聚苯乙烯-二氧化硅微球的制备
微米级sio2空心微球的合成与表征
微米级SiO2空心微球的合成与表征1. 引言微米级SiO2空心微球是一种具有广泛应用潜力的材料，它在药物传输、催化剂载体、光学材料等领域具有重要作用。
本文将介绍微米级SiO2空心微球的合成方法和表征技术。
2. 合成方法2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的合成微米级SiO2空心微球的方法。
其基本步骤包括：制备溶胶、形成凝胶、干燥和煅烧。
2.1.1 制备溶胶溶胶通常由硅源（如硅酸乙酯）、溶剂（如乙醇）和催化剂（如氨水）组成。
将硅源和溶剂混合，并加入催化剂，搅拌均匀形成均相溶液。
2.1.2 形成凝胶将制备好的溶胶倒入模具中，在适当温度下静置，使其发生凝胶化反应。
凝胶化反应的时间可以通过控制温度和催化剂浓度来调节。
2.1.3 干燥和煅烧将凝胶样品进行干燥，可以采用自然干燥或者加热干燥的方法。
干燥后的样品进行煅烧处理，以去除有机物和形成SiO2的晶体结构。
2.2 模板法模板法是另一种常用的合成微米级SiO2空心微球的方法。
其基本步骤包括：制备模板、包覆模板、去除模板和表面修饰。
2.2.1 制备模板选择合适的模板材料，如聚苯乙烯微球。
制备出具有一定粒径分布的聚苯乙烯微球。
2.2.2 包覆模板将制备好的聚苯乙烯微球与硅源溶液混合，使硅源溶液沉积在聚苯乙烯微球表面形成包覆层。
2.2.3 去除模板使用适当的方法（如溶解或高温灼烧）去除聚苯乙烯微球，得到SiO2空心微球。
2.2.4 表面修饰对得到的SiO2空心微球进行表面修饰，可以通过改变包覆层的组成或在表面引入功能化基团。
3. 表征技术3.1 扫描电子显微镜（SEM）SEM是一种常用的表征微米级SiO2空心微球形貌和结构的技术。
通过SEM可以观察到样品的表面形貌，并获得高分辨率的图像。
3.2 透射电子显微镜（TEM）TEM是一种高分辨率的表征微米级SiO2空心微球结构和组成的技术。
通过TEM可以观察到样品内部结构和壁厚，并获得原子级别的分辨率。
3.3 X射线衍射（XRD）XRD可以用于表征微米级SiO2空心微球晶体结构和晶体相。
二氧化硅微球的制备与形成机理
胶体自组装技术是近年来制备近红外可见光波 段三维光子晶体的有效途径： 二氧化硅与聚苯乙烯、
收稿日期： ２００６－ １０－ １７， 修回日期： ２００６－ １２－ １６。 第 一 作 者 简 介 ： 段 涛 （ １９７７－） ， 男 ， 硕 士 研 究 生 。 电 话 ： １３３３０８９９０９１， Ｅ－ｍａｉｌ： ｄｕａｎｔａｏ＠ｓｗｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
乙醇、氨水、 蒸馏水
磁力搅拌、 特定温度
离心、 洗涤
二氧化 硅微球
图 ２ 连续滴定法制备 ＳｉＯ２ 微球的实验流程 Ｆｉｇ．２ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＳｉＯ２ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｂｙ ＴＥＯＳ ｄｒｏｐｐｉｎｇ ｉｎ ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ
正硅酸乙酯
乙 醇 、氨 水 蒸馏水
磁力搅拌 特定温响。分析表明， 采用正硅酸乙酯分
步滴定法能提高二氧化硅微球的球形度、窄分布、单分散与致密性。同
时， 在反应温度 ２５ ℃、正硅酸乙酯浓度 ０．１２ ｍｏｌ／Ｌ、氨 浓 度 为 １５．０
二氧化硅微球的可控制备
二氧化硅微球的可控制备二氧化硅微球是一种具有广泛应用前景的微纳米材料，其具有较大的比表面积、良好的化学稳定性和良好的生物相容性，被广泛应用于催化、吸附、传感、药物控释等领域。
为了实现对二氧化硅微球的可控制备，研究者们开展了大量的研究工作，并取得了显著的成果。
一种常见的制备二氧化硅微球的方法是溶胶-凝胶法。
在该方法中，首先将硅源（如硅酸乙酯、正硅酸乙酯等）溶解在适当的有机溶剂中，加入催化剂（如氯化铵、氯铵、硝酸铵等），通过搅拌使得溶液均匀混合。
然后，在适当的温度和时间条件下，将混合溶液进行水解和缩聚反应，形成三维网状凝胶。
最后，通过去除溶剂和热处理等步骤，得到二氧化硅微球。
为了实现对二氧化硅微球的形貌和尺寸的可控制备，研究者们采用了不同的方法和策略。
例如，可以通过调节反应温度、反应时间和硅源浓度等参数来控制二氧化硅微球的尺寸。
此外，还可以通过添加表面活性剂、改变pH值或添加其他添加剂来调控二氧化硅微球的形貌。
这些方法可以实现对二氧化硅微球的直径、孔径和孔隙度等关键参数的调节，从而实现对其性质和应用的可控制备。
一种常用的方法是采用模板法制备二氧化硅微球。
在该方法中，先选择一种具有特定形貌和尺寸的模板材料，如聚苯乙烯微球、硬模板等，然后将硅源溶液浸渍到模板材料表面，并通过水解和缩聚反应使硅源在模板表面形成硅氧烷键。
最后，通过去除模板材料，得到具有与模板相同形状和尺寸的二氧化硅微球。
通过选择不同形状和尺寸的模板材料，可以制备出具有不同形貌和尺寸的二氧化硅微球。
除了溶胶-凝胶法和模板法，还可以采用其他方法实现对二氧化硅微球的可控制备。
例如，可以利用微流控技术、电喷雾技术、溶液凝胶聚合法等方法制备二氧化硅微球。
这些方法通过调节实验条件、改变材料选择和控制反应过程等手段，实现对二氧化硅微球形貌和尺寸的精确控制。
二氧化硅微球的可控制备是一项具有重要意义的研究课题，对于拓展其应用领域具有重要意义。
通过调节溶胶-凝胶法、模板法和其他方法中的反应条件和参数，可以实现对二氧化硅微球形貌和尺寸的精确控制。
二氧化硅微球和聚苯乙烯
二氧化硅微球和聚苯乙烯我曾经有幸目睹了一场关于二氧化硅微球和聚苯乙烯的精彩对决。
这是一场化学界的盛宴，让我对科学的奇妙之处有了更深刻的认识。
二氧化硅微球，顾名思义，就是由二氧化硅构成的微小颗粒。
它们呈现出均匀的球形，表面光滑，散发着微弱的光泽。
而聚苯乙烯则是一种聚合物，具有坚硬的特性，常见于包装材料和电子产品。
这两种物质有着截然不同的特点，但正是这种差异让它们在实验中相互辉映。
在实验室中，我将二氧化硅微球和聚苯乙烯放入同一个容器中，开始了一场神奇的化学反应。
开始时，二氧化硅微球和聚苯乙烯相安无事地共处在容器中。
它们仿佛是两个世界的代表，各自保持着独立而完整的形态。
然而，当我慢慢加热容器时，奇迹发生了。
温度的上升让聚苯乙烯逐渐软化，开始变得黏稠，仿佛变成了一团柔软的泥浆。
而二氧化硅微球则保持着原样，依然光滑而坚硬。
在加热的过程中，聚苯乙烯不断向外蔓延，试图包裹住二氧化硅微球。
这一幕让我不禁想到了人类世界中的一些场景。
有时候，我们也会遇到各种各样的挑战，仿佛是被柔软的泥浆包裹住，无法前进。
但与二氧化硅微球一样，我们应该坚守自己的原则，保持自己的独立和坚强。
随着温度的继续上升，聚苯乙烯逐渐变得更加黏稠，试图将二氧化硅微球完全包裹住。
然而，在最后的一刻，二氧化硅微球展现出了自己的独特魅力。
在极高的温度下，二氧化硅微球开始发生变化，表面出现了微小的裂纹。
这些裂纹似乎是在告诉我们，它们正在努力抵抗聚苯乙烯的包裹。
最终，二氧化硅微球成功地摆脱了聚苯乙烯的束缚，重新展现出自己的光彩。
这一幕让我深深感动。
无论是在化学实验中，还是在人类的生活中，坚守自己的原则和追求独立都是非常重要的。
正如二氧化硅微球一样，我们应该不断努力，保持自己的独特性，迎接挑战，展现出自己的真正实力。
这场关于二氧化硅微球和聚苯乙烯的对决，让我对科学的奇妙之处有了更深入的理解。
它告诉我们，只要坚守自己的原则，保持独立和坚强，我们就能战胜困难，迎接成功的到来。
聚苯乙烯微球的制备方法
聚苯乙烯微球的制备方法聚苯乙烯微球是一种在生物医学、材料科学、能源等领域应用广泛的微纳米材料。
制备聚苯乙烯微球不仅可以通过实验室和工业规模的方法进行，而且已经被广泛研究。
本文将介绍几种不同的方法，以及它们的优缺点。
一、乳液聚合法乳液聚合法是制备聚苯乙烯微球最常见的方法之一。
它的基本流程是在水相中加入单体丙烯腈（AN）和苯乙烯（St），并加入表面活性剂和十二烷基苯磺酸钠（SDBS），以及过氧化苯甲酰（BPO）作为引发剂进行聚合反应。
表面活性剂是用来降低微球的粘度和防止微球的凝聚，并有助于微球的均匀分布。
反应结束后，微球通过离心分离、洗涤、干燥等步骤进行纯化和收集。
优点：乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球尺寸均匀，制备过程简便，且成本相对较低。
缺点：乳液聚合法的最大缺点是产生大量的废水，对环境有一定的污染。
二、辅助乳液法辅助乳液法是在乳液聚合法的基础上进行改进的方法，使用辅助表面活性剂来替代传统的表面活性剂，并使用单一引发剂来替代等量的两种引发剂，以减少废水的产生量。
辅助乳液法的基本步骤与乳液聚合法类似。
优点：与乳液聚合法相比，辅助乳液法可以减少废水的产生，对环境污染更小。
缺点：辅助乳液法的固相产率较低，微球的形态易发生变化，粘性较大，难以得到较大的微球。
三、反应溶剂剥离法反应溶剂剥离法是一种将单体反应所需的有机溶剂作为剥离剂的方法。
该方法的基本流程如下：将需要制备聚苯乙烯微球的有机溶剂、单体丙烯腈和苯乙烯混合，加入引发剂、表面活性剂和剥离剂进行聚合反应。
反应后，将微球分离、洗涤和干燥。
优点：反应溶剂剥离法可以制备规模较大的聚苯乙烯微球，而且微球的形态和尺寸分布较均匀。
缺点：反应溶剂剥离法的缺点是需要大量的有机溶剂，并且需要处理溶剂和废水。
微球的悬浮性较强，制备过程中难以调控聚合反应。
四、界面反应法界面反应法是指在水-油界面或水-空气界面上进行的聚合反应。
该方法的基本流程是在水相中溶解表面活性剂和单体丙烯腈、苯乙烯等单体，将油相浸入水相中。
掺杂4_苯基卟啉的聚苯乙烯_二氧化硅复合纳米微球的制备
第 2期
邓迎春 , 等 : 掺杂 4苯基卟啉的聚苯乙烯 /二氧化硅复合纳 米微球的制备
377
2 实
验
中 , 加入 50 mL 的无水乙醇 , 10 mL 25% 氨水, 搅 拌数分钟后 , 两锥形瓶液体混合 , 继续搅拌 24 h , 离心分离, 烘干待用。 2 . 2 . 3 染料在水中的猝灭与泄漏实验 取适量所制备的荧光纳米复合粒子, 超声振 荡 10 m in 分散于 4 mL 蒸馏水中。用 970 MC型 荧光分光光度计在 422 nm 的激发波长下检测所 得乳状液的荧光强度 , 然后再将乳状液离心分离, 沉降下来的纳米颗粒又重新分散在 4 mL 水溶液 中。重复上述操作数次, 通过荧光强度的变化情 况确定有机荧光染料的猝灭与泄漏程度。
[ 4]
通过乳液聚合法制备了精细聚
苯乙烯二氧化硅复合颗粒 , 但该方法合成路线繁 琐、 制备条件苛刻。近年来, 通过溶胶凝胶原位聚 合反应, 利用含乙烯基的有机硅单体和乙烯基单体 合成有机 无机杂化材料已有研究 等
[ 14] [ 11~ 13]
。但掺杂
及稀土配合物
[ 5]
掺杂
染料制备 发光材料 的报道 不多, H anan Sertchook 制备了掺杂苏丹红染料的聚苯乙烯二氧化 硅纳米粒子, 但对其所用的聚苯乙烯分子量有严格 的要求, 该材料实验室合成十分困难。本文利用廉 价易得的硅烷偶联剂 3 甲基丙烯酰氧基丙基三甲 氧基硅烷 ( KH-570) 修饰聚苯乙烯纳米粒子, 使其 双端羟基化, 采用溶胶-凝胶法制备了掺杂非水溶 性发光材料四苯基卟啉的 PS -S i O2 复合纳米粒子。 所得染料掺杂 PS /S i O2 复合纳米粒子, 在水中染料 泄漏几乎为零。同时聚苯乙烯高度的疏水性, 使得 水分子很难进入微孔内对染料发生荧光猝灭作用, 而 Si O2 的亲水性, 使粒子在水中很容易分散及与 生物分子偶联, 有望得到广泛的推广二氧化硅纳米发光标记物水
中空二氧化硅微球的制备方法研究进展_顾文娟
图 7 LBL法制备的中空二氧化硅示意图
2001年 , RachelA.Caruso等人又用相同的 方法深入研究了不同大小的二氧化硅颗粒对最终 产物的影响 , 发现颗粒的大小对壳部的孔隙有较 大的影响 , 这一发现对 应用的研究具有 较大的 意义[ 24] 。
除 , 从而在无机物的壳内形成中空结构 [ 32] 。 S.B.Yoon等人 [ 26] 利用分散聚合法制备的聚
苯乙烯微球作为模板 , 加入表面活性剂十六烷基 三甲基氯化铵自组装到模 板表面 (主要 起控制 壳层 上 介 孔 的 作 用 );然 后 加 入 正 硅 酸 乙 酯 (TMOS)和盐酸 , 通过水解缩聚反应形 成二氧
则是利用硅酸钠作为硅二氧化硅一静一卜六烷基三甲基溴化胺卜二烷基磺酸钠pluronip123聚氧己烯聚氧丙烯聚氧乙烯三嵌段共聚物t图5以十六烷基三甲基溴化铵一十二烷基磺酸钠一p123三种表面活性剂形成的囊泡作为模板制备中空二氧化硅示意图wugangfan等人二烷基磺酸钠和四丙基溴化铵所形成的囊泡作为模板以teos作为硅源在这些囊泡上成壳
模板法按照壳层的生成方式不同又分为溶胶 -凝胶法 (sol-gel)和层层自组装法 (layerby layer)。 1.1.1 溶胶 -凝胶法 (sol-gel)
溶胶 -凝胶法一般是先制备表面功能化的模 板颗粒或者加入表面活性剂 , 利用有机硅烷的水 解 /缩合反应 , 在模板的表面形成二氧化硅壳层 。
图 4 以无机物颗粒为模板制备中空二氧化硅示意图
Yi-QiYeh等人 [ 34] 则是利用硅酸钠作为硅 源 , 十六烷基三甲基溴化铵 -十二烷基磺酸钠 P123三种表面活性剂形成的囊泡作为模板 (如 图 5), 经过 560 ℃高温煅烧后制得中空的二氧 化硅微 球 。 产 物粒径 不均匀 , 在 100 ～ 500 nm 之间 。
聚苯乙烯微球的合成实验步骤（图文说明）
聚苯乙烯微球的合成实验步骤（图文说明）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。
反应时间对聚合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。
聚苯乙烯磁性微球聚苯乙烯磁性微球0.5-1.0 um聚苯乙烯磁性微球1.0-2.0 um聚苯乙烯磁性微球2.0-3.0 um聚苯乙烯磁性微球3.0-4.0 um聚苯乙烯磁性微球4.0-5.0 um聚苯乙烯磁性微球0.5-1.0 um聚苯乙烯磁性微球1.0-2.0 um聚苯乙烯磁性微球2.0-3.0 um聚苯乙烯磁性微球3.0-4.0 um聚苯乙烯磁性微球4.0-5.0 um聚苯乙烯磁性微球0.5-1.0 um聚苯乙烯磁性微球1.0-2.0 um聚苯乙烯磁性微球2.0-3.0 um聚苯乙烯磁性微球3.0-4.0 um聚苯乙烯磁性微球4.0-5.0 um聚苯乙烯磁性微球0.5-1.0 um聚苯乙烯磁性微球1.0-2.0 um聚苯乙烯磁性微球2.0-3.0 um聚苯乙烯磁性微球3.0-4.0 um聚苯乙烯磁性微球4.0-5.0 um聚苯乙烯磁性微球1.0-2.0 um聚苯乙烯磁性微球交联聚苯乙烯微球交联聚苯乙烯微球，6μm2.50%交联聚苯乙烯微球，7μm2.50%交联聚苯乙烯微球，8μm2.50%交联聚苯乙烯微球，9um2.50%交联聚苯乙烯微球，10μm2.50%交联聚苯乙烯微球，12μm2.50%.交联聚苯乙烯微球，13μm2..50%交联聚苯乙烯微球，14μm2.50%交联聚苯乙烯微球，15um2.50%交联聚苯乙烯微球，17μm2.50%交联聚苯乙烯微球，18μm2.50%交联聚苯乙烯微球，20μm2..50%交联聚苯乙烯微球，22μm2.50%交联聚苯乙烯微球，23μm-24μm2..50%交联聚苯乙烯微球，24μm2.50%交联聚苯乙烯微球，30μm-40μm2.50%交联聚苯乙烯微球，40μm-50μm2.50%交联聚苯乙烯微球，50μm-65μm.2.50%交联聚苯乙烯微球，90μm-110μm2.50%交联聚苯乙烯微球，110μm-150μm2..50%交联聚苯乙烯微球，180μm-220μm2.50%交联聚苯乙烯微球，220μm-250μm2.50%wyf 01.07。
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一：实验方案
采用溶胶-凝胶法, 首先利用苯乙烯与3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷( KH-570)化学反应合成共
聚前驱物, 利用TEOS在一定的条件下水解与缩合, 一步合成了有机-无机复合纳米微球。
苯乙烯为天津市福晨化学试剂厂产品, 使用
前用10% 的氢氧化钠水溶液萃取3次, 再用水反
复萃取, 无水硫酸钠干燥48 h后, 在35℃减压蒸
馏, 最后得到的单体在气相色谱上未出现杂质峰,
将纯化的苯乙烯在- 1 ℃下保存待用。
3-甲基
丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷( KH-570) 为天津
市化学试剂一厂产品; Triton X-1为华美生物有
限公司产品;四乙氧基硅烷( TEOS ) 为A ldrich 公司产
品。
十二烷基苯磺酸钠( SDS) , 过硫酸钾( PPS )
等其他试剂均为分析纯试剂, 所用水均为二次蒸
馏水。
二：实验方法
2. 2. 1双端羟基化聚苯乙烯纳米粒子的制备
将0. 8 g十二烷基苯磺酸钠( SDS ), 0. 084 g
碳酸氢钠( NaHCO3 ), 2 mL苯乙烯单体共同溶于
100mL水中, 于油浴7℃, 通N2 的气氛下搅拌
数分钟。
待溶液均匀后加入0. 3 g PPS, 反应2 h
后加入2 mL KH-570, 让其继续反应12 h,。
用1倍甲醇将羟基化聚苯乙烯
水胶乳稀释, SDS、苯乙烯单体和低聚物可溶于甲
醇。
羟基化聚苯乙烯颗粒凝集析出, 离心分离,
用甲醇和蒸馏水反复洗涤, 烘干待用。
2. 2. 2聚苯乙烯/二氧化
硅( PS /SiO2 )纳米复合微球的制备
采用溶胶-凝胶法, 称取0. 2 g 羟基化聚苯乙
烯纳米粒子, 将其溶解于2 mL的甲苯中,加入2
mL TEOS, 370uL T ritonX-100,反应5h。
于另一100 mL 的锥形瓶
中, 加入50mL的无水乙醇, 10 mL 25% 氨水, 搅
拌数分钟后, 两锥形瓶液体混合, 继续搅拌24 h,
离心分离, 烘干待用。
采用溶胶-凝胶法制备纳米复合材料, 首先将
共聚前驱物( PS- OH ) 溶解于甲苯中, 再加入
TEOS, 表面活性剂及非水溶性染料苯基卟啉, 使
之构成了一个稳定的乳液体系。
当与乙醇混合
时, 在表面活性剂的作用下两体系很均匀地混合
在一起, 修饰了羟基的聚苯乙烯由于带有亲水性
基团- OH, 在乙醇体系中很容易分散开, 不会发
生团聚。
利用TEOS 水解与缩合作用形成PS /sio2纳米复合粒子.。