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摘 要

聚苯乙烯微球是当今世界上产量增加较快的塑料之一。具有比表面积大、吸附性强、力学性能好、反应性强、表面活性大以及可回收等特点，在生物医用、分析化学、包装、保温、防水、防震材料和化妆品工业等方面有着广泛的应用前景。本文以聚乙烯醇（PVA）为分散剂，去离子水为反应介质，过氧化苯甲酰（BPO）为引发剂，采用悬浮聚合方法，制备出球具有良好球形度以及窄粒径分布聚苯乙烯微球。并讨论了初始单体量、搅拌速率对实验结果的影响。结果表明，在一定反应条件下，随着初始单体量的增大，聚苯乙烯微球的粒径增大；随着搅拌速率的增大，微球粒径变小。同时，加入丙烯酸(AA)和α-甲基丙烯酸(MAA)共聚，使微球表面含有可以与重金属离子配位的羧基，并在微球表面原位合成硫化镉纳米晶，赋予微球荧光性能。

关键词： 聚苯乙烯微球 悬浮聚合 微米级 荧光

Suspension polymerization with narrow particle size distribution of micron polystyrene microspheres

ABSTRACT

Polystyrene microsphere is one of the plastics that yield increasing fast in the world. It have the characteristics of large surface area, strong adsorption, good mechanical properties, strong reactivity, large surface activity and recyclable, etc. It has a wide range of applications in the biomedical, analytical chemistry, packaging, insulation, waterproof, anti-shock materials and cosmetics industry. In this paper, using polyvinyl alcohol (PVA) as dispersing agent, deionized water as reaction medium, benzoyl peroxide (BPO) as the initiator, the polystyrene microspheres with good spherical degree were prepared by suspension polymerization. The influence of initial monomer volume and stirring rate on the particle size was discussed. The results show that, under certain reaction conditions, the particle size of polystyrene microspheres increase with the increase of the initial monomer volume; with the increase of stirring rate, the mean particle size of the microspheres become smaller. While adding acrylic and α-methyl methacrylate as co-polymeric monomer, the microspheres with carboxyl groups on the surface are successfully obtained. Finally, we synthesis organic/inorganic hybrid composite on microsphere surfaces in situ endowing microspheres fluorescence.

Key words: Polystyrene microsphere; Suspension polymerization; Hybrid composite ; Fluorescence

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文 献 综 述 1

1.1 聚苯乙烯微球 1

1.2 聚苯乙烯微球的应用 1

1.2.1标准计量 1

1.2.2分析化学 1

1.2.3化学工业 2

1.2.4微电子领域 2

1.2.5涂料与材料 2

1.3 聚苯乙烯微球的制备方法 2

1.3.1乳液聚合法 2

1.3.2悬浮聚合法 3

1.3.3分散聚合法 4

1.4 悬浮聚合法制备PS微球用分散剂 5

1.5 有机/无机杂化荧光聚苯乙烯微球 6

第二章 实验原料、设备及装置 7

2.1 实验原料及设备 7

2.1.1 实验原料 7

2.1.2 实验设备 7

2.2 实验装置 8

2.2.1 悬浮聚合实验采用的实验装置 8

2.2.2 过滤采用的实验装置 8

2.3 性能测试与表征 9

第三章 实验结果与讨论 10

3.1悬浮聚合制备单分散聚苯乙烯微球 10

3.1.1苯乙烯的精制 10

3.1.2过氧化苯甲酰（BPO）的精制 10

3.1.3 悬浮聚合法制备PS微球 11

3.2 不同粒径PS微球制备的影响因素 11

3.2.1 单体量对PS微球粒径及单分散性的影响 11

3.2.2 搅拌速率对PS微球粒径及单分散性的影响 13

3.3 有机/无机杂化荧光微球的制备与表征 14

第四章 结论 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 文 献 综 述

1.1 聚苯乙烯微球

聚苯乙烯（Polystyrene，简称PS）微球是由苯乙烯单体经聚合反应所得到的聚合物颗粒。目前为止PS微球粒径可以做到从纳米级到微米级，甚至毫米级。在化学工业中，大粒径、单分散的PS微球因其具有比表面积大、吸附性强、凝聚作用大及有表面反应能力等特异性质。故在标准计量、医学免疫、生物工程、分析化学、情报信息、化学工业及微电子等领域里有着极其广阔的应用前景^[1]。特别是在提出光子晶体的概念以后，制备出单分散性优异的、稳定性高的PS微球已成为制备具备光子晶体的关键步骤。由此可见，均分散的PS微球的制备对于光子晶体及光子晶体在光学、微波通信、强场光学等领域具有潜在价值^[2]。

1.2 聚苯乙烯微球的应用

在许多领域里，像PS微球等单分散、大粒径的高分子聚合物微球有着广泛的应用前景。

1.2.1标准计量

PS微球可用作标准计量的基准物，可用作电镜、光学显微镜及Coulter粒径测定仪等仪器的标准粒子，可用于胶体体系和聚合物乳液的研究以及半透膜孔径的测定，还可在电子工业检测仪器中作标准物质^[3]。

1.2.2分析化学

分析化学中，PS微球也可用作高效液相色谱填料。适当粒径的单分散PS微球可大大提高分离效果及检测精确度，还可改善流动性。新近开发的新型快速蛋白液相色谱以多孔型单分散聚合物微球为填料，可实现蛋白质、肤及核营酸的快速而精密的分离^[4]。

1.2.3化学工业

在化学工业中大粒径、单分散并具有多孔结构的PS微球可用作催化剂载体，其催化剂活性高，副反应少，反复利用率和选择高，并且催化剂易于回收^[5~7]。这种聚合物微球也可以用作高效离子交换树脂。

1.2.4微电子领域

PS微球作液晶片之间的间隙保持剂。将其施加在晶片之间，可准确控制和保持间距，这样就大大提高了液晶显示的清晰度^[8~13]。

高分子聚合物微球与无机磁性物质结合起来形成具有一定磁性及特殊结构的磁性高分子微球，或者高分子聚合物微球通过共聚及表面改性等方法赋予其表面多种反应性功能基团，因具有磁性，广泛应用于磁性材料、生物医学、生物工程、有机与生化合成等方面^[14]。

1.2.5涂料与材料

单分散、大粒径PS微球的用途还包括用作高档涂料和油墨添加剂，能显著提高其遮盖力：还可用作干洗剂；用作化妆品的润滑材料，能改善其附着性和吸汗性，也可用于电子印刷的照相材料及作光电摄影调色剂。

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