BRPI0619509A2 - métodos para fazer pérolas de polìmero - Google Patents

Abstract

MéTODOS PARA FAZER PéROLAS DE POLìMERO. A presente invenção relaciona-se com um material de pérolas poliméricas que é caracterizado por ter tamanhos de poros que podem ser predeterminados e que podem ser obtidos com uma estreita distribuição de tamanho de poros criados pela utilização de materiais de enchimentos sacrificiais no interior do material polimérico. A invenção também descreve processos para a produção do material como pérolas esféricas ou aproximadamente esféricas ou resinas com tamanhos predefinidos. Além disso, a invenção relaciona-se com a preparação de materiais poliméricos molecularmente impressos que são criados pelo referido método. Além disso, a invenção relaciona-se com a utilização dos referidos materiais poliméricos para separação, detecção, catálise ou encapsulamento de químicos, iões de metal, compostos inorgânicos, fármacos, péptidos, proteínas, ADN, polímeros naturais e artificiais, compostos naturais e artificiais, produtos alimentares ou farmacêuticos, vírus, bactérias, células e outras entidades.

Description

"MÉTODOS PARA FAZER PÉROLAS DE POLÍMERO"

DESCRIÇÃO

A presente invenção relaciona-se com um material polimérico que é caracterizado por ter tamanhos de poros que podem ser predeterminados e que podem ser obtidos com uma estreita distribuição de tamanho criados pela utilização de materiais de enchimentos sacrificiais no interior do material polimérico (Fig. 1). A invenção também se relaciona com métodos para preparar o material como pérolas (ou resinas) esféricas ou aproximadamente esféricas com tamanhos predefinidos. Além disso, a invenção relaciona-se com a utilização dos referidos materiais poliméricos para separação, detecção, catálise ou encapsulamento de químicos, iões de metal, compostos inorgânicos, fármacos, péptidos, proteínas, ADN, polímeros naturais e artificiais, compostos naturais e artificiais, produtos alimentares ou farmacêuticos, vírus, bactérias, células e outras entidades.

Antecedentes Técnicos

Nos campos de biomoléculas, produtos farmacêuticos, compostos alimentares, químicos, bioelectrónica e outros, é utilizada uma ampla e diversa selecção de materiais de separação. Estes materiais variam desde materiais poliméricos, tais como aqueles derivados de monómeros orgânicos como o estireno e divinilbenzeno ou aqueles à base de biopolímeros, tais como a agarose ou celulose, a materiais inorgânicos, tais como aqueles à base de sílica ou hidroxiapatita. As vantagens dos materiais inorgânicos, tais como as pérolas de silica, são a sua estabilidade mecânica e a sua estrutura de poro altamente definida. Por exemplo, o tamanho de poro do material de silica, largamente utilizado para separações em inúmeras indústrias, é bem definido e tem uma distribuição de tamanho de poro próxima ao limite atingível teórico ou, talvez, prático. É sabido, de uma forma genérica, que a capacidade dos materiais inorgânicos, tais como a silica, de se organizarem em montagens altamente estruturadas é muito mais pronunciada do que em materiais orgânicos.

A importância da distribuição do tamanho do poro e o seu impacto na eficiência da separação é descrita na equação de Van Deemter. Um componente desta equação:

Hm=ω dp2. v/Dm

relaciona-se com o efeito da transferência de massa sobre a eficiência da separação (Hm) em relação ao tamanho da partícula (dp2), velocidade do escoamento (v), coeficiente de difusão do analito na fase móvel (Dm) e um coeficiente relacionado à distribuição do tamanho e formato de poro (ω). Esta relação prevê que à medida que ω fica menor (distribuição de tamanho de poro mais estreita), Hm fica menor (isto é, altura de placa mais baixa que leva a uma melhor eficiência de separação). É bem conhecido na indústria de separações e é particularmente importante para separações com base na massa molecular, isto é, raio de Stokes, tais como a separação de péptidos, proteínas e outras oligo- ou macro-moléculas. Deste modo, a distribuição do tamanho de poro é um parâmetro chave mas, tipicamente, só é controlável com algum grau de certeza pela utilização de materiais de resina inorgânica, tais como a sílica porosa (ver a Figura 2A). Particularmente em materiais de filtração a "regularidade" do tamanho do poro foi registada como sendo de grande importância. Formatos e tamanhos de poros bem definidos permitem que o processo de filtração seja selectivo para moléculas especificas levando a limites de exclusão rígidos e alta resolução.

Os poros são classificados de acordo com os seus diâmetros, onde os microporos têm diâmetros inferiores a cerca de 2 nm, os mesoporos têm diâmetros na gama de cerca de 2 nm a cerca de 50 nm e os macroporos têm diâmetros superiores a cerca de 50 nm.

Embora a sílica porosa possa produzir pérolas esféricas ou aproximadamente esféricas altamente definidas, uma desvantagem dos materiais à base de sílica é a sua bem conhecida instabilidade em relação a condições alcalinas, muitas vezes aplicadas nos passos de regeneração levados a cabo entre os passos de separação. Por exemplo, na purificação biofarmacêutica de proteínas, a sílica C18 é tipicamente utilizada num passo final de separação de "polimento". Depois de um pequeno número de ciclos de purificação de proteína, tipicamente 2, uma lavagem com hidróxido de sódio concentrado é, em geral, levado a cabo para remover resíduos de proteína e outros materiais indesejáveis ligados à coluna cromatográfica que pode causar obstrução. Este procedimento de lavagem é muitas vezes necessário para estar em conformidade com certas exigências reguladoras, por exemplo, a FDA. Deste modo, o tempo de vida de tais pérolas de sílica e o seu uso prolongado em tais processos são limitados. Uma vez que a sílica que foi degradada por este processo de lavagem, a mesma tem de ser regularmente substituída por nova sílica, isto representa um factor de custo considerável para o utilizador. Uma limitação adicional é observada onde a separação de compostos básicos (muitos fármacos farmacêuticos são "básicos") em colunas de sílica de fase reversa é levada em consideração, uma vez que as condições alcalinas são exigidas como sendo compostos não carregados a fim de que mesmos interajam com a superfície hidrófoba.

A sílica é também conhecida por expor locais quimicamente activos indesejados na sua superfície. Apesar destas limitações, a sílica é um material de separação amplamente utilizado, principalmente devido à sua forte estabilidade mecânica e ausência de insuflação em solventes. Além disso, a estrutura de poro altamente ordenada contribui para altas eficiências de separação.

Nos últimos anos, os materiais de separação poliméricos substituíram a sílica, cada vez mais, em processos de purificação. Isto deve-se, principalmente, à estabilidade melhorada e tempo de vida prolongado destas fases estacionárias. Por exemplo, as fases estacionárias à base de estireno-divinilbenzeno são cada vez mais comuns porque são muito mais estáveis durante os passos de regeneração do que as fases estacionárias da sílica.

No entanto, uma importante desvantagem de tais materiais poliméricos é que as propriedades do seu tamanho de poro a) não são bem definidas e b) não são facilmente controladas no processo de preparação. Materiais de pérolas poliméricas deste tipo disponíveis comercialmente (por exemplo de Rohm & Haas (Holanda) ou PolymerLabs (Reino Unido)) exibem tamanhos de poros que são muitos menos bem definidos do que os materiais de separação equivalentes à base de materiais inorgânicos, tais como a silica, e os mesmo, freqüentemente, também contêm uma porção de pequenos poros que podem ser desvantajosos para separações mais exigentes (ilustradas na Figura 2B) . Além disso os materiais de pérola de polímero derivam a sua macroporosidade da utilização de porogénios e têm densidades reticulantes, tipicamente, de cerca de 20%. Devido a estes níveis de reticulação relativamente baixos as pérolas de polímero terão baixa estabilidade do ponto de vista mecânico e podem exibir comportamento de insuflação variável dependendo do sistema de solvente utilizado.

Tipicamente, os porogénios são solventes orgânicos, tais como o tolueno ou diclorometano, que controlam a porosidade durante a polimerização de monómeros.

Por exemplo, durante a síntese de poliestireno reticulado, são formados poros na rede polimérica na presença de um solvente ou porogénio. Uma densidade de reticulação inferior a 20%, de um modo geral, leva a tamanhos de poros pequenos na escala inferior de nm (2-5 nm) . Tais poros são bastante uniformes para o polímero é mais semelhante a um gel e exibe apenas uma estabilidade mecânica limitada, resultando na compressão e colapso do material mediante pressão. Além disso, os microporos (isto é, poros menores do que 2 nm) presentes no polímero podem não ser desejáveis para certas aplicações. De uma forma ideal, para se obter materiais estáveis à pressão e materiais que são menos inclinados a insuflação em certos solventes, a percentagem de reticulação de ser aumentada. No entanto, se a densidade de reticulação exceder um certo valor, por exemplo 20%, o polímero tornar-se-á não homogêneo e serão produzidos poros grandes chamados macroporos tendo uma gama de tamanho típica de 20-50 nm. Estes poros são irregulares e podem terminar no interior da matriz do polímero, levando a uma difusão e propriedades de escoamento deficiente. Como regra geral, ao se utilizar porogénios para formar poros os poros pequenos podem ser bastante uniformes mas os poros restantes tenderão a ter uma gama de tamanho amplo, particularmente em polímeros que têm, em média, tamanhos de poros grandes.

Os materiais de separação comerciais, tais como os meios Amberlite (Rohm and Haas) ou PLRP-s fabricado pela Polymer Laboratories (Reino Unido) são exemplos típicos de tais polímeros macroporosos convencionais que apresentam estruturas internas amorfas caracterizadas por poros irregulares. Um exemplo da distribuição de tamanho de poro medido experimentalmente de tais materiais está ilustrado na Fig. 2B.

A fim de lidar com algumas das questões acima, Feibush (Patente US N0 4.933.372) descreve um processo, no qual as propriedades do poro de partículas de sílica altamente definidas são representadas em pérolas poliméricas. Neste processo as partículas de sílica foram cheias com monómeros e, depois, polimerizadas. Isto poderia ser levado a cabo, por exemplo, num sistema de suspensão aquosa onde os monómeros hidrófobos foram dispersos em água juntamente com partículas de sílica hidrófoba. Através de separações accionadas termodinamicamente, os monómeros acumularam-se no interior das pérolas de sílica. Depois da polimerização, o compósito sílica-polímero foi, então, submetido a uma lavagem rigorosa com fluoreto ou hidróxido para remover a estrutura de base da sílica. Como resultado deste processo, foram produzidas pérolas de polímero que representam uma imagem de espelho das pérolas de sílica. Estas pérolas correspondiam em tamanho às partículas de sílica de partida - a maior parte do polímero existia onde os poros estavam previamente presentes na sílica enquanto os poros do polímero correspondiam às paredes de sílica dissolvida.

Mesmo que este método de Feibush tenha levado a algumas propriedades desejáveis nas pérolas poliméricas resultantes, a complexidade do seu processo de produção com escassos factores custo-benefício associados não permitiu a sua ampla utilização. 0 custo actual de tais materiais de sílica de alta qualidade encontra-se na gama de alguns milhares de Euros (€) por Kg de material. Em contraste, as partículas não porosos necessárias para preparar o material de separação, de acordo com a presente invenção, custam apenas alguns € por kg.

Num outro desenvolvimento, Mallouk et al. (Johnson S. A., Ollivier P. J. e Mallouk T. E., ordenaram polímeros de tamanho de poro ajustável a partir de modelos de sílica coloidal (Science, 1999, 283, 963-965) e utilizaram sílica coloidal para criar materiais poliméricos porosos. Mais precisamente, um granulado {pellet) feito a partir de sílica coloidal foi feito por meio de uma prensa de pellets. O pellet prensado foi, então, utilizado como um molde; o pellet foi produzido sob uma pressão muito alta de 10000 kPa e a temperaturas extremamente altas, nomeadamente de 800 °C. 0 processo de produzir materiais sob alta pressão e calor é chamado de sinterização. Foi obtido um pellet tubular com dimensões de 0,7 cm de diâmetro e 0,3 cm de espessura. O passo de sinterização foi realizado com a finalidade de criar uma rede de partículas de sílica coloidal ligadas. As partículas de sílica sinterizadas formaram uma rede interligada, tridimensional de silica coloidal. Neste pellet sinterizado, uma solução monomérica foi utilizada para preencher os espaços vazios entre as partículas de sílica e, depois, polimerizada. 0 preenchimento com monõmeros dos espaços vazios desta rede interligada, seguido pela polimerização e a subsequente remoção da sílica coloidal produziu um sistema poroso contínuo no polímero final. A publicação de Mallouk também demonstra que os poros obtidos têm uma distribuição relativamente estreita e correspondem, até um certo ponto, à sílica coloidal original. No entanto, o trabalho levado a cabo pelo grupo de Mallouk não descreve um processo para produzir material polimérico esférico ou aproximadamente esférico útil para a separação comum ou aplicações de purificação. Em contraste, proporciona um método incômodo de formação de compósito que não é favorável a qualquer processo em larga escala ou industrial. A sílica coloidal utilizada neste trabalho é obtida por um processo sol-gel trabalhoso incluindo uma emulsão de ortosilicato de tetraetilo e o processo exige, pelo menos, 2 dias até que o produto final seja obtido (mais pormenores estão descritos em K. Osseo-Asare & F. J. Arriagada, Colloids Surf. 50, 321, 1990).

Sueoka et al. (Documento US 4279752) descrevem a preparação de uma membrana porosa na qual são misturadas partículas de sílica fina (tamanho de 0,01 μm) . As membranas consistem em álcool polivinílico que é extrudido através de uma matriz deslizante para dentro de um banho de coagulação e a membrana obtida é, então, processada adicionalmente com um tratamento de reticulação num outro banho. Num terceiro banho, a sílica é extraída e a membrana é, então, lavada. As membranas obtidas têm tamanhos de poros uniformes de cerca de 1 μm em contraposição ao tamanho da sílica formadora de poro (0,01 pm). O documento indica que as partículas de sílica fina se agregam durante o processo de mistura. O material descrito por Sueoka et al. não é útil como material de empacotamento cromatográfico, isto é, não tem a forma de pérolas.

A publicação por Derylo-Marczewska et al. (Langmuir, 2002, 18, 7538-7543) descreve a utilização de sílica pirogenada para a preparação de resinas de melamina-formaldeído. Pelos pormenores sintéticos, pode-se concluir que é preparado um material volumoso na forma de um bloco. O material descrito por Derylo-Marczewska et al. não será útil como um material de empacotamento cromatográfico, isto é, não descreve pérolas. Ainda que a distribuição de tamanho de poro apresente um pico principal, apresenta também uma grande parte de microporos e contém outra população de tamanhos de poros. Consequentemente, o material em bloco descrito não tem uma distribuição de tamanho de poro uniforme. Os microporos podem ser desvantajosos nas separações cromatográficas levando a efeitos cromatográficos indesejáveis e formas de picos não definidas, tal como alargamento de picos.

Li et al. (documento US 5288763) descreve a preparação de partículas de polímero poroso com base num modelo de técnica de polimerização. Como modelo, é utilizado um polímero linear, ácido poliacrílico (PAA) que é dissolvido numa mistura monomérica contendo o iniciador. Além disso, depois da dissolução da mistura de monómero PAA a mesma é filtrada para remover qualquer matéria insolúvel. É descrito um modelo solúvel, nomeadamente o PAA, utilizado para criar uma parte dos poros. Afirma-se que as partículas obtidas têm uma estreita distribuição de tamanho de poro, que não é descrita na referência. O tamanho de poro obtido é superior a 1 μτη e mencionado como sendo uniforme na Tabela 1 (avaliado por observações SEM conforme ilustrado na Fig. 4-5) mas sem proporcionar dados de suporte. Além disso, as pérolas obtidas apresentam regiões tanto macroporosas como microporosas na sua porosidade. Conforme Li et al. declaram na sua patente (coluna 1, linha 47), os microporos conduzirão a efeitos cromatográficos indesejáveis e formas de pico mal definidas, tais como alargamento de picos.

O trabalho realizado por Asher e Liu (documento WO 0000278 Al) descreve um processo em que uma sílica coloidal é misturada com monómeros solúveis em água e, depois, polimerizados entre duas placas de quartzo. O material resultante é uma folha plana com uma espessura típica de 0,1 mm. Contém tanto espaços vazios grandes como pequenos poros e não apresenta uma porosidade definida. Além disso, não são descritas pérolas.

Em cromatograf ia há uma necessidade de um material de empacotamento tendo a forma de pérolas e uma estreita distribuição de tamanho de poros, sem microporos, cujo material é favorável à produção em larga escala por um método econômico.

Sumário da Invenção

O objectivo da presente invenção é preparar material de pérola polimérico em que é possível controlar o tamanho do poro, em que os poros têm uma estreita distribuição de tamanho de poros e, em que o referido material de pérolas poliméricas é virtualmente livre de microporos e, em que o referido material de pérolas poliméricas é facilmente produzido em larga escala. Além disso, o material de pérolas poliméricas pode ser produzido com materiais de partida (produto de consumo) econômicos. 0 objectivo é alcançado por meio de um material de pérolas poliméricas, que pode ser obtido por meio de:

a) proporcionar e, opcionalmente, misturar, monómeros e opcionalmente porogénios e opcionalmente aditivos, na presença de partículas não porosas,

b) dispersar a mistura num meio dispersante, formar gotículas de monómero compreendendo as partículas não porosas,

c) polimerizar as referidas gotículas de monómero compreendendo as referidas partículas não porosas,

d) remover as referidas partículas não porosas das pérolas poliméricas formadas.

O material assim obtido está numa forma semelhante a pérola, o que significa, principalmente esférico, material esse que, de acordo com um objectivo da presente invenção, pode ser utilizado em separação; detecção; catálise; diagnose; aplicações de encapsulamento, tais como encapsulamento de químicos, tais como iões de metal, compostos inorgânicos, fármacos, péptidos, proteínas, ADN, polímeros naturais e artificiais, compostos naturais e artificiais, produtos alimentares ou farmacêuticos, vírus, bactérias, células e outras entidades; ou aplicações de enriquecimento, tais como cromatografia, separação de lote, aplicações de sensor, filtros, membranas, material de libertação controlada, catalise, materiais biomiméticos, separadores termodinâmicos e matrizes de encapsulamento.

Descrição das Figuras

A Figura 1 ilustra a preparação do material polimérico pelos métodos da invenção com poros obtidos pela incorporação de uma sílica coloidal, polimerização e remoção do colóide. A distribuição do tamanho de poro da pérola de polímero final é idealizada no gráfico e deve corresponder à distribuição de tamanho da sílica coloidal.

A Figura 2 (A-C) ilustra as distribuições do tamanho de poro de várias pérolas, medidas por análise de adsorção de azoto (BET) . As pérolas que foram investigadas eram A) uma sílica comercial de alta qualidade, B) uma resina polimérica de poliestireno-divinilbenzeno (PS-DVB) comercial de alta qualidade e C) pérolas de polímero de acordo com a presente invenção.

A Figura 3 ilustra imagens fotográficas do material polimérico de acordo com a presente invenção, que são tomadas por um Light Microscope.

A Figura 4 ilustra, de forma esquemática, um processo de suspensão para a preparação de pérolas poliméricas que têm partículas coloidais incorporadas no processo. Quando tanto as partículas coloidais como a solução monomérica são de natureza hidrófoba, formarão uma fase que não é miscível com o meio de dispersão, a água. Depois de agitação, a referida fase que consiste em monómero e partículas de colóide hidrófobas, formará gotículas. Depois da polimerização, são obtidas pérolas compósitas de colóide- polímero. O processamento adicional produz pérolas porosas.

Descrição Pormenorizada da Presente Invenção

A presente invenção relaciona-se com um material de pérola polimérica que pode ser obtido utilizando partículas não porosas como agentes formadores de poros durante um processo de polimerização, em que o tamanho de partícula e a distribuição de partícula das partículas não porosas podem ser utilizadas para controlar o tamanho de poro e a distribuição de poro no material de pérola polimérica obtido. A rede de partículas não porosas no interior do polímero é criada por um processo de auto-montagem. De acordo com a presente invenção são criadas condições para os monómeros se dividirem com as partículas não porosas.

Numa forma de realização a presente invenção relaciona-se com um material de pérola polimérica tendo uma estreita distribuição de tamanho de poro (virtualmente livre de microporos) que pode ser obtida por meio de

a) proporcionar e, opcionalmente, misturar, monómeros e opcionalmente porogénios e opcionalmente aditivos, na presença de partículas não porosas,

b) dispersar a mistura num meio dispersante, formar gotículas de monómero compreendendo as partículas não porosas,

c) polimerizar as referidas gotículas de monómero compreendendo as referidas partículas não porosas, d) remover as referidas partículas não porosas das pérolas poliméricas formadas.

De acordo com uma forma de realização o passo a) pode ser realizado misturando monómeros apolares na presença de partículas não porosos apolares e dispersando um meio polar (isto é, água ou solvente polar em que os monómeros e as partículas não porosas são insolúveis ou imiscíveis) ou misturando monómeros polares na presença de partículas não porosas polares e, depois, dispersando a mistura em meio hidrófobo (por exemplo, óleo mineral no qual os monómeros polares e as partículas não porosas são insolúveis ou imiscíveis). Neste contexto, a dispersão é utilizada no seu sentido genérico "A dispersão é uniforme numa escala macroscópica mas não numa escala microscópica. Consiste em grãos ou gotículas de uma substância numa matriz do outro", (Atkins, P. W. Physical Chemistry, 5th Edn7 Oxford University Press, ρ 240) . Crê-se que a divisão dos monómeros com as partículas não porosas são em cada caso devido ao facto de que as partículas não porosas e os monómeros têm similaridade química ou funcionalidade similar que é diferente do meio de dispersão.

Numa outra forma de realização, as partículas não porosas podem ser modificadas para levar funcionalidades químicas sejam polares ou apolares na sua superfície que podem então ser misturadas com monómeros polares ou apolares e a mistura dispersa num meio que pode ser polar, apoiar ou uma mistura miscível de meios polares e apolares.

Em ainda outra forma de realização, os monómeros poderiam também dividir com as partículas não porosas num processo semi-seco misturando monómeros sólidos, um solvente para os monómeros (por exemplo, tolueno para monómeros apolares ou acetonitrilo para monómeros mais polares) e partículas não porosas antes da polimerização.

Numa forma de realização, um processo semi-seco pode ser realizado misturando um monómero líquido e partículas não porosas antes da polimerização.

Depois da polimerização, as partículas coloidais no interior das pérolas poliméricas são removidas deixando para trás uma rede de poros ou orifícios onde havia estado o material não poroso. As propriedades das partículas não porosas, tais como o seu tamanho, distribuição de tamanho e outros parâmetros químicos ou físico-químicos determinarão as características do poro do material polimérico final. Esta é a maneira de controlar as características de tamanho de poro do material polimérico final, tais como pérolas poliméricas, resinas, membranas, etc. 0 controlo das características dos poros é determinado pela escolha das partículas não porosas.

Embora as partículas coloidais sejam preferidas para criar poros em material polimérico, podem ser levadas em consideração partículas maiores que então na escala de μτη. Tais pérolas poliméricas com tamanhos de poro na escala de pm são úteis para certas aplicações. Por exemplo, para a separação de compostos grandes, tais como proteínas, células ou outros compostos, materiais com poros na escala de μm são preferíveis.

De acordo com a presente invenção, as partículas não porosas preferidas são sílica coloidal, látex, moléculas de cristal, biominerais ou quaisquer outras entidades não porosas orgânicas, inorgânicas ou biológicas, ou quaisquer misturas das mesmas. As partículas não porosas mais preferidas são as partículas coloidais, a mais preferida é a sílica coloidal, tal com Aerosil R972 ou R8200 (Degussa). As propriedades das partículas coloidais são reflectidas nas características dos poros poliméricos finais. É preferível que os colóides não tenham uma porosidade interna. Se for utilizado um colóide que tenha uma tamanho de partícula de 100 Â, então o material polimérico também terá um tamanho de poro de cerca de 100 Á. No entanto, o tamanho do poro final do polímero pode variar uma vez que os polímeros podem encolher ou insuflar, características que dependem da natureza do polímero utilizado. Se forem utilizados colóides que têm uma distribuição muito estreita de tamanho de partícula, isto levará a poros nas pérolas poliméricas que têm a mesma distribuição de tamanho de poro ou muito semelhante.

As partículas não porosas podem ter diâmetros diferentes. Deste modo, as mesmas podem compreender uma ou mais populações de partículas não porosas em que cada população tem, essencialmente, o mesmo diâmetro, mas diferente de outra população.

A invenção também se relaciona com processos para a produção de materiais poliméricos, tais como pérolas esféricas ou aproximadamente esféricas ou resinas tendo tamanhos predefinidos. A presente invenção também se relaciona com um processo para a preparação de material polimérico, por exemplo, pérolas e resinas de polímero, que exibem uma distribuição de tamanho de poro altamente definida e onde tal material pode ser produzido em formatos esféricos, planos, granulares, em camadas ou de componentes múltiplos, se desejado. 0 material polimérico de acordo com a presente invenção também pode ser preparado em outros formatos ou configurações. Um especialista na técnica pode preparar formatos ou configurações que são úteis como membranas, filtros, tubos, compósitos e outros formatos conhecidos dos especialistas na técnica. Tais configurações podem ser grânulos, monolitos, esferas, pérolas compósitas, hastes, tubos, folhas, membranas, filtros, cavidade, em camadas ou outras montagens de componentes múltiplos.

A invenção também se relaciona com a utilização dos referidos materiais poliméricos para a separação, detecção, catálise ou encapsulamento de químicos, iões de metal, compostos inorgânicos, fármacos, péptidos, proteínas, ADN, polímeros naturais e artificiais, compostos naturais e artificiais, produtos alimentares e farmacêuticos, vírus, bactérias, células e outras entidades.

Na presente invenção, partículas colóides, tais como a sílica coloidal, podem ser utilizadas como agente formador de poros onde os poros são formados depois da polimerização estar completa e revelada pela remoção da sílica com um agente apropriado, tal como uma base, por exemplo, hidróxido de sódio. Por meio deste processo, a formação de poros é separada do processo de polimerização, a separação de fase e a reticulação, resultando em várias vantagens, tais como sendo capaz de controlar, refinar e modificar as características desejadas dos poros do material polimérico. Uma outra vantagem deste processo é que, embora a sílica coloidal ainda esteja presente na pérola polimerizada, quaisquer modificações do volume do polímero podem ser conduzidas sem alterar a estrutura final dos poros. As pérolas ou resinas poliméricas são facilmente obtidas produzindo os referidos polímeros em, por exemplo, suspensão, condensação, massa, emulsão, emulsificação de membrana, dispersão, precipitação, solução, enxerto, superfície ou electropolimerização ou por meio de técnicas de insuflação. Tal processo está representado na Figura 4 e produz pérolas poliméricas esféricas.

As partículas coloidais a serem utilizadas na presente invenção podem ser seleccionadas do grupo que consiste em sílica pirogenada ou sílica coloidal, látex, moléculas de cristal, biominerais ou quaisquer outras entidades orgânicas, inorgânicas ou biológicas coloidais. As partículas coloidais podem ser hidrófobas, em cujo caso seriam seleccionados monómeros hidrófobos, ou podem ser hidrófilas, em cujo caso seriam seleccionados monómeros hidrófilos, o meio de dispersão sendo hidrófilo (por exemplo, água, álcoois, demitilformamida, acetonitrilo, dimetilsulfóxido, ácidos orgânicos, bases orgânicas e cetonas, outros solventes polares, ou quaisquer misturas destes) ou hidrófobo (por exemplo, óleo mineral, compostos cíclicos aromáticos ou alifáticos, alcanos, tais como heptano, petroléter, solventes alogenados ou solventes minerais ou quaisquer misturas destes), respectivamente.

As partículas coloidais preferidas de acordo com a presente invenção são partículas de sílica coloidal com uma superfície hidrófoba, tais como Aerosil R972 e R8200. As partículas coloidais podem ser um tipo único de um colóide ou uma mistura de tipos diferentes de colóides. Se for adicionada uma fase monomérica apoiar à água (por exemplo, divinilbenzeno e estireno) , ou uma fase rica em água contendo partículas coloidais hidrófobas, as partículas coloidais enriquecerão na referida fase monomérica apoiar devido à separação termodinâmica. Tem sido sugerido que colóides de relevância específicos da presente invenção formam redes interligadas por simples auto-montagem em ambientes apropriados.

De acordo com a presente invenção "coloidal" é definido conforme descrito por P. W. Atkins, Physical Chemistry, 5th Ed., ρ 970.

Por "auto-montagem" é entendido que as partículas coloidais e os monómeros têm similaridade química ou função similar que é diferente do meio de dispersão. Esta similaridade química ou função fazem com que as partículas se unam umas às outras atraindo umas às outras e evitando ou repelindo o meio de dispersão. Deste modo, por exemplo, as partículas coloidais e os monómeros podem ser hidrófobos, hidrófilos, polares, apolares ou neutros, ao passo que o meio de suspensão, em correspondência, é hidrófobo, hidrófilo, polar, apoiar ou carregado. Os presentes inventores observaram que a sílica coloidal hidrõfoba que é produzida por vários métodos (por exemplo, sílica pirogenada, Degussa, Alemanha) funciona bem neste processo. Quando uma mistura de monómero-sílica é agitada ou, então, agitada em água ou num meio rico em água são formadas gotículas de monómero com a sílica coloidal hidrófoba no interior das gotículas de monómero. As gotículas de monómero são, então, polimerizadas levando a uma solidificação das gotículas para formar pérolas. Uma vez que a sílica coloidal é incorporada no interior das pérolas poliméricas este material é, então, chamado de compósito sílica-polímero. Os referidos compósitos sílica-polímero também podem ser formados num chamado processo semi-seco. Neste procedimento a sílica não porosa é misturada com os monómeros e iniciador e solvente, se necessário e em condições de agitação apropriadas (por exemplo, laminagem, ver Exemplo 5) e a polimerização é levada a cabo num processo semi- seco.

Depois de completa a polimerização, a remoção da sílica incorporada do polímero deixa para trás uma rede porosa de polímero. A remoção da sílica incorporada pode ser realizada por meio de dissolução com solventes apropriados. Estes passos estão representados, de forma esquemática, na Figura 1. O processo está representado, de forma esquemática, na Figura 4. Os tamanhos relativos das partículas de sílica coloidal e as pérolas compósitas de polímero-sílica resultantes estão simplificados e não pretendem estar em escala na Figura 4 para uma descrição visual conveniente. Devido ao facto da sílica ser removida depois de ter desempenhado as suas funções, sendo um enchimento no interior do polímero, a mesma pode ser considerada como um material de enchimento sacrificial. A mesma é removida, isto é, sacrificada para a criação de poros. Uma vez que a utilização da sílica e a sua subsequente remoção deixa poros no polímero, as mesmas podem ser consideradas como agentes formadores de poros.

De um modo geral, na indústria da separação, as gotícuias polimerizadas são chamadas pérolas poliméricas ou, algumas vezes, resinas. Os termos "pérolas" e "resinas" são utilizados, de forma alternada, na presente invenção. De acordo com a presente invenção, "material polimérico" pretende significar pérolas poliméricas ou resinas ou outro material, tal como, por exemplo, membranas, filtros, tubos, compósitos e outros formatos e configurações conhecidas dos especialistas na técnica.

Os termos "enchimento não poroso sacrificial" e "partículas não porosas" são utilizados, de forma alternada, na presente invenção e sempre significam as partículas não porosas utilizadas para criar a estrutura de poros no interior do "material polimérico".

Na presente invenção os termos "partículas" e "enchimento" são utilizados de forma alternada. Na presente invenção o termo monómero inclui tanto monómeros como monómeros de reticulação. Exemplos de monómeros são estireno ou ácido metacrílico, exemplos de monómeros de reticulação são dinivilbenzeno ou metilenobisacrilamida.

Meio de dispersão e fase contínua são utilizados de forma alternada na presente invenção.

Conforme utilizado na presente invenção o termo "livre de microporos" significa predominantemente livre de microporos, por exemplo, conforme descrito na Fig. 2C.

A sílica coloidal pode ser obtida por meio de métodos sol- gel (K. Osseo-Asare & F. J. Arraigada, Coloids Surf. 50, 321, 1990) e por meio de outros métodos, tal como hidrólise em chama. A sílica coloidal é, então, chamada de sílica pirogenada. As partículas de sílica pirogenada são obtidas num processo de hidrólise em chama de um composto de silano volátil numa chama de gás de oxigénio-hidrogénio. Tais sílicas pirogenadas que estão na escala de tamanho coloidal são fabricadas e comercializadas, por exemplo, por Degussa (Alemanha) sob o nome comercial de Aerosil. Os termos silica pirogenada e silica coloidal são termos que podem ser alternados na presente invenção. A silica coloidal é fornecida, de um modo geral, em pós secos.

Os pós colóides ou de silica coloidal podem ser utilizados, preferencialmente, com propriedades de superfície e de partículas adaptadas ou modificadas, tais como superfície hidrófoba ou hidrófila, que são transferidas para a mistura monomérica e são incorporadas ao polímero. Depois da polimerização, o polímero é submetido a uma lavagem que dissolve a silica e deixa uma rede interligada de poros altamente definidos com uma variação de tamanho definida e estreita, conforme ilustrado na Figura 2C.

Conforme ilustrado na Figura 2C, há uma clara evidência de uma distribuição de tamanho de poros altamente definida e estreita nas pérolas da presente invenção que não pode ser obtida para as resinas poliméricas comuns, ilustrado na Figura 2B. As distribuições de tamanho de poros dos novos materiais são comparáveis a pérolas de separação inorgânicas, tais como silica ilustrado na Figura 2A. Adicionalmente, a pérola obtida é claramente livre de qualquer microporosidade indesejável, isto é, poros que sejam inferiores a 20 Â. Conforme ilustrado na Figura 2B, as pérolas de polímeros comerciais têm níveis consideráveis de microporosidade.

A silica coloidal preferida tem uma escala de tamanhos de baixo nm a baixo μτη em diâmetro e, preferencialmente, exibem uma porosidade interna insignificante ou nenhuma. Estas sílicas coloidais podem ser tanto na sua forma nativa, apresentando grupos silanol, como podem ser quimicamente modificadas, conforme descrito por Maier et al. (Maier N. M., L. Nicoletti, M. Lámmerhofer, W. Linfner, Chiraltyl 1999, 11, 7, 522-528) e conforme descrito no Exemplo 1 e podem compreender funcionalidades neutras, ácidas, básicas, hidrófilas, hidrófobas, polimerizáveis, biomiméticas ou outras, na suas superfícies. Além disso, as superfícies das sílicas podem ser modificadas para complementar a composição do monómero e a química da polimerização.

A quantidade de sílica coloidal adicionada à mistura monomérica pode variar desde quantidades traço até quantidades maiores e podem ter um máximo próximo a 99% em peso comparado com a solução monomérica.

Quando a percentagem em peso de sílica é muito superior à percentagem em peso da solução monomérica adicionada e não há meio de dispersão presente, então, isto é chamado polimerização semi-seca. A polimerização semi-seca representa um sistema de polimerização, em que a mistura colóide-monómero aparenta ser seca uma vez que todo o monómero é coberto por colóides de sílica.

Opcionalmente, podem ser adicionados agentes/aditivos adicionais que controlam a compatibilidade da sílica coloidal com a fase monomérica e também controlam a compatibilidade com outras fases no sistema, a fim de melhorar as propriedades do material como um todo. Por exemplo, podem ser adicionados compostos de superfície activa (por exemplo, dodecil sulfato de sódio (SDS), Triton ou compostos anfifílicos semelhantes), polímeros anfifílicos, tais como álcool polivinílico (PVA), polivinilpirrolidona (PVP) ou solventes orgânicos a fim de melhorar o humedecimento da sílica, compreendendo monómeros hidrófobos (ou monómeros hidrófilos no caso inverso). Podem também ser levados em consideração outros aditivos conhecidos dos especialistas na técnica.

Alternativamente, podem ser adicionados compostos que diminuem ou aumentam a capacidade da sílica em ser suspensa na fase contínua. Tais compostos, tipicamente, têm a natureza de agentes anfifílicos ou tensioactivos e poderiam incluir derivados de silanos, alcanos, polímeros, ácidos gordos, hidratos de carbono e outros compostos anfifílicos.

Além disso, pode ser levada em consideração a modificação da superfície da sílica para aumentar a sua compatibilidade com as misturas monoméricas (por exemplo, estireno- divinilbenzeno). Tais modificações de superfície podem envolver modificação da superfície da sílica pela incorporação de metilo, butilo, fenilo, octilo, estirilo, metacrilo ou outras funcionalidades semelhantes.

De acordo com a presente invenção podem ser levados em consideração polímeros molecularmente marcados para ser produzidos utilizando colóides. De um modo geral, um polímero molecularmente impresso é produzido pela polimerização de monómeros e reticuladores na presença de um modelo num solvente. Depois da polimerização, o modelo é lavado para deixar locais de ligação dentro dos quais o modelo e as moléculas semelhantes podem re-ligar com uma certa especificidade. Como modelos podem ser levados em consideração os péptidos, proteínas, hormonas, fármacos, iões de metal, toxinas, compostos quirais, vírus, células e qualquer outra entidade química ou biológica.

Na literatura (Sellergren, B., Molecularly Imprinted Polymers: Man made mimics of antibodies and their application in analytical chemistry. B. Sellergren (Ed.) Elsevier publishers, 2001 (22 capítulos, 550 páginas), estão apresentados muitos exemplos e o especialista na técnica pode levar em consideração qualquer tipo de modelo.

De acordo com a presente invenção os monómeros poliméricos são derivados, de um modo geral, de monómeros vinílicos, estirénicos ou acrílicos. Os exemplos preferidos são 2- hidroxietilmetacrilato, alil dextrano, N-vinilpirrolidona, acrilamida, metacrilamida, glicerol-l-acrilato, ou glicerol-l-metacrilato, 2- ou 4-vinil-piridina, N,N-dietilaminoetil metacrilato, ácido metacrílico, metilmetacrilato e estireno e monómeros de reticulação, tais como etilenoglicol dimetacrilato, divinilbenzeno, tri-metacrilato de trimetilolpropano, triacrilato de pentaeritritol e N,N'-metileno- bisacrilamida, ou quaisquer outros monómeros ou reticuladores polares, não polares, iónicos, hidrófilos ou hidrófobos, ou uma mistura dos mesmos. Outros monómeros candidatos são amplamente descritos na literatura, por exemplo, no livro de textos de impressão molecular editado por Sellergren (Sellergren, B., Molecularly Imprinted Polymers: Man made mimics of antibodies and their application in analytical chemistry. B. Sellergren (Ed.) Elsevier publishers, 2001 (22 capítulos, 550 páginas)) e estão disponíveis de fornecedores comerciais e podem ser feitos à medida para adequar-se à aplicação. Além disso, é possível a preparação de pérolas compreendendo agarose, dextrano, celulose ou outros biopolímeros, de acordo com a invenção.

Noutras aplicações, a formulação polimérica pode conter propriedades reactivas ou repórter nos polímeros, o que permite ao mesmo reagir a mudanças no ambiente, tais como temperatura, pH, concentrações de sal e outros parâmetros, ou responder a um efeito de ligação. Alguns monómeros e polímeros que compreendem tais efeitos reactivos estão descritos na literatura, por exemplo por Mattiasson et al. (B. Matt ias son, A. Kumar e I. Yu Galaev, Journal of Molecular Recognition, 11, 211-216, 1998) . Por exemplo, os grupos repórteres poderiam ser fluorescentes ou emitir ou influenciar outros sinais mensuráveis que possibilitam a utilização em aplicações para diagnóstico. Os materiais podem ser preparados por polimerização in si tu do enchimento não poroso sacrificial, tais como as partículas não porosas acima mencionadas, tais como sílica, numa solução monomérica ou por incorporação em oligómeros ou polímeros pré-formados. Depois da incorporação, o enchimento não poroso sacrificial é, então, dissolvido por meio de métodos conhecidos, Feibush, Patente US N0 4,933,372, tais como compostos de fluoreto e químicos fortemente alcalinos ou ácidos. Os agentes que dissolvem as partículas não porosas podem ser baseadas em compostos de fluoreto, tais como ácido hidrofluórico ou hidrogênio difluoreto de amónio, vários químicos fortemente alcalinos com base em hidróxidos de sódio, potássio ou tetrametilamónio ou solução concentrada de compostos ácidos, tais como ácido fosfórico. De um modo geral, o aquecimento aumenta a eficácia de tais compostos para remover a sílica.

Uma maneira de incorporar o enchimento não poroso sacrificial dentro do polímero é pela simples adição a um líquido, uma solução, uma emulsão, um aerossol ou uma suspensão. Alternativamente, o enchimento não poroso sacrificial pode ser incorporado pela mistura a um material pré-formado, por sinterização ou prensa, por moldagem por injecção ou outros métodos de processamento de polímero. Por exemplo, o enchimento não poroso sacrificial poderia ser misturado a polietileno, polipropileno ou outro produto ou polímeros especializados e, depois, processados no formato desejado e, depois, finalmente, tratado para remover o enchimento não poroso sacrificial, a fim de obter estruturas que contêm a porosidade ou as propriedades de poros desejadas.

A presente invenção também abrange processos que produzem partículas ou pérolas de polímero de tamanho uniforme. Os processos para produzir pérolas de polímero de tamanho uniforme utilizando partículas de sílica coloidal são suspensões, emulsões, métodos de polimerização por dispersão, emulsificação de membranas e métodos de insuflação simples ou múltiplos utilizando, por exemplo, emulsões de látex monodispersas ou formulações similares seguindo os procedimentos de Ugelstad et al. (Ugelstad, J.; Kaggerud, K. H.; Hansen, F. K.; Berge, A. Makromol. Chem. 1979, 180, 737-744) ou conforme descrito por Frechet et al. (Patente US 5130343) . As partículas que têm um tamanho de partícula estreito (ou uniforme) são chamadas de monodispersas. De acordo com uma forma de realização pode-se levar em consideração o tratamento de pós-polimerização das pérolas ou resinas compósitas de sílica-polimero em que as pérolas contendo sílica são "embebidas" em, por exemplo, estireno, levando a (a) remoção de grupos vinilo não reagidos residuais de monómeros, tais como dinivilbenzeno; b) um aumento da densidade das pérolas e a redução dos níveis de microporos; c) estabilidade mecânica melhorada das pérolas e d) incorporação de outro material, com certa propriedade.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção as pérolas ou resinas de acordo com a invenção também podem ser preparadas na presença de modelos moleculares ou macromoleculares, a fim de conferir uma dimensão adicional na capacidade de separação. Os modelos moleculares podem ser parte da composição de polimerização ou podem estar presentes numa forma dissolvida ou dispersa e podem ser removidos depois da polimerização por extracções de solvente ou outros métodos de lavagem ou tratamento químico. Alternativamente, os modelos moleculares podem ser ligados ou associados, de forma covalente, às partículas de sílica coloidal e serem removidos juntamente com a sílica uma vez que os mesmos são acoplados ou associados ao transportador de sílica. Por exemplo, a modificação de superfície da sílica pode ser um grupo ácido simples e pode-se utilizar um monómero básico na mistura monomérica, que, então, se tornaria parte da pérola final. Isto resultaria numa resina de troca aniónica básica com a capacidade de interagir com aniões ácidos e quando são utilizados monómeros básicos os mesmos estariam predominantemente na superfície das pérolas. Numa forma de realização de acordo com a presente invenção uma unidade básica pode ser acoplada à sílica coloidal e um monómero ácido utilizado para obter uma resina de troca catiónica. Quando moléculas mais complexas, tais como fármacos, moléculas quirais, hidratos de carbono, péptidos ou proteínas, ou mesmo entidades vivas são utilizadas com modificação de superfície da partícula coloidal, o monómero funcional e os reticuladores e outros reagentes são adaptados adequadamente para produzir resinas poliméricas com uma afinidade definida em relação à entidade acoplada e compostos similares.

A polimerização pode ser iniciada por qualquer iniciador convencional e adequado, os iniciadores preferidos são azo, peróxido ou outros iniciadores, tais como azoiniciadores, por exemplo, azobisisobutironitrilo (AIBN),

benzoilperóxido, dimetoxifenilacetofenona. A iniciação pode ser por meio de uma irradiação com calor ou luz UV, ou quimicamente ou cataliticamente. Pode ser levada em consideração qualquer química de polimerização tal como radical, condensação, iónica, electroquímica ou polimerização por abertura de anel. Um especialista na técnica entenderá que outras químicas e técnicas de iniciação podem ser utilizadas.

Além disso, a presente invenção é aplicável a uma ampla variedade de métodos de polimerização, tais como polimerização de solução, insuflação de passos múltiplos, dispersão, precipitação e suspensão ou emulsão e podem ser realizados numa solução homogênea ou em fases heterogêneas, tais como uma inter-fase, numa inter-fase líquido-líquido ou numa inter-fase líquido-sólido, sobre superfícies e em combinação com aditivos moleculares, oligoméricos, poliméricos, macromoleculares, dendríticos, cristalinos, biológicos ou outros no sistema de polimerização. Um especialista na técnica entenderá que outras químicas e técnicas de polimerização podem ser utilizadas, bem como outros aditivos apropriados.

Nos sistemas de polimerização que envolvem água como meio de suspensão, conforme ilustrado na Figura 4, um sequestrante radical, tal como nitrito de sódio pode ser adicionado à fase aquosa para suprimir a polimerização indesejada na fase aquosa. Isto diminui a quantidade de polimerizações não controladas na fase aquosa levando a pequenas fracções de polímero que não são úteis como fase estacionária em cromatografia comum.

Uma vez que a sílica ou quaisquer outras partículas não porosas são copolimerizadas no polímero final, o polímero tem de ser tratado, com a finalidade de remover as partículas não porosas incorporadas. A fim de aumentar a acessibilidade às partículas não porosas incorporadas, as pérolas podem ser tratadas com solventes apropriados que insuflarão o material. Tais solventes são, por exemplo, acetona, álcoois, solventes clorados, tolueno ou benzeno, tetra-hidrofurano ou quaisquer outros solventes apropriados que fazem com que as resinas de divinilbenzeno-estireno insuflem. Outros polímeros necessitam de outros solventes que, de um modo geral, apresentam um parâmetro de solubilidade semelhante ao do polímero. Por exemplo, os biopolímeros têm altas taxas de insuflação em solventes aquosos ou polares, tais como água, tampões ou álcoois. Depois da insuflação do material, as partículas não porosas incorporadas podem ser tratadas quimicamente ou fisicamente ou, então, pode ser efectuada a sua remoção. De acordo com a presente invenção as partículas não porosas incorporadas podem ser removidas de acordo com a sua solubilidade ou natureza da estabilidade ou por qualquer outro meio.

Uma vez produzidos os materiais poliméricos, os mesmos podem ser utilizados como materiais de separação eficazes de exclusão de tamanho, materiais de fase simples, reversa ou, depois de modificação, como materiais de separação de troca iónica, por exemplo, conforme descrito no procedimento de Masuda et al. (Masuda, T.; Nishimura, Y. ; Tonegawa, M.; Kitahara, K.; Arai, S.; Yamashita, J.; Takai, N. Journal of Chromatography Af 1999, 845, 401-408). Além disso, grupos funcionais podem ser utilizados para ligar ou acoplar a outras moléculas, a fim de mudar a natureza da superfície dos materiais. Por exemplo, um antigénio pode ser imobilizado na superfície e consequentemente utilizado como um material de separação, resultando numa outra dimensão de selectividade. Naturalmente, outras entidades também podem ser ligadas ou unidas à superfície do material polimérico de acordo com a presente invenção, a fim de alcançar características de superfície modificadas. Em aplicações de filtro, as membranas, filtros ou outros dispositivos podem ser utilizados para controlar cuidadosamente a filtração ou difusão de compostos de vários tamanhos moleculares e raios hidrodinâmicos. Isto é especialmente importante para membranas de diãlise, filtros de exclusão de tamanho e outras aplicações selectivas de tamanho ou formato para as quais a presente invenção pode ser utilizada. De acordo com uma forma de realização da presente invenção os materiais são carregados com componentes farmaceuticamente activos e podem, então, funcionar como um material de libertação controlada em aplicações farmacêuticas e médicas.

Para além da incorporação de poros que têm origem da dissolução das pequenas partículas de sílica, pode ser benéfico criar uma segunda população de poros definidos com diâmetros maiores para modificar a transferência de massa e propriedades de difusão. Isto é realizado, de acordo com uma forma de realização da presente invenção, utilizando um segundo material de sílica não poroso tendo um diâmetro maior, que cria uma segunda classe de escoamento ou poros de perfuração, ou pela adição de um sólido altamente ordenado ou material semi-sólido na mistura. Em certos casos, a incorporação de poros grandes pode ser conseguida por aditivos, fases ou solventes fluidos.

Em resumo, esta invenção descreve um novo método para a preparação de materiais de separação, com base em polímeros, preferencialmente pérolas ou resinas poliméricas, ou outros materiais, que exibem uma estrutura de poro altamente definida. De acordo com a presente invenção processos e métodos para a produção de pérolas ou materiais esféricos, úteis como resinas na área de separação, estão no centro da presente invenção. Utilizando, por exemplo, sílica coloidal de um tamanho e química definida, o tamanho de poro do material final pode ser predeterminado. Diferentes aplicações de separação exigem resinas ou materiais com tamanhos de poros diferente. A presente invenção proporciona uma possibilidade de controlar o tamanho do poro, em escalas predef inidas, por exemplo, um tamanho de poro de, pelo menos, 50 Ángstrõm, mas preferencialmente, pelo menos 100 Ãngstrõm. Além disso, a presente invenção também proporciona resinas e materiais que têm uma distribuição estreita de tamanho de poro, tal como ilustrado na Figura 2C. A Figura 2C ilustra o tamanho do poro e a distribuição do tamanho do poro, analisado por análise de adsorção de azoto, de uma resina de acordo com a presente invenção. Além disso, ao não incluir solventes porogénicos na solução do monómero, poros indesejáveis e indefinidos são evitados, tornando o material livre de qualquer microporosidade indesejada.

Embora a invenção tenha sido descrita em relação a certas formas de realização divulgadas, um especialista na técnica pode prever também outras formas de realização, variações ou combinações que não são especificamente mencionadas mas que, ainda assim, se encontram no âmbito da presente invenção.

Todas as referências aqui citadas são aqui dadas como integralmente incorporadas por citação.

A presente invenção será agora descrita em mais pormenor com referência a exemplos não limitativos.

Exemplo 1.

Silanização de sílica coloidal

A um balão de fundo redondo de duas tubuladuras de 1000 mL, 21,0 g de sílica (Aerosil, Degussa, Alemanha) e 120 mL de tolueno foram adicionados e azoto foi borbulhado durante 10 min e, depois, 1 mL de água destilada foi adicionado, gota a gota, muito lentamente, com agitação com um agitador aéreo e depois foi agitado durante 1 hora. Aproximadamente 14,5 mL (16,2 g) de silano foram adicionados, gota a gota, na mistura e a mesma foi agitada durante 10 min e 0,1211 g de ácido p-toluenossulfónico mono-hidratado foram adicionados e a mistura foi agitada durante 4 5 min à temperatura ambiente, depois aquecida a refluxo durante 24 horas sob azoto a 105 °C num banho de óleo. Depois de arrefecer, o solvente foi removido e a sllica foi obtida.

Exemplo 2.

Polimerização em Massa

É preparada uma mistura de monómero de 10 g de DVB (divinilbenzeno) , 2 g de estireno e 200 mg de AIBN e 1-20 g de sílica coloidal (Aerosil, Degussa) são adicionados. É obtida uma mistura que tem de ser agitada suavemente para alcançar uma mistura homogênea. Esta mistura de sílica monomérica espessada é, então, aquecida a 65 °C durante 12 horas. Depois da polimerização, é obtido um polímero em bloco, triturado em pedaços de polímero, moído, lavado, peneirado ou elutriado e seco.

Os grânulos do compósito polímero-sílica são primeiro insuflados numa quantidade suficiente de acetona ou qualquer outro solvente apropriado e, depois, tratado com uma solução aquosa de hidróxido de sódio que dissolve a sílica incorporada. Os grânulos tratados resultantes agora têm uma estrutura de poros ordenada que é deixada para trás pelos colóides de sílica dissolvida. Exemplo 3.

Polimerização em Suspensão (tendo uma alta reticulação)

É preparada uma mistura de monómero de 10 g de DVB, 2 g de estireno e 200 mg de AIBN e 5 g de sílica coloidal (Aerosil, Degussa) são adicionados. É obtida uma mistura de sílica- monómero que pode ter de ser agitada suavemente para alcançar uma mistura homogênea. Esta mistura de sílica-monómero é, então, adicionada a 100 mL de fase aquosa contendo, tipicamente, 2% em peso de um estabilizador de suspensão (por exemplo, PVA) e, se necessário, outros aditivos para- estabilizar a suspensão à temperatura ambiente. O sistema de suspensão de duas fases é, então, agitado para dispersar a mistura monomérica, a fim de formar pequenas gotículas de polímero e, depois, aquecida a 65 0C durante 12 horas e, depois, a 80 0C durante 4 horas. Depois de completa a polimerização, as pérolas de polímero são colhidas e, depois, lavadas e, se necessário, fraccionadas por peneira por via seca ou húmida, elutriação ou sedimentação na fracção de tamanho de partícula desejado e secas. O processo está ilustrado, de forma esquemática na Figura 4.

Este compósito polímero-sílica é primeiro insuflado e humedecido em 50 mL de acetona ou outro solvente apropriado e, „ depois, tratado com uma solução aquosa de hidróxido de sódio que dissolve a sílica incorporada. As pérolas assim tratadas são agora esféricas, têm uma estrutura de poros ordenada que é deixada para trás pelos colóides de sílica dissolvida. Exemplo 4.

Formação de agregados de sílica e subsequente adição de monómeros

É preparada uma fase contínua de água (100 mL) contendo, tipicamente, 2% de um estabilizador em suspensão (por exemplo, PVA) e, se necessário, outros aditivos e, depois, 5 g da sílica coloidal (Aerosil, Degussa) são adicionados e agitados para fazer uma suspensão uniforme. Durante este processo, os agregados de sílica coloidal podem formar-se. Depois de total suspensão, a solução monomérica consistindo em 10 g de DVB, 2 g de estireno e 200 mg de AIBN é adicionada, por exemplo, pouco a pouco, e a mistura é agitada até que todo o monómero tenha sido „ absorvido pelos agregados de sílica e toda a mistura esteja uniformemente dispersa no sistema. A suspensão é, então, aquecida a 65 0C durante 12 horas e, depois, a 8 0 0C durante 4 horas. Depois de completa a polimerização, as pérolas de polímero são colhidas e, depois, lavadas e, se necessário, fraccionadas por peneira por via seca ou húmida, elutriação ou sedimentação na fracção de tamanho de partícula desejado e secas. O processo está ilustrado, de forma esquemática, na Figura 4.

Este compósito polímero-sílica é primeiro insuflado e humedecido em 50 mL de acetona ou outro solvente apropriado e, depois, tratado com uma solução aquosa de hidróxido de sódio que dissolve a sílica incorporada. As pérolas assim tratadas são agora esféricas, têm uma estrutura de poros ordenada que é deixada para trás pelos colóides de sílica dissolvida.

Exemplo 5.

Polimerização semi-seca 5 g de sílica coloidal seca (Aerosil, Degussa) é pesada num recipiente e são adicionados 0,1-5 mL da mistura de monómero, consistindo em estireno, divinilbenzeno e iniciador (proporção molar de 1:1:0,04) O recipiente é purgado com azoto e, depois, vedado. Esta mistura semi-seca é agitada (ou vibrada ou rolada) suficientemente para distribuir totalmente, de modo uniforme, a mistura de monómeros por todo o leito de sílica. A mistura é, então iniciada para polimerizar por aquecimento a 60 0C durante 16 horas e foi deixada a polimerizar até que os monómeros estivessem totalmente curados. Em seguida, a sílica é removida por exposição a uma solução de hidróxido de sódio e as pérolas de polímero resultantes são lavadas e colhidas.

Exemplo 6. Suspensão inversa utilizando sílica coloidal nativa

É preparada uma mistura de monómero de 5 g de etilenoglicoldimetacrilato EGDMA, 2 g de

hidroxietilmetacrilato (HEMA), 2 g de ácido metacrílico (MAA) e 200 mg de AIBN e são adicionados 5 g de sílica coloidal nativa. É obtida uma mistura espessada que tem de ser agitada suavemente para alcançar uma mistura homogênea. Esta suspensão de monómero espessada é, então, adicionada a um óleo mineral, petroléter, heptano ou fase semelhante (50 mL) contendo, tipicamente 2% de um estabilizador de suspensão e, se necessário, outros aditivos para estabilizar a suspensão à temperatura ambiente. Opcionalmente, um sequestrante radical pode ser adicionado à fase de óleo para suprimir a polimerização indesejada na fase de óleo. Isto diminui a quantidade de polimerizações não controladas na fase de óleo levando a pequenas fracções de polímero que não são úteis como fase estacionária em cromatografia comum. O sistema de suspensão de duas fases é, então, agitado para desintegrar a mistura de monómero, a fim de formar pequenas gotículas de polímero e, depois é aquecido a 65 °C durante 12 horas e, depois, a 80°C durante 4 horas. Depois de completa a polimerização, as pérolas de polímero são colhidas e, depois, lavadas e, se necessário, fraccionadas no tamanho de partícula desejado e secas.

Este compósito polímero-síIica ê primeiro insuflado e humedecido em 50 mL de acetona e, depois, tratado com uma solução aquosa de hidróxido de sódio que dissolve a sílica incorporada. As pérolas de polímero resultantes são lavadas e colhidas.

Exemplo 7.

Preparação de resina de polímero de tamanho de poro controlado (materiais de baixa reticulação)

Sílica gel (3 g) (Aerosil, Degussa) e água destilada (30 mL) foram adicionadas a um balão de três tubuladuras e a mistura foi aerada com gás azoto durante 30 min com suave agitação. Foi adicionada uma mistura (3 mL) consistindo em estireno, divinilbenzeno e iniciador (proporção molar de 1:1:0,04) seguida por 10 mL de 0,35% em peso de PVA aquoso (peso molecular 1000, 1 parte; peso molecular 1500, 25 partes). A mistura foi agitada a 700 rpm sob fluxo de azoto durante 24 horas e, depois, mantida a 75 °C durante mais 24 horas. A mistura foi, então, arrefecida, filtrada por um filtro de vidro sinterizado e lavada com 200 mL de água e 100 mL de metanol. O precipitado foi, então, adicionado a uma mistura de 90 mL de uma solução aquosa de NaOH 5 M e 60 mL de metanol e agitada durante 24 horas à temperatura ambiente para dissolver o modelo de sílica gel. As partículas do polímero foram lavadas com água até que a solução ficasse neutra seguido por 100 mL de metanol e, depois, foram lavadas sob vácuo à temperatura ambiente. Os rendimentos típicos de polímeros são superiores a 90% e a sílica é removida quantitativamente conforme descrito nas exemplos anteriores.

Exemplo 8.

Modificação de resinas de tamanho de poros controlado para formar materiais de troca iônica

Passo 1. Clorometilação

2,7 g de trioxano e 12 mL de clorotrimetilsilano são dissolvidos em 30 mL de clorofórmio e a solução foi adicionada a 3 gramas de material polimérico seco, preparado, por exemplo, como no Exemplo 7. Em seguida, 1,5 mL de SnCl4 foram adicionados e a mistura foi agitada a 0 °C durante 30 minutos e durante mais 2 horas à temperatura ambiente sob fluxo de azoto. A mistura de reacção foi adicionada a uma mistura de metanol- água, filtrada por um filtro de vidro e lavada com metanol, THF, água e metanol. As pérolas de polímero foram secas sob vácuo.

Passo 2. Conversão em materiais de troca iónica

2,0 g de resina clorometilada são suspensos numa mistura de 8 mL de água e 2 mL de Ν,Ν,Ν' ,N' -tetrametil-1,6-diamino- hexano. As partículas foram dispersas por sonicação durante 10 min e a mistura é, então, agitada a 60 0C durante 4 horas. As partículas são separadas por filtração num filtro de vidro, lavadas com água, HCl 6 M e água e, depois, secas de um dia para o outro em vácuo. Outras aminas terciárias também podem ser utilizadas em vez de Ν,Ν,N',N'-tetrametil- 1,6-diamino-hexano.

Exemplo 9.

Preparação de pérolas monodispersas com distribuições estreitas de tamanho de poro

Uma suspensão de 0,83 mL de látex (obtida por uma polimerização de emulsão livre de emulsificante) em água (0,1 g/mL) é insuflada com uma microemulsão que consiste em 0,48 mL de dibutilftalato, 0,02 g de SDS e 5 mL de água destilada. Deixa-se esta mistura insuflar durante 15 horas com agitação a 125 rpm até que as microgotícuias de óleo desapareçam completamente. Às partículas insufladas são adicionados 1-10 g de sílica coloidal (Aerosil, Degussa) dispersas em 20 mL de água destilada contendo 2% de PVA e deixa-se que sejam absorvidos sob agitação pelas gotícuias de polímero insuflado. São também adicionados reticulantes (5 mL de EDMA) , monómeros (1. mL de ácido metacrílico, 0,25 g de AIBN, 0,02 g de SDS, 2% de PVA em 20 mL e também deixados para serem absorvidos palas gotículas formadas, com agitação. Opcionalmente, as partículas são insufladas adicionalmente para aumentar o tamanho da partícula. Os monómeros no interior das partículas formadas são, então, polimerizados a 50 0C sob atmosfera de azoto com agitação lenta durante 24 horas. Uma dispersão de pérolas polimerizadas é assim obtida e vertida em 250 mL de água, filtrada, depois lavada por ciclos de suspensão-filtração 3 vezes com metanol e 2 vezes com tetra-hidrofurano e 2 vezes com acetona. As partículas obtidas são, então, molhadas com acetona, tratadas com hidrogênio difluoreto de amónio para remover os enchimentos sacrificiais, lavadas e colhidas para dar. partículas poliméricas monodispersas com estruturas de poro definidas.

Exemplo 10.

Preparação de uma coluna monolítica com distribuições definidas de tamanhos de poros

Uma suspensão de sílica (3 g, Aerosil, Degussa) em 3 mL de estireno, divinilbenzeno e AIBN (proporção molar de 1:1:0,04) é vertida numa coluna de aço inoxidável (dimensões, 4,6 mm de diâmetro interno, 10 cm de altura) que é vedada numa extremidade. Depois do enchimento da coluna o outro lado é também vedado e a coluna é deixada a polimerizar. Depois de completa a polimerização, por exemplo, por calor, a coluna é lavada com hidróxido metanólico de sódio para remover o enchimento sacrificial e para lavar a coluna.

Exemplo 11.

Preparação de uma membrana com distribuições estreitas de tamanho de poros

Uma suspensão de sílica (3 g, Aerosil, Degussa) em 3 mL de estireno, divinilbenzeno e AIBN (proporção molar de 1:1:0,04) é fundida num molde de placa de petri que é, então vedada com uma trava. Depois de encher e vedar, o polímero é deixado a polimerizar, por exemplo, por calor ou irradiação UV. Depois de completa a polimerização, a membrana obtida é tratada e lavada com solução de hidróxido de sódio para remover o enchimento sacrificial, conforme descrito no Exemplo 7, e para lavar a membrana. Este ou processos semelhantes produzem membranas e formatos planos com estruturas de tamanho de poros definidos.

Exemplo 12.

Preparação de um material feito por meio de técnicas de moldagem com distribuições definidas de tamanho de poros

A silica sacrificial é misturada a grânulos de polipropileno (PP) que é, então, processada adicionalmente em dispositivos de moldagem por injecção, extrusão ou moldagem por sopro ou por calandragem para produzir formas e configurações de concepções desejadas. Para 10 g de grânulos de PP7 0,1-100 g de sílica coloidal são misturados no estado seco e alimentados a uma máquina; a mistura de PP e sílica é bombeada através de vários instrumentos dos aparelhos de moldagem para dar um molde do formato e configuração desejadas. Alternativamente, o propileno (ou polietileno ou outro polímero) pré-formado pode ser prensado ou sinterizado nas formas e configurações desejadas.

Depois da formação do formato e passos de processamento adicionais (mecânicos, físicos ou químicos), o enchimento sacrificial é removido com métodos apropriados, conforme descrito no Exemplo 7, para produzir um material com uma forma desejada e uma distribuição de tamanho de poro definida.

Exemplo 13.

Preparação de vim polímero molecularmente impresso utilizando colóides como agentes formadores de poros 5 g de sílica coloidal seca (Aerosil, Degussa, Alemanha) são pesados num recipiente e 0,1-5 mL de uma mistura de monómero de impressão molecular consistindo em dimetacrilato de etilenoglicol, ácido metacrilico, propranolol e, opcionalmente, clorofórmio, são adicionados. O recipiente é purgado com azoto e, depois, vedado. A mistura é misturada suficientemente para distribuir totalmente, de modo uniforme, a mistura de monómero por todo o leito de sílica. A mistura é, então iniciada para polimerizar por aquecimento, irradiação UV ou outro método e deixada a polimerizar até que os monómeros estejam totalmente curados. Em seguida, a sílica é removida por tratamento com uma solução de hidrogênio difluoreto de amónio e as pérolas de polímero resultantes são lavadas e colhidas.

Claims (17)

1. Material de pérolas poliméricas, tendo uma rede interligada de poros e uma estreita distribuição de tamanho de poros, que pode ser obtida por meio de a) proporcionar e, opcionalmente, misturar, monómeros e opcionalmente aditivos, na presença de partículas coloidais, b) dispersar a mistura num meio dispersante, formar gotículas de monómero compreendendo as partículas coloidais, c) polimerizar as referidas gotículas de monómero compreendendo as referidas partículas coloidais, d) remover as referidas partículas coloidais das pérolas poliméricas formadas, em que as referidas partículas coloidais são hidrófobas, os referidos monómeros são hidrófobos e o referido meio de dispersão é hidrófilo; ou as referidas partículas coloidais são hidrófilas os referidos monómeros são hidrófilos e o referido meio de dispersão é hidrófobo; e o material de pérolas poliméricas é virtualmente / predominantemente isento de mociporos.

2. Material polimérico de acordo com a reivindicação 1, em que o meio de dispersão hidrófilo é seleccionado do grupo que consiste em água, álcoois, dimetilformamida, acetonitrilo, dimetilsulfóxido, ácidos orgânicos, amidas, bases orgânicas e cetonas, outros solventes polares orgânicos, ou quaisquer combinações destes.

3. Material polimérico de acordo com a reivindicação 1, em que o meio de dispersão hidrófobo é seleccionado do grupo que consiste em óleo mineral, compostos cíclicos aromáticos ou alifáticos, petroléter, alcanos e solventes alogenados ou quaisquer combinações destes.

4. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, em que as partículas coloidais têm as mesmas propriedades ou diferentes, tais como tamanho, química de superfície e densidade.

5. Material polimérico de acordo com as reivindicações 1- 4, em que as partículas coloidais têm um diâmetro de até 500 nm.

6. Material polimérico de acordo com as reivindicações 1- 5, caracterizado por ter um tamanho de poro e uma distribuição de tamanho de poro correspondente ao tamanho de partícula coloidal e distribuição de tamanho de partícula.

7. Material polimérico de acordo com a reivindicação 6, em que o referido tamanho de poro é, pelo menos, de 50 Ângstróm.

8. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, em que a superfície da referida partícula coloidal é carregada, neutra, ácida, básica, polar, não polar, hidrófila, hidrófoba, quiral, acrílica, estirénica ou biomimética.

9. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, em que as partículas coloidais são seleccionadas de sílica coloidal, látex, moléculas de cristal, biominerais ou qualquer outra entidade coloidal orgânica, inorgânica ou biológica ou mistura destas.

10. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-9, tendo uma molécula modelo na superfície das partículas coloidais.

11. Material polimérico de acordo com a reivindicação 1, em que uma molécula modelo é adicionada no passo a).

12. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-11, em que as partículas coloidais incorporadas são removidas por agentes seleccionados de compostos de fluoreto, químicos alcalinos ou ácidos.

13. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-12, em que o referido material é iónico, quiral, polar, hidrófobo, biomimético, catalítico, tem propriedades reactivas ou quaisquer combinações do mesmo, ou tem propriedades de afinidade.

14. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-13, em que um segundo material de sílica coloidal, possuindo um diâmetro maior, é adicionado antes da polimerização.

15. Material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-14, em que um material sólido ou semi-sólido altamente ordenado é adicionado antes da polimerização.

16. Uso de um material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-15, em aplicações de separação; extracção; detecção; de catálise; de diagnóstico; de encapsulamento, tais como o encapsulamento de químicos como iões metálicos, compostos inorgânicos, fármacos, hidratos de carbono, gorduras, péptidos, proteínas, ácidos nucleicos, polímeros naturais e artificiais, compostos naturais e artificiais, produtos alimentares e farmacêuticos, vírus, bactérias, células e outras entidades; ou aplicações de enriquecimento, tais como cromatografia, separações de lote, aplicações de sensores, filtros, membranas, materiais de libertação controlada, catalisadores, materiais biomiméticos, separadores termodinâmicos e matrizes de encapsulamento.

17. Uso de um material polimérico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-15, como material de empacotamento em colunas de cromatografia.