[發明專利]覆盆子狀的聚苯乙烯微球/二氧化硅復合粒子及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 200910092551.4
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN102019159A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 賀軍輝;杜鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，特別涉及覆盆子狀的聚苯乙烯微球(核)/二氧化硅(殼)有機-無機復合粒子及其制備方法，以及該復合粒子的應用。

背景技術

近年來，具有階層結構表面形貌和規整結構的覆盆子狀(即小尺寸粒子均勻地覆蓋在大尺寸的粒子表面)的有機/無機復合粒子，由于其高的表面粗糙和潛在的應用，越來越受到人們的關注。例如，近年來，材料科學家通過研究具有自清潔功能的荷葉的表面拓撲結構，發現荷葉微觀表面非常粗糙，且由超疏水性物質組成，于是，材料科學家開始制備具有粗糙表面(即類似于覆盆子的形狀)的球形粒子，并利用這種球形粒子作為建筑模塊，來制備自清潔玻璃(自清潔玻璃(Self-cleaning?glass)是指普通玻璃在經過特殊的物理或化學方法處理后，使其表面產生獨特的物理化學特性，從而使玻璃無需通過傳統的人工擦洗方法就可以達到清潔效果的玻璃)，自清潔玻璃從制備方法上主要分為兩大類：超親水自清潔玻璃(具有多孔結構或具有粗糙表面結構)和超疏水自清潔玻璃(模仿具有自清潔功能的荷葉的表面拓撲結構)。通常的制備方法是在玻璃制品表面添加一層無機涂層。另外，這種覆盆子狀的有機/無機復合粒子在膠體和界面科學的基礎研究方面也是非常重要的，因為它們經常被用作模型粒子來研究相行為、流變學和擴散行為。

先前科學家們嘗試了采用各種各樣的方法來制備覆盆子狀復合粒子。例如，Ming等將氨基功能化的二氧化硅小粒子在環氧基功能化的二氧化硅大粒子表面通過化學鍵進行組裝制備覆盆子狀粒子，并利用這種復合粒子構筑具有雙層尺度粗糙的超疏水薄膜(W.Ming，D.Wu，R.van?Benthem，and?G.de?With，Nano?Letters，2005，5，2298.)，但是這種方法一般需要表面修飾過程，這不僅增加了實驗步驟，也提高了制備成本。Frank等利用層狀自組裝的方法將小的二氧化硅粒子通過靜電作用力組裝到大尺寸的聚苯乙烯微球表面來制備覆盆子狀復合粒子(Frank?Caruso，Rachel?A.Caruso，Helmuth?Science，1998，282，1111.)。本申請人也曾利用層狀組裝方法分別將小尺寸的二氧化硅粒子和介孔的MCM-41型的二氧化硅分子篩組裝到大尺寸的聚苯乙烯微球表面來制備覆盆子狀復合粒子，還將小尺寸的二氧化硅粒子組裝到大尺寸的二氧化硅粒子表面構筑覆盆子狀復合粒子(X.Liu，J.He，J.Colloid?Interface?Sci.2007，314，341.杜鑫，劉湘梅，鄭奕，賀軍輝，化學學報，2009，67，435.X.Liu，X.Du，J.He，ChemPhysChem?2008，9，305.)，此種方法需要聚電解質作為連接劑且需要多步驟的自組裝過程，需要的聚電解質價格是非常高的，多步驟的自組裝過程也是非常繁瑣的。Schmid等采用市售的小尺寸二氧化硅粒子作為Janus固體粒子來穩定苯乙烯和丙烯酸正丁酯的乳液而采用pickering乳液聚合的方法來合成覆盆子狀復合粒子(Andreas?Schmid，Jeff?Tonnar，Steven?P.Armes，Adv.Mater.2008，20，3331.)，pickering乳液聚合的方法一般需要特殊的兩親性質(既親水，又親油)的Janus固體粒子作為穩定劑，且制備出來的復合粒子間一般都會有一些粘附，而這些具有兩親性質的Janus固體粒子是很難制備的，且只限于少數的材質。Chen等采用雙模板方法結合溶膠-凝膠方法，直接在大尺寸的聚苯乙烯微球表面生長二氧化硅小粒子來制備覆盆子狀復合粒子(X.Wu，Y.Tian，Y.Cui，L.Wei，Q.Wang，Y.Chen，J.Phys.Chem.C?2007，111，9704.)，采用溶膠-凝膠方法結合模板方法很難獲得具有結構規整且呈現單分散的復合粒子。因此，目前采用一種簡單、高效且低成本的方法來制備結構規整的覆盆子狀復合粒子仍是一項挑戰。

發明內容

本發明的目的之一是針對以上技術方案的不足，提供一種具有結構規整且呈現單分散性的覆盆子狀的聚苯乙烯微球(核)/二氧化硅(殼)有機-無機復合粒子。

本發明的目的之二是提供一種制備工藝簡單、成本低的覆盆子狀的聚苯乙烯微球(核)與二氧化硅(殼)有機-無機復合粒子的制備方法，所得覆盆子狀的聚苯乙烯微球與二氧化硅復合粒子具有結構規整且呈現單分散性的特征。

本發明的目的之三是提供具有結構規整且呈現單分散性的覆盆子狀的聚苯乙烯微球(核)/二氧化硅(殼)有機-無機復合粒子的應用。