[发明专利]UV光场中利用光活性聚合物微球制备非对称球的方法

说明书

技术领域

本发明是一种功能聚合物微球的制备方法。本发明涉及一种在紫外(UV)光场中由表面含光活性基团的各向同性聚合物微球制备非对称聚合物微球的方法。具体地说，本发明是一种利用沿UV光照方向微球不同区域表面光活性基团对光的反应性差异来对各向同性聚合物微球进行表面选择性改性、从而制备非对称聚合物微球的方法。

背景技术

与通常的球形、均相粒子相比，非对称球，亦称非均匀球、各向异性球、两面球(Janus particles)，指形状、化学组成和/或性能(包括本体性能如机械性能、物理性能和光学性能等，以及表面性能如表面亲/疏水性、表面电荷性、表面荧光性等)不均匀、或不对称分布的粒子。目前，非对称球中的“Janusparticle”(两面球)一词，泛指表面或本体化学组成、性质呈非对称、非均匀分布的粒子。非对称球包括两相或三相等多相粒子及非球形粒子，如两部分粒子、半树莓状粒子、哑铃形粒子、橡树果形粒子、雪人状粒子、补丁粒子、两面微凝胶和两面中空球—两面微胶囊等(如图1)。

与各向对称、均匀的同性球相比，非对称球具有附加的定向相互作用力，因而具有一些特殊性能，可作为构筑有序结构的最基本单元组装各向同性球所不能实现的1维、2维、3维有序结构]或一些超粒子复杂结构以及制备具有完整带隙宽度的光子晶体。非对称功能球在功能表面活性剂、光电和生物传感器、微流变探针、催化剂和药物输送、防反射膜及电子器件等方面都极具应用潜力。如，一面亲水、一面疏水的两亲性球可用做超长期稳定的高效稳定剂，带有相反电荷并具有不同颜色的两面球，有望制成有色电子纸(e-paper)。一半具有pH敏感性且两半面所带电荷相反的两面凝胶可组装成线结构微驱动器。补丁粒子可进一步缩小粒子间的相互作用范围，提供更多的组装方向，组装成完美的3维光子晶体结构。

非对称功能球独特而丰富多样的功能性以及极具诱惑的巨大应用前景，激发了研究者们对制备各种功能非对称球的广泛兴趣。

非对称球的制备方法主要为直接法和间接法：

直接法主要基于控制相分离现象聚合(如采用种子分散或种子乳液聚合，在种子增长阶段，控制反应条件产生相分离)、利用微流道及静电共喷洒等特殊装置制备非对称球。微流道法的特点是直接，所得粒子界面清晰，可制备非球形粒子和两相、三相非对称球，可很好的控制粒径分布，但所得粒子粒径(5-100μm)较大。相比微流道法，静电共喷洒法所得粒子的粒径要小些(730nm±260nm)，两者对所用设备的要求都较高。其次，可使用一些特殊单体(如液晶型单体)聚合或利用嵌段共聚物组装制备非对称球。

间接法主要通过对同性球进行选择性表面改性或组装来制备非对称球，选择改性同性球表面可通过表面保护—去保护、定向沉积、微接触印刷、界面反应等方法来实现，利用模板组装同性球也可得到非对称球。

对未保护的裸露表面进行改性可采取化学改性、金属定向沉积、微接触印刷、层层自组装(LBL)等方法。定向沉积—在定向流或场中利用粒子自身的屏蔽作用改性同性球面向定向流或场的表面省去了繁琐的保护—去保护步骤，适用粒子粒径范围较宽，容易制备纳米级两面球。常用定向流或场主要是金、铂(Pt)或钯(Pd)等金属蒸汽流或溅射流，也可以是一束很强的聚焦激光。金属蒸汽或溅射流改性以及激光光化学反应沉积都是物理沉积，改性物质与表面没有化学键接，存在表面非对称化学组成或电荷分布稳定性问题。

界面表面选择改性大多以无机粒子为前驱球，限制了非对称球的结构变化，不利于形成均一的超分子结构。在相界面处通过部分表面与反应介质接触、反应而制备非对称球的关键在于将各向同性球固定于相界面，限制球在改性过程中发生转动。可将球部分嵌入到保护层中来保护、固定球，也可通过球表面官能团与基材上活性物质的反应、或通过球与球之间的静电、氢键等相互作用来固定球，升高温度可提高球与基片间的粘结力，利用粒子的聚集来制备非对称球则可避免同性球的排布与固定。

如上所述，已有文献报道的非对称球制备方法其实各有利弊，又各具特色、各有独到之处。与直接法相比，间接法是一种更直观、改性区域明确并可调控的非对称球制备方法，所需设备简单，可利用现有(纳米)微球制备技术，粒子的粒径、形貌等都可选择和调节，易于得到单分散的非对称球，因而具有很大的适用性，是制备非对称球的主要方法。

利用定向流或定向场可对同性球的某些区域进行直接改性，且不受同性球的粒径限制，是一种相对简便的制备非对称球的方法。从理论上讲，除了常用的定向金属粒子流，定向场还可以是光场，但目前尚未见到有关利用光场来制备非对称球的报道。

发明内容