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WO2010097561A2 - Novel amphiphilic copolymers containing a dye group, preparation method thereof and use of same as pigments - Google Patents

Novel amphiphilic copolymers containing a dye group, preparation method thereof and use of same as pigments Download PDF

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Publication number
WO2010097561A2
WO2010097561A2 PCT/FR2010/050347 FR2010050347W WO2010097561A2 WO 2010097561 A2 WO2010097561 A2 WO 2010097561A2 FR 2010050347 W FR2010050347 W FR 2010050347W WO 2010097561 A2 WO2010097561 A2 WO 2010097561A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
initiator
hydrophobic
hydrophilic
dye
amphiphilic
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/050347
Other languages
French (fr)
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WO2010097561A3 (en
Inventor
Laurent Billon
Hélène GARAY
Leila Ghannam
Original Assignee
Uppa - Université De Pau Et Des Pays De L'adour
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uppa - Université De Pau Et Des Pays De L'adour filed Critical Uppa - Université De Pau Et Des Pays De L'adour
Publication of WO2010097561A2 publication Critical patent/WO2010097561A2/en
Publication of WO2010097561A3 publication Critical patent/WO2010097561A3/en

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F4/00Polymerisation catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/38Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F4/00Polymerisation catalysts
    • C08F4/04Azo-compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B69/00Dyes not provided for by a single group of this subclass
    • C09B69/10Polymeric dyes; Reaction products of dyes with monomers or with macromolecular compounds
    • C09B69/101Polymeric dyes; Reaction products of dyes with monomers or with macromolecular compounds containing an anthracene dye

Definitions

  • the present invention relates to novel amphiphilic copolymers comprising at least one dye group, to their process of preparation, to the dispersed media containing them, to the pigments comprising said copolymers adsorbed on a substrate, and to the uses of said pigments.
  • Pigments must meet several requirements: first, the ability to adhere to a substrate, organic or inorganic, but also the ability to be soluble in water.
  • PRC is based on the existence of a balance between an active (radical) species and an inactive dormant species so as to limit and considerably reduce the concentration of radicals.
  • active radical
  • inactive dormant species Several types of PRC are described in the literature, among which mention may be made of Atomic Radical Radiation Polymerization (ATRP), Reversible Chain Transfer Addition-Fragmentation (RAFT) or Nitroxyl (NMP).
  • ATRP Atomic Radical Radiation Polymerization
  • RAFT Reversible Chain Transfer Addition-Fragmentation
  • NMP Nitroxyl
  • the reaction is based on a thermo-reversible equilibrium between an alkoxyamine (dormant Pn-X species) and a stable (Pn-) / nitroxyl radical pair (X-) (active species) 1> 2 under pressure ( ⁇ 2 bars).
  • NMP makes it possible to predict and control the macromolecular dimensions, and also allows the reintroduction of the polymerization to from the previously synthesized homopolymer (macro-initiator), to form well-defined diblock copolymers.
  • This new type of macromolecular architecture can be obtained i) by difference of the reactivity ratios n and r 2 of the two monomers (intrinsic properties) 113 or ii) by continuous addition of a second monomer during the polymerization ("forced" polymerization : semi "batch” process) 11 b .
  • the present invention therefore relates to novel amphiphilic copolymers comprising at least one dye group, comprising: a hydrophobic end linked by covalent bonding to a chain comprising hydrophilic and hydrophobic monomers, said monomers being linked together by covalent bonding, and assembled in a statistical, block or hydrophilic gradient, said copolymers being characterized in that said hydrophilic and / or hydrophobic units comprise at least one dye group.
  • said hydrophobic end comprises an initiator, or a fragment of such an initiator, and at least one hydrophobic polymer.
  • the hydrophilic units comprise at least one dye group.
  • the dye group is specifically grafted onto the hydrophilic units.
  • the hydrophilic and hydrophobic monomers are bonded to each other by covalent bonding, and assembled in blocks or in hydrophilic gradient, preferably in bulk.
  • Said initiator may be chosen from the initiators usually used for the NMP PRC polymerization.
  • azo type initiators such as those of the class VAZO sold by Dupont de Nemours, such as VAZO 56 or alkoxyamine type initiators carrying a cationic group.
  • the fragment of the initiator comprises any radical fragment created by radical cleavage of said initiator. Said cleavage can be achieved by any method known per se to cause a radical break, such as thermal, chemical or photochemical.
  • the initiator VAZO 56 leads to the reactive radical moiety bearing a cationic group, according to the following reaction:
  • Hydrophobic monomers that may be mentioned include vinyls such as acrylates and methacrylates, especially those having a low glass transition temperature (TG), that is to say those for which the glass transition temperature is lower or near. the ambient temperature. Indeed, to improve the adhesive capacity of the copolymer to the substrate, it is preferable that the hydrophobic end is in elastic viscous form, and not in solid form. Thus, mention may especially be made of the following alkyl (metha) crylates: butyl, ethyl, methyl.
  • hydrophobic monomers mention may also be made of styrenic derivatives or acrylonitrile.
  • Cationic or ionizable monomers respectively such as phosphonate groups or cyclo amino acids, Aminoalkyls and sulfones can be used.
  • Cationic or ionizable groups must be able to have a positively charged ionic group.
  • hydrophilic monomer there may be mentioned in particular acrylic acid, methacrylic acid, acrylamides, methacrylamides, polyalkylene glycol acrylates and polyalkylene glycol methacrylates in which the polyalkylene glycol chain comprises up to 100 alkylene glycol units and the alkylene group is C2 or C3 (ethylene or propylene glycol).
  • statistical assembly is meant the random succession of hydrophilic and hydrophobic monomers.
  • block assembly means the succession of hydrophilic and hydrophobic blocks, said blocks possibly distinct from each other, comprising at least two monomers.
  • hydrophilic gradient is understood to mean the succession of monomers or blocks of hydrophobic and hydrophilic monomers, such that the density of hydrophilic monomers per unit length of chain increases as one moves away from the hydrophobic end. .
  • dye group is meant any group having a visible absorption spectrum.
  • Said dye group can in particular be chosen from pH-sensitive, photosensitive or thermochromic dye groups, preferably pH-sensitive dyes.
  • pH-sensitive dye there may be mentioned in particular azobenzene derivatives or anthraquinone derivatives, such as alizarin and its derivatives.
  • the derivatives of these compounds are particularly preferred such that they comprise at least one function that can be ionized as a function of the pH, thus capable of relocating the filler and modifying the absorption spectrum of the dye.
  • the dye suitable for the invention comprises a polymerizable function capable of copolymerizing with one or more hydrophobic and / or hydrophilic monomer unit (s).
  • a starting dye known and / or commercially available, so as to introduce such a polymerizable function.
  • the functionalization reaction is of the type:
  • the starting dye advantageously has a reactive function Y of hydroxy (OH) or amine type (NH 2 , NHR where R is an alkyl or aromatic group), so as to react as above.
  • the dye (II) suitable for the invention will be said to be "functionalized”.
  • the starting dye (I) will be said to be functionalizable.
  • the copolymers according to the invention therefore have the following properties: i) to change color under the effect of an external stimuli (pH, temperature or wavelength); ii) solubilize both in organic medium and in aqueous medium; iii) adsorb to an inorganic or organic particle.
  • the dye may be introduced indifferently into one or the other segment of the random, block or hydrophilic gradient copolymers.
  • the present invention also relates to the process for preparing said copolymers according to the invention, by controlled radical polymerization, via nitroxyl derivative (NMP).
  • said method comprises: i) the step of preparing the macroinitiator by polymerization of one or more hydrophobic monomers in the presence of an initiator or a radical moiety thereof, and a nitroxyl derivative, said initiator and nitroxyl derivative being single and same molecule; ii) stopping this step; iii) the (co) polymerization step between said macro-initiator and one or more hydrophilic and optionally hydrophobic monomers.
  • the initiator and the radical moiety thereof are as defined above.
  • the first step i) may advantageously be carried out: by using a large excess of hydrophobic monomer relative to the initiator or fragment thereof; thus, the ratio of the concentration of hydrophobic monomer to the concentration of initiator or fragment thereof can generally be between 50 to 2000, for example [butyl acrylate] / [VAZO 56] ⁇ 50 to 1500, and / or using a nitroxyl derivative excess relative to the initiator or fragment thereof; thus, in the case of the initiator VAZO 56 corresponding to 2 molecules of reactive radical fragment, the ratio [SG1] / [VAZO 56] is advantageously greater than 2, for example between 2 and 3, preferably equal to 2.1; and / or operating at a temperature of between 50 ° and 150 ° C; more specifically, in the case of the hydrophobic methacrylate monomer, it is preferred to operate at a temperature of between 70 ° and 90 ° C .; in the case of the hydrophobic acrylate monomer, it is preferred to operate at a temperature of between 100
  • adjustable and controllable molecular weight macroamorers up to 150,000 g. mol "1. Generally, increasing the temperature and reaction time allows to increase the average molecular weight.
  • the duration of the reaction can be controlled by the temperature of the reaction mixture. Indeed, the preparation reaction of the macroinitiator takes place at high temperature as indicated above.
  • Stopping this reaction can therefore be achieved by simply lowering the temperature below the threshold temperature necessary for the progress of the polymerization reaction, for example return to ambient temperature.
  • An isolation step of the macroinitiator obtained after steps i) and ii) can be performed before implementing step iii).
  • step i) The (co) polymerization step between said macro-initiator thus formed in step i) and one or more hydrophilic and optionally hydrophobic monomers may advantageously be carried out:
  • the ratio of the concentration of acrylic acid monomer [AA] to the butyl polyacrylate [PBA] macroinitiator concentration can be between 50 and 1500; using a dye defect with respect to the hydrophilic and optionally hydrophobic monomer; and the [Colorant] / [AA] ratio may advantageously be between 0.1 and 1%; and or
  • the ratio [SG1] / [PBA] may advantageously be between 0.07 and 0.095, preferably around 0.09; and or
  • the present invention also relates to amphiphilic copolymers obtainable by the process according to the invention.
  • the diblock copolymers (FIG. 1 a) can be obtained by carrying out step iii) in the presence of a hydrophilic monomer.
  • Hydrophilic gradient copolymers (FIG. 1b) can be obtained by implementing step iii) by gradual addition of hydrophilic monomer in the reaction medium containing a hydrophobic monomer.
  • the random copolymers can be obtained by implementing step iii) in the simultaneous presence of hydrophilic and hydrophobic monomer.
  • the present invention also relates to dispersed media comprising at least one copolymer according to the invention.
  • aqueous media in which at least one copolymer according to the invention is dispersed.
  • the copolymers according to the invention self-assemble by their hydrophobic end so as to form micelles.
  • An exemplary micelle representative of the present invention is shown schematically in Figure 2.
  • said media may have a copolymer concentration of between 1 and 50% by weight, advantageously between 3% and 10%.
  • the present invention also relates to the process for preparing these media.
  • these can be prepared by simply suspending said copolymers in the medium in question.
  • the present invention also relates to pigments comprising an organic or inorganic substrate on which said copolymers according to the invention are adsorbed.
  • silica colloidal silica, mica, flat silicon substrates
  • organic support there may be mentioned carbon nanotubes or cyclodextrins, for example.
  • Mica is particularly preferred.
  • Said pigments are generally in the form of powder.
  • the present invention also relates to the process for preparing these pigments.
  • said process comprises: the step of preparing a dispersed medium according to the invention,
  • Adjustment of the desired color may be necessary when the copolymer does not exhibit the desired color spontaneously in solution.
  • the adjustment can be made by changing the color-controlling parameter (s), such as pH, temperature, or wavelength.
  • s such as pH, temperature, or wavelength.
  • the pH variation is managed by adding concentrated acid solution (HCl, H 2 SO 4 , ...) to lower the pH or base values (NaOH, KOH ...) to raise these values.
  • concentrated acid solution HCl, H 2 SO 4 , ...)
  • NaOH, KOH a pH or base values
  • the polymers according to the present invention thus make it possible, from a known dye, to obtain a variety of color passing from yellow to blue by a simple modification of the electronic environment (eg: pH in an aqueous medium) of the dye incorporated in such a way. covalent to a macromolecular chain adsorbed on the surface of an inorganic or organic particle.
  • amphiphilic diblock copolymers including one of the (hydrophobic) blocks makes it possible to "anchor" the macromolecular chains on the surface of the particles while the hydrophilic segment containing the dye is particularly advantageous in that it makes it possible to modulate the color at will and in an aqueous medium.
  • the colored polymers according to the invention can easily be adsorbed on the particles by dispersion in the solution of said (co) polymers.
  • Figure 1a schematically shows the synthesis of a diblock copolymer
  • Figure 1b schematically shows a random copolymer, where the white spheres represent the hydrophobic units and the gray spheres the hydrophilic units.
  • Figure 2 shows an example of self-assembled amphiphilic block copolymers, soluble in aqueous medium.
  • Figures 3a and 3b respectively represent the spectrum of the UV-visible characterization of alizarin a) before and b) after modification, according to example 1.
  • FIG. 4 shows the color variation of the dye chemically bonded to the macromolecular chain by pH adjustment (eg amphiphilic block copolymers).
  • FIG. 5 represents the chromatograms of CES of the macro-initiator PBA and the PBA-b-PAA copolymer obtained by chain extension of the PBA according to Example 2.
  • FIG. 6 represents an example of adsorption of amphiphilic block copolymers with different pH:
  • Figure 8 shows the UV-Visible Spectrum obtained in diffuse reflection of the powders of colored pigments at different pH.
  • Example 1 Functionalization of a dye so as to bind it chemically to a macromolecular chain
  • alizarin is a natural red dye, extracted from the roots of a plant, the madder (Latin name: Rubia). Alizarin was functionalized by introducing a polymerizable vinyl function according to the scheme: CH 2
  • amphiphilic diblock copolymer having a hydrophobic butyl polyacrylate block (surface affinity, for example with a mica particle) and a hydrophilic polyacrylic acid block (affinity with the aqueous medium whose pH can be easily modulated) was synthesized in using the controlled radical polymerization technique. This synthesis is done in two stages with, initially, the synthesis of the butyl polyacrylate block (reaction a)) which will serve, in a second step, macroinitiator of the polymerization of acrylic acid (reaction b)) . a) Synthesis of the macroinitiator
  • the polymerization of the ABu butyl acrylate monomer is solvent-free, ie by mass.
  • the amounts of ABu monomer are defined from the molar ratio [M] / [Vazo] between 25 and 1500.
  • the temperature is lowered to ambient temperature and the polymer is recovered by precipitation in a 10/90 water / ethanol mixture.
  • the polymer is analyzed by NMR (monomer residue) and CES (molecular weight, polymolecularity index).
  • the molar masses obtained are between 3200 and 192 000 g. mol- 1 and the polymolecularity indices of between 1.1 and 1.4
  • the molar mass Mn is 64,000 g / mol with a polymolecularity index IP of 1.3.
  • This first block of PBA type is characterized by the particularity of having a very high surface affinity with the mica particles.
  • amphiphilic diblock copolymers P BA-> - (P AA-stat-Colorant) are prepared.
  • Solutions are prepared of the polymers obtained in Example 2 in water at concentrations between 100 and 10 "3 g. L" 1.
  • the pH of these solutions is varied by adding concentrated solution (mol / l) of acid (HCl, H 2 SO 4 , ...) to lower the pH or base (NaOH, KOH. ..) to raise these values between pH 2 and 14.
  • This coloration is possible by virtue of the fact that the dye incorporated in the macromolecular chain can be stimulated by the residual hydroxyl function OH.
  • the micelles obtained were characterized by DDL, UV-visible spectroscopy and fluorescence so as to demonstrate the amphiphilic nature of these diblock copolymers PBA-> - (PAA-steM3olorant).
  • the hydrodynamic radii of the micelles formed could be determined by hydrophobic interactions of the "sticker" PBA varying between 15 and
  • micellization of the amphiphilic copolymers can also be determined by fluorescence using a pyrene probe sensitive to its environment. Subsequently, the polymer is adsorbed on mica particles of nano or micron size to create pigments using the same solution.
  • An example of adsorption of amphiphilic diblock copolymers PBA- b- (P AA-stat-dye) is shown in FIG. 6. This adsorption is carried out by dispersion with magnetic stirring of the micron-sized virgin mica particles in an aqueous solution of amphiphilic block copolymers of 3% concentration whose pH has been adjusted to obtain the desired color. After a variable agitation time of between 1 and 8 hours, the mica particles are recovered by simple filtration and drying. The particles thus filtered retain the color of their original solution.
  • the inorganic / organic pigments obtained based on PBA- ⁇ - (PAA-sfc / -Colorant) copolymers adsorbed on mica particles have been characterized in particular by TGA (FIG.7) so as to highlight the hybrid side of these materials (particles / polymers) as well as by a UV-Visible solid-state spectroscopy technique to highlight the different adsorption spectra as a function of pH (Fig. 8).

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Abstract

The invention relates to novel amphiphilic copolymers containing at least one dye group, the preparation method thereof and dispersed media containing same, as well as pigments containing these copolymers absorbed on the substrate thereof and the use of said pigments.

Description

NOUVEAUX COPOLYMERES AMPHIPHILES COMPRENANT UN GROUPE NOVEL AMPHIPHILIC COPOLYMERS COMPRISING A GROUP
COLORANT, LEUR PROCEDE DE PREPARATIONCOLOR, PROCESS FOR THEIR PREPARATION
ET LEURS UTILISATIONS COMME PIGMENTSAND THEIR USES AS PIGMENTS
La présente invention concerne de nouveaux copolymères amphiphiles comprenant au moins un groupe colorant, leur procédé de préparation, les milieux dispersés les contenant, ainsi que les pigments comprenant lesdits copolymères adsorbés sur un substrat, et les utilisations desdits pigments.The present invention relates to novel amphiphilic copolymers comprising at least one dye group, to their process of preparation, to the dispersed media containing them, to the pigments comprising said copolymers adsorbed on a substrate, and to the uses of said pigments.
Les pigments doivent répondre à plusieurs exigences : tout d'abord, la capacité à adhérer sur un substrat, organique ou inorganique, mais aussi la capacité à être soluble dans l'eau.Pigments must meet several requirements: first, the ability to adhere to a substrate, organic or inorganic, but also the ability to be soluble in water.
L'intégration d'un colorant au sein d'une molécule amphiphile, notamment un copolymère, est donc particulièrement désirable. Depuis quelques années, la chimie macromoléculaire a vu l'émergence d'un nouveau concept de polymérisation permettant l'obtention de chaînes macromoléculaires aux dimensions contrôlées : la Polymérisation Radicalaire Contrôlée ou PRC. Contrairement aux polymérisations ioniques jusque là utilisées, la PRC permet d'étudier une large gamme de monomères (vinyliques, acryliques, méthacryliques ...) dans des conditions expérimentales beaucoup moins drastiques tout en conservant un contrôle élevé du degré de polymérisation et une distribution des longueurs de chaînes étroite.The incorporation of a dye into an amphiphilic molecule, especially a copolymer, is therefore particularly desirable. In recent years, macromolecular chemistry has seen the emergence of a new concept of polymerization to obtain macromolecular chains with controlled dimensions: Controlled Radical Polymerization or PRC. Unlike the ionic polymerizations previously used, the PRC makes it possible to study a wide range of monomers (vinyl, acrylic, methacrylic ...) under much less drastic experimental conditions while maintaining a high control of the degree of polymerization and a distribution of lengths of narrow strings.
La PRC est basée sur l'existence d'un équilibre entre une espèce active (radical) et une espèce dormante inactive de manière à limiter et diminuer de manière considérable la concentration en radicaux. Plusieurs types de PRC sont décrits dans la littérature parmi lesquels on peut citer la Polymérisation Radicalaire par Transfert d'Atome (ATRP), par Addition-Fragmentation Réversible de Transfert de chaînes (RAFT) ou encore par l'intermédiaire de Nitroxyle (NMP). Pour cette dernière, la réaction est basée sur un équilibre thermo-réversible entre une alkoxyamine (espèce dormante Pn-X) et un couple radicalaire (Pn- )/nitroxyle stable (X- ) (espèce active) 1 >2 sous pression (~2 bars).PRC is based on the existence of a balance between an active (radical) species and an inactive dormant species so as to limit and considerably reduce the concentration of radicals. Several types of PRC are described in the literature, among which mention may be made of Atomic Radical Radiation Polymerization (ATRP), Reversible Chain Transfer Addition-Fragmentation (RAFT) or Nitroxyl (NMP). For the latter, the reaction is based on a thermo-reversible equilibrium between an alkoxyamine (dormant Pn-X species) and a stable (Pn-) / nitroxyl radical pair (X-) (active species) 1> 2 under pressure (~ 2 bars).
La NMP permet de prévoir et de contrôler les dimensions macromoléculaires, et permet également le réamorçage de la polymérisation à partir de l'homopolymère préalablement synthétisé (macro-amorceur), pour former des copolymères diblocs bien définis.NMP makes it possible to predict and control the macromolecular dimensions, and also allows the reintroduction of the polymerization to from the previously synthesized homopolymer (macro-initiator), to form well-defined diblock copolymers.
Le contrôle des dimensions combiné à la possibilité de créer des architectures macromoléculaires complexes sont les raisons de son essor considérable au niveau de la recherche académique mais également industrielle3.The control of dimensions combined with the possibility of creating complex macromolecular architectures are the reasons for its considerable growth in academic as well as industrial research 3 .
Cette technique a été récemment utilisée pour la réalisation de monocouches ou brosses de polymères à partir de surface inorganique (silice4, silice colloïdale5, mica6, substrat plat de silicium7) ou organique (nanotubes de carbone8, cyclodextrine9). Plus récemment, des architectures macromoléculaires de type copolymères à blocs10 ou à gradient10'11 ont pu être obtenues par l'intermédiaire de la NMP. Les copolymères à gradient sont des chaînes macromoléculaires composées de deux ou plusieurs types d'unités monomères dont la composition molaire varie progressivement tout le long de la chaîne.This technique has recently been used for the production of monolayers or polymer brushes from inorganic surface (silica 4 , colloidal silica 5 , mica 6 , flat substrate of silicon 7 ) or organic (carbon nanotubes 8 , cyclodextrin 9 ). More recently, macromolecular architectures such copolymers in blocks 10 or gradient 10 '11 could be obtained through NMP. Gradient copolymers are macromolecular chains composed of two or more types of monomeric units whose molar composition progressively varies throughout the chain.
Ce nouveau type d'architecture macromoléculaire peut être obtenu i) par différence des rapports de réactivité n et r2 des deux monomères (propriétés intrinsèques)113 ou ii) par addition continue d'un deuxième monomère lors de la polymérisation (polymérisation « forcée » : procédé semi "batch")11 b.This new type of macromolecular architecture can be obtained i) by difference of the reactivity ratios n and r 2 of the two monomers (intrinsic properties) 113 or ii) by continuous addition of a second monomer during the polymerization ("forced" polymerization : semi "batch" process) 11 b .
Les présents inventeurs ont donc mis au point, et ce de façon tout à fait inattendue, de nouveaux copolymères amphiphiles comprenant au moins un groupe colorant, par PRC NMP.The present inventors have therefore developed, quite unexpectedly, novel amphiphilic copolymers comprising at least one dye group, by PRC NMP.
La présente invention concerne donc de nouveaux copolymères amphiphiles comprenant au moins un groupe colorant, comprenant : - une extrémité hydrophobe liée par liaison covalente à une chaîne comprenant des monomères hydrophiles et hydrophobes, lesdits monomères étant liés entre eux par liaison covalente, et assemblés de façon statistique, en blocs ou en gradient hydrophile, lesdits copolymères étant caractérisés en ce que lesdites unités hydrophile et/ou hydrophobe comprennent au moins un groupe colorant.The present invention therefore relates to novel amphiphilic copolymers comprising at least one dye group, comprising: a hydrophobic end linked by covalent bonding to a chain comprising hydrophilic and hydrophobic monomers, said monomers being linked together by covalent bonding, and assembled in a statistical, block or hydrophilic gradient, said copolymers being characterized in that said hydrophilic and / or hydrophobic units comprise at least one dye group.
Préférentiellement, ladite extrémité hydrophobe comprend un amorceur, ou un fragment d'un tel amorceur, et au moins un polymère hydrophobe.Preferably, said hydrophobic end comprises an initiator, or a fragment of such an initiator, and at least one hydrophobic polymer.
Les unités hydrophiles comprennent au moins un groupe colorant. De préférence, le groupe colorant est spécifiquement greffé sur les unités hydrophiles. Selon un aspect particulier, les monomères hydrophiles et hydrophobes sont liés entre eux par liaison covalente, et assemblés en blocs ou en gradient hydrophile, préférentiellement en bloc.The hydrophilic units comprise at least one dye group. Preferably, the dye group is specifically grafted onto the hydrophilic units. According to a particular aspect, the hydrophilic and hydrophobic monomers are bonded to each other by covalent bonding, and assembled in blocks or in hydrophilic gradient, preferably in bulk.
Ledit amorceur peut être choisi parmi les amorceurs habituellement utilisés pour la polymérisation PRC par voie NMP. Ainsi, on peut notamment citer les amorceurs de type azoïque, tels que ceux de la classe VAZO commercialisés par Dupont de Nemours, tels que VAZO 56 ou encore des amorceurs de type alkoxyamine portant un groupe cationique.Said initiator may be chosen from the initiators usually used for the NMP PRC polymerization. Thus, there may be mentioned in particular azo type initiators, such as those of the class VAZO sold by Dupont de Nemours, such as VAZO 56 or alkoxyamine type initiators carrying a cationic group.
On comprend par fragment de l'amorceur tout fragment radicalaire créé par clivage radicalaire dudit amorceur. Ledit clivage peut être réalisé par toute méthode connue en soi pour provoquer une cassure radicalaire, comme par exemple thermique, chimique ou photochimique. Ainsi, par exemple, l'amorceur VAZO 56 conduit au fragment radicalaire réactif portant un groupe cationique, selon la réaction suivante :The fragment of the initiator comprises any radical fragment created by radical cleavage of said initiator. Said cleavage can be achieved by any method known per se to cause a radical break, such as thermal, chemical or photochemical. Thus, for example, the initiator VAZO 56 leads to the reactive radical moiety bearing a cationic group, according to the following reaction:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0001
VAZO 56VAZO 56
A titre de monomères hydrophobes, on peut notamment citer les vinyliques tels que les acrylates et méthacrylates, notamment ceux à basse température de transition vitreuse (TG), c'est-à-dire ceux pour lesquels la température de transition vitreuse est inférieure ou proche de la température ambiante. En effet, pour améliorer les capacités adhésives du copolymère au substrat, il est préférable que l'extrémité hydrophobe soit sous forme visqueuse élastique, et non sous forme solide. Ainsi, on peut notamment citer les (métha)crylates d'alkyles suivants : de butyle, d'éthyle, de méthyle.Hydrophobic monomers that may be mentioned include vinyls such as acrylates and methacrylates, especially those having a low glass transition temperature (TG), that is to say those for which the glass transition temperature is lower or near. the ambient temperature. Indeed, to improve the adhesive capacity of the copolymer to the substrate, it is preferable that the hydrophobic end is in elastic viscous form, and not in solid form. Thus, mention may especially be made of the following alkyl (metha) crylates: butyl, ethyl, methyl.
A titre de monomères hydrophobes, on peut également citer les dérivés styréniques ou l'acrylonitrile. Des monomères cationiques ou ionisables respectivement, tels que les groupes phosphonates ou les cyclo amino acides, les alkyles aminés et les sulfones peuvent être utilisés. Les groupes cationiques ou ionisables doivent pouvoir présenter un groupe ionique chargé positivement.As hydrophobic monomers, mention may also be made of styrenic derivatives or acrylonitrile. Cationic or ionizable monomers respectively, such as phosphonate groups or cyclo amino acids, Aminoalkyls and sulfones can be used. Cationic or ionizable groups must be able to have a positively charged ionic group.
A titre de monomère hydrophile, on peut notamment citer l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, les acrylamides, méthacrylamides, les acrylates de polyalkylèneglycol et les méthacrylates de polyalkylèneglycol dans lesquels la chaîne polyalkylèneglycol comprend jusqu'à 100 unités d'alkylèneglycol et où le groupe alkylène est en C2 ou C3 (éthylène ou propylèneglycol).As hydrophilic monomer, there may be mentioned in particular acrylic acid, methacrylic acid, acrylamides, methacrylamides, polyalkylene glycol acrylates and polyalkylene glycol methacrylates in which the polyalkylene glycol chain comprises up to 100 alkylene glycol units and the alkylene group is C2 or C3 (ethylene or propylene glycol).
On entend par « assemblage statistique » la succession aléatoire de monomères hydrophiles et hydrophobes.By "statistical assembly" is meant the random succession of hydrophilic and hydrophobic monomers.
On entend par « assemblage par blocs » la succession de blocs hydrophiles et hydrophobes, lesdits blocs éventuellement distincts les uns des autres, comprenant au moins deux monomères.The term "block assembly" means the succession of hydrophilic and hydrophobic blocks, said blocks possibly distinct from each other, comprising at least two monomers.
On entend par « gradient hydrophile » la succession de monomères ou blocs de monomères hydrophobes et hydrophiles, tels que la densité de monomères hydrophiles par unité de longueur de chaîne augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'extrémité hydrophobe.The term "hydrophilic gradient" is understood to mean the succession of monomers or blocks of hydrophobic and hydrophilic monomers, such that the density of hydrophilic monomers per unit length of chain increases as one moves away from the hydrophobic end. .
On entend par « groupe colorant » tout groupe présentant un spectre d'absorption dans le visible. Ledit groupe colorant peut notamment être choisi parmi les groupes colorants pH-sensibles, photosensibles ou thermochromes, de préférence les colorants pH-sensibles. A titre de colorant pH-sensible, on peut notamment citer les dérivés d'azobenzène ou encore les dérivés d'anthraquinone, tels que l'alizarine et ses dérivés. Pour les colorants pH-sensibles, on préfère notamment les dérivés de ces composés tels qu'ils comprennent au moins une fonction pouvant s'ioniser en fonction du pH, ainsi apte à délocaliser la charge et modifier le spectre d'absorption du colorant. Ainsi, par exemple, un des groupes OH de l'alizarine, sous forme anionique en pH basique entraîne une délocalisation de la charge sur les cycles aromatiques et modifie ainsi le spectre d'absorption de l'alizarine. Généralement, le colorant convenant à l'invention comprend une fonction polymérisable capable de copolymériser avec une ou plusieurs unité(s) monomère(s) hydrophobe(s) et/ou hydrophile(s). Ainsi, il peut être nécessaire de fonctionnaliser un colorant de départ, connu et/ou disponible commercialement, de façon à introduire une telle fonction polymérisable. A titre illustratif, dans le cas d'une polymérisation avec une unité de type acide acrylique, la réaction de fonctionnalisation est du type :By "dye group" is meant any group having a visible absorption spectrum. Said dye group can in particular be chosen from pH-sensitive, photosensitive or thermochromic dye groups, preferably pH-sensitive dyes. As a pH-sensitive dye, there may be mentioned in particular azobenzene derivatives or anthraquinone derivatives, such as alizarin and its derivatives. For pH-sensitive dyes, the derivatives of these compounds are particularly preferred such that they comprise at least one function that can be ionized as a function of the pH, thus capable of relocating the filler and modifying the absorption spectrum of the dye. Thus, for example, one of the OH groups of alizarin, in anionic form at basic pH results in a delocalisation of the charge on the aromatic rings and thus modifies the absorption spectrum of alizarin. Generally, the dye suitable for the invention comprises a polymerizable function capable of copolymerizing with one or more hydrophobic and / or hydrophilic monomer unit (s). Thus, it may be necessary to functionalize a starting dye, known and / or commercially available, so as to introduce such a polymerizable function. By way of illustration, in the case of a polymerization with a unit of acrylic acid type, the functionalization reaction is of the type:
XX
Colorαnt-y + O=C ** Colorαnt^Z^ C^ Œ~ CH2 Colorαnt-y + O = C ** Colorαnt ^ Z ^ C ^ Œ ~ CH2
CH=CH2 OCH = CH 2 O
(I) (H)
Figure imgf000006_0001
(I) (H)
Figure imgf000006_0001
Pour cela, le colorant de départ possède avantageusement une fonction réactive Y de type hydroxy (OH) ou aminé (NH2, NHR où R est un groupement alkyle ou aromatique), de sorte à pouvoir réagir comme ci-dessus. Ainsi, le colorant (II) convenant à l'invention sera dit « fonctionnalisé ».For this, the starting dye advantageously has a reactive function Y of hydroxy (OH) or amine type (NH 2 , NHR where R is an alkyl or aromatic group), so as to react as above. Thus, the dye (II) suitable for the invention will be said to be "functionalized".
Le colorant de départ (I) sera dit fonctionnalisable.The starting dye (I) will be said to be functionalizable.
Les copolymères selon l'invention présentent donc les propriétés suivantes : i) de changer de couleur sous l'effet d'un stimuli externe (pH, température ou longueur d'onde) ; ii) de se solubiliser aussi bien en milieu organique qu'en milieu aqueux ; iii) de s'adsorber sur une particule inorganique ou organique.The copolymers according to the invention therefore have the following properties: i) to change color under the effect of an external stimuli (pH, temperature or wavelength); ii) solubilize both in organic medium and in aqueous medium; iii) adsorb to an inorganic or organic particle.
Le colorant peut être introduit indifféremment dans l'un ou l'autre segment des copolymères statistique, à blocs ou à gradient hydrophile.The dye may be introduced indifferently into one or the other segment of the random, block or hydrophilic gradient copolymers.
Selon un autre objet, la présente invention concerne également le procédé de préparation desdits copolymères selon l'invention, par polymérisation radicalaire contrôlée, par l'intermédiaire de dérivé nitroxyle (NMP). Généralement, ledit procédé comprend : i) l'étape de préparation du macroamorceur par polymérisation d'un ou plusieurs monomères hydrophobes en présence d'un amorceur ou d'un fragment radicalaire de celui-ci, et d'un dérivé nitroxyle, ledit amorceur et dérivé nitroxyle pouvant être une seule et même molécule; ii) l'arrêt de cette étape ; iii) l'étape de (co)polymérisation entre de ledit macroamorceur et un ou plusieurs monomères hydrophiles et éventuellement hydrophobes.According to another object, the present invention also relates to the process for preparing said copolymers according to the invention, by controlled radical polymerization, via nitroxyl derivative (NMP). Generally, said method comprises: i) the step of preparing the macroinitiator by polymerization of one or more hydrophobic monomers in the presence of an initiator or a radical moiety thereof, and a nitroxyl derivative, said initiator and nitroxyl derivative being single and same molecule; ii) stopping this step; iii) the (co) polymerization step between said macro-initiator and one or more hydrophilic and optionally hydrophobic monomers.
L'amorceur et le fragment radicalaire de celui-ci sont comme définis ci- avant.The initiator and the radical moiety thereof are as defined above.
A titre de dérivé nitroxyle, on peut citer, notamment ceux commercialisés par Arkema, tels que le SG1 :As a nitroxyl derivative, mention may be made especially of those marketed by Arkema, such as SG1:
Figure imgf000007_0001
et ses dérivés capables de former l'espèce radicalaire SG1 , tel que les dérivés d'alkoxyamine, « Blockbuilder » MAMA: HO-C(=O)-C(CH3)2-O-N(tBu)-CH(tBu)- P(=O)(OEt)2 ; ou MONANS CH3O-C(=O)-C(CH3)2-O-N(tBu)-CH(tBu)-P(=O)(OEt)2. Lorsque l'amorceur et le dérivé nitroxyle sont une seule et même molécule, cette molécule peut par exemple être des dérivés du « Blockbuilder » MAMA. La première étape i) peut avantageusement être réalisée : en utilisant un large excès de monomère hydrophobe par rapport à l'amorceur ou fragment de celui-ci ; ainsi, le rapport de la concentration en monomère hydrophobe sur la concentration en amorceur ou fragment de celui-ci peut être généralement compris entre 50 à 2000, par exemple [acrylate de butyle]/[VAZO 56] ≈50 à 1500, et/ou en utilisant un excès dérivé nitroxyle par rapport à l'amorceur ou fragment de celui-ci ; ainsi, dans le cas de l'amorceur VAZO 56 correspondant à 2 molécules de fragment radicalaire réactif, le rapport [SG1 ]/[VAZO 56] est avantageusement supérieur à 2, par exemple compris entre 2 et 3, préférentiellement égal à 2,1 ; et/ou en opérant à température comprise entre 50° et 150°C ; plus précisément, dans le cas du monomère hydrophobe méthacrylate, on préfère opérer à température comprise entre 70° et 90 °C ; dans le cas du monomère hydrophobe acrylate, on préfère opérer à température comprise entre 100° et 120°C ; et/ou en ajustant la durée de la polymérisation de sorte à obtenir un macroamorceur présentant une masse molaire moyenne (en nombre) désirée.
Figure imgf000007_0001
and its derivatives capable of forming the radical species SG1, such as the alkoxyamine derivatives, "Blockbuilder" MAMA: HO-C (= O) -C (CH 3 ) 2 -ON (tBu) -CH (tBu) - P (= O) (OEt) 2 ; or MONANS CH 3 OC (= O) -C (CH 3 ) 2-ON (tBu) -CH (tBu) -P (= O) (OEt) 2. When the initiator and the nitroxyl derivative are one and the same molecule, this molecule may for example be derivatives of the "Blockbuilder" MAMA. The first step i) may advantageously be carried out: by using a large excess of hydrophobic monomer relative to the initiator or fragment thereof; thus, the ratio of the concentration of hydrophobic monomer to the concentration of initiator or fragment thereof can generally be between 50 to 2000, for example [butyl acrylate] / [VAZO 56] ≈50 to 1500, and / or using a nitroxyl derivative excess relative to the initiator or fragment thereof; thus, in the case of the initiator VAZO 56 corresponding to 2 molecules of reactive radical fragment, the ratio [SG1] / [VAZO 56] is advantageously greater than 2, for example between 2 and 3, preferably equal to 2.1; and / or operating at a temperature of between 50 ° and 150 ° C; more specifically, in the case of the hydrophobic methacrylate monomer, it is preferred to operate at a temperature of between 70 ° and 90 ° C .; in the case of the hydrophobic acrylate monomer, it is preferred to operate at a temperature of between 100 ° and 120 ° C .; and / or by adjusting the duration of the polymerization so as to obtain a macroinitiator having a desired average molar mass (in number).
On peut ainsi obtenir des macroamorceurs de masse molaire ajustable et contrôlable jusqu'à 150 000 g. mol"1. Généralement, l'augmentation de la température et de la durée de la réaction permet d'augmenter la masse molaire moyenne.It is thus possible to obtain adjustable and controllable molecular weight macroamorers up to 150,000 g. mol "1. Generally, increasing the temperature and reaction time allows to increase the average molecular weight.
La durée de la réaction peut être contrôlée par la température du mélange réactionnel. En effet, la réaction de préparation du macroamorceur a lieu à température élevée comme indiquée ci-dessus.The duration of the reaction can be controlled by the temperature of the reaction mixture. Indeed, the preparation reaction of the macroinitiator takes place at high temperature as indicated above.
L'arrêt de cette réaction peut donc être réalisé par simple abaissement de la température au-dessous de la température-seuil nécessaire à l'avancement de la réaction de polymérisation, par exemple retour à la température ambiante.Stopping this reaction can therefore be achieved by simply lowering the temperature below the threshold temperature necessary for the progress of the polymerization reaction, for example return to ambient temperature.
Une étape d'isolation du macroamorceur obtenu à l'issue des étapes i) et ii) peut être réalisée avant de mettre en œuvre l'étape iii).An isolation step of the macroinitiator obtained after steps i) and ii) can be performed before implementing step iii).
L'étape de (co)polymérisation entre ledit macroamorceur ainsi formé à l'étape i) et un ou plusieurs monomères hydrophiles et éventuellement hydrophobes peut être avantageusement réalisée :The (co) polymerization step between said macro-initiator thus formed in step i) and one or more hydrophilic and optionally hydrophobic monomers may advantageously be carried out:
- en utilisant un large excès de la concentration en monomère hydrophile et éventuellement hydrophobe par rapport à la concentration en macroamorceur ; ainsi, le rapport de la concentration en monomère acide acrylique [AA] sur la concentration en macroamorceur de polyacrylate de butyle [PBA] peut être compris entre 50 et 1500 ; - en utilisant un défaut de colorant par rapport au monomère hydrophile et éventuellement hydrophobe ; ainsi le rapport [Colorant]/[AA] peut être avantageusement compris entre 0.1 et 1 % ; et/ouusing a large excess of the hydrophilic and optionally hydrophobic monomer concentration relative to the macroinitiator concentration; thus, the ratio of the concentration of acrylic acid monomer [AA] to the butyl polyacrylate [PBA] macroinitiator concentration can be between 50 and 1500; using a dye defect with respect to the hydrophilic and optionally hydrophobic monomer; and the [Colorant] / [AA] ratio may advantageously be between 0.1 and 1%; and or
- en présence de dérivé nitroxyle, notamment si l'on veut contrôler la croissance du bloc hydrophile ; avantageusement, on utilise un défaut de dérivé nitroxyle par rapport au macroamorceur ; ainsi, le rapport [SG1 ]/[PBA] peut être avantageusement compris entre 0,07 et 0,095, préférentiellement environ 0.09 ; et/ouin the presence of nitroxyl derivative, especially if it is desired to control the growth of the hydrophilic block; advantageously, a defect of nitroxyl derivative with respect to the macroinitiator is used; thus, the ratio [SG1] / [PBA] may advantageously be between 0.07 and 0.095, preferably around 0.09; and or
- en opérant à température comprise entre 100 et 120 °C ; et/ou - en ajustant la durée de la (co)polymérisation de sorte à obtenir un copolymère amphiphile présentant une masse molaire moyenne (en nombre) désirée.by operating at a temperature of between 100 and 120 ° C .; and / or - adjusting the duration of the (co) polymerization so as to obtain an amphiphilic copolymer having a desired average molar mass (in number).
Généralement, l'augmentation de la température et de la durée de la réaction permet d'augmenter la masse molaire moyenne du copolymère obtenu.Generally, increasing the temperature and the duration of the reaction makes it possible to increase the average molar mass of the copolymer obtained.
La présente invention concerne également les copolymères amphiphiles susceptibles d'être obtenus par le procédé selon l'invention.The present invention also relates to amphiphilic copolymers obtainable by the process according to the invention.
Les copolymères diblocs (Figure 1 a) peuvent être obtenus en mettant en œuvre l'étape iii) en présence d'un monomère hydrophile.The diblock copolymers (FIG. 1 a) can be obtained by carrying out step iii) in the presence of a hydrophilic monomer.
Les copolymères à gradient hydrophile (Figure 1 b) peuvent être obtenus en mettant en œuvre l'étape iii) par ajout progressif de monomère hydrophile dans le milieu réactionnel contenant un monomère hydrophobe.Hydrophilic gradient copolymers (FIG. 1b) can be obtained by implementing step iii) by gradual addition of hydrophilic monomer in the reaction medium containing a hydrophobic monomer.
Les copolymères statistiques peuvent être obtenus en mettant en œuvre l'étape iii) en présence simultanée de monomère hydrophile et hydrophobe.The random copolymers can be obtained by implementing step iii) in the simultaneous presence of hydrophilic and hydrophobic monomer.
Selon un autre objet, la présente invention concerne également les milieux dispersés comprenant au moins un copolymère selon l'invention. Ainsi, on peut notamment citer les milieux aqueux dans lesquels au moins un copolymère selon l'invention est dispersé. Généralement, dans un tel milieu, les copolymères selon l'invention s'auto-assemblent par leur extrémité hydrophobe de façon à former des micelles. Un exemple de micelle représentative de la présente invention est représenté schématiquement en Figure 2. Généralement, lesdits milieux peuvent présenter une concentration en copolymère comprise entre 1 et 50 % en poids, avantageusement entre 3% et 10%.According to another object, the present invention also relates to dispersed media comprising at least one copolymer according to the invention. Thus, mention may in particular be made of aqueous media in which at least one copolymer according to the invention is dispersed. Generally, in such a medium, the copolymers according to the invention self-assemble by their hydrophobic end so as to form micelles. An exemplary micelle representative of the present invention is shown schematically in Figure 2. Generally, said media may have a copolymer concentration of between 1 and 50% by weight, advantageously between 3% and 10%.
La présente invention concerne également le procédé de préparation de ces milieux. Ainsi, ceux-ci peuvent être préparés par simple mise en suspension desdits copolymères dans le milieu considéré.The present invention also relates to the process for preparing these media. Thus, these can be prepared by simply suspending said copolymers in the medium in question.
Selon un autre objet, la présente invention concerne également les pigments comprenant un substrat organique ou inorganique sur lequel lesdits copolymères selon l'invention sont adsorbés.According to another object, the present invention also relates to pigments comprising an organic or inorganic substrate on which said copolymers according to the invention are adsorbed.
A titre de substrat inorganique, on peut notamment citer la silice, la silice colloïdale, le mica, les substrats plats de silicium) ; à titre de support organique, on peut citer les nanotubes de carbone ou les cyclodextrines par exemple. On préfère notamment le mica. Lesdits pigments se présentent généralement sous forme de poudre.As an inorganic substrate, there may be mentioned silica, colloidal silica, mica, flat silicon substrates); as organic support, there may be mentioned carbon nanotubes or cyclodextrins, for example. Mica is particularly preferred. Said pigments are generally in the form of powder.
La présente invention concerne également le procédé de préparation de ces pigments.The present invention also relates to the process for preparing these pigments.
Ainsi, ledit procédé comprend : - l'étape de préparation d'un milieu dispersé selon l'invention,Thus, said process comprises: the step of preparing a dispersed medium according to the invention,
- éventuellement l'ajustement de la couleur désirée dudit milieu,optionally adjusting the desired color of said medium,
- la mise en suspension dans le milieu dispersé dudit substrat, éventuellement sous agitation, etsuspending the dispersed medium in said substrate, optionally with stirring, and
- la filtration et séchage des particules en suspension.filtration and drying of the particles in suspension.
L'ajustement de la couleur désirée peut être nécessaire lorsque le copolymère ne présente pas la couleur désirée de façon spontanée en solution.Adjustment of the desired color may be necessary when the copolymer does not exhibit the desired color spontaneously in solution.
Ainsi, l'ajustement peut être réalisé par modification du ou des paramètres contrôlant la couleur, comme par exemple le pH, la température ou la longueur d'onde.Thus, the adjustment can be made by changing the color-controlling parameter (s), such as pH, temperature, or wavelength.
Dans le cas d'un colorant pH-sensible, la variation de pH est gérée par addition de solution concentrée d'acide (HCI, H2SO4, ...) pour abaisser les valeurs de pH ou de base (NaOH, KOH ...) pour élever ces valeurs. Les polymères selon la présente invention permettent donc à partir d'un colorant connu d'obtenir une variété de couleur passant du jaune vers le bleu par une simple modification de l'environnement électronique (ex : pH en milieu aqueux) du colorant incorporé de manière covalente à une chaîne macromoléculaire adsorbée sur la surface d'une particule inorganique ou organique.In the case of a pH-sensitive dye, the pH variation is managed by adding concentrated acid solution (HCl, H 2 SO 4 , ...) to lower the pH or base values (NaOH, KOH ...) to raise these values. The polymers according to the present invention thus make it possible, from a known dye, to obtain a variety of color passing from yellow to blue by a simple modification of the electronic environment (eg: pH in an aqueous medium) of the dye incorporated in such a way. covalent to a macromolecular chain adsorbed on the surface of an inorganic or organic particle.
Cette approche de copolymères amphiphiles statistiques, à blocs ou à gradient hydrophile, permet d'élargir le spectre des couleurs et surtout une plus grande flexibilité et adaptabilité de la méthode à utiliser, car en milieu aqueux. Cette voie permet de s'affranchir des problèmes de toxicologie et environnementaux habituels avec les polymères habituels.This approach of random amphiphilic copolymers, with blocks or with hydrophilic gradient, makes it possible to widen the spectrum of colors and especially a greater flexibility and adaptability of the method to be used, because in aqueous medium. This way makes it possible to overcome the usual toxicology and environmental problems with the usual polymers.
La synthèse de copolymères diblocs amphiphiles dont un des blocs (hydrophobe) permet d' «ancrer » les chaînes macromoléculaires à la surface des particules alors que le segment hydrophile contenant le colorant est particulièrement avantageux en ce qu'il permet de moduler la couleur à volonté et dans un milieu aqueux. Les polymères colorés selon l'invention peuvent facilement s'adsorber sur les particules par dispersion dans la solution desdits (co)polymères.The synthesis of amphiphilic diblock copolymers including one of the (hydrophobic) blocks makes it possible to "anchor" the macromolecular chains on the surface of the particles while the hydrophilic segment containing the dye is particularly advantageous in that it makes it possible to modulate the color at will and in an aqueous medium. The colored polymers according to the invention can easily be adsorbed on the particles by dispersion in the solution of said (co) polymers.
FIGURESFIGURES
La Figure 1 a représente schématiquement la synthèse d'un copolymère diblocs, et la Figure 1 b représente de façon schématique un copolymère statistique, où les sphères blanches représentent les unités hydrophobes et les sphères grises les unités hydrophiles.Figure 1a schematically shows the synthesis of a diblock copolymer, and Figure 1b schematically shows a random copolymer, where the white spheres represent the hydrophobic units and the gray spheres the hydrophilic units.
La Figure 2 représente un exemple de copolymères à bloc amphiphile auto- assemblés, soluble en milieu aqueux.Figure 2 shows an example of self-assembled amphiphilic block copolymers, soluble in aqueous medium.
Les Figures 3a et 3b représentent respectivement le spectre de la caractérisation UV-visible de l'alizarine a) avant et b) après modification, selon l'exemple 1.Figures 3a and 3b respectively represent the spectrum of the UV-visible characterization of alizarin a) before and b) after modification, according to example 1.
La Figure 4 représente la variation de la couleur du colorant lié chimiquement à la chaîne macromoléculaire par ajustement du pH (exemple de copolymères à blocs amphiphiles). La Figure 5 représente les chromatogrammes de CES du macro-amorceur PBA et du copolymère PBA-b-PAA obtenue par extension de chaîne du PBA selon l'exemple 2.Figure 4 shows the color variation of the dye chemically bonded to the macromolecular chain by pH adjustment (eg amphiphilic block copolymers). FIG. 5 represents the chromatograms of CES of the macro-initiator PBA and the PBA-b-PAA copolymer obtained by chain extension of the PBA according to Example 2.
La Figure 6 représente un exemple d'adsorption de copolymères à blocs amphiphiles à différents pH :FIG. 6 represents an example of adsorption of amphiphilic block copolymers with different pH:
(a) copolymères auto-assemblés en milieu aqueux en présence de particules micrométriques de mica ;(a) self-assembled copolymers in aqueous medium in the presence of micrometric particles of mica;
(b) particules micrométriques récupérées après adsorption de copolymères (= pigments).(b) micrometric particles recovered after adsorption of copolymers (= pigments).
La Figure 7 représente les courbes obtenues en TGA permettant de mettre en évidence le caractère hybride des pigments synthétises (a) mica brut, (b) copolymère adsorbé à pH = 3 et (c) copolymère adsorbé à pH = 8.FIG. 7 represents the curves obtained in TGA making it possible to demonstrate the hybrid character of the pigments synthesized (a) crude mica, (b) copolymer adsorbed at pH = 3 and (c) copolymer adsorbed at pH = 8.
La Figure 8 représente le Spectre UV-Visible obtenu en réflexion diffuse des poudres de pigments colorés à différent pH.Figure 8 shows the UV-Visible Spectrum obtained in diffuse reflection of the powders of colored pigments at different pH.
Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et non limitatif de la présente invention.The following examples are given by way of non-limiting illustration of the present invention.
EXEMPLESEXAMPLES
Exemple 1 : Fonctionnalisation d'un colorant de manière à le lier chimiquement à une chaîne macromoléculaireExample 1 Functionalization of a dye so as to bind it chemically to a macromolecular chain
Ce type de modification chimique a été réalisée sur un colorant pH-sensible capable de modifier sa couleur par variation du pH : l'alizarine. Il s'agit d'un colorant rouge naturel, extrait des racines d'une plante, la garance (nom latin : Rubia). L'alizarine a été fonctionnalisée par introduction d'une fonction vinylique polymérisable selon le schéma : CH2 This type of chemical modification was carried out on a pH-sensitive dye capable of modifying its color by varying pH: alizarin. It is a natural red dye, extracted from the roots of a plant, the madder (Latin name: Rubia). Alizarin was functionalized by introducing a polymerizable vinyl function according to the scheme: CH 2
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0002
65% Alizarine modifiée en ortho modifiée en meta Pour cela :
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0002
65% Alizarin modified ortho modified in meta For that :
1 - 157 ml de CH2CI2 (dichlorométhane) sont ajoutés à 9,83 g (40,95 mmole) d'alizarine, puis 4,15 g (52,3.10"3 mole) de N(C2H5)3 (triéthylamine) sont ajoutés à ce mélange à l'aide d'une seringue ; le ballon est ensuite mis dans un bain de glace et le mélange est placé sous agitation.1 - 157 ml of CH 2 Cl 2 (dichloromethane) are added to 9.83 g (40.95 mmol) of alizarin and then 4.15 g (52.3.10 -3 mol) of N (C 2 H 5 ) 3 (triethylamine) are added to this mixture using a syringe, the flask is then placed in an ice bath and the mixture is stirred.
2- Après dégazage de l'ampoule à deux robinets sous azote pendant 5 à 10 minutes, 5 ml de chlorure d'acryloyle (C3H3OCI) (61 ,55 mmole) sont ajoutés au mélange. L'ensemble est agité pendant une heure à 0°C, puis pendant 24 heures à température ambiante. 3- Après filtration, le liquide est récupéré et mis en présence de 100 ml_ d'eau afin d'éliminer le sel présent.2- After degassing the two-stop vial under nitrogen for 5 to 10 minutes, 5 ml of acryloyl chloride (C 3 H 3 OCI) (61.55 mmol) are added to the mixture. The mixture is stirred for one hour at 0 ° C. and then for 24 hours at room temperature. 3- After filtration, the liquid is recovered and brought into the presence of 100 ml of water to remove the salt present.
Après séchage, pendant 2 jours à température ambiante, le nouveau produit obtenu a été caractérisé par IRFT, RMN 1H et 13C. Les spectres UV-visible de l'alizarine a) avant modification et b) après modification sont représentés en Figure 3a. Le spectre RMN 1 H de l'alizarine modifiée est représenté en Figure 3b.After drying for 2 days at room temperature, the new product obtained was characterized by IRFT, 1 H NMR and 13 C. The UV-visible spectra of alizarin a) before modification and b) after modification are shown in FIG. . The 1 H NMR spectrum of the modified alizarin is shown in FIG. 3b.
Exemple 2 : Synthèse de chaînes macromoléculaires à coloration stimulableExample 2 Synthesis of Macromolecular Chains with Stimulable Staining
Un copolymère dibloc amphiphile possédant un bloc polyacrylate de butyl hydrophobe (affinité de surface, par exemple avec une particule de mica) et un bloc d'acide polyacrylique hydrophile (affinité avec le milieu aqueux dont le pH peut être facilement modulé) a été synthétisé en utilisant la technique de polymérisation radicalaire contrôlée. Cette synthèse se fait en deux étapes avec, dans un premier temps, la synthèse du bloc polyacrylate de butyle (réaction a)) qui va servir, dans un deuxième temps, de macroamorceur de la polymérisation de l'acide acrylique (réaction b)). a) Synthèse du macroamorceurAn amphiphilic diblock copolymer having a hydrophobic butyl polyacrylate block (surface affinity, for example with a mica particle) and a hydrophilic polyacrylic acid block (affinity with the aqueous medium whose pH can be easily modulated) was synthesized in using the controlled radical polymerization technique. This synthesis is done in two stages with, initially, the synthesis of the butyl polyacrylate block (reaction a)) which will serve, in a second step, macroinitiator of the polymerization of acrylic acid (reaction b)) . a) Synthesis of the macroinitiator
Figure imgf000014_0001
y AZO 56
Figure imgf000014_0001
y AZO 56
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0002
Mαcromαrceur PBAMαcromαrceur PBA
fcj Polymérisation de l'acide acryliquefcj Polymerization of Acrylic Acid
Figure imgf000014_0003
Figure imgf000014_0003
Copolymère amphiphile à bloc PBA-i>-(PAA-stat-colorant) où X* représente :Block Amphiphilic Copolymer PBA-i> - (PAA-stat-dye) where X * represents:
Figure imgf000015_0001
et la réaction b) est réalisée avec l'alizarine fonctionnalisée selon l'exemple 1 , et où : m, n sont définis par rapport aux ratios molaires [M]/[Vazo] et [M]/[MacroPBA] et sont compris entre 25 et 1500. x, y sont déterminés par Résonance Magnétique Nucléaire RMN et Chromatographie d'Exclusion Stérique CES et égaux/compris entre 25 et 1500. a) Synthèse du macroamorceur
Figure imgf000015_0001
and the reaction b) is carried out with the functionalized alizarin according to Example 1, and wherein: m, n are defined with respect to the molar ratios [M] / [Vazo] and [M] / [MacroPBA] and are between 25 and 1500. x, y are determined by NMR Nuclear Magnetic Resonance and Chronic Exclusion Chromatography CES and equal to / from 25 to 1500. a) Synthesis of the macroinitiator
La polymérisation du monomère acrylate de butyle ABu se fait sans solvant, c'est à dire en masse. Les quantités de monomère ABu sont définis à partir du rapport molaire [M]/[Vazo] compris entre 25 et 1500.The polymerization of the ABu butyl acrylate monomer is solvent-free, ie by mass. The amounts of ABu monomer are defined from the molar ratio [M] / [Vazo] between 25 and 1500.
A titre d'exemple, pour un rapport [M]/[Vazo] = 500, 10g d'ABu (0.0781 mole) sont mélangés avec 0.040g de VAZO (1.5 10"4 mole). Afin de contrôler la polymérisation, un excès de SG1 est ajouté à la solution. Cet excès est calculé par rapport à la quantité de VAZO utilisé ([SG1 ]/[Vazo]) et est compris entre 2,05 et 2,3. Généralement, un excès de 2.1 est utilisé ce qui correspond à 0.285g de SG1 (6.3 10"4 mole). La température utilisée est comprise entre 100° et 120°C avec des temps de polymérisation compris entre 30 min et 10 heures. Typiquement, une température de 120°C est appliquée durant 4 heures. En fin de polymérisation, la température est abaissée à température ambiante et le polymère est récupéré par précipitation dans un mélange eau/éthanol 10/90. Après séchage sous vide dynamique pendant 12 heures, le polymère est analysé par RMN (résidu monomère) et CES (Masse molaire, indice polymolécularité). Les masses molaires obtenues sont comprises entre 3 200 et 192 000 g. mol"1 et les indices de polymolécularité compris entre 1.1 et 1.4. Dans l'exemple décrit, la masse molaire Mn est de 64 000 g/mol avec un indice de polymolécularité IP de 1.3. Ce premier bloc de type PBA est caractérisé par la particularité de présenter une très grande affinité de surface avec les particules de mica. Cette affinité est renforcée par une extrémité cationique NH3 +, qui peut s'échanger avec les cations de surface des particules de mica. II est à noter que les mêmes synthèses peuvent être réalisées par un amorceur de type alkoxyamine MAMA (BlocBuilder) ou MONANS. Dans ce cas, les chaînes macromoléculaires ne sont pas terminées par des extrémités NH3 + mais l'adhésion est maintenue par le « sticker hydrophobe » PBA.By way of example, for a [M] / [Vazo] ratio = 500, 10 g of ABu (0.0781 mole) are mixed with 0.040 g of VAZO (1.5 × 10 -4 mole) in order to control the polymerization. SG1 is added to the solution This excess is calculated in relation to the amount of VAZO used ([SG1] / [Vazo]) and is between 2.05 and 2.3 Generally, an excess of 2.1 is used. which corresponds to 0.285 g of SG1 (6.3 × 10 -4 mol). The temperature used is between 100 ° and 120 ° C with polymerization times between 30 min and 10 hours. Typically, a temperature of 120 ° C is applied for 4 hours. At the end of the polymerization, the temperature is lowered to ambient temperature and the polymer is recovered by precipitation in a 10/90 water / ethanol mixture. After drying under dynamic vacuum for 12 hours, the polymer is analyzed by NMR (monomer residue) and CES (molecular weight, polymolecularity index). The molar masses obtained are between 3200 and 192 000 g. mol- 1 and the polymolecularity indices of between 1.1 and 1.4 In the example described, the molar mass Mn is 64,000 g / mol with a polymolecularity index IP of 1.3. This first block of PBA type is characterized by the particularity of having a very high surface affinity with the mica particles. This affinity is enhanced by a cationic NH 3 + end , which can be exchanged with the surface cations of the mica particles. It should be noted that the same syntheses can be carried out by an alkoxyamine initiator MAMA (BlocBuilder) or MONANS. In this case, the macromolecular chains are not terminated by NH 3 + ends, but the adhesion is maintained by the "hydrophobic sticker" PBA.
b) Polymérisation de l'acide acryliqueb) Polymerization of Acrylic Acid
A partir de ce macro amorceur de PBA (5 g ou 7.8 10"5 mol), on réamorce la polymérisation de l'acide acrylique AA en solution dans le dioxanne (concentration maximale de AA égale à 3 mol.l"1) entre 100° et 120°C , en présence de 0.024g (8.2 10"5mol) de SG1 , 0.0156 g (2.2 10"4 mol) d'acide acrylique, 0.001 g (4.4 10"6 mol) de colorant fonctionnalisé selon l'exemple 1. Après 4h de polymérisation à 120°C, la solution de polymère est refroidie à température ambiante et précipitée dans l'éthanol. Le polymère est récupéré après séchage sous vide dynamique à température ambiante.From this macro initiator of PBA (5 g or 7.8 × 10 -5 mol), the polymerization of acrylic acid AA in solution in dioxane (maximum concentration of AA equal to 3 mol.l -1 ) is reinitiated between 100.degree. ° and 120 ° C., in the presence of 0.024 g (8.2 × 10 -5 mol) of SG1, 0.0156 g (2.2 × 10 -4 mol) of acrylic acid, 0.001 g (4.4 × 10 -6 mol) of functionalized dye according to US Pat. Example 1. After 4 hours of polymerization at 120 ° C., the polymer solution is cooled to room temperature and precipitated in ethanol.The polymer is recovered after drying under dynamic vacuum at room temperature.
On prépare ainsi des copolymères diblocs amphiphiles P BA-£>-(P AA-stat- Colorant).Thus, amphiphilic diblock copolymers P BA-> - (P AA-stat-Colorant) are prepared.
Ainsi, le colorant a été introduit dans le segment hydrophile de PAA, laissant ainsi une grande possibilité et flexibilité de moduler le pH de la solution aqueuse. On peut ainsi obtenir des micelles colorées dans une large gamme de pH, tel que représenté à la Figure 4. Ces copolymères ont été caractérisés de manière déterminer leurs structures et leurs dimensions macromoléculaires par différentes techniques : RMN 1H, 13C, et 15P, CES (chromatogramme représenté en Figure 5), Spectroscopies IRTF et UV-visible, DSC, TGA, diffusion de lumière... Exemple 3 : Adsorption des (co)polymères amphiphiles à coloration pH- sensible et leurs homologues sur des particules inorganiques ou organiquesThus, the dye was introduced into the hydrophilic segment of PAA, thus leaving a great possibility and flexibility to modulate the pH of the aqueous solution. Colored micelles can thus be obtained over a wide pH range, as shown in FIG. 4. These copolymers have been characterized in order to determine their macromolecular structures and their dimensions by various techniques: 1 H, 13 C, and 15 P NMR. , CES (chromatogram shown in Figure 5), IRTF and UV-visible spectroscopies, DSC, TGA, light scattering ... EXAMPLE 3 Adsorption of pH-sensitive (pH) sensitive amphiphilic (co) polymers and their counterparts to inorganic or organic particles
On prépare des solutions des polymères obtenus à l'exemple 2 dans l'eau à des concentrations comprises entre 100 et 10"3 g. L"1.Solutions are prepared of the polymers obtained in Example 2 in water at concentrations between 100 and 10 "3 g. L" 1.
On fait varier le pH de ces solutions par addition de solution concentrée (... mol/l) d'acide (HCI, H2SO4, ...) pour abaisser les valeurs de pH ou de base (NaOH, KOH ...) pour élever ces valeurs entre pH 2 et 14.The pH of these solutions is varied by adding concentrated solution (mol / l) of acid (HCl, H 2 SO 4 , ...) to lower the pH or base (NaOH, KOH. ..) to raise these values between pH 2 and 14.
Les équilibres suivants ont lieu :The following balances take place:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
Cette coloration est possible par le fait que le colorant incorporé dans la chaîne macromoléculaire peut être stimulé par la fonction résiduelle hydroxy OH.This coloration is possible by virtue of the fact that the dye incorporated in the macromolecular chain can be stimulated by the residual hydroxyl function OH.
Les micelles obtenues ont été caractérisées par DDL, spectroscopie UV- visible et de fluorescence de manière à mettre en évidence le caractère amphiphile de ces copolymères diblocs PBA-£>-(PAA-steM3olorant).The micelles obtained were characterized by DDL, UV-visible spectroscopy and fluorescence so as to demonstrate the amphiphilic nature of these diblock copolymers PBA-> - (PAA-steM3olorant).
En DDL, les rayons hydrodynamiques des micelles formées ont pu être déterminés par interactions hydrophobes des « sticker » PBA variant entre 15 etIn DDL, the hydrodynamic radii of the micelles formed could be determined by hydrophobic interactions of the "sticker" PBA varying between 15 and
40 nm à un pH = 7. Cette micellisation des copolymères amphiphiles peut également être déterminée par fluorescence en utilisant une sonde pyrène sensible à son environnement. Par la suite, le polymère est adsorbé sur des particules de mica de taille nano ou micrométrique pour créer des pigments en utilisant la même solution. Un exemple d'adsorption de copolymères diblocs amphiphiles PBA- b- (P AA- stat- Colorant) est représenté sur la Figure 6. Cette adsorption est réalisée par dispersion sous agitation magnétique des particules de mica vierge de taille micronique dans une solution aqueuse de copolymères à blocs amphiphiles de concentration 3% dont le pH a été ajusté de manière à obtenir la couleur désirée. Après un temps d'agitation variable compris entre 1 et 8h, les particules de mica sont récupérées par simple filtration et séchage. Les particules ainsi filtrées conservent la couleur de leur solution d'origine.40 nm at a pH = 7. This micellization of the amphiphilic copolymers can also be determined by fluorescence using a pyrene probe sensitive to its environment. Subsequently, the polymer is adsorbed on mica particles of nano or micron size to create pigments using the same solution. An example of adsorption of amphiphilic diblock copolymers PBA- b- (P AA-stat-dye) is shown in FIG. 6. This adsorption is carried out by dispersion with magnetic stirring of the micron-sized virgin mica particles in an aqueous solution of amphiphilic block copolymers of 3% concentration whose pH has been adjusted to obtain the desired color. After a variable agitation time of between 1 and 8 hours, the mica particles are recovered by simple filtration and drying. The particles thus filtered retain the color of their original solution.
Les pigments inorganiques/organiques obtenus à base de copolymères PBA-£>-(PAA-sfë/-Colorant) adsorbés sur des particules de mica ont été caractérisés notamment par TGA (Fig. 7) de manière en mettre en évidence le côté hybride de ces matériaux (particules/polymères) ainsi que par une technique de spectroscopie UV-Visible à l'état solide pour mettre en évidence les différents spectres d'adsorption en fonction du pH (Fig. 8). The inorganic / organic pigments obtained based on PBA-β- (PAA-sfc / -Colorant) copolymers adsorbed on mica particles have been characterized in particular by TGA (FIG.7) so as to highlight the hybrid side of these materials (particles / polymers) as well as by a UV-Visible solid-state spectroscopy technique to highlight the different adsorption spectra as a function of pH (Fig. 8).
REFERENCESREFERENCES
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(2) (a) Y. Gnanou, S. Robin, O. Guerret, J. L. Couturier, Polym Preprint, 41 , 1352, 2000 ; (b) D. Benoit, S. Grimaldi, S. Robin, J. P. Finet, P. Tordo and Y.Gnanou, J. Am. Chem. Soc, 122, 5929, 2000 (c) S. Grimaldi, J. P. Finet, F. LeMoigne, A. Zeghdaoui, P. Tordo, D. Benoit, M. Fontanille, Y. Gnanou, Macromolecules, 33, 1 141 , 2000(2) (a) Y. Gnanou, S. Robin, O. Guerret, J.L. Couturier, Polym Preprint, 41, 1352, 2000; (b) D. Benoit, S. Grimaldi, S. Robin, J. P. Finet, P. Tordo and Y. Gnanou, J. Am. Chem. Soc., 122, 5929, 2000 (c) S. Grimaldi, J. P. Finet, F. LeMoigne, A. Zeghdaoui, P. Tordo, D. Benoit, M. Fontanille, Y. Gnanou, Macromolecules, 33, 1 141, 2000
(3) J. -L. Couturier, O. Guerret, D. Bertin, D. Gigmes, M. S., P. Tordo, F. Chauvin, P. -E. Dufils, French Patent 2004 014926, 2004. (4) (a) J. Parvole, J. P. Montfort, L. Billon, Polymer International, 51 , 1 1 1 1 , 2002 ; (b) J. Parvole, G. Lamelle, C Guimon, J. François, L. Billon, Macromolecular Rapid Comm., 24, 18, 1074, 2003 ; (c) J. Parvole, J. P. Montfort, L Billon, Macromolecular Chem. and Physics, 205, 1369, 2004 ; (d) G. Lamelle, J. Parvole, J. François, L Billon Polymer, 45, 5013, 2004 ; (e) J. Parvole, G. Lamelle, A. Khoukh, L. Billon Macromol. Chem. and Physics, 206, 372, 2005(3) J. -L. Couturier, O. Guerret, D. Bertin, D. Gigmes, M. S., P. Tordo, F. Chauvin, P.E. Dufils, French Patent 2004 014926, 2004. (4) (a) J. Parvole, J. Montfort P., L. Billon, Polymer International, 51, 1 1 1 1, 2002; (b) J. Parvole, G. Lamelle, C. Guimon, J. Francois, L. Billon, Macromolecular Rapid Comm., 24, 18, 1074, 2003; (c) J. Parvole, J. P. Montfort, L. Billon, Macromolecular Chem. and Physics, 205, 1369, 2004; (d) G. Lamelle, J. Parvole, J. Francis, L Billon Polymer, 45, 5013, 2004; (e) J. Parvole, G. Lamelle, A. Khoukh, L. Billon Macromol. Chem. and Physics, 206, 372, 2005
(5) R. Inoubli, S. Dagréou, F. Roby, A. Khoukh, J. Peyrelasse, L. Billon Polymer, 46, 2486, 2005(5) R. Inoubli, S. Dagréou, F. Roby, A. Khoukh, J. Peyrelasse, L. Billon Polymer, 46, 2486, 2005
(6) (a) L. Ghannam, H. Garay, M. Bacou, J. François, M. E. R. Shanahan, L. Billon Polymer, 45, 7035, 2004 ; (b) L. Ghannam, H. Garay, M. Bacou, J.(6) (a) L. Ghannam, H. Garay, M. Bacou, J. Francois, M. E. R. Shanahan, L. Billon Polymer, 45, 7035, 2004; (b) L. Ghannam, H. Garay, M. Bacou, J.
François, M. E. R. Shanahan, L Billon Chem. Mater., 17, 3837, 2005François, M. E. R. Shanahan, L Billon Chem. Mater., 17, 3837, 2005
(7) J. Parvole, J. P. Montfort, G. Reiter, O. Borisov, L. Billon, Polymer, 47, 972, 2006(7) J. Parvole, J. P. Montfort, G. Reiter, O. Borisov, L. Billon, Polymer, 47, 972, 2006
(8) (a) V. Datsyuk, C Guerret, S. Dagreou, L. Billon, J. C Dupin, E. Flahaut, A. Peigney, C Laurent Carbon, 43, 873, 2005 ; (b) L. Billon, V. Datsyuk, C Guerret, O. Guerret, Brevet "Matériaux composites à base de nanotubes de carbone et matrice polymères et leurs procédés d'obtention" déposé en copropriété le 1 1 Mai 2004, dans le cadre de l'accord cadre Total-CNRS.(8) (a) V. Datsyuk, C. Guerret, S. Dagreou, L. Billon, J. C. Dupin, E. Flahaut, A. Peigney, C. Laurent Carbon, 43, 873, 2005; (b) L. Billon, V. Datsyuk, C Guerret, O. Guerret, Patent "Composite Materials Based on Carbon Nanotubes and Polymer Matrix and Their Processes for Obtaining" Co-owned on May 1, 2004, as part of the Total-CNRS framework agreement.
(9) K. Karaky, S. Reynaud, L. Billon, J. François, Y. Chreim, J. Polym. Science Part A : Polymer Chemistry, 43, 5186, 2005(9) K. Karaky, S. Reynaud, L. Billon, J. Francis, Y. Chreim, J. Polym. Science Part A: Polymer Chemistry, 43, 5186, 2005
(10) G. Lamelle, J. François, L Billon, Macromol. Rapid Commun., 25,1839, 2004(10) G. Lamelle, J. François, L Billon, Macromol. Rapid Commun., 25, 1839, 2004
(1 1 ) (a) K. Karaky, E. Père, C. Pouchan, H. Garay, A. Khoukh, J. François, J. Desbrieres, L. Billon, New Journal of chemistry, DOI : 10.1039/B515879f, 2006 ; (b) K. Karaky, E. Père, C. Pouchan, J. Desbrieres, C. Derail, L. Billon, Soft Matter, 2, 770, 2006. K., (c) Karaky, L. Billon, C. Pouchan, J. Desbrieres, Macromolecules, 40, 458, 2007 ; (d) K. Karaky, G. Clisson, G. Reiter, L. Billon, Macro Chem Phys, 209. 715, 2008. (1) (a) K. Karaky, E.Pres, C. Pouchan, H.Garay, A.Khoukh, J.Francois, J.Debbrieres, L.Billon, New Journal of Chemistry, DOI: 10.1039 / B515879f, 2006; (b) K. Karaky, E. Puce, C. Pouchan, J. Desbrieres, C. Derail, L. Billon, Soft Matter, 2, 770, 2006. K., (c) Karaky, L. Billon, C. Pouchan, J. Desbrieres, Macromolecules, 40, 458, 2007; (d) K. Karaky, G. Clisson, G. Reiter, L. Billon, Macro Chem Phys, 209. 715, 2008.

Claims

REVENDICATIONS
1. Copolymères amphiphiles comprenant au moins un groupe colorant, comprenant - une extrémité hydrophobe liée par liaison covalente à une chaîne comprenant des monomères hydrophiles et hydrophobes, lesdits monomères étant liés entre eux par liaison covalente, et assemblés de façon statistique, en blocs ou en gradient hydrophile, lesdits copolymères étant caractérisés en ce que lesdites unités hydrophiles comprennent au moins un groupe colorant.Amphiphilic copolymers comprising at least one dye group, comprising a hydrophobic end linked by covalent bonding to a chain comprising hydrophilic and hydrophobic monomers, said monomers being linked together by covalent bonding, and assembled in a statistical manner, in blocks or in hydrophilic gradient, said copolymers being characterized in that said hydrophilic units comprise at least one dye group.
2. Copolymères amphiphiles selon la revendication 1 tels que ladite extrémité hydrophobe comprend un amorceur, ou un fragment d'un tel amorceur, et au moins un polymère hydrophobe.Amphiphilic copolymers according to claim 1, such that said hydrophobic end comprises an initiator, or a fragment of such an initiator, and at least one hydrophobic polymer.
3. Copolymères amphiphiles selon la revendication 2 tels que ledit amorceur est choisi parmi les amorceurs de polymérisation PRC par voie NMP.3. Amphiphilic copolymers according to claim 2, wherein said initiator is chosen from NMP PRC polymerization initiators.
4. Copolymères amphiphiles selon la revendication 2 ou 3 tel que ledit amorceur est un amorceur de type azoïque.Amphiphilic copolymers according to claim 2 or 3, wherein said initiator is an azo initiator.
5. Copolymères amphiphiles selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4 tels que ledit monomère hydrophobe est choisi parmi les acrylates et méthacrylates à basse température de transition vitreuse (TG) ou les monomères vinyliques.5. Amphiphilic copolymers according to any one of claims 2, 3 or 4 such that said hydrophobic monomer is selected from acrylates and methacrylates low glass transition temperature (TG) or vinyl monomers.
6. Copolymères amphiphiles selon l'une quelconque des revendications précédentes tels que lesdits monomères hydrophiles sont choisis parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, les acrylamides, méthacrylamides, les acrylates de polyalkylèneglycol et les méthacrylates de polyalkylèneglycol dans lesquels la chaîne polyalkylèneglycol comprend jusqu'à 100 unités d'alkylèneglycol et où le groupe alkylène est en C2 ou C3 (éthylène ou propylèneglycol). Amphiphilic copolymers according to any one of the preceding claims, wherein said hydrophilic monomers are selected from acrylic acid, methacrylic acid, acrylamides, methacrylamides, polyalkylene glycol acrylates and polyalkylene glycol methacrylates in which the polyalkylene glycol chain comprises up to 100 units of alkylene glycol and wherein the alkylene group is C2 or C3 (ethylene or propylene glycol).
7. Copolymères amphiphiles selon l'une quelconque des revendications précédentes tels que ledit groupe colorant est choisi parmi les groupes colorants pH-sensibles, photosensibles ou thermochromes.7. Amphiphilic copolymers according to any one of the preceding claims, wherein said coloring group is chosen from pH-sensitive, photosensitive or thermochromic dye groups.
8. Copolymères amphiphiles selon l'une quelconque des revendications précédentes, tels que ledit colorant est un colorant pH-sensible.Amphiphilic copolymers according to any one of the preceding claims, such that said dye is a pH-sensitive dye.
9. Procédé de préparation d'un copolymère amphiphile selon l'une quelconque des revendications précédentes par polymérisation radicalaire contrôlée, par l'intermédiaire de dérivé nitroxyle (NMP).9. Process for preparing an amphiphilic copolymer according to any one of the preceding claims by controlled radical polymerization, via nitroxyl derivative (NMP).
10. Procédé selon la revendication 9 comprenant : i) l'étape de préparation d'un macroamorceur par polymérisation d'un ou plusieurs monomères hydrophobes en présence d'un amorceur ou d'un fragment radicalaire de celui-ci, et d'un dérivé nitroxyle, ledit amorceur et dérivé nitroxyle pouvant être une seule et même molécule; ii) l'arrêt de cette étape ; iii) l'étape de (co)polymérisation entre de ledit macroamorceur et un ou plusieurs monomères hydrophiles et éventuellement hydrophobes.The method of claim 9 comprising: i) the step of preparing a macroinitiator by polymerizing one or more hydrophobic monomers in the presence of an initiator or a radical moiety thereof, and a nitroxyl derivative, said initiator and nitroxyl derivative being able to be one and the same molecule; ii) stopping this step; iii) the (co) polymerization step between said macro-initiator and one or more hydrophilic and optionally hydrophobic monomers.
1 1. Procédé selon la revendication 9 ou 10 tel que l'amorceur ou le fragment radicalaire de celui-ci sont comme définis selon l'une quelconque des revendications 2 à 4.The method of claim 9 or 10 wherein the initiator or radical moiety thereof is as defined in any one of claims 2 to 4.
12. Procédé selon la revendication 9, 10 ou 1 1 , tel que le dérivé nitroxyle est choisi parmi les dérivés d'alkoxyamine.12. The method of claim 9, 10 or 1 1, such that the nitroxyl derivative is selected from alkoxyamine derivatives.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 tel que ledit dérivé nitroxyle est le SG1 de formule :
Figure imgf000023_0001
ou ses dérivés capables de former l'espèce radicalaire SG1.
13. Process according to any one of claims 9 to 12, wherein said nitroxyl derivative is SG1 of formula:
Figure imgf000023_0001
or its derivatives capable of forming the radical species SG1.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 tel que l'étape i) est réalisée avec un rapport de la concentration en monomère hydrophobe sur la concentration en amorceur ou fragment de celui-ci compris entre 50 à 2000.14. Process according to any one of claims 9 to 13, such that step i) is carried out with a ratio of the concentration of hydrophobic monomer to the concentration of initiator or fragment thereof between 50 to 2000.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 tel que l'étape i) est réalisée avec un excès de dérivé nitroxyle par rapport à l'amorceur ou fragment de celui-ci.15. A process according to any one of claims 9 to 14 such that step i) is carried out with an excess of nitroxyl derivative relative to the initiator or fragment thereof.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15 comprenant en outre une étape d'isolation du macroamorceur obtenu à l'issue des étapes i) et ii) avant de mettre en œuvre l'étape iii).16. A method according to any one of claims 9 to 15 further comprising a step of isolating the macroinitiator obtained after steps i) and ii) before implementing step iii).
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 16 tel que l'étape iii) est réalisée avec un excès de monomère hydrophile et éventuellement hydrophobe par rapport au macroamorceur.17. Method according to any one of claims 9 to 16 such that step iii) is carried out with an excess of hydrophilic monomer and optionally hydrophobic relative to the macroinitiator.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 17 tel que le colorant est en défaut par rapport au monomère hydrophile et éventuellement hydrophobe.18. A method according to any one of claims 9 to 17 such that the dye is in default with respect to the hydrophilic monomer and optionally hydrophobic.
19. Copolymère amphiphile susceptible d'être obtenu selon l'une quelconque des revendications 10 à 18.19. Amphiphilic copolymer obtainable according to any one of claims 10 to 18.
20. Milieu dispersé comprenant au moins un copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 20. Dispersed medium comprising at least one copolymer according to any one of claims 1 to 8.
21. Procédé de préparation d'un milieu dispersé selon la revendication 20 par mise en suspension desdits copolymères dans le milieu considéré.21. A process for preparing a dispersed medium according to claim 20 by suspending said copolymers in the medium in question.
22. Pigment comprenant un substrat organique ou inorganique sur lequel un copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 est adsorbé.22. Pigment comprising an organic or inorganic substrate on which a copolymer according to any one of claims 1 to 8 is adsorbed.
23. Pigment selon la revendication 22 tel que ledit substrat est choisi parmi la silice, la silice colloïdale, le mica, les substrats plats de silicium, les nanotubes de carbone, les cyclodextrines.23. Pigment according to claim 22, wherein said substrate is selected from silica, colloidal silica, mica, silicon flat substrates, carbon nanotubes, cyclodextrins.
24. Procédé de préparation d'un pigment selon la revendication 22 comprenant:The process for preparing a pigment of claim 22 comprising:
- l'étape de préparation d'un milieu dispersé selon la revendication 21 ,the step of preparing a dispersed medium according to claim 21,
- la mise en suspension dans le milieu dispersé dudit substrat, et - la filtration et séchage des particules en suspension.suspending the dispersed medium in said substrate, and filtering and drying the particles in suspension.
25. Procédé selon la revendication 24 comprenant en outre l'étape d'ajustement de la couleur désirée dudit milieu préalablement à la mise en suspension dudit substrat. The method of claim 24 further comprising the step of adjusting the desired color of said medium prior to suspending said substrate.
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