專利名稱：一種混合相分離制備聚合物多孔微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種多孔微球材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，微球的制備技術(shù)日益成熟，同時(shí)以其易于規(guī)?；a(chǎn)、重復(fù)性高、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特性，已在生物技術(shù)、電子技術(shù)、醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。自80 年代以來，聚苯乙烯微球、葡聚糖系列微球、瓊脂系列微球、聚丙烯酰胺微球和新型聚丙烯酸系列微球等先后作為分離純化的介質(zhì)，使得層析技術(shù)成為生物活性物質(zhì)分離純化最常用的方法。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，將抗體物理吸附或化學(xué)固定在微球表面，利用抗體-抗原間的特異性結(jié)合來診斷疾病。1994年，Hosaka S.等人在《Clin. Chem.》雜志上發(fā)表了題為 "Microparticle-enhanced nephelometric immunoassay of anti-thyroid peroxidase autoantibodies in thyroid disorders”的文章，開始使用親水性較強(qiáng)的微球作為抗體的載體。中國發(fā)明專利(CN 101070401A)采用紫外光接枝聚合的方法，將糖基結(jié)合在聚丙烯微球表面，用于蛋白質(zhì)的分離、濃縮或靶向清洗等方面。目前，多孔微球的設(shè)計(jì)和制備備受關(guān)注，它豐富的孔道結(jié)構(gòu)賦予了微球更大的比表面積，可提高微球的吸附性能，增強(qiáng)具有識(shí)別功能的微球的靈敏度，從而擴(kuò)大微球的應(yīng)用價(jià)值和使用范圍。
中國發(fā)明專利(CN 1951989A)公開一種多孔聚蔗糖微球的方法，將聚蔗糖、交聯(lián)劑和致孔劑溶解在水中制成溶液，然后加入油相和分散劑的混合液，經(jīng)攪拌、加熱、固化等步驟而制成球形顆粒。該方法涉及聚合物的交聯(lián)固化，過程繁瑣，且不適用惰性聚合物，限制了聚合物的選擇范圍。中國發(fā)明專利(CN 1542053A)將一種聚砜和添加劑溶解于溶劑中制成聚砜溶液，通過單孔噴絲頭或注射針頭注入非溶劑中，制成聚砜多孔微球，用于吸附環(huán)境荷爾蒙物質(zhì)。該方法利用非溶劑致相分離誘導(dǎo)多孔結(jié)構(gòu)的形成，因而，微球表面易形成致密皮層和指狀孔結(jié)構(gòu)，從而降低微球的孔隙率和強(qiáng)度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、易于調(diào)控的聚合物多孔微球的制備方法。
本發(fā)明方法基于高溫聚合物溶液液滴浸入低溫非溶劑浴中發(fā)生傳熱和傳質(zhì)的雙重過程，誘導(dǎo)聚合物溶液發(fā)生熱致相分離和非溶劑致相分離而致孔。其中，熱致相分離易于調(diào)控孔結(jié)構(gòu)，所得材料的孔隙率高，但合適稀釋劑的篩選較為困難；非溶劑致相分離適用范圍廣，在極性聚合物膜的制備方面尤為常見，但所得材料多有致密皮層和指狀大孔。本發(fā)明在選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿┖腿軇┑幕A(chǔ)上，將熱致相分離和非溶劑致相分離相結(jié)合，制備結(jié)構(gòu)均勻，孔隙率高的聚合物多孔微球。
一種混合相分離制備聚合物多孔微球，包括如下步驟
(1)將聚合物、添加劑、溶劑混合均勻，加熱至70 130°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤汉?，靜置脫泡，制成紡絲液；
(2)將紡絲液注射入0 20°C的冰水或水浴中，并輔以攪拌，制成球形顆粒；
(3)將得到的球形顆粒于0 20°C乙醇中浸泡30 60min，萃取溶劑和添加劑，繼而在室溫下正己烷中浸泡15 30min，置換乙醇，再將球形顆粒在30 50°C條件下抽真空干燥6 12小時(shí)得到聚合物多孔微球。
所述聚合物為聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸纖維素。
所述的溶劑是在較低溫度下即對(duì)上述聚合物有良好的溶解性，包括N，N-二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或它們的混合物。
所述的添加劑是能夠與溶劑互溶、相對(duì)聚合物溶劑易與聚合物發(fā)生分相，包括二甲基亞砜、二甲基砜、丙三醇、乙二醇、環(huán)己醇、三甘醇、二苯甲酮、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇(分子量為200、400或600)或它們的混合物。
所述聚合物與溶劑的質(zhì)量比為11 9 2 17 ；所述添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 1 16 10 1。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
該方法充分結(jié)合了熱致相分離成孔孔隙率高、易于調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)，以及非溶劑致相分離的操作簡(jiǎn)便和適用范圍廣等特點(diǎn)，對(duì)聚合物溶劑的限制較少，可選溶劑適用范圍廣，對(duì)于只能溶解于低揮發(fā)性溶劑的聚合物，尤其適用。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、方便、高效，可通過調(diào)節(jié)聚合物、添加劑和溶劑的種類和配比，聚合物溶液和非溶劑溫度差來方便地控制微球的孔結(jié)構(gòu)和孔隙率。
本發(fā)明制備得到的聚合物多孔微球的尺寸調(diào)控范圍寬(1. 1 3. 1mm)，孔隙率高 (73. 8 90. 0% )，可在氣體吸附、水處理、生物活性物質(zhì)和催化劑載體等方面存在巨大的應(yīng)用前景。


圖1為實(shí)例3制備得到的聚丙烯腈多孔微球的斷面形貌圖(SEM)。
圖2為實(shí)例3制備得到的聚丙烯腈多孔微球的斷面放大圖(SEM)。
具體實(shí)施方式
通過以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述，但所述實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1
選用乙二醇為添加劑，N, N-二甲基乙酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 1 4，聚偏氟乙烯與溶劑的質(zhì)量比為3 14，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至90°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤海o置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入o°c冰水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在0°C乙醇中浸泡60min，萃取乙二醇和N，N- 二甲基乙酰胺，再用正己烷浸泡30min， 置換乙醇，之后將多孔微球在30°C條件下抽真空干燥6小時(shí)，得到平均直徑為1.8mm，孔隙率為78. 8%的聚偏氟乙烯多孔微球。
實(shí)施例2
選用二甲基亞砜為添加劑，N, N-二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 1，聚丙烯腈與溶劑的質(zhì)量比為6 17，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至90°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入0°C冰水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在0°C乙醇中浸泡30min，萃取二甲基亞砜和N，N-二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡20min，置換乙醇，之后將多孔微球在40°C條件下抽真空干燥8小時(shí)，得到平均直徑為1.9mm，孔隙率為83. 0%的聚丙烯腈多孔微球。
實(shí)施例3
選用二甲基砜為添加劑，N, N-二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 10 1，聚丙烯腈與溶劑的質(zhì)量比為11 9，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至130°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入10°c水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在10°c乙醇中浸泡30min，萃取二甲基砜和N，N-二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡20min，置換乙醇，之后將多孔微球在30°C條件下抽真空干燥8小時(shí)，得到平均直徑為2.1mm，孔隙率為88. 6%的聚丙烯腈多孔微球。
實(shí)施例4
選用環(huán)己醇為添加劑，N, N-二甲基乙酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 2 3，聚砜與溶劑的質(zhì)量比為5 12，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至80°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入;TC水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在3°C乙醇中浸泡40min，萃取環(huán)己醇和N，N- 二甲基乙酰胺，再用正己烷浸泡20min，置換乙醇，之后將多孔微球在45°C條件下抽真空干燥10小時(shí)，得到平均直徑為1. 2mm，孔隙率為 71. 6%的聚砜多孔微球。
實(shí)施例5
選用三甘醇為添力口劑，N-甲基吡咯烷酮為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 4， 聚醚砜與溶劑的質(zhì)量比為1 2，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至110°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入15°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在15°C乙醇中浸泡60min，萃取三甘醇和N-甲基吡咯烷酮，再用正己烷浸泡30min，置換乙醇，之后將多孔微球在50°C條件下抽真空干燥12小時(shí)，得到平均直徑為3. 1mm，孔隙率為 62. 的聚醚砜多孔微球。
實(shí)施例6
選用乙二醇為添加劑，N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 1 3，聚偏氟乙烯與溶劑的質(zhì)量比為5 16，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至90°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入;TC水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在;TC乙醇中浸泡50min，萃取乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和N，N-二甲基乙酰胺，再用正己烷浸泡25min，置換乙醇，之后將多孔微球在30°C條件下抽真空干燥 10小時(shí)，得到平均直徑為2. 0mm，孔隙率為78. 0%的聚偏氟乙烯多孔微球。
實(shí)施例7
選用丙三醇為添加劑，N, N-二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 1 1，聚丙烯腈與溶劑的質(zhì)量比為1 2，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至80°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入；TC水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在；TC乙醇中浸泡50min，萃取丙三醇和N，N-二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡25min，置換乙醇，之后將多孔微球在45°C條件下抽真空干燥12小時(shí)，得到平均直徑為2. 8mm，孔隙率為73. 8%的聚丙烯腈多孔微球。
實(shí)施例8
選用二甲基砜、二甲基亞砜為添加劑，N，N_ 二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 4 1，聚氯乙烯與溶劑的質(zhì)量比為18 17，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至 130°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入8°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在8°C乙醇中浸泡40min，萃取二甲基砜、二甲基亞砜和N，N- 二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡20min，置換乙醇，之后將多孔微球在30°C條件下抽真空干燥6小時(shí)，得到平均直徑為1. 1mm，孔隙率為83. 0%的聚氯乙烯多孔微球。
實(shí)施例9
選用二苯甲酮為添加劑，N, N-二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 1 2，聚甲基丙烯酸甲酯與溶劑的質(zhì)量比1 6，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至90°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤海o置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入5°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在5°C乙醇中浸泡30min，萃取二苯甲酮和N，N-二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡20min，置換乙醇，之后將多孔微球在30°C條件下抽真空干燥12小時(shí)，得到平均直徑為 2. 8mm，孔隙率為88. 2%的聚甲基丙烯酸甲酯多孔微球。
實(shí)施例10
選用乙二醇為添加劑，N, N-二甲基乙酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 1 8，醋酸纖維素與溶劑的質(zhì)量比為1 8，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至90°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入5°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在5°C乙醇中浸泡30min，萃取乙二醇和N，N- 二甲基乙酰胺，再用正己烷浸泡20min， 置換乙醇，之后將多孔微球在30°C條件下抽真空干燥12小時(shí)，得到平均直徑為2. 4mm，孔隙率為87. 5%的醋酸纖維素多孔微球。
實(shí)施例11
選用聚乙烯基吡咯烷酮為添加劑，N, N- 二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為3 7，聚丙烯腈與溶劑的質(zhì)量比為1 8，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至70°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤海o置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入0°C冰水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在0°C乙醇中浸泡30min，萃取聚乙烯基吡咯烷酮和N，N- 二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡15min，置換乙醇，之后將多孔微球在50°C條件下抽真空干燥6小時(shí)，得到平均直徑為2. 2mm，孔隙率為90. 0%的聚丙烯腈多孔微球。
實(shí)施例12
選用聚乙烯醇為添加劑，N, N-二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 1 16，聚偏氟乙烯與溶劑的質(zhì)量比為2 17，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至90°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入8°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在8°C乙醇中浸泡30min，萃取聚乙烯醇和N，N-二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡15min，置換乙醇，之后將多孔微球在50°C條件下抽真空干燥8小時(shí)，得到平均直徑為 1. 8mm，孔隙率為80. 7%的聚偏氟乙烯多孔微球。
實(shí)施例13
選用二甲基砜為添加劑，N-甲基吡咯烷酮為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為 8 1，聚醚砜與溶劑的質(zhì)量比為1 1，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至120°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入10°c水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在10°C乙醇中浸泡60min，萃取二甲基砜和N-甲基吡咯烷酮，再用正己烷浸泡30min，置換乙醇，之后將多孔微球在30°C條件下抽真空干燥10小時(shí)，得到平均直徑為2. 0mm，孔隙率為82. 2%的聚醚砜多孔微球。
實(shí)施例14
選用聚乙二醇200、二甲基砜為添加劑，N, N- 二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 4 2，聚丙烯腈與溶劑的質(zhì)量比為1 2，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至 130°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入20°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在20°C乙醇中浸泡60min，萃取聚乙二醇200、二甲基砜和N，N-二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡30min，置換乙醇，之后將多孔微球在40°C條件下抽真空干燥10 小時(shí)，得到平均直徑為1. 7mm，孔隙率為85. 0%的聚丙烯腈多孔微球。
實(shí)施例15
選用聚乙二醇400、二甲基砜為添加劑，N, N- 二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 5 2，聚丙烯腈與溶劑的質(zhì)量比為1 2，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至 130°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入20°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在20°C乙醇中浸泡60min，萃取聚乙二醇600、二甲基砜和N，N-二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡30min，置換乙醇，之后將多孔微球在50°C條件下抽真空干燥10 小時(shí)，得到平均直徑為1. 9mm，孔隙率為87. 0%的聚丙烯腈多孔微球。
實(shí)施例16
選用聚乙二醇600、二甲基砜為添加劑，N, N- 二甲基甲酰胺為溶劑，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 6 2，聚丙烯腈與溶劑的質(zhì)量比為1 2，于三口燒瓶中混合均勻，加熱至 130°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤?，靜置脫泡。將紡絲液用注射針頭注入20°C水中制成球形顆粒。所得球形顆粒在20°C乙醇中浸泡60min，萃取聚乙二醇600、二甲基砜和N，N- 二甲基甲酰胺，再用正己烷浸泡30min，置換乙醇，之后將多孔微球在50°C條件下抽真空干燥10 小時(shí)，得到平均直徑為2. 5mm，孔隙率為88. 3%的聚丙烯腈多孔微球。
權(quán)利要求
1.一種混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，包括如下步驟(1)將聚合物、添加劑、溶劑混合均勻，加熱至70 130°C，充分?jǐn)嚢枧渲瞥删嗳芤汉?，靜置脫泡，制成紡絲液；(2)將紡絲液注射入0 20°C的冰水或水浴中，并輔以攪拌，制成球形顆粒；(3)將得到的球形顆粒于0 20°C乙醇中浸泡30 60min，萃取溶劑和添加劑；繼而在室溫下正己烷中浸泡15 30min，置換乙醇；再將球形顆粒在30 50°C條件下抽真空干燥6 12小時(shí)得到聚合物多孔微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，其特征在于，所述的聚合物為聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸纖維ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，其特征在于，所述的添加劑為二甲基亞砜、二甲基砜、丙三醇、乙二醇、環(huán)己醇、三甘醇、二苯甲酮、聚乙二醇、 聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇或它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，其特征在于，所述的聚乙二醇，分子量為200、400或600。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，其特征在于，所用溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，其特征在于，聚合物在溶劑中的濃度為8 30wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，其特征在于，添加劑與溶劑的質(zhì)量比為1 16 10 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過混合相分離制備聚合物多孔微球的方法，包括1)將聚合物和添加劑溶解于溶劑中，加熱攪拌至完全溶解形成透明溶液；2)采用注射針頭將高溫聚合物溶液注射入冰水或水等低溫非溶劑中誘導(dǎo)熱致相分離和非溶劑致相分離而致孔；3)經(jīng)洗滌、干燥等處理后得到聚合物多孔微球。本發(fā)明同時(shí)發(fā)揮了熱致相分離易于控制和成孔率高，和非溶劑致相分離適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，制備方法簡(jiǎn)單、高效、成本低，提供了一種制備孔結(jié)構(gòu)多樣且孔隙率高的聚合物多孔微球的方法。本發(fā)明在氣體分離、水處理、生物活性物質(zhì)和催化劑載體等方面存在巨大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J13/06GK102500300SQ201110375439
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者萬靈書, 吳青蕓, 徐志康 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)