[发明专利]温敏型非对称结构的纳米二氧化硅表面活性剂的制备方法及其应用

说明书

本发明为一种温敏型非对称结构的纳米二氧化硅表面活性剂的制备方法及其应用。该方法利用石蜡实现SiO₂纳米粒子的界面保护，在引入引发剂位点(‑Br)之前，先将3‑氨基丙基三乙氧基硅烷和2‑溴异丁酰溴反应生成带引发基团(‑Br)的硅烷偶联剂，然后在甲醇中与上述石蜡小球反应，使得BIB‑APTES水解到SiO₂表面，氯仿溶解掉石蜡即可获得非对称修饰的SiO₂引发剂。然后利用单电子转移自由基活性聚合(SET‑LRP)方法在获得的非对称SiO₂引发剂一侧枝接PNIPAM，从而获得温敏型非对称结构的纳米二氧化硅表面活性剂。本发明具有优良的机械性能、热稳定性、耐磨性，环境友好等特点。

技术领域

本发明属于功能高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种非对称结构温度响应型纳米氧化硅表面活性剂的合成方法。

背景技术

“Janus”是古罗马神话中的两面神，法国物理学家de Gennes教授最早提出用“Janus粒子”代指那些表面同时具备不同化学组成的粒子。Janus粒子因其不对称和各向异性的结构，具有独特的化学物理性质，能够实现多种功能，近年来引起学术界的广泛关注，在催化剂、功能涂层、生物医药、乳液稳定剂等领域有广阔的应用前景。

聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是目前生物应用中研究最多的温敏型聚合物，其LCST在水中表现在32℃左右。在无机纳米粒子(如纳米氧化硅粒子)表面枝接温敏型聚合物链段PNIPAM，可以实现纳米氧化硅粒子的表面功能化改性。制备温敏型非对称结构的Janus纳米氧化硅粒子的关键是制备非对称结构的SiO₂引发剂。基于Pickering乳液的界面保护法(Hong,L.；Jiang,S.；Granick,S.,Simple method to produce Janus colloidalparticles in large quantity.Langmuir 2006,22(23),9495-9499.)是制备Janus粒子的一种简便且应用广泛的方法，即利用互不相容的石蜡相和水相，高温时形成Pickering乳液，温度降低后石蜡凝固，将SiO₂纳米粒子“锁住”在石蜡小球的表面，即可进行下一步的选择性修饰，接入引发剂位点(-Br)。文献(Wu,T.；Zhang,Y.F.；Wang,X.F.；Liu,S.Y.,Fabrication of hybrid silica nanoparticles densely grafted withthermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide)brushes of controlled thicknessvia surface-initiated atom transfer radical polymerization.Chemistry ofMaterials 2008,20(1),101-109.)报道了一种在SiO₂表面引入引发剂位点(-Br)的通用的方法，即SiO₂纳米粒子表面先经过硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰，再与2-溴异丁酰溴(BIBB)反应。由于2-溴异丁酰溴极易与水发生反应，因此，该步反应一般在无水四氢呋喃中进行。而对于Janus SiO₂引发剂，制备过程涉及到表面包覆SiO₂纳米粒子的石蜡小球，而石蜡在四氢呋喃中有一定的溶解性，若使用四氢呋喃作为引入引发剂位点的溶剂，易使石蜡球表面的SiO₂纳米粒子脱落，因此无法获得具有理想非对称结构的SiO₂引发剂。