[发明专利]超高分子量聚乙烯基吡咯烷酮的合成方法

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯基吡咯烷酮的合成方法，在水溶液中通过光酶催化自由基聚合，合成超高分子量聚乙烯基吡咯烷酮。该方法首先合成链转移剂，然后在0‑40℃下以葡萄糖氧化酶为催化剂，在光照条件下，无需除氧，合成超高分子量聚乙烯基吡咯烷酮。方法简单易行，反应过程中不需复杂的除氧过程，节省了时间并降低了经济成本；合成是在水溶液中进行的，避免了有机溶剂的使用，符合绿色化学要求；用酶催化聚合，避免了有机催化剂的使用，进一步提高了产品的生物相容性。合成的超高分子量聚乙烯基吡咯烷酮分子量可控且分子量分布窄，具有极高的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯基吡咯烷酮的合成方法，特别是涉及一种高分子量聚乙烯基吡咯烷酮的合成方法，应用于高分子量聚合物制备工艺技术领域。

背景技术

PNVP具有优异的水溶性、pH稳定性、无毒性、生物相容性和抗热分解能力强等特点，在医疗卫生、造纸、食品工业和日用化工等领域具有广泛的应用。PNVP的衍生物可作为热响应材料、药物递送材料、离子复合胶束和自清洁表面涂层，精确可控地合成PNVP是合成这些衍生物的先决条件。

PNVP是由N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的自由基聚合合成。随着可控自由基聚合的发展，合成分子量可控、分子量分布窄的PNVP成为可能。然而，NVP是活性较低的(非共轭)单体，其可控自由基聚合比活性较高的(共轭)单体更加困难。通过原子转移自由基聚合(ATRP)、氮氧自由基调控的聚合(NMP)和碘转移自由基聚合(ITP)等聚合方法对NVP进行聚合，得到的PNVP分子量低或分子量分布宽，限制了其广泛应用。

到目前为止，PNVP多数是通过本体聚合或在有机溶剂中合成的，在无溶剂的情况下合成PNVP意味着在反应过程中要处理过高的粘度，在有机溶剂中合成PNVP，增加了生产成本以及溶剂带来的毒性。传统的热引发RAFT聚合合成PNVP需要较高的温度，不利于能源的节约和环境的保护。RAFT聚合存在受氧气阻聚和淬灭的缺陷，传统的除氧方法增加了设备费用和操作难度，合成效率低，不利于大规模生产。

光控聚合是广泛采用的合成精密聚合物的方法。虽然光控RAFT的研究取得了重大进展，但是目前大多数光控RAFT使用有毒的催化剂，聚合物生产的可持续发展需要开发更环保的聚合方法。酶是天然的催化剂，可以在温和的条件下高选择性和高效率地进行生化转化，如何选择和采用无毒的酶催化催化与RAFT聚合结合，开发了一种合成超高分子量PNVP的新方法，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种超高分子量聚乙烯基吡咯烷酮的合成方法，可以在室温或低于室温水溶液中，在氧气存在的情况下，简单高效合成超高分子量PNVP，本发明采用光酶催化RAFT聚合，通过两步来合成超高分子量PNVP。结合葡萄糖氧化酶(GOx)的天然除氧功能与光酶催化功能，实现了具有氧气耐受性的光控RAFT聚合。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：

酶是天然的催化剂，可以在温和的条件下高选择性和高效率地进行生化转化。本发明将酶催化与RAFT聚合结合，开发了一种合成超高分子量PNVP的新方法。这一方法不仅提高了合成效率，降低了成本，而且大幅度提高了PVNP的分子量。该方法在0-40℃，在水或PBS缓冲液中，实现对NVP的可控自由基聚合。整个过程无需除氧就可以合成分子量可控、分子量分布窄的超高分子量PNVP。通过本发明方法合成出的PNVP分子量能高达10⁶g/mol，且分子量分布窄。这种方法可以通过改变链转移剂和NVP的比例，灵活调控PNVP的分子量。此外，也可以根据需要，将形成的超高分子量PNVP在水溶液中进行交联合成聚合物水凝胶，从而扩展其在医疗、生化领域的应用。