水性高分子納米微球和納米膠囊分散機

是利用高分子材料 制備的一種納米微粒 ． 是在 中國一日本臺作項 目． 中國一 加拿 大 合 作 項 目， 天津 市 重 大 攻 關 項 目 ， 國 家基 金 項 目 和國家高技術航天領域863—2的研究基礎上建立的技術 平臺。它是將荷電高分子經納米化技術處理制備的超微 分散體或超微乳液。其粒徑尺寸小 、分布 窄， 一般在20一 
一 80 納米 (如下圖所示) 。 荷電高分子包括陰離子型 ， 陽 離子 型和 兩 性 高 分 子 化 合 韌 。 因其 以水 作 為分 散 介 質 且不添加分散劑、 乳化劑等助劑 ． 其組成單一 ， 易進行 表 面 改性 ，可具 有 多功 能 性 ，且 可 制 得 高 濃度 分散 液 ，其 
體系黏度低 ．不 污染環境 ，具有 明顯的環境友好特征。此 外 ， 一些納米材料具有生物降解性 ， 因而特別適 于在生物醫學和藥學領域作 為藥物載體、靶 向制劑或其他生物 
材 料 應 用 。 根 據 采 用 的 原料 不 同和 制 備 工 藝 的 差異 ． 可 以分 別 制 得 水 性 納米 微 球 或 納 米 膠 囊 (如 下 圖 所 示 ) ．用 其可 以包 封 諸 如 顏 料 、 碳 黑 、 催 化 劑 、 藥 物 、 有 機 物 、 金 屬和非金屬粉體等固體微粒或液態微粒 ，可廣泛應用于 天 然 藥 物與 合 成 藥 物 的 納 米膠 囊 化 與 緩釋 、納 米 水 性 油 墨 、 功能涂料、 彩色噴墨打印、 電子漿料、 紡織、 輕工、 
化工、 農業、 環境 、 醫學 、 醫藥、 生物技術和航 空航 天 
等 領 域 。  與溶劑型相 比． 水性高分子材料 的優點是無毒、 易 
洗、 防燃 、 防爆、 防污染。 以聚*酯 為例 ， 水性聚*酯與 溶劑型相比同樣具有高度耐磨、 高光澤、 高彈性 、 高粘結 性 等 特性 。 可 用來 涂 覆 、 浸 漬 、 噴 涂 和粘 結 各 種 紡 織 品 、 皮 革 、 橡 膠 、 紙 張 、 木材 、 金 屬 、 陶瓷 、 石 料 、 混 凝 土 、 塑 料 ，甚至 玻 璃 等 基 質 。根 據 需要 采 用不 同原 料 和 工 藝路 
線 ． 可以使制品獲得優良的機械性能、 韌性、 硬度、 柔軟 性、 回彈性、 硬挺性、 抗收縮、 抗皺折 、 抗 ；中擊 、 抗靜電、 耐水、 耐溶劑、 耐化學腐蝕、 耐霉蝕、 防水阻燃等性能。 廣 泛 應 用 干 涂 料 工業 、 制 革 工 業 、 印 刷 工 業 、 紡 織 工 業 和 建 筑 工 業 目前 ，  潛在 用途 的方 向有 下 述 領 域 ： 
1 ) 藥 物 的 水 性 納 米 化 制 劑 ： 藥物的靶向性和納米化是 當前藥物研 究與開發中倍受人們 關注的重要 內容 之一 ， 藥物納米微 囊化后 ， 如 果微粒尺寸小于 6O 納米 ， 則具有下述特點 ： 1) 以通 過細胞膜直接進入細胞內。 2 ) 可通 過血腦屏障而發揮 更大的藥效。 3) 在微粒表面上進行適宜的化學或生物 修飾 ， 則可避免吞噬 細胞識別 ． 便于實現主 動靶 向。 目前 ． 己經對紫杉醇等天然藥物和～些合 成藥物進 
行 了納 米 化 處理 ， 包封 后 的微 粒 尺 寸 ～ 般 在 8 O 納 米 以 
下 ， 有 些可達 2O 一3O 納米。 2 ) 農 藥的水 性納米 化制劑 ： 農 藥 緩 釋 是 農 藥生 產 中的 重 要 研 究課 題 。 長 效 農 藥 不 僅 可 以 保 證 農 藥 的 均 勻 釋 放 ， 延 長 作 用 時 間 ． 而 且 可 以大大提高農藥使 用效率 ． 減少投藥 量。 利用本研究所制備的納米高分子水分散體包封農藥 的特 點 (1) 可以達到與農藥乳 油相 同的方 式施放 ． (2) 聚合物微球將附著于植物表面 ，緩慢釋放農藥， (3) 由于采用水為介質 ， 可 以大大降低農藥 中有機物 的揮 發 ，具有 明顯的環境友好特征。 目前 ． 我們在此領域 已經做 了初步探索性研 究， 所制備的包藥微囊尺寸一般小于60納米 ，其儲存穩定性 ，離心沉降穩定性和凍融穩定性 良好。 3 ) 水性納米樹脂用于功能涂料、 油墨、 彩色噴墨 打 印 ： 涂料和油墨工業中使 用的有機溶劑是揮發至大氣 中 
的有機溶劑的主要來源 ， 水性涂料以其無毒、 無昧、 不 
易燃 、 低 公 害等 優 點 成 為 * 有前 途 的 產 品 。 
采用納米化技術后 ， 與涂料制造過程中的多種助劑 
具有 良好的相容性 ， 由于此微粒表面可帶不同電荷． 特 
別適合于制備各類電泳漆 分散和包封不 同的無機或金 
屬納米粉體可大大提高和改善其性雛 賦予其 新的功 
能 。 
4 ) 水性納米樹 脂在 輕紡工業上 的應用 ： 
采用水性納米聚氨酯等水分散體微囊可以包封各類 
助劑 ． 如包封 易揮發性芳香類物質進行留香整理， 將所 
制成的帶有香昧的微膠囊涂覆于織物表面后 。微膠囊附 
著 干 織 物 纖維 中 ， 不 斷釋 放 芳 香 物 質 
若將此水分散體納米顆粒沉積于羊毛纖維表面 ， 滲 
透效果良好 ， 可 以起到防止 羊毛氈收縮的** ， 作為羊 
毛防縮劑 有些織物如絲綢、純棉等穿著后易于起皺 ．以 
水性高分子納米材料制備的抗皺助劑會起到織物抗皺的功能 是一種 良好的織物防皺劑。對于一些容易產生靜電 
的織物 ．一般需要在植物纖維中加入抗 靜電劑成分 ，水性 
材料由于其本身具有親水基團 ，進行適 當的改性后可以作 
為織物抗靜電劑使 用。 其他 ． 如包 封抗菌劑 抗紫外劑 ． 
防臭劑和硅油等．均可取得良好效果； 作為**紙張的添 
加助ff0也具有的潛在用途 。 
5 ) 水性納米樹脂對 無機 納米粉粒的分散 與包封 ： 
一 些水性材料 可以分散 至納米級 ， 將納米無機填料 
包埋于其 中，可以制備成無機一 有機復合物 。 此類復合材 
料在分子催 化、 光學非線性元器件、 超導材料等領域有 
著廣泛的應用前景。 將稀土金屬催化劑包埋 于聚合物水 
分散體 中． 可以提高了催化效率． 用于化工生產和環境 
治 理 等 領 域 ，而 且 使 其 回 收成 為可 能 。還 可 以 利 用其 小 尺 
寸效應和無機粒子的特點 ， 將其用于油墨、 涂料等領域。 
6 ) 水性納米樹 脂在其他 方面的應 用 ： 
可 用于 電子 漿料 、 環境 、 醫學、 生物技術和航空航 
天 等領 域 。 
 

水性高分子納米微球和納米膠囊分散機水性高分子納米微球和納米膠囊性能特點

在 上 述 技 術 平 臺基 礎 上 ， 制 備 出 一 系 列 不 同離 子 型 
的聚*酯離聚體 ．選用不同的原料及配置 ，進行聚*酯離 
聚體的結構調控 ，并利用多種技術表征其結構 ．關聯 離聚 
體的結構與工藝條件之關系 ，納米化條件對所形成的聚氨 
酯水分散粒子尺寸的影響 ．產品結構和對不同物質包容能 
力的影 響規律 。在理論研 究的基礎上根據市場的需要 ，目 
前 已 經 開 發 出 多種 產 品 ．有 的 產 品 已經 進 行 了技 術 鑒 定 ． 
有的進行 了中試。 主要有 ： 
(1) 高分子皇內米微囊 改性汽車用 陰極 電泳漆 
利用荷電高分子材料包封原位生 成的納米二氧化硅， 
可使生成的二氧化硅等無機納米粒子均勻分散在囊 中，形 
成具有核 殼結構的納米復合物 。 利用TEM SEM SA x S 
XO S ． 粒 度 分 析 儀 等手 段 研 究 P U ／無 機粒 子 復 合物 中粒 
子尺寸， 形態 ， 分布及兩相間的相互作用 ， 研究 PU 納米 
粒及無機粒子的尺寸 ， 形態 ． 核殼比的控制 因素 。 
研 究中*終利用水性 PU 納米復合物對 汽車陰極 電泳 
漆進行改性的研究 ．考察 了納米微粒在水性汽車漆中的分 
散 與穩 息 考 察 納米 復 合 物 添 加量 和 組 成的 匹 配 性對 電泳 
涂裝及漆膜的物理機械性能影響，解決電泳漆基材與 納米 
復合物間的匹配性 ， 利用 TEM ， SEM ， A FM 等測定漆膜 
的形態 ．致密性 ，均勻性 ，以及漆膜的附 著力 ．： 擊強度， 
彈性 ， 耐鹽霧性等 ， 并將此 于納米粒子的尺寸效應相關聯 。 通過對 PU 離 聚體 結構調控 ， P U ／無機 ， P U ／有 
機粒子 的結構 ， 尺寸 ． 分布 ． 相 間連接的調控 ． 從而確 
定 改 性 的* 佳 組 成 和 涂 裝工 藝 ，提 高 汽車 電泳 漆 膜 的 性 
能 。 
研究 中借助于納米材料的表面殘鍵 ， 羥基及欠氧特 
點 ． 選 擇 了臺 適 的 分 散 溶 劑 ． 或 經 對 其 進 行 包覆 ， 然 后 
在經過高速攪拌 ，和砂磨機等一系列設備充分研磨和分 
散 解決了納米材料在樹脂巾的分散 問題 ． 避 免團聚的 
發生。 當納米材料充分 ． 均 勻分散到體系中后， 可以和 
樹脂中的環氧部分發生鍵合作 用，可以提高漆膜的強度 
和韌性。 借助納米材料高流動性和小尺寸效應 ． 可 以使 
薄膜的耐磨性能增強， 同時由于漆膜致密性增加 ， 從而 
提 高了抗腐蝕 物資的能力。借助納米材料表面的羥基和 
容易形成*鍵的特性 ． 控制原漆的流變性 ， 當成膜 固化 
時形成三維網絡 ． 提高 了抗；中擊能力。 
此類水基聚合物 一無機納米復合物本身的特 點十分 
突出 ． 主要表現在如下幾個方面 ： (1) 以水作為分散介 
質 ． 不污染環境 ， 具有 明顯的環境 友好特征 。 (2) 不添 
加 分 散 劑 、 乳 化 劑等 助 劑 ， 組 成單 一 ． 與 高 分 子基 質 具 
有 良好 的相 容 性 (3 ) 表 面 活 性基 團 的存 在 ． 易 進行 表 
面改性， 可其有多功能性， 大大的擴展了用途 。 (4) 可 
制得高濃度 分散液 ， 其體系粘度低。 (5) 由于粒徑處于 
納米級， 滲透力強。 (6) 存貯穩定性好 ， 納米子粒子 問 
不 聚 并 。 
利用上述水性 聚合物 一無機納米復合物對 目前生產 
的單組分陰極 電泳漆進復配 ．所得產品的性能在各方面 
均得到較大的改善 ． 在耐鹽霧 性和杯突數據尤為突出。 
本 品是在上述平 臺基礎上 ， 由天津鑫茂生物與納米 
材 料 應 用技 術 有 限 公 司 開 發 的產 品 。是 以 * 并 ** 類 耐 
光穩 定 劑 為 基 料 ， 采 用高 分 子 納 米 微 囊 包 封技 術 ， 制 備 
微 粒尺 寸 2 O～8 0 n m 的穩 定 分 散 型 整理 劑 。 通 過焙 固法 
：悔光穩定劑以納米微粒形式進入纖維內部并 固著在纖維 
6 6 
上 ． 使織物具有優良的抗紫外線性能。 本品經過處理后． 
紫外線的透過率可控 制在 3％以內 ． 同時 ． 染色物的曰曬 
色 牢 度 有 所 改 善 ．達 到 功 能 性 高 檔 紡 織 品 的要 求 。 本 品 為 
弱 陰離子性產品 對織物 的色光 ， 親水性 ．手感等無不良 
影響 ． 不會發生泛黃、 疏水、 手感變硬等問題。 
作為 日曬牢度增進劑使用的 產品 ． 可使染色物的日 
曬色牢度提高 1— 1．5 級， 滿足一 些對耐曬牢度要求高 
的客戶需要 。 作 為功能性抗紫外線整理劑使用時 ， 可使 
織物 或 為 具有 優 良抗 紫外 線 性 能 的功 能 性 紡 織品 ．提 升紡 
織品的附加價值。也可以和其它陰離子或非離子性的整理 
劑 混 拼使 用 ．可 獲得 多項 效 能 。經 威 部 門 檢 測 ’ 陛 能 已與 
進口產品相 當， 但成本與價格相對要低的多。 
本 品 已 經 進 行 中 試 并 經 有 關 客 戶 試 用 ． 反 映 良好 ． 
即 ：侮大 量 進 入 市場 。 
(3 ) 納 米 緩 釋 、 長 效 留 香 劑 
本品亦系由天津鑫茂生物與納米材料應用技術有限公 
司開發的產品。采用**的高分子納米微膠囊化技術制備 
的耐水洗和具有緩釋性能的*留香劑。其微囊粒徑尺度 
為20—80 納米。 由于香料或香精不溶于水 ． 將其包封在納 
米微囊內，則可 良好的分散于水中．形成透明或半透 明液 
體 ， 極 易 滲 附 于 纖 維 深 處 。 如 果再 經過 適 當的 高 溫 處理 ， 
可使高分子微膠囊固著在纖維上 ， 可以達到耐水洗的效 
果 ． 使 織 物 的 香 昧 持 久 、 柔 和 。 因本 品 不使 用溶 劑 ． 以水 
為介質 ． 具有 明顯的環保性質。 
根 椐用途不 同 ． 有兩類不 同的型號的產 品。 
1) 噴 香 型 系 將 上 述 留 香 劑 直 接 應 用 ． 并 可 用水 
洗；爭。主要用于空氣的清新、除 臭和各種花卉的噴香等短 
期的香味處理 ， 也可 以一定 比例添加至水性涂料中。 
2 ) 留 香 型 ： 要 將 上 述 留 香 劑 經 過 適 當 的 加 溫 處理 ， 
使其 固化于纖維上。主要 用于各類紡織品的留香處理 ，如 
機 織 、 針織 品 和 無 妨 布 等 ． 也 可 用 于 造 紙 業 的留 香 處理 
本 品 也 已 經 進 行 了 中試 并 經 賓 館 、 酒 店 及 紡 織 行業 
的有關客戶試用 ， 反映良好 ， 即將大量進八市場。 此類水 
性 納 米 留 香劑 尚未 見 有 產 品面 市 。 
5) 透皮吸 收制劑 用親水性壓敏膠 
透 皮吸 收 制劑 被 作 為 具有 很 大發 展 前 景 的現 代 給藥 方 
式， 是一種有前途 的給藥途徑 ， 可克服藥物 口服、 注射給 
藥生物利用度低等問題 。目前中藥透皮吸收制劑尤其是貼 
劑技術嚴重落后 ．因此急需采用新型的壓敏膠對中藥橡膠 
膏劑型進行更新換代 。