CN105037626B - 一种大孔大粒径聚合物微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大孔大粒径聚合物微球的制备方法，首先将稳定剂、表面活性剂溶解于去离子水中形成均匀溶液，得到水相；将乙烯基单体和二乙烯基交联剂溶于致孔剂溶液中，进行充氮排氧后加入原子转移自由基聚合引发剂体系，形成均匀溶液，得到油相；在充氮气和保持搅拌的条件下，将制备所得的油相加入所述水相中，并进行升温聚合反应；在聚合反应完毕后，对所得微球进行抽滤洗涤以去除未反应的残余物，最终得到所述大孔大粒径聚合物微球。该方法能够应用于大多数聚合物材料的表面改性，尤其是超大孔聚合物微球，亲水改性后的聚合物微球能够应用于生物技术和色谱分离领域。

Description

一种大孔大粒径聚合物微球的制备方法

技术领域

本发明涉及聚合物材料制备技术领域，尤其涉及一种大孔大粒径聚合物微球的制备方法。

背景技术

聚合物微球作为生化分离介质，其优点在于机械强度高、化学性质稳定、耐酸碱度好，能够在高压下操作等，因此在作为色谱介质的应用领域有很好的前景。鉴于生化分离应用中的分离对象为生物大分子，其特点为分子尺寸大、结构复杂，因此在分离纯化中容易失活变性，从而对分离介质有着较高的要求。

现有技术方案中常用的分离介质以多糖为基质，该类介质质地较软(耐压在0.3MPa以下)、孔径较小(30-50nm)，故难以满足高通量生化分离的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大孔大粒径聚合物微球的制备方法,该方法能够解决软基质介质的孔径小不利于蛋白大分子传质，难以实现高通量生化分离的问题。

一种大孔大粒径聚合物微球的制备方法，所述制备方法包括：

将稳定剂、表面活性剂溶解于去离子水中形成均匀溶液，得到水相；

将乙烯基单体和二乙烯基交联剂溶于致孔剂溶液中，进行充氮排氧后加入原子转移自由基聚合引发剂体系，形成均匀溶液，得到油相；

在充氮气和保持搅拌的条件下，将制备所得的油相加入所述水相中，并进行升温聚合反应；

在聚合反应完毕后，对所得微球进行抽滤洗涤以去除未反应的残余物，最终得到所述大孔大粒径聚合物微球。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法能够应用于大多数聚合物材料的表面改性，尤其是超大孔聚合物微球，亲水改性后的聚合物微球能够应用于生物技术和色谱分离领域，并解决软基质介质的孔径小不利于蛋白大分子传质，难以实现高通量生化分离的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供大孔大粒径聚合物微球的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例所述制备方法采用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法引发乙烯类单体进行悬浮聚合制备大孔大粒径聚合物微球，该方法采用小分子致孔剂制孔，后期处理微球过程去除简单，同时聚合温度低、时间短，所得微球的孔径在50-500nm范围内可控，粒径在30-100um范围内可控，聚合完成后微球表面带有能够继续引发ATRP聚合的活性基团，方便进一步衍生为各种功能介质。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供大孔大粒径聚合物微球的制备方法流程示意图，所述方法包括：

步骤11：将稳定剂、表面活性剂溶解于去离子水中形成均匀溶液，得到水相；

在该步骤中，所采用的稳定剂包括：聚乙烯醇PVA(分子量包括1500-50000)和聚乙烯基吡咯烷酮PVP中的一种或两种混合物，且其质量百分比浓度范围为3.0％-8.0％。在本发明实施例中所用的溶胀溶剂不限于以上几种，凡可与水进行混溶的其他常用稳定剂均可。

所采用的表面活性剂包括：脂肪酸酯类(其脂肪碳链长度在12-18之间)和聚氧乙烯与聚氧丙烯的共聚物(其分子量范围在2000-50000之间)中的一种或两种的混合物；其质量百分比浓度范围为0.1-3.0％之间。

另外，水相配制过程中需要注意现用现配，以免水溶液长时间放置导致溶液内滋生霉菌。

步骤12：将乙烯基单体和二乙烯基交联剂溶于致孔剂溶液中，进行充氮排氧后加入原子转移自由基聚合引发剂体系，形成均匀溶液，得到油相；

在该步骤中，所述乙烯基单体包括：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油醚、甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯和乙烯基苄氯中的一种或多种的混合物；

所述二乙烯基交联剂包括：乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(重均分子量包括375和445两种)和二乙烯基苯中的一种或多种的混合物。

具体实现中，所述致孔剂具体为二氯甲烷、甲苯和氯苯三者的混合物，且三者的混合体积比为1:1:1。

上述乙烯基单体与二乙烯基交联剂的体积比为1:2-4:1；且所述乙烯基单体和二乙烯基交联剂的体积总值与所述致孔剂的体积比范围为1:1-1:4。

另外，所加入的原子转移自由基聚合引发剂体系包括催化剂和配体体系，具体包括卤化物和含氮配体，其中：

所述卤化物包括氯化亚铜和溴化亚铜中的一种或两种的混合物；

所述含氮配体包括：2，2-联二吡啶Bpy、四甲基乙二胺TMEDA、N，N，N，’N，”N，”’-五甲基二亚乙基三胺PMDETA和1，1，4，7，10，10’-六甲基三亚乙基四胺HMETETA中的一种或多种的混合物。

具体实现中，上述卤化物和含氮配体的摩尔比可以为1:3；且所述催化剂和配体体系的总体加入比例为聚合反应物摩尔数的5％。

步骤13：在充氮气和保持搅拌的条件下，将制备所得的油相加入所述水相中，并进行升温聚合反应；

在该步骤中，所述油相和水相的体积比为1:10-1:3；且进行聚合反应所用的温度为25-80℃，反应时间为2-12h。

步骤14：在聚合反应完毕后，对所得微球进行抽滤洗涤以去除未反应的残余物，最终得到所述大孔大粒径聚合物微球。

下面结合具体实例对本发明所述制备方法进行详细说明：

实施例一、

1)水相配制：

分别准确称取PVA(Mw＝1500)3.0g和十八烷基磺酸钠(SODS)0.1g放入100mL去离子水中，搅拌至均匀透明。

2)油相配制：

按照甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA):乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)体积比1:2混合，然后按照反应物/致孔剂体积比1:1加入到致孔剂溶液中，搅拌至均匀透明。最后按照引发剂体系占反应物(GMA和EDMA)的摩尔比为5％比例，入引发剂配合物氯化亚铜和2，2-联二吡啶(Bpy)，二者摩尔比例为1:3，通入氮气条件下，搅拌5分钟至引发剂完全溶解为棕红色溶液。

3)悬浮聚合反应：

将步骤2)配制好的油相缓慢加入上述步骤1)制备的水相中，同时进行机械搅拌，搅拌30分钟后，放入水浴加热釜中，控制温度为25℃，反应2h后，将反应液进行减压抽滤，并依次用去离子水、乙醇洗涤，洗去未反应单体及其他可溶杂质，得到聚合微球，所得微球在50度真空干燥后，进行电子扫描显微镜观察其表面形貌及孔径，可以看到微球表面呈多孔结构，表面大孔平均孔径尺寸约为150nm。

实施例二、

1)水相配制：

分别准确称取PVA(Mw＝50000)8.0g和十二烷基硫酸钠(SLS)3.0g放入100mL去离子水中，搅拌至均匀透明。

2)油相配制：

按照乙烯基苄氯(CMS):乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)体积比4:1混合，然后按照反应物/致孔剂体积比1:4加入到致孔剂溶液中，搅拌至均匀透明。最后按照引发剂体系占反应物(CMS和EDMA)的摩尔比为5％比例，入引发剂配合物溴化亚铜和四甲基乙二胺(TMEDA)，二者摩尔比例为1:3，通入氮气条件下，搅拌5分钟至引发剂完全溶解为亮蓝色溶液。

3)悬浮聚合反应：

将步骤2)配制好的油相缓慢加入上述步骤1)制备的水相中，同时进行机械搅拌，搅拌30分钟后，放入水浴加热釜中，控制温度为60℃，反应8h后，将反应液进行减压抽滤，并依次用去离子水、乙醇洗涤，洗去未反应单体及其他可溶杂质，得到聚合微球，所得微球在50度真空干燥后，进行电子扫描显微镜观察其表面形貌及孔径，可以看到微球表面呈多孔结构，表面大孔平均孔径尺寸约为200nm。

实施例三、

1)水相配制：

分别准确称取PVP(K40)6.0g和P123(Mw＝2000)2.0g放入100mL去离子水中，搅拌至均匀透明。

2)油相配制：

按照甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA):二乙烯基苯(DVB)体积比2:1混合，然后按照反应物/致孔剂体积比1:3加入到致孔剂溶液中，搅拌至均匀透明。最后按照引发剂体系占反应物(GMA和DVB)的摩尔比为5％比例，入引发剂配合物溴化亚铜和N，N，N，’N，”N，”’-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)，二者摩尔比例为1:3，通入氮气条件下，搅拌5分钟至引发剂完全溶解为亮蓝色溶液。

3)悬浮聚合反应：

将步骤2)配制好的油相缓慢加入上述步骤1)制备的水相中，同时进行机械搅拌，搅拌30分钟后，放入水浴加热釜中，控制温度为80℃，反应12h后，将反应液进行减压抽滤，并依次用去离子水、乙醇洗涤，洗去未反应单体及其他可溶杂质，得到聚合微球，所得微球在50度真空干燥后，进行电子扫描显微镜观察其表面形貌及孔径，可以看到微球表面呈多孔结构，表面大孔平均孔径尺寸约为500nm。

实施例四、

1)水相配制：

分别准确称取PVA(Mw＝20000)3.0g和P123(Mw＝50000)2.0g放入100mL去离子水中，搅拌至均匀透明。

2)油相配制：

按照乙烯基苄氯(CMS):二乙烯基苯(DVB)体积比2:1混合，然后按照反应物/致孔剂体积比1:3加入到致孔剂溶液中，搅拌至均匀透明。最后按照引发剂体系占反应物(GMA和DVB)的摩尔比为5％比例，入引发剂配合物,氯化亚铜和1，1，4，7，10，10’-六甲基三亚乙基四胺(HMETETA)，二者摩尔比例为1:3，通入氮气条件下，搅拌5分钟至引发剂完全溶解为亮蓝色溶液。

3)悬浮聚合反应：

将步骤2)配制好的油相按照1:3油相/水相体积比例，缓慢加入上述步骤1)制备的水相中，同时进行机械搅拌，搅拌30分钟后，放入水浴加热釜中，控制温度为40℃，反应4h后，将反应液进行减压抽滤，并依次用去离子水、乙醇洗涤，洗去未反应单体及其他可溶杂质，得到聚合微球，所得微球在50度真空干燥后，进行电子扫描显微镜观察其表面形貌及孔径，可以看到微球表面呈多孔结构，表面大孔平均孔径尺寸约为400nm。

综上所述，本发明实施例所提供的方法能制备大粒径、大孔径的聚丙烯酸酯类微球，该方法不同于普通的自由基引发聚合制备聚合物微球的方法之处在于可以在较低的温度下聚合，并且聚合速度快；所得微球的表面仍残留可供活性聚合的引发位点，可以继续引发亲水性乙烯基单体进行表面聚合，得到表面亲水性的大孔聚合物微球，能够显著降低对蛋白的非特异性吸附量。该方法能够应用于大多数聚合物材料的表面改性，尤其是超大孔聚合物微球，亲水改性后的聚合物微球能够应用于生物技术和色谱分离领域。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种大孔大粒径聚合物微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将稳定剂、表面活性剂溶解于去离子水中形成均匀溶液，得到水相；

将乙烯基单体和二乙烯基交联剂溶于致孔剂溶液中，进行充氮排氧后加入原子转移自由基聚合引发剂体系，形成均匀溶液，得到油相；

在充氮气和保持搅拌的条件下，将制备所得的油相加入所述水相中，并进行升温聚合反应；

在聚合反应完毕后，对所得微球进行抽滤洗涤以去除未反应的残余物，最终得到所述大孔大粒径聚合物微球；

其中，所采用的稳定剂包括：聚乙烯醇PVA和聚乙烯基吡咯烷酮PVP中的一种或两种混合物，且其质量百分比浓度范围为3.0％-8.0％；

所采用的表面活性剂包括：脂肪酸酯类和聚氧乙烯与聚氧丙烯的共聚物中的一种或两种的混合物，且其质量百分比浓度范围为0.1-3.0％；

所述致孔剂具体为二氯甲烷、甲苯和氯苯三者的混合物，且三者的混合体积比为1:1:1。

2.根据权利要求1所述大孔大粒径聚合物微球的制备方法，其特征在于，

所述乙烯基单体包括：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯和乙烯基苄氯中的一种或多种的混合物；

所述二乙烯基交联剂包括：乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和二乙烯基苯中的一种或多种的混合物。

3.根据权利要求1所述大孔大粒径聚合物微球的制备方法，其特征在于，

所述乙烯基单体与二乙烯基交联剂的体积比为1:2-4:1；

且所述乙烯基单体和二乙烯基交联剂的体积总值与所述致孔剂的体积比范围为1:1-1:4。

4.根据权利要求1所述大孔大粒径聚合物微球的制备方法，其特征在于，所述原子转移自由基聚合引发剂体系包括催化剂和配体体系，具体包括卤化物和含氮配体，其中：

所述卤化物包括氯化亚铜和溴化亚铜中的一种或两种的混合物；

所述含氮配体包括：2，2-联二吡啶Bpy、四甲基乙二胺TMEDA、N,N,N’,N’’,N’’-五甲基二亚乙基三胺PMDETA和1，1，4，7，10，10-六甲基三亚乙基四胺HMETETA中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求4所述大孔大粒径聚合物微球的制备方法，其特征在于，

所述卤化物和含氮配体的摩尔比为1:3；

且所述催化剂和配体体系的总体加入比例为聚合反应物摩尔数的5％。

6.根据权利要求1所述大孔大粒径聚合物微球的制备方法，其特征在于，

所述油相和水相的体积比为1:10-1:3；

且进行聚合反应所用的温度为25-80℃，反应时间为2-12h。