一种以聚己内酯及其溴化共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚合物纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种以聚己内酯及其溴化共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

由于聚氨酯材料具有良好生物相容性和生物可降解性和良好的力学性能等优点，近十多年聚氨酯纳米颗粒在生物医学领域包括药物输送、生物成像、抗菌消炎等展示了光明的应用前景。目前，聚氨酯纳米颗粒通常由微乳液聚合法，自组装法和乳化法等方法得到。例如，2001年，江南大学C.Wang等人报道通过微乳液一步法合成尺寸为500nm的含1,4-二氨基蒽醌的聚氨酯纳米颗粒(Polymer Chemistry 39(14),2520)。2020年，美国德克萨斯大学Y.Hong课题组先合成含二硫键的聚氨酯，再以聚乙烯醇作为表面活性剂，通过超声方法获得尺寸为250nm的聚氨酯纳米颗粒(J Control Release 2020,321,363)。2021年浙江大学C.Cao组先合成了含聚硫缩酮的聚氨酯材料，然后采用水包油乳化法制得负载抗炎药地塞米松的聚氨酯纳米颗粒(Chemical Engineering Journal 2021,409)。

但是，微乳液聚合法难以调节聚合物纳米粒的尺寸，自组装法所制得的纳米颗粒的尺寸分布较为均匀，但批次可重复性差，乳化法所制得的纳米颗粒分散性较差，也存在批次可重复性差等普遍问题，且现有的聚氨酯纳米颗粒不易于后续功能化，限制了其因应用。因此，需要开发一种易于后续功能化，且具有粒子尺寸可控性高、尺寸分布均一、可重复性高、可规模化生产的聚氨酯纳米颗粒的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种以聚己内酯及其溴化共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒。

本发明的第一个目的是提供所述以聚己内酯及其溴化共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

一种以聚己内酯及其溴化共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒，所述聚己内酯及其溴化共聚物的结构式如式(I)所示；所述聚氨酯纳米颗粒的粒径为50～300nm；

所述聚己内酯及其溴化共聚物的分子量为2000～10000；其中，n为0～1，m为15～60。

本发明的聚氨酯纳米颗粒含溴基团，可进行后续功能化研究，是一种潜在的功能聚合物纳米颗粒。

优选地，所述聚己内酯及其溴化共聚物的分子量为3000～7000；其中，n为15～30，m为1。

优选地，所述聚氨酯纳米颗粒的粒径分散度为0.05～0.3之间。

本发明还提供上述任一所述以聚己内酯及其溴化共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

S1.将己内酯或己内酯与溴代己内酯加入有机溶剂中，混匀后向混合溶液中加入小分子二元醇与有机催化剂，20～50℃下反应9～15h，得到聚己内酯或己内酯与溴化己内酯共聚物；

S2.将二异氰酸酯、小分子二醇及催化剂加入到聚己内酯或己内酯与溴化己内酯共聚物的溶液中，50～120℃下反应3～48h，得到以聚己内酯及其共聚物为软段的聚氨酯；

S3.将步骤S2合成的以聚己内酯及其共聚物为软段的聚氨酯以浓度为2～30mg/mL溶解在有机溶剂中作为有机相，将表面活性剂以浓度为1～60mg/mL溶解在去离子水中作为水相，将有机相溶液装入FNC的通道1，表面活性剂溶液装入FNC的通道2，FNC剩余的通道3和4则装去离子水；控制FNC的四个通道流速20～40mL/min，通过FNC制得聚氨酯纳米颗粒。

优选地，步骤S1所述己内酯与溴化己内酯的摩尔比为15～60:0～1。

进一步优选地，步骤S1所述己内酯与溴化己内酯的摩尔比为15～30:1。

优选地，步骤S1所述有机溶剂为甲苯。

优选地，步骤S1所述小分子二元醇为1,2-乙二醇或1,4-丁二醇。

优选地，步骤S1所述有机催化剂为磷酸二苯酯、1,5,7-三叠氮双环(4.4.0)葵-5-烯或1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯；己内酯与

优选地，步骤S2所述二异氰酸酯为1,6-六亚甲基二异氰酸酯或4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯。

优选地，步骤S2所述小分子二醇为1,2-乙二醇、1,4-丁二醇或1,6-己二醇。

优选地，步骤S3所述聚氨酯溶液的浓度为5～15mg/mL；表面活性剂的浓度为2～30mg/mL。

优选地，步骤S3所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃。

优选地，步骤S3所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种以聚己内酯及其溴化共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒，粒径为50～300nm，所述聚氨酯纳米颗粒含有溴基团，易于后续功能化，如进行叠氮化钠的取代反应，或者与巯基小分子发生定量反应；本发明的聚氨酯纳米颗粒是通过快速纳米沉淀技术，将含有聚氨酯的有机溶液和含表面活性剂水溶液，以及去离子水经过FNC的四通道涡流混合器在一定流速下快速混合制得，该制备方法所制得的聚氨酯纳米颗粒的尺寸分布均匀、批次可重复性高，具有较大的应用前景。

附图说明

图1为本发明快速纳米沉淀(FNC)制备聚氨酯纳米颗粒的示意图。

图2为实施例2以SDS为表面活性剂所制得的以溴代己内酯含量为10mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的TEM图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1以聚己内酯为软段的聚氨酯纳米颗粒的制备

步骤一：在氮气环境的手套箱中，称取10.0g己内酯和57mg磷酸二苯酯加入80mL的甲苯，溶液混合均匀后，再将16mg1,2-乙二醇加入混合溶液中，室温反应16h后，加入25mg苯甲酸停止反应，将混合溶液在冻甲醇中沉淀以提纯产物，得到白色沉淀后置其于真空干燥箱中干燥，得到白色粉末状聚己内酯共聚物。

步骤二：在氮气环境的手套箱中，称取上述6.0g聚己内酯、10mg二月桂酸二异丁锡和201.2mg 4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯至30mL N,N-二甲基甲酰胺中，溶液混合均匀后，再将920.1mg 4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯与315.2mg乙二醇加入到混合溶液中，混合溶液在70℃下反应60min后，降温停止反应。

步骤三：配置10mg/mL的聚氨酯溶液、10mg/mL的十二烷基硫酸钠溶液，使用20mL的螺纹注射器分别取一管聚氨酯溶液、一管十二烷基硫酸钠溶液和两管去离子水，将聚氨酯溶液和十二烷基硫酸钠溶液的注射器安装到1号高压泵上，两管去离子水注射器安装到2号高压泵上，设置1号高压泵挤出流速为10mL/min，2号高压泵挤出流速为15mL/min。然后将四支注射器通过接到涡旋混合器上。高压泵开始工作后，混合器流出的悬浮液即为聚氨酯纳米粒子悬浮液。最后，通过去离子水中透析除去有机溶液，获得在水中分散的聚氨酯纳米颗粒。

实施例2以溴代己内酯含量为10mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的制备

步骤一：在氮气环境的手套箱中，称取10g己内酯、1.6107g溴代己内酯和57mg磷酸二苯酯加入80mL的甲苯，溶液混合均匀后，再将16mg EG加入混合溶液中，室温反应16h后，加入25mg苯甲酸停止反应，将混合溶液在冻甲醇中沉淀以提纯产物，得到白色沉淀后置其于真空干燥箱中干燥，得到白色粉末状的溴代己内酯的含量为10mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物。

步骤二：在氮气环境的手套箱中，称取上述4g聚己内酯与溴代己内酯共聚物、7mg二月桂酸二异丁锡和168.2mg二苯基甲烷二异氰酸酯至18mL N,N-二甲基甲酰胺中，溶液混合均匀后，再将887.9mg二苯基甲烷二异氰酸酯与227.2mg乙二醇加入到混合溶液中，混合溶液在70℃下反应60min后，降温停止反应。

步骤三：配置20mg/mL的聚氨酯溶液、20mg/mL的十二烷基硫酸钠溶液，使用20mL的螺纹注射器分别取一管聚氨酯溶液、一管十二烷基硫酸钠溶液和两管去离子水，将聚氨酯溶液和十二烷基硫酸钠溶液的注射器安装到1号高压泵上，两管去离子水注射器安装到2号高压泵上，设置1号高压泵挤出流速为10mL/min，2号高压泵挤出流速为20mL/min。然后将四支注射器通过接到涡旋混合器上。高压泵开始工作后，混合器流出的悬浮液即为聚氨酯纳米粒子悬浮液。最后，通过去离子水中透析除去有机溶液，获得在水中分散的聚氨酯纳米颗粒。

所述图1为以SDS为表面活性剂所制得的以溴代己内酯含量为10mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的TEM图，可见，得到的聚氨酯纳米颗粒的粒径均一，粒径为100nm左右。表1为不同FNP工艺条件下，将表面活性剂替换为PF-127时，以溴代己内酯含量为10mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的尺寸和尺寸分布，可见，本方法可通过调控聚氨酯、表面活性剂的浓度，有机相和水相的比例及流速调节尺寸聚氨酯纳米颗粒的分散性和粒径。

表1不同FNP工艺条件下，以溴代己内酯含量为10mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的尺寸和尺寸分布

实施例3以溴代己内酯含量为20mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的制备

步骤一：在氮气环境的手套箱中，称取10.0g己内酯、3.2214g溴代己内酯和57mg磷酸二苯酯加入80mL的甲苯，溶液混合均匀后，再将16mg EG加入混合溶液中，室温反应16h后，加入25mg苯甲酸停止反应，将混合溶液在冻甲醇中沉淀以提纯产物，得到白色沉淀后置其于真空干燥箱中干燥，得到白色粉末状聚己内酯与溴代己内酯共聚物。

步骤二：在氮气环境的手套箱中，称取上述5g己内酯与溴代己内酯共聚物、7mg二月桂酸二异丁锡和140.2mg二苯基甲烷二异氰酸酯至18mLN,N-二甲基甲酰胺中，溶液混合均匀后，再将756.1mg二苯基甲烷二异氰酸酯与156.0mg乙二醇加入到混合溶液中，混合溶液在70℃下反应60min后，降温停止反应。

步骤三：配置10mg/mL的聚氨酯溶液、10mg/mL的十二烷基硫酸钠溶液，使用20mL的螺纹注射器分别取一管聚氨酯溶液、一管十二烷基硫酸钠溶液和两管去离子水，将聚氨酯溶液和十二烷基硫酸钠溶液的注射器安装到1号高压泵上，两管去离子水注射器安装到2号高压泵上，设置1号高压泵挤出流速为30mL/min，2号高压泵挤出流速为30mL/min。然后将四支注射器通过接到涡旋混合器上。高压泵开始工作后，混合器流出的悬浮液即为聚氨酯纳米粒子悬浮液。最后，通过去离子水中透析除去有机溶液，获得在水中分散的聚氨酯纳米颗粒

表2为同一个FNP工艺条件下，不同批次制备以溴代己内酯含量为20mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的尺寸和尺寸分布，可见本方法批次可重复性高，可规模化生产，具有较大的应用前景。

表2同一个FNP工艺条件下，不同批次制备以溴代己内酯含量为20mol％的己内酯与溴代己内酯共聚物为软段的聚氨酯纳米颗粒的尺寸和尺寸分布