專利名稱：側鏈帶有酸、堿基團的兩性聚氨酯及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一類側鏈帶有酸、堿基團的兩性聚氨酯及其制備方法。這類兩性聚氨酯在酸、堿介質(zhì)中均能形成穩(wěn)定的納米水分散液。
現(xiàn)有的兩性聚氨酯化合物，可歸納為兩種類型一種為聚氨酯-尿-聚胺型。
這種聚氨酯-尿-聚胺型兩性聚氨酯是通過二亞乙基三胺結構單元把聚醚型聚氨酯連接起來形成的，其結構為～A-R1-A-R2～其中R1，R2無規(guī)排列在大分子鏈上。A，R1，R2結構為A
R1
R2
R3烷基 R′2-CH2CH2CH2SO3，或-CH2CH2COOHR4
或
這種兩性聚氨酯的制備方法，其工藝過程主要包括反應、中和、擴鏈、蒸出溶劑。較為詳細地說，是把聚醚二醇、甲苯二異氰酸酯溶解在苯中，在80℃下反應得到端基為-NCO的予聚物，再將該予聚物滴加到二亞乙基三胺的丁酮溶液中，在10℃下反應得到聚氨酯-尿-聚胺型化合物，然后50℃下加入1，3-丙烷磺內(nèi)酯，反應2小時后，加入水，于50℃下蒸出苯和丁酮，即制得產(chǎn)物；或加入丙烯酸酯類單體，于70℃反應后，加入NaOH水溶液，再蒸出溶劑。
第二種類型的兩性聚氨酯的制備則是采用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，二羥甲基丙酸(DMPA)及聚醚二醇反應制備出端-NCO基的陰離子型聚氨酯予聚體，然后用N-甲基二乙醇胺(MDEA)擴鏈，所制備的兩性聚氨酯是由MDEA單元連接的陰離子聚氨酯鏈段，結構示意如下
B
式中C*、D無規(guī)排列在分子鏈上C*
D
R6為烷基R5
第二種類型的兩性聚氨酯的制備方法，其工藝過程主要包括聚陰離子予聚體的制備，胺基化合物的擴鏈，堿中和，再擴鏈，蒸溶劑。較為詳細敘述是在乙酸乙酯溶劑中加入異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚醚二醇、二羥甲基丙酸(DMPA)、二月桂酸二丁基錫，于80℃反應，然后再加入N-甲基二乙醇胺(MDEA)和乙酸乙酯，反應后加入三乙胺、水及擴鏈劑，蒸出乙酸乙酯，得到產(chǎn)物。
上述的兩種兩性聚氨酯，都是基于作為工業(yè)涂料，織物整理劑為目的而開發(fā)的，因此，從原料到分子結構設計以及產(chǎn)物的性能，都不適于作為生物大分子的載體。其主要原因，一方面是所采用的原料中二亞乙基三胺、三乙胺及催化劑均有較大的毒性；另外在分子結構上堿性基團(氨基)都連接在主鏈上，使得上述兩種兩性聚氨酯只能在堿性介質(zhì)中形成穩(wěn)定的水分散液，而不易在酸性介質(zhì)中形成穩(wěn)定的水分散液，并且產(chǎn)品易變色。
本發(fā)明的目的在于提供一類側鏈帶有酸、堿基團的兩性聚氨酯及其制備方法，這種兩性聚氨酯在酸、堿條件下均能形成穩(wěn)定的納米水分散液。所述的兩性聚氨酯，它是蛋白質(zhì)、基因、多肽、多糖等生物大分子的優(yōu)良載體，它也是較為理想化簡單化的蛋白質(zhì)模型化合物；它還是一種包含高分子超分子自組裝過程中多種信息的大分子自組裝的模型化合物；所述的制備方法及采用原料無毒，制備過程穩(wěn)定可靠。
為了達到上述目的，本發(fā)明通過下述技術方案加以實現(xiàn)。由二異氰酸酯、聚醚或聚酯二醇、帶酸、堿基團的小分子二醇或胺，經(jīng)一步法反應后，用酸或堿中和及用丁二醇擴鏈，隨后蒸出溶劑制取(I)式所示的兩性聚氨酯化合物；I
式中
R5
E
R為烷基F
或
式中C*，E，F(xiàn)無規(guī)排列在分子鏈上。
或者由二異氰酸酯、聚醚或聚酯二醇，帶酸、堿基團的小分子二醇或胺，先分別制備出帶有-NCO端基的陰離子型聚氨酯和帶有端-OH基的陽離子型聚氨酯，然后兩種予聚體進行反應，再用酸或堿中和，蒸出溶劑，制得(II)式所示的兩性聚氨酯化合物。II～G-H-G-H～式中G
R5，C*，E同上。H
R5，F(xiàn)，E同上，F(xiàn)，E無規(guī)排列，C*、E無規(guī)排列其特征在于兩種化合物，其中堿性基團[-N(CH3)2]連接在分子鏈的側鏈上；(II)式所示的化合物是由氨酯鍵(-NHCOO-)把帶有-NCO端基的陰離子型聚氨酯和帶有端-OH基的陽離子型聚氨酯交替連接構成嵌段大分子鏈；上述的兩種化合物均能在酸、堿介質(zhì)中形成20～200nm的水分散液，上述兩種化合物的制備方法，特征在于采用的帶有堿性基團的小分子單體是3-二甲氨基-1，2-丙二醇，或者是3-二甲氨基丙胺。
下面對本發(fā)明作詳細說明。
對本發(fā)明的兩種聚氨酯的結構進行分析，可得出如下三點結論。
第一，它們的分子鏈上具有親水的酸、堿基團和疏水的聚醚或聚酯鏈段，這表明它們是一種較理想的蛋白質(zhì)模型化合物；第二，它們的分子間包含著氫鍵、離子鍵和親水/疏水作用，能夠反映出高分子自組裝的主要作用力，說明它們是一種高分子自組裝極限功能材料的理想模型；第三，由于在側鏈上連接有酸、堿官能團，能在酸、堿介質(zhì)中形成穩(wěn)定的納米水分散液，能夠通過氫鍵、離子鍵及親水/疏水作用與生物大分子有效組合，從而可成為生物大分子的優(yōu)良載體。
本發(fā)明采用的原料二異氰酸酯，主要是異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，其它類型的二異氰酸酯如甲基二異氰酸酯、甲基二苯基二異氰酸酯、環(huán)乙烷-1，4-二異氰酸酯等均可使用；所采用的聚醚或聚酯二醇類主要是聚己內(nèi)酯二醇，聚環(huán)氧丙烷二醇、乙二酸乙二醇聚酯二醇、聚氧化四亞甲基等；所采用的帶有酸性基團的單體，主要是二羥甲基丙酸(DMPA)和二羥甲基丁酸等；所采用的帶有堿性基團的單體，主要是3-二甲氨基-1，2-丙二醇(DAP)，或者是3-二甲氨基丙胺(DMAPA)；所采用的擴鏈劑是1，4-丁二醇；酸、堿中和劑可采用鹽酸、醋酸、氫氧化鈉；采用乙酸乙酯與N-甲基-2-吡咯烷酮為共溶劑。
采用上述原料，制備第(I)式所示的化合物的過程，主要包括一步法反應，酸或堿中和，擴鏈、蒸出溶劑。一步法反應就是將二異氰酸酯、聚醚或聚酯二醇、帶酸、堿基團的小分子單體投入反應器中，在70-80℃下反應制取兩性聚氨酯。然后用鹽酸或NaOH中和，再用丁二醇擴鏈、蒸出溶劑；制備(II)式所示化合物，同樣采用上述原料，其主要過程包括，分別制備兩種予聚體，然后進行兩予聚體的反應，再用酸或堿中和，最后蒸出溶劑。
在制備上述兩種化合物的過程中，掌握合適的投料比例，對把握產(chǎn)品的質(zhì)量與性能是十分關鍵的。聚醚或者是聚酯二醇的投料比例對產(chǎn)物性能有較大影響。當-NCO/OH比例一定時，聚醚二醇投料量越大，產(chǎn)物分子量越大，但親水性下降，產(chǎn)物在酸、堿介質(zhì)中形成的分散液粒徑增大。但若聚醚二醇含量過低，即產(chǎn)物大分子鏈上-COOH和-N(CH3)2基團密度較大，分子內(nèi)鹽鍵增多，大分子鏈的剛性太強，對其使用性有影響。酸或堿性基團越多，越易形成穩(wěn)定的納米水分散液，且粒徑變小。而DMPA與DAP(或DMAPA)的投料比例將影響產(chǎn)物的等電點，進而影響產(chǎn)物在不同pH介質(zhì)中的流變性、粒徑大小及粒徑分布。因為兩性聚氨酯具有兩性聚電解質(zhì)的性質(zhì)，其等電點的高低直接影響其水分散液的性質(zhì)，DMPA量越大，則越易在堿性介質(zhì)中分散，DAP量越大，則越易在酸性介質(zhì)中分散。而在第II類化合物中，不僅上述因素影響產(chǎn)物性質(zhì)，而且兩種嵌段(聚陰離子與聚陽離子鏈段)的長度對產(chǎn)物的水分散液的粒徑大小、粒徑分布、流變性等也有較大影響。
本發(fā)明的兩性聚氨酯，由于不采用有毒的二亞乙基三胺，三乙胺、催化劑等原料，因此產(chǎn)物無毒，且能在酸、堿介質(zhì)中形成納米級的水分散液，可做生物大分子的載體，以及靶向藥物的載體。
下面再以實施例對本發(fā)明加以進一步說明。
實施例1在一圓底燒瓶中加入0.1mol的DMPA，分子量為1000的聚醚二醇0.05mol，N-甲基-2-吡咯烷酮4克，40克的乙酸乙酯，然后加熱到90℃，待DMPA完全溶解后，80℃下加入0.1mol的DAP、0.3mol的IPDI和40克乙酸乙酯，85℃下反應3小時。50℃以下加入a0.1molHCl和水600克；或b0.1mol的NaOH和水600克。反應半小時后，加入0.05mol的1，4-丁二醇，50℃下反應半小時，蒸出溶劑，即制得I型結構的無規(guī)兩性聚氨酯水分散液，粒徑在100nm以下。所得到的兩性聚氨酯水分散液均是一種透明液體，久置不變色，且穩(wěn)定性好。
可以改變聚醚二醇，DMPA、DAP的比例，制得不同組分含量的I型結構無規(guī)兩性聚氨酯。
實施例2同實施例1。只是用DMAPA替代DAP?？芍频昧硪环N組成的I型結構無規(guī)兩性聚氨酯納米水分散液。
實施例3在一圓底燒瓶中，加入0.1mol的DMPA，0.025mol的聚醚二醇(分子量1000)，4克NMP，40克乙酸乙酯，加熱到90℃，待DMPA完全溶解后，降溫至70℃，加入0.15mol的IPDI和40克乙酸乙酯，85℃下反應2小時，得預聚物A。
在另一圓底燒瓶中加入DAP 0.1mol，聚醚二醇(M＝1000)0.025mol，乙酸乙酯60克，IPDI 0.1mol，80℃下反應2小時，制得預聚體B。然后將預聚物A緩慢加入到燒瓶中，80℃下反應1小時。降溫至50℃，加入含有0.1molHCl的水或含有0.1molNaOH的水600克，蒸發(fā)掉溶劑，即制得II型結構的嵌段兩性聚氨酯納米水分散液。分散液透明，貯存穩(wěn)定性良好。
可以改變預聚體A、B中DMPA、多元醇、DAP的比例，制得不同組分含量的各種II型結構嵌段型兩性聚氨酯，調(diào)節(jié)加入的水量，可得不同固含量的兩性聚氨酯水分散液。
實施例4制備過程同實施例3，不同的是將DAP換成DMAPA，制備嵌段兩性聚氨酯納米水分散液。
實施例5制備過程同實施例1，不同的是不加中和劑和水，即在加入IPDI反應3小時后加入擴鏈劑1，4-丁二醇和乙酸乙酯，然后將反應產(chǎn)物倒出，干燥，除去溶劑，得固態(tài)無規(guī)兩性聚氨酯，粉碎研磨成粉。所得粉末兩性聚氨酯能夠分散在含有一定HCl或NaOH的水溶液中，形成一定固含量的兩性聚氨酯納米水分散液。該過程可獲得更純凈的兩性聚氨酯，且宜于貯存和運輸。
實施例6制備過程同實施例3。不同的是預聚體A與B反應1小時后不進行中和，而是取出產(chǎn)物，蒸發(fā)出溶劑，得固態(tài)嵌段兩性聚氨酯，研磨成粉末，在乙醇中萃取后，所得粉末能分散在HCl或NaOH的水溶液中，形成不同濃度的水分散液。
權利要求
1.一種側鏈帶有酸、堿基團的兩性聚氨酯及其制備方法，它是由二異氰酸酯，聚醚或聚酯二醇，帶酸、堿基團的小分子二醇或胺，經(jīng)一步法反應后，用酸或堿中和，再用丁二醇擴鏈，隨后蒸出溶劑，便制取結構如(I)式所示的無規(guī)兩性聚氨酯的納米水分散液，
式中
E
R為烷基F
或
式中C*，E，F(xiàn)無規(guī)排列在分子鏈上?；蛘呤遣捎枚惽杷狨ィ勖鸦蚓埘ザ?，帶酸、堿基團的小分子二醇或胺，先分別制備帶有-NCO端基的陰離子型聚氨酯和帶有-OH端基的陽離子型聚氨酯予聚體，然后兩予聚體反應，再用酸或堿中和，最后蒸出溶劑，便制取(II)所示的嵌段兩性聚氨酯的納米水分散液。II～G-H-G-H～式中G
R5，C*，E同上。H
R5，F(xiàn)，E同上，F(xiàn)，E無規(guī)排列，C*、E無規(guī)排列其特征在于在兩種化合物的分子鏈上，其中堿性基團[-N(CH3)2]連接在大分子鏈的側鏈上；(II)式所示的兩性聚氨酯是由氨酯鍵(-NHCOO-)把帶有-NCO端基的陰離子型聚氨酯和帶有-OH端基的陽離子聚氨酯交替連接構成嵌段型大分子；兩種類型的兩性聚氨酯均能在酸、堿介質(zhì)中形成穩(wěn)定的20～200nm的水分散液；制備中采用的帶有堿性基團的小分子二醇或胺是3-二甲氨基-1，2丙二醇，或者是3-二甲氨基丙胺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一類側鏈帶有酸、堿基團的兩性聚氨酯及其制備方法。兩性聚氨酯由二異氰酸酯,聚醚或聚酯二醇,二羥甲基丙酸和3－二甲氨基－1,2－丙二醇(DAP)或3－二甲氨基丙胺(DMAPA)為原料制備的,具有無規(guī)和嵌段兩種類型。兩種兩性聚氨酯在酸、堿介質(zhì)中均能形成穩(wěn)定的20～200nm的水分散液,它們的制備關鍵技術是采用了DAP或DMAPA為提供堿性基團的單體。這類兩性聚氨酯納米水分散液可做生物大分子及靶向藥物載體。
文檔編號C08G18/72GK1260356SQ00100680
公開日2000年7月19日 申請日期2000年1月27日 優(yōu)先權日2000年1月27日
發(fā)明者董岸杰, 孫多先 申請人:天津大學