多级微纳米结构聚苯乙烯基复合微球的制备及功能化研究

摘要

近几年来,具有特定形貌和一定功能的聚合物微球的制备及应用研究已成为高分子材料领域发展的重要方向。设计及合成集不同特性为一体的中空聚合物复合微球的研究推动了包括化学、物理、生物等学科之间相互交叉发展,受到研究者极大的关注。
　　 目前,聚合物中空多孔微球大多采用模板法合成,步骤较繁琐,一般先合成模板,而后在模板上聚合壳层,最后经刻蚀模板得到中空微球。除了这类硬模板外,在水相/油相/水相(W/O/W)或油相/水相/油相(O/W/O)的乳液聚合中,表面活性剂组装成的胶束及液滴也可作为软模板用于制备中空多孔微球。典型的W/O/W乳液聚合包括两个步骤:先形成稳定的反相W/O乳液体系,随后加入水中通过选择适当的表面活性剂形成稳定的W/O/W体系。这个方法虽然避免了模板刻蚀,但是后续对表面活性剂的洗涤包括离心、洗涤和再分散等处理步骤,限制了其实际应用价值。
　　 本文采用一步法合成多级微纳米结构聚苯乙烯基复合微球,即在微米级聚苯乙烯基复合微球的内部构造各种不同的纳米结构,合成步骤简单且制得的复合微球形貌丰富,如有中空多孔结构和核壳结构等;进一步引入Fe3O4和Ag制备的功能性微球,即磁性复合微球、载Ag复合微球和磁性载Ag复合微球,赋予了聚苯乙烯基复合微球一定的磁性及催化性能。具体研究工作如下:(1)以十八醇、马来酸酐及聚乙二醇为原料合成含双键的可聚合表面活性剂十八醇马来酸聚乙二醇酯,简称O-B-EG。合成中采用不同分子量的聚乙二醇包括(PEG200、400、600、1000)可得到具有不同亲水链长的O-B-EG。(2)以O-B-EG为表面活性剂,苯乙烯及丙烯酸钠为单体,通过改变O-B-EG的亲水链长、苯乙烯与丙烯酸钠单体复合比等,合成具核壳、中空多孔等不同微纳米结构复合微球,建立模型并探讨不同微纳米结构复合微球的形成机理。(3)选取不同结构的聚苯乙烯/丙烯酸钠微球为Ag催化剂载体,并以硼氢化钠还原硝基苯为模型反应,考察载Ag复合微球的催化性能。由于Ag负载在复合微球载体上,能在水相中稳定存在,大大改善了Ag纳米粒子的催化性能。(4)通过化学沉淀法合成Fe3O4纳米粒子,采用油酸进行表面改性,使Fe3O4纳米粒子可均匀的分散在苯乙烯与正辛烷组成的油相中,形成磁流体。而后以O-B-EG为表面活性剂,合成磁含量不同的磁性聚苯乙烯核壳结构微球。讨论O-B-EG含量等多个因素对磁性微球制备的影响,在此基础上,进一步加入丙烯酸钠作为共聚单体,合成多种不同微纳结构的磁性聚苯乙烯基复合微球。研究表明,加入丙烯酸钠可以很好改善聚合物微球对Fe3O4的负载。(5)以磁性聚苯乙烯/丙烯酸钠微球为Ag催化剂载体,并以硼氢化钠还原硝基苯为模型反应,考察载Ag磁性复合微球的催化性能。Fe3O4的引入使得催化剂能通过外加磁场进行分离,可有效实现对Ag这一贵金属的回收,达到资源再利用的目的。