CN112592432A - 一种粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,包括:聚苯乙烯种子液制备、油相乳液制备、油相溶胀、引发剂溶胀、聚合、醇解,可得到稳定性好、粒径均一的粒径单分散聚乙烯醇微球。本发明合成的粒径单分散聚乙烯醇微球具有粒径均一可控,孔径大小可控及羟基载量高,通用性好,稳定性强等优点;同时,本发明的方法还可以利用现有的工业常规设备进行规模化、批量生产,批次重现性强。

Description

一种粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法
技术领域
本发明涉及高分子微球制备领域,具体涉及一种粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)是分子主链含有-CH2-CH(OH)-基团的一类有机高分子聚合物,因其具有价格低廉,且无毒、良好的亲水性和生物相容性等优点,可应用于生物医药、化学工业和环境保护等众多领域中。多项科学研究表明,PVA可以作为药物载体材料应用于医药方面,能够起到一定的缓释作用。但目前文献中多用包埋固定方法制备(PVA包埋产延胡索酸酶的黄色短杆菌的固定化研究[J],南昌大学学报,1995,19(4):380-384),或悬浮聚合方法、乳液聚合方法(聚乙烯醇微球的研究[J],北京医科大学学报,1990)制备。但这些方法制备的PVA微球的粒径分布宽,需要经过严格、繁杂的筛分和沉淀处理,且批次之间相差较大,难以进行规模化生产。
公开号为CN105622967A的中国专利公开了一种单分散聚乙烯醇微球的制备方法,该制备方法具体步骤是:首先将聚乙烯醇水浴加热使之溶解于蒸馏水中,冷却至室温后加入水溶性氧化剂,搅拌溶解为均一溶液并转移至水热釜中密闭;将水热釜于烘箱中加热一定时间后冷却至常温, 抽滤反应料液,收集滤液,所得滤饼用蒸馏水洗涤、干燥,即得单分散聚乙烯醇微球。该发明提供的制备方法,制备的聚乙烯醇微球产率高,但得到的微球粒径分布并不均匀,在实际应用中会受到诸多限制。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的聚乙烯醇微球粒径分布不均匀的缺陷,从而提供一种粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,通过简单的制备方法制备得到稳定性好、粒径均一的聚乙烯醇微球。
为此,本发明提供了一种粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,包括如下步骤:
(1)聚苯乙烯种子液制备:将调节剂、引发剂、苯乙烯加入到溶解有分散剂、助分散剂的溶液中,在50~70℃下反应15-25h,得到第一聚苯乙烯种子液;
(2)油相乳液制备:将油相单体、致孔剂、交联剂、乳化剂和水用均质机乳化2-15min后,备用;
(3)油相溶胀:将制备的油相乳液加入到聚苯乙烯种子液中,在温度10-70℃搅拌30min-200min;
(4)引发剂溶胀:将适量的引发剂、乳化剂、水混合后,乳化2-15min;
(5)聚合:将溶胀后的引发剂乳液加入到溶胀后的油相中,加入稳定剂溶液,搅拌均匀后,升温至60-90℃,保温6-24h,得到聚苯乙烯微球;
(6)醇解:将得到的聚苯乙烯微球加入NaOH/甲醇溶液,升温至30-60℃,保温反应4-12h,反应结束后,降至室温,清洗干净得粒径单分散的聚乙烯醇微球。
优选地,所述聚苯乙烯种子液制备还包括将引发剂、苯乙烯、调节剂乳化后加入到第一聚苯乙烯种子液,升温至50~70℃,保温2~5h后加入聚乙二醇溶液,在70~90℃下反应15~25h后得到第二聚苯乙烯种子液。
优选地,所述调节剂包括十二硫醇,所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP),所述助分散剂包括十二醇。
优选地,所述油相单体为醋酸乙烯酯。
优选地,所述致孔剂为甲苯、异丁醇、己醇、辛醇、庚醇、环己醇、正庚烷、液体石蜡或十二醇中的至少一种。
优选地,所述交联剂为二乙烯基苯、二丙烯苯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、三乙烯酸甘油酯、三羟甲基丙基三甲基丙烯酸、季戊四醇三丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰尿酸酯、二缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯六亚甲基双甲基丙烯酰胺、二乙烯基苯基甲烷、三甲基丙烯酸甘油酯或亚甲基丙烯酰胺中的至少一种。
优选地,所述稳定剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、β-环糊精、β-甲基环糊精、羧甲基纤维素、羟基磷灰石中的至少一种。
优选地,所述的乳化剂为SDS、SDBS、吐温80、吐温60、吐温40、吐温20、司班65、司班85、司班80、Tritro X-401、Tritro X-405或Tritro X-100中的至少一种。
优选地,所述的引发剂为过氧化二异丁腈、或偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰或偶氮二异丁基脒中的至少一种。
优选地,所述步骤(1)中的调节剂、引发剂、苯乙烯的质量比为1~2:0.1~0.3:15~25;所述步骤(2)中的油相单体、致孔剂、交联剂的摩尔比为1~15:1~15:1~15。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,将PVA微球的前提可聚合单体导入到种子微球内,通过精确调节交联剂的用量来控制微球的交联度程度,以此来控制微球的伸缩性能和弹性;合成的微球经过后续的醇解,可得到表面含有大量羟基的PVA微球,便于后续的功能化修饰,且合成的微球具有良好的生物相容性。
2.本发明提供的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,合成的粒径单分散聚乙烯醇微球具有粒径均一可控,粒径变异系数小(<5%),孔径大小可控及羟基载量高,通用性好,稳定性强等优点;同时,本发明的方法还可以利用现有的工业常规设备进行规模化、批量生产,批次重现性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,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的附图。
图1是本发明实施例1中合成的粒径单分散聚乙烯醇微球的显微镜图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明,并不局限于所述最佳实施方式,不对本发明的内容和保护范围构成限制,任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品,均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者,按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
(1)称取160mL的乙醇和20mL的超纯水加入到500 ml的圆底烧瓶中,反应瓶上装有回流冷凝管、机械搅拌、N2通气导管和温度计,加入2.0g分散剂PVP和1.0g的助分散剂十二醇,250 rpm搅拌均匀,通N2 20min,体系升温至60℃;称取1.0g 的十二硫醇,0.14g的偶氮二异丁腈(AIBN)溶解于20g 苯乙烯中,加入上述反应瓶中;保温反应20h后,得到均粒聚苯乙烯种子液,清洗干净后,测试种子分子量Mn=3284,粒径大小2.8 μm。
(2)取上述步骤(1)得到的清洗干净的聚苯乙烯种子3.8 g(2.8μm,固含量25%)于500 mL的圆底烧瓶中;称取24.0 g醋酸乙烯酯,3 g二乙烯基苯,及5g异丁醇,0.2g SDS及72g超纯水,超声乳化5min;将此乳液加入上聚苯乙烯种子液反应瓶中,室温下溶胀30min;称取0.45g 的 AIBN/2g甲苯溶液,加入0.05 g SDS及10 g的超纯水,超声乳化5min,将此乳液加入上述反应瓶中,继续溶胀40 min;称取0.5 g PVA/ 90g 超纯水溶液,加入上述反应瓶中,加入0.1g的亚硝酸钠,体系搅拌均匀后,升温至60℃,开始聚合,反应20h;反应结束后,砂芯抽滤,乙醇、超纯水,交替清洗3次后,抽干备用;
(3)将抽干后微球转移500 mL的圆底烧瓶中,加入10g NaOH/300 mL甲醇溶液,搅拌均匀后,体系升温至50℃,醇解5h;反应结束后,砂芯抽滤,乙醇、超纯水,交替清洗3次后,抽干得到8.1 μm粒径单分散的聚乙烯醇微球,粒径变异系数为1.8%。
得到的粒径单分散的聚乙烯醇微球的显微镜图如图1所示,从图中可以看出得到的聚乙烯醇微球粒径均匀。
实施例2
(1)称取160mL的乙醇和20mL的超纯水加入到500 ml的圆底烧瓶中,反应瓶上装有回流冷凝管、机械搅拌、N2通气导管和温度计,加入2.0g分散剂PVP和1.0g的助分散剂十二醇,250 rpm搅拌均匀,通N2 20min,体系升温至60℃;称取1.0g 的十二硫醇,0.14g的偶氮二异丁腈(AIBN)溶解于20g 苯乙烯中,加入上述反应瓶中;保温反应20h后,得到均粒聚苯乙烯种子液,清洗干净后,测试种子分子量Mn=3284,粒径大小2.8 μm。
(2)称取上述步骤(1)得到的聚苯乙烯种子2.5 g(2.8μm,固含量25%)于250 mL的圆底烧瓶中;称取0.11g AIBN,30g 苯乙烯,0.4g 十二硫醇,0.1g SDS,20mL的超纯水于100mL烧杯中,乳化至粒径大小约10μm乳液,加入上述烧瓶中,升温至60℃,保温3h后;加入加入0.5g PEG4000/40g超纯水溶液,80℃进行反应20h,得到均粒聚苯乙烯种子液,清洗干净后,测试种子分子量Mn=10448,粒径大小9.4 μm。
(3)取上述步骤(2)得到的清洗干净的聚苯乙烯种子5 g(9.4 μm,固含量20%)于500 mL的圆底烧瓶中;称取15.8 g醋酸乙烯酯,30 g的二乙二醇二甲基丙烯酸酯及10g 的甲苯,0.39 g的SDBS及132g超纯水,超声乳化5min;将此乳液加入上聚苯乙烯种子液反应瓶中,60℃下溶胀45min;称取0.96g BPO/2.0 g 甲苯溶液,加入0.39 g SDBS及20 g的超纯水,超声乳化5min,将此乳液加入上述反应瓶中,继续溶胀40 min;称取1.28 g PVP/150g超纯水溶液,加入上述反应瓶中,加入0.2g的亚硝酸钠,体系搅拌均匀后,升温至90℃,开始聚合,反应18 h;反应结束后,砂芯抽滤,乙醇、超纯水,交替清洗3次后,抽干备用;
将抽干后微球转移500 mL的圆底烧瓶中,加入10g NaOH/300 mL甲醇 溶液,搅拌均匀后,体系升温至40℃,醇解12 h;反应结束后,砂芯抽滤,乙醇、超纯水,交替清洗3次后,抽干得到32.2 μm粒径单分散的聚乙烯醇微球,粒径变异系数为2.5%。
实施例3
(1)称取160mL的乙醇和20mL的超纯水加入到500 ml的圆底烧瓶中,反应瓶上装有回流冷凝管、机械搅拌、N2通气导管和温度计,加入2.0g分散剂PVP和1.0g的助分散剂十二醇,250 rpm搅拌均匀,通N2 20min,体系升温至60℃;称取1.0g 的十二硫醇,0.14g的偶氮二异丁腈(AIBN)溶解于20g 苯乙烯中,加入上述反应瓶中;保温反应20h后,得到均粒聚苯乙烯种子液,清洗干净后,测试种子分子量Mn=3284,粒径大小2.8 μm。
(2)称取上述步骤(1)得到的聚苯乙烯种子2.5 g(2.8μm,固含量25%)于250 mL的圆底烧瓶中;称取0.11g AIBN,30g 苯乙烯,0.4g 十二硫醇,0.1g SDS,20mL的超纯水于100mL烧杯中,乳化至粒径大小约10μm乳液,加入上述烧瓶中,升温至60℃,保温3h后;加入加入0.5g PEG4000/40g超纯水溶液,80℃进行反应20h,得到均粒聚苯乙烯种子液,清洗干净后,测试种子分子量Mn=10448,粒径大小9.4 μm。
(3)称取步骤(2)得到的聚苯乙烯种子10.5g(9.4 μm,固含量20%)于250 mL的圆底烧瓶中;称取0.11g AIBN,50g 苯乙烯,0.4g 十二硫醇,0.1g SDS,20mL的超纯水于100mL烧杯中,乳化至粒径大小约10μm乳液,加入上述烧瓶中,升温至60℃,保温3h后;加入0.5gPEG4000/40g超纯水溶液,80℃进行反应20h,得到均粒聚苯乙烯种子液,清洗干净后,测试种子分子量Mn=10614,粒径大小24.2 μm。
(4)称取步骤(3)得到的清洗干净的聚苯乙烯种子4 g(24.2 μm,固含量25.2 %)于500 mL的圆底烧瓶中;称取12.0g醋酸乙烯酯,43g的三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯及16.4g的辛醇,0.22 g的 Triton-100及132g超纯水,超声乳化5min;将此乳液加入上聚苯乙烯种子液反应瓶中,60℃下溶胀45min;称取0.54 g的偶氮二异丁基脒,加入0.1 g Triton-100及20 g的超纯水,超声乳化5min,将此乳液加入上述反应瓶中,继续溶胀40 min;称取0.72g 羟乙基纤维素/150g 超纯水溶液,加入上述反应瓶中,加入0.2g的亚硝酸钠,体系搅拌均匀后,升温至80℃,开始聚合,反应20h;反应结束后砂芯抽滤,乙醇、超纯水,交替清洗3次后,抽干备用;
(5)将抽干后微球转移500 mL的圆底烧瓶中,加入10 g NaOH/300 mL甲醇溶液,搅拌均匀后,体系升温至40℃,醇解8 h;反应结束后,砂芯抽滤,乙醇、超纯水,交替清洗3次后,抽干得到85.4μm粒径单分散的聚乙烯醇微球,粒径变异系数为3%。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)聚苯乙烯种子液制备:将调节剂、引发剂、苯乙烯加入到溶解有分散剂、助分散剂的溶液中,在50~70℃下反应15-25h,得到第一聚苯乙烯种子液;
(2)油相乳液制备:将油相单体、致孔剂、交联剂、乳化剂和水用均质机乳化2-15min后,备用;
(3)油相溶胀:将制备的油相乳液加入到聚苯乙烯种子液中,在温度10-70℃搅拌30min-200min;
(4)引发剂溶胀:将引发剂、乳化剂、水混合后,乳化2-15min;
(5)聚合:将溶胀后的引发剂乳液加入到溶胀后的油相中,加入稳定剂溶液,搅拌均匀后,升温至60-90℃,保温6-24h,得到聚苯乙烯微球;
(6)醇解:将得到的聚苯乙烯微球加入NaOH/甲醇溶液,升温至30-60℃,保温反应4-12h,反应结束后,降至室温,清洗干净得粒径单分散的聚乙烯醇微球。
2.根据权利要求1所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述聚苯乙烯种子液制备还包括将引发剂、苯乙烯、调节剂乳化后加入到第一聚苯乙烯种子液,升温至50~70℃,保温2~5h后加入聚乙二醇溶液,在70~90℃下反应15~25h后得到第二聚苯乙烯种子液。
3.根据权利要求1或2所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述调节剂包括十二硫醇,所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮,所述助分散剂包括十二醇。
4.根据权利要求1或2所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述油相单体为醋酸乙烯酯。
5.根据权利要求1或2所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述致孔剂为甲苯、异丁醇、己醇、辛醇、庚醇、环己醇、正庚烷、液体石蜡或十二醇中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述交联剂为二乙烯基苯、二丙烯苯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、三乙烯酸甘油酯、三羟甲基丙基三甲基丙烯酸、季戊四醇三丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰尿酸酯、二缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯六亚甲基双甲基丙烯酰胺、二乙烯基苯基甲烷、三甲基丙烯酸甘油酯或亚甲基丙烯酰胺中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述稳定剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、β-环糊精、β-甲基环糊精、羧甲基纤维素、羟基磷灰石中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述的乳化剂为SDS、SDBS、吐温80、吐温60、吐温40、吐温20、司班65、司班85、司班80、Tritro X-401、Tritro X-405或Tritro X-100中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述的引发剂为过氧化二异丁腈、或偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰或偶氮二异丁基脒中的至少一种。
10.根据权利要求1~9任一项所述的粒径单分散聚乙烯醇微球的合成方法,其特征在于,所述步骤(1)中的调节剂、引发剂、苯乙烯的质量比为1~2:0.1~0.3:15~25;所述步骤(2)中的油相单体、致孔剂、交联剂的摩尔比为1~15:1~15:1~15。
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