水性高分子纳米微球和纳米胶囊分散机

是利用高分子材料 制备的一种纳米微粒 ． 是在 中国一日本台作项 目． 中国一 加拿 大 合 作 项 目， 天津 市 重 大 攻 关 项 目 ， 国 家基 金 项 目 和高技术航天领域863—2的研究基础上建立的技术 平台。它是将荷电高分子经纳米化技术处理制备的超微 分散体或超微乳液。其粒径尺寸小 、分布 窄， 一般在20一 
一 80 纳米 (如下图所示) 。 荷电高分子包括阴离子型 ， 阳 离子 型和 两 性 高 分 子 化 合 韧 。 因其 以水 作 为分 散 介 质 且不添加分散剂、 乳化剂等助剂 ． 其组成单一 ， 易进行 表 面 改性 ，可具 有 多功 能 性 ，且 可 制 得 高 浓度 分散 液 ，其 
体系黏度低 ．不 污染环境 ，具有 明显的环境友好特征。此 外 ， 一些纳米材料具有生物降解性 ， 因而特别适 于在生物医学和药学领域作 为药物载体、靶 向制剂或其他生物 
材 料 应 用 。 根 据 采 用 的 原料 不 同和 制 备 工 艺 的 差异 ． 可 以分 别 制 得 水 性 纳米 微 球 或 纳 米 胶 囊 (如 下 图 所 示 ) ．用 其可 以包 封 诸 如 颜 料 、 碳 黑 、 催 化 剂 、 药 物 、 有 机 物 、 金 属和非金属粉体等固体微粒或液态微粒 ，可广泛应用于 天 然 药 物与 合 成 药 物 的 纳 米胶 囊 化 与 缓释 、纳 米 水 性 油 墨 、 功能涂料、 彩色喷墨打印、 电子浆料、 纺织、 轻工、 
化工、 农业、 环境 、 医学 、 医药、 生物技术和航 空航 天 
等 领 域 。  与溶剂型相 比． 水性高分子材料 的优点是无毒、 易 
洗、 防燃 、 防爆、 防污染。 以聚*酯 为例 ， 水性聚*酯与 溶剂型相比同样具有高度耐磨、 高光泽、 高弹性 、 高粘结 性 等 特性 。 可 用来 涂 覆 、 浸 渍 、 喷 涂 和粘 结 各 种 纺 织 品 、 皮 革 、 橡 胶 、 纸 张 、 木材 、 金 属 、 陶瓷 、 石 料 、 混 凝 土 、 塑 料 ，甚至 玻 璃 等 基 质 。根 据 需要 采 用不 同原 料 和 工 艺路 
线 ． 可以使制品获得优良的机械性能、 韧性、 硬度、 柔软 性、 回弹性、 硬挺性、 抗收缩、 抗皱折 、 抗 ；中击 、 抗静电、 耐水、 耐溶剂、 耐化学腐蚀、 耐霉蚀、 防水阻燃等性能。 广 泛 应 用 干 涂 料 工业 、 制 革 工 业 、 印 刷 工 业 、 纺 织 工 业 和 建 筑 工 业 目前 ，  潜在 用途 的方 向有 下 述 领 域 ： 
1 ) 药 物 的 水 性 纳 米 化 制 剂 ： 药物的靶向性和纳米化是 当前药物研 究与开发中倍受人们 关注的重要 内容 之一 ， 药物纳米微 囊化后 ， 如 果微粒尺寸小于 6O 纳米 ， 则具有下述特点 ： 1) 以通 过细胞膜直接进入细胞内。 2 ) 可通 过血脑屏障而发挥 更大的药效。 3) 在微粒表面上进行适宜的化学或生物 修饰 ， 则可避免吞噬 细胞识别 ． 便于实现主 动靶 向。 目前 ． 己经对*等天然药物和～些合 成药物进 
行 了纳 米 化 处理 ， 包封 后 的微 粒 尺 寸 ～ 般 在 8 O 纳 米 以 
下 ， 有 些可达 2O 一3O 纳米。 2 ) 农 药的水 性纳米 化制剂 ： 农 药 缓 释 是 农 药生 产 中的 重 要 研 究课 题 。 * 农 药 不 仅 可 以 保 证 农 药 的 均 匀 释 放 ， 延 长 作 用 时 间 ． 而 且 可 以大大提高农药使 用效率 ． 减少投药 量。 利用本研究所制备的纳米高分子水分散体包封农药 的特 点 (1) 可以达到与农药乳 油相 同的方 式施放 ． (2) 聚合物微球将附着于植物表面 ，缓慢释放农药， (3) 由于采用水为介质 ， 可 以大大降低农药 中有机物 的挥 发 ，具有 明显的环境友好特征。 目前 ． 我们在此领域 已经做 了初步探索性研 究， 所制备的包药微囊尺寸一般小于60纳米 ，其储存稳定性 ，离心沉降稳定性和冻融稳定性 良好。 3 ) 水性纳米树脂用于功能涂料、 油墨、 彩色喷墨 打 印 ： 涂料和油墨工业中使 用的有机溶剂是挥发至大气 中 
的有机溶剂的主要来源 ， 水性涂料以其无毒、 无昧、 不 
易燃 、 低 公 害等 优 点 成 为 * 有前 途 的 产 品 。 
采用纳米化技术后 ， 与涂料制造过程中的多种助剂 
具有 良好的相容性 ， 由于此微粒表面可带不同电荷． 特 
别适合于制备各类电泳漆 分散和包封不 同的无机或金 
属纳米粉体可大大提高和改善其性雏 赋予其 新的功 
能 。 
4 ) 水性纳米树 脂在 轻纺工业上 的应用 ： 
采用水性纳米聚氨酯等水分散体微囊可以包封各类 
助剂 ． 如包封 易挥发性芳香类物质进行留香整理， 将所 
制成的带有香昧的微胶囊涂覆于织物表面后 。微胶囊附 
着 干 织 物 纤维 中 ， 不 断释 放 芳 香 物 质 
若将此水分散体纳米颗粒沉积于羊毛纤维表面 ， 渗 
透效果良好 ， 可 以起到防止 羊毛毡收缩的** ， 作为羊 
毛防缩剂 有些织物如丝绸、纯棉等穿着后易于起皱 ．以 
水性高分子纳米材料制备的抗皱助剂会起到织物抗皱的功能 是一种 良好的织物防皱剂。对于一些容易产生静电 
的织物 ．一般需要在植物纤维中加入抗 静电剂成分 ，水性 
材料由于其本身具有亲水基团 ，进行适 当的改性后可以作 
为织物抗静电剂使 用。 其他 ． 如包 封抗菌剂 抗紫外剂 ． 
防臭剂和硅油等．均可取得良好效果； 作为**纸张的添 
加助ff0也具有的潜在用途 。 
5 ) 水性纳米树脂对 无机 纳米粉粒的分散 与包封 ： 
一 些水性材料 可以分散 至纳米级 ， 将纳米无机填料 
包埋于其 中，可以制备成无机一 有机复合物 。 此类复合材 
料在分子催 化、 光学非线性元器件、 超导材料等领域有 
着广泛的应用前景。 将稀土金属催化剂包埋 于聚合物水 
分散体 中． 可以提高了催化效率． 用于化工生产和环境 
治 理 等 领 域 ，而 且 使 其 回 收成 为可 能 。还 可 以 利 用其 小 尺 
寸效应和无机粒子的特点 ， 将其用于油墨、 涂料等领域。 
6 ) 水性纳米树 脂在其他 方面的应 用 ： 
可 用于 电子 浆料 、 环境 、 医学、 生物技术和航空航 
天 等领 域 。 
 

水性高分子纳米微球和纳米胶囊分散机水性高分子纳米微球和纳米胶囊性能特点

在 上 述 技 术 平 台基 础 上 ， 制 备 出 一 系 列 不 同离 子 型 
的聚*酯离聚体 ．选用不同的原料及配置 ，进行聚*酯离 
聚体的结构调控 ，并利用多种技术表征其结构 ．关联 离聚 
体的结构与工艺条件之关系 ，纳米化条件对所形成的聚氨 
酯水分散粒子尺寸的影响 ．产品结构和对不同物质包容能 
力的影 响规律 。在理论研 究的基础上根据市场的需要 ，目 
前 已 经 开 发 出 多种 产 品 ．有 的 产 品 已经 进 行 了技 术 鉴 定 ． 
有的进行 了中试。 主要有 ： 
(1) 高分子皇内米微囊 改性汽车用 阴极 电泳漆 
利用荷电高分子材料包封原位生 成的纳米二氧化硅， 
可使生成的二氧化硅等无机纳米粒子均匀分散在囊 中，形 
成具有核 壳结构的纳米复合物 。 利用TEM SEM SA x S 
XO S ． 粒 度 分 析 仪 等手 段 研 究 P U ／无 机粒 子 复 合物 中粒 
子尺寸， 形态 ， 分布及两相间的相互作用 ， 研究 PU 纳米 
粒及无机粒子的尺寸 ， 形态 ． 核壳比的控制 因素 。 
研 究中*终利用水性 PU 纳米复合物对 汽车阴极 电泳 
漆进行改性的研究 ．考察 了纳米微粒在水性汽车漆中的分 
散 与稳 息 考 察 纳米 复 合 物 添 加量 和 组 成的 匹 配 性对 电泳 
涂装及漆膜的物理机械性能影响，解决电泳漆基材与 纳米 
复合物间的匹配性 ， 利用 TEM ， SEM ， A FM 等测定漆膜 
的形态 ．致密性 ，均匀性 ，以及漆膜的附 着力 ．： 击强度， 
弹性 ， 耐盐雾性等 ， 并将此 于纳米粒子的尺寸效应相关联 。 通过对 PU 离 聚体 结构调控 ， P U ／无机 ， P U ／有 
机粒子 的结构 ， 尺寸 ． 分布 ． 相 间连接的调控 ． 从而确 
定 改 性 的* 佳 组 成 和 涂 装工 艺 ，提 高 汽车 电泳 漆 膜 的 性 
能 。 
研究 中借助于纳米材料的表面残键 ， 羟基及欠氧特 
点 ． 选 择 了台 适 的 分 散 溶 剂 ． 或 经 对 其 进 行 包覆 ， 然 后 
在经过高速搅拌 ，和砂磨机等一系列设备充分研磨和分 
散 解决了纳米材料在树脂巾的分散 问题 ． 避 免团聚的 
发生。 当纳米材料充分 ． 均 匀分散到体系中后， 可以和 
树脂中的环氧部分发生键合作 用，可以提高漆膜的强度 
和韧性。 借助纳米材料高流动性和小尺寸效应 ． 可 以使 
薄膜的耐磨性能增强， 同时由于漆膜致密性增加 ， 从而 
提 高了抗腐蚀 物资的能力。借助纳米材料表面的羟基和 
容易形成*键的特性 ． 控制原漆的流变性 ， 当成膜 固化 
时形成三维网络 ． 提高 了抗；中击能力。 
此类水基聚合物 一无机纳米复合物本身的特 点十分 
突出 ． 主要表现在如下几个方面 ： (1) 以水作为分散介 
质 ． 不污染环境 ， 具有 明显的环境 友好特征 。 (2) 不添 
加 分 散 剂 、 乳 化 剂等 助 剂 ， 组 成单 一 ． 与 高 分 子基 质 具 
有 良好 的相 容 性 (3 ) 表 面 活 性基 团 的存 在 ． 易 进行 表 
面改性， 可其有多功能性， 大大的扩展了用途 。 (4) 可 
制得高浓度 分散液 ， 其体系粘度低。 (5) 由于粒径处于 
纳米级， 渗透力强。 (6) 存贮稳定性好 ， 纳米子粒子 问 
不 聚 并 。 
利用上述水性 聚合物 一无机纳米复合物对 目前生产 
的单组分阴极 电泳漆进复配 ．所得产品的性能在各方面 
均得到较大的改善 ． 在耐盐雾 性和杯突数据尤为突出。 
本 品是在上述平 台基础上 ， 由天津鑫茂生物与纳米 
材 料 应 用技 术 有 限 公 司 开 发 的产 品 。是 以 * 并 ** 类 耐 
光稳 定 剂 为 基 料 ， 采 用高 分 子 纳 米 微 囊 包 封技 术 ， 制 备 
微 粒尺 寸 2 O～8 0 n m 的稳 定 分 散 型 整理 剂 。 通 过焙 固法 
：悔光稳定剂以纳米微粒形式进入纤维内部并 固着在纤维 
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上 ． 使织物具有优良的抗紫外线性能。 本品经过处理后． 
紫外线的透过率可控 制在 3％以内 ． 同时 ． 染色物的曰晒 
色 牢 度 有 所 改 善 ．达 到 功 能 性 高 档 纺 织 品 的要 求 。 本 品 为 
弱 阴离子性产品 对织物 的色光 ， 亲水性 ．手感等无不良 
影响 ． 不会发生泛黄、 疏水、 手感变硬等问题。 
作为 日晒牢度增进剂使用的 产品 ． 可使染色物的日 
晒色牢度提高 1— 1．5 级， 满足一 些对耐晒牢度要求高 
的客户需要 。 作 为功能性抗紫外线整理剂使用时 ， 可使 
织物 或 为 具有 优 良抗 紫外 线 性 能 的功 能 性 纺 织品 ．提 升纺 
织品的附加价值。也可以和其它阴离子或非离子性的整理 
剂 混 拼使 用 ．可 获得 多项 效 能 。经 威 部 门 检 测 ’ 陛 能 已与 
进口产品相 当， 但成本与价格相对要低的多。 
本 品 已 经 进 行 中 试 并 经 有 关 客 户 试 用 ． 反 映 良好 ． 
即 ：侮大 量 进 入 市场 。 
(3 ) 纳 米 缓 释 、 * 留 香 剂 
本品亦系由天津鑫茂生物与纳米材料应用技术有限公 
司开发的产品。采用**的高分子纳米微胶囊化技术制备 
的耐水洗和具有缓释性能的*留香剂。其微囊粒径尺度 
为20—80 纳米。 由于香料或香精不溶于水 ． 将其包封在纳 
米微囊内，则可 良好的分散于水中．形成透明或半透 明液 
体 ， 极 易 渗 附 于 纤 维 深 处 。 如 果再 经过 适 当的 高 温 处理 ， 
可使高分子微胶囊固着在纤维上 ， 可以达到耐水洗的效 
果 ． 使 织 物 的 香 昧 持 久 、 柔 和 。 因本 品 不使 用溶 剂 ． 以水 
为介质 ． 具有 明显的环保性质。 
根 椐用途不 同 ． 有两类不 同的型号的产 品。 
1) 喷 香 型 系 将 上 述 留 香 剂 直 接 应 用 ． 并 可 用水 
洗；争。主要用于空气的清新、除 臭和各种花卉的喷香等短 
期的香味处理 ， 也可 以一定 比例添加至水性涂料中。 
2 ) 留 香 型 ： 要 将 上 述 留 香 剂 经 过 适 当 的 加 温 处理 ， 
使其 固化于纤维上。主要 用于各类纺织品的留香处理 ，如 
机 织 、 针织 品 和 无 妨 布 等 ． 也 可 用 于 造 纸 业 的留 香 处理 
本 品 也 已 经 进 行 了 中试 并 经 宾 馆 、 酒 店 及 纺 织 行业 
的有关客户试用 ， 反映良好 ， 即将大量进八市场。 此类水 
性 纳 米 留 香剂 尚未 见 有 产 品面 市 。 
5) 透皮吸 收制剂 用亲水性压敏胶 
透 皮吸 收 制剂 被 作 为 具有 很 大发 展 前 景 的现 代 给药 方 
式， 是一种有前途 的给药途径 ， 可克服药物 口服、 注射给 
药生物利用度低等问题 。目前中药透皮吸收制剂尤其是贴 
剂技术严重落后 ．因此急需采用新型的压敏胶对中药橡胶 
膏剂型进行更新换代 。