[发明专利]单电子转移活性自由基聚合制备星形聚丙烯酰胺的方法

说明书

本发明涉及的是单电子转移活性自由基聚合制备星形聚丙烯酰胺的方法，这种单电子转移活性自由基聚合制备星形聚丙烯酰胺的方法：制备水溶性三臂引发剂Gly‑Br₃；在反应瓶中，加入H₂O与配体，搅拌一定时间后加入溴化亚铜CuBr，使CuBr歧化；同时将单体、引发剂Gly‑Br₃、水加入反应瓶中，搅拌并使其混合均匀；待歧化完成后，将反应瓶中溶液注入反应瓶中，搅拌一定时间，在0‑25℃反应后，取出反应瓶中的物质，经柱层析、沉淀、干燥得到星形聚丙烯酰胺。本发明聚合速率快，单体转化率高(10min内可达95%),链端活性链端保留率高，分子量可控，分子量分布较窄(最低可达1.18)。

技术领域

本发明涉及丙烯酰胺类聚合物制备领域，具体涉及单电子转移活性自由基聚合制备星形聚丙烯酰胺的方法。

背景技术

1948年Flory首次提出星型聚合物这一概念。星形聚合物具有紧凑的三维核壳空间结构,分子内和分子间不易发生交联，多臂上的极性官能团高度集中、模量高，这使得星形聚合物具有一些特殊的性质，如结晶度低、扩散系数、熔融粘度、流体动力学体积较小等因此被制成一系列可用于药物递送，凝集素测定，癌症治疗以及光子学等领域的纳米材料。

聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺单体均聚或者与其他单体进行共聚得到聚合物的统称。在丙烯酰胺分子结构中含有酰胺基易形成氢键，使其具有优良的水溶性。分子量大小在很大程度上决定着产品的用途及功能,高分子量的聚丙烯酰胺(10⁵～10⁷)对许多固体表面和溶解物质有着良好的粘附力,因而应用于增稠、絮凝、阻垢、采油及生物医学材料等领域；中等分子量的可用作造纸行业的纸张干燥剂；低分子量的则用作油墨分散剂。聚丙烯酰胺产品在工业领域的应用呈稳步上升的趋势。

目前合成聚丙烯酰胺的常用方法是传统的水溶液自由基聚合。虽然该方法聚合工序简单、成本较低，但生产过程中单体转化率较低，聚合的产物固含量仅在8%～ 25%,且容易发生酰亚胺化反应,生成凝胶，此外传统自由基聚合法得到的产物结构和分子量不可控，分子量分布较宽。

发明内容

本发明的一个目的是提供单电子转移活性自由基聚合制备星形聚丙烯酰胺的方法，这种单电子转移活性自由基聚合制备星形聚丙烯酰胺的方法用于解决传统的水溶液自由基聚合制备聚丙烯酰胺的方法可控性不强的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种单电子转移活性自由基聚合制备星形聚丙烯酰胺的方法：

步骤一、聚氧乙基甘油醚与2-溴代异丁酰溴反应制备水溶性三臂引发剂Gly-Br₃；

步骤二、在反应瓶中，加入H₂O与配体，搅拌一定时间后加入溴化亚铜CuBr，使CuBr歧化；同时将单体、引发剂Gly-Br₃、水加入反应瓶中，搅拌并使其混合均匀；待歧化完成后，将反应瓶中溶液注入反应瓶中，搅拌一定时间，在0-25℃反应后，取出反应瓶中的物质，经柱层析、沉淀、干燥得到星形聚丙烯酰胺；物料配比为质量比单体:水=1:2.5～10，摩尔比单体:引发剂:配体=500～2500:0.5～5:1～30；CuBr与配体的摩尔比为0.5～5:0.25～10；配体为含氮多齿化合物。

上述方案中步骤二中歧化过程的气氛条件为在惰性气体条件下，歧化时间为2min～30min；反应瓶中搅拌过程到反应结束的气氛条件为在惰性气体条件下或空气条件下。

上述方案中步骤二中催化剂为CuBr与配体原位歧化生成的Cu⁰。

上述方案中单体为丙烯酰胺或丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)或丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶(4VP)或丙烯酰胺乙烯基单体。

上述方案中乙烯基单体为N-烷基丙烯酰胺或丙烯酸钠或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。