[发明专利]一种单分散聚合物/SiO2纳米复合粒子的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种纳米复合粒子的制备方法，具体涉及一种利用细乳液聚合技术，制备球形度好、尺寸可控、聚合物和无机颗粒复合率高的单分散聚合物 /SiO₂纳米复合粒子的方法。

(二)背景技术

纳米尺度下复合而成的聚合物/无机颗粒纳米复合材料能最大程度地发挥聚合物和无机材料的协同性能，不仅能大幅提高材料的加工性能、机械性能和热性能，还能赋予材料光、电、磁和催化等功能，使其在航空航天、生物医药、催化等高端领域有广阔的应用前景。作为纳米复合材料的重要代表，以SiO₂纳米颗粒为分散相，聚合物为基体的聚合物/SiO₂纳米复合粒子的制备和应用研究一直是这一领域的热点之一。

目前，已发展了多种制备聚合物/SiO₂纳米复合粒子的方法。这些制备方法通常包括两个步骤：(1)SiO₂纳米颗粒表面疏水改性；(2)利用乳液聚合、微乳液聚合或细乳液聚合等非均相聚合方式制得聚合物/SiO₂纳米复合粒子。比如本课题组曾先用含乙烯基的硅烷偶联剂(甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯)修饰纳米SiO₂粒子，再通过原位乳液聚合制得石榴状聚合物/SiO₂纳米复合粒子【Colloid Polym.Sci.2015，293，463-471；Colloids Surf.,A 2016，489，265-274.】。 Xu等人则在微乳液聚合体系中，利用甲基丙烯酸甲酯的聚合反应，包覆疏水改性的SiO₂纳米粒子，制得尺寸小于100nm的聚合物/SiO₂纳米复合粒子【Colloid Polym.Sci.2006,284,755-762】。

乳液聚合制得的聚合物/SiO₂纳米复合粒子中，无机粒子间高度交联，以粒子串的形式存在于纳米复合粒子内部，分布不均匀，而且无机粒子的装载量不高。微乳液聚合虽能制得小尺寸的纳米复合粒子，但构建微乳液反应体系需使用大量乳化剂，不利于纳米复合粒子的应用。

细乳液是以单体液滴为分散相，水为连续相的非均相聚合体系【Adv.Polym. Sci.2005,175,129-255】。细乳液聚合以液滴成核方式形成聚合物粒子，因此单体液滴既是单体的储存场所，又是反应场所。理论上，将拟包覆的无机粒子预先引入单体液滴，再通过聚合反应，能实现对无机粒子的高效包覆，制得纳米复合粒子【Adv.Colloid Interface Sci.2014,211,47-62.】。

武利民等人曾以十二烷基硫酸钠为乳化剂，通过细乳液聚合方式成功包覆了用甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯表面修饰的SiO₂纳米粒子，制得了多种形态的聚苯乙烯/SiO₂的纳米复合粒子【Langmuir 2005,21,2124-2128】。尽管细乳液聚合制备聚合物/SiO₂纳米复合粒子的方法简单易行，但所制纳米复合粒子尺寸分布较宽，这在一定程度上限制了该材料应用价值。

单分散球形粒子因其可控的尺寸、均一的尺寸分布和规整的形态，能形成有序的组装结构，在光子晶体、三维有序多孔材料的制备、大孔催化剂的制备等领域有重要的应用价值。目前，已有向细乳液聚合反应体系添加乙醇，来合成单分散聚合物纳米粒子的方法，但是该方法存在以下缺陷：(1)需额外使用有机溶剂；(2)引入乙醇后，增加了单体在连续相的溶解度，易造成次级成核形成空白聚合物粒子，降低无机颗粒和聚合物的复合效率。

(三)发明内容

本发明旨在提供一种新的乳化剂使用方法，使细乳液聚合技术能简便、高效地制备单分散聚合物/SiO₂纳米复合粒子，所制得的单分散聚合物/SiO₂纳米复合粒子具备形态规整、单分散性好、聚合物和SiO₂复合效率高等优点。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种单分散聚合物/SiO₂纳米复合粒子的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将水溶性非离子型乳化剂溶于水中，得到乳化剂的水溶液，其中非离子型乳化剂的质量用量为水质量用量的0.01％～10％；所述水溶性非离子型乳化剂选自下列至少一种：吐温系列乳化剂、OP系列乳化剂、MOA系列乳化剂；