一种用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法

1.本发明涉及一种用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法。


背景技术：

2.光子晶体是一种介电常数周期性变化的材料，有与具备可操纵、调控光的的能力而被广泛关注。1999年，美国science杂志将光子晶体列为了未来科学的6大研究热点之一。通过胶体微球的有序堆积，可以构建出禁带位于可见光范围的胶体光子晶体，其被广泛用于化学与生物传感器，全色显示、生物检测等领域。最常用于构建胶体光子晶体的通常是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、二氧化硅(sio2)、聚苯乙烯(ps)等硬质单球。这类硬质单球组装出的胶体光子晶体由于小球之间相互作用力弱而容易被外环境破坏。这限制了胶体微球的进一步的应用，也难以满足胶体微球在实际应用中的需求。
3.为了提高胶体光子晶体的强度，最常用的方式在于在微球之间引入氢键作用，如在微球表面接枝氨基，羧基等功能性基团，提高微球间的相互作用力，但这种方式的增强效果有限。或是在微球间填充粘性物质，但由于填充物质折射率往往比空气更高，使得胶体光子晶体的禁带红移至可见光范围外，造成结构色消失。这些方式中，胶体光子晶体在微观结构中依旧是由单个独立微球构建成。如何构建出具备整体高强度结构的光子晶体依旧是个挑战。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的在于提供一种粒径可控的，简单易操作的构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法。
5.本发明的技术方案为：一种用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液的制备方法，其具体步骤如下：
6.a.将苯乙烯单体st先用碱液进行清洗，再用无水氯化钙进行干燥；
7.b.将步骤a清洗干燥过的st、碳酸氢钠nahco3、非离子表面活性剂和去离子水搅拌均匀；
8.c.将步骤b得到的溶液加入到容器中，机械搅拌，全程氮气保护；
9.d.加热至75～95℃温度；
10.e.加入引发剂，引发聚合反应，反应0.5～3h后降温至60～70℃；
11.f.在温度为60～70℃时，加入马来酸酐ma，反应10～30min；
12.g.加入醋酸乙烯酯单体(vac)；
13.h.反应20～60min后，补加引发剂；
14.i.继续反应1～5h后停止加热，将所得乳液用滤布进行过滤，除去反应中生成的凝胶，最终得到用于构筑高强度胶体光子晶体的乳液。
15.优选步骤a中所述的碱液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中的一种或两种；碱液的质量分数为5～10％。
16.优选步骤b中所述的非离子表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp k
‑
30)、壬基酚乙氧基化物(co 897)、聚乙二醇或壬基酚聚氧乙烯醚(op
‑
10)中的一种或多种混合物。
17.优选步骤b中所述的st、非离子表面活性剂、nahco3、h2o的质量比为1：(0.02～0.06)：(0.007～0.04)：(3～15)。
18.优选步骤c中所述的机械搅拌转速为170～320rpm。
19.优选步骤e中所述的引发剂为过硫酸铵(aps)或过硫酸钾(kps)中的一种或两种混合物。
20.优选步骤e中所述的引发剂的质量为步骤b中st质量的0.15～0.5％。
21.优选步骤f中所述的ma的质量与步骤b中st的质量比为0.02～0.06。
22.优选步骤g中所述的vac的质量为步骤b中st质量的20～60％。
23.优选步骤h中所述的引发剂的质量为步骤e中引发剂质量的30～60％。
24.本发明所制备的p(st
‑
ma)@pvac胶体乳液，可通过对加入乳化剂和单体的量对其粒径进行调控，可调粒径范围为180～300nm。
25.有益效果：
26.1、本发明制备的单分散p(st
‑
ma)@pvac胶体乳液具备粒径大小可控，单分散性优异的特点。
27.2、本发明制备的单分散p(st
‑
ma)@pvac胶体乳液所需要的设备设施简单，同时制备出的乳液无需复杂的后续处理。
28.3、本发明制备的单分散p(st
‑
ma)@pvac胶体乳液是胶体光子晶体良好的构筑单元。
29.4、本发明制备的单分散p(st
‑
ma)@pvac胶体乳液具备核壳结构，外接的pvac可以提高p(st
‑
ma)@pvac胶体乳液的成膜性，强度以及附着力性能。
附图说明
30.图1为实施例1制备的单分散p(st
‑
ma)@pvac胶体微球的tem图；
31.图2为实施例1制备的单分散p(st
‑
ma)@pvac胶体乳液的粒径分布图；
32.图3为实施例1制备的p(st
‑
ma)@pvac胶体光子晶体蓝色薄膜。
33.图4为实施例3制备的单分散p(st
‑
ma)@pvac胶体光子晶体的sem图；
具体实施方式
34.通过以下具体实例对本发明进行说明，实例是为了更好的理解本发明，而非限制发明的保护范围。
35.实例1
36.将苯乙烯单体(st)先用质量分数为5％的koh水溶液进行清洗，再用无水氯化钙进行干燥。称取清洗干燥后的st 9g，nahco30.3 g，pvp k
‑
300.3g，h2o 110g，加入到250ml的四口烧瓶中，机械搅拌20min，转速为250rpm，全程氮气保护，加热至80℃。引发剂kps 0.018g溶于10ml的去离子水中，引发反应。反应2.5h后，降温至70℃，称取ma0.4 g溶于5mlh2o中加入反应。15min后加入滴加vac 3g，反应20min后，kps 0.009g溶于10ml的去离子水中加入反应，使vac单体反应完全。反应2h后冷却至室温，用200目的纱网过滤除去反应中生成的凝
胶，即可得到单分散的p(st
‑
ma)@pvac核壳结构胶体乳液(图1)。其粒径为230nm，单分散性指数为2.1％(图2)，用丝棒将其刮涂成膜，其结构色为蓝色(图3)，。
37.实例2
38.将苯乙烯单体(st)先用质量分数为10％的koh水溶液进行清洗，再用无水氯化钙进行干燥。称取清洗干燥后的st 20g，nahco30.6 g，co 8970.6g，h2o 110g，加入到250ml的四口烧瓶中，机械搅拌30min，转速为200rpm，全程氮气保护，加热至90℃。引发剂aps 0.09g溶于10ml的去离子水中，引发反应。反应1h后，降温至65℃，称取ma 1.0g溶于5mlh2o中加入反应。30min后加入滴加vac 6g，反应40min后，aps 0.03g溶于10ml的去离子水中加入反应，使vac单体反应完全。反应3h后冷却至室温，用200目的纱网过滤除去反应中生成的凝胶，即可得到单分散的p(st
‑
ma)@pvac核壳结构胶体乳液。其粒径为286nm，单分散性指数为3.5％，用丝棒将其刮涂成膜，其结构色为红色。
39.实例3
40.将苯乙烯单体(st)先用质量分数为5％的naoh水溶液进行清洗，再用无水氯化钙进行干燥。称取清洗干燥后的st 15g，nahco30.2 g，op
‑
100.3g，h2o 110g，加入到250ml的四口烧瓶中，机械搅拌15min，转速为300rpm，全程氮气保护，加热至95℃。引发剂kps 0.045g溶于10ml的去离子水中，引发反应。反应2h后，降温至60℃，称取ma0.5 g溶于5mlh2o中加入反应。30min后加入滴加vac 9g，反应60min后，kps 0.025g溶于10ml的去离子水中加入反应，使vac单体反应完全。反应5h后冷却至室温，用200目的纱网过滤除去反应中生成的凝胶，即可得到单分散的p(st
‑
ma)@pvac核壳结构胶体乳液。其粒径为265nm，单分散性指数为2.5％，用丝棒将其刮涂成膜，其结构色为绿色(图4为其sem图)。