本发明涉及聚合物合成,具体涉及一种聚合物的连续化制备方法和装置。
背景技术:
1、磷酸胆碱的结构起源于生物细胞膜。细胞膜表面被认为是蛋白质、细胞等生物因子相互作用的最佳表面,可溶于多种有机溶剂和水,含有磷酸胆碱基团的聚合物是医学、制药和生物工程应用的潜在材料之一,2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(mpc)因其具有优异的自由基聚合能力,以及易于可与其它单体共聚而被广泛用于磷脂聚合物的制备,聚合物表现出优异的抗凝血、高的细胞相容性、抵抗蛋白质吸附和细胞粘附的能力,广泛应用于医疗器械涂层领域。
2、甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)是一种非常有用的单体,化学结构中含有碳碳双键和环氧基团,可以与各种亲核试剂发生开环反应,例如胺基、羟基和羧基,是一种良好的高分子反应支架。
3、mpc-gma的自由基聚合可以通过许多方法实现,目前制备方法主要采用原子转移自由基聚合(atrp)(surasak chantasirichot,yuuki inoue,kazuhikoishihara.photoinduced atom transfer radical polymerization in a polar solventto synthesize a water-soluble poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)and its block-type copolymers[j].polymer,2015,61:55-60)和乳液搅拌聚合(li-pinglv,jian-ping xu.disulfide-crosslinked biomimetic micelles:formation,thiolreactivity and cytotoxicity behavior[j].macromolecular chemistry physics,2010,211:2292–2300)等方法可制备结构规整的聚合物,其聚合条件要求相对苛刻,很难进行工业化,传统的乳液聚合和溶液聚合反应条件也要保持反应体系的无水无氧,都是间歇性操作,反应时间较长,同时存在一定的安全风险。
技术实现思路
1、本发明针对mpc-gma共聚物的合成方法工艺繁琐、条件苛刻的问题,提供一种mpc-gma共聚物的连续化制备方法,采用连续流法进行共聚,通过不同流量控制聚合物中两种单体的比例,大幅度简化制备工艺,反应周期短,安全可控,可实现连续化生产。
2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
3、一种聚合物的连续化制备方法包括步骤:
4、步骤1,将mpc配制成溶液a;将gma配制成溶液b;将引发剂aibn溶解配制成溶液c,备用;
5、步骤2,在接收罐和反应管道中填充惰性气体,将溶液a和溶液b分别通过三维柱塞泵进入反应管道,在第一三通混合器处汇合形成混合液;将溶液c通过三维柱塞泵进入反应管道,与所述混合液在第二三通混合器处汇合形成反应液,反应液流入加热区反应管道,再流入接收罐内得到聚合产物,经提纯干燥的mpc-gma聚合物。
6、本发明中采用连续流法,使mpc和gma通过在微通道内混合后与aibn溶液在微通道内进行二次混合,通过调控流速比控制聚合物两种单体的含量,整个反应体系除氧非常方便,向反应管道内填充惰性气体即刻,操作简便,流程可控,反应原料间接触面大,安全性高。相较于传统的反应釜内反应具有简单高效、反应周期短,可连续化制备。
7、加热区反应管道的加热温度为60-80℃,反应液经过加热区反应管道的时间为5-10min。
8、步骤2中溶液a、溶液b和溶液c的流速各自为3-9ml/min。优选地,溶液a、溶液b和溶液c的流速一致。
9、步骤2中,在接收罐和反应管道中填充惰性气体的压力为0.2-0.8mpa。优选0.4mpa。
10、所述溶液a中mpc的浓度为1-3mmol·l-1,溶液b中gma的浓度为0.2-0.8mmol·l-1,溶液c中aibn的质量浓度为0.5-2wt%。
11、所述溶液a中mpc和溶液b中gma的摩尔浓度比在9:1~3:2之间
12、优选地,反应液中mpc和gma浓度为4:1。可通过不同流速控制反应液的单体摩尔比,制备含不同比例单体的聚合物用于涂层。
13、溶液c中aibn的质量浓度为溶液a中mpc和溶液b中gma总质量浓度的0.5-2%。
14、步骤1中溶液a、溶液b和溶液c采用的溶剂均为异辛醇。
15、所述三通混合器的通道内径为80-120μm;混合器中内径越小溶液混合的更均匀,反应管道为聚四氟乙烯管道,内径范围100-500μm。
16、步骤2中,产物提纯采用正己烷或无水乙醚、正己烷提纯三次,置于20-40℃下真空干燥箱干燥1h,以去除残留的有机溶剂。
17、所述接收罐内保持0.2-0.8mpa压力的惰性气体。所述惰性气体包括氮气或氩气等。
18、通过本发明的方法得到的mpc-gma共聚物数均分子量为58000-64000,产率为70-85%。反应速度快,产率和分子量可达到反应釜等传统容器相同水平。
19、本发明还提供一种聚合物的连续化制备装置,包括第一三维柱塞泵、第二三维柱塞泵、第三三维柱塞泵、第一三通反应器、第二三通反应器、接收罐、加热器和惰性气体瓶;
20、所述第一三维柱塞泵和第二三维柱塞泵并联连接反应管道,于第一三通反应器处汇合;
21、所述第一三通反应器和第第三三维柱塞泵并联连接反应管道,于第二三通反应器处汇合;
22、所述第二三通反应器通过加热区反应管道与接收罐和惰性气体瓶连接;
23、所述加热区反应管道处设有加热器。采用水浴或油浴加热,优选油浴加热,温度较为稳定。
24、优选地,所述加热区反应管道呈螺旋状分布。
25、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
26、本发明以微通道和三通反应器为基础,连续化制备mpc-gma共聚物,三股溶液在反应管道内充分混合后通过加热管道区域快速生成产物,所得的mpc-gma中各单体含量易于控制,反应设备除氧除水简便,无需间歇停止反应,工艺简单高效,安全性高,可连续化制备,且设备简单,成本低,具有非常重大的工业前景。
1.一种聚合物的连续化制备方法,其特征在于,包括步骤:
2.根据权利要求1所述的聚合物的连续化制备方法,其特征在于,加热区的加热温度为60-80℃,反应液经过加热区反应管道的时间为5-10min。
3.根据权利要求1所述的聚合物的连续化制备方法,其特征在于,步骤2中溶液a、溶液b和溶液c的流速各自为3-9ml/min。
4.根据权利要求1所述的聚合物的连续化制备方法,其特征在于,步骤2中,在接收罐和反应管道中填充惰性气体的压力为0.2-0.8mpa。
5.根据权利要求1所述的聚合物的连续化制备方法,其特征在于,所述溶液a中mpc的浓度为1-3mmol·l-1,溶液b中gma的浓度为0.2-0.8mmol·l-1,溶液c中aibn的质量浓度为0.5-2wt%。
6.根据权利要求1所述的聚合物的连续化制备方法,其特征在于,所述溶液a中mpc和溶液b中gma的摩尔浓度比在9:1~3:2之间
7.根据权利要求1所述的聚合物的连续化制备方法,其特征在于,所述三通混合器的通道内径为80-120μm;反应管道为聚四氟乙烯管道,内径范围100-500um。
8.根据权利要求1所述的聚合物的连续化制备方法,其特征在于,所述接收罐内保持0.2-0.8mpa压力的惰性气体。
9.一种聚合物的连续化制备装置,其特征在于,包括第一三维柱塞泵、第二三维柱塞泵、第三三维柱塞泵、第一三通反应器、第二三通反应器、接收罐、加热器和惰性气体瓶;
10.根据权利要求9所述的聚合物的连续化制备装置,其特征在于,所述加热区反应管道呈螺旋状分布。