一種尺寸均一可控的聚合物納微球產(chǎn)品及其制備方法

專利名稱：一種尺寸均一可控的聚合物納微球產(chǎn)品及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物納微球產(chǎn)品及其制備方法，特別涉及一種尺寸均一可控的聚合物納微球產(chǎn)品及其制備方法，具體涉及一種粒徑均一、50微米以下的聚合物納微球產(chǎn)品及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚合物微球具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性及其耐酸堿、易于修飾改性的優(yōu)點(diǎn)，是一類非常好的多功能產(chǎn)品。近年來，聚合物納微球在生物醫(yī)藥、環(huán)境、催化劑、功能材料等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，如藥物緩控釋載體、生物分離微球介質(zhì)、臨床檢測(cè)用微球試劑等。這些高附加價(jià)值的應(yīng)用要求微球粒徑均一、可控，且制備重復(fù)性好，否則會(huì)嚴(yán)重影響應(yīng)用效果。而現(xiàn)有的微球制備技術(shù)很難產(chǎn)生尺寸均一的微球，且粒徑不可控，批次重復(fù)性差；不但影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且需要繁瑣的后處理和額外的分離設(shè)備，浪費(fèi)了大量原料，造成產(chǎn)品價(jià)格昂貴。目前僅有的幾種均一微球制備技術(shù)也很難實(shí)現(xiàn)微球的結(jié)構(gòu)控制。因此，急需開發(fā)性能優(yōu)異的粒徑和結(jié)構(gòu)都可控的，批次重復(fù)性好的均一聚合物納微球產(chǎn)品及其制備技術(shù)。目前高壓勻漿、超聲乳化等方法結(jié)合化學(xué)聚合法是制備聚合物納微球的常用技術(shù)，但此類技術(shù)所制備的微球粒徑不均一、不可控，批次重復(fù)性較差，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到高附加值的要求。而現(xiàn)有均一聚合物微球的制備方法主要有分散聚合法、乳液聚合法、種子溶脹法等幾種。分散聚合法是在分散體系中配制有單體、分散劑及引發(fā)劑，為均相體系；聚合開始后，單體生成的聚合物不溶于分散體系，隨著聚合物分子量的不斷增大而逐漸從分散體系中沉淀出來而形成穩(wěn)定的微球。典型的分散聚合法如CN101559344A所示，其公開了一種分散聚合制備ST/ΒΑ共聚微球的方法，其原料配方包括分散介質(zhì)、分散劑、單體、引發(fā)劑，單體由苯乙烯和丙烯酸丁酯組成，將分散介質(zhì)和分散劑加入到通氮?dú)獠Ю淠艿娜谄恐屑訜嶂?0°C，后加入單體和引發(fā)劑反應(yīng)12h，所制得微球粒徑在1微米左右，固含量在10%以上。但該方法制備的微球結(jié)構(gòu)比較單一，很難用于制備多孔或包有功能材料的多形態(tài)微球。乳液聚合和無皂聚合法是一種用于制備亞微米級(jí)聚合物微球的常用方法。CN 101543758A公開了一種使用可聚合VI0L0GEN表面活性劑進(jìn)行乳液聚合制備核-殼納米抗菌聚合物微球的方法，使用既具有表面活性功能基團(tuán)、又具有可聚合雙鍵官能團(tuán)、同時(shí)還具有抗菌功能基團(tuán)的VI0L0GEN雙陽離子可聚合表面活性劑，作為共聚單體在水或水與有機(jī)溶劑的反應(yīng)介質(zhì)中進(jìn)行穩(wěn)定乳液聚合，通過一步加料或分段加料制備表面共價(jià)鍵接抗菌基團(tuán)的納米、核-殼聚合物微球。該技術(shù)也難以一步實(shí)現(xiàn)微球結(jié)構(gòu)的控制。種子溶脹法是Ugelstad等建立的一種制備均一微球的方法，首先利用乳液聚合等方法制備出均一的小粒徑微球，再經(jīng)過一步或多步溶脹過程來制備成所需粒徑的聚合物微球。CN 101058614A公開了一種極性種子溶脹法制備微米級(jí)磁性聚合物微球的方法，包括以下步驟(1)利用高分子聚合方法合成0. 05 8MM，數(shù)粒度分布CV小于10%的單分散
4的聚乙烯基吡啶、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸非烷基酯、聚丙烯酸非烷基酯的均聚物或者共聚物極性種子；( 將極性的帶雙鍵的羧酸酯類單體、自由基引發(fā)劑、交聯(lián)劑和造孔劑混合后做為有機(jī)物相加入到溶解有分散穩(wěn)定劑、可溶性鹽、阻聚劑的水相中，經(jīng)過超聲強(qiáng)化分散30分鐘制備成直徑不超過0. 3mm的乳液液滴；(3)將步驟⑴ 的種子和步驟O)的乳液液滴于室溫下混合攪拌12 M小時(shí)，有機(jī)物相經(jīng)過水分散介質(zhì)吸收到種子中，加熱到70°C聚合M小時(shí)，先后用水/丙酮洗滌/分散4次，再干燥得羧酸酯聚合物微球；(4)步驟(3)的羧酸酯聚合物微球在堿性條件下進(jìn)行水解得到帶羧基的聚合物微球；( 將步驟(4)中的聚合物微球加入到1 2+/ 3+混合離子水溶液中，在室溫下攪拌30分鐘 12小時(shí)，然后洗掉多余的狗2+/狗3+離子，加入濃氨水，調(diào)整pH到10 14，反應(yīng)M小時(shí)，然后離心洗滌即得到多孔微米級(jí)磁性聚合物微球。該方法的制備過程繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力造成產(chǎn)品成本高、價(jià)格昂貴，難以大規(guī)模應(yīng)用。針對(duì)傳統(tǒng)制備方法的不足及尺寸均一可控的聚合物微球制備困難的關(guān)鍵問題，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)展了直接膜乳化-懸浮聚合技術(shù)制備均一聚合物微球。秦璐等(微孔膜乳化與懸浮聚合結(jié)合法制備均一 PST-DVB多孔微球，秦璐等，過程工程學(xué)報(bào)，2007年第3期)公開了一種微孔膜乳化與懸浮聚合結(jié)合法制備均一 PST-DVB多孔微球的方法，其使用大型膜乳化裝置在一定壓力下將分散相通過膜表面的微孔壓入循環(huán)的連續(xù)相中，由于膜表面的微孔呈均一分散，在合適的膜壓范圍內(nèi)得到的0/W型乳液呈單分散性。將所制備的0/W型乳液移入帶有冷凝管、攪拌棒、氮?dú)鈱?dǎo)管的四口反應(yīng)器內(nèi)，通氮?dú)庵脫Q氧氣后，在80°C下聚合反應(yīng)Mh，聚合結(jié)束后，用布氏漏斗抽濾得到微球介質(zhì)，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌微球后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥，制得PST-DVB多孔微球產(chǎn)品。王靜等(聚二乙烯基苯微球制備及其在小分子和多肽反相色譜分離中應(yīng)用，王靜等，過程工程學(xué)報(bào)，2009年第4期)公開了一種聚二乙烯基苯微球制備方法，其使用膜乳化裝置在一定壓力下將配制好的油相通過均一膜壓入水相中，形成尺寸均一的乳液，油相壓完后，將乳液移至帶攪拌器、冷凝管、氮?dú)馔ㄈ牍艿乃目诜磻?yīng)瓶中，通氮?dú)庵脫Q氧氣Ih后升溫至75V，聚合Mh，聚合結(jié)束后，用布氏漏斗抽濾得到微球，將微球用熱水和乙醇分別洗滌3次，用丙酮抽提24h后真空干燥，制得PDVB微球。所述微球呈多孔球體結(jié)構(gòu)，粒徑約為 25 μ m,平均孔徑為14nm，比表面積達(dá)520m2/g。直接膜乳化-懸浮聚合技術(shù)獲得均一乳滴的基本條件是分散相與微孔膜表面的界面張力要足夠大，當(dāng)采用小孔徑的微孔膜來制備納微級(jí)的均一可控聚合物微球時(shí)，乳液制備速度非常慢，而且采用該技術(shù)很難制備粒徑在1 μ m以下的聚合物微球。由于直接膜乳化技術(shù)在制備小粒徑微球時(shí)存在著上述缺陷，因此，我們有必要研究開發(fā)新型的納微級(jí)微球的制備技術(shù)，制備出粒徑均一可控、形態(tài)結(jié)構(gòu)可控的聚合物納微球，以進(jìn)一步拓展聚合物納微球的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種聚合物納微球產(chǎn)品的制備方法。本發(fā)明所述聚合物納微球產(chǎn)品的制備方法解決了傳統(tǒng)聚合物納微球粒徑不均一、不可控的制備難點(diǎn)，制備的聚合物納微球產(chǎn)品的平均粒徑在幾十納米至50微米范圍內(nèi)，平均粒徑優(yōu)選在50納米-50微米之間，例如100納米-40微米，或500納米-30微米，其粒徑分布系數(shù)< 20%。所述粒徑分布系數(shù)按下式計(jì)算，C. V. = {[ Σ (Cli-CDVN]172/^ Χ100%式中，C. V.代表粒徑分布系數(shù)；屯代表各個(gè)納微球的直徑；d代表納微球的數(shù)均平均粒徑，d = Σ di/N ；N為用于計(jì)算粒徑的納微球數(shù)量，且N彡200個(gè)。本發(fā)明中聚合物納微球的平均粒徑優(yōu)選在50納米-50微米之間，例如100納米-40微米，或500納米-30微米。本發(fā)明可以用各種可聚合的烯類單體來制備聚合物納微球，例如苯乙烯(ST)、乙基苯乙烯(EST)、二乙烯基苯(DVB)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDGMA)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)等可聚合反應(yīng)的單體和兩種及以上單體的混合物。本發(fā)明中還可以根據(jù)油相配方中所用助劑的不同實(shí)現(xiàn)聚合物納微球形態(tài)結(jié)構(gòu)的控制，制備的聚合物納微球的結(jié)構(gòu)優(yōu)選為實(shí)心、單眼、凹凸、多孔、中空等形態(tài)。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的制備聚合物納微球產(chǎn)品的方法，其包括如下具體步驟(1)提供溶解了助劑的水溶液作為水相，所述助劑優(yōu)選為穩(wěn)定劑和/或乳化劑等；(2)提供含有油溶性引發(fā)劑、聚合單體及其他輔助劑的油性溶液作為油相；(3)將水相與油相混合得到0/W型預(yù)乳液；(4)將所述預(yù)乳液在恒定的壓力下快速通過孔徑均一的微孔膜得到0/W型乳液；(5)將0/W型均一乳液經(jīng)聚合固化后制備成均一的聚合物納微球；可選地，(6)將得到的納微球經(jīng)過濾、洗滌或/和干燥處理，得到聚合物納微球產(chǎn)
P
ΡΠ O本發(fā)明的制備方法中，步驟(1)中的乳化劑及穩(wěn)定劑優(yōu)選為聚乙烯醇(PVA)、明膠(Gelatin)、纖維素(Cellulose)、羥烷基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、無水硫酸鈉 (Na2SO4)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基磺酸鈉(SLQ等或其混合物，其在水相中的重量百分比濃度為0. 02-5%，優(yōu)選0. 03-4%，例如0. 1-4% ο本發(fā)明的制備方法中，步驟O)中的引發(fā)劑優(yōu)選為過氧化苯甲酰(ΒΡ0)、過氧化十二酰(LP0)、過氧化二碳酸二乙基己酯(EHP)、偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二異庚腈(ADVN)等，其在油相中的重量百分比濃度為0. 1-10%，優(yōu)選0. 2-8%，例如0. 5_6%或 1-5%。所述其他輔助劑意指不同于步驟(1)的助劑，優(yōu)選為疏水性的C4-C22烷烴類、 C4-C22烷鏈醇類、芳香族化合物、飽和芳香族化合物、線形苯乙烯低聚物及其幾種化合物的混合物等，其在油相中的重量百分比濃度為0-70%，優(yōu)選0.05-60%，例如1-50%。所述重量百分比濃度為0意指不添加/不存在其他輔助劑。本發(fā)明的制備方法中，步驟(3)中的油相與水相的體積比優(yōu)先為1 1-1 25，例如 1 1-1 20，再例如 1 1-1 15。本發(fā)明的制備方法中，步驟⑷中所述預(yù)乳液在恒定的壓力作用下通過微孔膜。該操作壓力與所用膜孔徑及油水相比例有關(guān)，優(yōu)選為0. 005-3. OMPa,更優(yōu)選為 0. 01-2. 5MPa。所述基本恒定的壓力是指壓力的波動(dòng)不超過10%，優(yōu)選為不超過5%。
本發(fā)明優(yōu)選所述預(yù)乳液在恒定的壓力作用下快速通過微孔膜，所述“快速”是在較高壓力下產(chǎn)生的，意指通過的時(shí)間較短。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的重點(diǎn)之一在于使預(yù)乳液在恒定的壓力作用下快速通過微孔膜。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員均熟知，預(yù)乳液通過微孔膜的速度與膜壓和膜的平均孔徑有關(guān)，因此所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員從本發(fā)明的工藝條件能獲知所述“快速”的具體速度，因?yàn)樵摗翱焖佟焙x是清楚的，本發(fā)明不再就其數(shù)值范圍進(jìn)行說明。步驟中，可根據(jù)乳液的均一程度選擇一次或多次壓過微孔膜的過程，直至得到均一的乳液。所述預(yù)乳液過膜的次數(shù)可為多次，即通過同一微孔膜至少一次得到所述0/ W型乳液，優(yōu)選為2-7次，更優(yōu)選3-5次，每次通過在相同的壓力條件下進(jìn)行。步驟(4)中所述微孔膜優(yōu)選為高分子多孔膜、二氧化硅多孔膜、陶瓷多孔膜。高分子多孔膜可以為硅橡膠全蒸發(fā)膜(尤其是由聚二甲基硅氧烷制備的膜)、聚四氟乙烯膜、聚四氟乙烯填充硅橡膠膜、高分子聚乙烯膜、高分子聚丙烯膜、高分子聚醚砜膜等。陶瓷多孔膜可以為鈦酸鋇、鈦酸鍶、鋯酸鈣、鋯酸鎂、碳化硅、碳化硼等材質(zhì)的膜。微孔膜的形狀優(yōu)先為平板形，管形；其中管形的橫截面形狀優(yōu)先為圓形、正方形、長(zhǎng)方形、橢圓形、圓筒形。所述微孔膜的平均孔徑范圍優(yōu)選為0.05-100 μ m，更優(yōu)選為0. 1-50μπι，例如 0. 2-40 μ m。其中平均孔徑為體積平均孔徑，定義如下dv = [( Σ Iii Cli3)/ Σ Iii]173式中，dv為體積平均孔徑，d,為各個(gè)微孔的直徑，η,為孔徑為Cli的微孔的數(shù)目。所述微孔膜的孔徑分布對(duì)聚合物納微球的粒徑分布的影響至關(guān)重要，膜孔徑分布越窄，所制備得到的聚合物納微球的粒徑分布越均一。因此，所述微孔膜的孔徑分布跨距 Span值在0. 7以下?？讖椒植伎缇郤pan值的定義如下式所述Span = (d90-d10) /d50式中，d9(1、d10和d5(1分別表示所有孔徑中有90%、10%、50%的孔的孔徑小于該值所表示的孔徑尺寸。孔徑分布跨距(Span值)越小，孔徑分布越窄，即孔徑越均一。本發(fā)明的制備方法中，步驟(5)中乳液的固化方法可根據(jù)引發(fā)劑的種類選擇加熱聚合或紫外光照射法進(jìn)行，固化反應(yīng)的加熱溫度為30-150°C，優(yōu)選的加熱溫度為 50-120°C，進(jìn)一步優(yōu)選50-90°C。固化反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為8_30小時(shí)；若采用紫外光照射反應(yīng)， 則反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為1-20小時(shí)。本發(fā)明的制備方法中，步驟(6)中所述得到的聚合物納微球具有約幾十納米至50 微米之間的平均粒徑，優(yōu)選幾十納米至30微米之間的平均粒徑，和小于約20%的粒徑分布系數(shù)。因此，本發(fā)明的方法特別適合制備本發(fā)明上述的聚合物納微球。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明的方法也可以用于制備具有其它粒徑和粒徑分布的聚合物納微球。步驟(6)中所述得到的聚合物納微球的形態(tài)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)步驟(2)中所用助劑的種類及用量的不同實(shí)現(xiàn)調(diào)控，結(jié)構(gòu)優(yōu)選為實(shí)心、多孔、中空、單眼、凹陷等不同的形態(tài)。步驟(6)中所述洗滌為水洗、醇洗、丙酮抽提或其組合，優(yōu)選按順序進(jìn)行水洗、醇洗和丙酮抽提。所述干燥優(yōu)選烘干或凍干。作為優(yōu)選，本發(fā)明的制備聚合物納微球產(chǎn)品的方法，如圖1所示，聚合物納微球的制備的步驟如下1)0/W型預(yù)乳液的制備
將一定量的乳化劑、穩(wěn)定劑及其他助劑加入到一定量的去離子水中配制成均相的水溶液作為水相；將一種或多種化學(xué)單體、一定量的引發(fā)劑及其他助劑配制成均相的油溶液作為油相。將水相與油相迅速混合后通過均質(zhì)乳化、攪拌或超聲等方法制備得到0/W型預(yù)乳液。2)均一納微乳液的制備在恒定的一定壓力下將預(yù)乳液迅速通過微孔膜的孔徑得到粒徑均一的0/W型乳液，該乳化過程可循環(huán)多次，直至乳液的尺寸均一性達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，一般循環(huán)2-7次即可達(dá)到要求。3)均一聚合物納微球的制備根據(jù)引發(fā)劑的激發(fā)方式，將制備的均一 0/W型乳液采用聚合或光照的固化方式進(jìn)行固化，并進(jìn)行過濾洗滌、抽提等后處理，最終得到粒徑均一的聚合物納微球。本發(fā)明的目的之一還在于提供這一種納微球，所述納微球由本發(fā)明所述的制備方法制備得到。相較于現(xiàn)有技術(shù)的其他微球，本發(fā)明所述的納微球，意指制備的聚合物納微球產(chǎn)品的平均粒徑在納米級(jí)到微米級(jí)內(nèi)，本發(fā)明優(yōu)選幾十納米至50微米范圍內(nèi)，平均粒徑優(yōu)選在50納米-50微米之間，例如100納米-40微米，或500納米-30微米，其粒徑分布系數(shù) <20%。所述幾十納米意指兩位數(shù)，例如20、25、30、46、50納米等，或更大。由本發(fā)明所述納微球的特性可知，本發(fā)明的制備方法賦予其不同于現(xiàn)有技術(shù)的新特性。本發(fā)明提供的聚合物納微球的制備方法具有尺寸均一可控、微球結(jié)構(gòu)形態(tài)可控、 制備速度快、產(chǎn)量大、批次重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所制備的均一聚合物納微球具有機(jī)械強(qiáng)度高、物化性能穩(wěn)定、耐酸堿、易于修飾等特點(diǎn)。因此本發(fā)明的目的之一還在于提供一種聚合物納微球的用途，其可以用于色譜填料、修飾后用作離子交換劑、固相合成載體、酶固定化載體、藥物載體、分析檢測(cè)試劑、食品及化妝品的功能化載體等許多領(lǐng)域，有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明采用了快速膜乳化技術(shù)制備粒徑為幾十納米至幾十微米的聚合物納微球。 采用這種新型的膜乳化法制備的聚合物納微球的均一分散性很好，而且還可以通過選擇不同的膜孔徑及操作壓力實(shí)現(xiàn)所制備納微球平均粒徑的控制，納微球的粒徑分布系數(shù)可以控制在20%以內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明方法制備的聚合物納微球產(chǎn)品粒徑均一，該技術(shù)解決了傳統(tǒng)制備方法難以制備粒徑均一可控、常規(guī)膜乳化法難以制備小粒徑聚合物納微球的關(guān)鍵問題，在保證粒徑均一的前提下能快速制備小粒徑的聚合物納微球。該制備技術(shù)的制備工藝簡(jiǎn)便，操作易于放大和規(guī)?；a(chǎn)，而且乳液的生成速率快、批次重復(fù)性好。


圖1是聚合物納微球的制備步驟示意圖。圖2是實(shí)施例1制備的聚苯乙烯(PST)實(shí)心微球的掃描電鏡照片。圖3是實(shí)施例2制備的聚苯乙烯(PST)多孔微球的掃描電鏡照片。圖4是實(shí)施例3制備的聚二乙烯基苯(PDVB)凹陷微球的掃描電鏡照片。圖5是實(shí)施例1、2、3中制備的聚合物微球的粒徑分布圖(激光粒度儀測(cè)試)。圖6是實(shí)施例5制備的聚苯乙烯(PST)實(shí)心納米球的掃描電鏡照片。
圖7是實(shí)施例8制備的苯乙烯(ST)均一乳液的光鏡照片。圖8是采用不同孔徑的微孔膜制備的PST微球的平均粒徑與微孔膜孔徑之間的關(guān)系圖(實(shí)施例2、4、5、6、7、8的實(shí)驗(yàn)結(jié)果)。圖9是實(shí)施例9制備的聚苯乙烯單眼微球的掃描電鏡照片。圖10是實(shí)施例10制備的聚苯乙烯中空微球的激光共聚焦照片。圖11是實(shí)施例11制備的聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯(P(ST-MMA))微孔微球的掃描電鏡照片。圖12是實(shí)施例12中制備的聚苯乙烯-甲基丙烯酸羥乙酯(P(ST-HEMA))雙親表面微球的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。實(shí)施例1 (微孔膜的孔徑2. 8微米，結(jié)構(gòu)為實(shí)心，單體為ST)將孔徑為2. 8微米的微孔膜置于去離子水中超聲處理30分鐘后將其安裝配套的膜乳化器中待用。準(zhǔn)確量取150ml去離子水，稱取1. 8gPVA、0. 0003g SDS及0. 0045g Na2SO4 等助劑溶解在去離子水中形成水相備用。將0.5g BPO完全溶解在20g ST中形成油相。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在300rpm下攪拌10分鐘，形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化器儲(chǔ)料罐中，在0. 95MPa的氮?dú)鈮毫ο?，使其快速通過孔徑均一的微孔膜，得到粒徑比較均一的0/W型乳液，將所得乳液作為預(yù)乳液在0. 95MPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化4次，最終得到粒徑均一的0/W型乳液；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在70°C下聚合反應(yīng)16小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的PST實(shí)心微球粉末。微球的掃描電鏡照片如圖2所示，所得微球呈實(shí)心結(jié)構(gòu)，平均粒徑為2. 2微米，產(chǎn)率95%，粒徑分布C. V.值為13.8%。實(shí)施例2 (微孔膜的孔徑2. 8微米，結(jié)構(gòu)為微孔，單體為ST)采用與實(shí)施例1相同孔徑的微孔膜、水相溶液150ml，在相同的油相中再加入IOg 正庚烷(HP)形成油相。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在300rpm下攪拌10分鐘，形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化裝置儲(chǔ)料罐中，在1. 05MPa的氮?dú)鈮毫ο?，使其快速通過孔徑均一的微孔膜，得到粒徑比較均一的0/W型乳液，將所得乳液作為預(yù)乳液在1. 05MPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化5次，最終得到粒徑均一的0/W 型乳液；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在80°C下聚合反應(yīng)20小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的PST微孔微球。微球的掃描電鏡照片如圖3所示，所得微球呈微孔結(jié)構(gòu)，平均粒徑為2. 3微米，產(chǎn)率90%，粒徑分布C. V.值為14. 6%。實(shí)施例3 (微孔膜的孔徑2. 8微米，結(jié)構(gòu)為凹陷，單體為DVB)采用與實(shí)施例1相同孔徑的微孔膜。準(zhǔn)確量取200ml去離子水，稱取1. 2gPVA、 0. 008g SDS溶解在去離子水中形成水相備用。將1. Ig BPO完全溶解在^g DVBUlg十六烷(HD)中形成油相。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在500rpm下攪拌10分鐘， 形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化裝置儲(chǔ)料罐中，在1. IMI^a的氮?dú)鈮毫ο拢?使其快速通過微孔膜，得到粒徑比較均一的0/W型乳液，將所得乳液作為預(yù)乳液在1. IMPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化3次，最終得到粒徑均一的0/W型乳液；乳化完畢， 將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在90°C下聚合反應(yīng)14小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌后得到制備的PDVB凹陷微球。微球的掃描電鏡照片如圖4所示，所得微球呈凹陷結(jié)構(gòu)，平均粒徑為2.0微米，產(chǎn)率89%，粒徑分布C. V.值為15.4%。圖5為實(shí)施例1、2、3的微球粒徑分布圖。由該數(shù)據(jù)得出利用相同微孔膜制備的三種不同結(jié)構(gòu)的微球粒徑差別不大，實(shí)現(xiàn)了微球結(jié)構(gòu)的控制，同時(shí)具有很好的批次重復(fù)性。實(shí)施例4 (微孔膜的孔徑0.8微米，結(jié)構(gòu)為實(shí)心，單體為ST)選擇孔徑為0. 8微米的微孔膜，所用油相與水相和實(shí)施例1相同。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在SOOrpm下攪拌10分鐘，形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化裝置儲(chǔ)料罐中，在2. IMPa的氮?dú)鈮毫ο拢蛊淇焖偻ㄟ^孔徑均一的微孔膜， 得到粒徑比較均一的0/W型乳液，將所得乳液作為預(yù)乳液在2. IMPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化5次，最終得到粒徑均一的0/W型乳液；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在75°C下聚合反應(yīng)20小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的PST實(shí)心納米球。所得微球平均粒徑為500納米，產(chǎn)率86%，粒徑分布C. V.值為15. 9%。實(shí)施例5 (微孔膜的孔徑1. 4微米，結(jié)構(gòu)為實(shí)心，單體為ST)選擇孔徑為1. 4微米的微孔膜，所用油相與水相和實(shí)施例1相同。乳液制備工藝也與實(shí)施例1相同，但所使用的乳化壓力為1. 6MPa ；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在70°C下聚合反應(yīng)16小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的PST實(shí)心納米球。產(chǎn)品的掃描電鏡照片如圖6所示，所得微球平均粒徑為900納米，產(chǎn)率85%，粒徑分布 C. V.值為 17.9%。實(shí)施例6 (微孔膜的孔徑5. 4微米，結(jié)構(gòu)為實(shí)心，單體為ST)選擇孔徑為5. 4微米的微孔膜，所用油相與水相和實(shí)施例1相同。乳液制備工藝也與實(shí)施例1相同，但所使用的乳化壓力為0. 45MPa ；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在70°C下聚合反應(yīng)16小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的PST實(shí)心微球。所得微球平均粒徑為4.1微米，產(chǎn)率92%，粒徑分布C. V.值為13.9%。實(shí)施例7 (微孔膜的孔徑9. 0微米，結(jié)構(gòu)為實(shí)心，單體為ST)選擇孔徑為9. 0微米的微孔膜，所用油相與水相和實(shí)施例1相同。乳液制備工藝也與實(shí)施例1相同，但所使用的乳化壓力為0. 20MPa ；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在70°C下聚合反應(yīng)16小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的PST實(shí)心微球。所得微球平均粒徑為6. 9微米，產(chǎn)率85%，粒徑分布C. V.值為17.3%。實(shí)施例8 (微孔膜的孔徑40微米，結(jié)構(gòu)為多孔，單體為ST)選擇孔徑為40微米的微孔膜，所用油相與水相和實(shí)施例2相同，乳液制備工藝也與實(shí)施例2相同，但所使用的乳化壓力為0. OlMPa，制備的均一乳液光鏡照片如圖7所示。 乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在80°C下聚合反應(yīng)20小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的PST微孔微球。所得微球平均粒徑為32微米，產(chǎn)率87%，粒徑分布C. V.值為15.6%。圖8顯示為微球的平均粒徑與所用微孔膜的膜孔徑間的變化關(guān)系，隨著膜孔徑的增大，所制備的微球粒徑也隨之增大，從而可以利用膜孔徑的大小來實(shí)現(xiàn)微球粒徑的控制。實(shí)施例9 (微孔膜的孔徑8. 2微米，結(jié)構(gòu)為單眼，單體為ST)
10
選擇孔徑為8. 2微米的微孔膜超聲處理后待用。準(zhǔn)確量取200ml去離子水，稱取 2. OgPVP,0. 075g SLS,0. OlgNa2SO4溶解在去離子水中形成水相。將0. 2gADVN完全溶解在 20g ST、2.0g十六烷(HD)、0. 5g DMAEMA中形成油相。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在600rpm下攪拌10分鐘，形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化裝置儲(chǔ)料罐中，在0. 25MPa的氮?dú)鈮毫ο拢蛊淇焖偻ㄟ^微孔膜，得到粒徑比較均一的0/W型乳液， 將所得乳液作為預(yù)乳液在0. 25MPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化4次，最終得到粒徑均一的0/W型乳液；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在85°C下聚合反應(yīng)10 小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌后得到制備的PST單眼微球。如圖9所示，所得微球的平均粒徑為5. 5微米，產(chǎn)率84%，粒徑分布C. V.值為16.4%。實(shí)施例10 (微孔膜的孔徑5. 2微米，結(jié)構(gòu)為空心，單體為ST與DVB共聚)選擇孔徑為5. 2微米的微孔膜超聲處理后待用。準(zhǔn)確量取150ml去離子水，稱取 1.5gPVA、0. llgSDS、0.035g Na2SO4溶解在去離子水中形成水相。將0. 4gBP0完全溶解在 IOg ST、10gDVB、15g十六烷(HD)中形成油相。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在400rpm下攪拌10分鐘，形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化裝置儲(chǔ)料罐中， 在0. 55MPa的氮?dú)鈮毫ο?，使其快速通過微孔膜，得到粒徑比較均一的0/W型乳液，將所得乳液作為預(yù)乳液在0. 55MPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化5次，最終得到粒徑均一的0/W型乳液；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在70°C下聚合反應(yīng)20小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌后得到制備的P(ST-DVB)中空微球。微球的熒光共聚焦照片如圖10所示，所得微球的平均粒徑為3. 5微米，產(chǎn)率88%，粒徑分布C. V.值為17. 1 %。實(shí)施例11 (微孔膜的孔徑9. 0微米，結(jié)構(gòu)為多孔，單體為ST與MMA共聚)選擇孔徑為9. 0微米的微孔膜超聲處理后待用。準(zhǔn)確量取200ml去離子水，稱取 4. 5gPVA溶解在去離子水中形成水相備用。將0. 75g AIBN完全溶解在20gST、5g MMA、18g HP、2g液體石蠟中形成油相。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在200rpm下攪拌 10分鐘，形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化裝置儲(chǔ)料罐中，在0. ISMPa的氮?dú)鈮毫ο?，使其快速通過孔徑均一的微孔膜，得到粒徑比較均一的0/W型乳液，將所得乳液作為預(yù)乳液在0. ISMPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化3次，最終得到粒徑均一的 0/W型乳液；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在85°C下聚合反應(yīng)20小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提、干燥后得到制備的P(ST-MMA)微孔微球。微球的掃描電鏡照片如圖 11所示，所得微球平均粒徑為7. 2微米，產(chǎn)率86%，粒徑分布C. V.值為14. 8%。實(shí)施例12 (微孔膜的孔徑30微米，結(jié)構(gòu)為表面雙親，單體為ST與HEMA共聚)選擇孔徑為30微米的微孔膜超聲處理后待用，水相與實(shí)施例3相同。將0. 45g BPO 完全溶解在15g ST、3g HEMA、10g甲苯、5g線形聚苯乙烯中形成油相。將配制好的油相加入到水相中，用機(jī)械攪拌在600rpm下攪拌10分鐘，形成預(yù)乳液。然后，將所得預(yù)乳液迅速倒入膜乳化裝置儲(chǔ)料罐中，在0. 05MPa的氮?dú)鈮毫ο拢蛊淇焖偻ㄟ^孔徑均一的微孔膜，得到粒徑比較均一的0/W型乳液，將所得乳液作為預(yù)乳液在0. 05MPa的氮?dú)鈮毫ο略俅瓮ㄟ^微孔膜，反復(fù)乳化4次，最終得到粒徑均一的0/W型乳液；乳化完畢，將乳液轉(zhuǎn)移入三口反應(yīng)燒瓶中，在80°C下聚合反應(yīng)18小時(shí)，將反應(yīng)液經(jīng)過濾、洗滌、抽提后得到制備的P (ST-HEMA) 微孔微球。微球的掃描電鏡照片如圖12所示，所得微球平均粒徑為M微米，產(chǎn)率83%，粒徑分布C. V.值為16. 2%。。
通過閱讀本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能會(huì)想到本發(fā)明的許多改動(dòng)和其它實(shí)施方案，并根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)預(yù)知其益處。因此，應(yīng)當(dāng)理解，以上實(shí)施方案和實(shí)施例并未限制本發(fā)明，并且對(duì)其進(jìn)行的改動(dòng)和其它的實(shí)施方案也包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然本文使用特定術(shù)語，但是它們僅僅以其一般的和描述性意義使用，并不是為了限制權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備聚合物納微球產(chǎn)品的方法，其包括如下具體步驟(1)以溶解了助劑的水溶液作為水相，所述助劑優(yōu)選為穩(wěn)定劑和/或乳化劑；(2)以含有油溶性引發(fā)劑、聚合單體及其他助劑的油性溶液作為油相；(3)將水相與油相混合得到0/W型預(yù)乳液；(4)將所述預(yù)乳液在恒定的壓力下快速通過微孔膜得到0/W型乳液；(5)將0/W型乳液經(jīng)聚合固化后制備成均一的聚合物納微球；可選地，(6)將得到的納微球經(jīng)過濾、洗滌或/和干燥處理，得到聚合物納微球產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中的乳化劑和穩(wěn)定劑優(yōu)選為聚乙烯醇(PVA)、明膠(Gelatin)、纖維素(Cellulose)、羥烷基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、無水硫酸鈉(Na2SO4)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基磺酸鈉(SLQ或其混合物，其在水相中的重量百分比濃度為0. 02-5%，優(yōu)選0. 03-4%，例如0. 1-4% ο
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中的所述單體為苯乙烯(ST)、 乙基苯乙烯(EST)、二乙烯基苯(DVB)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、 甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDGMA)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)可聚合反應(yīng)的單體，或兩種及以上單體的混合物；優(yōu)選地，步驟( 中的所述引發(fā)劑優(yōu)選為過氧化苯甲酰(BPO)、過氧化十二酰(LPO)、過氧化二碳酸二乙基己酯(EHP)、偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二異庚腈(ADVN)或其混合物，其在油相中的重量百分比濃度為0. 1-10%，優(yōu)選0. 2-8%，例如0. 5-6% ；優(yōu)選地，步驟O)中的所述其他助劑為疏水性的C4-C22烷烴類、C4-C22烷鏈醇類、芳香族化合物、飽和芳香族化合物、線形苯乙烯低聚物及其混合物，其在油相中的重量百分比濃度為0-70 %，優(yōu)選0. 05-60 %，例如1-50 %。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，步驟(3)中的油相與水相的體積比為 1:1-1: 25，例如 1 1-1 20，例如 1 1-1 15。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述恒定的壓力 0. 005-3. OMPa，更優(yōu)選為0. 01-2. 5MPa，所述恒定的壓力的波動(dòng)不超過10%，優(yōu)選為不超過 5% ；優(yōu)選地，步驟中，所述預(yù)乳液在恒定的壓力作用下快速通過微孔膜；優(yōu)選地，步驟(4)中，根據(jù)乳液的均一程度選擇一次或多次快速壓過微孔膜，直至得到均一的乳液；所述多次優(yōu)選為2-7次，更優(yōu)選3-5次，每次在相同的壓力條件下進(jìn)行；優(yōu)選地，步驟中，所述微孔膜優(yōu)選為高分子多孔膜、二氧化硅多孔膜、陶瓷多孔膜； 高分子多孔膜為硅橡膠全蒸發(fā)膜、由聚二甲基硅氧烷制備的膜、聚四氟乙烯膜、聚四氟乙烯填充硅橡膠膜、高分子聚乙烯膜、高分子聚丙烯膜或高分子聚醚砜膜；陶瓷多孔膜為鈦酸鋇、鈦酸鍶、鋯酸鈣、鋯酸鎂、碳化硅或碳化硼膜；微孔膜的形狀為平板形或管形，其中管形的橫截面形狀為圓形、正方形、長(zhǎng)方形、橢圓形或圓筒形；優(yōu)選地，所述微孔膜的平均孔徑范圍為0. 05-100 μ m，更優(yōu)選為0. 1-50 μ m,例如 0. 2-40 μ m ；優(yōu)選地，所述微孔膜的孔徑分布跨距Span值在0. 7以下。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，步驟(5)中乳液的固化方法為加熱聚合或紫外光照射法；所述固化反應(yīng)的加熱溫度為30-150°C，優(yōu)選的加熱溫度為50-120°C， 進(jìn)一步優(yōu)選50-90°C ；固化反應(yīng)時(shí)間為8-30小時(shí)；若采用紫外光照射反應(yīng)，則反應(yīng)時(shí)間為 1-20小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，步驟(6)中得到的所述聚合物納微球具有幾十納米至50微米之間的平均粒徑和小于20%的粒徑分布系數(shù)；所述平均粒徑優(yōu)選在50納米-50微米之間，例如100納米-40微米，或500納米-30微米；優(yōu)選地，步驟(6)中得到的所述聚合物納微球的形態(tài)結(jié)構(gòu)根據(jù)步驟O)中所用助劑的種類及用量的不同實(shí)現(xiàn)調(diào)控，結(jié)構(gòu)為實(shí)心、多孔、中空、單眼或凹陷形態(tài)；優(yōu)選地，步驟(6)中所述洗滌為水洗、醇洗、丙酮抽提或其組合，優(yōu)選按順序進(jìn)行水洗、 醇洗和丙酮抽提；所述干燥優(yōu)選烘干或凍干。
8.一種制備聚合物納微球產(chǎn)品的方法，所述聚合物納微球的制備的步驟如下1)0/W型預(yù)乳液的制備將一定量的乳化劑、穩(wěn)定劑及其他助劑加入到一定量的去離子水中配制成均相的水溶液作為水相；將一種或多種化學(xué)單體、一定量的引發(fā)劑及其他助劑配制成均相的油溶液作為油相；將水相與油相迅速混合后通過均質(zhì)乳化、攪拌或超聲方法制備得到0/W型預(yù)乳液；2)均一納微乳液的制備在恒定的一定壓力下將所述預(yù)乳液迅速通過微孔膜的孔徑得到粒徑均一的0/W型乳液，該乳化過程可循環(huán)多次，直至乳液的尺寸均一，優(yōu)選循環(huán)3-7次；3)均一聚合物納微球的制備將制備的均一 0/W型乳液采用聚合或光照的固化方式進(jìn)行固化，并進(jìn)行過濾、洗滌、抽提和干燥處理，最終得到粒徑均一的聚合物納微球。
9.一種權(quán)利要求1-8之一所述方法制備得到的聚合物納微球，其特征在于所述聚合物納微球粒徑在幾十納米至50微米范圍內(nèi)，平均粒徑優(yōu)選在50納米-50微米之間，例如100 納米-40微米，或500納米-30微米，其粒徑分布系數(shù)< 20%。
10.一種權(quán)利要求9所述聚合物納微球的用途，其特征在于，用于色譜填料、修飾后用作離子交換劑、固相合成載體、酶固定化載體、藥物載體、分析檢測(cè)試劑、食品及化妝品的功能化載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尺寸均一可控的聚合物納微球產(chǎn)品及其制備方法。首先將可聚合的烯類單體，與引發(fā)劑、輔助劑等配制成油相，將水與穩(wěn)定劑、乳化劑等配制成水相。將油水相混合制備成O/W型預(yù)乳液，在壓力下將預(yù)乳液快速通過孔徑均一的微孔膜，形成粒徑均一的O/W型乳液，然后將乳液中的乳滴聚合固化成粒徑均一的聚合物納微球。所制備微球的平均粒徑可在數(shù)十納米至50微米范圍內(nèi)得到控制，粒徑分布系數(shù)C.V.＜20％。該方法具有步驟簡(jiǎn)便、易于操控、易于規(guī)模化、批次制備重復(fù)性好、粒度均一可控、無需后續(xù)篩分等優(yōu)點(diǎn)，因此排放少、制備成本低廉。
文檔編號(hào)C08F212/08GK102417552SQ20111028302
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者鞏方玲, 蘇志國, 閆曉峰, 馬光輝 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所