專利名稱：一種乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的制備方法
技術領域：
本發明屬于高分子材料和生物醫學工程領域，具體涉及一種乙基纖維素為主鏈的 PH響應性接枝共聚物的制備方法。
背景技術：
乙基纖維素是自然界儲量最為豐富的天然生物高分子材料纖維素的重要衍生 物，具有生物相容性和生物降解性。但乙基纖維素的結構相對簡單，功能較為單一，已不 能滿足更高的應用要求，需要采用物理化學方法對其進行改性，擴大其功能。袁金穎等 (Yuan, W. Ζ. ； Yuan, J. Y. ； Zhang, F. B. ； Xiej Χ. Μ. Biomacromoleculesj 2007，8， 1101-1108.)以乙基纖維素為主鏈，通過逐步開環聚合法制備了側鏈為聚己內酯與聚丙交 酯嵌段共聚物的接枝共聚物；黃勇等(Kang，H. L. ； Liu, W. Y. ； He, B. Q. ； Shen, D. W. ； Huang, Y. Polymer, 2006，47’ 7927—7934; Kang, H. L. ； Liu, W. Y. ； Liu, R. G. ； Huang, Y.)通過原子轉移自由基聚合制備了側鏈為聚丙烯酸以及聚甲基丙烯酸羥乙 酯接枝共聚物。環境敏感性聚合物如pH響應性、溫度敏感性等聚合物能夠對外界環境的變化做 出響應，并產生相應物理結構以及化學性質變化甚至突變的高分子材料。這類聚合物由于 其獨特的性能而受到人們的廣泛關注。聚(甲基丙烯酸-N，N- 二乙氨基乙酯)側鏈上具有 親水性的叔胺基，因而呈現出優異的PH響應性。當溶液為酸性時，聚(甲基丙烯酸-N，N- 二 乙氨基乙酯)中氨基被質子化，為陽離子親水型聚合物；當溶液為呈堿性時，聚(甲基丙烯 酸-N，N-二乙氨基乙酯)中氨基被去質子化，從而呈現疏水特征。由于表現出優異的pH響應 性特征，聚(甲基丙烯酸-N，N- 二乙氨基乙酯)成為研究最多的環境敏感性聚合物之一。黃曉 宇等(Gu, L. N. ； Feng, C. ； Yang, D. ； Li, Y. G. ； Hu, J. H. ； Huang, X. Y. J Polym Sci Part A: Polym Chem, 2009，47，3142-3153.)制備了以聚(甲基丙烯酸-N, N-二乙 氨基乙酯)為側鏈之一的雙接枝共聚物。顏德岳等(李文文，孔浩，高超，顏德岳，科學通報， 2005，50，2276-2280.)通過在碳納米管表面接枝修飾聚(甲基丙烯酸_N，N- 二乙氨基乙酯) 制備了具有PH響應性的無機-聚合物雜化材料。利用乙基纖維素的生物相容性、生物降解性以及生物活性，結合原子轉移自由 基聚合這種先進的聚合方法，在乙基纖維素側基上引入具有PH響應性的聚(甲基丙烯 酸-N，N- 二乙氨基乙酯)鏈段，可以制備乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物，這將在 生物醫學等領域具有廣泛應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的制備方法。本發明的目的是將pH響應性聚合物作為支鏈引入到乙基纖維素上，使所獲得的接枝共聚物同時具有優異的生物相容性、生物降解性和PH值敏感性。本發明用商品化的乙 基纖維素和甲基丙烯酸-N，N- 二乙氨基乙酯單體，采用原子轉移自由基聚合方法，制備一 系列不同鏈長和接枝密度的聚(甲基丙烯酸-N，N- 二乙氨基乙酯)支鏈的乙基纖維素pH響 應性接枝聚共聚物。本發明提出的乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的制備方法，具體步驟 如下
(1)將乙基纖維素加入反應釜，并分散溶解在溶劑中，加入乙基纖維素上側羥基摩爾數 1 8倍量的縛酸劑，在_5 10°C下滴加乙基纖維素主鏈上側羥基1 10倍量的含溴化 合物，滴加時間為20 60分鐘，滴加結束后，在10-30°C溫度下，反應12 72小時；經抽 濾，沉淀，并真空干燥后，得到溴基封端的乙基纖維素大分子引發劑；
(2)將步驟(1)所得到的溴基封端乙基纖維素大分子引發劑溶于溶劑，并按照溴基封 端乙基纖維素大分子引發劑所含摩爾數50 400倍的量加入單體甲基丙烯酸-N，N- 二乙 氨基乙酯，在催化劑作用下，體系在氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為20 80°C，反應時 間為1 48小時，除去催化劑后，并經沉淀、真空干燥，即得到所需產物。本發明中，步驟(1)中所述溶劑為氯仿、二氯甲烷、N，N_ 二甲基甲酰胺、N，N_ 二乙 基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺中的一種或幾種。本發明中，步驟(1)中所述縛酸劑為二乙胺、三乙胺、吡啶或乙酸鈉中的一種或幾 種。本發明中，步驟(1)中所述含溴化合物為2-溴丙酰溴或2-溴異丁酰溴中的一種 或兩種。本發明中，步驟(2)中所述溶劑為苯甲醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺 或N，N- 二甲基乙酰胺中的一種或幾種。本發明中，步驟(2)中所述催化劑為氯化亞銅/聯吡啶、溴化亞銅/聯吡啶、氯化 亞銅/五甲基二乙烯三胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺 或溴化亞銅/六甲基三亞乙基四胺中的一種或幾種。本發明的優點在于原料來源廣泛，所用的乙基纖維素、甲基丙烯酸-N，N- 二乙氨 基乙酯單體、溶劑、催化劑等均可工業化生產，合成方法簡單易行。合成的以乙基纖維素為 主鏈的兩親性接枝共聚物同時具備PH值敏感性、生物相容性以及可降解性。共聚物可以 在水中自組裝為穩定納米膠束。膠束粒徑可以通過調節聚(甲基丙烯酸-N，N- 二乙氨基乙 酯)的長度或接枝密度實現。所得共聚物同時具有生物降解性、生物相容性和PH值敏感性， 因而在藥物控制釋放載體、生物智能開關、生物傳感器、納米生物器件等領域具有廣泛的應 用。
圖1為實施例1制備的乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的結構示意圖。
具體實施例方式以下實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的范圍。該乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的分子結構用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)和核磁共振分析儀(NMR)測定。pH值由pH計測定。自組裝所得膠束用透射電鏡 (TEM)與原子力顯微鏡(AFM)測定。膠束粒徑用動態激光光散射儀(DLS)測定。實施例1
稱取乙基纖維素6克，用二氯甲烷溶解后，加入三乙胺2克，在_5°C下滴加2-溴異丁 酰溴4克，20分鐘滴完，并在10°C下反應72小時。抽濾除鹽后經去離子水沉淀，真空干燥， 得溴基封端乙基纖維素大分子引發劑。稱取溴基封端乙基纖維素大分子引發劑0. 1克溶于 N，N-二甲基甲酰胺，加入甲基丙烯酸-N，N-二乙氨基乙酯2克，再加入引發劑溴化亞銅(40 毫克)/六甲基三亞乙基四胺(75毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于 20°C下反應48小時。產物去離子水透析，冷凍干燥，得乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝 共聚物。乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的代表性結構式如附圖1所示。實施例2
稱取乙基纖維素6克，用N，N-二甲基甲酰胺溶解后，加入二乙胺4克，在0°C下滴加 2_溴異丁酰溴8克，30分鐘滴完，并在15°C下反應60小時。抽濾除鹽后經去離子水沉淀， 真空干燥，得溴基封端乙基纖維素大分子引發劑。稱取溴基封端乙基纖維素大分子引發劑 0. 1克溶于N，N-二甲基乙酰胺，加入甲基丙烯酸-N，N-二乙氨基乙酯4克，再加入引發劑氯 化亞銅(50毫克)/聯吡啶(90毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于30°C 下反應24小時。產物去離子水透析，冷凍干燥，得乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚 物。實施例3
稱取乙基纖維素6克，用氯仿溶解后，加入三乙胺6克，在5°C下滴加2-溴丙酰溴10 克，35分鐘滴完，并在20°C下反應40小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端 乙基纖維素大分子引發劑。稱取溴基封端乙基纖維素大分子引發劑0. 1克溶于苯甲醚，加 入甲基丙烯酸-N，N- 二乙氨基乙酯6克，再加入引發劑溴化亞銅(60毫克)/五甲基二乙烯 三胺(80毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于40°C油浴中反應12小時。 產物去離子水透析，冷凍干燥，得乙基纖維素為主鏈的PH響應性接枝共聚物。實施例4
稱取乙基纖維素6克，用二氯甲烷溶解后，加入三乙胺8克，在8°C下滴加2-溴異丁酰 溴12克，35分鐘滴完，在20°C下反應36小時。抽濾除鹽后經去離子水沉淀，真空干燥，得 溴基封端乙基纖維素大分子引發劑。稱取溴基封端乙基纖維素大分子引發劑0. 1克溶于 N，N-二甲基甲酰胺，加入甲基丙烯酸-N，N-二乙氨基乙酯8克，再加入引發劑溴化亞銅(90 毫克)/聯吡啶(150毫克)，經抽真空_充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于50°C油浴中反 應8小時。產物去離子水透析，冷凍干燥，得乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物。實施例5
稱取乙基纖維素6克，用N，N- 二甲基乙酰胺分散溶解后，加入乙醇鈉10克，在10°C下 滴加2-溴丙酰溴16克，40分鐘滴完，在25°C下反應24小時。抽濾除鹽后經去離子水沉淀， 真空干燥，得溴基封端乙基纖維素大分子引發劑。稱取溴基封端乙基纖維素大分子引發劑 0. 1克溶于N，N-二甲基乙酰胺，加入甲基丙烯酸-N，N-二乙氨基乙酯14克，再加入引發劑 氯化亞銅(100毫克)/六甲基三亞乙基四胺(160毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次，并
5在氮氣保護下于70°C油浴中反應3小時。產物去離子水透析，冷凍干燥，得乙基纖維素為主 鏈的PH響應性接枝共聚物。
實施例6
稱取乙基纖維素6克，用氯仿溶解后，加入二乙胺16克，在10°C下滴加2-溴異丁酰溴 18克，40分鐘滴完，在30°C下反應12小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端 乙基纖維素大分子引發劑。稱取溴基封端乙基纖維素大分子引發劑0. 1克溶于N，N-二甲 基甲酰胺，加入甲基丙烯酸-N，N- 二甲乙基乙酯16克，再加入引發劑氯化亞銅(110毫克) /五甲基二乙烯三胺(200毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于80°C油浴 中反應1小時。產物去離子水透析，冷凍干燥，得乙基纖維素為主鏈的PH響應性接枝共聚 物。
權利要求
一種乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的制備方法，其具體步驟如下(1)將乙基纖維素加入反應釜，并分散溶解在溶劑中，加入乙基纖維素上側羥基摩爾數1～8倍量的縛酸劑，在 5～10℃下滴加乙基纖維素主鏈上側羥基1～10倍量的含溴化合物，滴加時間為20～60分鐘，滴加結束后，在10 30℃溫度下，反應12～72小時；經抽濾，沉淀，并真空干燥后，得到溴基封端的乙基纖維素大分子引發劑；(2)將步驟(1)所得到的溴基封端乙基纖維素大分子引發劑溶于溶劑，并按照溴基封端乙基纖維素大分子引發劑所含摩爾數50～400倍的量加入單體甲基丙烯酸 N,N 二乙氨基乙酯，在催化劑作用下，體系在氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為20～80℃，反應時間為1～48小時，除去催化劑后，并經沉淀、真空干燥，即得到所需產物。
2.根據權利要求1所述的乙基纖維素為主鏈的PH響應性接枝共聚物的制備方法，其 特征是步驟(1)中所述溶劑為氯仿、二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或 N, N- 二甲基乙酰胺中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的乙基纖維素為主鏈的PH響應性接枝共聚物的制備方法，其特 征是步驟(1)中所述縛酸劑為二乙胺、三乙胺、吡啶或乙酸鈉中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的乙基纖維素為主鏈的PH響應性接枝共聚物的制備方法，其特 征是步驟(1)中所述含溴化合物為2-溴丙酰溴或2-溴異丁酰溴中的一種或兩種。
5.根據權利要求1所述的乙基纖維素為主鏈的PH響應性接枝共聚物的制備方法，其特 征是步驟(2)中所述溶劑為苯甲醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或N，N-二甲基 乙酰胺中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的一種乙基纖維素為主鏈的PH響應性接枝共聚物的制備方法， 其特征是步驟(2)中所述催化劑為氯化亞銅/聯吡啶、溴化亞銅/聯吡啶、氯化亞銅/五甲 基二乙烯三胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅 /六甲基三亞乙基四胺中的一種或幾種。
全文摘要
本發明屬于高分子材料和生物醫學工程領域，具體涉及一種乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物的制備方法。制備方法是在惰性氣體氮氣或氬氣保護下，利用乙基纖維素主鏈中殘留的羥基與含溴類化合物進行酯化反應，將羥基轉化為溴基團，并以此為大分子引發劑通過對甲基丙烯酸-N,N-二乙氨基乙酯單體的原子轉移自由基聚合形成pH響應性聚合物，最終得到乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物。本發明的乙基纖維素為主鏈的pH響應性接枝共聚物，同時具有生物降解性、生物相容性，以及pH值敏感性，可以在水中自組裝為穩定納米膠束，因此在藥物控制釋放載體、生物智能開關、生物傳感器、生物納米器件等領域具有廣泛的應用。本發明所述合成方法簡單易行，原料均可工業化生產，具有很好的推廣應用價值。
文檔編號C08F251/02GK101955569SQ20101052575
公開日2011年1月26日 申請日期2010年11月1日 優先權日2010年11月1日
發明者馮月姮, 劉旭, 包行飛, 張匆, 李楠, 袁偉忠, 閆美珠 申請人:同濟大學