Капсуляция

Одним из приоритетных направлений в химии и технологии полимерных материалов является создание композитов на основе полимеров и неорганических частиц. При этом преследуются различные цели: получение антисептических препаратов, токопроводящих и светоотражающих пленок, фотоматериалов и др. [9].

Традиционные способы модификации полимерных материалов неорганическими наночастицами имеют ряд существенных недостатков, обусловленных сложностью обеспечения агрегативной устойчивости частиц, нежелательным увеличение вязкости смесей при высоких концентрациях и отсутствием равномерного распределения наполнителя. Одновременно возникают проблемы совмещения полимеров с различными наполнителями, обеспечивающего получение материалов с равномерно распределенными в объеме полимерной матрицы наночастицами. Одним из перспективных технологических способов получения таких композиционных материалов является полимеризация в высокодисперсных эмульсиях, дисперсная фаза которых содержит наночастицы различных материалов [9], [10].

Такие композиты могут найти применение в катализе, в практике создания газовых сенсоров, оптически прозрачных светофильтров, УФ-фильтров, жидкокристаллических экранов [11], получения материалов с антибактериальными свойствами для последующего их использования в биомедицинской технологии [12].

В настоящее время разработаны различные методы получения наноразмерных частиц неорганической природы [13]. Однако, в большинстве случаев получаемые наночастицы полидисперсны, а также неоднородны по составу и форме. Одним из способов получения представительных рядов нанонаполнителей, различающихся между собой лишь по одному параметру (размер, форма, структура, химия поверхности и т.д.), является их целенаправленный синтез. [14].

Приоритетным направлением является создание композитных частиц на основе полимеров и неорганических частиц, в которых полимер принимает участие в стабилизации наночастиц, предотвращая из агломерацию. Наночастицы могут быть помещены не только в объем материала и тонкие пленки, но и на поверхность микросфер [10].

По типу морфологий полимерные композиционные сферы делятся на структуры «ядро-оболочка», «частично локализованные полусферы», «матрицы» и частицы, в которых эти домены локализованы в поверхностном слое частицы-матрицы (структура типа «конфетти»).

При иммобилизации в полимерные микросферы неорганических наночастиц разрешается несколько проблем:

1) защита неорганического материала полимерной оболочкой (магнетит, кремнезем);

2) возможность создания маркеров, в качестве которых может выступать неорганический материал, содержащийся на поверхности или в объеме частицы-носителя (магнетит);

3) возможность создания при определенных условиях новых материалов, например, фотоинициатора;

4) повышение агрегативной устойчивости дисперсий (например, пигменты, сажа и т.д.);

5) повышение механических свойств материалов (кремнезем);

6) снижение газопроницаемости материала за счет упрочненных полимерных пленок (глина).

Различные методы синтеза полимерных микросфер, содержащих неорганические наночастицы, можно объединить в три группы:

- комбинирование раздельно полученных неорганических наночастиц и полимера;

- получение неорганических наночастиц в полимерных микросферах или в присутствии готовых макромолекул полимера;

- полимеризация мономеров в присутствии неорганических наночастиц.

Первое направление основано на получении неорганических наночастиц и полимерного материала независимыми друг от друга способами. В рамках этого направления синтеза можно выделить два метода инкапсулирования неорганического материала в полимер [10]:

- неорганические наночастицы вводятся в затравочные полимерные микросферы;

- полимерные ПАВ адсорбируются на поверхности неорганического материала.

Например, первые магнитнаполненные полимерные микросферы для медицины пытались получить из биосовместимых и биоразлагаемых полимеров, таких как альбумин, поливиниловый спирт и др. [15].

Другой метод получения полимерных микросфер, содержащих неорганические наночастицы, состоит в механическом захвате неорганических частиц полимером [16].

Существует метод, который позволяет вводить неорганический материал в уже сшитую полимерную матрицу [17]. Такие микросферы состоят из сефарозного геля, в который неорганические наночастицы включены путем адсорбции или осаждения в гель. Полученный по такому методу материал используют в качестве аффинной среды для хроматографии. Однако, из-за слабой фиксации неорганических наночастиц внутри микрогеля промывка любым буферным раствором может привести к десорбции и высвобождению неорганических наночастиц, что является главным их недостатком при использовании.