微米级单分散聚苯乙烯微球的制备及其自组装硕士论文.doc

硕士学位论文 微米级单分散聚苯乙烯微球的制备 及其自组装 PREPARATION OF MONODISPERSE MICRON- SIZED PPLYSTYRENE MICROSPHERES AND ITS SELF-ASSEMBLY 邢麒麟 哈尔滨工业大学 2012 年 6 月  国内图书分类号： 学校代码：10213 国际图书分类号： 密级：公开 工学硕士学位论文 微米级单分散聚苯乙烯微球的制备 及其自组装 硕 士 研 究 生：邢麒麟 师：赵九蓬教授 申 请 学 位：工学硕士 科：化学工程与技术 所 在 单 位：化工学院 答 辩 日 期：2012 年 6 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学  Classified Index: U.D.C: Dissertation for the Master Degree in Engineering PREPARATION OF MONODISPERSE MICRON- SIZED PPLYSTYRENE MICROSPHERES AND ITS SELF-ASSEMBLY Candidate： Xing Qilin Supervisor： Prof. Zhao Jiupeng AcademicDegree Applied for： Master Degree of Engineering Speciality： Chemical Engineering Technology Affiliation： School of Chemical Engineering Technology Date of Defence： June, 2012 Degree-Conferring- Harbin Institute of Technology Institution：  哈尔滨工业大学工学硕士学位论文  要 聚苯乙烯（PS）微球是一种典型的高分子材料，单分散的 PS 微球通过自组 装排布形成有序的周期性结构即为胶体晶体。粒径为微米级的 PS 组成的胶体晶 体对光的布拉格衍射发生在红外波段，扩宽了光子晶体在太阳能电池、热防护、 光子计算机等方面应用，因此，其发展前景十分广阔。本文主要采用了分散聚合 法制备单分散的、粒径为微米级的聚苯乙烯微球，并采用三种不同的方法对其进 行了自组装。 本文采用改进的无皂乳液法和分散聚合法这两种方法合成 PS 微球，改进无 皂乳液聚合法，在向水溶液体系引入了外加电解质后，得到的微球分散性较差； 相比之下，采用分散聚合法则可以得到单分散的 PS 微球，且粒径达微米级。对 于分散聚合法主要研究了单体加入方式、溶剂极性，单体、引发剂及分散剂的用 量等这些主要的影响因素对 PS 微球粒径大小及分布的影响，分别对其作了讨论 和分析，得出了各个因素对粒径影响的规律及最佳条件和范围：采用一次性加入 单体的方式，PS 微球的粒径，随着溶剂极性的增大而变小且分布变窄，乙醇/水 体积比控制在 90/10 至 75/25 之间最适；粒径随着单体（St）增多而增大且分布变 宽，St 加入量为 7.4vol%-13vol%为宜；随引发剂（AIBN）的增多，PS 粒径变 大，分布略变宽，AIBN 相对用量为 0.5%-3.5%最适；随分散剂（PVP）的增加粒 径减小，分布呈先变窄再略变宽的趋势，PVP 浓度在 0.9%-1.3%范围内制得的 PS 粒径大小及分布最为适当。此外，还对反应过程中 PS 粒径长大的情况进行了监 测。 针对制备出的微米级 PS 微球，采用了重力沉降法、微液滴自组装法和垂直 沉积法这三种方法对其进行自组装。对每种方法的影响因素分别做了对比和分 析，利用金相显微镜和扫描电镜对其模板形貌进行表征。其中，酸度和温度对重 力沉降法影响较为明显；溶剂、酸度、添加剂、外加超声是微液滴自组装法的主 要影响因素；生长温度、酸度、添加剂则是垂直沉积法的最主要影响因素。综合 比较后，得出了微液滴自组装法和垂直沉积法最适合微米级单分散 PS 微球的胶 体晶体自组装的结论。 关键词：聚苯乙烯微球；单分散；微米级；自组装；胶体晶体 - I -  哈尔滨工业大学工学硕士学位论文  Abstract Polystyrene(PS) microspheres are typcial polymer materials. Through their self-assembly, monodisperse PS microspheres can be made up into periodic structure, which named colloidal crystal. PS collo