CN110256621B - 一种密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超滑表面材料领域，特别涉及一种密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法。将去离子水，聚乙烯醇，苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂，致孔剂，硅烷偶联剂加入反应容器中，先在室温下搅拌，再升温进行悬浮聚合。将产物水洗，醇洗，过滤，干燥，筛分，得到聚苯乙烯微球。将聚苯乙烯微球灌注硅油，即得密度可调控的超滑聚苯乙烯微球。当致孔剂为甲苯时，聚苯乙烯微球密度大于水；致孔剂为正庚烷时，聚苯乙烯微球密度小于水；致孔剂为甲苯与正庚烷的混合物时，聚苯乙烯微球密度介于两者之间。因此，通过调节致孔剂的类型及用量可以调节聚苯乙烯微球密度。本发明制备方法简易，操作简便，制得的小球具有耐磨，疏水，疏冰和抑菌等特点。

Description

一种密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法
技术领域
本发明涉及超滑表面材料领域，特别涉及一种密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法。
背景技术
悬浮聚合是单体受到强烈搅拌，以小液滴悬浮在分散相的聚合。在悬浮聚合中，搅拌强度和分散剂是影响微球粒径的主要因素。悬浮聚合的分散体系不稳定，由于存在液体界面张力，单体液滴易变粘，相互之间碰撞，导致出现粘结现象。因此需向聚合体系中加入分散剂，增加液滴分散程度，避免碰撞粘结。搅拌强度越大，分散剂的用量越大，粒径越小。
目前，制备超滑表面的方法有喷砂打磨法、溶胶-凝胶法、单分子自组装、喷涂法等，用化学方法制备的多孔基底受到基底材料理化性质的限制，要根据基底材料以及应用场合选择合适的加工方法。用喷涂法的纳米粒子难以大面积、高质量控制其堆积，涂层难以粘附在基底上。而超滑表面具有防疏冰，疏水，抗菌性，防污，可自修复等优点。但超滑表面存在制备成本较高，难以大面积制备，润滑油挥发导致超滑表面失效等问题。
发明内容
本发明提供了一种密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，该制备方法工艺简便，反应条件简单，密度可调控。具体步骤为：
(1)合成多孔聚苯乙烯微球：
采取悬浮聚合法制备多孔聚苯乙烯微球，先将80℃左右的去离子水，聚乙烯醇配制成聚乙烯醇水溶液冷却，再将苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂，致孔剂和偶联剂加入到反应容器中。在室温下以600rpm搅拌1h，待固体搅拌均匀后，再以500rpm搅拌，并在75-80℃加热条件下，悬浮聚合5-7h，得到多孔聚苯乙烯微球。
合成多孔聚苯乙烯微球时，按质量份计算，去离子水100份，聚乙烯醇1份，苯乙烯10份，二乙烯基苯4份，引发剂0.3份，致孔剂1-7份，偶联剂0-1份。
上述，引发剂为偶氮二异丁腈；
致孔剂为甲苯，正庚烷或两者按一定配比的混合物中的一种。当致孔剂为甲苯，正庚烷的混合物时，按质量比计算，甲苯：正庚烷＝80:20-20：80。
(2)对产物多孔聚苯乙烯微球进行处理，先用去离子水洗涤2-3次，再用无水乙醇洗涤2-3次，再进行过滤，放入真空烘箱干燥24h。最后进行筛分处理，得到干燥均匀的多孔聚苯乙烯微球。
(3)制备超滑聚苯乙烯微球
将步骤(2)中干燥均匀的多孔聚苯乙烯微球与硅油按15:1的质量比混合均匀，使微球表面粘附薄薄的一层硅油，制得超滑聚苯乙烯微球。
上述方法制备的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球应用于制备超滑表面，超滑表面的具体制备方法为：在基材表面涂覆(刮涂)一层液体硅橡胶作为粘合剂，然后再将超滑聚苯乙烯微球涂覆(刮涂)至涂覆有硅橡胶的基材上，放置24小时，得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面。制备的聚苯乙烯小球超滑表面可应用于防疏冰，疏水，抑菌等领域。
有益效果
本发明制备多孔聚苯乙烯小球以及制备超滑聚苯乙烯小球的方法简单，成本低，容易操作；
制得的聚苯乙烯小球超滑表面疏水、疏冰性抑菌效果好，且具有机械耐磨性。
附图说明
图1为实施例1，2和对比例1，2制得的聚苯乙烯微球的傅里叶红外谱图。
图2为实施例1中制得的聚苯乙烯微球的扫描电镜图。
图3为实施例1和对比例1制得的聚苯乙烯微球的水相接触角图。
图4为未灌油的样、空白样、灌油的样在细菌粘附测试中菌落的柱状图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)聚合制备多孔聚苯乙烯微球
先将80℃左右的100g去离子水，1g聚乙烯醇配置成聚乙烯醇水溶液冷却，再将10g苯乙烯，4g二乙烯基苯，0.3g引发剂，1g或3g或5g或7g甲苯加入到反应容器中。在室温下以600rpm搅拌1h，待固体搅拌均匀后，再在以500rpm搅拌并在75-80℃加热条件下，悬浮聚合5-7h，得到多孔聚苯乙烯微球。
(2)对产物多孔聚苯乙烯微球进行处理，先用去离子水洗涤2-3次，再用无水乙醇洗涤2-3次，再进行过滤，放入60℃真空烘箱干燥24h。最后进行筛分处理，得到干燥均匀的多孔聚苯乙烯微球。
(3)将步骤(2)中干燥均匀的多孔聚苯乙烯微球与硅油按质量比15:1混合均匀，使微球表面粘附薄薄的一层硅油，再用可室温固化的硅橡胶作为粘合剂将微球粘涂到载玻片上，放置24小时。得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面。其他原料用量不变，记甲苯为T,其用量用数字表示。例如T1为甲苯用量为1g。
图2为实施例1中甲苯的添加量为5g的聚苯乙烯微球的扫描电镜图。从图中可以看出，聚苯乙烯微球尺寸在100μm左右，微球表面有均匀的小孔，孔径约为200-300nm。
图4为未灌油的样、空白样、灌油的样在细菌粘附测试中菌落的柱状图，可以放发现灌油后制得的超滑聚苯乙烯微球有抗细菌粘附效果。
对比例1
(1)取实施例1中甲苯用量为5g，且将实施例1步骤(1)中再加入0.1g或0.3g或0.5g或0.7g或1g的γ-基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅，其余操作不变。
(2)同实施例1。制得的多孔聚苯乙烯微球。
(3)同实施例1。得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面。其他原料用量不变，记甲苯为T，KH570为K,其用量用数字表示。例如T1K1为正庚烷用量为1g,KH570用量为1g。
图3左图为实施例1中甲苯的添加量为7g，KH570的添加量为0g的聚苯乙烯微球的水相接触角图，未接有KH570的聚苯乙烯微球的静态接触角达到了136°，呈疏水状态。右图为实施例1中甲苯的添加量为7g，KH570的添加量为1g的聚苯乙烯微球的水相接触角图，未接有KH570的聚苯乙烯微球的静态接触角达到了137°，呈疏水状态。
实施例2
(1)将将实施例1步骤(1)中的甲苯换成1g或3g或5g或7g正庚烷，其余操作不变。
(2)同实施例1。
(3)同实施例1。得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面。其他原料用量不变，记正庚烷为G，其用量用数字表示。例如G1为正庚烷用量为1g。
对比例2
(1)实施例3中正庚烷用量不变，且将实施例3步骤(1)中再加入0.1g或0.3g或0.7g或1gγ-基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅，其余操作不变。
(2)同实施例1。
(3)同实施例1。得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面。其他原料用量不变，记正庚烷为G，KH570为K,其用量用数字表示。例如G1K1为正庚烷用量为1g,KH570用量为1g。
图1为实施例1，2和对比例1，2制得的聚苯乙烯微球的傅里叶红外谱图，图中，1085cm-1是Si-O-Si的伸缩振动峰，说明硅烷偶联剂KH570成功接在聚苯乙烯微球上。
实施例3
(1)将实施例1步骤(1)中的甲苯换成1g甲苯/4g正庚烷，2g甲苯/3g正庚烷，3g甲苯/2g正庚烷，4g甲苯/1g正庚烷，其余操作不变。
(2)同实施例1。
(3)同实施例1。得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面。其他原料用量不变，记甲苯为T，，正庚烷为G，KH570为K,其用量用数字表示。例如T1G1K1为甲苯用量为1g,，正庚烷1g，KH570用量为1g。
对比例3
(1)取实施例5中甲苯与正庚烷的用量不变，且将实施例5步骤(1)中再加入0.1g或0.3g或0.7g或1gγ-基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅，其余操作不变。
(2)同实施例1。
(3)同实施例1。得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面。
表1是实施例1-3和对比例1-3得到的多孔聚苯乙烯小球超滑表面水相接触角数据。
表1
Figure BDA0002087038120000061
表2为实施例1-3和对比例1-3得到多孔聚苯乙烯小球超滑表面磨损5次后的水相接触角。
表2
Figure BDA0002087038120000062

Claims (7)

1.一种用于制备超滑表面的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：
(1)合成多孔聚苯乙烯微球；
先将80℃的去离子水和聚乙烯醇配制成聚乙烯醇水溶液冷却，再将苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂，致孔剂和偶联剂加入到反应容器中，在室温下以600rpm搅拌1h，待固体搅拌均匀后，在75-80℃加热条件下以500rpm搅拌，悬浮聚合5-7h，得到多孔聚苯乙烯微球；
(2)对多孔聚苯乙烯微球分别用去离子水，无水乙醇洗涤，再进行过滤，干燥，筛分处理；
(3)将步骤(2)中处理好的多孔聚苯乙烯微球与硅油按照15:1的质量比混合，使多孔聚苯乙烯微球灌注硅油，制备超滑聚苯乙烯微球。
2.根据权利要求1所述的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：按质量份计算，去离子水100份，聚乙烯醇1份，苯乙烯10份，二乙烯基苯4份，引发剂0.3份，致孔剂1-7份，偶联剂0-1份。
3.根据权利要求1所述的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为偶氮二异丁腈。
4.根据权利要求1所述的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的致孔剂为甲苯、正庚烷或两者的混合物。
5.根据权利要求4所述的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述致孔剂为甲苯、正庚烷混合物时，按照质量比甲苯：正庚烷＝80:20-20：80。
6.根据权利要求1所述的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂为γ-基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的密度可调控的超滑聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：超滑表面的制备方法为：在基材表面涂覆一层液体硅橡胶，然后再将超滑聚苯乙烯微球涂覆至涂覆有硅橡胶的基材上，得到基于聚苯乙烯小球的超滑表面。
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