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阳离子染料染色聚合物微球的制备及性能研究
摘要
本论文研究了一种新型阳离子染料染色聚合物微球的制备及性能。首先，采用聚合乳液法制备出聚苯乙烯微球，再通过表面修饰法，将聚苯乙烯微球表面引入氨基基团，最后利用离子交换反应，将阳离子染料染色于微球表面。通过对制备过程中的各个环节进行研究，分别考察了聚合乳液法、表面修饰法和离子交换反应对微球性能的影响。最终得出了优化的制备方法及微球的性能特点。
关键词：阳离子染料；聚合物微球；聚合乳液法；表面修饰法；离子交换反应
Abstract
Inthispaper,anewtypeofcationicdye-stainedpolymermicrosphereswaspreparedandcharacterized.Firstly,polystyrenemicrosphereswerepreparedbyemulsionpolymerization,andaminogroupswereintroducedontothesurfaceofthepolystyrenemicrospheresbysurfacemodificationmethod.Finally,cationicdyeswerestainedonthesurfaceofthemicrospheresthroughionexchangereaction.Theeffectsofemulsionpolymerization,surfacemodificationmethodandionexchangereactiononthepropertiesofmicrosphereswereinvestigated.Theoptimizedpreparationmethodandpropertiesofmicrosphereswereobtained.
Keywords:cationicdye;polymermicrospheres;emulsionpolymerization;surfacemodificationmethod;ionexchangereaction
引言
聚合物微球是一种重要的功能材料，在生物医药、环境保护、化学分析等领域有着广泛的应用。其中，表面修饰后的聚合物微球更是具有特殊的性质，如对特定离子、分子的选择性吸附、可控释放等，因此备受关注。在表面修饰聚合物微球的方法中，离子交换法是一种简便有效的方法，可以将具有阳离子性质的分子、离子染色于微球表面，进一步提高微球的功能性。
本研究将聚合乳液法与表面修饰法相结合，制备了一种新型阳离子染料染色的聚合物微球，并对其性能进行了研究。本文主要分为三部分，首先介绍聚合物微球制备方法及表面修饰法；其次研究了离子交换反应对微球性能的影响；最后讨论总结了该新型微球的性能。
一、实验部分
1.材料与仪器
苯乙烯（St，阳离子染料用来溶解/染色）；二甲苯（溶剂）；二氯甲烷（溶剂）；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）；硫酸（H2SO4，反应调节剂）；过硫酸铵（APS，引发剂）；聚乙二醇（PEG，乳化剂）；三乙胺（TEA，中和剂）；水（反应介质）；超声波清洗器；旋转蒸发器；离心机；氢氧化钠（NaOH）；十六烷基氯化铵（CTAC，阳离子表面活性剂）；偏硫酸钠（NaHSO3，还原剂）；硫酸亚铁（II）（FeSO4·7H2O，催化剂）。
2.实验步骤
2.1聚苯乙烯微球的制备
在超声波清洗器中去离子水、苯乙烯、PEG-2000、APS和TEA按一定比例混合，并加入适量的CTAB作阳离子表面活性剂，调整pH至2.7。然后加入反应调节剂H2SO4，在转速为600rpm、温度为78℃的条件下反应8h，放冷后将聚苯乙烯微球收集并洗涤干净。
2.2表面修饰
在聚苯乙烯微球表面引入氨基基团，先将微球溶于二氯甲烷中，在旋转蒸发器中蒸发至微球表面留有一层液态的二氯甲烷，加入一定量的乙二胺，反应2h，并用NaOH中和。最后用水洗涤干净并干燥。
2.3离子交换
将表面引入氨基基团的聚苯乙烯微球与含阳离子染料的溶液共同搅拌，反应至染色充分，再用NaHSO3还原，去除未被染色的阳离子染料，以NaCl溶液洗涤。最后用FeSO4·7H2O溶液催化，使阳离子染料氧化形成色素，并用水洗涤干净并干燥。
二、结果与讨论
2.1聚苯乙烯微球的制备
聚苯乙烯微球的制备条件对微球性能有重要影响。例如，聚合反应温度过高会导致微球变形，聚合反应过程中产生的聚合物分散于溶剂中，形成大粒子。因此，本研究以适当的聚合反应温度和添加适量CTAB的方法，制备了均匀的聚苯乙烯微球。
2.2表面修饰
表面修饰可以向微球表面引入新的官能团，从而改变微球表面的性质，增强微球的应用性能。本研究采用了乙二胺一步法将氨基基团引入微球表面。
2.3离子交换
离子交换是将阳离子染料染色