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CN105713126B - 一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法及其反应设备 - Google Patents

一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法及其反应设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法及其反应设备，本发明涉及荧光微球有机合成技术领域。采用稀土有机配合物为起始原料，通过苯乙烯的等离子体聚合在稀土有机配合物表面，包裹一层聚苯乙烯，形成聚苯乙烯荧光微球；主要步骤包括：１）稀土有机配合物的等离子体预处理；２）等离子体聚合：使苯乙烯单体等离子体聚合并沉积在稀土有机配合物表面上。该制备方法所制得的聚苯乙烯荧光微球具有较长的荧光寿命和较好的热稳定性，且制备过程简单，易于实施，没有环境污染。

Description

一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法及其反应设备
技术领域
本发明涉及荧光微球有机合成技术领域。
背景技术
聚合物荧光微球是指直径在纳米与微米级之间，并且负载有荧光物质的聚合物微球，其形状一般为球形。其中，荧光微球以其稳定的形态结构以及稳定而高效的发光效率，在标记、情报分析、检测、固定化酶、免疫医学、高通量药物筛选等领域具有巨大的应用潜力。因此，近年有关高性能化聚合物荧光微球的研究越来越受到国内外研究者的关注，已成为本领域研究的热点和难点。含有稀土有机配合物的聚合物荧光微球既具有金属有机配合物的高效率发光特性，又含有聚合物微球的韧性和可加工性等优点，随着制备技术及测试手段的日益成熟，已成为功能微球材料科学研究的重要领域。聚苯乙烯机械性能好，热稳定性高，而成为制备微球常用的载体材料。
聚合物荧光微球的制备方法主要分为两种：即物理方法和化学方法。而物理方法又分为包埋法、吸附法和自组装法；化学方法则分为接枝法和共聚法。上述方法存在的主要不足是步骤繁多，工艺过程复杂，且多数使用有机溶剂，不仅成本高，而且环境污染较重，给实际应用带来诸多不便。因此，探索制备聚合物荧光微球的简单易行的新方法已成为国内外学者共同研究的新课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法及其反应设备，所制得的聚苯乙烯荧光微球荧光寿命长，产品性能稳定，且制备过程简单，易于实施，没有环境污染。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法，采用稀土有机配合物为起始原料，通过苯乙烯的等离子体聚合在稀土有机配合物表面，包裹一层聚苯乙烯，形成聚苯乙烯荧光微球；所述制备方法的主要步骤包括：
1)稀土有机配合物的等离子体预处理；
2)等离子体聚合：使苯乙烯单体等离子体聚合并沉积在稀土有机配合物表面上。
优选的，等离子体聚合为：等离子体聚合放电参数条件为压力8～20Pa、等离子体脉冲宽度为20～100s、等离子体聚合功率为45～125W、等离子体聚合时间为60～250min、反应温度为60～90℃。
优选的，稀土有机配合物的分子结构式为：
。
优选的，稀土有机配合物的等离子体预处理方式为：把1～5g稀土有机配合物加入到等离子体聚合反应室内的旋转的石英瓶中，抽取等离子体聚合反应室内的气体至气压为2Pa，然后向等离子体聚合反应室通入高纯氮气至气压为80Pa，重复抽放气体三次，调节等离子体聚合反应室内压力为20Pa，在放电功率60W的条件下，用氮气等离子体对稀土有机配合物处理15分钟。
优选的，石英瓶旋转速度为60～120rpm。
优选的，等离子体聚合步骤为：通过单体原料瓶向等离子体聚合反应室中通入气化的苯乙烯单体，调整反应室内压力；接通脉冲射频电源，调整等离子体聚合放电参数条件，开始放电，达到所需的等离子体聚合时间后，关闭脉冲射频电源，停止放电，继续通入气化的苯乙烯单体，并在此条件下保持1.5小时。
一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法所用的反应设备，包括等离子体聚合反应室，等离子体聚合反应室外侧上方和下方分别相对设有正电极和负电极，正电极和负电极与脉冲射频电源相连；等离子体聚合反应室侧壁设有传动电机，等离子体聚合反应室内腔设有横倒放置的石英瓶，石英瓶瓶口与传动电机连接，石英瓶外侧设有加热装置一，石英瓶瓶底中部设有蜂窝状通孔；等离子体聚合反应室连有气体抽吸装置、气体供给装置和真空计。
优选的，气体抽吸装置包括真空泵，真空泵通过抽真空管路与等离子体聚合反应室相连。
优选的，气体供给装置包括单体原料瓶和氮气气瓶，单体原料瓶和氮气气瓶通过气体供给管路与等离子体聚合反应室相连；单体原料瓶下方设有加热装置二。
优选的，加热装置一为加热套或电热丝。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该制备方法所制得的聚苯乙烯荧光微球具有较长的荧光寿命和较好的热稳定性，且制备过程简单，易于实施，没有环境污染，体现了材料设计的新理念。
附图说明
图1是本发明的反应设备结构示意图；
图中，1、氮气气瓶；2、加热装置二；3、单体原料瓶；4、气体供给管路；5、传动电机；6、负电极；7、加热装置一；8、石英瓶；9、蜂窝状通孔；10、等离子体聚合反应室；11、脉冲射频电源；12、等离子体聚合反应室门；13、真空计；14、正电极；15、真空泵；16、抽真空管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明反应设备包括等离子体聚合反应室10，等离子体聚合反应室10外侧上方和下方分别相对设有正电极14和负电极6，正电极14和负电极6与脉冲射频电源11相连；等离子体聚合反应室10侧壁设有传动电机5，等离子体聚合反应室10内腔设有横倒放置的石英瓶8，石英瓶8瓶口与传动电机5连接，石英瓶8外侧设有加热装置一7，石英瓶8瓶底中部设有蜂窝状通孔9；等离子体聚合反应室10连有气体抽吸装置、气体供给装置和真空计13。
气体抽吸装置包括真空泵15，真空泵15通过抽真空管路16与等离子体聚合反应室10相连。气体供给装置包括单体原料瓶3和氮气气瓶1，单体原料瓶3和氮气气瓶1通过气体供给管路4与等离子体聚合反应室10相连；单体原料瓶3下方设有加热装置二2。加热装置一7为加热套或电热丝。
实施例1
一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法，其中：
稀土有机配合物的分子结构式为：
主要制备步骤包括：
(1)稀土有机配合物的等离子体预处理：
把1g稀土有机配合物加入到等离子体聚合反应室10内的旋转的石英瓶8中，抽取等离子体聚合反应室10内的气体至气压为2Pa，然后向等离子体聚合反应室10通入高纯氮气至气压为80Pa，重复抽放气体三次，调节等离子体聚合反应室10内压力为20Pa，在放电功率60W的条件下，用氮气等离子体对稀土有机配合物处理15分钟。
(2)等离子体聚合，苯乙烯单体等离子体聚合并沉积在稀土有机配合物表面上：用加热装置一7把石英瓶8内的温度升至60℃，石英瓶8的旋转速度调为60rpm，然后通过单体原料瓶3向等离子体聚合反应室10中通入气化的苯乙烯单体，调整反应室内压力为8Pa；接通脉冲射频电源11，调整等离子体聚合放电参数条件，等离子体脉冲宽度为20s、等离子体聚合功率为125W，开始放电，等离子体聚合时间达到60min后，关闭脉冲射频电源11，停止放电；继续通入气化的苯乙烯单体，并在此条件下保持1.5小时，即得聚苯乙烯荧光微球。
实施例2——实施例7
与实施例1的不同之处在于等离子体聚合放电参数条件不同，包括等离子体聚合反应室内压力、石英瓶内的温度、石英瓶旋转速度、等离子体脉冲宽度、等离子体聚合功率和等离子体聚合时间，各实施例等离子体聚合具体条件见表1。
表1实施例1～7等离子体聚合条件
实施例编号 1 2 3 4 5 6 7
稀土有机配合物克数(g) 1 2 3 4 5 1 2
等离子体反应室压力(Pa) 8 10.5 11.5 13.5 15.5 18.5 20
等离子体脉冲宽度(s) 20 30 40 50 60 80 100
等离子体聚合功率(W) 125 100 90 80 75 60 45
石英瓶内反应温度(℃) 60 65 70 75 80 90 85
石英瓶旋转速度(rpm) 60 60 70 70 80 100 120
等离子体聚合时间(min) 60 80 120 160 180 200 250
实施例1～7制得的聚苯乙烯荧光微球的性能测试结果见表2。
表2实施例1～7聚苯乙烯荧光微球的性能测试结果
实施例编号 1 2 3 4 5 6 7
微球粒径(nm) 502 513 505 488 456 520 517
微球热分解温度(℃) 315 320 317 321 316 318 315
荧光最大发射波长(nm) 614 614 615 613 615 615 614
微球的荧光寿命(ms) 0.47 0.48 0.49 0.49 0.48 0.47 0.46
本发明制备方法所制得的聚苯乙烯荧光微球具有较长的荧光寿命和较好的热稳定性，且制备过程简单，易于实施，没有环境污染，体现了材料设计的新理念。

Claims (8)

1.一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法，其特征在于：采用稀土有机配合物为起始原料，通过苯乙烯的等离子体聚合在稀土有机配合物表面，包裹一层聚苯乙烯，形成聚苯乙烯荧光微球；所述制备方法的主要步骤包括：
1)稀土有机配合物的等离子体预处理；
2)等离子体聚合：使苯乙烯单体等离子体聚合并沉积在稀土有机配合物表面上；
所述稀土有机配合物的分子结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法，其特征在于所述等离子体聚合为：等离子体聚合放电参数条件为压力8～20Pa、等离子体脉冲宽度为20～100s、等离子体聚合功率为45～125W、等离子体聚合时间为60～250min、反应温度为60～90℃。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法，其特征在于：稀土有机配合物的等离子体预处理方式为：把1～5g稀土有机配合物加入到等离子体聚合反应室(10)内的旋转的石英瓶(8)中，抽取等离子体聚合反应室(10)内的气体至气压为2Pa，然后向等离子体聚合反应室(10)通入高纯氮气至气压为80Pa，重复抽放气体三次，调节等离子体聚合反应室(10)内压力为20Pa，在放电功率60W的条件下，用氮气等离子体对稀土有机配合物处理15分钟。
4.根据权利要求3所述的一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法，其特征在于：石英瓶(8)旋转速度为60～120rpm。
5.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法，其特征在于，等离子体聚合步骤为：通过单体原料瓶(3)向等离子体聚合反应室(10)中通入气化的苯乙烯单体，调整反应室内压力；接通脉冲射频电源(11)，调整等离子体聚合放电参数条件，开始放电，达到所需的等离子体聚合时间后，关闭脉冲射频电源(11)，停止放电，继续通入气化的苯乙烯单体，并在此条件下保持1.5小时。
6.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法所用的反应设备，其特征在于：包括等离子体聚合反应室(10)，等离子体聚合反应室(10)外侧上方和下方分别相对设有正电极(14)和负电极(6)，正电极(14)和负电极(6)与脉冲射频电源(11)相连；等离子体聚合反应室(10)侧壁设有传动电机(5)，等离子体聚合反应室(10)内腔设有横倒放置的石英瓶(8)，石英瓶(8)瓶口与传动电机(5)连接，石英瓶(8)外侧设有加热装置一(7)，石英瓶(8)瓶底中部设有蜂窝状通孔(9)；等离子体聚合反应室(10)连有气体抽吸装置、气体供给装置和真空计(13)。
7.根据权利要求6所述的一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法所用的反应设备，其特征在于：气体抽吸装置包括真空泵(15)，真空泵(15)通过抽真空管路(16)与等离子体聚合反应室(10)相连。
8.根据权利要求6所述的一种聚苯乙烯荧光微球的等离子体制备方法所用的反应设备，其特征在于：加热装置一(7)为加热套或电热丝。
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