单一小分子乳化剂稳定双重乳液的一步乳化法研究及多级孔微球的构筑与功能化

Double emulsions are complex polydispersed systems in which both oil-in-water (O/W) and water-in-oil (W/O) emulsions coexist simultaneously. They are often prepared via a two-step process using a blend of hydrophilic and hydrophobic surfactants. However, this method is tedious and introduces possible destabilization pathways. On the basis of our preliminary work, this project aims to study the fundamental issues of one-step formation of stable double emulsions using a single small molecule surfactant, and to adjust the interconnected hierarchical structure of widely used porous microspheres prepared by the polymerization of double emulsions. By studying the effects of the structures and properties of series of ionic and nonionic surfactants on the stabilization of the double emulsions under different conditions, the universal rule of the structure and properties of a single small molecule surfactant suitable for the preparation of stable double emulsions, and the mechanism and critical factors of stabilizing double emulsions with a single molecule surfactant will be explored. Meanwhile, interconnected hierarchical porous microspheres will be constructed via one-step process by γ-irradiation polymerization of unsaturated monomers in (W1/O HIPE)/W2 double emulsions, and the size, pore diameter and structure of microspheres will be adjusted by controlling experiment conditions. Combining with other techniques, multifunctional hierarchical porous microspheres could be obtained for future applications. This project is not only expected to develop a new mechanism to stabilize double emulsions and a novel method to prepare stable double emulsions, but also provide a new and efficient method for the fabrication of hierarchical porous microspheres, which have important significance in both academic research and practical application.

双重乳液是同时具有水包油和油包水的复杂多分散体系，一般使用亲油和亲水两种乳化剂通过两步乳化制备，程序繁琐且易导致双重乳液不稳定。本项目在申请人前期工作基础上，研究单一小分子乳化剂一步乳化制备稳定双重乳液的相关基础问题，以及调控由此乳液聚合获得的有广泛应用价值的多孔微球的连通多级结构。通过研究系列化结构的乳化剂在不同条件下对双重乳液稳定性的影响，探索能够单独稳定双重乳液的小分子乳化剂应具备的分子结构与性质的普适性规律，以及单一乳化剂稳定双重乳液的机理和关键因素。同时，以含不饱和单体的(W1/O HIPE)/W2双重乳液的辐射聚合一步构建连通多级孔微球，通过控制实验条件调控微球的尺寸、孔径与结构；并结合其它技术合成具有多功能的多级孔微球。本项目的研究不仅有望发展双重乳液新的稳定机理和制备方法，而且还可以获得新型高效的多级孔微球的制备方法，无论在学术研究还是应用方面都具有重要意义。

针对双重乳液一般需要使用两种性质的乳化剂、通过两步乳化的繁琐制备过程且易导致双重乳液不稳定等问题，本项目提出用合适性质与结构的单一小分子乳化剂通过一步乳化法制备稳定的双重乳液，以解决上述问题，并调控由此双重乳液聚合获得的有广泛应用价值的多孔微球的连通多级结构。通过研究单一小分子乳化剂一步乳化制备稳定双重乳液的相关基础问题，初步确定单独稳定双重乳液的小分子乳化剂的结构和性质的基本规律。为此，我们设计合成了不同支链长度和体积的系列Y型阴离子乳化剂和非离子型乳化剂，通过研究系列化结构的乳化剂在不同条件下对双重乳液稳定性的影响，初步确定HLB值在8~10之间、且支链长度或体积合适的Y型阴离子乳化剂能够单独稳定W/O/W双重乳液，它们依靠Y型的两个亲油链段的夹角变化稳定不同曲率的两个相反的油水界面，这为今后设计能够单独稳定双重乳液的小分子乳化剂提供一定的理论指导。同时，水相的加入方式、滴加速度、滴加间隔时间、盐的加入与否、乳化剂浓度、pH值、油相极性、交联剂种类、搅拌速率及聚合方法对双重乳液的稳定及其尺寸都有影响。另外，以合适的自合成Y型阴离子乳化剂单独稳定含不饱和单体的(W1/O HIPE)/W2双重乳液，经辐射聚合一步获得不同聚合物组成的连通多级孔微球，通过控制实验条件调控微球的尺寸、孔径与结构；并结合其它技术对多级孔微球进行功能化，为将来的应用打下一定的基础。本项目的研究不仅发展了双重乳液单一乳化剂类型，而且还可以获得新型高效的多级孔微球的制备方法，无论在学术研究还是应用方面都具有重要意义。