一种两亲性共聚物网络及其制备方法_2

文档序号:8276804阅读:来源:国知局
联剂的交联,导致两亲性共聚物三键消失, 表明形成了两亲性共聚物网络。
[0029] 图2为使用布鲁克大样品台原子力显微镜Icon(Bruker'sDimension?Icon?)观 察到的实施例1中所得两亲性共聚物网络(APCN)的原子力显微镜(AFM)相图,显示了亲疏 水链段。其中亮区域为软链段即疏水链段,亲水链段由于高的模量以及摩擦力在相图上表 现暗的区域。相图是lxl ym,所以亲疏水相均在lym以下,即纳米级。相图结构无规地存 在明显的界限,即发生微相分离,这是APCN常见的现象。
[0030] 图3为实施例1中所得两亲性共聚物网络的放大SEM照片,由该照片可以看出两 亲性共聚物网络为连续网络,网孔分布均匀,平均孔径尺寸约为50nm。
[0031] 图4为实施例1中所得两亲性共聚物网络的两个圆形干膜照片,通过背景显示其 为透光性很好的透明材料。
【具体实施方式】
[0032] 以下结合具体实施例及附图,对本发明作进一步说明。应理解,这些实施例仅用于 说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0033] 本文中涉及到多种物质的添加量、含量及浓度,其中所述的"份",除特别说明外, 皆指"重量份";所述的百分含量,除特别说明外,皆指质量百分含量。
[0034] ATRP技术、RAFT技术、Click Chemistry技术都是操作简便、极具工业化前景的 "活性"自由基聚合方法。ATRP(原子转移自由基聚合)是以简单的有机卤化物为引发剂、 过渡金属配合物为卤原子载体,通过氧化还原反应,在活性种与休眠种之间建立可逆的动 态平衡,从而实现了对聚合反应的控制,其优点是(1)适于ATRP的单体种类较多,大多数单 体如甲基丙烯酸酯,丙烯酸酯,苯乙烯和电荷转移络合物等均可顺利的进行ATRP,并已成功 制得了活性均聚物、嵌段和接枝共聚物;(2)可以合成梯度共聚物,例如Greszta等曾用活 性差别较大的苯乙烯和丙烯腈,以混合一步法进行ATRP,在聚合初期活性较大的单体进入 聚合物,随着反应的进行,活性较大的单体浓度下降,而活性较低的单体更多地进入聚合物 链,这样就形成了共聚单体随时间的延长而呈梯度变化的梯度共聚物;(3)适用于众多工 业聚合方法,如本体聚合、溶液聚合、和乳液聚合。RAFT (可逆加成-断裂链转移聚合)是活 性/可控自由基聚合(CRP)的一种,在聚合体系中加入链转移常数高的特种链转移剂,使得 增长自由基和该链转移剂之间进行退化转移,从而降低自由基的浓度,实现活性自由基聚 合。RAFT的最大优点是适用的单体范围广,除了常见单体外,丙烯酸、对乙烯基苯磺酸钠、甲 基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸胺基乙酯等质子性单体或酸、碱性单体均可顺利聚合,十分有 利于含特殊官能团烯类单体的聚合反应;不需要使用昂贵的试剂(如TEMPO),也不会导致 杂质或残存试剂难以从聚合产物中除去。不仅分子量分布较窄(一般都在1. 3以下),而且 聚合温度也较低,一般在60-70°C下即可进行;分子的设计能力强,可以用来制备嵌段、接 枝、星型共聚物。Click Chemistry (点击化学)是由化学家巴里?夏普莱斯在2001年引入 的一个合成概念,主旨是通过小单元的拼接,来快速可靠地完成形形色色分子的化学合成。 它尤其强调开辟以碳-杂原子键(C-X-C)合成为基础的组合化学新方法,并借助这些反应 (点击反应)来简单高效地获得分子多样性。点击化学的代表反应为铜催化的叠氮-炔基 Husigen 环加成反应(Copper-Catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition)。点击化学的概 念对化学合成领域有很大的贡献,在药物开发和生物医用材料等的诸多领域中,它已经成 为目前最为有用和吸引人的合成理念之一。
[0035] 本发明首次将ATRP、RAFT和Click Chemistry技术组合起来,用于制备两亲性共 聚物网络,以便提高该材料的分子量及结构的可控性,拓展其在医学领域的应用。
[0036] 本发明的构思如下:首先,采用ATRP技术,制备三臂星型ATRP引发剂,使得具有生 物相容性的亲水性单体聚合构成三臂星型均聚物,再加入叠氮化钠进行叠氮改性,以便为 点击化学做准备。然后,采用RAFT技术,先将RAFT试剂、功能化聚甲基硅氧烷、羧酸活化剂、 脱水剂混合,反应,得到含PDMS基大分子链转移试剂;接着与含有炔基的单体共聚,得到含 有悬挂炔基的疏水性嵌段共聚物。接着,采用点击化学技术,使三臂星型均聚物与含有悬挂 炔基的疏水性嵌段共聚物进行点击化学反应,得到星型两亲性共聚物。最后,使星型两亲性 共聚物与硅氢化交联剂固化交联,形成两亲性共聚网络。
[0037] 这三种活性可控聚合方法(ATRP/RAFT/Click Chemical)适用单体广泛,可精确控 制亲疏水链段长度,得到理想的分子量及分子量分布,并能根据实际需要调整结构,以适应 实际需要。考虑到在医学领域的应用,例如用作生物医用材料比如药物释放载体、离材料、 隐形眼镜、智能材料、人工脏器等等,所采用的聚合物单体最好采用生物相容性好的单体。 例如,用于制备亲水性均聚物的亲水性单体可以是甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸 二甲胺乙酯(DMAEA)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、N-异丙基 丙烯酰胺(NIPAM)、甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMAEMA)等。
[0038] 用于制备疏水性嵌段共聚物的疏水单体可以是丙烯酸丙炔酯、甲基丙烯酸丙炔 酯、乙基丙烯酸丙炔酯等。
[0039] 在本发明中,术语"亲水"和"亲水性"表示相同的意义。术语"疏水"和"疏水性" 表示相同的意义。术语"两亲"和"两亲性"表示相同的意义,是指同时具有亲水性和疏水 性。
[0040] 为方便起见,在本发明中,两亲性共聚物网络可简写为APCN。
[0041] 在本发明中,术语"两亲(性)共聚物网络"、"两亲(性)嵌段聚合物网络"、"两亲 (性)嵌段共聚物网络"、"两亲(性)共连续网络"和"APCN"表示相同的意义。
[0042] 一般来讲,APCN是通过化学交联而制得的三维网络,既不溶解,也不熔融。溶胶含 量低于10%,即无明显可溶性溶胶的生成,说明交联充分,成功制备出APCN。APCN由亲水性 链段和亲油性链段通过共价键连接而成,从而表现出两亲性,可以分别在水中、正己烷中溶 胀,因为亲水链段只在水中才能溶胀,而疏水链段PMHS只在正己烷中溶胀,但不发生溶解。 这种溶胀性质也是APCN的特征。
[0043] 在本发明的制备两亲性共聚物网络的方法中,优选第一步中的三乙醇胺为精制过 的二乙醇胺。
[0044] 优选地,第一步中所述的缚酸剂为三乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾或吡啶。
[0045] 优选地,第一步中所述的亲核取代试剂为溴代酰溴或氯代酰氯。
[0046] 优选地,第二步中所述的亲水性单体为丙烯酰胺类单体、丙烯酰胺类单体、丙烯酸 酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体。
[0047]优选地,第二步中所述的配体A为2' 2-联吡啶(Bpy)、三_(N,N-二甲基氨基乙 基)胺(Me6TREN)、五甲基二乙烯三胺(PDMAETA)、以及4-二甲基氨基吡啶(DMAP)中的一 种或两种以上的混合物。
[0048] 优选地,第二步中所述的第一催化剂为氯化亚铜、溴化亚铜或氯化亚铁。
[0049] 优选地,第三步中所述的碱液为质量百分比浓度为40% -80%的NaOH溶液或KOH 溶液。
[0050] 优选地,第三步中所述的催化剂A为甲基三辛酰基氯化铵或三甲基丁基硫酸铵。
[0051] 优选地,第三步中所述的多卤代烷为二氯甲烷、三氯甲烷、二溴甲烷、三溴甲烷中 的一种。
[0052] 优选地,第四步中所述的功能化聚甲基硅氧烷为端羟丙基聚甲基硅氧烷或端氨丙 基聚甲基硅氧烷。
[0053] 优选地,第四步中所述的羧酸活化剂为4-二甲氨基吡啶(DMAP)。
[0054] 优选地,第四步中所述的脱水剂为二环己基碳二亚胺(DCC)、1_乙基_(3_二正烷 基伯胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDCI)中的一种。
[0055] 优选地,第五步中所述的疏水单体为丙烯酸丙炔酯、甲基丙烯酸丙炔酯、或者乙基 丙烯酸丙炔酯。
[0056]优选地,第五步中所述的引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰(BP0)、偶 氮(4-氰基戊酸)(ACVA)中的一种。
[0057] 优选地,第六步中所述的配体B为抗坏血酸钠、2'2_联吡啶(Bpy)、三_(N,N_二甲 基氨基乙基)胺(Me 6TREN)、五甲基二乙烯三胺(PDMAETA)、或者4-二甲基氨基吡啶(DMAP)。
[0058] 优选地,第六步中所述的第二催化剂为无水硫酸铜。
[0059] 优选地,第七步中所述的硅氢化交联剂为含氢聚硅氧烷(PHMS)。
[0060] 优选地,第七步中所述的第三催化剂为Karstedt催化剂。
[0061] 优选地,第七步的反应体系中两亲性三臂星型共聚物的初始浓度为2?50wt%, 硅氢化交联剂的初始浓度为1?30wt%,第三催化剂的加入量为两亲性三臂星型共聚物重 量的0. 01?5%。
[0062] 优选地,溶剂A、溶剂B、溶剂C、溶剂D、溶剂E、溶剂F各自为二氯甲烷、正己烷、1, 4_二氧六环、环己酮、四氢呋喃、正丙醇、异丙醇、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸正丁酯、环 己酮以及甲
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