專利名稱：一種制備中空微膠囊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備中空微膠囊的方法。具體說是以膠體二氧化硅微粒為一種模板，在其表面接枝雙鍵；然后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，生成含氫鍵的復(fù)合物。這種復(fù)合物或丙烯酸單體被捕捉或聚合到接雙鍵的二氧化硅粒子表面，從而形成核—?dú)そY(jié)構(gòu)的微粒。最后把模板除去，得到由聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酸復(fù)合物為囊壁的中空微膠囊。
背景技術(shù)：
微膠囊是通過成膜物質(zhì)將囊內(nèi)空間與囊外空間隔離開以形成特定幾何結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其內(nèi)部可以是填充的，也可以是中空的。微膠囊的形狀以球形結(jié)構(gòu)為主，也可為卵圓形、正方形或長方形、多角形及各種不規(guī)則形狀。傳統(tǒng)微膠囊尺寸大小通常在微米至毫米級(jí)，壁厚在亞微米至幾百微米。根據(jù)囊壁形成的原理，微膠囊的傳統(tǒng)制備技術(shù)大體可分為三類利用反應(yīng)形成囊壁的化學(xué)方法、利用相分離形成囊壁的物理化學(xué)方法和利用機(jī)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(jī)化合物。
近年來，又發(fā)展了許多新的微膠囊的制備方法，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(shù)，使小分子單體在模板表面聚合生成薄膜是近十幾年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)。這種技術(shù)得到的微膠囊，其形貌和大小依賴于所用的模板，厚度可以通過聚合程度在納米和亞微米層次上調(diào)節(jié)，反應(yīng)迅速，步驟簡(jiǎn)單，非常適合于工業(yè)化生產(chǎn)。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(fā)劑接在模板表面，然后在適宜的溫度、溶劑、單體濃度下，引發(fā)聚合形成聚合物接枝膜；另一種是將模板表面接上雙鍵，然后在適宜的溫度、溶劑、單體濃度下，由溶液中引發(fā)劑引發(fā)，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。第一種方法由于接枝效率不高，反應(yīng)條件苛刻等發(fā)展緩慢，已經(jīng)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。
在表面接雙鍵后進(jìn)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(yīng)介質(zhì)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(yīng)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復(fù)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(wěn)定劑，在二氧化硅表面接枝聚合，然后通過氫氟酸去核得到聚苯乙烯的微膠囊；采用N-異丙基丙烯酰胺為單體時(shí)，在水中聚合得到成分為聚異丙基丙烯酰胺的微膠囊。
許多聚合物間能通過分子間的弱相互作用，如氫鍵力、靜電力等形成復(fù)合物，而這種復(fù)合物在水中是以沉淀的形式存在。這樣就可以使一系列原本溶解的單體在聚合以后，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淀出來。如果在合適的條件下這些沉淀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于氫鍵，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(yù)先加入的聚合物起到分子模板的作用。此外，為了實(shí)現(xiàn)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(tuán)，或反應(yīng)后的聚合物微膠囊中仍然剩余可以進(jìn)一步反應(yīng)的活性位點(diǎn)，而利用模板聚合得到的復(fù)合物薄膜完全滿足這樣的要求。模板聚合得到的聚合物復(fù)合體之間的相互作用屬于弱相互作用，所有的官能團(tuán)仍可以繼續(xù)和其他反應(yīng)性官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，從而可以實(shí)現(xiàn)功能化的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于膠體模板和分子模板聚合制備中空微膠囊的方法。
本發(fā)明制備中空微膠囊的方法，包括以下幾個(gè)步驟1)將膠體二氧化硅微粒通過超聲或攪拌懸浮在含硅烷偶聯(lián)劑的甲苯溶液中至少3小時(shí)，然后離心，用甲苯或與甲苯互溶的溶劑洗滌，烘干；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％范圍內(nèi)，再加入聚乙烯基吡咯烷酮，水溶性的交聯(lián)劑和水溶性的引發(fā)劑，攪拌至溶解，攪拌速度為280～500轉(zhuǎn)/分鐘，通氮除氧，加熱到55～80℃，至少1小時(shí)，然后離心，洗滌，得到核殼膠體粒子，聚乙烯基吡咯烷酮的加入質(zhì)量為丙烯酸單體質(zhì)量的4～10倍，水溶性交聯(lián)劑的質(zhì)量小于或等于單體質(zhì)量的70％，水溶性引發(fā)劑的加入質(zhì)量為單體質(zhì)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硅，得到中空微膠囊。
本發(fā)明中，所說的硅烷偶聯(lián)劑可以采用丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。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(lián)劑可以采用聚乙二醇雙甲基丙烯酸酯、聚乙二醇雙丙烯酸酯或N，N-二甲基丙烯酰胺。所說的水溶性的引發(fā)劑可以是過硫酸鉀或過硫酸銨。
本發(fā)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(chǔ)上，丙烯酸單體可以和聚乙烯吡咯烷酮形成氫鍵，通過形成的復(fù)合物被二氧化硅粒子捕捉形成均勻復(fù)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復(fù)合物組成。通過調(diào)節(jié)單體的加入量，可以對(duì)囊壁在納米和亞微米層次上進(jìn)行調(diào)控。通過加與不加交聯(lián)劑，可以得到兩種不同性質(zhì)的微膠囊。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、材料易得，聚合速率快，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。在未加交聯(lián)劑的情況下形成的聚合物囊壁在酸性條件下穩(wěn)定，而在弱堿性條件下即可分解，制得的微膠囊適合于胃腸給藥等特定場(chǎng)合應(yīng)用。在加入交聯(lián)劑的情況下制備的微囊具有對(duì)有機(jī)溶劑、酸堿鹽、高溫穩(wěn)定等特點(diǎn)。采用本發(fā)明方法制得的微膠囊還具有pH敏感性，即在酸性條件下微囊的通透性下降，在堿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(lǐng)域十分重要。


圖1a)是微膠囊去核后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)是微膠囊去核后的透射電鏡照片。
圖3是微膠囊去核后的掃描電鏡照片。
圖4是微膠囊去核后的激光共聚焦顯微鏡照片。
圖5是微膠囊去核后的紅外光譜圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1將1g直徑為1微米的二氧化硅微粒通過攪拌懸浮在40ml的含1％的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中7個(gè)小時(shí)，然后離心，先用甲苯洗滌離心兩次，然后用乙醇洗滌離心兩次，烘干。將表面接雙鍵的二氧化硅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(zhuǎn)/分鐘攪拌，通氮?dú)?0分鐘，加熱到60℃。2小時(shí)后，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化硅，離心洗滌，在云母片上自然干燥后，進(jìn)行原子力顯微鏡的測(cè)試。圖1結(jié)果證明微膠囊具有中空而完整的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2。
將1g直徑為1微米的二氧化硅微粒通過超聲懸浮在40ml的含2％的丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中4個(gè)小時(shí)，然后用甲苯離心洗滌5次，烘干。將表面接雙鍵的二氧化硅微粒分散在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(zhuǎn)/分鐘攪拌，通氮?dú)?0分鐘，加熱到70℃。1小時(shí)后，離心，洗滌。圖2a)是未去除二氧化硅微粒時(shí)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硅微粒后的微膠囊的透射電鏡照片，證明具有中空和完整結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3將1g直徑為1微米的二氧化硅微粒通過攪拌懸浮在40ml的含10％的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中8個(gè)小時(shí)，然后用乙醇離心洗滌6次，烘干。將表面接雙鍵的二氧化硅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(zhuǎn)/分鐘攪拌，通氮?dú)?0分鐘，加熱到60℃。2小時(shí)后，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化硅，離心洗滌，滴在云母片上，自然干燥，噴金后在掃描電子顯微鏡下觀察。圖3為微膠囊去除二氧化硅后的掃描電子顯微鏡照片，證明微膠囊具有中空和完整結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4將1g直徑為1微米的二氧化硅微粒通過攪拌懸浮在40ml的含6％的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中10個(gè)小時(shí)，然后用甲醇離心洗滌6次，烘干。將表面接雙鍵的二氧化硅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-二甲基丙烯酰胺，0.06g的過硫酸銨，450轉(zhuǎn)/分鐘攪拌，通氮?dú)?0分鐘，加熱到60℃。2小時(shí)后，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化硅，用羅丹明標(biāo)記后在激光共聚焦顯微鏡下觀察。圖4為去除二氧化硅后所得微膠囊的激光共聚焦顯微鏡照片，證明微膠囊具有中空和完整結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例5將1g直徑為1微米的二氧化硅微粒通過攪拌懸浮在40ml的含11％的丙烯酰氧基丙基三乙甲基硅烷的甲苯溶液中20個(gè)小時(shí)，然后用丙酮離心洗滌3次，乙醇離心洗滌2次，烘干。將表面接雙鍵的二氧化硅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(zhuǎn)/分鐘攪拌，通氮?dú)?0分鐘，加熱到65℃。2小時(shí)后，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化硅，干燥，進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。圖5為微囊去核以后進(jìn)行紅外光譜測(cè)試的結(jié)果，證明微膠囊結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有聚丙烯酸和聚乙烯基吡咯烷酮。
實(shí)施例6將1g直徑為1微米的二氧化硅微粒通過攪拌懸浮在40ml的含4％的丙烯酰氧基丙基三乙甲基硅烷的甲苯溶液中15個(gè)小時(shí)，先用甲苯離心洗滌2次，然后用丙酮離心2次，烘干。將表面接雙鍵的二氧化硅通過攪拌分散在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(zhuǎn)/分鐘攪拌，通氮?dú)?0分鐘，加熱到60℃。2個(gè)小時(shí)，離心，洗滌，用氫氟酸去除二氧化硅，干燥后測(cè)試微膠囊的元素組成。表1是元素分析的結(jié)果，從結(jié)果中可以計(jì)算出聚乙烯基吡咯烷酮的質(zhì)量百分含量為21.24％。
表1

。
權(quán)利要求
1.一種制備中空微膠囊的方法，該方法包括以下步驟1)將膠體二氧化硅微粒通過超聲或攪拌懸浮在含硅烷偶聯(lián)劑的甲苯溶液中至少3小時(shí)，然后離心，用甲苯或與甲苯互溶的溶劑洗滌，烘干；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％范圍內(nèi)，再加入聚乙烯基吡咯烷酮，水溶性的交聯(lián)劑和水溶性的引發(fā)劑，攪拌至溶解，攪拌速度為280～500轉(zhuǎn)/分鐘，通氮除氧，加熱到55～80℃，至少1小時(shí)，然后離心，洗滌，得到核殼膠體粒子，聚乙烯基吡咯烷酮的加入質(zhì)量為丙烯酸單體質(zhì)量的4～10倍，水溶性交聯(lián)劑的質(zhì)量小于或等于單體質(zhì)量的70％，水溶性引發(fā)劑的加入質(zhì)量為單體質(zhì)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硅微粒，得到中空微膠囊。
2.按權(quán)利要求1所述的制備中空微膠囊的方法，其特征在于所用的硅烷偶聯(lián)劑是丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
3.按權(quán)利要求1所述的制備中空微膠囊的方法，其特征在于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(quán)利要求1所述的制備中空微膠囊的方法，其特征在于所說的水溶性的交聯(lián)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-二甲基丙烯酰胺。
5.按權(quán)利要求1所述的制備中空微膠囊的方法，其特征在于所說的水溶性的引發(fā)劑是過硫酸鉀或過硫酸銨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備中空微膠囊的方法。該方法以膠體二氧化硅微粒為核，先在其表面接枝雙鍵；然后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硅微粒表面形成聚合物超薄膜，再用氫氟酸去除二氧化硅后，得到了中空微膠囊。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、材料易得，聚合速率快，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。制得的微膠囊可用于胃腸給藥系統(tǒng)和其它生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J13/06GK1772366SQ20051006135
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者高長有, 封志強(qiáng), 王志鵬, 沈家驄 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)