一种可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊的制备及应用

技术领域

本发明属于纳米二氧化钛材料领域，具体涉及一种可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊的制备及其应用。

背景技术

二氧化钛又称钛白粉，通常平均粒径在纳米尺度时称为纳米二氧化钛，由于其具有无毒无味无刺激、热稳定性好、比表面积大、抗紫外线、光催化特性、化学性质稳定、抗菌性能优等特性，使得纳米二氧化钛广泛应用于涂料、纸张、橡胶、塑料、电池、抗菌、化妆品等各个领域。

目前纳米二氧化钛的制备方法主要有三种方法：气相法、液相法和固相法。其中液相法由于操作简便、成本较低等原因而应用最广泛。液相法是指通过液体中加入引发剂或沉淀剂等物质，引起纳米粒子均匀沉淀析出的方法，主要包括溶胶-凝胶法、水热法、液相沉积法、微乳液法等。例如已有日本专利(专利号：2007-176753)利用钛酸酯、钛盐、四甲基氢氧化铵(TMAH)、二醇或三元醇等混合溶液水热处理而制备纳米二氧化钛。但是所用原料TMAH作为有毒危化品，限制了其生产与应用。另外中国专利(专利号：CN 107074581B)通过引入含氮的5元环化合物替代有毒的TMAH来制备纳米二氧化钛，并用于染料敏化太阳能电池中。

而中国专利(专利号：CN 103917494 B)中利用异丙基钛和羧酸在超临界流体中反应制备球形多孔纳米二氧化钛，并用于基因枪用载体。但此方法中需要超临界甲醇流体且需加入苯甲酰胺，乙酸铒等化合物，制备过程复杂，成本较高。

中国专利(专利号：CN 109112661 A)中通过酞酸四丁酯水解为溶胶-凝胶，随后制备N-Au或/和N-Ag共超支化聚合物，最后将此聚合物加入溶胶-凝胶中制得N-Au或/和N-Ag共掺杂复合二氧化钛，具有抗菌、抗紫外线、高催化活性和环保无污染的优势，并用于纺丝工艺中。另外Valan Arasu等(Renewable Energy,2020,152:358-367.)采用溶胶-凝胶法，在纳米二氧化钛的生成过程中引入纳米Ag，制备出了TiO

中国专利(专利号：CN 102015540 B)中将羧酸和羧酸衍生物制得聚合物加入到二氧化钛微粒酸性水分散性中，用碱中和得到沉积在二氧化钛表面上的羧酸单体或聚合物形成的二氧化钛微粒复合物。此二氧化钛微粒复合物可均匀分散在水中，具有高透明性和高稳定性，并可用于制备具有紫外线防护作用的护肤品。但此方法中制备的纳米二氧化钛微粒为水分散性，防水性差且加入的紫外线吸收剂等组合物和纳米二氧化钛微粒为简单物理混合，保持效果较差且保持时间短。

更进一步地，已有文献报道将二氧化钛作为壳材，包裹各种活性物质制成二氧化钛微胶囊。例如Cheng等(Powder Technology,2021,385:546-556.)以甲酰胺作为水相，石蜡为油相来构建水包油乳液模板体系，通过钛酸四丁酯水解缩合形成二氧化钛壳体的过程中引入氧化石墨烯纳米片，实现对石蜡的包覆，制得粒径约5μm的TiO

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊的制备方法，其中包括制备一种由疏水的有机硅Si-O-Si主链和两端亲水的PEG链段构成的促分散剂，该方法制备工艺简便，成本低廉，制备得到的微胶囊粉末油分散性好，不团聚，稳定性好。

具体的技术方案如下：

一种可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊的制备方法，由以下四步反应制得：(1)制备促分散剂；(2)配制油相连续相混合物；(3)配置水相分散相混合物；(4)将水相分散相混合物加入油相连续相混合物中，加入含钛稀释溶液，通过油包水乳液法制备二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末；所述油相连续相混合物为溶解有促分散剂和油相表面活性剂的油相溶剂，所述促分散剂由疏水的有机硅Si-O-Si主链和两端亲水的PEG链段构成。

其中，所述促分散剂由以下反应制得：1)将同摩尔量的聚乙二醇单甲醚和异氟尔酮二异氰酸酯置于溶剂中反应制得端NCO的PEG，2)随后与端-NCO的PEG一半摩尔量的端氨基硅油或端胺丙基硅油反应制得促分散剂PEG-(Si-O-Si)-PEG。

具体的，所述聚乙二醇单甲醚的链节数为n＝5-20；所述端氨基硅油或端胺丙基硅油的链节数为m＝5-20。

反应式如下：

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具体的，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯中一种或几种混合物，优选地，溶剂为无毒无害的乙酸乙酯。溶剂的质量与聚乙二醇单甲醚的摩尔量比为(4～5)kg：1mol。

具体的，步骤1)中先加热至40～60℃，再加入催化剂反应6～8h。

具体的，所述催化剂为有机锡、有机铋、有机锌、三级胺种类催化剂中一种或几种混合物，优选地，催化剂为无毒无害的有机锌催化剂。催化剂的质量与聚乙二醇单醚的摩尔量比为(10～50)g：1mol。

具体的，步骤2)中加入端氨基硅油或端胺丙基硅油后，加热至50～60℃，反应2～4h。

所述油相表面活性剂为聚氧乙烯醚改性聚硅氧烷、脂肪酸钠、月桂基硫酸钾、聚氧乙烯醚月桂基磷酸钠、聚甘油-4异硬脂酸酯或鲸蜡基聚乙二醇中的至少一种；所述油相溶剂为正己烷、环己烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷、环己烷、正辛烷、苯或甲苯中的至少一种；促分散剂和油相溶剂质量比为0.1-5％；油相表面活性剂和油相溶剂质量比为0.1-5％。

所述水相分散相混合物包括水溶性活性物质，水相表面活性剂和水溶酸。

所述水溶性活性物质为甘油、赤藓糖醇、聚乙二醇、聚丙二醇、维甲酸、维生素B6、PCA锌、PCA钠、L-缬氨酸、覆膜酵母菌发酵产物、小核菌胶水凝胶、肌肽、蓝铜胜肽、乙酰基四肽-2、类蛇毒肽、L-肉碱、麦角硫因、甘草酸二甲或透明质酸钠中的至少一种，水溶性活性物质与水的质量比为1-20％。

所述水相表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基三甲基溴化铵中的至少一种，水相表面活性剂与水的质量比为0.5-10％。

所述水溶酸为盐酸，柠檬酸，乙酸或丁酸中的至少一种，水溶酸与水的质量比为0-10％。

所述油包水乳液法制备可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊的具体的步骤为：

在25-40℃下，将水相分散相混合物加入油相连续相混合物中剧烈搅拌，随后滴加含钛稀释溶液，此时其中含钛活性物质与水分散相中小水滴水解反应并聚集在液滴表面，滴加完毕后加热至70-80℃反应过夜后经过离心、洗涤、干燥等步骤即制得二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末。

其中，所述含钛稀释溶液中含钛活性物质为钛酸正四丁酯、酞酸正四乙酯、四氯化钛、硫酸氧钛、酞酸四异丙酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或几种混合物；优选地，钛源为酞酸正四乙酯，溶剂为八甲基环四硅氧烷，混合体积比为1:4-1:10。

本发明还提供上述制备方法制备得到的可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊。

本发明还提供该可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊的应用，将可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊混合在医疗产品或化妆品中使用，或者作为基础配方，添加辅助成分后制备成医疗制品或化妆品。

与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：

本发明设计的促分散剂由疏水的有机硅Si-O-Si主链和两端亲水的PEG链段构成，导致分散剂两端亲水段PEG在水滴中，中间段有机硅链段分散在连续相油相中。当钛酸酯在水滴中水解形成氧化钛时，部分促分散剂两端的PEG段被嵌入氧化钛粉末中，而中间的有机硅链段则游离在外侧，提高在油相的分散性。另外，加入的其他的乳化剂对促进油相中分散性也有帮助。

现有技术关于制备纳米氧化钛的技术技术复杂，且原料中常常需用到有毒有害物质，而内芯包裹物质的微胶囊粒径较大(微米级)，且形貌较差且不规则，传统方法中制备纳米氧化钛微胶囊由于水包油的制备方法以及纳米氧化钛中含有大量亲水性的Ti-OH，导致在油相中分散性差，易团聚，芯材难以释放；本技术方案中制备工艺简便，低成本高效，制备粒径可控从小于100nm到300nm，形貌圆润，粉末细腻故用于皮肤无磨砂感，且无毒无害，油分散性好，不易团聚，稳定性好。另外，内部可以包裹多种活性物质并缓慢释放，提高活性物质的药效，降低其毒性、过敏等风险，赋予更高的紫外线吸收能力、滋润、美白、杀菌、消毒等功能，满足不同需求，尤其适用于化妆品、护肤品或医药等行业。

附图说明

图1为实施例4中制备得到的二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末的扫描电镜图；

图2为实施例4中制备得到的二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末的油分散性和缓释特性的效果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊，由以下方法制备得到：

本发明上述目的通过以下技术方案实现，包括以下步骤：

(1)制备促分散剂

取10.0g(0.01mol)聚乙二醇单甲醚1000和0.22g(0.01mol)异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)置于装有50g乙酸乙酯的三口烧瓶中搅拌均匀，加热至40℃后加入0.1g有机锌催化剂搅拌反应6h后，即得反应产物IPDI-PEG。随后加入5.0g(0.005mol)端氨基硅油1000，在加热至60℃条件下反应2h后，旋蒸除去溶剂即得促分散剂PEG-Si-PEG。

(2)配制油相连续相混合物

将0.1g促分散剂和0.5g油相表面活性剂加入环己烷中，搅拌均匀后即为油相连续相。

(3)配制水相分散相混合物

将0.5g甘油，0.5g十二烷基硫酸钠和0.5g乙酸加入5.0g超纯水中，搅拌均匀后即为水相分散相。

(4)油包水乳液法制备可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊

在25℃下，将水相分散相混合物加入油相连续相混合物中以1000rpm旋转速度剧烈搅拌，随后滴加含10％酞酸四乙酯的八甲基环四硅氧烷溶液，滴加完毕后加热至70℃反应过夜后经过离心、洗涤、干燥等步骤即制得二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末。

实施例2

一种可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊，由以下方法制备得到：

本发明上述目的通过以下技术方案实现，包括以下步骤：

(1)制备促分散剂

取6.0g(0.01mol)聚乙二醇单甲醚600和0.22g(0.01mol)异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)置于装有40g乙酸丁酯的三口烧瓶中搅拌均匀，加热至45℃后加入0.05g有机锌催化剂和0.05g有机铋催化剂搅拌反应8h后，即得反应产物IPDI-PEG。随后加入10.0g(0.005mol)端氨基硅油2000，在加热至60℃条件下反应2h后，旋蒸除去溶剂即得促分散剂PEG-Si-PEG。

(2)配制油相连续相混合物

将0.2g促分散剂和0.8g油相表面活性剂加入甲苯中，搅拌均匀后即为油相连续相。

(3)配制水相分散相混合物

将1.0g赤藓糖醇，1.0g十二烷基硫酸钠和0.1g乙酸加入5.0g超纯水中，搅拌均匀后即为水相分散相。

(4)油包水乳液法制备二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末

在30℃下，将水相分散相混合物加入油相连续相混合物中以1200rpm旋转速度剧烈搅拌，随后滴加含20％酞酸四丁酯的环己烷溶液，滴加完毕后加热至80℃反应过夜后经过离心、洗涤、干燥等步骤即制得二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末。

实施例3

一种可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊，由以下方法制备得到：

本发明上述目的通过以下技术方案实现，包括以下步骤：

(1)制备促分散剂

取4.0g(0.01mol)聚乙二醇单甲醚400和0.22g(0.01mol)异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)置于装有40g乙酸丁酯的三口烧瓶中搅拌均匀，加热至50℃后加入0.05g有机铋催化剂搅拌反应7h后，即得反应产物IPDI-PEG。随后加入7.5g(0.005mol)端氨基硅油1500，在加热至55℃条件下反应4h后，旋蒸除去溶剂即得促分散剂PEG-Si-PEG。

(2)配制油相连续相混合物

将0.1g促分散剂和0.4g油相表面活性剂加入环四硅氧烷中，搅拌均匀后即为油相连续相。

(3)配制水相分散相混合物

将1.0g维生素B6，1.0g十二烷基硫酸钠和0.1g乙酸加入5.0g超纯水中，搅拌均匀后即为水相分散相。

(4)油包水乳液法制备二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末

在35℃下，将水相分散相混合物加入油相连续相混合物中以1500rpm旋转速度剧烈搅拌，随后滴加含15％酞酸四丁酯的六甲基二硅氧烷溶液，滴加完毕后加热至75℃反应过夜后经过离心、洗涤、干燥等步骤即制得二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末。

实施例4

一种可油相分散型二氧化钛纳米缓释微胶囊，由以下方法制备得到：

本发明上述目的通过以下技术方案实现，包括以下步骤：

(1)制备促分散剂

取10.0g(0.01mol)聚乙二醇单甲醚1000和0.22g(0.01mol)异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)置于装有40g乙酸乙酯的三口烧瓶中搅拌均匀，加热至60℃后加入0.10g有机锌催化剂搅拌反应8h后，即得反应产物IPDI-PEG。随后加入5.0g(0.005mol)端氨基硅油1000，在加热至55℃条件下反应4h后，旋蒸除去溶剂即得促分散剂PEG-Si-PEG。

(2)配制油相连续相混合物

将0.2g促分散剂和0.6g油相表面活性剂加入环四硅氧烷中，搅拌均匀后即为油相连续相。

(3)配制水相分散相混合物

将0.1g维甲酸，1.0g十二烷基硫酸钠和0.01g乙酸加入5.0g超纯水中，搅拌均匀后即为水相分散相。

(4)油包水乳液法制备二氧化钛缓纳米释微胶囊粉末

在35℃下，将水相分散相混合物加入油相连续相混合物中以1100rpm旋转速度剧烈搅拌，随后滴加含20％酞酸四丁酯的六甲基二硅氧烷溶液，滴加完毕后加热至80℃反应过夜后经过离心、洗涤、干燥等步骤即制得二氧化钛纳米缓释微胶囊粉末。