專利名稱:聚苯乙烯中空微球?yàn)槟0逯苽浜D憼顚?dǎo)電聚合物中空微球的方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物技術(shù)領(lǐng)域,特別提供了一種聚苯乙烯中空微球?yàn)槟0逯苽浜D憼顚?dǎo)電聚合物中空微球的方法,以聚苯乙烯中空微球?yàn)槟0逯苽浜D憼顚?dǎo)電聚合物中空微球。
背景技術(shù):
文獻(xiàn)Supp S I,Lebonheur V,et al.,Science,1997,276,384中指出,納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物材料在磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、催化以及化學(xué)傳感等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,因此引起了人們的巨大關(guān)注并掀起了研究的熱潮。由于它們特殊的物理性質(zhì)和潛在的應(yīng)用,二維和多維有序結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。目前,人們已經(jīng)用多種不同的方法制備出了高質(zhì)量的一維的導(dǎo)電聚合物納米纖維及納米線等,如使用硬模板,軟模板,種子聚合,界面聚合以及稀釋聚合等,但是,利用一維的納米導(dǎo)電聚合物材料自組裝成二維甚至多維材料仍少有報(bào)道。發(fā)展一種簡(jiǎn)單有效的聚合物一維材料組裝成多維材料的方法仍然是一項(xiàng)重大的科學(xué)挑戰(zhàn)。目前制備多維有序?qū)щ娋酆衔锊牧蠌?fù)雜結(jié)構(gòu)的方法主要有分子自組裝、有機(jī)合成、微乳液聚合、模板聚合等等,其中模板法是較為有效控制聚合物的形貌和粒徑的方法之一。文獻(xiàn)Kageyama K,Tamazawa J,Aida T.,Science,1999,285,2113中指出,模板法是指選擇一種物質(zhì)為“模”,促使組分在模內(nèi)生長(zhǎng)或圍繞模生長(zhǎng),材料的幾何參數(shù)將受到模板的限制。因此改變模板的形狀和尺寸可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的預(yù)期可控。
在不借助參雜劑的情況下,單純利用模板控制一維材料的生長(zhǎng)和三維材料的組裝是一件相當(dāng)困難的事。這里,選擇聚苯乙烯中空微球則能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。聚苯乙烯中空微球包含一層很薄的親水內(nèi)層和親水橫斷通道,這些位置的主要成分是聚丙烯酸甲酯和聚丙烯酸。因此,陽(yáng)離子的聚合物單體能通過(guò)靜電吸引的作用,進(jìn)入到聚苯乙烯中空微球的內(nèi)腔,聚苯乙烯中空微球也由此可以作為一種為容器來(lái)控制反應(yīng)單體的釋放,成為一種比較理想的模板。在以往的研究中也曾用到聚苯乙烯為模板,但是聚苯乙烯大多需要經(jīng)過(guò)磺化模板這一步,而且形成的多是表層密實(shí)的聚合物微球。利用聚合物纖維組裝成海膽狀中空微球的形貌,無(wú)論在工藝上還是潛在的應(yīng)用上,都具有十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種聚苯乙烯中空微球?yàn)槟0逯苽浜D憼顚?dǎo)電聚合物中空微球的方法。解決了導(dǎo)電聚合物纖維的生成和組裝。
本發(fā)明運(yùn)用中空聚苯乙烯微球?yàn)槟0?,利用微球球面的橫斷通道和內(nèi)表面有羧酸等親水的基團(tuán)吸收聚合物單體鹽,將中空微球作為聚合物單體的容器,在將盛裝有單體的聚苯乙烯微球分散到氧化劑的溶液中,空腔內(nèi)的單體通過(guò)親水橫斷通道擴(kuò)散到球面時(shí)被氧化成聚合物纖維,同時(shí)通過(guò)聚苯乙烯球面組裝成海膽狀形貌的聚合物微球。由于球面上的纖維長(zhǎng)短粗細(xì)和氧化劑的性能強(qiáng)弱有關(guān),因此可以通過(guò)氧化劑的不同來(lái)調(diào)節(jié)海膽狀聚苯胺中空微球的形貌。由于制備得的聚合物的尺寸大小,形貌特征,以及導(dǎo)電聚合物本身等特點(diǎn),使得該聚合物在電、磁、微處理器件、環(huán)境保護(hù)、隱身材料、高性能涂層材料及生物化學(xué)等方面將具有廣闊的應(yīng)用前景。
具體制備步驟如下1.取100mL0.01-10.00M的酸溶液,加入0.1-20.0g的聚合物單體,磁力攪拌0.5-8h時(shí)間形成均勻溶液。
2.取0.1-30g的聚苯乙烯溶液加入到上面的溶液里,用磁力攪拌6-72h的時(shí)間;然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球。
3.步驟2得到的聚苯乙烯微球分散到0.01-40wt%的氧化劑水溶液中進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)溫度0-60℃,反應(yīng)時(shí)間6-48h。
4.反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和溶劑洗滌數(shù)遍,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止。
5.最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為30-80℃,時(shí)間為10-48h。
將分離出來(lái)的聚合物進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)其為海膽狀中空微球結(jié)構(gòu),徑向生長(zhǎng)的納米纖維排布在球面上,每根納米纖維的直徑大約在20-60nm之間。
步驟1中酸可以是HCl-、H3PO4、H2SO4中的任何一種,聚合物單體可以為苯胺、吡咯、噻吩中的任何一種;步驟3中所述的氧化劑可以是(NH3)2S2O8、FeCl3、H2O2中的任意一種。
步驟4用到的溶劑可以是丙酮、乙醇、二氯甲烷中的任何一種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為首次將聚苯乙烯中空微球模板作為微容器和微反應(yīng)器用到控制納米結(jié)構(gòu)聚合物形貌的研究中,實(shí)現(xiàn)了聚合物一維聚合和三維組裝的同時(shí)進(jìn)行,獲得了海膽狀中空導(dǎo)電聚合物微球,拓寬了制備納米尺寸聚合物的聚合手段。該方法聚合條件易于控制,聚合影響因素少,可以獲得各種細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)不同的海膽狀聚合產(chǎn)物,以及反應(yīng)結(jié)束后模板容易去除等許多優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1A.取30ml的1molL-1的鹽酸,加入0.02mol苯胺單體,磁力攪拌4小時(shí)形成均勻溶液。
B.取3g的聚苯乙烯微球加入到上面的溶液里,用磁力攪拌24小時(shí);然后離心洗滌,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球。
C.將聚苯乙烯微球重新分散到0.5M氧化劑FeCl3溶液,反應(yīng)溫度25℃,反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)。
D.反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和乙醇洗滌數(shù)遍,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止。
E.最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為60℃,時(shí)間為48小時(shí)。
實(shí)施例2A.取30ml的0.1molL-1的鹽酸,加入0.5mol得苯胺單體,磁力攪拌2小時(shí)形成均勻溶液。
B.取10g聚苯乙烯微球加入到上面的溶液里,用磁力攪拌一定的時(shí)間;然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球。
C.將聚苯乙烯微球重新分散到2M的氧化劑(NH3)2S2O8溶液,在室溫下反應(yīng)48小時(shí)。
D.反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和丙酮洗滌數(shù)遍,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止。
E.最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為80℃,時(shí)間為12小時(shí)。
實(shí)施例3A.取40ml的1molL-1硫酸,加入0.2mol得吡咯單體,磁力攪拌0.5小時(shí)形成均勻溶液。
B.取20g的聚苯乙烯微球加入到上面的溶液里,用磁力攪拌一定的時(shí)間;然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球。
C.將聚苯乙烯微球重新分散到0.5M氧化劑H2O2溶液,反應(yīng)48小時(shí),反應(yīng)溫度5℃。
D.反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和二氯甲烷洗滌數(shù)遍,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止。
E.最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為50℃,時(shí)間為24小時(shí)。
實(shí)施例4A.取40ml的1molL-1硫酸,加入0.8mol得吡咯單體,磁力攪拌6小時(shí)形成均勻溶液。
B.取2g的聚苯乙烯微球加入到上面的溶液里,用磁力攪拌一定的時(shí)間;然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球。
C.將聚苯乙烯微球重新分散到去離子水中,加入0.01M的氧化劑FeCl3溶液,反應(yīng)溫度60℃,反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)。
D.反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和乙醇沖洗數(shù)遍,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止。
E.最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為30℃,時(shí)間為48小時(shí)。
實(shí)施例5A.取20ml的1molL-1磷酸,加入0.08mol得噻吩單體,磁力攪拌2小時(shí)形成均勻溶液。
B.取5g聚苯乙烯微球加入到上面的溶液里,用磁力攪拌一定的時(shí)間;然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球。
C.將聚苯乙烯微球重新分散到2M氧化劑(NH3)2S2O8溶液,反應(yīng)溫度10℃,反應(yīng)時(shí)間36小時(shí)。
D.反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和丙酮沖洗數(shù)遍,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止。
E.最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為50℃,時(shí)間為48小時(shí)。
實(shí)施例6A.取20ml的1molL-1磷酸,加入0.1mol得噻吩單體,磁力攪拌4小時(shí)形成均勻溶液。
B.取3g聚苯乙烯微球加入到上面的溶液里,用磁力攪拌一定的時(shí)間;然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球。
C.將聚苯乙烯微球重新分散到2M氧化劑FeCl3溶液,反應(yīng)溫度0℃,反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)。
D.反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和二氯甲烷沖洗數(shù)遍,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止。
E.最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為80℃,時(shí)間為12小時(shí)
權(quán)利要求
1.一種聚苯乙烯中空微球?yàn)槟0逯苽浜D憼顚?dǎo)電聚合物中空微球的方法,其特征在于,制備步驟為(1)取100mL0.01-10.00M的酸溶液,加入0.1-20.0g的聚合物單體,磁力攪拌0.5-8h時(shí)間形成均勻溶液;(2)取0.1-30g的聚苯乙烯溶液加入到上面的溶液里,用磁力攪拌6-72h的時(shí)間;然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球;(3)步驟(2)得到的聚苯乙烯微球分散到0.01-40wt%的氧化劑水溶液中進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)溫度0-60℃,反應(yīng)時(shí)間6-48h;(4)反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和溶劑洗滌,直到過(guò)濾的濾液為清色液體為止;(5)最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,干燥的溫度為30-80℃,時(shí)間為10-48h,得到直徑為10-60nm導(dǎo)電聚合物纖維徑向排列而成的海膽狀中空微球。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(1)中所述的酸為HCl、H3PO4、H2SO4中的任何一種,聚合物單體為苯胺、吡咯、噻吩中的任何一種。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(3)中所述的氧化劑為(NH3)2S2O8、FeCl3、H2O2中的任意一種。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(4)用到的溶劑為丙酮、乙醇、二氯甲烷中的任何一種。
全文摘要
一種聚苯乙烯中空微球?yàn)槟0逯苽浜D憼顚?dǎo)電聚合物中空微球的方法,屬于納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物技術(shù)領(lǐng)域。制備步驟為取酸溶液加入聚合物單體,磁力攪拌形成均勻溶液;取聚苯乙烯溶液加入到上面的溶液里,用磁力攪拌,然后離心,獲得內(nèi)腔吸附單體的聚苯乙烯微球;將聚苯乙烯微球重新分散到氧化劑水溶液中,進(jìn)行反應(yīng);反應(yīng)結(jié)束后,用去離子水和溶劑洗滌,最后將過(guò)濾得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行干燥,得到直徑為10-60nm導(dǎo)電聚合物纖維徑向排列而成的海膽狀中空微球。優(yōu)點(diǎn)在于,實(shí)現(xiàn)了聚合物一維聚合和三維組裝,獲得了海膽狀中空功能聚合物微球;并且聚合條件易于控制,聚合影響因素少,反應(yīng)結(jié)束后模板容易去除。
文檔編號(hào)B01J13/02GK101036869SQ20071006357
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者王戈, 楊穆, 姚興雄 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)