一种高产率制备单分散交联聚合物微球的方法技术

本发明专利技术涉及一种高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，以乙腈或者水和乙腈的混合溶剂为反应介质，以二异氰酸酯化合物和多元醇或多元胺为单体，在静置不搅拌条件下进行沉淀聚合，之后将产物进行离心分离、洗涤及干燥即得单分散交联聚合物微球。本发明专利技术方法反应耗时短，单体装载量和微球收率高，有利于单分散微球的规模化生产。本方法所得聚合物高度交联，微球具有较高的耐溶剂和耐热性，同时制备单分散微球时无需任何稳定剂和引发剂，聚合完成后单体完全转化，所得微球非常洁净，可应用于色谱分析、酶固定及蛋白质吸附与分离等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备单分散聚合物微球的方法，尤其涉及一种高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，属于功能高分子材料领域。
技术介绍
单分散聚合物微球是指直径在纳米至微米区间，粒径大小高度一致的聚合物球体粒子。交联聚合物具有三维网状结构，与线性聚合物相比，其具有较高的力学强度、热稳定性、耐磨性、耐溶剂性及抗蠕变性。由于交联聚合物优良的特性，因此交联聚合物微球比线性聚合微球具有更高应用价值，广泛的应用于色谱分析、液晶显示、药物控释、酶固定、光子晶体等领域。制备单分散聚合物微球的传统方法有乳液聚合、悬浮聚合、玻璃膜乳化及后聚合技术和沉淀聚合等。其中，前三种方法制备单分散微球时均需要使用乳化剂或稳定剂等，这些组分难以去除，严重制约了单分散聚合物微球的应用，尤其是在色谱分析、生物和医药等领域。沉淀聚合制备单分散聚合物微球时不需任何乳化剂或稳定剂，所得微球因表面洁净而备受关注。CN101362068B公开了一种使用苯乙烯和二乙烯基苯(DVB)为单体，以乙腈和正丁醇为溶剂通过沉淀聚合法制备单分散交联聚合物微球的方法，其中，单体用量为混合溶剂总体积的0.5～4.0％，反应时间为16～24h；等(Macromolecules,1999年,卷32,页2838-2844)使用DVB为单体在乙腈中沉淀聚合制备了单分散交联聚合物微球，单体的用量仅为体系的2％，在70℃反应24h单体的转化率不超过70％；Choe等(JournalofPolymerScience:PartA,2005年,卷43,页1309-1311)通过沉淀聚合制备了DVB与苯乙烯的共聚物微球，单体用量不超过2％，且在70℃下聚合24h单体转化率不超过80％；Irgum等(Macromolecules,2009年,卷42,页4436–4442)采用通过沉淀聚合制备了DVB与甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物微球，发现只有当单体用量低于4％时可得到单分散聚合物微球，而且在31℃下聚合112h微球收率只有23％；Funaya等(JournalofChromatographyA,2012年,卷1248，页18–23)以甲基丙烯酸甲酯和DVB为单体通过沉淀聚合制备了单分散交联聚合物微球，其中单体用量低于4.0％，聚合时间为18h；Miura等(JournalofPharmaceuticalandBiomedicalAnalysis,2016年,卷127,页32–38)以四乙烯基吡啶、甲基丙烯酰胺和DVB为单体制备了交联聚合物微球，单体用量也未超过4.0％。上述公开报道的沉淀聚合法制备交联聚合物微球都是基于自由基聚合机理，存在着单体用量(<4.0％)、单体转化率和微球产率(<70％)较低和聚合时间较长(12～24h)等问题，导致单分散微球的制备效率极低，严重制约了其规模化生产及相关应用。近年来，CN102643402A、CN102702470A和CN104072719A公开了一类全新的利用异氰酸酯与水的反应通过沉淀聚合制备单分散聚脲微球的方法。这些方法都是基于逐步聚合机理，单体用量最高可达30％，聚合反应仅需2h，聚合完成后单体完全转化，微球产率最高为97％，制备单分散微球的效率显著提高。但是，这些方法所得聚脲均为线性非交联聚合物，能够溶解在乙酸和间甲酚等强质子型溶剂中，微球的耐溶剂性较差。本专利技术的专利技术人在此前发表的学术论文中(RSCAdvances,2014年,卷4,页32134-32241)使用三官能团度的二乙三胺为交联剂与异氟尔酮二异氰酸酯反应制备聚脲微球。然而，所得聚脲中交联物仅占83％，而且微球遇到乙酸和异丙醇等强极性质子型溶剂时可被溶胀而变大，微球的耐溶剂较差；同时由于聚脲的交联度较低，低聚物在溶剂中的溶解性较高，凝聚形成初级粒子的时间较长(浊化时间为7min)，总的聚合时间达到了4h，微球产率最高也只有77％。
技术实现思路
为克服现有技术中制备单分散交联聚合物微球时存在的单体用量、单体转化率和微球产率低，聚合时间长等问题，本专利技术提供一种快速且高产率制备单分散交联聚合物微球的方法；即以乙腈或水和乙腈为溶剂，以多元胺或多元醇为交联单体与二异氰酸酯反应通过沉淀聚合制备单分散交联聚合物微球。本专利技术的技术方案如下：一种高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，包括以下步骤：以乙腈或者水和乙腈的混合溶剂作反应介质，以二异氰酸酯化合物为双官能团单体，以多元醇或多元胺为多官能团交联单体；将所有单体加入到反应介质中，单体总质量占反应体系总质量的1％～25％，二异氰酸酯化合物中的异氰酸酯基与多元胺中的胺基或者多元醇中的羟基的摩尔比为0.9～1.4；待所有单体完全溶解后，反应体系静置于20～80℃的恒温水浴中，聚合反应2～60min时体系变浑浊，随后再继续反应20～240min；反应完毕后，将产物进行离心分离，下层微球用乙腈洗涤并干燥，即得单分散交联聚合物微球。根据本专利技术，优选的，所述的二异氰酸酯化合物为六亚甲基二异氰酸酯、4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或/和4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯，进一步优选异佛尔酮二异氰酸酯或/和甲苯二异氰酸酯。根据本专利技术，优选的，所述的多元醇为丁四醇、季戊四醇、戊五醇、环己五醇、半乳糖、双季戊四醇或/和三季戊四醇，进一步优选丁四醇、季戊四醇、戊五醇或/和双季戊四醇。使用此类多元醇作为交联单体时，仅以乙腈为溶剂进行沉淀聚合，所得聚合物微球为交联聚氨酯微球。根据本专利技术，优选的，所述的多元胺为季戊四胺、三乙四胺、联苯四胺、四乙五胺或/和五乙六胺，进一步优选三乙四胺、四乙五胺或/和五乙六胺。使用此类多元胺作为交联单体时，以乙腈或水和乙腈的混合物为反应介质进行沉淀聚合，所得聚合物微球为交联聚脲微球。根据本专利技术，优选的，使用多元胺为交联剂时，反应介质中乙腈用量为反应介质总质量的65％～100％，进一步优选为75％～100％。根据本专利技术，优选的，单体总质量为反应体系总质量的10.0～20.0％；优选的，二异氰酸酯化合物中的异氰酸酯基与多元胺中的胺基或者多元醇中的羟基的摩尔比为1.0。根据本专利技术，优选的，聚合反应的温度为30～70℃。根据本专利技术，优选的，聚合反应3～50min时体系变浑浊，随后再继续反应30～120min，聚合完成。根据本专利技术，聚合反应结束后，将产物加入离心管中，在6000～12000r/min下离心3～8min后除去上清液，将所得微球用乙腈清洗2～3次，然后于80～100℃下干燥5～10h，得单分散交联聚合物微球产品。本专利技术优选的技术方案之一是：在室温下，先向120mL玻璃反应瓶中加入80.0～90.0g乙腈或者质量比为10/90的水/乙腈混合溶剂，再按照摩尔比为2/1的比例加入异佛尔酮二异氰酸酯/三乙四胺(异氰酸酯与胺基的摩尔比为1.0)共10～20g，并使混合体系总质量为100g；将反应瓶密封后静置于温度为30～70℃的恒温水浴中，聚合反应3～30min时体系变浑浊，然后继续反应0.5h；反应完毕后，将反应产物加入离心管中，用高速离心机在8000r/min下离心5min；将上清液取出，所得微球用乙腈清洗两次，然后放入100℃烘箱中干燥5h，即得单分散交联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，包括以下步骤：以乙腈或者水和乙腈的混合溶剂作反应介质，以二异氰酸酯化合物为双官能团单体，以多元醇或多元胺为多官能团交联单体；将所有单体加入到反应介质中，单体总质量占反应体系总质量的1％～25％，二异氰酸酯化合物中的异氰酸酯基与多元胺中的胺基或者多元醇中的羟基的摩尔比为0.9～1.4；待所有单体完全溶解后，反应体系静置于20～80℃的恒温水浴中，聚合反应2～60min时体系变浑浊，随后再继续反应20～240min；反应完毕后，将产物进行离心分离，下层微球用乙腈洗涤并干燥，即得单分散交联聚合物微球。

【技术特征摘要】
1.一种高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，包括以下步骤：以乙腈或者水和乙腈的混合溶剂作反应介质，以二异氰酸酯化合物为双官能团单体，以多元醇或多元胺为多官能团交联单体；将所有单体加入到反应介质中，单体总质量占反应体系总质量的1％～25％，二异氰酸酯化合物中的异氰酸酯基与多元胺中的胺基或者多元醇中的羟基的摩尔比为0.9～1.4；待所有单体完全溶解后，反应体系静置于20～80℃的恒温水浴中，聚合反应2～60min时体系变浑浊，随后再继续反应20～240min；反应完毕后，将产物进行离心分离，下层微球用乙腈洗涤并干燥，即得单分散交联聚合物微球。2.根据权利要求1所述的高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，其特征在于，所述的二异氰酸酯化合物为六亚甲基二异氰酸酯、4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或/和4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯，优选异佛尔酮二异氰酸酯或/和甲苯二异氰酸酯。3.根据权利要求1所述的高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，其特征在于，所述的多元醇为丁四醇、季戊四醇、戊五醇、环己五醇、半乳糖、双季戊四醇或/和三季戊四醇，优选丁四醇、季戊四醇、戊五醇或/和双季戊四醇。4.根据权利要求1所述的高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，其特征在于，所述的多元胺为季戊四胺、三乙四胺、联苯四胺、四乙五胺或/和五乙六胺，优选三乙四胺、四乙五胺或/和五乙六胺。5.根据权利要求1所述的高产率制备单分散交联聚合物微球的方法，其特征在于，使用多元胺为交联单体时，反应介质中乙腈用量为反应介质总质...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜绪宝，孔祥正，朱晓丽，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37