Vorbereitung der hohlen Polystyrol Partikel und Mikrokapseln durch radikalische Polymerisation von Janus Tröpfchen bestehend aus Kohlenwasserstoff und Fluorcarbon-Öle

Summary

Ein Protokoll für die Herstellung von hohlen Polymerpartikel und Mikrokapseln durch radikalische Polymerisation mit Emulsionen bestehend aus Styrol, Perfluoro –n-Oktan und wässrige SDS (Natrium Dodecylsulfate) Lösung präsentiert.

Abstract

In diesem Artikel haben wir ein Verfahren zur Herstellung von hohlen Partikel und Mikrokapseln mit Öltröpfchen bestehend aus Kohlenwasserstoff Erdöl (Styrol) und Fluorcarbon gezeigt (Perfluoro –n-Oktan, PFO) in wässrigen Tensid (Natrium Dodecylsulfate, SDS) Lösungen. Da Fluorkohlenstoff Öle mit Kohlenwasserstofföle nicht mischbar sind, sind die beiden Öle getrennt. Emulsionen werden vorbereitet, indem rühren Styrol/PFO/wässrige SDS-Lösung-Mischungen bei 80 ° C. Die Art der Emulsionen und die Morphologie der Tröpfchen in die Emulsionen werden von Lichtmikroskop und Scan konfokale Fluoreszenzmikroskop beobachtet. Es wird festgestellt, dass Öltröpfchen mit Janus-Typ Morphologien bestehend aus sich gegenseitig nicht mischbaren Styrol und PFO in wässrigen Lösungen der SDS gebildet werden. Polystyrol-Partikel werden durch radikalische Polymerisation von ternären Gemischen aus Styrol/PFO/wässrige SDS-Lösung bei 80 ° c hergestellt. Die Morphologien der Polystyrol werden durch Rasterelektronenmikroskopie und scanning Transmission Electron Microscopy Beobachtungen bestätigt. Diese Beobachtungen zeigen die Vorbereitung der hohlen Polystyrol Partikel mit einem einzigen Loch an der Oberfläche. Nach unserem Kenntnisstand ist diese Methode eine neuartige Strategie mit der Mischbarkeit von Kohlenwasserstoff und Fluorcarbon Ölen. Die hohle Partikel können auch zur Vorbereitung der Mikrokapseln angewendet werden.

Introduction

Während sphärische Polymerpartikel in verschiedenen industriellen Anwendungen am meisten benutzt worden sind, ist es bekannt, dass durch gesetzte Polymerisationen^1,2, Grübchen Partikel, Halbkugeln, Festplatten und Ellipsoide, hergestellt worden sind ³, Foto-Polymerisation von nicht-sphärische Monomer Tröpfchen mit haarfeinen mit speziellen Geometrien^4,5, Selbstorganisation mit Reprecipitation von Polymeren⁶und Verformung des sphärischen Polymer Partikel durch mechanische externe Kräfte^7,8. Insbesondere haben hohle Polymerpartikel mit Mikrometer-Größe durch Verdampfung des ein gutes Lösungsmittel aus kugelförmigen Polymerpartikel geschwollen durch das Lösungsmittel^9,10 und Polymerisation mit multiple Emulsionen hergestellt worden ^{11 , 12}.

Dabei konzentrieren wir uns auf die Verwendung von gegenseitigen Mischbarkeit von Kohlenwasserstoff und Fluorkohlenstoff Öle bei der Herstellung der Polymerpartikel. Hybrid-Tenside haben eine Kohlenwasserstoffkette und einer Fluorcarbon-Kette im Molekül. Bisher haben wir die einzigartigen Eigenschaften des Hybrid Tenside berichtet, die nicht in herkömmliche Tenside^13,14,15eingehalten werden. Wir haben auch untersucht, Emulsionen mit Kohlenwasserstoff-Öl, Fluorcarbon Öl und wässrigen Tensid-Lösung, die sich gegenseitig nicht mischbaren¹⁶sind. Allerdings gibt es nur wenige Studien der Emulsionen¹⁷. Diese Studien haben die Morphologie der Öltröpfchen bestehend aus Kohlenwasserstoff Erdöl und Fluorcarbon in wässrigen Tensid-Lösungen beschrieben.

Hier zeigen wir ein detailliertes Protokoll der Herstellung von hohlen Polymerpartikel durch radikalische Polymerisation mit Öltröpfchen in Emulsionen aus Kohlenwasserstoff-Öl, Fluorcarbon Öl und wässrigen Natrium Dodecylsulfate (SDS) Lösungen. Wir empfehlen eine neue Strategie, die sich von den herkömmlichen Methoden zur Herstellung von nicht-sphärische Polymerpartikel unterscheidet. Diese Methode kann einfach die hohlen Polymerpartikel in kurzer Zeit herzustellen. Darüber hinaus ist das Protokoll von der Vorbereitung der Mikrokapseln durch die hohlen Polymerpartikel gezeigt.

Protocol

Achtung: Bitte tragen Sie einen Kittel, Handschuhe und Schutzbrille und lesen Sie Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor Gebrauch zu. Alle eingekauften Materialien wurden ohne weitere Reinigung verwendet. 1. Vorbereitung von Emulsionen bestehend aus Styrol/PFO/wässrige SDS-Lösung-Mischungen Um 5 mM SDS Wasserlösung vorzubereiten, lösen Sie 14,5 mg des SDS in 10 mL hochreines H2O auf.Hinweis: Hochreines H2O verwendet wurde (Widerstand (R) = 18 cm MΩ, Oberflächenspannung (γ) = 72,0 Mio. m-1 bei 25 ° C). Eine 10 mL-Glasflasche mit Stir Bar 1,5 g Styrol, 0,6 g PFO und 0,9 g 5 mm wässrige SDS-Lösung hinzufügen.Hinweis: Beim Scannen konfokale Fluoreszenz-Mikroskopie-Beobachtungen, hinzugeben Sie 2,6 mg Cumarin 102 und 0,062 mg von Calcein zur Mischung. Rühren Sie die Mischung für 60 min bei 1.150 u/min bei Raumtemperatur und heben Sie dann die Temperatur auf 80 ° C. Rühren Sie die Mischung für 60 min bei 1.150 u/min und 80 ° C. 2. Herstellung von Emulsionen besteht von Styrol/PFO/wässrige SDS-Lösung Mischungen Polymerpartikel Eine 10 mL-Glasflasche mit Stir Bar 3,9 mg Kalium disulfat, 2 mg pyren, 1,5 g Styrol, 0,6 g PFO und 0,9 g 5 mm wässrige SDS-Lösung hinzu und versiegeln Sie es mit einem Gummiseptum. Ebenso die Mischung von sprudelnden Stickstoffgas durch eine Spritzennadel für 30 Minuten.Achtung: Langsam fließen Stickstoffgas um keine große Menge an Schaum zu erzeugen. Zur Vorbereitung der Emulsion, rühren Sie die Mischung für 60 min bei 1.150 u/min und Raumtemperatur und heben Sie dann die Temperatur auf 80 ° C. Rühren Sie die Mischung für 30 min bei 1.150 u/min und 80 ° C. Übertragen Sie die trüben Teil (1,8 mL) in die resultierende Lösung (3 mL) in das Teströhrchen und fügen Sie dann 30 % wässrige Ethanol Lösung um die Polymerisationsreaktion vollständig zu beenden. Beschallen (Leistung: 130 W, Frequenz: 4,2 kHz) für 10 min waschen resultierenden Polymerteilchen und dann für 10 min bei 2300 X g zentrifugieren. Um die Polymerpartikel zu erhalten, entfernen Sie die überstehende Lösung aus dem Reagenzglas. Die daraus resultierende Feststoffe im Reagenzglas 3 mL Wasser hinzufügen. Beschallen (Leistung: 130 W, Frequenz: 4,2 kHz) für 10 min und Zentrifuge für 10 min bei 2300 X g. die überstehende Lösung aus dem Reagenzglas zu entfernen. Wiederholen Sie Schaum entsteht nicht aus der überstehenden Lösung des Waschvorgangs (Schritt 2.8). Verdunstet Wasser um die feste der hohlen Polymerpartikel zu erhalten. 3. Vorbereitung der Mikrokapseln mit der hohlen Polymerpartikel Fügen Sie 1 mg hohlen Polystyrol Partikel (Schritt 2,9) und 4 mL Wasser zu einem 10 mL-Glas-Fläschchen mit Stir Bar. Beschallen (Leistung: 130 W, Frequenz: 4,2 kHz) für 10 min in die hohle Partikel im Wasser zu dispergieren. Fügen Sie 0,1 mL Toluol zum Wasser die Partikel dispergiert und rühren Sie es für 1 h bei 100 u/min bei Raumtemperatur. Übertragen Sie die Flüssigkeit in ein Reagenzglas.Achtung: Wenn die Umdrehung pro Minute erhöht, wird die Morphologie der Partikel verformen. Zentrifugieren Sie die Flüssigkeit für 10 min bei 2300 X g zu isolieren, die Mikrokapseln bilden es. Entfernen Sie die überstehende Lösung aus dem Reagenzglas.

Representative Results

Licht und Scannen konfokale Fluoreszenz-Mikroskopie Beobachtungen wurden durchgeführt, um festzustellen, die Morphologie und die Zusammensetzung der Tröpfchen in die Emulsionen aus Styrol, PFO und 5 mM SDS Wasserlösung (Abbildung 1). Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) Beobachtungen zeigten die Bildung der hohlen Teilchen und Mikrokapseln (Abbildung 2). Die DIC und konfokalen Mikroskopie Fluoreszenzbilder von Emulsionen bestehend aus ternären Gemischen von Styrol/PFO/wässrige SDS-Lösung zeigen, dass die kontinuierliche Phase wässrige SDS-Lösung, weil grün fluoreszieren, Calcein entspricht in beobachtet wurde die kontinuierliche Phase, und daher Typ Öl-in-Wasser-Emulsionen gebildet werden (Abbildung 1a und 1 b). Diese Bilder zeigen auch, dass die Öltröpfchen bestehen aus Styrol und PFO, die sich gegenseitig nicht mischbar sind. Die DIC und konfokalen Mikroskopie Fluoreszenzbilder von Emulsionen mit Cumarin 102 zeigen, dass ein PFO Tröpfchen an der Schnittstelle zwischen Wasser und einem Styrol-Tröpfchen befindet. Die ternären Mischungen von Styrol, PFO und wässrige SDS-Lösung bei 5 mM Form Emulsionen mit Janus Öl Tröpfchen, bestehend aus Styrol und PFO. Die SEM und Stiel Bilder der Polymerpartikel hergestellt durch radikalische Polymerisation von Styrol/PFO/5 mM wässrige SDS-Lösung-Emulsionen zeigen die Vorbereitung der hohl-sphärische Polystyrol Partikel mit einem Loch an der Oberfläche (Abb. 2a und 2 b). Die Bildungsrate, Durchmesser und Lochgröße der hohlen Polystyrol Partikel werden durch die Beobachtung 200 Partikel durch SEM und Stiel ausgewertet. Der durchschnittliche Durchmesser geschätzt von SEM Beobachtungen ist 1,3 µm. Die Größe entspricht der Durchmesser der Polymerpartikel aus dynamische Lichtstreuung Messungen geschätzt. Die Bildungsrate beträgt ca. 100 %. Die gemittelten Lochgröße und das Volumen des Lochs in der hohle Partikel sind 0,8 ± 0,4 µm und 0,9 ± 0,4 µm3, beziehungsweise. Daher wurden die hohlen Polystyrol Partikel, die eine 0,8 µm Loch durch radikalische Polymerisation von Janus Tröpfchen mit Styrol in Emulsionen hergestellt. Abbildung 1: Morphologien der Tröpfchen in Emulsionen bestehend aus Styrol, PFO und 5 mM SDS Wasserlösung. (a) Differential Interferenz-Kontrast (DIC) und (b) konfokalen Mikroskopie Fluoreszenzbilder der Emulsionen mit wässrigen fluoreszierende Calcein. (c) DIC und (d) konfokalen Mikroskopie Fluoreszenzbilder der Emulsionen enthalten öllösliche fluoreszierenden Cumarin 102. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur. Abbildung 2: Morphologien der hohlen Polystyrol Partikel und Mikrokapseln hergestellt mit Emulsionen bestehend aus Styrol, PFO und 5 mM wässrige SDS-Lösung. (a) SEM und (b) Stamm Bilder der hohlen Polystyrol Partikel. (c) SEM und (d) Stamm Bilder der Mikrokapseln. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Discussion

Die Emulsionen mit Janus Tröpfchen von Styrol und PFO wurden über 10 Gew.-% der Gewichtsanteil der wässrige SDS-Konzentration und jede Gewichtsanteil von Styrol und PFO erhalten. Wenn die verschiedenen Gewicht-Fraktionen der Emulsionen mit Janus Tröpfchen für 30 min polymerisiert wurde, erhalten Sie die hohlen Polystyrol-Partikel für alle Zusammensetzung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Protokoll demonstriert hier ist einfach. Die Polymerisationszeit in dem hier beschriebenen Verfahren können darüber hinaus den Durchmesser, Lochgröße und Loch Volumen der hohlen Polystyrol Partikel gesteuert werden.

Wir empfehlen die folgenden Mechanismus zur Herstellung von hohlen Polystyrol Partikel. Janus Öltröpfchen bestehend aus Styrol und PFO gebildet in der O/W-Emulsionen mit Mischungen von wässrigen SDS-Lösung, Styrol und PFO bei 80 ° C. PFO Tröpfchen befinden sich auf der Oberfläche von Styrol Tröpfchen. Da KPS, Initiator der Polymerisation in der Wasserphase löslich ist, wird die Polymerisation an der Schnittstelle von Styrol/wässrige SDS-Lösung vorankommen. Styrol in ternären Emulsionen wurde zu Polystyrol bei 80 ° C polymerisiert, während PFO, nachdem keine polymerisierbaren Gruppen, in Emulsionen bei dieser Temperatur blieb. Nach die Polymerisation beendet wurde, bildete sich eine Loch auf den Polystyrol Partikel durch Entfernung des PFO. Daher wurden die hohlen Schalentyp Polystyrol Partikel, ein Loch auf der Oberfläche fabrizierten Atany Gewichtsanteil von Styrol und PFO und Polymerisation jederzeit.

Zugabe einer geringen Menge von Toluol auf die hohlen Polystyrol Partikel hergestellt durch radikalische Polymerisation für 90 min bewirkt eine Abdichtung der Bohrungen auf der hohlen Polystyrol Partikel. Dieses Phänomen entspricht dem von Hyuk Et Al.⁹gemeldet. Selung Methode kann eine wässrige Material in die Partikel enthalten.

In diesem Artikel haben wir bewiesen, ein Herstellungsverfahren der hohlen Polymerpartikel mit Janus Öltröpfchen bestehend aus Styrol und PFO, die sich gegenseitig nicht mischbar sind. Die Art der Zubereitung von nicht-sphärische Polymerpartikel wurde bereits wegen ihrer möglichen Verwendung in verschiedenen Anwendungen untersucht. Diese Strategie mit Janus Öltröpfchen von Kohlenwasserstoff Erdöl und Fluorcarbon gelten für die Herstellung von nicht-sphärische Polymerpartikel aus verschiedenen Arten von Monomer und Drug-Delivery-System.

Materials

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