丙苯共聚物Janus微球的制备及其性能研究

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近年来,由于Janus粒子在生物传感器、表面活性剂、药物载体、微马达等诸多领域具有广泛的应用前景,从而引起了科学家的关注与研究,其中,如何制备是关键所在。虽然已经找到了多样化的合成策略,如:电喷雾、微流体、自组装、乳液聚合等,在制备多种Janus粒子方面取得了巨大进展。然而,采用廉价的原料和简单的合成方法,通过控制实验条件,精确控制聚合物Janus粒子的形貌仍然是一个挑战。另外,由于Janus粒子合成灵活、易功能化,结合其独特的空间结构,使其成为基础研究和应用开发的最佳选择。因此,本论文采用廉价与功能化的丙烯酸(酯)、苯乙烯为单体原料,选择适当的混合溶剂,设计、合成一系列形貌各异的丙苯共聚物Janus微球,并负载了无机材料,使其功能化,拓宽其应用范围。主要研究内容和结果如下:1.首先介绍了聚合物Janus的形貌、制备方法及应用领域;其次,介绍了苯丙聚合物的制备方法、应用以及丙苯共聚物Janus微球的发展。2.选择甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)以及苯乙烯(St)为共聚单体,乙醇/水溶液为溶剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过一锅两步溶剂介导自组装法,成功合成了丙苯共聚物泡芙状Janus微球(MAStP-PJ)。采用SEM、FT-IR、XRD、粒度分析仪、荧光显微镜对其结构、组成及性能进行了表征分析。然后,在MAStP-PJ上分别负载纳米Ag微粒与Fe3O4,合成Ag@MAStP-PJ微粒和Fe3O4@MAStP-PJ微粒,并研究其抗菌性能及磁性。结果表明:当第一步/第二步单体比例为2:1.5,可成功合成丙苯共聚物泡芙状Janus微球。另外,丙苯共聚物泡芙状Janus微球可作为乳化剂,且具有明显的pH响应性,并且可作为载体,负载Ag纳米粒子、磁性Fe3O4等无机材料,从而使复合材料具有抗菌活性及磁响应性。3.选用乙醇/水或异丙醇/水为溶剂,AIBN为引发剂,通过分步聚合-热组装法,将MAA、MMA、BA和St、BA分别合成聚合物链L1和L2,然后蒸发溶剂使一定比例的两种聚合物链自组装,成功合成了丙苯共聚物陶罐状Janus微球(MAStS-PJ),并对其结构、组成及性能进行了表征分析。然后,在MAStS-PJ中包封了阿莫西林,并研究其抗菌性能。结果表明:当L1:L2=1:1,溶剂为乙醇/水时,成功合成了较均匀的丙苯共聚物陶罐状Janus微球。另外,丙苯共聚物陶罐状Janus微球可作为乳化剂,其具有pH响应性,且可作为微容器,包封阿莫西林,使其具有抗菌活性。4.采用乙醇和水的混合物作为溶剂,以AIBN为引发剂,首先选择MAA、MMA共聚,然后加入St和BA,采用一锅两步溶剂诱导相分离法,通过控制聚合单体比例和醇水混合比,成功合成了碗状丙苯共聚物Janus微球(MAStB-PJ),并对其结构、组成及性能进行了表征分析。然后,在MAStB-PJ上分别负载纳米Ag微粒与Fe3O4,合成了Ag@MAStB-PJ微粒和Fe3O4@MAStB-PJ微粒,并研究其抗菌性能及磁性。结果表明:当第一步/第二步单体比例为4:3,时,成功合成了均匀的丙苯共聚物碗子状Janus微球。此外,丙苯共聚物碗状Janus微球作为乳化剂,具有明显的pH响应性,且可作为载体,负载Ag纳米粒子、Fe3O4,从而使复合材料具有抗菌活性及磁响应性。总之,本论文以廉价的丙烯酸(酯)和苯乙烯为单体原料,制备了三种形貌各异的聚合物Janus微球,其可作为乳化剂,也可作为载体,负载无机纳米粒子,有望应用于生物医学领域,并为制备功能化、智能化聚合物Janus微球提供新的策略与方法。
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