[發明專利]熒光聚合物分子刷薄膜、制備方法及用于高靈敏檢測爆炸物

有效

• 申請號: 201210407808.2
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102911386A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 林權;楊旭東;陳潔;馬騁;王傳洗;楊柏;董鳳霞
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J5/18;C08L51/10;C08F292/00;C08F220/18;C08F220/14;C09K11/06;G01N21/64
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，涉及一種熒光聚合物分子刷薄膜、制備方法及用于高靈敏檢測爆炸物。

背景技術

TNT（三硝基甲苯）作為一種常見的炸藥，不僅影響公共安全而且其本身也是一種對人體有害的致癌物質，分布在水體、空氣和土壤中對環境造成極大的污染，影響著人們的身心健康。目前各國對飲用水的TNT含量都有嚴格的限定值，美國環保部門要求飲用水中TNT最大含量為2ppb。因此如何選擇一種簡便方法實現對TNT的靈敏檢測顯得尤為重要。

聚合物分子刷薄膜是指高密度地將聚合物分子鏈的一端連接于各種界面或聚合物鏈上而形成的一種均聚物或共聚物高分子體系。聚合物分子刷的特點在于聚合物厚度均勻，其結構特性可以很好地控制和調節界面或表面的物理化學性質，而且通過改變聚合物的組成、結構和密度可以調控聚合物分子刷的聚集形態及功能基團的分布，實現對表面的改性、修飾及功能納米粒子的復合，擴展在聚合物材料領域的廣泛應用，目前已成為研究熱點。近年來，隨著科學技術的發展，各種可控自由基聚合反應技術的成功發明為制備聚合物分子刷薄膜的研究提供了有效的途徑。如果將熒光分子與聚合物分子刷進行復合，利用分子刷與熒光分子鍵合的穩定作用，可以獲得具有優異熒光性質的聚合物分子刷薄膜，將其作為熒光檢測傳感器具有重要的應用價值。

利用TNT等硝基類爆炸物的強吸電子能力，將其與聚合物分子刷中的熒光分子相互作用，導致熒光分子的熒光性質發生淬滅，從而可以實現熒光功能聚合物分子刷薄膜對TNT的智能和靈敏檢測。

發明內容

本發明的目的是提供一種熒光聚合物分子刷薄膜、制備方法及用于高靈敏檢測爆炸物。

該方法首先在基底上合成厚度從納米至微米可控的聚合物分子刷薄膜，進而將具有熒光性質的有機分子（熒光分子）與分子刷薄膜復合，獲得具有熒光性質的聚合物分子刷薄膜。利用爆炸物TNT分子與熒光分子間的電子轉移作用，導致淬滅熒光而使聚合物分子刷薄膜的熒光強度降低，實現熒光聚合物分子刷薄膜對TNT的智能檢測。這種熒光性質分子刷薄膜材料可在較大濃度范圍內對TNT實現檢測，并具有很高的檢測靈敏度，檢測限可達到0.1ppb，遠低于環保部門規定的2ppb最低檢測標準。這種具有TNT檢測功能的熒光聚合物分子刷薄膜材料開拓了高分子響應性材料體系，將在快速靈敏爆炸物檢測、環境監測，機場安檢、光學材料、安全檢查及反恐等領域具有重要的實際意義和應用價值。

一種具有高靈敏檢測爆炸物功能的熒光聚合物分子刷薄膜的制備方法，其步驟如下：

（1）將基片（通常為無機基片，包括石英、玻璃、云母、硅片等）放入盛有濃H₂SO₄（98wt％）和H₂O₂混合溶液（體積比7：3）的反應器中，在70～95℃條件下加熱30～90分鐘，使基片表面產生羥基基團，再用去離子水沖洗基片并用氮氣吹干；然后將基片置于30～60uL含有氨基的硅烷偶聯劑（如3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷等）與10mL甲苯混合溶液中反應8～12小時，使基片表面連接上氨基基團；將基片用二氯甲烷等溶劑沖洗吹干后，放入盛有0.1～0.3mL引發劑（2-溴異丁酰溴、2-溴丙酸甲酯、2-溴異丁酸乙酯、氯乙酸乙烯酯、氯乙酸烯丙酯、4-溴甲基二苯甲酮、4，4'-二溴甲基二苯甲酮、氯乙酰胺或偶氮二異丁氰等)，0.12～0.2mL酸吸收劑（三乙胺、正丙胺、正丁胺或吡啶等）、5～10mL二氯甲烷的密封瓶中，在0℃條件下反應1～3小時后，再在室溫下反應15～18小時，然后將接有引發劑的基片取出用丙酮與甲苯分別沖洗后用氮氣吹干；

（2）將步驟（1）得到的表面接有引發劑的基片放入反應器中，加入5～8mL丙酮、1～3mL去離子水、0.8～2mol聚合單體1、0.67～0.7mmol配體單體2后混合均勻，室溫下通高純氮氣30～60分鐘后，反應體系升溫至60～70℃，加入0.223～0.278mmol催化劑單體3，混合均勻，在密封循環水冷凝條件下反應3～6小時，將基片取出用四氫呋喃進行超聲波清洗吹干后，置于120～260℃烘箱中加熱15～90分鐘，用大量去離子水沖洗并氮氣吹干，即在基片上得到了聚合物分子刷薄膜，其厚度為20～200nm；