专利名称：一种纳米复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料的制备方法，尤其涉及一种制备聚合物基纳米复合材料的新方法。
背景技术：
现有技术中，聚合物基纳米复合材料的制备方法可以分为下列几种方法
一是将聚合物加热熔解，然后将纳米粒子加入到聚合物熔体中分散，从而制得聚 合物基纳米复合材料。由于纳米粒子表面能高，很容易团聚，所以这种方法制备的复合材料 中纳米粒子团聚程度高，分布不均勻，纳米粒子在聚合物中很多情况下并不以纳米尺度分散。第二种方法是先将纳米粒子分散在单体中，然后引发聚合，形成纳米复合材料。这 种方法要优于前一种，但是也不能完全保证纳米粒子在单体中是单粒子分散从而获得完全 均一的聚合物基纳米复合物。第三种方法是将聚合物溶解在某种溶剂中并将纳米粒子分散于其中，然后将另外 一种溶剂滴入聚合物溶液中引发聚合物连带纳米粒子沉淀从而获得纳米复合材料。这种方 法需要大量的溶剂，而且纳米粒子并不能完全的从溶剂中沉淀出来。以上方法的局限性大，纳米粒子分散效果不够理想，而且都需要首先制得纳米粒 子，才有可能获得纳米复合物。为了解决上述方法存在的技术问题，达到更理想的效果，本发明提出一种纳米复 合材料的新的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的制备纳米复合材料的方法，不仅能够解决现有 技术中纳米粒子不能单粒子均勻分散的难题，而且能够将大量化学品、药物或生物分子方 便地制备成纳米颗粒并完全均勻地分散在聚合物中。本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的提供一种纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤以可聚合的有机化合物为油 相，以含有化学物质、药理活性物质或生物分子的一种或几种极性溶液为水相，先将所述油 相和水相在具有表面活化功能的物质的作用下形成油包水的微乳液，然后在所述微乳液中 弓丨发聚合反应，形成纳米复合物。所用的油相可以是任何带有不饱和键的天然或合成的有机化合物，常温常压下为 液态，优选通过酰化或酯化反应生成的不饱和化合物，进一步优选丙烯酰和/或甲基丙烯 酰化的酸酐及酯类化合物。所用的水相可以含有各种化学物质、具有药理活性的天然与合成物质、以及生物 分子中的一种或几种。所用的表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂或特种表面活性剂，也包括具有表面活化功能的其它物质，优选磷 酯类化合物，比如磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯，三乙二醇二甲基丙烯酸酯，磷酸二氢 (甲基丙烯酰氧癸)酯，磷酸二氢(甲基丙烯酰氧丙)酯，磷酸二氢(甲基丙烯酰氧乙)酯； 也可以优选已存在的表面活性剂经含有不饱和键的化合物反应修饰生成新的具有表面活 性剂功能的化合物，如丙烯酰化或甲基丙烯酰化或酯化的聚(氧化乙烯氧化丙烯)共聚物。本发明的优选方案之一是以丙烯酰或甲基丙烯酰化的酸酐或酯类化合物为油 相，以含有化学分子，药理活性物或/和生物分子的极性溶液为水相，先将所述油相和水相 在HLB值不大于20的表面活性剂尤其是烷基磷酯、失水山梨醇硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯或 聚醚多元醇或其衍生物的作用下形成油包水的微乳液，然后在所述微乳液中引发聚合反 应，形成纳米复合物。所述的微乳化过程按常规方法进行。所述的聚合反应可以是引发剂引发聚合、热引发聚合、光引发聚合及辐射聚合。聚 合反应若由引发剂引发聚合，所用的引发剂可以是自由基聚合引发剂，阳离子聚合引发剂， 阴离子聚合引发剂及配位聚合引发剂。引发剂占可聚合单体的重量百分比在0. 至10% 之间。引发剂可以单独使用，也可以与助溶剂混合以增强其在油相中的溶解性。
可以将含有不同化学成分的水相分散在油相中形成不同的微乳液，将两种或以上 含有不同成分水相的微乳液混合后，分散的水相微滴可能会发生碰撞融合而使不同物质之 间发生反应生成新的化合物。在聚合过程中，表面活性剂可以参与聚合反应，也可以不参与。而水相中的水分可 以保留在聚合物中，也可以在聚合反应发生之前或之后经过干燥蒸发除去水分。若表面活性剂不参与聚合，其可以存在于聚合物体系中，也可以被溶剂萃取而从 聚合物中分离。所用的溶剂可以是水，有机溶剂，或含有某些特定物质的水溶液或有机溶 液。所生成的是多孔的聚合物或纳米复合物。生成的聚合物或纳米复合物可能化学结构不稳定而发生降解，也可能具有良好的 化学稳定性。这种方法所生成的纳米复合材料在药物/生物分子递送与释放，生物医学，化学 化工，材料及工程领域将会有广泛的应用。传统的聚合物基纳米复合材料中，纳米粒子局限性强，都是已经存在的或须经预 先制备好的无机物如层状粘土、云母、V205、Mo03，层状金属盐，CaCO3, SiO2，碳纳米管等；还可 能包括具有生物相容性的羟基磷灰石和β-Ca3(PO4)2等，并且所制备的复合材料中纳米颗 粒在不同程度上都有团聚的情况发生，很难获得完全纳米单颗粒均勻分散的复合材料。本发明的主旨是利用一种与以往截然不同的新的途径来制备纳米复合物。与现有 技术相比，本发明的制备方法完全克服了目前纳米粒子不能单粒子均勻分散的难题，可以 将大量化学品，药物及生物分子方便地制备成纳米颗粒并将其完全均勻分散聚合物中。本 发明中纳米尺度粒子(< 1000纳米)的生成是通过微乳化的方法在有机单体中直接生成， 而不需要预先制备；由于本发明提供的是一个非常稳定的纳米分散体系，所制备的复合材 料中纳米粒子是在纳米尺度上的单粒子分散且均勻分布，完全避免了粒子团聚的可能。而 且这种方法制备的复合材料可能会发生降解从而释放出其中的药物或其它生物活性物质， 也可能具有良好的化学及生物稳定性。
具体实施例方式实施例1合成的甲基丙烯酰(聚丙二醇-丙交酯)单体(分子量712g/mol)作为油相 (1. 4g)与0. 6g表面活性剂Pluronic L121混合均勻，然后加入0. 3mL CaCl2溶液(2. 2% w/V)，形成微乳液A。同样质量的甲基丙烯酰(聚丙二醇-丙交酯)单体与Pluronic L121 混合液中加入0. 3mLNa3P04形成微乳液B。将微乳液A与微乳液B混合，搅拌下反应24小 时。然后加入引发剂l%D-2-莰酮苯醌(10%的甲基丙烯酸-2-羟乙酯溶液)和甲 基-N，N-二甲基苯胺(20%的甲基丙烯酸-2-羟乙酯溶液)搅拌混合均勻。在光照下聚合 形成纳米聚合物。实施例2将上述实施例1的微乳液A与微乳液B混合反应后，也可用干燥的办法除去其中 的水分，然后加入引发剂光引发聚合制得纳米复合物。实施例3合成的甲基丙烯酰(聚丙二醇-丙交酯)单体(分子量lOOOg/mol)作为油相 (1. 2g)与0. 8g表面活性剂Pluronic L121混合均勻，然后加入0. 3mL CaCl2溶液(2. 2%w/ ν)禾Π 10 μ L pEGFP (400 μ g/mL)，形成微乳液A。在同样质量的甲基丙烯酰(聚丙二醇_丙 交酯)单体与 PluronicL 121 混合液中加入 0. 3mL Na2HPO4,10 μ L pEGFP (400 μ g/mL)，禾口 0. 2mL Tris HCl (0. 1M，pH6)形成微乳液B。将微乳液A与微乳液B混合，搅拌下反应24小 时。然后加入引发剂l%D-2-莰酮苯醌(10%的甲基丙烯酸-2-羟乙酯溶液)和甲 基-N，N-二甲基苯胺(20%的甲基丙烯酸-2-羟乙酯溶液)搅拌混合均勻。在光照下聚合 形成含CaP-DNA纳米颗粒的可降解复合物用于基因的控制释放。实施例4将实施例3的微乳液A与微乳液B混合反应后，也可用干冷冻干燥法除去其中的 水分，然后加入引发剂光弓I发聚合制得可降解纳米复合物。实施例5甲基丙烯酰(聚乙二醇_丙交酯)单体为油相(5g)，磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙 基)酯(3g)作为表面活性剂，和氯己定(10%w/v)水溶液三者形成油包水微乳液。真空干 燥除去水分，然后与1-羟基环己基苯甲酮(10%的甲基丙烯酸-2-羟乙酯溶液))混合，光 引发聚合形成纳米聚合物。实施例6甲基丙烯酰化的PluroniCL122为表面活性剂(20g)与苯乙烯(24g)混合，加入 2. 2% CaCl2 (1. OmL)形成微乳液A ；在同样质量的甲基丙烯酰化的PluroniCL122与苯乙烯 (24g)加入1 % Na3PO4 (2. 2mL)形成微乳液B。将微乳液A与微乳液B混合，搅拌24小时。 然后加热引发苯乙烯与甲基丙烯酰化的PluroniCL122共聚，从而形成磷酸钙纳米颗粒均 勻分散在聚合物基体中的纳米复合物。实施例7合成的甲基丙烯酰(聚丙二醇-丙交酯)单体(分子量lOOOg/mol)作为油 相(1.8g)与0. 2g表面活性剂失水山梨醇三油酸酯混合均勻，加入的人胰岛素溶液0.05mL。然后加入引发剂l%D-2-莰酮苯醌(10%的甲基丙烯酸-2-羟乙酯溶液)和2-甲基-N，N-二甲基苯胺(20%的甲基丙烯酸-2-羟乙酯溶液)搅拌混合均勻。在光照下 引发聚合，干燥除去水分。形成纳米药物颗粒在聚合物中均勻分散的并可缓慢释放的内置 物。
权利要求
一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于以可聚合的有机化合物为油相，以含有化学物质、药理活性物质或生物分子的一种或几种极性溶液为水相，先将所述油相和水相在具有表面活化功能的物质的作用下形成油包水的微乳液，然后在所述微乳液中引发聚合反应，形成纳米复合物；所述油相是带有不饱和键的天然或合成的有机化合物，在常温常压下为液体；所述的具有表面活化功能的物质是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、特种表面活性剂或具有表面活化功能的其它物质；所述聚合反应是引发剂引发聚合、热引发聚合、光引发聚合及辐射聚合。
2.权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述油相是通过酰化或 酯化反应生成的不饱和化合物。
3.权利要求2所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述通过酰化或酯化反 应生成的不饱和化合物是丙烯酰或甲基丙烯酰化的酸酐或酯类化合物。
4.权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述具有表面活化功能 的物质为磷酯类化合物，选自磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、三乙二醇二甲基丙烯酸 酯、磷酸二氢(甲基丙烯酰氧癸)酯、磷酸二氢(甲基丙烯酰氧丙)酯或磷酸二氢(甲基丙 烯酰氧乙)酯。
5.权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述具有表面活化功能 的物质是已存在的表面活性剂经含有不饱和键的化合物反应修饰生成的新的具有表面活 性剂功能的化合物，选自丙烯酰化或甲基丙烯酰化的聚(氧化乙烯氧化丙烯)共聚物。
6.权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于以丙烯酰或甲基丙烯酰 化的酸酐或酯类化合物为油相，以含有化学分子、药理活性物或/和生物分子的极性溶液 为水相，先将所述油相和水相在HLB值不大于20的表面活性剂的作用下形成油包水的微乳 液，然后在所述微乳液中弓I发聚合反应，形成纳米复合物。
7.权利要求6所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述表面活性剂是烷基 磷酯、失水山梨醇硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯或聚醚多元醇或其衍生物。
8.权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于具有表面活化功能的物 质参与或不参与聚合反应；不参与聚合反应的具有表面活化功能的物质通过萃取从聚合物 中分离。
9.权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于将所述水相中的水分在 聚合反应发生之前或之后经过干燥蒸发除去水分。
10.权利要求1所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述油包水的微乳液是 含有不同化学成分的所述水相分散在所述油相中形成两种或两种以上不同的微乳液，再将 所述不同的微乳液混合得到的新的微乳液。
全文摘要
本发明提供一种纳米复合材料的制备方法，以可聚合的常温常压下呈液态的有机化合物为油相，以含有化学物质、药理活性物质或生物分子的一种或几种极性水溶液为水相，先将所述油相和水相在具有表面活化功能的物质的作用下形成油包水的微乳液，然后在所述微乳液中引发聚合反应，形成纳米复合物。本发明的主旨是利用一种与以往截然不同的新的途径来制备纳米复合物。与现有技术相比，本发明的制备方法完全克服了目前纳米粒子不能单粒子均匀分散的难题，可以将大量化学品，药物及生物分子方便的制备成纳米颗粒并将其完全均匀分散聚合物中。
文档编号C08F2/32GK101831013SQ20091011927
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者李浩莹 申请人:李浩莹