מאמר שיטה

הכנה של חלקיקים פוליסטירן חלול מהמיקרו קפסולות מאת פלמור הרדיקלית של ג'אנוס טיפות של פחמימנים, שמנים Fluorocarbon

DOI:

10.3791/56922

⸱

25 בינואר 2018

 ,  ,  , 
1Department of Industrial Chemistry, Faculty of Engineering, Tokyo University of Science

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול עבור הזיוף של חלקיקי הפולימר חלול, מהמיקרו קפסולות מאת הפילמור רדיקלית באמצעות אמולסיות המורכב styrene, perfluoro -n-אוקטן, ו מרחביות מימית (סודיום dodecylsulfate) פתרון מוצג.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

במאמר זה, הראו שיטה לייצור חלקיקי חלול, מהמיקרו קפסולות באמצעות טיפות שמן המורכב פחמימן שמן (styrene) ושמן fluorocarbon (perfluoro -n-אוקטן, PFO) במימית חומרים פעילי שטח (סודיום dodecylsulfate, פתרונות מרחביות). מאז fluorocarbon שמנים immiscible בשמנים פחמימנים, שני שמנים מופרדים. אמולסיות מוכנים על ידי ערבוב styrene/PFO/מימית תערובות פתרון מרחביות-80 מעלות צלזיוס. סוג אמולסיות, המורפולוגיה של טיפות באמולסיות הם נצפו על ידי מיקרוסקופ אור סריקה מיקרוסקופ קונפוקלי זריחה. הוא נמצא כי טיפות שמן עם מורפולוגיות יאנוס-סוג של immiscible הדדי styrene, PFO נוצרים פתרונות מרחביות מימית. חלקיקים פוליסטירן מיוצרים על ידי הפילמור הרדיקלית תערובות ternary שונות של פתרון מרחביות styrene/PFO/מימית 80 מעלות צלזיוס. מורפולוגיות פוליסטירן מאושרות על ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים תצפיות. תצפיות אלה מראים את הכנת חלקיקים פוליסטירן חלול עם חור אחד על פני השטח. לידע שלנו, שיטה זו היא אסטרטגיה הרומן באמצעות את immiscibility של פחמימנים ושמנים fluorocarbon. החלקיקים חלול ניתן גם ליישם את הכנת מהמיקרו קפסולות.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בעוד חלקיקי הפולימר כדורית היה בשימוש נרחב ביישומים תעשייתיים שונים, זה ידוע כי חלקיקים גומת חן, האונות, דיסקים ו- ellipsoids, הוכנו על ידי הזריעה polymerizations1,2, 3, צילום-פלמור של טיפות מונומר שאינה כדורית באמצעות microreactor עם4,גיאומטריות ספציפי5, ארגון עצמי באמצעות reprecipitation של פולימרים6דפורמציה של פולימר כדורית חלקיקים על ידי ספק חיצוני מכני כוחות7,8. בפרט, חלקיקים פולימרים חלול עם גודל מיקרומטר היה מפוברק על ידי אידוי טוב ממס של חלקיקי הפולימר כדורית נפוחות על ידי ממס9,10 הפילמור באמצעות אמולסיות מרובים 11 , 12.

בעבודה זו, אנו מתמקדים השימוש של immiscibility הדדי של פחמימנים ושמנים fluorocarbon בייצור של חלקיקי הפולימר. היברידית פיתחה יש שרשרת פחמימן שרשרת fluorocarbon בתוך המולקולה. בעבר, אנו מדווחים על תכונותיו הייחודיות של פיתחה היברידית בו הם לא נצפו פיתחה קונבנציונאלי13,14,15. גם למדנו אמולסיות באמצעות פחמימן שמן, שמן fluorocarbon, פתרון מימית חומרים פעילי שטח, אשר הדדית immiscible16. עם זאת, ישנם מחקרים המעטים של אמולסיות17. מחקרים אלו תיארו המורפולוגיה של טיפות שמן המורכב פחמימן שמן ושמן fluorocarbon בפתרונות מימית חומרים פעילי שטח.

כאן, אנו מראים פרוטוקול מפורט של הזיוף של חלקיקי הפולימר חלול מאת הפילמור רדיקלית באמצעות טיפות שמן אמולסיות המורכב פחמימן שמן, שמן fluorocarbon ופתרונות dodecylsulfate (מרחביות) נתרן מימית. אנו מציעים אסטרטגיה חדשה, אשר שונה בשיטות המקובלות, עבור הכנת חלקיקי הפולימר שאינה כדורית. שיטה זו יכולה פשוט לפברק את חלקיקי הפולימר חלול תוך זמן קצר. בנוסף, מוצג הפרוטוקול של הכנת מהמיקרו קפסולות באמצעות חלקיקי הפולימר חלול.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התראה: בבקשה ללבוש חלוק מעבדה, כפפות בטיחות משקפיים וקרא גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. כל החומרים שנרכשו שימשו ללא טיהור נוסף.

1. הכנת אמולסיות המורכב מרחביות Styrene/PFO/מימית פתרון תערובות

  1. כדי להכין 5 מ מ של תמיסה מימית מרחביות, להמיס 14.5 מ ג למען חברה דמוקרטית ב 10 מ"ל של טוהר גבוהה H2O.
    הערה: טוהר גבוהה H2O שימש (resistivity (R) = 18 ס מ MΩ, מתח (γ) = 72.0 מ' mN-1 25 ° c).
  2. להוסיף 1.5 גר' styrene, 0.6 גר' PFO ו 0.9 g של 5 מ מ של תמיסה מימית מרחביות בקבוקון זכוכית 10 מ עם בר מערבבים.
    הערה: סריקה תצפיות מיקרוסקופ קונפוקלי פלורסצנטיות, להוסיף 2.6 מ ג של קומרין 102 ו- 0.062 מ"ג של calcein התערובת.
  3. מערבבים את התערובת למשך 60 דקות ב rpm 1,150 תחת בטמפרטורת החדר ולאחר מכן הרם את הטמפרטורה עד 80 ° C.
  4. מערבבים את התערובת במשך 60 דקות-1,150 סל ד ו- 80 מעלות צלזיוס.

2. ייצור של חלקיקי הפולימר באמצעות אמולסיות המורכב של Styrene/PFO/Aqueous מרחביות פתרון תערובות

  1. להוסיף 3.9 מ"ג אשלגן peroxodisulfate, 2 מ ג של pyrene, 1.5 גר' styrene, 0.6 גר' PFO ו 0.9 g של 5 מ מ של תמיסה מימית מרחביות בקבוקון זכוכית 10 מ עם בר stir, לסגור איתכם מחצה גומי.
  2. Deoxygenate את התערובת על ידי גז חנקן מבעבעים דרך מחט מזרק למשך 30 דקות.
    התראה: זורמים לאט את גז חנקן כדי לא ליצור כמות גדולה של קצף.
  3. כדי להכין האמולסיה, מערבבים את התערובת למשך 60 דקות-1,150 סל ד ובטמפרטורת החדר ולאחר מכן הרם את הטמפרטורה עד 80 ° C.
  4. מערבבים את התערובת במשך 30 דקות-1,150 סל ד ו- 80 מעלות צלזיוס.
  5. להעביר החלק מעונן (1.8 מ"ל) בהפתרון תוצאות (3 מ"ל) בו מום ולאחר מכן להוסיף 30% אתנול מימית פתרון לחסל לחלוטין את התגובה הפילמור.
  6. Sonicate (כוח: 130 W, תדירות: 4.2 kHz) למשך 10 דקות לשטוף חלקיקי הפולימר שנפתח את צנטריפוגה ואז 10 דקות ב 2300 x g.
  7. כדי להשיג את חלקיקי הפולימר, הסר את הפתרון supernatant בו מום.
  8. להוסיף 3 מ ל מים מוצקים תוצאות ב בו מום. Sonicate (כוח: 130 W, תדירות: 4.2 kHz) במשך 10 דקות, צנטריפוגה 10 דקות ב 2300 x ג להסיר הפתרון supernatant בו מום.
  9. חזור על התהליך הכביסה (שלב 2.8) עד קצף לא נוצר מן הפתרון supernatant. להתאדות המים כדי להשיג המוצק של חלקיקי הפולימר חלול.

3. הכנת מהמיקרו קפסולות באמצעות חלקיקי הפולימר חלול

  1. להוסיף 1 מ ג של חלקיקים פוליסטירן חלול (שלב 2.9) ו- 4 מיליליטר מים כדי בקבוקון זכוכית 10 מ עם בר מערבבים.
  2. Sonicate (כוח: 130 W, תדירות: 4.2 kHz) למשך 10 דקות לפזר את החלקיקים חלול במים.
  3. הוסף 0.1 מ"ל של טולואן למים התפזרו חלקיקי, ואז מערבבים את זה עבור h 1 100 סל"ד מתחת לטמפרטורת החדר. להעביר את הנוזל מבחנה.
    התראה: אם מגביר סיבוב לדקה, המורפולוגיה של חלקיקים עיוות.
  4. Centrifuge את הנוזל למשך 10 דקות ב- 2300 x g כדי לבודד מהמיקרו קפסולות טופס זה. הסר את הפתרון supernatant בו מום.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

סריקה תצפיות מיקרוסקופ קונפוקלי זריחה ואור בוצעו כדי לקבוע את המורפולוגיה ואת הרכב טיפות ב אמולסיות המורכב styrene, PFO ו 5 מ מ מימית מרחביות פתרון (איור 1). מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) סריקה וסריקה הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים (גזע) תצפיות הראו את היווצרות חלקיקי חלול, מהמיקרו קפסולות (איור 2).

DIC של תמונות מיקרוסקופ קונפוקלי פלורסצנטיות אמולסיות המורכב ternary תערובות של תמיסה מרחביות styrene/PFO/מימית לציין השלב הרציף הוא תמיסה מימית מרחביות, מפני קרינה פלואורסצנטית ירוק המתאים calcein נצפתה ב שלב רציפה, לכן, אמולסיות סוג שמן בתוך מים נוצרות (איור 1a ו 1b). תמונות אלה גם מראים כי טיפות שמן מורכב styrene ו- PFO, אשר immiscible הדדי. DIC של תמונות מיקרוסקופ קונפוקלי פלורסצנטיות אמולסיות המכיל קומרין 102 חושפים כי PFO droplet ממוקם בנקודת המפגש בין מים styrene droplet. תערובות ternary של styrene, PFO תמיסה מימית מרחביות-5 מ מ אמולסיות טופס המכיל יאנוס שמן טיפות, המורכבים מסקטור styrene, PFO.

תמונות SEM, גזע של חלקיקי הפולימר מפוברק על ידי הפילמור הרדיקלי אמולסיות של תמיסה מימית styrene/PFO/5 מ מ מרחביות להראות את הכנת חלול חלקיקים שאינם כדורית פוליסטירן עם חור על פני השטח (איור 2 א ו 2b). קצב היווצרות קוטר, גודל החור של החלקיקים פוליסטירן חלול מוערכים על ידי התבוננות חלקיקים 200 דרך SEM, גזע. הקוטר בממוצע מוערך מן התצפיות SEM הוא 1.3 מיקרומטר. הגודל הוא עקבי עם הקוטר של חלקיקי הפולימר משוער לפי פיזור אור דינאמי מדידות. מערך שיעור הוא כ- 100%. גודל החור בממוצע ואת נפח של החור החלקיקים חלול הם 0.8 ± 0.4 מיקרומטר ו 0.9 ± 0.4 מיקרומטר3, בהתאמה. לכן, החלקיקים פוליסטירן חלול לך חור מיקרומטר 0.8 היו מפוברק על ידי פלמור רדיקלית של טיפות יאנוס המכיל styrene ב אמולסיות.

figure-results-1
איור 1. מורפולוגיות של טיפות באמולסיות המורכב styrene, PFO ו 5 מ מ תמיסה מימית מרחביות. (א) התערבות דיפרנציאלית ניגודיות (DIC) ותמונות (b) זריחה קונאפוקלית מיקרוסקופ אמולסיות המכיל calcein פלורסנט מימית. (ג) DIC ו- (ד) זריחה קונאפוקלית מיקרוסקופ תמונות אמולסיות המכיל קומרין פלורסנט מסיסים 102. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-results-2
באיור 2. מורפולוגיות של חלקיקים פוליסטירן חלול מהמיקרו קפסולות מפוברק באמצעות אמולסיות המורכב styrene, PFO ו 5 מ מ תמיסה מימית מרחביות. (א) תמונות גזע SEM ו- (b) של החלקיקים פוליסטירן חלול. (ג) SEM ו- (ד) גזע תמונות של מהמיקרו קפסולות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אמולסיות המכיל יאנוס טיפות styrene, PFO התקבלו מעל 10% wt של השבר משקל ריכוז מרחביות מימית ואת כל משקל קטן styrene PFO. כאשר יש כבר polymerized המשקל-שברים שונים של אמולסיות המכיל את טיפות יאנוס למשך 30 דקות, ניתן להשיג את החלקיקים פוליסטירן חלול עבור כל הרכב. תוצאות אלו מצביעות על הפרוטוקול הפגינו כאן היא פשוטה. בנוסף, קוטר, חור בגודל החור כמות החלקיקים פוליסטירן חלול יכול להיות נשלט על ידי הזמן הפילמור השיטה המתוארת כאן.

אנו מציעים מנגנון הבאים הזיוף של החלקיקים פוליסטירן חלול. טיפות שמן יאנוס המורכב styrene ו PFO שהוקמה ב אמולסיות O/W המכילים תערובות של מימית מרחביות פתרון styrene, PFO-80 מעלות צלזיוס. PFO טיפות נמצאים על פני השטח של styrene טיפות. מאז KPS, יזם של פלמור, הוא מסיס בשלב מים, הפילמור יתפתחו-הממשק של הפתרון מרחביות styrene/מימית. Styrene ב אמולסיות ternary היה polymerized כדי פוליסטירן-80 ° C, ואילו PFO, שיש אין קבוצות polymerizable, זנוחות אמולסיות בטמפרטורה הזו. לאחר הפילמור חוסל, חור על החלקיק פוליסטירן הוקמה על ידי הסרה של PFO. לכן, החלקיקים פוליסטירן גביע חלול-סוג לך חור על פני השטח היו בבכל מפוברק משקל שבריר styrene PFO ואני כל הזמן הפילמור.

הוספת כמות קטנה של טולואן החלקיקים פוליסטירן חלול מפוברק על ידי הפילמור הרדיקלי במשך 90 דקות מביא על איטום החורים על החלקיקים פוליסטירן חלול. התופעה הזו היא עקבית עם זה שדווחו על-ידי Hyuk et al.9. שיטת capsulation יכולים להכיל חומר מימית של החלקיקים.

במאמר זה, הראו שיטה פבריקציה נוספת של חלקיקי הפולימר חלול באמצעות טיפות שמן יאנוס המורכב styrene ו- PFO, אשר immiscible הדדי. שיטת ההכנה של חלקיקי הפולימר שאינה כדורית כבר נחקרה בשל שימושם פוטנציאליות ביישומים שונים. אסטרטגיה זו באמצעות טיפות שמן יאנוס של פחמימנים שמן ושמן fluorocarbon יחולו על הזיוף של חלקיקי הפולימר שאינה כדורית מפני סוגים שונים של מונומר ומערכת משלוחים של סמים.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אין לנו לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לנו אין תודות.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
<חזק>חומר
נתרן דודצילסולפט, 95.0%Wako Pure Chemical Industries, Ltd.192-08672
Styrene, 99.0%Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.S0095
פרפלואורואוקטן, 99%פלואורוצ'ם בע"מ8706
קומרין 102, 97.0%טוקיו תעשיה כימית בע"מC2267
CalceinDojindo Molecular Technologies, Inc.C001
אשלגן פרוקסודיסולפט, 98.0%Kanto Chemical Co., Inc.32375-30
פירן, 97.0%וואקו תעשיות כימיות טהורות בע"מ167-05302
אתנול, 99.5%Kanto Chemical Co., Inc.14033-00
טולואן, 99.5%קאנטו כימיקלים ושות', בע"מ.40180-00
שםחברהCatalog NumberComments
Equipment
Scanning מיקרוסקופ אלקטרוניםHitachi High-Technologies CorporationS-4800
שידור סריקה מיקרוסקופ אלקטרוניםHitachi High-Technologies CorporationS-4800
מנקה אולטרסאונדברנסון אולטרסאונד, אמרסון יפן, בע"מדגם 3510
צנטריפוגהAS ONE CorporationCN-1050

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Okubo, M., Fujibayashi, T., Terada, A. Synthesis of micron-sized, monodisperse polymer particles of disc-like and polyhedral shapes by seeded dispersion polymerization. Colloid Polym Sci. 283 (7), 793-798 (2005).
  2. Fujibayashi, T., Okubo, M. Preparation and Thermodynamic Stability of Micron-Sized, Monodisperse Composite Polymer Particles of Disc-like Shapes by Seeded Dispersion Polymerization. Langmuir. 23 (15), 7958-7962 (2007).
  3. Okubo, M., Fujibayashi, T., Yamada, M., Minami, H. Micron-sized, monodisperse, snowman/confetti-shaped polymer particles by seeded dispersion polymerization. Colloid Polym Sci. 283 (9), 1041-1045 (2005).
  4. Xu, S., et al. Generation of Monodisperse Particles by Using Microfluidics: Control over Size, Shape, and Composition. Angew Chem Int Ed. 44 (5), 724-728 (2005).
  5. Serra, C. A., Chang, Z. Microfluidic-Assisted Synthesis of Polymer Particles. Chem Eng Tech. 31 (8), 1099-1115 (2008).
  6. Higuchi, T., Yabu, H., Shimomura, M. Simple preparation of hemispherical polystyrene particles. Colloids Surf A. 284, 250-253 (2006).
  7. Sun, Z. Q., et al. Nonspherical Colloidal Crystals Fabricated by the Thermal Pressing of Colloidal Crystal Chips. Langmuir. 21 (20), 8987-8991 (2005).
  8. Deng, Y., et al. A novel approach to the construction of 3-D ordered macrostructures with polyhedral particles. J Mater Chem. 18 (4), 408-415 (2008).
  9. Hyuk Im, S., Jeong, U., Xia, Y. Polymer hollow particles with controllable holes in their surfaces. Nat Mater. 4 (9), 671-675 (2005).
  10. Saito, N., Kagari, Y., Okubo, M. Effect of Colloidal Stabilizer on the Shape of Polystyrene/Poly(methyl methacrylate) Composite Particles Prepared in Aqueous Medium by the Solvent Evaporation Method. Langmuir. 22 (22), 9397-9402 (2006).
  11. Cai, P. -j, Tang, Y. -j, Wang, Y. -t, Cao, Y. -j Fabrication of polystyrene hollow spheres in W/O/W multiple emulsions. Mater Chem Phys. 124 (1), 10-12 (2010).
  12. Liang, S. -S., Chen, S. -L., Chen, S. -H. Diverse macroporous spheres synthesized by multiple emulsion polymerization for protein analyses. Chem Commun. 47 (29), 8385-8387 (2011).
  13. Kondo, Y., Yoshino, N. Hybrid fluorocarbon/hydrocarbon surfactants. Curr Opin Colloid Interface Sci. 10 (3-4), 88-93 (2005).
  14. Takahashi, Y., Kondo, Y., Schmidt, J., Talmon, Y. Self-Assembly of a Fluorocarbon-Hydrocarbon Hybrid Surfactant: Dependence of Morphology on Surfactant Concentration and Time. J Phys Chem B. 114 (42), 13319-13325 (2010).
  15. Takahashi, Y., Nasu, Y., Aramaki, K., Kondo, Y. Unusual viscoelastic behavior of aqueous solutions of fluorocarbon-hydrocarbon hybrid surfactant and its morphological transformations. J Fluor Chem. 145 (0), 141-147 (2013).
  16. Yoshino, N., et al. Syntheses of Hybrid Anionic Surfactants Containing Fluorocarbon and Hydrocarbon Chains. Langmuir. 11 (2), 466-469 (1995).
  17. Zarzar, L. D., et al. Dynamically reconfigurable complex emulsions via tunable interfacial tensions. Nature. 518 (7540), 520-524 (2015).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים