双亲性环交联型聚膦腈微粒的制备及其稳定Pickering乳液的研究

The project plans to design and prepare a series of amphiphilic organic-inorganic hybrid polymer particulates based on cyclomatrix-type polyphosphazenes. The structure, morphology, and surface properties (e.g., wettability, contact angle, surface tension, etc.) of particulates will be effectively regulated and controlled by adjusting comonomer types and reaction conditions. The amphiphilicity and responsiveness of environmental stimuli (e.g., pH, salinity, temperature, radiation, etc.) will be further regulated by the surface chemical modification of particulates using the reactive groups (e.g., hydroxyl and amino) existing on particulate surface. The particulates will be employed as model particulate emulsifiers to study the relationship of the different morphologies (e.g., sphere, rod, nanotube, bowl, nanosheet, etc.) of particulates with emulsifying performance. The effect of environmental stimuli, particulate concentration, initial dispersion phase of particulates, oil phase type, oil/water volume ratio, and emulsification conditions on emulsifying performance, emulsion stability, emulsion type, emulsion droplet morphology, and the location of particulates at oil-water interface will be investigated. The emulsifying mechanism of the particulates will also be explored. In addition, a novel bicolored Janus fluorescent particle will be prepared via a Pickering emulsion route based on the remarkable adsorbability of the cyclomatrix-type polyphosphazene particulates to various fluorescent dyes. The project will expand the functionalization and application of polyphosphazenes in colloid and interface chemistry field.

本项目拟设计并制备一系列基于环交联型聚膦腈的双亲性有机-无机杂化聚合物微粒；通过调节共聚单体种类和反应条件，实现对微粒的化学结构、形态及表面性质（如润湿性、接触角、表面张力等）的有效调控；借助微粒表面所具有的羟基、氨基等反应活性基团，对微粒表面进行化学修饰，进一步调节其双亲性和环境刺激（如pH值、盐度、温度、光照等）响应性。以此类微粒为模型颗粒乳化剂，研究粒子的不同形态（如球形、棒状、纳米管、碗形、纳米片等）与乳化性能之间的关系；考察外界刺激、粒子浓度、粒子初始存在相、油相极性、油水体积比、乳化方式等因素对乳化性能、乳液稳定性、乳状液类型、乳滴形态、以及微粒在油水界面的分布等的影响；探究微粒稳定两相界面的作用机制。并基于此类微粒对有机荧光染料良好的吸附特性，以Pickering乳液为模板制备一类新颖的双色Janus荧光功能微粒。拓展聚膦腈材料在胶体与界面化学领域的功能化和应用。

Pickering乳液是由胶体粒子稳定油/水界面所形成的乳液，颗粒乳化剂经历了从无机“硬”颗粒到有机“软”颗粒的发展历程。然而，有机聚合物微粒相比无机粒子，其化学稳定性、热稳定性和尺寸稳定性等存在不足。环交联型聚膦腈微粒是六氯环三膦腈（HCCP）与多官能度有机单体通过缩聚反应制备的一类交联有机-无机杂化聚合物胶体粒子。其具有良好的化学结构、形态、表面性质可调节性，以及优异的稳定性和简单温和的制备方法，有望成为一类新颖的功能颗粒乳化剂，以及研究颗粒形态与乳化性能之间关系的理想新模型。. 本项目利用HCCP与4,4'-二羟基二苯砜、间苯三酚、4,4'-（9-芴）二苯酚、2,2'-双-（4-羟苯基）六氟丙烷、茜素紫等单体，通过简单、快速且温和的一步缩聚反应制备了一类基于环交联型聚膦腈的双亲性胶体粒子，并对其化学结构、形貌、表面性质等进行了系统表征。通过调节第二单体的种类和反应条件（单体投料比、搅拌方式、温度、缚酸剂种类和用量等），实现了对微粒的化学结构、形态及表面性质的调控。利用表面磺化改性（化学途径）、酸碱相互作用（物理途径）对微粒表面进行修饰，进一步调节了其双亲性及赋予pH响应性。以所获得的聚合物微粒为颗粒乳化剂，研究了其稳定Pickering乳液的性能，建立了微粒的形态（微球、纳米棒、纳米纤维）与其乳化性能之间的关系，获得了pH值、盐度、粒子浓度、油相极性大小、油水体积比、乳化方式等因素对乳液类型和稳定性的影响规律。此外，尝试利用疏水性环交联型聚膦腈微粒稳定气-液界面制备了液体弹珠，探究了其作为微反应器的性能。在此基础上利用有机染料对疏水性聚膦腈微粒进行表面修饰，再用其稳定气-液界面制备液体弹珠，然后通过机械力作用简便制备了双色Janus荧光功能液体弹珠，为通过胶体粒子在界面组装制备Janus材料提供了另一条可行的途径。通过本项目研究，获得了一类新颖的有机-无机杂化聚合物颗粒乳化/稳定剂，同时为拓展环交联型聚膦腈微粒的表面、界面功能化和应用提供了实验基础和依据。