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界面合成Janus复合颗粒及其性能研究

石思宇  
【摘要】:Janus粒子具有组成和结构的非对称性,在界面催化、功能表面活性剂、高性能复合材料和微米马达等领域引起关注。除了组成,结构与形貌对于Janus材料性能也具有重要影响。本论文基于乳液界面制备了新型水母状Janus笼,基于固体颗粒表面制备了环境敏感型Janus纳米片。具体内容如下:1.通过两步乳液界面聚合制备了新型水母状PAA-PS@PAM Janus笼。在第一步聚合反应中,单体苯乙烯(St)在石蜡液滴内聚合诱导相分离,由于Pickering效应在乳液界面形成交联聚苯乙烯(PS)半球。在此聚合过程中加入水溶性单体丙烯酰胺(AM),使得PS半球外露在水相一侧形成亲水聚丙烯酰胺(PAM)。在石蜡液滴内形成的PS@PAM半球充当水母状Janus笼的“头部”。在第二步聚合中,石蜡液滴中单体与水溶性单体如丙烯酸(AA)在乳液界面共聚,形成双层壳层作为水母状Janus笼的“腹部”。Janus笼的内外表面具有不同化学组成,外表面同样具有严格化学分区,具有双重Janus特性。Janus笼的“头部”和“腹部”以化学键连接,保证其稳定性。2.Janus笼的合成分步进行,意味着方法具有普适性。通过改变聚合所用单体种类,制备了两种功能Janus笼。1)聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(POEGMA)-PS@PAA Janus笼,“头部”外侧含有PAA,因此在pH值大于4.26时,Janus笼的“头部”外侧带负电,可带动Janus笼吸附到带有正电的乳液界面;可通过调节体系pH值实现Janus笼从石蜡液滴表面脱离。2)POEGMA-(PS/PVBC)@PEO Janus笼,Janus笼内部含油4-氯甲基苯乙烯(VBC)聚合物,引发自由基聚合接枝功能高分子PAA,并原位生长金属Pt颗粒。负载了Pt纳米粒子的Janus笼可作为自驱动微米马达,在较高浓度过氧化氢溶液中表现出自驱动行为。3.以碳酸钙颗粒为模板,在表面组装具有端羧基的单体10,12-二十五碳二炔酸(PCDA)形成单分子膜,紫外照射发生1,4-加成聚合得到聚丁二炔polyPCDA薄膜。去除模板,即得到单层Janus纳米片,一侧为羧基,一侧为烷烃。该纳米片由于其独特的聚丁二炔结构,在环境刺激下(如pH)可实现颜色转变,可用来检测微弱pH。


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