[發明專利]非密堆積膠體晶體微球的制備方法

無效

• 申請號: 200710024491.3
• 申請日: 2007-06-19
• 公開（公告）號: CN101091897A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 張繼中
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種非緊密堆積型膠體晶體微球的制備方法，特別是將熱塑性材料為殼而非熱塑性材料為核的核殼結構的單分散微球組裝成緊密堆積型膠體晶體微球后進行加熱融化的方法以使殼層材料熔融在一起而核心材料在殼層材料中形成非緊密堆積型膠體晶體微球。

背景技術

膠體晶體是由單分散的微米或亞微米無機或有機微球(也稱膠體微球)形成的具有三維有序結構的一類物質。在自然界二氧化硅微球的有序沉積形成天然的膠體晶體稱為蛋白石，因而人們也把非天然的膠體晶體稱作合成蛋白石。由于膠體晶體在包括結構色、多孔材料、及由于膠體晶體為光子晶體的一種所導致的其在包括通信、電磁防護等領域的廣泛的應用價值，膠體晶體的研究受到了學術界、產業界人士的廣泛關注。

在膠體晶體中有一種以單分散微球通過組裝而形成的更大的膠體晶體微球近年來吸引了人們的眼球。人們通過將單分散微球分散在液體介質中后將一定量的分散介質及單分散微球分散在另外一種與分散介質及單分散微球材料互不相混的液體介質中后通過緩慢的揮發掉單分散微球的分散介質而促使單分散微球在互不相混介質的界面處組裝成膠體晶體微球。人們發現膠體晶體微球能夠很好地應用于傳感、催化等領域，因而成為膠體晶體的一個重點研究領域。人們目前仍在探索膠體晶體微球新的制備方法及新的用途。

而另一方面，在膠體晶體中有一類單分散微球在某種介質中相互間以一定的空間間隔排列成周期排列的三維有序結構稱為非緊密堆積型膠體晶體或者光子晶體。由于非緊密堆積型膠體晶體中分散單分散微球的可選介質可以提高膠體晶體的調控性，因而成為膠體晶體的一個研究熱點。目前主要有兩種方法制備非緊密堆積型膠體晶體：一種通過將單分散微球分散在可以聚合的高分子單體溶液中進行聚合而得到；另外一種通過在緊密堆積型膠體晶體中灌注具伸縮特性的彈性材料后通過拉伸彈性材料從而將緊密堆積的膠體晶體轉換為非緊密堆積的膠體晶體。這兩種方法均存在一定的優缺點。對于第一種方法將單分散微球分散在某種介質中形成以一定間隔排列的三維有序結構及隨后進行的聚合反應均比較困難，目前人們只能在離子濃度極度受限的嚴苛條件下在含有單體的水溶液選擇少量聚合引發劑的環境中進行排列，因而其應用受到一定的限制。而采用緊密堆積型膠體晶體灌注具伸縮性彈性材料的方法由于灌注難度較大及可供選擇的具伸縮性材料較少而受到諸多限制。至于非緊密堆積型膠體晶體微球則尚未見報道。因此，開發新的制備非緊密堆積型膠體晶體的制備方法就成為一件很有意義的事情。

在膠體晶體領域的另外一個研究熱點則是核殼結構的單分散微球。由于核殼結構微球的核材料及殼材料可以進行比較自由的選擇這就為改善膠體晶體的功能提供了可能。目前在可供選擇的單分散微球的核或者殼材料中有許多為熱塑性高分子材料如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等。而熱塑性高分子材料的一個特點是其方便、廉價的加工特性。這使得熱塑性高分子材料走進了千家萬戶。為此，本發明提出首先制備外殼為熱塑性材料的核殼結構單分散微球，然后組裝這些核殼結構單分散微球以形成緊密堆積型膠體晶體微球，最后通過熱熔融方法使得殼層熱塑性材料熔融連接在一起而核心微球在在熱塑性材料介質中排列成以一定間隔排列的三維有序結構的非緊密堆積型膠體晶體微球。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種非緊密堆積型膠體晶體微球的制備方法，該方法能夠拓展現有非緊密堆積型膠體晶體的制備方法并為膠體晶體微球的大規模應用提供可能。

技術方案：本發明的非緊密堆積型膠體晶體微球的制備方法通過如下步驟進行：

A、首先制備或者獲得非熱塑性材料構成的單分散微球作為核心；

B、其次在非熱塑性材料構成的核心單分散微球上包覆熱塑性材料以形成熱塑性材料為殼而非熱塑性材料為核的核殼結構的單分散微球；

C、然后將核殼結構單分散微球分散在一種液體介質中后，以一定的量注入互不相混的介質中，揮發分散單分散微球的液體介質而保留互不相混的介質，從而促使核殼結構單分散微球在與互不相混的液體介質接觸界面處組裝成膠體晶體微球；

D、在氣體或者液體介質加熱熔融由核殼結構單分散微球所構成的膠體晶體微球以使殼層材料熔融而核心材料在殼層材料中形成非緊密堆積型膠體晶體微球。冷卻使熔融的殼層材料凝固后即可獲得核心單分散微球以一定間隔在殼層材料中組裝成的非緊密堆積型膠體晶體微球。

所述非熱塑性材料包括無機材料及交聯高分子材料。

所述熱塑性材料為熱塑性高分子材料。

所述的膠體晶體微球的大小可以是一致的也可以是不一致的。