CN102212177B - 表面亲水性的多孔树脂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类表面亲水性的多孔树脂，这类树脂是由非水溶性的单烯单体、双烯或多烯交联剂、致孔剂和自由基引发剂所组成的油相，在带有双键的聚乙烯醇的水溶液作为水相中进行悬浮聚合，将聚合所得的树脂中的致孔剂去除后得到的多孔树脂。由于树脂表面为亲水性的，这类树脂具有很好的血液相容性。
Description
【技术领域】
本发明涉及多孔树脂，具体地说是表面亲水性的多孔树脂，此类树脂具有好的血液相容性。
【技术背景】
多孔树脂也称大孔树脂，一般是指珠状或粒状的多孔性交联聚合物。多孔树脂最常用的合成方法是由非水溶性的单烯基单体、含有2个或2个以上烯基的交联剂、致孔剂和自由基引发剂组成的油相分散于含有分散剂的水相中进行悬浮自由基聚合，然后将致孔剂抽提掉后得到的多孔性的聚合物。常用的分散剂包括聚乙酸乙烯酯部分水解得到的聚乙烯醇、明胶等。在聚合过程中，经过搅拌使油相变成小油珠分散于水相中，分散剂的疏水部分吸着于油珠表面，而分散剂的亲水部分伸展于水相中，起到分散稳定油珠的作用。聚合完成后通过水洗涤将物理吸着的分散剂去掉，然后用有机溶剂提取或淋洗将致孔剂去除后树脂内留下孔。多孔树脂用作水介质中的吸附的吸附剂时，一般使用非极性到中极性的聚合物骨架的多孔树脂，可以吸附水中非极性到中进行的物质。多孔树脂广泛应用于血液灌流中(雷海波，高保娇.血液灌流用高分子吸附材料的研究进展.中北大学学报(自然科学版)，2007,28(3)，241-245；魏斌，袁直，何炳林.血液灌流治疗高胆红素血症的研究进展.高分子通报1997,(2)，102-108)，血液灌流是将血液引出体外，利用特殊的吸附剂如多孔树脂吸附除去有毒物质后，再返回体内。是一种适应性广、治疗成本低，发展前景好的血液净化疗法。临床上用于抢救重症药物中毒，也用于治疗许多慢性、顽固性和疑难疾病，如血液灌流在脓毒血症、肺间质疾病和急性肺损失、尿毒症、系统性红斑狼疮、重型肝炎等疾病的治疗上都有很好的效果。当非极性到中极性的多孔树脂用于血液灌流时，其疏水性的表面使其血液相容性较差，如表面吸附血液中的蛋白质、使蛋白质变性进而产生免疫反应、使红血球、白血球和血小板减少等。通过用亲水性的合成聚合物或天然聚合物在多孔树脂表面包膜可以解决多孔树脂血液相容性很差的问题(潘继伦，童明容，陈长治，俞耀庭.高吸附量树脂去除胆汁酸的研究.离子交换与吸附1994,10，55-60；Nakayi，S.；Hayashi，N.Bilirubin Adsorption Column Medisorba BL-300，Ther.Apheresis Dial.2003,7，98-103)。但这种物理包膜存在包膜较厚因而显著降低吸附树脂的吸附动力学性能、包膜易脱落、不易规模化生产等缺点。
【发明内容】
本发明的目的正是针对上述多孔树脂作为血液灌流吸附剂时的缺点，发明了一种表面亲水的多孔树脂及其制备方法，这种多孔树脂具有共价连接的单层亲水性表面包膜、制备方法简单和易规模化生产的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以带有双键的聚乙烯醇作为分散剂进行自由基悬浮聚合制备多孔树脂，其制备方法与上述在【技术背景】中描述的已有的通过悬浮聚合方法合成多孔树脂的制备方法相同，只是用带有双键的聚乙烯醇代替普通的部分水解的聚乙烯醇作为分散剂。在聚合过程中，附着于由单体(包括交联剂)和致孔剂形成的油珠表面的带有双键的聚乙烯醇上的双键与油珠中靠近表面的单体发生共聚合，因此聚合完成后聚乙烯醇共价附着于树脂的表面，即形成亲水性的薄膜。
带有双键的聚乙烯醇是在聚乙烯醇链上部分羟基通过酯键或醚键连接双键，其结构包括但不限于如下的结构式：
上面结构中聚乙烯醇的聚合度即m+n＝100～3000，取代度即n/(m+n)＝5％～20％。
合成多孔树脂所用的交联剂可以是任何可进行自由基聚合且不溶于或微溶于水的含有2个或2个以上烯基的化合物，包括但不限于二乙烯苯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、双丙烯酸乙二醇酯、衣康酸二烯丙基酯，异氰酸三烯丙基酯、1，3，5-三聚氰酸三烯丙基酯；单烯单体可以是任何可进行自由基聚合且不溶于或微溶于水的单烯化合物，包括但不限于苯乙烯、氯甲基苯乙烯、丙烯酸酯(如甲酯、乙酯、丁酯、已酯、辛酯、缩水甘油酯等)、甲基丙烯酸酯(如甲酯、乙酯、丁酯、已酯、辛酯、缩水甘油酯等)、丙烯腈、乙酸乙烯酯；致孔剂可以是任何不溶于或微溶于水的不参与或不影响自由基聚合的有机化合物，包括但不限于芳香烃(如甲苯、乙苯)、6个碳以上的烷烃(如己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、液体石蜡、固体石蜡)、溶剂汽油、4个碳以上的醇(如丁醇、戊醇、己醇、十二碳烷醇等)、4个碳以上的醚(如丁醚)、6个碳以上的酯(如乙酸丁酯、丁酸乙酯等)；引发剂可以是任何油溶性自由基引发剂，包括但不限于偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰。悬浮聚合反应的水相为含有0.1％～1％的带有双键的聚乙烯醇(上面结构式的I、II、III或IV)的水溶液，油相是由单体(包括交联剂和单烯单体)、致孔剂和引发剂组成的溶液，单烯单体与交联剂的比例为0∶100～100∶6，单体与致孔剂的比例为1∶0.5～1∶2，单体与引发剂的比例为100∶0.5～100∶2。其中交联剂可以是上述的交联剂中的一种或几种，单烯单体可以是上述的单烯单体的一种或几种，致孔剂可以上述的致孔剂的一种或几种，引发剂可以是偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。经搅拌、升温进行悬浮聚合，聚合完成后用适当的溶剂淋洗或提取所得树脂，将树脂中的致孔剂去除，得到了表面共价附着亲水性聚乙烯醇的多孔树脂。
本发明通过一步悬浮自由基聚合即可得到表面亲水性的多孔树脂，较现有的包膜树脂技术相比具有合成方法简便、合成成本低和易规模化生产的优点。本发明制备的多孔树脂由于其表面具有亲水性的聚乙烯醇，树脂具有很好的血液相容性。与普通多孔树脂相比，本发明所合成的树脂与血液接触时，血液中的主要成分白血球、红血球和血小板的破坏程度明显地低。
【具体实施方式】
下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的内容。应当理解，本发明的内容不应局限于实施例的范围，本发明的保护范围由所附权利要求书的范围确定。
实施例1
含双键聚乙烯醇(I)的制备：将1克聚乙烯醇(聚合度为500水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，然后加入0.2克4-二甲基氨基吡啶和2克N，N-二异丙基碳二亚胺，最后加入0.6克丙烯酸，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中不断搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(I)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为15.5％。
实施例2
含双键聚乙烯醇(I)的制备：将1克聚乙烯醇(聚合度为1700水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，然后加入0.2克4-二甲基氨基吡啶和2克N，N-二异丙基碳二亚胺，最后加入0.8克丙烯酸，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中不断搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(I)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为10.5％。
实施例3
含双键聚乙烯醇(II)的制备：将2克聚乙烯醇(聚合度为200水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，然后加入0.1克4-二甲基氨基吡啶和2克N，N-二异丙基碳二亚胺，最后加入0.5克甲基丙烯酸，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中不断搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(II)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为5.5％。
实施例4
含双键聚乙烯醇(II)的制备：将1克聚乙烯醇(聚合度为1700水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，然后加入0.2克4-二甲基氨基吡啶和2克N，N-二异丙基碳二亚胺，最后加入1克甲基丙烯酸，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中不断搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(II)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为11.2％。
实施例5
含双键聚乙烯醇(III)的制备：将1克聚乙烯醇(聚合度为500水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，加入0.5克4-二甲基氨基吡啶，然后加入0.7克丙烯酸缩水甘油酯，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中剧烈搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(III)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为19.6％。
实施例6
含双键聚乙烯醇(III)的制备：将1克聚乙烯醇(聚合度为2600水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，加入0.5克4-二甲基氨基吡啶，然后加入0.4克丙烯酸缩水甘油酯，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中不断搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(III)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为10.1％。
实施例7
含双键聚乙烯醇(IV)的制备：将1克聚乙烯醇(聚合度为500水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，加入0.5克4-二甲基氨基吡啶，然后加入0.4克甲基丙烯酸缩水甘油酯，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中不断搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(IV)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为9.8％。
实施例8
含双键聚乙烯醇(IV)的制备：将1克聚乙烯醇(聚合度为1700水解度为99％)溶于15毫升二甲基亚砜中，加入0.5克4-二甲基氨基吡啶，然后加入0.5克甲基丙烯酸缩水甘油酯，室温搅拌反应24小时。将反应液滴加到150毫升丙酮中，滴加过程中不断搅拌，有沉淀形成，过滤收集沉淀，真空干燥，得到带有双键的聚乙烯醇(IV)。通过核磁共振谱的双键所连接的质子峰(5.5～6.7ppm)和聚乙烯醇主链上与氧相连的碳上的质子峰(4.2～4.7ppm)的积分可计算得到的取代度[n/(m+n)]为10.5％。
实施例9
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.1克实施例1所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括8克二乙烯苯(含量为55.4％)、2克苯乙烯、6.7克液体石蜡、13.3克甲苯和0.1g过氧化苯甲酰。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到80℃，保温8小时；然后升温至90℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，自然晾干后置于索氏提取器中，用石油醚提取12h，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-1。
实施例10
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.8克实施例2所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括10克二乙烯苯(含量为55.4％)、10克苯乙烯、10克正庚烷和0.1g偶氮二异丁腈。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到70℃，保温8小时；然后升温至80℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-2。
实施例11
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.5克实施例3所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括7克双甲基丙烯酸乙二醇酯、3克甲基丙烯酸甲酯、7克正丁醇和0.05g偶氮二异丁腈。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到70℃，保温8小时；然后升温至80℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，自然晾干后置于索氏提取器中，用乙醇提取12h，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-3。
实施例12
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.2克实施例4所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括5克二乙烯苯(含量为55.4％)、5克甲基丙烯酸甲酯、5克正丁醇、5克甲苯和0.1g偶氮二异丁腈。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到70℃，保温8小时；然后升温至80℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，自然晾干后置于索氏提取器中，用乙醇提取12h，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-4。
实施例13
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.1克实施例5所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括4克二乙烯苯(含量为55.4％)、2克异氰酸三烯丙基酯、4克丙烯腈、10克甲苯和0.1g偶氮二异丁腈。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到70℃，保温8小时；然后升温至80℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，自然晾干后置于索氏提取器中，用乙醇提取12h，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-5。
实施例14
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.2克实施例6所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括3克异氰酸三烯丙基酯、7克乙酸乙烯酯、10克乙酸丁酯和0.1g偶氮二异丁腈。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到70℃，保温8小时；然后升温至80℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，自然晾干后置于索氏提取器中，用乙醇提取12h，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-6。
实施例15
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.2克实施例7所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括7克双甲基丙烯酸乙二醇酯、3克甲基丙烯酸辛酯、5克苯乙烯、5克正庚烷和0.1g偶氮二异丁腈。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到70℃，保温8小时；然后升温至80℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，自然晾干后置于索氏提取器中，用石油醚提取12h，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-7。
实施例16
多孔树脂的制备：在250mL的三口瓶中，将0.2克实施例8所得含双键聚乙烯醇溶于4毫升二甲基亚砜中，然后加入100毫升蒸馏水作为水相。油相包括10克二乙烯苯(含量为55.4％)、5克甲基丙烯酸缩水甘油酯、10克正庚烷、5克甲苯和0.1g偶氮二异丁腈。待油相加入水相后，调节搅拌速度使油珠大小合适，以0.5℃/min的速度升温到70℃，保温8小时；然后升温至80℃反应2小时，降温至室温。将所得树脂用水洗涤3次，自然晾干后置于索氏提取器中，用石油醚提取12h，所得树脂晾干后，真空干燥，得到多孔树脂，命名为树脂-8。
实施例17
血液相容性试验：将15毫升依次用酒精和纯水洗涤过的树脂装入已硅烷化的玻璃柱中，将含有625国际单位的肝素的50毫升新鲜健康人血以4毫升/分钟的流速循环流经树脂柱2小时。测定流经树脂柱前、后的血样中血小板、白血球和红血球计数，计算流经树脂柱后血小板、白血球和红血球数的保持率。结果见表1。同时测定了Amberlite XAD-4的血液相容性作为对比。
表1.血液与多孔树脂动态接触2小时后血液中主要3种成分的计数的保持率
Claims (9)
1.一种表面亲水性的多孔树脂的制备方法，其特征在于由不溶于或微溶于水的单烯单体、不溶于或微溶于水的双烯或多烯交联剂、不溶于或微溶于水且不参与或不影响自由基聚合的有机化合物作为致孔剂和油溶性自由基引发剂所组成的油相，在结构如下带有双键的聚乙烯醇中的任何一种的水溶液作为水相中进行悬浮聚合，将聚合所得的树脂中的致孔剂去除后得到所述的多孔树脂，
I：R′＝H；II：R′＝CH3
III：R″＝H；IV：R″＝CH3
其中聚乙烯醇的聚合度即m+n＝100～3000，取代度即n/(m+n)＝5％～20％。
2.按照权利要求1所述的多孔树脂的制备方法，其特征在于悬浮聚合的水相中的带有双键的聚乙烯醇的浓度为0.1％～1％。
3.按照权利要求1所述的多孔树脂的制备方法，其特征在于悬浮聚合的油相中的单烯单体是下列单体的一种或几种：
苯乙烯、氯甲基苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯。
4.按照权利要求1所述多孔树脂的制备方法，其特征在于悬浮聚合的油相中的交联剂是下列交联剂的一种或几种：
二乙烯苯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、双丙烯酸乙二醇酯、衣康酸二烯丙基酯，异氰酸三烯丙基酯、1，3，5-三聚氰酸三烯丙基酯。
5.按照权利要求1所述的多孔树脂的制备方法，其特征在于悬浮聚合的油相中的致孔剂是下列致孔剂的一种或几种：
甲苯、乙苯、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、液体石蜡、固体石蜡、溶剂汽油、丁醇、戊醇、己醇、十二碳烷醇、丁醚、乙酸丁酯、丁酸乙酯。
6.按照权利要求1所述的多孔树脂的制备方法，其特征在于悬浮聚合的油相中的自由基引发剂是偶氮二异丁腈或者过氧化苯甲酰。
7.按照权利要求1所述的多孔树脂的制备方法，其特征在于油相中单烯单体与交联剂的比例为0∶100～100∶6，单体与致孔剂的比例为1∶0.5～1∶2，单体与引发剂的比例为100∶0.5～100∶2。
8.按照权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5、权利要求6或权利要求7所述的制备的表面亲水性的多孔树脂，其特征在于多孔树脂的表面共价附着亲水性的聚乙烯醇。
9.按照权利要求8所述的多孔树脂的用途，表面共价附着聚乙烯醇的多孔树脂作为血液灌流的吸附剂的原料。
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