一种聚合物Janus微粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物Janus微粒及其制备方法。具体是首先采用分散聚合法制备聚苯乙烯微球为种子，然后以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为功能单体，二季戊四醇戊

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物Janus微粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种Janus微粒及其制备方法，属于高分子聚合物领域。具体是以聚苯乙烯微球为种子，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为功能单体，二季戊四醇戊
‑
/己
‑
丙烯酸(DPEPA)为交联剂，通过光引发种子乳液聚合法制备了表面带有环氧官能团的Janus微粒。该Janus微粒具有三种形貌，分别为半树莓形、鸡蛋形和纺锤形。

技术介绍

[0002]聚合物粒子的形貌控制是材料研究领域的一个热点，对功能胶体材料的制备至关重要。由于胶体材料的预期功能与其结构、形态和组成之间有密切关系，在微/纳米尺度上控制材料的结构、形貌和局部成分具有重要的科学意义(文献1.J.Yoon,et.al.Multifunctional polymer particles with distinct compartmens,J.Mater.Chem.,2011,21,8502.)。不对称粒子又可称作各向异性粒子或Janus粒子。Janus一词来源于古罗马双面神(Janus god)。在古罗马神话中，Janus神的头部前后有两幅面孔，传说它既可回顾过去又可眺望未来。1985年，Lee等通过种子乳液聚合法合成了聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯(PS/PMMA)核壳微粒，这是最早出现的具有不对称结构的聚合物类Janus微粒(文献2.I.Cho,et.al.Morphology of latex particles formed by Poly(methyl methacrylate)
‑
seeded emulsion polymerization of styrene,J.Appl.Polym.Sci.,1985,30,1903
‑
1926.)。1991年，Pierre
‑
Gilles de Gennes在诺贝尔授奖会中向科学界提出了“双面粒子”作为各向异性粒子材料的概念，用Janus命名具有两种不同甚至相反的表面特性的粒子(文献3.P.G.de Gennes,Soft matter,Rev.Mod.Phys.,1992,64,645
‑
648.)。Janus粒子各向异性的表现不仅是将不同组分整合到一个结构中以减少投料，而且还通过结构组合来促进多项功能的发展(文献4.A.Kirillova,et.al.Hybrid Janus particles:challenges and opportunities towardsthe design of active functional interfaces and surfaces,ACS Appl.Mater.Interfaces,2019,11,9643
‑
9671.)。
[0003]Janus粒子通常是通过相分离或通过均匀粒子表面功能化合成的。由于粒子需要在稳定的单分子层中进行空间选择性化学或物理改性，表面功能化技术制备的Janus粒子数量有限，而基于相分离机制的制备则被广泛应用(文献5.H.Yabu,Fabrication of nanostructured composite microspheresbased on the self
‑
assembly of polymers and functional nanomaterials,Part.Part.Syst.Char.,2019,36,1900178)。近年来，Janus粒子的合成方法和应用研究得到了迅猛发展。常见的制备方法包括种子乳液聚合法、种子分散聚合法、相分离法、微流体合成法及自组装法等。由于Janus粒子的组成和形态高度依赖前驱体之间的相互作用，不同的制备方法形成的Janus粒子具有形态多样性，其中具有代表性的有哑铃状、雪人状、半树莓状、蘑菇状和碗状等(文献6.周婉蓉等.Janus粒子的制备及功能化应用,化学进展,2018,30,1601
‑
1614.)。E.Dehghani等以聚羟乙基丙烯酸甲酯(PHEMA)为种子甲基丙烯酸(MAA)为单体，通过种子乳液聚合法制备了花椰菜状、哑铃状的Janus微粒(文献7.E.Dehghani,et.al.Fabricating cauliflower
‑
like and dumbbell
‑
like Janus particles:Loading andsimultaneous release of DOX and ibuprofen,Colloid.Surface.B,2019,173,155
‑
163.)。S.Ghosh等利用微流控合成法制备了微米级雪人状聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)Janus水凝胶颗粒(文献8.S.Ghosh,et.al.Microfluidic production of snowman
‑
shaped Janus hydrogel particles,Colloid.Surface.A,2019,573,205
‑
210.)。一般而言，Janus粒子表面具有不同的形貌或官能团，从而具有不同的理化性质。在微/纳米尺度上具有非对称异质结构的Janus粒子提供了独特的物理和化学性质，这在对称或均匀的结构中很难实现。由此Janus粒子在应用上具有广阔的前景(文献9.X.Zhang,et.al.Janus nanoparticles:From fabrication to(bio)applications,ACS Nano,2021,15,6147
‑
6191.)。

技术实现思路

[0004]本专利技术涉及一种聚合物Janus微粒及其制备方法。以聚苯乙烯微球为种子，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为功能单体，二季戊四醇戊
‑
/己
‑
丙烯酸(DPEPA)为交联剂，通过光引发种子乳液聚合法制备了具有半树莓形、鸡蛋形和纺锤形的Janus微粒。
[0005]该Janus微粒具体制备过程包括如下步骤：
[0006](1)分散聚合法制备聚苯乙烯种子微球：将0.2～0.3g偶氮二异丁腈(AIBN)，1～2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、90～100mL乙醇和5～10mL水加入250mL单口圆底烧瓶中，超声20～30min至固体完全溶解；向其中加入20～30mL苯乙烯，在60～80℃下，以100～200rpm的转速，机械搅拌20～24h；反应结束用100～200mL乙醇洗涤3～4次，将产物保存至0.2％(w％)十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中。
[0007](2)种子乳液聚合法制备Janus微粒：将70～90mg上述制备的聚苯乙烯种子加入100mL石英锥形瓶中，在光照恒温摇床中室温下以200～250rpm的转速震荡30～60min；另取9～10mL的0.2％SDS和5％(w％)聚乙烯醇(PVA)混合水溶液于25mL烧杯中，向其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物Janus微粒，其是以聚苯乙烯微球为种子，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为功能单体，具有多个丙烯酸酸酯官能团的二季戊四醇戊
‑
/己
‑
丙烯酸(DPEPA)为交联剂，通过光引发种子乳液聚合法制备了表面带有环氧官能团的Janus微粒。2.一种权利要求1所述微粒的制备方法，其特征在于：其是以聚苯乙烯微球为种子，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为功能单体，具有多个丙烯酸酸酯官能团的二季戊四醇戊
‑
/己
‑
丙烯酸(DPEPA)为交联剂，通过光引发种子乳液聚合法制备了表面带有环氧官能团的Janus微粒。3.根据权利要求2所述微粒的制备方法，其特征在于：该聚合物Janus微粒可按如下步骤操作，(1)分散聚合法制备聚苯乙烯种子微球：将0.2～0.3g偶氮二异丁腈(AIBN)，1～2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、90～100mL乙醇和5～10mL水加入容器中，超声(优选20～30min)至固体完全溶解；向其中加入20～30mL苯乙烯，在60～80℃下，(优选以100～200rpm的转速)机械搅拌20～24h；反应结束用(优选100～200mL)乙醇洗涤(优选3～4次)，得产物，将产物保存至0.1％～0.2％(w％)十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中(0.1～0.4g/L)；(2)种子乳液聚合法制备Janus微粒：将70～90mg上述制备的聚苯乙烯种子(0.1～0.4g/L)加入透明容器中，在光照恒温摇床中室温下以200～250rpm的转速震荡30～60min；另取9～10mL的0.1％～0.2％十二烷基硫酸钠(SDS)和3％～5％(w％)聚乙烯醇(PVA)混合水溶液，向...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧俊杰，孙传盛，贾世聪，叶明亮，
申请(专利权)人：威高集团有限公司，
类型：发明
国别省市：