乳液界面法制备Janus纳米复合材料

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Janus材料因其独特的非对称性化学组成和结构,在诸多对材料功能性要求较高领域具有广阔的应用前景,是化学及材料科学领域的研究热点。如何以简单高效的方法来调控Janus材料的组成与形貌,并实现材料的多功能化和纳米化调控,是Janus材料研究中的热点问题。模板法、多项成核法、共沉淀法、微流体法或Pickering乳液法是常用的Janus材料制备方法。然而,复杂的工艺流程限制了Janus材料的制备与研究,因此,一种简单有效的通过一步反应得到Janus材料的方法显得极有意义。基于此,本论文提出基于乳液界面改性的方法,结合表面活性剂在乳液界面的自取向,发展出制备Janus材料普适性方法,并实现材料在化学组成、微结构和功能化等方面调控,使Janus材料具有外场响应特性,极大拓展了Janus材料的应用领域,主要内容如下:  1.聚(苯乙烯-丙烯酸)共聚物做乳化剂,高分子乳化剂在乳液界面会发生自取向,亲水基团伸向水相,亲油基团伸向油相。使用四乙烯五胺为交联剂,与伸向水相的亲水基团发生交联反应,在将乳液界面的乳化剂交联成膜,使高分子的自取向结构得以保持,得到一侧亲水,一侧疏水的Janus纳米片。Janus片具有良好的乳化性能和pH响应性,亲水侧的可以诱导生长二氧化钛,银颗粒、四氧化三铁等无机物,使其具有催化或磁响应功能。本方法普适性好,可以通过调节高分子乳化剂或交联剂的种类、复合多种功能性的物质,从而拓展Janus复合纳米片的组成和功能。  2.将氨基改性的SiO2 NPs固定在石蜡颗粒表面,有针对性的对颗粒一侧进行疏水改性或刻蚀,从而得到两侧化学性质或结构不同的Janus颗粒。颗粒作为固体乳化剂具有高效的乳化效果。该方法操作简单,可以制备不同功能或形貌的Janus纳米级颗粒。  3.使用嵌段高分子乳化剂聚苯乙烯-聚丙烯酸嵌段共聚物(PS-b-PAA)乳化石蜡后,高分子亲水链伸向水相,亲油链段伸向石蜡,在水中加入氨基改性的二氧化硅纳米颗粒(SiO2 NPs),颗粒作为交联点将水相侧的PAA链段交联在一起,水相中再加入PEO-b-PAA与外层SiO2 NPs进一步反应,去掉石蜡后和未交联的PS-b-PAA后,便得到外侧为PEO层亲水、内侧为PS层亲油的PS-SiO2-PEO Janus复合中空笼。中空笼具有良好的吸油性能,本文进一步研究了Janus复合中空笼的pH响应性及其对油相的选择性吸附能力。实现了Janus笼对油相的选择性装载和可控释放。进一步调节高分子乳化剂PS-b-PAA和交联用氨基改性SiO2 NPs的使用量,可以得到一侧亲水,一侧亲油的Janus片或Janus颗粒。方法操作简单,一种方法可以得到多种Jansu复合材料,从而极大简化了Janus复合材料制备工艺。
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