本發明涉及一種柔性軟單體膠體光子晶體乳液的制備方法。

背景技術：

聚合物膠體光子晶體是由單分散膠體粒子在一定條件下自發組裝生成長程有序和緊密堆積結構的材料，因其特殊的尺寸與分散結構成為聚合物領域的重要研究方向，在日常生活和工業生產中具有寬闊的應用前景。如納米科學、凝聚態物理、生物化學、分子生物學等都具有重要的應用。最近研究者們發現傳統的膠體光子晶體，如聚苯乙烯(ps)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等，由于這些單體的均聚物玻璃化溫度較高，所形成的材料彈性和韌性不足，生產的工藝產品往往不能充分滿足實際的需要。因而尋找具有高度柔軟性、高韌性和粘結等物理性能的光子晶體材料而極其重要。

丙烯酸叔丁酯(t-ba)作為一種重要的有機酸酯類單體,具有耐候性、耐水、耐油和耐化學品等優良的特性。由于軟單體丙烯酸叔丁酯的玻璃化溫度較低(tg為-22℃)，并帶有一定極性基團的多官能性單體，可以使聚合物產生輕度的交聯并形成一定程度的網絡結構，提高了聚合物的內聚力和韌性。并因其具有獨特的不飽和雙鍵結構，故可通過乳液聚合、溶液聚合和共聚等加工方式制備出擁有良好性能的聚合物。因其聚合物具有透明度好，粘結性強，成膜清晰等優點，使其在涂料、造紙、洗滌劑、合成纖維、合成橡膠和塑料等方面具有重要的應用前景。因此，利用簡易有效、低成本的方法快速制備性能優異的柔性單分散聚合物膠體光子晶體顯得極為重要。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種柔性軟單體膠體光子晶體乳液的制備方法，這種方法具有膠乳粘度低、聚合速率快、易于混合傳熱、產物表面潔凈等優點，是合成粒徑在幾百納米尺寸的最佳聚合手段，該方法所制備的膠體粒子具有粒徑尺寸可調和單分散性能優越的特點。

本發明主要通過以下技術方案來實現：一種柔性軟單體膠體光子晶體乳液的制備方法，其具體步驟如下：

a.將丙烯酸叔丁酯單體洗滌并減壓蒸餾得到精制的丙烯酸叔丁酯；

b.將交聯劑和去離子水加入反應器中，并攪拌至均相體系；

c.將步驟a得到的精制丙烯酸叔丁酯單體加入到步驟b的反應器中，將反應

體系置于惰性氣氛下保護，并用機械攪拌攪勻；

d.將反應裝置進行加熱升溫，然后滴入引發劑引發聚合反應；

e.將得到的產物過濾后，獲得一種柔性軟單體膠體光子晶體乳液。

步驟a中所述的洗滌為先用堿液洗滌，然后用去離子水洗滌；其中堿液為質量濃度為5-10％的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液中的一種或二種混合物。

優選步驟b中所述的交聯劑為n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯或羥甲基丙烯酰胺中的一種或混合物；交聯劑的質量用量為丙烯酸叔丁酯單體質量的0.1-0.5％。

優選步驟c中所述的機械攪拌的轉速為180～220rpm；機械攪拌的時間為25～40min。優選步驟c中所述的惰性氣氛為氮氣或氬氣。

優選步驟d中所述的加熱升溫的溫度為80℃～100℃。優選步驟d中所述的引發劑為過硫酸鉀或過硫酸銨的一種或二種混合物；引發劑的質量用量為丙烯酸叔丁酯單體質量的0.5-1.8％。

本發明可根據加入丙烯酸叔丁酯單體的量來調節聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子的粒徑，所制備的柔性軟單體膠體光子晶體粒子(聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子)的粒徑范圍為100-450nm。

有益效果：

1、本發明制備的柔性單分散聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液具有粒徑尺寸可調，單分散性優越的特點；

2、本發明提供的柔性單分散聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液制備方法設備簡單，操作方便，產物表面潔凈無需進行復雜的后處理工序；

3、本發明制備的柔性單分散聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液可作為制備光子晶體材料的構筑單元，并具有外界相應光子晶體的特性。

附圖說明

圖1為實施例1制備的單分散聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子的粒徑分布圖；

圖2為實施例2制備的單分散聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子的sem圖；

圖3為實施例3制備的單分散聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子的原子力顯微鏡afm圖；

圖4為實施例4制備的單分散聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子的原子力顯微鏡afm圖。

具體實施方式

以下通過具體實施例說明本發明，但本發明并不僅限于以下實例。

實施例1

用天平稱取0.01g的交聯劑n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和90g的去離子水于250ml四口瓶中，然后加入2.0g用10％氫氧化鉀水溶液洗滌精制后的丙烯酸叔丁酯單體并通入穩定的氮氣。在25℃下用180rmp的轉速機械攪拌25min，然后加熱升溫到80℃，緊接著滴加溶解在10ml水中的引發劑過硫酸鉀0.036g引發聚合反應。反應結束后先冷卻至室溫，然后用200目的紗網過濾除去少量的凝膠，即可得到單分散的聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液。根據圖1的粒徑分布圖表明，聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子大小約為103nm，乳液的單分散性指數只有3.3％。

實施例2

用天平稱取0.008g的交聯劑羥甲基丙烯酰胺和90ml的去離子水于250ml四口瓶中，然后加入3.52g用5％氫氧化鈉水溶液洗滌精制后的丙烯酸叔丁酯單體并通入穩定的氬氣，在25℃下用200rmp的轉速機械攪拌30min，然后加熱升溫到98℃，緊接著滴加溶解在10ml水中的引發劑過0.04g過硫酸銨引發聚合。反應結束后先冷卻至室溫，然后用200目的紗網過濾除去少量的凝膠，即可得到單分散的聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液。圖2為聚丙烯酸叔丁酯的sem圖，粒徑大小約為191nm，其中聚丙烯酸叔丁酯膠體微球排列緊密的結構說明具有優良的單分散性能，將聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液離心和提濃，發現其結構色為紫色。

實施例3

用天平稱取0.006g的交聯劑羥甲基丙烯酰胺和90ml的去離子水于250ml四口瓶中，然后加入4.16g用5％氫氧化鈉水溶液洗滌精制后的丙烯酸叔丁酯單體并通入穩定的氬氣，在25℃下用200rmp的轉速機械攪拌40min，然后加熱升溫到85℃，緊接著滴加溶解在10ml水中的引發劑過0.04g過硫酸銨引發聚合。反應結束后先冷卻至室溫，然后用200目的紗網過濾除去少量的凝膠，即可得到單分散的聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液。圖3為聚丙烯酸叔丁酯的afm圖，粒徑大小約為244nm，其中聚丙烯酸叔丁酯膠體粒子緊密堆積的結構說明具有優良的單分散性能，將聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液離心和提濃，發現其結構色為綠色。

實施例4

用天平稱取0.008g的交聯劑n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和90ml的去離子水于250ml四口瓶中，然后加入6.40g用5％氫氧化鈉水溶液洗滌精制后的丙烯酸叔丁酯單體并通入穩定的氮氣，在25℃下用220rmp的轉速機械攪拌40min，然后加熱升溫到85℃，緊接著滴加溶解在10ml水中的引發劑過0.036g過硫酸銨引發聚合。反應結束后先冷卻至室溫，然后用200目的紗網過濾除去少量的凝膠，即可得到單分散的聚丙烯酸叔丁酯膠體乳液。圖4為聚丙烯酸叔丁酯的afm圖，粒徑大小約為437nm，其中聚丙烯酸叔丁酯膠體微球3維排布的結構說明具有優良的單分散性能。