一种通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法及其在制备复合膜上的应用技术

本发明专利技术公开了一种通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法及其在制备复合膜上的应用。首先，采用无皂乳液聚合法制备不同尺寸的单分散PS‑DVB纳米微球；采用上述所制备的PS‑DVB纳米微球作为原料，加入不同浓度的PEG水溶液，利用溶液态PEG结晶诱导纳米微球有序排列；并利用扫描电镜和偏光显微镜进行表征。该方法操作简捷，适用性广。通过对有序排列的微球进一步修饰，可将该复合材料应用到不同的领域中；而更换诱导微球有序排列的结晶聚合物基材，则使该纳米复合材料有望成为具有纳米微球修饰和增强的薄膜材料或体型材料。

Method for inducing ordered arrangement of nano particles by crystallization of polymer and application thereof in preparing composite film

The invention discloses a method for inducing ordered arrangement of nanospheres by crystallization of polymers and applications thereof in the preparation of composite films. First of all, prepared by soap free emulsion polymerization method with different sizes of monodisperse PS nanoparticles by DVB; the PS DVB nanoparticles were used as raw materials, PEG water solution with different concentrations of PEG solution, using state of crystallization induced ordered nano microspheres were characterized; and using scanning electron microscopy and polarizing microscope. The method is simple and convenient to operate. Based on the further modified ordered microspheres, the composite material can be applied to different areas; and the replacement of crystalline polymer microspheres induced by substrate orderly, the nano composite material is expected to become a nanosphere modified and enhanced film material or shape material.

【技术实现步骤摘要】
一种通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法及其在制备复合膜上的应用
本专利技术涉及有机高分子化合物的结晶以及纳米复合材料领域，特别是涉及一种通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法及其在制备复合膜的上的应用。
技术介绍
纳米材料和纳米复合材料，因其结构的独特性，优异的各项性能，在光电、微电子、航天航空等众多领域都有广泛应用。纳米微球作为纳米材料的一个典型结构，其有序排列体具有结构构筑可控的优点，在光学以及表面学中有诸多应用。纳米微球有序排列的方法有很多，但都有各自的优缺点，科学家们正不断尝试发现一种操作简便、实用性广的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种新的方式诱导纳米微球有序排列，即通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法及其在制备复合膜上的应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：一种通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法，首先通过无皂乳液法制备PS-DVB纳米微球，然后利用溶液态PEG结晶诱导PS-DVB纳米微球有序排列；具体包括以下步骤：1)将PS(苯乙烯)和DVB(二乙烯基苯)混合，加入去离子水，在氮气保护、搅拌、冷凝回流的条件下，调整温度至75～85℃，然后向其中逐滴加入浓度为0.002～0.003g/ml的引发剂水溶液，反应8～10h；所述PS、DVB、引发剂水溶液的体积比为1～2:0.02～0.03:9～11；2)步骤1)反应得到的产物洗涤后，得到PS-DVB(聚苯乙烯-二乙烯基苯)纳米微球，粒径为400～500nm；通过控制DVB的用量可以得到不同尺寸的单分散PS-DVB纳米微球；将其配制为浓度8～12％的PS-DVB纳米微球乳液；3)将步骤2)得到的浓度为8～12％(质量体积百分比)的PS-DVB纳米微球乳液与1～30％的PEG水溶液按照体积比1:3～5的比例混合，得到混合溶液；通过混合溶液中PEG结晶以诱导PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列。具体地，所述步骤3)中，混合溶液中PEG结晶可以由滴膜法辅助，包括：将所述混合溶液滴在平放的经预处理的玻璃基底上，然后将玻璃基底置于20～40℃下干燥，通过PEG结晶诱导PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列，并在玻璃基底上得到由PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列形成的复合膜。具体地，所述步骤3)中，混合溶液中PEG结晶可以由垂直沉积法辅助，包括：将经预处理的玻璃基底垂直插入所述混合溶液中，置于30～50℃下干燥22～26h，通过PEG结晶诱导PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列，并在玻璃基底上得到由PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列形成的复合膜。在本专利技术的一个优选实验方案中，所述引发剂为过硫酸钾(KPS)。在本专利技术的一个优选实验方案中，所述PEG为分子量2000的聚合物，即PEG2000。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：上述方法在制备复合膜等复合材料上的用途。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供了一种新的诱导纳米微球有序排列的方式，即利用聚合物结晶诱导纳米微球按照树枝状晶体生长方向有序排列，该方法操作简捷，适用性广；通过对有序排列的纳米微球进一步修饰，可将该复合材料应用到不同的领域中；而更换引导纳米微球有序排列的结晶聚合物基材，则使该纳米复合材料有望成为具有纳米微球修饰和增强的薄膜材料或体型材料。(2)本专利技术的PS-DVB(聚苯乙烯-二乙烯基苯)纳米微球是采用无皂乳液聚合法制备得到的，纳米微球表面洁净，后处理简单；制备方法简单，工艺成熟，成本低廉。(3)本专利技术诱导PS-DVB微球有序排列的方法是通过溶液态PEG结晶来实现的，可操作性强，装置简单，可重复性好。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术实施例1得到的PS-DVB(聚苯乙烯-二乙烯基苯)纳米微球的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例1得到的溶液态PEG晶体的光学显微镜图(a)和扫描电镜图(b)。图3是本专利技术实施例1得到的溶液态PEG结晶诱导PS-DVB微球有序排列的偏光显微镜图(a)和扫描电镜图(b)。具体实施方式下面通过实施例具体说明本专利技术的内容：实施例11)在150mL三口瓶中加入2mLPS和0.03mLDVB，并加入40mL去离子水，固定装置，通入冷凝水和氮气，之后加入磁子进行搅拌，调整温度至稳定到80℃后用针筒向其中逐滴加入10ml含0.03gKPS的水溶液，反应8h；2)将步骤1)反应得到的产物用无水乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤1次，得到粒径为450nm的PS-DVB纳米微球，将其配成10％的PS-DVB纳米微球乳液，置于50mL离心管中备用；3)通过滴膜法或垂直沉积法辅助混合溶液中PEG结晶，以诱导PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列，具体地：采用滴膜法辅助PEG结晶诱导PS-DVB纳米微球有序排列：配制4ml浓度为30％的PEG2000水溶液，然后在其中加入1mL步骤2)中得到的浓度为10％、粒径为450nm的PS-DVB纳米微球乳液，充分混合后，得到混合溶液；用滴管取一滴混合溶液，滴在预处理好(浓硫酸浸泡后，分别用去离子水和无水乙醇清洗，用玻璃刀切到合适的尺寸，浸泡在无水乙醇中备用)的玻璃基底上，然后平稳放入30℃的烘箱中干燥，得到生长后的复合膜；在该复合膜上，PS-DVB纳米微球按照PEG树枝状晶体生长方向有序排列。采用垂直沉积法辅助PEG结晶诱导PS-DVB纳米微球有序排列：配制4ml浓度为30％的PEG2000水溶液，之后将1mL步骤2)中得到的浓度为10％、粒径为450nm的PS-DVB纳米微球乳液与PEG2000水溶液混合，得到混合溶液，并保存在50mL离心管中。将处理好的玻璃基底(浓硫酸浸泡24h后，分别用去离子水和无水乙醇清洗，用玻璃刀切到合适的尺寸，浸泡在无水乙醇中备用)用氮气吹干后，垂直插入该混合溶液中，于40℃烘箱中干燥24h，得到生长后的复合膜；在该复合膜上，PS-DVB纳米微球按照PEG树枝状晶体生长方向有序排列。实施例21)在150mL三口瓶中加入2mLPS和0.03mLDVB，并加入40mL去离子水，固定装置，通入冷凝水和氮气，之后加入磁子进行搅拌，调整温度至稳定到80℃后用针筒向其中逐滴加入10ml含0.03gKPS的水溶液，反应10h；2)将步骤1)反应得到的产物用无水乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤1次，得到粒径为450nm的PS-DVB纳米微球，将其配成12％的PS-DVB纳米微球乳液，置于50mL离心管中备用；3)通过滴膜法或垂直沉积法辅助混合溶液中PEG结晶，以诱导PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列，具体地：采用滴膜法辅助PEG结晶诱导PS-DVB纳米微球有序排列：配制4ml浓度为20％的PEG2000水溶液，然后在其中加入1mL步骤2)中得到的浓度为12％、粒径为450nm的PS-DVB纳米微球乳液，充分混合后，得到混合溶液；用滴管取一滴混合溶液，滴在预处理好(浓硫酸浸泡后，分别用去离子水和无水乙醇清洗，用玻璃刀切到合适的尺寸，浸泡在无水乙醇中备用)的玻璃基底上，然后平稳放入30℃的烘箱中干燥，得到生长后的复合膜；在该复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法，其特征在于：包括：1)将PS和DVB混合，加入去离子水，在氮气保护、搅拌、冷凝回流的条件下，调整温度至75～85℃，然后向其中逐滴加入浓度为0.002～0.003g/ml的引发剂水溶液，反应8～10h；所述PS、DVB、引发剂水溶液的体积比为1～2:0.02～0.03:9～11；2)步骤1)反应得到的产物洗涤后，得到PS‑DVB纳米微球，将其配制成浓度为8～12％的PS‑DVB纳米微球乳液；3)将步骤2)得到的浓度为8～12％的PS‑DVB纳米微球乳液与1～30％的PEG水溶液按照体积比1:3～5的比例混合，得到混合溶液；通过混合溶液中PEG结晶以诱导PS‑DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列。

【技术特征摘要】
1.一种通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法，其特征在于：包括：1)将PS和DVB混合，加入去离子水，在氮气保护、搅拌、冷凝回流的条件下，调整温度至75～85℃，然后向其中逐滴加入浓度为0.002～0.003g/ml的引发剂水溶液，反应8～10h；所述PS、DVB、引发剂水溶液的体积比为1～2:0.02～0.03:9～11；2)步骤1)反应得到的产物洗涤后，得到PS-DVB纳米微球，将其配制成浓度为8～12％的PS-DVB纳米微球乳液；3)将步骤2)得到的浓度为8～12％的PS-DVB纳米微球乳液与1～30％的PEG水溶液按照体积比1:3～5的比例混合，得到混合溶液；通过混合溶液中PEG结晶以诱导PS-DVB纳米微球按照PEG晶体生长方向有序排列。2.根据权利要求1所述的通过聚合物结晶诱导纳米微球有序排列的方法，其特征在于：所述步骤3)中，混合溶液中PEG结晶由滴膜法辅助，包括：将所述混合溶液滴在平放的经预处理的玻璃基底上，然后将玻璃基底置于20～40℃下干燥，通过PEG结晶诱导P...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴李宗，朱继红，陈尚月，李云同，袁丛辉，陈国荣，曾碧榕，许一婷，罗伟昂，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35