CN110511389A - 聚乙二醇-b-聚（N-异丙基丙烯酰胺）表面活性剂及其合成与应用 - Google Patents

聚乙二醇-b-聚（N-异丙基丙烯酰胺）表面活性剂及其合成与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚乙二醇‑b‑聚(N‑异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与应用。该方法包括以下步骤：S1、聚乙二醇大分子引发剂的合成；S2、聚乙二醇‑b‑聚(N‑异丙基丙烯酰胺)的合成；将含有聚乙二醇大分子引发剂和N‑异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2‑二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经后处理即得产物聚乙二醇‑b‑聚(N‑异丙基丙烯酰胺)。该方法N‑异丙基丙烯酰胺单体转化率可达100％，产品总收率超过30％，反应时间缩短到2小时以内，提高了合成效率；以溴化铜代替溴化亚铜进行反应，克服了原料在存储过程中容易氧化的缺点。

Description

聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与 应用
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，更具体的，涉及一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与应用。
背景技术
近年来，温敏型聚合物在纳米科技和生命科学等应用上受到越来越多的关注，这种能在水中表现出低临界溶解温度(lower critical solution temperature，LCST)的水溶性聚合物可用于智能生物活性表面、选择性生物分离、免疫测定相分离和热诱导的药物递送等生物医学方面。目前为止，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的LCST在水中表现在32℃左右，是生物应用中研究最多的温敏型聚合物。这种聚合物的LCST接近体温，而且其对于环境条件相对不敏感，pH、浓度或化学环境的轻微变化几乎不影响PNIPAM的LCST(Jean-Lutz,Akdemir,Ann Hoth et al.Point by Point Comparison of TwoThermosensitive Polymers Exhibiting a Similar LCST:Is the Age of Poly(NIPAM)Over？[J].J.AM.CHEM.SOC.,2006,128:13046-13047.)。
文献(Polymer,2005,46:2836–2840)报道了一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)，该表活剂具有更高的LCST(38℃)。尚未发现具有更高LCST聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表活剂的文献报道。目前，公开报道的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成方法多采用原子转移自由基聚合和单电子转移-活性自由基聚合：
(1)原子转移自由基聚合(ATRP)
将聚乙二醇(PEG)大分子引发剂(0.1mmol)和NIPAM(N-异丙基丙烯酰胺，5.0mmol)分别抽真空-充氮气三次，除气蒸馏水(10mL)分别加入形成PEG大分子引发剂和NIPAM溶液。溴化亚铜(0.1mmol)在氮气气氛中加入除气蒸馏水(20mL)和Me6TREN(三(2-二甲氨基乙基)胺，0.1mmol)。25℃下搅拌5min后加入引发剂和单体溶液，反应24小时后加入少量盐酸停止反应。反应产物在截留分子量为3500的透析膜中透析24小时以移除催化剂、配体和未反应的单体。从透析溶液中除去水后，加入甲醇溶解产物，然后将溶液滴加到乙醚中沉淀，过滤沉淀产物并真空干燥即得产物(Keon Hyeong Kim,Jungahn Kim and Won Ho Jo,Preparation of hydrogel nanoparticles by atom transfer radical polymerizationof N-isopropylacrylamide in aqueous media using PEG macro-initiator[J].Polymer,2005,46:2836–2840)。
(2)单电子转移-活性自由基聚合(SET-LRP)
将水(2mL)和Me6TREN(三(2-二甲氨基乙基)胺，9μL,0.035mmol)在真空反应管(1号)中除气后转移到另一个装有溴化亚铜(10mg,0.07mmol)的充满氮气的真空反应管(2号)中，室温下搅拌30分钟后侵入冰水浴中。
另取一真空反应管(3号)中加入水(3.5mL)，2,3-二羟基丙基2-溴2-甲基丙酸酯(2,3-dihydroxypropyl 2-bromo-2-methylpropanoate，21mg,0.087mmol)和NIPAM(0.79g,7mmol)。真空抽气充氮后将溶液转移到真空反应管(2号)中，0℃下搅拌反应30分钟(QiangZhang,Paul Wilson,Zaidong Li et al,Aqueous Copper-Mediated LivingPolymerization:Exploiting Rapid Disproportionation of CuBr with Me6TREN[J].J.Am.Chem.Soc.,2013,135:7355-7363)。
上述方法中，原子转移自由基聚合采用溴化亚铜为催化剂，反应速度慢，产物分子量分布宽；而单电子转移-活性自由基聚合采用溴化亚铜在水中歧化，采用铜粉作为催化剂引发，虽然解决了原子转移自由基聚合反应速度慢，产物分子量分布宽的问题，但其只可使用小分子引发剂引发；若使用小分子引发剂引发的单电子转移-活性自由基聚合，则只能合成聚乙二醇-b-(N-异丙基丙烯酰胺)中的N-异丙基丙烯酰胺链段而不能合成聚乙二醇链段；且该体系聚合过程中残余氧气还会与自由基反应生成稳定的氧自由基，阻碍反应进行，溴化亚铜催化剂在空气中不稳定等问题，总体使得该体系对于氧气的耐受性差。
为了解决上述问题，本发明以获得到分子量分布相对窄、目标分子量相对可控的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)、提高反应体系的氧气耐受性为目标，提出了一种采用易于储存的原料的高效合成方法。
发明内容
基于以上背景技术，本发明提供一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂及其合成与应用，该方法克服了传统SET-LRP氧气耐受性差的缺点，是一种反应速度快，转化率高，产品分子量分布窄的方法。
本发明采用的合成方法是在SET-LRP方法的基础上进行的改进，使用溴化铜原位还原产生溴化亚铜进行反应而非直接使用在空气中不稳定的溴化亚铜催化剂，提高了反应的稳定性；同时由于还原剂抗坏血酸的加入，能够还原体系中未除尽的残余氧气，防止氧气在反应过程中形成稳定的氧自由基进而阻碍自由基聚合，使得反应体系有了一定的氧气耐受性。使用大分子引发剂代替传统小分子引发剂也能进一步扩展嵌段共聚物的种类。
本发明合成的温度响应型表面活性剂聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST最高可以达到65℃，故可满足较高温度下实现破乳和乳化的特殊环境要求。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂的合成方法，包括以下步骤：
S1、聚乙二醇大分子引发剂的合成；
S2、聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成；
将含有聚乙二醇大分子引发剂和N-异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2-二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；
在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经后处理得产物聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)。
优选地，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂同时含有聚乙二醇链段和聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段；其中，聚乙二醇链段的聚合度为45，聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为20-200。
优选地，所述聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-38或50-200。
优选地，在聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-35范围内时，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST达到45℃以上，最高可以达到65℃。
在本发明的合成方法中，S1中聚乙二醇大分子引发剂的合成反应方程式为：
将聚乙二醇和三乙胺(TEA)溶解于四氢呋喃(THF)中，冰水浴搅拌，滴入2-溴异丁酰溴的四氢呋喃溶液进行反应；
反应结束后将液体过滤，取滤液旋蒸除去大部分四氢呋喃，剩余液体在低温乙醚中沉淀；抽滤除去乙醚，将沉淀干燥即得聚乙二醇大分子引发剂。
优选地，所述聚乙二醇与2-溴异丁酰溴的摩尔比为1:2～1:4。
优选地，所述2-溴异丁酰溴与三乙胺的摩尔比为1:1～1:2。
聚乙二醇与2-溴异丁酰溴反应在冰水浴中进行，以防止反应过快导致温度升高，副反应加剧。优选地，冰水浴温度控制在0～15℃，反应时间24～48小时。
在以上聚乙二醇大分子引发剂提纯过程中：
旋蒸的压力优选为1～100KPa，温度为30～100℃。低温乙醚中沉淀时，低温乙醚温度优选为-20～0℃。
在本发明的合成方法中，S2中聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成反应方程式为：
将含有聚乙二醇大分子引发剂和N-异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2-二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经透析、干燥即得产物聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)。
还原剂抗坏血酸与溴化铜反应原料比视除氧后水中残余氧气量而定，配体三(2-二甲氨基乙基)胺与溴化铜加料比应高于配位反应化学计量比，以使铜催化剂完全形成络合物。
优选地，加料中溴化铜与抗坏血酸的摩尔比为1:0.8～1:1.2。
优选地，溴化铜与三(2-二甲氨基乙基)胺的摩尔比为1:0.5～1:3。
优选地，聚乙二醇大分子引发剂与溴化铜的摩尔比为1:2～10:1。
聚乙二醇大分子引发剂与N-异丙基丙烯酰胺单体摩尔比视所需N-异丙基丙烯酰胺聚合度而定，N-异丙基丙烯酰胺加料量为其目标聚合度理论加料量的0.8～1.2倍。
反应进行前需对催化体系及原料进行分别除氧操作；本领域技术人员容易理解的，所述除氧采用常用的抽气充保护气的操作。优选地，抽气操作压力为20Pa～1KPa，时间5-30min，抽气-充保护气操作重复次数1-5次。所述保护气为氮气或惰性气体，如氦气等。
S2反应过程需要及时移除生成的热量，优选地，冰水浴温度为0～20℃。
优选地，S2中所述后处理包括蒸馏水透析和干燥。
聚合物聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的提纯过程中：
蒸馏水透析过程中，优选地，所述透析的时间2～14天，换水频率每2～24小时一次。本领域技术人员容易理解的，透析的截留分子量只需小于产物分子量，令产物不会流失即可。
产物干燥过程中，优选地，选用冷冻干燥，冷冻干燥压力为15Pa～1KPa，温度为-20～-50℃，时间为6～48小时。
本发明的方法中，N-异丙基丙烯酰胺单体转化率可达100％，产品总收率超过30％，反应时间缩短到2小时以内，提高了合成效率；以溴化铜代替溴化亚铜进行反应，克服了原料在存储过程中容易氧化的缺点。采用本发明合成的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)可用于石油开采，药物递送等多个领域，是一种新型的温敏型表面活性剂。
本发明另一个方面提供以上合成方法制备得到的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂。
优选地，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂同时含有聚乙二醇链段和聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段；其中，聚乙二醇链段的聚合度为45，聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-200。
优选地，所述聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-38或50-200。
该表面活性剂的LCST受聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段聚合度的影响，该聚合度越小，LCST温度越高。
在聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段聚合度为17-35范围内时，LCST可以达到45℃以上，最高可以达到65℃。在水溶液中，该表活剂可以在较高温度下(45℃以上)实现亲水性和两亲性之间的切换。
本发明再一个方面提供上述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂在石油开采、药物递送领域中的应用。
附图说明
图1为实施例1中制备的聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)100的1H NMR(D2O,500MHz)谱图。
图2为实施例1中制备的聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)100的红外谱图。
图3为实施例4中5g/L的聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)35溶液的LCST图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)100，其是通过以下步骤合成得到的：
于圆底烧瓶中，将9mmol聚乙二醇单甲醚(Mn＝2000)、27mmol三乙胺溶解于90mL四氢呋喃中。在冰浴条件下，开启磁力搅拌；将18mmol 2-溴异丁酰溴与60mL四氢呋喃的混合液加入圆底烧瓶；滴加完成后，于25℃反应24小时。
将反应后的混合液抽滤，所得滤液在压力5KPa，温度45℃下旋蒸10min除去大部分四氢呋喃后，加入低温乙醚中沉淀，抽滤后所得固体经干燥后即为聚乙二醇大分子引发剂。
在真空反应管1中将2.5mmol聚乙二醇大分子引发剂和250mmol N-异丙基丙烯酰胺单体溶解于150mL水中；真空除去溶液中气体后充入氮气保护。
在真空反应管2中将1mmol抗坏血酸、2.5mmol溴化铜和20mL蒸馏水混合，待蓝色溴化铜沉淀完全转化为白绿色沉淀后，在液体中加入5mmol三(2-二甲氨基乙基)胺，此时液体变为墨绿色并有铜粉析出。采用冰水浴控制温度，并进行磁力搅拌，抽真空除去液体中的气体后，充入氮气保护。
搅拌30分钟，待溶液中不再有铜颗粒产出时，将真空反应管1中液体加入真空反应管2，保持冰浴反应2小时；将产物液取出1mL进行核磁共振氢谱的检测，谱图中三(2-二甲氨基乙基)胺单体特有的烯基氢含量为0，即产物液中不含有未反应的三(2-二甲氨基乙基)胺单体，该聚合反应转化率为100％。
将剩余产物液放于截留分子量3000的透析袋中，在蒸馏水中透析一周，换水频率为前三天两次/天，之后一次/天。透析完成后所得液体在20Pa，-50℃的条件下冷冻干燥24小时得到白色粉末，即为产物聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)100。
对产物称重为17.353g，则该反应产率51.04％。
LCST＝39℃，分子量Mn＝13982，PDI＝1.384。
其核磁氢谱如图1所示，红外谱图如图2所示。
实施例2
本实施例提供了一种聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)75，其是通过以下步骤合成得到的：
于圆底烧瓶中，将9mmol聚乙二醇单甲醚(Mn＝2000)、27mmol三乙胺溶解于90mL四氢呋喃中。在冰浴条件下，开启磁力搅拌；将18mmol 2-溴异丁酰溴与60mL四氢呋喃的混合液加入圆底烧瓶；完成后，于25℃反应24小时。
将反应后的混合液抽滤，所得滤液在压力5KPa，温度45℃下旋蒸10min除去大部分四氢呋喃后，加入低温乙醚中沉淀，抽滤后所得固体经干燥后即为聚乙二醇大分子引发剂。
在真空反应管1中将3.34mmol聚乙二醇大分子引发剂和250mmol N-异丙基丙烯酰胺单体溶解于150mL水中；真空除去溶液中气体后充入氮气保护。
在真空反应管2中将1.34mmol抗坏血酸、3.34mmol溴化铜和20mL蒸馏水混合，待蓝色溴化铜沉淀完全转化为白绿色沉淀后，在液体中加入6.68mmol三(2-二甲氨基乙基)胺，此时液体变为墨绿色并有铜粉析出。采用冰水浴控制温度，并进行磁力搅拌，抽真空除去液体中的气体后，充入氮气保护。
搅拌30分钟，待溶液中不再有铜颗粒产出时，将真空反应管1中液体加入真空反应管2，保持冰浴反应2小时；将产物液取出1mL进行核磁共振氢谱的检测，谱图中三(2-二甲氨基乙基)胺单体特有的烯基氢含量为0，即产物液中不含有未反应的三(2-二甲氨基乙基)胺单体，该聚合反应转化率为100％。
将剩余产物液放于截留分子量3000透析袋中，在蒸馏水中透析一周，换水频率为前三天两次/天，之后一次/天。透析完成后所得液体在20Pa，-50℃的条件下冷冻干燥24小时得到白色粉末，即为产物聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)75。
对产物称重为15.056g，则该反应产率42.20％。
LCST＝40℃，分子量Mn＝10192，PDI＝1.437。
实施例3
本实施例提供了一种聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)50，其是通过以下步骤合成得到的：
于圆底烧瓶中，将9mmol聚乙二醇单甲醚(Mn＝2000)、27mmol三乙胺溶解于90mL四氢呋喃中。在冰浴条件下，开启磁力搅拌；将18mmol 2-溴异丁酰溴与60mL四氢呋喃的混合液加入圆底烧瓶；完成后，于25℃反应24小时。
将反应后的混合液抽滤，所得滤液在压力5KPa，温度45℃下旋蒸10min除去大部分四氢呋喃后，加入低温乙醚中沉淀，抽滤后所得固体经干燥后即为聚乙二醇大分子引发剂。
在真空反应管1中将5mmol聚乙二醇大分子引发剂和250mmol N-异丙基丙烯酰胺单体溶解于150mL水中；真空除去溶液中气体后充入氮气保护。
在真空反应管2中将2mmol抗坏血酸、5mmol溴化铜和20mL蒸馏水混合，待蓝色溴化铜沉淀完全转化为白绿色沉淀后，在液体中加入10mmol三(2-二甲氨基乙基)胺，此时液体变为墨绿色并有铜粉析出。采用冰水浴控制温度，并进行磁力搅拌，抽真空除去液体中的气体后，充入氮气保护。
搅拌30分钟，待溶液中不再有铜颗粒产出时，将真空反应管1中液体加入真空反应管2，保持冰浴反应2小时；将产物液取出1mL进行核磁共振氢谱的检测，谱图中三(2-二甲氨基乙基)胺单体特有的烯基氢含量为0，即产物液中不含有未反应的三(2-二甲氨基乙基)胺单体，该聚合反应转化率为100％。
将剩余产物液放于截留分子量3000、压平宽度55mm的透析袋中，在蒸馏水中透析一周，换水频率为前三天两次/天，之后一次/天。透析完成后所得液体在20Pa，-50℃的条件下冷冻干燥24小时得到白色粉末，即为产物聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)50。
对产物称重为13.428g，则该反应产率34.43％。
LCST＝41℃，分子量Mn＝9243，PDI＝1.422。
实施例4
本实施例提供了一种聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)35，其是通过以下步骤合成得到的：
于圆底烧瓶中，将9mmol聚乙二醇单甲醚(Mn＝2000)、27mmol三乙胺溶解于90mL四氢呋喃中。在冰浴条件下，开启磁力搅拌；将18mmol 2-溴异丁酰溴与60mL四氢呋喃的混合液加入圆底烧瓶；完成后，于25℃反应24小时。
将反应后的混合液抽滤，所得滤液在压力5KPa，温度45℃下旋蒸10min除去大部分四氢呋喃后，加入低温乙醚中沉淀，抽滤后所得固体经干燥后即为聚乙二醇大分子引发剂。
在真空反应管1中将10mmol聚乙二醇大分子引发剂和350mmol N-异丙基丙烯酰胺单体溶解于150mL水中；真空除去溶液中气体后充入氮气保护。
在真空反应管2中将4mmol抗坏血酸、10mmol溴化铜和20mL蒸馏水混合，待蓝色溴化铜沉淀完全转化为白绿色沉淀后，在液体中加入20mmol三(2-二甲氨基乙基)胺，此时液体变为墨绿色并有铜粉析出。采用冰水浴控制温度，并进行磁力搅拌，抽真空除去液体中的气体后，充入氮气保护。
搅拌30分钟，待溶液中不再有铜颗粒产出时，将真空反应管1中液体加入真空反应管2，保持冰浴反应2小时；将产物液取出1mL进行核磁共振氢谱的检测，谱图中三(2-二甲氨基乙基)胺单体特有的烯基氢含量为0，即产物液中不含有未反应的三(2-二甲氨基乙基)胺单体，该聚合反应转化率为100％。
将剩余产物液放于截留分子量3000、压平宽度55mm的透析袋中，在蒸馏水中透析一周，换水频率为前三天两次/天，之后一次/天。透析完成后所得液体在20pa，-50℃的条件下冷冻干燥24小时得到白色粉末，即为产物聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)35。
对产物称重为9.845g，则该反应产率20.09％。
LCST＝45℃，分子量Mn＝6048，PDI＝1.324。
5g/L的聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)35溶液的LCST图如图3所示。
聚合物在45℃之下时为完全溶解的分子，此时溶液完全透明，吸光度为0，当温度升高到45℃以上时，由于到达了聚合物LCST，聚合物中聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段由亲水变为疏水，聚合物在水中自组装成胶束，溶液开始变为浑浊，吸光度逐渐增加，当温度升到62℃时转变趋于完全，吸光度到达平台。继续升温到76℃时，到达聚乙二醇的转变温度，此时聚合物整体变为疏水，其吸光度继续增加。由于吸光度数据皆为连续升降温下的数据，所以升降温数据会有滞后现象。
实施例5
本对比例提供了一种聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)143，其是通过以下步骤合成得到的：
于圆底烧瓶中，将9mmol聚乙二醇单甲醚(Mn＝2000)、27mmol三乙胺溶解于90mL四氢呋喃中。在冰浴条件下，开启磁力搅拌；将18mmol 2-溴异丁酰溴与60mL四氢呋喃的混合液加入圆底烧瓶；完成后，于25℃反应24小时。
将反应后的混合液抽滤，所得滤液在压力5KPa，温度45℃下旋蒸10min除去大部分四氢呋喃后，加入低温乙醚中沉淀，抽滤后所得固体经干燥后即为聚乙二醇大分子引发剂。
在真空反应管1中将0.1mmol聚乙二醇大分子引发剂和14mmol N-异丙基丙烯酰胺单体溶解于6mL水中；真空除去溶液中气体后充入氮气保护。
在真空反应管2中将0.04mmol抗坏血酸、0.1mmol溴化铜和2mL蒸馏水混合，待蓝色溴化铜沉淀完全转化为白绿色沉淀后，在液体中加入0.2mmol三(2-二甲氨基乙基)胺，此时液体变为墨绿色并有铜粉析出。采用冰水浴控制温度，并进行磁力搅拌，抽真空除去液体中的气体后，充入氮气保护。
搅拌30分钟，待溶液中不再有铜颗粒产出时，将真空反应管1中液体加入真空反应管2，保持冰浴反应2小时。将产物液放于截留分子量3000的透析袋中，在蒸馏水中透析一周，换水频率为前三天两次/天，之后一次/天。透析完成后所得液体在20Pa，-50℃的条件下冷冻干燥24小时得到白色粉末，即为产物聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)50。
对产物称重为13.428g，则该反应产率34.43％。
LCST＝38℃，产物分子量Mn＝18202，分子量分布PDI＝1.028。
实施例6
本实施例提供了一种聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)17，其是通过以下步骤合成得到的：
于圆底烧瓶中，将9mmol聚乙二醇单甲醚(Mn＝2000)、27mmol三乙胺溶解于90mL四氢呋喃中。在冰浴条件下，开启磁力搅拌；将18mmol 2-溴异丁酰溴与60mL四氢呋喃的混合液加入圆底烧瓶；完成后，于25℃反应24小时。
将反应后的混合液抽滤，所得滤液在压力5KPa，温度45℃下旋蒸10min除去大部分四氢呋喃后，加入低温乙醚中沉淀，抽滤后所得固体经干燥后即为聚乙二醇大分子引发剂。
在真空反应管1中将5mmol聚乙二醇大分子引发剂和85mmol N-异丙基丙烯酰胺单体溶解于150mL水中；真空除去溶液中气体后充入氮气保护。
在真空反应管2中将2mmol抗坏血酸、5mmol溴化铜和20mL蒸馏水混合，待蓝色溴化铜沉淀完全转化为白绿色沉淀后，在液体中加入10mmol三(2-二甲氨基乙基)胺，此时液体变为墨绿色并有铜粉析出。采用冰水浴控制温度，并进行磁力搅拌，抽真空除去液体中的气体后，充入氮气保护。
搅拌30分钟，待溶液中不再有铜颗粒产出时，将真空反应管1中液体加入真空反应管2，保持冰浴反应2小时；将产物液取出1mL进行核磁共振氢谱的检测，谱图中三(2-二甲氨基乙基)胺单体特有的烯基氢含量为0，即产物液中不含有未反应的三(2-二甲氨基乙基)胺单体，该聚合反应转化率为100％。
将剩余产物液放于截留分子量3000、压平宽度55mm的透析袋中，在蒸馏水中透析一周，换水频率为前三天两次/天，之后一次/天。透析完成后所得液体在20Pa，-50℃的条件下冷冻干燥24小时得到白色粉末，即为产物聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)17。
产物分子量Mn＝3957，分子量分布PDI＝1.354；LCST＝65℃。
实施例1-3中，将N-异丙基丙烯酰胺单体投料量定为250mmol，则相应的聚乙二醇大分子引发剂投料量由相应产物的聚合度确定。以实施例3为例，产物中N-异丙基丙烯酰胺的聚合度为50，则大分子引发剂与N-异丙基丙烯酰胺的投料摩尔比也为1：50，即聚乙二醇大分子引发剂投料5mmol；催化体系与引发剂无定量关系，但一般选用与大分子引发剂等摩尔量，即溴化铜投料量也为5mmol；抗坏血酸与溴化铜反应摩尔比为1：2，但一般使溴化铜稍过量以减慢聚合速度，使反应可控，则抗坏血酸投料量为2mmol。
实施例4-6投料量也由该比例确定。
对比例1
本对比例为采用传统的ATRP合成方法合成聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)75，通过以下步骤合成得到的：
于圆底烧瓶中，将9mmol聚乙二醇单甲醚(Mn＝2000)、27mmol三乙胺溶解于90mL四氢呋喃中。
在冰浴条件下，开启磁力搅拌；将18mmol 2-溴异丁酰溴与60mL四氢呋喃的混合液加入圆底烧瓶；完成后，于25℃反应24小时。
将反应后的混合液抽滤，所得滤液在压力5KPa，温度45℃下旋蒸10min除去大部分四氢呋喃后，加入低温乙醚中沉淀，抽滤后所得固体经干燥后即为聚乙二醇大分子引发剂。
在真空反应管中将2mmol聚乙二醇大分子引发剂、150mmol N-异丙基丙烯酰胺单体和2mmol的三(2-二甲氨基乙基)胺溶解于30mL DMF和10mL水的混合溶剂中，真空除去溶液中气体后充入氮气保护，然后向体系中加入2mmol的溴化亚铜粉末，并进行磁力搅拌，抽真空除去液体中的气体后，充入氮气保护，常温反应12小时后，将产物液放于截留分子量3000的透析袋中，在蒸馏水中透析一周，换水频率为前三天两次/天，之后一次/天。
透析完成后所得液体在20Pa，-50℃的条件下冷冻干燥24小时得到白色粉末，即为产物聚乙二醇45-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)75。
LCST＝40℃，产物分子量Mn＝10275，分子量分布PDI＝1.354。
通过对比例对比可知，相较于传统的ATRP合成技术，本发明(参见实施例5)反应时间从12小时缩短为2小时，反应速度更快。而产物的分子量分布也从1.354降低为1.028，合成了分子量分布更窄的聚合物。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (24)

1.一种聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、聚乙二醇大分子引发剂的合成；
S2、聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成；
将含有聚乙二醇大分子引发剂和N-异丙基丙烯酰胺单体的水溶液以及含有溴化铜、抗坏血酸和三(2-二甲氨基乙基)胺的水溶液分别进行除氧；
在冰浴中将两者混合进行反应；反应结束后，反应液经后处理即得产物聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂同时含有聚乙二醇链段和聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段；其中，聚乙二醇链段的聚合度为45，聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为20-200。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-38或50-200。
4.根据权利要求2或3所述的合成方法，其特征在于，在聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-35范围内时，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST达到45℃以上。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S1中聚乙二醇大分子引发剂的合成包括：
将聚乙二醇和三乙胺溶解于四氢呋喃中，冰水浴搅拌，滴入2-溴异丁酰溴的四氢呋喃溶液进行反应；
反应结束后将液体过滤，取滤液旋蒸除去大部分四氢呋喃，剩余液体在低温乙醚中沉淀；抽滤除去乙醚，将沉淀干燥即得聚乙二醇大分子引发剂。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述聚乙二醇与2-溴异丁酰溴的摩尔比为1:2～1:4。
7.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述2-溴异丁酰溴与三乙胺的摩尔比为1:1～1:2。
8.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述冰水浴的温度控制在0～15℃，反应时间24～48小时。
9.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述旋蒸的压力为1～100KPa，温度为30～100℃。
10.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述低温乙醚温度为-20～0℃。
11.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S2中，溴化铜与抗坏血酸的摩尔比为1:0.8～1:1.2。
12.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S2中，溴化铜与三(2-二甲氨基乙基)胺的摩尔比为1:0.5～1:3。
13.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S2中，聚乙二醇大分子引发剂与溴化铜的摩尔比为1:2～10:1。
14.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S2中，N-异丙基丙烯酰胺加料量为其目标聚合度理论加料量的0.8～1.2倍。
15.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述除氧采用抽气充保护气的操作；抽气操作压力为20Pa～1KPa，时间5-30min，抽气-充保护气操作重复次数1-5次。
16.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S2中的冰水浴温度为0～20℃。
17.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，S2中所述后处理包括蒸馏水透析和干燥。
18.根据权利要求17所述的合成方法，其特征在于，所述透析的透析的时间为2～14天，换水频率每2～24小时一次。
19.根据权利要求17所述的合成方法，其特征在于，所述干燥选用冷冻干燥，冷冻干燥压力为15Pa～1KPa，温度为-20～-50℃，时间为6～48小时。
20.权利要求1-19任一项所述合成方法制备得到的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂。
21.根据权利要求20所述的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂，其特征在于，所述表面活性剂同时含有聚乙二醇链段和聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段；其中，聚乙二醇链段的聚合度为45，聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-200。
22.根据权利要求21所述的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂，其特征在于，所述聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-38或50-200。
23.根据权利要求21或22所述的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂，其特征在于，在聚(N-异丙基丙烯酰胺)链段的聚合度为17-35范围内时，所述聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的LCST达到45℃以上。
24.权利要求20-23任一项所述的聚乙二醇-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)表面活性剂在石油开采、药物递送领域中的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115073638A (zh) * 2022-08-04 2022-09-20 盐城工学院 C36-D-Br2大分子引发剂、聚丙烯酸甲酯及制备方法和用途

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103601893A (zh) * 2013-10-23 2014-02-26 西北工业大学 具有温度敏感性的长链超支化聚(n-异丙基丙烯酰胺)的制备方法
CN107573447A (zh) * 2017-09-11 2018-01-12 淮阴工学院 通过原子转移自由基聚合原位制备洁净的可控聚合物的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103601893A (zh) * 2013-10-23 2014-02-26 西北工业大学 具有温度敏感性的长链超支化聚(n-异丙基丙烯酰胺)的制备方法
CN107573447A (zh) * 2017-09-11 2018-01-12 淮阴工学院 通过原子转移自由基聚合原位制备洁净的可控聚合物的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QIANG ZHANG ET AL.: ""Aqueous Copper-Mediated Living Polymerization: Exploiting Rapid Disproportionation of CuBr with Me6TREN"", 《J. AM. CHEM. SOC.》 *
刘旭: ""含聚N-异丙基丙烯酰胺的两亲温敏型三嵌段共聚物的制备及药物控释的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115073638A (zh) * 2022-08-04 2022-09-20 盐城工学院 C36-D-Br2大分子引发剂、聚丙烯酸甲酯及制备方法和用途
CN115073638B (zh) * 2022-08-04 2024-03-08 盐城工学院 C36-D-Br2大分子引发剂、聚丙烯酸甲酯及制备方法和用途

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