温敏改性纳米SiO2复合物的制备及其在Pickering乳液中的应用

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温敏聚合物由于具有可逆的温敏智能响应,在许多领域有着广泛的应用,如药物提取、药物控制释放、酶活性的控制和生物科技等,但有机物较差的机械性能限制了其的使用。有机/无机复合材料由于优良的机械性能、热稳定性、耐磨性及生物降解性已经引起了工业界和学术界的极大兴趣。在有机/无机复合材料的研究中,聚合物/二氧化硅复合材料在最近几年倍受关注。聚合物/二氧化硅复合材料的制备方法通常有以下几种,表面引发原子转移自由基聚合、溶胶-凝胶法和乳液聚合法等。然而,这些方法存在诸如合成步骤繁琐、合成过程较难控制等问题,其中最重要的是制备过程中的溶剂对环境的危害。为了克服这些缺点,本论文采用两种简单且环境友好的方法制备了温敏性纳米SiO2复合材料,并将其作为固体颗粒乳化剂应用于Pickering乳液中。主要内容如下:1.单分散温敏性纳米SiO2/PNIPAAm复合微球的合成与表征通过分子设计原理,采用一种简单且环境友好的方法制备了单分散纳米SiO2/PNIPAAm复合微球,考察了反应物的摩尔比、反应温度、反应时间、引发剂用量对所合成样品的温敏性能的影响(通过水接触角来表征),得出了优化的制备工艺条件;对优化条件下得到的样品进行了付立叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征,利用动态光散射(DLS)进一步验证了样品的温敏性能。结果表明,所合成的样品为单分散的球形颗粒,具有很好的温敏性能,临界溶解温度为为304K。2.聚醚改性温敏纳米SiO2复合物的合成与表征以有机硅非离子表面活性剂为农面改性剂通过水解反应直接合成了聚醚改性温敏纳米SiO2复合物,通过村不同工艺条件合成样品水接触角的考察,确定了优化条件;FT-IR、TEM、XPS表征结果表明聚醚成功接枝在纳米SiO2表面;水接触角和DLS测试结果表明聚醚改性温敏纳米SiO2复合物的临界溶解温度(LCST)与改性剂的浊点相一致。这项工作的开展为温敏复合物的合成提供了一条新的思路。3.温敏SiO2复合材料在Pickering乳液中的应用与传统乳液相比, Pickering乳液具有以下优点:(1)乳化剂用量减少,成本降低;(2)固体颗粒的毒性小;(3)能够形成热力学稳定的乳液,外界环境对其影响较小;(4)安全环保,对环境无污染。因此被广泛应用于在矿物浮选、润湿控制、原油乳化以及稳定乳液和气泡等领域。以自制的温敏SiO2复合物为乳化剂、以液体石蜡为油相来制备Pickering乳液,考察了乳化剂、水和液体石蜡用量、加料顺序及无机盐的加入对乳液性能的影响。通过分层稳定性、聚结稳定性、光学显微镜观察、粒度分析、粘度对乳液性能进行了全而的分析,得出了优化的制备条件并观察了20℃和60℃乳液随温度的变化情况。结果表明:(1)以单分散温敏性纳米SiO2/PNIPAAm复合微球为乳化剂随固体颗粒用量增加,乳液粒径减小,粘度增加,稳定性增加;随油相用量增加,乳液粒径略有增大,粘度增加,稳定性增加;加料顺序不同,乳液粒径与粘度也不相同,先将样品超声分散在水中,再加入石蜡形成的乳液粒径大、粘度小,而将样品先超声分散在石蜡中,再加入水形成的乳液粒径小、粘度大,乳液稳定性强。NaCl的加入促进了颗粒在油/水界面的吸附,网络结构的形成使乳液粒径变小,油水界面膜强度增大,乳状液粘度增大,稳定性增加。(2)以聚醚改性温敏纳米SiO2复合物为乳化剂固体颗粒用量增加,乳液粒径减小,粘度增大,乳液稳定性增加;水用量增加,乳液粒径明显增大,粘度减小,乳液稳定性变差;加料顺序和液体石蜡用量对乳液粒径基本没有影响,但对乳液粘度有影响,先加水相再加油相形成的乳液粘度较大,稳定性较好。NaCl的加入提高了乳液的聚结稳定性和分层稳定性,这是因为NaCl的加入促进了固体颗粒乳化剂在油/水界面的吸附和界面上网络结构的形成,从而促进了乳液稳定性的增加。NaCl浓度改变对乳液粒径和粘度没有影响。以两种温敏SiO2复合物为乳化剂形成的Pickering乳液,当温度超过临界溶解温度时,并没有出现相转变现象,而是在温度升高时乳液的分层稳定性降低,可能是由于复合物上接枝的聚合物的量较少。
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