專利名稱：一種尺寸均一的小粒徑超大孔聚合物微球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物微球及其制備方法，具體涉及一種小粒徑且粒徑均一可控的超大孔聚合物微球及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著生物技術(shù)的發(fā)展，大量的生物大分子如蛋白質(zhì)、多肽和核酸等需要進(jìn)行分離、 分析和純化。柱層析是生物大分子分離純化的重要手段，而分離介質(zhì)為柱層析的核心，所以分離介質(zhì)的發(fā)展成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)，也獲得了快速發(fā)展。由于生物大分子在分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及生物活性等方面的復(fù)雜性和多樣性，對(duì)分離介質(zhì)提出了更高的要求，希望能夠獲得快速、高效的分析、分離。然而，一般的多孔介質(zhì)是利用交聯(lián)聚合物的非良溶劑之間的相分離而形成孔道，這種機(jī)理形成的孔徑為納米級(jí) (100- 300 A )。由于孔徑較小，流動(dòng)相在孔道內(nèi)的傳質(zhì)過程主要依靠分子擴(kuò)散完成，導(dǎo)致生物大分子的傳質(zhì)速度慢、分離時(shí)間長，活性和收率下降。為了克服常規(guī)小孔介質(zhì)的不足，研究人員提出使用具有雙孔道的超大孔合成分離介質(zhì)，其超大孔(大于生物大分子直徑的10至20倍)可以允許生物大分子快速出入，可大幅度提高蛋白質(zhì)類生物大分子的分離速度，小孔(擴(kuò)散孔)則可以提供足夠高的比表面積， 大大提高介質(zhì)的吸附容量。1991年，Regnier等提出具有雙孔道結(jié)構(gòu)的灌注色譜(Perfusion Chromatography)介質(zhì)，并在Nature上發(fā)表了相關(guān)論文。由于以灌注色譜介質(zhì)為代表的雙孔道超大孔合成聚合物介質(zhì)在生物大分子分離純化中的良好應(yīng)用前景，使其制備和應(yīng)用研究一直受到國內(nèi)外研究者的高度重視，也發(fā)展了以下幾種致孔方法(1)以聚合物為致孔劑的懸浮聚合法，該方法是用可溶性聚合物代替常用的液體致孔劑。隨著液滴內(nèi)單體的聚合，新生成的交聯(lián)聚合物和致孔劑聚合物之間產(chǎn)生相分離，聚合結(jié)束后萃取出致孔劑聚合物即可得到較大的孔徑；但其缺點(diǎn)是兩種聚合物間的相分離難度較大，很難在合成介質(zhì)內(nèi)形成貫穿的大孔，而且致孔劑聚合物也很難萃取干凈。(2)納米顆粒凝聚法，已商品化的POROS灌注色譜介質(zhì)就是用該方法制備的，并且已經(jīng)應(yīng)用于蛋白質(zhì)等生物大分子的分離純化中，顯示了分離速度快、柱容量高和產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。POROS介質(zhì)具有兩類孔6000~8000 A的貫穿孔(through pores)和800~1500 A 的擴(kuò)散孔(diffusion pores)。在分離應(yīng)用時(shí)貫穿孔內(nèi)的流動(dòng)相以對(duì)流形式流動(dòng)，傳質(zhì)速度快(如圖Ib所示)；而擴(kuò)散孔則可以提供足夠高的比表面積，保證了介質(zhì)的吸附容量。然而，P0R0S介質(zhì)是采用納米級(jí)顆?！罢辰Y(jié)”成簇、聚集成團(tuán)，進(jìn)而形成微米級(jí)顆粒的方法來制備的，因此，通過控制納米顆粒間的不規(guī)則聚集狀態(tài)來控制孔徑比較困難，造成產(chǎn)品批次間重復(fù)性較差、收率低等問題。(3)高內(nèi)相乳液聚合法(polyHIPE，high internal phase emulsion polymer)。 介質(zhì)制備時(shí)將大量的水以水滴的形式分散在單體內(nèi)(水相體積超過70%)制成W/0型高內(nèi)相乳液(HIPE)，再通過選取合適的穩(wěn)定劑把高內(nèi)相乳液分散在外水相中，制成復(fù)乳。聚合后，介質(zhì)中就形成相互貫穿的大孔(圖幻。這種名為Magnapore的介質(zhì)特征是孔徑較大 (1-50 μ m)，密度低(0.05-0. 2g/cm3)，孔隙率高(70%以上)。但正由于其孔徑大，雖然在孔壁上也制備出小孔，但比表面積仍然很低(2-30m2/g)，而且介質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度較弱。另外， 70 %的高內(nèi)水相的復(fù)乳在聚合過程中的穩(wěn)定性較差，必須嚴(yán)格控制配方和聚合過程才能制備成功。(4)以無機(jī)顆粒為致孔劑的方法天津大學(xué)的孫彥課題組克服了上述制備法的難點(diǎn)，以無機(jī)顆粒為致孔劑，制備出了既含有10-90nm微孔，又含有180-4000nm超大孔的介質(zhì)，介質(zhì)的比表面積為91. 3m2/g，并且研究發(fā)現(xiàn)要得到貫穿的大孔徑，無機(jī)顆粒的體積含量應(yīng)為10-40%。該方法雖然可以將親水性無機(jī)顆粒包埋在親水性瓊脂糖中達(dá)到很高的包埋率，但多數(shù)合成高分子材料(如聚苯乙烯等)與無機(jī)顆粒之間的相容性差，要將大量的無機(jī)顆粒包埋在合成高分子材料內(nèi)達(dá)到較高的包埋率仍然是一個(gè)很難解決的問題。(5)復(fù)乳化法(double emulsification) :Gustavsson 等為制備超大孔瓊脂糖介質(zhì)，研究發(fā)展出復(fù)乳化法。孫彥等也用這種方法制備出微孔為20-100nm，超大孔為 300-4000nm,比表面積為52. lm2/g的合成介質(zhì)。這種方法原理上與高內(nèi)相乳液聚合法相同， 需要兩步乳化過程，而且制備初乳時(shí)其攪拌速率高達(dá)SOOOrpm，如果要進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，初乳的制備及其穩(wěn)定性等會(huì)有一定的難度。本發(fā)明的發(fā)明人采用表面活性劑反膠團(tuán)溶脹的方法成功制備出了孔徑為 500-800nm的超大孔聚合物微球，并在蛋白質(zhì)高效、快速分離純化和固定化酶、固相萃取中獲得良好的應(yīng)用和結(jié)果。如發(fā)明人的在先申請(qǐng)CN 1903890A和WO 2008/064525A1均公開了一種超大孔聚合物微球的制備方法及其產(chǎn)品，所述制備方法包括(1)在單體和交聯(lián)劑的混合液中，加入引發(fā)劑、稀釋劑和表面活性劑，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解；( 將穩(wěn)定劑溶于蒸餾水，配制成一定濃度的水溶液，作為水相；⑶將油相加入水相中，以100 300rpm的速度攪拌，通氮?dú)鈒h，在30 100°C溫度下聚合Mh ;(4)反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、表面活性劑等組分洗凈，干燥后，即得超大孔生物分離介質(zhì)。但是上述制備超大孔微球采用的方法均是懸浮聚合方法，因此制備的微球粒徑較大而且均一性較差。對(duì)于分離純化應(yīng)用而言，介質(zhì)的粒徑和均一度對(duì)分離結(jié)果具有重要影響。因此，本發(fā)明提出一種尺寸均一、可控的小粒徑超大孔微球及其制備方法，微球尺寸均一性的提高能夠有效提高層析柱的分辨率，粒徑的減小能夠增大塔板數(shù)進(jìn)而增加分離效果，而且超大孔則提供了較快的分離速度，能夠?qū)崿F(xiàn)被分離物質(zhì)高效快速的分離，保證良好的產(chǎn)率和活性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種粒徑均一可控的小粒徑超大孔聚合物微球。所述微球采用快速膜乳化和懸浮聚合相結(jié)合的方法，可簡單易行地制備出適合作為高效液相色譜和分析色譜固定相基質(zhì)的粒徑均一可控的小粒徑超大孔聚合物微球。所述粒徑均一可控的小粒徑超大孔聚合物微球制備方法為在含單體的油相中加入較高含量的表面活性劑，分散到水相后，過膜后形成初乳，進(jìn)一步聚合即得產(chǎn)品。
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所述小粒徑、尺寸均一的超大孔微球，其內(nèi)部既具有5-20nm的微孔，又具有 50-100nm及IOOnm以上的超大孔，其中50_100nm及IOOnm以上的超大孔占微球內(nèi)部孔容的 10-60 %，優(yōu)選為20-40 %。微球粒徑為0. 5 25 μ m，孔隙率為30 % 80 %，粒徑分布系數(shù) < 20%。其中所述粒徑分布系數(shù)按下式計(jì)算C. V. = {[ Σ (Cli-CDVN]172/^ Χ100%式中，C. V.代表粒徑分布系數(shù)；屯代表各個(gè)納微球的直徑；d代表納微球的數(shù)均平均粒徑，d = Σ di/N ；N為用于計(jì)算粒徑的納微球數(shù)量，且N彡200個(gè)。本發(fā)明的目的之一還在于提供一種上述微球的用途，其可用于色譜填料、修飾后用作離子交換劑、固相合成載體、酶固定化載體、藥物載體、分析檢測(cè)試劑、食品及化妝品的功能化載體。本發(fā)明的目的之一還在于還提供一種粒徑均一可控的小粒徑超大孔聚合物微球的制備方法，通過在油相中添加較高含量的表面活性劑和適量的稀釋劑，先過膜再通過懸浮聚合法制備粒徑均一可控的小粒徑超大孔聚合物微球。所述制備方法優(yōu)選包括如下步驟(1)將含有單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、稀釋劑和油溶性表面活性劑的油相混合均勻；(2)配制含有穩(wěn)定劑和可選的水溶性表面活性劑的水相；(3)將所述混合均勻的油相加入到所述水相，繼續(xù)攪拌至溶液呈乳白色，確保溶脹充分，此時(shí)形成w/0/w型雙連續(xù)相乳液；(4)將所述乳液在壓力作用下通過不同孔徑的膜；(5)根據(jù)粒徑均一程度一次或多次過膜，過膜后乳液固化；可選地，(6)洗滌干燥，制得粒徑均一、可控的小粒徑超大孔聚合物微球。步驟(1)中，所述表面活性劑為油溶性表面活性劑，其不同于所述交聯(lián)劑、引發(fā)劑、稀釋劑和穩(wěn)定劑。所述油溶性表面活性劑選自非離子型表面活性劑、離子型表面活性劑、兩親性嵌端共聚物。所述油溶性表面活性劑可以是失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚類，如失水山梨醇單油酸酯、對(duì)辛基苯酚聚氧乙烯醚等。所述表面活性劑優(yōu)選為失水山梨醇單油酸酯、對(duì)辛基苯酚聚氧乙烯醚、P0-500、 Arlacel 83、AOT或其混合物。所述油溶性表面活性劑在油相中的質(zhì)量含量為5% 80%，優(yōu)選10% 70%，進(jìn)一步優(yōu)選25% 60%。本發(fā)明使用的單體優(yōu)選是任何一種油溶性帶乙烯基的單體以及它們的混合物，可以是乙烯類、苯乙烯類、甲基丙烯酸類、丙烯酸類、甲基丙烯酸酯類、丙烯酸酯類、甲基丙烯酰胺類、丙烯酰胺類單體，以及環(huán)氧類和乙酸乙烯酯類單體等。所述單體在油相中的質(zhì)量含量為 90%，優(yōu)選10% 60%，進(jìn)一步優(yōu)選25% 45%。所述交聯(lián)劑是任何一種油溶性的、帶雙乙烯基或三乙烯基的化合物，可以是雙乙烯基芳香族化合物，如二乙烯基苯；可以是丙烯酸酯類化合物，如二甲基丙烯酸乙二醇酯、 丙烯酸三甲氧基丙烷三甲基酯等。所述交聯(lián)劑在油相中的質(zhì)量含量為 90%，優(yōu)選 5% 60%，進(jìn)一步優(yōu)選10% 45%。所述稀釋劑在油相中主要起抑制二次成核的作用，加入量高時(shí)，也可起到制孔劑的作用。所述稀釋劑可以為烷烴，如庚烷、十二烷、十六烷、異辛烷等；可以是醚類，如石油醚等；可以是苯類，如甲苯等。稀釋劑還可使用可以溶于單體的聚合物類，比如苯乙烯單體。 聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等聚合物可以溶于苯乙烯，那么聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等聚合物就可以用作苯乙烯體系的稀釋劑。再如對(duì)甲基丙烯酸縮水甘油酯單體；聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚甲基丙烯酸酯等聚合物可以溶于甲基丙烯酸縮水甘油酯，那么聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚甲基丙烯酸酯等聚合物就可以用作甲基丙烯酸縮水甘油酯體系的稀釋劑，溶于單體的聚合物對(duì)本領(lǐng)域的研究人員是公知的。油相中不加稀釋劑時(shí)，也可以得到超大孔微球，因此稀釋劑在油相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0% 80%，優(yōu)選0 60%，但限制在0% 50%范圍內(nèi)更好。所述引發(fā)劑會(huì)影響單體聚合速率，最終影響微球的產(chǎn)率，因此要選擇合適的引發(fā)劑及其用量。本發(fā)明所用引發(fā)劑可以是過氧化物類引發(fā)劑，如過氧化苯甲酰；可以是偶氮類引發(fā)劑，如偶氮二異丁腈；也可以是它們的混合物。油溶性聚合引發(fā)劑的用量為所有可聚合單體質(zhì)量的0.01% 10%，優(yōu)選0. 05% 8%，進(jìn)一步優(yōu)選0. 1% 6%。步驟( 水相中，選擇濃度適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑和可選的水溶性表面活性劑，至少需含一種穩(wěn)定劑。所述穩(wěn)定劑可以使油相液滴穩(wěn)定地分散在水相中，并減小或防止發(fā)生粘球現(xiàn)象。所述穩(wěn)定劑可以用水溶性聚合物，如聚乙烯醇、明膠、纖維素、聚乙烯吡咯烷酮等，含量為水相質(zhì)量的0. 1 10 %，優(yōu)選0. 5 8 %，進(jìn)一步優(yōu)選0. 5 % 5 %。所述水溶性表面活性劑可以用十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉等。水溶性表面活性劑是非必須添加劑，因此所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可視情況選擇添加與否，其含量控制在水相質(zhì)量的10%以內(nèi)，優(yōu)選8%以內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選5%以內(nèi)。所述水溶性表面活性劑控制在10%等的“以內(nèi)”，包括含量為0。在步驟(3)中，高含量的所述油溶性表面活性劑在油相內(nèi)形成大量的反膠團(tuán)，分散到水相后，油相液滴內(nèi)的表面活性劑反膠團(tuán)自發(fā)吸水，溶脹成連續(xù)通道，形成一種W/0/W 型雙連續(xù)相乳液，此時(shí)乳液呈乳白色。將所述乳液在OIffa 5MPa的壓力下，優(yōu)選為IOKPa 2MPa，進(jìn)一步優(yōu)選50KPa 1. 5MPa下，一次或多次過膜，所述膜孔徑為1 30 μ m，優(yōu)選5 25 μ m,進(jìn)一步優(yōu)選10 25 μ m。過膜次數(shù)視均一度確定，一般為1 5次，優(yōu)選1 3次。過膜后形成均一乳液，進(jìn)一步固化成球。聚合完成后，可選地清洗過量的表面活性劑和稀釋劑，即得小粒徑的超大孔聚合物微球。微球的結(jié)構(gòu)如孔徑、孔隙率、比表面積等，可以通過調(diào)節(jié)表面活性劑、稀釋劑和交聯(lián)度等進(jìn)行控制。這種方法不受聚合體系的限制，可根據(jù)需要選用不同的單體制備微球。所述聚合完成后的處理，指去除殘留的未聚合單體以及表面活性劑、稀釋劑等組分。所述后處理包括，微球分別用熱水和乙醇洗滌數(shù)次，然后用丙酮抽提。清洗干凈后，干燥，得到產(chǎn)品。本發(fā)明制備的尺寸均一的小粒徑超大孔聚合物微球，微球內(nèi)部既具有5-20nm的微孔，又具有50-100nm及IOOnm以上的超大孔，其中50_100nm及IOOnm以上的超大孔占微球內(nèi)部孔容的10-60%，優(yōu)選為20-40%，微球孔隙率為30% 80%，粒徑在0. 5 50 μ m 范圍內(nèi)可控，粒徑分布系數(shù)< 20%。


圖1為實(shí)施侈1超大孔微球的電鏡照片。
圖2為實(shí)施侈1超大孔微球的電鏡照片。
圖3為實(shí)施侈2超大孔微球的電鏡照片。
圖4為實(shí)施侈3粒徑13. 17 μ m的粒徑分布圖。
圖5為實(shí)施侈3超大孔的粒徑分布圖。
圖6為實(shí)施侈4超大孔微球的電鏡照片。
圖7為實(shí)施侈5超大孔微球的粒徑分布圖。
圖8為實(shí)施侈5超大孔微球的電鏡照片。
圖9為實(shí)施侈6超大孔微球的電鏡照片。
圖10為實(shí)施列7超大孔微球的電鏡照片。
圖11為實(shí)施列8超大孔微球的電鏡照片。
圖12為實(shí)施列9超大孔微球的電鏡照片。
圖13為實(shí)施列10超大孔微球的電鏡照片。
具體實(shí)施例方式為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。實(shí)施例1 (膜孔15 μ m,膜壓40Kpa,水油比12. 5 1，過膜三次)準(zhǔn)確稱取6. Og苯乙烯和2. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入0. 32g過氧化苯甲酰，3.2g Span80，0.4g十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取l.Og PVA溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌至乳白色保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置將壓力調(diào)至40kPa過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為 75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。電鏡照片見附圖1和2，粒徑為8. 30 μ m ；粒徑分布系數(shù)為16. 3% ；超大孔所占比例為36. 2%。實(shí)施例2 (改變膜孔膜壓)準(zhǔn)確稱取6. Og苯乙烯和2. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入0. 32g過氧化苯甲酰，3.2g Span80，0.4g十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取l.Og PVA溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔 2. 8 μ m)將壓力調(diào)至400kl^過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、 表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。電鏡照片見附圖3，粒徑為1. 40 μ m ；粒徑分布系數(shù)為7. 8% ；超大孔所占比例為10.3%。實(shí)施例3 (改變水油比)準(zhǔn)確稱取15. Og苯乙烯和5. Og 二乙烯基苯置于50mL燒杯中，加入0. 8g過氧化苯甲酰，8. Og SpanSO，l.Og十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取1. Og PVA溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔 19. 8 μ m)將壓力調(diào)至過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、 表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。粒徑為13. 17 μ m，其粒徑分布圖見圖4; 粒徑分布系數(shù)為18.7% ；超大孔所占比例為60.4%，其孔徑分布圖見圖5。實(shí)施例4 (改變水相中穩(wěn)定劑的濃度)準(zhǔn)確稱取6. Og苯乙烯和2. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入0. 32g過氧化苯甲酰，3.2g Span80，0.4g十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取2. Og PVA溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔 15 μ m)將壓力調(diào)至40kPa過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。電鏡照片見附圖6，粒徑為7. 36 μ m ；粒徑分布系數(shù)為12. 2% ；超大孔所占比例為34. 5%。實(shí)施例5 (改變引發(fā)劑)準(zhǔn)確稱取6. Og苯乙烯和2. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入0. 32g偶氮二異丁腈，3.2g Span80，0.4g十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取l.Og PVA溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔 9. 2 μ m)將壓力調(diào)至50kPa過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、 表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。粒徑為3. 89μπι，其粒徑分布圖見圖7 ；粒徑分布系數(shù)為14. 7% ；超大孔所占比例為13. 7%，電鏡照片見圖8。實(shí)施例6 (提高交聯(lián)度)準(zhǔn)確稱取6. Og苯乙烯和6. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入0. 32g過氧化苯甲酰，3.2g Span80，0.4g十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取3. Og PVA溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔 9. 2 μ m)將壓力調(diào)至50kPa過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、 表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。電鏡照片見附圖9，粒徑為4. 41 μ m ；粒徑分布系數(shù)為13.4% ；超大孔所占比例為11.5%。實(shí)施例7 (聚合物做稀釋劑)準(zhǔn)確稱取6. Og苯乙烯和6. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入0. 32g過氧化苯甲酰，3. 2g 3 ￡11180，0.知聚苯乙烯，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取3.(^ PVA溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔 9. 2 μ m)將壓力調(diào)至50kPa過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、 表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。電鏡照片見附圖10，粒徑為3.78μπι;粒徑分布系數(shù)為16. 9% ；超大孔所占比例為10. 7%。實(shí)施例8 (改變單體體系)準(zhǔn)確稱取6. Og甲基丙烯酸縮水甘油酯和2. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入 0. 32g過氧化苯甲酰，3. 2g Span80，0. 4g十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取3. Og PVA 溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔15μπι)將壓力調(diào)至過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。電鏡照片見附圖11，粒徑為 7. 08 μ m;粒徑分布系數(shù)為15.4% ；超大孔所占比例為30. 3%。實(shí)施例9 (改變單體體系)準(zhǔn)確稱取6. Og甲基丙烯酸羥乙酯和2. Og 二乙烯基苯置于25mL燒杯中，加入 0. 32g過氧化苯甲酰，3. 2g Span80，0.4g十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取3. Og PVA 溶于IOOmL蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔15μπι)將壓力調(diào)至過膜三次，將過膜后的初乳放入250mL三口燒瓶中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。電鏡照片見附圖12，粒徑為 7. 20 μ m;粒徑分布系數(shù)為16.4% ；超大孔所占比例為35. 1 %。實(shí)施例10 (放大制備)準(zhǔn)確稱取150. Og苯乙烯和50. Og 二乙烯基苯置于500mL燒杯中，加入8. Og過氧化苯甲酰，80. Og Span80，10. Og十六烷，攪拌，直至引發(fā)劑完全溶解。取10. Og PVA溶于IL 蒸餾水中，配成水相。將油相加入水相中，攪拌保證充分溶脹，安裝好快速膜乳化裝置(膜孔19. 8 μ m)將壓力調(diào)至40kPa過膜三次，將過膜后的初乳放入3L反應(yīng)釜中聚合，聚合溫度為75°C，聚合時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，用蒸餾水和乙醇清洗產(chǎn)品數(shù)次，將稀釋劑、表面活性劑等組分洗凈，抽提，干燥后，即得產(chǎn)品。粒徑為12. 38 μ m，粒徑分布系數(shù)為17.6%; 超大孔所占比例為43. 5%，其電鏡圖見圖13。通過閱讀本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能會(huì)想到本發(fā)明的許多改動(dòng)和其它實(shí)施方案，并根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)預(yù)知其益處。因此，應(yīng)當(dāng)理解，以上實(shí)施方案和實(shí)施例并未限制本發(fā)明，并且對(duì)其進(jìn)行的改動(dòng)和其它的實(shí)施方案也包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然本文使用特定術(shù)語，但是它們僅僅以其一般的和描述性意義使用，并不是為了限制權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種粒徑均一可控的小粒徑超大孔聚合物微球的制備方法，所述制備方法優(yōu)選包括如下步驟(1)將含有單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、稀釋劑和油溶性表面活性劑的油相混合均勻；(2)配制含有穩(wěn)定劑和可選的水溶性表面活性劑的水相；(3)將所述混合均勻的油相加入到所述水相，繼續(xù)攪拌至溶液呈乳白色，確保溶脹充分，此時(shí)形成W/0/W型雙連續(xù)相乳液；(4)將所述乳液在壓力作用下通過不同孔徑的膜；(5)根據(jù)粒徑均一程度一次或多次過膜，過膜后乳液固化；可選地，(6)洗滌干燥，制得粒徑均一、可控的小粒徑超大孔聚合物微球。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述單體為油溶性乙烯基單體或其混合物； 所述單體優(yōu)選選自乙烯類、苯乙烯類、丙烯酸類、甲基丙烯酸類、丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、丙烯酰胺類、甲基丙烯酰胺類、環(huán)氧烯烴類和乙酸乙烯酯類單體中的至少一種；優(yōu)選地，所述單體在油相中的質(zhì)量含量為1 % 90 %，優(yōu)選10 % 60 %，進(jìn)一步優(yōu)選 25% 45%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑是選自油溶性的、帶雙乙烯基或三乙烯基的化合物及其混合物中的至少一種；所述交聯(lián)劑優(yōu)選選自雙乙烯基芳香族化合物、丙烯酸酯類化合物或其混合物，優(yōu)選為二乙烯基苯(DVB)、二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA)、丙烯酸三甲氧基丙烷三甲基酯(TRIM)或其混合物；優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑在油相中的質(zhì)量含量為1 % 90 %，優(yōu)選5 % 60 %，進(jìn)一步優(yōu)選 10% 45%。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述引發(fā)劑選自偶氮類引發(fā)劑、過氧化物引發(fā)劑、或其混合物；優(yōu)選選自過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈或其混合物；優(yōu)選地，所述引發(fā)劑的用量為所有可聚合單體質(zhì)量的0.01% 10%，優(yōu)選0. 05% 8%，進(jìn)一步優(yōu)選0. 6%。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述稀釋劑選自烷烴、醇類、醚類、苯類、溶于單體的聚合物類或其混合物；所述稀釋劑優(yōu)選選自庚烷、十二烷、十六烷、異辛烷、 十二烷醇、環(huán)己醇、正丁醇、石油醚、甲苯、聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、或其混合物；優(yōu)選地，所述稀釋劑在油相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 % 80 %，優(yōu)選0 60 %，進(jìn)一步優(yōu)選 0% 50%。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述油溶性表面活性劑選自非離子型表面活性劑、離子型表面活性劑、兩親性嵌端共聚物；優(yōu)選自失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚類、兩親嵌段共聚物或它們的混合物； 所述油溶性表面活性劑優(yōu)選為失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、 烷基酚聚氧乙烯醚類或其混合物；進(jìn)一步優(yōu)選為失水山梨醇單油酸酯、對(duì)辛基苯酚聚氧乙烯醚、P0-500、Arlacel 83、A0T或其混合物；更優(yōu)選失水山梨醇單油酸酯、對(duì)辛基苯酚聚氧乙烯醚或其混合物。優(yōu)選地，所述油溶性表面活性劑在油相中的質(zhì)量含量為5 % 80 %，優(yōu)選10 % 70 %， 進(jìn)一步優(yōu)選25% 60%。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定劑選自水溶性聚合物，優(yōu)選聚乙烯醇、明膠、纖維素、聚乙烯吡咯烷酮或其混合物；優(yōu)選地，所述穩(wěn)定劑含量為水相質(zhì)量的0. 1 10%，優(yōu)選0.5 8%，進(jìn)一步優(yōu)選0.5% 5%。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述水溶性表面活性劑可以用十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉；所述水溶性表面活性劑是含量控制在水相質(zhì)量的10%以內(nèi)，優(yōu)選8%以內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選5%以內(nèi)；優(yōu)選地，步驟(4)所述壓力為OKPa 5MPa，優(yōu)選為IOKPa 2MPa，進(jìn)一步優(yōu)選50KPa 1.5MPa ；優(yōu)選地，所述膜孔徑為1 30 μ m，優(yōu)選5 25 μ m,進(jìn)一步優(yōu)選10 25 μ m ； 優(yōu)選地，過膜次數(shù)為1 5次，優(yōu)選1 3次。
9.一種粒徑均一可控的小粒徑超大孔聚合物微球，其特征在于，微球內(nèi)部既具有 5-20nm的微孔，又具有50_100nm及IOOnm以上的超大孔，其中50_100nm及IOOnm以上的超大孔占微球內(nèi)部孔容的10-60%，優(yōu)選為20-40%，微球孔隙率為30% 80%，粒徑在 0. 5 50 μ m范圍內(nèi)可控，粒徑分布系數(shù)< 20%;所述微球優(yōu)選用權(quán)利要求1_8之一所述方法制備。
10.一種權(quán)利要求9所述微球的用途，其特征在于，用于色譜填料、修飾后用作離子交換劑、固相合成載體、酶固定化載體、藥物載體、分析檢測(cè)試劑、食品及化妝品的功能化載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粒徑均一、可控的小粒徑超大孔聚合物微球的制備方法及其產(chǎn)品。所述方法將含有單體和高含量表面活性劑的油相分散到水相中，通過快速膜乳化法制備初乳，進(jìn)一步加熱固化制得超大孔微球，所述超大孔微球內(nèi)部既具有5-20nm的微孔，又具有50-100nm及100nm以上的超大孔，其中50-100nm及100nm以上的超大孔占微球內(nèi)部孔容的10-60％，微球粒徑為0.5～25μm，孔隙率為30％～80％，粒徑分布系數(shù)＜20％。
文檔編號(hào)B01J20/26GK102443088SQ20111028302
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者周煒清, 李娟 , 蘇志國, 馬光輝 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所