P_St_AM_核壳聚合物微球的制备及其光子晶体膜

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1、第6期高分子学报No．62012年6月ACTAPOLYMERICASINICAJun．，2012*P(St-AM)核壳聚合物微球的制备及其光子晶体膜＊＊张玉琦马荣延魏清渤宋延卫王俏(延安大学化学与化工学院延安716000)摘要采用一步乳液聚合法，调节引发剂用量，制备了不同粒径的具有核壳结构的功能性聚(苯乙烯-丙烯酰胺)乳胶微球．用透射电子显微镜表征了乳胶微球的核壳结构和粒径，所制微球的粒径分别为195，217，234和255nm．用红外光谱对微球的化学成分进行了表征，证实聚丙烯酰胺已包覆在聚苯乙烯外层．通过竖直沉积自组装法制备了聚合

2、物微球的光子晶体薄膜．扫描电子显微镜表征了所制光子晶体膜的表面形貌，反射和透射光谱表征了光子禁带．结果表明，聚合物微球以面心立方紧密堆积，其(111)面与基底平行;微球粒径不同，光子晶体的光子禁带不同．制备了不同光子禁带的光子晶体，禁带分别位于473，515，574和630nm，相应的薄膜分别呈蓝色、绿色、黄色和红色，对于光子晶体的拓展和应用具有重要的意义．关键词乳液聚合，核壳结构，聚合物微球，竖直沉积自组装，光子晶体光子晶体是一种电介质材料周期性排列，折了具有不同光子禁带、呈现不同色彩的光子晶体射率周期性变化产生布拉格衍射，衍射波

3、长内的薄膜．由于聚丙酰胺对外界环境如水汽、挥发性有光不能透过此晶体而会被反射，具有光子禁带的机溶剂等的响应性质，使所制薄膜在化学传感器［1，2］特性．光子晶体在智能材料、化学及生物传感的制备等方面具有潜在的应用．此外，微球表面带器、新型光学器件及信息存储材料等方面具有广有酰胺基团，可在表面组装其它功能分子，从而可［3～6］阔的应用前景．目前，单分散胶体微球乳液的以扩展光子晶体薄膜的应用．自组装特性已成为构造光子晶体的最简单易行的1实验部分方法，其中竖直沉积自组装法由于工艺简单、制备的晶体质量高、制备周期短、厚度可控等特点，是1.1试

4、剂与仪器［7，8］目前制备光子晶体广泛采用的方法．常用的苯乙烯(St)，天津市天力化学试剂有限公司，单分散胶体微球有二氧化硅(SiO2)、聚苯乙烯分析纯，经减压蒸馏后使用;丙烯酰胺(AM)，天(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及一些共聚物津市科密欧化学试剂开发中心，分析纯，经丙酮重［7～12］胶体微球．中国科学院化学研究所宋延林研结晶后使用;过硫酸铵(APS)，上海桃浦化工厂，［9～12］化学纯，经水重结晶后使用;氯化钠(NaCl)，天津究组通过乳液聚合制备得到具有硬而疏水的聚苯乙烯核-软而亲水的聚甲基丙烯酸甲酯/聚市化学试剂六

5、厂，分析纯，直接使用;碳酸氢钠(NaHCO)，上海试剂一厂，分析纯，直接使用;油丙烯酸壳的聚合物乳胶粒，将这些具有特殊核-壳3结构乳胶粒组装制备聚合物光子晶体，得到了具酸钠，上海试剂一厂，化学纯，直接使用．有特殊浸润性的聚合物光子晶体膜，并实现了对恒温恒湿箱(LHS-100CL，上海一恒科技有限湿度、pH等外界化学环境的简便检测．而制备这公司);透射电子显微镜(TEM，日立H800，日些带有功能基团的共聚物微球方法复杂，本文通本)，加速电压为200kV;傅里叶变换红外光谱仪过对形成光子晶体组装单元的单分散乳胶粒表面(IR，岛津Pre

6、stige-21型，日本);场发射扫描电子功能团及核壳结构进行设计，采用简单的一步乳显微镜(SEM，JEOL，JSM-6700，日本)，样品经喷液聚合法，制备了二元共聚的微球表面带有酰胺金处理;紫外-可见光谱仪(日立U-4100，日本)．基团的不同粒径的聚(苯乙烯-丙烯酰胺)(简写1.2P(St-AM)核壳聚合物微球的制备为P(St-AM))核壳微球，并采用竖直沉积法制备100mL三口瓶中加入0.2gNaHCO3，0.02g*2011-10-17收稿，2011-11-21修稿;国家自然科学基金(基金号21103146)和陕西省教育厅

7、专项研究计划(项目号11JK0587)资助项目;＊＊通讯联系人，E-mail:yqzhang@iccas．ac．cndoi:10．3724/SP．J．1105．2012．113346486期张玉琦等:P(St-AM)核壳聚合物微球的制备及其光子晶体膜649NaCl，96gHO溶解;然后加入20g苯乙烯和20.03g油酸钠，在300r/min转速下搅拌0.5h，使溶液中形成大量胶束，再一次性加入1.0g丙烯酰胺(先溶于2g水中)，搅拌0.5h;通氮气0.5h，将三口烧瓶置于恒温水浴中，升温至60℃时加入一定量的引发剂过硫酸铵(用2g水

8、溶解)，升温至80℃反应8h后停止，即得P(St-AM)聚合物微球的乳液．通过调节引发剂的用量，制备了粒Fig．1Thestructuralschemeofthecore-shell径分别为195，217，234和255nm的P(St