一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法與流程
2023-10-18 01:26:29 3
本發明涉及有機無機複合納米粒子製備領域，特別是涉及一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法。
背景技術：
近年來，納米材料已經成為研究領域的前沿，由於尺寸效應帶來的獨特性能，使得其在電學、磁學、催化等各個領域具有重要的應用。到目前為止，雖然很多金屬納米材料的製備方法已經很成熟，但是還是無法很好地解決金屬納米顆粒表面強的相互作用而導致的團聚問題。更重要的金屬納米顆粒巨大的比表面積和表面能，使得金屬納米顆粒更容易被氧氣氧化。因此，前人們開始通過在金屬納米顆粒表面進行表面修飾，來降低納米顆粒的表面能，來試圖解決團聚問題。但是這些表面修飾方法大多複雜，試劑也較昂貴。其中一種修飾方法就是利用高分子原位聚合的方法。這種方法反應條件溫和、單體選擇範圍廣，是一種新發展起來的可控「活性」聚合方法。這種高分子的有效包覆，不僅能改善金屬納米顆粒的團聚問題，還能有效的阻隔空氣中的水分子和氧氣跟金屬納米顆粒之間的作用，大大地拓寬了金屬納米顆粒在實際中的應用。
近些年來，以製備具有核殼結構的納米顆粒已經成為研究熱點。經對現有技術的文獻檢索發現，Liang等(Liang F，Zhang L，et al.[J].Appl.Phys.Lett.2016，108:072902)在Ag納米顆粒外面包覆一層大約8～10納米厚的TiO2，製備了Ag@TiO2核殼結構的納米顆粒。Zhou等(Zhou Y.C，Wang L，et al.[J].Appl.Phys.Lett.2012，101:012903)製備了Ag@SiO2核殼結構的納米顆粒，其中SiO2殼結構大約40納米。儘管TiO2、SiO2等作為金屬納米顆粒的殼層，能夠有效的阻隔金屬納米顆粒與空氣接觸，但是TiO2、SiO2表面能高，易於團聚，而且製備過程繁瑣，生產成本高。開發一種常見的有機非極性，價廉、來源廣泛並具有成熟的製備工藝的聚合物作為包覆金屬納米顆粒的材料，並且能夠有效的防止金屬納米顆粒團聚和氧化，是目前研究的主要問題。
技術實現要素：
本發明是要解決現有方法不能有效的防止金屬納米顆粒團聚和氧化，且成本高的問題，而提供一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法。
本發明一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法具體是按以下步驟進行：
一、採用3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷對金屬納米顆粒進行功能化，得到功能化後的金屬納米顆粒；所述3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷與金屬納米顆粒的體積比為1:(1～2)；
二、將功能化後的金屬納米顆粒、蒸餾水、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到反應體系，然後將反應體系的溫度從室溫升溫至45℃後，再向反應體系中加入苯乙烯和偶氮二異丁腈，將反應體系的溫度從45℃升溫至81℃～84℃，在溫度為81℃～84℃、攪拌速率為200～400r/min的條件下攪拌2h，反應完成後，向反應體系中加入飽和氯化鈉溶液進行破乳，對油相進行減壓抽濾後先採用蒸餾水洗滌3～5次再採用無水乙醇洗滌3～5次，在溫度為60℃的條件下真空烘乾，得到聚苯乙烯包覆的金屬納米顆粒；所述功能化後的金屬納米顆粒與蒸餾水的體積比為1:(140～150)；所述無水乙醇與蒸餾水的體積比為1:(3～4)；所述聚乙烯吡咯烷酮與苯乙烯的質量比為1:(5～10)；所述功能化後的金屬納米顆粒與苯乙烯的體積比為1:(1.1～3.3)；所述偶氮二異丁腈和苯乙烯的質量比為1:(50～100)。
本發明的有益效果：本方法通過調整金屬納米顆粒和苯乙烯的體積比，來控制包覆在金屬納米顆粒表面聚苯乙烯殼層的厚度，來達到防止金屬納米顆粒團聚和氧化的作用，工藝簡單，成本低廉，大大地拓寬了金屬納米顆粒在實際中的應用。
附圖說明
圖1為實施例一得到的聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒的透射電鏡圖；
圖2為實施例二得到的聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒的透射電鏡圖；
圖3為實施例三得到的聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒的透射電鏡圖。
具體實施方式
具體實施方式一：本實施方式一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法具體是按以下步驟進行：
一、採用3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷對金屬納米顆粒進行功能化，得到功能化後的金屬納米顆粒；所述3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷與金屬納米顆粒的體積比為1:(1～2)；
二、將功能化後的金屬納米顆粒、蒸餾水、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到反應體系，然後將反應體系的溫度從室溫升溫至45℃後，再向反應體系中加入苯乙烯和偶氮二異丁腈，將反應體系的溫度從45℃升溫至81℃～84℃，在溫度為81℃～84℃、攪拌速率為200～400r/min的條件下攪拌2h，反應完成後，向反應體系中加入飽和氯化鈉溶液進行破乳，對油相進行減壓抽濾後先採用蒸餾水洗滌3～5次再採用無水乙醇洗滌3～5次，在溫度為60℃的條件下真空烘乾，得到聚苯乙烯包覆的金屬納米顆粒；所述功能化後的金屬納米顆粒與蒸餾水的體積比為1:(140～150)；所述無水乙醇與蒸餾水的體積比為1:(3～4)；所述聚乙烯吡咯烷酮與苯乙烯的質量比為1:(5～10)；所述功能化後的金屬納米顆粒與苯乙烯的體積比為1:(1.1～3.3)；所述偶氮二異丁腈和苯乙烯的質量比為1:(50～100)。
本實施方式中步驟一所述採用3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷對金屬納米顆粒進行功能化具體是按以下步驟進行：3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷與金屬納米顆粒以體積比為1:(1～2)混合，攪拌24小時後離心，然後在0.01MPa的真空環境中60℃下烘乾。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中所述3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷與功能化後的金屬納米顆粒的體積比為1:1.5。其它與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：步驟二中所述聚乙烯吡咯烷酮與苯乙烯的質量比為1:8。其它與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟二中所述偶氮二異丁腈和苯乙烯的質量比為1:60。其它與具體實施方式一至三之一相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：步驟二中所述所述偶氮二異丁腈和苯乙烯的質量比為1:80。其它與具體實施方式一至四之一相同。
通過以下實施例驗證本發明的有益效果：
實施例一：一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法具體是按以下步驟進行：
一、採用0.11g 3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷對1.5g銅納米顆粒進行功能化，得到功能化後的銅納米顆粒；
二、將功能化後的銅納米顆粒、25mL的蒸餾水、8mL的無水乙醇和0.02g聚乙烯吡咯烷酮混合，得到反應體系，然後將反應體系的溫度從室溫升溫至45℃後，再向反應體系中加入0.1687g苯乙烯和0.0033g偶氮二異丁腈，將反應體系的溫度從45℃升溫至81℃～84℃，在溫度為81℃～84℃、攪拌速率為200～400r/min的條件下攪拌2h，反應完成後，向反應體系中加入飽和氯化鈉溶液進行破乳，對油相進行減壓抽濾後先採用蒸餾水洗滌3～5次再採用無水乙醇洗滌3～5次，放入真空乾燥箱抽真空至0.01MPa，並在溫度為60℃的條件下烘乾24小時後得到聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒。
實施例一是以銅納米顆粒和苯乙烯的體積比為1：1.1的條件下合成的。圖1為實施例一得到的聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒的透射電鏡圖，從圖1中很清晰的看到在實施例一的條件下合成了聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒。聚苯乙烯能夠均勻地包覆在銅納米顆粒的表面，殼層厚度大約為10～20納米左右。
實施例二：一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法具體是按以下步驟進行：
一、採用0.11g 3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷對1.5g銅納米顆粒進行功能化，得到功能化後的銅納米顆粒；
二、將功能化後的銅納米顆粒、25mL的蒸餾水、8mL的無水乙醇和0.04g聚乙烯吡咯烷酮混合，得到反應體系，然後將反應體系的溫度從室溫升溫至45℃後，再向反應體系中加入0.3374g苯乙烯和0.0066g偶氮二異丁腈，將反應體系的溫度從45℃升溫至81℃～84℃，在溫度為81℃～84℃、攪拌速率為200～400r/min的條件下攪拌2h，反應完成後，向反應體系中加入飽和氯化鈉溶液進行破乳，對油相進行減壓抽濾後先採用蒸餾水洗滌3～5次再採用無水乙醇洗滌3～5次，放入真空乾燥箱抽真空至0.01MPa，並在溫度為60℃的條件下烘乾24小時後得到聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒。
實施例二是以銅納米顆粒和苯乙烯的體積比為1：2.2的條件下合成的。圖2為實施例二得到的聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒的透射電鏡圖，從圖2中很清晰的看到在實施例二的條件下合成了聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒。聚苯乙烯能夠均勻地包覆在銅納米顆粒的表面，殼層厚度大約為20-40納米左右。
實施例三：一種聚苯乙烯包覆金屬納米顆粒的方法具體是按以下步驟進行：
一、採用0.11g 3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷對1.5g銅納米顆粒進行功能化，得到功能化後的銅納米顆粒；
二、將功能化後的銅納米顆粒、25mL的蒸餾水、8mL的無水乙醇和0.06g聚乙烯吡咯烷酮混合，得到反應體系，然後將反應體系的溫度從室溫升溫至45℃後，再向反應體系中加入0.5061g苯乙烯和0.0099g偶氮二異丁腈，將反應體系的溫度從45℃升溫至81℃～84℃，在溫度為81℃～84℃、攪拌速率為200～400r/min的條件下攪拌2h，反應完成後，向反應體系中加入飽和氯化鈉溶液進行破乳，對油相進行減壓抽濾後先採用蒸餾水洗滌3～5次再採用無水乙醇洗滌3～5次，放入真空乾燥箱抽真空至0.01MPa，並在溫度為60℃的條件下烘乾24小時後得到聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒。
實施例三是以銅納米顆粒和苯乙烯的體積比為1：3.3的條件下合成的。圖3為實施例三得到的聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒的透射電鏡圖，從圖3中很清晰的看到在實施例三的條件下合成了聚苯乙烯包覆的銅納米顆粒。聚苯乙烯能夠均勻地包覆在銅納米顆粒的表面，殼層厚度大約為40～85納米左右。