[发明专利]一种聚合物空心微胶囊的制备方法和其应用

说明书

本发明设计一种聚合物空心微胶囊的制备方法和应用。该方法以纳米纤维素为皮克林乳液的乳化剂，在乳液的非连续相中加入引发剂、单体和交联剂，然后以皮克林乳液作为模板，通过单体在乳液液滴内的聚合和交联反应制备聚合物空心微胶囊。本方法中使用的纳米纤维素具有生物相容性好，来源广泛，绿色环保和成本低等优点；此方法适用的聚合物范围广，可选用疏水性和亲水性的聚合物单体，可选用环境刺激响应性聚合物或特殊功能的聚合物，比如pH响应、温度响应或导电的聚合物等；而且此方法简单便捷，反应条件简单，空心聚合物微胶囊的粒径可调，成本低，容易量产。得到的空心聚合物微胶囊可用于药物的包载和控制释放，可广泛应用于医药、农业等领域。

技术领域

本发明涉及材料制备和应用领域，具体是一种聚合物空心微胶囊的制备方法和应用。

背景技术

由于密度低、比表面积大和高负载能力等优点，聚合物空心微胶囊在药物包载及控制释放、白色颜料、催化剂载体和微反应器等领域具有广泛的应用前景，是当前高分子材料领域的研究热点之一。因此，探索制备聚合物空心微胶囊的新方法具有重要的科研意义和应用价值。目前，常用的制备聚合物空心微胶囊的方法有渗透膨胀法、模板和层层静电自组织等方法，然而这些方法往往存在步骤多和处理繁琐等缺点。

渗透溶胀法是利用渗透溶胀机理制备空心微球的方法，其中的碱溶胀法选用带羧酸基团的单体与其他单体进行共聚，得到酸性的种子乳液，再选择合适的壳层单体和交联剂在酸性种子上进行聚合和交联，得到核壳结构的微球，最后在高于壳层聚合物的玻璃化转变温度的条件下用碱溶液进行处理，微球内的酸性核因发生酸碱中和而离子化，壳内外的渗透压差导致外界水分大量进入而使核的体积迅速膨胀。由于温度在壳层聚合物的玻璃化转变温度以上，交联的壳层亦被膨胀的水化内核而膨胀，冷却后，壳在膨胀状态下固化，在核内水分挥发后即可在内部产生中空结构。因此渗透溶胀法操作步骤多而繁琐，而且需要在较高的壳层聚合物玻璃化转化温度以上进行碱溶液处理。

模板法是制备聚合物空心微胶囊的另一常见方法，一般分为四步：首先合成后续可除去的核模板，最常用的是二氧化硅和聚苯乙烯微球等硬模板，二氧化硅可以用氢氟酸刻蚀，聚苯乙烯可以用四氢呋喃等溶剂溶解；其次对核模板进行修饰，为下一步单体在核上聚合得到壳层结构做准备；然后在核模板上引发单体聚合形成核壳结构；最后用溶剂刻蚀等方法去除核模板而得到空心微胶囊。模板法的模板需要在后续中去除，也存在步骤多和耗时长的缺点。

层层自组装多用于制备具有多层聚电解质壳层的空心微胶囊，其原理是在核模板的表面利用静电吸引作用顺序包裹不同电性的聚合物电解质，最后通过溶解除去核模板得到聚合物空心微胶囊。层层自组织的过程容易实现壳层厚度可控，仍然存在需要刻蚀核核和操作繁琐的缺点。

以乳液的非连续相乳液滴为“软模板”代替二氧化硅或聚苯乙烯等硬模板，在乳液界面自组装或聚合交联等形成聚合物壳层结构，通过蒸发或干燥除去乳液核模板，即可得到聚合物空心微胶囊。和传统的硬模板相比，乳液软模板法大大简化了制备流程。为了制备乳液，常常需要大量的表面活性剂作为乳化剂。但是表面活性剂常常成本较高，对组织和细胞具有刺激性等，这些限制了其应用，而且表面活性剂的回收比较困难，残存的表面活性剂会对终产物产生不良影响。

Pickering(皮克林)乳液使用了固体颗粒吸附在乳液界面上稳定乳液，代替了表面活性剂作为乳化剂。和表面活性剂作为乳化剂的乳液相比，皮克林乳液不含表面活性剂，使用固体颗粒作为乳化剂，皮克林乳液更稳定，需要乳化剂的浓度更低，适用的范围更广。很多固体颗粒可以用来作为皮克林乳液的乳化剂，比如二氧化硅、金属氧化物、黏土和纳米纤维素等。由于成本低，来源广泛，生物相容性好等优点，纳米纤维素作为皮克林乳液的乳化剂具有更广泛的应用前景。