1. 研究目的与意义
| 1. 本课题研究的背景、目的及意义 |
| 一、研究背景 1. Pickering乳液 由固体粒子稳定的乳液称为Pickering乳液。Pickering乳液在个人护理产品、食品 工业、采油和选矿等领域有广泛的应用。固体颗粒可用来稳定Pickering乳液的机理，得到广泛认可的有两种，一是固体颗粒吸附在液滴表面，机械阻隔效应阻碍了液滴之间的凝并；二是粒子与粒子以及粒了与液滴之间相互作用，形成了三维网络结构，从而有利于乳液的稳定。与传统的小分子乳化剂相比，固体粒子作为乳化剂具有以下优点：1、固体粒子毒性小；2、固体粒子的原料来源广，成本低；3、固体粒子在界面上的吸附能高，乳液稳定性好；4、Pickering乳液制备过程简单：5、功能性的固体粒子通过Pickering聚合可制各具有特定用途的复合材料。近些年来，人们研究发现，可用于Pickering乳液用固体粒子趋于多样化，如单壁碳纳米管、表面活性的人造酶粒子、氧化铈纳米颗粒、石墨烯纳米片、炭黑粒子、多壁碳纳米管／纤维素复合、黏土／疏水蛋白复合粒子等多种纳米颗粒及复合颗粒等等都可用于Pickering 乳液的制备中。 2.微凝胶 微凝胶是一种具有三维交联网状结构的胶体颗粒，由高度溶胀的交联聚合物通过共价键或其他作用力聚合而成.微凝胶具有两亲性，绝大多数的微凝胶都具有表面活性，能够提高乳化体系的稳定性。当聚合物内部的拓扑网络结构与其他吸附颗粒发生相互作用时，微凝胶颗粒会发生重排和变形，在界面形成结实的界面膜，降低油水界面的张力，从而提高乳液稳定性.但是，微凝胶的乳化特性易受到环境因素的影响，依赖于微凝胶的微观结构。早在1934年微凝胶就由Staudinger等人合成。Funke在微凝胶，特别是在反应性微凝胶方面做了大量理论和实验工作，用二乙烯基苯或乙二醇二甲基丙烯酸酯的多官能单体进行乳液聚合，制成活性微凝胶，并给出了微凝胶的定义。之后人们经过多年的探索与研究，对微凝胶及其在涂料中的功能和相互作用机理有了更深刻的认识，并把微凝胶的定义修正为凡凝胶颗粒大小在1-1000 nm之间，具有分子内交联结构的颗粒都称为微凝胶。 3. 甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和丙烯酰胺（AM） 本课题拟选择甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和丙烯酰胺（AM）为共聚单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）为单体交联剂，聚乙烯醇为分散稳定剂，偶氮二异丁氰（AIBN）为引发剂，合成微凝胶颗粒乳化剂。 甲基丙烯酸二甲氨基乙酯外观为无色或淡黄色透明液体溶解性：能与水及酯、酮、醇、醚、烃、氯代烃等多种有机溶剂互溶，有胺气味。甲基丙烯酸二甲氨乙酯呈胺碱性，分子中含有叔氨基、酯基和不饱和双键，与酸能生成盐，与氯甲烷等基化剂反应生成季铵盐。能发生酯基的水解、转酯等反应。不饱和双键能发生加成、聚合、共聚合等一系列反应。用于高分子量阳离子絮凝剂的生产，同时还用于化妆品的助剂，造纸助剂，隐形眼镜药物包覆膜的生产。在涂料、黏合剂的配方中加入DMAEMA后，可提高起亲水性、黏合性和热固体性。可改善染料、颜料的着色性能。丁苯橡胶生胶增强剂,与氯甲烷反应生成季铵盐DMC，与丙烯胺共聚制得的阳离子是性能优良的高分子絮凝剂，可用于城市及工业污水处理。日化行业用DMAEMA制备润湿剂、分散剂等、树脂添加剂。 丙烯酰胺是一种不饱和酰胺，别名AM，其单体为无色透明片状结晶，沸点125℃（3325 Pa），熔点84~85℃，能溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、氯仿，不溶于苯及庚烷中，在酸碱环境中可水解成丙烯酸。是有机合成材料的单体，生产医药、染料、涂料的中间体。丙烯酰胺单体在室温下很稳定，但当处于熔点或以上温度、氧化条件以及在紫外线的作用下很容易发生聚合反应。当加热使其溶解时，丙烯酰胺释放出强烈的腐蚀性气体和氮的氧化物类化合物。作为一种重要的化工原料，其广泛应用于饮用水净化 、城市污水、工业废水处理工序和粘合剂、纤维、药品、造纸、纺织等制造领域。丙烯酰胺属中等毒性毒物， 大量密切接触可导致亚急性中毒，更应该引起人们关注的是其慢性毒性作用，丙烯酰胺慢性中毒具有很强的致癌性和致突变性。而通过吸烟接触丙烯酰胺是丙烯酰胺慢性中毒的重要危险因素之一。 以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和丙烯酰胺（AM）为共聚单体，采用分散聚合方法，通过控制共聚单体的比例设计制备系列具有不同组成结构的微凝胶颗粒乳化剂，并对该聚合物的结构进行确认。研究在不同pH下共聚物的溶胀性能及乳化效果。 二、研究目的和意义 本课题拟选择甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和丙烯酰胺（AM）为共聚单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）为单体交联剂，聚乙烯醇为分散剂，合成微凝胶颗粒乳化剂。并研究其聚合条件，考察其结构及外部环境等对乳化行为的影响。 本课题的最终目标是实现微凝胶颗粒乳化剂在不同温度、pH环境下能够乳化效果达到最佳，溶胀效果最佳，并在将来投入到日常的医疗中，应用于生物医学领域，为人们解决一些疾病问题，如果这样的技术得到肯定和应用，将对科研工作有重要的推动作用。 |
2. 研究内容和预期目标
| 2．本课题主要研究内容和预期目标 |
| 1. 研究内容 本课题拟选择甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和丙烯酰胺（AM）为共聚单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）为单体交联剂，聚乙烯醇为分散剂，合成微凝胶颗粒乳化剂。并通过改变主要单体的配比研究不同结构的微凝胶乳化效果。制成共聚物后，改变 pH，研究外界环境对乳化效果的影响。用光散射仪测定粒径，用傅里叶红外测定共聚物的结构组成，用称重法测定微凝胶的溶胀比，用SEM观察凝胶的表面形态等。 2. 预期目标 希望在查阅大量中英文文献后，熟悉本课题的研究内容和步骤，总结出自己的实验方案，选择合适的原料，在一定的反应条件下进行聚合反应，得到不同结构的微凝胶颗粒乳化剂，然后通过各种表征方法，探索制备共聚物最佳条件，并研究外界环境改变对其乳化效果的影响。 |
3. 研究的方法与步骤
| 3．本课题拟采用的研究方法、步骤 |
| 1.实验仪器和试剂 （1）仪器：圆底烧瓶，球形冷凝管，油浴锅，温度计，傅里叶红外光谱仪（FTIR），准弹性光散射仪，扫描电子显微镜（SEM）等。 （2）试剂：甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA），丙烯酰胺（AM）等。 2.实验步骤 （1）聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）/丙烯酰胺（AM）微凝胶的合成 将一定量单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA），丙烯酰胺（AM）利用自由基方式进行聚合，通过DMAEMA等单体的加入量与加入方式等手段控制分子链中的亲疏水链段配比以获得不同结构的共聚物； （2）通过傅里叶红外、SEM、光散射仪等对共聚物的结构进行确认，并探索不同共聚单体配比、pH等因素对聚合物性能的影响。 |
4. 参考文献
| 4．本课题主要参考文献 |
| [1] Zhang X , Ren S , Han T , et al. New organic–inorganic hybrid polymers as Pickering emulsion stabilizers[J]. Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects, 2018, 542: 42-51. [2] 谢春杰. 基于Pickering乳液的聚合物复合微球制备研究[D]. 北京化工大学, 2017. [3] Liu B , Yang D , Man H , et al. A green Pickering emulsion stabilized by cellulose nanocrystals via RAFT polymerization[J]. Cellulose, 2017, 25(1):1-9. [4] Richter A , Feitosa J , Paula H , et al. Pickering emulsion stabilized by cashew gum- poly-l-lactide copolymer nanoparticles: Synthesis, characterization and amphotericin B encapsulation[J]. Colloids Surfaces B Biointerfaces, 2018, 164(1): 201-209. [5] 刘兴丽, 赵双丽, 肖乃勇, et al. 马铃薯蛋白微凝胶对皮克林乳液乳化特性的影响[J]. 轻工学报, 2019, 34(5): 1-9. [6] 孙瑞鸿, 韦雄雄, 胡晓霞, et al. 基于PNIPAM微凝胶的复合水凝胶制备及其性能研究[J]. 现代化工, 2019, 39(9):147-151.[8] Mcnamee C E, Fujii S, Yusa S, et al. The physical properties of mixed Langmuir monolayers of polystyrene particles with poly(2-hydroxyethyl methacrylate) hairs and a poly(2-hydroxyethyl methacrylate) polymer at an air/water interface[J]. Soft Matter, 2017, 13: 1583-1593. |
5. 计划与进度安排
| 5．本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容） |
| （1） 2022-2022-1学期17-20周~2022-2022-2学期第1周~第2周（2022.12.24-2022.3.10），查阅资料，准备开题报告，外文论文翻译； （2）第3周~第6周（2022.3.11-4.7），共聚物聚合行为的初步设计与实施； （3）第7周~第11周（2022.4.8-5.12），进行相关聚合物材料的表征与测试，整理数据； （4）第12周~第14周（2022.5.13-6.2），整理数据、撰写论文； （5）第15周~第16周（2022.6.3-6.16），提交实验报告、英文翻译、图表等，毕业答辩。 |
