1、聚合物纳米微球的研究聚合物纳米微球的研究讲解人：讲解人： xxx 内容 一、聚合物纳米微球的简介 二、聚合物纳米微球的制备方法 三、聚合物纳米微球的应用 四、总结一、聚合物纳米微球的简介一、聚合物纳米微球的简介 聚合物纳米微球是指聚合物纳米微球是指直径在纳米级直径在纳米级,形状为球形形状为球形或者其它的几何形状的聚或者其它的几何形状的聚合物纳米材料或者聚合物合物纳米材料或者聚合物复合纳米材料复合纳米材料,其形貌一般其形貌一般包括实心球、空心球、多包括实心球、空心球、多孔、哑铃型、洋葱型等孔、哑铃型、洋葱型等,聚聚合物纳米微球也包括聚合合物纳米微球也包括聚合物纳米微囊物纳米微囊,微囊是指微球微囊
2、是指微球中间有一个或者多个微腔。中间有一个或者多个微腔。 功能性聚合物纳米微球是一类重功能性聚合物纳米微球是一类重要的纳米粒子要的纳米粒子,它更着重于在分子的水它更着重于在分子的水平上设计聚合物的结构和性能平上设计聚合物的结构和性能,控制其控制其尺寸大小和粒子的均一性一直是聚合尺寸大小和粒子的均一性一直是聚合物纳米微球关注的焦点物纳米微球关注的焦点,在分子水平上在分子水平上的设计使带功能基的聚合物纳米微球的设计使带功能基的聚合物纳米微球在具有纳米粒子表面效应、小尺寸效在具有纳米粒子表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应的同时带有功能基应和量子尺寸效应的同时带有功能基(如轻基、竣基、氨基、磺酸根等基
3、如轻基、竣基、氨基、磺酸根等基团团),所以其具有特定功能所以其具有特定功能,如催化性质、如催化性质、光学性质、吸附性质及磁场、温度和光学性质、吸附性质及磁场、温度和pH响应性等响应性等一、聚合物纳米微球的简介高比表面积微粒比表面积与粒径的关系由该公式表示:Sw=K/(D),Sw为比表面积(m2/g);K为形状因子,对于聚合物纳米微球来说,K=6;为颗粒理论密度,D为颗粒平均粒径。因此,随着D值的变小颗粒的比表面积会显著增大。比表面积的增大使聚合物纳米微球的表面能和表面活性增大,需要物理或者化学吸附的方式来降低其表面能,这样聚合物纳米微球的表面就容易和其他原子进行反应。量子尺寸效应聚合物纳米微球
4、尺寸如果下降或接近到激子波尔半径时,会产生费米能级附近的电子能及由准连续变为离散能级的现象,即受到量子尺寸效应的影响。对于纳米微球来说受量子尺寸效应影响最显著的性质是光学性能小尺寸效应聚合物纳米微球尺寸如果降到与许多物理特征长度(如德布罗意波波长、光波波长等)相当或者更小时,周期性边界条件会发生破坏,即会发生小尺寸效应,对聚合物纳米微球来说,受此效应其光学性能和化学活性会发生显著改变聚合物纳米微球的基本性质二、聚合物纳米微球的制备方法制备功能性聚合物实心纳米微球,直接用引发剂引发聚合使微球表面吸附有功能基(如磺酸根等)1.有功能性单体参与共聚的乳液聚合,这种方法可以控制微球的粒径及粒径分布且功
5、能基的接枝率比较高,所以为常用的方法2.以聚合物为原料制备功能性聚合物纳米微球,这种方法除应用于天然高分子化合物的方法如乳化一固化法、单凝聚法、复凝聚法、喷雾干燥法和自乳化一固化法外,还有用有机反应修饰的方法修饰纳米微球的表面,这种方法路线较长,不易控制纳米微球的粒径及粒径分布,所以一般使用较少制备功能性聚合物空心纳米微球一般有四种方法:模板法、自组装法、微乳液法和界面聚合法。这四种方法其原理不同且所制备的微球表面及空腔的表面性能也各不相同二、聚合物纳米微球的制备方法有功能性单体参与共聚的乳液聚合1.乳液聚合中采用反应性乳化剂(surfmer);2.有亲水性单体作为助表面活性剂的无皂乳液聚合;
6、3.利用种子乳液聚合的方法制备核壳型的功能性聚合物纳米微球。这些功能性单体为纳米微球可以引入例如梭基、酞胺基、磺酸根、轻基等功能性基团Watanabe等研究了可参与聚合的磷脂乳化剂,制备的微球被应用在酶固定方面磷脂乳化剂Ma与Fukutomi等使用氯甲基苯乙烯和用碘甲烷部分季铵化的聚4乙烯基毗睫反应,得到带双键的反应性乳化剂,用于4乙烯基吡啶的乳液聚合可得到稳定的聚4一乙烯基吡啶纳米微球,解决了4乙烯基吡啶极性较强难以制备纳米微球的问题二、聚合物纳米微球的制备方法无皂乳液聚合 无皂乳液聚合是在乳液聚合的基础上发展起来的聚合方法,其特点是在聚合过程中使用少量亲水性单体代替乳化剂,在聚合开始阶段亲
7、水性单体与疏水性单体共聚得到两性低聚物自由基,两性低聚物自山基的链长超过临界链长之后,就会从水相中沉淀并且成核,然后核间相互聚集成为稳定的成长微球,该微球持续吸取单体进行聚合,聚合期间成长微球的稳定性是靠微球表面亲水性单体和引发剂的亲水性基团来持的。其制备的纳米微球单分散性好,表面一般带有亲水性功能基团-CONH2、-COOH、-OH、-NaO2等官能团提高乳液稳定性和固含量是研究的重点。 种子乳液聚合的方法是先采用少量单体进行乳液聚合得到种子胶乳,然后将少量胶乳加入正式乳液聚合的配方,此配方中的功能性单体进入种子胶乳进行溶胀吸收自由基进行聚合,最终得到带有功能基的核壳型聚合物纳米微球二、聚合
8、物纳米微球的制备方法二、聚合物纳米微球的制备方法模板法是在纳米颗粒模版表面进行化学键合可聚合分子,进行聚合或交联,再蚀去模版,这是最常用的制备空心球的方法,文献中有大量的报道,一般来说模板可以是无机微球,聚合物微球,单体液滴,乳液滴,表面活性剂,气泡聚电解质沉积法,最早由Decher及其合作者提出了逐层法(layer-by-layer)利用相反电荷的聚电解质之间的静电吸附在固体表面逐层沉积制备超薄膜,目前固体己由平板转化为纳米颗粒,最后经由内核分解就可得到聚合物空心纳米微球 界面聚合法是指分别溶解在互不相溶的两种溶剂中的单体和/或催化剂向界面扩散、在界面上接触并进行反应形成聚合产物的方法。利用
9、界面聚合反应制备聚合物空心纳米微球具有反应速度快、反应条件温和、产率高和对反应单体纯度要求不高等优点二、聚合物纳米微球的制备方法四、聚合物纳米微球的应用 单分散性的功能性聚合物实心微球在医学工程领域的应用日益广泛,特别是应用在临床检验、药物释放、基因载体方面,在这些应用中功能性聚合物实心微球的粒径控制尤为重要。单分散的功能性聚合物实心微球由于本身优良的特性,在当代生物环保的应用中扮演了重要的角色,利用微球表面得功能性基团固定生物活性物质,则可实现生物酶、催化剂等的固化包埋,也可以提纯生物活性物质,富集、分析、分离天然水体中的某种或者某类污染物,所以功能性聚合物实心微球在食品、化工和环境监测等领
10、域的应用越来越受到重视。单分散的实心微球还可用做光电摄影调色剂、电池膜、光学显微镜及Coulter粒径测定仪等仪器的标准粒子,还可利用功能性聚合物实心微球的量子尺寸效应和其上的功能基的介电局域效应,用作光学上应用较多纳米胶晶和光子晶体,从而使光电器件的光电信息传输、储存处理能力大大提升。高强度、耐热性高且尺寸均一得聚合物实心微球还可作为液晶片之间得间隙保持剂,从而大大提高液晶显示器得清晰度。最后,功能性聚合物实心纳米微球也用作化妆品得润滑添加剂,增加附着性和吸汗性 功能性聚合物空心纳米微球的具有以下功能:利用腔道和功能基储存和保护某些物质,在需要的时间地点以需要的速度释放,这主要用作药物载体,
11、用在药物缓释控释领域,目前聚乳酸、壳聚糖、海藻酸盐类微囊研究较多(例如用聚(乳酸一乙醇酸)包埋醋酸亮丙瑞林药物已经上市);提供微反应空间,利用纳米空心微球或者纳米微囊的腔道作为模板,使反应在这种特殊的微空间内发生,这样可以制备球形或者和腔道形状相同的材料,带功能基的聚合物纳米微球可以利用其大比表面积和多孔道及其功能基作为固定化酶和固定化细胞的载体;用作微分离器,可以有效的和特定物质反应或者截获该特定物质,让指定物质通过,功能性聚合物空心纳米微球也可用作纯化生物活性物质(例如用于蛋白质层析等)。此外功能性聚合物空心纳米微球也常用作遮光材料和纸张涂料。四、聚合物纳米微球的应用总结 近年来,功能性聚合物纳米微球以其独特的结构和性能越来越引起人们的关注,是材料学、药物传输学、光学等领域的研究热点。寻找简便的制备功能性聚合物纳米微球的方法和制备微球独特的结构一直是研究工作者感兴趣的方面:对功能性聚合物纳米微球来说,独特的结构可能提供其潜在的应用价值,简便的制备方法为其工业化生产提供了可能。
