一種網絡互穿功能性水凝膠的製備方法

2023-08-11 18:31:06 1

專利名稱：一種網絡互穿功能性水凝膠的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種功能性水凝膠的製備方法，特別是涉及一種網絡互穿功能性水凝
膠的製備方法。
背景技術：
高分子功能性凝膠的應用引起了人們越來越廣泛的關注，其具有的特殊性能也引 起了越來越多人的興趣。所謂功能性凝膠是指能感知外界環境(如溫度、pH值、光、磁、電 或壓力等)微小的剌激或變化，同時自身能產生相應的化學性質和物理結構變化的一類高 分子凝膠。正是由於這類高分子凝膠的智能性，使之有可能在眾多領域得以應用，尤其是在 藥物緩釋、蛋白質的分離提純、活性酶的包埋等生物醫學領域得到了廣泛研究和應用。但由 於溶脹狀態下的凝膠機械強度較低，使其在某些方面的應用受到了較大限制。為了改善凝 膠的機械強度，人們採取共聚和共混等方法來增加其強度。但是共聚通常會削弱或降低原 聚合物的某些性能，如將N-異丙基丙烯醯胺與帶有親水性或疏水性基團的單體共聚製備 凝膠，往往會使聚N-異內基丙烯醯胺的相轉變溫度增加或者減小，更嚴重的甚至會降低其 溫敏性。 由於對聚合物改性的迫切需要，網絡互穿(IPN)作為聚合物改性的一種重要手段 得到了廣泛的發展。網絡互穿(IPN)技術是眾多的聚合物共混改性技術中的一種，作為高 分子材料改性的重要而又有效的手段，為製備特殊性能的聚合物材料開拓了新的途徑。它 被認為是以化學方法來實現物理共混的新技術，包括全互穿網絡(full-IPN)和半穿網絡 (semi-IPN)兩種。不同在於全互穿網絡(full-IPN)體系中的聚合物都是交聯的，半穿網 絡(semi-IPN)體系中有一種聚合物是線性的。IPN的特點在於含有能起到"強迫相容"作 用的互穿網絡，不同聚合物分子之間相互纏結形成一個整體，不能解脫。在IPN中不同聚合 物存在各自的相，聚合物之間並沒有發生化學結合。 IPN的合成方法包括分步法和同步法。分步法是將已經交聯的聚合物(第一網絡) 置入含有催化劑、交聯劑等的另一單體或預聚物中，使其溶脹，然後使第二單體或預聚體就
地聚合併交聯形成第二網絡，所得產品稱分步互穿聚合物網絡。而同步法則是將兩種或多
種單體在同一反應器中按各自聚合和交聯歷程進行反應，形成同步互穿網絡。 將網絡互穿(IPN)技術用於功能性凝膠製備中，特別是與點擊化學相結合將會給
功能性凝膠的製備及其性能的改良帶來新的前景和空間。 聚乙二醇(PEG)是一種用途極為廣泛的聚醚高分子化合物，它可應用於醫藥、衛 生、食品、化工等眾多領域。PEG能夠溶解於水和許多溶劑中，具有優異的生物相容性，在體 內能溶於組織液中，可被機體迅速排除體外而不產生任何毒副作用。更難得的是，當把PEG 和其它分子結合時，它的很多優良性質也會隨之轉移到新的化合物中。因此，它在醫藥學上 受到了廣泛的重視和應用。用它製備的高分子水凝膠具有良好的生物相容性。
基於聚乙二醇及其衍生物互穿網絡(IPN)形成的水凝膠具有良好的生物相容性 及溶脹性，同時具備功能性單體的特性，因此在生物醫學領域有著廣泛的應用前景。

發明內容
本發明提供一種具有規整結構的網絡互穿(IPN)或半網絡互穿(semi-IPN)的功
能性水凝膠的製備方法，該方法由點擊化學(click chemistry)和原子轉移自由基聚合
(ATRP)相結合，在同一催化體系中實現同步網絡互穿製備功能性水凝膠。 本發明方法中點擊化學與ATRP同步反應製備網絡互穿功能性水凝膠，形成規整
聚合物網絡的點擊化學反應與形成互穿網絡聚合物的ATRP反應在單一反應器、同一催化
體系中完成。 本發明方法製備基於聚乙二醇的網絡互穿功能性水凝膠，其網絡主要是基於聚乙 二醇或其衍生物經由點擊化學的方法形成的，在此網絡中進行互穿或半互穿的聚合物是通 過原子轉移自由基聚合(ATRP)得到的功能性高聚物。其中點擊化學和原子轉移自由基聚 合在同 一催化體系下同時完成。 本發明方法是通過以下技術方案來實現的 —種網絡互穿功能性水凝膠的製備方法，包括下述同步反應過程 (a)點擊反應含有三個或三個以上端炔基的單體(A)與至少含有兩個端疊氮基
的單體(B)發生點擊化學反應，形成聚合物網絡； (b)ATRP反應帶有雙鍵的單體(C)發生ATRP反應，形成互穿網絡的聚合物；
所述的方法在溶劑中加入單體A、 B和C，以及引發劑和配體，加入過渡金屬催化 劑，上述反應在同一反應器中進行。 所述的單體(A)包括含有三個或三個以上端炔基的化合物，如季戊四炔烷基醚， 或含有三個或三個以上端炔基的炔基化聚乙二醇酯，如含有四個端炔基的聚乙二醇酯。季 戊四炔烷基醚可由季戊四醇和炔溴反應製備。炔基化聚乙二醇酯的一種製備方法是，丙二 酸二乙酯和炔醇反應生成含有兩個炔基的丙二酸二乙酯炔化衍生物，經水解、脫羧、醯氯化 反應得到含兩個炔基的丙酸醯氯衍生物，再與PEG發生酯化反應生成含有四個端炔基的聚 乙二醇酯。 所述的單體(B)為至少含有兩個端疊氮基的聚合物，可以通過含兩個以上滷素基 團的引發劑通過聚合得到的聚合物疊氮化得到或通過聚合物端基改性得到。包括兩個以 上端疊氮基的聚乙二醇或其衍生物，在實施例中由PEG或其衍生物將其羥基醯氯化、疊氮 化後得到所需要的疊氮基官能團；或者具有三個端疊氮基的聚異丁烯及其衍生物(Marko Rother， HaithamBarqawi， Macromol. Chem. Phys. 2010， 211， 204-214)，或者具有兩個端疊氮 基的聚苯乙烯(Haifeng Gao， Guillaume Louche, Mcaromol. 2005， 38， 8979-8982)等。
所述的單體(C)為含有雙鍵的化合物，包括但不限於，苯乙烯及其衍生物，如苯乙 烯、滷代苯乙烯、甲氧基苯乙烯、乙醯氧基苯乙烯、羥基苯乙烯、硝基苯乙烯和氨基苯乙烯 等；(甲基)丙烯酸及其衍生物，如丙烯酸、甲基丙烯酸等；(甲基)丙烯酸酯及其衍生物， 如丙烯酸羥乙酯、丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸叔丁酯、氟代丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯等，以及 甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、2-(二甲胺)乙基甲基丙烯酸酯 (DMAEMA)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)及矽烷基保護的甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸(通 過烷基保護或以鹽的形式)、齊聚環氧乙烷酯化的甲基丙烯酸酯和氟化甲基丙烯酸酯等； 腈類如丙烯腈(AN)等；丙烯醯胺及其衍生物如甲基丙烯醯胺、異丙基丙烯醯胺等。單體(C)還包括含有雙鍵的功能性聚合物，如聚乙二醇二丙烯酸酯等。 所述單體(C)優選帶有功能基的單體，如(a)具有溫度敏感性的單體，如N-異丙 基丙烯醯胺，羥乙基丙烯酸酯、2-(二甲胺)乙基甲基丙烯酸酯等；(b)具有pH敏感性的單 體，如丙烯酸，丙烯酸N，N' -二乙氨基乙酯等；(c)具有電敏感性的單體，如丙烯醯胺及其 衍生物；(d)具有光學敏感性的單體，如含偶氮基團的單體、三苯基甲烷衍生物；(f)具有化 學敏感性單體，如甲基丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸N，N' -二甲基胺乙基酯等。以及功能性 聚合物聚乙二醇二丙烯酸酯。 所述單體(C)還包括上述單體的共混物。當使用一種單體(C)時，形成半網絡互 穿水凝膠；當使用兩種或兩種以上單體(C)時，則形成全網絡互穿水凝膠。
將上述單體(A、B和C)、引發劑、催化劑、配體等混合後在適當溶劑下單步反應，即 可生成目標物水凝膠。反應溫度40 120°C ，反應2分鐘 24小時。 單體A與B在催化劑體系作用下發生點擊化學反應，形成規整的聚合物網絡。其 中A與B的摩爾比優選炔基疊氮基l : 1。所用的催化劑體系包括催化劑與配體，與下文 詳述的ATRP相同。 單體C通過聚合反應在上述點擊反應形成的聚合物網絡中形成互穿或半互穿的 功能性高聚物。單體C的聚合反應是原子轉移自由基聚合，所採用的引發體系包括引發劑、 催化劑和配體等，用量分別為單體總重量的0.01% 5%。所述的原子轉移自由基聚合的 引發劑為有機滷化物，包括溴代乙酸乙酯、a-溴代丁酸乙酯、a-溴代異丁酸乙酯，a-溴 代苯乙烷，a-氯代苯乙烷，a-氯丙酸乙酯、a-溴丙酸乙酯、a-氯乙腈、a-氯丙腈、四 氯化碳、氯仿、苄基溴和苄基氯等。優選a-溴代異丁酸乙酯。 所述的催化劑為過渡金屬催化劑，可採用鐵系催化劑、銠系催化劑如RhCl(PPh》 等、鋰鉬(V)複合物體系、錸系(V)催化劑或銅系催化劑，如溴化亞銅或氯化亞銅。優選溴 化亞銅。 所述的配體為含氮的多齒配體體系，如2，2'-聯吡啶(bpy)及其衍生物，或N， N， N'， N"， N"-五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)、四甲基乙二胺(TMEDA) 、 1， 1， 4， 7， 10， 10-六甲 基三亞乙基四胺(HMTETA)和三(N，N-二甲基氨基乙基)胺(Me6_TREN) 、N_正己基-2吡啶 基甲醯胺。優選N，N，N'，N"，N"-五甲基二亞乙基三胺(PMDETA) 所述的溶劑可選自甲苯，乙酸乙酯，二甲苯，N，N'-二甲基甲醯胺，二氯苯，二苯醚， 苯甲醚，四氫呋喃，正己烷，二甲基亞碸、去離子水、甲醇、環己酮、2_ 丁醇或2-甲基-2- 丁 醇，或是它們的混合物。優選四氫呋喃、二甲基亞碸或N，N' -二甲基甲醯胺，或者是他們的 混合物。 通過上述方法得到的同步網絡互穿水凝膠中的過渡金屬催化劑可以用EDTA溶液 除去，得到無色透明水凝膠。 本發明的由點擊化學和原子轉移自由基聚合(ATRP)同步反應製備結構規整的網 絡互穿功能性水凝膠的方法，克服了現有技術中功能性凝膠製備方法的缺點。該方法在制 備功能性水凝膠時不需要二次加入不同的催化劑和配體，網絡互穿在同一催化體系中進 行，反應時間短，並且同時具有點擊化學和ATRP所具有的優點。本發明方法製備的基於聚 乙二醇的功能性水凝膠無色無味、生物相容性好、拉伸強度大、吸水率及溶脹率高，結構規 整，在藥物緩釋、酶催化、人體器官等諸多方面具有較大潛在應用 值。
具體來說，本發明與現有的技術相比具有以下幾個方面的優點 (1)本發明提供的由點擊化學和原子轉移自由基聚合(ATRP)相結合同步製備結
構規整的網絡互穿功能性水凝膠的方法具有操作簡單，反應迅速等優點。
(2)本發明是由點擊化學和原子轉移自由基聚合(ATRP)同步網絡互穿製備凝膠
的方法，因此具有點擊化學和ATRP所具有的優點。 (3)本發明用來形成聚合物網絡的高分子可選擇聚乙二醇及其衍生物，具有及其 優良的溶脹性及生物相容性。 (4)與傳統網絡互穿製備凝膠的方法相比，網絡互穿是在同一體系中同時進行的， 因此不需要二次加入催化劑和配體，反應時間短。 (5)本發明方法製備的基於聚乙二醇的功能性凝膠具有無色無味、生物相容性好、 拉伸強度大、吸水率及溶脹率高，結構規整等特點。 下面結合具體實施方式
對本發明進行詳細描述。本發明的範圍並不以具體實施方 式為限，而是由權利要求的範圍加以限定。
具體實施例方式
實例一端疊氮基PEG的製備 準確稱取10g聚乙二醇(Mn = 2000)溶於50ml無水吡啶中。冰浴，將體系溫度降 至Ot:。稱取1.43g(12.5毫摩爾)甲基磺醯氯溶於lOml無水二氯甲烷中。 在ot:條件下利用恆壓滴液漏鬥將甲基磺醯氯二氯甲烷溶液緩慢滴加入聚乙二醇
吡啶溶液中(約20分鐘)。反應體系升至室溫，磁力攪拌下反應12小時。
蒸餾除去多餘溶劑，用飽和NaHC03和二氯甲烷多次萃取。無水硫酸鎂乾燥有機層。 充分乾燥後過濾，將清液置於梨形瓶中，旋轉蒸發除掉多餘溶劑，在乙醚中沉澱。得白色聚 乙二醇二甲磺酸固體8. 5g。 準確稱取8g聚乙二醇二甲磺酸與0. 65g疊氮化鈉，溶於50ml無水DMF中。105°C
下磁力攪拌反應4小時後體系降至室溫繼續反應18小時。反應結束後，冷卻過柱(A1203)
除去過量疊氮化鈉。乙醚中沉澱。得白色聚乙二醇疊氮產物7.65g。產率90%。 按照與上述相同的方法分別製取PEG (Mn = 4000)和PEG (Mn = 6000)的疊氮化產物。 實例二含有四個端炔基的聚乙二醇酯的製備
所述聚乙二醇酯的製備包括以下步驟
1、雙炔基丙二酸二乙酯的合成 100ml圓底燒瓶中裝有丙二酸二乙酯4. 27ml，25ml乙醇，1. 3g固體鈉，混合液反應 5min之後行圓底燒瓶中滴加5. 072ml溴丙炔。反應回流半小時後蒸乾溶劑，將殘留物溶解 於水中用乙醚萃取三次，合併有機層，乾燥蒸掉乙醚得黃色油狀液體，蒸餾收集餾分放入冰 箱中得到白色結晶。產率80%。
2、雙炔基丙二酸的合成 將白色結晶加濃NaOH溶液反應一夜後，用HCl調節pH值至1_2，乙醚萃取、乾燥後
得白色粉末狀固體。 3、雙炔基丙酸醯氯的合成
將白色粉末狀雙炔基丙二酸溶解於20ml硫酸溶液中，高溫脫羧24小時，得白色粉 末狀雙炔基丙酸。稱取雙炔基丙酸固體0. 3g，在氮氣存在條件下和4. 4ml氯化亞碸反應5h，
蒸除多餘的氯化亞碸，製得雙炔基丙酸醯氯。
4、聚乙二醇酯化 在上一步製得的雙炔基丙酸醯氯中分別加入含有分子量為2000、4000和6000的
聚乙二醇的無水THF溶液，反應一夜後蒸除THF，用乙酸乙酯、乙醚洗滌產品，得到酯化的含
有四個端炔基的聚乙二醇。 實例三季戊四炔丙基醚的製備 準確稱取2g(0.014毫摩爾)季戊四醇和12. 5g(0. 22毫摩爾)氫氧化鉀溶於25ml
無水DMF中。冰浴，體系保持5t:條件下磁力攪拌反應30分鐘。在冰浴條件下利用恆壓滴
液漏鬥緩慢滴加丙炔溴(約30分鐘滴完)。隨後反應體系升溫至4(TC過夜。 停止攪拌冷卻至室溫，加入100ml去離子水。乙醚多次萃取。有機層分別用去離
子水和飽和食鹽水多次蕩洗。無水硫酸鎂乾燥過夜。充分乾燥後過濾，將清液置於梨形瓶
中，旋轉蒸發掉多餘溶劑。柱層析分離提純(乙酸乙酯正己烷2 : 8)。 實例四聚甲基丙烯酸羥乙酯全網絡互穿水凝膠的製備 準確稱取0. 25g(l. 9毫摩爾)甲基丙烯酸羥乙酯、0. 27g(0. 475毫摩 爾)聚乙二醇二丙烯酸酯、0.037g(0. 214毫摩爾)五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)、 0. Ollg(O. 057毫摩爾)a -溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩爾)端基疊氮化的 聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0. 025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙烯(Mn = 7500)，以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加 入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入O. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入 CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T :6(TC 24h) 。 24小時後暴露在空氣中結束反應。 5XEDTA溶液除銅。得無色凝膠。 實例五聚甲基丙烯酸羥乙酯半網絡互穿凝膠的製備 準確稱取0. 74g(2. 85毫摩爾)甲基丙烯酸羥乙酯、0. 037g(0. 214毫摩爾)五甲 基二亞乙基三胺(PMDETA) 、0. Ollg(O. 057毫摩爾)a -溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩 爾)疊氮處理過的聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0.025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙 烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加 入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入O. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入 CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T:6(TC 24h) 。 24小時後暴露在空氣中結束反應。 5 % EDTA溶液除銅。得乳白色凝膠。 實例六聚2-( 二甲胺)乙基甲基丙烯酸酯全網絡互穿凝膠的製備
準確稱取0.3g (1.9毫摩爾)2-(二甲胺)乙基甲基丙烯酸酯、0.27g(0.475毫 摩爾)聚乙二醇二丙烯酸酯、0.037g(0.214毫摩爾)五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)、 0. Ollg(O. 057毫摩爾)a-溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩爾)疊氮處理過的聚乙 二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0. 025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙烯(Mn = 7500)以及 0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)以及/0.036g(0.0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加入1.5mlDMF，通 氮氣20分鐘，快速加入0. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入CuBr後凝膠立即 形成。密封，油浴反應(T:6(TC 24h)。 24小時後暴露在空氣中結束反應。5XEDTA溶液除 銅。得無色凝膠。 實例七聚2-( 二甲胺)乙基甲基丙烯酸酯半網絡互穿凝膠的製備
準確稱取0.448g(2.85毫摩爾)2-(二甲胺)乙基甲基丙烯酸酯、0. 037g(0. 214 毫摩爾)五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)、0.011g(0.057毫摩爾)a-溴代異丁酸乙酯、 0. lg(O. 025毫摩爾)疊氮處理過的聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0. 025毫摩爾)端基疊 氮化的聚苯乙烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二 醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g (0.0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的 安培瓶中。加入1.5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入0. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以 觀察到在加入CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T :60°C 24h) 。 24小時後暴露在空 氣中結束反應。5XEDTA溶液除銅。得乳白色凝膠。
實例八聚甲基丙烯酸全網絡互穿凝膠的製備 準確稱取O. 16g(1.9毫摩爾)甲基丙烯酸、0. 27g(0.475毫摩爾)聚乙二醇二丙烯 酸酯、0. 037g(0. 214毫摩爾)五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)、0.011g(0. 057毫摩爾)a-溴 代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩爾)疊氮處理過的聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0. 025毫 摩爾)端基疊氮化的聚苯乙烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾) 四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共 同放入乾燥的安培瓶中。加入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入0. 0154g (0. 107毫摩爾) CuBr。可以觀察到在加入CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T :60°C 24h) 。 24小時 後暴露在空氣中結束反應。5XEDTA溶液除銅。得無色凝膠。
實例九聚甲基丙烯酸半網絡互穿凝膠的製備 準確稱取O. 245g(2. 85毫摩爾)甲基丙烯酸、0. 037g(0. 214毫摩爾)五甲基 二亞乙基三胺(PMDETA)、0. 01 lg(0.057毫摩爾)a-溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩 爾)疊氮處理過的聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0.025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙 烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加 入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入O. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入 CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T:6(TC 24h) 。 24小時後暴露在空氣中結束反應。 5 % EDTA溶液除銅。得乳白色凝膠。 實例十聚甲基丙烯酸甲酯全網絡互穿凝膠的製備 準確稱取0. 19g(l. 9毫摩爾)甲基丙烯酸甲酯、0. 27g(0. 475毫摩爾) 聚乙二醇二丙烯酸酯、0. 037g(0. 214毫摩爾)五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)、 0. Ollg(O. 057毫摩爾)a -溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩爾)疊氮處理過的 聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0. 025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加 入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入0. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入
8CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T:6(TC 24h) 。 24小時後暴露在空氣中結束反應。 5XEDTA溶液除銅。得無色凝膠。 實例十一聚甲基丙烯酸甲酯半網絡互穿凝膠的製備 準確稱取O. 289g(2. 85毫摩爾)甲基丙烯酸甲酯、0. 037g(0. 214毫摩爾)五甲 基二亞乙基三胺(PMDETA) 、0. Ollg(O. 057毫摩爾)a -溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩 爾)疊氮處理過的聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0.025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙 烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加 入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入0. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入 CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T:6(TC 24h) 。 24小時後暴露在空氣中結束反應。 5 % EDTA溶液除銅。得乳白色凝膠。 實例十二聚N-異丙基丙烯醯胺全網絡互穿凝膠的製備 準確稱取0. 215g(l. 9毫摩爾)N-異丙基丙烯醯胺、0. 27g(0. 475毫摩 爾)聚乙二醇二丙烯酸酯、0.037g(0.214毫摩爾)五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)、 0. Ollg(O. 057毫摩爾)a -溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫摩爾)疊氮處理過的 聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0. 025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加 入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入O. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入 CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T:6(TC 24h) 。 24小時後暴露在空氣中結束反應。 5XEDTA溶液除銅。得無色凝膠。 實例十三聚N-異丙基丙烯醯胺半網絡互穿凝膠的製備 準確稱取O. 323g(2. 85毫摩爾)N-異丙基丙烯醯胺、0. 037g(0. 214毫摩爾)五 甲基二亞乙基三胺(PMDETA) 、0. Ollg(O. 057毫摩爾)a -溴代異丁酸乙酯、0. lg(O. 025毫 摩爾)疊氮處理過的聚乙二醇(Mn = 4000)/0. 186g(0. 025毫摩爾)端基疊氮化的聚苯乙 烯(Mn = 7500)以及0. 026g/0. 051g/0. 076g(0. 0125毫摩爾)四炔基聚乙二醇酯(Mn = 2108/4108/6108)/0. 036g(0. 0125毫摩爾)季戊四炔丙基醚，共同放入乾燥的安培瓶中。加 入1. 5mlDMF，通氮氣20分鐘，快速加入O. 0154g(0. 107毫摩爾)CuBr。可以觀察到在加入 CuBr後凝膠立即形成。密封，油浴反應(T:6(TC 24h) 。 24小時後暴露在空氣中結束反應。 5 % EDTA溶液除銅。得乳白色凝膠。
實施例十四 按照與實施例四 十三相同的方法，分別利用疊氮化聚乙二醇(Mn = 2000)和疊 氮化聚乙二醇(Mn = 6000)製備功能性凝膠。
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權利要求
一種網絡互穿功能性水凝膠的製備方法，包括下述同步反應過程(a)點擊反應含有三個或三個以上端炔基的單體(A)與至少含有兩個端疊氮基的單體(B)發生點擊化學反應，形成聚合物網絡；(b)ATRP反應帶有雙鍵的單體(C)發生ATRP反應，形成互穿網絡的聚合物；所述的方法在溶劑中加入單體A、B和C，以及引發劑和配體，加入過渡金屬催化劑，上述反應在同一反應器中進行。
2. 根據權利要求1所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的點擊反應與ATRP反應 採用同一催化劑與配體。
3. 根據權利要求2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的催化劑為溴化亞銅， 所述的配體為五甲基二亞乙基三胺(PMDETA)。
4. 根據權利要求1或2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的單體(A)為季戊 四炔烷基醚或含有四個端炔基的聚乙二醇酯。
5. 根據權利要求4所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的含有四個端炔基的聚 乙二醇酯的製備方法是，丙二酸二乙酯和炔醇反應生成含有兩個炔基的丙二酸二乙酯炔化 衍生物，經水解、脫羧、醯氯化反應得到含兩個炔基的丙酸醯氯衍生物，再與PEG發生酯化 反應生成含有四個端炔基的聚乙二醇酯。
6. 根據權利要求1或2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的單體(B)為具 有兩個以上端疊氮基的聚乙二醇或其衍生物，或者具有三個端疊氮基的聚異丁烯及其衍生 物，或者具有兩個端疊氮基的聚苯乙烯。
7. 根據權利要求1或2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的單體(C)帶有功 能基，包括(a)溫度敏感性單體；(b)pH敏感性單體；(c)電敏感性單體；(d)光學敏感性單 體；(f)化學敏感性單體；或(g)功能性聚合物。
8. 根據權利要求7所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的單體(C)是甲基丙烯 酸羥乙酯、2-(二甲胺)乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、N-異丙基丙烯醯 胺或聚乙二醇二丙烯酸酯，或其混合物。
9. 根據權利要求1或2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於反應溫度40 120°C， 反應2分鐘 24小時。
10. 根據權利要求1或2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的引發劑為有機滷 化物。
11. 根據權利要求1或2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的配體為含氮的多 齒配體。
12. 根據權利要求1或2所述的水凝膠的製備方法，其特徵在於所述的溶劑為四氫呋 喃、N， N-二甲基甲醯胺或二甲基亞碸，或是它們的混合溶液。
全文摘要
本發明公開了一種由點擊化學和原子轉移自由基聚合(ATRP)同步反應製備網絡互穿功能性水凝膠的方法。所述的聚合物網絡由含有三個或三個以上端炔基的單體A與至少含有兩個端疊氮基的單體B點擊反應生成；網絡互穿的聚合物由帶有功能基團的含雙鍵單體C通過原子轉移自由基聚合(ATRP)得到。點擊化學和原子轉移自由基聚合在同一催化體系內同步進行，得到具有規整結構的網絡互穿功能性水凝膠。本發明方法具有點擊化學和ATRP所具有的優點，且操作簡單，反應迅速；用本發明方法製備的基於聚乙二醇的功能性水凝膠具有生物相容性好、拉伸強度大、吸水率及溶脹率高、結構規整等特點。
文檔編號C08F291/00GK101787105SQ20101010974
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月10日 優先權日2010年2月10日
發明者付國東, 付蓉 申請人:東南大學