Preparación de partículas de poliestireno hueco y microcápsulas por polimerización Radical de Janus gotas de hidrocarburos y aceites de fluorocarbono

Resumen

Un protocolo para la fabricación de partículas de polímero hueco y microcápsulas por polimerización radical usando emulsiones de estireno, perfluoro -n-octano y SDS acuoso solución (dodecylsulfate del sodio) se presenta.

Resumen

En este artículo, hemos demostrado un método para producir partículas huecas y microcápsulas con gotas de aceite de aceite de hidrocarburo (estireno) y aceite de fluorocarbono (perfluoro -n-octano, PFO) en acuosa surfactante (dodecylsulfate del sodio, Soluciones de SDS). Desde fluorocarbono los aceites son inmiscibles con aceites hidrocarbonados, se separan los dos aceites. Emulsiones se preparan mezclando estireno/FOP/acuoso mezclas de solución de SDS en 80 ° C. El tipo de emulsiones y la morfología de las gotas en las emulsiones se observan por el microscopio óptico y microscopio confocal de fluorescencia. Se encuentra que las gotitas de aceite con morfologías tipo Janus de estireno mutuamente inmiscible y PFO se forman en soluciones acuosas de la SDS. Partículas de poliestireno son fabricadas por polimerización radical de las mezclas ternarias de estireno/FOP/acuoso solución de SDS en 80 ° C. Las morfologías de poliestireno son confirmadas por microscopía electrónica de barrido y análisis de observaciones de microscopía electrónica de transmisión. Estas observaciones muestran la preparación de partículas de poliestireno hueco con un agujero en la superficie. A nuestro conocimiento, este método es una estrategia nueva usando la inmiscibilidad de los aceites de hidrocarburos y fluorocarbono. Las partículas huecas pueden aplicarse también a la preparación de las microcápsulas.

Introducción

Mientras que las partículas esféricas de polímero han sido ampliamente utilizadas en diversas aplicaciones industriales, es bien sabido que las partículas de hoyuelo, hemisferios, discos y elipsoides, han sido preparados por polimerizaciones sin semillas^{1,2, 3}, Foto-polimerización de gotitas de monómero no esféricas con microreactores con geometrías específicas^4,5, auto organización usando reprecipitación de polímeros⁶y deformación de polímeros esféricos partículas por mecánico externo fuerzas^7,8. En particular, las partículas de polímero hueco con micrómetro de tamaño han sido fabricadas por la evaporación de un disolvente bueno de partículas esféricas de polímero hinchado por el solvente^9,10 y polimerización mediante emulsiones múltiples ^{11 , 12}.

En este trabajo, nos centramos en el uso de mutuo inmiscibilidad de los aceites de hidrocarburo y fluorocarbono en la fabricación de partículas de polímero. Tensioactivos de híbridos tienen una cadena de hidrocarburo y una cadena de fluorocarbono en la molécula. Anteriormente, hemos reportado las propiedades únicas de los tensioactivos de híbridos que no se observan en los tensioactivos convencionales^13,14,15. También hemos estudiado emulsiones con aceite de hidrocarburo aceite de fluorocarbono y solución acuosa de surfactante, que son mutuamente inmiscibles¹⁶. Sin embargo, existen muy pocos estudios de emulsiones¹⁷. Estos estudios han descrito la morfología de gotas de aceite de aceite de hidrocarburo y el aceite de fluorocarbono en soluciones acuosa tensioactivador.

A continuación, os mostramos un protocolo detallado de la fabricación de partículas de polímero hueco por polimerización radical con gotas de aceite en emulsiones de aceite de hidrocarburo, el aceite de fluorocarbono y soluciones de sodio acuoso dodecylsulfate (SDS). Sugerimos una nueva estrategia, que es diferente de los métodos convencionales, para la preparación de partículas de polímero no esféricas. Este método simplemente puede fabricar las partículas de polímero hueco en poco tiempo. Además, se muestra el protocolo de la preparación de las microcápsulas a través de las partículas de polímero hueco.

Protocolo

PRECAUCIÓN: Por favor usar una bata de laboratorio, guantes y gafas de seguridad y leer hojas de datos de seguridad del material (MSDS) antes de su uso. Todos los materiales comprados se han utilizado sin una posterior purificación.

1. preparación de las emulsiones consisten en mezclas de solución de SDS estireno/FOP/acuosa

1. Para preparar 5 mM de solución acuosa de SDS, disolver 14,5 mg de SDS en 10 mL de alta pureza H₂O.
   Nota: Alta pureza H₂O se ha utilizado (resistividad (R) = 18 cm MΩ, tensión superficial (γ) = 72.0GB mN m^-1 a 25 ° C).
2. Añadir 1,5 g de estireno, 0,6 g de FOP y 0,9 g de 5 mM de solución acuosa de SDS a un frasco de vidrio de 10 mL con una barra de agitación.
   Nota: En el análisis de observaciones de microscopía de fluorescencia confocal, añadir 2,6 mg de cumarina 102 y 0,062 mg de calceína a la mezcla.
3. Removemos la mezcla durante 60 min a 1.150 rpm bajo temperatura ambiente y luego eleve la temperatura a 80 ° C.
4. Removemos la mezcla por 60 min a 1.150 rpm y 80 ° C.

2. fabricación de partículas de polímero utilizando emulsiones compuesto de estireno/FOP/acuoso SDS solución de mezclas

1. Añadir 3.9 mg de peroxodisulfato de potasio, 2 mg de pireno, 1,5 g de estireno, 0,6 g de FOP y 0,9 g de 5 mM de solución acuosa de SDS a un frasco de vidrio de 10 mL con una barra de agitación y sellar con una membrana de goma.
2. Deoxygenate la mezcla de burbujas de gas nitrógeno a través de una aguja de jeringa durante 30 minutos.
   PRECAUCIÓN: Flujo lentamente el gas nitrógeno para no generar una gran cantidad de espuma.
3. Para preparar la emulsión, agitar la mezcla durante 60 min a 1.150 rpm y temperatura ambiente y luego elevar la temperatura a 80 ° C.
4. Removemos la mezcla por 30 min a 1.150 rpm y 80 ° C.
5. Transferir la parte nublada (1,8 mL) en la solución resultante (3 mL) al tubo de ensayo y añada solución acuosa de etanol al 30% para terminar completamente la reacción de polimerización.
6. Someter a ultrasonidos (potencia: 130 W, frecuencia: 4,2 kHz) durante 10 minutos lavar las partículas del polímero resultante y luego centrifugar por 10 min a 2300 x g.
7. Para obtener las partículas de polímero, eliminar la solución sobrenadante del tubo de ensayo.
8. Añadir 3 mL de agua a los sólidos resultantes en el tubo de ensayo. Someter a ultrasonidos (potencia: 130 W, frecuencia: 4,2 kHz) por 10 min y centrifugar 10 min a 2300 x g. quitar la solución sobrenadante del tubo de ensayo.
9. Repita el procedimiento de lavado (paso 2.8) hasta que la espuma no se genera de la solución sobrenadante. Evaporar el agua para obtener el sólido de partículas de polímero hueco.

3. preparación de las microcápsulas con las partículas de polímero hueco

1. Añadir 1 mg de partículas de poliestireno hueco (paso 2.9) y 4 mL de agua a un frasco de vidrio de 10 mL con una barra de agitación.
2. Someter a ultrasonidos (potencia: 130 W, frecuencia: 4,2 kHz) durante 10 min dispersar las partículas huecas en el agua.
3. Añadir 0,1 mL de tolueno en el agua dispersa las partículas y luego revuelva durante 1 h a 100 rpm bajo temperatura ambiente. Transferir el líquido a un tubo de ensayo.
   PRECAUCIÓN: Si aumenta la rotación por minuto, se deforma la morfología de las partículas.
4. Centrifugar el líquido durante 10 minutos a 2300 x g a aislar las microcápsulas de la forma. Eliminar la solución sobrenadante del tubo de ensayo.

Resultados

Luz y observaciones de microscopía de fluorescencia confocal de la exploración fueron realizados para determinar la morfología y la composición de gotas en las emulsiones de estireno, FOP y solución acuosa de SDS de 5 mM (figura 1). Microscopía electrónica de barrido (SEM) y análisis de observaciones de microscopía electrónica (vástago) de transmisión demostraron la formación de partículas huecas y microcápsulas en comprimidos (figura 2).

La DIC e imágenes de microscopía de fluorescencia confocal de emulsiones consisten en mezclas ternarias de estireno/FOP/acuoso solución de SDS indican que la fase continua es solución acuosa de la SDS, debido a la fluorescencia verde correspondiente a calceína se observó en la fase continua, y por lo tanto, se forman emulsiones del tipo aceite en agua (Figura 1a y 1b). Estas imágenes también muestran que las gotitas de aceite constan de estireno y FOP, que son mutuamente inmiscibles. La DIC y la imágenes de microscopía de fluorescencia confocal de emulsiones que contienen cumarina 102 revelan que una gota de la FOP se encuentra en la interfase entre el agua y una gotita de estireno. Las mezclas ternarias de estireno, FOP y solución acuosa de SDS en emulsiones de forma de 5 mM con Janus aceite de gotas, que consisten en estireno y FOP.

Las imágenes SEM y el tallo de las partículas de polímero fabricadas por la polimerización radical de las emulsiones de solución acuosa de SDS estireno/FOP/5 mM muestran la preparación de partículas de poliestireno no esférico hueco con un agujero en la superficie (Figura 2a y 2b). la tasa de formación, el diámetro y el tamaño de las partículas de poliestireno hueco son evaluados mediante la observación de 200 partículas por medio de SEM y vástago. El diámetro promedio estimado a partir de observaciones de SEM es 1,3 μm. El tamaño es consistente con el diámetro de las partículas de polímero estimado de las medidas de dispersión de luz dinámica. La tasa de formación es aproximadamente 100%. El promedio de tamaño del agujero y el volumen del agujero en las partículas huecos son 0,8 μm ± 0,4 y 0,9 ± 0,4 μm³, respectivamente. Por lo tanto, las partículas de poliestireno hueco con un agujero de 0.8 μm fueron fabricadas por polimerización radical de gotitas de Janus que contienen estireno en las emulsiones.

Figura 1. Morfologías de gotas en las emulsiones de estireno, FOP y 5 mM solución de SDS acuosa. (a) contraste de interferencia diferencial (DIC) y (b) imágenes de microscopía de fluorescencia confocal de las emulsiones que contienen acuosa calceína fluorescente. (c) DIC (d) fluorescencia confocal microscopio imágenes y de las emulsiones que contienen cumarina fluorescente soluble en el aceite 102. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2. Morfología de partículas de poliestireno hueco y microcápsulas fabricados utilizando emulsiones de estireno, FOP y 5 mM acuoso solución de SDS. (a) SEM y (b) imágenes de la madre de las partículas de poliestireno hueco. (c) SEM y (d) madre las imágenes de las microcápsulas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discusión

Las emulsiones que contienen gotas de Janus del estireno y del FOP se obtuvieron por encima de 10% en peso de la fracción de peso de concentración acuosa de SDS y cualquier fracción de peso del estireno y del FOP. Cuando las diferentes fracciones de peso de las emulsiones que contienen las gotas de Janus han sido polimerizadas por 30 min, las partículas de poliestireno hueco pueden obtenerse para la composición de todos. Estos resultados indican que el protocolo mostrado aquí es simple. Además, el diámetro, tamaño del agujero y hoyo de las partículas de poliestireno hueco pueden ser controlados por el tiempo de polimerización en el método descrito aquí.

Sugerimos el siguiente mecanismo para la fabricación de las partículas de poliestireno hueco. Gotas de aceite de Janus de estireno y FOP forman en las emulsiones O/W que contienen mezclas de solución, estireno y FOP acuosa de SDS en 80 ° C. Gotitas de FOP se encuentran en la superficie de las gotitas de estireno. KPS, iniciador de la polimerización, es soluble en la fase de agua, la polimerización progresará en el interfaz de la solución de SDS estireno/acuosa. Estireno en las emulsiones ternarias fue polimerizado a poliestireno a 80 ° C, mientras que FOP, no grupos polimerizables, seguía siendo en las emulsiones a esa temperatura. Después de la polimerización fue terminada, un agujero en las partículas de poliestireno se formó por el retiro de FOP. Por lo tanto, las partículas de poliestireno hueco de cup-tipo tener un agujero en la superficie fueron fabricados atany fracción de peso de estireno y FOP y de todos los tiempos de polimerización.

Añadiendo una pequeña cantidad de tolueno a las partículas de poliestireno hueco fabricadas por polimerización radical durante 90 minutos, trae consigo sellar los orificios de las partículas de poliestireno hueco. Este fenómeno es consistente con lo reportado por Hyuk et al⁹. El método de encapsulamiento puede contener un material acuoso en las partículas.

En este artículo, hemos demostrado un método de fabricación de las partículas de polímero hueco con gotas de aceite de Janus de estireno y FOP, que son mutuamente inmiscibles. El método de preparación de partículas no esféricas de polímero ya ha sido estudiado debido a su potencial uso en diversas aplicaciones. Esta estrategia con gotas de aceite de Janus de hidrocarburos petróleo y aceite de fluorocarbono se aplicará a la fabricación de partículas no esféricas de polímero de varios tipos de monómero y la droga.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Material
Sodium dodecylsulfate, 95.0%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	192-08672
Styrene, 99.0%	Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.	S0095
Perfluorooctane, 99%	Fluorochem Ltd.	8706
Coumarin 102, 97.0%	Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.	C2267
Calcein	Dojindo Molecular Technologies, Inc.	C001
Potassium peroxodisulfate, 98.0%	Kanto Chemical Co., Inc.	32375-30
Pyrene, 97.0%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	167-05302
Ethanol, 99.5%	Kanto Chemical Co., Inc.	14033-00
Toluene, 99.5%	Kanto Chemical Co., Inc.	40180-00
Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Scanning Electron Microscope	Hitachi High-Technologies Corporation	S-4800
Scanning Transmission Electron Microscope	Hitachi High-Technologies Corporation	S-4800
Ultrasonic cleaner	Branson Ultrasonics, Emerson Japan, Ltd.	Model 3510
Centrifuge	AS ONE Corporation	CN-1050