一種製備中空微膠囊的方法
2023-06-13 19:03:21
專利名稱：一種製備中空微膠囊的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備中空微膠囊的方法。具體說是以膠體二氧化矽微粒為一種模板，在其表面接枝雙鍵；然後在另外一種分子模板—聚乙烯基吡咯烷酮存在下，將丙烯酸聚合，生成含氫鍵的複合物。這種複合物或丙烯酸單體被捕捉或聚合到接雙鍵的二氧化矽粒子表面，從而形成核—殼結構的微粒。最後把模板除去，得到由聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酸複合物為囊壁的中空微膠囊。
背景技術：
微膠囊是通過成膜物質將囊內空間與囊外空間隔離開以形成特定幾何結構的物質，其內部可以是填充的，也可以是中空的。微膠囊的形狀以球形結構為主，也可為卵圓形、正方形或長方形、多角形及各種不規則形狀。傳統微膠囊尺寸大小通常在微米至毫米級，壁厚在亞微米至幾百微米。根據囊壁形成的原理，微膠囊的傳統製備技術大體可分為三類利用反應形成囊壁的化學方法、利用相分離形成囊壁的物理化學方法和利用機械或其它物理作用形成囊壁的物理方法。囊壁通常由天然或合成的高分子材料組成，也可是無機化合物。
近年來，又發展了許多新的微膠囊的製備方法，如模板組裝、表面接枝聚合、分散聚合等。利用高分子聚合技術，使小分子單體在模板表面聚合生成薄膜是近十幾年來發展起來的一種新技術。這種技術得到的微膠囊，其形貌和大小依賴於所用的模板，厚度可以通過聚合程度在納米和亞微米層次上調節，反應迅速，步驟簡單，非常適合於工業化生產。利用單體聚合在模板表面形成聚合物薄膜的途徑目前主要有兩種，一種是將引發劑接在模板表面，然後在適宜的溫度、溶劑、單體濃度下，引發聚合形成聚合物接枝膜；另一種是將模板表面接上雙鍵，然後在適宜的溫度、溶劑、單體濃度下，由溶液中引發劑引發，使模板表面的雙鍵與溶液中的單體或乳膠粒共聚，形成聚合物薄膜。第一種方法由於接枝效率不高，反應條件苛刻等發展緩慢，已經較少有人使用。第二種接枝方法已成為在模板表面接枝聚合的主要途徑。
在表面接雙鍵後進行聚合的方法中，目前主要以分散聚合為主。然而，分散聚合需要的反應介質既要求是單體的溶劑又要求是聚合物的非溶劑，這就大大限制了這種方法的應用。另外這種方法得到的聚合物膜成分比較單一，主要是一種均聚物或者共聚物，不能得到以弱相互作用複合體為主的薄膜材料。這種方法的典型代表是苯乙烯在乙醇中以聚乙烯吡咯烷酮為穩定劑，在二氧化矽表面接枝聚合，然後通過氫氟酸去核得到聚苯乙烯的微膠囊；採用N-異丙基丙烯醯胺為單體時，在水中聚合得到成分為聚異丙基丙烯醯胺的微膠囊。
許多聚合物間能通過分子間的弱相互作用，如氫鍵力、靜電力等形成複合物，而這種複合物在水中是以沉澱的形式存在。這樣就可以使一系列原本溶解的單體在聚合以後，與溶液中原本存在的大分子通過氫鍵作用或靜電作用而沉澱出來。如果在合適的條件下這些沉澱被膠體粒子通過共聚作用捕捉到表面，就可以在模板表面形成基於氫鍵，或靜電力等弱相互作用的薄膜，而這種類型的薄膜通過分散聚合的方法很難得到。此處，預先加入的聚合物起到分子模板的作用。此外，為了實現聚合物微膠囊的功能化，要求所選用的聚合物最好帶有功能基團，或反應後的聚合物微膠囊中仍然剩餘可以進一步反應的活性位點，而利用模板聚合得到的複合物薄膜完全滿足這樣的要求。模板聚合得到的聚合物複合體之間的相互作用屬於弱相互作用，所有的官能團仍可以繼續和其他反應性官能團進行反應，從而可以實現功能化的目的。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於膠體模板和分子模板聚合製備中空微膠囊的方法。
本發明製備中空微膠囊的方法，包括以下幾個步驟1)將膠體二氧化矽微粒通過超聲或攪拌懸浮在含矽烷偶聯劑的甲苯溶液中至少3小時，然後離心，用甲苯或與甲苯互溶的溶劑洗滌，烘乾；2)將步驟1)得到的粒子通過超聲或攪拌分散在水中，加入丙烯酸單體或甲基丙烯酸單體，使單體濃度在0.9％～1.5％範圍內，再加入聚乙烯基吡咯烷酮，水溶性的交聯劑和水溶性的引發劑，攪拌至溶解，攪拌速度為280～500轉/分鐘，通氮除氧，加熱到55～80℃，至少1小時，然後離心，洗滌，得到核殼膠體粒子，聚乙烯基吡咯烷酮的加入質量為丙烯酸單體質量的4～10倍，水溶性交聯劑的質量小於或等於單體質量的70％，水溶性引發劑的加入質量為單體質量的0.5％～10％；3)將步驟2)得到的核殼膠體粒子懸浮在水中，滴加氫氟酸去除二氧化矽，得到中空微膠囊。
本發明中，所說的矽烷偶聯劑可以採用丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷或丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷。所說的與甲苯互溶的溶劑為甲醇、乙醇、丙酮或它們的混合物。所說的水溶性的交聯劑可以採用聚乙二醇雙甲基丙烯酸酯、聚乙二醇雙丙烯酸酯或N，N-二甲基丙烯醯胺。所說的水溶性的引發劑可以是過硫酸鉀或過硫酸銨。
本發明是建立在聚乙烯吡咯烷酮存在下，丙烯酸的模板聚合基礎上，丙烯酸單體可以和聚乙烯吡咯烷酮形成氫鍵，通過形成的複合物被二氧化矽粒子捕捉形成均勻複合膜從而得到中空微膠囊，其囊壁是由聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮的氫鍵複合物組成。通過調節單體的加入量，可以對囊壁在納米和亞微米層次上進行調控。通過加與不加交聯劑，可以得到兩種不同性質的微膠囊。
本發明的有益效果在於本發明方法工藝簡單、材料易得，聚合速率快，適合於工業化生產。在未加交聯劑的情況下形成的聚合物囊壁在酸性條件下穩定，而在弱鹼性條件下即可分解，製得的微膠囊適合於胃腸給藥等特定場合應用。在加入交聯劑的情況下製備的微囊具有對有機溶劑、酸鹼鹽、高溫穩定等特點。採用本發明方法製得的微膠囊還具有pH敏感性，即在酸性條件下微囊的通透性下降，在鹼性情況下通透性升高，是一種智能型微膠囊，這在藥物的控制釋放領域十分重要。
圖1a)是微膠囊去核後的原子力顯微鏡圖像；b)是放大的原子力顯微鏡圖像(上)和其切面的曲線(下)。
圖2a)是微膠囊去核前的透射電鏡照片；b)是微膠囊去核後的透射電鏡照片。
圖3是微膠囊去核後的掃描電鏡照片。
圖4是微膠囊去核後的雷射共聚焦顯微鏡照片。
圖5是微膠囊去核後的紅外光譜圖具體實施方式
實施例1將1g直徑為1微米的二氧化矽微粒通過攪拌懸浮在40ml的含1％的丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷的甲苯溶液中7個小時，然後離心，先用甲苯洗滌離心兩次，然後用乙醇洗滌離心兩次，烘乾。將表面接雙鍵的二氧化矽微粒通過超聲分散在50ml水中，加入2.5g聚乙烯基吡咯烷酮，攪拌使其溶解，再加入0.3ml的甲基丙烯酸和0.2ml的聚乙二醇雙丙烯酸酯，0.03g的過硫酸鉀，400轉/分鐘攪拌，通氮氣20分鐘，加熱到60℃。2小時後，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化矽，離心洗滌，在雲母片上自然乾燥後，進行原子力顯微鏡的測試。圖1結果證明微膠囊具有中空而完整的結構。
實施例2。
將1g直徑為1微米的二氧化矽微粒通過超聲懸浮在40ml的含2％的丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷的甲苯溶液中4個小時，然後用甲苯離心洗滌5次，烘乾。將表面接雙鍵的二氧化矽微粒分散在40ml水中，加入2.7g聚乙烯基吡咯烷酮，攪拌使其溶解，再加入0.5ml的丙烯酸和0.1ml的聚乙二醇雙甲基丙烯酸酯，0.05g的過硫酸銨，300轉/分鐘攪拌，通氮氣30分鐘，加熱到70℃。1小時後，離心，洗滌。圖2a)是未去除二氧化矽微粒時的透射電鏡照片，從照片中可以看到粒子周圍的聚合物膜非常均勻，壁厚大約為10nm；圖2b)是用0.4mol/L的氫氟酸去除二氧化矽微粒後的微膠囊的透射電鏡照片，證明具有中空和完整結構。
實施例3將1g直徑為1微米的二氧化矽微粒通過攪拌懸浮在40ml的含10％的丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷的甲苯溶液中8個小時，然後用乙醇離心洗滌6次，烘乾。將表面接雙鍵的二氧化矽微粒通過超聲分散在50ml水中，加入2.4g聚乙烯基吡咯烷酮，攪拌使其溶解，再加入0.6ml的甲基丙烯酸，0.01g的過硫酸鉀，500轉/分鐘攪拌，通氮氣20分鐘，加熱到60℃。2小時後，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化矽，離心洗滌，滴在雲母片上，自然乾燥，噴金後在掃描電子顯微鏡下觀察。圖3為微膠囊去除二氧化矽後的掃描電子顯微鏡照片，證明微膠囊具有中空和完整結構。
實施例4將1g直徑為1微米的二氧化矽微粒通過攪拌懸浮在40ml的含6％的丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷的甲苯溶液中10個小時，然後用甲醇離心洗滌6次，烘乾。將表面接雙鍵的二氧化矽微粒通過攪拌分散在70ml水中，加入2.52g聚乙烯基吡咯烷酮，攪拌使其溶解，再加入0.6ml的丙烯酸和0.2ml的N，N-二甲基丙烯醯胺，0.06g的過硫酸銨，450轉/分鐘攪拌，通氮氣10分鐘，加熱到60℃。2小時後，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化矽，用羅丹明標記後在雷射共聚焦顯微鏡下觀察。圖4為去除二氧化矽後所得微膠囊的雷射共聚焦顯微鏡照片，證明微膠囊具有中空和完整結構。
實施例5將1g直徑為1微米的二氧化矽微粒通過攪拌懸浮在40ml的含11％的丙烯醯氧基丙基三乙甲基矽烷的甲苯溶液中20個小時，然後用丙酮離心洗滌3次，乙醇離心洗滌2次，烘乾。將表面接雙鍵的二氧化矽微粒通過超聲分散在65ml水中，加入2.52g聚乙烯基吡咯烷酮，攪拌使其溶解，再加入0.4ml的丙烯酸和0.15ml的聚乙二醇雙丙烯酸酯，0.06g的過硫酸鉀，450轉/分鐘攪拌，通氮氣10分鐘，加熱到65℃。2小時後，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化矽，乾燥，進行紅外光譜測試。圖5為微囊去核以後進行紅外光譜測試的結果，證明微膠囊結構中同時含有聚丙烯酸和聚乙烯基吡咯烷酮。
實施例6將1g直徑為1微米的二氧化矽微粒通過攪拌懸浮在40ml的含4％的丙烯醯氧基丙基三乙甲基矽烷的甲苯溶液中15個小時，先用甲苯離心洗滌2次，然後用丙酮離心2次，烘乾。將表面接雙鍵的二氧化矽通過攪拌分散在50ml水中，加入2.4g聚乙烯基吡咯烷酮，攪拌使其溶解，再加入0.2ml的丙烯酸和0.1ml的聚乙二醇雙丙烯酸酯，0.03g的過硫酸鉀，400轉/分鐘攪拌，通氮氣20分鐘，加熱到60℃。2個小時，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化矽，乾燥後測試微膠囊的元素組成。表1是元素分析的結果，從結果中可以計算出聚乙烯基吡咯烷酮的質量百分含量為21.24％。
表1
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權利要求
1.一種製備中空微膠囊的方法，該方法包括以下步驟1)將膠體二氧化矽微粒通過超聲或攪拌懸浮在含矽烷偶聯劑的甲苯溶液中至少3小時，然後離心，用甲苯或與甲苯互溶的溶劑洗滌，烘乾；2)將步驟1)得到的粒子通過超聲或攪拌分散在水中，加入丙烯酸單體或甲基丙烯酸單體，使單體濃度在0.9％～1.5％範圍內，再加入聚乙烯基吡咯烷酮，水溶性的交聯劑和水溶性的引發劑，攪拌至溶解，攪拌速度為280～500轉/分鐘，通氮除氧，加熱到55～80℃，至少1小時，然後離心，洗滌，得到核殼膠體粒子，聚乙烯基吡咯烷酮的加入質量為丙烯酸單體質量的4～10倍，水溶性交聯劑的質量小於或等於單體質量的70％，水溶性引發劑的加入質量為單體質量的0.5％～10％；3)將步驟2)得到的核殼膠體粒子懸浮在水中，滴加氫氟酸去除二氧化矽微粒，得到中空微膠囊。
2.按權利要求1所述的製備中空微膠囊的方法，其特徵在於所用的矽烷偶聯劑是丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷或丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷。
3.按權利要求1所述的製備中空微膠囊的方法，其特徵在於所用的與甲苯互溶的溶劑為甲醇、乙醇、丙酮或它們的混合物。
4.按權利要求1所述的製備中空微膠囊的方法，其特徵在於所說的水溶性的交聯劑是聚乙二醇雙甲基丙烯酸酯、聚乙二醇雙丙烯酸酯或N，N-二甲基丙烯醯胺。
5.按權利要求1所述的製備中空微膠囊的方法，其特徵在於所說的水溶性的引發劑是過硫酸鉀或過硫酸銨。
全文摘要
本發明公開了一種製備中空微膠囊的方法。該方法以膠體二氧化矽微粒為核，先在其表面接枝雙鍵；然後在聚乙烯基吡咯烷酮存在下，將丙烯酸或甲基丙烯酸聚合，生成的聚合物接在二氧化矽微粒表面形成聚合物超薄膜，再用氫氟酸去除二氧化矽後，得到了中空微膠囊。本發明方法工藝簡單、材料易得，聚合速率快，適合於工業化生產。製得的微膠囊可用於胃腸給藥系統和其它生物醫藥等領域。
文檔編號B01J13/06GK1772366SQ20051006135
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月1日 優先權日2005年11月1日
發明者高長有, 封志強, 王志鵬, 沈家驄 申請人:浙江大學