[发明专利]石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球及其制备方法。所述石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球包括聚苯乙烯微球，以及依次包覆在所述聚苯乙烯微球表面的二氧化硅层和石墨烯层；所述二氧化硅层与所述石墨烯层之间通过聚多巴胺层连接。该聚苯乙烯微球具有良好的热稳定性和力学性能，且双杂化壁材修饰提升了聚苯乙烯微球的功能性，应用范围广。

技术领域

本发明涉及聚合物微球技术领域，特别是石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球及其制备方法。

背景技术

聚合物微球的粒径通常为纳米级或微米级，具有比表面积大、反应活性高、易功能化、吸附性强等特点，可广泛应用于超级电容、催化、分析化学、生物医药等领域。其中聚苯乙烯(PS)微球由苯乙烯单体聚合而成，具有表面反应能力好、耐腐蚀、不易变形等诸多优点，但是聚苯乙烯微球存在热稳定性不高、功能单一的缺点，限制了其进一步的应用。

针对功能单一的缺点，传统的解决方法为在PS微球外表包裹上无机纳米粒子，制备出PS基核壳型微球。PS基核壳型微球既具有PS微球的优点，同时壳层粒子也能赋予微球光、电、磁和催化等功能，在催化、生物医药、材料等领域有较好的应用前景。目前为止，有很多的物理和化学方法用于合成杂化微球，包括层层自组装、溶胶-凝胶反应、分子自组装、生物模拟矿化、聚胺盐聚集辅助组装、Pickering乳液技术辅助组装以及其它的界面聚合反应等。但是，PS基核壳型微球存在的一个主要缺陷在于：由于是核壳结构，壳层和PS基核之间的附着力的强弱直接影响PS基核壳型微球的核壳层多功能的发挥，且可能进一步导致微球热稳定性和力学性能的下降。同时，受制于该缺陷的存在，目前能够制备得到的大多为单一无机杂化壁材修饰的PS基核壳型微球，限制了PS微球的多功能性发展，随着工业的发展和科技的进步，单一无机杂化壁材修饰的PS基核壳型微球已经满足不了更高负荷、高温、多功能的要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球。该聚苯乙烯微球具有良好的热稳定性和力学性能，且双杂化壁材修饰提升了聚苯乙烯微球的功能性，应用范围广。

具体技术方案如下：

一种石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球，其包括聚苯乙烯微球，以及依次包覆在所述聚苯乙烯微球表面的二氧化硅层和石墨烯层；

所述二氧化硅层与所述石墨烯层之间通过聚多巴胺层连接。

在其中一个实施例中，所述的石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球粒径为5～10微米，玻璃转化温度为250℃～280℃。

本发明还提供一种石墨烯/二氧化硅双杂化壁材修饰聚苯乙烯微球的制备方法，包括如下步骤：

(a)将亲油改性的纳米二氧化硅分散于水中，然后于所得分散液中加入苯乙烯单体、交联剂和引发剂，乳化，得O/W型乳液；使所述O/W型乳液进行聚合反应，得聚苯乙烯/SiO₂微球；

(b)将所述聚苯乙烯/SiO₂微球分散于水中，得微球分散液；在中性或碱性条件下，将所述微球分散液与多巴胺盐进行混合，所得混合液进行聚合反应，得中间体微球；

(c)将所述中间体微球与石墨烯水分散液进行混合，并进行接枝反应。

在其中一个实施例中，步骤(a)中，所述交联剂选自：二乙烯基苯、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯中的至少一种。

在其中一个实施例中，步骤(a)中，所述引发剂选自：偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰、过硫酸钾中的至少一种。

在其中一个实施例中，步骤(a)中，所述亲油改性的纳米二氧化硅为硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为10～20nm。