1、單分散的、亞微米級的膠體粒子在特定條件下組裝,可形成膠體晶體或粒子膠囊。膠體晶體在電子帶隙材料,傳感器、顏料和模板材料上有廣泛應用。目前,用于自組裝膠體粒子主要為二氧化硅、PS、PMMA等硬粒子。由硬粒子自組裝的膠體晶體膜易開裂,強度低,限制其大規(guī)模使用。成膜性聚合物乳膠粒子可賦予膠體晶體膜很好的力學性能,但由于其缺少折光指數(shù)的差異而無法顯示晶體膜的結(jié)構(gòu)色,因此很少被用作膠體晶體的組裝材料。本文以含親水性殼層的聚合物乳膠粒子為組裝單元獲

2、得了溶劑響應性膠體晶體膜;以聚合物乳膠粒子和二氧化硅納米粒子進行二元共組裝制備了可逆應力響應性膠體晶體膜。粒子膠囊廣泛用于物質(zhì)的包覆,而響應性粒子膠囊的尺寸能隨外界環(huán)境的改變而變化,因此它則能為被包覆物質(zhì)的釋放提供更多的控制途徑,但目前響應性粒子膠囊的研究進展有限,基于此情況,我們制備了溫敏性粒子膠囊。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以乳液聚合合成含親水性殼層的聚合物乳膠粒子,并以此為組裝單元,獲得具有可逆溶劑響應性和力學性能

3、的聚合物晶體膜及其大面積制備方法。膠體晶體膜由涂覆在基材上的乳液在室溫下干燥直接制備。干燥過程中乳膠粒子自組裝成有序結(jié)構(gòu),從宏觀上可由乳液邊緣出現(xiàn)的絢麗色彩顯示出來。干燥過程中,乳液邊緣的反射峰位不斷向短波長方向移動,峰強逐漸減弱,直至完全消失。最終可得到無色透明聚合物膠體晶體膜。通過SEM和AFM觀測該膜形貌,結(jié)果表明乳膠粒子形成規(guī)整的fcc結(jié)構(gòu),膜的表面為fcc的(111)晶面,并且無論乳膠粒子是否含親水殼層都不影響粒子的規(guī)整組裝。

4、該無色透明聚合物膠體晶體膜被水潤濕后,可以顯示對應的結(jié)構(gòu)色彩。當水分揮發(fā)完全,該晶體膜又重回無色透明狀態(tài),具有可逆的溶劑色彩響應性。這種水響應色彩現(xiàn)象的原因是水和與親水性殼層作用時,親水性殼層的折光指數(shù)變化,因此體系有足夠的折光指數(shù)的差異,從而顯示對應的結(jié)構(gòu)色彩。濕膜的結(jié)構(gòu)色彩和乳膠粒子的大小、親水殼層的厚度和干燥溫度有關(guān)。其它能和親水鏈段作用的有機溶劑如甲酰胺、乙醇等也能使該膠體晶體膜顯示出對應的結(jié)構(gòu)色彩。
　　(2)以聚合物乳

5、液和二氧化硅納米粒子共混,室溫干燥成膜,聚合物乳膠粒子和二氧化硅納米粒子發(fā)生共組裝,獲得了具有可逆力學響應性的聚合物晶體膜及其大面積制備方法。SEM和同步輻射USAXS研究表明,二氧化硅粒子在膠體晶體膜中起到了阻止聚合物粒子完全融并的作用,但同時乳膠粒子并沒有被二氧化硅納米粒子完全分隔開,相鄰的乳膠球之間仍有相連接的部分,使得制備的膠體晶體膜具有力學強度。通過調(diào)整軟硬單體的比例和交聯(lián)劑的用量可以得到不同力學強度和回復性的膠體晶體膜。原位

6、反射光譜記錄了拉伸及回復過程中該膜的結(jié)構(gòu)色彩變化:拉伸過程中,聚合物晶體膜的顏色隨著應變的增大而逐漸藍移,其反射峰位的變化可達到230nm。拉伸時反射峰位和應變成線性關(guān)系。外力撤去后,該膜反射峰位開始逐漸紅移,最終回復到和初始峰位基本一致的位置。
　　(3)以納米SiO2作Picketing乳化劑,采用反相懸浮聚合得到了溫敏性的PNIPAm/SiO2復合粒子膠囊。先合成不同粒徑的單分散納米SiO2粒子,并使用硅烷偶聯(lián)劑MPS或DC

7、MS改性,經(jīng)改性過的兩親性納米SiO2粒子在W/O液滴的界面上組裝。并向水相中引入溫敏性單體NIPAm,通過Pickering反相懸浮聚合得到了復合的二氧化硅的粒子膠囊。聚合過程中,以MPS改性的大粒徑(500nm,962nm)的納米SiO2粒子為Picketing乳化劑時,聚合過程不穩(wěn)定,反應時出現(xiàn)絮凝。而納米SiO2用量少于0.64wt％時,聚合過程也不穩(wěn)定。粒子膠囊的尺寸和二氧化硅粒子的粒徑有關(guān),二氧化硅粒徑越大,粒子膠囊尺寸越大

8、。SEM結(jié)果顯示二氧化硅粒子在凝膠球表面規(guī)整排列,當水凝膠的交聯(lián)度過大(交聯(lián)劑用量達0.32％),大粒徑的二氧化硅粒子容易從塌縮的凝膠球表面脫落。降低交聯(lián)劑用量可避免該現(xiàn)象。該復合的粒子膠囊具有溫敏性。膠囊表面的SiO2粒子對PNIPAm的相行為沒有影響,升溫至32～C時復合粒子膠囊開始收縮,以MPS改性的SiO2制備的粒子膠囊在升湓過程中收縮率低于以DCMS改性制備的粒子膠囊。通過測定被包覆的亞甲基藍染料的釋放測試表明,二氧化硅粒子的