[发明专利]以混合壳粒子为模板制备小尺寸聚合物Janus粒子的方法

说明书

本发明公开了一种以混合壳粒子为模板制备小尺寸聚合物Janus粒子的方法。本发明通过共价交联混合壳中的可交联嵌段获得补丁粒子；在解离补丁粒子并回收嵌段共聚物后，获得具有明确分区结构的小尺寸Janus粒子，即实现对Janus纳米粒子形貌的精确调控；所获得的小尺寸Janus粒子的形貌为：以共价交联的纳米凝胶为头部，头部的一侧接枝数根线性分子链尾部；共价交联核两侧分别接枝数根不同线性分子链；该Janus功能粒子具有良好的两亲性、pH响应性、温度响应性和结构稳定性，不受酸碱、温度和各类溶剂溶剂化影响。用于混合壳模板的嵌段共聚物易于回收，解决传统Janus模板不能回收再利用的难题，节省制备成本。

技术领域

本发明属于纳米材料科技水域，具体涉及一种制备小尺寸聚合物Janus纳米粒子的方法。

背景技术

聚合物Janus粒子是材料科学中一类重要研究领域，在生物医药、多相催化、乳液稳定、共混体系增溶等领域具有重要的应用价值。尽管现有研究已开发了各种嵌段共聚物组装方法、非对称修饰法、聚合物共沉淀相分离法等一系列制备聚合物Janus粒子的方法，并构筑了棒状、碟状、雪人状、蝌蚪状等一系列形貌的聚合物Janus粒子，然而这些方法仍然难以同时满足对聚合物Janus粒子明确分区结构精准构筑、形貌精准调节和高效制备这三大挑战。特别地，当Janus粒子尺寸减小到较小的纳米尺寸 (例如：10nm) 时，对粒子表面明确分区结构的精确构筑就更为困难。具有明确分区结构的Janus粒子的制备工艺通常包含多个子步骤。在每个子步骤后，大都需要进一步的纯化过程。如此复杂的制备工艺难以实现高效和规模化制备。此外，现有工作中Janus粒子精准的形貌调控也仅限于对其结构参数的微调。使用单一Janus粒子制备方法难以实现各类不同形貌Janus粒子的制备，且也未见相关报道。因此，如果通过简单制备工艺实现具有明确分区结构的聚合物Janus粒子高效制备，并同时实现不同形貌的Janus粒子的构筑是本领域亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、且能对Janus纳米粒子形貌精确调控的小尺寸聚合物Janus纳米粒子的制备方法。

本发明基于对混合壳粒子中链构像转变的认识，提出以混合壳粒子为模板制备小尺寸聚合物Janus粒子的方法；该方法通过共价交联混合壳中的可交联嵌段获得补丁粒子；在解离补丁粒子并回收嵌段共聚物后，获得具有明确分区结构的小尺寸Janus粒子，即实现对Janus纳米粒子形貌的精确调控；所获得的小尺寸Janus粒子的形貌为： (I)以共价交联的纳米凝胶为头部，头部的一侧接枝数根线性分子链尾部； (II)共价交联核两侧分别接枝数根不同线性分子链。得到的Janus粒子结构稳定，在各类溶剂中均不发生解离或形貌转变。

本发明提出的以混合壳粒子为模板制备小尺寸聚合物Janus粒子的方法，具体步骤如下：

(1) 将两种嵌段共聚物溶解于良溶剂中，逐滴加入成核嵌段劣溶剂，获得混合壳粒子；

(2) 在混合壳粒子分散液中通过共价交联 (如：光交联或加入交联剂) 混合壳中可交联链段，获得球形补丁粒子分散液；

(3)加入良溶剂解离补丁粒子并分步沉降分离，分别获得小尺寸Janus粒子粉末和用于制备混合壳模板的嵌段共聚物粉末；

(4)把 Janus粒子分散在良溶剂中，获得Janus粒子分散液；

(5) 在Janus粒子的共价交联结构中，通过金属离子与交联结构中官能团配位作用进行富集；通过加入还原剂，原位还原金属离子富集区域的金属离子，获得金属粒子位于小尺寸Janus粒子确定区域的Janus杂化粒子。

进一步地：

本发明步骤 (1)中，所述嵌段共聚物的浓度为0.01-10 g/L。优选浓度为1-10 g/L。