本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種丙烯酸類聚合物納米顆粒材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米尺度的聚合物粒子因其在藥物傳遞、催化乳化和自組裝材料等方面的潛在應(yīng)用價(jià)值而受到廣泛關(guān)注(A.Walther,A.H.E.Muller,Soft Matter 2008,4,663-668)。近年來發(fā)展的聚合物分子內(nèi)交聯(lián)技術(shù)又因其能夠制備尺度小于10nm的聚合物納米粒子而成為近些年的研究熱點(diǎn)。分子內(nèi)交聯(lián)這一概念最早在1955年提出(V.Kdm,H.Majer,Makromol.Chem.1955)，即，在稀溶液中，單分子聚合物鏈的鏈長小于不同聚合物鏈之間的平均距離，不同聚合物鏈之間沒有相互作用，此時(shí)發(fā)生的交聯(lián)即為分子內(nèi)交聯(lián)。為了避免分子間的相互作用，分子內(nèi)交聯(lián)技術(shù)通常要求聚合物體系處于極稀的濃度下{固含量通常低于0.5％(5mg/mL)}，這大大限制了它的大批量生產(chǎn)(S.Mavila,O.Eivgi,I.Berkovich,N.G.Lemcoff,Chem.Rev.2016,116,878-961)。因此，如何提高分子內(nèi)交聯(lián)時(shí)的濃度一直是長期以來尋求突破的難題。2002年，Hawker首次利用連續(xù)加料的方式將分子內(nèi)交聯(lián)的固含量提高到了2％(E.Harth,B.V.Horn,C.J.Hawker,J.Am.Chem.Soc.2002,124,8653-8660)，2008年，陳道勇通過季銨化反應(yīng)和控制反應(yīng)速率將分子內(nèi)交聯(lián)的固含量提高到了2％(L.Cheng,G.L.Hou,J.J.Miao,D.Y.Chen,Macromolecules 2008,41,8159-8166)。盡管如此，目前文獻(xiàn)報(bào)道的分子內(nèi)交聯(lián)方法對(duì)于大批量制備聚合物納米顆粒仍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，提出一種能夠在高固含量條件下運(yùn)用分子內(nèi)交聯(lián)技術(shù)批量制備聚合物納米顆粒的方法顯得至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種在高固含量條件下制備丙烯酸類聚合物納米顆粒的方法，用以解決現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)哪里顆粒尺寸難調(diào)，產(chǎn)率較低，不易大批量生產(chǎn)的問題。
本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種丙烯酸類聚合物納米顆粒，該丙烯酸類聚合物納米顆粒是由單分子鏈聚合物經(jīng)分子內(nèi)交聯(lián)后得到的納米顆粒。
聚合物為丙烯酸類聚合物。
聚合物可為均聚物、無規(guī)共聚物和嵌段共聚物。
均聚物為聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸中的一種。
無規(guī)共聚物為乙烯基吡啶-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、馬來酸酐-丙烯酸共聚物、乙烯基吡啶-甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物中的一種。
嵌段共聚物可為AB型兩嵌段共聚物和ABA或ABC型三嵌段共聚物。
AB型兩嵌段聚合物中A鏈段可為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；B鏈段可為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種。
ABA型三嵌段共聚物中A鏈段可為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；B鏈段可為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種；B鏈段為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種。
ABC型三嵌段共聚物中A鏈段為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯中的一種，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷中、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯的一種；
或者A鏈段為聚乙烯基吡啶，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯的一種；
或者A鏈段為聚環(huán)氧乙烷，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸酯，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚甲基丙烯酸酯；
或者A鏈段為聚苯乙烯，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚甲基苯乙烯；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚苯乙烯，C鏈段為聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚甲基苯乙烯，C鏈段為聚苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚乙烯基吡啶，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚環(huán)氧乙烷，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚丙烯酸酯，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚甲基丙烯酸酯，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯中的一種。
一種該丙烯酸類聚合物納米顆粒的制備方法，包括下述步驟：
S1、將聚合物分散在有機(jī)溶劑中；
S2、將保護(hù)助劑加入步驟S1的溶液中，使聚合物中的羧基離子化而帶負(fù)電荷；
S3、將交聯(lián)劑加入步驟S2的溶液中，使聚合物發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)；
S4、對(duì)步驟S3的產(chǎn)物進(jìn)行透析和冷凍干燥后處理。
步驟S1中有機(jī)溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氫呋喃(THF)、二甲基亞砜(DMSO)和二氧六環(huán)中的一種。
步驟S1中聚合物濃度為0.01～300mg/mL。
步驟S2中保護(hù)助劑選自1-烷基咪唑中的一種。
步驟S2中保護(hù)助劑用量為咪唑基團(tuán)與聚合物中的羧基摩爾比0.1:1～0.9:1。
步驟S2中反應(yīng)條件為溫度25～40℃，反應(yīng)時(shí)間6-12小時(shí)。
步驟S3中交聯(lián)劑為多異氰酸酯化合物或多氨基化合物；
多異氰酸酯化合物為1,6-己二異氰酸酯、對(duì)苯二異氰酸酯、鄰苯二甲基二異氰酸酯、4,4’,4”-三苯甲烷三異氰酸酯中的一種；
多氨基化合物為四乙烯五胺、2,2’-乙二氧基二乙胺、4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺中的一種。
步驟S3中交聯(lián)劑中的異氰酸酯基團(tuán)或氨基基團(tuán)與聚合物中羧基的摩爾比為0.1:1～0.9:1。
步驟S3中，對(duì)于交聯(lián)劑為多異氰酸酯化合物的反應(yīng)，反應(yīng)條件為溫度25～40℃，反應(yīng)3-6小時(shí)；
對(duì)于交聯(lián)劑為多氨基化合物的反應(yīng)，需在步驟S2的聚合物溶液中加入N,N-二環(huán)己基碳二亞胺和N-羥基丁二酰亞胺活化羧基基團(tuán)，再加入多氨基化合物，反應(yīng)溫度為常溫，時(shí)間為24-48小時(shí)。
本發(fā)明有益效果如下：
本發(fā)明所提出的利用電荷排斥作用，實(shí)現(xiàn)了在高固含量條件下(為文獻(xiàn)報(bào)道的10～100倍)利用分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)制備聚合物納米顆粒。所選取的丙烯酸類嵌段共聚物納米顆粒在高達(dá)30％固含量的條件下得到有效制備。為大批量生產(chǎn)尺度在10nm以下的聚合物納米顆粒提供了可能。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
具體實(shí)施方式
下面具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
一種丙烯酸類聚合物納米顆粒，該丙烯酸類聚合物納米顆粒是由單分子鏈聚合物經(jīng)分子內(nèi)交聯(lián)后得到的納米顆粒。
聚合物為丙烯酸類聚合物。
聚合物可為均聚物、無規(guī)共聚物和嵌段共聚物。
均聚物為聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸中的一種。
無規(guī)共聚物為乙烯基吡啶-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、馬來酸酐-丙烯酸共聚物、乙烯基吡啶-甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物中的一種。
嵌段共聚物可為AB型兩嵌段共聚物和ABA或ABC型三嵌段共聚物。
AB型兩嵌段聚合物中A鏈段可為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；B鏈段可為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種。
ABA型三嵌段共聚物中A鏈段可為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；B鏈段可為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種；B鏈段為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種。
ABC型三嵌段共聚物中A鏈段為聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯中的一種，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷中、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯的一種；
或者A鏈段為聚乙烯基吡啶，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯的一種；
或者A鏈段為聚環(huán)氧乙烷，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸酯，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚甲基丙烯酸酯；
或者A鏈段為聚苯乙烯，B鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，C鏈段為聚甲基苯乙烯；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚苯乙烯，C鏈段為聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚甲基苯乙烯，C鏈段為聚苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚乙烯基吡啶，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚環(huán)氧乙烷，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚丙烯酸酯，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚甲基丙烯酸酯中的一種；
或者A鏈段為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的一種，B鏈段為聚甲基丙烯酸酯，C鏈段為聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯、聚乙烯基吡啶、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸酯中的一種。
一種該丙烯酸類聚合物納米顆粒的制備方法，包括下述步驟：
S1、將聚合物分散在有機(jī)溶劑中；
S2、將保護(hù)助劑加入步驟S1的溶液中，使聚合物中的羧基離子化而帶負(fù)電荷；
S3、將交聯(lián)劑加入步驟S2的溶液中，使聚合物發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)；
S4、對(duì)步驟S3的產(chǎn)物進(jìn)行透析和冷凍干燥后處理。
步驟S1中有機(jī)溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氫呋喃(THF)、二甲基亞砜(DMSO)和二氧六環(huán)中的一種。
步驟S1中聚合物濃度為0.01～300mg/mL，優(yōu)選在0.05～150mg/mL。
步驟S2中保護(hù)助劑選自1-烷基咪唑中的一種。
步驟S2中保護(hù)助劑用量為咪唑基團(tuán)與聚合物中的羧基摩爾比0.1:1～0.9:1。
步驟S2中反應(yīng)條件為溫度25～40℃，反應(yīng)時(shí)間6-12小時(shí)。
步驟S3中交聯(lián)劑為多異氰酸酯化合物或多氨基化合物；
多異氰酸酯化合物為1,6-己二異氰酸酯、對(duì)苯二異氰酸酯、鄰苯二甲基二異氰酸酯、4,4’,4”-三苯甲烷三異氰酸酯中的一種；
多氨基化合物為四乙烯五胺、2,2’-乙二氧基二乙胺、4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺中的一種。
步驟S3中交聯(lián)劑中的異氰酸酯基團(tuán)或氨基基團(tuán)與聚合物中羧基的摩爾比為0.1:1～0.9:1。
步驟S3中，對(duì)于交聯(lián)劑為多異氰酸酯化合物的反應(yīng)，反應(yīng)條件為溫度25～40℃，反應(yīng)3-6小時(shí)；
對(duì)于交聯(lián)劑為多氨基化合物的反應(yīng)，需在步驟S2的聚合物溶液中加入N,N-二環(huán)己基碳二亞胺和N-羥基丁二酰亞胺活化羧基基團(tuán)，再加入多氨基化合物，反應(yīng)溫度為常溫，時(shí)間為24-48小時(shí)。
【實(shí)施例1】5％固含量條件下，制備聚丙烯酸(PAA)聚合物納米顆粒。
(1)取50mg PAA16k固體溶解于1mL DMF中，按摩爾比0.4﹕1的比例加入1-甲基咪唑，25℃恒溫快速攪拌12小時(shí)。
(2)在上述體系中，按與羧基摩爾比0.6﹕1的比例將交聯(lián)劑1,6-己二異氰酸酯分批加入，25℃恒溫快速攪拌12小時(shí)進(jìn)行分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。所得聚合物納米顆粒采用透析，冷凍干燥進(jìn)行后處理。
【實(shí)施例2】15％固含量條件下，制備聚丙烯酸(PAA)聚合物納米顆粒。
(1)取150mg PAA16k固體溶解于1mL DMF中，按摩爾比0.6﹕1的比例加入1-甲基咪唑，25℃恒溫快速攪拌24小時(shí)。
(2)在上述體系中，按與羧基摩爾比0.4﹕1的比例將交聯(lián)劑1,6-己二異氰酸酯分批加入，25℃恒溫快速攪拌12小時(shí)進(jìn)行分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。所得聚合物納米顆粒采用透析，冷凍干燥進(jìn)行后處理。
【實(shí)施例3】15％固含量條件下，制備聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PS-b-PAA)聚合物納米顆粒。
(1)取150mg PS5.2k-b-PAA4k固體溶解于1mL DMF中，按摩爾比0.6﹕1的比例加入1-甲基咪唑，25℃恒溫快速攪拌24小時(shí)。
(2)在上述體系中，按與羧基摩爾比0.4﹕1的比例將交聯(lián)劑1,6-己二異氰酸酯分批加入，25℃恒溫快速攪拌12小時(shí)進(jìn)行分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。所得聚合物納米顆粒采用透析，冷凍干燥進(jìn)行后處理。
【實(shí)施例4】15％固含量條件下，制備聚苯乙烯-b-聚丙烯酸-b-聚環(huán)氧乙烷(PS-b-PAA-b-PEO)聚合物納米顆粒。
(1)取150mg PS15K-b-PAA35K-b-PEO5K固體溶解于1mL DMF中，按摩爾比0.6﹕1的比例加入1-甲基咪唑，25℃恒溫快速攪拌24小時(shí)。
(2)在上述體系中，按與羧基摩爾比0.4﹕1的比例將交聯(lián)劑1,6-己二異氰酸酯分批加入，25℃恒溫快速攪拌12小時(shí)進(jìn)行分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。所得聚合物納米顆粒采用透析，冷凍干燥進(jìn)行后處理。
【實(shí)施例5】15％固含量條件下，制備聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PS-b-PAA)聚合物納米顆粒。
(1)取100mg聚苯乙烯-聚丙烯酸PS5.2k-b-PAA4k固體溶解于1mL THF中，按摩爾比0.5﹕1的比例加入1-十二烷基咪唑，25℃恒溫快速攪拌24小時(shí)。
(2)在上述體系中，按與羧基摩爾比0.5﹕1的比例將交聯(lián)劑對(duì)苯二異氰酸酯分批加入，25℃恒溫快速攪拌12小時(shí)進(jìn)行分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。所得聚合物納米顆粒采用透析，冷凍干燥進(jìn)行后處理。
【實(shí)施例6】15％固含量條件下，制備聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PS-b-PAA)聚合物納米顆粒。
(1)取150mg聚苯乙烯-聚丙烯酸PS5.2k-b-PAA4k固體溶解于1mL DMF中，按摩爾比0.6﹕1的比例加入1-十二烷基咪唑，25℃恒溫快速攪拌24小時(shí)。
(2)在上述體系中，按與羧基摩爾比0.4﹕1加入等量的DCC和NHS，25℃恒溫快速攪拌12小時(shí)活化羧基。按與羧基摩爾比0.4﹕1的比例將交聯(lián)劑2,2’-乙二氧基二乙胺分批加入，25℃恒溫快速攪拌24小時(shí)進(jìn)行分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。所得聚合物納米顆粒采用透析，冷凍干燥進(jìn)行后處理。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種丙烯酸類聚合物納米顆粒材料及其制備方法，
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。