[发明专利]自组装纳米结构颗粒和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在包含原生或改性多糖、容器形分子(cavitands)和其它类似分子的凝胶内形成的自组装纳米结构颗粒的新型、稳定的胶态分散体及其制备方法。本发明还涉及所发明的胶态分散体的有益的应用。

背景技术

纳米结构或纳米颗粒在自然中非常丰富且形成化学和生物成分的基本构造单元。纳米颗粒也可通过化学或机械或其两者的人工方法生成，以利用与它们的应用有关的性能改进。对于某些应用，纳米颗粒的使用使得许多成分更易达成和获得，并可以减少为达到一给定效果所需要的成分的量，从而减少与该成分使用相关的费用。对于胶态稳定性以及包括喷射的一些应用中的颗粒分散体的高性能而言，小的颗粒尺寸本身是必需的性能。

小颗粒，特别是纳米颗粒，可通过使较大颗粒的尺寸减小制备，或在它们形成时限制颗粒的生长来制备，或者通过技术的结合来制备。例如，可通过本领域的技术人员已知的任意数目的机械或物理技术使较大颗粒的尺寸减小。这些技术包括但不限于：通过研磨、超声或高剪切混合施加能量，如但不限于介质磨、球磨机、磨碎机、流体喷射混合器、叶轮磨、胶体磨或砂磨机。作为另外一个选择，较小的颗粒可在合成期间通过限制其生长来形成，例如，在微通道反应器中形成。最后，可通过溶解较大颗粒并在再结晶期间限制生长来减小颗粒尺寸。除了其它本技术领域已知的方法外，这可通过（例如）在表面活性剂存在的情况下从溶液中沉淀颗粒来实现

最近报道了无机矿物的纳米结构颗粒已被形成为在晶体内具有亲水和疏水域的溶致型液晶。这种方法没有商业化应用。

生成小颗粒的现有技术并非没有缺点。通常，获得小颗粒（包括纳米颗粒）的最有效的商业技术要求较大颗粒的尺寸减小由上面讨论的施加机械或物理能或限制颗粒尺寸生长来完成。这两种方法要求高度专业化的设备且耗时，而且设备和方法都非常昂贵。

此外，较小的颗粒尺寸通常与较大的表面积相关，纳米颗粒也不例外。由于它们较大的表面积，除其它情况外，纳米颗粒需要稳定化以防止团聚并在合适的溶剂中保持其分散性，从而使其更易达成或获得以用于最终用途。因此，紧随颗粒尺寸的减小，通常需要单独步骤来稳定纳米颗粒分散体。

小颗粒（包括纳米颗粒）的胶态分散体可通过几种不同的技术来稳定，包括但不限于：1）加入与颗粒表面非共价联合的聚合或小分子表面活性剂；2）通过“稳定用”小分子的共价附连；或3）至小颗粒表面的聚合物，或用有助于稳定的成分包封小颗粒。包封可（例如）通过使聚合物表面活性剂交联或使单体聚合，然后吸附到颗粒表面来实现。

现有技术中稳定的例子包括美国专利号7,741,384，其涉及一种通过用聚合的单体涂覆颜料颗粒使分散体均质化的方法。类似地，美国专利号7,307,110描述了通过用水分散性赋予基团处理颜料颗粒的表面或用水可分散聚合物包封颜料颗粒来改善水基颜料的分散性。美国专利号6,432,194公开了不依赖吸附将官能团附连至颜料颗粒以改善各种性能的方法。美国专利号6,171,381涉及一种其中环糊精被用作涂层剂的水性油墨组合物；而在KR100258640中，糊精也被用作染料粘结剂。

涉及加入表面活性剂、共价附连“稳定用”小分子或聚合物至颗粒的表面或颗粒包封的现有稳定技术虽然有用，但并非没有不足。表面活性剂可能以不期望的方式改变分散体的性能，如提高粘度或降低表面张力，而且可能也很昂贵。通过共价附连“稳定用”小分子或聚合物至颗粒的表面和/或颗粒包封来稳定小颗粒的实用商业技术则常常需要相当复杂的多步骤化学方法并且可能使用不期望的或危险的溶剂或试剂。因此，需要一种制备稳定的纳米颗粒分散体的方法，其使得在选用的应用中纳米颗粒成分可达成和可获得，不牺牲分散体的性能，并且简单、制造成本低。