專利名稱：一種聚合物凝膠微球的回流沉淀聚合制備方法
一種聚合物凝膠微球的回流沉淀聚合制備方法技術領域
本發明屬于新材料及生物技術領域，具體涉及一種聚合物凝膠微球的制備方法。
技術背景
由于具有均勻規整的形態以及可反應官能團，單分散功能微球在色譜分離、涂料添加劑、生物載體和藥物緩釋等方面有著廣泛的應用。目前由于制備方法的限制，單分散親水性聚合物凝膠微球的制備一直是人們關注的熱點。
目前世界上有許多課題組采用蒸餾沉淀的方法制備聚合 物凝膠微球，用單體、溶劑和引發劑通過簡單的蒸餾而不用攪拌，使得在蒸發溶劑的過程中聚合物從溶劑中沉淀出來，反應體系由均相變成非均相，引發單體聚集成核并逐步增大形成單分散微球。該法聚合得到的微球外形與表面整潔規整，均一性較高。
蒸餾沉淀法的優點在于反應過程簡單，耗時短(一般為I 一 2h)，容易控制，聚合過程中不用加入穩定劑或表面活性劑，微球表面整潔。然而反應過程中需蒸餾使得反應裝置較復雜，蒸出溶劑的過程也產生污染和不必要的浪費，不符合綠色化學的原則；另外，體系內不加攪拌使得反應不均勻而容易產生膠體失穩，在蒸餾過程中溶劑減少使得容器壁上粘有較多聚合物可能導致單體轉化率和微球粒徑受到限制。
因此，對蒸餾沉淀技術進行改進，開發新的制備聚合物凝膠微球方法十分必要。發明內容
本發明的目的在于提出一種制備聚合物凝膠微球的新方法，即回流沉淀聚合方法，以克服現有制備方法的不足。
本發明提出的制備聚合物凝膠微球的方法，是將蒸餾沉淀技術中的蒸餾步驟改為回流步驟，加入攪拌，并在反應過程中可以額外滴加單體增加微球粒徑。具體步驟如下取一只兩口燒瓶，將聚合單體、交聯劑、引發劑分散于溶劑中，在其中一個瓶口安裝球形冷凝管，另一個瓶口密封；將整個裝置浸入油浴中，開啟攪拌，升溫至60-120°C后恒溫進行回流，回流開始后很快體系內出現白色混濁，反應O. 5-4h后停止；將燒瓶內白色液體倒出，離心分離(例如可以12000rpm離心5min)，將上層清液倒掉， 加入無水乙醇超聲分散再離心分離，如此反復清洗三次。
在反應過程中，根據需要，還可滴加聚合單體，即用注射泵從密封的瓶口以一定的速度滴加入聚合單體。
本發明中，所述的聚合單體為甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)、聚乙二醇(PEG, Mn=300，475，526，600，800，900，1000)、N_2_羥丙基一甲基丙烯酰胺(HPMA)、羥乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)、乙烯基卩比唳(Vinylpyridine)、乙烯基咪唑(Vinylimidazole)、N_乙烯基批咯燒酮GV-VinyPyrroIidone)、N-乙烯己內酰胺(VCL)、N_異丙基丙烯酰胺(NIPAM)等單體， 可以均聚，或者它們之間以不同組合共聚。
本發明中，所述的交聯劑為二乙烯基苯(DVB)、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、二 甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，或N，N’-雙(丙烯酰)胱胺(BACy)等。
本發明中，所述的引發劑為偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二異戊腈(AMBN)、偶氮二 異庚腈(ADVN)或過氧化二苯甲酰(BPO)等。
本發明中，所述溶劑為單一溶劑或混合溶劑。單一溶劑為乙醇、乙腈、水、四氫呋 喃、甲基異丁基酮或甲苯；混合溶劑為不同比例的乙腈一乙醇、乙腈一四氫呋喃、乙腈一水、 乙醇一甲苯、甲基異丁基酮一乙腈的組合物。
本發明中，聚合反應溫度為60 - 120°C ;反應時間為O. 5 — 4h。
本發明中，聚合反應體系(即親水的烯類聚合單體及交聯劑的濃度之和)的濃度為O.01 Wt % 到 30wt% 之間。
本發明中，交聯劑的用量與交聯劑和烯類聚合單體總量的比值在5wt%到60wt%之 間。
本發明所制備的聚合物凝膠微球粒徑為IOOnm到3Mm，微球收率為15%到65%。
本發明所述的反應過程中額外滴加單體后，微球的粒徑增加至IOOnm到500nm。
回流沉淀聚合技術在保留了蒸餾沉淀技術耗時短、無需添加乳化劑或穩定劑、反 應溫和容易控制等優點的基礎上進一步簡化了裝置，避免了溶劑污染，減少了蒸餾沉淀過 程中的粘壁現象，并由于可以改變更多反應條件(如反應時間、額外滴加單體等)從而改善 了反應的可控性。
圖1、PMAA/DVB聚合物凝膠微球的SEM照片。
圖2、PHEMA/DVB聚合物凝膠微球的SEM照片。
圖3、PMMA/MBA聚合物凝膠微球的TEM照片。
圖4、PMAA/DVB聚合物凝膠微球的SEM照片滴加單體對微球形態影響的SEM照 片(a) 2h ； (b) 4h。
圖5、PMAA/BACy聚合物凝膠微球的TEM照片。
具體實施方式
實施例1:直徑為700nm，交聯度為37. 78%的PMAA/DVB聚合物凝膠微球的制備。
將1. 212g(l. 2mL)MAA、0. 736g (O. 8mL) DVB、0. 03896gAIBN(引發劑量為單體總量 的2wt%)溶于40mL乙腈/四氫呋喃(4:1，V)中，升溫至90°C后恒溫進行回流，回流開始 后很快體系內出現白色混濁，反應2h后停止。將燒瓶內白色液體倒出，12000rpm離心5min， 將上層清液倒掉，加入無水乙醇超聲分散再離心分離，如此反復清洗三次。制備獲得的聚合 物凝膠微球的SEM照片見圖1。
實施例2 :直徑為1. 5 Mm,交聯度為36. 37%的PHEMA/DVB聚合物凝膠微球的制備。
將1. 2876g(l. 2mL) HEMA、0. 736g (0. 8mL) DVB、0. 04047g AIBN(引發劑量為單體 總量的2wt% )溶于40mL乙腈中，升溫至90°C后恒溫進行回流，回流開始后很快體系內出 現白色混濁，反應2h后停止。將燒瓶內白色液體倒出，以12000rpm離心5min，將上層清液 倒掉，加入無水乙醇超聲分散再離心分離，如此反復清洗三次。制備獲得的聚合物凝膠微球的SEM照片見圖2。
實施例3 :直徑為320nm，交聯度為20%的PMMA/MBA聚合物凝膠微球的制備。
將1. OOOg MMA,O. 250g MBA、25mg AIBN (引發劑量為單體總量的 2wt% )溶于 40mL 乙腈中，升溫至90°C后恒溫進行回流，回流開始后很快體系內出現白色混濁，反應2h后停 止。將燒瓶內白色液體倒出，以12000rpm離心5min，將上層清液倒掉，加入無水乙醇超聲分 散再離心分離，如此反復清洗三次。制備獲得的聚合物凝膠微球的TEM照片見圖3。
實施例4 :直徑為1. 2Mm,交聯度為37. 78%的PMAA/DVB聚合物凝膠微球的制備(通 過額外滴加共聚單體)。
將1.212g (1. 2mL)MAA、0. 736g (O. 8mL) DVB、0. 03896g AIBN(引發劑量為單體 總量的2wt% )溶于40mL乙腈中，升溫至90°C后恒溫進行回流，回流開始后很快體系內出 現白色混濁，在2h時取樣后以2mL/h的速度滴加入2mL與原料配比相同的共聚單體(Vmaa/ Vdvb=3/2)，滴加完后再反應一小時結束(總耗時4h)。將燒瓶內白色液體倒出，以12000rpm 離心5min，將上層清液倒掉，加入無水乙醇超聲分散再離心分離，如此反復清洗三次。制備 獲得的聚合物凝膠微球的SEM照片見圖4。
實施例5 :直徑為150nm，交聯度為20%的PMAA/BACy聚合物凝膠微球的制備。
將160mgMAA、40mgBACy、4mgAMBN(引發劑量為單體總量的2wt% )溶于20mL乙腈 中，升溫至100°c后恒溫進行回流，回流開始后很快體系內出現白色混濁，反應2h后停止。 將燒瓶內白色液體倒出，以12000rpm離心5min，將上層清液倒掉，加入無水乙醇超聲分散 再離心分離，如此反復清洗三次。制備獲得的聚合物凝膠微球的TEM照片見圖5。
權利要求
1.一種聚合物凝膠微球的制備方法，其特征在于采用回流沉淀聚合技術，具體步驟如下取一只兩口燒瓶，將聚合單體、交聯劑、引發劑分散于溶劑中，在其中一個瓶口安裝球形冷凝管，另一個瓶口密封；將整個裝置浸入油浴中，開啟攪拌，升溫至60-120°C后恒溫進行回流，回流開始后體系內出現白色混濁，反應O. 5-4h后停止；將燒瓶內白色液體倒出，離心分離，將上層清液倒掉，加入無水乙醇超聲分散再離心分離，如此反復清洗三次。
2.根據權利要求1所述的聚合物凝膠微球的制備方法，其特征在于在反應過程中還滴加共聚單體。
3.根據權利要求1或2所述的聚合物凝膠微球的制備方法，其特征在于所述的聚合單體為甲基丙烯酸、丙烯酸、聚乙二醇、N-2-羥丙基一甲基丙烯酰胺、羥乙基甲基丙烯酸酯、乙烯基吡唆、乙烯基咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯己內酰胺、N-異丙基丙烯酰胺，或者均聚，或它們之間以不同組合共聚；所述的交聯劑為二乙烯基苯、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯或N，N’ -雙(丙烯酰)胱胺；所述的引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈或過氧化二苯甲酰；所述溶劑為單一溶劑或混合溶劑，其中，單一溶劑為乙醇、乙腈、水、四氫呋喃、甲基異丁基酮或甲苯；混合溶劑為乙腈與乙醇、乙腈與四氫呋喃、乙腈與水、乙醇與甲苯、甲基異丁基酮與乙腈的組合物。
4.根據權利要求1或2所述的聚合物凝膠微球的制備方法，其特征在于所述的聚合反應體系中親水聚合單體及交聯劑的濃度之和的濃度為O. 01 wt %到30wt%之間。
5.根據權利要求1或2所述的聚合物凝膠微球的制備方法，其特征在于所述交聯劑的用量與交聯劑和烯類聚合單體總量的比值在5wt%到60wt%之間。
6.根據權利要求1所述的聚合物凝膠微球的制備方法，其特征在于所述聚合物凝膠微球粒徑在100nm-3Mm之間，微球收率在15%到65%之間。
7.根據權利要求2所述的聚合物凝膠微球的制備方法，其特征在于所述聚合物凝膠微球粒徑在IOOnm到500nm之間。
全文摘要
本發明屬于新材料及生物技術領域，具體涉及一種聚合物凝膠微球的回流沉淀聚合制備方法。本發明改進蒸餾沉淀技術制備單分散親水性功能微球，將其中的蒸餾步驟改為回流步驟，加入磁力攪拌；在反應過程中可以額外滴加單體增加微球粒徑。本發明保留了蒸餾沉淀技術耗時短、無需添加乳化劑或穩定劑、反應溫和容易控制等優點，并簡化了裝置，減少了蒸餾沉淀過程中的膠體失穩現象，改善了反應的可控性及可操作性。制備的聚合物凝膠微球粒徑大小均勻，粒徑和收率可通過改變反應時間、單體濃度、交聯劑含量等條件調控，具有良好的應用前景。
文檔編號C08F222/36GK102989401SQ201210510948
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者汪長春, 金莎 申請人:復旦大學