可控乳液制备新进展:聚合物两亲性调控构筑高内相乳液

13 smll201501396-gra-0001-m高内相乳液是一种分散相体积分数超过74%的特殊的乳液分散体系,长期以来在食品、化妆品、石油等行业具有广泛的应用,并因其可作为大孔材料的制备模板而在新材料设计方面具有重要的应用价值。相比于传统乳液,高内相乳液对于乳化剂的选用有着更高的要求。小分子表面活性剂和固体颗粒稳定剂都可以用来稳定高内相乳液。然而,前者需要使用较高的加入量(通常为连续相的20 wt.%),而后者必须严格控制颗粒的尺寸大小和表面亲疏水等性质。此外,通过上述方法所得的高内相乳液经固化以后,使用小分子表面活性剂时多为内部相互贯穿的开孔结构,而使用固体颗粒稳定剂时多为内部隔开的闭孔结构,这些都在一定程度上限制了高内相乳液的应用。

 

两亲性聚合物同样具有稳定油水界面的表面活性。合理的两亲性程度对高内相乳液的稳定性起着至关重要的作用。过于疏水或过于亲水的结构都不容易稳定界面,不利于高内相乳液的形成。近日,中国人民大学化学系王亚培课题组提出了一种基于聚合物两亲性调控来实现油包水(W/O)高内相乳液制备的新手段。他们向含有吡啶环的嵌段高分子共聚物PS-b-P4VP中加入有机质子酸。随着有机酸的逐步增加,吡啶环与有机酸通过氢键作用相结合,P4VP段分子的极性将会不断增强,从而实现对整条聚合物链分子的两亲性精确调控。实验结果表明,当使用三氟乙酸作为两亲性调节剂,使聚合物与三氟乙酸摩尔比为1:0.2时,可以制备得到非常稳定的高内相乳液。当使用较少量的三氟乙酸时(1:0.05)时,会得到分层的W/O乳液,而过量的三氟乙酸(1:1)则会导致乳液的相反转,得到W/O/W复乳液。更重要的是,该方法并不需要加入大量聚合物:仅需1 wt.%,便可得到内相体积分数为80%的乳液,而使用4 wt.%时,更能得到内相体积分数高达95%的高内相乳液。相关实验结果发表在Small上。

 

在进一步的研究中,他们使用该高内相乳液为模板,通过光聚合方式得到了丙烯酸酯树脂多孔材料。与小分子表面活性剂和固体颗粒稳定剂不同,使用这种两亲性聚合物时,仅仅通过改变油水比例便可以轻松控制内孔的开闭。针对开孔材料所具有的内部孔结构相互贯通的特点,他们在孔的表面上聚合了具有近红外光热转换效应的聚吡咯纳米颗粒,然后尝试将该材料用作细菌过滤器,取得了非常明显的滤菌和杀菌效果。

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