[发明专利]芯-壳结构的细分散颗粒

说明书

本发明涉及一种制备芯-壳结构的细分散颗粒的方法，其中所述壳包含至少一种聚合物。本发明还涉及由此方法获得的芯-壳结构的细分散颗粒。

为了以可控的方式制备用于高度专业化应用的具有特殊性能的颗粒，细分散复合颗粒，即具有多相形态的颗粒(特别是芯-壳结构或芯-壳形态的颗粒)的可控的形成和结构化引起了极大的兴趣。对于很多应用，例如在染料组合物或作为催化剂的应用中，经涂覆的芯-壳结构的细分散颗粒备受瞩目。聚合物涂层防止颗粒的团聚，由此可产生更高的色彩强度或提高催化性能。在医学领域的应用中，标记物质为涂覆的聚合物，以避免颗粒对有机体的有害作用。此外，聚合物涂层可用于保护芯材料免受外部影响，例如腐蚀、氧化、还原、水等。还可改善经涂覆的颗粒的特性例如导电性。这里可能的是例如芯-壳结构的细分散颗粒作为印刷型电子产品的杂化材料，该杂化材料由导电或半导体聚合物与导电或半导体无机颗粒组成。这对于芯-壳结构的细分散颗粒而言在光学、电子、化学、生物技术体系和医疗体系都具有广泛应用。

制备复合颗粒的很多方法均是现有技术已知的。更具体而言，这些方法包括在液相法和气相法，所述液相法例如逐步乳液聚合(stepwise emulsion polymerization)、在不可聚合颗粒的悬浮液中或在不可聚合液滴的乳液中的乳液聚合、通过凝聚的微胶囊等，所述气相法例如光诱导的或化学诱导的气相沉积。

B.Zhang et al.,J.Nanopart.Res 2008,10,第173-178页中记载了通过光诱导化学气相沉积涂覆氯化钠纳米颗粒；A.M.Boies et al.,Nanotechnology 2009,20,29,295604记载了通过化学气相沉积法制备无机芯-壳颗粒。

J.F.Widmann et al.,J.Colloid Interface Sci.1998,199,第197-205页中记载了一种方法，凭借该方法可使分离的微粒在电动阱(electrodynamic trap)中捕获并使其与单体液滴接触。将所得的液体纳米颗粒涂层经光化学聚合。

用于制备细分散的复合颗粒的现有技术方法有很多不足。首先，复合颗粒在很大程度上是极不均匀的，即粒径分布较宽、颗粒形状不一致或颗粒组成不均匀。很多细分散的复合颗粒仅具有加合结构(addition structure)且没有明显的芯-壳形态。此外，采用现有的方法仅可获得一定的粒径范围，如果获得小颗粒，那么很多现有方法仅可在有限程度上获得小颗粒。

用于制备芯-壳颗粒的现有气相法常常限于某种颗粒-单体的结合。此外，液相法的缺点在于使用乳化剂，这对于很多应用是不想要的并且常常不能被除去。另外，很多制备细分散复合颗粒的现有方法因生产率低而不适用于大规模的工业应用。

本发明的目的在于提供一种用于制备细分散芯-壳颗粒的方法，所述方法克服了现有技术的缺点。更具体而言，所述方法将产生高生产率，不需要使用表面活性物质，如乳化剂和表面活性剂，并且对于大量的芯材料和单体材料而言是可实施的。

出人意料地，已发现该目的通过一种用于制备芯-壳结构的细分散颗粒的方法实现，其中所述壳包含至少一种聚合物，所述方法包括此处及下文中更具体地阐述的步骤i至iv，且其中两种带相反电荷的气溶胶料流——含有可聚合单体的第一气溶胶料流以及含有固体颗粒的第二气溶胶料流——相互混合，然后光化学引发聚合反应。由此产生芯-壳结构的颗粒，其中所述芯通过第二气溶胶料流的颗粒形成，聚合物壳通过第一气溶胶料流的单体聚合形成。

相应地，本发明提供此处和下文中描述的方法，所述方法包括以下步骤：

i.提供于载气流中的液滴的第一气溶胶料流并使第一气溶胶的液滴充有电荷，其中所述液滴包含至少一种单体；

ii.提供于载气流中的固体颗粒的第二气溶胶料流并使气溶胶的固体颗粒充有与第一气溶胶料流的液滴所带电荷相反的电荷；

iii.将第一气溶胶料流与第二气溶胶料流混合以形成混合的气溶胶料流；

iv.通过用电磁辐射照射所述混合的气溶胶料流引发单体的聚合。