高分子微球在乳液液滴界面上的组装 及多孔中空微球的合成

高分子微球在乳液液滴界面上的组装

及多孔中空微球的合成

何晓东，葛学武，刘华蓉，汪谟贞，张志成

中国科学技术大学高分子科学与工程系，合肥230026

关键词：界面组装，乳液液滴，多孔中空微球

当前，涉及界面化学这一领域的研究已成为催化、电化学、胶体化学等领域中最重要的研究方向之一，并与生命科学、材料科学、环境科学、膜技术及医药学密切相关。通过对界面的物理化学性质的调控及亚微米功能构筑单元的制备，以界面作为模板进行组装，则会制备出具有多维界面的不同形状的可控有序结构。中空结构材料是一种具有特殊结构的功能材料，广泛用于药物包裹及控释、选择分离、催化剂搭载，以及色谱、光学及电子等领域；而具有多孔表面的中空微球，由于比表面积高，更赋予材料以与表面相关的应用，如传感器件等。我们以乳液体系的胶束界面作为模板，通过对亚微米功能构筑单元的表面改性，进行界面三维有序组装及界面聚合，由此制备出具有笼型的多孔中空结构的聚合物功能材料。

高分子微球在乳液液滴界面上的组装

及多孔中空微球的合成

何晓东，葛学武，刘华蓉，汪谟贞，张志成

中国科学技术大学高分子材料科学与工程系，合肥230026

关键词：界面组装乳液液滴多孔中空微球

中空微球可用于药物包裹及控释、选择分离、催化剂搭载，以及色谱、光学及电子等领域，因而受到广泛研究[1]。其制备方法大部分是借助模板，通常需进行后处理以去除模板[2,3]。近来，这一方面的研究工作进一步延伸到具有多孔表面的中空微球上，这是由于它的比表面积高，更赋予材料以与表面相关的应用，如传感器件、电流变特性、太阳能电池、模仿光合作用等[4,5]。目前，这一工作大部分报道的是硅、碳等无机材料[6]，而有机材料的相关报道则很少。

在本文中，我们利用表面磺化的PS微球自组装于单体液滴表面，形成稳定的乳液；通过60Co γ射线引发单体聚合，一步获得了具有中空核多孔壳结构的笼状聚合物微球。该法一个很重要的优点是聚合物微球的尺寸和孔径可以通过控制模板微球的亲水性和尺寸以及放置时间而很方便地调节。

Table 1 Properties of PS latex particles with different sulfonation time

No

mean

diameter/µm

sulfonation

time(h)

area per

SO3H/nm2θow/degrees

emulsion stability

after 12h

1 2.13 1 5.26 122.5 100%

coalescence

2 2.1

3 5 4.76 104.0 9% coalescence; cream

3 2.13 9 4.58 72.5 Creaming

only 4 2.13 21 4.19 49.0 Creaming

only 5 2.13 30 3.96 33.5 Creaming

only 6 2.94 30 4.27 ---- Creaming

only 7 0.71 30 3.82 ---- Creaming

only

从表1可见，随着磺化时间的增加，微球表面SO3H基团的面积及接触角(θow) 降低，即亲水性增加。当磺化时间超过9h，乳液液滴完全稳定，且无聚结现象。

将MMA单体用不同粒径的磺化PS微球稳定，聚合后所得微球的粒径随着PS 微球尺寸的增加而增加，同时孔尺寸也相应地增加（见图1）。

Fig.1 SEM images of PMMA microspheres stabilized by (a) particle 7 and (b) particle 6

in Table 1 after placing 72h

总之，该方法新颖独特，适合于各种乙烯基单体以制备具有中空核多孔壳结构的笼状聚合物微球。

参考文献

1. D. L. Wilcox Sr, M. Berg, T. Bernat, D. Kelleman, J. K. Cochran Jr, eds. Hollow and Solid Spheres and Microspheres: Science and Technology Associated with their Fabrication and Application, MRS Proc. Vol.372, Materials Research Society, Pittsburgh, PA, 1994.

2. T. K. Mandal, M. S. Fleming, D. R. Walt, Chem. Mater., 2000, 12: 3481.

3. F. Caruso, M. Spasova, A. Susha, M. Giersig, R. A. Caruso, Chem. Mater., 2001, 13: 109.

4. S. Cosnier, A. Senillou, M. Gratzel, P. Comte, N. Vlachopoulos, N. J. Renault, C.

Mortelet, J. Electroanal. Chem., 1999, 469: 176.

5. M. Gratzel, Pure Appl. Chem., 2001, 73: 459.

6. B. T. Holland, L. Abrams, A. Stein, J. Am. Chem. Soc., 1999, 121: 4308；B. Lebeau,

C. E. Fowler, S. Mann, C. Farcet, B. Charleux, C. Sanchez, J. Mater. Chem., 2000, 10: 2105.

Synthesis of Cage-like Polymer Microspheres with Hollow Core/Porous Shell Structures by Self-Assembly of Latex Particles at Emulsion Droplet Interface

XiaoDong He, XueWu Ge, HuaRong Liu, MoZhen Wang and ZhiCheng Zhang Department of Polymer Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, People’s Republic of China.

Submicron scale cage-like polymer microspheres with hollow core/porous shell structure were synthesized by self-assembly of sulfonated polystyrene latex particles at monomer droplets interface. Different acrylate monomers can be used to synthesize microspheres with hollow core/porous shell structure. The microspheres with different diameter and pore size were obtained.

Keywords: Hollow core/porous shell Latex particles self-assembly Emulsion droplet Interface