CN105601958A - Janus聚合物微粒的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种Janus聚合物微粒的制备方法，该方法包含以下步骤：首先将聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球在水面排列成单层，随后在水相中加入吡咯或苯胺，或者将制备的单层微球转移到吡咯和苯胺的水溶液中，静置一定时间后加入引发剂使吡咯或者苯胺聚合，微球在水面以下的部分被聚吡咯或者聚苯胺覆盖，暴露于空气中的部分未被包覆，形成部分表面被导电聚合物包覆的Janus聚合物微粒。

Description

Janus聚合物微粒的制备
技术领域
本发明涉及部分表面被导电聚合物包覆的Janus聚合物微粒的制备方法，属于材料领域。
背景技术
Janus微粒名字来源于古罗马神话中的双面神，指的是具有两种不同化学性质的微粒，在自然界中存在很多具有Janus微粒性质的物质。在对Janus微粒的合成探究过程中科研工作者发现了其一系列的新型材料性质和特殊的聚集行为，因此其在医药、生化、物理和胶体化学领域都有较广泛的应用，目前电子纸领域普遍采用Janus双色微粒或者Janus双色胶囊来承担显示变色功能。过去的十年间，Janus微粒的制备方法有了极大的突破，具有功能性和有机无机杂化的Janus微粒被成功制备，微米或次微米尺度的Janus微球可通过许多不同的方法制备，例如微流体法，Pickering乳液法、平面半屏蔽法、相分离法、自组装法等。
发明内容
本发明提出了一种部分表面被导电聚合物包覆的Janus聚合物微粒的制备方法，该方法包含以下步骤：第一步，将聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球在水面排列成单层；第二步，在水相中加入吡咯或苯胺，或者将制备的单层微球转移到吡咯或苯胺的水溶液中；第三步，静置一定时间后加入引发剂使吡咯或者苯胺聚合，微球在水面以下的部分被聚吡咯或者聚苯胺包覆，暴露在空气中的部分未被覆盖，形成部分表面被导电聚合物覆盖的Janus微粒。
第一步所用的PS或者PMMA微球可以为乳液聚合、沉淀聚合、分散聚合等方法合成或者从市场购得，粒径在150nm～50μm之间，优选的粒径在200nm～5μm之间。可采用Langmuir-Blodgett(LB膜)的方法或者气液界面自组装的方法使微球漂浮在水面形成单层。气液界面自组装的方法通常将微球的水和醇的混合乳液滴加在水面上，乳液自动在水面铺开形成微球的单层排列，或者采用例如CN101428493，CN101787139A所述的方法。
第二步在水相中加入吡咯或苯胺形成吡咯或苯胺水溶液，或者将制备的单层微球转移到吡咯或苯胺的水溶液中。吡咯的用量为水的质量的0.001％～6％，优选的用量为0.01％～2％。苯胺的用量为0.001～2％，优选的用量为0.01％～0.5％。苯胺在水中的溶解度比较小，因而为增大苯胺在水中的溶解度，可以在水中加入0.5％～15％质量的乙醇，从而提高苯胺在水中的溶解度。
第三步加入吡咯或者苯胺的单体之后，首先进行静置，静置时间为30min～72h，优选的静置时间为4h～12h。之后加入引发剂，聚合所用的引发剂根据所用溶胀单体的不同，如果单体为吡咯，引发剂选用FeCl3,如果单体为苯胺，引发剂可选用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠等。引发剂和单体的摩尔比为0.5:1～10:1，优选0.8:1～3:1。吡咯或者苯胺聚合后，形成部分表面被聚吡咯或者聚苯胺覆盖的Janus聚合物微粒。
附图说明
图1为实施例1所得到的Janus聚合物微粒的电镜图。
图2为实施例2所得到的Janus聚合物微粒的电镜图。
具体实施方式
下列实施实例用以更详细地描述本发明方案，但本发明并不局限于实例所描述的方案。
实施例1
称取80g苯乙烯单体和800g超纯水于1L的三口烧瓶中，将烧瓶置于恒温水浴锅中，水浴温度设定为60℃，300rpm机械搅拌。搅拌形成均匀乳液后，用过硫酸钾作为引发剂，称取1g溶于200g超纯水中，超声溶解，加入烧瓶中，反应30h。制得PS微球，粒径为860nm。
将以上制得的PS微球离心并浓缩至3％，之后加入等体积的正丙醇，搅拌分散均匀之后用注射器缓慢滴加在装有纯水的培养皿液面，由于醇的存在，微球乳液迅速地在水面铺开，形成单层排列。放置半个小时用食人鱼溶液清洗过的载玻片将水面的微球单层膜捞起待用。
配置0.01％质量浓度的苯胺溶液50ml，将载玻片捞起的微球单层膜缓慢放置于溶液中，单层微球会从玻璃片上脱落，漂浮在苯胺溶液液面。静置8h，使苯胺充分溶胀微球。
称取APS11.4g(0.05mol)和36％盐酸(HCl)8.6mL(0.1mol)，加入适量超纯水溶解，转移至100mL容量瓶中定容。在上一步苯胺溶液中加入和苯胺摩尔比1:1的引发剂过硫酸铵(APS)溶液，0℃静置24h，使苯胺聚合，之后用食人鱼溶液清洗过的载玻片将入水部分覆盖有聚苯胺的JanusPS微粒捞出，经烘箱干燥即得部分表面被聚苯胺覆盖的JanusPS微粒。其扫描电镜图见附图1。
实施例2
(1)同实施例一的步骤(1)(2)所进行的微球的合成及在液面的自组装，形成单层的聚苯乙烯微球，并用载玻片捞起待用。
(2)配置0.02％质量浓度的吡咯溶液50ml，将载玻片捞起的微球单层膜缓慢放置于该溶液中，单层微球会从玻璃片上脱落，漂浮在吡咯溶液液面。静置8h，使吡咯充分溶胀微球。
(3)将吡咯摩尔数2.33倍的FeCl3溶于5g水中，充分溶解并搅拌均匀后加入第二步描述的吡咯溶液中，室温静置24h，使吡咯聚合，之后用食人鱼溶液清洗过的载玻片将入水部分覆盖有聚吡咯的JanusPS微粒捞出，经烘箱干燥即得部分表面被聚吡咯覆盖的JanusPS微粒。其扫描电镜图见附图2。

Claims (7)

1.本发明提出了一种Janus聚合物微粒的制备方法，该方法包含以下步骤：第一步，将聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球在水面排列成单层；第二步，在水相中加入吡咯或苯胺形成吡咯或苯胺水溶液，或者将制备的单层微球转移到已制备好的吡咯或苯胺的水溶液中；第三步，静置一段时间后加入引发剂使吡咯或者苯胺聚合，微球在水面以下的部分被聚吡咯或者聚苯胺包覆，而暴露在空气中的部分未被包覆，形成部分表面被导电聚合物覆盖的Janus微粒。
2.根据权利要求1所述的方法，第一步所用的PS或者PMMA微球可以为乳液聚合、沉淀聚合、分散聚合等方法合成或者从市场购得，粒径在150nm～50μm之间，更适宜的粒径在200nm～5μm之间。
3.根据权利要求1和2所述的方法，微球在水面的排列可采用Langmuir-Blodgett(LB膜)的方法、或者气液界面自组装的方法来制备。气液界面自组装的方法通常将微球的水和醇的混合乳液滴加在水面上，乳液自动在水面扩散形成微球的单层排列。
4.根据权利要求1所述的方法，吡咯的用量为水的质量的0.001％～6％，优选的用量为0.01％～2％。苯胺的用量为0.001～2％，优选的用量为0.01％～0.5％。
5.根据权利要求1、4所述的方法，苯胺在水中的溶解度比较小，为增大苯胺在水中的溶解度，可以预先在水中加入0.5％～15％质量的乙醇，从而提高苯胺在水中的溶解度。
6.根据权利要求1、4、5所述的方法，单层微球漂浮在吡咯或者苯胺溶液液面之后，首先进行静置，静置时间为30min～72h，优选的静置时间为4h～12h。
7.根据权利要求1、4、5、6所述的方法，静置之后加入引发剂，聚合所用的引发剂根据所用溶胀单体的不同，如果单体为吡咯，引发剂选用FeCl3,如果单体为苯胺，引发剂可选用过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。引发剂和单体的摩尔比为0.5:1～10:1，优选0.8:1～3:1。
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