自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的制备方法

摘要

本发明公开了一种自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的制备方法。该方法是在恒温水浴中加入去离子水，搅、并通冷凝水和氮气稳定后，加入苯乙烯，继续搅拌并逐滴加入月桂醇溶液、十二烷基硫酸钠溶液和过硫酸钾溶液，氮气保护下反应约8h，四颈瓶瓶壁油珠消失结束反应。将所得到的乳液洗涤、恒温干燥后，即可得到本发明所制备的产品。本发明的优点是：工艺步骤简单，制备耗时较少，产率高，操作性较强。该方法能够实现高质量三维有序PS胶体晶体的一步乳液聚合自组装，成功获得粒径为160nm～320nm的PS胶体晶体。所制备的PS微球粒径均一度高，通过调整乳化剂SDS用量和引发剂KPS用量可以控制PS胶体晶体的质量和PS胶粒粒径大小。

权利要求

1.一种自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的制备方法，该方法中所使用的原料包括：（1）苯乙烯，分析纯，用前减压蒸馏，用NaOH洗去阻聚剂，水洗至中性，（2）过硫酸钾，分析纯，用前重结晶，（3）十二烷基硫酸钠，化学纯，

（4）月桂醇，化学纯，

（5）制备用水为实验室自制蒸馏水；

一种自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的制备方法是：将500ml四颈瓶置于80℃恒温水浴中，加入适量实验室自制蒸馏水，并以400r/min的速度搅拌，通冷凝水和氮气稳定后，将苯乙烯加入四颈瓶中，继续搅拌并逐滴加入月桂醇溶液、十二烷基硫酸钠溶液和过硫酸钾溶液，氮气保护下反应8h，四颈瓶瓶壁油珠消失结束反应；将所得到的乳液洗涤、在恒温干燥箱中干燥后，即可得到自组装三维有序PS胶体晶体材料；

在上述反应中，各种原料的mg/ml用量比例为：SDS/St==0.8—3.5

KPS/St==4—9

月桂醇/St==3—5。

说明书

自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的制备方法。

背景技术

[0002] 三维有序PS胶体晶体具有多种优良特性，可作为光子晶体材料、催化剂载体和制备抗高温耐压的乳液/粘土聚合材料，同时其在生物及临床医学领域也有很好的应用潜力。目前三维有序PS胶体晶体最广泛的用途之一就是用于制备三维有序大孔材料（3DOM）的模板，即将前驱物填充到三维有序PS微球间的空隙中，然后焙烧除去PS，得到3DOM。以往报道的模板制备通常分为两步：首先要制备单分散PS微球，然后通过各种手段让微球完成自组装。现有的微球自组装方法已经很多，如重力沉降法、离心加速沉降法、垂直沉降法、电泳沉积法等。虽然这些方法都是三维有序胶晶模板的成功组装途径，但都普遍存在周期长，产率低，实验条件和操作要求高的缺陷，使得生产效率难以提高，影响了三维有序PS的工业化应用和推广。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题在于提供一种自组装三维有序聚苯乙烯胶晶的制备方法。该方法具有工艺步骤简单，制备耗时较少，产率高，操作性较强的优点。

[0004] 本发明制备方法中所使用的原料包括：

[0005] 1、苯乙烯，分析纯，用前减压蒸馏，用NaOH洗去阻聚剂，水洗至中性。

[0006] 2、过硫酸钾，分析纯，用前重结晶。

[0007] 3、十二烷基硫酸钠，化学纯。

[0008] 4、月桂醇，化学纯。

[0009] 5、制备用水为实验室自制蒸馏水。

[0010] 本发明的制备方法是：

[0011] 将500ml四颈瓶置于70℃恒温水浴中，加入适量去离子水，并以400r/min的速度搅拌，通冷凝水和氮气稳定后，将苯乙烯（St）加入四颈瓶中，继续搅拌并逐滴加入月桂醇溶液、十二烷基硫酸钠（SDS）溶液和过硫酸钾（KPS）溶液，氮气保护下反应约8h，四颈瓶瓶壁油珠消失结束反应。将所得到的乳液洗涤、在恒温干燥箱中干燥后，即可得到自组装三维有序PS胶体晶体材料。

[0012] 在上述反应中，各种原料的mg/ml用量比例为：

[0013] SDS/St==0.8—3.5

[0014] KPS/St==4—9

[0015] 月桂醇/St==3—5。

[0016] 本发明的优点是：工艺步骤简单，制备耗时较少，产率高，操作性较强。该方法能够实现高质量三维有序PS胶体晶体的一步乳液聚合自组装，成功获得粒径为160nm～320nm的PS胶体晶体。所制备的PS微球粒径均一度高，通过调整乳化剂SDS用量和引发剂KPS用量可以控制PS胶体晶体的质量和PS胶粒粒径大小。

附图说明

[0017] 以下结合附图和具体实施方式对本发明加以详细说明。

[0018] 图1为不同SDS/St的PS胶晶FE-SEM图。

[0019] 图2为PS乳液的图片。

[0020] 图3为不同SDS/St的PS胶粒粒径变化的FE-SEM图。

[0021] 图4为不同KPS/St的PS胶粒粒径变化的FE-SEM图。

具体实施方式

[0022] 例1 聚苯乙烯胶体晶体的制备

[0023] 1、药品及仪器

[0024] 苯乙烯（St，分析纯，天津光复精细化工研究所，使用前减压蒸馏，用0.1mol/L的NaOH洗涤三次除去阻聚剂，并用去离子水洗三次直至中性）；过硫酸钾（KBS，分析纯，北京金汇太亚化学试剂有限公司，使用前重结晶）；十二烷基硫酸钠（SDS，化学纯，郑州永兴化工有限公司），月桂醇（化学纯，上海农业机械化实验厂），所用到水均为实验室自制蒸馏水。

[0025] S-4300场发射扫描电子显微镜（FE-SEM，日本日立公司）；Nano-ZS90型激光粒度仪（英国马尔文仪器有限公司）；IKA RW20 数显型顶置式机械搅拌器（广州仪科实验室技术有限公司）；DF-101S集热式磁力搅拌器（金坛市华峰仪器有限公司）；DZF-6020真空干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；R201旋转蒸发器（上海申胜生物技术有限公司）。

[0026] 2、聚苯乙烯胶体晶体的制备

[0027] 将500ml四颈瓶置于70℃恒温水浴中，加入适量去离子水，并以400r/min的速度搅拌，通冷凝水和氮气稳定后，将St加入四颈瓶中，继续搅拌并逐滴加入月桂醇溶液、SDS溶液和KPS溶液，氮气保护下反应约8h，四颈瓶瓶壁油珠消失结束反应。所得乳液经洗涤，留取一部分用于粒径测试，其余在恒温干燥箱中干燥后，得到自组装三维有序PS胶体晶体材料。

[0028] 例2 乳化剂用量对聚苯乙烯胶粒在乳液中自组装的影响

[0029] 表1是在固定其它实验条件，只考虑SDS的不同用量对PS胶粒在乳液中自组装的影响，样品的FE-SEM照片如图1所示。从图1和表1可以看出，SDS与St的用量比值从0.2增加到3.1（a ～d）PS粒径都很均一，PS胶晶的三维有序性随着SDS/St的增大而变好， [0030] 表1 SDS/St值对PS胶粒在乳液中自组装的影响

[0031]SDS/St（mg/ml） PS粒径均一性 PS三维有序性
a 0.2 好 差
b 0.5 好 一般
c 1.7 好 较好
d 3.1 好 好

[0032] 在本例及以下各相关实施例中，月桂醇/St（mg/ml）取3—5。由于其用量对所制备产品的性能影响并不大，故没有重点加以分析。

[0033] 例3 乳化剂用量对聚苯乙烯胶粒粒径的影响

[0034] 通过表2可得知，随着SDS/St值的增大，PS胶粒的平均粒径减小，这与图3中PS的FE-SEM照片揭示的变化规律一致。并且图3也表明，a ～f 中PS胶晶的三位有序结构均理想完好。

[0035] 表2 SDS/St值对PS胶粒粒径的影响

[0036]SDS/St（mg/ml） 平均粒径（nm） 标准差
a 0.8 317.6 3.2
b 1.2 306.7 3.4
c 1.4 259.6 2.8
d 1.9 247.3 3.1
e 2.2 216.9 3.8
f 2.6 160.1 2.7

[0037] 例4 引发剂用量对聚苯乙烯胶粒粒径的影响

[0038] 表3是不同KPS/St值对PS胶粒粒径的影响情况，样品的FE-SEM扫描照片如图4所示。从表3和图4可以看出PS胶粒粒径随引发剂KPS用量的增大而增加，但增幅不显著。

[0039] 表3 KPS/St值对PS胶粒粒径的影响

[0040]KBS/St（mg/ml） 平均粒径（nm） 标准差
a 5.2 206.6 2.1
b 6.2 217.2 3.6
c 7.1 252.4 2.5
d 8.4 274.9 3.2

[0041] 例5 聚苯乙烯胶体晶体测试与表征

[0042] 将制备的PS乳液稀释至10mg/L后超声10min，之后用Nano-ZS90型激光粒度仪测定PS微球的粒径，重复测量5～7次，记录样品的平均粒径以及标准方差。用S-4300型场发射扫描电子显微镜观察PS胶体晶体的断面形貌，并在不同放大倍数下拍照。