Pickering乳液在功能高分子材料研究中的应用.pdf

第32卷第6期
应用化学
Vol 32 Iss.6
2015年6月
CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY
June 2015
依 pickering乳液在功能高分子材料研究中的应用
评述
李磊张巧玲刘有智李小月魏冰
(中北大学,山西省超重力化工工程技术研究中心太原030051)
摘要功能高分子材料制备的瓶颈问题是如何解决多重材料的相容性问题,传统的物理共混技术和聚合
添加技术无法保证材料的稳定性及均一性。 Pickering乳液具有成本低、毒性小、环境友好、稳定性好、制备的
多重材料结构稳定等优点,在制备功能高分子材料的应用中越来越受到人们的重视。本文详细介绍了
Pickering乳液在功能性高分子材料制备中的应用研究进展,提出了 Pickering乳液聚合制备功能高分子材料面
临的一些问题,并结合本课题组的研究方向,对其发展前景进行了展望
关键词 Pickering乳液;功能;高分子材料; Janus粒子;分子印记
中图分类号:0648.2;0647.2
文献标识码:A
文章编号:1000-0518(2015)060611-12
DO1:10.11944/j.issn.1000518.2015,06.140435
21世纪,能源、信息和材料是新科技革命的三大支柱,特別是当前人类生活高度现代化所带来的资
源、能源、粮食和环境等问题,新材料技术显得尤为重要。随着“新材料革命”蓬勃兴起,具有传递、转换
或贮存物质、能量和信息等作用的功能高分子材料受到了世界上物理、化学、材料、能源及工程领域科学
家的广泛关注。该类材料一般指在原有力学性能基础上,还兼有化学反应活性、催化性、光敏性、导电
性、磁性、荧光性、生物相容性等功能的高分子及其复合材料,具有制备简便、耐腐蚀、质量轻、强度高、易
于分子设计等特点。纳米技术的发展是功能高分子材料的助推剂,随着纳米技术研究的深入,实现了在
分子甚至原子水平上材料的功能结构设计、复合与加工生产,使得功能高分子材料的发展更加精细化和
具体化
功能高分子材料设计的主要途径有4种:1)通过特殊加工赋予材料以功能特性,又称物理法。
2)通过分子水平的设计以获得新功能,包括结构设计和官能团设计,又称化学法。3)通过对材料进行
各种表面处理以获得新功能,又称表面加工法。4)通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料
进行复合获得新功能,又称复合法?。这些方法中复合法具有操作简便、易于エ业化生产等特点,是功
能高分子材料生产制备的主要途径,但是复合法制备过程中存在以下几个方面的问题:1)材料结构不
稳定,在加热或改变外界条件时,材料发生分解现象;2)材料结构不均匀,所制备的功能性高分子材料
大多不具有均一结构,极大影响其使用性能;3)功能结构比例过低,传统方法无法大量地在高分子材料
表面或内部负载功能性结构。因此,如何解决多重材料的相容性问题成为了功能性髙分子材料制备的
瓶颈问题。
以 Pickering乳液为模板制备功能性高分子材料可以有效解决此类间题,可制备具有特殊结构(如
空心微球、中空胶囊、核壳结构等)和性能(如热敏性、磁响应性、pH响应型)的功能性高分子材料,1996
年, Veles等首次采用 Pickering乳液制备了中空微胶囊( colloidosome),他将带电聚苯乙烯(PS)微米胶
体粒子作为水包油(O/W)体系的稳定剂,在油水界面自组装,然后去除油相物质,得到以PS胶体粒子
为壳层的中空微胶囊,引起学者们的极大的研究兴趣。国外 Nottingham大学的 Howdle?和 Warwick大
学的Bon?,国内复且大学的王海涛7]、华南理工大学的王朝阳9、南开大学赵汉英?、北京化工大
2014-12-19收稿,20150309修回,2015-0505接受
山西省自然科学基金资助项目(2012011008-2
通讯联系人:张巧玲,副教投;Tel:;Fax:0351-3921497;E-mail:346859968@q.com;研究方向:转盘反应器(SDR)强化高分子聚合
过程
612
应用化学
第32卷
学的毋伟、中国科技大学葛学武"2、西安科技大学的贺拥军?以及西北工业大学的张卫红31?等
课题组对 Pickering乳液为模板制备功能性高分子材料进行了广泛而深入的研究,得到了许多有益的结
论和方法。总结相关文献?发现,与传统乳液聚合方法相比, Pickering乳液具有一些特殊优势:1)毒
性小,固体颗粒稳定剂大多采用有机或无机纳米粒子,基本无毒害作用,可以应用于食品、化妆品等行
业;2)对环境友好,符合现代绿色化学发展方向;3)乳液稳定性好,不易受温度、pH值、盐浓度及油相
组成等因素的影响,可以适应各种聚合环境。
目前,学者们对 ickering乳液在功能性高分子材料的应用研究大部分都集中于复合微球的制备
上,但是对复合整体材料的制备研究同样不可忽视。本文主要综述和分析了近年来研究人员在 Pickering
乳液在功能高分子材料应用领域所开展的硏究和取得的进展,从制备化学反应特性材料、光活性材料、
电磁特性材料、生物特性材料和特殊机械性能材料等5个方面进行了评述,并结合本课题组研究的方
向,对其进一步发展面临的问题予以了展望。
1 Pickering乳液在化学反应特性功能高分子材料制备中的应用
1制备高分子 J anus粒子
具有不同特性的非中心对称的颗粒称为 Janus particles(JPs),是一种具有化学反应特性的材料。
JPs表面具有两种不同的形貌和化学组成,具有特殊的性质,如亲水/疏水性、极性/非极性等別。高分
子 Janus粒子既具有高分子特性又具有 Janus粒子特性,应用范围特别广泛。2007年, Suzuki等采用
Pickering乳液法制备了刺激敏感型微凝胶组成的JPs,他首先制备了聚(Ⅳ-异丙基丙烯酰胺-cの-丙烯酸)
(PNA)微凝胶,然后以PNA为稳定剂,在温度为25℃,pH值为6条件下,以十六烷(HD)/水/PNA体系
制备了JPs,该JPs表现出良好的pH响应性和温敏性,可以用作刺激响应的微致动器。2008年,Iiu
等叨以SiO2粒子稳定的水包油型 Pickering乳液作为模板,在乳液连续相进行表面引发原子转移自由
基聚合(SI-ATRP),将聚合物刷接枝到SiO2粒子外表面,破乳得到了双面修饰聚合物刷JPs,其颗粒尺寸
为微米级,可催化一些特定的反应。2010年,王朝阳等也采用类似方法制备了半修饰的 Janus粒子,
通过使用纳米Ag粒子标记聚合物刷,发现 Janus粒子只在聚合物区域吸附有纳米Ag,即呈现出了清晰
的 Janus结构,而且所得JPs十分稳定,成功解决了聚合物与SiO2粒子的相容性差的问题。
JPs制备方法通常可分为4种:控制表面成核、选择性的表面改性、模板导向的自组装和使用相分离
手段等?。 Pickering乳液模板法是近些年发展的一种新方法,制备出的JP。具有形貌稳定、分散性低、
稳定性好等特点,具有良好的发展前景,需要指出的是, Pickering乳液法制备的高分子JPs颗粒尺寸分
布较宽,在一定程度上也影响了其使用性能。
1,2制备pH响应高分子材料
所谓pH响应性高分子材料,就是可因pH值的变化而产生体积或形态改变的高分子材料,pH响应
性高分子材料具有表征灵敏、适用范围广、稳定性好等特性,受到了当今材料领域研究人员的广泛关