CN1772366A - 一种制备中空微胶囊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备中空微胶囊的方法。该方法以胶体二氧化硅微粒为核，先在其表面接枝双键；然后在聚乙烯基吡咯烷酮存在下，将丙烯酸或甲基丙烯酸聚合，生成的聚合物接在二氧化硅微粒表面形成聚合物超薄膜，再用氢氟酸去除二氧化硅后，得到了中空微胶囊。本发明方法工艺简单、材料易得，聚合速率快，适合于工业化生产。制得的微胶囊可用于胃肠给药系统和其它生物医药等领域。

Description

一种制备中空微胶囊的方法

技术领域

本发明涉及一种制备中空微胶囊的方法。具体说是以胶体二氧化硅微粒为一种模板，在其表面接枝双键；然后在另外一种分子模板—聚乙烯基吡咯烷酮存在下，将丙烯酸聚合，生成含氢键的复合物。这种复合物或丙烯酸单体被捕捉或聚合到接双键的二氧化硅粒子表面，从而形成核—壳结构的微粒。最后把模板除去，得到由聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酸复合物为囊壁的中空微胶囊。

背景技术

微胶囊是通过成膜物质将囊内空间与囊外空间隔离开以形成特定几何结构的物质，其内部可以是填充的，也可以是中空的。微胶囊的形状以球形结构为主，也可为卵圆形、正方形或长方形、多角形及各种不规则形状。传统微胶囊尺寸大小通常在微米至毫米级，壁厚在亚微米至几百微米。根据囊壁形成的原理，微胶囊的传统制备技术大体可分为三类：利用反应形成囊壁的化学方法、利用相分离形成囊壁的物理化学方法和利用机械或其它物理作用形成囊壁的物理方法。囊壁通常由天然或合成的高分子材料组成，也可是无机化合物。

近年来，又发展了许多新的微胶囊的制备方法，如模板组装、表面接枝聚合、分散聚合等。利用高分子聚合技术，使小分子单体在模板表面聚合生成薄膜是近十几年来发展起来的一种新技术。这种技术得到的微胶囊，其形貌和大小依赖于所用的模板，厚度可以通过聚合程度在纳米和亚微米层次上调节，反应迅速，步骤简单，非常适合于工业化生产。利用单体聚合在模板表面形成聚合物薄膜的途径目前主要有两种，一种是将引发剂接在模板表面，然后在适宜的温度、溶剂、单体浓度下，引发聚合形成聚合物接枝膜；另一种是将模板表面接上双键，然后在适宜的温度、溶剂、单体浓度下，由溶液中引发剂引发，使模板表面的双键与溶液中的单体或乳胶粒共聚，形成聚合物薄膜。第一种方法由于接枝效率不高，反应条件苛刻等发展缓慢，已经较少有人使用。第二种接枝方法已成为在模板表面接枝聚合的主要途径。

在表面接双键后进行聚合的方法中，目前主要以分散聚合为主。然而，分散聚合需要的反应介质既要求是单体的溶剂又要求是聚合物的非溶剂，这就大大限制了这种方法的应用。另外这种方法得到的聚合物膜成分比较单一，主要是一种均聚物或者共聚物，不能得到以弱相互作用复合体为主的薄膜材料。这种方法的典型代表是苯乙烯在乙醇中以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂，在二氧化硅表面接枝聚合，然后通过氢氟酸去核得到聚苯乙烯的微胶囊；采用N-异丙基丙烯酰胺为单体时，在水中聚合得到成分为聚异丙基丙烯酰胺的微胶囊。

许多聚合物间能通过分子间的弱相互作用，如氢键力、静电力等形成复合物，而这种复合物在水中是以沉淀的形式存在。这样就可以使一系列原本溶解的单体在聚合以后，与溶液中原本存在的大分子通过氢键作用或静电作用而沉淀出来。如果在合适的条件下这些沉淀被胶体粒子通过共聚作用捕捉到表面，就可以在模板表面形成基于氢键，或静电力等弱相互作用的薄膜，而这种类型的薄膜通过分散聚合的方法很难得到。此处，预先加入的聚合物起到分子模板的作用。此外，为了实现聚合物微胶囊的功能化，要求所选用的聚合物最好带有功能基团，或反应后的聚合物微胶囊中仍然剩余可以进一步反应的活性位点，而利用模板聚合得到的复合物薄膜完全满足这样的要求。模板聚合得到的聚合物复合体之间的相互作用属于弱相互作用，所有的官能团仍可以继续和其他反应性官能团进行反应，从而可以实现功能化的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于胶体模板和分子模板聚合制备中空微胶囊的方法。

本发明制备中空微胶囊的方法，包括以下几个步骤：

1)将胶体二氧化硅微粒通过超声或搅拌悬浮在含硅烷偶联剂的甲苯溶液中至少3小时，然后离心，用甲苯或与甲苯互溶的溶剂洗涤，烘干；

2)将步骤1)得到的粒子通过超声或搅拌分散在水中，加入丙烯酸单体或甲基丙烯酸单体，使单体浓度在0.9％～1.5％范围内，再加入聚乙烯基吡咯烷酮，水溶性的交联剂和水溶性的引发剂，搅拌至溶解，搅拌速度为280～500转/分钟，通氮除氧，加热到55～80℃，至少1小时，然后离心，洗涤，得到核壳胶体粒子，聚乙烯基吡咯烷酮的加入质量为丙烯酸单体质量的4～10倍，水溶性交联剂的质量小于或等于单体质量的70％，水溶性引发剂的加入质量为单体质量的0.5％～10％；

3)将步骤2)得到的核壳胶体粒子悬浮在水中，滴加氢氟酸去除二氧化硅，得到中空微胶囊。

本发明中，所说的硅烷偶联剂可以采用丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。所说的与甲苯互溶的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或它们的混合物。所说的水溶性的交联剂可以采用聚乙二醇双甲基丙烯酸酯、聚乙二醇双丙烯酸酯或N，N-二甲基丙烯酰胺。所说的水溶性的引发剂可以是过硫酸钾或过硫酸铵。

本发明是建立在聚乙烯吡咯烷酮存在下，丙烯酸的模板聚合基础上，丙烯酸单体可以和聚乙烯吡咯烷酮形成氢键，通过形成的复合物被二氧化硅粒子捕捉形成均匀复合膜从而得到中空微胶囊，其囊壁是由聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮的氢键复合物组成。通过调节单体的加入量，可以对囊壁在纳米和亚微米层次上进行调控。通过加与不加交联剂，可以得到两种不同性质的微胶囊。

本发明的有益效果在于：

本发明方法工艺简单、材料易得，聚合速率快，适合于工业化生产。在未加交联剂的情况下形成的聚合物囊壁在酸性条件下稳定，而在弱碱性条件下即可分解，制得的微胶囊适合于胃肠给药等特定场合应用。在加入交联剂的情况下制备的微囊具有对有机溶剂、酸碱盐、高温稳定等特点。采用本发明方法制得的微胶囊还具有pH敏感性，即在酸性条件下微囊的通透性下降，在碱性情况下通透性升高，是一种智能型微胶囊，这在药物的控制释放领域十分重要。

附图说明

图1a)是微胶囊去核后的原子力显微镜图像；b)是放大的原子力显微镜图像(上)和其切面的曲线(下)。

图2a)是微胶囊去核前的透射电镜照片；b)是微胶囊去核后的透射电镜照片。

图3是微胶囊去核后的扫描电镜照片。

图4是微胶囊去核后的激光共聚焦显微镜照片。

图5是微胶囊去核后的红外光谱图

具体实施方式

实施例1：

将1g直径为1微米的二氧化硅微粒通过搅拌悬浮在40ml的含1％的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中7个小时，然后离心，先用甲苯洗涤离心两次，然后用乙醇洗涤离心两次，烘干。将表面接双键的二氧化硅微粒通过超声分散在50ml水中，加入2.5g聚乙烯基吡咯烷酮，搅拌使其溶解，再加入0.3ml的甲基丙烯酸和0.2ml的聚乙二醇双丙烯酸酯，0.03g的过硫酸钾，400转/分钟搅拌，通氮气20分钟，加热到60℃。2小时后，离心，洗涤，用氢氟酸去除二氧化硅，离心洗涤，在云母片上自然干燥后，进行原子力显微镜的测试。图1结果证明微胶囊具有中空而完整的结构。

实施例2：。

将1g直径为1微米的二氧化硅微粒通过超声悬浮在40ml的含2％的丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中4个小时，然后用甲苯离心洗涤5次，烘干。将表面接双键的二氧化硅微粒分散在40ml水中，加入2.7g聚乙烯基吡咯烷酮，搅拌使其溶解，再加入0.5ml的丙烯酸和0.1ml的聚乙二醇双甲基丙烯酸酯，0.05g的过硫酸铵，300转/分钟搅拌，通氮气30分钟，加热到70℃。1小时后，离心，洗涤。图2a)是未去除二氧化硅微粒时的透射电镜照片，从照片中可以看到粒子周围的聚合物膜非常均匀，壁厚大约为10nm；图2b)是用0.4mol/L的氢氟酸去除二氧化硅微粒后的微胶囊的透射电镜照片，证明具有中空和完整结构。

实施例3：

将1g直径为1微米的二氧化硅微粒通过搅拌悬浮在40ml的含10％的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中8个小时，然后用乙醇离心洗涤6次，烘干。将表面接双键的二氧化硅微粒通过超声分散在50ml水中，加入2.4g聚乙烯基吡咯烷酮，搅拌使其溶解，再加入0.6ml的甲基丙烯酸，0.01g的过硫酸钾，500转/分钟搅拌，通氮气20分钟，加热到60℃。2小时后，离心，洗涤，用氢氟酸去除二氧化硅，离心洗涤，滴在云母片上，自然干燥，喷金后在扫描电子显微镜下观察。图3为微胶囊去除二氧化硅后的扫描电子显微镜照片，证明微胶囊具有中空和完整结构。

实施例4：

将1g直径为1微米的二氧化硅微粒通过搅拌悬浮在40ml的含6％的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中10个小时，然后用甲醇离心洗涤6次，烘干。将表面接双键的二氧化硅微粒通过搅拌分散在70ml水中，加入2.52g聚乙烯基吡咯烷酮，搅拌使其溶解，再加入0.6ml的丙烯酸和0.2ml的N，N-二甲基丙烯酰胺，0.06g的过硫酸铵，450转/分钟搅拌，通氮气10分钟，加热到60℃。2小时后，离心，洗涤，用氢氟酸去除二氧化硅，用罗丹明标记后在激光共聚焦显微镜下观察。图4为去除二氧化硅后所得微胶囊的激光共聚焦显微镜照片，证明微胶囊具有中空和完整结构。

实施例5：

将1g直径为1微米的二氧化硅微粒通过搅拌悬浮在40ml的含11％的丙烯酰氧基丙基三乙甲基硅烷的甲苯溶液中20个小时，然后用丙酮离心洗涤3次，乙醇离心洗涤2次，烘干。将表面接双键的二氧化硅微粒通过超声分散在65ml水中，加入2.52g聚乙烯基吡咯烷酮，搅拌使其溶解，再加入0.4ml的丙烯酸和0.15ml的聚乙二醇双丙烯酸酯，0.06g的过硫酸钾，450转/分钟搅拌，通氮气10分钟，加热到65℃。2小时后，离心，洗涤，用氢氟酸去除二氧化硅，干燥，进行红外光谱测试。图5为微囊去核以后进行红外光谱测试的结果，证明微胶囊结构中同时含有聚丙烯酸和聚乙烯基吡咯烷酮。

实施例6：

将1g直径为1微米的二氧化硅微粒通过搅拌悬浮在40ml的含4％的丙烯酰氧基丙基三乙甲基硅烷的甲苯溶液中15个小时，先用甲苯离心洗涤2次，然后用丙酮离心2次，烘干。将表面接双键的二氧化硅通过搅拌分散在50ml水中，加入2.4g聚乙烯基吡咯烷酮，搅拌使其溶解，再加入0.2ml的丙烯酸和0.1ml的聚乙二醇双丙烯酸酯，0.03g的过硫酸钾，400转/分钟搅拌，通氮气20分钟，加热到60℃。2个小时，离心，洗涤，用氢氟酸去除二氧化硅，干燥后测试微胶囊的元素组成。表1是元素分析的结果，从结果中可以计算出聚乙烯基吡咯烷酮的质量百分含量为21.24％。

                  表1

	氮含量％	碳含量％	氢含量％
				第一次	2.69	54.03	6.94
第二次	2.67	53.99	7.02
				平均值	2.68	54.	6.98

。

Claims (5)

1.一种制备中空微胶囊的方法，该方法包括以下步骤：

1)将胶体二氧化硅微粒通过超声或搅拌悬浮在含硅烷偶联剂的甲苯溶液中至少3小时，然后离心，用甲苯或与甲苯互溶的溶剂洗涤，烘干；

2)将步骤1)得到的粒子通过超声或搅拌分散在水中，加入丙烯酸单体或甲基丙烯酸单体，使单体浓度在0.9％～1.5％范围内，再加入聚乙烯基吡咯烷酮，水溶性的交联剂和水溶性的引发剂，搅拌至溶解，搅拌速度为280～500转/分钟，通氮除氧，加热到55～80℃，至少1小时，然后离心，洗涤，得到核壳胶体粒子，聚乙烯基吡咯烷酮的加入质量为丙烯酸单体质量的4～10倍，水溶性交联剂的质量小于或等于单体质量的70％，水溶性引发剂的加入质量为单体质量的0.5％～10％；

3)将步骤2)得到的核壳胶体粒子悬浮在水中，滴加氢氟酸去除二氧化硅微粒，得到中空微胶囊。

2.按权利要求1所述的制备中空微胶囊的方法，其特征在于所用的硅烷偶联剂是丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

3.按权利要求1所述的制备中空微胶囊的方法，其特征在于所用的与甲苯互溶的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或它们的混合物。

4.按权利要求1所述的制备中空微胶囊的方法，其特征在于所说的水溶性的交联剂是聚乙二醇双甲基丙烯酸酯、聚乙二醇双丙烯酸酯或N，N-二甲基丙烯酰胺。

5.按权利要求1所述的制备中空微胶囊的方法，其特征在于所说的水溶性的引发剂是过硫酸钾或过硫酸铵。

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