[发明专利]一种基于改变种子亲水性和交联度的非球形粒子制备方法

说明书

本发明是基于改变种子亲水性和交联度的一种非球形粒子制备方法，该方法首先制备出一系列具有不同表面亲水性和交联度的聚合物种子，然后被与之不相容的单体溶胀，不同的界面张力诱导的与其不相容的聚合物的相分离的程度不同，新的聚合物相在界面张力和交联种子弹性力的共同作用下，与种子发生相分离，结果成功合成了一系列具有不同微观形貌的非球形复合粒子。本发明方法采用无皂乳液聚合，以水作为分散相，可制备出不同形态的非球形复合粒子，并且易于分离处理。该合成工艺简便易行、清洁环保，易于规模化生产，并且具有通用性，适用于其他彼此不相容的聚合物体系。

技术领域：

本发明属于各向异性非球形复合粒子的合成，具体地说是基于改变种子亲水性和交联度的一种非球形粒子制备方法。

技术背景：

各向异性复合粒子泛指形状、化学组成和/或性能不对称、不均匀分布的粒子。这种粒子在分子识别和自组装、光生物传感器、界面修饰、电子纸、各向异性的成像探针、太阳能转化、表面活性剂等方面展示出了诱人的应用前景，因而越来越受到人们的关注。常见于文献报道的各向异性复合粒子的主要制备方法有：微流体合成、拓扑选择表面改性、模板自组装、可控相分离、可控表面成核等。

目前，文献报道较多的非球形粒子的制备方法是采用种子乳液聚合的方法，在聚合过程中控制相分离。在这一方法中，交联的聚合物种子首先被不相容的单体溶胀，交联剂的加入使得聚合物种子更有弹性，弹性力诱导新的聚合物相的形成，相分离在随后的聚合中发生。El-Aasser等采用苯乙烯单体溶胀交联的聚苯乙烯种子，聚合形成一系列形状的不对称粒子，其尺寸范围在5-10微米，其形状有雪人形、橡子形、哑铃形。Weitz等采用苯乙烯单体溶胀交联的聚苯乙烯种子，聚合形成一系列形状的不对称粒子，包括棒状、圆锥形、三角形和菱形。但上述方法未能成功制备出纳米或亚微米尺寸的不对称粒子，且不具有化学的各向异性。Ge Wang等采用4-乙烯基吡啶单体溶胀交联的聚苯乙烯种子，通过控制溶胀溶剂的浓度和交联剂的类型，制得了爆米花形、水分子形、氨分子形和蘑菇形的各向异性粒子。[M.S.El-Aasser et al,J.Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.,1990,28,629-651;DavidA.Weitz et al,Adv.Mater.,2007,19,2005-2009;Ge Wang et al,Chem.Commun.,2011,47,911-913]。但常见于文献中的该类合成工艺通常复杂繁琐，难以实现规模化生产。

此外，对于分离复合粒子以及采用各种有机溶剂作为溶胀溶剂，将带来操作的不便以及环境的污染等弊端。

发明内容：

本发明是针对当前非球形粒子制备的复杂的合成工艺，以及获得的复合粒子形态单一的问题，提供了一种简单、环保、有效的制备方法。本发明所制备的非球形复合粒子的形成机理不同于以往大多数文献报道的单一的“交联聚合物大分子链弹性收缩诱导新聚合物相的形成机理”，而是通过系统地改变种子中亲水性共聚单体的量和交联剂的量，首先制备出一系列具有不同表面亲水性和交联度的聚合物种子，然后被与之不相容的单体溶胀，不同的界面张力诱导的与其不相容的聚合物的相分离的程度不同，新的聚合物相在界面张力和交联种子弹性力的共同作用下，与种子发生相分离，结果成功合成了一系列具有不同微观形貌的非球形复合粒子。

本发明的技术方案为：

一种基于改变种子亲水性和交联度的非球形粒子制备方法，其物料组成及包括步骤如下：

（a），种子乳液的制备：

按照以上配比，将种子单体、亲水性单体、交联剂和去离子水加入反应器中，开启搅拌，整个过程通入氮气、回流冷凝，待体系到达40～80℃后加入引发剂，聚合5～8小时，即制得种子乳液；

（b），非球形粒子的制备：