微波辐射无皂乳液聚合法制备PS微球
均匀PS微球的制备方法研究
本科毕业论文题均匀PS微球的制备方法研究目**：***专业：光信息科学与技术指导教师：金永龙完成日期：2014年3月摘要聚苯乙烯微球是一种重要的纳米材料，在当今飞速发展的各类高新技术产业中均有大量的应用。
而作为应用前提的制备方法则更应该放在基础的位置。
本论文采用控制反应时间的方法研究乳液聚合法中聚苯乙烯微球在不同反应时间下的球径和均匀度，并基于聚苯乙烯微球产品制备光子晶体。
关键词：聚苯乙烯微球，均匀度，球径，排列ABSTRACTPolystyrene microspheres is an important nano-materials, all kinds of high-tech industries in today's rapid development has a large number of applications. As a prerequisite for application preparation process is even more should be on the basis of location. In this paper, a method of controlling the use of emulsion polymerization reaction time studies in polystyrene microspheres ball diameter and uniformity at different reaction times, and the product was prepared based on polystyrene microspheres photonic crystals.Key words: polystyrene microspheres, evenness, ball diameter, arrangement摘要 (I)ABSTRACT .............................................................................................................. I I 第一章引言. (1)1.1纳米聚苯乙烯微球 (1)1.2光子晶体 (1)1.3研究目标 (2)第二章PS微球的制备方法 (3)2.1乳液聚合 (3)2.2分散聚合 (3)2.3悬浮聚合 (4)2.4种子聚合 (4)2.5沉淀聚合 (5)2.6无皂乳液聚合 (6)第三章PS微球的制备 (7)3.1用乳液聚合法制备PS微球 (7)3.1.1试剂和仪器 (7)3.1.2苯乙烯的洗涤和溶液的配制 (7)3.1.3制备方法 (7)3.2产品取样 (8)3.3实验结果及讨论 (8)3.3.1反应14小时的PS微球 (8)3.3.2反应19小时的PS微球 (9)南通大学毕业论文3.3.3反应24小时的PS微球 (10)3.3.4反应时间34小时的PS微球 (11)3.3.5反应时间45小时的PS微球 (12)第四章基于PS微球制备的光子晶体 (14)4.1基于样品二制备的光子晶体 (14)4.2基于样品三制备的光子晶体 (15)4.3基于样品四制备的光子晶体 (16)4.4基于样品五制备的光子晶体 (17)第五章结论 (18)致谢 (21)第一章引言1.1纳米聚苯乙烯微球(PS微球)聚苯乙烯微球是纳米材料的一种，其具有比表面积大、密度小、表面电荷小、高度分散性、理想的球状外形、吸附力强、表面反应能力强、凝聚作用大等特点。
无皂乳液聚合制备聚合物微球及微球的阳离子染料染色
第１ ３期
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ Ｆ ＭＡ Ｉ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ ＧＹＩ ＯＲ ＴＯＮ Ｎ
０科教前沿 ０
科技信息
无皂乳液聚合制备聚合物微球及 微球的阳离子染料染色
张彩云 房宽峻 （ 纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地 青岛大学化学化工与环境学院 山东 青岛 ２６７ ） ６０１
较好的吸附性能。
【 莱键词】 阳离子红 ｘ Ｇ Ｌ 聚合物微球； —Ｒ； 染色
０ 前 言
无皂乳液聚合是在 传统乳液聚合 的基 础上发展起来 的一 项聚合 反应 新技术 ． 它是指在反应 过程 中完全不加 或仅加入微量乳化剂 （ 其 浓 度小于临界胶柬浓度 Ｃ Ｃ Ｍ ）的乳液聚合过程 。与传统乳液 聚合相 将所制备的乳 液样 品用蒸馏水稀释至适当的浓度 ． 取镀金的金属 片， 沾上适量溶液 ， 与白炽 灯下 烤干 ， 放入 日本 电子株式会社 的 Ｊ Ｍ一 Ｅ １０ Ｅ ２ ０ Ｘ透射电子显微镜下观察颗粒大小及样貌 １ 微球的染 色 ． ４ 染色 ： ｌｍ 取 Ｏ Ｌ固含量为 ０ ８ ． ％的乳液 ， ０ Ｍ的 Ｎ Ｏ ０ 用 ． １ ａ Ｈ调其 ｐ Ｈ 为 ４ ， 、．， ． ６ ８ 放在磁力搅拌器上搅拌 ， ５ Ｌ ｘ Ｏ ６ 缓慢滴加到乳 ５ ５ 取 ｍ ５ ｌ 一 Ｍ。 液 中． 全部滴 加完毕后 ． 在室温下染色 １ ｈ １ 上染率的测定 ． ５ 取一定量染色后 的乳液 ４ Ｌ放人离心试管 中．在 １０ ０／ｉ ｍ ０ ０ ｒ ｎ或 ｍ 畿褥 相同的离心条件下继续 ２ ０ ｒ ｉ 的转 速下离 心 ３ ｒ ｎ ００ ｒｎ ／ ａ ０ ｉ 后取上 清液在 摹躲 ａ 离心 ， 直至上清液澄清 为止 。用分光光度∞ 鲫 帅 ∞ ∞ ∞ 阳 计测上清液 的吸光 度为 Ａ Ｏ
乳液聚合法制备psa纳米微球与ps纳米微球的性能测定
改变乳化剂 ( ＳＤＳ) 的用量、 Ｓｔ / ＭＡＡ 的质量配比控制微球性质和大小ꎮ 利用透射电镜 ( ＴＥＭ) 、 扫描电镜 ( ＳＥＭ) 、 傅里叶红
外光谱 ( ＦＴＩＲ) 、 差示扫描量热仪 ( ＤＳＣ) 、 热重分析仪 ( ＴＧＡ) 和 Ｚｅｔａ 电位仪对 ＰＳＡ 纳米微球进行表征ꎮ ＦＴＩＲ 结果证实
ＭＡＡ 成功引入到微球中ꎬ ＴＥＭ 和 ＳＥＭ 表明当乳化剂用量为单体总质量的 １０％ 时ꎬ 得到大小均匀ꎬ 直径为 ４５ ｎｍ 的 ＰＳＡ 微球ꎮ
ＰＳＡ 的玻璃化转变温度和热分解温度随 ＭＡＡ 的含量增加而提高ꎮ 纯 ＰＳ 表面带负电荷ꎬ Ｚｅｔａ 电位为－１７ ｍＶꎮ 共聚后的 ＰＳＡ 纳
米颗粒ꎬ 其 Ｓｔ 与 ＭＡＡ 物质的量比为 １０ / １ ０ꎬ １０ / １ ５ 和 １０ / ２ ５ 时ꎬ Ｚｅｔａ 电位分别为－３１ ９、 －３９ ６ 和－４４ ｍＶꎮ 上述结果表明ꎬ
ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ＰＳＡ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ＭＡＡ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ＰＳ ｎａｎｏｐａｒｔｉｌｅｓ ｉｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ
ｃｈａｒｇｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｚｅｔａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ －１７ ｍＶ. Ｔｈｅ Ｚｅｔａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ＰＳＡ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｓ －３１ ９ ｍＶꎬ －３９ ６ ｍＶ ａｎｄ －４４ ｍＶꎬ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬ
( Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎꎬ
无皂乳液聚合合成均分散PMMA微球
无皂乳液聚合合成均分散PMMA 微球唐业仓 傅 中 罗时忠 孙益民*(安徽师范大学化学与材料科学学院 芜湖241000)摘 要 在微波辐照下分别用阳离子型自由基引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐(A IBA )和阴离子型自由基引发剂过硫酸钾(K PS )引发甲基丙烯酸甲酯(M M A )均聚,合成出表面分别带有正电荷和负电荷的无皂均分散高分子微球,讨论了引发剂的种类、加热方式、单体的浓度对聚合反应的速率、微球的大小和均匀性等的影响。
结果表明,A IBA 引发剂有利于聚合反应速率提高,粒子粒径减小,粒子数增多;单体浓度增加,转化速率减慢,粒径增大。
与水浴加热相比,微波辐照缩短反应时间,得到粒径较小、粒子数较多的胶乳粒子。
关键词 甲基丙烯酸甲酯,微波辐照,乳液聚合,均分散粒子中图分类号:O 632 文献标识码:A 文章编号:1000-0518(2002)10-0981-042002-02-05收稿,2002-06-10修回安徽省教育厅自然科学基金资助项目(2000j1090和2001kj095),安徽省自然科学基金资助项目(00046509)通讯联系人:孙益民,男,1954年生,教授;E-mail:mys un@;研究方向:高分子材料微波辐照对于许多有机反应有着明显的加速作用,增加了反应的选择性,提高了反应的收率,甚至使原来一些难以进行的反应得以顺利进行,与传统的加热方式相比具有高效、节能、无环境污染等优点。
M urr ay 等[1]首次报道了用微波辐照的方法制备均分散胶体高分子微球。
我们曾用微波辐照的方法制备出无皂聚苯乙烯均分散微球[2,3]。
本文在微波辐照下分别用阳离子型自由基引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐(A IBA)和阴离子型自由基引发剂过硫酸钾(KPS)引发甲基丙烯酸甲酯(M MA )均聚,合成出表面分别带有正电荷和负电荷的无皂均分散胶乳粒子,讨论了引发剂的种类、加热方式、单体的浓度对聚合反应的速率、粒子的大小和均匀性等的影响,为研究在微波辐照的条件下合成均分散功能高分子微球和无皂乳液聚合的反应机理奠定基础。
无皂乳液聚合法合成单分散交联PS纳米微球
无皂乳液聚合法合成单分散交联PS纳米微球
吴其晔;高卫平;贾云
【期刊名称】《塑料工业》
【年(卷),期】2000(028)003
【摘要】介绍单分散交联PS纳米微球的合成.用电子透射显微镜研究了丙酮、引发剂和温度对交联PS纳米微球粒径和多分散性的影响,结果表明,在苯乙烯的无皂乳液聚合反应体系中加入丙酮可使交联PS纳米微球的粒径显著降低,并保持粒径的单分散,得到粒径小于100nm,分散系数6.0%左右的交联PS微球;增加引发剂KPS 用量和提高反应温度可进一步使粒径变小,单分散性提高,符合Ottewill关系式.【总页数】3页(P21-23)
【作者】吴其晔;高卫平;贾云
【作者单位】青岛化工学院,266042;青岛化工学院,266042;青岛化工学院,266042【正文语种】中文
【中图分类】TQ32
【相关文献】
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4.乳液聚合法合成单分散交联PS纳米微球 [J], 吴其晔;高卫平;贾云;陈军强
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微波辐射无皂乳液聚合制备功能性高分子微球的开题报告
微波辐射无皂乳液聚合制备功能性高分子微球的开题报告
一、研究背景与意义
功能性高分子微球可广泛应用于药物释放、化妆品、涂料、电子材料等领域。
传统的微球制备方法主要采用溶剂反应、乳液聚合、凝胶聚合等方法，然而这些方法存在着反应时间长、工艺复杂、产物纯度低等问题。
近年来，微波辐射技术因其高效、快速和节能等优点，已逐渐应用到高分子制备领域，而微波辐射无皂乳液聚合则是一种具有潜力的高效制备微球的方法。
二、研究目的和内容
本研究旨在采用微波辐射无皂乳液聚合的方法，制备功能性高分子微球。
具体研究内容包括以下几个方面：
1. 研究无皂乳液聚合条件对微球形貌的影响，探究影响微波辐射无皂乳液聚合的因素。
2. 在不同体系下，分别采用不同高分子单体进行微球的制备，测试微球粒径、分布、散射性能等。
3. 采用SEM、TEM和DLS等表征手段对微球的形貌和结构等进行表征，并进行紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等性能测试。
4. 探究微波辐射无皂乳液聚合制备功能性高分子微球的机制和性质。
三、研究方法和步骤
1. 合成无皂乳液
2. 设计实验方案，调节无皂乳液性质
3. 采用微波辐射技术进行无皂乳液聚合
4. 对制备的微球进行形貌、结构、性质等测试
5. 尝试探究微波辐射无皂乳液聚合制备高分子微球的机制和性质
四、预期成果和意义
本研究将探究微波辐射无皂乳液聚合制备功能性高分子微球的方法和机制，并制备相应的微球。
同时，通过对微球形貌、结构、性质等的研究，探究其在不同领域中应用的适用性和效果，为微球材料的研究和应用提供新的思路和方法。
聚苯乙烯微球ps的制备过程
聚苯乙烯微球ps的制备过程聚苯乙烯微球ps的制备过程苯乙烯由于共轭结构，电子流动性好，容易诱导极化，所以一般可以由自由基聚合、离子聚合、配位聚合等机理进行制备。
其聚合方法也比较多样，可以本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合。
本文主要对无皂乳液聚合制备聚苯乙烯的实验进行介绍和简单评析。
01实验部分取一定量的苯乙烯（使用前经减压蒸馏）单体，用K2S2O8 （AR，使用前经重结晶）作引发剂，以NaCl（AR，使用前经重结晶）调节乳液离子浓度，在一定的搅拌速度下，通氮气回流，聚合反应24h。
确定一定量的苯乙烯单体及离子强度，在一定的搅拌速度下，通氮气回流，聚合温度取70°C。
分别取不同反应时间的聚合物乳胶，研究反应时间对粒径的影响。
02结果分析离子强度对聚合物微球粒径的影响控制其他参数固定（单体浓度为0.87mol /L、引发剂浓度为4.3×10-3 mol /L、聚合温度为70°），单独改变离子浓度，微球粒直径随着离子强度的增大而变大，结果如下图。
由于所用的引发剂为离子型引发剂( K2S2O8 )，引发剂分裂碎片附在高聚物周围，由于静电排斥作用保持体系的稳定。
当加入氯化钠电解质时，随着离子强度增大，乳胶粒双电层变薄，静电排斥力逐渐下降，体系变得越来越不稳定，使得初始离子失去稳定性而彼此凝结，胶乳粒径变大，形成粒径较大的聚合物微球。
物粒径的影响在其他影响参数固定的情况下，单独改变反应时间，不同时间下聚合物微球的TEM照片和影响曲线如下图所示。
一阶段，在较短的时间内，形成聚合物晶核；第二阶段，微球粒径迅速增大，在短短的时间内增大到0.72μm；第三阶段，在很长的时间内微球粒径几乎不变。
在苯乙烯无皂聚合体系中，单体被K2S2O8 引发剂引发后，生成一端具有水溶性的离子对引发剂残基，另一端为增长的短链油性自由基，每一个活性自由基都是表面活性剂分子。
起初这些胶束比较稳定，但当单体或新生成的链增长自由基扩散到胶束，并进行反应时，颗粒体积变大，表面离子对密度变小，体系变得极不稳定，彼此发生缠结生成稳定粒子。
单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装
单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装第5期2010年9月华东师范大学(自然科学版)JournalofEastChinaNormalUniversity(NaturalScience)No.5Sep.2O10文章编号:1000—5641(2010)05—0126—08单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装宋娟,陈启明,严亚(1.泰州师范高等专科学校,江苏泰州225300;2.华东师范大学化学系,上海200062;3.大理学院药学院,云南大理671000)摘要:无皂乳液聚合法制备了不同尺寸单分散的PS微球,采用离心法和垂直沉降法将之组装成具有光子带隙的人工欧泊.采用扫描电子显微镜(SEM)和可见一紫外光度计对PS胶体晶体的形貌,结构和光学性能进行了观察测试.结果表明厚度较大的PS胶体晶体可以通过离心法组装制得,当转速为1000r/min,干燥温度为40℃时可以组装得到高质量的PS胶体晶体,而垂直沉降法则较适合组装薄型的胶体晶体.从样品的光学特性讨论了适合组装的乳液固含量,改变组装胶体晶体的PS微球粒径可以得到不同的光带隙波长.关键词:PS微球;胶体晶体;离心法;垂直沉降中图分类号:文献标识码:A SynthesisofmonodispersePSmicrospheresandself-assemblyofthecolloidalcrystalsSONGJuan～.CHENQi—ming..YANY a,(1.TaizhouTeacher'SCollege,TaizhouJiangsu225300,China;2.DepartmentofChemistry,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China3.CollegeofPharmacy,DaliUniversity,DaliYunnan671000,China)Abstract:Monodispersepolystyrene(PS)colloidalparticleswerepreparedbyaquickemulsi fi—er-freeemulsionpolymerization(EFEP)method,andtheirhighlyorderedcolloidalcrystals were fabricatedbybothcentrifugalmethodandverticalsurfacemethod.ScanningElectronMicro scope(SEM)andVIs_UVwereusedtOstudythetopography,structureandopticalpropertiesofthe colloidalcrystals.Theresultingplanarsamplesbycentrifugalmethodweredistinctlythicker thanthatbyverticalsurfacemethod.PScolloidalcrystalsbycentrifugalmethodwithavelocit yof1000r/minandatemperatureof40℃exhibitedahighlyorderedthreedimensionalstruc—ture.Theoptimizedassemblyconditionswerediscussedviasamples'opticalpropertiesandth e transmissionspectrashowedthepeakwavelengthsufferedashiftwiththechangeofthePS spheres'diameter.Keywords:polystyrenemicrosphere;colloidalcrystal;centrifugalmethod;verticalsurface method收稿日期:2009—04第一作者:宋娟,女,硕士.通讯作者:陈启明,男,副教授,研究方向为物理化学Email:****************.edu.en.第5期宋娟,等:单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装127胶体晶体是由乳胶粒子自组装成三维有序结构的光子晶体.基于Bragg散射,它能在一定方向上形成光子带隙.因其特殊的光学性能,在合成材料领域引起了人们的广泛关注.用于组装胶体晶体的乳胶粒子要求具备良好的单分散性并能够在组装过程中分布均匀,因此可以通过将乳胶粒子悬浮于水中,利用静电排斥或者垂直沉降等方法来自组装成胶体晶体口..聚苯乙烯(PS)胶体颗粒,因其高度的单分散性,理想的球状外形及易控的粒径大小一直在表面电性胶体科学研究中有着广泛的应用..本课题组采用无皂乳液聚合法在水分散介质中制备单分散PS微球,并通过控制实验温度,单体浓度,引发剂浓度和离子强度来实现PS微球的尺寸可控[1.在本实验中,用该法制备了不同尺寸的单分散PS微球,采用垂直沉降法和离心法将之组装成PS胶体晶体,利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计等对组装得到的样品进行形貌和光学性能分析,探讨了组装条件对胶体晶体质量的影响.1实验1.1试剂苯乙烯(CH):化学纯试剂(上海凌峰化学试剂有限公司),聚合前单体先用1O的氢氧化钠水溶液洗涤3次,除去单体中的阻聚剂,然后用蒸馏水洗涤至中性,洗涤后的单体再经过减压蒸馏,短期存放于冰箱中备用;过硫酸钾(KS.O.):分析纯试剂(中国医药(集团)上海化学试剂公司),使用前经重结晶处理,并保存于冰箱中;氯化钠(NaC1)为分析纯试剂(上海试剂四厂昆山分厂),使用前经重结晶处理;氮气(N:)为纯氮;水(HO)为经离子交换树脂纯化的去离子水,再进行二次蒸馏,比电导低于1t~s/cm.1.2仪器85—2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器厂);pHS一3型数字酸度计(杭州亚美电子仪器厂);SHZ—D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂);TDL一5型低速大容量离心机(上海安亭科学仪器厂);JSM一6360LV型号SEM(日本电子(JEOL)公司);710FT-IR 分光光度计(美国Nicolet);KQ218超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);721型分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);ZK一82型电热真空干燥箱(上海实验仪器厂);JSM一5610LV扫描电子显微镜SEM(日本电子公司)1.3聚苯乙烯(PS)胶体微球的制备采用无皂乳液聚合法制备尺寸可控单分散性好的聚苯乙烯胶体微球.聚合反应在氮气保护下恒温进行,将单体苯乙烯(St)和二次蒸馏水先加入到圆底三颈瓶中,磁力搅拌器搅拌下通氮气驱氧15min,升温至70℃以上,达到温度平衡后加入引发剂过硫酸钾KPS (S2)水溶液,聚合时间为12h.1—4号样品对应的单体的浓度依次分别是0.50,0.88,0.88和0.88tool?L～,引发剂的浓度分别是3.50×10～,3.31×10～,3.31×10和4.97×10I3tool?L～,离子强度均为9.930×10tool?L～.反应温度分别是70,75,80和70.C.反应结束后,冷却至室温,得到聚合物乳液.用300nm孑L径微孔滤膜将聚合物乳液抽滤纯化,纯化过程中反复用二次蒸馏水洗涤,当滤液的电导率不再改变时,将得到的胶体颗128华东师范大学(自然科学版)粒烘干或重新超声分散后分别以固体和液体形式保存备用.图1为上述方法制得样品的红外光谱图,图中3060cm一,3025Cm和2920cm～,2849cm分别为芳族和脂肪族的C—H伸缩振动峰,1597cm..,1580cm和1491cm为苯基的C=C伸缩振动峰, 1448cm为亚甲基弯曲振动峰,906cm为端亚甲基面外弯曲振动峰,770—730cm和710—690cm为苯环上氢的C—H伸缩振动峰,540cm为乙烯化合物的C=C的扭曲振动峰,而此峰的存在说明苯乙烯是聚合的.谱图说明实验制得了聚苯乙烯PS微球.PS 胶体颗粒的尺寸和尺寸分布情况见图2,图2中PS粒径和分散系数见表1. 0003500300025002000l500l000500cm'图1聚苯乙烯颗粒的红外光谱图Fig.1IRspectrumofPSmicrospheres一一一一图2PS胶体微球的SEM照片Fig.2SEMimagesofPSparticlesforsel~assembly表1PS微球的尺寸参数Tab.1ParametersofPSparticlesforsel~assembly1.4聚苯乙烯胶体晶体的组装1.4.1垂直沉降法组装聚苯乙烯胶体晶体粒径分别为442,474,480和581nm的单分散聚苯乙烯PS胶体微球分散于双蒸水中,配制成0.2的乳液;粒径为442nm的聚苯乙烯Ps胶体微球配制成0.01%,0.1%, 0.2,0.3,0.4和0.5%乳液.上述两个系列的乳液经超声充分分散后,分别倒人事先洗净的小烧杯中,将洁净的载玻片垂直插A.-~L液中,并固定好载玻片使之不会移动,置于平∞∞舳加∞如∞如加m第5期宋娟,等:单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装129稳安静之处.待水分挥发后,取出载玻片,载玻片上便生成了聚苯乙烯胶体晶体.垂直沉降法一般适用于组装比较薄的Ps胶体晶体,如果要组装厚度较大的胶体晶体,离心法是比较好的选择.1.4.2离心法组装聚苯乙烯胶体晶体聚苯乙烯微球密度约为1.008g/cm.,与分散介质水的密度极为接近,在重力场中无法沉降,可以通过引入离心力场利用PS微球自身的静电力来进行组装l】"],从而生成尺寸范围较大的胶体晶体.在这种方法中,离心力的大小是决定胶体晶体质量的关键,如果离心力场过大就会导致颗粒的无序堆积,离心力场过小,会导致颗粒沉不下来或沉降速度过慢.JohnsonE指出由于离心力的作用可以显着地提高颗粒的沉降速度,因此使用这种方法只需数小时就可以得到胶体颗粒的有序密堆积结构[1.将自制的粒径为474nm的聚苯乙烯胶体微球经超声充分分散后,分装到数支离心试管中,以1000,2000,3000r/rain的转速离心24~30h,移去上层清液后,置于恒温箱中分别以4O,60,80℃干燥后制得聚苯乙烯胶体晶体样品.利用扫描电子显微镜对组装好的样品形貌结构进行观察分析.2实验结果与讨论2.1垂直沉降法组装完成后,载玻片上均匀覆盖了一层PS胶体晶体,在自然光的照射下随着入射光角度的变化,呈现出由红到绿的颜色变化.如果PS胶体微球通过垂直沉降法能够组装成高度有序的面心立方结构,那么根据布拉格定律,可以观察到由平面上表面的系列面的布拉格反射引起的光带隙,在光带隙中心附近,透射强度将会衰减很多.可以通过透射光的强度衰减来找出光带隙的位置,同时也可以通过透射强度衰减的程度来判断组装得到的样品的有序程度即胶体晶体的质量好坏.图3和图4分别是不同固含量乳液和不同粒径PS微球形成的胶体晶体的透射光谱图,从图3可以看到当PS的固含量为0.1和0.2时,透射光强度衰减最为明显,即此时形成的胶体晶体质量最好;固含量为0.O1的PS乳液组装得到的胶体晶体的透射图谱没有明显的衰减迹象,主要是由于过低的固含量导致垂直沉降的厚度太小,而不能形成足够多层数高度有序的微球排列;而0.3和0.49/6固含量所组装得到的样品,虽然可以看到透射强度的衰减,但是其幅度是小于0.1和0.29/5的,说明由于形成胶体晶体厚度的增加,有序性有一定程度的降低;当PS固含量达到0.5%时,透射光强度的衰减又不是很明显了,说明由其组装的胶体晶体的质量明显下降,有序度较差.由此可以得出这样的结论:垂直沉降法在组装厚度较小的胶体晶体时,可以保证其高度有序,但是想要增加晶体厚度,则要付出降低晶体质量的代价,这和邬泉周等_2叩的结论是类似的.因此垂直沉降法适用于组装薄层的PS胶体晶体.而利用光谱中透射光的衰减程度来判断胶晶质量的结论更加明确具体,操作上也更为简单,可以作为快速判断的依据.图4中比较了4种尺寸的PS微球组装得到样品的透射光谱,可以看到,随着微球粒径的增加,其透射光强度最低值的所在波长也在依次增加.根据布拉格定律,可计算出光子晶体透射光谱的中心波长:=2d…(eCOS)/2.(1)13O华东师范大学(自然科学版)十0.01%十0.1O%+O.20%—*一O-3O%—*一0.40%—?～0.50%wavelength/nm图3不同固含量PS乳液组装的胶体晶体透射图谱Fig.3TransmissionspectrumofPSopalcrystalsmadeatdifferentcontents.*_样品5一样品6样品7十样品8图4不I司粒径PS组装的胶体晶体透射图谱Fig.4TransmissionspectraofopalcrystalsmadeofdifferentdiameterPSspheres其中d为(111)面的面间距,对fcc结构,d=0.816口,"为球直径,0为人射光与样品表面法线在空气中的夹角,本文中为6O.,e为样品的有效电介质常数,可按下式估算: ￡一f1gPS十f2￡.(2),分别为PS和空气的介电常数;f,f2分别为PS微球和空气孔隙占光子晶体总体积的百分比,且_厂1+_厂':1.对于PS光子晶体,f≈76,f2≈24,=2.46,将微球粒径a分别代入公式(1),可得反射峰位置(见表2).4个样品对应的为520,558,565和684nm,而实测的布拉格反射值依次约为535,558,562和678rim,如表2所示.表中可见理论计算值与实验值基本一致,这充分说明可以通过垂直沉降法来组装出高度有序的面心立方胶体晶体.表2布拉格反射峰波长计算值和透射光谱实测值对比Tab.2ComparisonofcalculatedvalueofBragg'Slawandexperimentalresultsof thetransmissiondipposition第5期宋娟,等:单分散Ps微球的制备及其胶体晶体的组装1312.2离心法Johnson采用离心法成功组装了二氧化硅胶体晶体,相较于二氧化硅,PS微球的密度与水更为接近,因此利用离心力来组装其胶晶更为有效,并且离心法可以在短时间内快速组装出高质量的较大块的PS胶体晶体.利用此法组装得到的样品在自然光的照射下显现出彩色光泽,随着入射光角度的变化,胶体晶体表面颜色呈现了从绿到红的变化.图5是在不同转速下组装出来的胶体晶体的SEM照片.图5不I司转速组装的PS胶体晶体样品的SEM照片(a)1000r/min;(b)2000r/mm;(c)3000r/mlnFig.5SEMimageofPSopalsassemblyat(a)1000r/min;(b)2000r/min;(c)3000r/min从图5(a)可以看出,PS微球排列整齐,每一个微球周围有六个微球围绕,成热力学稳定六方排列,有很好的有序度;(b)中可以看到微球也具有一定程度的有序排列,但比(a)中呈现出一定的杂乱无序;而(c)则比(b)更加杂乱无章,这主要是因为在离心力场下,小球被快速强制堆积,每个颗粒所在的位置不一定是位能最小处,影响了材料的长程有序性.离心时转速越快,其离心加速度就越大,微球沉积所需的时间越短,越不利于小球组装到热力学最稳定的位置.通过对比可以发现,用1000r/rain的转速来组装可以得到较高质量的Ps胶体晶体.此外,实验中还发现真空干燥的温度对于PS胶体晶体质量也有一定的影响.图6中分别是恒温80,60,40.C时制得的PS胶体晶体.从电镜照片中可以看出不同温度干燥对形成的胶体晶体的质量的影响.离心后虽然已经把上层清液用胶头滴管移去,但是由于防止吸取液体时干扰到通过离心排列好的微球,滴管位置不能过于靠近沉降物,所以会有少量水残留.在烘干的过程中,处于固液交界面附近的PS微球会随着水分的不断蒸发而处于重新排列过程中.这时由于水分蒸发而导致微球之间的距离缩短,微球之间以静电排斥力和类似分子间作用力的相互作用力起主要作用,使表层微球能够自组装排列为有序结构.因此水分蒸发的速度对于高品质胶体晶体的形成是一个关键问题.温度高时,水分蒸发快,微球通过自组装排列为有序结构的速度赶不上水分蒸发的速度,会导致微球排列不规则,有序结构虽有但并不占优势,见图6(a);随着干燥温度的降低,水分蒸发速度降低,使得微球有足够的时间排列有序.因此在低一点的温度,就可以看到PS胶体晶体的有序排列,见图6(b)和(C),以温度最低的40℃为最好,图6(c)中最上层散落的几个Ps微球也是处于下面一层微球的空隙处,表现出了六方密堆积的特点.此外,把干燥温度控制在90℃时,PS胶体晶体便失去了原来的有序排列而成为白色的硬质塑料固体,表面渐变的彩色也失去了.聚苯乙烯的热变形温度一般是76~94℃,90℃已经达到其热变形的条件,因此发生了热塑性改变.图6(b)和(c)中小球的大小相较组装前尺寸几乎没有变化,而(a)中微球尺寸却有所减小,可能就是由于接近其热变形温度而产生的变化.当选择更低的温度条件(室温)干燥时,水分的挥发费132华东师范大学(自然科学版)2010正时较多,会导致实验周期的延长,因此,选用40.C作为离心法制备Ps胶体晶体时恒温干燥的温度,既能保证一定的质量,又可节省实验时问.图6不同温度干燥制得的样品电镜照片:(a)8O℃;(b)60℃;(c)40℃Fig.6SEMimageofPSsampledrying:(a)8O℃;(b)60℃;(c)40℃3结论(1)本文采用无皂乳液聚合法制备了尺寸可控单分散性好的聚苯乙烯胶体微球.PS 微球粒径范围为440~580nm,分散系数均小于3.(2)采用垂直沉降法成功组装了PS胶体晶体.实验证明垂直沉降法较适合组装薄层的胶体晶体,样品的光学性质表明,当PS乳液固含量为().2时组装的胶体晶体质量最好,随着PS胶体微球粒径改变其胶体晶体的光带隙位置也相应改变,但始终是符合布拉格方程的.(3)利用离心法成功组装了厚度较大的PS胶体晶体,离心机的转速和干燥的温度对胶体晶体的质量有很大影响,当转速为1000r/min,干燥温度为40℃时可以组装得到高质量的PS胶体晶体.[参考文献][1]MEKISA,CHENJC,KURIAND1,etat.Hightransmissionthroughsharpbendsinphoton iccrystalwaveguidesEJ3.PhysRevLett,1996,77:3787—3790.[2][3][4][5][6][7][8][9]IINSY,CHOWE,HIETA1A V,eta1.Experimentaldemonstrationofguidingandbendingofe lectromagneticwavesinaphotoniccrystalEJ~.Science,1998,282:274276.Y ABIONOVITCHE.Inhibitedspontaneousemissioninsolidstatephysicsandelectronics[J ].PhysRevLett,1987,58:2059—21)62.Y AMAMOTOY,SIUSHERRE.Opticalprocessesinmicrocavities.[J].PhysToday,1993,4 6:66—73.DONGW,B()NGARDH,TESCHEB,cta1.Inverseopalswithaskeletonstructure:photonic crystalswithtwocompletebandgapsEJ3.AdvMater,2002,14:1457—1460.M1GUEZH,TETREAUITN,Y ANGSM,eta1.AnewsyntheticapproachtOsiliconcolloida lphotoniccrystals 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微波辐射无皂乳液聚合法制备PS微球
贾慧灵;梁梦颢;吴锦绣;谭心;胡金豹
【期刊名称】《工程塑料应用》
【年(卷),期】2022(50)3
【摘要】采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯(PS)微球,以微波辐射加热方式代替传统油浴或水浴加热方式,研究了聚合体系中引发剂过硫酸钾的浓度、交联剂二乙烯苯与稳定剂α-甲基丙烯酸的体积比、微波功率大小对PS微球形貌、粒径及其分布的影响。
结果表明,较传统加热方式,微波辐射加热方式极大地改善了PS微球的球形度和表面形貌。
PS微球粒径随着引发剂浓度的增加呈现减小的趋势,随着交联剂与稳定剂体积比及微波功率的增加均呈现先减小后增大的趋势。
当引发剂浓度为6.06×10^(-3) mol/L、交联剂与稳定剂体积比为2∶1、微波辐射功率为300 W 时所制备的PS微球表面光滑、球形度高、粒径分布均匀,平均粒径约为240 nm。
PS微球表面带负电荷且分散性良好,并通过Hertz接触理论计算得到PS微球的压缩弹性模量约为2.75 GPa。
【总页数】8页(P73-79)
【作者】贾慧灵;梁梦颢;吴锦绣;谭心;胡金豹
【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院;轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室;内蒙古自治区稀土湿法冶金与轻稀土重点实验室;内蒙古科技大学材料与冶金学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ325.2
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