专利名称：一种超大孔晶胶微球及其制备方法
技术领域：
本发明涉及晶胶微球及其制备方法，尤其涉及一种超大孔晶胶微球及其制备方法。
背景技术：
近年来，功能聚合物微球在固相有机合成、分离分析、药物控制释放、免疫測定、细胞和酶的固定化等领域得到了广泛的应用。而聚合物微球的孔径一般均在IOOnm以下，在实际应用过程中，微球较小的孔径对微球内的传质不利，影响了微球内外的物质交换，另外在用此类微球进行含微小固体颗粒的料液的处理时，也会因为孔道过窄等问题影响了微球 的应用。近年来，人们对聚合物微球扩孔的研究非常火热。晶胶技术是近些年发展起来的ー种新型技术，最早用于制备连续床分离介质。晶胶技术特点是利用在溶剂结晶过程中溶剂晶体的排他性使得溶质单体浓缩在晶体间的微型通道内，単体在通道内发生自由基聚合反应连接成支架，聚合反应完成后升温使微球内的溶剂晶体融化，大孔结构得到保留，从而使聚合物晶胶微球内形成几十微米的超大孔。现有的晶胶介质主要为柱状、圆饼状或块状的整体介质，微米级球状介质的制备不易。丙烯酰胺是ー种常用的化学原料，是晶胶材料中最常用的単体，其聚合物为水溶性高分子化合物，不溶于大多数有机溶剤，具有良好的絮凝性。而交联聚丙烯酰胺则是ー种不溶于水及大部分有机溶剂，同时具有良好的亲水性，是ー种常用的高分子化合物，作为生物相容性良好的材料已经在生物技术领域有广泛的应用。该聚合过程是自由基聚合反应，而且可以结合传统的反相悬浮分散法，获得超大孔晶胶微球。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超大孔晶胶微球及其制备方法。超大孔晶胶微球的孔径为3 90Mm，粒径为5(T400Mm，平均粒径为20(T300Mm，平均孔隙率为909^98%，无机纳米颗粒被包埋于聚合物晶胶网络骨架中；无机纳米颗粒为纳米ニ氧化钛或纳米碳化钨，聚合物晶胶网络骨架为交联聚丙烯酰胺。超大孔晶胶微球的制备方法包括如下步骤
1)将单体丙烯酰胺和交联剂按10r5l的摩尔比混合配制成总质量浓度59TlO%的溶
液；
2)加入无机纳米颗粒，无机纳米颗粒与単体丙烯酰胺和交联剂总质量比(Tl:1，混合并搅拌均匀，在20°C 35°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在(T5°C条件下，将活化剂和引发剂与単体丙烯酰胺均按1:100的质量比加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有分散剂的连续相中，分散相和连续相质量比为1:5 1:4，在机械搅拌转速为50(T550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌3 5min ;分散剂为与连续相的质量百分比为1% 2%的司盘80 ;
4)在搅拌转速为50(T550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为-3(T-1(TC，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在-3(T-10°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入n. 5倍体积的水并升温至2(T25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5 10倍体积的水分4飞次洗涤，湿态筛分，得到超大孔晶胶微球。所述的交联剂为N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫 酸铵，活化剂为四甲基こニ胺，分散剂为司盘80，连续相为正己烷，所述的无机纳米颗粒为纳米ニ氧化钛或纳米碳化钨。本发明与现有技术相比具有的有益效果
1)制备的超大孔晶胶微球具有规则的球形外观，对于后面可能的应用具有较好的适应
性；
2)制备的超大孔晶胶微球化学性质稳定，能够重复使用多次，且可以通过直接修饰或添加功能単体的方式进行衍生化，得到各种具有不同功能的微球；
3)制备的晶胶微球具有3 90Mffl的超大孔结构，有利于在使用条件下目标物质的传质，且晶胶微球的整体结构并没有因为超大孔而遭到破坏，仍然具有完整的整体球状结构；
4)制备エ艺简单，容易控制和放大，成本低廉。
图I为本发明实施例3晶胶微球外观的扫描电子显微镜照片；
图2为本发明实施例3晶胶微球孔隙结构 图3为本发明实施例3晶胶微球的粒径分布图。
具体实施例方式超大孔晶胶微球的孔径为3 90Mm，粒径为5(T400Mm，平均粒径为20(T300Mm，平均孔隙率为909^98%，无机纳米颗粒被包埋于聚合物晶胶网络骨架中；无机纳米颗粒为纳米ニ氧化钛或纳米碳化钨，聚合物晶胶网络骨架为交联聚丙烯酰胺。超大孔晶胶微球的制备方法包括如下步骤
1)将单体丙烯酰胺和交联剂按10r5l的摩尔比混合配制成总质量浓度59TlO%的溶
液；
2)加入无机纳米颗粒，无机纳米颗粒与単体丙烯酰胺和交联剂总质量比(Tl:1，混合并搅拌均匀，在20°C 35°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在(T5°C条件下，将活化剂和引发剂与単体丙烯酰胺均按1:100的质量比加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有分散剂的连续相中，分散相和连续相质量比为1:5 1:4，在机械搅拌转速为50(T550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌3 5min ;分散剂为与连续相的质量百分比为1% 2%的司盘80 ;
4)在搅拌转速为50(T550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为-30'10で，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在-3(T-10°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入n.5倍体积的水并升温至2(T25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5 10倍体积的水分4飞次洗涤，湿态筛分，得到超大孔晶胶微球。所述的交联剂为N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵，活化剂为四甲基こニ胺，分散剂为司盘80，连续相为正己烷，所述的无机纳米颗粒为纳米ニ氧化钛或纳米碳化钨。以下通过实施例对本发明作进ー步的说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，单本发明的保护范围不仅限于此
实施例I
1)将单体丙烯酰胺和交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺按10:1的摩尔比混合配制成总质量浓度5%溶液；
2)加入无机纳米颗粒，无机纳米颗粒与単体丙烯酰胺和交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺总质量比0，混合并搅拌均匀，在20°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在0°C条件下，将四甲基こニ胺和过硫酸铵与单体丙烯酰胺均按1:100的质量比加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有司盘80的正己烷溶液连续相中，分散相和连续相质量比为1:5，在机械搅拌转速为500rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌3min ;司盘80为与连续相的质量百分比为1% ；
4)在搅拌转速为500rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为-30°C，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在_30°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入I倍体积的水并升温至20°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5倍体积的水分4次洗涤，湿态筛分，得到超大孔晶胶微球。实施例2
1)将单体丙烯酰胺和交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺按5:1的摩尔比混合配制成总质量浓度10%的溶液；
2)加入无机纳米颗粒，无机纳米颗粒与単体丙烯酰胺和交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺总质量比1: 1，混合并搅拌均匀，在35 °C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在5°C条件下，将四甲基こニ胺和过硫酸铵与单体丙烯酰胺均按1:100的质量比加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有司盘80的正己烷溶液连续相中，分散相和连续相质量比为1:4，在机械搅拌转速为550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ;司盘80为与连续相的质量百分比为2% ；
4)在搅拌转速为550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为-io°c，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在-10°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入I.5倍体积的水并升温至25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用10倍体积的水分5次洗涤，湿态筛分，得到超大孔晶胶微球。实施例3:
1)将I.7g単体丙烯酰胺和0. 4g交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺加入到30ml去离子水中混合配制成总质量浓度7%的溶液；
2)加入0.42g纳米ニ氧化钛粉末，混合并搅拌均匀，在20°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在0°C条件下，将40W四甲基こニ胺和21mg过硫酸铵分别加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有2. 4g司盘80的120g正己烷溶液连续相中，在机械搅拌转速为500rpm的条件下,组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ；
4)在搅拌转速为500rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为_18°C，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在_18°C的低温恒 温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入1.5倍体积的水并升温至25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用10倍体积的水分5次洗涤，晶胶微球进行湿态筛分，选取5(T400Mffl范围内的微球，测得微球的平均粒径为258Mm，平均孔径为llMm，平均孔隙率为93%。实施例4:
1)将I.7g単体丙烯酰胺和0. 4g交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺加入到30ml去离子水中混合配制成总质量浓度7%的溶液；
2)加入2.Ig纳米碳化钨粉末，混合并搅拌均匀，在25°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在5°C条件下，将40W四甲基こニ胺和21mg过硫酸铵分别加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有2. 4g司盘80的120g正己烷溶液连续相中，分散相和连续相质量比为1:4，在机械搅拌转速为550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ；
4)在搅拌转速为550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为-io°c，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在-10°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入I.5倍体积的水并升温至25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用10倍体积的水分5次洗涤，晶胶微球进行湿态筛分，选取5(T400Mffl范围内的晶胶微球，测得微球的平均粒径为262Mm，平均孔径为10Mm，平均孔隙率为94%。实施例5:
1)将I.7g単体丙烯酰胺和0. 4g交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺加入到30ml去离子水中混合配制成总质量浓度7%的溶液；
2)加入0.6g纳米ニ氧化钛粉末，混合并搅拌均匀，在30°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在5°C条件下，将40W四甲基こニ胺和21mg过硫酸铵分别加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有I. 2g司盘80的120g正己烷溶液连续相中，分散相和连续相质量比为1:4，在机械搅拌转速为550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ；
4)在搅拌转速为550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为-30°C，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在_30°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入I倍体积的水并升温至20°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5倍体积的水分4次洗涤，晶胶微球进行湿态筛分，选取5(T400Mffl范围内的微球，测得微球的平均粒径为268Mm，平均孔径为12Mm，平均孔隙率为92%。实施例6:
1)将I.7g单体丙烯酰胺和0. 8g交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺加入到30ml去离子水中混合配制成总质量浓度8%的溶液；
2)加入0.525g纳米碳化钨粉末，混合并搅拌均匀，在35°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在0°C条件下，将40W四甲基こニ胺和21mg过硫酸铵分别加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有3g司盘80的150g正己烷溶液连续相中，分散相和连续相质量比为1:5，在机械搅拌转速为550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ；
4)在搅拌转速为550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为_18°C，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在_18°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入I.5倍体积的水并升温至25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5倍体积的水分4次洗涤，晶胶微球进行湿态筛分，选取5(T400Mffl范围内的微球，测得微球的平均粒径为255Mffl，平均孔径为10Mm，平均孔隙率为93%。实施例I
1)将2.42g単体丙烯酰胺和0. 58g交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺加入到30ml去离子水中混合配制成总质量浓度10%的溶液；
2)加入I.58g纳米碳化钨粉末，混合并搅拌均匀，在35°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在3°C条件下，将40W四甲基こニ胺和21mg过硫酸铵分别加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有2. 4g司盘80的120g正己烷溶液连续相中，分散相和连续相质量比为1:4，在机械搅拌转速为500rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ；
4)在搅拌转速为500rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为_15°C，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在_15°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入I.5倍体积的水并升温至25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5倍体积的水分4次洗涤，晶胶微球进行湿态筛分，选取5(T400Mffl范围内的微球，测得微球的平均粒径为262Mffl，平均孔径为12Mm，平均孔隙率为91%。实施例8:
1)将I.22g単体丙烯酰胺和0. 28g交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺加入到30ml去离子水中混合配制成总质量浓度5%的溶液；
2)加入I.58g纳米碳化钨粉末，混合并搅拌均匀，在35°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中；
3)在5°C条件下，将30W四甲基こニ胺和15mg过硫酸铵分别加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有2. 4g司盘80的120g正己烷溶液连续相中，分 散相和连续相质量比为1:4，在机械搅拌转速为500rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ； 4)在搅拌转速为500rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为_26°C，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在-26°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入I.5倍体积的水并升温至25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5倍体积的水分4次洗涤，晶胶微球进行湿态筛分，选取5(T400Mffl范围内的微球，测得微球的平均粒径为252Mffl，平均孔径为llMm，平均孔隙率为98%。实施例9
1)将I.7g単体丙烯酰胺和0. 4g交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺按10:1的摩尔比加入到30ml去离子水中混合配制成总质量浓度7%的溶液；
2)加入Og纳米粉末，在35°C条件下进行超声分散；
3)在5°C条件下，将40W四甲基こニ胺和21mg过硫酸铵分别加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有2. 4g司盘80的120g正己烷溶液连续相中，分散相和连续相质量比为1:4，在机械搅拌转速为550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌5min ；
4)在搅拌转速为550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为_18°C，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在_18°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成；
5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入1.5倍体积的水并升温至25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5倍体积的水分4次洗涤，晶胶微球进行湿态筛分，选取5(T400Mffl范围内的微球，测得微球的平均粒径为243Mffl，平均孔径为10Mm，平均孔隙率为95%。
权利要求
1.ー种超大孔晶胶微球，其特征在于超大孔晶胶微球的孔径为3 90Mffl，粒径为5(T400Mm，平均粒径为20(T300Mm，平均孔隙率为90% 98%，无机纳米颗粒被包埋于聚合物晶胶网络骨架中；无机纳米颗粒为纳米ニ氧化钛或纳米碳化钨，聚合物晶胶网络骨架为交联聚丙烯酰胺。
2.ー种根据权利要求I所述的超大孔晶胶微球的制备方法，其特征在于包括如下步骤 1)将单体丙烯酰胺和交联剂按10r5l的摩尔比混合配制成总质量浓度59TlO%的溶液； 2)加入无机纳米颗粒，无机纳米颗粒与単体丙烯酰胺和交联剂总质量比(Tl:1，混合并搅拌均匀，在20°C 35°C条件下进行超声分散，使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中； 3)在(T5°C条件下，将活化剂和引发剂与単体丙烯酰胺均按1:100的质量比加入到分散好的溶液中并搅拌溶解作为分散相，分散相加入到溶有分散剂的连续相中，分散相和连续相质量比为1:5 1:4，在机械搅拌转速为50(T550rpm的条件下，组成反相悬浮分散体系，并搅拌3 5min ;分散剂为与连续相的质量百分比为1% 2%的司盘80 ; 4)在搅拌转速为50(T550rpm的条件下用低温恒温冷却浴冷却上述反相悬浮分散体系，冷却温度为-30'10で，水相微液滴凝结成微冰粒，然后反相悬浮分散体系放置在-3(T-10°C的低温恒温反应浴中，进行结晶致孔和自由基聚合反应直到反应完成； 5)反应完成后，将反相悬浮分散体系中连续相除去，加入n.5倍体积的水并升温至2(T25°C融化微冰粒，减压抽滤，将晶胶微球分离出来，再用5 10倍体积的水分4飞次洗涤，湿态筛分，得到超大孔晶胶微球。
3.根据权利要求2所述的ー种超大孔晶胶微球的制备方法，其特征在于所述的交联剂为N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵，活化剂为四甲基こニ胺，分散剂为司盘80，连续相为正己烷，所述的无机纳米颗粒为纳米ニ氧化钛或纳米碳化钨。
全文摘要
本发明公开了一种超大孔晶胶微球及其制备方法。制备步骤如下1)将单体丙烯酰胺及交联剂溶解在去离子水中，形成均匀的混合溶液。2)在混合溶液中加入无机纳米颗粒，在超声的条件下使无机纳米颗粒均匀分散在溶液中。3)将活化剂及引发剂加入到分散好的溶液中，搅拌溶解后加入到溶有分散剂的连续相中，在机械搅拌下组成反相悬浮分散体系。4)冷却该反相悬浮分散体系，并在低温条件下进行自由基聚合反应。5)反应完成后，去除连续相，加入水融化微冰粒得到超大孔复合晶胶微球，将复合微球过滤、洗涤，湿态筛分。本发明所开发的超大孔晶胶微球，具有超大孔径、亲水性好、生物相容性好、球形度好、成本低廉、性质稳定以及孔道连通性好等优点。
文档编号C08J9/26GK102775712SQ20121018603
公开日2012年11月14日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者占晓勇, 姚善泾, 林东强, 贠军贤, 鲁丹萍 申请人:浙江大学