[发明专利]一种制备大量均一非球形Janus粒子的方法

说明书

本发明公开了一种制备大量均一非球形Janus粒子的方法，该方法基于气‑液界面，采用均一单分散胶体粒子为原料，以易挥发性溶剂作为刻蚀剂，随着时间延长，制备出形貌规整，各种形貌的非球形粒子，粒子大小根据模板粒子的大小进行调整，产率可达95％以上。该种非球形粒子属于Janus不对称粒子的一类，可以用于胶体粒子自组装的模拟，有利于人们了解微观胶体粒子的自组装现象。

技术领域

本发明属于胶体化学技术领域，具体涉及一种利用易挥发有机溶剂所挥发气体对胶体粒子进行不对称刻蚀，制备出大量非球形粒子的方法。

背景技术

目前制备不对称胶体粒子主要方法是：相分离法、微流体法、界面保护法(二维、三维等)、嵌段共聚物自组装法等，这些方法都是以球形粒子作为模板或作为产物，采用化学或者物理方法使球形微粒半球的化学成分或者化学结构区别于另一面，进而得到具有不同功能的不对称粒子。而制备非球形粒子的方法较少，主要有溶剂溶胀挥发法或者热致变形法，前者首先将球形粒子在有机溶剂中溶胀，然后保护其中一面使另一面置于空气中，置于空气中的一半粒子中的有机溶剂在挥发过程中粒子会产生不对称变形，但是该方法生产的粒子均一性很差且粒子团聚现象较严重，无法大规模生产；而后者是用高温高压反应釜产生的热环境使粒子变形，但是该方法会一定程度破坏粒子的结构，且生产的粒子表面粗糙，粒子之间粘连严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、条件温和、快速、大面积制备非球形Janus粒子的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将球形胶体粒子超声分散于乙醇与去离子水的混合液中，所得分散液滴加到去离子水表面，使胶体粒子在气-液界面形成单层胶体晶，然后将其与对应的刻蚀剂置于密闭体系中，利用刻蚀剂所挥发气体对胶体粒子暴露在水面之上的部分进行刻蚀，即得到非球形Janus粒子。

上述的球形胶体粒子为非交联聚苯乙烯类微球、非交联聚甲基丙烯酸甲酯类微球、交联聚甲基丙烯酸甲酯类微球、非交联聚丙烯酸类微球、SiO₂微球中任意一种。当球形胶体粒子为非交联聚苯乙烯类微球、非交联聚甲基丙烯酸甲酯类微球或非交联聚丙烯酸类微球时，对应的刻蚀剂为二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃中任意一种或两种以上的混合物，或它们中任意一种或两种以上的混合物与乙醇的混合液；当球形胶体粒子为交联聚甲基丙烯酸甲酯类微球时，对应的刻蚀剂为苯乙烯；当球形胶体粒子为SiO₂微球时，对应的刻蚀剂为氟化氢。

上述制备方法中，优选将球形胶体粒子超声分散于乙醇与去离子水的体积比为1:9～5:5混合液中。

本发明的有益效果如下：

本发明不需要添加任何其他表面活性剂，只需将胶体粒子分散在乙醇与水的溶液中，将分散液滴加到去离子水表面，即可在气-液界面处形成六方密排单层胶体晶，然后在常温下，利用刻蚀剂挥发的气体对其进行刻蚀，即可形成均一非球形Janus粒子。本发明操作简单，条件温和，产率高，适用范围广泛，对于不同粒径交联或非交联胶体粒子都可以进行有效刻蚀，得到的非球形Janus粒子在胶体粒子自组装方面有潜在意义。

附图说明

图1是实施例1中刻蚀时间为5min时得到的非球形聚苯乙烯粒子的FESEM图。

图2是实施例2中刻蚀时间为45min时得到的非球形聚苯乙烯粒子的FESEM图。

图3是实施例3中刻蚀时间为95min时得到的非球形聚苯乙烯粒子的FESEM图。

图4是实施例4中刻蚀时间为20min时得到的非球形聚甲基丙烯酸甲酯粒子的FESEM图。

图5是实施例5中刻蚀时间为30min时得到的非球形聚甲基丙烯酸甲酯粒子的FESEM图。

具体实施方式