專利名稱：熱敏成相聚合物、其制備方法及相關(guān)的熱-pH敏感再生型兩水相體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成相聚合物技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及熱敏成相聚合物技術(shù)領(lǐng)域，特別 是指 一種熱敏成相聚合物、其制備方法及相關(guān)的熱-pH敏感再生型兩水相體系。
背景技術(shù)：
兩水相體系是指聚合物與聚合物之間、或聚合物與無(wú)機(jī)鹽之間在水中以適當(dāng)?shù)臐舛?溶解所形成的互不相溶的兩個(gè)水相體系。兩水相體系具有界面張力低、分離過(guò)程溫和生 物相容性好的優(yōu)點(diǎn)，在分離工程(特別是生物分離)中極具工業(yè)應(yīng)用前景。但兩水相體 系中的成相聚合物不能回收和循環(huán)使用導(dǎo)致高成本和環(huán)境問(wèn)題，從而障礙了其工業(yè)應(yīng)用。
為了進(jìn)一步降低分離成本和更好地保護(hù)環(huán)境，制備可回收循環(huán)使用的成相聚合物成 為研究熱點(diǎn)。
Patrickios等利用甲基丙烯酸、曱基丙烯酸曱酯、甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯和甲 基丙烯酸笨乙酯為單體通過(guò)接枝聚合得pH敏感的成相聚合物(該成相聚合物為可回收成 相聚合物)，其與聚乙烯醇可形成兩水相體系(Patrickios C.S.， Hertler W.R., Hatton T.A. Fluid Phase Equilibria, 1995, 108: 243-245 ) ; Tjerneld等人將EO-PO兩端用憎水基團(tuán)(如 C|4H29)進(jìn)行修飾，單獨(dú)用這種修飾過(guò)的共聚物(HM-EO-PO)就可形成兩水相體系，上 相幾乎含100%水分，下相含5-7%的HM-EO-PO。該成相共聚物可通過(guò)溫度誘導(dǎo)來(lái)回收 (Johansson H.O.， Persson J.， Tjeneld F, Biotechnol.Bioeng., 1999， 66(4): 247-257 )。
此外，Berlo等利用揮發(fā)性鹽類進(jìn)行相體系回收(Mos V.B., Karel C.A.M丄.，Lunk A.M.V.D.W., J.Chromatogr.B., 1998,711:61-68 ); Toboada等人將PEG與硫酸鈉組成兩水相， 采用蒸發(fā)水分，獲得結(jié)晶硫酸鈉的方法來(lái)回收下相的無(wú)機(jī)鹽(Persson J， Johansson H.O.,Galaev I.,Mattiasson B， Tjerneld F. Bioseparation,2000，9:105-116 )。
綜觀上述現(xiàn)有技術(shù)，其存在的最大缺陷是只解決了構(gòu)成兩水相體系中一相成相聚 合物的回收問(wèn)題。因此，研制用于構(gòu)成全回用兩水相體系(即兩水相體系中兩相成相聚 合物均可回收及循環(huán)使用)的成相聚合物成為本領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的主要目的就是針對(duì)以上存在的問(wèn)題與不足，提供一種熱敏成相聚合物、其 制備方法及相關(guān)的熱-pH敏感再生型兩水相體系，該熱敏成相聚合物對(duì)熱敏感可逆溶解， 可與pH敏感成相聚合物形成熱-pH敏感再生型兩水相體系，為全回用兩水相體系，兩成 相聚合物均可以高效回收及循環(huán)使用，大大降低了使用成本，且回收簡(jiǎn)便，并可以保持 生物質(zhì)活性與穩(wěn)定性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第一方面，提供了一種熱敏成相聚合物，其特點(diǎn)是， 所述熱敏成相聚合物的粘均分子量為103 ~ 105,由式I所示化合物和式II所示化合物經(jīng)無(wú)規(guī) 共聚而得到，其中所述式I所示化合物和所述式II所示化合物的摩爾比為10 20: 0.1 2,
0 R 0 II ,1 II
H2C=CH—C—N H2C=C—C—0—R4
、2， " ，
1 II 其中，&、 R2、 R3和R4分別選自H和d C6烷基中的一種。
上述熱敏成相聚合物具有熱敏感性，可與pH敏感聚合物形成熱-pH敏感再生型兩水 相體系。
較佳地，所述R!、所述R2分別選自H和C廣C3烷基中的一種。
更佳地，所述R,為H;所述R2為異丙基；所述R3為H;所述114為丁基。 較佳地，所述式I所示化合物和所述式II所示化合物的摩爾比為17.4: 1。 較佳地，所述式I所示化合物是以丙烯酸為原料，先經(jīng)酰氯化反應(yīng)制得丙烯酰氯，然 后再與胺反應(yīng)后制得。其合成路線如下所示
R2
0 01 Or If SOCl2 II HNRi II CH2=CH—OH——^ CH2=CH_C—CI-^ CH2=CH—C—N、
R2
此外，式II所示化合物為市售品。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種制備上述的熱敏成相聚合物的方法，其特點(diǎn)是， 將所述式I所示化合物和所述式II所示化合物以摩爾比為10 20: 0.1 2加入溶劑中，以偶 氮二異丁腈為引發(fā)劑，在惰性氣體存在下，于50。C 8(TC進(jìn)行聚合反應(yīng)得到所述熱敏成 相聚合物。
較佳地，所述溶劑是苯、無(wú)水乙醚、四氫呋喃或乙醇，所述惰性氣體為氮?dú)狻?較佳地，還包括步驟用正己烷重結(jié)晶，并過(guò)濾干燥得到所述熱敏成相聚合物的純 品。即，將反應(yīng)得到的產(chǎn)物倒入正己烷中，有沉淀析出，過(guò)濾，所得固體物經(jīng)干燥后即為本發(fā)明所說(shuō)的可構(gòu)成熱-pH敏感再生型兩水相體系的熱敏成相聚合物，簡(jiǎn)記為共聚物 PNB。共聚物PNB為一種溫敏感型共聚物，即通過(guò)溫度變化可將其從兩水相體系中回收。
在本發(fā)明的第三方面，提供了一種熱-pH敏感再生型兩水相體系，其特點(diǎn)是，包括上 述的或上述方法制備的熱敏成相聚合物，及pH敏感成相聚合物。
較佳地，所述pH敏感成相聚合物是聚合物Padb。聚合物padb是一種pH敏感成相聚合
物，具體參見本申請(qǐng)人的中國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?00810032619.5,發(fā)明名稱可組成 全回用兩水相體系的聚合物，公開號(hào)CN101235120 )。
本發(fā)明的有益效果具體為本發(fā)明的設(shè)計(jì)并合成的熱敏成相聚合物為熱敏感可逆溶 解，其可與pH敏感成相聚合物形成熱-pH敏感再生型兩水相體系，該熱-pH敏感再生型兩 水相體系為全回用兩水相體系，其中的本發(fā)明的熱敏成相聚合物在升溫條件下可回收， 回收率超過(guò)95%,而pH敏感成相聚合物可以通過(guò)pH調(diào)節(jié)來(lái)回收，比如聚合物Padb在其等 電點(diǎn)(PI為2.0 5.0)可以以沉淀方式將其從兩水相體系中回收，因此，兩成相聚合物均 可以高效回收及循環(huán)使用，大大降低了使用成本，且回收簡(jiǎn)便，并可以保持生物質(zhì)活性 與穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的熱敏成相聚合物的 一具體實(shí)施例和pH敏感成相聚合物Padb枸成兩水 相的相圖。
具體實(shí)施例方式
為更好的理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例作進(jìn) 一 步說(shuō)明。
實(shí)施例l 熱敏感共聚物PNB制備
在具塞三角燒瓶中加入5g ( 0.04mol)異丙基丙烯酰胺(根據(jù)上述方程式自制)、0.3g (0.0023mol)丙烯酸丁酯(上海凌峰化學(xué)試劑有限公司、化學(xué)純、規(guī)格500ml),以100ml 苯攪拌下充分溶解，1.0%molAIBN (上海試四赫維化工有限公司、化學(xué)純、規(guī)格500ml) 作為引發(fā)劑，充氮?dú)?0-15分鐘，以充分去除氧氣。塞子封住三角燒瓶口， 65。C水浴搖 床，250rpm轉(zhuǎn)速下，反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束，產(chǎn)物以正己烷沉淀，沉淀物干燥至恒重， 得到最終產(chǎn)物，其粘均分子量為2.2 x 103。因?yàn)楫惐０穯误w具有溫敏性，故測(cè)定 該聚合物的LCST為33'C。
實(shí)施例2 熱-pH敏感再生型兩水相體系配制將實(shí)施例1制得的聚合物Pnb與聚合物Padb按圖1所示的相圖進(jìn)行配制，聚合物P柳和
聚合物padb在水中濃度達(dá)到圖1中雙結(jié)線以上時(shí)，可形成兩水相。pnb在兩相中的濃度可 通過(guò)測(cè)定吸光度，通過(guò)與已知浪度的Pnb標(biāo)準(zhǔn)曲線的計(jì)算中求得。而padb在兩相中的濃
度可通過(guò)測(cè)定210nm處padb的吸光度，通過(guò)與已知泉度的Padb標(biāo)準(zhǔn)曲線的計(jì)算中求得。
實(shí)施例3 熱-pH敏感再生型兩水相體系回收
pnb的回收可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫度至其低溫臨界溶解溫度，聚合物會(huì)自行沉淀析出；調(diào)節(jié)
溶液的pH值至padb的等電點(diǎn)，也可以順利的使該聚合物以沉淀的方式析出。Pnb-Padb的
回收率可通配制時(shí)加入的聚合物量減去兩相中經(jīng)過(guò)溫-pH回收聚合物后殘留的聚合物量
而獲得。殘留聚合物量可通過(guò)上述分光光度法求得濃度，再乘以相體積或相重量而得。
pnb-padb的回收率也可用溫-ph回收的沉淀蒸干至恒重而得。通過(guò)上述方法計(jì)算得聚合物 pnb的回收率可達(dá)98。/。以上，聚合物padb的回收率分別為97.0。/。以上，理論上可以循環(huán)使
用至少60次。
實(shí)施例4 青霉素G、 6-APA和苯乙酸在熱-pH敏感再生型兩水相體系分配實(shí)例
配制兩水相體系，上相為3ml 5 wt%的Pnb (由實(shí)施例l制得)，下相為lml 5 wt%的 Padb,加入KC1'最終濃度為10mM,分配溶質(zhì)青霉素G、 6-APA和苯乙酸在上述兩水相 體系中，測(cè)定上迷物質(zhì)在上、下相中的濃度，計(jì)算得青霉素G的分配系數(shù)為3.87, 3.54和 1.76。
實(shí)施例5 熱-pH敏感再生型兩水相體系配制實(shí)例
配制兩水相體系，上相為3ml 5 wt%的Pnb (由實(shí)施例l制得)，下相為Iml 5 wt%的 padb。在此體系中進(jìn)行固定化青酶素?；傅拇呋磻?yīng)。底物與產(chǎn)物富集在上相，固定 化酶分配在下相，底物青霉素從上相擴(kuò)散到下相經(jīng)酶裂生成產(chǎn)物6-APA和苯乙酸轉(zhuǎn)移到 上相，從而解除底物和產(chǎn)物抑制，提高酶催化效率。最終抗生素中間體6-APA的得率為 95.4%，較通常水相反應(yīng)的得率提高10%以上。
綜上所述，本發(fā)明的熱敏成相聚合物對(duì)熱敏感可逆溶解，可以與pH敏感成相聚合物 形成熱-pH壽文感再生型兩水相體系，為全回用兩水相體系，兩成相聚合物均可以高效回收 及循環(huán)使用，大大降低了使用成本，且回收簡(jiǎn)便，并可以保持生物質(zhì)活性與穩(wěn)定性。
需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中提及的所有文獻(xiàn)在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，以上所述的是本發(fā)明的具體實(shí)施例及所 運(yùn)用的技術(shù)原理，在閱讀了本發(fā)明的上述內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各 種改動(dòng)或修改而不背離本發(fā)明的精神與范圍，這些等價(jià)形式同樣落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種熱敏成相聚合物，其特征在于，所述熱敏成相聚合物的粘均分子量為103～105，由式I所示化合物和式II所示化合物經(jīng)無(wú)規(guī)共聚而得到，其中所述式I所示化合物和所述式II所示化合物的摩爾比為10～20∶0.1～2，其中，R1、R2、R3和R4分別選自H和C1～C6烷基中的一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱敏成相聚合物，其特征在于，所述R,、所述R2分別選自H和d C3烷基中的一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱敏成相聚合物，其特征在于，所述R,為H;所述R2為異丙基； 所述R3為H;所述R4為丁基。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱敏成相聚合物，其特征在于，所述式I所示化合物和所述式II 所示化合物的摩爾比為17.4: 1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱敏成相聚合物，其特征在于，所述式I所示化合物是以丙烯酸 為原料，先經(jīng)酰氯化反應(yīng)制得丙烯酰氯，然后再與胺反應(yīng)后制得。
6. —種制備權(quán)利要求l所述的熱敏成相聚合物的方法，其特征在于，將所述式I所示化合 物和所述式II所示化合物以摩爾比為10 20: 0.1 2加入溶劑中，以偶氮二異丁腈為引 發(fā)劑，在惰性氣體存在下，于5(TC 80'C進(jìn)行聚合反應(yīng)得到所述熱敏成相聚合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶劑是苯、無(wú)水乙醚、四氬呋喃或乙 醇，所述惰性氣體為氮?dú)狻?br> 8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括步驟用正己烷重結(jié)晶，并過(guò)濾干 燥得到所述熱敏成相聚合物的純品。
9. 一種熱-pH敏感再生型兩水相體系，其特征在于，包括權(quán)利要求1 5任一所述的或權(quán)利 要求6 8任一所述的方法制備的熱敏成相聚合物，及pH敏感成相聚合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱-pH敏感再生型兩水相體系，其特征在于，所述pH敏感成相聚 合物是聚合物Padb。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱敏成相聚合物，其粘均分子量為10³～10⁵，由式I所示化合物和式II所示化合物經(jīng)無(wú)規(guī)共聚而得到，其中式I所示化合物和式II所示化合物的摩爾比為10～20∶0.1～2，R₁、R₂、R₃和R₄分別選自H和C₁～C₆烷基中的一種，還提供了相關(guān)制備方法和形成的熱-pH敏感再生型兩水相體系，本發(fā)明的熱敏成相聚合物對(duì)熱敏感可逆溶解，可與pH敏感成相聚合物形成熱-pH敏感再生型兩水相體系，為全回用兩水相體系，兩成相聚合物均可以高效回收及循環(huán)使用，大大降低了使用成本，且回收簡(jiǎn)便，并可以保持生物質(zhì)活性與穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C08F220/56GK101475666SQ20091004491
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者曹學(xué)君, 述 苗, 陳金朋 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)