本發(fā)明屬于化工及新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有pH和溫度敏感性的兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境響應(yīng)性聚合物材料，是指在較小的外界環(huán)境變化的情況下，會發(fā)生某些明顯的物理或化學(xué)性質(zhì)突變的高分子材料，這類材料通常會在特定環(huán)境中發(fā)生構(gòu)象調(diào)整以對環(huán)境變化進行響應(yīng)性應(yīng)答，從而發(fā)生相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，利用環(huán)境響應(yīng)性聚合物材料的這一特點，可以根據(jù)需求設(shè)計成具有特殊響應(yīng)性的智能材料。兩親性多嵌段共聚物在某些選擇性溶劑中可以發(fā)生自組裝現(xiàn)象，形成特定結(jié)構(gòu)的膠束和囊泡等結(jié)構(gòu)。結(jié)合上述兩者的優(yōu)點，合成的具有環(huán)境響應(yīng)性的兩親性多嵌段共聚物不僅能夠?qū)H和溫度等改變外界環(huán)境的刺激做出反應(yīng)，還可以通過形成膠束和囊泡等聚集體攜帶難溶于水的藥物或有機染料，因此這類物質(zhì)在生物醫(yī)學(xué)、化工生產(chǎn)和環(huán)境保護等諸多領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。

目前，大多數(shù)環(huán)境響應(yīng)性聚合物材料的合成方法與一般的嵌段或接枝共聚物以及支化聚合物相同。常用的方法包括基團轉(zhuǎn)移聚合(GTP)和可控活性自由基聚合(CLRP)，其中CLRP又分為可逆加成-斷裂-轉(zhuǎn)移自由基聚合(RAFT)、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)以及氮氧調(diào)控自由基聚合(NMP)。

GTP目前廣泛應(yīng)用于聚甲基丙稀酸酯類響應(yīng)性聚合物的合成，但GTP并不是基于自由基機制，合成也僅限于甲基丙烯酸甲酯類單體，而CLRP中NMP聚合法反應(yīng)速率較低，適用單體的范圍較窄；ATRP聚合法的缺點在于無法適用于酸性、堿性、酰胺或者含鹵素烯類單體的直接聚合，且在反應(yīng)過程中使用金屬元素。雖然隨著ATRP技術(shù)的不斷改進，金屬元素的用量大大減少，但是出于對適用環(huán)境和毒理學(xué)角度考慮，使用金屬元素的問題不可避免，因此ATRP聚合法的發(fā)展受到了限制，特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用時，該問題尤為突出。而RAFT聚合法克服了上述兩種方法的缺點，可以在反應(yīng)介質(zhì)中直接制備所需的功能性聚合物，同時我們可以對所得聚合物末端的二硫酯或者三硫酯進行進一步修飾，為后續(xù)反應(yīng)提供所需的官能團。因此本發(fā)明選用了RAFT活性聚合的方法制備兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有pH和溫度敏感性的兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的制備方法。

本發(fā)明提出了一種具有pH和溫度敏感性的兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的制備方法。該方法首先采用RAFT聚合法合成了大分子鏈轉(zhuǎn)移劑聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))，隨后將大分子鏈轉(zhuǎn)移劑P(tBA)、甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)進行RAFT聚合法合成了兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)。在水溶液中，該多嵌段共聚物能夠自組裝成具有pH和溫度雙重敏感性的膠束，其中親水的P(DMAEMA-co-PEGMA)構(gòu)成膠束的殼，且PPEGMA梳形鏈段結(jié)構(gòu)可以增強膠束的生物相容性，而疏水的P(tBA)則聚集成膠束的核。

本發(fā)明提出了一種具有pH和溫度敏感性的兩親性多嵌段共聚物的制備方法，所述兩親性多嵌段共聚物為P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)，具體步驟如下：

(1)聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))的合成

稱量1~5 g丙烯酸叔丁酯(tBA)置于50 mL單口圓底燒瓶中，取5~50 mg 4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和1~10 mg偶氮二異丁腈于50 mL燒杯中，加入5~15 mL二氧六環(huán)溶解。然后將兩者混合，通過“T型”三通，對單口燒瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮氣。在氮氣保護下置于60~90 ℃油浴下反應(yīng)6~24 h，均勻磁力攪拌。反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶于冰水浴中冷卻后通大氣，將冷卻后的溶液滴加到100~300 mL甲醇/水(v : v = 2 : 1)混合溶液中，靜置1~6 h，除去上層液體，得到底部淡粉色沉淀。重復(fù)以上沉淀步驟一次，最后將樣品在30~50℃下真空干燥6~72 h，得到聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))。

(2)兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的合成

將0.5~2.5 g甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)和0.1~0.5 g乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)置于50 mL單口圓底燒瓶中。稱量0.5~1.5 g步驟（1）的產(chǎn)物聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))和0.5~2.5 mg 偶氮二異丁腈于50 mL燒杯中, 加入5~15 mL二氧六環(huán)溶解。然后將兩者混合，通過“T型”三通，對單口燒瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮氣。在氮氣保護下置于60~90℃油浴下反應(yīng)6~36 h，均勻磁力攪拌。反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶于冰水浴中冷卻后通大氣，將冷卻后的溶液滴加到100~300 mL冰石油醚中，靜置4 h，除去上層液體，得到底部粘稠樣品。重復(fù)以上沉淀步驟一次，最后將樣品在30~50℃下真空干燥6~72 h，得到兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)。

(3)P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)膠束的制備

稱取5~25 mg 步驟（2）中的P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)聚合物，溶解于1~10 mL N,N-二甲基甲酰胺中，電磁攪拌直至溶解，將5~15 mL去離子水滴入溶液中，可觀察到溶液泛藍，滴完后繼續(xù)攪拌半小時，然后將溶液裝入截留分子量2000~5000 Da的透析袋用去離子水透析12~72 h除去N,N-二甲基甲酰胺，得到P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)膠束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點主要有以下三點：

①本發(fā)明是一種基于RAFT聚合法合成一種具有pH和溫度敏感性的兩親性多嵌段共聚物的方法，該方法相比于其他的可控活性自由基聚合而言，產(chǎn)率較高，聚合速率較高，適用單體范圍相對較廣，并且對反應(yīng)條件要求較低。②本發(fā)明制備的兩親性多嵌段共聚物具有pH和溫度雙敏感性。當(dāng)溫度升高到低臨界溶液溫度時，聚合物鏈段的親水性隨之減弱，膠束發(fā)生團聚；當(dāng)溫度降低后，本已團聚的膠束又會分離，實現(xiàn)對環(huán)境溫度改變的可逆性響應(yīng)；當(dāng)pH增大時，共聚物膠束的殼層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不同程度地收縮，粒徑隨之減小。③本發(fā)明的制備方法操作簡便、綠色環(huán)保，應(yīng)用前景廣闊，可應(yīng)用于染料吸附等化工生產(chǎn)領(lǐng)域、污染物處理等環(huán)保領(lǐng)域和難溶藥物的可控釋放等生物醫(yī)藥領(lǐng)域，是一種新型智能化聚合物材料。

附圖說明

圖1是實施例１基于RAFT聚合法合成P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的示意圖。

圖2是實施例１芘熒光探針法測得的P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)臨界膠束濃度。

圖3是實施例１不同pH下P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)膠束(1 mg/L)的流體力學(xué)直徑。

圖4是實施例１不同溫度下P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)膠束(1 mg/L)的流體力學(xué)直徑。

具體實施方式

下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。

實施例1

第一步：稱量2.75 g丙烯酸叔丁酯(tBA)置于50 mL單口圓底燒瓶中，取20 mg 4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和3.52 mg偶氮二異丁腈于50 mL燒杯中，加入10 mL二氧六環(huán)溶解。然后將兩者混合，通過“T型”三通，對單口燒瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮氣。在氮氣保護下置于70℃油浴下反應(yīng)12 h，均勻磁力攪拌。反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶于冰水浴中冷卻后通大氣，將冷卻后的溶液滴加到200 mL甲醇/水(v : v = 2 : 1)混合溶液中，靜置4 h，除去上層液體，得到底部淡粉色沉淀。重復(fù)以上沉淀步驟一次，最后將樣品在40℃下真空干燥48 h，得到淡粉色樣品，即得到聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))。

第二步：將1.22 g甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)和0.24 g乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)置于50 mL單口圓底燒瓶中。稱量1 g第一步的產(chǎn)物聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))和1.27 mg 偶氮二異丁腈于50 mL燒杯中, 加入10 mL二氧六環(huán)溶解。然后將兩者混合，通過“T型”三通，對單口燒瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮氣。在氮氣保護下置于70 ℃油浴下反應(yīng)24 h，均勻磁力攪拌。反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶于冰水浴中冷卻后通大氣，將冷卻后的溶液滴加到200 mL冰石油醚中，靜置4 h，除去上層液體，得到底部粘稠樣品。重復(fù)以上沉淀步驟一次，最后將樣品在40 ℃下真空干燥48 h。得到淡黃色樣品，即得到兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)。

第三步：稱取15 mg P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)聚合物，溶解于5 mL N,N-二甲基甲酰胺中，電磁攪拌直至溶解，將10 mL去離子水滴入溶液中，可觀察到溶液泛藍，滴完后繼續(xù)攪拌半小時，然后將溶液裝入截留分子量3500 Da的透析袋用去離子水透析48 h除去N,N-二甲基甲酰胺，得到P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)膠束。

利用動態(tài)光散射(DLS)對兩親性多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)膠束粒徑隨pH的變化(pH = 2~11)進行了測試，結(jié)果如圖3所示，從圖3中可看出，該膠束具有明顯的pH響應(yīng)性能，當(dāng)pH為6.5時，粒徑發(fā)生突變。

再次利用DLS對膠束粒徑隨溫度的變化(T = 30~45℃) 進行了測試，結(jié)果如圖4所示，從圖4中可看出，該膠束具有明顯的溫度響應(yīng)性能，當(dāng)溫度為37.5℃時，粒徑發(fā)生突變。

實施例2

與實施例1相比，將第一步中丙烯酸叔丁酯(P(tBA))用量變?yōu)?.29 g，其他條件保持不變，則體系中單體丙烯酸叔丁酯、鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑偶氮二異丁腈的摩爾比變?yōu)?50 : 1 : 0.3。

實施例3

與實施例1相比，將第一步中丙烯酸叔丁酯(P(tBA))用量變?yōu)?.84 g，其他條件保持不變，則體系中單體丙烯酸叔丁酯、鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑偶氮二異丁腈的摩爾比變?yōu)?00 : 1 : 0.3。

實施例4

與實施例1相比，將第一步中丙烯酸叔丁酯(P(tBA))用量變?yōu)?.38 g，其他條件保持不變，則體系中單體丙烯酸叔丁酯、鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑偶氮二異丁腈的摩爾比變?yōu)?50 : 1 : 0.3。

實施例5

與實施例1相比，將第二步中甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)用量變?yōu)?.01 g，其他條件保持不變，則體系中單體甲基丙烯酸二甲氨乙酯、鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑(偶氮二異丁腈)的摩爾比變?yōu)?50 : 1 : 0.3。

實施例6

與實施例1相比，將第二步中甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)用量變?yōu)?.81 g，其他條件保持不變，則體系中單體甲基丙烯酸二甲氨乙酯，鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑偶氮二異丁腈的摩爾比變?yōu)?00 : 1 : 0.3。

實施例7

與實施例1相比，將第二步中甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)用量變?yōu)?.61 g，其他條件保持不變，則體系中單體甲基丙烯酸二甲氨乙酯，鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑偶氮二異丁腈的摩爾比變?yōu)?50 : 1 : 0.3。

實施例8

與實施例1相比，將第二步中乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)用量變?yōu)?.36 g，其他條件保持不變，則體系中單體乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑偶氮二異丁腈的摩爾比變?yōu)?5 : 1 : 0.3。

實施例9

與實施例1相比，將第二步中乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)用量變?yōu)?.48 g，其他條件保持不變，則體系中單體乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、鏈轉(zhuǎn)移劑4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和引發(fā)劑偶氮二異丁腈的摩爾比變?yōu)?0 : 1 : 0.3。

實施例2-9中獲得的具有pH和溫度雙重敏感性的兩親性多嵌段聚合物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)與實施例1的產(chǎn)品具有類似的性能。