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