CN112679666A

CN112679666A - 一种可快速高效分离刺激响应性星形及线形聚合物的方法

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Publication number: CN112679666A
Application number: CN202011256327.7A
Authority: CN
Inventors: 冯岸超; 李�昊; 李智; 张立群
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: CN112679666B

Abstract

本发明公开了一种利用星形聚合物的刺激响应特点并结合离心操作提纯目标星形聚合物的方法。初期设计选用了“先臂后核”的合成技术路线，以及可逆加成断裂链转移聚合的聚合方法，合成了具有温度响应(UCST和LCST)和pH响应的不同臂数的刺激响应聚合物。对于UCST型，我们选用了DMAPS作为单体，以及RAFT试剂ECT。对于LCST型，我们将MEO₂MA和OEGMA单体用RAFT试剂DTTCP来进行共聚或均聚。得到线形聚合物Linear‑PDMAPS和Linear‑P(MEO₂MA‑co‑OEGMA)后将其交联成星形聚合物。由于转化率的问题及合成路线的弊端，得到的产物中混有未转化的线形聚合物难除去，而且星形聚合物产物分子量分布宽。本方法利用线形及星形聚合物响应差异性，采用了离心法，快速高效的将线性聚合物除去，得到了分子量分布极窄的产物。

Description

一种可快速高效分离刺激响应性星形及线形聚合物的方法

技术领域

本发明涉及一种利用温度响应和pH响应的协同作用，采用离心的方式快速高效分离星形和线形聚合物的方法。

背景技术

星形聚合物，是指具有三条或三条以上组成相同或不同的支链(支链无主次之分)，通过化学键连接在同一中心核的一种复杂拓扑聚合物。与其他聚合物相比较，星形聚合物具有独特的致密的空间结构，较低的扩散系数，熔融粘度，结晶度以及流体动力学体积。正是由于星形聚合物的特殊优势，而且合成也较为简单，近些年来被广泛应用于药物载体，聚合物薄膜，界面稳定剂以及纳米成像等方面。但是随着星形聚合物的快速发展与应用拓广，研究学者也愈发希望得到特定性能的星形聚合物，而聚合物性质的出发点就是其结构，所以如何精确控制聚合物拓扑结构一直是高分子领域的一个研究热点，特别是结构复杂的拓扑聚合物。活性聚合的出现，使这一切成为了可能，其中可逆加成链转移(RAFT)聚合以其分子结构设计能力强，单体适用范围广，聚合条件温和简单的优点迅速蹿红，成为应用最广的活性聚合方法之一。而目前来说，星形聚合物的合成路线大致被分为三种：先核后臂法，先臂后核法以及嫁接法。1：“先核后臂”法：此种方法先合成一个具有多官能度的核，然后加入单体进入反应体系中，使单体在多官能度核上进行链增长。这种方法的转化率很高，但是不能被应用于杂臂星形聚合物的合成。2：“嫁接”法：开始时先分别预先合成多官能度核和末端带有特定反应基团的单臂，最后再用特定方法将单臂耦合在“核心”处。这种方法的最大优势就是其对产物分子结构的精确控制能力。但是由于位阻作用，所以其臂数较低，而且操作起来也最为困难。3：“先臂后核”法：这种方法中，先预先合成特定分子量的单臂，然后再用交联剂将其交联在“核心”处。这种方法操作最为简单，而且理论上可以合成出臂数很大的星形聚合物，是三种方法中最有应用前景的一种。但是这种方法得到的产物中有大量未转化的单臂很难除去，而且产物分子量分布宽，这就极大的限制了这种方法的应用。而目前来说除副产物的方法应用最多的就是“透析法”或者是“沉淀法”。透析方法操作起来十分简单，但是耗时长，分离动力小，分离不彻底，而且此种方法受市售透析袋的限制，操作灵活度很低。沉淀方法操作起来耗时短，但是往往需要分级沉淀，而且往往需要对产物进行后处理，操作起来较为繁琐。

对于刺激响应性聚合物，就是指会对外界环境改变(物理，化学或生物刺激)产生一定响应的一类聚合物，是功能响应型聚合物中的一类重要材料。刺激响应性聚合物主要包括：温度响应性、pH响应性、离子响应性、光响应性、溶剂极性响应性等。其中温度响应性，pH响应性是研究较为深入，应用较为广泛的两种响应机理。对于温度响应性来说，目前主要包括两种：最高临界互溶温度(UCST)和最低临界互溶温度(LCST)。在温度响应性聚合物链段中通常含有一定比例的亲疏水基团，在某个临界温度下，链段之间，链段和溶剂之间的作用力随温度的改变而改变，进而影响聚合物的亲疏水性质。这种响应方式机理简单，最容易实现，具有清洁、无污染、可持续等基本特征。对于pH响应性聚合物，就是在聚合物结构中含有易被解离或质子化的基团，随着环境pH变化可接受或提供质子，致使聚合物分子链的构象发生相应变化。其他响应性聚合物响应机理也与之相似。正是由于此类聚合物对各种刺激进行响应的能力，近些年来被广泛应用于药物传递释放，涂料，光感材料等方面。

发明内容

本发明的目的在于刺激响应型星形聚合物的刺激响应特点来进行星形聚合物的分离纯化，探索可行性，进而为星形聚合物及其他拓扑结构的刺激响应性聚合物的分离纯化提供一个简单快捷的分离方法。本发明采用的是“先臂后核”的合成技术路线，以及RAFT的活性可控自由基聚合方法，选取聚合物带有温度响应性的特定单体，以及特定的端羧基RAFT试剂，合成出具有温度响应以及pH响应性的星形聚合物。再利用温度响应与pH响应的协同作用，采用离心的操作方法将未转化的线形聚合物及其他杂质快速高效除去。并且通过控制离心速度将臂数相差较大的星形聚合物分离开来，进而得到分子量分布极窄的星形聚合物产物。

开始时选择RAFT活性聚合方法，以及“先臂后核”的合成技术路线来得到星形聚合物粗产物。接下来选取了目前研究最为全面，应用最为广泛的温度响应(包括LCST和UCST)和pH响应来进行实验。对于LCST型，第一步先选择水溶性端羧基RAFT试剂来聚合特定单体来得到带有温度响应与pH响应的线形聚合物。第二步选取特定比例的交联剂将其交联得到不同臂数的星形聚合物。其具体结构反应与结构式如下所示:

第一步：Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的合成，Z₁＝SC₁₂H₂₅,R₁＝COOH，n＝80-100。

第二步：Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的合成，Z₁＝SC₁₂H₂₅,R₁＝COOH。

对于LCST型均聚物也采用先臂后核的方法得到，其具体结构反应与结构式如下所示:

第一步：Linear-P(MEO₂MA)的合成，Z₂＝SC₁₂H₂₅,R₂＝COOH,n＝80-100。

第二步：Star-P(MEO₂MA)的合成，Z₂＝SC₁₂H₂₅,R₂＝COOH。

同样地，对于UCST型也采用类似的方法两步得到相应臂数的星形聚合物粗产物。其具体反应与结构式如下所示。

第一步：Linear-PDMAPS的合成，Z₃＝SCH₂CH₃,R₃＝COOH，n＝80-120.

第二步Star-PDMAPS的合成，Z₃＝SCH₂CH₃,R₃＝COOH。

对于LCST共聚物型，采用“先臂后核”合成技术路线和RAFT活性聚合方法制备星形聚合物粗产物的具体方法如下：

第一步：RAFT方法合成带有温度响应(LCST)与pH响应的线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)。

将两种单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)投入，选用偶氮二环已基甲腈(ACCN)来作为引发剂，接下来将油溶性端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)加入到混合体系中，最后再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、保持温度反应8小时，最终得到线形聚合物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)。

上述制备方法中，溶剂为N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)。

上述制备方法中，反应体系固含量(引发剂、RAFT试剂和单体质量之和与加入引发剂、RAFT试剂、单体和溶剂质量之和的比值)在10％-30％。

上述制备方法中，为了反应速率考虑，在体系中设计RAFT试剂(DTTCP)的摩尔数为引发剂(ACCN)的5倍。

上述制备方法中，设计线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的总聚合度为100。其中单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)的摩尔比例分别为99：1-90：10。

第二步：用交联剂MBA将线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)交联成星形聚合物Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)

按合成线形共聚物时加入两种单体摩尔比例再补加两种单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)。接下来将上步得到的纯化后的线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)和自由基引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)加入到体系中，最后将交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加入到混合体系中，再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、反应24小时得到交联成星形聚合物Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)。

上述制备方法中，溶剂为N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)。

上述制备方法中，反应体系固含量(引发剂、RAFT试剂、线形均聚物和单体质量之和与加入引发剂、RAFT试剂、线形均聚物、单体和溶剂质量之和的比值)在10％-30％。

上述制备方法中，补加的两种单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)的摩尔数之和与加入的线形共聚物(Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA))的摩尔比例为6：1。

上述制备方法中，设计线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)摩尔数为体系中引发剂(ACCN)量的5倍。

上述制备方法中，为了得到不同臂数(3-20臂)的星形聚合物(Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA))，控制线形共聚物(Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA))摩尔数为交联剂(MBA)量的3-20倍。

对于LCST均聚物型，采用“先臂后核”合成技术路线和RAFT活性聚合方法制备星形聚合物粗产物的具体方法如下：

第一步：RAFT方法合成带有温度响应(LCST)与pH响应的线形聚合物Linear-P(MEO₂MA)。

将单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)投入，选用偶氮二环已基甲腈(ACCN)来作为引发剂，接下来将油溶性端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)加入到混合体系中，最后再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、保持温度反应8小时，最终得到线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)。

上述制备方法中，溶剂为N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)。

上述制备方法中，设计线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)的聚合度为80-100。

第二步：用交联剂MBA将线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)交联成星形聚合物Star-P(MEO₂MA)

补加单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)，接下来将得到的纯化后的线形均聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)和自由基引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)加入到体系中，最后将交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加入到混合体系中，再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、反应24小时得到交联成星形聚合物Star-P(MEO₂MA)。

上述制备方法中，溶剂为N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)。

上述制备方法中，补加单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和加入的线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)的摩尔比例为6：1。

上述制备方法中，设计线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)摩尔数为体系中引发剂(ACCN)量的5倍。

上述制备方法中，为了得到不同臂数(3-20臂)的星形聚合物Star-P(MEO₂MA)，控制线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)摩尔数为交联剂(MBA)量的3-20倍。

对于UCST型，也采用了“先臂后核”合成技术路线和RAFT活性聚合方法制备星形聚合物粗产物的具体方法如下：

第一步：RAFT方法合成带有温度响应(UCST)与pH响应的线形均聚物Linear-PDMAPS

开始时合成两性离子单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)：将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)和丙磺酸内酯加入到烧瓶中，以丙酮为溶剂在50℃条件下反应24小时，真空隔膜泵抽滤后放入烘箱中24小时，得到白色固体粉末状产物DMAPS。

接下来将合成的DMAPS作为两性离子单体加入体系，选用自由基引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)来作为引发剂，接下来将水溶性双碳端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(((乙硫基)硫代羰基)硫基)戊酸(ECT)加入到混合体系中，最后再将体系通过搅拌溶解得到混合反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、保持温度反应24小时，最终得到两性离子线形均聚物Linear-PDMAPS。

上述制备方法中，为了反应速率考虑，在体系中设计RAFT试剂(ECT)的摩尔数为引发剂(ACCN)的5倍。

上述制备方法中，反应体系设计固含量(引发剂、RAFT试剂和单体质量之和与加入引发剂、RAFT试剂、单体和溶剂质量之和的比值)在10％-20％。

上述制备方法中，体系溶剂为超纯水制备的浓度为0.5M的氯化钠溶液。

上述制备方法中，设计两性离子线形均聚物Linear-PDMAPS的聚合度为80-100。所以DMAPS和ECT的摩尔比例为n：1(n＝80-100)。

第二步：用交联剂DSDMA将两性离子线形均聚物Linear-PDMAPS交联成两性离子星形聚合物Star-PDMAPS。

补加两性离子单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)，接下来将得到的纯化后的两性离子线形均聚物Linear-PDMAPS和自由基引发剂4,4'-偶氮(4-氰基戊酸)(ACVA)加入到体系中，最后将交联剂(2-甲基丙烯)乙氧基二硫(DSDMA)加入到混合体系中，再将体系通过搅拌溶解得到混合反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、保持温度反应24小时，最终得到两性离子星形聚合物Star-PDMAPS。

上述制备方法中，为了引发速率考虑，设计两性离子线性均聚物Linear-PDMAPS摩尔数为体系中引发剂(ACCN)量的5倍。

上述制备方法中，反应体系固含量(引发剂、RAFT试剂、线形均聚物和单体质量之和与加入引发剂、RAFT试剂、线形均聚物、单体和溶剂质量之和的比值)在10％-20％。

上述制备方法中，补加的两性离子单体(DMAPS)和加入的两性离子线形均聚物Linear-PDMAPS的摩尔比例为6：1。

上述制备方法中，为了得到不同臂数(3-20臂)的两性离子星形聚合物Star-PDMAPS，控制两性离子线性均聚物Linear-PDMAPS物质的量为交联剂(DSDMA)量的3-20倍。

根据上述制备方法分别制备得到的带有温度响应(UCST和LCST)与pH响应的不同臂数的星形聚合物粗产物做接下来分离备用。本专利的特征在于运用聚合物的刺激响应性(温度响应性和pH响应性)来进行星形聚合物的分离纯化，在透析和沉淀分离方法的基础上，创新性的提出了采用控温离心的方式来进行分离提纯。这种分离方法利用温度响应性和pH响应性的协同作用，将透析和沉淀的局限大大改善，可以更为方便高效地将未转化的单臂及其他杂质除去。不仅如此，还可以通过控制离心机转速(5k rpm)，将臂数相差较大的星形聚合物分离开来，达到通过控制离心机转速达到控制星形聚合物产物分子量分布的目的，增加分离操作的灵活性。

本发明中星形聚合物粗产物的分离效果采用凝胶渗透色谱仪来进行表征。通过表征不同温度、pH、转速环境下分离操作后的溶液来评价分离操作对于星形聚合物的提纯效果。

本发明旨在运用刺激响应型星形聚合物的刺激响应特点来进行星形聚合物的分离纯化，探索可行性，进而为星形聚合物及其他拓扑结构的刺激响应性聚合物的分离纯化提供一个简单快捷的分离方法。

本发明所述的利用温度响应性和pH响应性的协同作用，采用离心方式分离的优越性在于：(1)耗时短，效率高。一次完整的分离操作在30min之内就可以完成，与透析相比较，操作时间大大缩短。(2)分离效果好。分离驱动力为较大的离心力，与透析和沉淀相比较分离效果要好很多。(3)操作简单。仅需要离心机操作，而且操作后得到的产物无需后处理。(4)操作灵活度较高。与透析相比较(市售透析袋的最大截留分子量大约在40,000左右而且相差较大)，对聚合物分子量的要求小。而且可以通过控制离心机速率就可以控制星形聚合物产物分子量分布。这些优越性都极大的拓宽了离心操作在刺激响应性复杂拓扑结构聚合物分离提纯方向的应用前景。

附图说明

图1是UCST型两性离子线形聚合物(Linear-PDMAPS)的核磁共振氢谱图；

图2是UCST型两性离子星形聚合物(Star-PDMAPS)的核磁共振氢谱图；

图3是3臂UCST型星形聚合物(Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA))粗产物分离操作前后的凝胶渗透色谱对比图；

图4是6臂UCST型星形聚合物(Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA))粗产物分离操作前后的凝胶渗透色谱对比图；

图5是8臂UCST型星形聚合物(Star-PDMAPS)粗产物分离操作前后的凝胶渗透色谱对比图；

图6是10臂UCST型星形聚合物粗产物(Star-PDMAPS)分离操作前后的凝胶渗透色谱对比图；

具体实施方式

下面运用具体的实施例的方式来说明本发明的技术方案和效果，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

以设计LCST型线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)聚合度为100，单体MEO₂MA和OEGMA比例为摩尔99：1，星形聚合物(Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA))接枝度为6为例：

1)在50mL舒伦克管中加入溶剂N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)10mL，两种单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)0.08g和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)2.92g，共3g(两种单体摩尔比例为99：1)。油溶性端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)0.063g和引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)0.008g，将体系混合均匀后，冷冻抽排操作三次除去体系中氧气。在90℃下反应8h后，将反应体系通大气停止反应。接下来将产物转移出来，并通过3000MW分子量透析袋透析48h后得到聚合度为100的LCST型线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)再将透析产物放在冷冻干燥机中干燥72h至恒重。

2)在50mL舒伦克管中加入溶剂N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)10mL，线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)1.5g,补加两种单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)共0.09g(两种单体摩尔比例为99：1)。引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)0.0039g,交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)0.073g,将体系混合均匀后，冷冻抽排操作三次除去体系中氧气。在90℃下反应24h后，将反应体系通大气停止反应。最终得到接枝度为6的LCST型星形聚合物粗产物。

3)接下来利用温度响应与pH响应的协同作用，采用离心的方式。得到的线性共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的响应温度在36℃，通过控制离心机温度为34℃，转速在15k rpm，及体系pH＝7，利用星形聚合物和线形均聚物之间的响应温度的差别，将粗产物中未转化的单臂以及其他副产物分离出来，快速高效地得到纯化后的目标臂数的星形聚合物。不仅如此，还可以通过降低转速(5k rpm)，得到分子量分布极窄(PDI＝1.1)的星形聚合物。最终结果通过凝胶渗透色谱仪来进行表征。这种方法与透析及沉淀操作相比较，更为灵活，更为简单，分离效果更好。

实施例2：

以设计LCST型线形均聚物Linear-PMEO₂MA聚合度为100，以星形聚合物Star-PMEO₂MA接枝度为6为例：

1)在50mL舒伦克管中加入溶剂N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)10mL，单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)3g，油溶性端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)0.0645g，和引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)0.0039g。将体系混合均匀后，冷冻抽排操作三次除去体系中氧气。在90℃下反应8h后，将反应体系通大气停止反应。接下来将产物转移出来，并通过3000MW分子量透析袋透析48h后可以得到聚合度为100的LCST型线形均聚物Linear-PMEO₂MA，再将透析产物放在冷冻干燥机中干燥72h至恒重。

2)在50mL舒伦克管中加入溶剂N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)10mL，线形均聚物(Linear-PMEO₂MA)0.7g,补加单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)共0.044g。引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)0.0019g,交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)0.036g,将体系混合均匀后，冷冻抽排操作三次除去体系中氧气。在90℃下反应24h后，将反应体系通大气停止反应。最终得到接枝度为6的LCST型星形聚合物粗产物。

3)接下来利用温度响应与pH响应的协同作用，采用离心的方式，得到的线性均聚物Linear-P(MEO₂MA)的响应温度在22℃，通过控制离心机温度为19℃，转速在15k rpm，及体系pH＝7，利用星形聚合物和线形均聚物之间的响应温度的差别，将粗产物中未转化的单臂以及其他副产物分离出来，快速高效地得到纯化后的目标臂数的星形聚合物。不仅如此，还可以通过降低转速(5k rpm)，得到分子量分布极窄(PDI＝1.07)的星形聚合物。最终结果通过凝胶渗透色谱仪来进行表征。这种方法与透析及沉淀操作相比较，更为灵活，更为简单，分离效果更好。

实施例3：

以设计UCST型两性离子线形均聚物Linear-PDMAPS聚合度为80，星形聚合物Star-PDMAPS接枝度为6为例：

1)开始时将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)10.89g和丙磺酸内酯8.461g加入到250ml圆底烧瓶中，以丙酮(90ml)为溶剂在50℃条件下反应24小时，真空隔膜泵抽滤后放入烘箱中24小时，得到白色固体粉末状产物3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)。

2)在25mL舒伦克聚合管中加入实验室自制0.5M氯化钠溶剂8mL，单体选用步骤1中自制单体DMAPS 2.0g，水溶性端羧基RAFT试剂ECT 4-氰基-4-(((乙硫基)硫代羰基)硫基)戊酸(ECT)0.024g和引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)0.0044g，将体系混合均匀后，在聚合管中冷冻抽排操作三次除去体系中氧气。在90℃下反应24h后，将反应体系通大气停止反应。接下来将产物转移出来，并通过3000MW分子量透析袋透析72h后可以得到聚合度为80的线形两性离子聚合物(Line-PDMAPS)，再将透析产物放在冷冻干燥机中干燥72h至恒重。

3)在25mL舒伦克聚合管中加入0.5M氯化钠溶剂7mL，两性离子线形聚合物Line-PDMAPS 1.5g,并补加两性离子单体-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)0.109g，引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)0.0032g,交联剂(2-甲基丙烯)乙氧基二硫(DSDMA)0.2985g,将体系混合均匀后，冷冻抽排操作三次除去体系中氧气。在90℃下反应24h后，将反应体系通大气停止反应。最终得到接枝度为6的UCST型星形聚合物粗产物。

4)接下来利用温度响应与pH响应的协同作用，采用离心的方式，得到的线性均聚物Line-PDMAPS的响应温度在7℃，通过控制离心机温度为10℃，转速在15k rpm，及体系pH＝7，利用星形聚合物和线形均聚物之间的响应温度的差别，将粗产物中未转化的单臂以及其他副产物分离出来，快速高效地得到纯化后的目标臂数的星形聚合物。不仅如此，还可以通过降低转速(5k rpm)，得到分子量分布极窄(PDI＝1.08)的星形聚合物。最终结果通过凝胶渗透色谱仪来进行表征。这种方法与透析及沉淀操作相比较，更为灵活，更为简单，分离效果更好。

Claims

1.一种可快速高效分离刺激响应性星形及线形聚合物的方法，其特征在于，包括以下并列三种方案：

1.1：LCST型星形聚合物Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的合成：

1)将两种单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)投入，选用偶氮二环已基甲腈(ACCN)来作为引发剂，接下来将油溶性端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)加入到混合体系中，最后再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、反应8小时，最终得到线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)；线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)中单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)的摩尔比例分别为99：1-90：10；RAFT试剂(DTTCP)的物质的量为引发剂(ACCN)的5倍；

2)按照和上一步骤1.1-1)中加入两种单体相同的摩尔比例再补加两种单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)；接下来将上步得到的纯化后的线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)和自由基引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)加入到体系中，最后将交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加入到混合体系中，再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、反应24小时得到交联成不同臂数的星形聚合物Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)；其中按照和上一步骤1.1-1)中合成线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)时加入的两种单体的摩尔比例再补加单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,Mn＝500g·mol^-1)，这一步骤中补加的两种单体的摩尔之和与加入的线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的摩尔比例为6：1；线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)摩尔数为体系中引发剂(ACCN)量的5倍；线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)摩尔数为交联剂(MBA)量的3-20倍；

其中LCST型线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)和星形聚合物Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)具体合成步骤及结构式分别为：

第一步：Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的合成，Z₁＝SC₁₂H₂₅,R₁＝COOH，n＝80-100；

第二步：Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)的合成，Z₁＝SC₁₂H₂₅,R₁＝COOH；

1.2：LCST型星形聚合物Star-P(MEO₂MA)的合成：

1)选用单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)，选用偶氮二环已基甲腈(ACCN)来作为引发剂，接下来将油溶性端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)加入到混合体系中，最后再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、反应8小时，最终得到线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)；这个合成线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)的步骤中设计加入单体(MEO₂MA)的摩尔数为RAFT试剂(DTTCP)的80-100倍；RAFT试剂(DTTCP)的摩尔数为引发剂(ACCN)的5倍；

2)补加单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)；将上步得到的纯化后的线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)和自由基引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)也加入到体系中，最后将交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加入到混合体系中，再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、反应24小时得到交联成不同臂数的星形聚合物Star-P(MEO₂MA)；这一步骤中补加的单体的摩尔数与加入的线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)的比例为6：1；线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)摩尔数为体系中引发剂(ACCN)量的5倍；线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)摩尔数为交联剂(MBA)量的3-20倍；

其中LCST型线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)和星形聚合物Star-P(MEO₂MA)具体合成步骤及结构式分别为：

第一步：Linear-P(MEO₂MA)的合成，Z₂＝SC₁₂H₂₅,R₂＝COOH,n＝80-100；

第二步：Star-P(MEO₂MA)的合成，Z₂＝SC₁₂H₂₅,R₂＝COOH；

1.3：UCST型星形聚合物Star-P(DMAPS)的合成：

1)将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)和丙磺酸内酯加入到烧瓶中，以丙酮为溶剂在50℃条件下反应24小时，真空隔膜泵抽滤后放入烘箱中24小时，得到白色固体粉末状产物两性离子单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)；

2)选定合成的两性离子单体DMAPS，并用水溶性偶氮二环已基甲腈(ACCN)来作为引发剂，接下来将水溶性端羧基RAFT试剂4-氰基-4-(((乙硫基)硫代羰基)硫基)戊酸(ECT)加入到混合体系中，体系溶剂为超纯水制备的浓度为0.5M氯化钠水溶液；最后再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、保持温度反应24小时，最终可以得到两性离子线形均聚物Linear-P(DMAPS)；

3)补加两性离子单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)，接下来将的纯化后的两性离子线形均聚物Linear-P(DMAPS)和自由基引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)加入到体系中，最后将交联剂(2-甲基丙烯)乙氧基二硫(DSDMA)加入到混合体系中，体系溶剂为超纯水制备的浓度为0.5M氯化钠水溶液，将体系通过搅拌溶解得到反应液；最后再将体系通过搅拌溶解得到反应液；将反应液加入到聚合管中冷冻抽排3次后，再用油浴锅加热到90℃、保持温度反应24小时，最终可以得到两性离子星形聚合物Star-P(DMAPS)；补加的两性离子单体(DMAPS)和加入的两性离子线形均聚物Linear-P(DMAPS)的摩尔比例为6：1；两性离子线性均聚物Linear-P(DMAPS)摩尔数为体系中引发剂(ACCN)量的5倍；控制两性离子线性均聚物Linear-P(DMAPS)摩尔数为交联剂(DSDMA)量的3-20倍；

其中UCST型线形共聚物Linear-P(DMAPS)和星形聚合物Star-P(DMAPS)具体合成步骤及结构式分别为：

第一步：Linear-PDMAPS的合成，Z₃＝SCH₂CH₃,R₃＝COOH，n＝80-100；

第二步：Star-PDMAPS的合成，Z₃＝SCH₂CH₃,R₃＝COOH；

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于，得到具有温度响应(UCST和LCST)与pH响应的不同臂数的星形聚合物粗产物后，利用温度响应性和pH响应性的协同作用，采用离心的方式提纯。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于，在合成LCST型线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)时，反应体系固含量在10％-30％；其中固含量为引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)、和单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)质量之和与引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)、和单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)、寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)和溶剂DMF质量之和的比值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将LCST型线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)交联成星形聚合物Star-P(MEO₂MA-co-OEGMA)时反应体系固含量在10％-30％；其中固含量为引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)、线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)和单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)质量之和与引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)、线形共聚物Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA)和单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)、寡聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯(OEGMA,M_n＝500g·mol^-1)和溶剂DMF质量之和的比值。

5.如权利要求1所述的方法,其特征在于，在合成LCST型线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)时反应体系固含量在10％-30％；其中固含量为引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)和单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)质量之和与引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)、单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和溶剂DMF质量之和的比值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将LCST型线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)交联成星形聚合物Star-P(MEO₂MA)时反应体系固含量在10％-30％；其中固含量为引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)、线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)和单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)质量之和与引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、RAFT试剂4-氰基-4-(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基戊酸(DTTCP)、线形均聚物Linear-P(MEO₂MA)、单体2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(MEO₂MA)和溶剂DMF质量之和的比值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在合成UCST型线形均聚物Linear-PDMAPS时反应体系固含量为10％-20％；其中固含量为引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)、RAFT试剂4-氰基-4-(((乙硫基)硫代羰基)硫基)戊酸(ECT)质量之和与引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)、RAFT试剂4-氰基-4-(((乙硫基)硫代羰基)硫基)戊酸(ECT)和溶剂0.5M氯化钠质量之和的比值。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于在将线形均聚物Linear-PDMAPS交联成Star-PDMAPS时，反应体系固含量为10％-20％；其中固含量为引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)、交联剂(2-甲基丙烯)乙氧基二硫(DSDMA)和线形聚合物Linear-PDMAPS质量之和与引发剂偶氮二环已基甲腈(ACCN)、单体3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐(DMAPS)、交联剂(2-甲基丙烯)乙氧基二硫(DSDMA)、线形聚合物Linear-PDMAPS和溶剂0.5M氯化钠质量之和的比值。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于得到线形聚合物产物Linear-PDMAPS，Linear-P(MEO₂MA)和Linear-P(MEO₂MA-co-OEGMA))后将其透析48h，再将其放入冻干机中冻干72h至恒重。

10.如权利要求1中所述的方法，其特征在于利用温度响应性和pH响应性的协同作用，且通过控制离心机速率在15k rpm-5krpm的范围进行离心，在离心机转速逐渐缩小的前提下来得到分子量分布逐渐变小的星形聚合物产物。