水热法可控制备聚合物中空微球

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高分子材料的发展,在很大程度上依赖于制备方法的创新。开发简单、普适性高、可调控性强的合成路线,一直是高分子材料领域的研究热点。水热法不仅具有操作简单、普适性强、适合量化生产等特点,而且可对材料晶型、尺寸和形貌进行有效调控,已在无机纳米粒子可控构筑领域得到了广泛应用。然而,该方法却极少应用于聚合物纳米材料的可控合成。本研究利用双溶剂反应体系水热法,协同进行酚醛树脂(PF)预聚物的交联固化与苯乙烯(St)单体的自由基聚合,实现了PSt-PF空心纳米微球的形貌调控及功能化。具体研究工作如下:  (1)利用传统的水热合成法,以Resol树脂和St单体为原料,采用乙醇/水或者乙二醇/水的双溶剂体系,一步制备了PSt-PF复合纳米中空微球,表面活性剂(PVP)的加入可以控制空心纳米微球壳层的厚度。采用动态光散射(DLS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征了微球粒径及形貌,采用热重分析(TGA)、红外线光谱分析仪(FT-IR)分析了微球成分;  (2)通过调节乙醇与水的体积比,实现对空心纳米微球壳层厚度的调节,从而调控微球形貌。在含有16.6%的乙醇时,形成的中空微球由于壳层较薄成碗形结构,增加乙醇的含量至41.6%时,壳层厚度增加使得中空微球成干瘪皱缩的囊泡,进一步增加乙醇的含量至58.3%时,中空微球由于壁厚的增加成蘑菇头形,当达到75.0%的乙醇含量时,形成的中空微球表面有多个凹陷腔体;  (3)通过加入第三种功能性单体如四乙烯基吡啶(4-VP),一步水热法制备了P4VP-PSt-PF功能化复合囊泡,通过负载Au或Pt纳米粒子的对比实验,验证了其中的P4VP组分,说明该方法的通用性,可以通过添加其他功能性单体,制备功能化的聚合物复合囊泡。采用X射线能谱仪(EDS)以及紫外-可见分光光谱(UV-vis)分析了贵金属负载囊泡的成分;  (4)通过在反应体系中添加交联剂DVB,一步水热法制备了实心-中空Janus结构的PSt-PF-PDVB复合纳米粒子,通过控制反应温度、反应时间、PVP以及DVB的加入量等一系列对比实验,探究了形成实心-中空结构的关键性因素以及最佳反应条件。采用SEM、TEM表征了Janus粒子形貌;  (5)通过控制反应条件,探讨了水热法制备聚合物中空纳米微球以及实心-中空Janus结构的形成机理,其中依据反应单体的化学性质选择的乙醇/水或者乙二醇/水的双溶剂体系是形成中空结构的关键性因素,并且水热反应提供的相对静止的反应环境也是形成中空结构的决定性条件,而交联剂DVB的加入,可使中空结构的纳米微球转变为实心-中空的Janus结构。
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