一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法及其反應設備的製造方法

2023-04-27 21:34:41 1

一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法及其反應設備的製造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及螢光微球有機合成技術領域。
【背景技術】
[0002] 聚合物螢光微球是指直徑在納米與微米級之間，並且負載有螢光物質的聚合物微 球，其形狀一般為球形。其中，螢光微球以其穩定的形態結構以及穩定而高效的發光效率， 在標記、情報分析、檢測、固定化酶、免疫醫學、高通量藥物篩選等領域具有巨大的應用潛 力。因此，近年有關高性能化聚合物螢光微球的研究越來越受到國內外研究者的關注，已成 為本領域研究的熱點和難點。含有稀土有機配合物的聚合物螢光微球既具有金屬有機配合 物的高效率發光特性，又含有聚合物微球的韌性和可加工性等優點，隨著製備技術及測試 手段的日益成熟，已成為功能微球材料科學研究的重要領域。聚苯乙烯機械性能好，熱穩定 性高，而成為製備微球常用的載體材料。
[0003] 聚合物螢光微球的製備方法主要分為兩種：即物理方法和化學方法。而物理方法 又分為包埋法、吸附法和自組裝法;化學方法則分為接枝法和共聚法。上述方法存在的主要 不足是步驟繁多，工藝過程複雜，且多數使用有機溶劑，不僅成本高，而且環境汙染較重，給 實際應用帶來諸多不便。因此，探索製備聚合物螢光微球的簡單易行的新方法已成為國內 外學者共同研究的新課題。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法 及其反應設備，所製得的聚苯乙烯螢光微球螢光壽命長，產品性能穩定，且製備過程簡單， 易於實施，沒有環境汙染。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種聚苯乙烯螢光微球的等 離子體製備方法，採用稀土有機配合物為起始原料，通過苯乙烯的等離子體聚合在稀土有 機配合物表面，包裹一層聚苯乙烯，形成聚苯乙烯螢光微球;所述製備方法的主要步驟包 括： 1) 稀土有機配合物的等離子體預處理； 2) 等離子體聚合:使苯乙烯單體等離子體聚合併沉積在稀土有機配合物表面上。
[0006] 優選的，等離子體聚合為：等離子體聚合放電參數條件為壓力8~20Pa、等離子體 脈衝寬度為20~100s、等離子體聚合功率為45~125W、等離子體聚合時間為60~250min、反 應溫度為60~90 °C。
[0007] 優選的，稀土有機配合物的分子結構式為：

[0008] 優選的，稀土有機配合物的等離子體預處理方式為:把1~5g稀土有機配合物加入 到等離子體聚合反應室內的旋轉的石英瓶中，抽取等離子體聚合反應室內的氣體至氣壓為 2Pa，然後向等離子體聚合反應室通入高純氮氣至氣壓為80Pa，重複抽放氣體三次，調節等 離子體聚合反應室內壓力為20Pa，在放電功率60W的條件下，用氮氣等離子體對稀土有機配 合物處理15分鐘。
[0009] 優選的，石英瓶旋轉速度為60~120rpm。
[0010]優選的，等離子體聚合步驟為:通過單體原料瓶向等離子體聚合反應室中通入氣 化的苯乙烯單體，調整反應室內壓力；接通脈衝射頻電源，調整等離子體聚合放電參數條 件，開始放電，達到所需的等離子體聚合時間後，關閉脈衝射頻電源，停止放電，繼續通入氣 化的苯乙烯單體，並在此條件下保持1.5小時。
[0011] -種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法所用的反應設備，包括等離子體聚合 反應室，等離子體聚合反應室外側上方和下方分別相對設有正電極和負電極，正電極和負 電極與脈衝射頻電源相連;等離子體聚合反應室側壁設有傳動電機，等離子體聚合反應室 內腔設有橫倒放置的石英瓶，石英瓶瓶口與傳動電機連接，石英瓶外側設有加熱裝置一，石 英瓶瓶底中部設有蜂窩狀通孔;等離子體聚合反應室連有氣體抽吸裝置、氣體供給裝置和 真空計。
[0012] 優選的，氣體抽吸裝置包括真空慄，真空慄通過抽真空管路與等離子體聚合反應 室相連。
[0013] 優選的，氣體供給裝置包括單體原料瓶和氮氣氣瓶，單體原料瓶和氮氣氣瓶通過 氣體供給管路與等離子體聚合反應室相連;單體原料瓶下方設有加熱裝置二。
[0014] 優選的，加熱裝置一為加熱套或電熱絲。
[0015] 採用上述技術方案所產生的有益效果在於:該製備方法所製得的聚苯乙烯螢光微 球具有較長的螢光壽命和較好的熱穩定性，且製備過程簡單，易於實施，沒有環境汙染，體 現了材料設計的新理念。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明的反應設備結構示意圖； 圖中，1、氮氣氣瓶;2、加熱裝置二;3、單體原料瓶;4、氣體供給管路;5、傳動電機;6、負 電極;7、加熱裝置一;8、石英瓶;9、蜂窩狀通孔；10、等離子體聚合反應室；11、脈衝射頻電 源;12、等離子體聚合反應室門；13、真空計;14、正電極;15、真空慄;16、抽真空管路。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0018] 如圖1所示，本發明反應設備包括等離子體聚合反應室10,等離子體聚合反應室10 外側上方和下方分別相對設有正電極14和負電極6，正電極14和負電極6與脈衝射頻電源11 相連;等離子體聚合反應室10側壁設有傳動電機5,等離子體聚合反應室10內腔設有橫倒放 置的石英瓶8,石英瓶8瓶口與傳動電機5連接，石英瓶8外側設有加熱裝置一 7,石英瓶8瓶底 中部設有蜂窩狀通孔9;等離子體聚合反應室10連有氣體抽吸裝置、氣體供給裝置和真空計 13。
[0019] 氣體抽吸裝置包括真空慄15,真空慄15通過抽真空管路16與等離子體聚合反應室 10相連。氣體供給裝置包括單體原料瓶3和氮氣氣瓶1，單體原料瓶3和氮氣氣瓶1通過氣體 供給管路4與等離子體聚合反應室10相連;單體原料瓶3下方設有加熱裝置二2。加熱裝置一 7為加熱套或電熱絲。
[0020] 實施例1 一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法，其中： 稀土有機配合物的分子結構式為：

主要製備步驟包括： (1)稀土有機配合物的等離子體預處理： 把lg稀土有機配合物加入到等離子體聚合反應室10內的旋轉的石英瓶8中，抽取等離 子體聚合反應室10內的氣體至氣壓為2Pa，然後向等離子體聚合反應室10通入高純氮氣至 氣壓為80Pa，重複抽放氣體三次，調節等離子體聚合反應室10內壓力為20Pa，在放電功率 60W的條件下，用氮氣等離子體對稀土有機配合物處理15分鐘。
[0021] (2)等離子體聚合，苯乙烯單體等離子體聚合併沉積在稀土有機配合物表面上：用 加熱裝置一 7把石英瓶8內的溫度升至60 °C，石英瓶8的旋轉速度調為60rpm，然後通過單體 原料瓶3向等離子體聚合反應室10中通入氣化的苯乙烯單體，調整反應室內壓力為8 Pa;接 通脈衝射頻電源11，調整等離子體聚合放電參數條件，等離子體脈衝寬度為20s、等離子體 聚合功率為125W，開始放電，等離子體聚合時間達到60min後，關閉脈衝射頻電源11，停止放 電;繼續通入氣化的苯乙烯單體，並在此條件下保持1.5小時，即得聚苯乙烯螢光微球。 [0022] 實施例2--實施例7 與實施例1的不同之處在於等離子體聚合放電參數條件不同，包括等離子體聚合反應 室內壓力、石英瓶內的溫度、石英瓶旋轉速度、等離子體脈衝寬度、等離子體聚合功率和等 離子體聚合時間，各實施例等離子體聚合具體條件見表1。

[0023] 實施例1~7製得的聚苯乙烯螢光微球的性能測試結果見表2。

[0024] 本發明製備方法所製得的聚苯乙烯螢光微球具有較長的螢光壽命和較好的熱穩 定性，且製備過程簡單，易於實施，沒有環境汙染，體現了材料設計的新理念。
【主權項】
1. 一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法，其特徵在於:採用稀土有機配合物為 起始原料，通過苯乙烯的等離子體聚合在稀土有機配合物表面，包裹一層聚苯乙烯，形成聚 苯乙烯螢光微球;所述製備方法的主要步驟包括： 1) 稀土有機配合物的等離子體預處理； 2) 等離子體聚合:使苯乙烯單體等離子體聚合併沉積在稀土有機配合物表面上。2. 根據權利要求1所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法，其特徵在於所 述等離子體聚合為:等離子體聚合放電參數條件為壓力8~20Pa、等離子體脈衝寬度為20~ 100s、等離子體聚合功率為45~125W、等離子體聚合時間為60~250min、反應溫度為60~90 Γ。3. 根據權利要求1所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法，其特徵在於所 述稀土有機配合物的分子結構式為：4. 根據權利要求1所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法，其特徵在於:稀 土有機配合物的等離子體預處理方式為:把1~5g稀土有機配合物加入到等離子體聚合反 應室（10)內的旋轉的石英瓶(8)中，抽取等離子體聚合反應室（10)內的氣體至氣壓為2Pa， 然後向等離子體聚合反應室（10)通入高純氮氣至氣壓為80Pa，重複抽放氣體三次，調節等 離子體聚合反應室（10)內壓力為20Pa，在放電功率60W的條件下，用氮氣等離子體對稀土有 機配合物處理15分鐘。5. 根據權利要求4所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法，其特徵在於:石 英瓶(8)旋轉速度為60~120rpm。6. 根據權利要求1所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法，其特徵在於，等 離子體聚合步驟為:通過單體原料瓶(3)向等離子體聚合反應室（10)中通入氣化的苯乙烯 單體，調整反應室內壓力；接通脈衝射頻電源（11)，調整等離子體聚合放電參數條件，開始 放電，達到所需的等離子體聚合時間後，關閉脈衝射頻電源（11)，停止放電，繼續通入氣化 的苯乙烯單體，並在此條件下保持1.5小時。7. 如權利要求1所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法所用的反應設備， 其特徵在於:包括等離子體聚合反應室（10)，等離子體聚合反應室（10)外側上方和下方分 別相對設有正電極（14)和負電極(6)，正電極（14)和負電極(6)與脈衝射頻電源（11)相連； 等離子體聚合反應室（10)側壁設有傳動電機(5)，等離子體聚合反應室（10)內腔設有橫倒 放置的石英瓶(8)，石英瓶(8)瓶口與傳動電機（5)連接，石英瓶（8)外側設有加熱裝置一 (7)，石英瓶(8)瓶底中部設有蜂窩狀通孔(9);等離子體聚合反應室（10)連有氣體抽吸裝 置、氣體供給裝置和真空計（13 )。8. 根據權利要求7所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法所用的反應設 備，其特徵在於:氣體抽吸裝置包括真空慄（15)，真空慄（15)通過抽真空管路（16)與等離子 體聚合反應室（10)相連。9. 根據權利要求7所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法所用的反應設 備，其特徵在於:氣體供給裝置包括單體原料瓶(3)和氮氣氣瓶（1)，單體原料瓶(3)和氮氣 氣瓶（1)通過氣體供給管路(4)與等離子體聚合反應室（10)相連;單體原料瓶(3)下方設有 加熱裝置二(2)。10. 根據權利要求7所述的一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法所用的反應設 備，其特徵在於:加熱裝置一 (7)為加熱套或電熱絲。
【專利摘要】本發明公開了一種聚苯乙烯螢光微球的等離子體製備方法及其反應設備，本發明涉及螢光微球有機合成技術領域。採用稀土有機配合物為起始原料，通過苯乙烯的等離子體聚合在稀土有機配合物表面，包裹一層聚苯乙烯，形成聚苯乙烯螢光微球；主要步驟包括：１）稀土有機配合物的等離子體預處理；２）等離子體聚合：使苯乙烯單體等離子體聚合併沉積在稀土有機配合物表面上。該製備方法所製得的聚苯乙烯螢光微球具有較長的螢光壽命和較好的熱穩定性，且製備過程簡單，易於實施，沒有環境汙染。
【IPC分類】C08F212/08, C08F230/04, C08F2/01, C08F2/52, C09K11/02, C09K11/06
【公開號】CN105713126
【申請號】CN201610067024
【發明人】趙雄燕
【申請人】河北科技大學