二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球及其制备方法

摘要

本发明公开了二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球及其制备方法，以自制的水性聚氨酯作为表面活性剂，采用双原位细乳液法，利用正硅酸乙酯的原位水解和甲基丙烯酸甲酯的原位聚合，并后续滴加第二单体苯乙烯，制备出二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层结构的复合微球。本发明提供的方法工艺简单，操作易行，反应条件温和易于控制，得到的粒子大小均一，并可通过改变水性聚氨酯的添加量和单体甲基丙烯酸甲酯及苯乙烯含量获得单核双壳复合微球。

说明书

技术领域

本发明属纳米胶囊领域，尤其涉及二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球及其制备方法。 

背景技术

目前，乳液聚合中普遍使用的小分子表面活性剂，存在着很多不足之处，例如，该类表面活性剂虽然具有一定的乳化效果，乳液聚合时，在需要表面活性剂的阶段发挥作用，而在后期非必要阶段时发挥不了作用，而且残留的表面活性剂可能会引起环境问题，最终产品中含有的游离表面活性剂甚至可能对产品的性能产生一些负面影响，这限制了最终产品的应用范围。水性聚氨酯作为一种新型的可聚合表面活性剂，越来越倍受青睐，它是利用异氰酸根与羟基之间的缩合反应，生成低分子量的聚氨酯预聚体，然后引入亲水性基团，并以C=C对其进行封端，实现了其与单体之间的自由基聚合。因此，它将可聚合性与传统小分子乳化剂表面活性完美地结合起来，使其不仅具有小分子表面活性剂亲水亲油的乳化效果，而且分子链中双键的引入，使其在乳液中通过自由基聚合，将乳化剂通过化学键的作用，永久的键接到乳胶粒上。所以，水性聚氨酯作为可聚合表面活性剂，具有分子结构可设计性强、反应后无残留、不影响甚至改良产品性能等优点，在乳液聚合、微乳液聚合以及细乳液聚合中得到了很大的应用。 

具有核壳结构的纳米胶囊已得到广泛关注，在电化学、塑料、生物活性、光催化和医学等领域具有很强的应用前景。更重要的是，它们具有封装药物的能力，适用于药物递送。但是，药物提前释放，一直是限制其应用的一大挑战。为解决这一问题，有人尝试利用交联剂对壳层聚合物进行交联，增加壳层的致密度，来减缓药物的释放速度，以期解决药物提前释放的难题。但是，效果不甚明显，大多数交联剂为自制的，制备过程繁琐，工艺复杂，且制备出的胶囊包封药物释放效果不好。 

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球及其制备方法。 

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案： 

二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球，其特征在于：其是以二氧化硅微球为核、苯乙烯为外层壳、甲基丙烯酸甲酯为内层壳的双壳层复合微球；其是由下述重量份的原料制成：

甲基丙烯酸甲酯     12-16

γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷   1.2

正硅酸乙酯     5-7

十六烷        0.6-1

偶氮二异丁腈  0.15-0.25

水性聚氨酯  0.18-1.76

苯乙烯     6-12

水      75-85 

浓度为28%的氨水       1-3份

所述的水性聚氨酯是由下述重量份的原料制成：

二异氰酸酯         8.88-10.61

低聚物二元醇       18-22

扩链剂             1.34-2.39

甲基丙烯酸羟乙酯   2-4

三乙胺             0.8-1.2。

所述的二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球，其特征在于：所述的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。 

所述的二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球，其特征在于：所述的低聚物二元醇为聚丙二醇、聚四氢呋喃、聚氧化丙烯、聚乙二醇，聚ε-己内酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-丙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚碳酸己二醇酯二醇中的一种或几种的混合物。 

所述的二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球，其特征在于：所述的扩链剂为亲水扩链剂，其为二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟基半酯、1,4-丁二醇-2-磺酸钠中的一种或几种的混合物。 

所述的二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 

(1)按重量份取二异氰酸酯与低聚物二元醇，在惰性气体氛围中，于60-100℃反应2-3小时，按重量份加入扩链剂，于60-100℃反应3-4小时，降温至50-65℃，再按重量份加入甲基丙烯酸羟乙酯，反应3-4h，在得到的产物中按重量份加入三乙胺中和以后，在强烈搅拌下加入水进行乳化分散，得到水性聚氨酯；

(2)按重量份充分溶解混匀甲基丙烯酸甲酯、十六烷、偶氮二异丁腈、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯作为油相，再按重量份取步骤（1）所得水性聚氨酯溶于水中作为水相，将油相缓慢加入水相中，预乳化0.5-1h，冰水浴下利用高速剪切设备细乳化2-5min，并立即转移至三口瓶中，搅拌状态下通氮气0.5-1h以排除体系空气，于70-80℃下水浴反应0.5-1h后，再按重量份滴加氨水，继续反应2-3h后，滴加适量的苯乙烯，继续反应5-8h，离心、提纯，即得。

本发明的原理为：本发明利用自制的水性聚氨酯作为表面活性剂，采用细乳液法制备一种具有双壳层结构的纳米胶囊。 

本发明的有益效果： 

(1) 自制的水性聚氨酯分子量分布窄，分子量大小容易调节，亲水性大小可以通过调整配方控制，且稳定性较好；

(2) 以双键封端的水性聚氨酯作为表面活性剂，具有可聚合性，不仅能起到更好的乳化效果，而且具有活性的双键，能参与单体之间的聚合，并起到一定程度上交联的作用。并且，可以通过选择合成原料，制备出具有生物降解性的水性聚氨酯作为表面活性剂；

(3) 此法所用的表面活性剂水性聚氨酯合成原料来源广，便宜易得，工艺简单，易于工业化生产；

(4) 采用双原位细乳液法制备的粒子，具有粒子平均粒径小，反应条件温和，工艺简单，易于控制，操作易行等特点；

(5) 双壳层结构复合微球的制备，为核壳结构纳米胶囊包覆药物提供了模板，能有效解决药物包覆过程药物提早释放的问题，并且纳米胶囊包覆药物，能更好的实现释放与治疗效果。

附图说明

     图1 为二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球的透射电镜图片。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地说明。 

实施例1 

制备水性聚氨酯包括下列原料：

异佛尔酮二异氰酸酯IPDI             8.88份

聚丙二醇PPG              20份

二羟甲基丙酸DMPA            1.34份

甲基丙烯酸羟乙酯HEMA           2.86份

三乙胺TEA            1.01份

具体制备方法如下：

称取IPDI以及PPG(相对分子质量1000)，通入氮气，排除体系中的空气，于85℃反应3小时；加入DMPA，于85℃反应3小时；降温至70℃，加入HEMA进行封端反应3小时；降温至50℃，向体系中加入TEA中和，快速搅拌并加水分散，得到水性聚氨酯。

制备二氧化硅/聚(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯)双壳层复合微球包括下列原料： 

甲基丙烯酸甲酯MMA              14份

γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷MPS             1.2份

正硅酸乙酯TEOS              6份

十六烷HD                 0.8份

偶氮二异丁腈AIBN            0.2份

水性聚氨酯WPU           0.88份

苯乙烯St                7份

水                     80份

浓度为28%的NH₃·H₂O         1.5份

具体制备方法如下：

称取WPU溶于蒸馏水作为水相，MMA、TEOS、MPS、HD和AIBN作为油相，待油相搅拌混合均匀后缓慢加入水相中，室温下磁力搅拌预乳化30min，然后冰水冷浴、高速剪切下均质乳化2min，将混合物转移到装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的250mL四口圆底烧瓶中，搅拌状态下通N₂ 30min，然后水浴70℃反应1.5h，滴加NH₃·H₂O继续反应3小时，滴加St，继续反应5-8小时，降温出料，分离提纯得到双壳层复合微球。

实施例2 

制备水性聚氨酯的原料及具体制备方法如下：

(同实施例1)

制备二氧化硅/P(MMA-St)双壳层结构复合微球包括下列原料：

甲基丙烯酸甲酯MMA              14份

γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷MPS             1.2份

正硅酸乙酯TEOS              6份

十六烷HD                 0.8份

偶氮二异丁腈AIBN            0.2份

水性聚氨酯WPU           1.76份

苯乙烯St                7份

水                     80份

浓度为28%的NH₃·H₂O         1.5份

具体制备方法如下：

(同实施例1)

实施例3

制备水性聚氨酯的原料及具体制备方法如下：

(同实施例1)

制备二氧化硅/P(MMA-St)双壳层结构复合微球包括下列原料：

甲基丙烯酸甲酯MMA              12份

γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷MPS             1.2份

正硅酸乙酯TEOS              6份

十六烷HD                 0.8份

偶氮二异丁腈AIBN            0.2份

水性聚氨酯WPU           0.88份

苯乙烯St               12份

水                     80份

浓度为28%的NH₃·H₂O         1.5份

具体制备方法如下：

(同实施例1)

实施例4

制备水性聚氨酯的原料及具体制备方法如下：

(同实施例1)

制备二氧化硅/P(MMA-St)双壳层结构复合微球包括下列原料：

甲基丙烯酸甲酯MMA              12份

γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷MPS             1.2份

正硅酸乙酯TEOS              6份

十六烷HD                 0.8份

偶氮二异丁腈AIBN            0.2份

水性聚氨酯WPU           1.76份

苯乙烯St               12份

水                     80份

浓度为28%的NH₃·H₂O         1.5份

具体制备方法如下：

(同实施例1)。