CN103483477A

CN103483477A - 单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法

Info

Publication number: CN103483477A
Application number: CN201310430118.3A
Authority: CN
Inventors: 胡小玲; 管萍; 李季; 张向荣; 宋任远
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: CN103483477B

Abstract

本发明涉及一种单分散的表面具有链转移活性的功能化聚合物微球的制备方法。通过RAFT（可逆加成-断裂链转移）蒸馏沉淀聚合法，使用的单体为多烯类单体或多烯类与单烯类混合单体，制备出交联度大于30%、其粒径范围为500nm至8μm、粒度分散指数为1.038～1.164、表面链转移功能基团含量为0.75～1.88mmol/g、表面可进行进一步修饰单分散聚合物微球。本发明具有粒径及表面功能基团含量可控、表面功能基团稳定、链转移活性高、不引入难处理的金属杂质、且合成条件易于控制、原料价格低等特点。所制备的这种单分散表面功能化聚合物微球可用于色谱固定相、药物缓释、催化剂及活性生物分子的载体等。

Description

单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，具体地涉及一种基于可逆加成断裂链转移（RAFT）活性自由基蒸馏沉淀聚合法，制备单分散表面具有可逆加成断裂链转移活性基团的功能化聚合物微球的方法。

背景技术

近年来，聚合物核-壳结构微球在固相色谱填料、分离分析、药物控制释放、免疫测定等领域得到了广泛的应用，而制备核-壳结构微球的方法也引起了国际学术界和工业界极大的关注。目前“从....接枝”法是制备壳-核聚合物微球的最直接有效地方法。由于RAFT试剂在聚合物微球表面的引入，使得表面具备了捕捉自由基的能力，从而实现了微球表面的二次聚合，形成表面被修饰的、核-壳结构功能性材料。

“从....接枝”法是将各种引发剂或链转移引发剂键合于基球表面，随后通过聚合，制备具有核-壳结构的微球。主要方法有：①表面引入引发-转移-终止剂（Iniferter）（专利申请号201010150410.6的发明专利“原子转移自由基沉淀聚合法制备单分散的聚合物微球树脂”）；②表面引入原子转移自由基聚合引发剂-卤代烃（专利申请号201110166276.3的发明专利“单分散的表面功能化聚合物微球树脂及其制备方法”）；③表面引入偶氮类引发剂（Maria-Magdalena Titirici;

Sellergren.Chem.Mater.2006,18,1773-1779）；④表面引入RAFT试剂（Leena Nebhani,Sebastian Sinnwell,Andrew J.Inglis,Martina H.Stenzel,Christopher Barner-Kowollik,Leonie Barner.Macromol.RapidCommun.2008,29,1431–1437）等。其中方法①中表面用Iniferter功能化，表面二次聚合过程中引发活性较低，可能会造成表面修饰的功能层分布不均匀或功能化失败。方法②中原子转移自由基法则会在体系中引入重金属离子，后处理难。方法③中表面用偶氮类引发剂修饰表面，但稳定性较差，导致表面二次聚合中引发活性较低。由于RAFT试剂相对于iniferter试剂具有链转移活性高，较偶氮类试剂化学稳定性好且不会产生重金属离子等优点，故用RAFT试剂修饰基球表面的方法④则是弥补以上不足的最优方法。

聚合物微球的制备方法可谓层出不穷，不同的方法得到的微球的性质也有较大的差异。其中主要的制备方法有：悬浮聚合法、乳液聚合法、单分散聚合法、沉淀聚合法等。前三种聚合方法需要加入稳定剂，使得聚合物在成核初期便能形成稳定的核，但表面稳定剂不易完全洗脱，从而增大了微球表面修饰的困难。而沉淀聚合法则不同，它是在不加入任何稳定剂的条件下，随着高分子链的增长，与溶剂的极性差异逐渐增大，随后高分子链从溶剂中析出，表面形成自稳定的凝胶，从而得到高分子微球。沉淀聚合法制备的微球表面洁净，后处理简单，但成球性相对前三种方法较差。2004年黄文强等对沉淀聚合法进行了改进，在沉淀聚合的过程中，逐渐蒸发溶剂，改善了传统沉淀聚合成球性差的问题，得到了单分散性好，粒径范围为1～4μm的聚合物微球。这种蒸馏沉淀聚合法具有聚合速率快，成球性好，制备的微球单分散性好等特征。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，弥补现有方法的不足之处，为聚合物微球的表面改性提供高效、快速的手段，从而降低聚合物微球功能化的难度。

技术方案

一种单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将功能单体溶于反应溶剂中，并转移至反应容器中；所述功能单体与反应溶剂的体积分数为5%；

步骤2：加入自由基引发剂和加成断裂链转移引发剂二硫代苯甲酸异丙苯酯CDB至完全溶解；所述自由基引发剂与CDB的摩尔比为1:2～1:5，自由基引发剂用量为功能单体总体积的1～3%；

步骤3：向反应容器中通入N2持续30min后，在反应容器上接索氏提取器，以调节蒸馏出溶剂与剩余溶液的体积比为1:3～3:2，然后密封；

步骤4：采用电热套加热反应容器，调节加热功率为150～300W，控制反应温度为82℃，反应6h，得到带有粉色沉淀的悬浊液；

步骤5：将步骤得到的悬浊液超声分散5～30min后，G6砂芯漏斗过滤，得到粉色微球；再用甲醇洗涤3～5次，于50～60℃真空干燥至恒重，得到单分散表面具有可逆加成断裂链转移活性基团的功能化聚合物微球。

所述反应溶剂主要为乙腈、乙腈/甲醇(9/1)、乙腈/乙醇(9/1)或乙腈/水(9/1)。

所述功能单体是二乙烯基苯DVB、单烯类功能单体为甲基丙烯酸MAA、4-乙烯基吡啶4-VP或甲基丙烯酸甲酯MMA。

所述自由基引发剂为偶氮二异丁腈AIBN或过氧化苯甲酰BPO。

有益效果

本发明提出的一种单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，通过RAFT（可逆加成-断裂链转移）蒸馏沉淀聚合法，使用的单体为多烯类单体或多烯类与单烯类混合单体，制备出交联度大于30%、其粒径范围为500nm至8μm、粒度分散指数为1.038～1.164、表面链转移功能基团含量为0.75～1.88mmol/g、表面可进行进一步修饰单分散聚合物微球。本发明具有粒径及表面功能基团含量可控、表面功能基团稳定、链转移活性高、不引入难处理的金属杂质、且合成条件易于控制、原料价格低等特点。所制备的这种单分散表面功能化聚合物微球可用于色谱固定相、药物缓释、催化剂及活性生物分子的载体等。

本发明的有益效果在于通过调节蒸馏溶剂的体积与加热功率可制备出具有不同粒径的单分散聚合物微球，并在聚合物微球表面进行了可逆加成断裂链转移活性的功能化修饰。

附图说明

图1：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯）微球M-1的红外光谱；

图2：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯）微球M-1的扫描电镜照片；

图3：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯/甲基丙烯酸）微球M-2的扫描电镜照片；

图4：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯）微球M-3的扫描电镜图；

图5：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯/4-乙烯基吡啶）微球M-4的扫描电镜照片；

图6：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯/苯乙烯）微球M-5的扫描电镜图；

图7：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯）微球M-6的扫描电镜图；

图8：单分散表面链转移活性功能化聚（二乙烯基苯）微球M-7的扫描电镜图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例1：依次将2mL的DVB、0.0430gAIBN、0.1557g二硫代苯甲酸异丙苯酯（CDB）和100mL的乙腈加入到250mL的单口烧瓶中，加入0.5g的沸石，待混合物充分溶解。通入N₂30min除氧气，随后装上容积为60mL的索氏提取器和冷凝管（蒸馏溶剂与剩余溶液的体积=3:2），体系密封后通入冷凝水。将反应装置放于1000mL的电热套中开始加热，功率设定为150W，反应温度为82℃，反应6h。反应结束后，将粉红色的悬浊液通过60mL的G6砂芯漏斗，减压过滤（真空度为0.08），所得的聚合物用甲醇进行洗涤5次（每次用20mL甲醇冲洗），随后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，所得微球命名为M-1。

所得的表面具高可逆加成断裂链转移活性的功能化单分散聚合物微球M-1的红外光谱如图1（微球表面明显含有C=S的特征振动峰，1209cm^-1为C=S伸缩振动，1044cm^-1为C=S弯曲振动）；

所得的表面RAFT功能化单分散聚合物微球M-1的扫描电镜图如图2（数均直径D_n=2.01μm，重均直径D_w=2.34μm，粒径多分散指数U=1.164）。

实施例2：依次将4mL的DVB、1mL的MAA、0.1002gAIBN、0.3514g二硫代苯甲酸异丙苯酯（CDB）和240mL的乙腈加入到500mL的单口烧瓶中，加入0.5g的沸石，待混合物充分溶解。通入N₂30min除氧气，随后装上容积为60mL的索氏提取器和冷凝管（蒸馏溶剂与剩余溶液的体积=1:4），体系密封后通入冷凝水。将反应装置放于1000mL的电热套中开始加热，功率设定为150W，反应温度为82℃，反应6h。反应结束后，将粉红色的悬浊液通过60mL的G6砂芯漏斗，减压过滤（真空度为0.08），所得的聚合物用甲醇进行洗涤5次（每次用20mL甲醇冲洗），随后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，所得微球命名为M-2。

所得的表面RAFT功能化单分散聚合物微球M-2的扫描电镜图如图3（数均直径D_n=513.97nm，重均直径D_w=533.64nm，粒径多分散指数U=1.038）。

实施例3：依次将2mL的DVB、0.0442gAIBN、0.1549g二硫代苯甲酸异丙苯酯（CDB）和100mL的乙腈加入到250mL的单口烧瓶中，加入0.5g的沸石，待混合物充分溶解。通入N₂15min除氧气，随后装上容积为60mL的索氏提取器和冷凝管，体系密封后通入冷凝水。将反应装置放于1000mL的电热套中开始加热，功率设定为300W，反应温度为82℃，反应6h。反应结束后，将粉红色的悬浊液通过60mL的G6砂芯漏斗，减压过滤（真空度为0.08），所得的聚合物用甲醇进行洗涤5次（每次用20mL甲醇冲洗），随后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，所得微球命名为M-3。

所得的表面RAFT功能化单分散聚合物微球M-3的扫描电镜图如图4（数均直径D_n=7.65μm，重均直径D_w=8.41μm，粒径多分散指数U=1.099）。

实施例4：依次将1.5mL的DVB、0.5mL的4-VP、0.0445gAIBN、0.1546g二硫代苯甲酸异丙苯酯（CDB）和100mL的乙腈/甲醇(9/1)加入到250mL的单口烧瓶中，加入0.5g的沸石，待混合物充分溶解。通入N₂30min除氧气，随后装上容积为60mL的索氏提取器和冷凝管（蒸馏溶剂与剩余溶液的体积=3:2），体系密封后通入冷凝水。将反应装置放于1000mL的电热套中开始加热，功率设定为300W，反应温度为82℃，反应6h。反应结束后，将粉红色的悬浊液通过60mL的G6砂芯漏斗，减压过滤（真空度为0.08），所得的聚合物用甲醇进行洗涤5次（每次用20mL甲醇冲洗），随后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，所得的聚合物微球命名为M-4。

所得的表面RAFT功能化单分散聚合物微球M-4的扫描电镜图如图5（数均直径D_n=4.11μm，重均直径D_w=4.53μm，粒径多分散指数U=1.1021）。

实施例5：依次将0.8mL的DVB、1.2mL的St、0.0441gAIBN、0.1543g二硫代苯甲酸异丙苯酯（CDB）和100mL的乙腈/水(9/1)加入到250mL的单口烧瓶中，加入0.5g的沸石，待混合物充分溶解。通入N230min除氧气，随后装上容积为60mL的索氏提取器和冷凝管（蒸馏溶剂与剩余溶液的体积=3:2），体系密封后通入冷凝水。将反应装置放于1000mL的电热套中开始加热，功率设定为300W，反应温度为控制在82℃，反应6h。反应结束后，将粉红色的悬浊液通过60mL的G6砂芯漏斗，减压过滤（真空度为0.08），所得的聚合物用甲醇进行洗涤5次（每次用20mL甲醇冲洗），随后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，所得的聚合物微球命名为M-5。

所得的表面RAFT功能化单分散聚合物微球M-5的扫描电镜图如图6（数均直径D_n=2.15μm，重均直径D_w=2.46μm，粒径多分散指数U=1.144）。

实施例6：依次将2mL的DVB、0.0447gAIBN、0.1545g二硫代苯甲酸异丙苯酯（CDB）和100mL的乙腈/乙醇(9/1)加入到250mL的单口烧瓶中，加入0.5g的沸石，待混合物充分溶解。通入N₂30min除氧气，随后在单口烧瓶的上端装上容积为60mL的索氏提取器和冷凝管（蒸馏溶剂与剩余溶液的体积=3:2），体系密封后通入冷凝水。将反应装置放于1000mL的电热套中开始加热（烧瓶底端距电热套1cm），功率设定为300W，反应温度为控制在82℃，反应6h。反应结束后，将粉红色的悬浊液通过60mL的G6砂芯漏斗，减压过滤（真空度为0.08），所得的聚合物用甲醇进行洗涤5次（每次用20mL甲醇冲洗），随后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，所得的聚合物微球命名为M-6。

所得的表面RAFT功能化单分散聚合物微球M-6的扫描电镜图如图7（数均直径D_n=4.37μm，重均直径D_w=4.79μm，粒径多分散指数U=1.096）。

实施例7：依次将2mL的DVB、0.0447gAIBN、0.3385g二硫代苯甲酸异丙苯酯（CDB）和100mL的乙腈加入到250mL的单口烧瓶中，加入0.5g的沸石，待混合物充分溶解。通入N230min除氧气，随后在单口烧瓶的上端装上容积为60mL的索氏提取器和冷凝管（蒸馏溶剂与剩余溶液的体积=3:2），体系密封后通入冷凝水。将反应装置放于1000mL的电热套中开始加热（烧瓶底端距电热套1cm），功率设定为300W，反应温度为控制在82℃，反应6h。反应结束后，将粉红色的悬浊液通过60mL的G6砂芯漏斗，减压过滤（真空度为0.08），所得的聚合物用甲醇进行洗涤5次（每次用20mL甲醇冲洗），随后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，所得的聚合物微球命名为M-7。

所得的表面RAFT功能化单分散聚合物微球M-7的扫描电镜图如图8（数均直径D_n=1.98μm，重均直径D_w=2.33μm，粒径多分散指数U=1.176）。

Claims

1.一种单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤3：向反应容器中通入N₂持续30min后，在反应容器上接索氏提取器，以调节蒸馏出溶剂与剩余溶液的体积比为1:3～3:2，然后密封；

2.根据权利要求1所述单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，其特征在于：所述反应溶剂主要为乙腈、乙腈/甲醇(9/1)、乙腈/乙醇(9/1)或乙腈/水(9/1)。

3.根据权利要求1所述单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，其特征在于：所述功能单体是二乙烯基苯DVB、单烯类功能单体为甲基丙烯酸MAA、4-乙烯基吡啶4-VP或甲基丙烯酸甲酯MMA。

4.根据权利要求1所述单分散表面链转移活性功能化聚合物微球的制备方法，其特征在于：所述自由基引发剂为偶氮二异丁腈AIBN或过氧化苯甲酰BPO。