新型中空聚苯乙烯納米球的設(shè)計合成與性能研究.pdf

1、中空聚合物納米球(HPNSs)由于其獨特的納米結(jié)構(gòu):聚合物為基體的納米殼及其包圍而成的球形納米中空腔,在生物醫(yī)藥、催化、吸附、納米反應(yīng)器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。HPNS通常采用自組裝法、模板法、(微)乳液聚合法等技術(shù)制備而成。而這些傳統(tǒng)制備方法通常帶有不可避免的缺陷,比如:單分散性較差易團聚、聚合物殼層力學(xué)強度低而無法在常壓干燥下保持優(yōu)良的中空球形結(jié)構(gòu)等等。
　　本論文首先通過模板法,以 SiO2納米球作為模板,通過乳液聚合包覆

2、PS殼層,合成出 SiO2/PS核殼納米球;然后以無水三氯化鋁為超交聯(lián)(hypercrosslink)反應(yīng)催化劑,四氯化碳為或其他試劑為交聯(lián)劑,在PS分子鏈苯環(huán)間引入超交聯(lián)橋,得到SiO2/PS交聯(lián)納米球;最后用HF刻蝕掉SiO2,最終產(chǎn)物在常壓下干燥,即得到 HPNS。合成過程中引入超交聯(lián)反應(yīng),可以很大程度上提高殼層結(jié)構(gòu)的交聯(lián)度,增強其力學(xué)強度,保持良好單分散性,而且交聯(lián)過程中產(chǎn)生的凝膠微孔在常壓干燥下得以繼承,從而得到多微孔殼的新型

3、中空聚苯乙烯納米球(HPNS)。我們采用DLS、Zeta電位儀、SEM、TEM、TGA、N2吸附-脫附等分析方法對所制備的新材料進行結(jié)構(gòu)表征,并研究了它們的膠體穩(wěn)定性、對小分子的吸附-緩釋性能以及對有機蒸汽的吸附等性能,得到的研究成果如下:
　　(1)在模板法的基礎(chǔ)上,經(jīng)過超交聯(lián)反應(yīng),最后獲得球形度優(yōu)良、單分散性的多微孔HPNS。隨后我們進一步對模板尺寸、DVB含量、超交聯(lián)劑種類進行調(diào)控,成功實現(xiàn)了合成不同中空腔大小、預(yù)交聯(lián)度和引

4、入的交聯(lián)橋的HPNS的可控制備。研究表明,中空腔為50 nm、尺寸為120 nm HPNS,PDI依舊保持在0.005,BET比表面和孔體積分別可達476 m2g-1和0.61 cm3g-1;DVB含量為12％的HPNS單分散性最佳,BET比表面和孔體積分別可達335 m2g-1和0.27 cm3g-1;通過改變超交聯(lián)劑種類,為HPNS引入不同交聯(lián)橋,如-CH2C6H4CH2-、-CH2C6H4C6H4CH2-等,其中引入-CH2C6H

5、4CH2-交聯(lián)橋的HPNS的BET比表面可達到445 m2g-1。
　　(2)我們進一步調(diào)整超交聯(lián)時間和溫度,探究合成 HPNS的最佳超交聯(lián)反應(yīng)條件。研究表明,溫度對于HPNS的納米結(jié)構(gòu)具有非常顯著的影響,當(dāng)溫度為75 oC時,HPNS殼層的交聯(lián)程度最高,微孔含量最高,BET比表面和微孔比表面分別達到332 m2g-1和183 m2g-1,單分散性優(yōu)異,PDI保持在0.005。反應(yīng)時間在12~24 h,HPNS可以保持最佳的球形形

6、貌和單分散性,而超交聯(lián)反應(yīng)達到4 h以后,微孔形成達到飽和,BET比表面基本保持不變。
　　(3)本論文中合成的新型HPNS在pH為2~13的緩沖溶液中都能保持優(yōu)良的膠體穩(wěn)定性。對于一些易揮發(fā)性的小分子溶劑,HPNS可以很顯著地控制溶劑分子緩慢揮發(fā)。經(jīng)靜態(tài)飽和蒸汽測試,發(fā)現(xiàn)HPNS對于飽和蒸汽如甲苯、四氫呋喃的吸附量最高分別達到285 mgg-1和234 mgg-1。而作為合成HPNS的前驅(qū)體,SiO2/PS交聯(lián)核殼納米球也可以應(yīng)