Капсуляция

Способ получения полимерных микросфер с иммобилизированными неорганическими наночастицами, заключающийся в адсорбции полимера на поверхность неорганического материала, был изучен на примере использования магнитных наночастиц двух диаметров: около 10 нм и 200 – 400нм, при этом на поверхность магнитных наночастиц формировался тонкий полимерный слой путем физической или химической адсорбции полимера. При химической адсорбции имеет место взаимодействие между функциональными группами полимеров (-СООН, -РО3Н2, -NH2) и функциональными группами магнитных наночастиц, наличие которых возможно после активации поверхности последних. Обычно использую гидрофильные полимеры, такие как полиакриловая кислота, полиметилметакрилат, полипропиленгликоль или производные полисилоксана. Следует отметить, что тонкий слой полимера, адсорбированного на неорганические магнитные наночастицы, не изменяет ценные суперпарамагнитные свойства этих неорганических нанообъектов.

Композиционные частицы могут быть получены из функциональных полимерных микросфер, заранее синтезированных одним из методов гетерофазной полимеризации. Полимерные дисперсии синтезируются в растворе солей различных металлов. Включение неорганического материала в полимер осуществляется либо осаждением, либо окислительно-восстановительной реакцией между ионами металла [10].

Восстановление солей металла на поверхности полимерных частиц является еще одним способом получения композитных микросфер. Такие полимерные микросферы используются в качестве проводящих полимерных материалов или в качестве каталитических систем [10].

Многослойные композитные частицы представляют собой органическое ядро, неорганический слой (вокруг ядра), образованный оксидами металла, и полимерную оболочку.

Для получения полимерных микросфер, содержащих неорганические наночастицы, используют различные методы проведения гетерофазной полимеризации в присутствии неорганического материала, такие как эмульсионная, суспензионная и дисперсионная полимеризация.

Наиболее распространенным процессом получения композиционных микросфер является затравочная полимеризация мономеров в присутствии затравочных неорганических наночастиц [18]. В этом случае неорганический материал должен отвечать ряду требований:

1. Поверхность материала должна быть гидрофобной, что достигается за счет адсорбции ПАВ или ее химической модификации. На поверхности должны содержаться реакционноспособные группы для взаимодействия с функциональными группами полимера, либо вещества, способствующие гидрофобному взаимодействию с поверхностью полимера. В качестве таких модифицирующих агентов могут быть использованы, например, силаны, титанаты, двухосновные кислоты и др.

2. Неорганические частицы должны сохранять коллоидную стабильность. Наночастицы стабилизируются путем адсорбции ПАВ, которые обычно используются при эмульсионной полимеризации.

Для инкапсулирования неорганических наночастиц в полимер, концентрация ПАВ должна быть ниже величины критической концентрации мицеллообразования (ККМ), чтобы предотвратить образование мицелл в исходной системе и исключить образование полимерных микросфер, не содержащих неорганический материал [10]. Кроме того, для полимеризации необходимо использовать нерастворимые в воде инициатор и мономер, для исключения образования олигомерных водорастворимых ПАВ [19].

В последнее время для получения наполненных неорганическим материалом полимерных микросфер используют так называемую миниэмульсионную полимеризацию [20], которую проводят в две стадии. На первой стадии в присутствии ПАВ получают стабильную дисперсию неорганических частиц в стироле. Затем ее переводят в воду, добавляя новые ПАВ. Для предотвращения процесса созревания по Оствальду в мономерную фазу (в качестве гидрофобной добавки) добавляют гександекан. Содержание неорганического материала в полимерных микросферах, полученных таким способом, составляет 20% масс.

Для увеличения содержания неорганического материала в полимерных частицах была предложена другая методика их синтеза [21]. Мономер и неорганические наночастицы независимо диспергируют в воде в присутствии додецилсульфата (ДСН) в качестве ПАВ и последовательно смешивают при различных соотношениях мономер/неорганический материал с целью получения полимерных микросфер с различной концентрацией неорганических наночастиц. Затем смесь подвергают ультразвуковой обработке для создания необходимой дисперсности системы и инициируют процесс полимеризации [10].

Применение подобной технологии позволяет синтезировать полимерные микросферы с различным строением поверхности, с узким распределением частиц по размерам, имеющие структуру «ядро-оболочка». Подобные полимерные микросферы могут вводиться в защитные слои эмульсионных фотографических материалов, в качестве антистатических компонентов [22].