[发明专利]功能化有机/无机杂化不对称结构粒子及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料和功能材料技术领域，具体涉及一类具有不对称形态的功能化有机/无机杂化粒子及其制备方法。

背景技术

纳米技术一直是现代材料科学的一个重要研究方向，尤其是具有规整可控形态的功能化有机/无机杂化纳米粒子引起了人们的极大兴趣。由于组成该种材料的双组份分别是有机物和无机物，因此在结构上存在着微观的相分离，导致其在材料性质上存在着与均一组分材料完全不同的一些特性，这些特性让不对称杂化纳米粒子在许多方面都有着非常广泛的应用前景，例如生物医药、可再生能源、信息工程、功能涂层、表面活性剂以及光电器件等。

其中关于制备功能化聚合物/二氧化硅杂化不对称结构粒子的方法已有过一些报道，其中包括粒子表面的局部功能化、无机粒子表面引发聚合、物理/化学气相沉积、自组装以及非浸润模板内部的粒子复刻法微流体技术、相分离原理。但这些制备方法均需要繁琐的反应过程或复杂的实验装置，这对大规模制备杂化不对称结构粒子有着非常大的限制。

功能化聚合物/二氧化硅杂化不对称结构粒子的主要用途有：

1.有机/无机组分在相同溶剂中存在迥异的溶解性，能够在特定条件下自组装形成超分子结构，这种超分子结构具有规整的分子构型以及形貌，例如具有可控的孔隙和内部空腔，可以在分子载体、吸附材料以及分离材料等方面有广阔的应用前景。

2.由于有机无机双组份的各向异性，该种材料能够在非线性响应器件中得到应用。

3.具有有机/无机双组份的杂化不对称结构粒子能够作为界面反应的表面活性剂以增强表面活性，促进反应的进行和产物的稳定。

4.不对称结构杂化结构粒子中的有机组成与聚合物有着较好的相容性，将这种杂化粒子作为增强材料掺杂入有机基体材料中能够起到比单纯掺杂无机纳米粒子更好的增强效果。

5.将有机组分进行改性使其对特定细胞结构或官能基团具有智能识别能力，并将荧光物质接枝在功能化二氧化硅粒子表面，可以在生物荧光器件中得到应用，例如用于诊断特定病变细胞的位置以及数量等。或采用“点击化学”方法在无机物端的特定位置接枝生物分子，并改善有机端的生物相容性，得到具有生物活性的杂化粒子，例如Zhang等在杂化粒子的二氧化硅端通过“叠氮-炔”点击化学反应的方法接枝生物分子，并在另一端接枝具有生物相容性的聚氧化乙烯(请参见Chemistry of Materials，2009，21，4012-4018)。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有有机/无机双组份、制备简便、表面具有官能团的不对称结构粒子及其制备方法。

本发明提出的功能化有机/无机杂化不对称粒子，采用聚合物微球作为模板，以碱为催化剂，使硅烷偶联剂在聚合物微球表面的某特定区域发生水解缩合，形成带有官能团的二氧化硅粒子，最终形成功能性聚苯乙烯/二氧化硅杂化不对称结构粒子；其原料组分按重量计的配比如下：

聚合物微球               100份(重量)

碱                       1-10份(重量)

硅烷偶联剂               1-100份(重量)

醇                       50-2000份(重量)

去离子水                 50-2000份(重量)

其中，聚合物微球的粒径为 30nm-10μm。

所述的碱是指其溶液的pH值大于9的碱性物质，如NaOH，NH₃·H₂O等，但不仅限于此。

所述的聚合物微球的材料为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-苯乙烯共聚物或苯乙烯-丁二烯共聚物等，但不限于此。

所述的硅烷偶联剂，如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷，3-巯丙基三乙氧基硅烷，3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基乙基二乙氧基硅烷，γ-氯丙基三乙氧基硅烷，γ-氯丙基三甲氧基硅烷，γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷，N-丙基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三甲氧基硅烷，N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，γ-脲丙基三乙氧基硅烷，双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物，双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物或γ-硫氰基丙基三乙氧基硅烷等，但不仅限于此。

所述的醇，如甲醇、乙醇、丙醇或乙二醇等，但不仅限于此。

本发明的制备方法如下：