[发明专利]用模板法制备双层结构中空球和多层复合结构的中空球的方法

说明书

相关申请

本申请是申请号为200410009774.7，申请日为2004年11月11日，名称为“用模板法制备中空球和复合中空球的方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于中空结构材料领域，特别涉及以聚合物中空球为模板来制备无机物、金属、有机物中空球和复合结构的中空球的方法。

背景技术

中空结构球体是一种具有特殊结构的功能材料，中空球在催化、药物输送、人造细胞、轻质填料、绝缘材料、低介电材料、光子晶体等领域都有极大的应用前景。通过核壳结构胶体粒子来制备这类材料是一种常用的方法。在一种粒子表面包覆或反应上另一种(或几种)物质的壳，从而赋予粒子新的特性。例如，壳物质可以改变胶体粒子的表面电荷、表面反应特性以及增强其稳定性和分散性。另外，根据需要可以在胶体粒子表面引入带电的、磁性的、有催化特性的、光学活性的、导电的物质，从而赋予粒子以功能性。目前，制备核壳结构的方法主要包括以下两个方面：(1)表面反应；(2)表面沉积。美国等人通过对无机粒子表面进行偶联剂处理后，再加入二乙烯基苯和自由基引发剂，制备了聚二乙烯基苯包覆无机物的核壳结构的胶体粒子(H.T.Oyama，R.Sprycha，A.Zelenev，E.“Coatingof Uniform Inorganic Particles with Polymers”，J.Colloid Polym.Sci.1993，160，298-303；R.Sprycha，H.T.Oyama，A.Zelenev，E.，“Characterization of Polymer-coated Silica Particles byMicroelectrophoresis”，Colloid Polym.Sci.1995，273，693-670)。英国Armes的研究小组制备了导电聚吡咯、导电聚苯胺包覆聚苯乙烯的胶体粒子(C.Barthet，S.P.Armes，S.F.Lascelles，S.Y.Luk，H.M.E.Stanley，“Synthesis and Characterization of Micrometer-SizedPolyaniline-Coated Polystyrene Latexs”，Langmuir 1998，14，2032-2041)。当聚吡咯或聚苯胺的含量在8wt％左右的时候就能达到和本体相当的导电率。聚电解质的层层吸附是制备核壳结构胶体粒子的一种非常有效的方法。把相反电荷的聚电解质层层吸附至胶体粒子表面，重复多次，就可以制备聚电解质包覆的胶体粒子。德国Caruso等用单体散聚苯乙烯胶体粒子为模板，通过层层静电自组装，制备了聚乙烯基氯化铵和聚苯乙烯磺酸钠包覆的胶体粒子，其中每吸附一层聚电解质，胶体粒子的平均直径约增加1.5nm。他们还通过静电吸附作用将带有电荷的二氧化硅、二氧化钛、四氧化三铁以及金属银、金纳米粒子组装到聚苯乙烯胶体粒子的表面，制备了核壳结构的胶体粒子(F.Caruso，“Hollow Capsules Processing through ColloidalTemplating and Self-Assembly”，Chem.Eur.J.2000，6，413-419；F.Caruso，M.Spasova，A.Susha，M.Giersig，R.A.Caruso，“MagneticNanocomposite Particles and Hollow Spheres Constructed by a SequentialLayering Approach”，Chem.Mater.2001，13，109-116；F.Caruso，X.Y.Shi，R.A.Caruso，A.Susha，“Hollow Titania Spheres From LayeredPrecursor Deposition on Sacrificial Colloidal Core Particles”，Adv.Mater.2001，13，740-744)。层层自组装的优点：聚合物层的厚度可以根据吸附层的数目进行精细调节；不同大小和形状的胶体粒子都可作为模板进行聚电解质的层层组装。缺点是：必须反复离心清洗将体系中残余的聚电解质除去；要得到一定厚度的聚合物层必须经过多次的自组装；对于不带电荷的聚合物不能进行组装。中国杨振忠等利用部分磺化单分散聚苯乙烯小球为模板，通过溶胶凝胶、表面聚合得到核壳微球，去核处理得到无机、有机或其复合中空微球，该方法优点在于通过控制磺化层厚度可同时调节空腔大小和壳层厚度，另外磺化层提供了一个亲水层和正电荷，利于无机前体、带电单体及聚合物在磺化层吸附和反应，有利于形成连续光滑壳体，并提高了前体的利用率(Z.Z.Yang，Z.W.Niu，Y.F.Lu，Z.B.Hu，C.C.Han，“Templatedsysnthesis of inorganic hollow spheres with a tunable cavity size ontocore-shell gel particles”，Angew.Chem.Int.Ed.Engl.2003，42，1943-194；Z.W.Niu，Z.Z.Yang，Z.B.Hu，Y.F.Lu，C.C.Han，“Polyaniline-silica composite conductive capsules and hollowspheres”，Adv.Funct.Mater.2003，13，949-954)。