血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体及其制备方法与应用。该组装体由球形粒子镶嵌进血红细胞状粒子的凹槽中，两者紧密地组装在一起，形成组装体；所述球形粒子的粒径为500nm～1300nm；血红细胞状粒子，粒径为1～5μm，凹槽的形状为半球形，凹槽的直径为600nm～1500nm；且球形粒子的粒径为血红细胞状粒子的凹槽直径的80％‑100％；本发明专利技术成功实现血红细胞状粒子和球形粒子的高匹配度的自组装，组装效果大幅度提升，该组装体应用在光子晶体水性涂料中表现出了优异的光子晶体虹彩效应；对组装体的尺寸结构进行调控后，还可以得到更多绚丽的颜色，将在水性涂料中有很大的潜在应用价值。

Erythrocyte colloidal particles and spherical colloidal particles assembled and their preparation methods and Applications

The invention discloses a red blood cell colloidal particle and a spherical colloidal particle assembly body, and a preparation method and application thereof. The assembly is inlaid by spherical particles into the grooves of blood red cell particles, which are tightly assembled together to form an assembly. The particle size of the spherical particles is 500nm to 1300nm; the blood red cell particles are 1~5 mu m, the shape of the grooves is hemispherical, the diameter of the grooves is 600nm to 1500nm; and the spherical particles are spherical. The size of the particle size is 80% of the groove diameter of the blood red cell particles. The invention successfully realizes the self-assembly of the high matching degree of the blood red cell particles and the spherical particles, and the assembly effect is greatly improved. The assembly shows excellent photonic crystal iridescent effect in the photonic crystal water-based coatings and the size of the assembly. After adjusting the structure, it can also get more brilliant colors, which will have great potential application value in waterborne coatings.

【技术实现步骤摘要】
血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体及其制备方法与应用
本专利技术涉及聚合物乳胶粒子自组装
，特别是涉及非球形聚合物乳胶粒子与球形聚合物乳胶粒子的自组装，具体涉及血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体及其制备方法与应用。
技术介绍
高性能结构材料是支撑航空航天、交通运输、光电信息、能源动力以及国家重大基础工程建设等领域的重要物质基础，是目前国际上竞争最激烈的高技术新材料领域之一。聚合物胶体颗粒作为基元功能粒子，广泛应用于新型结构材料的构建。传统的聚合物胶体颗粒是指直径介于纳米到微米尺度之间，形状为球形的高分子聚集体。相对于各向同性的球形颗粒，那些非球形或在结构和化学组成上具有不对称性的各向异性胶体颗粒，具有独特的物理、化学及光学等性能，在奇异光子晶体、原子或分子模型模拟、控制分子识别和自组装等新兴领域有独特的应用，大大拓宽了胶体颗粒的应用范围，为调控和设计新型结构材料提供了新的维度。如以传统的球形颗粒为基础制备的光子晶体，其特征标志是光子带隙非常有限；而以非球形胶体粒子为基础粒子制备的光子晶体,大大拓展了光子晶体的带隙极限，为光子晶体在光电领域的发展提供了新思路。近年来，光子晶体的应用也是越来越广泛，特别是在光子晶体的水性涂料的应用领域内，取得了不错的成果，目前基于球形粒子的光子晶体的光学效应在特种汽车涂料中，逐渐开始商业化，而非球形具有更优异的性能，还在研究之中。鉴于非球形粒子表面的范德华力、电荷分布、曲率、折射率等物理特性都不同于球形粒子，就产生了奇特的物理现象如慢光效应、负折射率等特性，用其制备的光子晶体涂料将会大大拓展应用范围将，将会产生更加丰富的产品体系和应用领域。目前，各向异性非球形颗粒与球形聚合物胶体颗粒通过自组装(self-assembly)来构建结构材料具有重要的应用前景。通过这种方法，材料可以基于纳米或微米层面构建，而不是传统的原子或分子层面的合成，可获得革命性的新材料。非球形胶体粒子之间的自组装一般是指胶体粒子在对外界的响应下，通过形成一定的结构、形状或产生一定的行为来平衡外界的影响。非球形粒子的自组装方法主要包括磁场驱动自组装、电场驱动自组装和排空力自组装三种方法。对于外加磁场自组装，要求非球形粒子本身要能对外加磁场产生响应，而聚合物乳胶粒子本身是不具备磁性，因此就要使用磁性粒子对聚合物乳胶粒子进行修饰，使得聚合物乳胶粒子能对磁场产生响应(SacannaS.,RossiL.,PineDavidJ.,MagneticClickColloidalAssembly,JournalofAmericaChemistrySociety.2012,134(14),6112～6115；ZerroukiD.,BaudryJ.,PineD.,ChaikinP.&BibetteJ.,Chiralcolloidalclusters,Nature,2008,455(1):380～382)。此外，磁场驱动自组装需要外加磁场，自组装过程相对比较复杂，并且低效、分散性差、工序复杂、可重复性差等。一般情况下，非球粒子在交流电场下的聚集则与粒子是否带电无关，粒子在交流电场下都会被极化而产生电偶极矩，其在电场下会出现自组装聚集现象(AnkeK.,AlfonsvanB.,ArnoutI.,Synthesisofmonodisperse,rodlikesilicacolloidswithtunableaspectratio,JournalofAmericaChemistrySociety.2011,133(8):2346～2349)。而电场驱动自组装需要外加提供电场，同时自组装过程难以控制，所以电场驱动自组装在非球形乳胶粒子的自组装方面的应用受到限制。程志峰等(程志峰,罗富华.凹陷状胶体粒子的自组装[J].南京大学学报(自然科学),2014,01:23-29)采用耗散自组装法进行凹槽状胶体粒子和球形PS粒子的自组装；该方法首先将非球形粒子固体粉末及球形粒子的固体粉末按质量比1:4分散在水中，配成1.0wt％的水溶液，取少量此水溶液于载玻片上，然后滴加浓度为0.5g/L的PEO水溶液，在光学显微镜下观察粒子在PEO逐渐耗散条件下的自组装情况。但程志峰等制备的非球形粒子具有多个凹槽(1～4个)，也就提供了组装的多个位点，由于空间位阻的影响不可能同时组装多个粒子；即使能够组装多个粒子，组装位点的不同造成存在多种不一致的组装体形式；尤其是该技术没有认识到制备的凹槽的内径(600nm)与球形粒子的内径(1100nm)的匹配性，球形粒子不能嵌入凹槽内部；该技术也没有认识到排空试剂的作用方式，在玻璃片上直接滴加PEO，造成排空试剂的浓度不均匀，该技术几乎没有得到稳定的非球形粒子与球形粒子的组装体。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术的不足，提供了一种步骤简单，重复性高，凹槽和组装位点单一，没有位阻效应，粒子之间匹配度高，自组装效果好的血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体及其制备方法。本专利技术另一目的在于提供所述血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体在光子晶体水性涂料中的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体，其特征在于，由球形粒子镶嵌进血红细胞状粒子的凹槽中，两者紧密地组装在一起，形成组装体；所述球形粒子的粒径为500nm～1300nm；血红细胞状粒子，粒径为1～5μm，凹槽的形状为半球形，凹槽的直径为600nm～1500nm；且球形粒子的粒径为血红细胞状粒子的凹槽直径的80％-100％；所述血红细胞状粒子通过以下步骤制备：第一步，以质量份数计，将100～200份的单体、2～10份的引发剂、10～50份的表面活性剂、100～500份无水乙醇和100～500份水混合，搅拌形成均相溶液，通氮气除去体系中的氧气，置于60～80℃水浴中引发聚合反应；第二步，以质量份数计，聚合反应4～8h后，再将0～200份的单体、5～50份的交联剂和10～100份的无水乙醇组成的均相溶液以1～100份/小时的缓慢滴加到反应体系中，持续滴加2～10h；滴加结束后，继续反应至20～30h；第三步，将反应产物反复离心洗涤除去未反应的单体和表面活性剂，冷冻干燥，制得血红细胞状粒子；所述单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯中的一种或者多种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和过氧化苯甲酰中的一种或者多种；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和烯基磺酸钠中的一种或者多种；所述的交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯、N，N～亚甲基双丙烯酰胺、过氧化二异丙苯中的一种或者多种。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述球形粒子通过如下方法制备：以质量份数计，将100～200份单体、2～10份引发剂、10～50份表面活性剂、100～500份无水乙醇和100～300份去离子水混合，100～300r/min搅拌形成均相溶液，通氮气除去体系中的氧气，升温至60～80℃引发聚合反应，恒温反应4～8h；反应结束后，反复对产物进行离心洗涤，然后冷冻干燥，制得球形粒子；所述单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯中的一种或者多本文档来自技高网...

【技术保护点】
血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体，其特征在于，由球形粒子镶嵌进血红细胞状粒子的凹槽中，两者紧密地组装在一起，形成组装体；所述球形粒子的粒径为500nm～1300nm；血红细胞状粒子，粒径为1～5μm，凹槽的形状为半球形，凹槽的直径为600nm～1500nm；且球形粒子的粒径为血红细胞状粒子的凹槽直径的80％‑100％；所述血红细胞状粒子通过以下步骤制备：第一步，以质量份数计，将100～200份的单体、2～10份的引发剂、10～50份的表面活性剂、100～500份无水乙醇和100～500份水混合，搅拌形成均相溶液，通氮气除去体系中的氧气，置于60～80℃水浴中引发聚合反应；第二步，以质量份数计，聚合反应4～8h后，再将0～200份的单体、5～50份的交联剂和10～100份的无水乙醇组成的均相溶液以1～100份/小时的缓慢滴加到反应体系中，持续滴加2～10h；滴加结束后，继续反应至20～30h；第三步，将反应产物反复离心洗涤除去未反应的单体和表面活性剂，冷冻干燥，制得血红细胞状粒子；所述单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯中的一种或者多种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和过氧化苯甲酰中的一种或者多种；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和烯基磺酸钠中的一种或者多种；所述的交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯、N，N～亚甲基双丙烯酰胺、过氧化二异丙苯中的一种或者多种。...

【技术特征摘要】
1.血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体，其特征在于，由球形粒子镶嵌进血红细胞状粒子的凹槽中，两者紧密地组装在一起，形成组装体；所述球形粒子的粒径为500nm～1300nm；血红细胞状粒子，粒径为1～5μm，凹槽的形状为半球形，凹槽的直径为600nm～1500nm；且球形粒子的粒径为血红细胞状粒子的凹槽直径的80％-100％；所述血红细胞状粒子通过以下步骤制备：第一步，以质量份数计，将100～200份的单体、2～10份的引发剂、10～50份的表面活性剂、100～500份无水乙醇和100～500份水混合，搅拌形成均相溶液，通氮气除去体系中的氧气，置于60～80℃水浴中引发聚合反应；第二步，以质量份数计，聚合反应4～8h后，再将0～200份的单体、5～50份的交联剂和10～100份的无水乙醇组成的均相溶液以1～100份/小时的缓慢滴加到反应体系中，持续滴加2～10h；滴加结束后，继续反应至20～30h；第三步，将反应产物反复离心洗涤除去未反应的单体和表面活性剂，冷冻干燥，制得血红细胞状粒子；所述单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯中的一种或者多种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和过氧化苯甲酰中的一种或者多种；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和烯基磺酸钠中的一种或者多种；所述的交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯、N，N～亚甲基双丙烯酰胺、过氧化二异丙苯中的一种或者多种。2.根据权利要求1所述的血红细胞状胶体粒子和球形胶体粒子组装体，其特征在于，所述球形粒子通过如下方法制备：以质量份数计，将100～200份单体、2～10份引发剂、10～50份表面活性剂、100～500份无水乙醇和100～300份去离子水混合，100～300r/min搅拌形成均相溶液，通氮气除去体系中的氧气，升温至60～80...

【专利技术属性】
技术研发人员：张心亚，宋刘俊，杜小林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44