ITRM20130410A1 - Metodo per la preparazione di particelle micrometriche o nanometriche cave - Google Patents
Metodo per la preparazione di particelle micrometriche o nanometriche caveInfo
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“METODO PER LA PREPARAZIONE DI PARTICELLE MICROMETRICHE O NANOMETRICHE CAVE”
La presente invenzione è relativa ad un metodo per la preparazione di particelle micrometriche o nanometriche cave.
Da tempo le particelle cave di dimensioni micrometriche o nanometriche suscitano un elevato interesse industriale a causa delle loro molteplici applicazioni.
Infatti, tali particelle possono essere impiegate come trasportatori di farmaci, enzimi, proteine e geni, come agenti di contrasto nella diagnostica, come reattori nella chimica e nell’ingegneria chimica, come trasduttori e dielettrici in elettronica, e come sistemi assorbenti di suoni, ultrasuoni e microonde.
Le tecniche fino ad oggi utilizzate per la preparazione delle particelle cave prevedono la polimerizzazione in emulsione, la polimerizzazione in sospensione, l’utilizzo di precursori core-shell, l’auto assemblamento, lo spraying, l’electrospraying e la sintesi diretta con templante. Tutte queste tecniche soffrono gli svantaggi di risultare particolarmente complesse e di presentare ognuna un limite dimensionale delle particelle. Infatti, ognuna delle tecniche di cui sopra è in grado di realizzare particelle solo in uno stretto intervallo dimensionale.
Era quindi sentita l’esigenza di disporre di un metodo per la preparazione di particelle cave che fosse in grado di garantire una elevata semplicità realizzativa e che, al contempo, fosse in grado di essere applicato su particelle di differenti dimensioni e ad un ampia gamma di polimeri.
Oggetto della presente invenzione è un metodo per la preparazione di particelle micrometriche o nanometriche cave, le cui caratteristiche essenziali sono riportate nella rivendicazione 1, e le cui caratteristiche preferite e/o ausiliari sono riportate nelle rivendicazioni 2-7.
Di seguito sono riportati degli esempi realizzativi a puro titolo illustrativo e non limitativo con l’ausilio delle figure allegate, in cui:
la figura 1 illustra quattro immagini SEM delle particelle prodotte con il metodo della presente invenzione;
la figura 2 illustra una immagine SEM di particelle cave chiuse; e
la figura 3 illustra una immagine SEM di particelle con la struttura modificata a seguito della deformazione del film barriera.
ESEMPI
Il metodo secondo la presente invenzione è stato applicato separatamente su quattro tipologie di particelle di polistirene di differenti dimensioni: 50µm, 5µm, 0,5µm e 0,2µm.
Per ognuna di queste quattro tipologie di particelle è stata seguita la metodologia di seguito riportata.
In una soluzione acquosa di polivinilalcol al 5% wt/vol e comprendente il 2% wt/vol di glicerolo sono state disperse le particelle di polistirene fino ad una concentrazione pari a 0,1% wt/vol. La dispersione così ottenuta è stata disposta all’interno di un contenitore di Teflon a superficie piatta e lasciata essiccare a temperatura ambiente per 72 ore. A seguito dell’essiccamento si ottiene un film barriera di polivinalcol disposto a ricopertura delle particelle di polistirene.
Le particelle ricoperte dal film barriera sono state in seguito alloggiate all’interno di una autoclave di 0,3 litri di volume (modello BC-1, HiP Erie, US-PA) dotata di un attuatore elettromeccanico e di una elettrovalvola. Nell’autoclave è stata realizzata un’atmosfera di 14MPa e 100°C di una miscela N2/CO2quale agente espandente. Tali condizioni sono state mantenute per due ore, dopo di che la pressione all’interno dell’autoclave è stata scaricata con una velocità di 100MPa/s.
Le particelle di polistirene sono state poi recuperate mediante dissoluzione in acqua del polivinilalcol a temperatura ambiente e lavate con acqua mediante centrifugazione per cinque volte.
Le particelle cave così realizzate sono state investigate mediante le tecnologie SEM, TEM, FIB, Dual Beam SEM/FIB e STED, e si è potuto verificare che le particelle hanno riportato una cavità come illustrato in figura. In particolare, le particelle cave presentano dimensioni leggermente superiori delle particelle di partenza in seguito alla formazione, al loro interno, della cavità.
Per confronto, il medesimo trattamento è stato ripetuto su particelle di polistirene “nude”, ossia prive della copertura del film barriera. Dopo che le particelle “nude” di polistirene sono state trattate in autoclave nelle medesime condizioni sopra riportate per gli esempi dell’invenzione, si è verificato che le particelle non presentavano alcuna cavità.
È stato verificato dagli autori della presente invenzione che, modificando la composizione dell’agente espandente ed i parametri di pressione e temperatura, è possibile preparare particelle cave aperte o chiuse, ossia particelle con la cavità interna comunicante o meno con l’esterno della particella stessa.
In figura 2 è illustrata una immagine SEM in cui si rilevano delle particelle cave “aperte” e delle particelle cave “chiuse” ottenute con il metodo della presente invenzione.
Inoltre, è stato verificato che, modificando le proprietà del film barriera e/o manipolando il film barriera stesso, è possibile intervenire sulle dimensioni e sulla forma delle particelle cave realizzate.
A tale riguardo in figura 3 è riportata una immagine SEM in cui si rilevano le particelle cave che hanno assunto una struttura a “canoa” a seguito della deformazione del film barriera a elevata temperatura.
Le suddette possibilità conferiscono al metodo oggetto della presente invenzione un’elevata versatilità.
A differenza di quanto sopra riportato negli esempi, le particelle possono essere realizzate di un materiale polimerico termoplastico differente dal polistirene, e il film barriera può essere realizzato di un materiale differente dal polivinilalcol purché sia capace, a seguito della depressurizzazione, sia di permettere alle particelle di espandersi sia di mantenere all’interno delle particelle una concentrazione di agente espandente tale da permettere la formazione delle rispettive bolle.
La parte sperimentale sopra descritta prevede che l’agente espandente sia solubilizzato all’interno delle particelle dopo che le stesse sono già state ricoperte dallo film barriera. Differentemente, è possibile ricoprire le particelle con il film barriera una volta che le particelle stesse comprendano già al loro interno l’agente espandente solubilizzato. Inoltre, la formazione della bolla può avvenire non solo per depressurizzazione, ma anche per innalzamento della temperatura a partire da una soluzione polimero-gas allo stato vetroso. In altre parole, la fase di espansione dell’agente espandente può avvenire anche con tecniche differenti dalla depressurizzazione sopra descritta.
In alternativa a quanto sopra descritto, le particelle cave possono essere realizzate mediante un’estrusione di una miscela polimerica costituita dal polimero di cui si vogliono ottenere le particelle e dal polimero costituente il film barriera. I rapporti di viscosità dei due polimeri sono tali che, nelle condizioni di flusso realizzate in estrusione, si realizzi la formazione di particelle micro o nanometriche inglobate polimero costituente il film barriera. Durante l’estrusione della miscela di polimeri viene iniettato l’agente espandente provocando la solubilizzazione dello stesso nelle particelle. All’uscita dell’estrusore, a causa della variazione di pressione a cui si sottopone l’agente espandente avviene la fase di schiuma tura (fase di espansione). Successivamente, il film barriera può essere rimosso con un solvente selettivo.
Come può apparire evidente ad un tecnico del ramo, il cuore della presente invenzione consiste nella presenza di un film barriera, il quale in fase di espansione riesce a trattenere l’agente espandente all’interno delle particelle in concentrazioni tali da permettere la formazione della bolla all’interno delle particelle stesse. Come può sembrare immediato ad un tecnico del ramo, il film barriera deve essere in grado di accogliere la deformazione della particella durante l’espansione, deformandosi lui stesso.
Come evidenziato nell’esempio di confronto, in assenza di film barriera in fase di espansione, l’evoluzione dell’agente espandente verso l’esterno della particella è così veloce che non c’è possibilità per la formazione della bolla all’interno della particella. In altre parole, in assenza del film barriera, la fuoriuscita del gas è più veloce dell’instaurarsi del fenomeno di nucleazione della bolla.
Il metodo della presente invenzione ha il grande vantaggio di realizzare particelle cave senza comportare tecniche complesse, quali la sintesi di chimica, ed allo stesso tempo può essere applicato su particelle senza vincoli dimensionali.
Inoltre, mediante il metodo oggetto della presente invenzione è possibile modificare le caratteristiche dell’agente espandente e del film barriera per poter intervenire sulla conformazione e sulle dimensioni delle particelle cave da realizzare.
Infine, con il metodo oggetto della presente invenzione è possibile modificare la forma delle particelle manipolando il film barriera disposto a copertura delle particelle.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la preparazione di particelle cave di dimensioni micrometriche o nanometriche caratterizzato dal fatto di comprendere in successione una fase di solubilizzazione di un gas o di un vapore come agente espandente all’interno di particelle piene di polimero termoplastico di dimensioni micrometriche o nanometriche, e una fase di espansione dell’agente espandente per la produzione di una bolla all’interno delle dette particelle; detto metodo comprendendo, almeno prima di detta fase di espansione dell’agente espandente, una fase di ricopertura di dette particelle con un film barriera; detto film barriera essendo tale da permettere sia che le particelle in detta fase di espansione si possano dilatare all’atto della espansione sia che durante la detta fase di espansione la concentrazione di agente espandente all’interno delle particelle sia sufficiente a permettere la formazione di rispettive bolle.
- 2. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di ricopertura è precedente alla detta fase di solubilizzazione la quale è realizzata mediante condizioni di sovrappressione del gas o vapore costituente il detto agente espandente.
- 3. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta fase di espansione dell’agente espandente avviene mediante una depressurizzazione dello stesso agente espandente.
- 4. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto agente espandente è azoto o anidride carbonica o una loro miscela.
- 5. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto film barriera è realizzato in materiale polimerico solubile in acqua.
- 6. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico solubile in acqua è a base di polivinilalcol.
- 7. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che la detta fase di ricopertura comprende le operazioni di dispersione delle particelle di materiale termoplastico in una soluzione acquosa di detto polimero solubile in acqua e di essiccazione della soluzione acquosa risultante.
- 8. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di deformazione del film barriera per ottenere una deformazione delle particelle per realizzare particelle non sferiche cave.
- 9. Metodo per la preparazione di particelle cave secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che dette particelle sono prodotte contemporaneamente a detta fase di ricopertura mediante una estrusione di una miscela polimerica composta dal polimero costituente le particelle e dal polimero costituente il film barriera; detto metodo comprendendo una successive iniezione e depressurizzazioni di detto agente espandente; detto polimero costituente le particelle e detto polimero costituente il film barriera avendo tra loro un rapporto di viscosità tale che in estrusione si realizzi la formazione di particelle micro o nanometriche inglobate nel polimero costituente il film barriera.
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
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| DATABASE WPI Week 199620, Derwent World Patents Index; AN 1996-196616, XP002717221 * |
| DATABASE WPI Week 200409, Derwent World Patents Index; AN 2004-084847, XP002717220 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015004641A1 (en) | 2015-01-15 |
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