[发明专利]一种两亲性的非球形粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非球形不对称复合粒子的合成，具体地说是一种两亲性非球形粒子的制备方法。

技术背景

具有两亲性的非球形复合粒子又称各向异性粒子或非对称粒子，泛指形状、化学组成和/或性能不对称、不均匀分布的粒子。这种粒子可以通过无机-无机、无机-有机、有机-有机组分复合而构成，其制备方法也多种多样，常见于文献报道的各向异性复合粒子的主要制备方法有：微流体法、模板自组装法、分散聚合法、乳液聚合法等。这种粒子在光学生物传感器、电子显示、功能性探针、自组装、表面活性剂等方面展示出了诱人的应用前景，因而越来越受到人们的关注。

目前，文献报道较多的各向异性复合粒子主要为聚合物与聚合物或者金属与聚合物组成的复合粒子，其合成工艺复杂繁琐，难于形成规模化生产，而且非对称复合粒子的形态通常较单一、化学成份通常为一至两种，复杂形态粒子以及多化学成份粒子的制备仍然有限。近年来，有机-无机各向异性复合粒子得到了发展，如Yang等制备了外壳为硅层，内壳为聚二乙烯基苯的两亲性空壳粒子，该方法虽在有机物的基础上引入了无机硅层，但对于开发新型多组分材料仍然有限。Nagao等制备了聚苯乙烯-二氧化硅-有机物复合粒子，但该方法合成的复合粒子的尺寸难以控制，且粒子的形态较单一，合成工艺复杂繁琐。

对于有机-无机-有机等多组分构成的非球形复合粒子文献中鲜有报道。

发明内容

本发明是针对当前各相异性复合粒子制备的复杂的合成工艺、复合粒子通常具有的单一成份的问题，提供了一种简单的、粒子尺寸可控的、且含有多化学成份的非球形复合粒子的制备方法。本发明首先通过搅拌乳化剂、种子单体、硅烷偶联剂、引发剂制备O/W型乳液，通过硅烷的溶胶-凝胶进程在胶束与水相的界面制备了硅层，升高温度引发核层单体聚合，从而首先制备了表面亲水的壳（硅层）-核（聚合物）型的种子乳液；进一步加入与聚合物核相不相容的亲油单体进行种子乳液聚合，相分离在聚合的过程中发生，相分离诱导新的聚合物相在种子相上形成突起，从而制备了有机-无机-有机非球形复合粒子，该复合粒子的种子相为亲水的，新的聚合物相为亲油的，故该复合粒子具有两亲性。

本发明的技术方案为：

一种两亲性非球形粒子的制备方法，其物料组成及包括步骤如下：

按照以上配比，将一定量的乳化剂、去离子水加入到反应器中，加入2M的盐酸水溶液将体系pH调节至2～3，随后加入种子单体、硅烷偶联剂、引发剂，开启搅拌，形成O/W型乳液，体系在20℃～60℃持续搅拌7～12小时，使得硅烷偶联剂在相界面进行溶胶-凝胶进程，随后将体系升到40～80℃，通入氮气、回流冷凝，聚合5～8小时，即制得壳层为亲水性的二氧化硅层、核为聚合物的种子颗粒；

向步骤（a）中得到的种子乳液中加入去离子水，超声分散后，开启搅拌，加入第二单体，整个过程通入氮气，并进行回流冷凝，体系反应温度升高到40～80℃后加入引发剂，聚合0.5～8小时；乳液经减压、低温干燥至恒重，即制得两亲性的非球形复合粒子。

所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠。

所述的步骤（a）中的引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰；步骤（b）中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或偶氮二异丁腈。

所述的种子单体苯乙烯、丙烯酸叔丁酯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或丙烯腈。

所述的硅烷偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

所述的第二单体为苯乙烯、丙烯酸叔丁酯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或丙烯腈。

本发明的有益效果为：

本发明能够制备出有机-无机-有机非球形复合粒子，不同于以往文献中单一化学成份的复合粒子，该复合粒子的种子相为亲水的，新的聚合物相为亲油的，故该复合粒子具有两亲性。通过系统调节乳化剂的量、硅烷偶联剂的量，能够控制种子的尺寸、壳层硅的厚度及种子的亲水性。进而通过控制第二单体的加料量及聚合时间，能够控制新的聚合物相的生长程度，从而获得形态可控的纳米/亚微米级的非球形复合粒子。

纳米或亚微米尺寸各向异性复合粒子的可控合成有利于充分发挥复合粒子的各向异性和自组装功能，彰显复合粒子中双组份/多组分聚合物的各自优势。本发明所制备的非球形复合粒子具有两亲性，它们能够在油相和水相共混溶液的两相界面上实现吸附和有序排列，起到乳化作用，可用做表面活性剂等。