微米级单分散聚苯乙烯微球的制备及其自组装

摘要

聚苯乙烯(PS)微球是一种典型的高分子材料,单分散的 PS微球通过自组装排布形成有序的周期性结构即为胶体晶体。粒径为微米级的 PS组成的胶体晶体对光的布拉格衍射发生在红外波段,扩宽了光子晶体在太阳能电池、热防护、光子计算机等方面应用,因此,其发展前景十分广阔。本文主要采用了分散聚合法制备单分散的、粒径为微米级的聚苯乙烯微球,并采用三种不同的方法对其进行了自组装。
　　本文采用改进的无皂乳液法和分散聚合法这两种方法合成 PS微球,改进无皂乳液聚合法,在向水溶液体系引入了外加电解质后,得到的微球分散性较差;相比之下,采用分散聚合法则可以得到单分散的 PS微球,且粒径达微米级。对于分散聚合法主要研究了单体加入方式、溶剂极性,单体、引发剂及分散剂的用量等这些主要的影响因素对 PS微球粒径大小及分布的影响,分别对其作了讨论和分析,得出了各个因素对粒径影响的规律及最佳条件和范围:采用一次性加入单体的方式,PS微球的粒径,随着溶剂极性的增大而变小且分布变窄,乙醇/水体积比控制在90/10至75/25之间最适;粒径随着单体(St)增多而增大且分布变宽,St加入量为7.4vol％-13vol%为宜;随引发剂(AIBN)的增多,PS粒径变大,分布略变宽,AIBN相对用量为0.5%-3.5%最适;随分散剂(PVP)的增加粒径减小,分布呈先变窄再略变宽的趋势,PVP浓度在0.9%-1.3%范围内制得的PS粒径大小及分布最为适当。此外,还对反应过程中 PS粒径长大的情况进行了监测。
　　针对制备出的微米级 PS微球,采用了重力沉降法、微液滴自组装法和垂直沉积法这三种方法对其进行自组装。对每种方法的影响因素分别做了对比和分析,利用金相显微镜和扫描电镜对其模板形貌进行表征。其中,酸度和温度对重力沉降法影响较为明显;溶剂、酸度、添加剂、外加超声是微液滴自组装法的主要影响因素;生长温度、酸度、添加剂则是垂直沉积法的最主要影响因素。综合比较后,得出了微液滴自组装法和垂直沉积法最适合微米级单分散 PS微球的胶体晶体自组装的结论。

目录

摘要

Abstract

绪论

课题背景

胶体晶体概述

单分散粒子的概述

单分散PS微球的制备

微球自组装胶体晶体

研究内容

实验材料和试验方法

实验药品与仪器

实验技术及工艺流程

表征方法

聚苯乙烯微球的制备

改进的无皂乳液聚合法制备PS微球

改进的无皂乳液法的影响因素

分散聚合法制备PS微球

分散聚合法的影响因素

本章小结

胶体晶体模板的制备

重力沉降法制备PS胶体晶体

微液滴自组装法制备PS胶体晶体

垂直沉积法制备PS胶体晶体

本章小结

结论

参考文献

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致谢