一种增强黑色母粒激光打标效果的纳米颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒的制备方法，尤其涉及一种增强黑色母粒激光打标效果的纳米颗粒的制备方法。

背景技术

在高校、医院和生物医药企业中，样品的检测、保存和管理是至关重要的步骤。随着转化医学和健康医疗大数据快速成为医学研究的热点，越来越多的研究者认识到资源与信息是医学研究的宝贵资源，是精准医学的基石。医学研究对生物样本的收集、保存和应用需求日益增加，高质量大规模生物样本库的建立对探索人类疾病新治疗途径和提高科研效率极具帮助。例如数据库疾病研究类样本库是生物样本库概念中重要的组成部分。来源于患者或健康人群的大量样本资源是相关科学研究开展的基础，同时也为新药的研发以及新诊断方法的开发提供了主要线索。最新的细胞治疗是近年来受到了极大的关注。与传统的药物治疗相比，具有高主动性、强针对性、可持续性等特征，无论是脐带血造血干细胞治疗的研究、间充质干细胞治疗的研究抑或是免疫细胞治疗的研究，都涉及到细胞的低温存储环节。而细胞可低温存储的属性可以说是大部分细胞冶疗研究的基础。所以，样本库管理对于医院、企业、乃至全人类均具有重要意义。

冻存管为生物库、化合物库和广泛的生物和化学储存（包括低温储存）中的样本提供了一个终身安全的场所，是样品检测和存储的关键环节。样本安全、数字化管理和溯源的要求，使得冻存管的开发从记号笔可写、粘贴二维码向二维码高对比度激光蚀刻发展。每个冻存管必须有明确的信息化标识，解决传统的手写标记无法满足样本库大批量样本的确定。常用的条形码有一维码、二维码和无线射频识别。其中，二维码有明显优势，能够满足信息化，自动化和高通量的要求，是该领域发展的趋势。

聚丙烯（PP）与聚乙烯相似，但其每一分子链单元中都含有个甲基成分。PP材料为半透明，可高温高压灭菌，在室温下会溶于任何已知的溶剂，具有是生物情性，广泛应用于生物样品保存和处理的各类耗材。随着挤出成型技术和模具加工水平的发展，目前高端的冻存管采用双色注塑，分为外壁可激光部分和内壁样品接触部分，不但降低成本，而且减少不同部位添加剂之间的干扰。但是如何增强其激光打标黑底白码的效果还有待深一步研究。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供了一种有助于提高激光打标后的色差比的增强黑色母粒激光打标效果的纳米颗粒制备方法，该方法增强了纳米颗粒的分散性，大大提高了黑色激光打标材料的打标效果，提高色差变化的效果。

技术方案：本发明所述的增强黑色母粒激光打标效果的纳米颗粒制备方法包括如下步骤：

（1）采用硅烷偶联剂和聚乙烯吡咯烷酮分别改性SiO

（2）将上述改性后的SiO

（3）用溶剂洗涤；

（4）经过冷冻干燥和研磨，得到了硅烷化处理的SiO

（5）采用程序升温法，加热步骤（4）得到的纳米颗粒自然降温得到表面碳化的纳米颗粒，研磨得到样品；

（6）样品作为黑色打标成分，制备黑色打标母粒，用于激光打标材料。

进一步地，在步骤（1）中，所述的二氧化硅纳米颗粒的粒径为20-200nm，优选地，选择粒径为80-100nm。

进一步地，在步骤（1）中，所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH171或KH792等，优选的，采用KH560，KH570。

进一步地，在步骤（1）中，所述的PVP，聚乙烯吡咯烷酮可以是的K15，K30和K90等，优选的，采用K30。

进一步地，在步骤（2）中，所述改性二氧化硅纳米颗粒包括硅烷偶联剂改性的SiO

进一步地，在步骤（2）中，所述改性后的SiO

进一步地，在步骤（3）中，所述洗涤溶剂为无水乙醇和THF。

进一步地，在步骤（5）中，所述升温速度为3-5℃/min，加热温度为200-400℃，加热最高温度优选地采用300℃；所述保温时间为10-40 min，优选的，保温时间20-30min。

进一步地，在步骤（6）中，所述的样品作为黑色打标的成分之一，其质量浓度为0.02-2%，优选的0.1-0.5%，最优选0.2%。

所述的样品作为黑色打标材料的成分之一，其中黑色打标的其它材料可以包括各类碳材料，该材料能够提高激光打标的对比色差。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：（1）有助于提高激光打标后的色差比，聚丙烯、聚乙烯和聚氨酯等医用级高分子耗材的激光蚀刻的技术瓶颈来自复合材料自身。本发明从激光打标的原理出发，选择表面碳化的二氧化硅颗粒作为显色材料组成成分，提高灼烧形成孔洞的结构，明显增强的条形码和二维码的耐刮性和可读性；（2）增强了纳米颗粒的分散性，由于绝大部分的激光打标材料采用碳材料作为底色和发泡组分，因此采用碳化处理的二氧化硅纳米颗粒，能够很好的和高分子材料进行融合，能够减少分散剂的使用；（3）本发明的制备过程条件易控，制备过程无特殊设备和要求，可进行规模化制备，纳米二氧化硅、硅烷偶联剂等原材料成本可控。

附图说明

图1为添加碳化的二氧化硅纳米颗粒作为黑色打标成分的打标效果图，与未添加的对比图；

图2为制备的含表面碳化二氧化硅纳米颗粒的聚丙烯管体剖面的扫描电镜图；

图3为制备的含表面碳化二氧化硅纳米颗粒的聚丙烯管体剖面的C、O和Si元素分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

步骤一，选择80纳米直径的二氧化硅纳米颗粒，分别采用KH560硅烷偶联剂和PVPK30改性二氧化硅纳米颗粒，按照KH560改性SiO

步骤二，样品采用无水乙醇和THF洗涤几次，经过冷冻干燥和研磨，得到了硅烷化处理的SiO

步骤三，样品在马弗炉中以3℃/min升温速度，从室温加热到300℃，保温35min，然后自然降温到室温，研磨得到样品。

步骤四，样品作为黑色打标成分，按照质量浓度为0.05%与聚丙烯，炭黑，润滑剂，增透剂，抗氧剂和分散剂等各类添加剂混合制备黑色打标母粒，用于激光打标材料，该纳米颗粒能够提高的激光打标材料具有优异的对比色差。

图1为添加碳化的二氧化硅纳米颗粒作为黑色打标成分的打标效果图，与未添加的对比图。

实施例2

步骤一，选择50纳米直径的二氧化硅纳米颗粒，分别采用KH570硅烷偶联剂和PVPK30改性二氧化硅纳米颗粒，按照KH570改性SiO

步骤二，样品采用无水乙醇和THF洗涤几次，经过冷冻干燥和研磨，得到了硅烷化处理的SiO

步骤三，样品在马弗炉中以5℃/min升温速度，从室温加热到300℃，保温40min，然后自然降温到室温，研磨得到样品。

步骤四，样品作为黑色打标成分，按照质量浓度为0.08%与聚乙烯，炭黑，润滑剂，增透剂，抗氧剂和分散剂等各类添加剂混合制备黑色打标母粒，用于激光打标材料，该纳米颗粒能够提高的激光打标材料具有优异的对比色差。

实施例3

步骤一，选择150纳米直径的二氧化硅纳米颗粒，分别采用KH560硅烷偶联剂和PVPK90改性二氧化硅纳米颗粒，按照KH560改性SiO

步骤二，样品采用无水乙醇和THF洗涤几次，经过冷冻干燥和研磨，得到了硅烷化处理的SiO

步骤三，样品在马弗炉中以5℃/min升温速度，从室温加热到300℃，保温40min，然后自然降温到室温，研磨得到样品。

步骤四，样品作为黑色打标成分，按照质量浓度为0.1%与聚氨酯，炭黑，润滑剂，增透剂，抗氧剂和分散剂等各类添加剂混合制备黑色打标母粒，用于激光打标材料，该纳米颗粒能够提高的激光打标材料具有优异的对比色差。

实施例4

步骤一，选择150纳米直径的二氧化硅纳米颗粒，分别采用KH550硅烷偶联剂和PVPK30改性二氧化硅纳米颗粒，按照KH550改性SiO

步骤二，样品采用无水乙醇和THF洗涤几次，经过冷冻干燥和研磨，得到了硅烷化处理的SiO

步骤三，样品在马弗炉中以5℃/min升温速度，从室温加热到200℃，保温40min，然后自然降温到室温，研磨得到样品。

步骤四，样品作为黑色打标成分，按照质量浓度为0.05%与聚丙烯，炭黑，润滑剂，增透剂，抗氧剂和分散剂等各类添加剂混合制备黑色打标母粒，用于激光打标材料，该纳米颗粒能够提高的激光打标材料具有优异的对比色差。

实施例5

步骤一，选择80纳米直径的二氧化硅纳米颗粒，分别采用KH792硅烷偶联剂和PVPK15改性二氧化硅纳米颗粒，按照KH792改性SiO

步骤二，样品采用无水乙醇和THF洗涤几次，经过冷冻干燥和研磨，得到了硅烷化处理的SiO

步骤三，样品在马弗炉中以5℃/min升温速度，从室温加热到360℃，保温20min，然后自然降温到室温，研磨得到样品。

步骤四，样品作为黑色打标成分，按照质量浓度为1%与聚乙烯，炭黑，润滑剂，增透剂，抗氧剂和分散剂等各类添加剂混合制备黑色打标母粒，用于激光打标材料，该纳米颗粒能够提高的激光打标材料具有优异的对比色差。

图1采用表面碳化二氧化硅纳米颗粒（实施例1）作为激光打标添加剂的聚丙烯冻存管打标效果（上），未添加表面碳化二氧化硅纳米颗粒作为激光打标添加剂的打标效果（下）。对比两者可以看出，添加后能够明显提高对比色差。

图2为实施例1制备的含表面碳化二氧化硅纳米颗粒的聚丙烯管体剖面的扫描电镜图。

图3为实施例1制备的含表面碳化二氧化硅纳米颗粒的聚丙烯管体剖面的C、O和Si元素分布图。从图中可以发现，硅元素基本上能够比较均匀的分散在黑色管体中，未见有明显的团聚现象。