Summary
Протокол для изготовления полых полимерных частиц и микрокапсулы методом радикальной полимеризации, используя эмульсии, состоящий из стирола, перфтор -n-октановое число и водный SDS (натрия лаурилсульфат) решение.
Abstract
В этой статье мы продемонстрировали метод для производства полых частиц и микрокапсулы, используя капельки масла, состоящая из углеводородов (стирола) и фторуглеродов масла (перфтор -n-октановое число, PFO) в водном сурфактанта (натрия лаурилсульфат, SDS) решения. Так как фторуглерода масла смешивается с маслами углеводородов, два масла разделены. Эмульсии подготовленный помешивая стирола/PFO/водный раствор смеси SDS на 80 ° C. Тип эмульсии и морфология капель в эмульсии наблюдаются световой микроскоп и Сканирующий конфокальный флуоресценции Микроскоп. Выяснилось, что капельки масла с морфологии Janus тип, состоящий из взаимно несмешивающихся стирола и PFO образуются в водных растворах SDS. Полистирольные частицы изготовлены методом радикальной полимеризации тройных смесей бутадиен/PFO/SDS растворе на 80 ° C. Морфологии полистирола подтверждаются растровая электронная микроскопия и сканирование передачи электронной микроскопии наблюдений. Эти наблюдения показывают подготовку полых пенополистирольных частиц с одной дыркой, на поверхности. Насколько нам известно этот метод является роман стратегию, используя несмешиваемость углеводородов и фторуглеродов масла. Полые частицы также могут применяться к подготовке микрокапсулы.
Introduction
В то время как сферических полимерных частиц широко используются в различных промышленных применений, хорошо известно, что частицы Ямочка, полушарий, диски и эллипсоидов, были подготовлены в сеяный полимеризация1,2, 3, Фото полимеризации капелек несферические мономера, используя microreactor с конкретными геометрии4,5, самоорганизации с использованием переосаждению полимеров6и деформирования сферических полимерных частицы, механические внешние силы7,8. В частности были сфабрикованы полые полимерные частицы с микрометра размера испарением хороший растворитель от сферических полимерных частиц, опухшие растворителя9,10 и полимеризации с использованием нескольких эмульсии 11 , 12.
В этой работе мы сосредоточены на использовании взаимной несмешиваемость углеводородов и фторуглеродов масел в производстве полимерных частиц. Гибридные ПАВ имеют углеводородной цепи и цепи фторуглеродов в молекуле. Ранее мы сообщали уникальные свойства гибридных ПАВ, которые в обычных ПАВ13,,1415не соблюдаются. Мы также изучили эмульсий с помощью углеводородов нефти, фторуглерода нефти и раствор водный ПАВ, которые являются взаимно несмешивающихся16. Однако существует очень мало исследований эмульсии17. Эти исследования описал морфология капельки масла, состоящая из углеводородов нефти и нефтепродуктов фторуглеродов в водный ПАВ решений.
Здесь мы покажем подробный протокол изготовления полых полимерных частиц методом радикальной полимеризации, используя капельки масла в эмульсии, состоящая из углеводородов нефти, нефти фторуглеродов и водного раствора натрия лаурилсульфат (SDS) решения. Мы предлагаем новую стратегию, которая отличается от традиционных методов, для подготовки несферические полимерных частиц. Этот метод просто можно изготовить полые полимерные частицы в короткое время. Кроме того показано протокол подготовки микрокапсул через полые полимерные частицы.
Protocol
Предупреждение: Пожалуйста носить пальто лаборатории, перчатки и защитные очки и читать листы данных безопасности материалов (MSDS) перед использованием. Все приобретенные материалы были использованы без дальнейшей очистки.
1. Подготовка эмульсии, состоящий из SDS стирола/PFO/водный раствор смеси
- Подготовить 5 мм SDS растворе, Растворите 14,5 мг в 10 мл высокой чистоты H2O. ПБ
Примечание: Используемые высокой чистоты H2O (удельное сопротивление (R) = 18 MΩ см, поверхностное натяжение (γ) = 72.0 м mN-1 при температуре 25 ° C). - Добавьте 1,5 g стирола, 0,6 г PFO и 5 мм SDS растворе 0,9 г в 10 мл флаконе стекла с баром перемешать.
Примечание: В сканирование конфокальный флуоресценции микроскопии наблюдений, добавьте 2,6 мг кумарина 102 и 0,062 мг Флуорексон смеси. - Перемешать смесь для 60 мин при 1150 об/мин при комнатной температуре, а затем поднять температуру до 80 ° C.
- Перемешать смесь для 60 мин при 1150 об/мин и 80 ° C.
2. Изготовление полимерных частиц с помощью эмульсии состоящий из стирола/PFO/водные SDS раствор смеси
- Добавить 3,9 мг калия peroxodisulfate, 2 мг пирена, 1.5 g стирола, 0,6 г PFO и 5 мм SDS растворе 0,9 г в 10 мл флаконе стекла с баром перемешать и запечатать его с резиновой перегородки.
- Deoxygenate смесь восходящей азота газом через иголку шприца для 30 мин.
Предупреждение: Медленно потока газ азот, чтобы не создавать большое количество пены. - Для приготовления эмульсии, перемешать смесь для 60 мин при комнатной температуре 1150 об/мин, а затем поднять температуру до 80 ° C.
- Перемешать смесь в течение 30 мин при 1150 об/мин и 80 ° C.
- Передать пробирке облачно часть (1,8 мл) в полученный раствор (3 мл) и затем добавьте 30% этанола водный раствор полностью прекратить реакции полимеризации.
- Sonicate (мощность: 130 Вт, частота: 4,2 кГц) за 10 мин до мыть результирующая полимер частиц и затем центрифуги для 10 мин на 2300 x g.
- Для получения частиц полимера, удалите супернатант решение из пробирки.
- Добавьте 3 мл воды в результате тела в пробирке. Sonicate (мощность: 130 Вт, частота: 4,2 кГц) для 10 мин и центрифуги для 10 мин на 2300 x g. удалить супернатант решение из пробирки.
- Повторите процедуру стиральные (шаг 2.8), до тех пор, пока пена не генерируется из супернатанта решения. Испарения воды для получения твердых полых полимерных частиц.
3. Подготовка микрокапсулы, используя полые полимерные частицы
- Добавить 1 мг полых пенополистирольных частиц (шаг 2.9) и 4 мл воды в 10 мл флаконе стекла с баром перемешать.
- Sonicate (мощность: 130 Вт, частота: 4,2 кГц) за 10 мин для разгона полые частицы в воде.
- Добавить 0,1 мл толуола в воде рассеяны частицы и затем размешать 1 ч при 100 об/мин при комнатной температуре. Передать жидкость в пробирку.
Предупреждение: Если вращения в минуту увеличивается, морфологией частиц будет деформироваться. - Центрифуга для жидкости для 10 мин на 2300 x g изолировать микрокапсулы формируют его. Удалите супернатант решение из пробирки.
Representative Results
Свет и сканирование конфокальный флуоресценции микроскопии наблюдения были выполнены для определения морфологии и состав капель в эмульсии, состоящий из стирола, PFO и 5 мм SDS растворе (рис. 1). Сканирующая электронная микроскопия (SEM) и сканирование передачи электронной микроскопии (STEM) наблюдения показали формирования полых частиц и микрокапсулы (рис. 2).
DIC и конфокальный флуоресценции микроскопии изображений эмульсий, состоящий из тройных смесей стирола/PFO/водный раствор SDS показывают, что непрерывной фазой растворе SDS, потому что зеленая флуоресценции соответствующего Флуорексон наблюдалось в непрерывной фазой, и таким образом, образуются эмульсии нефти в воды типа (рис. 1a и 1b). Эти изображения показывают также, что капельки масла состоят из стирола и PFO, которые являются взаимно несмешивающихся. DIC и конфокальный флуоресценции микроскопии изображений эмульсий, содержащих кумарина 102 показывают, что капли PFO расположен на стыке между водой и капли стирола. Трехкомпонентные смеси стирола, PFO и водный раствор SDS в эмульсии формы 5 мм, содержащие Janus масляные капельки, которые состоят из стирола и PFO.
SEM и стволовых полимерных частиц, изготовленных методом радикальной полимеризации эмульсии стирола/PFO/5 мм SDS растворе снимках подготовку полые несферические частицы полистирола с отверстием на поверхности (рис. 2a и 2b). Формирование скорость, диаметр и размер отверстия полых пенополистирольных частиц оцениваются путем наблюдения 200 частиц через SEM и стволовых. Среднем диаметр оценкам из наблюдений SEM-1,3 мкм. Размер в соответствии с диаметром частиц полимера, оценивается от измерения динамического рассеяния света. Формирования составляет примерно 100%. Среднее отверстие размер и объем дыры в полые частицы являются 0,8 ± 0,4 мкм и 0,9 ± 0,4 мкм3, соответственно. Таким образом полые из полистирола частицы, имеющие отверстие 0,8 мкм были сфабрикованы методом радикальной полимеризации Janus капель, содержащих стирола в эмульсии.
Рисунок 1. Морфологии капель в эмульсии, состоящий из стирола, PFO и 5 мм растворе SDS. () дифференциальной помехи контраст (ОПК) и (b) конфокальный флуоресценции микроскопии образы эмульсии, содержащей водный флуоресцентные Флуорексон. (c) DIC и (d) образы микроскопии конфокальный флуоресценции эмульсий, содержащие жирорастворимые флуоресцентные кумарина 102. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2. Морфологии полых пенополистирольных частиц и микрокапсулы, изготовленные с использованием эмульсии, состоящий из стирола, PFO и 5 мм растворе SDS. (a) SEM и (b) стволовых изображения полых пенополистирольных частиц. (c) SEM и (d) стволовых образы микрокапсулы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Discussion
Эмульсии, содержащие Janus капли стирола и PFO были получены выше 10 wt % вес дроби водный SDS концентрации и любой массовая стирола и PFO. Когда различные веса фракций эмульсий, содержащие Janus капельки были полимеризуется на 30 мин, полых пенополистирольных частиц можно получить для всех композиции. Эти результаты показывают, что протокол продемонстрировали здесь прост. Кроме того диаметр, размер отверстия и отверстия объем полых пенополистирольных частиц может управляться время полимеризации в метод, описанный здесь.
Мы предлагаем следующий механизм для изготовления полых пенополистирольных частиц. Капельки масла Janus, состоящий из стирола и PFO образована в эмульсии O/W, содержащие смеси водный раствор SDS, стирола и PFO на 80 ° C. УФП капельки расположены на поверхности капли стирола. Так как КПС, инициатор полимеризации, растворим в водной фазе, полимеризации будет развиваться на стыке стирола/водный раствор SDS. Стирола в троичной эмульсии был полимеризуется в полистирола при 80 ° C, тогда как PFO, имея не полимеризуемых группы оставался в эмульсии при этой температуре. После полимеризации был прекращен, отверстие на полистирол частиц был сформирован путем удаления PFO. Таким образом полые Кубок тип полистирола частицы, имеющие отверстие на поверхности были сфабрикованы настройкам массовая стирола и PFO и все время полимеризации.
Добавление небольшое количество толуола в полые из полистирола частицы изготовлены методом радикальной полимеризации 90 мин приносит герметизации отверстий на полых пенополистирольных частиц. Это явление согласуется с тем сообщил Hyuk et al.9. Метод герметизации может содержать водный материал в частицы.
В этой статье мы продемонстрировали метод изготовления полых полимерных частиц с помощью капельки масла Janus, состоящий из стирола и PFO, которые являются взаимно несмешивающихся. Метод подготовки несферические полимерных частиц уже были изучены из-за возможности их использования в различных приложениях. Эта стратегия, с помощью капельки масла Janus углеводородов нефти и масла фторуглерода будет применяться к изготовление несферические полимерных частиц из различных видов мономеров и наркотиками системы доставки.
Disclosures
У нас есть ничего не разглашать.
Acknowledgments
У нас нет подтверждения.
Materials
| 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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Serra, C. A., Chang, Z. Microfluidic-Assisted Synthesis of Polymer Particles. Chem Eng Tech. 31 (8), 1099-1115 (2008).
- Higuchi, T., Yabu, H., Shimomura, M. Simple preparation of hemispherical polystyrene particles. Colloids Surf A. 284, 250-253 (2006).
- Sun, Z. Q., et al. Nonspherical Colloidal Crystals Fabricated by the Thermal Pressing of Colloidal Crystal Chips. Langmuir. 21 (20), 8987-8991 (2005).
- 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).
- Hyuk Im, S., Jeong, U., Xia, Y. Polymer hollow particles with controllable holes in their surfaces. Nat Mater. 4 (9), 671-675 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kondo, Y., Yoshino, N. Hybrid fluorocarbon/hydrocarbon surfactants. Curr Opin Colloid Interface Sci. 10 (3-4), 88-93 (2005).
- 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).
- 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).
- Yoshino, N., et al. Syntheses of Hybrid Anionic Surfactants Containing Fluorocarbon and Hydrocarbon Chains. Langmuir. 11 (2), 466-469 (1995).
- Zarzar, L. D., et al. Dynamically reconfigurable complex emulsions via tunable interfacial tensions. Nature. 518 (7540), 520-524 (2015).
