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聚苯乙烯(PS)微球的制备
1330240050严邦鹏

聚苯乙烯（PS）是一种热塑性树脂，由于其价格低廉且易加工成型，因此得以广泛应用。是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，具有高于100℃的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等，国内需求旺盛。

当然，这么一个烂大街的材料，也没什么好说的，无论是性能还是制备方法，或者应用前景，百度肯定比我全，我主要讲的是ＰＳ微球的制备，这是我在实验室接触的最主要材料，是用作纳米材料的模板，也是光子晶体的主要材料。

单分散聚苯乙烯（PS）微球因具有高度的单分散性、理想的球状外形、粒径大小可控及表面电性，从而有着非常广泛的应用。尤其是在光子晶体的概念提出以后，单分散PS微球更是成为组装胶体晶体的关键因素。在光子晶体的制备方面，单分散聚合物微球有着极其独特的优势。目前在制备光子晶体方面应用最广泛的是PS微球及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球。

光子晶体是指由两种或两种以上具有不同折射率的材料在空间按一定的顺序排列所形成的周期性结构材料。当光子晶体的周期性结构所形成的光子带隙与可见光的频率相匹配时，就可以实现对可见光的衍射。光子带隙的位置和宽度是由材料的折射率和晶格间距来决定的，所以通过调节光子晶体晶格参数即可有效实现对可见光衍射的调控。其中胶体晶体是最常见的一种光子晶体。

经过几十年的发展，制备PS微球的方法众多，但比较起来，操作简便且成熟的方法主要有分散聚合法、乳液聚合法以及无皂乳液聚合法。分散聚合法和乳液聚合法在制备过程中因需加入分散剂或乳化剂，不仅造成一定的环境污染而且也会在微球乳液中残留，难以除去，从而限制其应用。而无皂乳液聚合法因其在制备单分散性良好的聚合物微球方面具有独特优势，而倍受人们的关注。

无皂乳液聚合是一种用于制备单分散聚合物微球的新型乳液聚合方法。在该反应体系中含有微量乳化剂或不含乳化剂。乳液的稳定性主要是靠引发剂分解产生的带电碎片离子以及低聚物的共同作用实现的。为了提高无皂乳液聚合的稳定性，有时也会在聚合过程中引入亲水性共聚单体等。无皂乳液聚合较传统聚合法具有如下优点：（i）制得的聚合物微球表面洁净，无需后续处理即可应用；（ii）不使用乳化剂，生产成本低，污染小；（iii）所得微球粒径分布窄、球形度好、且粒径范围可在纳米到微米间调控，扩大了其应用范围。无皂乳液聚合法已成为制备聚合物微球的一种行之有效的方法，也越来越受到研究者们的亲睐。

但在应用中发现，无皂乳液聚合法制备的ＰＳ微球聚合性较差，无法形成有序结构，所有为了提高ＰＳ球的亲水性，需要引入羧基，实验中用过加入丙烯酸（ＡＡ）改性，可增强ＰＳ微球的表面结合力，但同时为了不影响ＰＳ微球的单分散性，丙烯酸（ＡＡ）的用量不能超过苯乙烯单体的１５％。在此比例以下，用量越大，分散性越好。同时在其它量保持不变的情况下，苯乙烯的用量在一定的范围内时，微球的粒径能保持良好的单分散性，且在苯乙烯的量占单体总量的比值稍大时，微球的单分散会更好。

从图A中可以看出，多分散系数较大的PS微球，其粒径范围很宽，大球和小球之间粒径相差很大，大球几乎是小球的几十倍甚至上百倍，这种微球根本无法进行自组装形成排列良好的胶体晶体。从图B中，可以看到，多分散系数较小的PS微球，其粒径大小极其均一，并能自发组装形成有序结构，对于制备规则有序的胶体晶体非常有利，所以微球的良好单分散性是制备高质量胶体晶体的必要条件。

基于单分散聚合物微球所独有的优良性能，其用途非常广泛，涉及诸多领域。光子晶体只是其中的一种用途：
（1）在分析化学中的应用
单分散聚合物微球可用作色谱柱填料。适当粒径和特定识别功能可以大大提高其分离效果和检测精度。

（2）在环境保护中的应用
单分散聚合物微球具有高效吸附及分离性能，可用作固相萃取的填料，实现对水体或自然界中某特定污染物的富集、分析与分离。

（3）在标准计量中的应用
基于单分散聚合物微球极小的粒径偏差，可以用作为标准计量物质。在电子工业检测中可作为标准物，还可用于电镜、显微镜以及粒径测定仪等的标准粒子。

在生物医学中的应用
在生物医学领域中，聚合物微球可用于药物载体、生物分离、免疫检测、流式细胞术以及液相生物芯片技术等方面。

在电子信息工业中的应用
单分散聚合微球还可用作液晶片之间的间隔材料。将其放在晶片之间，可以精确控
制和保持间距，从而可以大大提高液晶显示的清晰度。

（6）在化学工业中的应用
具有多孔结构的单分散聚合物微球还可用作催化剂载体。其选择性强、催化活性高、副反应少并可反复利用。

此论文是亲身实验及查阅资料得出。