专利名称：一种制备单分散功能聚合物微球的方法
技术领域：
本发明涉及改进的悬浮聚合法合成单分散功能聚合物微球，更具体的说是超声辅助悬浮聚合制备功能化聚合物微球。
背景技术：
单分散功能聚合物微球在生物化学、免疫医学、固定化酶、高效离子交换树脂、固相合成载体、色谱填料等高新技术领域据有广阔的应用前景。目前合成单分散聚合物微球的主要方法有乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、种子溶胀聚合和玻璃膜乳化法(SPG)等。乳液聚合技术，如微乳液聚合和无皂乳液聚合，通常用来制备粒径小于1 μ m的单分散聚合物微球，但较大粒径的微球难于运用该方法制备。分散聚合是于70年代初提出的一种聚合方法，其制备的单分散微球粒径为2 20 μ m，但是分散聚合无法获得多孔结构的微球，其交联剂占单体的比例通常小于3%，增加交联剂用量或引入第二单体都会使粒径分布变宽。种子溶胀聚合是一种比较好的制备功能聚合物微球的技术，在种子聚合过程中， 微球吸收单体直至达到溶胀平衡状态，但是微球吸收单体溶胀是有一定限度的，用一步溶胀法有时还达不到所需要的尺寸，需要采用两步甚至三步来完成，显然这种连续多步溶胀方法会耗费大量时间。为了解决这一问题，人们研究开发了一些特殊的溶胀技术，如 Ugelstad等开发的两步种子溶胀技术，Okubo等开发的动态溶胀技术。悬浮聚合是制备微球的一种传统方法，该法制备较简单易行，它要求单体混合物不溶于分散介质，通过搅拌使单体液滴以液滴形式分散在介质中，油滴的尺寸和尺寸分布是通过搅拌速度来决定。悬浮聚合能够制备粒径为10 1000 μ m的多孔聚合物微球，得到的聚合物微球通常粒径分布很宽。此外，在悬浮聚合过程中常常伴随乳液聚合的发生，尤其是当微球直径在 0. 1 500 μ m时，乳液聚合发生的几率更大，副产物更多，微球粒径的尺寸不均勻。专利 JP-A-55-82125, JP-A-60-8302, JP-A-62-205108, JP-A-61-255355 以及 CN 101530771A 用水溶性无机抑制剂或有机乳液聚合抑制剂抑制乳液聚合的发生，使制备的聚合物微球获得良好的尺寸均勻性。通过大量的研究发现，悬浮聚合制备单分散聚合物微球的关键是如何制备出粒径分布较窄的悬浮聚合液滴。90年代人们开发了玻璃膜乳化技术(SPG)，该技术可以制备出形状规整、尺寸均勻的液滴，结合悬浮聚合技术能够制备出粒径分布较窄的聚合物微球。另外，人们还对传统的悬浮聚合工艺进行了改进，如采用非稳态搅拌，通过控制搅拌桨的搅拌方向和时间间隔制备单分散功能聚合物微球，或是改进反应器结构设计，通过T型管法和喷射悬浮聚合法制备单分散功能聚合物微球。但是，这些非传统悬浮聚合方法对反应器结构有很高的要求，因此工业化应用受到限制
发明内容
本发明的目的在于克服上述非传统悬浮聚合方法对反应器结构要求很高的不足， 提供一种对反应器结构无特殊要求、简单易行的获得尺寸均勻的液滴的方法，结合悬浮聚合制得窄分散甚至单分散功能聚合物微球。本发明的特征之一在于，溶有单体混合物的油相在71 75°C温度下溶液聚合 0. 5 1. 5h，增大油相粘度。另一个特征在于，在超声辅助分散时逐渐降低搅拌转速和超声功率，获得尺寸均勻的液滴，在低搅拌转速下进行悬浮聚合。具有如下步骤(1)连续水相制备按原料重量百分比含量分别加入1.0 1.4%聚乙烯醇， 0. 5 1. 5%明胶，1. 0 2. 5%氯化钠，3. 0 5. 0%蔗糖和91. 0 93. 5%的蒸馏水，连接机械搅拌和冷凝水，边搅拌边加热至90°C，控制搅拌转速至聚乙烯醇完全溶解，配成连续水相，溶液静置，备用；(2)预聚合将功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯5. 3ml和甲基丙烯酸羟乙酯 4. 8ml、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯3. 05ml、疏水性致孔剂乙酸丁酯和正辛烷分别为 6. 6ml，油溶性自由基引发剂偶氮二异丁腈0. 065 0. 125g，超声处理5min，边缓慢搅拌边加热至71 75°C，使用溶液聚合法将油相聚合0. 5 1. 5h，形成预聚液；(3)超声辅助分散取105 158ml步骤(1)制得的连续水相，加入到步骤(2)的预聚液中，超声辅助下高速搅拌10 20min ；(4)悬浮聚合停止超声，同时将搅拌转速调整至450 550rpm，升温至80 850C，N2气氛下反应证后结束，得到微球，抽滤，分别用热水、乙醇提取三次，60°C下减压干燥，制得单分散功能聚合物微球。所述步骤(1)的聚乙烯醇和明胶为稳定剂，蔗糖为助稳定剂。所述步骤(3)中超声波频率为25KHz，功率可调，高速搅拌的转速是lOOOrpm。所述步骤(4)制得单分散功能聚合物微球，其直径在50 100微米之间可控，单分散性良好，分散系数小于0.1。本发明的有益效果是，提供了一种方法简单易行、对反应器结构无特殊要求、制备的单分散功能聚合物微球的直径在50 100微米之间可控、单分散性良好、分散系数小于0. 1的单分散功能聚合物微球的制备方法。本发明单分散功能聚合物微球上有功能性基团-环氧基和羟基的存在，经化学修饰后可获得特殊功能性树脂，应用于医药、选择性吸附、固定化酶和生物大分子分离纯化等相关领域。
图1为单分散功能聚合物微球的红外吸收光谱图；图2为实施例3中步骤(3)液滴的电子显微镜图；图3为实施例3最终产品的电子显微镜图。
具体实施例方式本发明采用市售的分析纯原料，具体实施例如下。实施例1(1)连续水相制备在带有夹套的250ml三口瓶中，分别加入2. 8g聚乙烯醇，l.Og 明胶，2. Og氯化钠，10. Og蔗糖和184. 2g的蒸馏水，连接机械搅拌和冷凝水，边搅拌边加热至90°C，控制搅拌转速至聚乙烯醇完全溶解，溶液静置，备用。(2)预聚合带有夹套的250ml三口瓶安装于超声波清洗仪中，加入5. 3ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，4.8ml甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，3. 05ml乙二醇二甲基丙烯酸酯 (EGDMA)，6. 6ml乙酸丁酯，6. 6ml正辛烷，0. 065g偶氮二异丁腈(AIBN)，超声处理5min ；连接机械搅拌和冷凝水，边缓慢搅拌边夹套加热至75°C，反应0.证。(3)超声辅助分散取132ml步骤(1)制得的连续水相，加入到步骤O)中的预聚液中，调整搅拌转速至lOOOrpm，同时开启超声处理，维持lOmin。(4)悬浮聚合停止超声，同时将搅拌转速调整至550rpm，升温至80°C，N2气氛下反应证后结束，得到微球，抽滤，分别用热水、乙醇提取三次，60°C下减压干燥，制得单分散功能聚合物微球。对单分散功能聚合物微球进行表征，测得平均直径为35微米，分散系数0. 078。实施例2(1)连续水相制备在带有夹套的250ml三口瓶中，分别加入2. Og聚乙烯醇，2. Og 明胶，3. Og氯化钠，6. Og蔗糖，187. Og蒸馏水，连接机械搅拌和冷凝水，边搅拌边加热升温至90°C，控制搅拌转速至聚乙烯醇完全溶解，溶液静置，备用。(2)预聚合带有夹套的250ml三口瓶安装于超声波清洗仪中，加入5. 3ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，4.8ml甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，3. 05ml乙二醇二甲基丙烯酸酯 (EGDMA)，6. 6ml乙酸丁酯，6. 6ml正辛烷，0. 065g偶氮二异丁腈(AIBN)，超声处理5min ；连接机械搅拌和冷凝水，边缓慢搅拌边夹套加热至71°C，反应1. Oh。(3)超声辅助分散取105ml步骤(1)制得的连续水相，加入到步骤O)中的预聚液中，调整搅拌转速至lOOOrpm，同时开启超声处理，维持15min。(4)悬浮聚合停止超声，同时将搅拌转速调整至500rpm，升温至82V，N2气氛下反应证后结束，得到微球，抽滤，分别用热水、乙醇提取三次，60°C下减压干燥，制得单分散功能聚合物微球。对单分散功能聚合物微球进行表征，测得平均直径为58微米，分散系数0. 085。实施例3(1)连续水相制备在带有夹套的250ml三口瓶中，分别加入2. Og聚乙烯醇，2. Og 明胶，2. Og氯化钠，10. 0蔗糖，184. Og蒸馏水，连接机械搅拌和冷凝水，边搅拌边加热升温至90°C，控制搅拌转速至聚乙烯醇完全溶解，溶液静置，备用。(2)预聚合带有夹套的250ml三口瓶安装于超声波清洗仪中，加入5. 3ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，4.8ml甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，3. 05ml乙二醇二甲基丙烯酸酯 (EGDMA)，6. 6ml乙酸丁酯，6. 6ml正辛烷，0. 102g偶氮二异丁腈(AIBN)，超声处理5min ；连接机械搅拌和冷凝水，边缓慢搅拌边夹套加热至71°C，反应1. 5h(3)超声辅助分散取132ml步骤(1)制得的连续水相，加入到步骤O)中的预聚液中，调整搅拌转速至lOOOrpm，同时开启超声处理，维持20min。(4)悬浮聚合停止超声，同时将搅拌转速调整至450rpm，升温至82V，N2气氛下反应证后结束，得到微球，抽滤，分别用热水、乙醇提取三次，60°C下减压干燥，制得单分散功能聚合物微球。对单分散功能聚合物微球进行表征，测得平均直径为83微米，分散系数0. 090。
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实施例4(1)连续水相制备在带有夹套的250ml三口瓶中，分别加入2. Og聚乙烯醇，3. Og 明胶，5. Og氯化钠，8. Og蔗糖，182g蒸馏水，连接机械搅拌和冷凝水，边搅拌边加热升温至 90 0C，控制搅拌转速至聚乙烯醇完全溶解，溶液静置，备用。(2)预聚合带有夹套的250ml三口瓶安装于超声波清洗仪中，加入5. 3ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，4.8ml甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，3. 05ml乙二醇二甲基丙烯酸酯 (EGDMA)，6. 6ml乙酸丁酯，6. 6ml正辛烷，0. 125g偶氮二异丁腈(AIBN)，超声处理5min ；连接机械搅拌和冷凝水，边缓慢搅拌边夹套加热至71°C，反应1.证。(3)超声辅助分散取158ml步骤(1)制得的连续水相，加入到步骤O)中的预聚液中，调整搅拌转速至lOOOrpm，同时开启超声处理，维持15min。(4)悬浮聚合停止超声，同时将搅拌转速调整至500rpm，升温至85°C，N2气氛下反应证后结束，得到微球，抽滤，分别用热水、乙醇提取三次，60°C下减压干燥，制得单分散功能聚合物微球。对单分散功能聚合物微球进行表征，测得平均直径为66微米，分散系数0. 080。图1为单分散功能聚合物微球的红外吸收光谱图，图中3450. 38^1是羟基的特征吸收峰，904. 86cm"1,847. 09cm"1是环氧键的特征吸收峰，不存在碳碳双键的特征吸收峰，表明GMA、HEMA、EGDMA发生了交联共聚反应，生成了功能聚合物微球；图2为实施例3中步骤(3)液滴的电子显微镜图，图2可以说明，经超声辅助分散得到了尺寸均勻的液滴。图3为实施例3最终产品的电子显微镜图，图3可以说明，最终产品是单分散的。 这也说明了本发明提供的新方法对反应器结构无特殊要求、简单易行、可以获得尺寸均勻的液滴、制得单分散功能聚合物微球。
权利要求
1.一种制备单分散功能聚合物微球的方法，具有如下步骤(1)连续水相制备按原料重量百分比含量分别加入ι.O 1. 4%聚乙烯醇，0. 5 1. 5%明胶，1. 0 2. 5%氯化钠，3. 0 5. 0%蔗糖和91. 0 93. 5%的蒸馏水，连接机械搅拌和冷凝水，边搅拌边加热至90°C，控制搅拌转速至聚乙烯醇完全溶解，配成连续水相，溶液静置，备用；(2)预聚合将功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯5.3ml和甲基丙烯酸羟乙酯4. 8ml、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯3. 05ml、疏水性致孔剂乙酸丁酯和正辛烷分别为6. 6ml,油溶性自由基引发剂偶氮二异丁腈0. 065 0. 125g，超声处理5min，边缓慢搅拌边加热至71 75°C，使用溶液聚合法将油相聚合0. 5 1. 5h，形成预聚液；(3)超声辅助分散取105 158ml步骤(1)制得的连续水相，加入到步骤O)的预聚液中，超声辅助下高速搅拌10 20min ；(4)悬浮聚合停止超声，同时将搅拌转速调整至450 550rpm，升温至80 85°C，N2 气氛下反应证后结束，得到微球，抽滤，分别用热水、乙醇提取三次，60°C下减压干燥，制得单分散功能聚合物微球。
2.根据权利要求1的制备单分散功能聚合物微球的方法，其特征在于，所述步骤(1)的聚乙烯醇和明胶为稳定剂，蔗糖为助稳定剂。
3.根据权利要求1的制备单分散功能聚合物微球的方法，其特征在于，所述步骤(3)中超声波频率为25KHz，功率可调，高速搅拌的转速是lOOOrpm。
4.根据权利要求1的制备单分散功能聚合物微球的方法，其特征在于，所述步骤(4)制得单分散功能聚合物微球，其直径在50 100微米之间可控，单分散性良好，分散系数小于 0. 1。
全文摘要
本发明公开了一种制备单分散功能聚合物微球的方法将部分聚合的油相在超声辅助下分散至连续水相制成悬浮液，升温至80～85℃使用传统悬浮聚合法制备聚合物微球；其中，油相包括功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸羟乙酯、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯、疏水性致孔剂和油溶性引发剂，水相包括稳定剂、助稳定剂、可溶性无机盐。该方法简单易行，对反应器结构无特殊要求，制备的单分散功能聚合物微球单分散性良好，其上有功能性基团-环氧基和羟基的存在，经化学修饰后可获得特殊功能性树脂，应用于医药、选择性吸附、固定化酶和生物大分子分离纯化等相关领域。
文档编号C08F220/32GK102432744SQ20111026429
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者乔建军, 张华 , 朱宏吉, 胡宗福, 陆帅 申请人:天津大学