[发明专利]在官能化基底上作接枝聚合的方法和系统

说明书

优先权数据

本发明要求2011年9月1日提交的美国临时申请序列号为61/530012、发明名称为“在官能化基底上作接枝聚合的方法和系统”；以及2011年9月1日提交的美国临时申请序列号为61/530016、发明名称为“由含二硫键材料制备官能化基底的方法和系统”的优先权，两者通过参考全部被合并。

领域

本发明总体涉及接枝聚合，更具体地涉及在由含二硫键材料制成的官能化基底上作接枝聚合。

背景

目前石油是用于生产聚合物的主要化学原料。该商品越来越昂贵、影响塑料材料成本并最终影响终产品。石油是不可持续的材料，受制于地理政治和环境因素，而这些因素会进一步影响成本和未来可用性。因此，有备选的不受地理政治和环境影响的化工原料以供聚合物生产是理想的。

羽毛，如家禽羽毛，由大约90％的角蛋白组成，是食品加工业中充足易得的副产物，大多数材料被作为废物处置。以前文献记载的使用家禽羽毛作为化学原料的尝试使用基于水的或基于其他溶剂的技术。在一实例中，先将鸡毛分散在水中再进行聚合(土鸡毛接枝聚合用于热塑性应用(Graft Polymerization of Native Chicken Feathers for Thermoplastic Applications),Enqi Jin,等,J.Agric.Food Chem.2011,59,1729-1738)。在其他实例中，采用刺激性化学品降解羽毛，然后用作进一步聚合的基底(US3,642,498，角蛋白产品及其制备工艺“Keratin protein product and process of preparing same”)。无论如何，在所有情况下，在反应完成后，需要去除水、溶剂或其他化学品。其他技术包括采用包含羟基增塑剂处理天然角蛋白从而在典型的聚合物处理温度下将蛋白质压制成膜(鸟羽毛角蛋白构成的组合物和膜(Composition and Films Comprised of Avian Feather Keratin),US7,066,995B1)。

其他文献记载的尝试包括为提取角蛋白使用双官能硫醇，如β-巯基乙醇，打断羽毛、角蛋白和其他含二硫键材料内的二硫键。

概要

本文描述用于在官能化基底上作接枝聚合的方法和系统。官能化基底由含二硫键原料制备，并通过引入一种或多种包含二硫键断裂材料的多官能团单体制备用于聚合。

在一实施方式中，提供形成接枝聚合组合物的接枝聚合方法。该方法包括将含二硫键材料引入多官能团单体。含二硫键材料包括连接第一部分和第二部分的二硫键。多官能团单体包括至少一个第一官能团和至少一个第二官能团。第一官能团包括用于断裂二硫键和在第一部分和多官能团单体之间形成第二键的二硫键断裂材料。第二官能团包括硫醇基。该方法还包括将烯单体引入含二硫键材料和多官能团单体从而形成混合物；以及引发所述混合物的硫醇-烯聚合反应(thiol-ene polymerization reaction)。

在另一实施方式中，提供接枝聚合组合物。组合物包括基底和硫醇-烯聚合物。基底和硫醇-烯聚合物通过二硫键键接。基底包括含二硫键材料。含二硫键材料包括连接第一部分和第二部分的二硫键。硫醇-烯聚合物包括多官能团单体和烯单体。多官能团单体包括至少一个第一官能团和至少一个第二官能团。第一官能团包括二硫键断裂材料，第二官能团包括硫醇基，用于与烯单体反应。

在本文描述的实施方式中，通过将一种或多种多官能团单体、包括二硫键断裂材料(例如，硫醇基-SH)的至少一种官能团引入包括或包含例如蛋白质、肽的原料或包括二硫键的其他材料制备官能化基底用于接枝聚合。多官能团单体包括至少两种官能团，其中第一官能团是二硫键断裂基团(例如硫醇基-SH)，用于断裂交联原料的半胱氨酸残基之间的二硫(S-S)键，且在原料的半胱氨酸残基之一和攻击的硫醇(-SH)或其他二硫键断裂基团之间重组二硫键。多官能团单体的其他官能团可以取决于要生产的聚合物的类型。其他官能团可以包括但不限于，酸酐、酰卤、醇、醛、烯烃、炔烃、胺、羧酸、酯和硫醇。

在一些实施方式中，多官能团单体包括至少一个第一官能团和至少一个第二官能团。第一官能团包括二硫键断裂材料，用于断裂二硫键且在第一部分和多官能单体之间形成第二键。第二官能团包括硫醇基。第二官能团也包括至少一个环，所述环能够被打开从而形成至少一个第三官能团。