專利名稱：一種單分散聚合物微球的低溫合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種單分散聚合物微球的低溫合成方法。
背景技術(shù)：
聚合物功能微球廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)藥、電子信息、涂料油墨、層析分離等領(lǐng)域。近年來(lái)隨著生物醫(yī)藥領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)聚合物微球的制備技術(shù)提出了更高要求。聚合物微球可以通過(guò)乳液聚合法、小乳液聚合法、微乳液聚合法、分散聚合法、沉淀聚合法、懸浮聚合法等方法制備。其中分散聚合法是一種常用的微球制備方法，相對(duì)于其它方法，其主要優(yōu)勢(shì)是可得到從納米級(jí)至微米級(jí)的微球，而且所得微球非常均勻。目前分散聚合主要采取熱引發(fā)聚合的形式，為了使引發(fā)劑在受熱下分解，合成溫度通常在60°C以上，而且反應(yīng)時(shí)間一般長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)。由于在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用中常常涉及多肽及蛋白質(zhì)等不耐溫成份，這些成份在長(zhǎng)時(shí)間受熱下容易發(fā)生變性失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱引發(fā)聚合造成的多肽及蛋白質(zhì)等不耐溫成份在長(zhǎng)時(shí)間受熱下容易發(fā)生變性失效的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，包括步驟I)將自由基聚合單體、穩(wěn)定分散劑、可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT、光引發(fā)劑溶解于反應(yīng)介質(zhì)中；2)通入氮?dú)獬鹾?，攪拌狀態(tài)下，在O 90°C下光照反應(yīng)，制得所述單分散聚合物微球。所述自由基聚合單體為任意可以發(fā)生自由基聚合的單體，反應(yīng)溫度優(yōu)選為10 40。。。本發(fā)明所采用的可控/ “活性”自由基聚合為可逆加成-斷裂-鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合，英文為 Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization,簡(jiǎn)稱RAFT聚合，RAFT聚合中所需的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT，其化學(xué)通式為
SS
IiIi
ZX、S-RR 廠 SzC、S-R2
二硫代甲酸釀三硫代甲酸酯其中，R、Rl和R2稱為離去基團(tuán)，Z為活化基團(tuán)。典型的離去基團(tuán)包括烷基，
CH3 /^X ^h3 H3 ^9 H3
Qr'ho_c1h: ηο—；典型的活化基團(tuán)包括芳基、胺基、烷氧基等。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述自由基聚合單體為丙烯酸酯類單體、甲基丙烯酸酯類單體、丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯及其衍生物、甲基苯乙烯及其衍生物以及乙烯基類單體中的任意一種；所述自由基聚合單體重量百分濃度占所述反應(yīng)介質(zhì)的2 40%。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述自由基聚合單體重量百分濃度占所述反應(yīng)介質(zhì)的5 20%。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選，所述自由基聚合單體重量百分濃度占所述反應(yīng)介質(zhì)的10 15%。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT為二硫代甲酸酯或三硫代甲酸酯類化合物，其相對(duì)于所述自由基聚合單體的重量百分含量為O. I 5. O %。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT相對(duì)于所述自由基聚合單體的重量百分含量為O. 25 1.0%。所述光引發(fā)劑為普通的商品化自由基光引發(fā)劑，現(xiàn)有的已商品化自由基光引發(fā)劑都適用于本發(fā)明。光引發(fā)劑的用量不受特別限制，可根據(jù)實(shí)際情況選用合適的用量，例如，對(duì)于Darocur 1173，其用量相對(duì)于單體的重量百分含量可以是O. 5-5 %，更優(yōu)選是1_3 %。除此之外，還可以采用適用于(甲基)丙烯酰氧基的交聯(lián)反應(yīng)的其他公知的光引發(fā)劑。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述光引發(fā)劑為α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮(又稱α, α - 二甲基苯偶?？s酮，Ciba公司商品名為Irgacure651) ;2_輕基_2_甲基_1_苯基丙酮-I (Ciba公司商品名為Darocur 1173) ; I-輕基-環(huán)己基苯酮(Ciba公司商品名為Irgacurel84) ；2~甲基_1-[4_甲巰基苯基]-2_嗎啉丙酮_1 (Ciba公司商品名為Irgacure907) ；2-苯基_2_ 二甲氨基-1-(4-嗎啉苯基)_ 丁酮-I (Ciba公司商品名為Irgacure369) ;2，4，6_三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦(TPO);苯基雙(2，4，6_三甲基苯甲?；?氧化膦(BAPO)中的任意一種。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述反應(yīng)時(shí)間為I 24小時(shí)，反應(yīng)時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格限制，為達(dá)到90%以上的單體轉(zhuǎn)化率，優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)以上。當(dāng)然也可以對(duì)反應(yīng)制得的單分散聚合物微球進(jìn)行后處理，所述后處理是按常規(guī)分散聚合產(chǎn)物后處理的方法進(jìn)行后處理。本發(fā)明所涉及的分散聚合就是現(xiàn)行廣泛采用的分散聚合技術(shù)，除了因引入光引發(fā)技術(shù)和可控/ “活性”自由基聚合機(jī)理而需要加入光引發(fā)劑和可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT，對(duì)分散介質(zhì)、分散穩(wěn)定劑等原材料沒(méi)有特殊要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何選擇合適的分散聚合介質(zhì)和穩(wěn)定劑等原料。在進(jìn)行所述光引發(fā)反應(yīng)時(shí)，可根據(jù)所采用的引發(fā)劑選用紫外線燈例如中高壓汞燈、金屬鹵素?zé)?、無(wú)極燈、LED光源等常見的設(shè)備或可見光對(duì)上述體系進(jìn)行照射，從而引發(fā)反應(yīng)。因此該聚合反應(yīng)非常簡(jiǎn)便，易于實(shí)施。由于采用了上述技術(shù)方案，一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，包括步驟1)將自由基聚合單體、穩(wěn)定分散劑、可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT、光引發(fā)劑溶解于反應(yīng)介質(zhì)中；2)通入氮?dú)獬鹾?，攪拌狀態(tài)下，在O 90°C下光照反應(yīng)，制得所述單分散聚合物微球；本發(fā)明在光分散聚合的基礎(chǔ)上，引入可控/ “活性”自由基聚合機(jī)理，通過(guò)加入自由基聚合的控制試劑，使原來(lái)速度過(guò)快的光聚合得到減慢，從而獲得高度單分散聚合物微球，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱引發(fā)聚合造成的多肽及蛋白質(zhì)等不耐溫成份在長(zhǎng)時(shí)間受熱下容易發(fā)生變性失效的問(wèn)題；采用的可控/ “活性”自由基聚合為可逆加成-斷裂-鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合，英文為 Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization,簡(jiǎn)稱 RAFT聚合，RAFT聚合是一種成熟的可控/ “活性”自由基聚合，這種聚合方法的關(guān)鍵是在普通自由基聚合體系中加入一種可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT，通過(guò)RAFT的控制，聚合物鏈長(zhǎng)隨單體轉(zhuǎn)化率增長(zhǎng)而線性增長(zhǎng)，最后得到分子量分布較窄的聚合物，本發(fā)明的原理是利用這一機(jī)理控制分子鏈的增長(zhǎng)，避免在光分散聚合中過(guò)早過(guò)快形成長(zhǎng)鏈聚合物，從而達(dá)到對(duì)成核期的有效控制。原理上，其它具有可控/ “活性”特征的聚合方法如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)都可用于控制成核期，但RAFT聚合具有更廣泛的單體普適性，可用于制備多種聚合物微球。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施一幾種逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT的化學(xué)結(jié)構(gòu)；圖2為本發(fā)明實(shí)施一所得產(chǎn)物的SEM圖；圖3為本發(fā)明比較例所得產(chǎn)物的SEM圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施二所得產(chǎn)物的SEM圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施三所得產(chǎn)物的SEM圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施四所得產(chǎn)物的SEM圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施五所得產(chǎn)物的SEM圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施六所得產(chǎn)物的SEM圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于，包括步驟I)將自由基聚合單體、穩(wěn)定分散劑、可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT、光引發(fā)劑溶解于反應(yīng)介質(zhì)中；2)通入氮?dú)獬鹾?，攪拌狀態(tài)下，在O 90°C下光照反應(yīng)，制得所述單分散聚合物微球。實(shí)施例一如圖I和圖2所示，把質(zhì)量比為40/60的乙醇/水混合物作為反應(yīng)介質(zhì)置于石英反應(yīng)器中，然后把10% (相對(duì)于反應(yīng)介質(zhì))甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體、15%聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)穩(wěn)定劑、O. 5%可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT(BDMAT)、2%的2-羥基-2-甲基-I-苯基丙酮-I (Ciba公司商品名為Darocurl 173)光引發(fā)劑溶解于反應(yīng)介質(zhì)中。反應(yīng)混合物通入氮?dú)?5分鐘以驅(qū)除其中的氧氣，然后密封。在磁力攪拌下，用波長(zhǎng)為365nm的LED光源(功率3瓦)從反應(yīng)器頂部照射反應(yīng)混合物3小時(shí)，然后關(guān)閉光源。反應(yīng)產(chǎn)物用離心機(jī)沉淀，移去清液，用與反應(yīng)介質(zhì)相同比例的乙醇/水混合物(40/60)沖洗數(shù)次，然后在60°C真空烘箱中干燥24小時(shí)。產(chǎn)率為93%。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物形態(tài)，為均勻球形，從SEM圖片中統(tǒng)計(jì)所有微球所得的數(shù)均直徑(Dn)為O. 80m，標(biāo)準(zhǔn)差率(CV)為
I.45。該實(shí)施例得到PMMA均勻微球。比較例如圖3所示，作為比較，在該比較例中不加入任何可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT，其余組分及含量與實(shí)施例I相同。該比較例光照時(shí)間為I小時(shí)，其余反應(yīng)條件和步驟與實(shí)施例I相同。所得產(chǎn)率為95%。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物形態(tài)，為非均勻球形，從SEM圖片中統(tǒng)計(jì)所有微球所得的重均直徑(Dw)為I. 18m，標(biāo)準(zhǔn)差率(CV)為6. 21?！?shí)施例二如圖4所示，該實(shí)施例采用的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT(BDMAT)的濃度為
O.25%，其余試劑及其用量、以及實(shí)施步驟與實(shí)施例I相同。所得產(chǎn)率為95%。用SEM觀察產(chǎn)物形態(tài)，為均勻球形，從SEM圖片中統(tǒng)計(jì)所有微球所得的重均直徑(Dw)為I. 00m，標(biāo)準(zhǔn)差率(CV)為 I. 61。實(shí)施例三如圖5所示，該實(shí)施例采用的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT (BDMAT)的濃度為
O.75%，其余試劑及其用量、以及實(shí)施步驟與實(shí)施例I相同。所得產(chǎn)率為95%。用SEM觀察產(chǎn)物形態(tài)，為均勻球形，從SEM圖片中統(tǒng)計(jì)所有微球所得的重均直徑(Dw)為O. 82m，標(biāo)準(zhǔn)差率(CV)為 I. 32。實(shí)施例四如圖6所示，該實(shí)施例采用的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT為DDMAT (化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1)，濃度為0.5%，其余試劑及其用量、以及實(shí)施步驟與實(shí)施例I相同。所得產(chǎn)率為90%。用SEM觀察產(chǎn)物形態(tài)，為均勻球形，從SEM圖片中統(tǒng)計(jì)所有微球所得的重均直徑(Dw)為I. 09m，標(biāo)準(zhǔn)差率(CV)為I. 12。實(shí)施例五如圖7所示，該實(shí)施例采用的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT為EDMAT (化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1)，濃度為0.5%，其余試劑及其用量、以及實(shí)施步驟與實(shí)施例I相同。所得產(chǎn)率為93%。用SEM觀察產(chǎn)物形態(tài)，為均勻球形，從SEM圖片中統(tǒng)計(jì)所有微球所得的重均直徑(Dw)為I. 10m，標(biāo)準(zhǔn)差率(CV)為O. 87。實(shí)施例六如圖8所示，該實(shí)施例采用的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT為DDMAT(化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1)，濃度為0.5% ;單體采用甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)，濃度為10% ;光引發(fā)劑Darocur1173濃度為3%，其余試劑及其用量、以及實(shí)施步驟與實(shí)施例I相同。所得產(chǎn)率為91%。用SEM觀察產(chǎn)物形態(tài)，為均勻球形，從SEM圖片中統(tǒng)計(jì)所有微球所得的重均直徑(Dw)為O. 90m，標(biāo)準(zhǔn)差率(CV)為O. 78。該實(shí)施例得到PGMA均勻微球。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于，包括步驟 1)將自由基聚合單體、穩(wěn)定分散劑、可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT、光引發(fā)劑溶解于反應(yīng)介質(zhì)中； 2)通入氮?dú)獬鹾螅瑪嚢锠顟B(tài)下，在O 90°C下光照反應(yīng)，制得所述單分散聚合物微球。
2.如權(quán)利要求I所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述自由基聚合單體為任意可以發(fā)生自由基聚合的單體。
3.如權(quán)利要求2所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述自由基聚合單體為丙烯酸酯類單體、甲基丙烯酸酯類單體、丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯及其衍生物、甲基苯乙烯及其衍生物以及乙烯基類單體中的任意一種；所述自由基聚合單體重量百分濃度占所述反應(yīng)介質(zhì)的2 40%。
4.如權(quán)利要求3所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述自由基聚合單體重量百分濃度占所述反應(yīng)介質(zhì)的5 20%。
5.如權(quán)利要求4所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述自由基聚合單體重量百分濃度占所述反應(yīng)介質(zhì)的10 15%。
6.如權(quán)利要求I所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT為二硫代甲酸酯或三硫代甲酸酯類化合物，其相對(duì)于所述自由基聚合單體的重量百分含量為O. I 5. O %。
7.如權(quán)利要求6所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT相對(duì)于所述自由基聚合單體的重量百分含量為O. 25 I. O %。
8.如權(quán)利要求I所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述光引發(fā)劑為普通的商品化自由基光引發(fā)劑。
9.如權(quán)利要求8所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述光引發(fā)劑為α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮；2_羥基_2_甲基-丨-苯基丙酮-丨；1_羥基-環(huán)己基苯酮；2_甲基-1-[4_甲巰基苯基]-2_嗎啉丙酮-I ;2_苯基-2- 二甲氨基-1-(4-嗎啉苯基)-丁酮-I ;2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦；苯基雙(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧化膦中的任意一種。
10.如權(quán)利要求I所述的一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，其特征在于所述反應(yīng)時(shí)間為I 24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種單分散聚合物微球的低溫合成方法，包括步驟1)將自由基聚合單體、穩(wěn)定分散劑、可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑RAFT、光引發(fā)劑溶解于反應(yīng)介質(zhì)中；2)通入氮?dú)獬鹾螅瑪嚢锠顟B(tài)下，在0～90℃下光照反應(yīng)，制得所述單分散聚合物微球；本發(fā)明在光分散聚合的基礎(chǔ)上，引入可控/“活性”自由基聚合機(jī)理，通過(guò)加入自由基聚合的控制試劑，使原來(lái)速度過(guò)快的光聚合得到減慢，從而獲得高度單分散聚合物微球，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱引發(fā)聚合造成的多肽及蛋白質(zhì)等不耐溫成份在長(zhǎng)時(shí)間受熱下容易發(fā)生變性失效的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C08F2/38GK102718894SQ20121022031
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者陳智 申請(qǐng)人:北京智生陽(yáng)光新材料科技發(fā)展有限公司