具有两亲性及磁性的纳米颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及材料领域，尤其涉及具有两亲性及磁性的纳米颗粒及其制备方法。所述具有两亲性及磁性的纳米颗粒，以磁性颗粒为核，所述磁性颗粒表面两端分别为疏水区域及亲水区域，所述疏水区域连接有苯基，所述亲水区域连接有聚乙二醇基团。在制备所述具有两亲性及磁性的纳米颗粒过程中，本发明专利技术首先利用氨基修饰的磁性颗粒与苯甲醛形成动态的席夫碱键，增加颗粒在Pickering乳液界面的脱附能，抑制颗粒转动，使其以单颗粒层排布于乳液界面，获得稳定的Pickering乳液；然后通过分区化学改性，制备得到具有两亲性和磁性的纳米颗粒。

Amphiphilic and magnetic nanoparticles and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
具有两亲性及磁性的纳米颗粒及其制备方法
本专利技术涉及材料领域，尤其涉及具有两亲性及磁性的纳米颗粒及其制备方法。
技术介绍
两亲性材料可有效降低油/水界面能，从而提升乳液稳定性，在石油开采、食品加工、药物控释、污水/污泥处理等领域具有重要应用。Janus纳米颗粒是一种具有两亲性的固体乳化剂，它在油水界面的表面活性比均质纳米颗粒粒子高出3倍，且比小分子表面活性剂、高分子表面活性剂具有更高的界面稳定性，是一种优异新型两亲性材料。目前，制备Janus纳米颗粒的主要方法有：嵌段共聚物的自组装法(R.Erhardt,M.Zhang,A.H.Zettl,C.Abetz,P.Frederik,G.Krausch,V.Abetz,A.H.E.Müller.J.Am.Chem.Soc.2003,125,3260-3267.)、微流体法(Z.Nie,W.Li,M.Seo,S.Xu,E.Kmacheva.JAm.Chem.Soc.2006,128,9408-9412.)、Pickering乳液辅助表面修饰法(L.Hong,S.Jiang,S.Granick.Langmuir.2006,22,9495-9499.)和表面成核法(S.Reculusa,C.Poncet-Legrand,A.Perro,E.Duguet,E.Bourgeat-Lami,C.Mingotaud,S.Ravaine.Chem.Mater.2005,17,3338-3344.)等。其中，Pickering乳液辅助表面修饰法是通过水/石蜡构筑的三维曲面对均质纳米颗粒进行分区保护，进而对颗粒进行分区改性得到Janus纳米颗粒。这一技术的核心在于，形成由纳米颗粒/水/石蜡构成的稳定Pickering乳液。然而，对于界面吸附能较低的纳米颗粒，如磁性颗粒，其Pickering乳液稳定性低，且粒子在界面易发生旋转，致使纳米颗粒的分区改性难以精确调控，进而影响Janus纳米颗粒的两亲性质。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒及其制备方法，在制备过程中，可形成稳定的Pickering乳液，通过Pickering乳液保护法制备分区精确的具有两亲性及磁性的纳米颗粒。本专利技术提供了一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒，以磁性颗粒为核，所述磁性颗粒表面两端分别为疏水区域及亲水区域，所述疏水区域连接有苯基，所述亲水区域连接有聚乙二醇基团。优选地，所述磁性颗粒以四氧化三铁为核心，所述四氧化三铁的表面包覆一层二氧化硅。优选地，所述具有两亲性及磁性的纳米颗粒的粒径为50nm-5μm。优选地，所述聚乙二醇基团的分子量为1000-10000。本专利技术提供了一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(S1)利用带有氨基的硅烷偶联剂对磁性颗粒表面进行改性处理，得到带有氨基基团的磁性颗粒；(S2)将所述带有氨基基团的磁性颗粒与苯甲醛在水中混合，使苯基以席夫碱键连接于所述磁性颗粒表面，然后加入石蜡，形成水包油状的Pickering乳液；(S3)调节所述Pickering乳液的pH值至4～5，洗涤去除苯甲醛，然后加入端基为醛基的聚乙二醇进行反应，加入还原剂，还原水相中的席夫碱键；(S4)去除石蜡，加入还原剂，还原油相中的席夫碱键，得到具有两亲性及磁性的纳米颗粒；所述具有两亲性及磁性的纳米颗粒以磁性颗粒为核，所述磁性颗粒表面两端分别为疏水区域及亲水区域，所述疏水区域连接有苯基，所述亲水区域连接有聚乙二醇基团。优选地，所述磁性颗粒的制备方法为：(S1-1)通过水热法合成四氧化三铁颗粒；(S1-2)将所述四氧化三铁颗粒与四乙氧基硅烷发生凝胶-溶胶反应，得到磁性颗粒，所述磁性颗粒以四氧化三铁为核心，所述四氧化三铁表面包覆一层二氧化硅。优选地，所述步骤(S2)中，所述带有氨基基团的磁性颗粒与苯甲醛的质量比约为1:0.5～1:2。优选地，所述步骤(S3)中，端基为醛基的聚乙二醇的添加量为所述磁性颗粒质量的20％～30％。优选地，所述步骤(S2)中，加入石蜡后，加热至60～80℃，剪切乳化2～5分钟，形成水包油状的Pickering乳液，继续恒温保持8～10小时。优选地，所述步骤(S3)中，所述反应在室温下进行8小时。与现有技术相比，本专利技术的具有两亲性及磁性的纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(S1)利用带有氨基的硅烷偶联剂对磁性颗粒表面进行改性处理，得到带有氨基基团的磁性颗粒；(S2)将所述带有氨基基团的磁性颗粒与苯甲醛在水中混合，使苯基以席夫碱键连接于所述磁性颗粒表面，然后加入石蜡，形成水包油状的Pickering乳液；(S3)调节所述Pickering乳液的pH值至4～5，洗涤去除苯甲醛，然后加入端基为醛基的聚乙二醇进行反应，加入还原剂，还原水相中的席夫碱键；(S4)去除石蜡，加入还原剂，还原油相中的席夫碱键，得到具有两亲性及磁性的纳米颗粒。在制备所述具有两亲性及磁性的纳米颗粒过程中，本专利技术首先利用氨基修饰的磁性颗粒与苯甲醛形成动态的席夫碱键，增加颗粒在Pickering乳液界面的脱附能，抑制颗粒转动，使其以单颗粒排布不与乳液界面，获得稳定的Pickering乳液；然后进而通过分区化学改性，制备得到具有两亲性和磁性的纳米颗粒。本专利技术制备的具有两亲性及磁性的纳米颗粒具有较高的乳化能力，且可通过磁场操控进行收集，有望广泛应用于石油开采、食品加工、药物控释、污水处理或者污泥处理等领域。附图说明图1表示本专利技术制备的具有两亲性及磁性的纳米颗粒的扫描电镜图；图2表示形成表面修饰氨基的磁性颗粒的流程示意图；图3表示本申请制备的具有两亲性及磁性的纳米颗粒作为乳化剂形成稳定乳液的扫描电镜图；图示注解：1为四氧化三铁，2为二氧化硅层，3为氨基。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术的限制。本专利技术的实施例公开了一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒，以磁性颗粒为核，所述磁性颗粒表面两端分别为疏水区域及亲水区域，所述疏水区域连接有苯基，所述亲水区域连接有聚乙二醇基团。在本专利技术中，以磁性颗粒为核，亲水区域及疏水区域可精确调控，具有良好的两亲性质。其结构可参见图1的扫描电镜图。由图1可见，本申请制备形成了具有两亲性及磁性的纳米颗粒。在现有技术中，由于磁性颗粒对于界面吸附能比较低，因此，其形成Pickering乳液时的稳定性较低，难以精确调控分区改性。但是，本专利技术通过改进制备方法，获得了两亲性良好的兼具磁性的纳米颗粒。在本专利技术中，优选地，所述磁性颗粒以四氧化三铁为核心，所述四氧化三铁的表面包覆一层二氧化硅。所述具有两亲性及磁性的纳米颗粒的粒径优选为50nm-5μm，更优选为50nm-500nm。优选该粒径的纳米颗粒对乳液的稳定效果优于更大尺寸纳米颗粒。在本专利技术中，所述疏水区域连接有苯基，其疏水性质较强。所述亲水区域连接有聚乙二醇基团，所述聚乙二醇基团的分子量优选为1000-10000，更优选为1000-5000。鉴于醛基封端的聚乙二醇的成本，优选该分子量聚乙二醇，其亲水效果佳且成本更低。本专利技术的实施例公开了一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(S1)利用带有氨基的硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒，其特征在于，以磁性颗粒为核，所述磁性颗粒表面两端分别为疏水区域及亲水区域，所述疏水区域连接有苯基，所述亲水区域连接有聚乙二醇基团。

【技术特征摘要】
1.一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒，其特征在于，以磁性颗粒为核，所述磁性颗粒表面两端分别为疏水区域及亲水区域，所述疏水区域连接有苯基，所述亲水区域连接有聚乙二醇基团。2.根据权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于，所述磁性颗粒以四氧化三铁为核心，所述四氧化三铁的表面包覆一层二氧化硅。3.根据权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于，所述具有两亲性及磁性的纳米颗粒的粒径为50nm-5μm。4.根据权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于，所述聚乙二醇基团的分子量为1000-10000。5.一种具有两亲性及磁性的纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(S1)利用带有氨基的硅烷偶联剂对磁性颗粒表面进行改性处理，得到带有氨基基团的磁性颗粒；(S2)将所述带有氨基基团的磁性颗粒与苯甲醛在水中混合，使苯基以席夫碱键连接于所述磁性颗粒表面，然后加入石蜡，形成水包油状的Pickering乳液；(S3)调节所述Pickering乳液的pH值至4～5，洗涤去除苯甲醛，然后加入端基为醛基的聚乙二醇进行反应，加入还原剂，还原水相中的席夫碱键；(S4)去除石蜡，加入还原剂，还原油相中的席夫碱键，得到具...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振忠，叶一兰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11