专利名称：用于血液净化的聚苯乙烯-二乙烯苯微球的制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及高分子微球，具体地说是一种直径在60_100微米范围的 具有多孔、交联、高比表面积特点的聚苯乙烯一二乙烯基苯微球的制备方 法及此微球在血液净化中的应用。
背景技术：
高分子微球是一类重要的人工合成材料，在生化分离分析、食品加工、 医药工业、医疗卫生、环境保护、水处理、合成化学和石油化工等等领域 发挥重要的作用。高分子微球的制备方法有多种，经典方法包括悬浮聚合法、分散聚合 法、乳液聚合发法、沉淀聚合法等等，各种方法制备的微球的直径尺寸、 孔径分布和比表面积大小各不相同，微球直径的分散度也存在差异。引自 文献何炳林，黄文强；离子交换与吸附树脂；上海科技教育出版社，1995。在医疗领域，高分子微球由于具有高比表面积、适宜的直径尺寸分布、 稳定的机械强度、特异的表面性质等特点，可作为吸附介质用于对人体代 谢异常产生的某些物质的吸附和去除。根据此类应用的特点，要求所用的 高分子微球有较大的颗粒直径、较窄的粒径分散度、高的比表面积等特点。 引自文献李兰娟；人工肝脏；浙江大学出版社。制备上述医用高分子微球通常采用悬浮聚合方法，然而此法所得的微球 有尺寸分散度过大，使用前需要筛分，存在材料利用率不高的缺点。而一 种"种子乳液溶胀聚合"方法所制备的高分子微球具有较窄粒径分布的特 点，可制备粒径从几十到一百微米的微球，能满足医疗领域如血液净化的 需求。弓l自文南犬J.Ugelstad; T.Ellingsen; A,Berge et.al.;Advances in Colloid and Interface Sciences;1980，13，101:140 Swelling of Oligomer-Polymer Particle. New Method of Preparation of Emulsions and Polymer Dispersions 。本发明米 用种子溶胀乳液聚合方法，并通过聚合反应条件的控制和优化制备成功了 一种粒径在60-100，微米范围内的分散比较均匀的大直径窄分布的聚苯乙 烯一二乙烯基苯微球。此高分子微球材料应用于如胆红素去除等血液净化 领域，它对于重症肝病、肝硬化或新生儿高未结合胆红素血症患者代谢异 常产生的大量胆红素的去除或血液中其他有害物质的去除有良好的应用前 景。发明内容本发明目的在于提供一种直径在60 — 100微米、直径具有窄分布特征的聚苯乙烯一 二乙烯基苯微球的制备方法及应用于血液净化领域。一种用于血液净化的大直径窄分布聚苯乙烯-二乙烯基苯微球，所述的用于血液净化的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球直径在60 — 100微米范围且粒径 分布较窄，多孔比表面积为IOO—IOOO m7g，所述微球是以苯乙烯和二乙 烯苯为单体和交联剂，甲苯、乙苯、邻苯二甲酸脂类、正庚烷、正辛烷、 正庚醇或上述物质之间的混合物为致孔剂，采用种子乳液溶胀聚合方法制 备而成；所采用的种子微球为较大粒径(约6 —8微米)单分散聚苯乙烯微 球，具有线性不交联结构，可溶于苯乙烯、二乙烯基苯高分子单体溶液和 甲苯、丙酮、四氢呋喃等溶剂。将较大直径种子微球悬浊液与单体、交联剂和致孔剂所制备的乳浊液 一歩溶胀后聚合而成，其中种子与由单体、交联剂和致孔剂所组成的油相 的质量比在为1: 10 — 1: 200之间，溶胀所使用的搅拌速度为100 — 200 r.p.m，溶胀温度在20 — 40。C，溶胀时间为10_24小时，反应温度为60_ 95°C。所述的较大直径种子微球悬浊液中种子与溶液的质量比为1: 100至1:20。较大直径单分散聚苯乙烯种子微球的制备采用分散聚合方法，分散溶 剂为甲醇、乙醇，正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、 乙二醇甲醚等溶剂，或其与水按100: 0—80: 20的比例混和所得的溶液，所使用的单体为高纯度苯乙烯。所述乳浊液的油相与水相的体积比为1: IO — I: 2，并经超声乳化而得，油相由苯乙烯和交联剂二乙烯基苯单体以及致孔剂组成，水相由高分子稳定剂、乳化剂和水组成。油相中单体与致孔剂的质量比为30: 70 — 90: 10，单体与交联剂的质量比为95: 5 — 5: 95。水相中高分子稳定剂为聚乙 烯醇，乳化剂为十二烷基硫酸钠，聚乙烯醇分子量为20000 — 100000，聚乙 烯醇的水解度为80 — 90%，十二烷基硫酸钠在水相的质量体积分数为0. 05 一2%，聚乙烯醇占水相的质量分数为O. 1_40%。所述的分散聚合方法使用羟丙基纤维素为高分子稳定剂，Triton X-100为助稳定剂，过氧化苯甲酰为引发剂，引发剂占单体的质量百分数为 0.5_10。％。羟丙基纤维素分子量为10000 — 300000，稳定剂占整个分散聚 合体系的质量体积百分数为0. 1 — 50% (w/v)，助稳定剂Triton X-100占 反应体系的质量体积百分数为0—20% (w/v)，分散聚合反应时间为10_ 30小时。所述的较大直径聚苯乙烯-二乙烯基苯微球用于对溶液或血液中胆红 素的吸附和去除。本发明采用的技术方案为以种子乳液溶胀聚合方法，制备具有较大直径的聚苯乙烯一二乙烯苯 交联多孔高分子微球，所得微球用于血液净化对血液中胆红素的吸附和去除。制备方案包括较大直径聚苯乙烯种子微球的制备，以及较大直径聚苯 乙烯种子微球与苯乙烯、二乙烯基苯及致孔剂和水相构成的乳浊液的一步 溶胀后聚合两个阶段。使用的较大直径种子微球采用分散聚合方法制备，具直径分布均一的特点，种子直径在6 — 8微米范围内。该分散聚合反应所包含的反应组分 包含分散溶剂、反应单体、热引发剂、稳定剂和助稳定剂。制备种子的分散聚合方案所使用的溶剂为极性溶剂，包括甲醇、乙醇、 正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、乙二醇甲醚及其与 水的混和溶液。分散溶剂占反应体系体积百分数为60-98% (v/v)。醇类与 水的混和溶液中水的体积百分数为0 — 20% (v/v)。分散聚合所使用的反应单体为高纯度苯乙烯(〉99%)，单体苯乙烯占 反应体系的体积百分比为2 — 40% (v/v)。分散聚合所制备的较大直径聚苯乙烯种子微球具线性结构，不含支链 和交联结构的直链高分子聚合物。所制备的较大直径聚苯乙烯种子微球可 溶于苯乙烯、二乙烯基苯等单体溶液和甲苯、四氢呋喃、丙酮等溶剂之中。 分散聚合所制备的苯乙烯种子微球能吸收苯乙烯、二乙烯基苯单体或其结 构类似物以及其它脂溶性物质。分散聚合中所使用的热引发剂为过氧化苯甲酰，热引发剂相对于单体 的质量百分数为0.5 — 10%。分散聚合反应所使用的反应温度在50 —9(TC。分散聚合反应时间为 10 — 30小时。机械搅拌速度为50 —200 r. p.m.之间。分散聚合反应所使用的稳定剂为高分子稳定剂，如聚乙烯醇、聚乙烯 吡咯烷酮、聚丙烯酸、羟丙基纤维素等。羟丙基纤维素分子量为IOOOO — 300000。所用稳定剂占整个分散聚合体系的质量体积百分数为0.1 — 50% (w/v)。分散聚合反应所使用的助稳定剂为Triton X-35、 Triton X-100、 Aerosol OT-100等，所使用的助稳定剂占反应体系的质量体积百分数为0 —20% (w/v)。分散聚合制备的较大直径单分散聚苯乙烯种子经无水乙醇洗涤数次后 于4(TC真空干燥24小时后备用。较大直径聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球的制备是通过较 大直径聚苯乙烯种子微球吸收苯乙烯、二乙烯基苯单体、致孔剂和热引发 剂、高分子稳定剂、乳化剂所构成的乳液，并溶胀后在一定温度下热引发 聚合而成。苯乙烯、二乙烯基苯、致孔剂和热引发剂、高分子稳定剂、乳化剂构 成的乳液(以下简称为乳液)为由苯乙烯、二乙烯基苯单体、致孔剂和热 引发剂构成的油相与一定体积比的水相在一定功率超声波作用下超声乳化制备。乳液为体积比为1: 10 — 1: 2的油相和水相在超声作用下乳化而成， 水相由高分子稳定剂和乳化剂溶于水制备，其中高分子稳定剂为聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。聚乙烯醇分子量分布于10000 — 200000。聚乙烯醇的水 解度为80 — 90%。乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯基磺酸钠和十二 烷基磺酸钠。高分子稳定剂占水相溶液的质量体积百分数为0. 1_4%。乳 化剂占水相溶液的质量体积分数为0. 05 — 2%。油相由苯乙烯、二乙烯基苯、致孔剂和热引发剂组成。其中苯乙烯和 二乙烯基苯单体与致孔剂的质量比为30: 70 — 90: IO之间。所使用的单体 为高纯度苯乙烯，纯度不低于99%;所使用的二乙烯基苯单体是含量为80 %异构体混合物。致孔剂通常为甲苯、乙苯、正己烷、正庚垸、正辛烷、 正庚醇、邻苯二甲酸酯类或上述致孔剂之间不同体积比的混合物等。单体 中苯乙烯与二乙烯基苯的质量比为95: 5 — 5: 95之间。热引发剂为偶氮二 异丁氰或过氧化苯甲酰，热引发剂占单体的质量百分数为0. 5 —5%之间。乳液制备过程所使用的超声波功率为50—400W之间，超声时间为2 — 10秒之间，超声次数为20 — 80次之间。所使用的种子由一定质量的种子分散于一定体积的水相制备，所使用 的种子由前述方法所制备，所使用的水相与前面所述水相相同，种子与水相的质量比为1: IOO—I: 20之间。使用的种子质量由种子与前面所述油 相的质量比决定，通常质量比在1: IO — I: 200之间。种子与油相的质量 比不同将导致最后制备的单分散苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球 的直径的大小不同。溶胀微球是在一定的机械搅拌和一定的温度下将乳液加入到种子溶液 中溶胀一定的时间而制备。搅拌速度通常为100 — 200 r.p.m.之间，最好为 150 — 180 r.p.m.之间。溶胀温度为20—40°C，最好为25 — 35。C之间。溶 胀时间通常为10_30小时之间，最好为10_24小时之间。溶胀微球在一定温度下热引发聚合一定时间得到产物高分子微球，聚 合反应温度在60 — 95'C之间。聚合时间通常为10 — 30小时之间。所制备微 球依次用丙酮、四氢呋喃、乙醇洗涤数次，然后用无水乙醇索氏提取20 — 24小时，最后在40。C真空干燥24小时后备用。较大直径聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球(以下简称高分子微球)对溶液中胆红素的吸附过程是通过将高分子微球装填到一定体积 的固相萃取柱管中，然后将胆红素溶液在压力作用下通过高分子微球柱床。 通过紫外光谱法测定吸附后溶液吸光值，比较胆红素溶液吸附前后吸光值 变化情况评价吸附效果。所有操作在红光灯下进行或蔽光进行。本发明的优点制备的微球直径分散比较均匀； 一步溶涨过程简单，重复性好；制备 的微球用于对胆红素的去处具有柱压降低和较好的去处效果。
图1为聚苯乙烯种子微球扫描电镜照片；图2为苯乙烯一二乙烯基苯微球光学显微镜照片；图3为苯乙烯一二乙烯基苯高分子微球扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1较大直径聚苯乙烯种子微球的制备0. 5 g羟丙基纤维素、400 mg过氧化苯甲酰溶于30 mL无水乙醇和 12mL乙二醇甲醚的混合溶液中，然后加入8mL苯乙烯单体，在0_20 。C 温度下超声溶解得透明溶液，并用高纯氮气鼓泡置换氧气30min。在70 °C 和机械搅拌下(搅拌速度为150 r. p. m.)反应24小时，得到直径约为8微 米(如图1所示)的单分散聚苯乙烯微球。经乙醇数次洗涤后除去残留反 应物，得到纯净聚苯乙烯微球，在4(TC下真空干燥24小时后备用。 较大直径聚苯乙烯—二乙烯基苯交联多孔高分子微球的制备l.Og聚苯乙烯种子微球(直径约8um)均匀分散于10 mL含l^(w/w) 聚乙烯醇(分子量88000 — 97000，水解度87 — 89%)禾P 0. 2%十二烷基 硫酸钠的水溶液中，得到种子溶液。64 mg偶氮二异丁氰溶于6. 4 g致孔剂甲苯中，然后加入4. 0 g苯乙 烯和2.4 g 二乙烯基苯单体，混合均匀后加入60 mL含lX聚乙烯醇(分 子量88000 — 97000，水解度87_89%)和0. 2%十二烷基苯硫钠的水溶 液，得到油水分离的两相溶液，并在超声乳化(超声5秒，间隔5秒，重 复30次)下得乳浊液。将上述乳浊液在机械搅拌下(搅拌速度为200 r. p. m.)， 一次性加入上 述种子溶液中，于30 。C溶胀24小时，得到溶胀微球，继续升温至70。C， 反应24小时，得到具有较大直径约(如图2，图3所示)的苯乙烯一二乙 烯基苯交联多孔高分子微球，将得到的高分子微球用丙酮、四氢呋喃和无 水乙醇洗涤，以除去未反应物质和杂质，最后用乙醇索氏提取24小时，在 4(TC真空干燥24小时后备用。较大直径聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球用于对溶液中胆 红素的吸附胆红素溶液配制及吸光值测定10 mg胆红素，溶于2 mL 二甲基亚砜和1 mL 0. 1 M碳酸钠(经氮气 鼓泡除氧)溶液中，用50 mM的磷酸纳缓冲溶液(pH 7. 84)定容于至50 mL， 得到浓度为200mg/L的胆红素溶液，该溶液吸光值在438 nm处为3.8713。 较大直径聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球对胆红素的吸附-:75 mg单分散聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球装填于2.5mL固相萃取管中，取15 mL所配制的浓度为200 mg/ L的胆红素溶液，在 重力作用下通过高分子微球柱床，所得滤过液在438 nm处溶液吸光值为 3. 5063，经计算，所制备的微球对15 mL浓度为200 mg/ L的胆红素溶液中 胆红素去除率约为64. 42%。较大直径聚苯乙烯种子微球的制备1.0 g羟丙基纤维素、800 mg过氧化苯甲酰溶于60 mL无水乙醇和 24mL乙二醇甲醚组成的混合溶液中，然后加入16mL苯乙烯单体，在0_20 。C下超声溶解，得透明溶液，并用高纯氮气鼓泡除氧30min。升温至7(TC， 在机械搅拌下(搅拌速度为150 r. p. m)反应24小时，得到直径约为8 u m 的单分散聚苯乙烯微球。经乙醇洗涤数次后得纯净聚苯乙烯微球，在4(TC 下真空干燥24小时备用。较大直径聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球的制备 5. 0 g聚苯乙烯种子微球(直径约8微米)均匀分散于50 mL含l%(w/w) 聚乙烯醇(分子量88000 — 97000，水解度87—89%)和0. 2%十二烷基 硫酸钠的水溶液中，得种子溶液。320 mg偶氮二异丁氰溶于32 g致孔剂甲苯中，加入20 g苯乙烯单体 和12 g 二乙烯基苯单体，混合均匀后，加入300 mL含1%聚乙烯醇(分 子量88000 — 97000，水解度87—89。zO和0. 2%十二烷基苯硫钠的水溶 液，得到油水分离的两相溶液，并经超声乳化(超声5秒，间隔5秒，重 复30次)得乳浊液。在机械搅拌(搅拌速度为200 r.p.m)下，上述乳浊液一次性加入种子 溶液中，于30 "C溶胀24小时，得到溶胀微球，继续升温至7(TC，反应24 小时，得具较大直径的苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球。所得高 分子微球用丙酮、四氢呋喃和无水乙醇洗涤，以除去未反应物质和杂质， 最后用乙醇索氏提取24小时，在4(TC下真空干燥24小时后备用。较大直径聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球用于对溶液中胆 红素的吸附胆红素溶液配制及吸光值测定6 mg胆红素，溶于2 mL 二甲基亚砜和1 mL 0. 1 M碳酸钠溶液中(经氮气鼓泡除氧)，并用50 mM的磷酸纳缓冲溶液(pH 7.84)定容至50 mL， 得浓度为120 mg/ L的胆红素溶液，该溶液吸光值在438 nm处为3. 6414。 较大直径聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球对胆红素的吸附 75 mg聚苯乙烯一二乙烯基苯交联多孔高分子微球装填于2. 5 mL固相萃取管中，取15 mL所配制的浓度为120 mg/L的胆红素溶液，在自身重力下通过高分子微球柱床层，所得滤过溶液在438 nm处的溶液吸光值为3. 0489。经计算，所制备的微球对15 mL浓度为120 mg/L的胆红素溶液中胆红素的去除率约为69. 25%。
权利要求
1、一种用于血液净化的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的制备方法，其特征在于以大直径单分散聚苯乙烯微球为种子，以苯乙烯和二乙烯基苯为单体和交联剂，在致孔剂存在的情况下，于水相乳浊液中采用种子乳液溶胀聚合方法经一步溶胀后聚合而成；种子与由单体、交联剂和致孔剂所组成的油相的质量比在为1∶10-1∶200，油相中单体、交联剂与致孔剂质量比为30∶70-90∶10之间，单体与交联剂的质量比为95∶5-5∶95之间；所得的用于血液净化的大直径窄分布多孔聚苯乙烯-二乙烯基苯微球直径在60-100微米范围内，比表面积为100-1000m2/g之间。
2、 按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述种子微球为单分散聚苯乙烯种子微球，其直径尺寸是6 — 8微米。
3、 按照权利要求2所述的种子微球，其特征在于所述单分散聚苯乙 烯种子微球的制备采用分散聚合方法，分散溶剂为甲醇、乙醇，正丙醇、 正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、乙二醇甲醚或及其与水按照 比例在100: 0至80: 20之间比例的混和溶剂，所使用的单体为高纯度苯
4、 按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述分散聚合方法 使用分子量10000 — 300000的羟丙基纤维素为高分子稳定剂，Triton X-100 为助稳定剂，过氧化苯甲酰为引发剂；稳定剂占整个分散聚合体系的的质 量体积百分数为0. 1%—50% (w/v)，助稳定剂Triton X-100占反应体系 的质量体积百分数为0 — 20% (w/v)，引发剂占单体的质量百分数为O. 5 — 10%;聚合反应温度为50 — 9(TC之间，聚合反应时间为10 — 30小时。
5、 按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述溶胀所使用的 搅拌速度为100 — 200 r.p.m.之间，溶胀温度在20 —4(TC之间，溶胀时间 为10 — 24小时之间，聚合反应温度为60 — 95"C之间，聚合反应时间通常为 10 — 30小时之间。
6、 按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述乳浊液为体积比为1: 10 — 1: 2之间的油相和水相在超声作用下乳化而制备，油相由单 体苯乙烯、交联剂二乙烯基苯和致孔剂组成，水相中含有高分子稳定剂和乳化剂，使用的高分子稳定剂为聚乙烯醇，乳化剂为十二垸基硫酸钠，聚乙烯醇分子量分布于20000 — 100000之间， 聚乙烯醇的水解度为80 — 90%之间，十二垸基硫酸钠占水相的质量体积分数在0.05 — 2%之间，聚乙烯醇占水相的质量分数为0. 1_4%。
7、 按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述种子微球悬浊液是由种子微球经超声分散于水相中而成，种子微球悬浊液中种子与溶液的质量比为1: 100—1: 20之间，水相与权利要求6中所述的水相具有相同的组成。
8. 按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述致孔剂为甲苯、 乙苯、邻苯二甲酸脂类、正庚烷、正辛烷、正庚醇中的一种或一和中以上 混合物。
全文摘要
本发明提供一种制备直径在60-100微米之间的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球的方法及将此种微球用于血液净化。所制备的高分子微球采用种子乳液溶胀聚合方法合成，所使用的种子微球是直径为6-8微米的较大直径线性聚苯乙烯微球，所使用的单体和交联剂分别为苯乙烯、二乙烯基苯。所使用的致孔剂为甲苯、乙苯、邻苯二甲酸脂类、正庚烷、正辛烷、正庚醇或上述物质之间的混合物。所制备的高分子微球用于血液净化用于去处胆红素。所制备的微球具有交联多孔、高比表面积(比表面积在100-1000m<sup>2</sup>/g范围内)，稳定的机械强度等特点，制备过程产率高，用于血液净化，对胆红素的吸附具有吸附柱压降小、去除率高等特点。
文档编号B01J13/14GK101612543SQ20081001201
公开日2009年12月30日 申请日期2008年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者于志远, 吴仁安, 邹汉法 申请人:中国科学院大连化学物理研究所