● 摘要
摘 要
凝胶乳液（Gel-emuslions）是在稳定剂存在下由分散相（dispersed phase）与连续相（continuous phase）构成的多组分凝胶状体系。其中，分散相体积分数超过74%，具有典型的泡沫结构，呈现粘弹性流变学行为。在多数情况下，凝胶乳液的分散相体积分数可达90%以上。凝胶乳液所拥有的这些特殊结构和性质使其在食品、化妆品、药物释放、航空燃料、石油工业以及合成材料等领域获得了广泛的应用。
稳定剂是凝胶乳液形成的关键。到目前为止，可以作为凝胶乳液稳定剂的物质主要包括表面活性剂、微纳米颗粒以及小分子胶凝剂（LMMGs）。其中，表面活性剂被人类使用已有上千年历史，以其作为稳定剂在制备凝胶乳液时，存在用量较大的问题，一般要达到连续相的5%-50%（w/v）。1903年，Ramsden发现固体微纳米颗粒也可以用作稳定剂制备凝胶乳液，此类乳液被称为Pickering乳液。Pickering乳液的出现克服了凝胶乳液制备时稳定剂用量过大的问题。然而，却存在着相反转问题，即当分散相体积分数接近70%时，体系连续相与分散相极易反转，导致需要结构的破坏。几年前，本实验室率先将小分子胶凝剂用于凝胶乳液制备，使其成为一类新的凝胶乳液稳定剂。与表面活性剂和微纳米颗粒不同，以小分子胶凝剂作为稳定剂的凝胶乳液，其形成机理主要是靠小分子胶凝剂对连续相的胶凝能力。此外，小分子胶凝剂是一类更为高效的凝胶乳液稳定剂，亦即稳定剂用量只占连续相的3%左右，而且分散相体积分数不受大于74%的限制。
凝胶乳液的重要应用之一就是作为模板，制备多孔低密度材料。这些材料的高比表面特性使其在油水分离中表现出前所未有的优势。然而，由于稳定剂的残留，往往会造成水体的二次污染。与此同时，力学强度不理想也限制了其进一步应用。因此，如能将可聚合单体作为稳定剂用于凝胶乳液制备，则由其得到的多孔低密度材料用于油水分离时，便可大幅度降低二次污染。至于材料的力学性能，则可以通过对材料的改性使其得到改善。为此，在本学位论文工作中，作者设计合成了两种含单烯键的胆固醇衍生物和一种含双烯键的有机硅烷，研究了相关化合物的胶凝行为、凝胶乳液和多孔低密度材料的制备，以及所得材料在油水分离和易挥发有机化合物（VOCs）捕获等方面的应用。本学位论文研究工作主要包括以下两个方面的内容：
第一部分：设计合成了一种新型可聚合胆固醇衍生物COA，分别研究了其在单一溶剂和油水不互溶混合溶剂中的胶凝行为。结果表明，此化合物不仅可以胶凝单一溶剂，更重要的是可以与少量Span-8共同作用形成W/O型凝胶乳液。因此，以COA和Span-80作为稳定剂，可聚合单体作为连续相，水作为分散相，制备了一系列W/O型凝胶乳液，并考察了乳液的性质。研究发现，与传统凝胶乳液中分散相体积分数必须高于74%的概念不同，此类新颖的凝胶乳液的分散相体积分数可在20%~90%的范围任意调控。除此之外，该凝胶乳液体系具有传统凝胶乳液和基于小分子胶凝剂的凝胶乳液二者的流变学特点。以该凝胶乳液体系作为模板，制备了低密度多孔聚合物材料，该材料对VOCs中苯系列化合物（BTEX）表现出较好的吸附性能，为VOCs的处理提供了一种新颖高效的吸附材料，拓展了多孔聚合物材料的应用领域。值得指出的是，本工作首次将不饱和烯键引入到小分子胶凝剂（稳定剂）中，并以其为稳定剂制备了凝胶乳液，这样就可将稳定剂直接聚合到低密度材料中，从而可以避免去除稳定剂的繁琐步骤，也为防止二次污染奠定了基础。
第二部分：设计合成了一种可聚合胆固醇衍生物CEA和双烯键封端的有机硅烷Si-DO。CEA的胶凝实验表明，它是一种新型的小分子胶凝剂，同时也是一种高效的稳定剂。当CEA含量仅为油相0.5%（w/v）时，便可使油水不互溶体系形成稳定的W/O型凝胶乳液。另外，考察了凝胶乳液体系的微观形貌和流变学行为，发现仅仅改变油相中可被CEA胶凝的溶剂含量即可实现对凝胶乳液微观形貌和流变学性能的高效调控。更为重要的是，将Si-DO引入该凝胶乳液后，制备了一系列多孔聚合物材料。该材料表现出优异的柔韧性，压缩后快速恢复，而且重复十次以上也不会被破坏。另外，聚合物块材的多孔结构使其成为一种高效的吸油材料，并且只需简单挤压即可实现对油的回收以及材料的重复使用，在燃油及有机溶剂的运输和污染处理方面具备很好潜在应用价值。
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