聚苯乙烯纳米微球的制备研究_张慧捷.pdf

16纺织报告|FANGZHI BAOGAO聚苯乙烯（Polystyrene，PS）微球是一种应用广泛的高分子功能材料。1955年，Vanderhoff和Brodford首次报道了单分散聚苯乙烯粒子，随即聚合物微球的制备成为该领域的新型研究课题，历经长期发展，聚合物微球粒径可以从几纳米到几毫米不等，比表面积大、分散性好、吸附性强、易修饰、易改性，已广泛应用于橡胶、胶黏剂、建筑材料、医药等领域。PS微球是以CC键为骨架的一种新型功能材料，除了具有上述聚合物微球的普遍优点之外，其疏水性强、黏附性弱、稳定性好，且生产成本较低，应用领域涉及标准计量1-2、生物医药、电化学检测、催化剂、吸附剂、色谱填聚苯乙烯纳米微球的制备研究张慧捷，常越凡（山西工程职业学院，山西 太原 030009）Study on preparation of polystyrene nanomicrospheresZhang Huijie,Chang Yuefan（Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan 030009,China）Abstract Polystyrene(PS)microspheres is a kind of widely used high polymer functional materials,which have good chemical stability,biocompatibility,tribological properties,pollutant adsorption properties and catalytic activity.This paper prepared PS microspheres with the polymerization system of styrene(St),polyvinyl pyrrolidone(PVP)and sodium persulfate(SPS),and explored the effect of St volume fraction on the size of PS nanomicrospheres.The results showed that the particle size of PS nanospheres increased with the increase of ST volume fraction,when the volume fraction of St is adjusted to 10%-30%,PS nanospheres of 177-260 nm can be prepared.However,when the volume fraction of St increases to 30%,the particle size distribution of PS nanospheres tends to become wider,which infers that this method is not suitable for the preparation of PS nanospheres with larger particle size.Key words polystyrene;nanospheres;emulsion polymerization;preparation料等。例如，PS微球因具有优异的生物相容性和化学稳定性，可用作血液灌流净化材料3，用于临床血液净化；PS微球的摩擦学性能良好，可用于再生基础油中，达到优异的抗磨减摩效果4；PS微球功能化后还可吸附重金属、残留农药、有机污染物等，用于环境污染治理领域5-6。除此之外，PS纳米微球还拥有优良的催化活性7。PS微球的常见制备方法包括分散聚合4，8-9、悬浮聚合10、乳液聚合11、无皂乳液聚合12-13等。其中，乳液聚合通常是以水作为溶剂，反应体系基本包括疏水性单体、亲水性乳化剂和引发剂，体系在水中形成乳液状态而聚合，不仅安全环保，而且传热速度快，节约生产时投稿日期：2022-01-20基金项目：山西省教育科学“十四五”规划2021年度课题（GH-21603）；山西工程职业学院2021年度院级教研类立项课题（JY2021-06）作者简介：张慧捷（1990），女，山西晋中 人，讲师，硕士；研究方向：纳米材料的制备及应用。摘要聚苯乙烯（PS）微球是一种应用广泛的高分子功能材料，具备优良的化学稳定性、生物相容性、摩擦学性能、污染物吸附性能和催化活性。文章运用乳液聚合法，以苯乙烯（St）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和过硫酸钠（SPS）为聚合体系制备PS纳米微球，并探究St体积分数对PS纳米微球粒径的影响。结果表明，随着St体积分数的增加，PS纳米球的粒径逐渐增加，将St的体积分数调至10%30%时，可制得177260 nm的PS纳米球。但当St的体积分数增大至30%时，PS纳米球的粒径分布趋向变宽，由此推断该方法不适用于较大粒径PS纳米球的制备。关键词聚苯乙烯；纳米球；乳液聚合；制备中图分类号：TB383.2文献标志码：ATechnology科技FANGZHI BAOGAO纺织报告|FANGZHI BAOGAO17间，操作简单快捷，备受科研人员和企业的青睐。王东波等11应用乳液聚合法，用苯乙烯（Styrene，St）、过硫酸钾和十二烷基硫酸钠（Sodium Dodecyl Sulfate，SDS）为原料，制备出单分散性50 nm左右的PS纳米微球。乔宇等14同样以单体St、乳化剂SDS、引发剂过硫酸铵为原料，运用乳液聚合法制得粒径为132300 nm的PS纳米球。本研究着眼于乳液聚合法的诸多优点，以St为单体，引发剂选用过硫酸钠（Sodium Persulfate，SPS），分散剂选用聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl Pyrrolidone，PVP），运用该方法制备PS纳米微球，并探究St的体积分数对PS纳米球粒径的影响。1 实验部分1.1 主要试剂及仪器试剂：苯乙烯、过硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇，均为分析纯。仪器：DW-3型数字显示搅拌器、HH-S型恒温水浴锅、SB-5200D型超声波清洗器、101型电热鼓风干燥箱、FA2004型精密电子天平、Delsa Nano C型激光粒度分布仪、JEM-100C型扫描电镜。1.2 PS纳米微球的制备1.2.1 PS纳米微球的制备流程（1）用精密电子天平称取1.50 g聚乙烯吡咯烷酮于圆底烧瓶中，加入100 mL去离子水溶解；（2）称取0.23 g过硫酸钠加入上述体系，搅拌溶解；（3）在高速机械搅拌下，用恒压滴液漏斗将一定体积分数（）的St缓慢滴入上述体系，最终形成乳浊液；（4）在得到的乳液体系中通入氩气作为保护气，将三口烧瓶放在80 恒温油浴中，在高速搅拌下至少反应8 h，以充足的时间完成聚合反应；（5）聚合反应完全后，将得到的粗产品通过200目标准筛收集待表征。制备流程如图1所示。1.2.2 St的体积分数条件实验配方固定反应体系的总体积为100 mL，即去离子水体积为100 mL，PVP的用量为1.50 g，SPS的用量为0.23 g，改变单体St的体积，分别为10、15、20、25、30 mL，则St的体积分数分别是10%、15%、20%、25%、30%（表1）。1.3 表征方法PS纳米球的平均粒径和粒径分布采用Delsa Nano C型激光粒度分布仪进行表征，PS纳米球的形貌采用JEM-100C型扫描电镜进行表征。2 结果与讨论2.1 St体积分数对PS纳米球粒径的影响为了探讨St的体积分数对PS微球粒径的影响，通过改变St的体积分数进行了一系列单因素条件实验，实验配方见1.2.2，实验结果如表2和图2所示。表1 St体积分数条件实验配方序号V去离子水/mLmPVP/gmSPS/gVSt/mLSt/%11001.500.23101021001.500.23151531001.500.23202041001.500.23252551001.500.233030图1 PS纳米球的制备工艺张慧捷，等：聚苯乙烯纳米微球的制备研究18纺织报告|FANGZHI BAOGAO图2 PS纳米球粒径随苯乙烯体积分数的变化由图2可知，在一定条件下，随着St体积分数的增大，PS纳米球的粒径也逐渐增大，当St的体积分数从10%提高至30%时，PS纳米球的粒径从177 nm增大至260 nm，这是因为产物粒径主要受乳液液滴中St体积分数的影响，乳液液滴中St的体积分数越大，最终产品的粒径就越大。2.2 粒径分布表征结果图3是PS纳米球的粒径分布图。由图3可知，St的体积分数在10%25%，PS纳米球的粒径分布情况符合正态分布函数，并且分布曲线宽度较小、形态良好，但当St的体积分数增大至30%时，PS纳米球的粒径分布曲线变宽，表明此时PS纳米球的分散性呈现出变差的趋势。由此推断，该方法不适用于较大粒径PS纳米球的制备。2.3 SEM表征结果图4是制备所得PS纳米球的SEM图。由图4可见，PS纳米球的微观形貌是非常完好的球形，粒径的均一度高，单分散性优良，几乎无团聚现象。表2 St体积分数单因素条件实验所得PS粒径序号St/%VSt/mLDPS/nm1101017721515213320202384252525153030260图3 PS纳米球的粒径分布3 结论运用乳液聚合法，以苯乙烯为单体，分散剂选用聚乙烯吡咯烷酮，引发剂选用过硫酸钠，制得单分散PS纳米微球。通过改变苯乙烯的体积分数可以控制PS微球的粒径，得到了177260 nm内5种粒径的PS微球。但当苯乙烯的体积分数增大至30%时，PS纳米球粒径分布趋向变宽，由此推断，该方法不适用于较大粒径PS纳米球的制备。因此，该方法可控制备PS纳米球的参数条件有待进一步优化。当今科学技术的飞速发展和企业生产工艺的迭代更新对PS纳米微球的制备与性能研究提出了更高的要求，普通单一的PS微球已无法满足当前的科研要求和生产需求15，今后的发展趋势必然是PS纳米球的修饰改性和功能化，加之物理、化学和生物响应性能的研究，可进一步优化PS纳米球的性能并拓宽其应用领域。张慧捷，等：聚苯乙烯纳米微球的制备研究纺织报告|FANGZHI BAOGAO19参考文献1 姚尧，常子栋，郭知明，等.分散聚合法聚苯乙烯微球粒度标准物质的研制J.中国检验检测，2019（4）：20-22.2 陈胜利，董鹏，袁桂梅，等.亚微米/纳米聚苯乙烯微球粒度标准物质的研制J.武汉理工大学学报，2007（10）：96-100.3 顾玥，段成，杜中杰，等.聚苯乙烯多孔吸附微球的制备J.中国塑料，2019（2）：52-56，68.4 母晶秋，韩凤兰，郭生伟，等.聚苯乙烯微球的制备及其在再生基础油中的分散抗磨性研究J.润滑与密封，2019（8）：127-132，147.5 孟子晖，张峰.聚苯乙烯微球在污染物吸附领域的研究进展J.包装工程，2021（10）：32-36.6 袁才登，杨岚，赵萌，等.聚苯乙烯/石墨烯微球的制备及其对有机污染物的吸附J.天津大学学报（自然科学与工程技术版），2018（12）：1296-1302.7 王梅，贺永强.以氧化石墨为分散剂的聚苯乙烯微球的制备及其金负载催化研究J.山西化工，2018（1）：9-10，14.8 张翔，魏浩栋，姚纪蕾，等.单分散尺寸可控的聚苯乙烯微球制备J.郑州大学学报（工学版），2014（5）：105-108.9 王燕云，刘宝春，张进莉.正交试验法研究聚苯乙烯微球分散聚合法的制备J.广东化工，2015（9）：28-31.10 许建本，余彩莉，边峰，等.含羟基的松香基聚合物微球的制备，表征及吸附性能J.化工进展，2017（6）：2249-2254.11 王东波，冯玉杰，韩俐伟，等.乳液聚合制备聚苯乙烯纳米微球J.化工新型材料，2007（8）：48-49.12 程冲，何玉晖，王丽雄，等.单分散聚苯乙烯颗粒的制备及其胶体晶体微球的组装J.化工新型材料，