[发明专利]一种制备单分散功能聚合物微球的方法

说明书

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1μm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2～20μm，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10～1000μm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0.1～500μm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匀。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匀性。

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、尺寸均匀的液滴，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匀的液滴的方法，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℃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，获得尺寸均匀的液滴，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℃，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℃，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80～85℃，N₂气氛下反应5h后结束，得到微球，抽滤，分别用热水、乙醇提取三次，60℃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。