双亲两性离子聚合物及其pH响应型聚合物胶束缓冲液的制备方法

摘要

双亲两性离子聚合物及其pH响应型聚合物胶束缓冲液的制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明由具有强烈交替聚合倾向的苯乙烯/马来酸酐单体系列，在60～70℃下，经自由基交替共聚反应6－24h得苯乙烯－马来酸酐双亲聚合物；再利用该双亲聚合物中羧酸酐单元与氨基吡啶(或含取代基的氨基吡啶)反应得到双亲两性离子聚合物；得到的双亲两性离子聚合物再经经典胶束化过程制备pH响应型聚合物胶束缓冲液。与现有的pH响应型聚合物相比，本发明所述的双亲聚合物具有两性离子、弱酸弱碱缓冲液性质，且可以通过调节聚合物的亲疏水单元比例等系统参数改变其缓冲范围。该类双亲两性离子聚合物纳米胶束亦可用于诸如药物负载释放、催化负载等方面。

说明书

技术领域

双亲两性离子聚合物及其pH响应型聚合物胶束缓冲液的制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明涉及一种双亲两性离子聚合物及其pH响应型聚合物胶束缓冲液的制备，其应用包括药物负载释放、高分子材料改性及化学反应负载等纳米胶束的已有应用与潜在应用。

背景技术

环境敏感型双亲聚合物是一种新型功能高分子材料，在其聚合物结构中引入了各种环境敏感性基元，使得该双亲聚合物在诸如温度、pH、离子强度(电解质)、电场、光等外界刺激的作用下实现“智能”转变。环境敏感型双亲聚合物在生物医学、化学反应、环境保护等领域有诸多应用，如用作限制性反应容器、负载释放载体、催化剂和酶等生物大分子的保护载体等。在生物及医药方面，用双亲聚合物胶束制成的载体可用于各种药物的控制负载释放。在化学化工领域，聚合物胶束作为模板，可用于纳米材料的粒径及形态的控制；作为微反应器可用于聚合物的控制合成、催化反应以及高性能催化体系的制备；以及在特种材料领域，可用于光电功能物种的负载等等。因此，对于聚合物纳米胶束的制备及相关研究，人们都给予了高度的重视。

双亲两性离子聚合物在其链节中不仅同时含有亲疏水单元，且同时含有阳离子和阴离子基元，因而使得该类双亲聚合物具有更多的功能和更广泛的应用。双亲两性离子聚合物体系及其胶束除了可以用于药物负载释放、催化负载等普通双亲聚合物所熟知的领域，还可用于阳离子或酸性系统的流变学改性、生物胶粘剂、酶抑制剂或生理除盐系统和磷酸盐类胶粘剂等体系。

发明内容

本发明的目的是用简便的方法制备一种双亲两性离子聚合物及其pH响应型聚合物胶束缓冲液。

本发明基于对羧酸酐基元与含有吡啶弱碱功能基化合物可形成弱酸弱碱两性离子配合物的认识，研究出在室温或加热条件下，通过羧酸酐基元与氨基吡啶胺解反应制备出新型双亲两性离子聚合物，并利用聚合物亲疏水部分溶解性的差异制备出具有pH响应性能和缓冲性能的聚合物胶束溶液。

本发明的技术方案：一种双亲两性离子聚合物的制备方法，如反应式1所示；

反应式1，

(1)自由基聚合：由具有强烈交替聚合倾向的苯乙烯/马来酸酐单体，以无水四氢呋喃为溶剂，在自由基引发剂二氧化苯甲酰存在下经自由基交替共聚反应得苯乙烯-马来酸酐双亲聚合物，苯乙烯单体与马来酸酐的摩尔比为3-1∶1，自由基引发剂二氧化苯甲酰摩尔用量占总单体的摩尔比例为0.2％-2％，在60～70℃下共聚反应6-24h；

(2)胺解反应：再利用苯乙烯-马来酸酐双亲聚合物的羧酸酐单元与氨基吡啶、或烷基氨基吡啶、或烷氧基氨基吡啶在无水二甲基亚砜中室温搅拌胺解反应12小时，再升温至50℃反应2h，苯乙烯-马来酸酐双亲聚合物的浓度为0.2g/mL，氨基吡啶、或烷基氨基吡啶、或烷氧基氨基吡啶与羧酸酐单元的摩尔比例为50％-200％，胺解反应所得聚合物经乙醚沉淀及乙醚反复抽提除去氨基吡啶、或烷基氨基吡啶、或烷氧基氨基吡啶得到双亲两性离子聚合物。

该双亲两性离子聚合为无规型双亲聚合物，且含有交替聚合链段。

该双亲两性离子聚合物的应用方法，将该双亲两性离子聚合物按照制备双亲两性离子聚合物纳米胶束的经典方法进行聚合物的胶束化，制备双亲两性离子聚合物纳米胶束：将该双亲两性离子聚合物以浓度为2-100mg/mL溶于亲疏水基元的共溶剂二甲基亚砜中，匀速搅拌下逐步向聚合物溶液中缓慢滴加疏水基元的沉淀剂去离子水，去离子水用量为二甲基亚砜用量的一倍量；在滴加完毕后继续匀速搅拌2小时，然后一次性加入两倍于二甲基亚砜用量的去离子水使胶束稳定；继续搅拌2小时后渗透法置换出二甲基亚砜溶剂，从而得到该双亲两性离子聚合物的纳米胶束水溶液。

该双亲两性离子聚合物的纳米胶束水溶液，该聚合物中的羧酸基团和吡啶基团在中性水溶液中可形成弱酸弱碱盐，见反应式2-B；且在酸性环境中则形成强酸吡啶盐和游离羧酸形式，见反应式2-A；在碱性环境中则形成羧酸盐和游离吡啶的形式，见反应式2-C；

反应式2

即该双亲两性离子聚合物纳米胶束化后所得体系具有pH响应性能和缓冲性能。

该双亲两性离子聚合物纳米胶束水溶液的pH响应性能和缓冲性能是通过调节自由基聚合体系的苯乙烯/马来酸酐亲疏水单体的比例、引发剂与单体摩尔比例、及氨基吡啶的取代类型和引入量而得到调节。

该双亲两性离子聚合物纳米胶束水溶液的应用，用于药物负载释放、高分子材料改性及化学反应负载纳米胶束的巳有应用与潜在应用。

上述制备条件对于本领域科技人员均可实现。

本发明的有益效果：本发明用简捷的方法制备一种双亲两性离子聚合物及其pH响应型聚合物胶束缓冲液。本发明是基于对羧酸酐基元与含有吡啶弱碱功能基化合物可形成弱酸弱碱两性离子配合物的认识，研究出在室温或加热条件下，通过羧酸酐基元与氨基吡啶碱性化合物的胺解反应制备出双亲两性离子聚合物，并在水溶液中利用聚合物亲疏水部分溶解性的差异制备出具有pH响应性能和缓冲性能的聚合物胶束溶液。本发明出自一种全新的思路，方法简便，效果良好，具有不可估量的应用前景。本发明涉及的各个步骤与方法，本领域技术人员均能实现。

附图说明

图1.双亲两性离子聚合物胶束溶液的pH响应性能与缓冲性能。

具体实施方式

一、聚合过程

苯乙烯/马来酸酐单体以3-1∶1的摩尔比例，以无水四氢呋喃为溶剂，以二氧化苯甲酰为引发剂，在除去体系氧气后在60-70℃下热引发聚合，6-24小时后停止反应得一聚合物溶液。所得体系经乙醚沉淀分离得苯乙烯-马来酸酐聚合物。

二、胺解过程

将一定量的苯乙烯-马来酸酐聚合物(0.2g/mL)溶解于无水二甲基亚砜DMSO中，将一定量的氨基吡啶(氨基吡啶与羧酸酐单元的摩尔比为50％-200％)加入其中，室温下搅拌反应12小时后再加热至50℃反应2小时以确保胺解反应的完全。停止反应，所得聚合物经乙醚沉淀及乙醚反复抽提后得双亲两性离子聚合物。

三、聚合物的胶束化过程

将所得的双亲两性离子聚合物以一定的量溶解于亲疏水单元的共溶剂二甲基亚砜DMSO中(聚合物的浓度为2mg/mL-100mg/mL)，匀速搅拌下逐步向聚合物溶液中缓慢滴加疏水基元的沉淀剂去离子水(为DMSO用量的一倍量)；在滴加完毕后继续匀速搅拌2小时，然后一次性加入两倍于DMSO用量的去离子水使胶束稳定；继续搅拌2小时后渗透法置换出DMSO溶剂，从而得到该双亲两性离子聚合物的胶束水溶液。

实施例1：以苯乙烯/马来酸酐单体摩尔比2/1聚合、再经2-氨基吡啶胺解为例。反应式为：

以苯乙烯/马来酸酐单体聚合、再经2-氨基吡啶胺解为例所得的双亲两性离子聚合物pH响应过程。反应式为：

1.1苯乙烯-马来酸酐聚合物

苯乙烯/马来酸酐单体以2/1的比例，以无水四氢呋喃为溶剂，以二氧化苯甲酰为引发剂，在除去体系氧气后在65℃下引发聚合，12小时后停止反应得一聚合物溶液。所得体系经沉淀分离得苯乙烯-马来酸酐聚合物。

1.2苯乙烯-马来酸酐聚合物的2-氨基吡啶胺解过程

将2g苯乙烯-马来酸酐聚合物溶解于10mL无水DMF中，将过量的2-氨基

吡啶(与羧酸酐的比例为200％)加入其中，室温下搅拌反应12小时后再加热至50℃反应2小时以确保胺解反应的完全。停止反应，所得聚合物经乙醚反复沉淀后得双亲两性离子聚合物。

1.3双亲两性离子聚合物的胶束化过程

将所得的双亲两性离子聚合物100mg溶解10mLDMSO中，匀速搅拌下逐步向聚合物溶液中缓慢滴加疏水基元的沉淀剂去离子水10mL；在滴加完毕后继续匀速搅拌2小时，然后一次性加入20mL去离子水使胶束稳定；继续搅拌2小时后渗透法置换出DMSO溶剂，从而得到该双亲两性离子聚合物的胶束水溶液。

1.4双亲两性离子聚合物胶束溶液的pH响应性能和缓冲性能

将聚合物胶束溶液与一定pH值的溶液相混合，以胶束溶液加入后体系的pH值为横坐标，以胶束溶液加入前的pH值为纵坐标，得pH响应曲线。如图1所示，pH值小于3的体系为酸沉体系，聚合物胶束中的羧酸基在强酸的排斥下发生聚集，从而使得整个聚合物胶束收缩，胶束溶液的pH值与所加酸强度呈线型关联；在pH值处于3～12之间，整个胶束体系呈缓冲状态，胶束不发生明显变化；在pH值大于12区域，聚合物胶束呈碱溶状态，胶束溶液的pH值与所加碱的强度呈线型变化。