兩親性丙烯酸酯聚合物的制備與結(jié)構(gòu)表征

1、第31卷第3期2010年6月河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnologyVol.31,No.3June2010文章編號(hào):100821542(2010)0320260205兩親性丙烯酸酯聚合物的制備與結(jié)構(gòu)表征史永利,鄭婷,許苗云,青()摘要:以過硫酸鉀2)P210為乳化劑,丙烯酸酯單體通過乳。討論了功能單體甲基丙烯酸(MAA)在聚合物粒子上的分布情況,當(dāng)MAA的量占總單體的3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時(shí),水相中的羧基占羧基總量的6.1%,聚合物表面羧基為50.75%。利用紅外光譜和馬爾文粒度分布儀對(duì)制備的丙烯酸酯聚合物進(jìn)行了表征;通過黏度

2、測定計(jì)算出聚合物黏均相對(duì)分子質(zhì)量為2.6×105。關(guān)鍵詞:乳液聚合;羧基分布;功能單體;丙烯酸酯聚合物中圖分類號(hào):TQ317.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ACharacterizationandpreparationofamphiphilicacrylicpolymersSHIYong2li,ZHENGTing,XUMiao2yun,SHANGQing(CollegeofChemicalandPharmaceuticalEngineering,HebeiUniversityofScienceandTechnology,ShijiazhuangHebei050018,China)Abstract:A

3、mphiphilicacryliccopolymerswerepreparedbyemulsioncopolymerizationwithpotassiumpersulfate(K2S2O8)astheinitiatorandMS21,OP210asemulsifiers,respectively.Therolesoffunctionalmonomer(MAA)inamphiphilicacrylicco2polymerswerestudied.Theeffectsofmonomerratioonthedistributionofthecarboxylicgroups(serum,surfac

4、e,buried)werediscussed.ItisfoundthatwhentheamountofMAAis3%,thefreeMAAinserumis6.1%andcarboxylgrouponpar2ticlesurfaceis50.75%.ThestructureofpolymerwasmeasuredbyFT2IR.Theviscosityaveragemolecularweightofpolymerwasalsostudied,andM=2.6×105.Keywords:polymerization;distributionofthecarboxylicgroups;f

5、unctionalmonomer;acrylatepolymer兩親性聚合物是一種新型的藥物載體,具有很高的載藥容量和獨(dú)特的體內(nèi)分布特征,結(jié)構(gòu)上可以劃分為親水部分和疏水部分,在水溶液中能形成具有球形內(nèi)核2外殼結(jié)構(gòu)的共聚物,其疏水部分構(gòu)成內(nèi)核,親水部分形成外殼1。內(nèi)核可以作為疏水性藥物的容器,將藥物增溶在核心,降低毒副作用;外殼可對(duì)藥物起保護(hù)作用,提高藥物的穩(wěn)定性,并且達(dá)到緩釋作用,同時(shí)通過對(duì)聚合物的表面修飾可以起到靶向作用2。在難溶性藥物、大分子藥物和基因治療藥物載體給藥方面,兩親性聚合物具有獨(dú)特的優(yōu)勢,納米級(jí)的粒徑以及親水性的外殼,使之不易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬,可阻止蛋白質(zhì)和細(xì)胞的吸附,因而能

6、在血液中長時(shí)間循環(huán)并保持穩(wěn)定,同時(shí)納米級(jí)的粒徑也使載藥在靶位表現(xiàn)出更好的生物膜穿透能力,作為藥物載體表現(xiàn)出比其他納米載體更為廣闊的發(fā)展前景325。收稿日期:2009209210;修回日期:2010203209;責(zé)任編輯:張士瑩基金項(xiàng)目:石家莊市科技局科技攻關(guān)項(xiàng)目(071007331A)作者簡介:史永利(19832),男,河北承德人,碩士研究生,主要從事新型藥物制劑方面的研究。通訊作者:尚青教授,E2mail:hebustsq© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserv

7、ed. 第3期史永利等兩親性丙烯酸酯聚合物的制備與結(jié)構(gòu)表征2611實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器和試劑馬爾文Zetasizer3000HSA型粒度分布儀(英國MALVERN公司提供);FTS2135型傅里葉紅外光譜儀(美國BIO2RAD公司提供);烷基酚聚氧乙烯醚(OP210乳化劑)、磺基琥珀酸酯鈉鹽(MS21乳化劑),均為市售工業(yè)純;甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、甲基丙烯酸(MAA),均為化學(xué)純;過硫酸鉀(K2S2O8),化學(xué)純。1.2丙烯酸酯聚合物的制備將乳化劑(OP210,MS21)、蒸餾水、40到裝有冷凝管、攪拌器和溫度計(jì)的250mL±2),滴加時(shí)間約為2.5h。滴加完畢

8、后于(82±2),本化學(xué)反應(yīng)見圖1。圖1聚丙烯酸酯聚合物的合成Fig.1Synthesisofpolyacrylatenanoparticles1.3聚合物表面羧基的測定采用pH值滴定的方法,用標(biāo)定好的0.100mol/L的NaOH溶液滴定聚合物乳液,記錄乳液pH值的變化,用NaOH溶液的體積對(duì)pH值作圖,根據(jù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)處NaOH溶液的體積按式(1)進(jìn)行計(jì)算,即可以得到羧基在聚合物表面的分布。-3x=×100%。n(COOH)(1)式中:V(NaOH)為滴定所用NaOH溶液的體積,單位為mL;n(COOH)為所取聚合物樣品中MAA的物質(zhì)的量;x為聚合物表面的羧基占聚合物中總MA

9、A的摩爾分?jǐn)?shù)。1.4聚合物結(jié)構(gòu)表征以KBr壓片,采用FTS2135型傅里葉紅外光譜儀對(duì)丙烯酸酯聚合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征;采用馬爾文Zeta2sizer3000HSA型粒度分布儀測定納米粒子的粒徑。1.5黏均相對(duì)分子質(zhì)量的測定取樣品0.250.30g,在25mL容量瓶中用N,N2二甲基甲酰胺(DMF)溶解。用移液管量取10mL該溶液于烏式黏度計(jì)中,在(30±0.1)的水浴缸中,恒溫10min后,測量溶液流過烏式黏度計(jì)兩刻度線的時(shí)© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights re

10、served. 262河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)2010年間。每次的時(shí)間差不得超過0.25s,取3次的時(shí)間平均值為t1,再用移液管量取5mL的DMF于烏式黏度計(jì)中,混合均勻后保溫一段時(shí)間,測定其時(shí)間為t2,依次再加入DMF5mL和10mL,分別測定時(shí)間為t3和t4。然后將該溶液倒出,清洗干凈后測定DMF純?nèi)軇┫侣涞臅r(shí)間t,從而計(jì)算其相對(duì)黏度和黏均相對(duì)分子質(zhì)量5。1.6競聚率的計(jì)算在確保轉(zhuǎn)化率小于10%的條件下,聚合反應(yīng)保溫在82左右反應(yīng)30min,將聚合物取出,加入約0.1g的2,62二叔丁基對(duì)甲酚,使活性鏈轉(zhuǎn)移終止,常溫下成膜。用甲醇洗滌過濾,獲得共聚物(此時(shí)共聚物的組成可以看成是以該投料比為瞬間單體

11、組成的反應(yīng)體系的共聚物微分組成)。2結(jié)果與討論2.1聚合物結(jié)構(gòu)分析從圖2、,圖譜中在1731cm-1處的峰為聚合物中CO鍵的伸縮振動(dòng)峰,表明帶有羰基的單體參與了聚合反應(yīng)。2.2聚合物粒度分布聚合物粒度分布通過馬爾文Zetasizer3000HSA型粒度分布儀測得,如圖3所示,其中d為粒徑。由圖3可知:聚合物粒子的數(shù)均粒徑為280nm,半峰寬為25nm,說明丙烯酸酯聚合物粒子粒度分布均勻且粒子細(xì)小。2.3聚合物羧基分布在乳液聚合過程中,功能性單體MAA都因親水而規(guī)矩地分布在聚合物粒子的表面,也有一部分未發(fā)生聚合反應(yīng)的MAA溶解分散在水相中,另有相當(dāng)一部分的MAA聚合后被大分子鏈包裹纏繞,埋在了聚

12、合物當(dāng)中6。而分布在聚合物表面的羧基對(duì)丙烯酸酯聚合物親水效果起著至關(guān)重要的作用,同時(shí)在聚合物分子中引入了親酯性較強(qiáng)的丙烯酸十二酯等單體作為聚合物的基本骨架,保證了聚合物具有一定的親酯效果。筆者通過pH值滴定來測定聚合物的羧基分布情況。采用標(biāo)定好的0.100mol/L的NaOH溶液對(duì)其進(jìn)行pH值滴定。其中溶解在水相中的MAA會(huì)發(fā)生完全電離,電離出氫離子和甲基丙烯酸根離子。因此,在用NaOH溶液滴定時(shí),H+會(huì)首先被OH-中和,所以在滴定的過程中出現(xiàn)pH值上升的階段。再繼續(xù)滴加NaOH溶液,OH-與聚合物表面的羧基(COOH)發(fā)生中和反應(yīng),這時(shí)乳膠粒表面的COOH越來越多地被中和成COO-,整個(gè)體系

13、的pH值會(huì)繼續(xù)增大。當(dāng)聚合物的羧基全部被中和以后,繼續(xù)往乳液中滴加NaOH溶液,體系中的OH-濃度逐漸增大,物質(zhì)的量逐漸增多,不再發(fā)生中和反應(yīng),體系的pH值增加得更快。綜上所述,對(duì)該乳液體系進(jìn)行pH值滴定時(shí),在pH值對(duì)NaOH體積的關(guān)系曲線上,必定存在著2個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)(等當(dāng)量點(diǎn))。通過實(shí)驗(yàn),得到了MAA的加入量為3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時(shí)聚合物羧基分布的研究曲線,如圖4所示。其橫坐標(biāo)是NaOH溶液的體積,縱坐標(biāo)是體系的pH值。由圖4可知,在滴定的過程中體系pH值變化的確存在2個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算,該體系pH值滴定的第1© 1994-2010 China Academic Journal Ele

14、ctronic Publishing House. All rights reserved. 第3期史永利等兩親性丙烯酸酯聚合物的制備與結(jié)構(gòu)表征263個(gè)等當(dāng)量點(diǎn)在NaOH溶液的體積為2.86mL處,對(duì)該等當(dāng)量點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,可以得到未發(fā)生聚合反應(yīng)而游離在水相中的MAA占體系中總量的6.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。而第2個(gè)等當(dāng)量點(diǎn)在NaOH溶液的體積為30.4mL處,經(jīng)計(jì)算得到聚合物表面羧基占50.75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))?？梢?43.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的MAA聚合后被聚合物大分子鏈包裹在殼層內(nèi)部。2.4黏均相對(duì)分子質(zhì)量當(dāng)聚合物溶液很稀時(shí),聚合物的相對(duì)黏度r和增比黏度sp可以按照式(2)和式(3)計(jì)算。(,r=t0

15、0sp-,i=1,2,3,4。t0(3)pVNaOH)的變化曲線4VariationcurveofpHwithV(NaOH)change式中:t1,t2,t3,t4分別為不同濃度的聚合物溶液下落的時(shí)間(s);t0為DMF下落的時(shí)間(s)。根據(jù)式(2)和式(3)可求出的比值sp/c和ln,用求得的sp和lnr與聚合物溶液相對(duì)濃度cr/csp/c和ln以及c作出標(biāo)準(zhǔn)曲線,c為橫坐標(biāo),和ln分別為縱坐標(biāo),得到2條直線。2條直線的截距r/csp/cr/c的平均值即特性黏度,由公式=kM可以推導(dǎo)出M,即聚合物的黏均相對(duì)分子質(zhì)量。純?nèi)軇┝鞒鰰r(shí)間分別為172.19,172.12,172.35s,平均值t0=

16、172.22s。表1不同濃度聚合物流出時(shí)間和黏度關(guān)系Tab.1Elutiontimeandviscosityofpolymerwithdifferentconcentration加入溶劑的量/mL第1次05510176.10175.15174.89174.53流出時(shí)間/s第2次176.05175.20174.77174.46第3次176.12175.40174.86174.33平均值176.09175.25174.84174.44r1.02251.01761.01521.0127sp0.02250.01760.01520.0127sp/c0.02250.02640.03040.0380lnr/

17、c0.01240.01110.01000.0078原始溶液濃度為c,為作圖方便,設(shè)原始溶液c=1mol/L。依次加入5,5,10mL,溶劑的相對(duì)濃)分別為2/3,1/2,1/3。以度(c和ln對(duì)sp/cr/cc作圖,作圖時(shí)可以在橫坐標(biāo)上以坐標(biāo)紙的12格作為原始溶液,則其他溶液就位于8,6,4格處,外推得到截距A。實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果和數(shù)據(jù)處理如表1所示。根據(jù)表1的數(shù)據(jù),用外推法作圖所得2條直線如圖5所示,外推至c=0處,可以得到A=0.01437,則=A/c0=1.065;由=kM,得lg=lgk+lgM,其中k=1.6×10-4,=0.706,繼而求得聚合物的黏均相對(duì)分子質(zhì)量M=2.6&#

18、215;105。2.5聚合物競聚率的計(jì)算二元共聚的共聚物組成方程式見式(4)。dM1/dM2=M1/M2×rij×M1+M2/rji×M2+M1。(4)圖5聚合物黏度與濃度的關(guān)系Fig.5Curveof2candln2csp/cr/c式(4)中:rij=k11/k12;rji=k22/k21。由一系列的二元共聚方程可以推導(dǎo)出三元共聚的組成方程829:© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 264河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)2010年dM1

19、dM2dM3=M1M1+M2/r12+M3/r13M2r21/r12M1/r21+M2+(5)M3/r23M3r31/r13M1/r31+M3+M2/r32。式(5)中:rij是共聚體系中的競聚率(i,j=1,2,3;ij);rij,rji是單體Mi與Mj共聚時(shí)的競聚率,三元共聚的競聚率是通過三組二元共聚體系的競聚率計(jì)算得到的829。從式(5)可知,若rij和rji已知,則可根據(jù)某一瞬間共聚體系中單體M1和M2的濃度,求出此時(shí)所形成的共聚物的組成。將式(4)重排可得到:rji=M1/M2dM2/dM1(1+M1rij/M2)-1(6)實(shí)驗(yàn)中有幾組單體配比M1/M2,將有對(duì)應(yīng)的幾組共聚物組成dM

20、1/dM2帶入式(6),就有幾條rji,rij直線rji,rij,2所示。由上述競聚率的值可知單體的相對(duì)活性為丙烯酸甲酯<丙烯酸乙酯<甲基丙烯酸,因此可以推測聚合物的結(jié)構(gòu)為三元嵌段結(jié)構(gòu)為表ratiosofdifferentmonomers單體配比M1/M2M1/M3M2/M3競聚率rijrji1.640.280.110.350.500.40注:M1為丙烯酸甲酯黏均相對(duì)分子質(zhì)量;M2為丙烯酸乙酯黏均相對(duì)分子質(zhì)量;M3為甲基丙烯酸黏均相對(duì)分子質(zhì)量。3結(jié)語利用乳液聚合反應(yīng)制備丙烯酸酯類聚合物納米載體,考察了聚合物表面羧基分布情況。表面羧基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.75%,水相中羧基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.1

21、%,包覆在聚合物內(nèi)部的羧基為43.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。用馬爾文Zetasizer3000HSA型粒度分布儀觀察制備出水乳劑的粒度分布,數(shù)均粒徑為280nm,半峰寬為25nm。通過黏度測定計(jì)算出聚合物黏均相對(duì)分子質(zhì)量為2.6×105。通過聚合物競聚率計(jì)算確定聚合物為三元嵌段共聚物。參考文獻(xiàn):1MONICALA,AFSANEHLA,GLENSK.AmphiphilicblockcopolymersfordrugdeliveryJ.JPharmSci,2003,92(7):134321355.2KIMSC,KIMDW,SHIMMH.Invivoevaluationofpolymeric2micellarpaclitaxelformulation:ToxicityandefficacyJ.JControlledRe2lease,2001,72(3):1912202.3尚青,鄭和堂,