[发明专利]一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子合成技术领域，具体涉及一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法。

背景技术

由于不存在分子间的缠结，单链高分子的运动相对容易，因而在物理性质上表现出常用高分子所不具备的特殊性能：易结晶、相对耐温和超拉伸性。然而，由于受到制备工艺的限制，关于单链高分子的研究和应用寥寥无几。

目前还没有合适的方法来大量制备单链高分子。由多链聚合物分散成单链高分子试样，通常采用极稀高分子溶液（5mg/L）喷雾、液面扩展、冷冻干燥等方法，因为只有在极稀溶液（良溶剂）中高分子链才能以单链溶胀线团存在。然而，如果所用溶液浓度太低，所得到的样品量太少，难以进一步观察和研究；如果所用溶液高于分界浓度，高分子线团发生相互穿透缠结，所得到的样品中则会存在一定量的寡链和多链试样。直接合成单链高分子通常采用微乳液聚合的方法，但是该方法条件有很大的局限性，如需要选择适当的微乳液体系，使得乳液滴的尺寸小至几十个纳米。理论上当乳液滴中仅有一条高分子链引发聚合时，才可以得到单链微球，而在实际聚合反应中，不仅液滴尺寸的限制过小限制分子链的生长，每个微滴内所形成高分子的数量也无法控制。近些年还出现了利用高分子链内收缩或交联的方法制备单链高分子的报道，如E.Harth等（J.Am.Chem.Soc.2002,124,8653-8660.）利用高分子链上的基团（环丁烯）相互反应，使得高分子链发生分子内交联；E.J.Foster,等（J.Am.Chem.Soc.2009,131,6964-6966.）利用非共价键作用（四氢键）使得高分子链发生分子内塌缩，并通过紫外或辐照进行交联，从而得到单链高分子微球。但是，上述方法仅适用于少量具有特殊官能团的高分子，且不能有效地避免分子间的相互反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法。该方法通过调整引发剂溶液的浓度，将微流控芯片所产生的微滴内引发剂分子的数量控制在一个或数个，进一步在微滴内引发聚合反应后直接形成单链高分子。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据需要制备的单链高分子选择引发剂、单体、催化剂和配体，并确定单体、催化剂和配体的摩尔配比；

步骤二、将步骤一中所述引发剂配制成浓度为0.01fmol/L～10fmol/L的引发剂溶液，将步骤一中所述单体、催化剂和配体配制成单体浓度为0.1mol/L～10mol/L的单体/催化剂/配体溶液；

步骤三、将表面活性剂加入油相中，得到连续相；所述表面活性剂的加入量为油相质量的0.05%～5%；

步骤四、在氮气或惰性气体的保护下，将步骤三中所述连续相、步骤二中所述引发剂溶液和单体/催化剂/配体溶液分别注入微流控芯片，通过注射泵控制连续相的流速为0.1μL/min～100μL/min，并控制连续相、引发剂溶液和单体/催化剂/配体溶液的流速之比为4～20∶1∶1，使得引发剂溶液和单体/催化剂/配体溶液混合后在连续相中分散成体积为10nL～100nL的微滴，然后将所述微滴导入内径为250μm～500μm的聚四氟乙烯管中进行聚合反应；

步骤五、待反应结束后，导出步骤四中所述聚四氟乙烯管中的微滴反应液，分离去除连续相，依次经挥发、洗涤、离心和冷冻干燥后得到最终聚合产物单链高分子。

上述的一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法，步骤一中所述引发剂为卤代烷、苄基卤化物、α-溴代酯、α-卤代酮、α-卤代腈、磺酰基卤化物或偶氮二异丁腈。

上述的一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法，步骤一中所述单体为丙烯酰胺、丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯基酰胺、吡啶或乙烯基酯类单体。

上述的一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法，步骤一中所述催化剂为氯化亚铜、溴化亚铜或碘化亚铜，或者为铜、氯化铜和溴化铜中的一种与抗坏血酸、葡萄糖、辛酸亚锡或肼的混合物。

上述的一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法，步骤一中所述配体为五甲基二乙烯三胺、三[2-(二甲氨基)乙基]胺、三(2-吡啶基甲基)胺或4,4’-二壬基-2,2’-联吡啶。

上述的一种利用微流控芯片微滴技术制备单链高分子的方法，步骤一中所述单体、催化剂和配体的摩尔配比为50～500∶1～2∶2。