皮克林乳液法制备壳层可控胶体微胶囊

Pickering emulsion is one of the most common methods to prepare colloidosomes. However, these microcapsules templated from Pickering emulsions have a wide size distribution and complex shell structures which restrict their use as vehicles for delivery purpose. In this proposal, Pickering emulsions with narrow size distributions will be prepared by membrane emulsification and particle-packing density at the interface will be tuned by parameters such as particle concentration, particle size etc. Especially, emulsion droplets with double particle layer will be prepared via electrostatic interactions to increase the surface packing density. In the last, the particles at the emulsion droplet interface will be fixed in situ to obtain a series of colloidosomes with controlled size and shell structures which will be subsequently used for precise delivery of encapsulated cargoes. Due to the clear shell structures, the release profiles and release mechanism can thus be constructed and this will provide insightful understanding in colloidosomes for delivery purposes.

皮克林乳液法是制备胶体微胶囊最为通用的方法。但以皮克林乳液为模板制备的胶体微胶囊粒径分布宽，且壳层结构无法控制，影响包埋物的精准定量释放，制约了胶体微胶囊在控释材料研究领域的应用。针对上述问题，本项目拟采用膜乳化法制备粒径均一可控的皮克林乳液。通过胶体粒子浓度的控制形成单粒子层皮克林乳液，利用带正电荷胶体粒子与带负电荷单粒子层皮克林乳液的静电作用完成双粒子层皮克林乳液的制备，并建立胶体粒子大小及浓度、溶液条件等对胶体粒子间孔隙的调控作用。最后通过在乳液界面固定胶体粒子获得一系列粒径与壳层结构可控的胶体微胶囊，系统研究其粒径大小及壳层结构对包埋物可控释放精准度的影响，阐明相关控释机理，为皮克林乳液法制备胶体微胶囊控释材料的应用建立理论基础。

胶体微胶囊是以胶体粒子为壳层主要组成成分的一种中空微球，一般以皮克林乳液液滴为模板进行制备。近年来，胶体微胶囊的制备方法、性能调控和应用探究已经得到了越来越多的关注。胶体微胶囊特殊的界面结构、由胶体粒子赋予的组装特性和油-水界面的调控性，使得胶体微胶囊的性能调控极具挑战性。在本项研究中，我们提出了利用油-水界面的调控特性，系统研究皮克林乳液界面胶体粒子的吸附行为和吸附密度，调控壳体微胶囊的壳层结构。首先我们合成了一系列粒径和表面化学特性不同的二氧化硅胶体粒子，并利用其进行皮克林乳液的稳定。研究表明，将二氧化硅胶体粒子进行表面修饰之后，如接枝双键、环氧等基团，其可以有效地分散在油相中，并能够起到稳定油-水界面的作用。在得到稳定的乳液体系之后，我们以乳液液滴为模板制备了一系列壳层性质可控的胶体微胶囊。研究表明，当把胶体粒子分散在油相中（分散相）时，胶体粒子可以在液滴表面紧密排列，得到的微胶囊具有较高的稳定性。热分析表明，胶体微胶囊的热分解温度可达200摄氏度以上，这已经可以满足其在大多数领域的应用。将其在丙酮和乙醇中浸泡24 小时，其形貌和力学性能得到完美保持。进一步地，我们通过调控油相中光敏树脂和非成膜物溶剂的组成，可以逐步调控微胶囊壳层结构的力学性能。最后，我们设计合成了一些具有优异的力学性能的微胶囊，探究了其在热固化和光固化涂层中的应用。研究发现，胶体微胶囊的加入能够大幅降低聚合过程产生的收缩应力，这在涂料领域具有极为重要的应用价值。此外，我们还研究了胶体分散体系在功能涂层领域如防雾涂层、隔热涂层等领域的应用。