论文总字数：15251字

摘 要

本研究在常压条件下用乳液聚合的方法制备单分散聚苯乙烯（PS）胶体粒子。通过研究相关参数对PS胶体粒子粒径及分布的影响，并在此基础上对PS胶体粒子的聚合成球机理进行探讨。实验结果证明，乳液聚合反应时间长短对PS胶体粒子的粒径有重要影响，随着时间的增长，微球粒径逐渐变大，随着单体的消耗殆尽，微球粒径最后稳定在某一数值；在一定范围内，PS胶体粒径一般随单体用量的增加而增长。此外，利用垂直沉积自组装技术，以合成的高质量单分散PS胶体粒子成功地制备了具有结构色的胶体光子晶体薄膜，其光子带隙可以通过构筑单元PS胶体粒子的粒径进行调节。自组装方法的实施为深入了解基于单分散胶体粒子构筑胶体光子晶体的原理和技术提供了很好的前期参考与经验。

关键词：乳液聚合 单分散性 聚苯乙烯 自组装

The synthesis Monodisperse polymer colloid particles and Research on self assembly

Abstract

We report here in the synthesis of monodisperse polystyrene (PS) colloidal particles by emulsion polymerization at ambient pressure. By studying the related parameters’ impact on the PS colloid particle size and distribution.And on this basis,The mechanism of PS colloid particles polymerization into a ball were discussed.The results show that, the time of emulsion polymerization reaction have important effects on PS colloid particle size.As the growth of the time, microspheres particle size increases gradually.Within a certain range, the PS colloid particle size generally increases with the increase of dosage of monomer.In addition,By the vertical sedimentary self-assembly technology,using the high quality of the synthesis of monodisperse PScolloid particles successfully fabricate colloidal photonic crystal films which has schemochrome .The implementation of Self-assembly method for understanding based on the the principle of Monodisperse colloidal particles to construct colloidal photonic crystals and technology provides a good reference and experience.

Key Words: emulsion polymerization；monodisperse；polystyrene (PS)；polystyrene (PS)

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2乳液聚合的物理模型 1

1.2.1 分散阶段 2

1.2.2 阶段Ⅰ 3

1.2.3 阶段Ⅱ 6

1.2.4 阶段Ⅲ 8

1.3 乳液聚合的特点 9

1.3.1 乳液聚合的优缺点 10

1.4 乳液聚合的发展前景 10

1.4.1 无皂乳液聚合 11

1.4.2 超临界CO2 作介质的乳液聚合 11

1.5 乳液聚合的应用 12

1.6 本课题项目的目的和内容 12

1.6.1 研究目的 12

1.6.2 研究内容 12

第二章 实验部分 14

2.1 实验原料 14

2.2 主要仪器和设备 14

2.3 实验装置 15

2.4 实验内容 15

2.4.1 单分散PS胶体粒子的合成 15

2.4.2 PS-co-PAA@P(HEMA-co-AA)核壳胶体粒子的合成 15

2.4.3 单分散PS胶体粒子自组装胶体光子晶体 16

第三章 结果与讨论 17

3.1单分散PS胶体粒子的表征 17

3.2单分散PS胶体粒子的合成工艺探讨 17

3.3 单分散PS-co-PAA@P(HEMA-co-AA)胶体粒子的化学结构与形貌分析 18

3.4基于单分散PS胶体粒子自组装胶体光子晶体薄膜 19

3.5 单分散PS-co-PAA@P(HEMA-co-AA)胶体粒子的环境敏感特性 20

3.5.1 PH的影响 20

3.5.1 乙醇含量的影响 20

第四章 结论 22

参考文献 23

致谢 24

第一章 文献综述

1.1 引言

乳液聚合的定义如下：乳液中以水或其他液体作为介质，按胶束机理或低聚物机理生成乳胶粒并且在其中进行自由基加成聚合（离子加成聚合）来生产高聚物。乳液聚合中的主要组分是乳化剂，当乳化剂的水溶液的浓度超过临界胶束浓度（CMC）时，胶束就开始形成了。在一般条件下，在聚合的早期，在胶束中就会发生大部分链引发与链增长，由胶束转变为单体聚合物颗粒。产物的相对分子质量与单体浓度，引发剂浓度，反应温度等都会影响乳液聚合反应的速度。乳化剂和引发剂的种类和用量决定了体系中的单体聚合物颗粒的量。当温度、单体浓度等一定时，乳化剂用量越多、反应速度则越快，产物相对分子质量则越大。另外，乳化剂能减少一部分界面张力，使分散在介质中的单体与单体聚合物颗粒形成稳定的乳浊液。乳液聚合体系基本上要由水、单体、乳化剂、引发剂四种基本组分组成。乳液聚合体系中，乳化剂的四种形式：（一）在溶液中，以胶束的形式存在；（二）在水中，以单分子的形式形成真溶液；（三）在单体液滴表面上让单体稳定地悬浮在介质中；（四）在乳胶粒表面上使体系稳定。另外，乳液聚合的聚合反应实际上发生在乳胶粒中，乳胶粒是由胶束形成的，叫做形成乳胶粒的胶束机理。由于一层乳化剂分子附在乳胶粒的表面上，它的表面带上某种电荷，静电斥力使乳胶粒无法聚到一起，就形成了一个相对稳定的体系。成千上万个彼此孤立的乳胶粒分散在介质中，每个乳胶粒中又都进行着聚合反应，这些乳胶粒就可以看作是引发乳液聚合的反应器。而单体珠滴就像是贮存单体的仓库，单体连续不断的通过水相扩散到乳胶粒中，来弥补聚合反应对单体的消耗。

1.2乳液聚合的物理模型

20世纪40年代末期，Harkins提出了关于乳液聚合的定性理论^[1-4]，后人引申和发展了这一理论^[5,6]。这些年的关于乳液聚合的很多的物理模型，基本上都是在这些乳液聚合定性的物理模型上发展起来的。

对于充分反应的的乳液聚合过程来说，可以将时间-转化率关系根据反应机理分成四个阶段：即分散阶段、阶段Ⅰ（乳胶粒的生成阶段或成核阶段）、阶段Ⅱ（乳胶粒的长大阶段）和阶段Ⅲ（聚合反应完成阶段），如图1-1所示。

请支付后下载全文，论文总字数：15251字