CN109486046A - 一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法 - Google Patents

一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法，包括：(1)将聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子分散在溶胀介质中，超声，溶胀，得到聚苯乙烯/二氧化硅分散液；(2)将分散染料溶解在溶胀剂中，配制分散染料溶液；(3)将步骤(2)得到的分散染料溶液与步骤(1)得到的聚苯乙烯/二氧化硅分散液混合，搅拌反应，经洗涤、离心，干燥后，得到分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子。本发明具有工艺流程简单，合成方便，反应温度低等优点。

Description

一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法
技术领域
本发明属于纳米复合粒子表面修饰技术领域，特别涉及一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法。
背景技术
目前，对聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子进行染色的方法主要包括键合法、吸附法等。键合法指的是利用纳米粒子表面基团与染料分子中的官能团发生化学反应进而对粒子进行染色的方法。该方法对被染色粒子表面的基团有较高的要求，因而难以普遍应用。吸附法指通过物理吸附的方式，直接将染料分子吸附在纳米粒子表面，因而染料容易脱落，同时也易受到环境因素的影响。
溶胀法具有操作简单，对染料分子及纳米粒子的结构要求低等许多优点，因而具有一定的应用前景。张玉慧等人采用分散聚合和种子溶胀法制备出粒径5.5μm的聚苯乙烯交联微球，通过溶胀吸附的方法将苯基氟硼吡咯负载到聚苯乙烯微球中，获得荧光微球(张玉慧.聚苯乙烯荧光微球的制备及光谱性质研究[D].大连理工大学,2013.)。田爽对聚苯乙烯荧光微球制备的传统溶胀法进行了改进，并将改进后的溶胀法与传统溶胀法、共聚法、包埋法进行了比较，结果显示改进溶胀法操作简便、干扰因素少、可以定量染色、环境友好，制备出的微球性质稳定、荧光强度高、单分散性好，但是其制备方法仍需要在70℃下反应24h(田爽.高强度聚苯乙烯荧光微球制备表征[D].天津大学,2012.)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法，通过溶胀法将分散染料负载到聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子上。克服了现有技术中键合法对被染色粒子表面的基团有较高的要求，难以普遍应用以及吸附法染料容易脱落，易受环境因素影响的缺陷。
本发明的一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法，包括：
(1)将聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子分散在溶胀介质中，超声，溶胀，得到质量分数为5～15％的聚苯乙烯/二氧化硅分散液；
(2)将分散染料溶解在溶胀剂中，配制成浓度为1.0*10-4～1.0*10-3mol.L-1的分散染料溶液；
(3)将步骤(2)得到的分散染料溶液与步骤(1)得到的聚苯乙烯/二氧化硅分散液按体积比1:2～5混合，搅拌反应，经洗涤、离心，干燥后，得到分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子。
所述步骤(1)中的溶胀介质为去离子水。
所述步骤(1)中超声的时间为20～30min，溶胀的时间为3～5h。
所述步骤(2)中的分散染料为分散紫HFRL C26H18N2O4或分散蓝H-GL C24H27BrN6O10。
所述步骤(2)中的溶胀剂为丙酮。
所述步骤(3)中搅拌反应的工艺参数为：搅拌反应温度为50～70℃，搅拌反应时间为5～7h。
所述步骤(3)中洗涤、离心的工艺条件为：采用无水乙醇洗涤，在10000～15000rpm下离心分离5～15min，重复操作2～4次。
所述步骤(3)中干燥的工艺参数为：干燥温度为50～60℃，干燥时间为12～24h。
在分散染料体系中，高浓度的分散染料分子间容易发生聚集。团聚后的染料分子的光学性能往往不佳。通过将分散染料负载到聚苯乙烯/二氧化硅复合材料的方式，可有效避免分散染料分子间的团聚，更好地发挥其光学性能。将分散染料负载到有机无机复合材料中所制得的染料微球具有较好的光学性能，因而有利于将其应用于聚酯纤维、醋酸纤维等化工化学纤维的染色等方面。
有益效果
(1)本发明具有工艺流程简单，合成方便，反应温度低等优点。
(2)本发明制备的分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子具有大小均匀，分散性良好等优点，因而具有一定的应用前景。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺流程图；
图2为实施例1所得的负载分散紫HFRL C26H18N2O4的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的SEM图；
图3为实施例1所得的负载分散紫HFRL C26H18N2O4的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的FT-IR图；
图4为实施例1所得的负载分散紫HFRL C26H18N2O4的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的紫外-可见吸收光谱图；
图5为实施例2所得的负载分散蓝H-GL C24H27BrN6O10的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的FT-IR图；
图6为实施例2所得的负载分散蓝H-GL C24H27BrN6O10的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的紫外-可见吸收光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)称取5.0g聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子分散在45ml去离子水中，超声25min，溶胀4h，得到质量分数为10％的聚苯乙烯/二氧化硅分散液；
(2)称取0.4224g分散紫HFRL C26H18N2O4溶解在100ml丙酮中，用移液枪移取1000μL溶液，加入到9ml丙酮中，配制成浓度为1.0*10-3mol.L-1的分散紫HFRL溶液；
(3)将10ml步骤(2)得到的分散紫HFRL溶液与30ml步骤(1)得到的聚苯乙烯/二氧化硅分散液混合，60℃下搅拌反应6h，反应结束后，用无水乙醇洗涤，在12000rpm下离心10min，除去上清液，重复操作3次，然后在鼓风干燥箱内55℃下烘干24h，即可得到负载分散紫HFRL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子。
本实施例制得的负载分散紫HFRL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的SEM结果如图2所示，可知所制得的复合粒子大小均一，分散性良好，粒径大小约为500nm。
本实施例制得的负载分散紫HFRL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的FT-IR结果如图3所示，可知，3381.71cm-1为N-H伸缩振动峰，2898.61cm-1为C-H伸缩振动峰，1446.89cm-1为C＝O伸缩振动峰，1349.98cm-1为苯环上的C-O振动峰，1048.65cm-1Si-O-C伸缩振动峰，944.99cm-1为H-C＝C-H伸缩振动峰，768.04cm-1和696.69cm-1为Si-O-Si伸缩振动峰。由此可知，该分散紫HFRL已经附着在了PS/SiO2复合粒子的表面。
本实施例制得的负载分散紫HFRL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的紫外-可见吸收光谱图如图4所示，可知负载分散紫HFRL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的紫外吸收波长为612nm左右，峰形较对称，说明该复合粒子的光学性能较好。
实施例2
(1)称取5.0g聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子分散在45ml去离子水中，超声25min，溶胀4h，得到质量分数为10％的聚苯乙烯/二氧化硅分散液；
(2)称取0.6394g分散蓝H-GL C24H27BrN6O10溶解在100ml丙酮中，用移液枪移取1000μL溶液，加入到9ml丙酮中，配制成浓度为1.0*10-3mol.L-1的分散蓝H-GL溶液；
(3)将10ml步骤(2)得到的分散蓝H-GL溶液与30ml步骤(1)得到的聚苯乙烯/二氧化硅分散液混合，60℃下搅拌反应6h，反应结束后，用无水乙醇洗涤，在12000rpm下离心10min，除去上清液，重复操作3次，然后在鼓风干燥箱内55℃下烘干24h，即可得到负载分散蓝H-GL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子。
本实施例制得的负载分散蓝H-GL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的FT-IR结果如图5所示，可知，3406.78cm-1为N-H伸缩振动峰，2898.61cm-1为C-H伸缩振动峰，1738.1cm-1为C＝O伸缩振动峰，1328.29cm-1为C-N伸缩振动峰，1055.4cm-1为Si-O-C伸缩振动峰，947.88cm-1为H-C＝C-H伸缩振动峰，752.13cm-1和693.8cm-1为Si-O-Si伸缩振动峰。由此可知，该分散蓝H-GL已经附着在了PS/SiO2复合粒子的表面。
本实施例制得的负载分散蓝H-GL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的紫外-可见吸收光谱图如图6所示，可知负载分散蓝H-GL的聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的紫外吸收波长为597nm左右，峰形较对称，说明该复合粒子的光学性能较好。
对比例1
高强度聚苯乙烯荧光微球制备表征(田爽.高强度聚苯乙烯荧光微球制备表征[D].天津大学,2012)公开了一种聚苯乙烯荧光微球的制备方法，经对比，本发明具有以下优点：
(1)对比文献中合成荧光微球的方法需要在70℃下反应24h，而本发明可以在60℃下反应6h即可。因此相比之下，本发明合成路线中所需要的能量更低，更环保。
(2)对比文献中合成的产物主要是将染料负载到聚苯乙烯上，而本发明所得产物中，除了聚苯乙烯外和染料外，还包括二氧化硅。因为二氧化硅是良好的载体，具有一定的吸附能力，这有利于进一步提高载体对染料的吸附能力。
(3)单纯的聚苯乙烯密度比较小，在介质中不容易下沉。通过加入二氧化硅的方式，可有效改变复合粒子的密度，并进一步提高其在介质中的分散性和稳定性。因此将染料负载到聚苯乙烯/二氧化硅复合材料上所得的染料微球的应用范围更广。

Claims (8)

1.一种分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子的制备方法，包括：
(1)将聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子分散在溶胀介质中，超声，溶胀，得到质量分数为5～15％的聚苯乙烯/二氧化硅分散液；
(2)将分散染料溶解在溶胀剂中，配制成浓度为1.0*10-4～1.0*10-3mol.L-1的分散染料溶液；
(3)将步骤(2)得到的分散染料溶液与步骤(1)得到的聚苯乙烯/二氧化硅分散液按体积比1:2～5混合，搅拌反应，经洗涤、离心，干燥后，得到分散染料/聚苯乙烯/二氧化硅复合粒子。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的溶胀介质为去离子水。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声的时间为20～30min，溶胀的时间为3～5h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的分散染料为分散紫HFRL或分散蓝H-GL。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的溶胀剂为丙酮。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中搅拌反应的工艺参数为：搅拌反应温度为50～70℃，搅拌反应时间为5～7h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中洗涤、离心的工艺条件为：采用无水乙醇洗涤，在10000～15000rpm下离心分离5～15min，重复操作2～4次。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中干燥的工艺参数为：干燥温度为50～60℃，干燥时间为12～24h。
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