專利名稱：海膽狀的聚苯乙烯與α-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料及制備方法，具體涉及一種海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球及制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米a -氧化鐵(a -Fe2O3)是納米新材料的一類非常重要的金屬氧化物，它的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定、催化活性高、具有納米材料的所有基本特性，常常被用在涂料、催化劑、磁性材料、橡膠、造紙、陶瓷、玻璃、醫(yī)藥等領(lǐng)域中。此外a-Fe2O3還是一種半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度為2. lev，在可見光區(qū)有很強(qiáng)的吸收，使其在光催化、光致變色、氣敏傳感器中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。因此，研究納米級別的a-Fe2O3材料的性質(zhì)和應(yīng)用有著很重要的實(shí)際意義。聚苯乙烯(PS) / a -Fe2O3納米復(fù)合材料由于兼具高分子和無機(jī)a -Fe2O3材料的特性，使得 其在納米功能材料領(lǐng)域具有其獨(dú)特優(yōu)勢而具有廣闊的應(yīng)用前景。許多學(xué)者對納米a -Fe2O3的制備以及PS/ a -Fe2O3納米復(fù)合材料進(jìn)行了研究。馬杰和張淑平等中國專利，CN101948140A,以Fe2+鹽為原料制備Fe203、Fe3O4納米材料的方法以三種亞鐵鹽的復(fù)配為鐵源，制備了梭形氧化鐵納米棒，但是得到的納米氧化鐵分散不均勻且易團(tuán)聚。Gu 等Jianmin Gu, Siheng Li, Enbo Wang, et al. Single-crystalline a-Fe2O3With hierarchical structures:Controllable synthesis,formation mechanismand photocatalytic properties. Journal of Solid State Chemistry.，2009，182(5) : I265 1272通過調(diào)節(jié)雙鐵源K3[Fe (CN)6]和K4[Fe (CN)6] 3H20的總濃度和它們之間的摩爾比例成功地得到了微枝狀、雪花狀、納米捆狀三種不同形貌的a -Fe2O3分級結(jié)構(gòu)并研究了其形成機(jī)理和光催化性能。Zhang 等YPZhang et al, Nanotechnologyl8 (2007) 435608以磺化的聚苯乙烯微球?yàn)槟０澹ㄟ^水熱條件下亞鐵離子和氯酸鉀(KClO3)的氧化還原反應(yīng)成功地合成了內(nèi)層為聚苯乙烯有機(jī)膜外層為刺猬狀的納米Fe2O3的PS/ a -Fe2O3復(fù)合空心微球。在現(xiàn)有的關(guān)于PS/a -Fe2O3納米復(fù)合材料制備技術(shù)的報(bào)道中，并未涉及一種海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球及制備方法。該海膽狀復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的內(nèi)核由水熱條件下的聚苯乙烯納米微球自組裝而成，內(nèi)核表面負(fù)載了一維針狀納米a -Fe2O3晶體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球及制備方法。該海膽狀復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的內(nèi)核由水熱條件下的聚苯乙烯納米微球自組裝而成，內(nèi)核表面負(fù)載了一維針狀納米a-Fe2O3晶體。所述海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備方法包括以下步驟I)制備聚苯乙烯納米微球乳液；2)取5 IOml上述聚苯乙烯納米微球乳液與6. 4 12. 8g/L的七水合硫酸亞鐵水溶液混合均勻，磁力攪拌，得前體溶液；
3)將前體溶液裝入密閉的襯有聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，升溫至120 160°C，并在該溫度下保溫l(T24h，自然冷卻至室溫，得到鐵紅色產(chǎn)物，抽濾洗滌、干燥即得海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球。在步驟I)中，所述制備聚苯乙烯納米微球乳液的具體步驟如下(I)將0. Ig引發(fā)劑溶于18ml水中，分散劑溶于33ml無水乙醇，再加入三頸瓶中，升溫至70°C，并在N2氣氛下保護(hù)和磁力攪拌，得到均勻分散液；(2)在持續(xù)氮?dú)獗Ｗo(hù)及攪拌條件下，將0.4ml苯乙烯單體與40 二乙烯基苯(DVB)的混合溶液用注射器注入三頸瓶中，并升溫至80V，反應(yīng)3飛h后，得到乳白色聚苯乙烯納米微球乳液。
在步驟(I)中，所述分散劑為聚乙二醇600、聚乙二醇800等中的一種；所述分散劑的用量可為引發(fā)劑用量的109^15% ;所述引發(fā)劑可選自過硫酸鉀、過硫酸銨等中的一種。本發(fā)明方法所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行表征。本發(fā)明所述海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的內(nèi)核由聚苯乙烯納米微球在水熱法條件下自組裝形成，其內(nèi)核表面所帶基團(tuán)與亞鐵鹽水溶液中Fe2+有靜電吸附并且與Q-Fe2O3晶面有特殊作用，進(jìn)而形成了呈海膽狀的PS/a-Fe203復(fù)合結(jié)構(gòu)微球。本發(fā)明所述海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備方法只采用單一亞鐵鹽和水為溶劑進(jìn)行水熱反應(yīng)，無需其他有機(jī)溶劑，利于節(jié)省成本與環(huán)境保護(hù)。本發(fā)明制備的海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球具有較大比表面積，表面負(fù)載有一維針狀納米a -Fe2O3晶體，具有一維納米材料特有的優(yōu)異性能，在光學(xué)晶體以及光催化領(lǐng)域可能會(huì)有潛在性應(yīng)用。


圖I為海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的SM圖片。在圖I中，標(biāo)尺為Ium;在圖I中可以看出，海膽狀復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的內(nèi)核是由聚苯乙烯納米微球自組裝而成，表面突出的為一維針狀納米a -Fe2O3晶體。圖2為海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的TCM圖片。在圖2中，標(biāo)尺為500nm ;從圖2中可以明顯看出，海膽狀復(fù)合結(jié)構(gòu)微球是由聚苯乙烯納米微球堆積而成粗糙內(nèi)核，表面負(fù)載一維針狀納米a -Fe2O3晶體。圖3為海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的XRD圖。在圖3中，橫坐標(biāo)衍射角2 0 (degree),縱坐標(biāo)為強(qiáng)度Intensity (a. u);從圖3中可以看出，a -Fe2O3晶體的特征峰均出現(xiàn)在衍射圖中，說明微球表面負(fù)載的為a -Fe2O3晶體。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地說明實(shí)施例II.聚苯乙烯(PS)納米微球乳液的制備將0. Ig過硫酸鉀溶于18ml水，0. Olg聚乙二醇600溶于33ml無水乙醇，將兩種溶液依次加入三頸瓶中，升溫至70°C并通N2氣保護(hù)。磁力攪拌一段時(shí)間后用注射器注入0.4ml苯乙烯單體和40 u I 二乙烯基苯(DVB)的混合溶液，繼續(xù)通N2,升溫至80°C并在此溫度下反應(yīng)3h，得到乳白色聚苯乙烯納米微球乳液。2.海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備取5ml聚苯乙烯納米微球乳液，并稱取0. 064g七水合硫酸亞鐵溶于IOml水中，將聚苯乙烯納米微球乳液與七水合硫酸亞鐵水溶液混合均勻,磁力攪拌IOmin左右得到前體溶液。將此前體溶液轉(zhuǎn)移到50ml密閉的襯有聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，升溫至120°C，并在該溫度下保溫12h，自然冷卻至室溫，抽濾洗滌、干燥得到鐵紅色產(chǎn)物。實(shí)施例2 6聚苯乙烯納米微球乳液如實(shí)施例1，其區(qū)別在于改變聚苯乙烯納米微球乳液的量、七水合硫酸亞鐵的量、水熱反應(yīng)溫度。表I
權(quán)利要求
1.海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)制備聚苯乙烯納米微球乳液； 2)取5 IOml上述聚苯乙烯納米微球乳液與6.ri2. 8g/L的七水合硫酸亞鐵水溶液混合均勻，磁力攪拌，得前體溶液； 3)將前體溶液裝入密閉的襯有聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，升溫至12(T16(TC，并在該溫度下保溫l(T24h，自然冷卻至室溫，得到鐵紅色產(chǎn)物，抽濾洗滌、干燥即得海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球。
2.如權(quán)利要求I所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述制備聚苯乙烯納米微球乳液的具體步驟如下 (1)將0.Ig引發(fā)劑溶于18ml水中，分散劑溶于33ml無水乙醇，再加入三頸瓶中，升溫至70°C，并在N2氣氛下保護(hù)和磁力攪拌，得到均勻分散液； (2)在持續(xù)氮?dú)獗Ｗo(hù)及攪拌條件下，將0.4ml苯乙烯單體與40iil 二乙烯基苯(DVB)的混合溶液用注射器注入三頸瓶中，并升溫至80°C，反應(yīng):T6h后，得到乳白色聚苯乙烯納米微球乳液。
3.如權(quán)利要求2所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備方法，其特征在于在步驟(I)中，所述分散劑為聚乙二醇600、聚乙二醇800中的一種。
4.如權(quán)利要求2所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備方法，其特征在于在步驟(I)中，所述分散劑的用量為引發(fā)劑用量的109^15%。
5.如權(quán)利要求2所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的制備方法，其特征在于在步驟(I)中，所述引發(fā)劑選自過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種。
全文摘要
海膽狀的聚苯乙烯與α-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球及制備方法，涉及一種聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料及制備方法。制備聚苯乙烯納米微球乳液；將一定濃度的七水合硫酸亞鐵水溶液與適量聚苯乙烯納米微球乳液混合攪拌均勻得到前體溶液，將此前體溶液裝入密閉的襯有聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在120~160℃溫度下保溫10~24h，自然冷卻至室溫，抽濾洗滌。本發(fā)明制備的海膽狀的聚苯乙烯與α-氧化鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)微球具有較大比較面積，表面負(fù)載有一維針狀納米α-Fe2O3晶體，具有一維納米材料特有的優(yōu)異性能，在光學(xué)晶體以及光催化領(lǐng)域可能會(huì)有潛在性應(yīng)用。并且只采用單一亞鐵鹽和水為溶劑進(jìn)行水熱反應(yīng)，無需其他有機(jī)溶劑，利于節(jié)省成本與環(huán)境保護(hù)。
文檔編號B01J35/10GK102716703SQ20121023445
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者張龍, 戴李宗, 曾碧榕, 羅偉昂, 袁叢輝, 許一婷, 鐘麗娜, 陳珉 申請人:廈門大學(xué)