專利名稱：均質(zhì)聚合物制備的溫度控制方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及到一個水凝膠制備的聯(lián)機方法，其中對交聯(lián)過程的溫度進行調(diào)節(jié)，從而容許批間和批內(nèi)的均質(zhì)生產(chǎn)。
概括背景通常在產(chǎn)品的制造中產(chǎn)品的均質(zhì)性是非常重要的，但是在工業(yè)規(guī)模的聚合化學領(lǐng)域中能達到這一點還是非常麻煩的。
US 5,306,404的方法關(guān)注在良好重復性和多種凝膠濃度下的凝膠電泳的聚丙烯酰胺凝膠板的生產(chǎn)。US 5,306,404的方法是通過將特定的和選定濃度的單體、過氧化物溶液、和還原性溶液合并從而使凝膠適合用于電泳來制備凝膠的。通過所述方法制備的凝膠并不對批內(nèi)的溫度變化進行控制。凝膠還不是生物兼容的。
WO 96/04943所公開的合成聚丙烯酰胺的方法中包含有很多步驟，并且，其固有特性決定了將得到較寬的凝膠規(guī)格范圍，而所有操作階段都對此有影響。即使對于熟練的聚合物化學家來說，仔細按WO 96/04943執(zhí)行的步驟也會導致具有非均勻產(chǎn)品特性的水凝膠(見實施例1)。
制備水凝膠常規(guī)方法的典型代表是WO 96/04943，其中的方法包括許多人工操作步驟，即，制備各混合物，將用于所希望的一批產(chǎn)物的兩種混合物的經(jīng)計量的樣品適當?shù)鼗旌希谝粋€設定溫度下，用惰性氣體進行除氣，將反應混合物投到幾個燒杯中(依據(jù)批量大小而定)；在燒杯中至少進行_到1_小時的聚合反應；將圓柱狀凝膠脫模；抽出殘留物并在水中平衡92小時(要求換8次水)；使用一個上下來回移動的格柵通過研磨將經(jīng)提純的凝膠均質(zhì)化；將被均質(zhì)化的凝膠裝到貯藏/包裝容器中；最后在高壓釜中對貯藏/包裝容器進行處理。
在實施這些常規(guī)方法(如在WO 96/04943中所描述的)時，據(jù)本研究人員估算，得到產(chǎn)品所需要的總時間幾乎為一個星期的工作時間，包括抽提過程的8次換水。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)10升的凝膠生產(chǎn)就包括5次起動操作和100次模制和脫模操作。這不可避免地導致了所有操作階段的變化所帶來的較寬的凝膠規(guī)格范圍。
對于熟悉聚合化學/生產(chǎn)的人員，以下提法是合理的即使當工藝過程被正確執(zhí)行時，得到非均質(zhì)化產(chǎn)物性質(zhì)的固有的可能性(特別是在拋投物料和聚合反應步驟中)很大并且這是對資源的浪費。
US 4,535,131涉及在50至95℃溫度范圍里通過使用堿試劑生產(chǎn)部分水解丙烯酰胺聚合物的方法。聚合過程的批內(nèi)溫度變化不受控制。
曹孟君(CN1999099116009)公開了具有不同交聯(lián)密度和濃度的聚丙烯酰胺水凝膠的制備。
WO 01/42312涉及用黃酸酸酯控制自由基聚合來制備聚合物的方法。聚合過程的批內(nèi)溫度變化不加控制。
WO 00/31148涉及從聚丙烯酰胺活性預聚物合成聚丙烯酰胺水凝膠和水凝膠組的合成法。聚合過程的批內(nèi)溫度變化不加控制US 6,277,948涉及合成聚酰胺的方法。聚合過程的批內(nèi)溫度變化不加控制。
發(fā)明的概述在正在進行的聚合合成研究中，本研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，聚合物的非均質(zhì)性大部分可歸咎于聚合過程的批內(nèi)溫度變化。僅舉幾例，溫度變化影響鏈長、交聯(lián)度和流變特性。本研究人員已開發(fā)了可連續(xù)或分批運行的方法，其中對反應混合物內(nèi)的溫度變化進行了控制。本研究人員已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)，該方法的產(chǎn)品具有高均質(zhì)性和高質(zhì)量。本發(fā)明的連續(xù)方法允許制備大批量有高批間和批內(nèi)均質(zhì)性的聚合物以及制備具有變化的和可控的分子量及流變特性的多種類型聚合物。
本發(fā)明的第一個目標涉及通過提供適合反應條件的反應設計來提供高均質(zhì)性聚合物水凝膠的方法。該第一個目標因此是針對基本均勻的聚合物水凝膠的制備的，其中包括含以下步驟聚合反應i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑和任選的助催化劑、或其惰性預混物在混合器中合并；所述合并操作得到了聚合被引發(fā)的混合物；ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作導致聚合物的形成；其中聚合反應是縮合或自由基聚合；所述方法包括將反應器中任意兩點間的溫度差限制在不超過9℃。
另外，本發(fā)明的第一個目標可定義為涉及包括含以下步驟的聚合反應的制備聚合物水凝膠的方法中的反應器中任意兩點之間的溫度差的控制方法(i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑和任選的助催化劑、或其惰性預混物在混合器中合并；所述合并操作得到了聚合被引發(fā)的混合物；(ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流過；所述供給操作導致聚合物的形成；其中聚合反應是縮合或自由基聚合；其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為2至5％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，管式反應器的直徑不大于25mm；b)單體濃度為6.1至10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，管式反應器的直徑不大于15mm；c)單體濃度為10.1至22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，管式反應器的直徑10mm。
本發(fā)明的第二個目標涉及通過確保未反應液態(tài)單體不能越過凝膠邊緣而在連續(xù)過程中提供高均質(zhì)性聚合物水凝膠的方法。該第二個目標涉及在包括聚合反應的連續(xù)過程中制備基本均勻的聚合物水凝膠的制備工藝。
所述反應包含以下步驟i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑或其惰性預混物合并；ii)將單體組分、交聯(lián)組分和任選的引發(fā)劑或助催化劑、或其惰性預混物混合，直到得到的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.75到2.5Pa的先期凝膠；iii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作得到了基本均勻的聚合物水凝膠。
本發(fā)明的第三個目標是要提供一種聚合物水凝膠，該聚合物水凝膠由于經(jīng)洗滌過程而從最終凝膠中除去了通常有毒的單體而是生物兼容的。為了有效地除去殘留毒素，常規(guī)的洗滌過程是耗時的并由此導致了得到的凝膠非常溶脹，具有低固體重量含量，并由此而經(jīng)常不能達到所希望的修復術(shù)目的要求。本發(fā)明的洗滌工藝在可控的速度下有效地除去毒素從而獲得所希望的固體含量，進而得到所希望的流變特性。本發(fā)明的第三個目標是針對將單體單元從聚合物水凝膠除去的方法，其中包括提供比表面積至少達1.5cm2/g的聚合物水凝膠；用含水介質(zhì)洗滌聚合物水凝膠使水凝膠中的單體單元的含量低于400ppm。換而言之，本發(fā)明的第三個目標涉及使聚合物水凝膠溶脹的方法，其中包括提供其比表面積至少達1.5cm2/g的聚合物水凝膠；將聚合物水凝膠和含水介質(zhì)接觸，直到獲得理想固體重量。
本發(fā)明的一個重要的目標涉及可通過本發(fā)明的方法和工藝獲得的新型均質(zhì)聚合物水凝膠，即根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求49或權(quán)利要求82到權(quán)利要求135中任何一項所限定的方法或根據(jù)任權(quán)利要求50到權(quán)利要求81所限定的方法中任何一項得到的基本均勻的聚酰胺水凝膠。
本發(fā)明的其他目標涉及制備聚酰胺水凝膠的方法，其中包括i)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、以及自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物組分合并；ii)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、以及自由基引發(fā)劑、或其惰性預混物混合，直到形成聚丙烯酰胺水凝膠；
iii)將聚丙烯酰胺水凝膠和溶劑接觸，該溶劑可和水混合，可溶解丙烯酰胺組分或亞甲基二丙烯酰胺，并且不是聚合物的溶劑，所述所提供的溶劑過量，從而不但將水從水凝膠中抽出，也將丙烯酰胺組分或亞甲基二丙烯酰胺也抽提出來，直到白色聚合物和根據(jù)權(quán)利要求權(quán)利要求141到權(quán)利要求148的任何一項所限定的方法所得到的聚丙烯酰胺水凝膠沉淀出來。
本發(fā)明的描述本發(fā)明的方法通過開發(fā)允許對每個影響產(chǎn)品質(zhì)量的反應條件進行多種控制來處理了缺乏產(chǎn)品均質(zhì)性的現(xiàn)實問題并解決了這些問題。
本發(fā)明的方法可用于聚合反應是放熱反應的聚合化水凝膠的合成。這種放熱聚合反應會遇到產(chǎn)品均質(zhì)性問題，例如與窄分子量分布、網(wǎng)絡規(guī)整性、交聯(lián)密度和流變特性等有關(guān)的問題。適合的放熱聚合反應是固體或溶液物質(zhì)的縮聚和自由基聚合反應。
如所述，本發(fā)明第一個目標涉及通過提供適合反應條件的反應設計提供高均質(zhì)性聚合水凝膠的方法。因此，該第一目標針對基本均勻的聚合物水凝膠的制備方法，其中包括含如下步驟的聚合反應i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑和任選的助催化劑、或其惰性預混合物在混合器中合并；所述合并操作得到一個聚合被引發(fā)的混合物；ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作形成了聚合物；其中聚合反應是縮合或自由基聚合反應；所述方法包括將反應器內(nèi)任意兩點的溫度差限制在不超過9℃。
典型地，常規(guī)方法(如WO 96/04943所描述的方法)還包括大量丙烯酰胺、交聯(lián)劑和引發(fā)劑或聯(lián)合引發(fā)劑溶液的人工操作。通過混合和將試劑引發(fā)引發(fā)聚合，然后立即澆鑄入模制燒杯中。這意味著大約10升的凝膠的生產(chǎn)需要幾個分開的引發(fā)操作和多得多的模制操作。這本身即由所有操作步驟和方法的變化影響帶來了相對寬的凝膠規(guī)格范圍。另外PAAG聚合產(chǎn)生不平均分布的交聯(lián)鍵的較不均勻的結(jié)構(gòu)也是廣為人知的。
如在實施例1將看到的，由于在其中發(fā)生聚合反應的容器的中心和周邊存在一個大的溫度差，用常規(guī)方法得不到令人滿意的產(chǎn)品均質(zhì)性。其原因至少可部分歸咎于在中心處發(fā)熱量最大且熱散逸最小。如在表1中將看到的，在聚合反應過程中的某一瞬間，凝膠介質(zhì)中兩點間的溫度差可高達9.2℃。此外，使用常規(guī)方法時，在整個反應過程中，反應溫度變化劇烈，例如在400秒到1900秒，在燒杯的側(cè)面上達10.9℃。
在混合前預熱溶液、在更高的溫度下混合或聚合不能解決這個問題，因為在這些條件下同樣觀察到類似的溫度變化。當常規(guī)方法在45℃水浴中實施時，反應溫度很快達到高達56℃。在這樣的條件下，水凝膠不形成聚合物網(wǎng)絡而是形成模量G’很低的粘稠液體。這至少部分歸咎于形成了大量顯著較小的不交聯(lián)的單鏈。
在較高的溫度下，單個聚合物分子所形成的鏈長較短，這導致每分子鏈交聯(lián)劑數(shù)量較低，并因此也導致了總體上較低的每容積凝膠交聯(lián)劑密度。這產(chǎn)生了較低的模量/粘度，而且，如果溫度足夠高的話(＞60℃)，產(chǎn)生了形成更多的未交聯(lián)材料(可瀝濾物)的可能。
如表2所示，聚合發(fā)生的溫度對聚合物凝膠的彈性模量(G’模量)和粘度影響很大。例如，從45℃到40℃的僅5℃的聚合溫度差使G’模量增大66％；從50℃到45℃的僅5℃的聚合溫度差使G’模量增大超過110％。
由此，本研究人員為均質(zhì)聚合物和水凝膠流變特性的可控調(diào)整提供了方法。產(chǎn)品的均質(zhì)性是通過控制反應溫度以使在整個反應介質(zhì)中溫度變化最小化而得到的。本研究人員已經(jīng)成功地將聚合反應介質(zhì)中的溫度變化最小化，從而使所述溫度變化小于約9℃，典型地和更優(yōu)選地小于5℃。
本發(fā)明主要方面涉及用于制備具有所希望的流變特性的水凝膠的方法。這些特征至少部分是可歸結(jié)于用以制備水凝膠的方法。由此，本發(fā)明還涉及制造水凝膠的方法。本發(fā)明的方法不僅要獲得所希望的流變特性，而且要以可控的方式獲得所述特性，從而得到對水凝膠的流變特性的可控變化。本發(fā)明提供了特點是在整個水凝膠中是均質(zhì)的(單元內(nèi)均質(zhì))并且在生產(chǎn)過程之間也是均質(zhì)的(單元間均質(zhì))的水凝膠。本研究人員已經(jīng)顯示，在現(xiàn)有方法生產(chǎn)出高度非均質(zhì)的水凝膠，而這都至少部分歸咎于在注模過程中凝膠內(nèi)溫度的不均勻性。此外，本研究人員已經(jīng)顯示，水凝膠的流變特性如G’模量(彈性)對聚合反應溫度的變化非常敏感。
具有聯(lián)機交聯(lián)(inline cross-linking，ILX)技術(shù)的本發(fā)明的方法比常規(guī)的用于生產(chǎn)聚丙烯酰胺水凝膠的方法有較大的優(yōu)點·在優(yōu)選的實施方案中，ILX是個連續(xù)方法，因此很少或沒有批量級以下的變化；·在可以控制管式反應器中的聚合反應條件以產(chǎn)出更多的均質(zhì)凝膠(即該方法在彈性、粘度和固體重量含量方面具有窄凝膠規(guī)格并符合檢驗的要求)；·ILX是一個緊湊的過程，允許自動化和將有害于操作人員的單體暴露最小化；·ILX可以根據(jù)批量的大小容易進行調(diào)整，并且根據(jù)變化的交聯(lián)度、彈性、粘度和/或固含量的預設工藝條件來生產(chǎn)凝膠。
本研究人員已經(jīng)引人注目地能夠可重復地和始終如一地實施本發(fā)明的方法以使在反應器內(nèi)任意兩點間的溫度差低達1.3-2.6℃。正如本研究人員所確定的，壁的溫度(等于水浴溫度)和管中心溫度的差已被縮小到1.3-2.6℃。與包括在燒杯中注模的常規(guī)工藝相比較而言，這個令人驚訝的結(jié)果是戲劇性的改進，并且對提高產(chǎn)品的均質(zhì)性是非常重要的。
因此，本發(fā)明提供了用于制備均質(zhì)聚合物或水凝膠和用于聚合物水凝膠流變特性的可控制改變的方法。本發(fā)明的方法及方法的優(yōu)點以聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法為例子。制備聚丙烯酰胺水凝膠的方法是本方法的優(yōu)選的實施方案，并且為制備聚丙烯酰胺而實施的方法的優(yōu)點可以容易地推廣至用來制備一系列聚合物的方法。
如所述，基本均勻的聚合物水凝膠的制備的重要特征包括將反應器內(nèi)任意兩點之間的溫度差限制在不超過9℃。典型地，按照本發(fā)明的這一目標，在反應器內(nèi)任意兩點之間的溫度差不超過8℃，例如不超過7℃、6℃，優(yōu)選不超過5℃，甚至更優(yōu)選不超過4℃，最優(yōu)選不超過3℃。
本發(fā)明的過程及方法由于其能作為成批過程或連續(xù)過程而實施而是靈活的。優(yōu)選以連續(xù)的方式實施本過程及方法，特別是涉及解決防止未反應單體越過凝膠邊緣的問題的過程及方法。
聚合物水凝膠的基本均勻性是指聚合物水凝膠是基本均勻從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差異不超過200％，例如不超過180％，例如不超過170％、不超過165％、不超過160％、不超過155％、不超過150％、不超過145％、不超過140％、不超過135％、不超過130％、不超過125％、不超過120％、不超過115％、不超過110％、不超過105％、不超過100％、不超過95％、不超過90％、不超過85％、不超過80％、不超過75％、不超過70％、不超過65％、不超過60％、不超過55％、不超過50％、不超過45％、不超過40％、不超過35％、不超過30％、不超過25％、不超過20％、不超過15％，例如不超過10％。
換而言之，其中聚合物水凝膠是基本均勻的從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差異不超過100Pa，例如不超過95Pa，例如不超過90Pa、不超過85Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過65Pa、不超過60Pa、不超過55Pa、不超過50Pa、不超過45Pa、不超過40Pa、不超過35Pa、不超過30Pa、不超過25Pa、不超過20Pa、不超過15Pa，例如不超過10Pa。
術(shù)語“管式反應器”是指在其中聚合反應優(yōu)勢發(fā)生的、管狀的、矩形的或其他有角的管道。管式反應器優(yōu)選管狀的。管式反應器應適合被冷卻或加熱。管式反應器可以被調(diào)整成同軸排列的以便于允許溫度從包含反應混合物的管道的內(nèi)壁和外壁轉(zhuǎn)移走。
典型地，以連續(xù)方式實施本發(fā)明的方法及過程。在這樣的實施方案中，至少一個混合或供給步驟是在梯度壓力下完成的。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到本發(fā)明還涉及自動化過程和方法。
典型地，本發(fā)明的過程及方法包括屬于縮聚或自由基聚合反應的聚合反應。
合并步驟包括將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑、任選的助催化劑、或其惰性預混物在混合器中合并；所述合并得到了聚合被引發(fā)的混合物。
本發(fā)明的聚合反應所制得的適當?shù)木酆衔锟蛇x自聚丙烯酰胺、聚酯、聚醚、聚烯烴、聚硅氧烷、聚酮、芳族聚酰胺、聚酰亞胺、人造絲、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯和聚氨酯(如聚氨酯甲基丙烯酸酯)。聚合物可通過縮聚反應或自由基聚合反應制備。
典型的聚合物體系可基于選自以下的物質(zhì)甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙氧乙酯、甲基丙烯酸羥二乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧二乙氧乙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯，以上物質(zhì)可被任選地水解，以及其鹽。單體可以是任何已知參與產(chǎn)生水凝膠的縮聚反應或自由基聚合反應的單體。它們可以是帶有活性側(cè)基或端基的任何一系列基團。
交聯(lián)劑是熟悉制備水凝膠的技術(shù)的技術(shù)人員已經(jīng)知道的(見《醫(yī)學和藥學中的水凝膠》(“Hydrogels in Medicine and Pharmacy”)，N.A Peppas，1986，CRC出版社)。這包括具有一系列鏈長的選自具有以下基團的基團羥基、烯端基、乙烯基、乙烯醚基、羧酸、羧酸鹽、羧酸酯、胺、酰胺、?；u。自由基聚合反應適合使用烯烴、乙烯基團、乙烯基醚和炔作為交聯(lián)劑。適合的例子包括亞甲基二丙烯酰胺和二甲基丙烯酸乙二醇酯衍生物。交聯(lián)劑也可以是單功能度的，其中試劑的一部分具有化學活性以與一條聚合物鏈形成共價鍵，另一部分能夠與另一條聚合物鏈形成氫鍵。
在氧化還原自由基反應中，可以使用一系列氧化還原劑，例如TEMED、偏亞硫酸氫鈉和亞鐵鹽?；瘜W引發(fā)可以通過熱能、紫外線、可見光和過氧化物(如過硫酸銨和過氧化氫)實現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個適合的實施方案中，單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑和任選的助催化劑、或其惰性預混物可在合并步驟前或供給步驟前預熱。這樣，本發(fā)明的方法可以包括預熱步驟。該預熱步驟將各組分未在供給步驟前經(jīng)預熱時聚合開始的延遲最小化。該延遲的原因是該合并的混合物在被裝載到導管中時處于室溫下并且該合并的混合物隨后被加熱到聚合溫度。
預熱步驟包括將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑和任選的助催化劑、或其惰性預混物加熱選自40℃到65℃的溫度，例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、以及65℃。
預熱步對管式反應器中觀察到的發(fā)熱現(xiàn)象是有影響的。在包括預熱步驟的實施方案中，典型地，包括預熱步驟的實施方案中的溫度差比再合并和/或供給步驟中組分溶液處于室溫或的實驗的溫度差稍高。典型地，包括預熱步驟的實施方案的溫度差約不超過6.5℃，例如不超過6℃，優(yōu)選不超過5℃。
在適合的實施方案中，混合器內(nèi)任意兩點的溫度差不超過9℃，例如不超過8℃、7℃、6℃、5℃、4℃或3℃。
在合并、混合或供給步驟中，不希望有氧存在，這是由于一般而言氧起到自由基聚合反應的抑制劑作用并影響凝膠化反應的開始時間。
合并或混合有可能導致意味著大約10-30％聚合的凝膠化。
在本發(fā)明的方法中，可以在可以控制所有可影響到聚丙烯酰胺凝膠最終特性的重要參數(shù)(例如溫度和氧含量)的封閉系統(tǒng)中實施每一操作(例如組分的合并和混合，提供用于管式反應器中的聚合的反應介質(zhì))。
單體組分可預先混合以形成惰性預混物。為了在各自的溶液中降低氧含量，可用惰性氣體對單體組分或惰性預混物進行除氣。
任選地在壓力梯度下合并組分，例如通過使用泵和通過混合器。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的，可用靜態(tài)或機械式混合器來進行混合。在優(yōu)選的實施方案中，為了便于操作，將組分從靜態(tài)混合器通過。靜態(tài)混合器的直徑和步幅是可調(diào)整的?；旌掀鲗⒑喜⒌慕M分混合。
靜態(tài)混合器有時也被稱為無運動混合器。一個適合的靜態(tài)混合器如

圖1所示，其在外殼內(nèi)包含有很多混合器元件。
圖1 為保證適當?shù)鼗旌希梢詫ν鈿さ拈L度和直徑及混合器元件的數(shù)量進行調(diào)整。
在混合器中，取決于反應是否要冷卻、是否允許在房間溫度反應、是否需要在反應器中加熱，反應可以被加以控制從而使化學反應被引發(fā)或阻止，直到反應混合物進入管式反應器。
在一個適合的實施方案中，為了加熱反應混合物，混合器被加熱。在本發(fā)明的方法的適合的實施方案中，混合器被加熱到0到65℃之間的溫度，例如10到65℃，典型的是20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃，最優(yōu)選40到55℃。
在離開混合器從而進入管式反應器時，典型地，混合物是聚合被引發(fā)的混合物，其中所述聚合被引發(fā)的混合物的彈性模量G’為0.2到15Pa，如0.3到10Pa、0.5到6Pa，典型的是0.5到5Pa。
制備聚合物的常規(guī)連續(xù)工藝的問題是在管式反應器中未反應單體越過凝膠的邊緣。這導致了產(chǎn)品的非均質(zhì)性且這個很不受歡迎的問題在聚合物加工工業(yè)中還沒得到解決。本研究人員已經(jīng)令人矚目地發(fā)現(xiàn)通過允許反應混合物在混合器中形成先期凝膠，如延長在混合器中的停留時間，當反應混合物進入管式反應器后，沒有觀察未反應單體越過凝膠的邊緣的問題。
相應地，本發(fā)明的另一個目標是獨立地涉及在連續(xù)過程中來制備基本均勻的聚合物水凝膠的含聚合反應的方法所述反應包含如下步驟(i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑或其惰性預混物合并；(ii)將單體組分、交聯(lián)組分和任選的引發(fā)劑或助催化劑、或其惰性預混物混合，直到聚合被引發(fā)的混合物為彈性模量G’為0.75到2.5Pa的先期凝膠；(iii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動，所述供給操作形成了基本均勻的聚合物水凝膠。
最優(yōu)選地，為了最好地獲得產(chǎn)品均質(zhì)性，聚和被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.8到2Pa的先期凝膠。
由此，在其中過程或方法是連續(xù)的實施方案中，優(yōu)選在混合器元件讓聚合開始到一定程度以形成先期凝膠。
當聚合反應已經(jīng)在靜態(tài)混合器元件里開始了時，當反應混合物離開靜態(tài)混合器元件時，反應混合物變成先期凝膠并從而避免了未聚和的反應性單體混合物越過凝膠邊緣并且以僅部分聚合的狀態(tài)從反應器中離開。避免未反應單體越過凝膠邊緣對獲得均質(zhì)的凝膠產(chǎn)品(其中其中所有聚合凝膠物質(zhì)都在反應器中具有相同的停留時間，從而得到了有均勻物理特性的均質(zhì)產(chǎn)品)是重要的。
在管式反應器中的反應過程的余下的部分起著后聚合反應器區(qū)的作用，其中發(fā)生凝膠物質(zhì)中的反應性單體的最后轉(zhuǎn)化以獲得高轉(zhuǎn)化率和低殘留單體含量。
使膠能夠被分類為處于先期凝膠狀態(tài)所必須的轉(zhuǎn)化程度是很難用精確的物理特性來定義的，這是因為它在很大程度上取決于過程中的聚合網(wǎng)絡的化學構(gòu)成和本性。如所述，按照本發(fā)明，先期凝膠的彈性模量G’為0.75到2.5Pa，優(yōu)選地，聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.8到2Pa的先期凝膠。
本研究人員已經(jīng)開發(fā)出一個簡單的測試方法以便決定和設計在管式反應器中所需的靜態(tài)混合器區(qū)的長度以及當其離開混合器區(qū)時獲得先期凝膠條件的停留時間。方法由一個系統(tǒng)組成，其中當系統(tǒng)運行并且獲得了穩(wěn)態(tài)條件時，少量著色劑被加入任意一個單體組分或其惰性預混物中。通過目測觀察，實施本發(fā)明的方法的操作員可以看到在反應器中被著色的活性液體邊緣是否形成平推流或被著色的液體是否越過凝膠邊緣。
在發(fā)生被著色液體確實越過凝膠邊緣時，操作員可加長混合器區(qū)直到跟在混合器區(qū)后面的管式反應器中沒有被著色的反應性液體材料越過凝膠邊緣。另外，操作員可通過其他手段(如減小梯度壓力)來增加在混合器中的停留時間。如果反應條件許可，操作員提高混合器溫度從而提高混合器中聚合的程度以形成先期凝膠。
在一個合適的實施方案中，混合器區(qū)可被分成幾個部分，例如A1、A2和A3，其中A1和A3區(qū)包含有穩(wěn)態(tài)混合器元件，而A2區(qū)不包含任何靜態(tài)混合器元件或靜態(tài)混合器元件密度被減小。為了通過提高流過A2的流量而確保有足夠的在A1和A3區(qū)混合的供應流量，這種混合器區(qū)的設計可能是優(yōu)選的。有必要確保反應性物質(zhì)的混合以避免在液體膜單體和先期凝膠形成間分離，其原因在于這樣情況可能導致以上提及的在后續(xù)的管式反應器中液體越過凝膠的問題。因此A2區(qū)可以含有靜態(tài)混合器元件，也可以不含靜態(tài)混合器元件，但優(yōu)選該區(qū)不含混合器元件以便不影響將增加任何液體流動越過在體系中正在產(chǎn)生的凝膠的危險的管路壓力。A2區(qū)影響料流離開A3區(qū)前的停留時間。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道的，混合器可包含任意數(shù)量的A1、A2和A3重復組合系統(tǒng)。
典型地，A1區(qū)的長度根據(jù)靜態(tài)混合器元件的供應者來設置，并取決于混合器的直徑、單個混合器元件的葉片角度和幾何形狀。由于每個混合器元件是一樣的，A3區(qū)的長度以為A1區(qū)長度的1到5倍為合適。在這樣的一個實施方案中，混合組分之一顯示出粘彈性流動，并在混合步驟中需要額外的能量。因此，典型地，A3區(qū)的長度比A1區(qū)的更長。
對于這樣的設置，在從混合器A3區(qū)出口連接的管式反應器中沒有反應性液體繞過凝膠邊緣是重要的。不同的區(qū)A1-A3是可以調(diào)整的，其需要的長度可根據(jù)根據(jù)所需的產(chǎn)品特性(如彈性，粘度和固含量)來設定的具體反應條件來決定。
因此，本發(fā)明的方法和過程可包含混合步驟，該步驟則包括混合階段，其中單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑或其惰性預混合物被混合；所述混合階段之后是松弛或流動階段；此后是第二混合階段，其中得到的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.75到2.5Pa的早期凝膠，優(yōu)選的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.8到2Pa的先期凝膠。
實驗上已經(jīng)用上述著色方法確定了混合器中的停留時間。經(jīng)驗性的停留時間和凝膠點是相關(guān)聯(lián)的，其中凝膠點即在該點增長了的單體單元剛剛被加大到開始形成固定不動的網(wǎng)絡并且一般承認在此時彈性模量G’＝1Pa。本研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，混合物的停留時間可由通過使液體混合物在0.5Pa≤G’≤5Pa(優(yōu)選0.8Pa≤G’≤2Pa)時排出混合器而預先被決定。如果將停留時間延長到大于5Pa，混合器出口處正在形成的凝膠可能由于在最后的混合器元件處的高阻力而難以移動，并且危及最終凝膠性能。如果停留時間低于0.2Pa，很容易發(fā)生液體混合，如可通過著色法演示觀察到的。
產(chǎn)品的均質(zhì)性可僅通過使聚合被引發(fā)的混合物形成先期凝膠或和在反應過程中對溫度進行控制組合的手段來獲得。
如所陳述的，在一個非常適合的實施方案中，在混合器里任意兩點的溫度差不超過9℃，例如不超過8℃、7℃、6℃、5℃、4℃或3℃。
因此，結(jié)合一個實施方案，本發(fā)明的方法可包含聚合化反應，所述反應包括如下步驟(i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑或其惰性預混物合并；
(ii)將單體組分、交聯(lián)組分、任選的引發(fā)劑或助催化劑、或其惰性預混物混合，直到得到的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.75到2.5Pa的先期凝膠；(iii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作得到了基本均勻的聚合物水凝膠；所述過程包括將反應器中任意兩點間的溫度差限制在不超過9℃或?qū)⒒旌掀髦腥我鈨牲c間的溫度差限制在不超過9℃。
在某些實施方案中，混合器中任意一點和管式反應器中任意一點的溫度差可不超過9℃。
在一個適合的連續(xù)聯(lián)機交聯(lián)的實施方案中，將兩個惰性單體的混合物A和B供給到靜態(tài)混合器里，在其中A1是初級混合區(qū)，A2是松弛區(qū)(沒有靜態(tài)混合器)，該區(qū)增加了讓隨后的區(qū)得到合適的混合所需要的停留時間，A3是最終混合區(qū)，該區(qū)用于防止任何液體越過凝膠邊緣并允許在反應混合物進入在其中發(fā)生后聚合反應的管式反應器前形成先期凝膠。進口可被預設為溫度T1，混合器區(qū)及管式反應器可預設為相同或不同的溫度T2和T3。
T1、T2和T3可獨立地選自從0到65℃的溫度，例如從10到65℃，典型的是從20到65℃，更典型的是25到65℃，優(yōu)選從30到65℃，甚至更優(yōu)選從35到60℃，如從40到65℃，最優(yōu)選從40到55℃。
在將兩個單體混合物A和B加入靜態(tài)混合器、其中A1是混合區(qū)、A2是從聯(lián)機流至模具A3的輸送區(qū)的分批聯(lián)機交聯(lián)方法的適當?shù)膶嵤┓桨钢?，所述模具是聚合在比?lián)機系統(tǒng)中停留時間長得多的時間內(nèi)發(fā)生的位置。如果此后還有模具A4、A5、A6等，在將第一個模具用任何輸送器間歇移動而充滿后，方法可以被視為半連續(xù)的。入口可以被預設為溫度T1、并且混合器區(qū)以及模具可以被預設為相同或不同的溫度T2和T3。
如所陳述，本發(fā)明的第一個目標涉及通過包括將管式反應器內(nèi)任意兩點的溫度差限制在不超過9℃的方法提供高均質(zhì)性聚合物水凝膠的方法；所述方法包含將聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述步驟導致了聚合物的形成。
反應器中任意兩個位置的溫度差可以控制，以上控制至少部分通過選擇一個適當直徑的管式反應器實現(xiàn)。優(yōu)選的管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)、聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)、聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過15mmc)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)、聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過10mm。
單體濃度為1到6％(重量/重量)并且聚合物形成溫度為5到65℃時，優(yōu)選管式反應器的直徑不超過20mm。單體濃度為6.1到10％(重量/重量)并且聚合物形成溫度為5到65℃時，優(yōu)選管式反應器的直徑不超過10mm。單體濃度為10.1到22％(重量/重量)并且聚合物形成溫度為5到65℃時，優(yōu)選管式反應器的直徑不超過9mm。
更典型的是，單體濃度為1到6％(重量/重量)并且聚合物形成溫度在5到60℃時，管式反應器的直徑不超過25mm。單體濃度為6.1到10％(重量/重量)并且聚合物形成溫度為5到60℃時，典型的管式反應器的直徑不超過15mm。單體濃度為10.1到22％(重量/重量)并且聚合物形成溫度為5到60℃時，典型的管式反應器的直徑不超過9mm。
反應器中任意兩點的溫度差是可控制的，該控制至少部分通過選擇由具有足夠熱傳導性的材料制成的管式反應器實現(xiàn)。典型地，本發(fā)明的方法和過程包括選自以下材料的管式反應器聚四氟乙烯、不銹鋼、玻璃、塑料、陶瓷及其組合。
熱傳導性取決于管式反應器的材料以外的特征至外的特征，包括反應混合物的流量和在反應混合物中單體的濃度。因此以用熱通量敘述本方法更適合。
在典型的實施方案中，管式反應器的熱通量為0.0.01到60J/秒，例如0.01到50J/秒，如0.05到45J/秒、0.1到40J/秒、0.15到40J/秒、0.15到35J/秒、0.15到30J/秒、0.15到25J/秒、0.15到20J/秒。
在其中管式反應器的直徑為1至12mm的實施方案中，典型的熱通量是從0.01到10J/秒，如0.05到8J/秒，典型的0.1到8J/秒，如0.15到8J/秒。在其中管式反應器的直徑為12.1到30mm的實施方案中，熱通量也通常為0.2到60J/秒，如0.25到50J/秒，如0.3到45J/秒，如0.4到40J/秒，典型的是0.5到40J/秒。
對于1到6％(重量/重量)的單體濃度，聚合物形成溫度是20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選從45到50℃。
典型地，對于6.1到10％(重量/重量)的單體濃度，聚合物形成溫度是20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選溫度是30到60℃，甚至更優(yōu)選從35到60℃，如從40到60℃、從40到55℃、45到55℃，最適宜的溫度是從45到50℃。
典型地，對于10.1到22％(重量/重量)的單體濃度，聚合物形成溫度是20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選從30到60℃，甚至更優(yōu)選從35到60℃，如從40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選從45到50℃。
本發(fā)明的重要目標可換一種方法而定義為在包含有聚合反應的制備聚合物水凝膠的方法中的控制反應器中任意兩點間溫度差的方法，該方法包含如下步驟(i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑和任選的助催化劑、或其惰性預混物在混合器中合并；所述合并操作得到聚合被引發(fā)的混合物；(ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作導致聚合物的形成；其中聚合反應是縮合或自由基聚合；其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)在單體濃度為1到6％(重量/重量)、聚合物形成溫度為5到65℃時，管式反應器的直徑不超過25mm。
b)在單體濃度為6.1到10％(重量/重量)、聚合物形成溫度為5到65℃時，管式反應器的直徑不超過15mm。
c)在單體濃度為10.1到22％(重量/重量)、聚合物形成溫度為5到65℃時，管式反應器的直徑不超過10mm。
優(yōu)選管式反應器中任意兩點的溫度差不超過8℃，如不超過7℃、6℃，優(yōu)選不超過5℃，甚至更優(yōu)選不超過4℃。
管式反應器的直徑可在從約1到50mm的范圍內(nèi)，如在約5到25mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在約7到20mm的范圍內(nèi)，如7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5和約20mm。
本發(fā)明的方法的一個必要特征是管式反應器的直徑和/或結(jié)構(gòu)使反應器外壁之間的界面處的溫度和反應器中溶液混合物的任意其他位置的溫度之間的溫度差不超過9℃。如在實施例中所顯示出來的，制備中溫度的變化導致了在流變特性和外觀上不均勻的水凝膠。通過使用內(nèi)徑為9.55mm或18mm、壁厚分別為1mm和1.5mm的聚四氟乙烯管式反應器將溫度變化限定在了小于3℃。因此在優(yōu)選的實施方案中，反應器外壁之間的界面處的溫度和管式反應器中任意其他位置間的混合液體的溫度之間的溫度差不超過4℃，更優(yōu)選不超過3℃。
本研究人員已經(jīng)，使用直徑為8mm的管式反應器，反應媒介中的溫度變化約2到3℃，而在內(nèi)徑為18mm的管式反應器中，在同樣的反應條件下，溫度變化大約為5℃。盡管如此，可以改變反應條件以使內(nèi)徑為18mm的管式反應器中的溫度變化依然小于5℃。
在使用本發(fā)明的方法制備高粘度凝膠的實施方案中，由于更低的鏈終止反應的可能性，溫度控制更加困難。
本研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某些實施方案中，鋼是比聚四氟乙烯適合的管式反應器的材料，因為使用鋼而不是聚四氟乙烯時，反應混合物的溫度變化甚至更低，其原因可能在于鋼將熱分散到周圍較低溫環(huán)境的能力更強。
管式反應器的長度可根據(jù)聚合反應條件(如溫度、壓力和組分比例)而改變。反應時間也可根據(jù)聚合條件(如溫度、壓力、反應器長度和組分比例)而變化。
管式反應器可取水平、垂直或傾斜的安置方式。在適合的實施方案中，管式反應器是垂直放置的，這使反應器壁上形成的凝膠物質(zhì)的封閉作用更好，從而避免了下游的未聚合液態(tài)單體越過凝膠邊緣。這是通過由于聚合收縮或所涉及物質(zhì)的熱收縮不同而沿著管式反應器產(chǎn)生的小孔中的移動來實現(xiàn)的。
在一個適合的實施方案中，管式反應器包含同軸的設備，其中聚合反應通過內(nèi)管和外管而被冷卻或加熱。可通過流體或氣體來完成冷卻或加熱。也可用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的加熱或冷卻方法。
在本發(fā)明的一個特別有意思的實施方案中，聚合物水凝膠是聚丙烯酰胺。由此，本發(fā)明的方法可包括如下步驟(i)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分和自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物在混合器中合并，所述合并操作得到聚合被引發(fā)的混合物。
(ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物提供通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動。
所述管式反應器具有的結(jié)構(gòu)使反應器中任意兩個非縱向位置之間的溫度差不超過9℃。
典型地，合并步驟使用一定量的丙烯酰胺、亞甲基二丙烯酰胺和自由基引發(fā)劑實施，從而得到含0.5到25％(重量/重量)聚丙烯酰胺的聚丙烯酰胺水凝膠。
優(yōu)選的合并步驟包括將惰性預混物溶液A和惰性預混物溶液B合并，其中溶液A包含丙烯酰胺、亞甲基二丙烯酰胺，TEMED和任選的水；溶液B包含有AMPS和任選的水。
典型地，結(jié)合步驟以大約200∶1到1000∶1的摩爾比例包含有丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺，上述比例例如約200∶1到900∶1，如約200∶1到800∶1，如約250∶1到800∶1，如約250∶1，如約300∶1、400∶1、500∶1、600∶1、700∶1、800∶1。特別地，優(yōu)異和均勻的凝膠在約290-310∶1、約480-490∶1的比例下制得。
在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，優(yōu)選的實施方案是其中管式反應器具有選自以下的實施方案a)在單體濃度為1到6％(重量/重量)和聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過25mm；b)在單體濃度為6.1到10％(重量/重量)和聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過15mm；c)在單體濃度為10.1到22％(重量/重量)和聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過10mm。
在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，優(yōu)選的實施方案是其中管式反應器具有選自以下的實施方案a)在單體濃度為1到6％(重量/重量)和聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過20mm；b)在單體濃度為6.1到10％(重量/重量)和聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過10mm；c)在單體濃度為10.1到22％(重量/重量)和聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過9mm。
在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，優(yōu)選聚合物的形成溫度是20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，例如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
因此，在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，混合器可被加熱到20到65℃，更典型的是20到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
此外，在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，管式反應器可被加熱到20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃更佳，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
而且，惰性預混合溶液A和溶液B可被預熱到20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
在其中組分A和組分B在45℃合并的上述實施例中，組分A和B混合后的2000秒內(nèi)，足夠的轉(zhuǎn)化和典型的聚合得到了在本發(fā)明范圍內(nèi)的模量G’，上述時間更典型的是在1800秒內(nèi)，如在1500秒內(nèi)。轉(zhuǎn)化率，丙烯酰胺被聚合的量的度量，受聚合溫度和管式反應器直徑的影響。0.5％丙烯酰胺單體殘留量對應的轉(zhuǎn)化率為約90％。這樣的轉(zhuǎn)化率水平典型地在混合可反應組分1000秒內(nèi)得到。
在適合的實施方案中，如果聚合反應進行數(shù)小時的更長時間，比如說超過5個小時，TEMED化合物從在進料罐的丙烯酰胺/二丙烯酰胺水溶液中被分離出來。這樣做是被推薦，其原因在于在更高溫度下，TEMED可能能夠?qū)е卤０泛投０穯误w在水溶液中發(fā)生水解。
本發(fā)明是通過以單獨或組合的形式控制系統(tǒng)內(nèi)溫度差或控制混合器內(nèi)形成凝膠的水平獲得高均質(zhì)性的。本發(fā)明可用于所有縮聚反應，但尤其對含較高量的丙烯酰胺的反應混合物有利，并且因此能夠比按常規(guī)配設計(例如象水溶液中的含10％到20％重量％單體的低粘度和高粘度配方)放出更多熱量。在這樣的濃度下，當其在標準100ml燒杯中被聚合時，被記錄到的溫度峰值在66到99℃之間。高得多的發(fā)熱量主要是更高的單體濃度所致。
在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，方法可包括兩個或更多個的流體，如一個是含丙烯酰胺和交聯(lián)劑的預混物，另一個是包含有引發(fā)劑的流體，它們被泵送到靜態(tài)混合器中進行化學引發(fā)并隨后被在下流擠出到其中發(fā)生聚合的管式反應器中。依靠從相對和絕對的角度審慎地選擇單體(丙烯酰胺)濃度、交聯(lián)劑(亞甲基二丙烯酰胺)濃度和引發(fā)劑濃度，以及調(diào)節(jié)至少兩個流速、混合溫度和聚合溫度，可以定制交聯(lián)程度、固體重量含量、流變特性，從而根據(jù)所希望的具體用途定制凝膠產(chǎn)品。
通過選擇丙烯酰胺、交聯(lián)劑和引發(fā)劑的濃度及它們相對的摩爾比，并且通過控制兩流體的流速和聚合溫度，就可以生產(chǎn)出交聯(lián)度和固含量變化的凝膠產(chǎn)品。
合并步驟包括組分試劑的合并，典型地包括除氣(典型地以盡量減少操作員接觸的方式)。組份試劑可任選地預先合并以形成惰性混合物。惰性預混物指在組分試劑間不起化學反應的混合物。合并包括將丙烯酰胺，亞甲基二丙烯酰胺和自由基引發(fā)劑組分合并。在適合的實施方案中，丙烯酰胺、亞甲基二丙烯酰胺(交聯(lián)劑)和TEMED的惰性預混物和AMPS引發(fā)劑溶液合并。但是，組分可作為單一組分合并，也可以作為多種組份的預混物合并。
本研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以實施制備聚丙烯酰胺的方法而不添加如TEMED的助催化劑。聚合物水凝膠的制備典型地包含過硫酸氨作為引發(fā)劑。
在AMPS量更高的情況下，所形成的各個聚合物分子的鏈長變得更短，這導致了對于每個分子鏈更低的交聯(lián)劑量，從而也導致了更低的每容積凝膠的總交聯(lián)密度。這導致了更低的模量/粘度，并且，如果AMPS的量足夠多，導致形成更多量的非交聯(lián)物質(zhì)(可瀝濾物)的可能性。
在適合的實施方案中，可將鏈轉(zhuǎn)移劑被任選地加到反應混合物中。這將提供更高分子量的產(chǎn)品。提高引發(fā)劑的量也可以得到更高分子量的產(chǎn)品。但是，引發(fā)劑相對使用量的提高往往會導致更高的峰值溫度，而這將導致更高的溫度變化。
丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺適合以約100∶1到1000∶1的摩爾比率合并，該比率典型地是約150∶1到900∶1，優(yōu)選約175∶1到800∶1，更優(yōu)選約200∶1到600∶1，最優(yōu)選約250∶1到500∶1。如在實施例所顯示的那樣，不同固含量和流變特性的水凝膠可通過本發(fā)明的方法控制制備，表現(xiàn)出多功能性的好處。根據(jù)本發(fā)明的水凝膠的說明性制備方法在實施例2中描述。通過將以下比率的丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺合并已經(jīng)得到了有理想流變特性的水凝膠約250∶1、約260∶1、約270∶1、約280∶1、約290∶1、約300∶1、約310∶1、約320∶1、約330∶1、約340∶1、約350∶1、約360∶1、約370∶1、約380∶1、約390∶1、約400∶1、約410∶1、約420∶1、約430∶1、約440∶1、約450∶1、約460∶1、約470∶1、約480∶1、約490∶1和約500∶1。
從實施例中也可以看到，相對于氧化還原劑，在各配方中單體(丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺)的相對用量相當穩(wěn)定。因此在本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施方案中，批與批之間單體和氧化還原劑的比率相對恒定并不使用其調(diào)節(jié)聚合物的流變特性。在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，單體丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺對TEMED的比率為約100∶1到700∶1，如200∶1到600∶1，典型地是200∶1到500∶1，優(yōu)選200∶1到400∶1，最優(yōu)選200∶1到350∶1。
與此類似，相對于引發(fā)劑，各個配方間的單體(丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺)的相對用量也相當穩(wěn)定。因此，在本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施方案中，批與批之間單體和引發(fā)劑的比率相對恒定并不使用其調(diào)節(jié)聚合物的流變特性。在其中聚合物是聚丙烯酰胺的實施方案中，單體丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺對引發(fā)劑的比率為約100∶1到700∶1，如200∶1到600∶1，典型地是200∶1到500∶1，優(yōu)選200∶1到400∶1，最優(yōu)選200∶1到350∶1。
可以通過對預混物中的組分的相對濃度或調(diào)整多組分或單組分溶液的流速來適合調(diào)整組分的相對用量。因此，本發(fā)明的方法允許通過混合物的濃度和溶液組分的加壓流速來控制相對比率。
各個組分或預混物可任選地在混合前或在混合過程中被加熱。單體溶液或其惰性混合物可處于一個封閉體系中，并被泵送到靜態(tài)混合器中。溶液的各個流速、濃度和溫度可以改變并被定制成所需的凝膠。壓力確保了混合速度從而使得粘性溶液/混合物可以充分地被混合。對凝膠的均質(zhì)性而言這點非常重要。
反應可在水中、鹽水溶液中、醇溶液中完成，其前提是產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后，反應溶劑用水或鹽水交換從而形成水凝膠。
在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的方法提供了基于水凝膠的總重量固含量在約1到20％聚丙烯酰胺之間的水凝膠，上述固含量典型地為1到10％聚丙烯酰胺。在本發(fā)明的適合的實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的固體重量含量基于水凝膠的總重量為小于3.5％聚丙烯酰胺。在本發(fā)明的另一個適合的實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的固體重量含量基于水凝膠的總重量為小于1.6％聚丙烯酰胺，例如基于水凝膠的總重量小于1.5％聚丙烯酰胺。在本發(fā)明的另一個實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的固體重量含量基于水凝膠的總重量為大于3.5％并小于6％聚丙烯酰胺。在本發(fā)明的又另一個實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的固體重量含量基于水凝膠的總重量為大于6.5％并小于9％聚丙烯酰胺。在本發(fā)明的再又另一個實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的固體重量含量基于水凝膠的總重量為大于9.5％并小于25％聚丙烯酰胺。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案中，方法包含以150∶1到1000∶1的摩爾比率將丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺合并、自由基引發(fā)、以及用不含熱原的水洗滌以得到其中聚丙烯酰胺含量低于3.5重量％的水凝膠。
從得到的和在表1、2和3描述的水凝膠可以看到，根據(jù)本發(fā)明得到的水凝膠優(yōu)選其復數(shù)粘度高至3000Pas，例如高至2000Pas，優(yōu)選高至1000Pas。
低至高粘度凝膠的典型的復數(shù)粘度為約2到約90Pas，如5到80Pas，典型地為6到76Pas，如6到60Pas、6到40Pas、6到20Pas，如6到15Pas。
可用低粘度配方、中粘度配方、高粘度配方來制備本發(fā)明的水凝膠。因此，在本發(fā)明的適合的實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的復數(shù)粘度范圍為2到15Pas，即低粘度水凝膠。類似地，在本發(fā)明的另一個適合的實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的復數(shù)粘度范圍為16到30Pas，即中等粘度水凝膠。同樣地，在本發(fā)明的再另一個適合的實施方案中，通過本發(fā)明的方法能得到的或得到的水凝膠的復數(shù)粘度范圍為31到60Pas，即高等粘度水凝膠。
在本發(fā)明的適合的實施方案中，水凝膠的交聯(lián)度使其復數(shù)粘度不小于2Pas，如不小于3、4或5Pas，如不小于5.5Pas，如不小于6Pas，優(yōu)選不小于6.2Pas。
本發(fā)明的聚丙烯酰胺水凝膠可通過本發(fā)明的方法和過程得到。本發(fā)明的方法和過程可以是制備聚合物(如自由基聚合的縮合產(chǎn)物，如交聯(lián)聚丙烯酰胺凝膠(PAAG))的連續(xù)過程。該方法因可用其制備多種聚合物并從各聚合物獲得多種所希望的流變和機械凝膠特性、并且可根據(jù)聚合物或凝膠的用途而作相應修改而是靈活的。
本研究人員已經(jīng)將聚丙烯酰胺水凝膠的洗滌時間從92小時減少到大約22小時。
洗滌操作可針對進一步減少所希望的聚甲基丙烯酰胺固含量下獲得殘留甲基丙烯酰胺低含量所需的洗滌時間的減少而優(yōu)化。本研究人員已經(jīng)在丙烯酰胺離開凝膠物質(zhì)的擴散概況(凝膠材料的幾何結(jié)構(gòu)、溫度)和同時發(fā)生的水被凝膠物質(zhì)攝入之間建立了關(guān)聯(lián)。
常規(guī)方法可包含聚合物水凝膠的洗滌。使用常規(guī)工藝的凝膠的去除和溶脹是費力的，并需要約一周的工作量來進行有效地除去單體或溶脹凝膠從而達到所希望的重量含量以獲得所希望的流變特性。
本研究人員已經(jīng)顯著降低了洗滌時間，從而在有效地將凝膠溶脹的同時在短至半天時間內(nèi)(例如22小時內(nèi))除去單體。本發(fā)明的過程和方法可另外包含一個洗滌步驟。
本發(fā)明的另外一個目標涉及生物相容聚合物水凝膠的制備方法，該方法包含提供水凝膠以使得其具有至少1.5cm2/g的比表面積、并將所述水凝膠和含水介質(zhì)接觸、直到聚合物中含有的單體的量小于所述單體對人體的毒性閾值的步驟。
相反，常規(guī)工藝提供水凝膠以使其比表面積低于1cm2/g，典型地為約0.73cm2/g。
本發(fā)明的洗滌步驟包含單體可溶于其中而水凝膠不溶于其中的溶劑的使用。洗滌步驟還包含將聚合物和含水溶液接觸。含水溶液可選自水、鹽水溶液和醇的水溶液。聚合物和含水溶液的接觸一直進行到單體的殘留量小于400ppm(典型的是小于300ppm)為止。
典型的洗滌步驟包含將聚合物和溶劑接觸，其中聚合物的比表面積至少為1.5cm2/g，如至少2cm2/g、至少3cm2/g、至少4cm2/g，典型的是至少5cm2/g、至少6cm2/g、至少7cm2/g，優(yōu)選至少8cm2/g。洗滌步驟一直進行到聚合物中的單體的含量小于單體對人體的毒性閾值為止。
本發(fā)明的目標可定義為一個將單體單元從聚合物水凝膠中除去的方法，該方法包含提供聚合物水凝膠從而使其比表面積至少達1.5cm2/g；用含水介質(zhì)將聚合物水凝膠洗滌從而使得在水凝膠中的單體單元的含量小于400ppm。
實現(xiàn)了提供比表面積至少達1.5cm2/g的聚合物水凝膠、然后將聚合物水凝膠和含水媒介接觸直到獲得所希望的固含量。典型的所希望的固含量是1到20％聚丙烯酰胺。
洗滌過程主要是試圖提取出有毒的量的丙烯酰胺，亞甲基二丙烯酰胺和引發(fā)劑從而賦予凝膠生物相容性。洗滌過程是聚合物吸收水的溶脹過程。在殘留單體的低含量應在凝膠吸收所希望的量的水的同時得到的意義上來講，溶脹過程是和殘留單體和引發(fā)劑碎片的提取過程相競爭的。
洗滌過程通過除去殘留的單體賦予水凝膠的生物適應性。通常，洗滌洗滌過程通過除去殘留的單體賦予水凝膠的生物適應性。通常，洗滌過程完成的方式和持續(xù)的時間使單體殘留含量降低至不超過50ppm，優(yōu)選不超過40ppm，如不超過30ppm，更優(yōu)選不超過20ppm，甚至更優(yōu)選不超過10ppm，最優(yōu)選不超過5ppm，如不超過4或3。對凝膠而言，為了將凝膠視為生物相容而可接受的單體殘留量的規(guī)定標準可能是不同的，但常被設定為不超過10ppm，更常見的是不超過5ppm。
水的吸收和溶脹非常依賴于樣品的幾何形狀，更大的表面積對容重的比率帶來了更快的水吸收速度。因此，在優(yōu)選的實施方案中，從管式反應器中擠出的凝膠具有大表面積/容重比率。溶脹和抽提方法也受洗滌過程所用的水的溫度的影響。本研究人員已經(jīng)驚奇的發(fā)現(xiàn)更低的水溫會減少溶脹速率，而同時對抽提的效率沒有什么可感知的影響。洗滌可在2到80℃(如5到60℃)的溫度范圍里實施。
本研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當希望獲得短洗滌時間以獲得高固含量而不對單體殘留量的水平產(chǎn)生不利的影響，優(yōu)選在低溫下洗滌。降低洗滌溫度減慢了溶脹過程而不減少對單體的抽提。
可用水或鹽水溶液來進行洗滌。可使用超聲波使洗滌過程更容易。
水凝膠的洗滌將改變水凝膠的固含量，因為凝膠會和水或鹽水溶液發(fā)生溶脹。典型地，本發(fā)明的方法使生物相容性水凝膠以包含0.5到25重量％(基于水凝膠的總重量)的聚丙烯酰胺的生物適應性。固含量約0.5到25重量％(基于水凝膠總重量)聚丙烯酰胺的凝膠已經(jīng)在實施例中被制備和展示出來。
本發(fā)明的方法適合用來制備分層的產(chǎn)品，其中在聯(lián)機過程中生產(chǎn)了具有多層相同或不同水凝膠的產(chǎn)品。優(yōu)選在聚丙烯酰胺凝膠剛形成后立即進行洗滌步驟以減少被殘留TEMED引發(fā)凝膠降解的可能性。
在本發(fā)明的特別有趣的實施方案中，加工過程得到了超過一個聚合物類型的聚合物水凝膠混合體系?；旌象w系可以是至少二個聚合物類型的多聚合物體系，所述多聚合物體系具有選自同軸排列和相鄰排列的排列結(jié)在混合體系中，聚合物類型可以處于相鄰排列。聚合物形成步驟至少被執(zhí)行兩次以便提供第一種和另外一種聚合物類型，且為得到第一種和其他聚合物類型的第一步驟或其他合并或供給步驟以不一樣的方式完成，并且所述過程還包含使第一種和其他聚合物類型形成分層，從而獲得對經(jīng)上一步聚合物形成而提供的聚合物類型的表面接觸。表面接觸可以是直接接觸或以涂層作為媒介的。表面接觸可能僅僅是表面積的一小部分，層間任選的中間涂層可以是粘合劑。
在一個有趣的實施方案中，至少一種聚合物被摻入選自以下物質(zhì)的摻雜劑麻醉劑、防腐劑、抗真菌劑、抗生素、抗凝結(jié)劑、收斂劑、抗炎劑、NSAID、角質(zhì)層分離劑、上皮生長激素、生長因子、性激素、細胞生長抑制劑、著色劑和放射劑。
根據(jù)本發(fā)明，制造具有不同活性化合物或組合物和不同濃度概況的水凝膠摻雜材料是可能的。在分層或同軸排隊列的產(chǎn)品中，不同的層可以具有不同的組成和濃度概況。
在一個說明性的例子中，加入著色劑以得到一個新的技術(shù)效果。當使用丙烯酰胺增加容量時，例如在例如尿道的導管中，容量的程度的可視化由于聚丙烯酰胺水凝膠的清澈外觀是麻煩的，著色劑的使用可允許操作員在正確的位置和以正確的用量識別和使用水凝膠。
任何既不有害于凝膠的完整性又不對人體組織具有毒性的著色劑都適用于此，如Blue-Hema、亞甲藍和靛藍胭脂紅。本發(fā)明希望使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的著色劑。
著色劑可在聚合反應實施前在合并步驟中被加入，也可被加入到洗滌操作中所使用的洗滌水中。
摻雜劑可以實現(xiàn)分散在形成聚合物的溶液中，并因此被埋入到適合維持活性組份從聚合物水凝膠到外表面的擴散、并因此起持續(xù)藥物釋放系統(tǒng)作用的聚合物水凝膠中。這可用于其中水凝膠被作為修補劑的實施方案中。
在另一個實施方案中，摻雜劑被預先分散于單獨的具有高摻雜劑容量、藥劑分散性和化學/物理穩(wěn)定性的媒介物中，然后作為和相鄰聚合物相容的功能性表面涂層或作為功能性中間層(通過其提供對摻雜劑從媒介物到周圍聚合物、相鄰聚合物或聚合物外表面的擴散的控制)被引入混合體系中并因此起到受控藥物釋放體系的功能。
在適合的混合體系的實施方案中，至少一種聚合物包含選自離子型聚合物、解離金屬無機化合物和有機化合物的導電劑。導電劑可在合并步驟中預先分散從而被埋入聚合物水凝膠中從而使在濕的水凝膠環(huán)境中離子的傳送變得容易，從而被用于車輛用蓄電池。
在另一個適合的混合體系的實施方案中，至少一種聚合物直接或通過在合并步驟中引入使上皮生長變得容易的結(jié)構(gòu)添加劑起到可降解或不可降解組織生長網(wǎng)絡支架的作用。添加劑可預先分散于形成聚合物的溶液中，從而被埋入聚合物水凝膠。
本發(fā)明的一個重要目標涉及通過本發(fā)明的方法和過程可得到或得到的基本均勻的聚合物水凝膠。特別地，本發(fā)明的這一方面涉及可根據(jù)此處限定的過程和方法得到的聚丙烯酰胺水凝膠。本研究人員已經(jīng)第一次給聚合物化學領(lǐng)域和或修補術(shù)領(lǐng)域提供了基本均勻的聚丙烯酰胺水凝膠。
此外，本研究人員已經(jīng)開發(fā)了制備粉末狀聚丙烯酰胺水凝膠的方法。因此，本發(fā)明的另一方面涉及由以下方法得到的聚丙烯酰胺水凝膠(i)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物合并；(ii)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、自由基引發(fā)劑、或其惰性預混物組合，直到形成聚丙烯酰胺水凝膠；(iii)將聚丙烯酰胺水凝膠和可和水相溶的溶劑相接觸，該溶劑可溶解丙烯酰胺或亞甲基二丙烯酰胺且不是聚合物的溶劑，過量提供所述溶劑以將水及丙烯酰胺組分或亞甲基二丙烯酰胺從水凝膠中抽提出來，直到白色固體聚合物沉淀。色固體聚合物沉淀。
溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇及其衍生物，優(yōu)選乙醇、丙醇和丁醇，更優(yōu)選乙醇。在其中溶劑是乙醇的實施方案中，乙醇被過量提供以使相對于水為約10倍到100倍過量。
溶劑導致了白色固態(tài)聚合物從溶劑混合物中沉淀，沉淀可通過離心或過濾操作進行分離。沉淀的聚合物可被干燥(如在真空烘箱中)以將過量的溶劑除去。干燥聚合物可以以粉末或各種大小的塊的形式出售。干燥聚合物可用含水介質(zhì)在重新水合至所希望的固含量水平。
該方法尤其當在聚丙烯酰胺凝膠中希望特別低的殘留物含量(如在ppb范圍內(nèi))時有意義，特別是由于再水合產(chǎn)品可經(jīng)歷另一個沉淀-再水合循環(huán)。
可以使用非乙醇的其它沉淀溶劑(非溶劑)，該溶劑可以通過比較Hansen溶液參數(shù)或通過實施顯示非溶劑可和聚合反應溶劑相混合、同時非溶劑又能使聚合物沉淀的小型實驗室試驗容易地被確定。
以下通過實施例說明本發(fā)明。
實施例實施例1基于WO 96/04943來分析工藝方法中的溫度測量使用連接到8通道熱電偶數(shù)據(jù)記錄儀和PC機的NiCr-Ni熱電偶測量在聚合反應/注模過程中100ml圓柱狀燒杯不同位置的溫度。
表1顯示了燒杯中四個不同位置的溫度在液體被聚合成凝膠時是如何變化的?；旌衔镩_始凝膠化的一般為約120-180秒，該時間和頂部位置的峰值時間能很好地相對應?；赪O 96/04943的方法導致了產(chǎn)品的不均勻性，上述方法很難可靠地實施，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，且?guī)缀醪辉试S對條件進行控制。
表1在100ml燒杯中PAAG聚合化過程中的溫度分布
如從表1可以看出的，在中心部分測量得的溫度和從頂部、壁和底部測得的溫度相比有很大的差別。已知在不同溫度下形成的聚合物網(wǎng)絡具有不同的物理結(jié)構(gòu)如不同的模量和粘度；正如以下驗證的那樣。
常規(guī)方法的產(chǎn)品的流變學測量流變學測量的目標之一是要確定在可控條件下在一個測量單元中經(jīng)聚合得到的未受干擾的凝膠中的原始物質(zhì)特性(此處為G’-模量或粘度)。通過流變測量來跟蹤PAA凝膠的正在發(fā)生的熟化/聚合過程以能夠判定何時凝膠已經(jīng)達到其最終物理特性并因此可以進行抽提過程也是目的之一。
被稱作“庫愛特”的同心圓柱單元被用來進行測量，借助這一單元，在恒溫下進行測量并避免主要來自周圍大氣的氧的影響成為可能。
測量的結(jié)果可總結(jié)如下(見表2)·G’-模量(和粘度)對聚合溫度非常敏感；·G’-模量(和粘度)對AMPS/TEMED的量非常敏感；·形成凝膠物質(zhì)的溫度上限大約為60℃；·按照現(xiàn)行方法對單體-引發(fā)劑溶液進行排氣對熟化過程有無任何重要影響(反應的開始，％-轉(zhuǎn)化，最終的模量和粘度等)是有疑問的；·G’模量的最終值在45℃下在經(jīng)A1和A2的混合后在800-1000秒內(nèi)獲得。
表2作為聚合溫度的函數(shù)的G’-模量和粘度
混合物被裝載到樣品池前Bolin VOR流變儀在所希望的聚合溫度下預平衡至少20分鐘。
凝膠時間指G’達到1Pa的時間(以秒為單位)。
+6倍的二亞甲基丙酰胺。Aquamid_膠(本發(fā)明的實施方案)中二亞甲基丙酰胺的量與通常用于凝膠電泳PAAG中的濃度相比較為1/6。
溶液中的氧在某種程度上延遲了聚合反應，可能自由基的猝滅。
常規(guī)方法結(jié)果的總結(jié)溫度分布測量已經(jīng)揭示了在注模過程中凝膠中存在大的溫度不均勻性。
流變測量已經(jīng)揭示了水凝膠的G’-模量(彈性)對聚合反應溫度的變化非常敏感。溫度低的位置的G’-模量將比在溫度高的位置(例如在圓柱狀凝膠的中部)的G’-模量高。
這些發(fā)現(xiàn)揭示了在僅100塊凝膠中，G’-模量/粘度有很大的變化，這可以解釋常規(guī)方法得到的產(chǎn)品的批到批之間的差異，也可以解釋一批內(nèi)和一塊膠內(nèi)的差異。
溫度的不均勻性也將影響到凝膠中不同位置單體的轉(zhuǎn)化率％。為了能生產(chǎn)出就重要物理性能而言盡可能均勻的凝膠，希望在凝膠的生產(chǎn)過程中能夠使凝膠內(nèi)的溫度波動最小化。同時當然也希望能以更簡單和更可控的方法來生產(chǎn)凝膠，以便使現(xiàn)行方法中能影響最終產(chǎn)品均勻性的其他所有可能的變化最小化。生產(chǎn)時間是個非常有趣的問題，希望盡可能顯著地減少生產(chǎn)時間，以獲得更高的產(chǎn)量并使在很多不同粘度下操作和用同一生產(chǎn)設備能生產(chǎn)新的水凝膠成為可能。
實施例2聯(lián)機交聯(lián)概念的描述內(nèi)嵌交聯(lián)加工技術(shù)的目的是要使生產(chǎn)工藝和現(xiàn)行PAAG生產(chǎn)相比擁有以下有益的特征-因自動化而易于操作(很少有錯誤的危險)，-連續(xù)過程，沒有批以下級的差異，-易于改變配方(交聯(lián)密度、固含量)，-易于調(diào)整批量，-易于調(diào)整用來生產(chǎn)具有交聯(lián)密度梯度的“分層”產(chǎn)品管式反應器中的聚合條件可被控制以得到更均勻的PAAG產(chǎn)品(良好的可重復性)，減少生產(chǎn)時間(抽提過程)，將單體溶液對操作員的暴露的危險最小化。
在適合的裝置中，兩個單獨的和最后被除氣的料流(其中一個是丙烯酰胺、二亞甲基丙烯酰胺(交聯(lián)劑)和TEMED的預混物，另一個是AMPS引發(fā)劑溶液)被泵送到靜態(tài)混合器中進行混合，化學引發(fā)，隨后被向下游擠出到由聚四氟乙烯制成的、其中發(fā)生聚合反應的管式反應器中。通過選擇單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑的濃度及其相對摩爾比率，以及調(diào)整兩個流速和聚合溫度，可能生產(chǎn)出交聯(lián)度和固含量不同的凝膠。
實施例3本發(fā)明的方法的溫度分布不同直徑的管式反應器在研究管式反應器可應用的直徑中，已經(jīng)進行了測量以監(jiān)測由聚四氟乙烯制成的管內(nèi)的溫度差。
在表3中給出了直徑分別為9.55mm和18mm、每一者的長度是17cm的管式反應器中不同的丙烯酰胺混合物溫度(45，50，55和60℃)下進行的聚合(熟化/注模)的溫度分布。直徑為9.55mm的管式反應器的壁厚為1mm，而直徑為18mm的管式反應器的壁厚為1.5mm。
在用反應混合物A1和A2(比率為1∶1)充滿管式反應器前，將每個管式反應器在所需聚合溫度的水浴中平衡。將一熱電偶置于管的中心部位。RT下的等量的A1和A2被排氣、混合、再被裝入管中前再排氣。
表3不同直徑的管中進行的聚合反應的峰值時間-溫度
從表3的結(jié)果可以看出，壁溫(＝水浴溫度)和管中心溫度的差已經(jīng)被收窄到約1.3～2.6℃，和在燒杯中進行的注模過程所得到的結(jié)果相比，有了明顯的改善。
實施例4本發(fā)明的方法中的溫度分布將混合物預熱到45℃聚合反應開始的延遲是由于將合并的混合物在被裝入管中時是處于室溫所造成的。該延遲可通過在進行靜態(tài)混合器中的合并步驟前將混合物預熱到反應溫度而消除。
為了得到甚至更窄分布的、在管式反應器系統(tǒng)中的聚合所形成的聚合物網(wǎng)絡，以使由兩個基本溶液以如1∶1比率混合組成的反應料流在被混合時或正好在被混合前預熱到所需的聚合溫度為有利。這當然將影響管式反應器中所觀察到的放熱，該放熱將比基本溶液被注入管式反應器時處于室溫的試驗的結(jié)果稍高。經(jīng)預熱的A+B溶液的聚合的溫度分布見表4。
實施例5本發(fā)明的方法中的溫度分布材料的改變本研究人員已經(jīng)揭示了通過用不銹鋼制成的管來代替塑料制成的管，可能將放熱從5℃減少到3.5℃，如以下表5所示。放熱溫度的減小是由于管內(nèi)反應介質(zhì)和周圍45℃下的水之間的更好的熱交換的。
實施例6本發(fā)明工序的溫度分布將反應混合物預熱到55℃甚至在這一更高的溫度(在這一溫度下通常放熱反應的控制由于更高的反應速率而更加困難)，也可能在18mm和8mm的聚四氟乙烯管中將溫度上升限定到5℃。
在18mm管中，管式反應器中最高的溫度是60.04℃，時間為185秒；這導致了5℃的溫度差。
在8mm管中，管式反應器中最高的溫度是57.26℃，時間為100秒和135秒；這導致了2.3℃的溫度差。
實施例7從管內(nèi)正在聚合的凝膠傳送到周圍的冷卻介質(zhì)的熱傳遞表6中的值由不同的預熱溶液被注模到直徑為8mm的聚四氟乙烯管(9克LV PAAG溶液)或直徑為16mm的聚四氟乙烯管(40g)和直徑為16mm的鋼管(32.15克)的溫度分布曲線得到的實驗值；所有管的長度均為16cm，即長度遠遠大于直徑。所有三個試驗中，管周圍的水浴的溫度均為45℃。
將在峰值放熱(此處達到平衡)附近100秒時間段中溫度曲線下方的面積和一直到1800秒的曲線下方的總面積相比較，并用其計算該特定時間段的顯示出來的熱的部分量；在該選定時間段里溫度幾乎恒定不變?？梢钥吹礁蟮墓苤睆綄е赂叩摩，ΔT受管材料的性質(zhì)影響。從實驗中可以看出，總ΔT通過使用較小的管徑和使用不銹鋼管代替聚四氟乙烯管而得到減小。當然也可以使用聚四氟乙烯涂層不銹鋼管。
表6對給定量的顯示出來的熱，正在聚合的物質(zhì)中的溫度將升高直到系統(tǒng)的驅(qū)動力ΔT可以將熱量從管內(nèi)傳到外面的水中。理論上從管內(nèi)傳到管外冷卻介質(zhì)的總熱傳遞可以分解為不同的、可以一一估算的部分。這樣，熱阻由以下單獨要素組成A.)第一部分通過凝膠的簡單熱傳導，如A.B.中的詳細論述。隨后是從凝膠物質(zhì)的最外面部分到管內(nèi)壁部分的熱對流/傳遞，這部分在B中詳細論述。
C.)此后是通過管材料的管壁部分直到管外表面的熱傳導，如C中的詳細論述。
D.)最后是從壁的外部到冷卻介質(zhì)的熱傳遞，這部分在我們的裝置/計算中不是關(guān)鍵性的，因為當使用的冷媒的流動處于湍流時，這部分對熱阻幾乎沒有什么影響(此處僅需要很少的ΔT)。
這部分熱傳遞D.留到下面再進行討論。
A、從管內(nèi)的凝膠內(nèi)部到內(nèi)表面壁的聚合熱傳遞可用“Enhedsoperationeri den kemiske industri”第216-222頁，L.Alfred Hansen(1996)中的式8.11來計算到管內(nèi)的聚合熱的傳遞。
Q/tau＝k*2*pi*((r2-r1)/(ln r2/r1))*L*((t1-t2)/(r2-r1))其中k＝0.56J/秒米k(針對水)并且L＝0.16米此處計算是基于“總聚合熱的1/4在管橫截面的內(nèi)1/4部分得到”的假設的。另外，其余的熱量應是被從周圍環(huán)繞的帶轉(zhuǎn)移過來并被轉(zhuǎn)移到內(nèi)壁的起點的。這對膠內(nèi)所需要的熱傳遞作出了額外的貢獻，但此處距離隨著越來越靠近r2而減小。這兩個貢獻加起來大至對應于“總熱量的1/3由r1傳到r2傳遞”的假設。
這樣做是為了使計算更加容易；更精確的表達式可通過使用積分方法針對整個橫截面積、考慮到聚合熱實際上在整個橫截面上均勻散發(fā)而得到。式中r1的值是從管的給定橫截面的1/4處計算的。隨后1/3的聚合熱從r1處被轉(zhuǎn)移到內(nèi)壁的起點r2。
B、從凝膠到管壁的熱傳遞總聚合熱從凝膠被傳遞到管壁。計算是基于L.Alfred Hansen的“Enhedsoperationeri den kemiske industri”(1996年)第222頁的。公式通常是針對層流液體的，并可被用于此處，其原因在于可以合理地假設這也是在很低的速度(例如對于85J/s.m2℃)下從凝膠到壁的傳遞中存在的條件；更高的速度將導致更大的熱傳遞值，并因此在體系的這一部分(例如在連續(xù)體系中)降低熱阻和ΔT(如在一個連續(xù)體系)。在不同管直徑和管內(nèi)凝膠移動速度下的數(shù)值可按與以上相似的方式計算。
C、通過壁部分的熱傳導總熱量通過壁部分被傳導出去。這可以用A中的公式并使用聚四氟乙烯的熱系數(shù)(K＝0.25105J/秒mk)以及壁厚1.5mm和ΔT＝1k針對每攝氏度計算。對于用鋼做的反應管，因?qū)崧蔬h大于水(×100)而不計算其熱傳導。
公式體系A、B和C的控制使用從A、B和C得到的信息可以對觀測到的溫度差值是否看似合理進行計算。
此處針對8毫米聚四氟乙烯管計算體系的理論ΔT由A得知，總能量的1/3被0.8J/秒℃的Δ熱輸送走。對應的所需溫度梯度＝(0.8J/秒*1/3)/0.8J/秒℃＝0.3℃。
我們由B知道，需將0.8J/秒的總能量從凝膠傳遞到壁。這“耗費”了額外的溫度梯度＝(0.8J/秒/1.7J/秒℃)＝0.5℃。
由C將總量的能量通過壁傳遞并且，再一次地，作為驅(qū)動力的溫度差＝(0.8J/秒/1.13J/秒℃)＝0.7℃。
由此，總理論溫差是所有三項對梯度的貢獻之和＝(0.3+0.5+0.7)＝1.5℃。對三個體系計算的ΔT的值都和觀測到的溫差很好地吻合，并同時驗證了A-C中的公式。
不同條件下的管式反應器體系設計中公式的實際使用以上給出了在設計裝置時可用來計算管式反應器中的熱量和溫度的分布情況的一些工具?？梢钥吹剑谠O計連續(xù)體系時，管的幾何形狀和材料的選擇都是重要參數(shù)。此處給出的公式可用來設計新體系和對現(xiàn)存體系進行放量。例如，如果與第一個例子中的低粘度配方相比，使用雙倍的單體(將產(chǎn)生2×0.8J/秒)，則可以計算出所需冷卻水的溫度，以便獲得同樣的峰值溫度。
實施例8實驗中使用以上描述的顏色方法確定在混合器中的停留時間。經(jīng)驗性的停留時間是和凝膠點(即在該點增長了的單體單元剛剛被加大到第一次形成固定不動的網(wǎng)絡的那個點，并且一般承認在此時彈性模量G’＝1Pa)相關(guān)聯(lián)的，在此時間通常認定其彈性模量G’＝1Pa。我們的發(fā)現(xiàn)指出混合物的停留時間可由通過使液體混合物在0.5Pa≤G’≤5Pa(優(yōu)選0.8Pa≤G’≤2Pa)時排出混合器而被預先決定。如果將停留時間延長到大于5Pa，混合器出口處正在形成的凝膠可能由于在最后的混合器元件處的高阻力而難以移動，并且危及最終凝膠性能。如果停留時間低于0.2Pa，很容易發(fā)生液體混合，如可通過著色法演示觀察到的。
實施例9超過一種聚合物類型的聚合物水凝膠混合體系混合物A由成分1的表面聚合物水凝膠和成分2的基礎水凝膠聚合物構(gòu)成的同軸混合物；混雜物B由成分1的外層聚合物水凝膠和成分2的核心聚合物水凝膠構(gòu)成的同軸混雜物；混雜物C由成分1的頂層水凝膠、直接與頂層凝膠連接的成分2的第二水凝膠層、連接兩個相鄰的成分2的上層和成分3的水凝膠底層的涂層。
實施例10聯(lián)機交聯(lián)方法的聚丙烯酰胺配方制備低粘度PAAG的聚丙烯酰胺配方兩個名為A和B的基礎溶液，在靜態(tài)混合器中混合實施例10a溶液A-1∶1 溶液B-1∶1ml摩爾克摩爾丙烯酰胺124 0.6978 AMPS 0.53 0.002340g/100mlBis-AM 11.050.0014TEMED 0.42 0.0028水 364.53 水499.5總ml500 總ml 500干物質(zhì)-％ 10.10 0.11洗滌前＝摩爾比例AM/BIS- 486.8AM＝摩爾比例AM+BIS- 251.3AM/TEMED＝摩爾比例AM+BIS- 301.1AM/AMPS＝洗滌前但在以1∶1比例混合后...... ......5.10的干物質(zhì)實施例10b溶液A-5∶1 溶液B-5∶1ml摩爾克摩爾丙烯酰胺 124 0.6978 AMPS 0.530.0023Bis-AM11.050.0014TEMED 0.42 0.0028水697.88 水166.1總ml 833.35 總ml 166.7干物質(zhì)-％ 6.06 0.32洗滌前＝摩爾比例AM/BIS- 486.8AM＝摩爾比例AM+BIS- 251.3AM/TEMED＝摩爾比例AM+BIS- 301.1AM/AMPS＝洗滌前但在以5∶1比例混合后............5.10的干物質(zhì)試劑以描述于表2、3和4的比例合并，并按表所描述的(用沒有發(fā)熱原的水，另有提示除外)進行洗滌以得到低、中、高粘度配方。制備了固含量為0.5到25％之間的聚丙烯酰胺的水凝膠。
表10工藝參數(shù)和所得的凝膠的特性低粘度配方
表10(續(xù))
a)原料是液體，因此洗滌是稀釋過程b)無窮c)因為洗滌不是抽提而是稀釋，因此殘留單體僅以稀釋因子被降低(508ppm到254ppm)d)使用0.9％NaCl水溶液進行注模和洗滌e)使用水注模，使用0.9％NaCl水溶液洗滌f)預洗值-典型地，洗滌使值減小30-50％g)預洗值-典型地，洗滌使值減小20-40％h)對缺口高度敏感i)數(shù)值的變化可能歸咎于測量方法或批中取樣位置影響表11工藝參數(shù)和所得的凝膠的特性中粘度配方
實施例11不同單體和引發(fā)劑溶液比例下的混合直到現(xiàn)在，實驗已經(jīng)用使用前以1∶1比例混合的單體溶液A1和引發(fā)劑溶液A2進行，如在實施例2中所示。
借助于本發(fā)明的方法，希望能以在1∶1到10∶1范圍內(nèi)的溶液A1和A2混合比例進行操作。這是因為優(yōu)選單體溶液盡可能被稀釋以避免在其到達管式反應器部分前發(fā)生自發(fā)的自聚合。此外，實施例還研究了兩個體積可比較的流的混合以便能控制和得到靜態(tài)混合器單元的最優(yōu)功能。
已經(jīng)進行了將1∶1的混合比例與5∶1相比較的實驗。45℃下的聚合反應在管徑18毫米、總長17厘米、壁厚1.5毫米的聚四氟乙烯管中進行。
表11、以不同比例標準溶液混合的影響
結(jié)果顯示在比例為5∶1時，其峰值溫度稍高。
權(quán)利要求
1.基本均勻的聚合物水凝膠的制備方法，該方法包括含以下步驟的聚合反應i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑、和可選擇加入的助催化劑、或其惰性預混物在混合器中合并；所述合并操作得到了聚合被引發(fā)的混合物；ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作導致了聚合物的形成；其中聚合反應是縮聚或自由基聚合；所述方法包括將反應器中任意兩點間的溫度差限制在不超過9℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過15mmc)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過20mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過10mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過9mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到60℃時直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到60℃時直徑不超過15mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)、聚合物形成溫度從5到60℃時直徑不超過9mm。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中聚合被引發(fā)的混合物的彈性模量G’為0.2到15Pa，例如0.3到10Pa、0.5到6Pa。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中聚合被引發(fā)的混合物是彈性為0.75到2.5Pa、例如0.8到2Pa的先期凝膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中反應器中任意兩點間的溫度差不超過8℃，例如不超過7℃、6℃，優(yōu)選不超過5℃，甚至更優(yōu)選不超過4℃。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中聚合物形成溫度為20到65℃，更典型是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，例如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中管式反應器的熱通量為0.01到60J/秒，例如0.01到50J/秒，例如0.05到45J/秒、0.1到40J/秒、0.15到40J/秒、0.15到35J/秒、0.15到30J/秒、0.15到25J/秒、0.15到20J/秒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中管式反應器的直徑為1到12毫米，并且熱通量為0.01到10J/秒，例如0.05到8，典型的是0.1到8，例如0.15到8J/秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中管式反應器的直徑為12.1到30毫米，并且熱通量為0.2到60J/秒，例如0.25到50J/秒，例如0.3到45J/秒，例如0.4到40J/秒，典型的是從0.5到40J/秒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物選自以下聚合物聚丙烯酰胺、聚酯、聚硅氧烷、聚酮、芳族聚酰胺、聚酰亞胺、人造絲、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯和聚氨酯，如聚氨酯甲基丙烯酸酯及其共聚物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中單體組分可選自以下物質(zhì)甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙氧乙酯、甲基丙烯酸羥二乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧二乙氧乙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯，以上物質(zhì)可被任選地水解，以及其鹽。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中方法選自不連續(xù)方法和連續(xù)方法，優(yōu)選連續(xù)方法。
15.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是基本均勻的從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差不超過200％，例如不超過180％，例如不超過170％、不超過165％、不超過160％、不超過155％、不超過150％、不超過145％、不超過140％、不超過135％、不超過130％、不超過125％、不超過120％、不超過115％、不超過110％、不超過105％、不超過100％、不超過95％、不超過90％、不超過85％、不超過80％、不超過75％、不超過70％、不超過65％、不超過60％、不超過55％、不超過50％、不超過45％、不超過40％、不超過35％、不超過30％、不超過25％、不超過20％、不超過15％，例如不超過10％。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是基本均勻的從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差異不超過100Pa，例如不超過95Pa，例如不超過90Pa、不超過85Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過65Pa、不超過60Pa、不超過55Pa、不超過50Pa、不超過45Pa、不超過40Pa、不超過35Pa、不超過30Pa、不超過25Pa、不超過20Pa、不超過15Pa，例如不超過10Pa。
17.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是超過一種聚合物類型的混合體系。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中混合體系是至少兩種聚合物類型的多聚合物體系，所述多聚合物體系具有同軸排列結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中混合體系是至少兩種聚合物類型的多聚合物體系，所述多聚合物體系具有相鄰排列結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中混合體系是相鄰排列的；其中聚合物形成至少被實施兩次以提供第一種和另外一種聚合物類型；從而使第一種和其他聚合物類型的第一和其他合并或供給步驟以不同的方式完成；所述方法還包含使第一種和其他聚合物類型形成分層，從而獲得對經(jīng)上一步聚合物形成而提供的聚合物類型的表面接觸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中表面接觸可以是直接接觸或以涂層作為媒介的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中涂層是粘合劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中至少一種聚合物被摻入選自以下物質(zhì)的摻雜劑麻醉劑、防腐劑、抗真菌劑、抗生素、抗凝結(jié)劑、收斂劑、抗炎劑、NSAID、角質(zhì)層分離劑、上皮生長激素、生長因子、性激素、細胞生長抑制劑、抗腫瘤劑。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中至少一種聚合物被摻入選自著色劑和放射劑的摻雜劑。
25.按照權(quán)利要求23到24中任意一項的方法，其中摻雜劑被預分散在形成聚合物的溶液中，并因此被埋入到適合維持活性組份從聚合物水凝膠到外表面的擴散、并因此起持續(xù)藥物釋放系統(tǒng)作用的聚合物水凝膠中。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中至少一種聚合物包含選自離子型聚合物、解離金屬無機化合物和有機化合物的導電劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中導電劑在合并步驟中被預分散。
28.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中至少一種聚合物直接或通過在合并步驟中通過引入使上皮生長變得容易的結(jié)構(gòu)添加劑起到可降解或不可降解組織生長網(wǎng)絡的作用。
29.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，該方法是包含聚合反應的連續(xù)方法所述反應包含以下步驟(i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑、或其惰性預混物合并；ii)將單體組分、交聯(lián)組分、和可選擇加入的引發(fā)劑或助催化劑、或其惰性預混物混合，直到得到的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.75到2.5Pa的先期凝膠；iii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作得到了基本均勻的聚合物水凝膠。
30.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中至少一個步驟是在梯度壓力下完成的。
31.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是聚丙烯酰胺。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中包括以下步驟(i)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分和自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物在混合器中合并，所述合并操作得到了聚合被引發(fā)的混合物(ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物提供通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動所述管式反應器具有的結(jié)構(gòu)使反應器中任意兩個非縱向位置之間的溫度差不超過9℃。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中實施合并步驟以得到含0.5到25％(重量/重量)聚丙烯酰胺的聚丙烯酰胺水凝膠。
34.根據(jù)權(quán)利要求31到33中任意一項的方法，其中合并步驟包括將惰性預混物溶液A和惰性預混物溶液B合并，其中溶液A包含丙烯酰胺、亞甲基二丙烯酰胺、TEMED和可選擇加入的水；并且溶液B包含有AMPS和可選擇加入的水。
35.根據(jù)權(quán)利要求31到34中任意一項的方法，其中結(jié)合步驟以約200∶1到1000∶1的摩爾比例包含丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺，上述比例例如約200∶1到900∶1，如約200∶1到800∶1，如約250∶1到800∶1，如約250∶1，如約300∶1、400∶1、500∶1、600∶1、700∶1和800∶1。
36.根據(jù)權(quán)利要求31到35中任意一項的方法，其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1至6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不大于25mm的管式反應器；b)單體濃度為6.1至10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不大于15mm的管式反應器；c)單體濃度為10.1至22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不大于10mm的管式反應器。
37.根據(jù)權(quán)利要求31到36中任意一項的方法，其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1至6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不大于20mm的管式反應器；b)單體濃度為6.1至10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不大于10mm的管式反應器；c)單體濃度為10.1至22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不大于9mm的管式反應器。
38.根據(jù)權(quán)利要求31到37中任意一項的方法，其中聚合物形成溫度為20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
39.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中合并步驟在25到60℃的溫度下進行，上述溫度優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
40.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中混合步驟是在25到60℃的溫度下進行的，上述溫度優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
41.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中管式反應器是由選自以下的材料制成聚四氟乙烯、不銹鋼、玻璃、塑料、陶瓷及其組合。
42.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，其中還包括洗滌步驟。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中洗滌步驟包括單體可溶于其中而水凝膠則不溶于其中的溶劑的使用。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中洗滌步驟包括使聚合物和含水溶液接觸。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中含水溶液選自水、鹽水溶液和醇的水溶液。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中聚合物和含水溶液的接觸一直進行直到單體殘留量小于400ppm，典型的是小于300ppm。
47.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中洗滌步驟包含使聚合物和溶劑接觸，其中聚合物的比表面積至少為1.5cm2/g，如至少2cm2/g、至少3cm2/g、至少4cm2/g，典型的是至少5cm2/g、至少6cm2/g、至少7cm2/g，優(yōu)選至少8cm2/g。
48.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中洗滌步驟一直進行直到聚合物中含有的單體的量小于單體對人體的毒性閾值。
49.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項的方法，該方法是被自動化了的方法。
50.控制制備聚合物水凝膠的方法中反應器中任意兩點間溫度差的方法，該方法包括含以下步驟的聚合反應i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑、和可選擇加入的助催化劑、或其惰性預混物在混合器中合并；所述合并操作得到了聚合被引發(fā)的混合物；ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器從而使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作導致了聚合物的形成；其中聚合反應是縮聚或自由基聚合；其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為2到5％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過25mm的管式反應器；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過15mm的管式反應器；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑10mm的管式反應器。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中包括將反應器中任意兩點間的溫度差限制在不超過9℃。
52.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過15mmc)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過10mm。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過20mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過10mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過9mm。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為2到5％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到60℃時，直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到60℃時，直徑不超過15mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度從5到60℃時，直徑不超過9mm。
55.根據(jù)權(quán)利要求50到54中任意一項的方法，其中聚合被引發(fā)的混合物的彈性模量G’為0.2到15Pa，例如0.5到5Pa。
56.根據(jù)權(quán)利要求50到55中任意一項的方法，其中聚合被引發(fā)的混合物是彈性為0.75到2.5Pa，例如0.8到2Pa的先期凝膠。
57.根據(jù)權(quán)利要求51到56中任意一項的方法，其中在反應器內(nèi)任意兩點間的溫度差不超過8℃，例如不超過7℃、6℃，優(yōu)選不超過5℃，甚至更優(yōu)選不超過4℃。
58.根據(jù)權(quán)利要求51到57中任意一項的方法，其中聚合物形成溫度是20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
59.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中混合器是靜態(tài)混合器。
60.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中管式反應器的熱通量為0.0.01到60J/秒，例如從0.01到50J/秒，如0.05到45J/秒、0.1到40J/秒、0.15到40J/秒、0.15到35J/秒、0.15到30J/秒，0.15到25J/秒、0.15到20J/秒。
61.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中管式反應器的直徑為1到12毫米且熱通量為0.01到10J/秒，例如0.05到8，典型的是0.1到8，例如0.15到8J/秒。
62.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中管式反應器的直徑為12.1到30毫米且熱通量為0.2到60J/秒，例如0.25到50J/秒，例如0.3到45J/秒，例如0.4到40J/秒，典型的是從0.5到40J/秒。
63.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中管式反應器是由選自以下的材料制成的聚四氟乙烯、不銹鋼、玻璃、塑料、陶瓷及其組合。
64.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中聚合物是選自以下物質(zhì)的聚合物聚丙烯酰胺、聚酯、聚硅氧烷、聚酮、芳族聚酰胺、聚酰亞胺、人造絲、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯和聚氨酯，如聚氨酯甲基丙烯酸酯及其共聚物。
65.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中單體組分選自以下物質(zhì)甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙氧乙酯、甲基丙烯酸羥二乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧二乙氧乙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯，以上物質(zhì)可被任選地水解，以及其鹽。
66.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中方法選自不連續(xù)方法和連續(xù)方法，優(yōu)選連續(xù)方法。
67.根據(jù)權(quán)利要求50到66中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是基本均勻的從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差異不超過200％，例如不超過180％，例如不超過170％、不超過165％、不超過160％、不超過155％、不超過150％、不超過145％、不超過140％、不超過135％、不超過130％、不超過125％、不超過120％、不超過115％、不超過110％、不超過105％、不超過100％、不超過95％、不超過90％、不超過85％、不超過80％、不超過75％、不超過70％、不超過65％、不超過60％、不超過55％、不超過50％、不超過45％、不超過40％、不超過35％、不超過30％、不超過25％、不超過20％、不超過15％，例如不超過10％。
68.根據(jù)權(quán)利要求50到66中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是基本均勻的從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差異不超過100Pa，例如不超過95Pa，例如不超過90Pa、不超過85Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過65Pa、不超過60Pa、不超過55Pa、不超過50Pa、不超過45Pa、不超過40Pa、不超過35Pa、不超過30Pa、不超過25Pa、不超過20Pa、不超過15Pa，例如不超過10Pa。
69.根據(jù)權(quán)利要求50到68中任意一項的方法，該方法是包括含以下步驟的聚合反應的連續(xù)過程(i)將單體組分、交聯(lián)組分、和引發(fā)劑、或其惰性預混物合并；(ii)將單體組分、交聯(lián)組分和可選擇加入的引發(fā)劑或助催化劑、或其惰性預混物混合，直到得到的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.75到2.5Pa的先期凝膠；(iii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器以使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作得到了基本均勻的聚合物水凝膠。
70.根據(jù)權(quán)利要求50到59中任意一項的方法，其中至少一個步驟是在梯度壓力下完成的。
71.根據(jù)權(quán)利要求50到69中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是聚丙烯酰胺。
72.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，包括如下步驟(i)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分和自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物在混合器中合并，所述合并操作得到聚合被引發(fā)的混合物。(ii)將所述聚合被引發(fā)的混合物提供通過管式反應器以使混合物以凈縱向方向流動。所述管式反應器具有的結(jié)構(gòu)使反應器中任意兩個非縱向位置之間的溫度差不超過9℃。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，其中合并步驟被執(zhí)行以便得到含0.5到25％(重量/重量)聚丙烯酰胺的聚丙烯酰胺水凝膠。
74.根據(jù)權(quán)利要求71到73中任意一項的方法，其中合并步驟包括將惰性預混物溶液A和惰性預混物溶液B合并，其中溶液A包含丙烯酰胺、亞甲基二丙烯酰胺、TEMED和可選擇加入的水；并且溶液B包含有AMPS和可選擇加入的水。
75.根據(jù)權(quán)利要求71到74中任意一項的方法，其中合并步驟以約200∶1到1000∶1的摩爾比例包含丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺，上述比例例如約200∶1到900∶1，如約200∶1到800∶1，如約250∶1到800∶1，如約250∶1如約300∶1、400∶1、500∶1、600∶1、700∶1、800∶1。
76.根據(jù)權(quán)利要求71到75中任意一項的方法，其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過25mm的管式反應器；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過15mm的管式反應器c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時，直徑不超過10mm的管式反應器。
77.根據(jù)權(quán)利要求71到76中任意一項的方法，其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過20mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過10mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過9mm。
78.根據(jù)權(quán)利要求71到77中任意一項的方法，其中聚合物形成溫度為20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
79.根據(jù)權(quán)利要求71到77中任意一項的方法，其中合并步驟是在25到60℃的溫度下進行的，以上溫度優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
80.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中混合步驟是在25到60℃的溫度下進行的，以上溫度優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
81.根據(jù)權(quán)利要求71到77中任意一項的方法，該方法是被自動化了的方法。
82.在包括聚合反應的連續(xù)過程中制備基本均勻的聚合物水凝膠的方法，所述反應包含以下步驟i)將單體組分、交聯(lián)組分、引發(fā)劑或其惰性預混物合并；ii)將單體組分、交聯(lián)組分、以及可選擇加入的引發(fā)劑或助催化劑、或其惰性預混物混合，直到得到的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.75到2.5Pa的先期凝膠；iii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器以使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作得到了基本均勻的聚合物水凝膠。
83.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中先期凝膠的彈性模量G’為0.8到2Pa。
84.根據(jù)權(quán)利要求82到83中任意一項的方法，其中包括將反應器中任意兩點間的溫度差限制在不超過9℃。
85.根據(jù)權(quán)利要求82到84中任意一項的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過15mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過10mm。
86.根據(jù)權(quán)利要求82到85中任意一項的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過20mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過10mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過9mm。
87.根據(jù)權(quán)利要求82到86中任意一項的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到60℃時，直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到60℃時，直徑不超過15mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度從5到60℃時，直徑不超過9mm。
88.根據(jù)權(quán)利要求82到87中任意一項的方法，其中在反應器內(nèi)任意兩點間的溫度差不超過8℃，例如不超過7℃、6℃，優(yōu)選不超過5℃，甚至更優(yōu)選不超過4℃。
89.根據(jù)權(quán)利要求82到88中任意一項的方法，其中聚合物形成溫度為20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
90.根據(jù)權(quán)利要求82到93中任意一項的方法，其中混合器是靜態(tài)混合器。
91.根據(jù)權(quán)利要求82到90中任意一項的方法，其中管式反應器的熱通量為0.0.01到60J/秒，例如從0.01到50J/秒，如0.05到45J/秒、0.1到40J/秒、0.15到40J/秒、0.15到35J/秒、0.15到30J/秒，0.15到25J/秒、0.15到20J/秒。
92.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，其中管式反應器的直徑為1到12毫米且熱通量為0.01到10J/秒，例如0.05到8，典型的是0.1到8，例如0.15到8J/秒。
93.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，其中管式反應器的直徑為12.1到30毫米且熱通量為0.2到60J/秒，例如0.25到50J/秒，例如0.3到45J/秒，例如0.4到40J/秒，典型的是從0.5到40J/秒。
94.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中聚合物是選自以下物質(zhì)的聚合物聚丙烯酰胺、聚酯、聚硅氧烷、聚酮、芳族聚酰胺、聚酰亞胺、人造絲、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯和聚氨酯，如聚氨酯甲基丙烯酸酯及其共聚物。
95.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中單體組分選自以下物質(zhì)甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙氧乙酯、甲基丙烯酸羥二乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧乙氧乙酯、甲基丙烯酸甲氧二乙氧乙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯，以上物質(zhì)可被任選地水解，以及其鹽。
96.根據(jù)權(quán)利要求82到95中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是基本均勻的從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差異不超過200％，例如不超過180％，例如不超過170％、不超過165％、不超過160％、不超過155％、不超過150％、不超過145％、不超過140％、不超過135％、不超過130％、不超過125％、不超過120％、不超過115％、不超過110％、不超過105％、不超過100％、不超過95％、不超過90％、不超過85％、不超過80％、不超過75％、不超過70％、不超過65％、不超過60％、不超過55％、不超過50％、不超過45％、不超過40％、不超過35％、不超過30％、不超過25％、不超過20％、不超過15％，例如不超過10％。
97.根據(jù)權(quán)利要求82到95中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是基本均勻的從而使凝膠中至少兩點間的彈性模量的差異不超過100Pa，例如不超過95Pa，例如不超過90Pa、不超過85Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過80Pa、不超過75Pa、不超過70Pa、不超過65Pa、不超過60Pa、不超過55Pa、不超過50Pa、不超過45Pa、不超過40Pa、不超過35Pa、不超過30Pa、不超過25Pa、不超過20Pa、不超過15Pa，例如不超過10Pa。
98.根據(jù)權(quán)利要求82到97中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是超過一種聚合物類型的混合體系。
99.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中混合體系是至少兩種聚合物類型的多聚合物體系，所述多聚合物體系具有選自如下排列的結(jié)構(gòu)同軸排列、相鄰排列。
100.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中混合體系是相鄰排列的；其中聚合物形成至少被實施兩次以提供第一種和另外一種聚合物類型；從而使第一種和其他聚合物類型的第一步驟或其他合并或供給步驟以不一樣的方式完成；所述方法還包含使第一種和其他聚合物類型形成分層，從而獲得對經(jīng)上一步聚合物形成而提供的聚合物類型的表面接觸。
101.根據(jù)權(quán)利要求100的方法，其中表面接觸可以是直接接觸或以涂層作為媒介的。
102.根據(jù)權(quán)利要求101的方法，其中涂層是粘合劑。
103.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中至少一種聚合物被摻入選自以下物質(zhì)的摻雜劑麻醉劑、防腐劑、抗真菌劑、抗生素、抗凝結(jié)劑、收斂劑、抗炎劑、NSAID、角質(zhì)層分離劑、上皮生長激素、生長因子、性激素、細胞生長抑制劑、抗腫瘤劑、著色劑和放射劑。
104.根據(jù)權(quán)利要求103的方法，其中摻雜劑被預分散在形成聚合物的溶液中，并因此被埋入到適合維持活性組份從聚合物水凝膠到外表面的擴散、并因此起持續(xù)藥物釋放系統(tǒng)作用的聚合物水凝膠中。
105.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中至少一種聚合物包含選自離子型聚合物、解離金屬無機化合物和有機化合物的導電劑。
106.根據(jù)權(quán)利要求105的方法，其中導電劑在合并步驟中被預分散。
107.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中至少一種聚合物直接或通過在合并步驟中通過引入使上皮生長變得容易的結(jié)構(gòu)添加劑起到可降解或不可降解組織生長網(wǎng)絡的作用。
108.根據(jù)權(quán)利要求82到107中任意一項的方法，其中至少一個步驟是在梯度壓力下完成的。
109.根據(jù)權(quán)利要求82到108中任意一項的方法，其中聚合物水凝膠是聚丙烯酰胺。
110.根據(jù)權(quán)利要求109的方法，其中包括以下步驟i)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、以及自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物組分在混合器中合并；ii)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、以及自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物組分混合，直到得到的聚合被引發(fā)的混合物是彈性模量G’為0.75到2.5Pa的先期凝膠；iii)將所述聚合被引發(fā)的混合物供給通過管式反應器以使混合物以凈縱向方向流動；所述供給操作得到了基本均勻的聚合物水凝膠。
111.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中實施合并步驟以得到含0.5到25％(重量/重量)聚丙烯酰胺的聚丙烯酰胺水凝膠。
112.根據(jù)權(quán)利要求110到111中任意一項的方法，其中合并步驟包括將惰性預混物溶液A和惰性預混物溶液B合并，其中溶液A包含丙烯酰胺、亞甲基二丙烯酰胺、TEMED和可選擇加入的水；并且溶液B包含有AMPS和可選擇加入的水。
113.根據(jù)權(quán)利要求110到112中任意一項的方法，其中合并步驟以約200∶1到1000∶1的摩爾比例包含丙烯酰胺和亞甲基二丙烯酰胺，上述比例例如約200∶1到900∶1，如約200∶1到800∶1，如約250∶1到800∶1，如約250∶1，如約300∶1、400∶1、500∶1、600∶1、700∶1、800∶1。
114.根據(jù)權(quán)利要求110到113中任意一項的方法，其中所述管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過25mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過15mm；和c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過10mm。
115.根據(jù)權(quán)利要求110到114中任意一項的方法，其中管式反應器具有選自以下的結(jié)構(gòu)a)單體濃度為1到6％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過20mm；b)單體濃度為6.1到10％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過10mm；c)單體濃度為10.1到22％(重量/重量)且聚合物形成溫度為5到65℃時直徑不超過9mm。
116.根據(jù)權(quán)利要求110到115中任意一項的方法，其中聚合物形成溫度為20到65℃，更典型的是25到60℃，優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
117.根據(jù)權(quán)利要求110到116中任意一項的方法，其中合并步驟在25到60℃的溫度下進行，上述溫度優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
118.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中混合步驟是在25到60℃的溫度下進行的，上述溫度優(yōu)選30到60℃，甚至更優(yōu)選35到60℃，如40到60℃、40到55℃、45到55℃，最優(yōu)選45到50℃。
119.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中管式反應器是由選自以下的材料制成的聚四氟乙烯、不銹鋼、玻璃、塑料、陶瓷及其組合。
120.根據(jù)權(quán)利要求82到119中任意一項的方法，其中還包括洗滌步驟。
121.根據(jù)權(quán)利要求120的方法，其中洗滌步驟包括單體可溶于其中而水凝膠則不溶于其中的溶劑的使用。
122.根據(jù)權(quán)利要求120的方法，其中洗滌步驟包括使聚合物和含水溶液接觸。
123.根據(jù)權(quán)利要求122的方法，其中含水溶液選自水、鹽水溶液和醇的水溶液。
124.根據(jù)權(quán)利要求122的方法，其中聚合物和含水溶液的接觸一直進行直到單體殘留量小于400ppm，典型的是小于300ppm。
125.根據(jù)權(quán)利要求120的方法，其中洗滌步驟包含使聚合物和溶劑接觸，其中聚合物的比表面積至少為1.5cm2/g，如至少2cm2/g、至少3cm2/g、至少4cm2/g，典型的是至少5cm2/g、至少6cm2/g、至少7cm2/g，優(yōu)選至少8cm2/g。
126.根據(jù)權(quán)利要求120的方法，其中洗滌步驟一直進行直到聚合物中含有的單體的量小于單體對人體的毒性閾值。
127.根據(jù)權(quán)利要求82到126中任意一項的方法，該方法是被自動化了的方法。
128.制備生物相容聚合物水凝膠的方法，其中包括提供比表面積至少為1.5cm2/g的水凝膠并將所述水凝膠與含水介質(zhì)接觸直到聚合物中含有的單體的量小于所述單體對人體的毒性閾值。
129.根據(jù)權(quán)利要求128的方法，其中洗滌步驟包括單體可溶于其中而水凝膠則不溶于其中的溶劑的使用。
130.根據(jù)權(quán)利要求128的方法，其中洗滌步驟包括使聚合物和含水溶液接觸。
131.根據(jù)權(quán)利要求130的方法，其中含水溶液選自水、鹽水溶液和醇的水溶液。
132.根據(jù)權(quán)利要求130的方法，其中聚合物和含水溶液的接觸一直進行直到單體殘留量小于400ppm，典型的是小于300ppm。
133.根據(jù)權(quán)利要求128的方法，其中洗滌步驟包含使聚合物和溶劑接觸，其中聚合物的比表面積至少為2cm2/g、至少3cm2/g、至少4cm2/g，典型的是至少5cm2/g、至少6cm2/g、至少7cm2/g，優(yōu)選至少8cm2/g。
134.根據(jù)權(quán)利要求128的方法，其中含水介質(zhì)選自水、等滲壓溶液和醇水溶液。
135.從聚合物水凝膠中除去單體單元的方法，其中包括提供比表面積至少為1.5cm2/g的水凝膠；用含水介質(zhì)洗滌聚合物水凝膠從而使水凝膠中的單體含量小于400ppm。
136.溶脹聚合物水凝膠的方法，其中包括提供比表面積至少為1.5cm2/g的水凝膠；使聚合物水凝膠與含水介質(zhì)接觸直到達到所希望的固體重量含量。
137.根據(jù)權(quán)利要求136的方法，其中所希望的固體重量含量為1到20％。
138.基本均勻的聚丙烯酰胺水凝膠，該聚丙烯酰胺水凝膠可以根據(jù)權(quán)利要求1-49或82-134中任意一項的方法得到。
139.基本均勻的聚丙烯酰胺水凝膠，該聚丙烯酰胺水凝膠可以根據(jù)權(quán)利要求50-81中任意一項的方法得到。
140.基本均勻的聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法，該方法包括以下步驟i)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、以及自由基引發(fā)劑、或其惰性預混物合并；ii)將丙烯酰胺組分、亞甲基二丙烯酰胺組分、自由基引發(fā)劑組分、或其惰性預混物組分混合，直到形成聚丙烯酰胺水凝膠；iii)將聚丙烯酰胺水凝膠和可與水相混合的溶劑相接觸，該溶劑可溶解丙烯酰胺組分或亞甲基二丙烯酰胺且不是聚合物的溶劑，過量提供所述溶劑以將水及丙烯酰胺組分或亞甲基二丙烯酰胺從水凝膠中抽提出來，直到白色固體聚合物沉淀。
141.根據(jù)權(quán)利要求140的方法，其中溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇及其衍生物。
142.根據(jù)權(quán)利要求141的方法，其中溶劑選自乙醇、丙醇、丁醇，優(yōu)選乙醇。
143.根據(jù)權(quán)利要求142的方法，其中溶劑是乙醇并且乙醇被過量提供以使相對于水為約10倍到100倍過量。
144.根據(jù)權(quán)利要求140的方法，其中還包括將沉淀的白色固態(tài)聚合物從溶劑混合物中通過離心或過濾操作分離。
145.根據(jù)權(quán)利要求144的方法，其中聚合物在真空烘箱中干燥以將過量的溶劑除去。
146.根據(jù)權(quán)利要求145的方法，其中將干燥聚合物用含水介質(zhì)重新水合至所希望的固含量水平。
147.聚丙烯酰胺水凝膠，該聚丙烯酰胺水凝膠是通過權(quán)利要求140到146中任意一項中定義的方法得到的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備基本均勻的水凝膠(力涂聚丙烯酰胺)的方法，其中水凝膠的均勻性，就流變特性而言，是通過將反應過程中的溫度差限制在非常狹窄的范圍內(nèi)，例如不超過5℃。該方法允許得到在均質(zhì)性方面具有新穎性的聚合物，同時也是通過連續(xù)過程的?；揪鶆虻乃z(例如聚丙烯酰胺水凝膠)的制備的連續(xù)方法通過避免未反應的單體(例如丙烯酰胺)越過管式反應器中的凝膠邊緣而得到了高均質(zhì)性。這是通過使用靜態(tài)混合器實現(xiàn)的。聚合物水凝膠通過新型洗滌方法處理而具有生物相容性，在上述方法中聚合物比表面積是適當設定的。
文檔編號C08F2/00GK1547592SQ02816691
公開日2004年11月17日 申請日期2002年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月25日
發(fā)明者R·施密特, R·萊塞爾, J-E·瑟倫森, R 施密特, 咨 申請人:康特拉有限公司