[发明专利]作为吸收剂、凝胶和金属离子载体使用的结构化共聚物

说明书

本发明是在美国政府资助下根据加州大学与DOW化学公司之间的子合同9751405做出的。加州大学持有号码为W-7405-ENG-48的总合同，它是由能源部和加州大学签订的。美国政府对本发明中的有金属离子存在的致密型星形聚合物和有金属离子存在的基质聚合物有某种所有权，本发明其它方面不受美国政府的约束。

本发明涉及结构化的共聚物及其作为吸收剂、凝胶和金属离子载体的应用。使用了能将金属离子从水溶液中萃取到含结构化共聚物的非水溶液中的独特的聚合物试剂。此外，这些含金属的结构化共聚物能分散在另一个聚合物基质之中。更具体地说，本发明涉及一类新的致密型星形聚合物，它具有一个由能够与金属离子结合或螯合的单体单元构成的高度支化的内部结构，和由能形成疏水性外壳的不同单体单元构成的外部。

另外，这类致密型星形聚合物有一个由亲水性单体单元构成的高度支化的内部结构和由能形成疏水性外壳的不同单体单元构成的外部，显示出形成均匀凝胶的独特的物理特性。

将金属离子分散到聚合物基质中、特别是分散到由其制成泡沫体的聚合物基质中，常常遇到困难。金属在聚合物基质中的分散体通常用盐(例如金属的油酸盐)与特定组合的单体来形成，但这一方法存在问题。为了加大盐的溶解度，需要对聚合物基质改性，这会改变基质的熔体流变性质并影响它的成泡特性。此外，某些金属油酸盐(例如油酸铜)在单体中的存在常常阻碍聚合，以致于只能得到低分子量的粘性液体。这种方法显然大大增加了为得到理想产品所必须控制的变量数目。结果是，问题及可能的解决方法都大大地复杂化。因此，将金属分散在与水不混溶的相中(一般地和特别是在聚合物基质中)的新方法极其有用。

在两相体系(水/有机相)中形成的凝胶在油/水乳状液体系中可作为表面活性剂使用。在连续的水相内保持大量的有机相已知存在某些问题。因此，凝胶在这方面的能力是有用的。

近年来已研制出称作致密型星形聚合物或树状聚合物或者称为STARBURST^TM(Dendritech公司的商标)的聚合物。致密型星形聚合物或树状聚合物的分子构筑特点是径向对称的规则的树状支化。这些径向对称的分子被称作具有“星芒拓扑结构”。这些聚合物是以能形成围绕引发物核心的同心枝形层的方式制成的。星芒拓扑结构是通过重复的单元(常为有机基团)以围绕引发物核心的同心枝形层的形式有序组合构成的；这是以儿何上渐近的方式通过许多代分子引入多重性和自复制性(在每层内)而实现的。所形成的高度功能化的分子由于其分支(树状)结构及低聚物本质而被称为“树状聚合物”。因此，术语“致密型星形低聚物”和“致密型星形树状聚合物”均包括在术语“致密型星形聚合物”和“树状聚合物”之中。具有形状及大小可控的微区的拓扑聚合物是通过其活性端基共价桥连的致密型星形树状聚合物，它被称为“致密型星形桥连的树状聚合物”或“枝形桥连的树状聚合物”。术语“致密型星形桥连的树状聚合物”也包括在术语“致密型星形聚合物”中。术语“枝形桥连的树状聚合物”也包括在术语“树状聚合物”中。另外，术语“致密型星形聚合物”和“树状聚合物”可以互换使用。

先前已提到这些致密型星形聚合物是可被溶剂溶解的径向对称的致密型星形聚合物，其中该致密型星形聚合物有从核心发射出的至少一个核心分支，该分支有至少一个端基，条件是(1)端基与核心分支之比为2或更大，(2)每单位体积聚合物内的端基密度至少为有类似的核心、单体部分、分子量及核心分支数目的常规的扩张型星形聚合物的1.5倍，这种常规的扩张型星形聚合物的每个分支只带有一个端基，和(3)这种致密型星形聚合物的分子体积不超过用成比例的Corey-Pauling分子模型进行的量纲研究确定的常规扩张型星形聚合物分子体积的约60-80％，并具有规则的树形分支(例如见，美国专利4,507,466、4,558,120、4,568,737、4,587,329和4,694,064及欧洲专利申请公开0271180中关于致密型星形聚合物的介绍)。已经发现，可以对这些致密型星形聚合物的大小、形状及性质进行分子剪裁以满足特定的最终用途(例如欧洲专利申请公开0271180)。在这些特定的最终用途之中，欧洲专利申请0271180提到使用致密型星形聚合物作为农用物质、药物或其它物质的载体，这包括金属离子，例如碱和碱土金属和由锕系或镧系或其它类似的过渡金属生成的放射性核素。这些致密型星形聚合物轭合物在生物体系中释放承载物质方面特别有用。但是没有一处提到或建议过使用这种结构化的致密型星形树状聚合物作为吸收剂、凝胶和金属离子的载体。