CN105085846A - 一种嵌段共聚物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种如式I所示的嵌段共聚物,其制备方法为:甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯,2-氰基-2-丙基苯并二硫在引发剂的作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,得到大分子链转移剂;所述大分子链转移剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷在引发剂的作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,经液氮淬灭反应后,在氮气保护下进行纯化处理,得到式I所示的嵌段共聚物。本发明得到的嵌段共聚物具有温度和PH敏感性,而且其侧链的甲氧基可以水解为无机聚硅氧烷结构,形成稳定的聚硅氧烷层,在载药、包覆各种无机功能粒子等方面具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物领域,特别涉及一种嵌段共聚物及其制备方法。
背景技术
嵌段共聚物是指将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物,它可以将多种聚合物的优良性质结合在一起,得到性能比较优越的功能聚合物材料。这种聚合物分子量可控、分子量分布较窄、分子结构与组成可设计,是高分子研究领域中最富有意义且具有挑战性的研究工作之一。
其中,两亲性的嵌段聚合物在生物医疗、组织工程、智能传感等领域具有非常重要的学术价值和潜在应用前景。为了拓展两亲性的嵌段共聚物在自组装领域的发展与应用,合成出结构新颖的两亲性嵌段共聚物具有重要意义
可逆加成-断裂链转移(RAFT)是近些年来发展起来的一种新型可控活性自由基聚合技术。相比于原子转移自由基聚合(ATRP),其聚合过程简单易行,不需要高毒性的配体和催化剂,因而得到广泛应用。利用可逆加成-断裂链转移合成两亲性嵌段共聚物为简化两亲性嵌段共聚物合成路线提供了一种新思路。
Liu等人以AIBN作为引发剂,二硫代苯甲酸苄酯(DBTB)作为小分子引发剂,成功制备出包含反应性嵌段的共聚物PNIPAM-b-PTMSPMA(Macromolecular,2005,38,9813-9820),但是该嵌段共聚物仅具有温度响应性,而且制备过程中容易水解。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种嵌段共聚物及其制备方法,该嵌段共聚物兼具温度和pH敏感响应性,自组装灵活,制备过程不易出现水解。
本发明提供了一种嵌段共聚物,如式I所示:
其中,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000~40000g/mol。
优选的,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000~30000g/mol。
本发明还提供了一种嵌段共聚物的制备方法,包括以下步骤:
(A)甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯,2-氰基-2-丙基苯并二硫在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,得到大分子链转移剂;
(B)所述大分子链转移剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,经液氮淬灭反应后,在氮气保护下进行纯化处理,得到式I所示的嵌段共聚物;
其中,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000~40000g/mol。
优选的,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应在无水条件下进行。
优选的,所述步骤(B)中,所述纯化处理的方法为:
用干燥的四氢呋喃稀释反应后产物,然后加入干燥的正己烷进行沉淀;
将沉淀物真空干燥,得到式I所示的嵌段共聚物。
优选的,所述步骤(B)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的温度为80~100℃,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应时间为10~30小时。
优选的,所述步骤(A)和步骤(B)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的溶剂为二氧六环。
优选的,所述步骤(A)中,所述甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯与2-氰基-2-丙基苯的摩尔比比为200:1~50:1。
优选的,所述步骤(A)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的温度为80~100℃,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应时间为1~3小时。
优选的,所述步骤(A)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应后用干燥的正己烷沉淀,经室温干燥,得到大分子链转移剂。
与现有技术相比,本发明的嵌段共聚物如式I所示,其制备方法为:甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯,2-氰基-2-丙基苯并二硫在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,得到大分子链转移剂;所述大分子链转移剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,经液氮淬灭反应后,在氮气保护下进行纯化处理,得到式I所示的嵌段共聚物。
本发明首先聚合较稳定的单体甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯,形成大分子链转移剂,然后再聚合侧基比较容易水解的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷嵌段,从而减少后处理步骤,降低γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷侧基的失活。同时本发明后处理纯化在氮气分为中完成,保证了得到的嵌段共聚物水解少。本发明得到的嵌段共聚物具有温度和PH敏感性,而且可以水解为无机聚硅氧烷结构,形成稳定的聚硅氧烷层,在载药、包覆各种无机功能粒子等方面具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为实施例1制备的嵌段共聚物的核磁共振氢谱。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种嵌段共聚物,如式I所示:
其中,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000~40000g/mol,优选为10000~30000g/mol。本发明可以通过反应温度及时间等反应条件的控制,控制不同嵌段的分子量,进而控制整个嵌段共聚物的数均分子量。本发明的嵌段共聚物含有叔胺基,在酸性pH条件下,可以发生质子化,具有pH敏感性。
本发明还公开了一种嵌段共聚物的制备方法,包括以下步骤:
(A)甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯,2-氰基-2-丙基苯并二硫在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,得到大分子链转移剂;
(B)所述大分子链转移剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷-在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,经液氮淬灭反应后,在氮气保护下进行纯化处理,得到式I所示的嵌段共聚物;
其中,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000~40000g/mol。
本发明以偶氮二异丁腈作为引发剂,2-氰基-2-丙基苯并二硫作为小分子链转移剂,通过可逆加成-断裂链转移聚合单体甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA),制备出末端带有双硫酯基团的聚(甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯),并以此聚合物作为大分子链转移剂,进一步的通过RAFT连续聚合单体γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA),成功的制备了一种结构新颖的同时具有温度和pH值双响应的包含反应性嵌段的嵌段共聚物聚,即(甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯)-嵌段-聚(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)(PDMAEMA-b-PTMSPMA)。
在本发明所述的嵌段共聚物的制备方法中,首先选择聚合比较稳定的单体甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)形成大分子链转移剂,然后再聚合侧链基团比较容易水解的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA),从而减少后处理步骤,降低聚合γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷侧链基团的失活机率。
在本发明中,首先使甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯,2-氰基-2-丙基苯并二硫在引发剂及引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,得到大分子链转移剂。在该反应中,所述甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)形成大分子链转移剂,甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯是一种多功能的单体,其结构中含有可用于聚合的双键,同时含有叔胺基,其在酸性的pH值条件下能够质子化。因而其均聚物在一定的pH条件下能够转变成聚阳离子聚合物。此外其聚合物结构中因具有亲水基团和疏水基团,因而其本身具有临界相转变温度(LCST),即是一种温敏性的聚合物。所述甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯与2-氰基-2-丙基苯的摩尔比优选为200:1~50:1,更优选为100:1~50:1。优选的,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应在无水条件下进行。所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的溶剂优选为二氧六环。所述引发剂为偶氮异丁腈。所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的温度优选为80~100℃,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应时间优选为1~3小时。所述可逆加成-断裂链转移聚合反应后,优选的经过以下步骤进行纯化:所述可逆加成-断裂链转移聚合反应后用干燥的正己烷沉淀,经室温干燥,得到大分子链转移剂。所述纯化过程中,优选在无水条件下进行。
得到所述大分子链转移剂后,将所述大分子链转移剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,经液氮淬灭反应后,在氮气保护下进行纯化处理,得到式I所示的嵌段共聚物。γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷是一种常用的硅烷偶联剂,主链带有双键可由于自由基聚合和阴离子聚合,同时其侧链带有可以水解的基团-Si(OCH3)3,进一步交联形成聚倍半硅氧烷。本发明将其引入到嵌段共聚物中,得到具有有机-无机杂化结构的自组装嵌段共聚物。所述引发剂优选为偶氮异丁腈。所述大分子链转移剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的摩尔比比为1:50~1:100。在所述可逆加成-断裂链转移聚合反应温度优选为80~100℃,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应时间为10~30小时。所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的溶剂优选为二氧六环。所述纯化处理的方法优选为:
用干燥的四氢呋喃稀释反应后产物,然后加入正己烷进行沉淀;
将沉淀物真空干燥,得到式I所示的嵌段共聚物。
本发明的纯化处理在氮气保护下进行,从而保证嵌段共聚物的纯化效果并且降低侧基水解的机率。
本发明得到的嵌段共聚物由于其嵌段本身是具有温度和pH敏感响应的,而另一嵌段的侧链是具有活性的,可以水解形成无机聚硅氧烷结构,因而具有诸多潜在的应用。如载药,包覆各种无机功能粒子,如量子点,贵金属等,形成稳定的聚硅氧烷层,同时使其又具有多重响应。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的嵌段共聚物及其制备方法进行详细说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
在一个装有搅拌子的聚合管中加入0.0025g偶氮二异丁腈,2.3mLDMAEMA,0.0282gCPDB及干燥的6.8mL二氧六环溶液。将反应混合物经过三次冷冻-解冻脱气过程,真空下封管,于90℃反应90min。反应结束后,用液氮淬灭反应。得到的产物用冰冷的正己烷沉淀三次,室温下真空干燥两天,最终得到粉红色固体,即大分子链转移剂。单体转化率约为40%。
在一个装有搅拌子的聚合管中加入0.0016g偶氮二异丁腈,0.63mLTMSPMA,0.2000g大分子链转移剂及干燥的2.5mL二氧六环溶液。将反应混合物经过三次冷冻-解冻脱气过程,真空下封管,于80℃反应12h。反应结束后,用液氮淬灭反应。在氮气保护下,用干燥的四氢呋喃稀释反应液,并进一步将得到的反应液用冰冷的正己烷沉淀,直至单体完全除去。室温下真空干燥24h,最终得到淡粉色胶状固体,及本发明的嵌段共聚物。单体转化率约为95%。
对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析,结果如图1所示,图1为实施例1制备的嵌段共聚物的合成共振光波谱。由图1可知,本发明制备得到的嵌段共聚物具有式I结构。
实施例2
在一个装有搅拌子的聚合管中加入0.0025g偶氮二异丁腈,2.3mLDMAEMA,0.0282gCPDB及干燥的6.8mL二氧六环溶液。将反应混合物经过三次冷冻-解冻脱气过程,真空下封管,于80℃反应90min。反应结束后,用液氮淬灭反应。得到的产物用冰冷的正己烷沉淀三次,室温下真空干燥两天,最终得到粉红色固体,即大分子链转移剂。单体转化率约为34%。
在一个装有搅拌子的聚合管中加入0.0016g偶氮二异丁腈,0.0.65mLTMSPMA,0.2100g大分子链转移剂及干燥的2.5mL二氧六环溶液。将反应混合物经过三次冷冻-解冻脱气过程,真空下封管,于100摄氏度反应15h。反应结束后,用液氮淬灭反应。在氮气保护下,用干燥的四氢呋喃稀释反应液,并进一步将得到的反应液用冰冷的正己烷沉淀,直至单体完全除去。室温下真空干燥24h,最终得到淡粉色胶状固体,及本发明的嵌段共聚物。单体转化率约为96%。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种嵌段共聚物,如式I所示:
其中,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000~40000g/mol。
2.根据权利要求1所述的嵌段共聚物,其特征在于,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000~30000g/mol。
3.一种嵌段共聚物的制备方法,包括以下步骤:
(A)甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯,2-氰基-2-丙基苯并二硫在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,得到大分子链转移剂;
(B)所述大分子链转移剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在引发剂作用下发生可逆加成-断裂链转移聚合反应,经液氮淬灭反应后,在氮气保护下进行纯化处理,得到式I所示的嵌段共聚物;
其中,所述嵌段共聚物的数均分子量为10000-40000g/mol。
4.根据权利要求3所述的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应在无水无氧条件下进行。
5.根据权利要求3所述的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(B)中,所述纯化处理的方法为:
用干燥的四氢呋喃稀释反应后产物,然后加入干燥的正己烷进行沉淀;
将沉淀物真空干燥,得到式I所示的嵌段共聚物。
6.根据权利要求5所述的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(B)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的温度为80~100℃,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应时间为10~30小时。
7.根据权利要求3所述的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(A)和步骤(B)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的溶剂为二氧六环。
8.根据权利要求3所述的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(A)中,所述甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯与2-氰基-2-丙基苯的摩尔比为200:1~50:1。
9.根据权利要求3所述的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(A)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应的温度为80~100℃,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应时间为1~3小时。
10.根据权利要求3所述的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(A)中,所述可逆加成-断裂链转移聚合反应后用干燥的正己烷沉淀,经室温干燥,得到大分子链转移剂。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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