含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物及其合成方法

摘要

含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物及其合成方法，涉及嵌段共聚物。所述含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物，记为PEG-b-P(POSS-co-DEA)。合成方法：将聚乙二醇单甲醚、缚酸剂溶于溶剂中得聚乙二醇单甲醚溶液，在冰浴条件下，将2－溴代异丁酰溴溶于溶剂中再滴入聚乙二醇单甲醚溶液中反应后，撤去冰浴，再在常温条件下反应，将所得到的溶液用透析膜透析后，冻干，即得大分子引发剂；将所得大分子引发剂、第二单体、第三单体溶于溶剂中，经连续冻融脱气并在氩气氛下加入催化剂后，再继续冻融脱气并充入氩气后密封反应，再液氮冷冻，所得产物通过中性氧化铝柱子除去催化剂后，浓缩，沉淀，干燥，即得嵌段共聚物。

说明书

技术领域

本发明涉及嵌段共聚物，尤其是涉及一种含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物及其合 成方法。

背景技术

笼型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是近年来出现的一种新型有机-无机杂化材料，POSS 经典的结构式为(RSiO_1.5)n(n≥4，R＝H、烷基、芳基或其他有机官能基团)，介于二氧化硅(SiO₂) 和硅树脂(R₂SiO)n之间。其笼型骨架具有良好的尺寸稳定性及耐热性，有机取代基也具有可 设计性。通过设计POSS的取代基，使其与不同性质的单体共聚，可以合成结构和性能丰富的 嵌段共聚物。

双亲性共聚物是一类在选择性溶剂中，能够发生微相分离，从而形成自组装结构的聚合 物。其自组装形成丰富的形态，如线形、球形、囊泡状、层状等，且具有较好的可控性，因 而一直是高分子领域的研究热点。目前合成双亲嵌段共聚物主要方法为可控/活性聚合，可实 现分子设计的可控性。

多面体齐聚倍半硅氧烷(POSS)中硅氧形成笼形结构，可通过分子设计，将POSS引入到聚 合物中，制备POSS基聚合物。为了利用其诸多的优异特性，已经有许多人在POSS基嵌段共 聚物的合成上做了大量的研究工作。WZhang等(WZhang,BFang,AWalther,AHE Müller.Macromolecules,2009.42.2563-2569.)使用氨基POSS合成了一种带POSS的三硫酯 链转移剂，加入丙烯酸合成一种包含POSS双亲性聚合物，并研究了其在水中自组装行为； HussainH等(HussainH,TanBH,SeahGL,etal.Langmuir,2010,26(14):11763- 11773.)选用双官能度引发剂，采用原子转移自由基聚合(ATRP)方法，合成了聚甲基丙烯酰 氧丙基POSS-聚乙二醇-聚甲基丙烯酰氧丙基POSS(P(MA-POSS)-b-PEG-b-P(MA-POSS))ABA型 嵌段聚合物。

聚甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(PDEA)是研究与应用得较为广泛的水溶性高分子之一，由 于其叔胺基团的存在,PDEA是一种同时对溶液pH、温度敏感的双重刺激响应性高聚物。Zeng J等(ZengJ,DuP,LiuP.RSCAdvances,2013,3(42):19492-19500.)选用聚乙二醇大 分子引发剂、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEA)以及交联剂采用一锅法合成了核交联的聚合 物，并研究了聚合物胶束的药物释放。

单纯依靠PEG和POSS共聚得到的嵌段共聚物或无规共聚物在水溶液自组装形成的纳米胶 束，由于缺乏响应性，无法作为药物的运输及控制释放的载体。另一方面单纯依靠DEA或者 其他响应性的物质和PEG共聚得到嵌段共聚物或无规共聚物在水溶液自组装形成的纳米胶 束，由于形成胶束的高分子链间隙导致药物在体内运输过程中无法避免的出现泄漏。本发明 合成的嵌段共聚物既具有响应性，同时又由于POSS基团的笼型结构可以降低药物在体内运输 过程中泄露的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具温敏性和pH响应性的含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚 物及其合成方法。

所述含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物，记为PEG-b-P(POSS-co-DEA)，其结构式 如下：

其中，R＝CH₃或H；R₁＝CH₃，C₂H₅或CH(CH₃)₂。

所述含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物的合成路线如下：

1)大分子引发剂PEG-Br的制备

2)PEG-b-P(POSS-co-DEA)的合成

其中，R＝CH₃或H；R₁＝CH₃，C₂H₅或CH(CH₃)₂；m＝135。

所述含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物的合成方法，包括以下步骤：

1)大分子引发剂的合成

将聚乙二醇单甲醚、缚酸剂溶于溶剂中得聚乙二醇单甲醚溶液，在冰浴条件下，将2－ 溴代异丁酰溴(BiBB)溶于溶剂中再滴入聚乙二醇单甲醚溶液中反应后，撤去冰浴，再在常温 条件下反应，将所得到的溶液用透析膜透析后，冻干，即得大分子引发剂，呈白色粉末；

在步骤1)中，所述聚乙二醇单甲醚的平均分子量可为600、1000、2000、5000；所述缚 酸剂可选自三乙胺、吡啶等中的一种；所述溶剂可选自重蒸二氯甲烷、甲苯等中的一种；所 述将2－溴代异丁酰溴(BiBB)溶于溶剂中再滴入聚乙二醇单甲醚溶液中反应的时间可至少 2h；所述在常温条件下反应的时间可至少24h；所述透析可将反应溶液在去离子水中透析48h。

2)嵌段共聚物的合成

将步骤1)得到的大分子引发剂、第二单体、第三单体溶于溶剂中，经连续冻融脱气并在 氩气氛下加入催化剂后，再继续冻融脱气并充入氩气后密封反应，再液氮冷冻，将所得的产 物通过中性氧化铝柱子以除去催化剂后，浓缩，沉淀，干燥，即得含POSS结构的有机无机杂 化嵌段共聚物，呈淡黄色粉末。

在步骤2)中，所述第二单体可选自甲基丙烯酰氧丙基七异丁基笼形倍半硅氧烷(MAPOSS)、 丙烯酰氧丙基七异丁基笼形倍半硅氧烷(APOSS)等中的一种；所述第三单体可选自甲基丙烯酸 二乙基氨基乙酯(DEA)、甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、2-(二异丙基氨基)甲 基丙烯酸乙酯(DPA)等中的一种；所述溶剂可选自重蒸四氢呋喃、甲苯等中的一种；所述经 连续冻融脱气后聚合，可经连续冻融脱气3～5次后在氩气保护下聚合；所述反应的温度可为 60～70℃，反应的时间可至少24h；所述沉淀可采用无水乙醚作为沉淀剂反复沉淀2次；所 述干燥可采用真空干燥。

所述大分子引发剂、第一单体、第二单体的摩尔比可为(10～20)∶(50～100)∶(150～ 300)。

本发明选用不同分子量的聚乙二醇单甲醚合成大分子引发剂PEG-Br，以甲基丙烯酰 氧丙基POSS和甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEA)作为共聚单体，利用ATRP聚合，成功合成 了含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物PEG-b-P(POSS-co-DEA)。

本发明的目标产物为含POSS结构的双亲性嵌段共聚物，且疏水嵌段为含POSS侧基的丙烯 酸酯嵌段，亲水嵌段为聚乙二醇单甲醚。其中甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEA)、甲基丙烯 酸-N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯(DPA)随着pH值或温 度变化改变其亲疏水性，体现出温度或pH响应性。该反应采用ATRP聚合法，可控性好，可以 较简便地合成有机-无机杂化的嵌段共聚物。

附图说明

图1为大分子引发剂mPEG-Br的¹HNMR谱图。在图1中，横坐标为化学位移 chemicalshift(ppm)。

图2为含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物，记为PEG-b-P(POSS-co-DEA)的¹HNMR 谱图。在图2中，横坐标为化学位移chemicalshift(ppm)。

图3为大分子引发剂mPEG-Br的红外光谱谱图。在图3中，横坐标为波数。

图4为含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物，记为PEG-b-P(POSS-co-DEA)的红外光 谱谱图。在图4中，横坐标为波数。

具体实施方式

本发明是一种含POSS结构的有机无机杂化嵌段共聚物的合成方法。具体实施方式由以下 实施例详细给出，但本发明不限于以下实施例；本发明可在其它更广的方面解释，不受这些 实施例的限制。

实施例1

将6gPEG，2.2gTEA溶于20ml的DCM中。用冰浴将反应体系冷却至0℃。滴加0.198ml 的BiBB和2ml的DCM混合溶液。滴加后撤去冰浴使体系升至室温，继续反应24h。反应溶 液在去离子水中透析48h后冻干，得到白色粉末PEG-Br。相应的¹HNMR谱图如图1所示， IR谱图如图3所示。

称取0.4315g步骤(1)得到的大分子引发剂、量取0.233g第二单体MAPOSS、0.15mL第三 单体DEA、0.015g配体2，2'－联吡啶(Bpy)溶于1.5mL四氢呋喃中。即按计量比配制 PEG-Br∶MAPOSS∶DEA＝1∶5∶15四氢呋喃溶液体系，经连续冻融脱气3～5次后氩气保护下 加入0.007gCuBr催化剂，再继续连续冻融脱气3～5次，反应在65℃聚合。反应固定时间 后液氮猝冷停止反应，反应样品通过中性氧化铝柱子以除去催化剂。选择无水乙醚为沉淀剂 反复离心沉淀2次，真空干燥得到淡黄色嵌段共聚物粉末。相应的¹HNMR谱图如图2所示， IR谱图如图4所示。

实施例2

步骤1反应时间为36h，其余同实施例1。

实施例3

步骤2配制PEG-Br∶MAPOSS∶DEA＝1∶3∶15四氢呋喃溶液体系，其余同实施例1。

实施例4

步骤2配制PEG-Br∶MAPOSS∶DEA＝1∶7∶15四氢呋喃溶液体系，其余同实施例1。

实施例5

步骤2配制PEG-Br∶MAPOSS∶DEA＝1∶9∶15四氢呋喃溶液体系，其余同实施例1。

实施例6

步骤2反应时间为36h，其余同实施例1。

实施例7

步骤2反应在70℃聚合，其余同实施例1。

实施例8

步骤2配制PEG-Br∶MAPOSS∶DMAEMA＝1∶7∶15四氢呋喃溶液体系，其余同实施例1。

实施例9

步骤2配制PEG-Br∶MAPOSS∶DPA＝1∶7∶15四氢呋喃溶液体系，其余同实施例1。