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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Polymerverbundstoffe. Im Spezielleren
betrifft die vorliegende Erfindung Polymerverbundstoffe, umfassend
ein wasserunlösliches
Polymer und ein wassersensitives Copolymer auf Alkylenoxidbasis.
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Hintergrund der Erfindung
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Wassersensitive
Polymere, d.h. wasserlöslich
oder mit Wasser quellbar, werden allgemein bei der Herstellung von
verschiedenen Körperpflegevorrichtungen
und medizinischen Vorrichtungen verwendet, die dafür vorgesehen
sind in Kontakt mit Haut verwendet zu werden. Die wassersensitiven
Polymere wirken so, um der Vorrichtung Gleitfähigkeit zu verleihen, wenn
sie mit einem wässrigen
Fluid, wie etwa Wasser oder einem Körperfluid, benetzt wird. Typischerweise
werden die wassersensitiven Polymere in Verbindung mit wasserunlöslichen
Polymeren verwendet, die so wirken, um die geeigneten Strukturcharakteristika
und mechanische Integrität
der Vorrichtung für
ihre vorgesehene Anwendung bereitzustellen.
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Zur
Bereitstellung einer wirkungsvollen Kombination aus einem wassersensitiven
Polymer und einem wasserunlöslichen
Polymer zur Verwendung bei der Herstellung einer Körperpflegevorrichtung
oder medizinischen Vorrichtung ist es wünschenswert, dass die Polymere
ausreichend kompatibel sind, um ein Fertigprodukt bereitzustellen,
das ein hohes Ausmaß Zusammensetzungsgleichförmigkeit
aufweist. Das heißt,
wenn die Polymere nicht ausreichend kompatibel sind, können Segmente des
Gegenstands vorherrschend aus einem Polymer oder dem anderen Polymer
bestehen. Dies kann zu mechanischem Versagen führen und zu einem Fehlen von
Gleiffähigkeit
wo diese gewünscht
ist. Ebenfalls ist es wünschenswert,
dass die Gleiffähigkeitscharakteristika
beibehalten werden nach wiederholten Anwendungen der Vorrichtung.
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Eine
allgemeine Körperpflegevorrichtung,
die typischerweise ein wasserunlösliches
Polymer, z.B. Polystyrol, und ein wassersensitives Polymer, z.B.
Polyethylenoxid, verwendet, ist eine Nassrasurvorrichtung, z.B.
ein Rasierer. Typische Rasiervorrichtungen umfassen eine Trägerstruktur,
die ein Klingenelement trägt und
einen externen Haut-berührenden
Teil in der Nähe
des Klingenelements. Der Haut-berührenden Teil umfasst typischerweise
einen Verbundstoff, umfassend eine Matrix aus dem wasserunlöslichen
Polymer und dem wassersensitiven Polymer. Polymerkompatibilisierungsmittel
als auch übliche
Rasurhilfsmittel, z.B. Vitamin E, Aloe oder verschiedene Polymere
mit geringem Molekulargewicht, sind häufig in dem Verbundstoff enthalten.
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Typische
medizinische Vorrichtungen, die gleiffähig gemacht werden können, umfassen
z.B. Katheter, Führungsdrähte, Endotrachealschläuche und
Implantate. Solche Gegenstände
bestehen häufig
aus wasserunlöslichen
Polymeren, wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid
und Polyurethanen. Eine Vielzahl von Ansätzen zum Verleihen von Gleitfähigkeit
ist realisiert worden. Beschichtungen aus Mineralölen, Silikon
und verschiedenen wassersensitiven Polymerbeschichtungen sind auf
medizinische Vorrichtungen aufgebracht worden, um ihre Gleiffähigkeit
zu verbessern. Zusätzlich
sind wassersensitive Polymere, wie etwa Polyethylenoxid, gemischt
und coextrudiert worden mit wasserunlöslichen Polymeren, wie etwa
oben beschrieben, um Gleitpolymergemische bereitzustellen.
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Trotz
der Fortschritte in der Technik zur Bereitstellung von Gleitfähigkeit
für Polymervorrichtungen
ist ein allgemeiner Mangel, dass die Vorrichtungen typischerweise
ihre gleitfähig-bei-Feuchte-Eigenschaften
bzw. Feuchtgleiteigenschaften nach relativ wenig Anwendungen verlieren.
Entsprechend
U.S. Patent Nr.
5,454,164 kann eine typische Rasurvorrichtung ihre Gleitfähigkeitseigenschaften
nur für
drei oder vier Rasuren beibehalten. Demgemäß sind neue Polymerverbundstoffe
gewünscht,
die verwendet werden können,
um Gegenstände herzustellen,
die verbesserte Gleiteigenschaften aufweisen. Im Speziellen ist
es gewünscht,
dass solche Gegenstände
wesentlich ihre Gleitfähigkeitseigenschaften
nach wiederholten Anwendungen beibehalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch
die vorliegende Erfindung werden Polymerverbundstoffe bereitgestellt,
die ein wasserunlösliches
Polymer und ein wassersensitives Polymer umfassen. Das wassersensitive
Polymer ist ein Copolymer, polymerisiert aus Ethylenoxid und mindestens
einem Monomer, ausgewählt
aus einem oder mehreren aus Epoxy-funktionellem Propylenoxid, Epihalohydrinen
und Epoxy-funktionellen Verbindungen, umfassend von 4 bis 25 Kohlenstoffatome
pro Molekül.
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Durch
die vorliegende Erfindung ist es nun möglich, Gegenstände herzustellen,
die Feuchtgleiteigenschaften aufweisen, die ihre Gleiffähigkeitseigenschaften
nach wiederholten Anwendungen beibehalten können. Beispiele von Gegenständen, in
welchen die Polymerverbundstoffe der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können,
umfassen Körperpflegevorrichtungen,
wie etwa Rasiervorrichtungen, und medizinische Vorrichtungen, wie
etwa Katheter.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Wie
hier verwendet, betrifft der Ausdruck „Feuchtgleitfähigkeit" eine Verringerung
des Reibungskoeffizienten eines Gegenstands bei Aussetzen an Wasser.
Details, die die Messung des Reibungskoeffizienten eines Gegenstandes
betreffen, sind dem Fachmann bekannt.
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Wie
hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „wassersensitiv" wasserlöslich oder
wasserquellbar; der Ausdruck „wasserlöslich" bedeutet, dass mindestens
0,2 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens 0,5 Gewichtsprozent
des Polymers löslich
in destilliertem Wasser (pH-Wert = 7,0) bei 25°C und 1 Atmosphäre Druck sind;
und der Ausdruck „wasserquellbar" bedeutet, dass das
Gewicht des Polymers um mindestens 2 Prozent, vorzugsweise mindestens
5 Gewichtsprozent zunimmt, nachdem es in Wasser bei Raumtemperatur
eingetaucht wurde, z.B. 25°C
für 1 Stunde.
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Die
speziellen wasserunlöslichen
Polymere, die in Polymerverbundstoffen der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, sind nicht kritisch. Die wasserunlöslichen Polymere können beliebige
Polymere sein, die die gewünschten
Strukturcharakteristika und mechanische Integrität dem in Frage stehenden Gegenstand
verleihen. Beispiele geeigneter wasserunlöslicher Polymere, die verwendet
werden können,
umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polybutadien-Styrolcopolymer
(z. B. mittel- und hochschlagfestes Polystyrol), Polyacetal, Acrylnitrilbutadien-Styrolcopolymer,
Ethylenvinylacetatcopolymer und Gemische, wie etwa Polypropylen/Polystyrol-Gemisch.
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Typischerweise
liegen die wasserunlöslichen
Polymere in dem Polymerverbundstoff in einer Menge von mindestens
5 Prozent, vorzugsweise von etwa 10 bis 80 Prozent und mehr bevorzugt
von etwa 20 bis 50 Prozent, basierend auf dem Gesamtgewicht des
Polymerverbundstoffs, vor. Geeignete wasserunlösliche Polymere sind kommerziell
erhältlich.
Weitere Details, betreffend die Auswahl und Mengen der wasserlöslichen Polymere,
sind dem Fachmann bekannt.
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Die
wassersensitiven Polymere, die geeignet sind zur Verwendung gemäß der vorliegenden
Erfindung, sind Copolymere, polymerisiert aus Monomeren, umfassend:
- (a) Ethylenoxid und
- (b) mindestens ein Monomer, ausgewählt aus Propylenoxid, Epihalohydrinen
und Epoxy-funktionellen Verbindungen, umfassend von etwa 4 bis 25,
vorzugsweise etwa 5 bis 25 Kohlenstoffatome pro Molekül.
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Das
Ethylenoxid kann auch polymerisiert sein mit einem oder mehreren
polymerisierbaren Olefinoxidcomonomeren, zusätzlich zu der Epoxy-funktionellen Verbindung,
die hier nachfolgend beschrieben ist. Das spezielle Olefinoxidcomonomer
ist, wenn es gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, nicht kritisch und kann Kohlenwasserstoffsubstituenten,
wie etwa Alkyl-, Cycloalkyl-, aromatische, Alken- und verzweigte
Alkylgruppen enthalten. Jedoch die Menge Comonomer, z.B. 1,2-Propylenoxid,
darf nicht diejenige überschreiten,
die bewirken würde,
dass das Poly(ethylenoxid) unlöslich
oder in Wasser nicht quellbar wird. Typische Olefinoxidcomonomere
umfassen 1,2-Propylenoxid, 2,3-Butylenoxid, 1,2-Butylenoxid, Butadienmonoxid, Cyclohexenmonoxid,
Epichlorhydrin und dgl. Die Herstellung von Ethylenoxidpolymeren
ist in der Literatur offenbart; siehe z.B.
U.S. Patente Nr. 2,969,403 , von Helmut
et al.;
3,037,943 , von
Bailey et al.;
3,167,519 ,
von Bailey et al.;
4,193,892 ,
von Geoke et al.; und
4,267,309 ,
von Geoke et al.
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Vorzugsweise
haben die Epoxy-funktionellen Verbindungen, d.h. Comonomere, die
Epoxy-funktionelle Gruppen aufweisen, eine der unten gezeigten Strukturen,
worin
R ein C
1-C
25-Alkyl,
C
1-C
25-Kohlenwasserstoff
oder Heterokohlenwasserstoff, d.h. substituiert, enthaltend ein
oder mehrere Nichtsättigungsgrade,
Aryl oder Alkylaryl ist.
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Spezifische
Beispiele einiger der 1-Comonomere sind 1,2-Epoxypropan(propylenoxid); 1,2-Epoxybutan;
1,2-Epoxypentan; 1,2-Epoxyhexan;
1,2-Epoxyheptan; 1,2-Epoxyoctan; 1,2-Epoxynonan; 1,2-Epoxydecan; 1,2-Epoxydodecan;
1,2-Epoxyhexadecan; 1,2-Epoxy-3-buten(butadienmonoxid);
1,2-Epoxy-4-penten; 1,2-Epoxy-5-hexen; 1,2-Epoxy-6-hegten; 1,2-Epoxy-7-octen; 1,2-Epoxy-9-decen;
2,3-Epoxypropylbenzol;
und 1,2-Epoxyethylbenzol(styroloxid).
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Spezifische
Beispiele einiger der II-Comonomere sind 1,2-Epoxy-3-phenoxypropan(Glycidylphenylether);
2,3-Epoxypropylmethacrylat(glycidylmethacrylat);
Glycidyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether;
Glycidyl-3-(pentadecadienyl)phenylether; 1-Allyloxy-2,3-epoxypropan(allylglycidylether);
Methylglycidylether; n-Butylglycidylether; t-Butylglycidylether; und Tetradecylglycidylether.
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Typischerweise
werden die wassersensitiven Polymere polymerisiert aus etwa 10 bis
99,9, vorzugsweise von etwa 50 bis 99,9 und mehr bevorzugt aus etwa
70 bis 99,9 Molprozent des Ethylenoxids und von etwa 0,1 bis 90,
vorzugsweise von etwa 0,1 bis 50 und mehr bevorzugt von etwa 0,1
bis 30 Molprozent der Epoxy-funktionellen Verbindung. Mehr als eine
Epoxy-funktionelle
Verbindung kann mit einer oder mehreren Alkylenoxidverbindungen
copolymerisiert werden.
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Vorzugsweise
haben die wassersensitiven Copolymere ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts
von größer als
etwa 100.000, mehr bevorzugt von etwa 300.000 bis 10.000.000 und
am meisten bevorzugt von etwa 1.000.000 bis 10.000.000 Gramm pro
Gramm Mol („g/gmol"). Techniken zum
Bestimmen des Gewichtsmittels des Molekulargewichts von Poly(alkylenoxid)polymeren
sind dem Fachmann bekannt. Eine solche Technik ist die Gelpermeationschromatographie.
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Typischerweise
umfassen Polymerverbundstoffe der vorliegenden Erfindung von etwa
10 bis 99,9, vorzugsweise von etwa 20 bis 90 und mehr bevorzugt
von etwa 50 bis 80 Prozent des wassersensitiven Polymers, basierend
auf dem Gesamtgewicht des Polymerverbundstoffs. Die Ausgangsmaterialien,
die geeignet sind zum Herstellen der Copolymere der vorliegenden
Erfindung, sind kommerziell erhältlich.
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Das
spezielle Verfahren, das verwendet wird zum Herstellen der wassersensitiven
Polymere der vorliegenden Erfindung ist nicht kritisch. Zum Beispiel
kann die Polymerisation auf eine diskontinuierliche, kontinuierliche
oder semi-kontinuierliche Art erfolgen. Siehe z.B.
U.S. Patent Nr. 4,667,013 , das hier
durch Bezugnahme eingeführt
wird. Typischerweise wird die Reaktion in einem diskontinuierlichen
Reaktor in einer Flüssig- oder
Aufschlämmungsphase
durchgeführt.
Die Reaktionstemperatur liegt typischerweise in einem Bereich von –25 bis
100°C, typischer
von etwa 25 bis 65°C,
bei etwa Atmosphärendruck
oder über
Atmosphärendruck,
z.B. von etwa 0,8 bis 3 Atmosphären,
um vorzugsweise eine flüssige
Phase während
der Reaktion beizubehalten. Ein flüssiger Kohlenwasserstoff, wie
etwa z.B. Hexan oder Isopentan, wird typischerweise verwendet, um
das flüssige
Reaktionsmedium bereitzustellen, durch welches das Ethylenoxid und
die Epoxy-funktionellen Verbindungen eingebracht werden. Katalysatoren
werden vorzugsweise bei der Herstellung der wassersensitiven Polymere
der vorliegenden Erfindung verwendet. Das Verfahren kann zu der
Epoxy-funktionellen Verbindung führen,
die blockweise oder statistisch verteilt entlang des Polymergrundgerüsts ist.
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Die
Katalysatoren, die geeignet sind zur Herstellung der wassersensitiven
Polymere können
jeder beliebige Katalysator oder eine Kombination von Katalysatoren
sein, die die Polymerisation von Alkylenoxiden fördern. Ein bevorzugter Katalysator
umfasst ein Reaktionsprodukt von Calcium und Ammoniak. Katalysatoren dieses
Typs sind weiter beschrieben in den
U.S.
Patenten Nr. 4,193,892 und
4,267,309 ,
von Goeke et al. und
U.S. Patent
Nr. 4,667,013 von Reichle. Ein anderer bevorzugter Katalysator
umfasst eine Organozinkverbindung, wie etwa z.B. Diethylzink, z.B.
Diethylzink und Wasser oder ein Alkohol. Katalysatoren dieses Typs
sind z.B. weiter beschrieben in
U.S.
Patent Nr. 5,326,852 von Masato et al. und in den japanischen
Patenten Nr.
JP 46007709 ,
JP 45007751 und
JP 5302731 . Ein noch weiterer
bevorzugter Katalysator ist ein Katalysator auf Aluminiumbasis,
der als Vandenberg-Katalysator bekannt ist. Katalysatoren dieses
Typs sind weiterhin z.B. beschrieben in den
U.S. Patenten Nr. 3,135,705 ,
3,219,591 und
3,403,114 von E. J. Vandenberg et
al. Weitere Details, die geeignete Katalysatoren betreffen, sind
dem Fachmann bekannt.
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Weitere
Details, die geeignete Verfahren zum Herstellen der wassersensitiven
Polymere der vorliegenden Erfindung betreffen, sind dem Fachmann
bekannt. Darüber
hinaus können
die Polymere hergestellt werden unter Verwendung einer herkömmlichen
Vorrichtung, die dem Fachmann bekannt ist.
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Zusätzlich zu
dem wassersensitiven Polymer und wasserunlöslichen Polymer können zusätzliche
Polymere und andere Bestandteile, die dem Fachmann bekannt sind,
zu den Polymergemischen der vorliegenden Erfindung gegeben werden.
Typische Polymere und Substanzen umfassen z.B. andere wasserlösliche Polymere,
wie etwa z.B. Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, Hydroxypropylcellulose,
Polyvinylimidazolin und Polyhydroxyethylmethacrylat; Haarweichmacher; Öle, wie
etwa Silikonöl
und Mineralöl;
Substanzen, die die Heilung verbessern oder das Bluten der Haut
stoppen; ätherische Öle, wie
etwa Menthol, Eugenol, Eukalyptol, Safrol und Methylsalicylat; Spülhilfsmittel;
nicht-flüchtige
Kühlmittel;
Einschlusskomplexe von Hautberuhigungsmitteln mit Cyclodextrin;
Duftstoffe; Vitamin E (einschließlich allgemeine Formen von
Vitamin E wie etwa Vitamin E-Acetat); Vitamin A und B-Carotin; Panthenol
und Aloe; therapeutische Mittel; antipruritische/Kontrairritationsmaterialien;
antimikrobielle/keratolytische Materialien; entzündungshemmende Mittel; und
Astringentien. Die Menge solcher anderer Polymere und Bestandteile
hängt ab
von dem speziellen herzustellenden Artikel. Zum Beispiel kann ein
anderes wasserlösliches
Polymer in einer Menge von etwa 20 bis 80 Gewichtsprozent vorliegen,
während
ein Additiv, wie etwa Vitamin E, in einer Menge von nur etwa 0,01
bis etwa 5,0 Gewichtsprozent z.B. vorliegen kann. Andere Details,
die die Auswahl und die Mengen anderer Polymere und Bestandteile,
die in den Polymergemischen der vorliegenden Erfindung geeignet
sind, betreffen, können
durch den Fachmann bestimmt werden.
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Die
Polymerverbundstoffe der vorliegenden Erfindung werden typischerweise
in fester Form hergestellt. Häufig
werden die Verbundstoffe hergestellt als ein physikalisches Gemisch
des wasserunlöslichen
Polymers und des wassersensitiven Polymers. Das physikalische Gemisch
kann z.B. hergestellt werden in der Form von Tabletten, Pellets,
Pulvern, Granalien oder Extrudaten. Häufig werden das wassersensitive
Polymer und wasserunlösliche
Polymere extrudiert, d.h. schmelzgemischt. Ein bevorzugtes Verfahren
zum Herstellen der Polymergemische der vorliegenden Erfindung ist
durch Extrusionsschmelzen der Polymere bei einer Temperatur von
etwa 250 bis 500°F
und einem Druck von etwa 7000 bis 20.000 psig. Weitere Details bezüglich der Verfahren
und Ausstattung, die geeignet sind zum Herstellen der Polymergemische
der vorliegenden Erfindung, sind dem Fachmann bekannt.
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Die
speziellen Gegenstände,
die aus den Polymergemischen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden,
sind nicht kritisch. Üblicherweise
ist es wünschenswert,
dass die Gegenstände
Feuchtgleiteigenschaften aufweisen. Vorzugsweise umfassen die Polymerverbundstoffe
eine effektive bzw. wirkungsvolle Menge des wassersensitiven Polymers,
um die gewünschten
Feuchtgleiteigenschaften aufzuweisen. Vorzugsweise können gemäß der vorliegenden
Erfindung die Gegenstände
bzw. Artikel wiederholt verwendet werden, z.B. mindestens etwa viermal,
vorzugsweise mindestens etwa fünfmal
und mehr bevorzugt mindestens etwa zehnmal, ohne eine wesentliche
Verringerung ihrer Gleiteigenschaften. Wie hier verwendet, bedeutet
der Ausdruck „wesentliche
Verringerung der Gleitfähigkeit" eine Erhöhung des
Reibungskoeffizienten von mindestens etwa 50 Prozent, vorzugsweise
100 Prozent und mehr bevorzugt 200 Prozent, im Vergleich mit dem
Reibungskoeffizienten, der gemessen wird während der ersten Verwendung
des Artikels.
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Typische
Körperpflegevorrichtungen,
die aus den Polymerverbundstoffen der vorliegenden Erfindung hergestellt
werden können,
umfassen z.B. Nassrasiervorrichtungen, z.B. Rasierer. Typische Nassrasiervorrichtungen
umfassen eine Trägerstruktur,
die ein Klingenelement trägt,
und einen äußeren Teil,
der mit der Haut in Kontakt kommt, der dem Klingenelement benachbart
ist. Beispiele von Nassrasurvorrichtungen mit Feuchtgleiteigenschaften
sind z.B. im
U.S. Patent Nr.
4,875,287 , veröffentlicht
am 24. Oktober 1989;
U.S. Patent
Nr. 5,113,585 , veröffentlicht
am 19. Mai 1992;
U.S. Patent
Nr. 5,430,939 , veröffentlicht
am 11. Juli 1995;
U.S. Patent
Nr. 5,454,164 , veröffentlicht
am 3. Oktober 1995;
U.S. Patent
Nr. 5,626,154 , veröffentlicht
am 6. Mai 1997, und
U.S. Patent
Nr. 5,956,848 , veröffentlicht
am 28. September 1999, offenbart, wobei die Offenbarungen hiervon
durch Bezugnahme eingeführt
werden. Weitere Details betreffend die Herstellung von Körperpflegevorrichtungen,
worin die Polymerverbundstoffe der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können, sind
dem Fachmann bekannt.
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Typische
medizinische Vorrichtungen, die aus den Polymergemischen der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden können,
umfassen z.B. Katheter, Ballonkatheter, Führungsdrähte, Endotrachealschläuche und Implantate.
Weitere Details betreffend medizinische Vorrichtungen, in welchen
die Polymergemische der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können,
sind dem Fachmann bekannt.
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Beispiele
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Die
folgenden Beispiele werden für
Vergleichszwecke angegeben und sollen nicht den Bereich der nachfolgenden
Ansprüche
begrenzen.
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Beispiel 1
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Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid
und 1,2-Epoxyphenoxypropancopolymer
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Polymerisation
wurde durchgeführt
in einem mit Stickstoff gefüllten
trockenen Glasreaktor, der ausgestattet war mit einem Kühler, Zugabetrichter
und Rührer.
Der Kühler
und der Zugabetrichter wurden mit einem Trockeneis/Isopropanolbad
gekühlt.
700 Milliliter („ml") Hexan wurden in
den Reaktor gegeben und die Reaktortemperatur wurde auf 50°C erhöht. Eine
Menge von 6,5 Gramm der Katalysatoraufschlämmung wurde in den Reaktor
zugegeben. Eine Menge von 7,4 Gramm des 1,2-Epoxyphenoxypropans
wurde in den Reaktor unter kräftigem
Rühren
gegeben. Unmittelbar nachfolgend auf diese Zugabe wurden 100 Gramm
Ethylenoxid in den Zugabetrichter gegeben und langsam in den Reaktor über eine
Dauer von 1,5 bis 2 Stunden zugegeben. Das nicht umgesetzte Ethylenoxid
wurde dann durch Einleiten von CO2 in das
Reaktionsgemisch abgelassen. Das präzipitierte Copolymer wurde
durch Vakuumfiltration gesammelt. Das Copolymer wurde mit 300 ml
Hexan gewaschen, um nicht umgesetztes Monomer zu entfernen, und
unter einem kontinuierlichen Fluss von Stickstoff bei Raumtemperatur über Nacht
getrocknet. Dies ergab 123,5 Gramm des Copolymers. Weitere Analyse
durch kernmagnetische Resonanzspektroskopie („NMR") zeigte 2 Molprozent Einbau des 1,2- Epoxyphenoxypropancomonomers.
Differentialscanningkalorimetrie („DSC") zeigte, dass der Schmelzpunkt des
Copolymers 51,3 ist, wobei die Kristallinität 49,9 Prozent ist. Das durch
Gelpermeationschromatographie („GPC") bestimmte Gewichtsmittel des Molekulargewichts
war 3,05 Millionen.
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Beispiele 2 bis 5
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Herstellung anderer Copolymere
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Unter
Verwendung des Polymerisationsverfahrens, das in Beispiel 1 dargestellt
ist, wurden mehrere Copolymere synthetisiert unter Verwendung verschiedener
Comonomere bei verschiedenen Beladungsgraden. Tabelle 1 führt die
Reaktionsbedingungen für
die Beispiele 2 bis 5 auf. Tabelle 2 führt die Copolymercharakterisierungsergebnisse
auf.
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Beispiele 6–14
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Schmelzmischen des Polymerverbundstoffs
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Polymergemische
aus wasserunlöslichem
Polymer und den wassersensitiven Copolymeren, die in den Beispielen
1 bis 5 hergestellt wurden, wurden durch Zusammenmischen der beiden
Polymerpulver hergestellt. Verschiedene Gemische wurden wie in Tabelle
3 angegeben, hergestellt. Tabelle 3 Polymergemische
| Beispiel
Nr. | wassersensitives Polymer | Gewichts-% | wasserunlösliches Polymer | Gewichts-% |
| 6 | PEO1 | 70 | Polystyrol | 30 |
| 7 | Beispiel
1 | 70 | Polystyrol | 30 |
| 8 | Beispiel
2 | 70 | Polystyrol | 30 |
| 9 | Beispiel
3 | 70 | Polystyrol | 30 |
| 10 | Beispiel
4 | 70 | Polystyrol | 30 |
| 11 | Beispiel
5 | 70 | Polystyrol | 30 |
| 12 | – | – | Polystyrol | 100 |
| 13 | Beispiel
4 | 100 | – | – |
| 14 | Beispiel
4 | 70 | Polyethylen | 30 |
- 1) enthält
60% Union Carbide POLYOX® WSR-Coag und 40% Union
Carbide POLYOX® WSR-N750
(Polyethylenoxid).
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Um
den Polymerverbundstoff zu bilden, wurden 30 Gramm des Pulvers in
einem Mischgefäß (C. W. Grabender,
Prep Center, Typ D-51) angeordnet. Die Temperatur wurde schrittweise
auf 120°C
erhöht
und es wurde bei 30 UpM für
5 Minuten gerührt,
um das Polymergemisch zu schmelzen. Dieses geschmolzene Polymergemisch
wurde dann in eine 8'' × 8''-Form übergeführt. Die
Form wurde in einer Dampfpresse (Greenerd, Modell CPA-50) angeordnet und
es wurde bei 180°C
für 2 Minuten
bei geringem Druck (1000 psi) gepresst. Der Druck wurde auf 2800
psi (Anzeige) für
3 Minuten erhöht,
während
die Temperatur bei 180°C
gehalten wurde. Die Form wurde nach der Rückkehr auf geringen Druck geöffnet und
mit Wasser für
10 Minuten gekühlt.
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Beispiel 15
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Reibungskoeffizientmessungen
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Die
in Tabelle 3 aufgeführten
Polymergemische wurden in diesen Versuchen verwendet. Die dynamischen
Reibungskoeffizienten wurden auf einem Reibungskoeffiziententester,
der von Kayness Inc. hergestellt wird, gemessen. Das Instrument
war mit einem Chatillon-Digitalkraftmessgerät ausgestattet. Ein Analogschreiber
war mit dem Kraftmessgerät
verbunden, um die Kraft in Realzeit aufzuzeichnen. Der Schreiber
wurde kalibriert durch die bekannten Gewichte, die mit dem Kraftmessgerät verbunden
waren. Das Substrat umfasste eine sich bewegende Edelstahlplatte
mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 Zoll pro Minute. Um die Gleitfähigkeit
des gleitfähigen
Verbundstoffs zu testen, wurde ein 8'' × 1''-Polymerstreifen auf dem Substrat befestigt
unter Verwendung eines zweiseitigen Klebebandes. Das Kraftmessgerät wurde
horizontal mit einem 210 Gramm 2'' × 2''-Gewicht
verbunden. Wasser wurde auf den Polymerstreifen gesprüht und 15
Sekunden Hydratisierungszeit erfolgten vor den Reibungsmessungen.
Dann wurde das Gewicht auf ein Ende der Probe gegeben und über den
8'' langen Polymerstreifen
gezogen. Der Reibungskoeffizient wurde aus den Anzeigen auf dem Kraftmessgerät, geteilt
durch das verwendete Gewicht, berechnet. Tabelle 5 fasst die Reibungskoeffizienten der
Polymergemische zusammen. Tabelle 5 Reibungskoeffizienten
| Beispiel
Nr. | Reibung |
| 6 | 0,055 |
| 7 | 0,045 |
| 8 | 0,036 |
| 9 | 0,031 |
| 10 | 0,071 |
| 11 | 0,052 |
| 12 | 0,129 |
| 13 | 0,038 |
| 14 | 0,052 |
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Verglichen
mit 100% Polystyrol (Beispiel 12) zeigten die meisten der Gemische,
die PEO oder PEO-Copolymere enthielten, eine Verringerung der Reibungskoeffizienten
bei Hydratisierung. Das 70/30-Gemisch von PEO/PS zeigte einen Reibungskoeffizienten
von 0,055. Für
Poly(ethylenoxid-co-1,2-epoxyphenoxypropan)
Copolymere, genannt P(EO + EPP) nahm beim Erhöhen der EPP Comonomer-Molprozent
Beladung von 2 auf 10 der Reibungskoeffizient von 0,045 auf 0,031
ab (Beispiel 7, 8 und 9). Ähnliche
Ergebnisse wurden für
die Poly(ethylenoxid-co-butylenoxid)-Copolymere, die als P(EO +
BO)-Copolymere bezeichnet werden, gefunden (Beispiele 11 und 12).
Wenn die BO-Comonomerbeladung von 1,7 auf 8,5 anstieg, nahm der
Reibungskoeffizient von 0,0712 auf 0,052 ab. Diese Ergebnisse zeigen,
dass eine höhere
Beladung mit Comonomeren zu geringeren Reibungskoeffizienten führte. Als
ein Beispiel verringerte im Vergleich mit Beispiel 6, das Homo-PEO-Polymer
verwendete, Beispiel 9, das 10 Mol-% Ethylenoxid und 1,2-Epoxyphenoxypropancomonomer
verwendete, die Reibung um etwa 44%.
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Polyethylen
kann ebenfalls mit den PEO-Copolymeren gemischt werden, um Zusammensetzungen mit
Feuchtgleiteigenschaft zu bilden. Ein 30/70-Gemisch von PE/P(EO + BO), Beispiel
14, zeigte den gleichen Reibungskoeffizienten wie das 30/70 PS/P(EO
+ BO), Beispiel 11.
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Reine
PEO-Copolymere, d.h. 100%, sind ebenfalls sehr effektive Feuchtgleiteigenschaftsmaterialien. Zum
Beispiel zeigte das 100% P(EO + BO)-Copolymer (Beispiel 13) einen
geringen Reibungskoeffizienten (0,038). Jedoch waren diese Polymere
schwer handzuhaben aufgrund ihres Fehlens mechanischer Festigkeit nach
Hydratisierung.
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Beispiel 16
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Beibehaltung der Gleitfähigkeit
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Dieser
Test wurde verwendet, um eine Anwendungsbedingung der Zusammensetzungen
mit Feuchtgleiteigenschaften zu simulieren, worin wiederholte Anwendung
und lang anhaltende Gleiffähigkeit
gewünscht ist.
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Die
Tests wurden entsprechend dem folgenden Verfahren durchgeführt. Der
Reibungstester, der in Beispiel 15 beschrieben ist, wurde verwendet,
um die Messungen durchzuführen.
Zuerst wurde Wasser auf den Polymerstreifen gesprüht und man
ließ den
Streifen für
15 Sekunden hydratisieren. Der Reibungstest wurde durchgeführt und
die mittlere dynamische Reibung wurde als Durchgang 1 aufgezeichnet.
Das Wasser wurde dann abgewischt unter Verwendung eines Papiertuchs
und der Polymerstreifen wurde in einem Ofen bei 50°C für 1 Stunde
zum Trocknen angeordnet. Der Streifen wurde auf Raumtemperatur gekühlt und
dann erneut verwendet, um die mittlere dynamische Reibung für den zweiten
Durchgang aufzuzeichnen. Die dritten, vierten und fünften Durchgänge wurden
auf dieselbe Art durchgeführt.
Das Reinigen und Trocknen der Polymerstreifen wurde zwischen jedem
Durchgang ausgeführt,
um die wiederholte Anwendung des Streifens zu simulieren. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Tabelle 6 Abriebstestergebnisse
| Durchgang | Beispiel
6 | Beispiel
8 |
| | Reibungskoeffizient | Reibungskoeffizient |
| 1 | 0,055 | 0,036 |
| 2 | 0,077 | 0,041 |
| 3 | 0,095 | 0,048 |
| 4 | 0,101 | 0,057 |
| 5 | 0,159 | 0,065 |
| 6 | 0,178 | 0,078 |
-
Beispiel
6, das ein PEO-Homopolymer verwendete, zeigte eine dramatische Erhöhung des
Reibungskoeffizienten nach jedem Feucht-Trocken-Zyklus. Nach dem
sechsten Durchgang war die Reibung über 300% derjenigen des neuen
Streifens. Tatsächlich
war nach 4 Durchgängen
sein Reibungskoeffizient sogar höher als
der von reinem Polystyrol. Dies wird bewirkt durch die erhöhte Oberflächenrauigkeit
nachdem das PEO von dem Streifen freigesetzt wurde. Diese Beobachtung
stimmte mit der Offenbarung von U.S. Patent Nr. 4,454,164 überein,
was anzeigt, dass, wenn ein Gleitstreifen auf PS/PEO-Basis auf Rasiereraufsätzen verwendet
werden, nach den ersten 3 bis 4 Rasuren die Gleitfähigkeitsnatur
der Streifen nicht länger
vorliegt.
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Auf
der anderen Seite zeigte Beispiel 8, das PEO-Copolymer verwendete,
bessere Beständigkeit
gegenüber
Abrieb. Nach dem sechsten Durchgang war die Reibung ungefähr gleich
der Reibung, die beim zweiten Durchgang von Beispiel 6 ermittelt
wurde. Dies zeigt deutlich, dass PEO-Copolymere die Nutzungsdauer der
Gleitzusammensetzungen, insbesondere für Anwendungen, die wiederholte
Verwendungen erfordern, verbessern können.
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Wenngleich
die Erfindung in Bezug auf spezifische Aspekte beschrieben worden
ist, wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte im Bereich
der nachfolgenden Ansprüche
enthalten sind. Zum Beispiel wird der Fachmann erkennen, dass zusätzlich zu
den spezifischen Epoxid-funktionellen
Verbindungen, die hier beschrieben sind, andere Epoxid-funktionelle Verbindungen,
wie etwa z.B. Diepoxide, als Comonomere mit den Alkylenoxidverbindungen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
