CN103665370A - 聚乙二醇二丙烯酸酯的制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的制备方法和应用。聚乙二醇加入到四氢呋喃中，通氩气保护下加入钠进行反应，再加入丙烯酸结构的化合物，反应后再加入阻聚剂，得PEGDA产品。本发明使用的有机溶剂低毒，无需严格除水，使用氩气进行保护，能使聚乙二醇完全反应，对后期转化效率和反应效果将更好，制备步骤较简单，产率仍较高，加强后期产品的功能效果。

Description

聚乙二醇二丙烯酸酯的制备方法和应用

技术领域

本发明属高分子材料技术领域，具体涉及一种聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的制备方法和应用。

背景技术

聚乙二醇（PEG）具有无毒、无免疫原性、优良的血液相容性、极好的亲水性，并与许多有机物组份有良好的相溶性，已获FDA批准用于进入人体的添加剂而被广泛应用在药学和生物医用材料中。它们具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接剂、抗静电剂及柔软剂等，在化妆品、制药、化纤、橡胶、塑料、造纸、油漆、电镀、农药、金属加工及食品加工等行业中均有着极为广泛的应用。聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）是一种理想的交联剂，可通过光交联形成水凝胶或载药微球，也可作为化学交联的交联剂。

公开号为CN103087254A的中国专利介绍了一种双亲性共网络树脂的制备方法及其应用，通过用亲水性的聚乙二醇二丙烯酸酯与疏水性的烯类单体(甲基丙烯酸十八酯)在乙醇溶液中进行共聚合反应，得到双亲性共网络树脂。该树脂特征是：结构中同时包括了疏水性和亲水性链段部分，两种类型的链段所形成结构既不同于互穿网络、也不同于共混结构，而是两种链段通过共价键连接形成的均匀分布的共网络结构。该树脂可以同时在水中和多种有机溶剂中溶胀，吸附水和有机溶剂。根据其同时亲水和亲油的性质，本发明产物可以作为药物载体，溶胀包埋药物进行控制释放。

公开号为CN101065060的中国专利介绍了一种使用水凝胶对分析物取样和分析的系统和方法，该系统包含适合于和生物膜连接并接收来自生物膜的分析物的介质以及包含由多个电极组成的电极组件，其中所述介质适合连续地和所述分析物反应，通过电极组件检测电信号，且电极信号和分析物的值关联。分析物的值可以是该分析物通过生物膜的流量或该分析物在受试者体液中的浓度。介质可包含例如基于醋酸乙烯酯的水凝胶、基于琼脂糖的水凝胶或基于聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG-DA)的水凝胶。电极的表面区域可包含纯铂。该系统可包括位于生物膜和电极组件之间用于减少系统内干扰的干涉过滤器。该系统可包括经编程以执行校正传感器漂移的误差校正法的处理器。

公开号为CN101824124A的中国专利介绍了一种含偶氮单体的光响应水凝胶的制备方法，涉及光化学合成技术领域，尤其涉及一种光响应水凝胶的制备方法。一种含偶氮单体的光响应水凝胶的制备方法，丙烯酸酯为主体，偶氮单体用量为丙烯酸酯质量的1～5%，N，N亚甲基双丙烯酰胺用量为丙烯酸酯质量的5～20%，聚乙二醇二丙烯酸酯用量为丙烯酸酯质量的5～20%，水用量为丙烯酸酯质量的200～400%，反应采用可见光照射，采用相同质量的樟脑琨和对-N，N-二甲氨基苯甲酸乙酯为丙烯酸酯质量的0.5～5%，光源的的光强控制在30mW～300mW，制备的温度为-80℃～80℃，制备过程是将合适比例配好的混合物注入到透明且密闭的模具中，调节好温度，采用可见光光源照射2～60分钟，光响应水凝胶就制备出来了。

公开号为CN103113508A的中国专利介绍了一种具有较慢吸液速率的高吸水树脂、其制备方法及其应用，公开一种具有较慢吸液速率的高吸水树脂，其原料包括如下组分：单体水溶液、引发剂和交联剂，所述交联剂包括酯类交联剂；所述酯类交联剂为乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1，3-丁二醇二丙烯酸酯或1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯中一种或两种以上任意配比的混合物。本发明吸液能力缓慢增加的高吸水树脂，早期尽量少吸收水，减少对混凝土工作性的影响，而后期有一定的吸水能力，保证有足够的水对混凝土进行养护。

作为最接近的现有技术，中国专利CN1344756以及其分案申请公开号为CN1535991，公开了一种以低分子量（分子量200-1500）PEG为起始反应物，通过先与单质金属反应生成PEG化金属，然后在氯仿环境下与丙烯酰氯进行反应，最后除去反应中生成的氯化钠，再减压蒸馏除去未反应的丙烯酰氯和溶剂，制得无色粘稠状液体，即为不同分子量的交联剂二丙烯酸聚乙二醇酯。尽管该方法采用低分子量的聚乙二醇作为原料，合成聚乙二醇钠，再与丙烯酰氯反应时，聚乙二醇分子链较短，不存在自身发生聚合，不需要加入阻碍剂进行阻碍反应，但该反应使用了有毒的溶剂体系（氯仿）和聚丙烯酸物质（丙烯酰氯），尽管获得较好的效果，但仍然存在影响环境且步骤复杂的缺点。

公开号为CN102718991A的中国专利介绍了一种高强度可注射水凝胶及其制备方法，涉及一种利用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的双键与巯基化天然聚合物上的巯基发生Michael加成反应，同时以聚乙二醇与聚己内酯(PEG-PCL-PEG)的三嵌段共聚物的纳米粒子为增强剂而形成的水凝胶，此类水凝胶具有较高的力学强度，为生物相容性良好且可注射水凝胶和可降解水凝胶，凝胶速率较快。该水凝胶的特点是原料价廉易得、制备方法简单，在生物医用领域具有良好的应用前景。由于采用的聚乙二醇分子链较短，所得到的水凝胶伸缩性较差，必须通过增强剂增加力学强度，增加了合成步骤。

发明内容

由于上述合成PEGDA的方法，均需使用挥发性和毒性较大的试剂，如：苯、甲苯、氯仿等，美国专利8，323，794，反应条件苛刻，合成步骤烦复，不适用于工业生产。其余反应条件较温和，但仅适用于分子量为200-1500道尔顿的PEGDA的合成。由于存在空间位阻的影响，随着分子量的提高，PEGDA的合成难度会大大提高，上述的合成方法将不适用。因此，本发明目的是为了提供一种聚乙二醇二丙烯酸酯及其制备方法，采用高分子量的聚乙二醇为原料，避免使用挥发性和毒性较大的试剂，在降低能耗的情况下，提高其分子的伸缩性，同时使其合成过程更加环保。另外，PEGDA在作为载药微球和水凝胶交联剂时，其分子量可起到调节微球和水凝胶孔径的作用。微球和水凝胶孔径的不同可使其有不同的应用，例如PEGDA分子量大于3000道尔顿，用其进行交联的水凝胶的孔径刚好适合细胞生长，可作为理想的三维培养基。本发明在一定程度上突破了PEGDA分子量的限制，使其应用更加广范。

因此，本发明目的是提供一种聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的制备方法，包括：

(1)取15克的分子量为3500-10000的PEG加入到200-500mL四氢呋喃中；

(2)通氩气保护，30-50℃水浴加热，投入0.1-1.5g钠，反应4-18h；

(3)滴加入具有0.5-3mL丙烯酸结构的化合物，在40度下反应12-24h；

(4)加入0.01-0.1g阻聚剂，入2-10倍体积乙醚抽提或在真空度为<20Pa下直接真空干燥24-72h，得PEGDA产品。

在一个实施方案中，所述聚丙烯酸结构的化合物为丙烯酰胺、丙烯酰氯及丙烯酸；

在一个具体实施方案中，所述阻聚剂为对苯二酚、苯醌酚噻嗪、β－苯基萘胺、对叔丁基邻苯二酚、亚甲基蓝中的一种。

在一个具体实施方案中，PEGDA制备过程中可采用磁力搅拌，搅拌速度为100-2000rpm，其中所述丙烯酸结构的化合物的浓度为10-50%（质量体积比）。

聚乙二醇双丙烯酸酯收率的测定：用紫外分光光度法进行测定，按下式计算产物的收率x。

原理：PEGFA的紫光吸收来至于丙烯酸酯基，其余碳碳单键的链段虽长，但不存在紫外吸收，故PEGDA产生紫外吸收的官能团与丙烯酸甲酯相同，存在相同的吸光系数，故可通过丙烯酸甲酯标准品算得吸光系数，再根据朗伯-比尔定律，算得PEGDA中丙烯酸酯基的量，从而算得产率。

试验步骤：将0.1g丙烯酸甲酯标准品（sigma，货号M27301，纯度99%），溶解在100mL纯水中，用紫外分光光度计在200nm～300nm之间进行扫描，并获得最大吸收波长（λ_max），在λ_max测定吸光度A₁，根据朗伯-比尔定律，A=ExCL，其中，A为吸光度，Ex为摩尔吸光系数，C为溶液摩尔浓度，L为光程（由于比色池的长度为1cm，故C为1），通过上述公式测得Ex。

将4gPEGDA溶解在100mL纯水中，在λ_max处测定吸光度A₂，根据朗伯-比尔定律，A=ExCL，计算得丙烯酸酯基的摩尔浓度，将丙烯酸酯基的摩尔浓度比羟基的摩尔浓度，可计算产率。

E_x=A₁/[(m₁×99%/M₁）×L]……（公式1）

式中：Ex—摩尔吸光系数，L/mol/cm；

A₁—丙烯酸甲酯的吸光度；

m₁—丙烯酸甲酯称取的量，g；

M₁—丙烯酸甲酯分子量，数值为86.09；

L—光程，数值为1，cm；

x=（A₂/E_xL）/[（m₂/M₂）×2]×100%……（公式2）

式中：X—PEGDA收率，%；

A₂—PEGDA的吸光度；

Ex—摩尔吸光系数，L/mol/cm；

L—光程，数值为1，cm；

m₂—PEGDA称取的量，g；

M₂—PEGDA分子量，g/mol；

聚乙二醇双丙烯酸酯纯度的测定：将获得产物，进行干燥称重，再将其装入透析袋（截留分子量为1500）中进行透析3天，彻底将丙烯酰胺、β－苯基萘胺等小分子物质去除（通过检测水中是否含有丙烯酰胺），再将透析袋中的产物进行干燥，称重，计算出聚乙二醇双丙烯酸酯的纯度。

核磁共振氢谱检测过程：1H和13C的NMR实验操作步骤，取少量样品放入管中，加入0.5mL氘代溶剂，摇动，使样品溶解，然后将样品放入磁体，打开匀场界面，将装有样品管的转子放入探头上方，使核磁管平稳进入探头，选择1H进行测试采样，同上操作选择13C进行测试采样，分别得到1H和13C谱图。

技术效果

1、本发明使用的有机溶剂低毒，无需严格除水；

2、使用氩气进行保护，能使聚乙二醇完全反应，对后期转化效率和反应效果将更好；

3、制备步骤较简单；

4、与上述文献比所得PEGDA的分子量大大提高，但产率仍较高，达90-95%。

5、采用阻聚剂终止反应，有利于后期水凝胶的合成，也有利于提高透明质酸的结合率，加强后期产品的功能效果。

附图说明

图1：PEGDA的核磙共振图谱。

具体实施方式

通过下面的具体实施例可进一步了解本发明。但他们不是对本发明的限定。

实施例1

10g PEG（分子量为3350，sigma，货号P3640）加入到150mL四氢呋喃中，通氩气保护20min，30℃水浴，加入金属钠0.5g，反应4h使PEG反应完全，加入25%丙烯酰胺3mL，反应12h，加入β－苯基萘胺0.1g，真空干燥24h，得PEGDA产品11.7g。经透析方法检测PEGDA的纯度为95.8%。

对照实施例1

按CN1535991A提供的方法，将分子量1500的聚乙二醇减压蒸馏除去水份，与金属钠粉按摩尔比1:2.5投料到反应器中，磁力搅拌，反应3小时，分离得到聚乙二醇钠，然后以氯仿为溶剂，将聚乙二醇钠与丙烯酰氯按摩尔比1：3投放到反应器中，磁力搅拌，50度密闭反应8小时，过滤除去反应生成的氯化钠，再减压蒸馏除去未反应的丙烯酰氯和溶剂，制得无色粘稠状交联剂二丙烯酸聚乙二醇酯。按实例1的方法进行纯度检测（透析袋的截留分子量为1500），所得产品纯度为86.6%。

对照实施例2

按CN102718991A提供的方法，将5.0×10-5mol PEG溶于100mL二氯甲烷中，冰水冷却，氮气保护下加入0.01mol三乙胺和0.025mol丙烯酰氯，不断搅拌。升温到室温，氧气保护下反应12小时，将最终反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，收集备用，此步骤得到PEGDA2000。按实例1的方法进行纯度检测（透析袋的截留分子量为2000），所得产品纯度为82.4%。

实施例2

10g PEG（分子量为3500）加入到150mL四氢呋喃中，通氩气保护20min，30℃水浴，加入金属钠0.5g，反应4h，加入25%丙烯酰胺3mL，反应12h，加入β－苯基萘胺0.1g，加入400mL乙醚进行抽提，去除乙醚层，将水层真空干燥24h。最终检测得PEGDA产品10.2g，经检测PEGDA的纯度为96.5%。

实施例3

12g PEG（分子量为6000）加入到250mL四氢呋喃中，通氩气保护20min，磁力搅拌200rpm，40℃水浴，加入金属钾0.5g，反应4h，加入20%丙烯酰胺6mL，反应12h，加入苯醌酚噻嗪0.05g，加入650mL乙醚进行抽提，去除乙醚层，将水层真空干燥24h。最终检测得PEGDA产品10.5g，经检测PEGDA的纯度为95.4%。

实施例4

15g PEG（分子量为8000）加入到300mL四氢呋喃中，通氩气保护20min，磁力搅拌400rpm，50℃水浴，加入金属钠0.2g，反应4h，加入15%丙烯酰胺8mL，反应12h，加入对苯二酚0.04g，加入800mL乙醚进行抽提，去除乙醚层，将水层真空干燥24h。最终检测得PEGDA产品11.8g，经检测PEGDA的纯度为96.08%。

Claims (4)

1.本发明提供一种聚乙二醇二丙烯酸酯的制备方法，包括： 

(1)取15克的分子量为3500-10000的PEG加入到200-500mL四氢呋喃中； 

(2)通氩气保护，30-50℃水浴加热，投入0.1-1.5g钠，反应4-18h； 

(3)滴加入具有0.5-3mL丙烯酸结构的化合物，在40度下反应12-24h； 

(4)加入0.01-0.1g阻聚剂，入2-10倍体积乙醚抽提或在真空度为<20Pa下直接真空干燥24-72h，得PEGDA产品。 

2.根据权利要求1的方法，步骤(3)所述聚丙烯酸结构的化合物为丙烯酰胺、丙烯酰氯及丙烯酸。 

3.根据权利要求1的方法，步骤(3)PEGDA制备过程中可采用磁力搅拌，搅拌速度为100-2000rpm，其中所述丙烯酸结构的化合物的浓度为10-50%。 

4.根据权利要求1的方法，步骤(4)所述阻聚剂为对苯二酚、苯醌酚噻嗪、β－苯基萘胺、对叔丁基邻苯二酚、亚甲基蓝中的一种。 

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