CN101543758B - 一种乳液聚合制备纳米抗菌核-壳聚合物微球的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用可聚合Viologen表面活性剂进行乳液聚合制备核-壳纳米抗菌聚合物微球的方法。使用既具有表面活性功能基团、又具有可聚合双键官能团、同时还具有抗菌功能基团的Viologen双阳离子可聚合表面活性剂作为共聚单体在水或水与有机溶剂的反应介质中进行稳定乳液聚合，通过一步加料或分段加料制备表面共价键接抗菌基团的纳米、核-壳聚合物微球。制备方法简单，可得到纳米级聚合物微球，微球壳层具抗菌功能，表面洁净、粒径分布均一，适用于生物医药、环境保护和水处理等领域。

Description

一种乳液聚合制备纳米抗菌核-壳聚合物微球的方法

技术领域：

本发明采用无皂乳液共聚方法，制备了表面键接抗菌基团的纳米聚合物微球，提供了一种制备抗菌纳米聚合物微球的简单方法，涉及无皂乳液聚合技术。

背景技术：

可漂白的杀菌剂通常含抗生素、酚、碘、季铵盐化合物或银等重金属，这些杀菌剂可脱离材料表面，使其耐久性和使用寿命缩短，同时杀菌剂释放到环境中或与环境中的有机杂质反应生成有毒副产物会造成环境问题。解决该问题的有效办法为将杀菌剂或抗菌剂通过化学键固定在基材表面，如固定在聚合物膜(Zhilong Shi，K.G.Neoh，E.T.Kang.Biomaterials，2005，26：501-508)、玻璃(Jinyu Huang，Alan J.Russell，Krzysztof Matyjaszewski et al.Langmuir，2008，24(13)：6785-6795)、滤纸(Sang Beom Lee，Alan J.Russell et al.Biomacromolecules，2004，5：877-882)或微球表面(Zhenping Cheng，K.G.Neoh，E.T.Kang et al.Ind.Eng.Chem.Res.，2005，44：7098-7014)。所得抗菌材料的抗菌性能很大程度上取决于材料的比表面积和与细菌、真菌的接触时间，微米、纳米尺度抗菌聚合物微球具有较大比表面积，可获得较高抗菌性能，因而受到研究者们的广泛关注。

通常，抗菌聚合物微球制备方法主要为：聚合物微球表面改性法和共聚法。

1)聚合物微球表面改性法：即首先制备表面含可反应功能基团的聚合物微球，然后通过微球表面可反应基团与抗菌功能化合物反应而赋予微球表面抗菌性能。如Chen等人(Y.Chen，J.F.Williams et al.Journal of Applied PolymerScience，2004，92：363-367)通过氯甲基化多孔交联聚苯乙烯微球与氮-卤化合物(N-halamine)或叔胺化合物反应，将氮-氯基团或季铵盐基团键合到微球表面，制备了抗菌聚苯乙烯微球。Nonaka等人(Takmasa Nonaka，YasukoUemura et al.Journal of Applied Polymer Science，1997，66：1621-1630)采用悬浮聚合法首先制备了交联聚(4-乙烯基苄基氯)[poly(4-vinylbenzyl chloride)(PVBC)]微球，然后对微球表面氯甲基基团进行氨基化处理，氨化基团再与石炭酸或其衍生物反应，实现了微球表面抗菌改性。E.T.Kang等人(ZhenpingCheng，K.G.Neoh，E.T.Kang et al.Ind.Eng.Chem.Res.，2005，44：7098-7014)在交联PVBC微球表面通过活性聚合接枝聚甲基丙烯酸(N，N-二甲氨基)乙酯[poly(dimethylamino ethyl methacrylate)，PDMAEMA]，再经季铵化处理制备了抗菌功能聚合物微球。E.T.Kang等人(F.X.Hu，K.G.Neoh，L.Cen，E.T.Kang.Biotechnology and Bioengineering，2005，89(4)：474-484)还利用相反转技术制备了聚(4-乙烯基吡啶)/聚偏二氟乙烯(P(4-VP)/PVDF)微球，再通过P(4-VP)链段的季铵化处理制得了抗菌功能聚合物微球。

通过聚合物微球表面改性可制得具有优良抗菌性能的聚合物微球，但制备过程通常都要经历至少两个步骤：即表面反应功能微球制备和微球表面抗菌改性。微球表面改性时通常需经历系列化学反应和物理处理过程，使抗菌聚合物微球制备过程复杂，同时也增加了微球纯化处理的难度。

2)共聚法：即通过主单体与含有抗菌功能基团的单体共聚直接制得抗菌聚合物微球。如Sun等人(Yuyu Sun，Gang Sun.Macromolecules，2002，35(23)：8909-8912)采用悬浮聚合方法，通过苯乙烯、二乙烯基苯与可聚合的氮-氯化合物如：3-烯丙基-5，5-二甲基乙内酰胺[3-allyl-5，5-dimethylhydantoin(ADMH)]、3-(4′-乙烯基苯基)-5，5-二甲基乙内酰胺[3-(4′-vinylbenzyl)-5，5-dimethylhydantoin(VBDMH)]等共聚，经一步聚合制备了具有抗菌性能的聚合物微球。与聚合物微球表面改性法相比，共聚法制备抗菌聚合物微球步骤简单；但通过悬浮法制备的聚合物微球粒径较大(通常在10微米以上)，且粒径分布较宽。

采用乳液聚合法可制备粒径较小的聚合物微球，有效增大比表面积。但是，乳液聚合或悬浮聚合通常需要使用表面活性剂或分散剂等，这些物质在聚合后很难除去。微球表面少量吸附的乳化剂或分散剂等将会影响其进一步的应用，如乳化剂会影响成膜性能、成膜后乳化剂迁移会产生缺陷、乳化剂析出会对环境造成污染，特别是微球的表面不纯净性使其在生物方面的应用受至很大限制。

使用可聚合表面活性剂或表面活性单体则可避免上述问题，尤其是使用可聚合表面活性剂进行无皂乳液聚合时，表面活性剂化学键接在微球表面，任何条件下都不会从表面脱附，因而可得到表面洁净的聚合物微球；同时，容易得到单分散、粒径小于1微米的聚合物微球，远小于悬浮聚合和分散聚合所得微球粒径，从而获得较大比表面积。此外，与普通表面活性剂相比，使用可聚合表面活性剂可使乳液的稳定性显著提高。

可聚合表面活性剂分子结构中既含有亲水亲油基团又含有可聚合官能团，使其既具有表面活性，又可在引发剂作用下发生均聚或与其他单体共聚，这种特殊结构和功能使其成为功能高分子材料制备中的重要功能单体，引起了研究者们的广泛兴趣。一般可聚合表面活性剂可分为非离子型、阴离子型和阳离子型。其中，带有季铵盐基团的表面活性单体是一类非常重要的阳离子型可聚合表面活性剂。目前，研究者们已合成了多种季铵盐型可聚合表面活性剂：如李卓美等人(李卓美等.精细石油化工，2000，(4)：13-15)合成了单季铵盐阳离子单体二甲基十四烷基(2-甲基丙烯酰氧乙基)溴化铵(DMMAAB)；高保娇等人(高保娇等.合成化学，2007，15(6)：706-709)合成了含有吗啉基团的可聚合单季铵盐阳离子表面活性剂和吗啉基团季铵化的可聚合双季铵盐阳离子表面活性剂；Denise Joynes等人(Denise Joynes et al.Polymer，1996，37(8)：1453-1462；Denise Joynes et al.Polymer，1997，38(6)：1427-1438)合成了一系列结构不同的单、双季铵盐阳离子表面活性剂并将其用于苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯的乳液聚合。

尽管季铵盐型可聚合表面活性剂的合成与表征研究已较为广泛，并且亦有文献报道了其在乳液聚合中的应用，但对其分子结构进行设计，使其同时具有表面活性基团、可均聚或共聚功能基团及抗菌或其他生物功能基团，并通过乳液聚合或分散聚合等简单方法制备抗菌或其他生物功能聚合物微球的研究还鲜见报道，尤其是基于上述多功能表面活性剂乳液聚合一步制备特殊结构如核-壳结构的纳米抗菌聚合物微球还未见报道。

在众多的抗菌功能化合物如季铵盐、季膦盐、氮-卤(N-halamine)化合物中，季铵盐类抗菌功能化合物易于合成、价格低廉，因而得到广泛应用，其杀菌、抗菌功能的实现主要是通过阳离子一端对细胞壁的吸附、扩散穿透来破坏细胞膜而致细胞死亡，抗菌功能与电荷密度、亲脂烷基链长等有密切关系。电荷密度大，易于吸附、结合在带负电细胞表面；适度亲脂烷基链长有利于与细胞膜结合，从而提高广谱抗菌性能。

目前所合成的季铵盐型可聚合表面活性剂一般为脂肪链季铵盐，在结构上一般未考虑进一步引入抗菌功能。Viologen，即N-取代-N′-取代-4，4′-联吡啶双盐是一类在光电、医药、农药领域广泛应用的原料，可进行可逆氧化还原反应而将金属离子还原。双阳离子形式的Viologen具有较强的抗菌性能，表面接枝双阳离子Viologen聚合物、再还原金、银、铂等金属离子后，所得材料的抗菌性能可进一步提高(Luping Zhao，K.G.Neoh，E.T.Kang.Langmuir，2003，19：5137-5144；Zhilong Shi，K.G.Neoh，E.T.Kang.Langmuir，2004，20：6847-6852)。双阳离子Viologen可看作是一类含N杂环芳香季铵盐，一般不将其作为乳液聚合用可聚合表面活性剂。如欲用作乳液聚合中的可聚合表面活性剂以制备抗菌功能微球，则不仅需要设计其可聚合功能基团结构，使其反应性适度，不至于过渡反应而包埋于微球内部、降低抗菌功能；同时还要设计其疏水链段长度。疏水链段长度不仅影响该表面活性剂对形成微球的稳定性，而且影响抗菌效果。使用双阳离子Viologen可聚合表面活性剂进行乳液聚合来简单制备具有抗菌功能壳层、表面洁净的纳米聚合物核-壳微球无疑可大大提高抗菌性能，目前这方面的研究还未见报道。

发明内容：

发明目的是提供一种简单的、利用可聚合Viologen表面活性剂乳液聚合制备核-壳纳米抗菌聚合物微球的方法。即：提出一种从分子结构角度设计合成既具有表面活性功能基团，又具有可聚合双键官能团，同时还具有抗菌功能基团-Viologen双阳离子的可聚合表面活性剂，并将其用于乳液聚合制备表面洁净核-壳纳米抗菌聚合物微球的方法。

本发明提供了一种乳液聚合制备纳米核-壳聚合物微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，配料：向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入主单体、双阳离子Viologen可聚合表面活性剂和反应介质，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；其中所用主单体与反应介质的体积比为0.05～0.4，所用双阳离子Viologen可聚合表面活性剂与主单体的质量比为0.007～0.045；反应介质为水；

所用主单体为苯乙烯类单体，丙烯酸酯类单体或丙烯腈类单体，所述三类单体单独使用或者组合使用；

所用双阳离子Viologen可聚合表面活性剂分子结构式如下：

单官能度

双官能度

其中，R为烷基((CH₂)_nCH₃)，n为3～13；R₁和R₁′为苄基(C₆H₄-CH₂)、烷基酯COO(CH₂)_m，m为1，2；R₂和R₂′为氢或甲基；X为卤素；

第二步，乳液聚合：将引发剂溶于溶剂中，待反应器温度升至65～95℃，加入引发剂溶液引发单体聚合反应8～12小时，得到稳定胶乳；

其中所用引发剂为水溶性引发剂或者为油溶性引发剂，油溶性引发剂为偶氮类引发剂或者为过氧类引发剂；水溶性引发剂为偶氮类引发剂；引发剂与主单体的质量比为0.007～0.022；

水溶性引发剂的溶剂为水，油溶性引发剂的溶剂为油溶性单体或者醇类有机溶剂；

第三步，后处理：将所得胶乳在10000～15000转/分转速下离心25～35分钟，将离心沉淀物用水、甲醇反复洗涤，干燥后得到粉状抗菌聚合物微球。

反应介质水中还可以加入有机溶剂混合，有机溶剂与混合后反应介质的体积比为0.05～0.2。

第二步，乳液聚合还可以采用另外一种方案：将引发剂溶于溶剂中，待反应器温度升至65～95℃，聚合反应进行3～4小时后，再向反应器中加入双阳离子Viologen可聚合表面活性剂水溶液，或加入单体、双阳离子Viologen可聚合表面活性剂及引发剂的混合溶液，然后继续聚合4～9小时，得到稳定胶乳；

在此所加单体为油溶性单体或者水溶性单体；在此所加油溶性单体为苯乙烯类单体或丙烯酸酯类单体；在此所加水溶性单体为丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体或乙烯基类水溶性单体；双阳离子Viologen可聚合表面活性剂、单体及引发剂溶于水或醇类有机溶剂；

在此所加单体与反应介质的体积比小于0.02，在此所加双阳离子Viologen可聚合表面活性剂与主单体的质量比为0.009～0.09，在此所加引发剂与主单体的质量比小于0.004。

进一步，所用主单体中还加入水溶性单体：丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体或乙烯基类，水溶性单体与加入水溶性单体后的主单体的体积比为0.01～0.07。

更具体的：本发明制备表面洁净核-壳纳米抗菌聚合物微球的方法为：

首先，采用已知方法合成双阳离子Viologen可聚合表面活性剂；

然后，将所得双阳离子Viologen可聚合表面活性剂用于无皂乳液聚合。通过主单体与双阳离子Viologen可聚合表面活性剂共聚，制备壳层富含抗菌基团的纳米聚合物微球，微球表面洁净、粒径分布均一。

其中所用双阳离子Viologen可聚合表面活性剂含有可聚合双键、适度链长的疏水亲脂烷基和双阳离子联吡啶结构，其分子结构式如下：

单官能度

双官能度

R：烷基  R₁&R₁′：苄基、烷基酯等  R₂&R₂′：氢或甲基  X：卤素

其中，R为烷基((CH₂)_nCH₃)，n为3～13，优选n为5和11；R₁和R₁′为苄基(C₆H₄-CH₂)、烷基酯(COO(CH₂)_m)(优选m为1，2)等，R₁和R₁′可以相同、也可以不同；R₂和R₂′为氢或甲基；X为卤素，两个卤素基团可以相同、也可以不同，如一个为溴、一个为氯等。

双阳离子Viologen可聚合表面活性剂可以是单官能度的，即双阳离子联吡啶结构一端与含双键基团键接、另一端与烷基键接，如N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)、N-十二烷基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(DVV)等；双阳离子Viologen可聚合表面活性剂也可以是双官能度的，即双阳离子联吡啶结构两端都与含双键基团键接，如N，N′-二(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐二氯化物(VBV)。单官能度双阳离子Viologen可聚合表面活性剂可以单独使用，也可与双官能度双阳离子Viologen可聚合表面活性剂配合使用。配合使用双官能度双阳离子Viologen可聚合表面活性剂时，所得核-壳抗菌聚合物微球的壳层形成交联结构。

双阳离子Viologen可聚合表面活性剂所含疏水亲脂烷基为含4～14个碳原子的烷基，优选含6个和含12个碳原子的烷基，以同时获得良好的表面活性和抗菌活性。

其中所用主单体为油溶性单体，可以为苯乙烯类单体如苯乙烯、对甲基苯乙烯、乙烯基苄基氯等，也可以为丙烯酸酯类单体如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯等；也可以为丙烯腈类单体如丙烯腈。上述单体可以单独使用，也可以多种单体组合使用。

所用主单体中也可以加入水溶性单体如丙烯酸类单体如丙烯酸等，或丙烯酰胺类单体如N-异丙基丙烯酰胺等，或其它乙烯基类水溶性单体如N-乙烯基吡咯烷酮(N-Vinyl-2-pyrrolidone)等，水溶性单体与主单体的体积比为0.01～0.07。

本发明所得核-壳聚合物微球的平均粒径为68nm～320nm，其单分散性以表征粒径分布的指数-变异系数CV(Coefficient of Variance)表示，其值小于5.5％，壳层厚度为7～35nm。

其中所用引发剂可以为偶氮类水溶性引发剂，也可以为偶氮类或过氧类的油溶性引发剂，引发剂与主单体的质量比为0.007～0.022。

水溶性引发剂一般溶于水中，可以是偶氮类阳离子型引发剂如2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)等；也可以是偶氮类非离子型引发剂，如2，2′-偶氮二(2-甲基-N-(2-羟乙基)-丙酰胺)(2，2′-azobis[2-methyl-N-(2-hydroxyethyl)-propionamide])等。

油溶性引发剂可以直接溶于油溶性单体，与单体一起加入到反应器中；也可以先溶于醇类有机溶剂如甲醇、乙醇、乙二醇等，再加入反应器中。油溶性引发剂可以为偶氮类引发剂如偶氮二异丁氰(AIBN)等，也可以为过氧类引发剂如过氧化二苯甲酰(BPO)等。

反应介质一般为水，其中可加入少量醇类有机溶剂如甲醇、乙醇、乙二醇等，有机溶剂与反应介质的体积比为0.05～0.2。

向反应器中加入引发剂溶液后，控制温度在65～95℃，聚合反应8～12小时，使单体完全转化为聚合物。也可以在聚合反应进行3～4小时(单体转化率达80％以上)后，再向反应器中加入双阳离子Viologen可聚合表面活性剂水溶液，或加入单体、双阳离子Viologen可聚合表面活性剂及引发剂，然后继续聚合4～9小时。在此所加单体与反应介质的体积比小于0.02，在此所加双阳离子Viologen可聚合表面活性剂与主单体的质量比为0.009～0.09，在此所加引发剂与主单体的质量比小于0.004。在此所加单体可以为油溶性单体如苯乙烯类单体，如苯乙烯、对甲基苯乙烯、乙烯基苄基氯等，或丙烯酸酯类单体如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯等。在此所加单体也可以为水溶性单体如丙烯酸类单体，如丙烯酸，或丙烯酰胺类单体如N-异丙基丙烯酰胺等，或其它乙烯基类水溶性单体如乙烯基吡咯烷酮等。双阳离子Viologen可聚合表面活性剂、单体及引发剂可以溶于水或醇类有机溶剂如甲醇、乙醇、乙二醇等。

本发明中核-壳聚合物微球粒径、粒径分布和壳层厚度的测定方法如下：

采用扫描电子显微镜(SEM，S4700型，日本Hitach公司)观察聚合物微球形态，根据SEM照片测量约100个微球的粒径，按如下公式计算微球的平均粒径d(算术平均值)：

$\stackrel{\‾}{d}=\left(\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}{d}_i\right)/n$

聚合物微球的单分散性用表征聚合物微球粒径分布的指数-变异系数CV(Coefficient of Variance)来表示，按如下公式计算微球的变异系数CV：

$\mathrm{CV}=\frac{{\left[\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(d_i-\stackrel{\‾}{d})}^2}{n-1}\right]}^{1/2}}{\stackrel{\‾}{d}}\×100\%$

其中，d_i为第i个微球的粒径；d为微球平均粒径，n为微球统计数量。

采用透射电子显微镜(TEM，H-800型，日本Hitach公司)观察聚合物微球形态，根据TEM照片测量约100个微球的粒径和内核直径，计算出平均粒径d和平均内核直径d_C，根据如下公式计算壳层厚度R_S：

R_S＝(d-d_C)/2

本发明中核-壳聚合物微球的抗菌性能测试方法如下：

试验用菌：金黄色葡萄球菌(S.aureus)。

菌体培养及菌悬液配制：取冻干菌种管，在无菌操作下打开，用注射器吸取适量营养肉汤培养基(5g牛肉膏，10g蛋白胨，5g NaCl，1000mL蒸馏水)，反复吹洗，使菌种融化分散。用无菌环挑取一环菌种接种于盛有20mL液体培养基的锥形瓶中，于37℃、160rpm条件下培养18-24小时。其中，因白色念珠菌是酵母菌，培养时用的是沙堡氏液体培养基(40g葡萄糖，10g蛋白胨，1000mL蒸馏水)。将上述菌体培养液用0.03M的磷酸盐缓冲液(PBS：7.13g/L Na₂HPO4·12H₂O，1.36g/L KH₂PO4，1000mL蒸馏水，pH 7.2)逐级稀释到适宜浓度。菌悬液应保存在4℃的冰箱内备用，当天使用不过夜。

抑菌圈试验：将菌悬液均匀涂在琼脂片上，在琼脂片上挖出直径约5mm、深度约2mm的小孔，把微球的粉末样品置于小孔中，于37℃温箱里培养48-72小时。观察菌落的分布情况、抑菌圈的形成和大小。

本发明的效果和优点如下：

1.使用一种双阳离子Viologen可聚合表面活性剂进行乳液聚合，双阳离子Viologen可聚合表面活性剂不仅起到了乳化、稳定作用，而且参与聚合，从而制得了具有抗菌功能的聚合物微球，制备工艺简单。

2.表面活性剂共价键接在微球上，保证了微球表面的洁净性，使所得功能微球可应用于生物医药、环境保护和水处理等领域。

3.所得聚合物微球粒径可达几十纳米，且具有一抗菌功能壳层，大大提高了微球的抗菌性能。

附图说明：

图1.典型核-壳聚合物微球TEM照片

图2.样品抑菌圈测试数码照片

以下通过实施例对本发明的实施方法作进一步说明，但是本发明不局限于这些实施例，还包括：在不偏离本发明范围条件下，对公开的方法进行本领域技术人员显而易见的各种改变。

具体实施方式

实施例1

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入1.25ml(0.05，与反应介质的体积比，以下实施例同)苯乙烯(St)、0.05g(0.044，与主单体的质量比，以下实施例同)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和23ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.02g(0.018，与主单体的质量比，以下实施例同)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发St聚合反应10h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后室温干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为85.6nm，变异系数为5％，TEM观察分析壳层厚度为11.7nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例2

同具体实施方式

实施例1，只是所加单体为1.25ml(0.05)苯乙烯(St)、0.05ml(0.04，与主单体的体积比，以下实施例同)丙烯酸。SEM观察分析微球粒径为108nm，变异系数为4.5％，TEM观察分析壳层厚度为17nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例3

同具体实施方式

实施例1，只是所加单体为1.25ml(0.05)苯乙烯(St)、0.02ml(0.016)N-异丙基丙烯酰胺。SEM观察分析微球粒径为116nm，变异系数为5.1％，TEM观察分析壳层厚度为23nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例4

同具体实施方式

实施例1，只是所加单体为1.5ml(0.06)苯乙烯(St)、0.1ml(0.07)N-乙烯基吡咯烷酮。SEM观察分析微球粒径为138nm，变异系数为4.7％，TEM观察分析壳层厚度为19nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例5

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入10ml(0.4)甲基丙烯酸甲酯(MMA)、0.1g(0.012)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和23ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.006)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至65℃后，加入AIBA水溶液引发MMA聚合反应12h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在10000r/min转速下离心分离25分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后室温干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为320nm，变异系数为5.5％，TEM观察分析壳层厚度为27.1nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例6

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入1.5ml(0.06)苯乙烯(St)、1ml(0.04)甲基丙烯酸甲酯(MMA)、0.05g(0.021)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和23ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.021)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至80℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应9h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在14000r/min转速下离心30分钟分离，用水、甲醇反复洗涤，然后室温干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为114nm，变异系数为3.8％，TEM观察分析壳层厚度为11.5nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例7

同实施例6，只是所加单体为：1.5ml(0.06)苯乙烯(St)、1ml(0.04)丙烯酸甲酯、0.03ml(0.01)甲基丙烯酸。SEM观察分析所得微球粒径为108nm，变异系数为3.2％，TEM观察分析壳层厚度为13.2nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例8

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入0.5ml(0.02)丙烯酸正丁酯(BA)、2ml(0.08)甲基丙烯酸甲酯(MMA)、0.05g(0.02)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和23ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.02g(0.009)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应12h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离25分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为144nm，变异系数为5.3％，TEM观察分析壳层厚度为13.8nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例9

同实施例8，只是所加单体为：1.5ml(0.06)苯乙烯(St)、1ml(0.04)甲基丙烯酸甲酯(MMA)、1ml(0.04)丙烯腈。SEM观察分析所得微球粒径为138nm，变异系数为4.1％，TEM观察分析壳层厚度为15.3nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例10

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2.5ml(0.1)苯乙烯(St)、0.02g(0.009)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和23ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.022)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应10h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为161nm，变异系数为5.5％，TEM观察分析壳层厚度为10nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例11

同实施例10，只是改变HVV用量为0.06g(0.027)时，SEM观察分析所得微球粒径为92.3nm，变异系数为3.8％，TEM观察分析壳层厚度为10nm，抗菌测试同样可观察到抑菌圈形成。

实施例12

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2.5ml(0.1)苯乙烯(St)、0.05g(0.022)N-十二烷基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(DVV)和23ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.022)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至95℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应8h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为68nm，变异系数为5.4％，TEM观察分析壳层厚度为7nm，抗菌测试可观察到抑菌圈形成。

实施例13

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入0.5ml(0.02)对甲基苯乙烯、0.02g(0.007)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和25ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.02)2，2′-偶氮二异丁腈(AIBN)溶于2ml(0.08)St中，待反应器温度升至85℃后，加入引发剂溶液引发聚合反应9h，得到胶乳；将所得胶乳在15000r/min速下高速离心30分钟分离，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为155nm，变异系数为5.5％，TEM观察分析壳层厚度为10.2nm，抗菌测试观察到抑菌圈形成。

实施例14

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入0.5ml(0.02)乙烯基苄基氯、0.02g(0.007)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)、22.5ml水和2.5ml(0.1)乙醇，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.02)氧化二苯甲酰(BPO)溶于2ml St(0.08)中，待反应器温度升至85℃后，加入引发剂溶液引发聚合反应9h，得到胶乳；将所得胶乳在12000r/min转速下离心分离25分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为248nm，变异系数为5.1％，TEM观察分析壳层厚度为18.7nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例15

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2.5ml(0.1)苯乙烯(St)、0.05g(0.022)N-己基-N′(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)、22ml水和1ml(0.04)乙二醇，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.02g(0.009)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应10h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离35分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为89nm，变异系数为5.5％，TEM观察分析壳层厚度为9.4nm，抗菌测试观察到抑菌圈形成。

实施例16

同实施例15，1ml(0.04)乙二醇改变为2.5ml(0.1)甲醇，水的用量为20.5ml。SEM观察分析所得微球粒径为95.2nm，变异系数为4.6％，TEM观察分析壳层厚度为10.1nm，抗菌测试可观察到抑菌圈形成。

实施例17

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2.5ml(0.1)苯乙烯(St)、0.02g(0.009)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(DVV)、20.5ml水和2.5ml(0.1)乙二醇，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.0022)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至95℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应8h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为118nm，变异系数为3.2％，TEM观察分析壳层厚度为16.5nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例18

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2ml(0.08)苯乙烯(St)、0.03g(0.017)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和18ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.04g(0.018)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应4h后，再将0.5ml(0.02)St、0.02g(0.009)HVV、0.01g(0.004)AIBA和5ml水的混合物加入反应体系，继续反应6h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为130nm，变异系数为3.1％，TEM观察分析壳层厚度为22.0nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例19

同实施例18，只是在聚合反应4h后加入0.2g(0.09)HVV，SEM观察分析所得微球粒径为134nm，变异系数为5.5％，TEM观察分析壳层厚度为35nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例20

同实施例18，只是在聚合反应4h后将0.5ml(0.02)对甲基苯乙烯、0.15g(0.07)HVV、0.1ml(0.04)丙烯酸、0.01g(0.004)AIBA和2.5ml(0.1)甲醇、2.5ml水的混合物加入反应体系。SEM观察分析所得微球粒径为132nm，变异系数为4.3％，TEM观察分析壳层厚度为27nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例21

同实施例18，只是在聚合反应4h后将0.5ml(0.02)乙烯基苄基氯、0.15g(0.07)HVV、0.05g(0.022)N-异丙基丙烯酰胺、0.01g(0.004)AIBA和2.5ml(0.1)乙醇、2.5ml水混合物加入反应体系。SEM观察所得微球粒径为153nm，变异系数为5.3％，TEM观察分析壳层厚度为21nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例22

同实施例18，只是在聚合反应4h后将0.5ml(0.02)甲基丙烯酸甲酯、0.15g(0.07)HVV、0.03g(0.013)N-乙烯基吡咯烷酮、0.01g(0.004)AIBA和2.5ml(0.1)乙二醇、2.5ml水混合物加入反应体系。SEM观察所得微球粒径为102nm，变异系数为4.3％，TEM观察壳层厚度为24nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例23

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2ml(0.08)苯乙烯(St)、0.03g(0.014)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和18ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.04g(0.017)2，2′-偶氮二(2-甲基-N-(2-羟乙基)-丙酰胺)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应3h；然后再将0.5ml(0.02)St、0.02g(0.009)N，N′-二(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐二氯化物(VBV)、0.01g(0.004)AIBA和5ml(0.2)甲醇的混合物加入反应体系，继续反应6h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下分离离心30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为136nm，变异系数为4.3％，TEM观察分析壳层厚度为21.6nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例24

同实施例23，只是在聚合反应3h后将0.5ml(0.02)甲基丙烯酸叔丁酯、0.02g(0.009)VBV、0.01g(0.004)AIBA和5ml(0.2)甲醇的混合物加入反应体系。SEM观察分析所得微球粒径为102nm，变异系数为3.6％，TEM观察分析壳层厚度为26nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例25

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2ml(0.08)苯乙烯(St)、0.03g(0.014)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和18ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.04g(0.017)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发St聚合反应3.5h后，再将0.5ml(0.02)St、0.02g(0.009)HVV、0.01g(0.004)AIBA和5ml(0.2)乙醇的混合物加入反应体系，继续反应7h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为137nm，变异系数为4.9％，TEM观察分析壳层厚度为12.5nm，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

实施例26

向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入2.5ml(0.1)苯乙烯(St)、0.03g(0.014)N-己基-N′-(4-乙烯基苄基)-4，4′-联吡啶双盐溴氯化物(HVV)和23ml水，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；将0.05g(0.022)2，2′-偶氮二异丁基眯盐酸盐(AIBA)溶于2ml水中，待反应器温度升至70℃后，加入AIBA水溶液引发聚合反应4h后，再将0.02g(0.009)HVV和2ml水的混合物加入反应体系，继续反应6h，得到稳定胶乳；将所得胶乳在15000r/min转速下离心分离30分钟，用水、甲醇反复洗涤，然后干燥，得到粉末状聚合物微球。SEM观察分析微球粒径为148nm，变异系数为3.3％，TEM观察分析壳层厚度为16.5m，抗菌测试观察到明显抑菌圈形成。

Claims (3)

1.一种乳液聚合制备纳米抗菌核-壳聚合物微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，配料：向配备有搅拌装置、通氮装置、冷凝装置和加料口的反应器中，加入主单体、双阳离子Viologen可聚合表面活性剂和反应介质，通氮除氧、搅拌形成均匀混合液；其中所用主单体与反应介质的体积比为0.05～0.4，所用双阳离子Viologen可聚合表面活性剂与主单体的质量比为0.007～0.045；反应介质为水；

所用主单体为苯乙烯类单体，丙烯酸酯类单体或丙烯腈类单体，所述三类单体单独使用或者组合使用；

所用双阳离子Viologen可聚合表面活性剂分子结构式如下两种之一：

其中，R为烷基((CH₂)_nCH₃)，n为3～13；R₁和R₁′为苄基(C₆H₄-CH₂)、；R₂和R₂′为氢或甲基；X为氯和溴；

第二步，乳液聚合：将引发剂溶于溶剂中，待反应器温度升至65～95℃，加入引发剂溶液引发单体聚合反应8～12小时，得到稳定胶乳；

其中所用引发剂为水溶性引发剂或者为油溶性引发剂，油溶性引发剂为偶氮类引发剂或者为过氧类引发剂；水溶性引发剂为偶氮类引发剂；引发剂与主单体的质量比为0.007～0.022；

水溶性引发剂的溶剂为水，油溶性引发剂的溶剂为油溶性单体或者醇类有机溶剂；

第三步，后处理：将所得胶乳在10000～15000转/分转速下离心25～35分钟，将离心沉淀物用水、甲醇反复洗涤，干燥后得到聚合物微球。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应介质水中加入有机溶剂混合，有机溶剂与混合后反应介质的体积比为0.05～0.2；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或乙二醇。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用主单体中还加入水溶性单体：丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体或乙烯基类，水溶性单体与加入水溶性单体后的主单体的体积比为0.01～0.07。

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