水性高分子納米微球和納米膠囊分散機(jī)

是利用高分子材料 制備的一種納米微粒 ． 是在 中國一日本臺作項(xiàng) 目． 中國一 加拿 大 合 作 項(xiàng) 目， 天津 市 重 大 攻 關(guān) 項(xiàng) 目 ， 國 家基 金 項(xiàng) 目 和國家高技術(shù)航天領(lǐng)域863—2的研究基礎(chǔ)上建立的技術(shù) 平臺。它是將荷電高分子經(jīng)納米化技術(shù)處理制備的超微 分散體或超微乳液。其粒徑尺寸小 、分布 窄， 一般在20一 
一 80 納米 (如下圖所示) 。 荷電高分子包括陰離子型 ， 陽 離子 型和 兩 性 高 分 子 化 合 韌 。 因其 以水 作 為分 散 介 質(zhì) 且不添加分散劑、 乳化劑等助劑 ． 其組成單一 ， 易進(jìn)行 表 面 改性 ，可具 有 多功 能 性 ，且 可 制 得 高 濃度 分散 液 ，其 
體系黏度低 ．不 污染環(huán)境 ，具有 明顯的環(huán)境友好特征。此 外 ， 一些納米材料具有生物降解性 ， 因而特別適 于在生物醫(yī)學(xué)和藥學(xué)領(lǐng)域作 為藥物載體、靶 向制劑或其他生物 
材 料 應(yīng) 用 。 根 據(jù) 采 用 的 原料 不 同和 制 備 工 藝 的 差異 ． 可 以分 別 制 得 水 性 納米 微 球 或 納 米 膠 囊 (如 下 圖 所 示 ) ．用 其可 以包 封 諸 如 顏 料 、 碳 黑 、 催 化 劑 、 藥 物 、 有 機(jī) 物 、 金 屬和非金屬粉體等固體微?；蛞簯B(tài)微粒 ，可廣泛應(yīng)用于 天 然 藥 物與 合 成 藥 物 的 納 米膠 囊 化 與 緩釋 、納 米 水 性 油 墨 、 功能涂料、 彩色噴墨打印、 電子漿料、 紡織、 輕工、 
化工、 農(nóng)業(yè)、 環(huán)境 、 醫(yī)學(xué) 、 醫(yī)藥、 生物技術(shù)和航 空航 天 
等 領(lǐng) 域 。  與溶劑型相 比． 水性高分子材料 的優(yōu)點(diǎn)是無毒、 易 
洗、 防燃 、 防爆、 防污染。 以聚*酯 為例 ， 水性聚*酯與 溶劑型相比同樣具有高度耐磨、 高光澤、 高彈性 、 高粘結(jié) 性 等 特性 。 可 用來 涂 覆 、 浸 漬 、 噴 涂 和粘 結(jié) 各 種 紡 織 品 、 皮 革 、 橡 膠 、 紙 張 、 木材 、 金 屬 、 陶瓷 、 石 料 、 混 凝 土 、 塑 料 ，甚至 玻 璃 等 基 質(zhì) 。根 據(jù) 需要 采 用不 同原 料 和 工 藝路 
線 ． 可以使制品獲得優(yōu)良的機(jī)械性能、 韌性、 硬度、 柔軟 性、 回彈性、 硬挺性、 抗收縮、 抗皺折 、 抗 ；中擊 、 抗靜電、 耐水、 耐溶劑、 耐化學(xué)腐蝕、 耐霉蝕、 防水阻燃等性能。 廣 泛 應(yīng) 用 干 涂 料 工業(yè) 、 制 革 工 業(yè) 、 印 刷 工 業(yè) 、 紡 織 工 業(yè) 和 建 筑 工 業(yè) 目前 ，  潛在 用途 的方 向有 下 述 領(lǐng) 域 ： 
1 ) 藥 物 的 水 性 納 米 化 制 劑 ： 藥物的靶向性和納米化是 當(dāng)前藥物研 究與開發(fā)中倍受人們 關(guān)注的重要 內(nèi)容 之一 ， 藥物納米微 囊化后 ， 如 果微粒尺寸小于 6O 納米 ， 則具有下述特點(diǎn) ： 1) 以通 過細(xì)胞膜直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 2 ) 可通 過血腦屏障而發(fā)揮 更大的藥效。 3) 在微粒表面上進(jìn)行適宜的化學(xué)或生物 修飾 ， 則可避免吞噬 細(xì)胞識別 ． 便于實(shí)現(xiàn)主 動靶 向。 目前 ． 己經(jīng)對紫杉醇等天然藥物和～些合 成藥物進(jìn) 
行 了納 米 化 處理 ， 包封 后 的微 粒 尺 寸 ～ 般 在 8 O 納 米 以 
下 ， 有 些可達(dá) 2O 一3O 納米。 2 ) 農(nóng) 藥的水 性納米 化制劑 ： 農(nóng) 藥 緩 釋 是 農(nóng) 藥生 產(chǎn) 中的 重 要 研 究課 題 。 長 效 農(nóng) 藥 不 僅 可 以 保 證 農(nóng) 藥 的 均 勻 釋 放 ， 延 長 作 用 時 間 ． 而 且 可 以大大提高農(nóng)藥使 用效率 ． 減少投藥 量。 利用本研究所制備的納米高分子水分散體包封農(nóng)藥 的特 點(diǎn) (1) 可以達(dá)到與農(nóng)藥乳 油相 同的方 式施放 ． (2) 聚合物微球?qū)⒏街谥参锉砻?，緩慢釋放農(nóng)藥， (3) 由于采用水為介質(zhì) ， 可 以大大降低農(nóng)藥 中有機(jī)物 的揮 發(fā) ，具有 明顯的環(huán)境友好特征。 目前 ． 我們在此領(lǐng)域 已經(jīng)做 了初步探索性研 究， 所制備的包藥微囊尺寸一般小于60納米 ，其儲存穩(wěn)定性 ，離心沉降穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性 良好。 3 ) 水性納米樹脂用于功能涂料、 油墨、 彩色噴墨 打 印 ： 涂料和油墨工業(yè)中使 用的有機(jī)溶劑是揮發(fā)至大氣 中 
的有機(jī)溶劑的主要來源 ， 水性涂料以其無毒、 無昧、 不 
易燃 、 低 公 害等 優(yōu) 點(diǎn) 成 為 * 有前 途 的 產(chǎn) 品 。 
采用納米化技術(shù)后 ， 與涂料制造過程中的多種助劑 
具有 良好的相容性 ， 由于此微粒表面可帶不同電荷． 特 
別適合于制備各類電泳漆 分散和包封不 同的無機(jī)或金 
屬納米粉體可大大提高和改善其性雛 賦予其 新的功 
能 。 
4 ) 水性納米樹 脂在 輕紡工業(yè)上 的應(yīng)用 ： 
采用水性納米聚氨酯等水分散體微囊可以包封各類 
助劑 ． 如包封 易揮發(fā)性芳香類物質(zhì)進(jìn)行留香整理， 將所 
制成的帶有香昧的微膠囊涂覆于織物表面后 。微膠囊附 
著 干 織 物 纖維 中 ， 不 斷釋 放 芳 香 物 質(zhì) 
若將此水分散體納米顆粒沉積于羊毛纖維表面 ， 滲 
透效果良好 ， 可 以起到防止 羊毛氈收縮的** ， 作為羊 
毛防縮劑 有些織物如絲綢、純棉等穿著后易于起皺 ．以 
水性高分子納米材料制備的抗皺助劑會起到織物抗皺的功能 是一種 良好的織物防皺劑。對于一些容易產(chǎn)生靜電 
的織物 ．一般需要在植物纖維中加入抗 靜電劑成分 ，水性 
材料由于其本身具有親水基團(tuán) ，進(jìn)行適 當(dāng)?shù)母男院罂梢宰?nbsp;
為織物抗靜電劑使 用。 其他 ． 如包 封抗菌劑 抗紫外劑 ． 
防臭劑和硅油等．均可取得良好效果； 作為**紙張的添 
加助ff0也具有的潛在用途 。 
5 ) 水性納米樹脂對 無機(jī) 納米粉粒的分散 與包封 ： 
一 些水性材料 可以分散 至納米級 ， 將納米無機(jī)填料 
包埋于其 中，可以制備成無機(jī)一 有機(jī)復(fù)合物 。 此類復(fù)合材 
料在分子催 化、 光學(xué)非線性元器件、 超導(dǎo)材料等領(lǐng)域有 
著廣泛的應(yīng)用前景。 將稀土金屬催化劑包埋 于聚合物水 
分散體 中． 可以提高了催化效率． 用于化工生產(chǎn)和環(huán)境 
治 理 等 領(lǐng) 域 ，而 且 使 其 回 收成 為可 能 。還 可 以 利 用其 小 尺 
寸效應(yīng)和無機(jī)粒子的特點(diǎn) ， 將其用于油墨、 涂料等領(lǐng)域。 
6 ) 水性納米樹 脂在其他 方面的應(yīng) 用 ： 
可 用于 電子 漿料 、 環(huán)境 、 醫(yī)學(xué)、 生物技術(shù)和航空航 
天 等領(lǐng) 域 。 
 

水性高分子納米微球和納米膠囊分散機(jī)水性高分子納米微球和納米膠囊性能特點(diǎn)

在 上 述 技 術(shù) 平 臺基 礎(chǔ) 上 ， 制 備 出 一 系 列 不 同離 子 型 
的聚*酯離聚體 ．選用不同的原料及配置 ，進(jìn)行聚*酯離 
聚體的結(jié)構(gòu)調(diào)控 ，并利用多種技術(shù)表征其結(jié)構(gòu) ．關(guān)聯(lián) 離聚 
體的結(jié)構(gòu)與工藝條件之關(guān)系 ，納米化條件對所形成的聚氨 
酯水分散粒子尺寸的影響 ．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和對不同物質(zhì)包容能 
力的影 響規(guī)律 。在理論研 究的基礎(chǔ)上根據(jù)市場的需要 ，目 
前 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 多種 產(chǎn) 品 ．有 的 產(chǎn) 品 已經(jīng) 進(jìn) 行 了技 術(shù) 鑒 定 ． 
有的進(jìn)行 了中試。 主要有 ： 
(1) 高分子皇內(nèi)米微囊 改性汽車用 陰極 電泳漆 
利用荷電高分子材料包封原位生 成的納米二氧化硅， 
可使生成的二氧化硅等無機(jī)納米粒子均勻分散在囊 中，形 
成具有核 殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物 。 利用TEM SEM SA x S 
XO S ． 粒 度 分 析 儀 等手 段 研 究 P U ／無 機(jī)粒 子 復(fù) 合物 中粒 
子尺寸， 形態(tài) ， 分布及兩相間的相互作用 ， 研究 PU 納米 
粒及無機(jī)粒子的尺寸 ， 形態(tài) ． 核殼比的控制 因素 。 
研 究中*終利用水性 PU 納米復(fù)合物對 汽車陰極 電泳 
漆進(jìn)行改性的研究 ．考察 了納米微粒在水性汽車漆中的分 
散 與穩(wěn) 息 考 察 納米 復(fù) 合 物 添 加量 和 組 成的 匹 配 性對 電泳 
涂裝及漆膜的物理機(jī)械性能影響，解決電泳漆基材與 納米 
復(fù)合物間的匹配性 ， 利用 TEM ， SEM ， A FM 等測定漆膜 
的形態(tài) ．致密性 ，均勻性 ，以及漆膜的附 著力 ．： 擊強(qiáng)度， 
彈性 ， 耐鹽霧性等 ， 并將此 于納米粒子的尺寸效應(yīng)相關(guān)聯(lián) 。 通過對 PU 離 聚體 結(jié)構(gòu)調(diào)控 ， P U ／無機(jī) ， P U ／有 
機(jī)粒子 的結(jié)構(gòu) ， 尺寸 ． 分布 ． 相 間連接的調(diào)控 ． 從而確 
定 改 性 的* 佳 組 成 和 涂 裝工 藝 ，提 高 汽車 電泳 漆 膜 的 性 
能 。 
研究 中借助于納米材料的表面殘鍵 ， 羥基及欠氧特 
點(diǎn) ． 選 擇 了臺 適 的 分 散 溶 劑 ． 或 經(jīng) 對 其 進(jìn) 行 包覆 ， 然 后 
在經(jīng)過高速攪拌 ，和砂磨機(jī)等一系列設(shè)備充分研磨和分 
散 解決了納米材料在樹脂巾的分散 問題 ． 避 免團(tuán)聚的 
發(fā)生。 當(dāng)納米材料充分 ． 均 勻分散到體系中后， 可以和 
樹脂中的環(huán)氧部分發(fā)生鍵合作 用，可以提高漆膜的強(qiáng)度 
和韌性。 借助納米材料高流動性和小尺寸效應(yīng) ． 可 以使 
薄膜的耐磨性能增強(qiáng)， 同時由于漆膜致密性增加 ， 從而 
提 高了抗腐蝕 物資的能力。借助納米材料表面的羥基和 
容易形成*鍵的特性 ． 控制原漆的流變性 ， 當(dāng)成膜 固化 
時形成三維網(wǎng)絡(luò) ． 提高 了抗；中擊能力。 
此類水基聚合物 一無機(jī)納米復(fù)合物本身的特 點(diǎn)十分 
突出 ． 主要表現(xiàn)在如下幾個方面 ： (1) 以水作為分散介 
質(zhì) ． 不污染環(huán)境 ， 具有 明顯的環(huán)境 友好特征 。 (2) 不添 
加 分 散 劑 、 乳 化 劑等 助 劑 ， 組 成單 一 ． 與 高 分 子基 質(zhì) 具 
有 良好 的相 容 性 (3 ) 表 面 活 性基 團(tuán) 的存 在 ． 易 進(jìn)行 表 
面改性， 可其有多功能性， 大大的擴(kuò)展了用途 。 (4) 可 
制得高濃度 分散液 ， 其體系粘度低。 (5) 由于粒徑處于 
納米級， 滲透力強(qiáng)。 (6) 存貯穩(wěn)定性好 ， 納米子粒子 問 
不 聚 并 。 
利用上述水性 聚合物 一無機(jī)納米復(fù)合物對 目前生產(chǎn) 
的單組分陰極 電泳漆進(jìn)復(fù)配 ．所得產(chǎn)品的性能在各方面 
均得到較大的改善 ． 在耐鹽霧 性和杯突數(shù)據(jù)尤為突出。 
本 品是在上述平 臺基礎(chǔ)上 ， 由天津鑫茂生物與納米 
材 料 應(yīng) 用技 術(shù) 有 限 公 司 開 發(fā) 的產(chǎn) 品 。是 以 * 并 ** 類 耐 
光穩(wěn) 定 劑 為 基 料 ， 采 用高 分 子 納 米 微 囊 包 封技 術(shù) ， 制 備 
微 粒尺 寸 2 O～8 0 n m 的穩(wěn) 定 分 散 型 整理 劑 。 通 過焙 固法 
：悔光穩(wěn)定劑以納米微粒形式進(jìn)入纖維內(nèi)部并 固著在纖維 
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上 ． 使織物具有優(yōu)良的抗紫外線性能。 本品經(jīng)過處理后． 
紫外線的透過率可控 制在 3％以內(nèi) ． 同時 ． 染色物的曰曬 
色 牢 度 有 所 改 善 ．達(dá) 到 功 能 性 高 檔 紡 織 品 的要 求 。 本 品 為 
弱 陰離子性產(chǎn)品 對織物 的色光 ， 親水性 ．手感等無不良 
影響 ． 不會發(fā)生泛黃、 疏水、 手感變硬等問題。 
作為 日曬牢度增進(jìn)劑使用的 產(chǎn)品 ． 可使染色物的日 
曬色牢度提高 1— 1．5 級， 滿足一 些對耐曬牢度要求高 
的客戶需要 。 作 為功能性抗紫外線整理劑使用時 ， 可使 
織物 或 為 具有 優(yōu) 良抗 紫外 線 性 能 的功 能 性 紡 織品 ．提 升紡 
織品的附加價值。也可以和其它陰離子或非離子性的整理 
劑 混 拼使 用 ．可 獲得 多項(xiàng) 效 能 。經(jīng) 威 部 門 檢 測 ’ 陛 能 已與 
進(jìn)口產(chǎn)品相 當(dāng)， 但成本與價格相對要低的多。 
本 品 已 經(jīng) 進(jìn) 行 中 試 并 經(jīng) 有 關(guān) 客 戶 試 用 ． 反 映 良好 ． 
即 ：侮大 量 進(jìn) 入 市場 。 
(3 ) 納 米 緩 釋 、 長 效 留 香 劑 
本品亦系由天津鑫茂生物與納米材料應(yīng)用技術(shù)有限公 
司開發(fā)的產(chǎn)品。采用**的高分子納米微膠囊化技術(shù)制備 
的耐水洗和具有緩釋性能的*留香劑。其微囊粒徑尺度 
為20—80 納米。 由于香料或香精不溶于水 ． 將其包封在納 
米微囊內(nèi)，則可 良好的分散于水中．形成透明或半透 明液 
體 ， 極 易 滲 附 于 纖 維 深 處 。 如 果再 經(jīng)過 適 當(dāng)?shù)?高 溫 處理 ， 
可使高分子微膠囊固著在纖維上 ， 可以達(dá)到耐水洗的效 
果 ． 使 織 物 的 香 昧 持 久 、 柔 和 。 因本 品 不使 用溶 劑 ． 以水 
為介質(zhì) ． 具有 明顯的環(huán)保性質(zhì)。 
根 椐用途不 同 ． 有兩類不 同的型號的產(chǎn) 品。 
1) 噴 香 型 系 將 上 述 留 香 劑 直 接 應(yīng) 用 ． 并 可 用水 
洗；爭。主要用于空氣的清新、除 臭和各種花卉的噴香等短 
期的香味處理 ， 也可 以一定 比例添加至水性涂料中。 
2 ) 留 香 型 ： 要 將 上 述 留 香 劑 經(jīng) 過 適 當(dāng) 的 加 溫 處理 ， 
使其 固化于纖維上。主要 用于各類紡織品的留香處理 ，如 
機(jī) 織 、 針織 品 和 無 妨 布 等 ． 也 可 用 于 造 紙 業(yè) 的留 香 處理 
本 品 也 已 經(jīng) 進(jìn) 行 了 中試 并 經(jīng) 賓 館 、 酒 店 及 紡 織 行業(yè) 
的有關(guān)客戶試用 ， 反映良好 ， 即將大量進(jìn)八市場。 此類水 
性 納 米 留 香劑 尚未 見 有 產(chǎn) 品面 市 。 
5) 透皮吸 收制劑 用親水性壓敏膠 
透 皮吸 收 制劑 被 作 為 具有 很 大發(fā) 展 前 景 的現(xiàn) 代 給藥 方 
式， 是一種有前途 的給藥途徑 ， 可克服藥物 口服、 注射給 
藥生物利用度低等問題 。目前中藥透皮吸收制劑尤其是貼 
劑技術(shù)嚴(yán)重落后 ．因此急需采用新型的壓敏膠對中藥橡膠 
膏劑型進(jìn)行更新?lián)Q代 。