Preparação de partículas de poliestireno ocas e microcápsulas pela polimerização Radical de gotículas de Janus, constituído por hidrocarbonetos e óleos de fluorcarbono

Resumo

Um protocolo para a preparação de partículas de polímero oco e microcápsulas pela polimerização radical, usando emulsões consistindo de estireno, perfluoro -n-octano e SDS aquosa (dodecylsulfate de sódio) solução é apresentada.

Resumo

Neste artigo, temos demonstrado um método para produzir partículas ocas e microcápsulas usando gotículas de óleo composto por hidrocarbonetos (estireno) e óleo de fluorcarbono (perfluoro -n-octano, PFO) no surfactante aquosa (dodecylsulfate de sódio, Soluções de SDS). Desde óleos de fluorcarbono são imiscíveis com óleos de hidrocarbonetos, os dois óleos são separados. Emulsões são preparados por mexendo estireno/PFO/aquosa misturas de solução de SDS a 80 ° C. O tipo de emulsões e a morfologia de gotículas nas emulsões são observados por microscópio óptico e microscópio de fluorescência confocal. Pode ser encontrada que gotículas de óleo com morfologias de Janus-tipo consistindo de estireno mutuamente imiscível e FOP são formadas em soluções aquosas de SDS. Partículas de poliestireno são fabricadas pela polimerização radical das misturas ternárias de estireno/PFO/SDS aquoso a 80 ° C. As morfologias do poliestireno são confirmadas pelo microscópio eletrônico de varredura e varredura de observações de microscopia eletrônica de transmissão. Estas observações mostram a preparação de partículas de poliestireno ocas com um único furo na superfície. A nosso conhecimento, este método é uma estratégia de novela usando a rugosidade dos hidrocarbonetos e do fluorocarbon óleos. As partículas ocas também podem ser aplicadas para a preparação de microcápsulas.

Introdução

Enquanto partículas esféricas têm sido amplamente utilizadas em diversas aplicações industriais, é sabido que partículas covinha, hemisférios, discos e elipsoides, foram elaborados pelo semeado polimerizações^{1,2, 3}, foto-polimerização das gotas de monômero não-esférica com geometrias específicas^4,5, Microrreator de auto-organização usando precipitação de polímeros⁶e deformação do polímero esférico partículas por mecânica externa força^7,8. Em particular, as partículas de polímero oco com micrômetro-tamanho têm sido inventadas por evaporação de solvente bom de partículas esféricas, inchados pelo solvente^9,10 e polimerização usando emulsões múltiplas ^{11 , 12}.

Neste trabalho, focalizamos o uso de rugosidade mútua dos hidrocarbonetos e do fluorocarbon óleos na fabricação de partículas de polímero. Surfactantes híbrido tem uma cadeia de hidrocarbonetos e uma cadeia de fluorcarbono na molécula. Anteriormente, informamos as propriedades únicas de surfactantes híbrido que não são observadas em surfactantes convencionais^13,14,15. Também estudamos emulsões usando óleo de hidrocarboneto, óleo de fluorcarbono e solução aquosa de surfactante, que são mutuamente imiscíveis¹⁶. No entanto, existem poucos estudos de emulsões¹⁷. Estes estudos têm descrito a morfologia das gotículas de óleo consiste em hidrocarbonetos e óleo de fluorcarbono em soluções aquosas de surfactante.

Aqui, nós mostramos um protocolo detalhado de fabricação de partículas de polímero oco pela polimerização radical usando gotas de óleo em emulsões, constituído por hidrocarbonetos, óleo de fluorcarbono e soluções de sódio aquoso dodecylsulfate (SDS). Sugerimos uma nova estratégia, que é diferente dos métodos convencionais, para a preparação de partículas de polímero não-esférica. Esse método pode simplesmente fabricar as partículas de polímero oca em um curto espaço de tempo. Além disso, o protocolo da preparação de microcápsulas através de partículas de polímero oco é mostrado.

Protocolo

Atenção: Por favor, vestir um jaleco, luvas e óculos de segurança e ler fichas de dados de segurança (MSDS) antes do uso. Todos os materiais comprados foram usados sem mais purificação.

1. preparação de emulsões, constituídos por misturas de solução SDS estireno/PFO/aquoso

1. Para preparar a 5 mM de solução aquosa de SDS, dissolver 14,5 mg de SDS em 10 mL de alta pureza H₂O.
   Nota: Tem sido usado de alta pureza H₂O (resistividade (R) = 18 cm MΩ, tensão superficial (γ) = 72.0 mN m^-1 a 25 ° C).
2. Adicione 1,5 g de estireno, 0,6 g de PFO e 0,9 g de 5 mM de solução aquosa de SDS para um frasco de vidro de 10 mL com uma barra de agitação.
   Nota: Nas observações de microscopia de fluorescência confocal de varredura, adicione 2,6 mg de cumarina 102 e 0,062 mg de calceína à mistura.
3. Agitar a mistura por 60 min em 1.150 rpm sob temperatura ambiente e em seguida, elevar a temperatura de 80 ° C.
4. Agitar a mistura por 60 min em 1.150 rpm e 80 ° C.

2. fabricação de partículas de polímero utilizando emulsões o consistindo de misturas de solução de SDS de estireno/PFO/Aqueous

1. Adicionar 3,9 mg de potássio peroxodisulfate, 2 mg de pireno, 1,5 g de estireno, 0,6 g de PFO e 0,9 g de 5 mM de solução aquosa de SDS para um frasco de vidro de 10 mL com uma barra de agitação e selá-lo com um septo de borracha.
2. Deoxygenate a mistura por bolhas de gás nitrogênio através de uma agulha de seringa por 30 min.
   Cuidado: Fluir lentamente o gás nitrogênio para não gerar uma grande quantidade de espuma.
3. Para preparar a emulsão, agitar a mistura por 60 min a 1.150 rpm e temperatura e, em seguida, elevar a temperatura de 80 ° C.
4. Agitar a mistura por 30 min em 1.150 rpm e 80 ° C.
5. Transferir a parte nublada (1,8 mL) da solução resultante (3 mL) para o tubo de ensaio e adicione solução de etanol aquoso de 30% para encerrar completamente a reação de polimerização.
6. Proceda à sonicação (potência: 130 W, frequência: 4,2 kHz) por 10 min de partículas de polímero resultante de lavar e centrifugar durante 10 minutos a 2300 x g.
7. Para obter as partículas de polímero, remova o sobrenadante do tubo de teste.
8. Adicione 3 mL de água para os sólidos resultantes no tubo de teste. Proceda à sonicação (potência: 130 W, frequência: 4,2 kHz) por 10 min e centrifugar durante 10 minutos a 2300 g. x remover o sobrenadante do tubo de teste.
9. Repita o procedimento de lavagem (passo 2.8) até espuma não é gerada a partir da solução sobrenadante. Evapore a água para obter o sólido de partículas de polímero oco.

3. preparação de microcápsulas usando as partículas de polímero oco

1. Adicionar 1 mg de partículas de poliestireno ocas (passo 2.9) e 4 mL de água para um frasco de vidro de 10 mL com uma barra de agitação.
2. Proceda à sonicação (potência: 130 W, frequência: 4,2 kHz) por 10 min dispersar as partículas ocas na água.
3. Adicionar 0,1 mL de tolueno a água dispersa as partículas e em seguida, agite-o para 1 h a 100 rpm sob temperatura ambiente. Transferi o líquido para um tubo de ensaio.
   Cuidado: Se aumenta a rotação por minuto, a morfologia das partículas deformarão.
4. Centrifugar o líquido durante 10 minutos a 2300 x g para isolar as microcápsulas forma-lo. Remova o tubo de ensaio a solução sobrenadante.

Resultados

Luz e observações de microscopia de fluorescência confocal de varredura foram realizados para determinar a morfologia e a composição de gotículas nas emulsões consistindo de estireno, FOP e solução aquosa de SDS 5 mM (Figura 1). Microscopia eletrônica (SEM) e observações de microscopia eletrônica (tronco) de transmissão de varredura mostraram a formação de partículas ocas e microcápsulas (Figura 2).

O DIC e imagens de microscopia de fluorescência confocal de emulsões consistindo de misturas ternárias de estireno/PFO/SDS aquoso indicam que a fase contínua é a solução aquosa de SDS, porque fluorescência verde correspondente a calceína foi observada em a fase contínua, e portanto, a formação de emulsões do tipo óleo-em-água (Figura 1a e 1b). Estas imagens mostram também que as gotículas de óleo consistem de estireno e FOP, que são mutuamente imiscíveis. O DIC e imagens de microscopia de fluorescência confocal de emulsões contendo cumarina 102 revelam que uma gotícula PFO está localizada na interface entre a água e uma gota de estireno. As misturas ternárias de estireno, FOP e solução aquosa de SDS em emulsões de formulário 5mm contendo Janus óleo gotículas, que consistem de estireno e FOP.

As imagens SEM e haste de partículas de polímero fabricadas pela polimerização radical das emulsões de solução aquosa de SDS estireno/PFO/5mm mostram a preparação de partículas de poliestireno não-esférico ocas com um buraco na superfície (Figura 2a e 2b). A taxa de formação, diâmetro e tamanho das partículas de poliestireno ocas são avaliados pela observação de 200 partículas através de SEM e tronco. O diâmetro em média estimado a partir de observações SEM é 1,3 µm. O tamanho é consistente com o diâmetro das partículas de polímero, estimados a partir de medições de difusão dinâmica da luz. A taxa de formação é de aproximadamente 100%. A média de tamanho de furo e volume do buraco na ocas partículas são 0,8 ± 0,4 µm e 0,9 ± 0,4 µm³, respectivamente. Portanto, as partículas de poliestireno ocas ter um furo de 0,8 µm foram fabricadas pela polimerização radical de gotículas de Janus que contém estireno nas emulsões.

Figura 1. Morfologias de gotículas em emulsões consiste em solução aquosa estireno, FOP e 5 mM do SDS. (a) contraste de interferência diferencial (DIC) e (b) imagens de microscopia de fluorescência confocal das emulsões contendo calceína fluorescente aquosa. (c) DIC e (d) fluorescência confocal microscopia imagens das emulsões contendo óleo solúvel cumarina fluorescente 102. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Morfologias de partículas de poliestireno ocas e microcápsulas fabricadas usando emulsões consiste em solução aquosa estireno, FOP e 5 mM do SDS. (a) SEM e (b) imagens de haste das partículas de poliestireno ocas. (c) SEM e (d) tronco imagens das microcápsulas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

As emulsões contendo gotículas de Janus de estireno e FOP foram obtidas acima de 10% em peso da fração aquosa concentração de SDS de peso e qualquer fração de peso de estireno e FOP. Quando as várias frações-peso das emulsões contendo as gotas de Janus tem sido polimerizadas por 30 min, as partículas de poliestireno ocas podem ser obtidas para a composição de todos. Estes resultados indicam que o protocolo demonstrado aqui é simples. Além disso, o diâmetro do tamanho do furo e volume de buraco de partículas de poliestireno ocas podem ser controlados pelo tempo de polimerização no método descrito aqui.

Sugerimos o seguinte mecanismo para a fabricação das partículas de poliestireno ocas. Gotas de óleo de Janus consistindo de estireno e PFO formaram nas emulsões O/W que contêm misturas de solução aquosa SDS, estireno e FOP a 80 ° C. Gotículas de FOP estão localizadas na superfície das gotículas de estireno. Desde que o KPS, um iniciador de polimerização, é solúvel na fase de água, a polimerização avançará na interface da solução de SDS de estireno/aquosa. Estireno nas emulsões ternários foi polimerizado para poliestireno a 80 ° C, Considerando que a FOP, não tendo nenhum grupos polimerizáveis, permaneceu nas emulsões a essa temperatura. Após a polimerização foi cancelada, um buraco na partícula de poliestireno formou-se pela remoção de FOP. Portanto, as partículas de poliestireno Copa oco-tipo ter um buraco na superfície foram fabricados atany fração de peso de estireno e PFO e os tempos de polimerização.

Adicionar uma pequena quantidade de tolueno para as partículas de poliestireno ocas fabricadas pela polimerização radical para 90 min traz sobre os buracos das partículas de poliestireno oco de vedação. Este fenômeno é consistente com o relatado por Hyuk et al.⁹. O método capsulatum pode conter um material aquoso em partículas.

Neste artigo, temos demonstrado um método de fabricação de partículas de polímero oca usando as gotas de óleo de Janus consistindo de estireno e FOP, que são mutuamente imiscíveis. O método de preparação de partículas de polímero não-esférica já tem sido estudado por causa de seu potencial uso em várias aplicações. Esta estratégia usando as gotas de óleo de Janus de hidrocarbonetos e óleo de fluorcarbono será aplicada para a fabricação de partículas de polímero não-esférica de vários tipos de sistema de entrega de monômero e drogas.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Material
Dodecilsulfato de sódio, 95,0%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	192-08672
Estireno, 99.0%	Tokyo Indústria Química Co. Ltd.	S0095
Perfluorooctano, 99%	Fluorochem Ltd.	8706
cumarina 102, 97.0	% Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.	C2267
Calcein	Dojindo Molecular Technologies, Inc.	C001
Peroxodissulfato de potássio, 98,0%	Kanto Chemical Co., Inc.	32375-30
Pirineus, 97,0%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	167-05302
Etanol, 99,5%	Kanto Chemical Co., Inc.	14033-00
Tolueno, 99,5%	Kanto Chemical Co., Inc.	40180-00
Nome	Empresa	Número de Catálogo	Comentários
Equipamento
Microscópio Eletrônico de Varredura	Hitachi High-Technologies Corporation	S-4800
Transmissão de Varredura Microscópio eletrônico	Hitachi High-Technologies Corporation	S-4800
Limpador ultrassônico	Branson Ultrason, Emerson Japan, Ltd.	Centrífuga Modelo 3510
	AS ONE Corporation	CN-1050