CN113801258B - 一种单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单分散交联聚苯乙烯‑二乙烯基苯微球的制备方法，包括：溶液A乳化后在惰性气体保护下原位聚合；然后轮流加入乳化后的溶液B和乳化后的溶液C进行原位沉积和交联获得所述单分散交联聚苯乙烯‑二乙烯基苯微球；溶液A包括2wt％～40wt％苯乙烯、0.5wt％～30wt％二乙烯基苯、0.5wt％～5wt％引发剂、0.5wt％～15wt％稳定剂，余量为水；溶液B包括0.5wt％～5wt％引发剂，还包括5wt％～40wt％苯乙烯和/或1wt％～30wt％二乙烯基苯，余量为水；溶液C包括0.5wt％～15wt％稳定剂，余量为水。其在保证产品质量性能的同时采用水作为反应溶剂，聚合反应体系稳定可控。

Description

一种单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法

技术领域

本发明涉及色谱填料领域，特别是涉及一种单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法。

背景技术

糖类是动植物体内一类可表达各种生物活性的基本物质，它不仅是生物的营养成分，还可以通过与蛋白质及脂质等形成复合物，从而参与多种生命活动。根据聚合和缩合程度，糖类可分为单糖、双糖、寡糖和多糖。其中多糖由于具有复杂的多方面的生物活性和功能，特别是对机体免疫功能的作用，已然成为天然药物及保健品研发中的重要组成部分。目前已经有部分天然多糖类化合物用于临床，显示出良好的疗效。对复合碳水化合物中的糖类和糖链进行分析可以为医疗、科研、食品等行业提供有价值的信息。目前，糖类的纯化分析方法主要以各种不同的高效液相色谱(HPLC)模式为主，内部填料则以单分散键合硅胶固定相为主，而由于硅胶填料的键合相在使用过程中容易掉落，且硅胶本身的耐碱性比较差，在高pH条件下不断腐蚀分解而应用受限，使得具有耐酸、耐碱、耐高温的特点单分散磺化聚苯乙烯-二乙烯基苯离子排阻填料愈发受到用户的重视。单分散磺化聚苯乙烯-二乙烯基苯填料的这些特点极大的提高了其分析效率，被广泛应用于糖、糖醇、有机酸、多肽和核酸的分离。

单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯填料的制备以种子溶胀法和分散聚合法为主。

种子溶胀法是由Ugelstad J.于90年代初提出，主要是利用乳液聚合制备的颗粒作为种子，然后用单体、交联剂、溶胀剂等进行多步溶胀、聚合，从而得到粒径更大的聚合物颗粒。专利CN1412554A采用种子溶胀法合成了氯甲基化聚苯乙烯-二乙烯基苯基质微球，并在其基础上通过胺化和表面沉积制备得到磺酸化的单分散阳离子填料。但聚苯乙烯-二乙烯基苯颗粒由于其表面较强的疏水性容易对生物大分子产生不可逆吸附，从而导致分离效果下降。同样的，专利CN1132213A采用一步种子溶胀法制备了聚苯乙烯交联微球和聚乙烯吡啶交联微球，但是同样没能避免不可逆吸附的问题。专利CN110314664A和专利CN1785526A也都采用种子溶胀法制备得到可用于糖化血红蛋白分析的单分散色谱填料，它是主要利用亲水性单体等对种子颗粒进行溶胀聚合，从而制得表面亲水的单分散色谱填料。虽然一定程度上降低了填料对蛋白分子的不可逆吸附，但是填料制备过程依然复杂。总之，种子溶胀法的优点是制备的填料颗粒较为均一，缺点则是整个制备过程操作繁琐，条件苛刻，周期过长，成本过高，产生的废液过多等。

分散聚合主要通过在反应前将单体、甲醇或乙醇等有机溶剂、油溶引发剂等混合为均一的体系，升温引发反应后，聚合物单体开始聚合并达到一定分子量后析出并缠绕，最终形成一定大小的聚合物颗粒。在利用分散聚合法制备聚苯乙烯-二乙烯基苯交联微球的过程中，当采用一次投料来制备交联聚苯乙烯微球时，交联剂二乙烯基苯的比例不能大于1％，否则将会使得制备得到的颗粒均一性下降，呈多分散状态，严重的可能导致物料结块而使反应彻底失败。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种简单的、高效的、低成本、环保的用于糖类物质分离分析的单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯色谱填料的制备方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明提供一种单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，包括如下步骤：

溶液A乳化后在惰性气体保护下原位聚合；然后轮流加入乳化后的溶液B和乳化后的溶液C进行原位沉积和交联获得所述单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球；

溶液A包括2wt％～40wt％苯乙烯、0.5wt％～30wt％二乙烯基苯、0.5wt％～5wt％引发剂、0.5wt％～15wt％稳定剂，余量为水；溶液B包括0.5wt％～5wt％引发剂，还包括5wt％～40wt％苯乙烯和/或1wt％～30wt％二乙烯基苯，余量为水；溶液C包括0.5wt％～15wt％稳定剂，余量为水。

优选地，溶液A中，苯乙烯的含量为8～25wt％。更优选地，溶液A中，苯乙烯的含量为10～20wt％。

优选地，溶液A中，二乙烯基苯的含量为2～15wt％。更优选地，溶液A中，二乙烯基苯的含量为2～5wt％。

优选地，溶液A中，引发剂的含量为0.5～2wt％。更优选地，溶液A中，引发剂的含量为0.5～1.5wt％。

优选地，溶液A中，稳定剂的含量为1～8wt％。更优选地，溶液A中，稳定剂的含量为1～3wt％。

优选地，溶液B中，苯乙烯的含量为15～40wt％。更优选地，溶液B中，苯乙烯的含量为30～40wt％。

优选地，溶液B中，二乙烯基苯的含量为10～25wt％。更优选地，溶液B中，二乙烯基苯的含量为18～25wt％。

优选地，溶液B中，引发剂的含量为1～3wt％。更优选地，溶液B中，引发剂的含量为1.5～2.5wt％。

优选地，溶液C中，引发剂的含量为2～10wt％。更优选地，溶液C中，引发剂的含量为2～5wt％。

优选地，所述引发剂选自过氧化苯甲酰、过氧化二异丁腈、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰叔丁酯、过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或几种。

优选地，所述稳定剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、β-环糊精、明胶、木质素、吐温和司班中的一种或几种。

优选地，溶液A与溶液B之间的重量比为(1～3)：(1～55)。

优选地，溶液B与溶液C之间的重量比为(1～6)：(1～20)。

优选地，溶液A反应1～4小时后加入溶液B。

优选地，溶液A中引发剂以水为良溶剂，溶液B中引发剂以水为不良溶剂。如溶液A中的引发剂为选自过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或多种；溶液B中引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰叔丁酯中的一种或多种。优选地，溶液B和溶液C逐滴滴加入溶液A中。

优选地，滴加B结束至少30min后，再滴加溶液C。

优选地，原位聚合温度、原位沉积和交联的温度为65～95℃。

优选地，反应结束后还包括分离和纯化步骤。更优选地，分离可以采用离心分离。更优选地，纯化为清洗，如采用水和醇中的一种或两种清洗。

本发明中制备方法通过采用苯乙烯原位聚合，并不断滴加二乙烯基苯交联剂进行原位沉积、交联的方法，实现一步制备不同粒径、不同交联度的单分散聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，用于糖类物质分离分析的色谱填料。

本发明方法获得的单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的粒径为3～10μm，并且单分散性好，聚合反应体系稳定可控，反应过程不会发生结块现象。

本发明上述技术方案的有益效果为：

本发明中制备方法采用乳液聚合法，在保证产品质量性能的同时采用水作为反应溶剂，反应过程不会发生结块现象，聚合反应体系稳定可控，最终能够合成单分散性好的3～10μm微球。此外，该发明可以有效缩短生产周期，简化生产流程，减少有机试剂的使用和后续回收处理麻烦，从而减少浪费和降低成本。

附图说明

图1显示为本发明实施例1中制备的交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的扫描电镜照片。

图2显示为本发明实施例2中制备的交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

实施例1

本实施例为3μm交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备：

在250mL烧杯中量取18.39wt％苯乙烯，4.77wt％二乙烯基苯，72.66wt％去离子水，1.36wt％过硫酸钾，2.82wt％羟丙基纤维素，300rpm搅拌溶解得乳化后溶液A并转移至500mL三口烧瓶中。

另取一个250mL烧杯，量取31.75wt％苯乙烯，19.05wt％二乙烯基苯，47.62wt％水，1.58wt％偶氮二异丁腈，300rpm搅拌均匀得乳化后溶液B。

2.44wt％十二烷基磺酸钠溶液于97.56wt％去离子水中得溶液C。

将三口烧瓶置于油浴锅中，开动搅拌并加热升温至85℃，在惰性气体保护下反应2小时后开始将30mL溶液B缓慢滴加到烧瓶中，30min后滴加20mL溶液C。如此循环直至溶液B、C全部滴加完毕。继续反应4小时。

然后关闭反应，将反应物使用乙醇和去离子水各清洗3遍，然后70℃真空干燥。结果见图1。

实施例2

本实施例中为10μm交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备：

在500mL烧杯中量取10.01wt％苯乙烯，85.31wt％去离子水，0.67wt％过硫酸钠，1.78wt％聚乙烯吡咯烷酮，300rpm搅拌溶解得溶液A并转移至500mL三口烧瓶中。

另取一个250mL烧杯，量取37.57wt％苯乙烯，24.42wt％二乙烯基苯，35.78wt％水，2.23wt％偶氮二异丁腈，300rpm搅拌均匀得溶液B。

4.76wt％聚乙烯吡咯烷酮溶解于95.24wt％正丁醇中得溶液C。

将三口烧瓶置于油浴锅中，开动搅拌并加热升温至75℃，在惰性气体保护下反应2小时后开始将30mL溶液B缓慢滴加到烧瓶中，30min后将20mL溶液C滴加到到烧瓶中，如此循环直至溶液B、C滴加完毕。继续反应6小时。

然后关闭反应，将反应物使用乙醇和去离子水各清洗3遍，然后70℃真空干燥。结果见图2。

对比例1

与实施例1不同之处在于，溶液A中不含有羟丙基纤维素，去离子水的用量为75.48wt％，其他与实施例1相同。

本对比例由于在反应形成聚合种子阶段没有添加稳定剂，由此导致原位聚合形成种子的粒径大小不可控，从而导致最终形成的微球的颗粒大小不一致，单分散性差，不符合色谱使用要求。

对比例2

与实施例1不同之处在于，溶液A和溶液C中均不含有稳定剂，溶液A和溶液C中的稳定剂含量被水替代。由此导致反应过程中产生结块，无法有效合成单分散性良好的微球。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，包括如下步骤：

溶液A在惰性气体保护下原位聚合；然后轮流加入溶液B和溶液C进行原位沉积和交联获得所述单分散交联聚苯乙烯-二乙烯基苯微球；溶液B和溶液C逐滴滴加入溶液A中；

溶液A的组成为：2wt％～40wt％苯乙烯、0.5wt％～30wt％二乙烯基苯、0.5wt％～5wt％引发剂、0.5wt％～15wt％稳定剂，余量为水；溶液B的组成为：0.5wt％～5wt％引发剂，还包括5wt％～40wt％苯乙烯、1wt％～30wt％二乙烯基苯，余量为水；溶液C包括0.5wt％～15wt％稳定剂，余量为水；

所述稳定剂选自聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素中的一种或两种；

水为溶液A中引发剂的良溶剂，水为溶液B中引发剂的不良溶剂；

溶液A中的引发剂为选自过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或多种；溶液B中引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰叔丁酯中的一种或多种；

原位聚合温度、原位沉积和交联的温度为65～95℃；

溶液A与溶液B之间的重量比为(1～3)：(1～55)；

溶液B与溶液C之间的重量比为(1～6)：(1～20)。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A反应1～4小时后加入溶液B。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，滴加B结束至少30min后，再滴加溶液C。

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