專利名稱：聚合物珠粒的制備方法
聚合物珠粒的制備方法本發(fā)明涉及一種聚合物材料，其特征為具有可預先確定的孔徑，該 孔徑可獲得一種窄的尺寸分布，這是通過在聚合物材料中使用犧牲性填 充材料而產(chǎn)生的(圖1)。本發(fā)明還涉及制備具有預先確定尺寸的球形 或近似球形的珠粒(或樹脂)材料的方法。此外，本發(fā)明涉及所述聚合物材料在化學品、金屬離子、無機化合物、藥物、肽、蛋白質(zhì)、DNA、 天然和人造聚合物、天然或人造化合物、食品或藥品、病毒、細菌、細 胞和其他實體的分離、檢測、催化或捕獲中的用途。
背景技術(shù)：
在生物分子、醫(yī)藥、食品化合物、化學品、生物電子學和其他領域， 使用的分離材料廣泛而多樣。這些材料的范圍涉及聚合材料，諸如由有 機單體如苯乙烯和二乙烯基苯得到的聚合材料或基于生物聚合物如瓊脂 糖或纖維素的聚合材料，乃至無機材料，如基于硅石或羥磷灰石的材料。無機材料如硅石珠粒的優(yōu)勢在于它們的機械穩(wěn)定性和它們高度限定 的孔結(jié)構(gòu)。例如，在眾多行業(yè)中廣泛用于分離的硅石材料的孔徑是良好通常熟知的i，無機材料i硅石組:、i;度結(jié)構(gòu)化的團聚體的能力要比 有機材料顯著得多。孔徑分布的重要性及其對分離效率的影響在范氏方程(Van Deemter 叫uation)中有描述。該方程的一個組成部分 Hm= o dp2.v / Dm將對分離效率的傳質(zhì)作用(Hm)與粒徑(dp2)、流速(v)、流動相中分析物的擴散系數(shù)(Dm )以及與孔徑分布和孔形狀有關(guān)的系數(shù)((0 ) 相關(guān)聯(lián)。該關(guān)系式預測當CO變小(孔徑分布變窄)，Hm也變小(即塔 板高度降低使得分離效率更好)。這在分離工業(yè)是眾所周知的，而且對基于分子量，即基于Stokes半徑的分離特別重要，例如肽、蛋白質(zhì)和其他低聚分子或大分子的分離。因此，孔徑分布是一個關(guān)鍵的參數(shù)，但其 通常只有在使用無機樹脂材料例如多孔硅石時才確確實實是可控的(見圖2A)。尤其是在過濾材料中，據(jù)報道孔徑的"規(guī)整性"具有非常重要的意義。良好限定孔形狀和尺寸使得過濾過程選擇性地針對特定的分子， 并具有明顯的排阻限和高的分辨率。根據(jù)孔的直徑對其進行分類，其中微孔直徑小于約2nm，中孔的直 徑在約2 nm到約50 nm范圍內(nèi)，大孔的直徑大于約50 nm。盡管多孔硅石可以形成高度限定的球形或近似球形的珠粒，但硅石 基材料的一個缺點是其公知的對于堿性條件的不穩(wěn)定性，而堿性條件經(jīng) 常用于在分離步驟之間所進行的再生步驟中。例如，在蛋白質(zhì)生物藥物 的純化中，C18硅石常用在最后的"拋光"分離步驟中。在少數(shù)幾個蛋白 質(zhì)純化周期后，典型地是2個周期后，通常用濃的氫氧化鈉進行洗滌來 除去蛋白質(zhì)剩余物和其他附著于色語柱上的可能會形成污垢的不希望的 物質(zhì)。該洗滌過程通常需要滿足某些法規(guī)的要求，例如FDA。因此在該 過程中所述硅石珠粒的壽命及其延長的使用是有限的。由于該洗滌過程 中已降解的硅石必須定期地用新硅石來取代，這對于使用者是一個相當 可觀的成本因素。如果打算用反相硅石柱分離堿性化合物(許多藥品均 為"堿性")，則還會存在其他的限制，因為需使堿性條件為非荷電化 合物，以便其能夠與疏水表面作用。還已知在硅石的表面暴露著不希望的化學活性部位。盡管有這些限 制，硅石還是被廣泛用作分離材料，主要是由于其具有很強的機械穩(wěn)定 性且在溶劑中不溶脹。此外，高度有序的孔結(jié)構(gòu)有助于獲得高的分離效 率。近年來，聚合物分離材料在越來越多的凈化方法中取代了硅石。這 主要是由于這些固定相穩(wěn)定性的提高以及使用壽命的延長。例如，基于 苯乙烯-二乙烯基苯的固定相越來越普遍，因為它們在再生步驟中比硅石 固定相要穩(wěn)定的多。然而，這種聚合物材料的主要缺點在于其孔徑性能a)不是良好限定 的并且b)在制備過程中不易控制。市售的這種聚合珠狀材料(例如購于 Rohm & Haas (荷蘭)或PolymerLabs ( UK ))與基于無才幾材料例如硅 石的與之相當?shù)姆蛛x材料相比對孔徑的限定要差許多，并且它們還常常 含有一部分對要求高的分離不利的小孔(如圖2B所示)。此外，聚合 物珠狀材料由于使用生孔劑(porogen)而獲得其大孔性，其交聯(lián)密度通 常在20。/。左右。由于這些相對較低的交聯(lián)程度，聚合物珠粒將具有較低 的機械穩(wěn)定性并根據(jù)所使用的溶劑體系表現(xiàn)出不同的溶脹性質(zhì)。生孔劑通常為有機溶劑，如曱苯或二氯曱烷，他們在單體聚合過程 中控制孔隙率。例如，在交聯(lián)聚苯乙烯的合成過程中，在溶劑或生孔劑的存在下在聚合物網(wǎng)絡中形成孔。交聯(lián)密度低于20 %通常會導致形成孔徑在較低的 nm范圍(2-5nm)的小孑L。這些孔均勻性尚好但是聚合物更像凝膠并僅表 現(xiàn)出有限的機械穩(wěn)定性，從而使該材料在壓力下壓縮并坍塌。同樣，該 聚合物中出現(xiàn)的微孔(即孔小于2nm)對于某些應用也是不希望的。理 想地，為了獲得壓力穩(wěn)定的材料和在某種溶劑中不易溶脹的材料，應該 增加交聯(lián)的百分比。但是，如果交聯(lián)密度超過某個值，例如20%，則該 聚合物會變得不均勻并且會產(chǎn)生通常孔徑在20-50 nm范圍的較大的所 謂大孔。這些孔是不規(guī)則的并且可能在聚合物基質(zhì)內(nèi)部終止，導致差的 擴散和流通特質(zhì)。通常，通過使用生孔劑來形成孔時，小的孔可能非常 均勻，但是剩余的孔的孔徑范圍往往比較寬，特別是在平均孔徑比較大 的聚合物中。市售的分離材料如Amberlite (Rohm and Haas)或者Polymer Laboratories (UK)公司制造的PLRP-S介質(zhì)是這種具有以不規(guī)則孔為特 征的無定形內(nèi)部結(jié)構(gòu)的常規(guī)大孔聚合物的典型實例。這種材料的試驗測 定的孔徑分布的實例如圖2B所示。為了解決上述有些問題，F(xiàn)eibush (美國專利No. 4，933，372)公開了 一 種方法，其中高度限定的硅石粒子的孔特性在聚合物珠粒中反映出來。 在該方法中硅石粒子用單體填充然后聚合。這個過程可以例如在這樣一 種水懸浮液體系中進行，其中疏水性單體與疏水性硅石粒子一起分散在 水中。通過熱力學驅(qū)動配分，該單體聚集在硅石珠粒內(nèi)部。聚合之后， 硅石-聚合物復合材料隨后經(jīng)腐蝕性的氟化物或氫氧化物洗滌以除去硅 石骨架。該過程的結(jié)果是生成了反映該硅石珠粒的鏡像的聚合物珠粒。 這些珠粒在尺寸上與起始硅石粒子相當——聚合物的本體存在于硅石中 孔先前存在的地方而該聚合物孔與溶解的硅石壁相對應。盡管Feibush的這一方法在生成的聚合物珠粒中帶來了某些希望的 特性，但其生產(chǎn)過程的復雜性和相關(guān)的較差的成本收益因子使其得不到 廣泛使用。這種高級硅石材料的市價在每千克材料幾千歐元的范圍內(nèi)。 相比之下，根據(jù)本發(fā)明，制備分離材料需要的無孔粒子成本僅為每千克 幾歐元。在進一步開發(fā)中，Mallouk等(Johnson SA., Ollivier PJ. and Mallouk TE.， Ordered mesoporous polymers of tunable pore size from colloidal silica templates. Science, 1999， 283， 963-965)利用膠態(tài)硅石生成多孔聚合 物材料。更準確地說，由干燥膠態(tài)硅石制得的小球是采用壓粒機制備的。 該壓制的小球隨后被用作模型；這種小球是在10000 kPa的非常高的壓 力及極高的溫度即800°C下生成的。在高壓加熱下制備材料的這個過程 稱之為燒結(jié)。得到直徑0.7cm、厚0.3 cm的扁平球。進行燒結(jié)步驟的目 的是生成連接的膠態(tài)硅石粒子的網(wǎng)絡。燒結(jié)的硅石粒子形成一種三維的、 相互連接的膠態(tài)硅石網(wǎng)。在該燒結(jié)球中，將單體溶液填充進硅石粒子之 間的空隙，然后聚合。用單體填充該相互連接的網(wǎng)絡的空隙，之后進行 聚合，接下來除去膠態(tài)硅石，由此在最終的聚合物中生成連續(xù)的多孔體 系。Mallouk發(fā)表的文獻也表明所獲得的孔分布相對較窄并在一定程度 上與最初的膠態(tài)珪石相對應。然而，Mallouk小組開展的工作并未7>開 對常規(guī)分離或凈化應用有用的球形或近似球形的聚合物材料的生產(chǎn)方 法。相反，它提供了一種形成復合材料的較繁瑣的方法，經(jīng)不起任何大 規(guī)模或工業(yè)化過程的檢驗。在該工作中所使用的膠態(tài)硅石是通過一種工 作密集型的、包括一種原硅酸四乙酯的乳狀液的溶膠-凝膠法獲得，并且 該方法需要至少2天才能獲得最終產(chǎn)品(更多的細節(jié)描述于K. Osseo-Asare & FJ. Arriagada， Colloids Surf. 50， 321， 19卯)。Sueoka等(US 4279752)7>開了 一種其中混有細硅石粒子(尺寸為 0.01fim)的多孔膜的制備。該膜由聚乙烯醇構(gòu)成，將聚乙烯醇通過一種 滾動導向模擠出到凝固浴中，隨后將獲得的膜在另一個浴中通過交聯(lián)處 理進行進一步加工。在第三個浴中，該硅石被提取并且將膜進行洗滌。 所獲得的膜具有1 jun左右的均勻孔徑，區(qū)別于形成硅石的孔的尺寸(O.Ol pm)。該文獻指出在混合過程中細硅石粒子發(fā)生團聚。Sueoka等披露的 材料不能作為色譜填料，即不具備珠粒形式。Derylo國Marczewska等發(fā)表的文獻(Langmuir， 2002, 18， 7538-7543) 公開熱解硅石用于制備三聚氰胺-曱醛樹脂的用途。從合成細節(jié)中可以推 斷制備的是塊狀形式的松散材料。Derylo-Marczewska等7>開的材料不 能作為色鐠填料，即它沒有披露珠粒。盡管孔徑分布顯示了主峰，但是 也顯示出有大部分微孔并且包含其他孔徑群。因此所公開的塊狀材料沒 有均勻的孔徑分布。微孔在色譜分離中可能是不利的，會導致不希望的色譜效應以及限定不明確的峰形如拖尾峰。Li等(US 5288763)公開了基于模板聚合技術(shù)的多孔聚合物粒子的制 備。作為模板，使用線型聚合物聚丙烯酸(PAA)，它溶解在含有引發(fā)劑 的單體混合物中。此外PAA單體混合物溶解后被過濾以除去任何不溶 物。披露了一種可溶的模板，即PAA,用來產(chǎn)生一部分孔。爭議在于認 為獲得的顆粒的孔徑分布窄，這在獻中沒有披露。所獲得的孔徑大 于1 pm且在表l中提到是均勻的(通過如圖4-5所示的SEM觀察結(jié)果 評價)，但是沒有提供支持數(shù)據(jù)。此外，獲得的珠粒的孔同時具備了大 孔和微孔的范圍。如Li等在其專利中所陳述的(l欄，47行)，微孔會 導致不希望的色i普效應及限定性差的峰形如拖尾峰。Asher和Liu的工作(WO 0000278 Al)披露了一種方法，其中膠態(tài) 硅石與水溶性單體混合，然后在兩片石英板之間進行聚合。生成的材料 是典型厚度為0.1 mm的平板。它既含有大的空隙又含有小孔，并且沒有 限定的孔特性。此外，沒有披露珠粒。色i普中需要珠粒形式且孔徑分布窄而沒有微孔的填充材料，該材料 應可以經(jīng)濟的方法進行大規(guī)模生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是制備孔徑可控、孔徑分布窄的聚合物珠狀材料，其 中所述的聚合物珠狀材料幾乎不含微孔，并且其中所述的聚合物珠狀材 料易于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，該聚合物珠狀材料可由廉價的(商品)原料 生產(chǎn)。此目的通過一種聚合物珠狀材料實現(xiàn)，該材料通過以下方法獲得a) 在無孔粒子的存在下，提供單體和任選的生孔劑和任選的添加劑 并任選將它們進行混合，b) 在分散介質(zhì)中將該混合物進行分散，形成含有無孔粒子的單體液滴，c) 將所述含有無孔粒子的單體液滴進行聚合，d) 從形成的聚合物珠粒中除去所述的無孔粒子。 由此獲得的材料呈珠粒樣形式，即大體上為球形，該種根據(jù)本發(fā)明的一個目的的材料可以被用于分離；檢測；催化；診斷；俘獲應用，如 俘獲化學品，如金屬離子、無機化合物、藥物、肽、蛋白質(zhì)、DNA、天 然和人造聚合物、天然或人造化合物、食品或藥品、病毒、細菌、細胞和其他實體；或者富集應用，如色語、分批分離、傳感器應用、過濾器、 膜、受控釋放材料、催化劑、仿生材料、熱動力式疏水器和俘獲基質(zhì)。


圖1示例說明采用本發(fā)明方法制備聚合物材料，所具有的孔通過引 入膠態(tài)硅石、聚合及除去膠體而獲得。圖中最終聚合珠粒的孔徑分布被 理想化，其應與膠態(tài)硅石的尺寸分布相對應。圖2(A-C)示例說明多種珠粒的孔徑分布，采用氮氣吸附(BET)分 析法測定。所研究的珠粒是A)優(yōu)質(zhì)的市售硅石，B)優(yōu)質(zhì)的市售聚苯乙 烯-二乙烯基苯(PS-DVB)聚合物樹脂，以及C)本發(fā)明的聚合物珠粒。 圖3示例說明本發(fā)明的聚合物材料的照片，采用光學顯微鏡拍攝。 圖4示意性地說明含有在制備過程中引入的膠體粒子的聚合物珠粒 的懸浮制備方法。當膠體粒子和單體溶液都為疏水性時，會形成與分散 介質(zhì)，即水，不互溶的相。 一經(jīng)攪拌，所述的由單體和疏水性膠體粒子 組成的相就會形成液滴。聚合后，得到膠體-聚合物復合珠粒。進一步加 工生成多孔珠粒。
具體實施方式
本發(fā)明涉及一種可通過在聚合過程中采用無孔粒子作為成孔劑 (pore forming agent)而獲得的聚合物珠狀材料，其中無孔粒子的粒徑 和粒子分布可用來控制所獲得的聚合物珠狀材料中的孔徑和孔分布。通 過自組裝過程在聚合物內(nèi)部形成非孔粒子的網(wǎng)絡。本發(fā)明為單體與非孔 粒子分配創(chuàng)造條件。本發(fā)明的一個實施方案涉及一種可通過以下步驟獲得的具有窄的孔 徑分布(幾乎不含微孔)的聚合物珠狀材料，a) 在無孔粒子的存在下，提供單體和任選的生孔劑、任選的添加劑 并任選將它們進行混合，b) 在分散介質(zhì)中將該混合物分散，形成含有無孔粒子的單體液滴，c) 將所述含有無孔粒子的單體液滴進行聚合，d) 從所形成的聚合物珠粒中除去所述的無孔粒子。 根據(jù)一個實施方案，步驟a)可以通過在非極性無孔粒子的存在下將非極性單體混合并分散于一種極性介質(zhì)(例如水，或者所述單體和無孔粒子不溶于其中或與其不混溶的極性溶劑)中，或者在極性無孔粒子的 存在下將極性單體混合然后將該混合物分散于疏水介質(zhì)(例如該極性單 體和無孔粒子不溶于其中或與其不混溶的礦物油)中來進行。在本文中， 分散按其普遍意義來使用，即"分散在宏觀尺度上是均勻的，但在微觀尺 度上是不均勻的。它由一種物質(zhì)存在于另 一種基質(zhì)物質(zhì)中的顆?；蛞旱谓M成"，(Atkins, P.W Physical Chemistry, 5th Edn， Oxford University Press, p240)。 i人為在上述兩種情況下單體與無孔津立子的分配是由于該無 孔粒子和該單體具有區(qū)別于所述分散介質(zhì)的化學相似性或相似的官能。在另一個實施方案中，無孔粒子可以被改性為在它們的表面上負載 極性或者非極性的化學官能團，然后可將其與極性或非極性單體混合， 并將該混合物分散于可能是極性、非極性或極性和非極性介質(zhì)的互溶混 合物的介質(zhì)中。在本發(fā)明的另一個實施方案中，也可在聚合之前，通過將固態(tài)單體、 所述單體用的溶劑(例如，曱苯用于非極性單體或者乙腈用于極性更大 的單體)以及無孔粒子混合，以一種半干燥方法使單體與無孔粒子分配。在一個實施方案中，可以在聚合之前通過將液態(tài)單體和無孔粒子混 合來實施半干燥方法。聚合之后，除去所述聚合物珠粒內(nèi)部的膠體粒子，在先前被無孔材 料占據(jù)的地方留下孔或洞的網(wǎng)絡。無孔粒子的特性，如其尺寸、尺寸分 布和其他的化學或物理化學參數(shù)將決定最終聚合物材料的孔特征。由此 來控制最終聚合物材料，如聚合物珠粒、樹脂、膜等的孔徑特征。孔特 征的控制由無孔粒子的選擇來決定。盡管優(yōu)選使用膠體粒子來形成聚合物材料中的孔，但可以設想使用 jLim范圍的更大的粒子。這種孔徑在范圍的聚合物珠粒對于某些應用 而言是有益的。例如，對于大的化合物如蛋白質(zhì)、細胞或其他化合物的 分離，優(yōu)選具有范圍孔的材料。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的無孔粒子是膠態(tài)硅石、乳膠、晶體分子、生物礦 物或者任何其他的有機、無機或生物無孔實體，或者它們的任何混合物。 更優(yōu)選的無孔粒子是膠體粒子，最優(yōu)選的是膠態(tài)硅石，如AerosilR972或 R8200 (Degussa)。該膠體粒子的特性在最終的聚合物的孔特征中反映出 來。優(yōu)選所述膠體沒有內(nèi)部孔隙。如果所使用的膠體孔徑為100 A,那 么該聚合物材料也會具有100 A左右的孔徑。但是聚合物的最終孔徑會因為聚合物可能收縮或膨脹一一取決于所使用的聚合物性質(zhì)的特征一一 而變化。如果采用具有非常窄的粒子尺寸分布的膠體，在聚合物珠粒中 將形成具有相同或非常相近的孔尺寸分布的孔。所述無孔粒子可以具有不同的直徑。這樣它們可以包含一種或多種 無孔粒子群，其中每個群基本具有相同的直徑但不同于另 一個群。本發(fā)明還涉及聚合物材料的生產(chǎn)方法，所述聚合物材料為具有預定 尺寸的例如球形或近似球形的珠?；驑渲?。本發(fā)明還涉及具有高度限定 的孔徑分布的聚合物材料例如聚合物珠粒和樹脂的制備方法，其中所述 材料，如果需要，可以球形、扁平狀、粒狀、層狀或多組分的形式生產(chǎn)。 本發(fā)明的聚合物材料還可以被制備成其他的形式或形狀。本領域技術(shù)人 員可以制備作為膜、過濾器、管、復合材料有用的形式或形狀，以及本 領域技術(shù)人員熟知的其他形式。這些形狀可以是顆粒、整塊、球形、復 合物珠粒、棒、管、片、膜、過濾器、中空、層狀的或其他多組分的組 裝體。本發(fā)明還涉及所述聚合物材料用于化學品、金屬離子、無機化合物、藥物、蛋白質(zhì)、肽、DNA、天然和人造聚合物、天然或人造化合物、食 品或藥品、病毒、細菌、細胞和其他實體的分離、檢測、催化或捕獲的 用途。在本發(fā)明中，可以使用膠體粒子如膠態(tài)硅石作為成孔劑，聚合完成 之后用適合的試劑 一 一 如堿，例如氫氧化鈉 一 一將硅石除去在那里會形 成孔。用這個方法，使孔的形成與聚合機理、相分離和交聯(lián)相分離，帶 來若干有益效果，如能夠?qū)酆衔锊牧系南Ｍ目滋卣鬟M行控制、微調(diào) 以及改性。此方法的另一個優(yōu)點在于，盡管膠態(tài)硅石還存在于聚合后的 珠粒中，但可進行聚合物本體的任何改性而不會改變最終的孔結(jié)構(gòu)。聚合物珠粒或者樹脂可以通過在例如懸浮聚合、縮聚、本體聚合、 乳液聚合、膜乳化聚合、分散聚合、沉淀聚合、溶液聚合、接枝聚合、 表面聚合或電引發(fā)聚合中，或通過溶脹技術(shù)獲得所述聚合物而容易地獲 得。這種方法在圖4中有描述并且形成球形聚合物珠粒。本發(fā)明要使用的膠體粒子可以選自熱解硅石或膠態(tài)硅石、乳膠、晶 體分子、生物礦物或任何其他的有機的、無機的或生物的膠態(tài)實體。該 膠體粒子可以是疏水性的，在此情況下應選擇疏水性單體，或者可以是 親水性的，在此情況下應選擇親水性單體，分散介質(zhì)分別是親水性的(例如水、醇、二曱基曱酰胺、乙腈、二曱亞砜、有機酸、有機堿和酮、其 他極性有機溶劑、或它們的任何混合物)或疏水性的(例如礦物油、芳 香族或脂族環(huán)狀化合物、烷烴如庚烷、石油醚、鹵化溶劑或溶劑油，或 者它們的任何混合物)。本發(fā)明優(yōu)選的膠體粒子是具有疏水性表面的膠態(tài)硅石粒子，如Aerosil R972和R8200。該膠態(tài)粒子可以是單一類型的膠體或者是不同 類型膠體的混合物。如果在含有疏水性膠體粒子的水中或者富水相中加 入一種非極性單體相(例如二乙烯基苯和苯乙烯)，該膠體粒子會由于 熱力學配分而在所述的非極性單體相中富集。已表明，與本發(fā)明相關(guān)的 特定膠體在適合的環(huán)境中會通過簡單的自組裝形成相互連接的網(wǎng)絡。本發(fā)明中"膠體，，的定義如P.W. Atkins， Physical Chemistry, 5th ed.， p 970所述。"自組裝"被理解為所述的膠體粒子和單體具有區(qū)別于所述分散介質(zhì) 的化學相似性或相似的功能。這種化學相似性或功能使得它們粘在一起 彼此吸引并避免或排斥分散介質(zhì)。因此例如所述膠體粒子和單體可以是 疏水性的、親水性的、極性的、非極性的或中性的，而懸浮介質(zhì)相應地 是親水性的、疏水性的、非極性、極性的或帶電的。本發(fā)明人已經(jīng)觀察 到采用不同方法生產(chǎn)的疏水性膠態(tài)硅石(例如熱解硅石，Degussa,德國) 在本方法中都起到很好的作用。當單體-硅石混合物在水中或富水介質(zhì)中 攪拌或者用其他方式攪動時，形成單體液滴內(nèi)部含有疏水性膠態(tài)硅石的 單體液滴。所述單體液滴隨后聚合，導致液滴固化形成珠粒。因為膠態(tài) 硅石嵌在聚合物珠粒的內(nèi)部，因此將該材料稱為硅石-聚合物復合材料。所述硅石-聚合物復合材料還可以在所謂的半干燥方法中形成。在此 過程中，在適合的攪拌條件下(例如滾軋-見實例5)，無孔硅石與所述 單體、以及如果需要的話還有引發(fā)劑、溶劑混合，并且在半干燥過程中 進行聚合。完全聚合后，從聚合物中除去引入的硅石，留下聚合物孔狀網(wǎng)絡。 引入的硅石的去除可以通過用適合的溶劑溶解來進行。這些步驟在圖1 中有示意性描述。該方法示意性地描述于圖4中。為了更便于視覺描述， 在圖4中將所述的膠態(tài)硅石粒子和生成的聚合物-硅石復合材料珠粒的相 對尺寸簡化而沒有按比例繪制。因為硅石在完成了其功能一一作為聚合 物內(nèi)部的填料——之后被除去，它可以被看作一種犧牲填料。它被除去，即犧牲，用來產(chǎn)生孔。由于使用硅石并在隨后被除去，在聚合物中留下 孔，因此它們可以祐j人為是成孔劑。通常在分離工業(yè)中，聚合的液滴被稱為聚合物珠粒或者有時被稱為 樹脂。術(shù)語"珠粒"和"樹脂"在本發(fā)明中可互換使用。本發(fā)明中"聚合物材料"旨在意指聚合物珠?；驑渲?，或者另外的材 料如膜、過濾器、管、復合材料，以及本領域技術(shù)人員熟知的其他形式 或形狀。術(shù)語"犧牲性無孔填料，，和"無孔粒子"在本發(fā)明內(nèi)可以互換使用并始 終指用來在"聚合物材料"中產(chǎn)生孔結(jié)構(gòu)的無孔顆粒。在本發(fā)明中術(shù)語"粒子"和"填料"可以互換使用。在本發(fā)明中，術(shù)語 單體包括單體和交聯(lián)用單體兩者。單體的實例是苯乙烯或曱基丙烯酸， 交聯(lián)用單體的實例是二乙烯基苯或者亞曱基雙丙烯酰胺。本發(fā)明中分散介質(zhì)和連續(xù)相可以互換使用。本發(fā)明中使用的術(shù)語"不含微孔"指大體上不含微孔，例如，如圖2c 中披露的那樣。膠態(tài)硅石可以通過溶膠-凝膠法(K. Osseo-Asare & FJ. Arriagada， Colloids Surf. 50， 321， 19卯)和其他方法獲得，如火焰水解法。然后該膠 態(tài)硅石被稱為熱解硅石。在氧氣-氫氣火焰中通過揮發(fā)性硅烷化合物的火 焰水解過程獲得熱解硅石粒子。這種尺寸在膠體范圍內(nèi)的熱解硅石有例 如Degussa(德國)制造并銷售的商標名Aerosil的商品。術(shù)語熱解硅石和 膠態(tài)硅石在本發(fā)明中是可以互換的術(shù)語。膠態(tài)硅石通常以干粉提供?？梢允褂媚z體或膠態(tài)硅石粉，優(yōu)選具有適合的設計的表面和粒子特 性，如疏水性或親水性表面，其被導入單體混合物，并被引入聚合物中。 聚合之后，將該聚合物進行洗滌，使硅石溶解并留下具有確定的且孔徑 變化小的高度限定的孔的相互連接的網(wǎng)絡，如圖2C所示。如圖2C所示，存在清楚的證據(jù)表明在本發(fā)明的珠粒中存在高度限 定的且窄的孔徑分布，而對于普通的聚合物樹脂，如圖2B所示，是不 能獲得的。新材料的孔徑分布可以與無機分離珠粒，例如圖2A中所示 的硅石相匹敵。此外，所獲得的珠粒明顯不含任何不希望的微孔，即小 于20A的孔。如圖2B所示，市售的聚合物珠粒具有相當高的微孔水平。優(yōu)選的膠態(tài)硅石直徑尺寸范圍從低nm到低jim,并且優(yōu)選它們具有 可以忽略不計的或沒有內(nèi)部孔隙。這些膠態(tài)硅石可以為其本來的形式——顯示有硅烷醇基團，或者它們可以如Maier等(Maier N. M.， L. Nicoletti， M Lammerhofer, W Lindner, Chirality， 1999， 11， 7， 522-528 )所描述的以及如實例1所描述的被化學改性，并且它們在其表面可以包含 中性的、酸性的、堿性的、親水性的、疏水性的、可聚合的、仿生的或 其他官能團。此外，硅石的表面可以被設計為補充所述單體組合物和聚 合化學。加入到單體混合物中的膠態(tài)硅石的量可以是痕量到較大的數(shù)量，并 且與單體溶液相比最大值可以接近99重量％。當硅石的重量百分數(shù)遠大于所加入的單體溶液的重量百分數(shù)并且沒有分散介質(zhì)存在時，被稱為半干燥聚合。半干燥聚合代表這樣一種聚合體系，其中膠體-單體混合物看起來是干的，因為全部單體被硅石膠體所覆蓋。任選地，可以加入控制膠態(tài)硅石與單體相的相容性、且還控制與體 系中其他相的相容性的另外的試劑/添加劑來改善該材料的總體特性。例 如，可以加入表面活性化合物(例如十二烷基硫酸鈉(SDS)、 Triton或類 似的兩親性化合物)、兩親性聚合物如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷 酮(PVPy)、或者有機試劑來改善硅石、包含疏水性單體(或在相反的情 況下親水性單體)的潤濕性。還可以設想本領域技術(shù)人員熟知的其他添 加劑。作為替代，可以加入減少或增加硅石懸浮在連續(xù)相中的能力的化合 物。這種化合物通常具有兩親性試劑或表面活性劑的性質(zhì)，可包括硅烷 類、垸烴類、聚合物、脂肪酸類、碳水化合物和其他兩親性化合物的衍 生物。此外，可以考慮對硅石進行表面改性來提高其與單體混合物(例如 苯乙烯-二乙烯基苯)的相容性。這種表面改性可以包括通過引入曱基、 丁基、苯基、辛基、苯乙烯基、曱基丙烯酰基或其他類似的官能團來對 硅石進行表面改性。本發(fā)明中可以設想采用膠體來生產(chǎn)分子印跡聚合物?？傮w上，分子 印跡聚合物是在溶劑中有模板的存在下通過單體和交聯(lián)劑的聚合生成 的。聚合之后，該模板被洗掉留下粘合的部位，具有模板及相似分子可 以某種特異性再粘合在那里。作為模板，可以設想用肽、蛋白質(zhì)、激素、 藥物、金屬離子、毒素、手性化合物、病毒、細胞以及任何其他的化學的或生物的實體。在文獻(Sellergren， B, Molecularly Imprinted Polymers: Man made mimics of antibodies and their application in analytical chemistry. B. Sellergren (Ed.) Elsevier publishers, 2001 (22 chapters, 550 pages))中,介紹了很多實例并且本領域技術(shù)人員可以設想任何類型的模板。本發(fā)明的聚合物單體通常來源于乙烯單體、苯乙烯單體或丙烯酸單 體。優(yōu)選的實例是2-羥乙基曱基丙烯酸酯、烯丙基葡聚糖、N-乙烯基吡 咯烷酮、丙烯酰胺、曱基丙烯酰胺、甘油-l-丙烯酸酯，或甘油l-曱基丙 烯酸酯、2-或4-乙烯基-吡啶、N，N-二乙氨基乙基曱基丙烯酸酯、曱基丙 烯酸、曱基丙烯酸曱酯和苯乙烯，以及交聯(lián)用單體如二曱基丙烯酸乙二 醇酯、二乙烯基苯、三羥曱基丙烷三曱基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸 酯以及N，N，-亞曱基雙丙烯酰胺，或者任何其他極性、非極性、離子的、 親水性的或疏水性單體或交聯(lián)劑，或者它們的混合物。其他候選單體在 文獻例如由Sellergren編寫的分子印跡教材(Sellergren, B， Molecularly Imprinted Polymers: Man made mimics of antibodies and their application in analytical chemistry. B. Sellergren (Ed.) Elsevier publishers, 2001 (22 chapters, 550 pages))中有廣泛的描述并可以從商業(yè) 來源獲得或可以特制以適于應用。此外，根據(jù)本發(fā)明，可制備含有瓊脂糖、右旋糖苷、纖維素或其他 生物高聚物的珠粒。在其他應用中，聚合物制劑可以在聚合物中包含響應或者報告特性， 這使其能夠?qū)Νh(huán)境變化，如溫度、pH值、鹽濃度和其他參數(shù)的變化作出 反應，或?qū)Y(jié)合效應作出響應。包含這種響應效應的一些單體和聚合物 在例如Mattiasson等(B. Mattiasson， A. Kumar and I. Yu Galaev, Journal of Molecular Recognition, 11， 211-216, 1998 )發(fā)表的文獻中有描 述。報告基團可為例如熒光的、或發(fā)射或影響可在診斷應用中使用的另 一種可測量的信號。該材料可以通過犧牲無孔填料——如上述的無孔粒子，如硅石—— 在單體溶液中的原位聚合或通過引入到預制的低聚物或聚合物中而制備。引入之后，該犧牲無孔填料隨后采用已知方法(Feibush的美國專利No 4,933,372 )溶解，如含氟化合物和強堿性或強酸性化學品。溶解無孔粒子的試劑可以是基于含氟化合物如氫氟酸或二氟化氫銨、基于氫氧化鈉、氫氧化鉀或四曱基銨的各種強堿性化合物、或酸化合物如磷酸的濃 液。通常，加熱可以提高這些化合物除去硅石的效力。將所述犧牲無孔填料引入聚合物的一種方法是向液體、溶液、乳狀 液、氣溶膠或懸浮液中簡單加入。替代地，該犧牲無孔填料可以通過混 合到預制的材料中、通過燒結(jié)或壓制、通過注射成型或其他聚合物加工 方法而引入。例如，該犧牲無孔填料可以混合進聚乙烯、聚丙烯或其他 適合的通用或特種聚合物中，然后加工成所需的形式，最后處理以除去 該犧牲無孔填料獲得含有所需孔隙或孔特性的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還包括生產(chǎn)均勻尺寸的聚合物粒子或珠粒的方法。采用膠態(tài) 硅石粒子生產(chǎn)均勻的聚合物珠粒的方法是使用例如單分散乳膠乳狀液或類似的制劑，根據(jù)Ugelstad等(Ugelstad，丄；Kaggerud， K. H.; Hansen, F. K.; Berge， A. Makromol. Chem. 1979， 180， 737-744 )或如Frechet等(美 國專利5130343)所描述的過程進行的懸液、乳液、分散聚合法、膜乳 化以及單步或多步溶脹法。具有窄的(或均勻的)粒子尺寸分布的粒子 被稱為單分散的。根據(jù)一個實施方案，可以設想這樣一種硅石-聚合物復合材料珠粒或 樹脂的聚合后處理，其中含有硅石的珠粒被"浸"在例如苯乙烯中，導致 (a)單體如二乙烯基苯的剩余的未反應的乙烯基團的去除；b)珠粒的密度增加以及微孔水平的減少；c)珠粒機械穩(wěn)定性的改善以及d)具有某種特 性的另一種材料的引入。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，本發(fā)明的珠?；驑渲€可以在分子或 者大分子模板的存在下制備，以便進一步給予分離能力上的尺度特征。 該分子模板可以是聚合組合物的 一部分或者可以溶解的或分散的形式存 在并能在聚合后通過溶劑萃取以及其他洗滌或化學處理方法被除去?；?者，該分子模板可以與膠態(tài)硅石粒子共價連接或締合并由于它們與硅石 載體偶合或締合而與硅石一起被除去。例如，硅石表面改性可以是簡單的酸性基團，并可以使用單體混合物中的堿性單體，該堿性單體則會成 為最終珠粒的一部分。這會生成具有與酸性陰離子相互作用的能力的堿 性陰離子交換樹脂，且當使用堿性單體時它們會主要位于珠粒的表面上。 在本發(fā)明的一個實施方案中，堿性部分可以與膠態(tài)硅石偶合，并使 用一種酸性單體獲得酸性陽離子交換樹脂。當使用更復雜的分子，如藥 物、手性分子、碳水化合物、肽或蛋白質(zhì)或者甚至是活的實體用于膠體粒子的表面改性時，官能性單體和交聯(lián)劑以及其他反應物被適當改變來 產(chǎn)生對偶合體和相似的化合物具有確定的親合力的聚合物樹脂。聚合可以由任何常規(guī)的和適合的引發(fā)劑來引發(fā)，優(yōu)選的引發(fā)劑是偶氮、過氧化物、或者其他引發(fā)劑，如偶氮引發(fā)劑像偶氮二異丁腈(AIBN)、 過氧化苯曱酰、二曱氧基苯基苯乙酮?？梢杂脽峄蜃贤夤馔ㄟ^輻射來引 發(fā)，或者通過化學或催化引發(fā)?？梢栽O想任何聚合化學如自由基聚合、 縮合聚合、離子聚合、電化學或開環(huán)聚合。本領域技術(shù)人員會了解到其 他引發(fā)化學和技術(shù)。此外，本發(fā)明可以適用于較寬范圍的聚合方法，如溶液聚合、多步 溶脹聚合、分散聚合、沉淀聚合，以及懸浮聚合或乳液聚合，并可以在 均相溶液中或在多相中進行，如在中間相中、在液-液界面或液-固界面 處、在表面上進行，并可以與聚合體系中分子的、低聚的、聚合的、大 分子的、樹枝狀的、晶態(tài)的、生物的或其他的添加劑相結(jié)合。本領域技 術(shù)人員會了解到其他聚合化學和技術(shù)并會了解到其他適合的添加劑。在需要水作為懸浮介質(zhì)的聚合體系中，如圖4所示，可以向水相中 加入自由基清除劑如亞硝酸鈉來抑制水相中不希望的聚合。這減少了水 相中生成在常規(guī)色語中作為固定相無益的小聚合物級分的不可控聚合的 數(shù)量。一旦硅石或者任何其他適合的無孔粒子共聚于最終的聚合物，該聚 合物就必須被處理以除去引入的無孔粒子。為了增加對該引入的無孔粒 子的可及性，所述珠?？梢杂檬乖摬牧先苊浀倪m合的溶劑處理。這種溶 劑是例如丙酮、醇、氯化的溶劑、曱苯或苯、四氫呋喃或任何其他能使 二乙烯基苯-苯乙烯樹脂溶脹的適合的溶劑。其他聚合物需要其他通常具 有與聚合物相似的溶度參數(shù)的溶劑。例如，生物高聚物在水性或極性溶 劑如水、緩沖劑或醇中具有高的溶脹率。材料溶脹之后，引入的無孔粒 子可以用化學的或物理的或其他方法處理來實現(xiàn)將其除去的目的。根據(jù)本發(fā)明，所引入的無孔粒子可以根據(jù)其溶解性或穩(wěn)定性或通過 其他方式除去。一旦聚合物材料被制備，它們或者可以被用作高效的尺寸排除分離 材料、單一、反相材料，或者在改性后用作離子交換分離材料，例如， 如Masuda等的方法中(Masuda， T.; Nishimura， Y.; Tonegawa, M.; Kitahara, K.; Arai， S.; Yamashita， J.; Takai， N. Journal ofChromatography A， 1999， 845， 401-408.)所披露的。另外，官能團可以 被用來鍵合或偶合其他分子以便改變材料的表面性質(zhì)。例如，抗原可以 被固定在表面從而被用作分離材料，形成另外的尺寸選擇性。當然，其 他實體也可鍵合或附于本發(fā)明的聚合物表面，以便達到設計的表面特性。 在過濾應用中，可以使用膜、過濾器或其他裝置來仔細控制不同分子尺 寸和流體力學半徑的化合物的過濾或擴散。這對于透析膜、尺寸排除過 濾器以及其他尺寸或者形狀的選擇應用尤為重要，本發(fā)明可用于這些。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所述材料栽有藥物活性成分，之后可 在藥物和醫(yī)學應用中作為控釋材料。除了通過溶解小硅石粒子引入孔外，產(chǎn)生限定的孔直徑更大的第二 孔群是有益的，以改進傳質(zhì)和擴散性能。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案， 這可以通過使用具有更大直徑的第二無孔硅石材料一一其產(chǎn)生第二類流 通或灌注孔，或者通過向混合物中添加高度有序的固態(tài)或半固態(tài)材料來 實現(xiàn)。在某些情況下，大孔的引入可以通過流體添加劑、相或溶劑來完 成?？傊?，本發(fā)明描述了一種用于制備具有高度限定的孔結(jié)構(gòu)的基于聚 合物的分離材料一一優(yōu)選聚合物珠粒或樹脂一一或其他材料的新方法。 根據(jù)本發(fā)明，用于生產(chǎn)在分離領域用作樹脂的球形珠粒或材料的工藝過 程和方法是本發(fā)明所關(guān)注的核心。通過使用，例如確定尺寸的膠態(tài)硅石 和化學，可以預先確定最終材料的孔徑。不同的分離應用需要不同孔徑 的樹脂或材料。本發(fā)明提供了將孔徑控制在預定范圍內(nèi)的可能性，例如孔徑至少為50A ，更優(yōu)選至少為iooA。此外，本發(fā)明還提供具有窄孔徑分布的樹脂和材料，如圖2c所示。圖2c示例說明了本發(fā)明樹脂的孔 徑和孔徑分布，用氮氣吸附分析法分析。另外，通過在單體溶液中不包 括生孔溶劑，排除了不希望的和未經(jīng)限定的孔，使材料中不含任何不希 望的微孔。盡管已通過某些公開的實施方案對本發(fā)明進行了描迷，但是本領域 技術(shù)人員可以預見，還有一些實施方案、變形、或組合盡管沒有特別提 到但仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此處所引的全部文獻均通過全文引證的方式納入本說明書。下面將參照非限制性實例對本發(fā)明進行詳述。實例1膠態(tài)硅石的硅烷化在1000 ml兩頸圓底燒瓶中加入21.0 g珪石(Aerosil， Degussa， Germany)和120 ml的曱苯并用氮氣鼓泡10 min,然后在一個懸臂式攪 拌器的攪拌下緩慢滴入1 ml蒸餾水，之后攪拌1 h。將大約14.5 ml (16.2 g)硅烷滴入該混合物中并攪拌10 min,加入0.1211 g對曱苯磺酸一水合 物并在室溫下攪拌45min，然后在氮氣氛下105°C油浴回流24 h。冷卻 后，去除溶劑得到硅石。實例2 本體聚合制備10 g DVB (二乙烯基苯)、2 g苯乙烯和200 mg AIBN的單體混 合物，并加入1-20 g膠態(tài)珪石(Aerosil， Degussa)。獲得混合物，該混合 物必須通過輕柔攪拌達到均勻混合。該粘稠的單體硅石混合物隨后被加 熱到65。C保持12h。聚合后，獲得聚合物塊，壓成聚合物片，研磨、洗 滌、篩分或淘析并干燥。該聚合物-硅石復合材料顆粒先在足量的丙酮或任何其他適合的溶 劑中溶脹，然后用能溶解所引入的硅石的氫氧化鈉水溶液處理。得到的 處理過的顆粒具有由溶解的硅石膠體留下的有序的孔結(jié)構(gòu)。實例3懸浮聚合(具有高交聯(lián)度)制備10gDVB、 2g苯乙烯和200 mg AIBN的單體混合物，并加入 5g膠態(tài)硅石(Aerosil,Degussa)。獲得硅石-單體混合物，其必須經(jīng)輕柔攪 拌達到均勻混合。然后將該硅石-單體混合物在室溫下加入到100 ml典 型地含有2重量％懸浮穩(wěn)定劑(例如PVA)以及，如果需要，其他使懸 浮液穩(wěn)定的添加劑的水相中。隨后對該兩相懸浮體系進行攪拌來分散單 體混合物以便形成小的聚合物液滴，然后加熱到65°C并保持12 h，再加 熱到80。C并保持4h。完全聚合后，獲得聚合物珠粒，之后洗滌，并且 如果需要通過濕法或干法篩分、淘析或沉降進行分級形成所需粒徑的級 分并千燥。該過程在圖4中有示意性描述。該聚合物-硅石復合材料首先在50 ml丙酮或者其他適合的溶劑中溶脹并潤濕，然后用能夠溶解引入的硅石的氫氧化鈉溶液處理。這樣處理 過的珠?，F(xiàn)為球形，具有由溶解的硅石膠體留下的有序的孔結(jié)構(gòu)。
實例4
硅石團聚體的形成以及隨后單體的加入
制備了典型地含有2 Y。懸浮穩(wěn)定劑(例如PVA)以及，如果需要，其 他添加劑的連續(xù)水相(100 ml),然后加入5g膠態(tài)硅石(Aerosil， Degussa) 并攪拌至均勻懸浮。在此過程中，會形成膠態(tài)硅石團聚體。徹底懸浮后， 由10gDVB、2g苯乙烯和200mg AIBN組成的單體溶液^皮例如分次加 入，并對混合物進行攪拌直到全部單體被硅石團聚體吸收且整個混合物 均勻分散在體系中。然后將該懸浮液加熱到65。C保持12h，之后再加熱 到80。C保持4h。完全聚合后，獲得聚合物珠粒，之后洗滌并如果需要 通過濕法或干法篩分、淘洗或沉降進行分級形成希望的粒徑級分并干燥。 該過程在圖4中有示意性描述。
該聚合物-硅石復合材料首先在50 ml丙酮或者其他適合的溶劑中溶 脹并潤濕，然后用能夠溶解所引入的硅石的氫氧化鈉水溶液處理。這樣 處理過的珠?，F(xiàn)為球形，具有由溶解的硅石膠體留下的有序的孔結(jié)構(gòu)。
實例5 半干法聚合
在容器中稱量5 g干燥膠態(tài)硅石(Aerosil， Degussa)，加入由苯乙烯、 二乙烯基苯和引發(fā)劑(摩爾比是1:1:0.04)組成的0.1-5 ml單體混合物。該 容器用氮氣吹掃然后密封。對該半干混合物進行充分攪拌(或攪動，或滾 軋)以便使單體混合物均勻分布在整個硅石床上。然后該混合物被加熱到 60。C引發(fā)聚合，保持16h，并使其聚合直到單體完全固化。之后暴露于 氬氧化鈉溶液中除去硅石，并對生成的聚合物珠粒進行洗滌并收集。
實例6
采用天然膠態(tài)硅石的反相懸浮
制備5 g 二曱基丙烯酸乙二醇酯EGDMA、 2 g曱基丙烯酸羥乙酯 (HEMA)、 2 g甲基丙烯酸(MAA)和200 mg AIBN的單體混合物，并加入 5g天然膠態(tài)硅石。獲得一種粘稠的懸浮液，其必須經(jīng)過輕柔攪拌達到均勻混合。然后將該粘稠的單體懸浮液在室溫下加入到典型地含有2 %懸 浮穩(wěn)定劑和，如果需要，其他使懸浮液穩(wěn)定的添加劑的礦物油、石油醚、 庚烷或類似相(50 ml)中。任選地，可以在油相中加入自由基清除劑來抑 制油相中不希望的聚合。這減少了在油相中未經(jīng)控制的聚合的量，這種 聚合導致在常規(guī)色鐠中作為固定相無用的小聚合物的部分。隨后對該兩 相懸浮體系進行攪拌來分散單體混合物以便形成小的聚合物液滴，然后 加熱到65°C并保持12 h,再加熱到80。C并保持4 h。完全聚合后，獲 得聚合物珠粒，之后洗滌并如果需要分級形成希望的粒徑并干燥。
該聚合物-硅石復合材料首先在50 ml丙酮中溶脹，然后用能夠溶解 引入的硅石的氫氧化鈉水溶液處理。對生成的聚合物珠粒進行洗滌并收 集。
實例7
孔徑受控的聚合物樹脂的制備(低交聯(lián)度材料)
在三頸燒瓶中加入硅膠(3g) (Aerosil, Degussa)和蒸餾水(30 ml)，將 該混合物用氮氣充氣30 min并溫和攪拌。加入由苯乙烯、二乙烯基苯 和引發(fā)劑(摩爾比是1:1:0.04)組成的混合物(3 ml)，隨后加入10 ml濃 度為0.35wt。/。的PVA(分子量1000， l份；分子量1500， 25份)水溶液。 在通氮氣下以700rpm對該混合物進行攪拌24小時，然后在75°C再保 持另外的24小時。之后將混合物冷卻，通過燒結(jié)的玻璃過濾器過濾并用 200 ml水和100 ml曱醇洗涂。然后將沉淀物加入到卯ml 5 M的NaOH 水溶液和60 ml曱醇的混合物中并在室溫下攪拌24小時來溶解硅膠模 板。用水對聚合物粒子進行洗滌直到溶液呈中性，隨后用100ml甲醇洗 滌，然后在室溫、真空條件下干燥。典型的聚合物產(chǎn)率高于卯％并且硅 石像在先前的實例中描述的那樣被定量除去。
實例8
孔徑受控樹脂改性形成離子交換材料 步驟l.氯曱基化
在30ml氯仿中溶解2.7g三噁烷和12ml三曱基氯珪烷，將該溶液 加入到3克例如像在實例7中制備的干的聚合物材料中。然后加入1.5 ml SnCl4并在0。C對該混合物攪拌30分鐘，并在室溫下在通氮氣條件下再攪拌2h。該反應混合物加入到曱醇-水混合物中，通過玻璃過濾器過濾， 并用曱醇、THF、水和曱醇洗滌。在真空下對該聚合物珠粒進行干燥。 步驟2.轉(zhuǎn)化為陰離子交換材料
2.0 g氯曱基化樹脂懸浮于8 mL水和2 mL N，N，N，，N，-四曱基-l,6國 二氨基乙烷的混合物中。將粒子通過超聲處理分散10min，混合物隨后 在60。C攪拌4h。將粒子在玻璃過濾器上濾出，用水、6MHC1和水洗 滌，然后在真空下干燥過夜。還可以用其他叔胺代替N，N，N，，N，-四甲基 -1，6-二氨基乙烷。
實例9
具有窄孔徑分布的單分散珠粒的制備
將在水中的0.83 ml乳膠懸浮液(由不含乳化劑的乳液聚合獲得) (0.1 g/ml)用由0.48 ml鄰苯二曱酸二丁酯、0.02 g SDS和5 ml蒸餾 水組成的微乳液溶脹。在125 rpm攪拌下使該混合物溶脹15 h直到油 液滴完全消失。向溶脹的粒子中加入l-10g分散在含有2。/。PVA的20 ml蒸餾水中的膠態(tài)硅石(Aerosil, Degussa)并使其在攪拌下被溶脹的聚合 物液滴吸收。加入交聯(lián)劑(5mlEDMA)、單體(1 ml曱基丙烯酸)、0.25 gAIBN 、 0.02gSDS、 20 ml濃度為2 % PVA，也使其在攪拌的同時被 形成的液滴吸收。任選地，使該粒子進一步溶脹來增大粒徑。隨后使所 形成的粒子內(nèi)部的單體于50。C在氮氣氣氛下緩慢攪拌聚合24 h。由此 得到聚合珠粒的分散液并將其倒入250 ml水中，過濾，然后通過懸浮-過濾循環(huán)進行洗滌，其中3次用曱醇，2次用四氫呋喃，2次用丙酮。然 后將獲得的粒子與丙酮一起研磨，用二氟化氫銨處理除去犧牲填料，洗 滌并收集得到具有限定的孔結(jié)構(gòu)的單分散聚合物粒子。
實例10
具有限定的孔徑分布的整體柱的制備
將珪石(3 g， Aerosil， Degussa)的3 ml苯乙烯、二乙烯基苯和AIBN (摩爾比為1:1:0.04)懸浮液倒入一端密封的不銹鋼柱中(尺寸，內(nèi)徑4.6 mm，高10cm)。填充完該柱后將另 一端也密封并使該柱聚合。完全聚合 后，通過例如加熱，用曱醇氫氧化鈉對該柱進行洗滌除去犧牲填料并洗 滌該柱。實例11
具有窄孔徑分布的膜的制備
將硅石(3 g， Aerosil， Degussa)的3ml苯乙烯、二乙烯基苯和AIBN (摩 爾比為1:1:0.04)懸浮液鑄入培養(yǎng)皿模具然后將其用鎖模鉤密封。填充和 密封后，使聚合物通過例如熱或紫外輻射聚合。完全聚合后，對所獲得 的膜用氫氧化鈉水溶液進行處理并洗涂以除去犧牲填料，如在實例7中 所描述的那樣，并洗滌該膜。此過程或相似過程產(chǎn)生具有限定的孔徑結(jié) 構(gòu)的膜及平板形狀產(chǎn)品。
實例12
通過模塑法制備具有限定的孔徑分布的材料
犧牲硅石與聚丙烯(PP)顆粒混合，然后在注射、擠出或吹塑成型或 壓延成型用模制設備中進一步加工，形成所需的設計形式和形狀。在干 燥狀態(tài)下向10 gPP顆粒中混合0.1-100 g膠態(tài)硅石并裝進機器中；PP硅 石混合物被抽送過模制設備中的各種工具，形成所需尺寸和形狀的模型。 替代地，預制的聚丙烯(或聚乙烯或其他聚合物)可以被壓制或燒結(jié)成 希望的形狀和形式。
成型及進一步(機械的、物理的或化學的)加工步驟后，犧牲填料 通過適當?shù)姆椒ǔ?，如在實?中所描述的那樣，以便生成具有希望 的形狀和確定的孔徑分布的材料。
實例13
采用膠體作為成孔劑制備分子印跡聚合物
在容器中稱量5 g干燥膠態(tài)硅石(Aerosil， Degussa， Germany)并加 入0.1-5 ml由二曱基丙烯酸乙二醇酯、曱基丙烯酸、普奈洛爾 (propranolol)和任選氯仿組成的分子印跡單體混合物。該容器用氮氣 吹掃然后密封。對該混合物進行充分混合以便使單體混合物均勻分布在 整個硅石床上。然后通過加熱、紫外輻射或其他方法將該混合物引發(fā)聚 合，并使其聚合直到單體完全固化。之后用二氟化氫銨水溶液處理除去 硅石，并對生成的聚合物珠粒進行洗滌并收集。
權(quán)利要求
1.一種聚合物珠粒材料，具有一個窄的孔徑分布，可通過以下步驟獲得a)在無孔粒子的存在下，提供單體和任選的生孔劑以及任選的添加劑并任選將它們進行混合，b)將該混合物分散于一種分散介質(zhì)中，形成含有這些無孔粒子的單體液滴，c)使含有所述無孔粒子的所述單體液滴進行聚合，d)從所形成的聚合物珠粒中除去所述的無孔粒子。
2. —種聚合物珠粒材料，具有一個窄的孔徑分布，可通過以下步驟 獲得a) 在無孔粒子的存在下，提供單體和任選的生孔劑以及任選的添加 劑并任選將它們進行混合，b) 使含有所述無孔粒子的所述單體液滴進行聚合，c) 從所形成的聚合物珠粒中除去所述的無孔粒子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的聚合物材料，其中所述分散介質(zhì)是親水性的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的聚合物材料，其中該親水性分散介質(zhì)選自由水、 醇類、二曱基曱酰胺、乙腈、二曱亞砜、有機酸類、酰胺類、有機堿類 以及酮類構(gòu)成的組，其他的極性有機溶劑或它們的任何組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的聚合物材料，其中所述分散介質(zhì)是疏水性的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的聚合物材料，其中該疏水性分散介質(zhì)選自由礦 物油、芳香族或脂族環(huán)化合物、石油醚、烷烴類以及面化的溶劑構(gòu)成的 組或它們的任何組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6的任意一項的聚合物材料，其中這些無孔粒子 具有相同或不同的性質(zhì)，如尺寸、表面化學和密度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-7的任意一項的聚合物材料，其中這些無孔粒子 是膠體粒子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的聚合物材料，其中這些膠體粒子具有高達 500 nm的直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的聚合物材料，其中這些無孔粒子是大于 500 nm的粒子。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10的任意一項的聚合物材料，其特征在于具有與該無孔粒子尺寸和粒子尺寸分布相對應的一個孔尺寸和孔尺寸分布。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的聚合物材料，其中所述孔尺寸至少為50 A。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12的任意一項的聚合物材料，其中所述無孔粒 子的表面是帶電的、中性的、酸性的、堿性的、極性的、非極性的、親 水性的、疏水性的、手性的、丙烯酸的、苯乙烯類的或仿生的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13的任意一項的聚合物材料，其中這些膠體粒 子選自膠態(tài)硅石、乳膠、晶體分子、生物礦物或任何其他有機的、無機 的或生物的膠狀體或它們的任何混合物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14的任意一項的聚合物材料，其中這些單體選 自乙烯的、苯乙烯的或丙烯酸單體，交聯(lián)用單體或任何其他極性的、非 極性的、離子的、親水性的或疏水性單體或交聯(lián)用單體，或它們的任何 混合物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1-15的任意一項的聚合物材料，所述材料在無孔 粒子的表面具有一種模板分子。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的聚合物材料，其中在步驟a)中加入一種 模板分子。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1-17的任意一項的聚合物材料，其中這些單體選 自丙烯酸的、乙烯的或苯乙烯單體和多價交聯(lián)劑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1-18的任意一項的聚合物材料，其中這些引入的 無孔粒子被選自含氟化合物、堿性或酸性化學品的試劑除去。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1-19的任意一項的聚合物材料，其中所述材料是 離子的、手性的、極性的、疏水性的、仿生的、催化的，具有反應性的， 或它們的任何組合，或者具有親合性。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1-20的任意一項的聚合物珠狀材料，其中所述聚 合物珠狀材料不含微孔。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1-21的任意一項的聚合物材料，被用于分離；提 ?。粰z測；催化；診斷；俘獲應用，如俘獲化學品如金屬離子、無機化 合物、藥物、碳水化合物、脂肪、肽、蛋白質(zhì)、核酸、天然和人造聚合 物、天然或人造化合物、食品或藥品、病毒、細菌、細胞和其他實體； 或者富集應用如色譜、分批分離、傳感器應用、過濾器、膜、受控釋放 材料、催化劑、仿生材料、熱動力式疏水器和俘獲基質(zhì)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1-21的任意一項的聚合物材料，其中所述聚合物材料被用作色譜柱中填充的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合物材料，其特征為具有可預先確定的孔徑，該孔徑可獲得一種窄的尺寸分布，這是通過在聚合物材料中使用犧牲性填充材料而產(chǎn)生的。本發(fā)明還披露了制備具有預定尺寸的球形或近似球形的珠?；驑渲牧系姆椒?。此外，本發(fā)明涉及通過所述方法生成的分子印跡聚合物材料的制備。另外，本發(fā)明涉及所述聚合物材料在化學品、金屬離子、無機化合物、藥物、肽、蛋白質(zhì)、DNA、天然和人造聚合物、天然或人造化合物、食品或藥品、病毒、細菌、細胞和其他實體的分離、檢測、催化或捕獲的用途。
文檔編號C08F2/18GK101326005SQ200680046373
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者E·伊勒梅茲, J·比林 申請人:Mip技術(shù)股份公司