟)</u> | <u>分析样品中-S-C(S)OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>基团的浓度(μmol/g)</u> |
| 33 | 60 | 8.0 |
| 34 | 30 | 9.4 |
| 35 | 15 | 10.3 |
| 36 | 10 | 5.8 |
| 37 | 5 | 4.9 |
实施例38
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8微米,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.))的9cm×11.5cm区段放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备在庚烷中包含二苯甲酮(0.5重量%)和2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(2.6重量%)的涂覆溶液。将大约2.5-3mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的官能化。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为60分钟。辐照后,除去聚酯片。将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)OCH2CH3)官能化的所得基底放置在250mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表9中。
实施例39
遵循与实施例38中所述相同的程序,不同的是辐照时间为30分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表9中。
实施例40
遵循与实施例38中所述相同的程序,不同的是辐照时间为15分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表9中。
实施例41
遵循与实施例38中所述相同的程序,不同的是辐照时间为10分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表9中。
实施例42
遵循与实施例38中所述相同的程序,不同的是辐照时间为5分钟,而不是60分钟。通过燃烧离子色谱法分析官能化基底的样品并将结果报告在表9中。
表9:辐照时间对反应产物的影响(实施例38-42)
| <u>实施例编号</u> | <u>辐照时间(分钟)</u> | <u>分析样品中-S-C(S)OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>基团的浓度(μmol/g)</u> |
| 38 | 60 | 20.7 |
| 39 | 30 | 17.3 |
| 40 | 15 | 14.8 |
| 41 | 10 | 9.5 |
| 42 | 5 | 8.1 |
实施例43
将尼龙膜基底(尼龙6,6膜,单增强层尼龙三区膜,标称孔径1.8微米,0.165mm厚,体密度0.415g/cm3,#080ZN,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.))的六个样品(每个样品9cm×11.5cm)各自放置在单独的带拉链型闭合件的聚乙烯袋中。制备六个小瓶,其中每个小瓶均盛有5mL的2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯的庚烷溶液(2.6重量%),通过将氮气鼓泡通入该溶液持续2分钟来将该溶液喷雾。将袋和小瓶打开,放置在氮气气氛下的手套箱中保持15分钟。将每个袋密封,从手套箱中取出,然后经受0.5Mrad、1.0Mrad、3.0Mrad、6.0Mrad、9.0Mrad或0.0Mrad选定剂量的电子束辐照(对照样品)处理。将每个袋放回手套箱中并保持5分钟。接下来,打开每个袋,并将5mL的2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯溶液加入基底中。使用辊来促使基底被溶液饱和。将袋重新密封并且在手套箱的氮气气氛中再保持至少15分钟。随后将每个基底从袋中取出,并各自放置到六个聚乙烯瓶(250mL)中的一者中。将每个瓶填充庚烷,密封,并放置在水平辊上保持30分钟,以便洗涤基底中残留的2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯。滗出洗涤溶剂。将洗涤程序再重复两次,然后将每个官能化基底风干。通过x射线荧光光谱法分析每个官能化基底的样品,并将结果报告在表10中。
表10:电子束辐照剂量对反应产物的影响(实施例43)
| <u>电子束辐照(Mrad)</u> | <u>分析样品中-S-C(S)OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>基团的浓度(μmol/g)</u> |
| 0.5 | 10.4 |
| 1.0 | 12.1 |
| 3.0 | 19.0 |
| 6.0 | 18.9 |
| 9.0 | 23.1 |
| 0.0(对照) | <0.2* |
*测量的对照样品中的硫<10ppm
实施例44
将聚醚砜(PES)膜基底(0.8微米标称孔径,0.11mm厚,Zetapore 8F PH,来自3M纯化公司(3M Purification,Inc.))的12.5cm×12.5cm区段放置在一片透明聚酯膜(10密耳厚)上。制备在庚烷中包含2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯(2.5重量%)的涂覆溶液。将大约5-6mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。使涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸))的支架(经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的官能化。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为60分钟。辐照后,除去聚酯片。将用共价连接的含硫代羰基硫基的基团(-S-C(S)OCH2CH3)官能化的所得基底放置在1000mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充庚烷,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。从官能化膜上冲压出10mm直径的盘,将其溶解于DMSO-d6中并进行NMR分析。除了归属于聚醚砜的芳族氢吸收之外,NMR光谱还显示在δ1.32(三重峰)和4.59(四重峰)处有可归属于连接的乙氧基硫代羰基硫基基团(EtO-C(S)-S-)的小信号。
实施例45
遵循与实施例44中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在庚烷中包含二黄原酸(3.0重量%)。用共价连接的乙氧基硫代羰基硫基基团(EtO-C(S)-S-)官能化所得基底。
实施例46
遵循与实施例44中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在甲苯中包含四乙基秋兰姆二硫化物(3.1重量%)并且在官能化之后甲苯用作洗涤溶剂。在干燥之后,从官能化膜上冲压出10mm直径的盘,将其溶解于DMSO-d6中并进行NMR分析。除了归属于聚醚砜的芳族氢吸收之外,NMR光谱还显示在δ1.17(三重峰)、1.39(三重峰)和3.96(多重峰)处有可归属于连接的N,N-二乙基硫代羰基硫基基团(Et2N-C(S)-S-)的小信号。
实施例47
遵循与实施例38中所述相同的程序,不同的是尼龙膜基底的横截面为9cm×11.5cm;涂覆溶液在庚烷中包含二苯甲酮(0.5重量%)和(异丙氧基硫代羰基磺胺基)甲基辛基醚(4.0重量%);以及将大约2.5-3mL的涂覆溶液吸移到基底的顶部表面上。用共价连接的-S-C(S)OCH(CH3)2官能化所得基底。通过X射线荧光分析官能化基底的样品并将结果报告在表11中。
实施例48
遵循与实施例47中所述相同的程序,不同的是辐照时间为30分钟,而不是60分钟。通过X射线荧光分析官能化基底的样品并将结果报告在表11中。
实施例49
遵循与实施例47中所述相同的程序,不同的是辐照时间为15分钟,而不是60分钟。通过X射线荧光分析官能化基底的样品并将结果报告在表11中。
实施例50
遵循与实施例47中所述相同的程序,不同的是辐照时间为10分钟,而不是60分钟。通过X射线荧光分析官能化基底的样品并将结果报告在表11中。
实施例51
遵循与实施例47中所述相同的程序,不同的是辐照时间为5分钟,而不是60分钟。通过X射线荧光分析官能化基底的样品并将结果报告在表11中。
表11:辐照时间对反应产物的影响(实施例47-51)
| <u>实施例编号</u> | <u>辐照时间(分钟)</u> | <u>分析样品中-S-C(S)OCH(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>基团的浓度(μmol/g)</u> |
| 47 | 60 | 4.2 |
| 48 | 30 | 2.8 |
| 49 | 15 | 2.4 |
| 50 | 10 | 1.9 |
| 51 | 5 | 1.6 |
实施例52-55
遵循与实施例48-51中所述相同的程序,不同的是涂覆溶液在庚烷中包含二苯甲酮(0.5重量%)和2,2-双(异丙氧基硫代羰基磺胺基)乙酸甲酯(5.0重量%)。通过X射线荧光分析官能化基底的样品并将结果报告在表12中。
表12:辐照时间对反应产物的影响(实施例52-55)
| <u>实施例编号</u> | <u>辐照时间(分钟)</u> | <u>分析样品中-S-(CS)OCH(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>的浓度(μmol/g)</u> |
| 52 | 30 | 5.4 |
| 53 | 15 | 4.4 |
| 54 | 10 | 4.2 |
| 55 | 5 | 3.6 |
实施例56
将聚丙烯吹塑微纤维非织造基底(通过有效纤维直径(EFD)为4.3微米,基重为90克/平方米,以及密实度为10%的熔喷工艺制备)的17cm×17cm片材放置在带拉链型闭合件的聚乙烯袋中。制备小瓶,该小瓶盛有15mL的2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯的庚烷溶液(2.5重量%),通过将氮气鼓泡通入该溶液持续2分钟来将该溶液喷雾。将袋和小瓶打开,放置在氮气气氛下的手套箱中保持15分钟。将袋密封,从手套箱中取出,然后经受5.0Mrad选定剂量的电子束辐照处理。将袋放回手套箱中并保持5分钟。接下来,打开袋,并将15mL的2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯溶液加入基底中。使用辊来促使基底被溶液饱和。将袋重新密封并且在手套箱的氮气气氛中再保持至少30分钟。随后将基底从袋中取出,并放置到聚乙烯瓶(250mL)中。将瓶填充庚烷,密封,并放置在水平辊上保持30分钟,以便洗涤基底中残留的2-乙氧基硫代羰基磺胺基乙酸甲酯。滗出洗涤溶剂。将洗涤程序再重复两次,然后将官能化基底风干。通过X射线荧光光谱法分析样品并将结果报告在表13中。对未经处理的聚丙烯吹塑微纤维非织造基底片材的分析用作对照,并且该分析显示起始基底的硫含量为零。
表13:电子束辐照剂量对反应产物的影响(实施例56)
| <u>电子束辐照(Mrad)</u> | <u>分析样品中-S-C(S)OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>基团的浓度(μmol/g)</u> |
| 5.0 | 4.3 |
| 0.0(对照) | 0.0 |
实施例57
如实施例18所述的那样制备官能化基底。制备在乙酸乙酯溶剂中包含丙烯酸异辛酯(1M)的涂覆溶液。将大约5-6mL的涂覆溶液吸移到官能化基底的顶部表面上。使涂覆溶液浸入基底内,并且随后将第二片聚酯膜放置于该基底的顶部上。通过在三层夹心结构(聚酯膜-官能化基底-聚酯膜)的顶部滚压2.28kg圆柱形砝码来移除过量的涂覆溶液。通过使用配备有18个灯泡(Sylvania RG2 40W F40/350BL/ECO,10个灯泡定位在基底上方,8个灯泡定位在基底下方,并且每个灯泡1.17米(46英寸)长并且其中心间隔5.1cm(2英寸)的支架(经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.))辐照夹心结构来进行紫外(UV)光引发的接枝。将基底放置在玻璃板上,该玻璃板定位在灯泡与基底的距离为3.5cm的支架中。辐照时间为30分钟。辐照后,除去聚酯片。将所得的接枝基底放置在250mL聚乙烯瓶中进行洗涤。将瓶填充丙酮,密封,并且振荡30分钟。滗出洗涤溶液。将洗涤程序再重复两次,然后将接枝基底风干。接枝基底表现出质量增加1.0%。接枝基底在外观和触感方面非常类似于原始、未经处理的膜基底。当将一滴去离子水放置在接枝基底上时,水形成珠,这表明膜表面被接枝丙烯酸异辛酯赋予疏水性。相比之下,水易于芯吸到原始、未经处理的膜基底的表面中并润湿该表面。
Claims (15)
1.一种制备包括官能化基底的第一制品的方法,所述方法包括:
提供固体聚合物基底;
在所述固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底;以及
使所述经处理基底的所述自由基与包含含硫代羰基硫基的化合物的流体反应以使多个含硫代羰基硫基的基团直接共价键合至所述固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子,并形成所述官能化基底。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在所述固体聚合物基底的所述表面上生成自由基包括:
将包含II型光引发剂的涂层施加至所述固体聚合物基底的所述表面;以及
用紫外线辐射辐照所述涂层以从所述固体聚合物基底提取氢原子以形成所述经处理基底。
3.根据权利要求2所述的方法,其中当在所述固体聚合物基底的所述表面上生成自由基时,存在所述含硫代羰基硫基的化合物。
4.根据权利要求1所述的方法,其中在所述固体聚合物基底的所述表面上生成自由基以形成所述经处理基底包括使所述固体聚合物基底经受电子束辐射、γ辐射或等离子体处理。
5.根据权利要求4所述的方法,其中当在所述固体聚合物基底的所述表面上生成自由基时,不存在所述含硫代羰基硫基的化合物。
6.一种包括官能化基底的第一制品,所述官能化基底包含反应混合物的反应产物,所述反应混合物包含:
a)经处理基底,所述经处理基底包括具有自由基的固体聚合物基底;和
b)流体,所述流体包含含硫代羰基硫基的化合物,
其中所述官能化基底具有多个含硫代羰基硫基的基团,所述多个含硫代羰基硫基的基团直接并共价连接到所述固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子。
7.根据权利要求6所述的制品,其中所述固体聚合物基底不含含硫代羰基硫基的基团。
8.根据权利要求6或7所述的制品,其中所述反应混合物不含单体。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的制品,其中所述固体聚合物基底为多孔的。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的制品,其中所述含硫代羰基硫基的基团具有式-S-C(=S)-R1,其中
基团R1为烷氧基、芳烷氧基、烯氧基或-N(R4)2;并且
每个R4为烷基,或者两个相邻的R4基团和与这两个基团均连接的氮结合以形成具有1至3个选自氮、氧和硫的杂原子的第一杂环,所述第一杂环为饱和的或不饱和的,并且任选地稠合至一个或多个第二环,所述一个或多个第二环为碳环或杂环。
11.根据权利要求10所述的制品,其中R1为烷氧基。
12.根据权利要求10所述的制品,其中R1具有式-N(R4)2并且R4为烷基。
13.一种制备具有连接的聚合物链的第二制品的方法,所述方法包括;
提供固体聚合物基底;
在所述固体聚合物基底的表面上生成自由基以形成经处理基底;
使所述经处理基底的所述自由基与包含含硫代羰基硫基的化合物的流体反应以使多个含硫代羰基硫基的基团直接并共价地共价键合至所述固体聚合物基底,并形成官能化基底;
通过使所述官能化基底与包含可自由基聚合单体的单体组合物接触来制备反应混合物;以及
使所述反应混合物经受光化辐射处理,并形成直接并共价连接到所述固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子的聚合物链,所述聚合物链为所述可自由基聚合单体的聚合产物。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述聚合物链中的至少一些用硫醇基团或含硫代羰基硫基的基团封端。
15.一种制品,所述制品包括固体聚合物基底和聚合物链,所述聚合物链直接并共价连接到所述固体聚合物基底的聚合物主链中的碳原子,其中所述聚合物链包含可自由基聚合单体组合物的聚合产物,并且其中所述聚合物链中的至少一些由硫醇或含硫代羰基硫基的基团封端。
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