[发明专利]荧光聚合物分子刷薄膜、制备方法及用于高灵敏检测爆炸物

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种荧光聚合物分子刷薄膜、制备方法及用于高灵敏检测爆炸物。

背景技术

TNT（三硝基甲苯）作为一种常见的炸药，不仅影响公共安全而且其本身也是一种对人体有害的致癌物质，分布在水体、空气和土壤中对环境造成极大的污染，影响着人们的身心健康。目前各国对饮用水的TNT含量都有严格的限定值，美国环保部门要求饮用水中TNT最大含量为2ppb。因此如何选择一种简便方法实现对TNT的灵敏检测显得尤为重要。

聚合物分子刷薄膜是指高密度地将聚合物分子链的一端连接于各种界面或聚合物链上而形成的一种均聚物或共聚物高分子体系。聚合物分子刷的特点在于聚合物厚度均匀，其结构特性可以很好地控制和调节界面或表面的物理化学性质，而且通过改变聚合物的组成、结构和密度可以调控聚合物分子刷的聚集形态及功能基团的分布，实现对表面的改性、修饰及功能纳米粒子的复合，扩展在聚合物材料领域的广泛应用，目前已成为研究热点。近年来，随着科学技术的发展，各种可控自由基聚合反应技术的成功发明为制备聚合物分子刷薄膜的研究提供了有效的途径。如果将荧光分子与聚合物分子刷进行复合，利用分子刷与荧光分子键合的稳定作用，可以获得具有优异荧光性质的聚合物分子刷薄膜，将其作为荧光检测传感器具有重要的应用价值。

利用TNT等硝基类爆炸物的强吸电子能力，将其与聚合物分子刷中的荧光分子相互作用，导致荧光分子的荧光性质发生淬灭，从而可以实现荧光功能聚合物分子刷薄膜对TNT的智能和灵敏检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种荧光聚合物分子刷薄膜、制备方法及用于高灵敏检测爆炸物。

该方法首先在基底上合成厚度从纳米至微米可控的聚合物分子刷薄膜，进而将具有荧光性质的有机分子（荧光分子）与分子刷薄膜复合，获得具有荧光性质的聚合物分子刷薄膜。利用爆炸物TNT分子与荧光分子间的电子转移作用，导致淬灭荧光而使聚合物分子刷薄膜的荧光强度降低，实现荧光聚合物分子刷薄膜对TNT的智能检测。这种荧光性质分子刷薄膜材料可在较大浓度范围内对TNT实现检测，并具有很高的检测灵敏度，检测限可达到0.1ppb，远低于环保部门规定的2ppb最低检测标准。这种具有TNT检测功能的荧光聚合物分子刷薄膜材料开拓了高分子响应性材料体系，将在快速灵敏爆炸物检测、环境监测，机场安检、光学材料、安全检查及反恐等领域具有重要的实际意义和应用价值。

一种具有高灵敏检测爆炸物功能的荧光聚合物分子刷薄膜的制备方法，其步骤如下：

（1）将基片（通常为无机基片，包括石英、玻璃、云母、硅片等）放入盛有浓H₂SO₄（98wt％）和H₂O₂混合溶液（体积比7：3）的反应器中，在70～95℃条件下加热30～90分钟，使基片表面产生羟基基团，再用去离子水冲洗基片并用氮气吹干；然后将基片置于30～60uL含有氨基的硅烷偶联剂（如3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷等）与10mL甲苯混合溶液中反应8～12小时，使基片表面连接上氨基基团；将基片用二氯甲烷等溶剂冲洗吹干后，放入盛有0.1～0.3mL引发剂（2-溴异丁酰溴、2-溴丙酸甲酯、2-溴异丁酸乙酯、氯乙酸乙烯酯、氯乙酸烯丙酯、4-溴甲基二苯甲酮、4，4'-二溴甲基二苯甲酮、氯乙酰胺或偶氮二异丁氰等)，0.12～0.2mL酸吸收剂（三乙胺、正丙胺、正丁胺或吡啶等）、5～10mL二氯甲烷的密封瓶中，在0℃条件下反应1～3小时后，再在室温下反应15～18小时，然后将接有引发剂的基片取出用丙酮与甲苯分别冲洗后用氮气吹干；

（2）将步骤（1）得到的表面接有引发剂的基片放入反应器中，加入5～8mL丙酮、1～3mL去离子水、0.8～2mol聚合单体1、0.67～0.7mmol配体单体2后混合均匀，室温下通高纯氮气30～60分钟后，反应体系升温至60～70℃，加入0.223～0.278mmol催化剂单体3，混合均匀，在密封循环水冷凝条件下反应3～6小时，将基片取出用四氢呋喃进行超声波清洗吹干后，置于120～260℃烘箱中加热15～90分钟，用大量去离子水冲洗并氮气吹干，即在基片上得到了聚合物分子刷薄膜，其厚度为20～200nm；