CC BY
12ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия А, 2001, том 43, № 4, с. 607-615
СИНТЕЗ И ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ
УДК 541.64+542.952
БЕЗЭМУЛЬГАТОРНАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ МЕТИЛМЕТАКРИЛАТА С КАРБОКСИЛСОДЕРЖАЩИМ ИНИЦИАТОРОМ1
© 2001 г. А. Ю. Меньшикова*, Т. Г. Евсеева», М. В. Перетолчин*, Н. А. Чекина*, С. С. Иванчев**
* Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук 199004 Санкт-Петербург, Большой пр., 31
**Санкт-Петербургский филиал Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук 197198 Санкт-Петербург, пр. Добролюбова, 14
Поступила в редакцию 21.06.2000 г.
Принята в печать 28.09.2000 г.
Выявлено, что в процессе безэмульгаторной эмульсионной полимеризации метилметакрилата, инициированной 4,4'-азо-бис-(4-цианвалериановой кислотой), при высоких начальных значениях рН реакционной смеси проявляются отличия от полимеризации стирола. Показано, что в щелочной среде гидролиз мономера с образованием метакриловой кислоты приводит к понижению скорости полимеризации и уменьшению диаметра микросфер, тем не менее степень карбоксилирования поверхности частиц падает с ростом рН. Варьирование начального рН позволяет регулировать диаметр формируемых монодисперсных микросфер ПММА в субмикронном диапазоне.
Направленное формирование монодисперсных полимерных микросфер с заданными размерами, поверхностной структурой и функциональностью является актуальной задачей, поскольку они находят все более широкое применение в качестве носителей биологически активных веществ в медицине и биотехнологии. Модификацию поверхности полимерных частиц белками или другими биополимерами можно осуществлять в результате их физической адсорбции на поверхности гидрофобного полимера, обычно ПС. Однако латек-сы с функциональными группами, которые обеспечивают более прочную химическую связь иммунореагента с поверхностью частицы, также весьма привлекательны [1]. Чаще всего для связывания с белками используют карбоксильную группу, которая способна образовывать амидную связь с аминогруппами белка. Среди карбоксили-рованных латексов для иммуноанализа наибольшее распространение получили сополимеры стирола и акриловой кислоты [2-4]. Однако для час-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Программы
СПб НЦ РАН на 2000 г. (Инициативный проект № 19).
E-mail: asya@hq.macro.ru (Меньшикова Анастасия Юрьевна).
тиц таких латексов характерно наличие поверхностного слоя, сформированного из обогащенных гидрофильным сомономером полимерных цепей [4]. Для получения монодисперсных ПС-микросфер с гладкой карбоксилированной поверхностью, пригодных как для химического, так и для адсорбционного связывания биологически активных веществ, был предложен метод безэмульгаторной полимеризации стирола в присутствии карбоксил содержащего инициатора - 4,4'-азо-бш>(4-цианвалериановой кислоты) (ЦВК) [5, 6]. Было показано, что существенное влияние как на ход процесса, так и на характеристики формируемых микросфер оказывает рН реакционной смеси, определяющий степень ионизации карбоксильных групп как самого инициатора, так и карбоксилсо-держащих продуктов полимеризации. Постоянство структуры поверхностного слоя микросфер, полученных этим методом, дает возможность эффективно использовать для последующего взаимодействия даже небольшие по размерам молекул биологически активные вещества, подбирать оптимальные условия проведения иммунохими-ческих реакций, контролируя поверхностный заряд микросфер изменением рН среды [7, 8].
Использование других мономеров в целях создания на их основе иммунопрепаратов представляет интерес для получения носителей со свойствами, отличными от ПС. В частности, ПММА менее гид-рофобен, что должно уменьшать неспецифическое взаимодействие белков с его поверхностью. Кроме того, он имеет более высокую плотность и меньший показатель преломления. Это является его преимуществами в процессах, требующих быстрого оседания частиц или применения оптических методов учета реакций [9]. ПММА способен к биодеградации в организме, поэтому микросферы на его основе могут быть использованы не только в иммуноанализе, но и как носители для биологически активных субстанций в процессах иммунизации [10,11]. Учитывая сказанное, представляет интерес изучить применимость метода безэмуль-гаторной эмульсионной полимеризации в присутствии карбоксилсодержащего инициатора для получения монодисперсных микросфер с карбокси-лированной поверхностью на основе ПММА. Исследование этого процесса интересно и в связи с возможностью установить его особенности при полимеризации ММА, отличающегося от стирола меньшей гидрофобностью и способностью к гидролизу.
РЕАКТИВЫ И МЕТОДЫ
ММА (растворимость в воде 0.15 моль/л при 318 К [12]), метакриловую кислоту (МАК), изо-амиловый спирт, ДМФА очищали по стандартным методикам [13]. Методы очистки и характеристики ЦВК приведены в работе [5]. Корковую кислоту, НООС(СН2)6СООН, реактив фирмы 'Тегак", использовали без дополнительной очистки. При синтезе дисперсионной средой служила вода - бидистиллят.
Синтез латексов проводили по методике, описанной в работах [5,6], при 348 + 1 К. Содержание ММА в водной фазе 10 мае. %, концентрация ЦВК 0.00714 моль/л. Состав реакционных смесей представлен в табл. 1. В процессе полимеризации отбирали пробы для определения конверсии ММА, поверхностного натяжения с и рН. Конверсию ММА находили с помощью газовой хроматографии по методу внутреннего стандарта (изоамило-вый спирт), погрешность 5%. Поверхностное натяжение определяли по методу Дю-Нуи [14]. Измерения рН в пробах производили сразу после их охлаждения до 298 К (динамические значения), а также через 1 сутки (равновесные значения).
Диаметр частиц латексов находили с помощью электронной микроскопии (микроскоп ШМ 100 Б фирмы "1еоГ", Япония). Поверхностную концен-
трацию карбоксильных групп определяли методом кондуктометрического титрования [15] после трехкратной отмывки латексов от водорастворимых примесей последовательным центрифугированием и редиспергированием. Характеристическую вязкость измеряли методом вискозиметрии разбавленных растворов полимеров в ДМФА. Для расчета средневязкостной молекулярной массы ПММА использовали уравнение Марка-Куна с параметрами К = 1.73 х 10^ и а = 0.645 [16].
Для оценки степени гидролиза ММА в процессе синтеза готовили аналоги реакционных смесей, в которых для исключения процесса полимеризации вместо ЦВК использовали корковую кислоту и варьировали количество добавляемого №ОН. Значения рН определяли сразу после добавления в них ММА, а затем выдерживали смеси при 348 К, измеряя рН через каждый час в течение 3 ч.
Для подтверждения появления МАК в аналоге реакционной смеси проводили ее анализ методом ВЭЖХ на колонке с обращенной фазой гогЬах ОЭБ 4.6 х 250 мм. В этом случае использование корковой кислоты было невозможно, так как времена удерживания ее и МАК совпадали, поэтому в смесь вводили эквивалентное количество бикарбоната натрия и №ОН (исходное значение рН 12.0). Концентрацию МАК определяли после выдерживания смеси при 348 К в течение 70 мин.
Исследование дисперсионной среды проводили после отгонки остаточного мономера и отделения полимера центрифугированием и трехкратной отмывкой микросфер дистиллированной водой. Все водорастворимые фракции объединяли и очищали от низкомолекулярных компонентов с помощью диализа против дистиллированной воды через диализный целлофан с размером пор 100 А.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Чтобы проследить влияние рН среды на инициированную ЦВК полимеризацию ММА и характеристики формируемых латексов, были поставлены опыты при различных исходных рН (табл. 1). Поскольку при полимеризации стирола наблюдалось сильное изменение рН уже в первые минуты синтеза [6], исходное значение рН определяли при предварительном рН-метричес-ком титровании реакционной смеси раствором щелочи при комнатной температуре (рис. 1а). Титрование проводили как в присутствии ММА, так и без него. Количество МаОН, которое необходимо добавлять в реакционную смесь для достижения заданного рН, рассчитывали из кривой тит-
рования. Значения рН, выбранные в качеств^ исходных для постановки опытов и показанные стрелками на рис. 1а, лежали в области скачка титрования ЦБК, а также при более высоких рН. Следует отметить, что это именно та область, где карбоксилсодержащий инициатор полностью растворим в воде и где, в случае полимеризации стирола, образовывались монодисперсные латек-сы, причем размер частиц зависел от исходного рН. Можно заметить, что кривая титрования в присутствии ММ А на рис. 1а лежит правее до значения рН 11.5, что связано, вероятно, с растворением небольшой доли ЦБК в органической фазе. В условиях опытов 1 и 2, когда еще не все группы ЦБК ионизированы, можно оценить эту долю из данных по титрованию в 6% от общей загрузки инициатора; в более щелочных условиях она еще меньше. Следует отметить, что даже в неионизи-рованной форме ЦБК крайне плохо растворима в ММА.
На рис. 2 представлены результаты исследования полимеризации ММА, инициированной ЦБК, в широком диапазоне исходных значений рН реакционной смеси. При достижении степеней конверсии 30-50 % во всех опытах резко увеличивалась скорость полимеризации, а также скачкообразно возрастали ММ (рис. 2 и 3). Это свидетельствует о том, что основной зоной роста полимерных цепей на данном этапе процесса являются ПМЧ, достаточно крупные для проявления гель-эффекта [12,17,18]. Высокая конверсия мономера 93-98% наблюдалась во всех опытах, кроме опыта 5, в котором она составила лишь 80%. Обращает на себя внимание, что при полимеризации ММА под действием ЦВК, в отличие от стирола [5], заметный индукционный период и значительное падение скорости реакции наблюдаются при высоком исходном значении рН (рис. 2а).
Поверхностное натяжение реакционных смесей уже в начале процесса имеет более низкие значения, чем при полимеризации стирола (рис. 26), что, вероятно, связано не только с образованием в реакционной смеси большого количества поверхностно-активных олигорадикалов, но и собственной дифильностью ММА, способного понижать поверхностное натяжение воды. Так, при 293 К значение о свежеприготовленной реакционной смеси составляет всего 33.8 Н/м при рН 8.25 и возрастает до 36.1 Н/м при рН 11.08, тогда как о реакционных смесей, содержащих стирол, перед началом синтеза было не менее 50 Н/м [6]. При полимеризации ММА поверхностное натяжение оставалось низким до стадии, соответствующей гель-эффекту на конверсионных кривых, как и в случае полимеризации стирола. Затем в
Таблица 1. Состав реакционных смесей при полимери зации ММА
Опыт, № ИаОН, моль/л Исходное рН (расчет) Компоненты реакционной смеси
ММА, г ЦВК, г Н20, мл
1 0.0121 5.51 12.5 0.025 125
2 0.0137 8.25 12.5 0.025 125
3 0.0160 11.08 25.0 0.050 250
4 0.0216 11.48 12.5 0.025 125
5 0.0550 >11.5 12.5 0.025 125
опытах 1-4 наблюдалось возрастание о до значений, близких к поверхностному натяжению воды. Это свидетельствует о том, что не только образовавшиеся в ходе полимеризации поверхностно-активные олигомеры, но и весь мономер солюби-лизован ПМЧ; следовательно, протекание реакции в объеме водной фазы незначительно [12]. Следует отметить, что в случае высоких начальных рН (опыт 5) столь сильного увеличения поверхностного натяжения не наблюдается. Это доказывает присутствие поверхностно-активных олигомерных цепей в дисперсионной среде до самого конца полимеризации.
Уже в первые минуты полимеризации во всех опытах за исключением опыта 1, начатого при слабокислом рН, резко падало значение рН реакционной смеси. Напротив, для опыта 1 рН несколько повышался (рис. 2в), что характерно и для полимеризации стирола в подобных условиях. На первой стадии процесса, когда в водной фазе идет образование поверхностно-активных олиго-меров и первичных частиц, при высоком исходном рН он уменьшается за счет связывания щелочи развитой поверхностью формирующихся частиц и нейтрализации поверхностных концевых карбокси-групп. При низком исходном рН не происходит его понижения в начале синтеза, поскольку небольшая величина поверхностного заряда первичных частиц не требует для его нейтрализации связывания большого количества щелочи.
На стадии агрегации первичных частиц и со-любилизации ими ММА рН реакционной смеси повышается, как и при полимеризации стирола. В процессе укрупнения и уплотнения ПМЧ ионы Ыа+ вытесняются из них и замещаются на ионы Н+, что слегка смещает кислотно-основное равновесие в водной фазе в щелочную область. Максимумы на кинетических зависимостях рН (рис. 2), соот-
Конверсия,
0.5
[ЫаОН] х 103, моль
Рис. 1. Непрерывное титрование аналога реакционной смеси при 293 К: а - в отсутствие (А) и в присутствии ММА (Б); б - титрование по точкам аналога реакционной смеси, содержащего вместо ЦБК корковую кислоту, при 348 К. Исходное значение рН (1), рН через 1 ч (2), через 2 ч (5) и через 3 ч (4). Пояснения в тексте.
ветствуют по времени гель-эффекту на конверсионных кривых и повышению поверхностного натяжения реакционной смеси, что свидетельствует об исчерпании мономерного ММА в водной фазе. Таким образом, понижение рН на последней стадии синтеза должно быть связано с процессами, происходящими на поверхности частиц. Одним из них может быть медленная диффузия полярных концевых карбоксигрупп полимера из объема ПМЧ к поверхности раздела, как это было показано при полимеризации стирола, инициированной ЦВК [6]. В этом процессе рН после прохождения пологого максимума несколько понижался на последнем этапе полимеризации, причем после ее окончания понижение продолжалось и равновесные значения рН были ниже динамичес-
о, Н/м
200
Время, мин
Рис. 2. Конверсия ММА (а), поверхностное натяжение а (б) и рН (в) в пробах, взятых по ходу реакции, в зависимости от времени с начала синтеза в опытах 1-5 (табл. 1).
ких на одну-две единицы во всех пробах, отобранных по ходу синтеза.
При полимеризации ММА, несмотря на сходство характера изменений рН в первой половине синтеза, само падение рН в его начале гораздо сильнее, чем при полимеризации стирола. В связи с этим даже при высоких исходных значениях рН, на стадии роста ПМЧ полимеризация происходит уже при слабощелочном или нейтральном рН дисперсионной среды. В конце синтеза наблюдается монотонное смещение рН в кислую область,
и тем большее* чем выше исходный рН. Так, при исходном рН > 11.5 (опыт 5), концентрация ионов гидроксила в реакционной смеси падает в ходе процесса на 6 порядков. При этом различие между значениями рН, измеренными непосредственно во время реакции и через сутки, незначительно. Таким образом, выявлены особенности течения полимеризации ММА, которые проявляются при высоких начальных значениях рН реакционной смеси. Исходя из этого, возникло предположение о протекании в системе одновременно с полимеризацией гидролиза ММА.
Оценка степени гидролиза ММА в процессе синтеза была произведена при исследовании изменения рН аналогов реакционных смесей, в которых процесс полимеризации был исключен введением вместо ЦВК корковой кислоты (рис. 16). В течение первого часа наблюдалось значительное падение высоких исходных рН смесей, причем, независимо от начальной величины рН, в течение 2 ч устанавливалось его равновесное значение, равное 7.8. Это подтверждает предположение о протекании гидролиза ММА в условиях полимеризации. Из рис. 16 графически было определено количество образовавшейся МАК по отрезкам между кривой 1 и кривыми 2 и 3 при данном значении рН. Результаты расчета представлены в табл. 2.
Методом ВЭЖХ было подтверждено появление МАК в аналоге реакционной смеси с исходным рН 12.0. Начальная концентрация ММА в системе 0.903 моль/л, а концентрация МАК в аналоге реакционной смеси составила 0.088 моль/л, т.е. ММА гидролизовался в условиях этого опыта на 9.3 %, а рН понизился до 6.5. Большую степень гидролиза ММА, в этом опыте в сравнении с определенными из рис. 16 (табл. 2) можно объяснить наличием в смеси бикарбоната натрия, отличного по своим буферным свойствам от дикар-боновых кислот.
Таким образом, причиной различия в ходе и результатах полимеризации ММА и стирола можно считать гидролиз ММА, который протекает в системе при высоких начальных значениях рН. Вероятно, эффект понижения скорости полимеризации в этих условиях связан с присутствием в реакционной смеси некоторого количества МАК, образующейся при гидролизе ММА. МАК может конкурировать с ММА в реакциях с первичными радикалами, полимеризоваться в растворе и сополимеризоваться с ММА. Присутствие в полимерной цепи звеньев МАК и ионизация карбоксильных групп в щелочной среде должны затруднять образование такими цепями ПМЧ и сорбцию олигорадикалов такого состава расту-
Мх1(Г5 13
- 2
- 1
20 60 100
Время, мин
Рис. 3. Конверсия ММА (7) и средневязкосгная молекулярная масса (2) в пробах, взятых по ходу реакции, в зависимости от времени с начала синтеза в опыте 3 (табл. 1).
щими частицами, что и приводит к значительному индукционному периоду, наблюдаемому на конверсионной кривой опыта 5, и замедлению реакции в целом.
Различие кривых, описывающих изменение рН в процессе полимеризации ММА и стирола, также может быть объяснено гидролизом ММА. Однако контрольный опыт, в котором отсутствовал процесс полимеризации, показал, что понижение рН, обусловленное гидролизом ММА, развивается гораздо медленнее (рис. 16), чем происходит падение рН в начале синтеза (первые минуты). Следовательно, подкисление дисперсионной среды в
Таблица 2. Расчет количества МАК, образовавшейся в аналоге реакционной смеси, по результатам рН-метрии
рН Количество МАК (мол. % от ММА)
исходное (расчет) через 1 ч через 2 ч через 1 ч через 2 ч
8.25 7.72 7.41 0.004 0.006
9.09 7.59 7.60 0.2 0.3
10.13 8.33 7.76 0.3 0.4
10.83 8.58 7.76 0.5 0.7
11.41 8.41 7.76 1.5 1.6
12.07 8.76 7.76 1.8 1.9
Таблица 3. Исследование фракции водорастворимых полимеров
Опыт, № Исходное рН (расчет) Загрузка ММА, г Содержание сухих веществ в дисперсионной среде* Содержание [-СООН] в полимере,
мг % от ММА мг-экв/г
2 8.25 12.5 392/50 3.1/0.40 4.4
3 11.08 12.5 288/69 2.3/0.55 2.8
* В числителе - до диализа, в знаменателе - после диализа.
начале полимеризации ММА может быть связано с двумя процессами, происходящими одновременно. Гидролиз ММА с образованием МАК, понижающей рН реакционной смеси, накладывается на изменения в кислотно-основном равновесии, кото-
а, Н/м
1 3 5
с, г/л
Рис. 4. Зависимости поверхностного натяжения растворов водорастворимых полимеров из опытов 2 (7) и 3 (2) от рН при их концентрации 46 и 50 г/л (а) и от концентрации при рН 6.8 (б).
рые обусловлены, как и при полимеризации стирола, возникновением в начале синтеза развитой межфазной поверхности и нейтрализацией ее заряда щелочью. Далее возможно течение процесса по механизму, предложенному для полимеризации стирола [5, 6], однако из-за гидролиза ММА, а, возможно, и ПММА на поверхности ПМЧ, количество карбоксилированных продуктов синтеза увеличивается, что ведет к смещению рН по окончании реакции в кислую область.
Для оценки роли процессов, происходящих в ходе синтеза в водной фазе, был изучен состав дисперсионной среды опытов 2 и 3. Обнаружено, что в ней присутствуют водорастворимые высокомолекулярные продукты, которые не способны диффундировать через диализный целлофан (табл. 3). Кондуктометрическое титрование показало высокое содержание в них карбоксильных групп. Это подтверждает участие МАК в процессе полимеризации в растворе. Однако небольшое количество продуктов полимеризации свидетельствует также, что доля процессов, происходящих в водной фазе, не велика, во всяком случае, для исходных рН, не превышающих 11.08. Исследование поверхностного натяжения растворов водорастворимых полимеров, выделенных после диализа, показало, что а является функцией рН (рис. 4а). Это характерно для растворов поверх-ностно-активных веществ с карбоксильными группами [12]. Интересно, что при большем исходном рН (опыт 3) водорастворимых полимеров образуется меньше, и степень карбоксилирования их также ниже, вследствие чего они обладают большей поверхностной активностью (табл. 3, рис. 46). Исходя из данных табл. 3, можно полагать, что в основном в водной фазе с участием МАК образуются олигомерные цепи, обладающие, вероятно, большей поверхностной активностью, чем выделенная высокомолекулярная фракция (рис. 26, 46). Они и обеспечивают дополнительную стабилизацию растущих частиц в процессе синтеза.
Размер получаемых микросфер уменьшался с ростом начального значения рН (рис. 5). При увеличении количества добавленной в систему щелочи повышается степень ионизации карбоксильных групп, что приводит к возрастанию устойчивости частиц и умеш^пению их среднего диаметра. Однако понижение размеров частиц из-за повышения поверхностного заряда может происходить лишь при рН <11. При дальнейшем добавлении щелочи в систему, где карбоксильные группы уже полностью ионизированы, увеличивается лишь ионная сила раствора, что приводит к сжатию двойного электрического слоя. В результате происходит связывание карбоксильных групп латексных час-
2 мкм
I_I
2 мкм
_I
2 мкм
I_I
Рис. 5. Результаты электронной микроскопии латексов, полученных в опытах 1 (а), 2 (б), 3 (в), 4 (г) и 5 (д).
тиц и ионов натрия в ионные пары, и, как следствие, стабильность дисперсной системы должна падать, а размеры латексных частиц возрастать, что и наблюдалось при полимеризации стирола. Напротив, при полимеризации ММА повышение исходного рН ведет к резкому падению размеров получаемых микросфер (рис. 66). Это указывает на появление дополнительных факторов устойчивости в системе, стабилизирующих ее в сильнощелочной среде. Следует отметить, что при уменьшении размеров частиц в случае полимеризации стирола наблюдалось увеличение скорости реакции. Напротив, при полимеризации ММА с повышением исходного рН скорость реакции падает сим-батно с уменьшением размеров частиц, причем в сильнощелочной области это проявляется наиболее резко, что по-видимому, связано с образованием в указанных условиях большого количества кар-боксилсодержащих поверхностно-активных олиго-меров (рис. 26) вследствие сополимеризации ММА с МАК в водной фазе. Они и обеспечивают дополнительную устойчивость мелких частиц ПММА в процессе синтеза.
Во всех случаях, кроме опыта 5, были получены монодисперсные микросферы. Некоторая полидисперсность латекса, полученного в условиях
самого высокого начального рН (рис. 5), может быть вызвана наличием в системе растворимых в воде сополимеров МАК. Образование в реакционной смеси такого полимерного ПАВ способствует более продолжительному протеканию стадии образования ПМЧ, что приводит к уширению распределения растущих частиц по размерам.
Была определена и средневязкостная молекулярная масса полученного ПММА (рис. 6а). Сростом значений начального рН до 11.08 наблюдается небольшое повышение ММ. Однако при дальнейшем увеличении рН она уменьшается симбатно со скоростью реакции на стационарной стадии и размером образованных частиц. Этот эффект может быть связан с частичным прохождением реакции в растворе с образованием продуктов меньшей ММ, понижающих ее средние значения [17]. Следует отметить также, что включение в цепь полимера звеньев МАК и, следовательно, образование сополимера, с отличными от ПММА коэффициентами уравнения Марка-Куна, может приводить к погрешности при расчете ММ.
Кондуктометрическим титрованием была определена поверхностная концентрация карбоксильных групп в латексах, отмытых трехкратным
г х 102, мин-1 Мх 10~5
£>, мкм [-COOHJ, мкг-экв/м2
Рис. б. Скорость реакции г (1) и средневязкост-ная молекулярная масса полимера в латексных частицах (2), а также диаметр частиц О (5) и поверхностная концентрация карбоксильных групп (4) в зависимости от исходных расчетных значений рН реакционной смеси.
последовательным центрифугированием и редис-пергированием в дистиллированной воде от водорастворимых примесей. Интересно, что с возрастанием исходного рН системы наблюдалось уменьшение поверхностной концентрации карбоксильных групп в отмытых латексах (рис. 66). Следовательно, образующиеся в щелочных условиях карбоксил содержащие поверхностно-активные олигомеры и полимеры, дополнительно стабилизировавшие частицы в процессе синтеза, по-видимо-му, легко удаляются при отмывке микросфер от водорастворимых примесей. Поэтому величины, которых достигает поверхностная концентрация карбоксильных групп на частицах ПММА, не выше, чем для частиц ПС, синтезированных в аналогичных условиях.
Таким образом, установлены оптимальные условия получения методом безэмульгаторной эмульсионной полимеризации ММА, инициированной ЦВК, монодисперсных микросфер ПММА с карбоксилированной поверхностью, которые могут быть использованы в биотехнологии в качестве
носителей, химически связывающих иммунореа-генты. В отличие от синтеза ПС-аналогов, полимеризация метилметакрилата осложняется гидролизом мономера с образованием метакриловой кислоты и сополимеризацией ее с ММА; поэтому в сильнощелочной среде происходит снижение скорости полимеризации и уменьшение диаметра частиц. Однако, несмотря на сопутствующие процессы, концентрация карбоксильных групп на поверхности частиц латексов после их отмывки от водорастворимых продуктов синтеза падает с ростом исходного pH реакционной смеси. Это показывает, что полимеры и олигомеры, обогащенные звеньями МАК, которые дополнительно стабилизируют латексы в процессе синтеза, могут быть легко удалены из них при последующей отмывке. Установленные особенности полимеризации позволяют целенаправленно регулировать размер формируемых частиц ПММА и степень их карбоксилирования, варьируя pH в начале синтеза. Дальнейшее продолжение работы будет посвящено изучению структуры поверхностного слоя микросфер и исследованию их взаимодействия с модельными белками.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прокопов Н.И., Грицкова И.А., Черкасов В.Р., Чалых А.Е. // Успехи химии. 1996, Т. 65, № 2. С. 178.
2. Елисеева В.И. // Полимерные дисперсии. М,: Химия, 1980. С. 126.
3. Грицкова И.А., Крашенинникова И.Г., Аль-Хава• рин Д.И., Нусс П.В., Дорохова Е.А., Гжива-Ни-ксиньска // Коллоид, журн. 1995. Т. 57. № 2. С. 182.
4. Kondo A., Kawano Т., ItohF., HigashitaniК. //J. Immunol. Methods. 1990. V. 135. P. 111.
5. Лишанский И.С., Меньшикова А.Ю., Евсеева Т.Г., Комаровская Э.Э., Шубин В.Е., Сахарова Н,А■ /I Высокомолек. соед. Б. 1991. Т. 33. № 6. С. 413.
6. Меньшикова А.Ю., Евсеева Т.Г., Шабсельс Б.М., Ильина И.Е., Власов Г.П. // Коллоид, журн. 1997. Т. 59. № 5. С. 671.
7. Menshikova A.Yu., Shabsels В.М., Pankova G A., Evse-eva T.G., llina I.E., Burov S.V., Vlasov G.P. // Abstrs IV Int. Conf. on AIDS, cancer and human retroviruses. St-Petersburg, 1996. P. 88.
8. Меньшикова А.Ю., Кветная A.C., Харитонова Ю.В., Шабсельс Б.M., Власов Г.П. // Сб. науч. тр. НИИ детских инфекций. СПб, 1994. Вып. 4. С. 67.
9. Amiral J., Mi gaud M. H Eur. Clin. Lab. 1991. V. 10. № 6. P. 28.
10. KreutorJ. H Vaccine. 1986. V. 4. P. 125.
11. ZhaoZ. Hi. Pharm. Sei. 1996. V. 85. № 12. P. 1261.
12. Елисеева В.И., Асламазова Т.Р. // Успехи химии. 1991. Т. 60. №2. С. 398.
13. AraiМ., AraiK.,SailoS. //J. Polym. Sei., Polym. Chem. Ed. 1980. V. 18. №9. P. 2813.
14. Практикум по коллоидной химии латексов и ПАВ / Под ред. Неймана. Р.Э. М.: Высшая шк9ла, 1972. С. 63.
15. Елисеева В.И., Иванчев С.С., Кучанов С.И. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М.: Химия, 1976.
16. Reddi C.R. // Polymer. 1977. V.18. № 1. P. 32.
17. Иванчев С.С. Радикальная полимеризация. Л.: Химия, 1985.
18. Реакции в полимерных системах / Под. ред. Иван-чева С.С. Л.: Химия, 1987.
Emulsifier-Free Polymerization of Methyl Methacrylate with a Carboxyl-Containing Initator
A. Yu. Men'shikova*, T. G. Evseeva*, M. V. Peretolchin*, N. A. Chekina*, and S. S. Ivanchev**
institute of Macromolecular Compounds, Russian Academy of Sciences, Bol'shoipr. 31, St. Petersburg, 199004 Russia
**Boreskov Institute of Catalysis (St. Petersburg Branch), Siberian Division, Russian Academy of Sciences,
pr. Dobrolyubova 14, St. Petersburg, 197198 Russia
Abstract—It was shown that the emulsifier-free polymerization of methyl methacrylate initiated by 4,4'-azo-M?(4-cyanovaleric acid) at high initial pH values differs from the polymerization of styrene carried out under analogous conditions. It was demonstrated that hydrolysis of the monomer in an alkaline medium with the formation of methacrylic acid leads to a decrease in the rate of polymerization and to a reduction in the diameter of microspheres; nevertheless, the extent of carboxylation of the particle surface drops as pH increases. Varying the initial pH value enables one to control the diameter of the monodisperse microspheres of PMAA in a sub-micron range.
