[发明专利]一种三嵌段非离子型聚氨酯含氟短链表面活性剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种三嵌段非离子型聚氨酯含氟短链表面活性剂及其制备方法。该三嵌段非离子含氟短链表面活性剂是聚乙二醇和二异氰酸酯按一定比例在有机铋催化下反应得到两端为异氰酸酯基团的预聚体，然后将该预聚体与短链氟醇偶联反应得到。本发明的特点是该三嵌段非离子含氟短链表面活性剂在水溶液中呈现优良的自组装性能和高的表面活性，同时制备方法简单，起始原料为通用试剂易于获取，合成过程无需有机溶剂，且较短的氟碳链和聚氨酯结构使其具有很好的生物相容性和生物降解性，可应用于药物运输、生物膜的模拟等，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种表面活性剂的制备方法，特别是三嵌段非离子型聚氨酯含氟短链表面活性剂的制备方法。

背景技术

含氟表面活性剂具有高表面活性、高化学和耐热稳定性，同时氟碳链具有极端的疏水性及高憎油性，使其具备优异的表面性能。在极端条件下的热稳定性和化学惰性使其可在极其恶劣的条件下也能发挥性能。但传统的全氟辛烷磺酸/全氟辛酸（PFOA/PFOS）等长氟碳链的表面活性剂由于存在环境污染和生物蓄积等问题，引发了人们对传统含氟表面活性剂的环境与安全性问题的关注。为解决传统长氟碳链含氟表面活性剂带来的环境及安全性问题，研究人员提出降低含氟化合物的氟碳链长，开发短氟碳链含氟表面活性剂来替代全氟辛烷磺酸/全氟辛酸（PFOA/PFOS）等长氟碳链的表面活性剂。相关文献（CurrentOpinion in Colloid Interface Science, 2012 , 17 (4) :188-195.）报道指出，所谓的短氟碳链含氟表面活性剂系指氟碳链长小于或等于4的含氟表面活性剂，当氟碳链长小于或等于4时，其对环境的危害基本上可以不用考虑。

然而随着氟碳链的缩短，短氟碳链含氟表面活性剂降低表面张力的效率、成膜能力和膜的稳定性等性能大幅降低，远不如传统长氟碳链含氟表面活性剂。因此合成具有高表面活性的短氟碳链含氟表面活性剂成为近年来含氟表面活性剂合成研究的重点之一。

与离子型表面活性剂相比，非离子型表面活性剂的生物相容性好，表面活性高，毒性小，稳定性高，耐酸碱性强，且可与其他类型表面活性剂复配使用。作为重要的一类非离子表面活性剂，三嵌段非离子型表面活性剂主要包括两种特殊的分子结构，一种是以一个疏水性基团连接两个亲水性基团构成的；另一种是以一个亲水性基团连接两个疏水性基团构成的。后一种结构的三嵌段非离子型表面活性剂分子在气液界面具有着特殊的分子排布，具体是指两条疏水链朝向空气，中心的亲水链部分伸入水相，形成定向排列。该特殊的分子结构使得表面活性剂分子在界面排布地更加规整，降低了表面活性剂分子在界面的饱和吸附量，能够更有效地降低水溶液的表面张力，以及具有更优良的自组装性能（Polymer,2008, 49(1):1-173.)。

三嵌段表面活性剂所具有的特殊的分子结构能够实现将两个短氟碳链引入同一个表面活性剂分子中，两条氟碳疏水链伸向气相，亲水链伸向水相，氟碳链规整紧密地排布在界面，形成高度有序地晶相态，能够更有效降低表面张力，具有高的表面活性，从而达到与长氟碳链化合物接近的性能，有效地替代传统长氟碳链含氟表面活性剂。然而在目前含氟短链表面活性剂的研究中，大多报道集中于二嵌段含氟短链表面活性剂的合成，而三嵌段非离子型含氟短链表面活性剂的合成目前尚未见报道。

本发明是由聚乙二醇和二异氰酸酯按一定比例在有机铋催化下反应得到两端为异氰酸酯基团的预聚体，然后将该预聚体与短链氟醇偶联反应制得一种三嵌段非离子含氟短链表面活性剂。本发明所述含氟表面活性剂以聚乙二醇作亲水基，氨基甲酸酯作连接基，短氟碳链位于两端作疏水基，是一种新型三嵌段含短氟碳链两亲性材料，具有优良的自组装性能和高的表面活性，在食品工业、医药和生物技术等领域有巨大的潜在应用价值。同时本发明的含氟表面活性剂是与蛋白质结构相似的聚氨酯结构，分子结构可设计性强，水溶性好，具有良好的生物相容性和生物降解性。

发明内容

本发明涉及一种三嵌段非离子型聚氨酯含氟短链表面活性剂的制备方法，系先将聚乙二醇和二异氰酸酯按一定比例在有机铋催化下反应得到两端为异氰酸酯基团的预聚体，然后将该预聚体与短链氟醇偶联反应得到。