[发明专利]一种各向异性复合粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于各向异性不对称复合粒子的合成，具体地说是一种各向异性复合粒子的制备方法。

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。这种粒子可以通过无机-无机、无机-有机、有机-有机组分复合而构成，由于其独特的性能，这种粒子在光学生物传感器、电子显示、功能性探针、自组装、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。其制备方法也多种多样，常见于文献报道的各向异性复合粒子的主要制备方法有：微流体法、模板自组装法、分散聚合法、乳液聚合法等。

目前，文献报道较多的各向异性复合粒子的制备方法是采用种子乳液聚合的方法，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。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。[David A.Weitz et al,Adv.Mater.,2007,19,2005-2009；Ge Wang et al,Chem.Commun.,2011,47,911-913]。但该种合成工艺复杂繁琐，难以实现规模化生产。

对于采用交联的聚合物种子溶胀来制备各向异性复合粒子的方法，由于复合粒子的高度交联，将引起将来应用于加工过程存在的流动性不好、成膜时流平性差的缺点。

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

本发明是针对当前各相异性复合粒子制备的复杂的合成工艺、高度交联引起的加工过程存在的流动性差的问题，提供了一种简单、环保、易加工的制备方法。本发明所制备的各向异性复合粒子的形成机理不同于以往大多数文献报道的“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”，而是首先制备出初级种子乳液，再用亲水单体包覆初级种子颗粒行程亲水层，通过调节亲水单体的量，能够合成出一系列具有不同厚度亲水层的聚合物种子，然后被与之不相容的单体溶胀，亲水层的引入，减小了种子粒子与水相的界面张力、增大了溶胀单体与种子的界面张力，有利于相分离的发生，从而能够制备一系列具有不同微观形貌的各向异性复合粒子。

本发明的技术方案为：

一种各向异性复合粒子的制备方法，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5～12小时，初步制得种子乳液；

取适量初步制备的种子乳液，加入亲水单体、去离子水，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），各向异性粒子的制备：

向步骤（a）得到的种子乳液中加入去离子水，超声分散后，开启搅拌，整个过程通入氮气，并进行回流冷凝，加入第二单体和引发剂，体系反应温度为40～80℃，聚合0.5～8小时；乳液经减压、低温干燥至恒重，即制得各向异性复合粒子。

所述的步骤（a）或（b）中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸氢钠或偶氮二异丁腈。

所述的种子单体为苯乙烯、丙烯酸叔丁酯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或丙烯腈。

所述的亲水单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺或醋酸乙烯酯。

所述的第二单体为苯乙烯、丙烯酸叔丁酯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或丙烯腈。

本发明的有益效果为：

本发明通过改变亲水单体的量与一定量的初级种子聚合，合成出一系列具有不同厚度亲水层的种子乳胶粒，进而通过控制第二单体的加料量及聚合时间，能够制备出纳米或微米级非交联的各向异性复合粒子，并能够控制复合粒子的微观形态和尺寸。