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超临界流体辅助制备壁厚可控的中空SiO_2微球

孙冠男  
【摘要】:近年来,各种具有特殊结构和形貌的纳米材料引起了人们的广泛关注,其中,中空多孔微米/纳米材料具有多孔结构,良好的流动性和大的比表面积,同时还具有一个内部空穴,可以做为储存或者反应的空间。带有孔道的壳可以有效的控制包括药物,基因,染料,墨水,化妆品,农药和食物等物质的释放,尤其受到重视,二氧化硅材料就是其中之一。另外,超临界二氧化碳以其优良的传质性,渗透性以及无毒、廉价等特性,被广泛应用于材料的制备及改性。本论文着重借助超临界二氧化碳技术制备中空结构的二氧化硅微球并对其形貌进行调控。 第二章中,首先采用无皂乳液聚合法制备了可用作模板的尺寸大小均一,结构完整,不同交联度的聚苯乙烯微球。选择合适的超临界流体处理条件,在保持聚合物微球形貌稳定的前提下,借助超临界CO2良好的渗透传质性能,将二氧化硅前躯体正硅酸乙酯(TEOS)渗透进入PS模板内部,经过水解在模板表面形成均一的SiO2壳层。高温焙烧后,便得到了结构完整,壁厚均匀的中空二氧化硅微球。另外,本论文还对超临界CO2辅助制备中空二氧化硅微球的机理进行了深入探讨。 第三章中,通过改变TEOS/PS比率,本论文实现了对中空二氧化硅微球壁厚的调控。不仅可以通过调节超临界处理过程中TEOS的量以及水解过程中补加TEOS的量,将壁厚增大至60nm;还可通过改变超临界处理过程的压力和处理时间,控制TEOS渗透进入聚合物微球模板内部的量,对最终的壁厚在小范围内进行调节。 中空介孔二氧化硅微球在药物缓释方面的应用已成为研究热点,据相关文献报道,介孔的孔径大小在药物选择和释药动力学过程中起着重要作用。于是,在第四章中,在前两部分工作的基础上,本论文采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为制孔剂,制备出了孔径大小约为3nm的中空介孔二氧化硅微球。借助Stucky和Huo提出的“协同自组装”(cooperative self-assemble)机理,对介孔成型的机理也进行了初步探讨。同时,通过改变水解过程中TEOS的量,实现了对中空介孔二氧化硅微球的壁厚进行了控制。另外,还通过加入十四烷,将介孔的孔径增大到了4.76nm。为下一步研究壁厚及孔径大小对药物缓释的影响奠定了基础。 在本论文中,研究了利用超临界CO2制备中空二氧化硅微球的可行性,并对制备机理进行了深入探讨。借助该技术,本文对中空微球的形貌、壁厚进行了调控,建立了一种借助超临界流体技术制备中空微球的新方法。在此基础上,本文将其拓展到介孔中空二氧化硅微球的制备,并成功实现了对介孔中空微球壁厚,空腔大小以及介孔大小的调节,这为下一步研究中空二氧化硅微球壁厚及介孔大小对药物缓释过程的影响奠定了基础。


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