前言：随着光子晶体的发展，作为胶体晶体的主要组成部分的PS微球，逐渐引起人们重视。研究表明，PS微球具有粒径可控、外形理想等优势，要想使其优势得到进一步凸显，关键是要掌握制备方法，视情况调整制备所用材料，确保制备所得PS微球性能可最大程度接近预期。
1聚苯乙烯微球概述
微球指的是尺寸、形态及其他理化性质都具有良好均一性的胶体微球，早在上世纪中旬，该类材料就已引起各国学者的讨论。而本文所讨论PS微球具有制备难度小、单分散性高、大小可控和植被成本低等优势，现已在诸多领域得到运用。对其进行制备的方法极多，其中，最具代表性的方法有乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合三种，乳液聚合、分散聚合均要用到外加剂，不仅会污染环境，还会影响微球乳液质量，导致PS微球无法直接使用，现已逐渐被更先进的方法所取代。无皂乳液聚合则有效解决了上述问题，加之该方法具有制备速度快、质量佳的优势，围绕该方法展开讨论成为大势所趋[1]。
2聚苯乙烯微球制备探究
2.1前期准备
2.1.1试剂
确定微球制备方法后，便可着手对其进行制备。本次实验需要提前准备以下几种化学试剂：由国药化学试剂公司生产的St、AA和APS；由中南气体（无锡）公司生产的N2。其中，St和AA为CP级，APS和N2为AR级。获得试剂后，研究人员应通过减压蒸馏的方式，将St和AA所含阻聚剂、其他杂质尽数去除，随后，将经过预处理的试剂转移到低温环境下备用。APS则要通过重结晶的方式进行提纯并备用。
2.2设备
实验需要用到多种设备，主要有温控仪，电子天平，循环水真空泵，机械搅拌器，数控清洗器，光谱仪，纳米分析仪，热分析系统，显微镜，热重分析仪等。
2.3制备方法
对聚苯乙烯微球制备实验方法说明如下：准备滴液漏斗、冷凝管、温度计、搅拌器、三口瓶。将乳化剂十二烷基硫酸钠加入三口瓶中，部分硫酸钠与蒸馏水溶解，部分硫酸钠则与聚苯乙烯溶解。待乳化剂全部溶解后，称取1g过硫酸钾（AR），将其溶解在5ml小烧杯中，并将溶解物质的50%倒入到三口瓶中，同时打开搅拌器，将其放置在恒温槽中，期间对反应温度进行控制。使用滴液漏斗，完成余下部分苯乙烯的添加。在此过程中，对滴加速度进行控制，防止滴加速度过快。将余下的过硫酸钾全部加入三口瓶中，并对其进行持续加热，促使混合液体出现回流，温度值持续升高。加温操作中，对具体温度值进行控制，确保液体不产生大量泡沫。当温度上升到85℃，且不出现回流时，停止加热。当液体冷却到50℃后，留置聚苯乙烯样品，随后进行处理。
样品合格后，对其进行破乳操作，将聚苯乙烯乳液放置在室温条件下搅拌，并在其中加入氯化钠水溶液。随后，使用蒸馏水进行稀释操作，真空抽滤干预后，将其放入到离心机中，离心操作6min后，将样品拿出，并再次利用蒸馏水洗涤抽滤3次，随后使用乙醇洗涤抽滤，利用恒温水浴锅，蒸干无水乙醇。最后将样品放置在烤箱中烘烤，温度控制在105℃，经过干燥处理，获得白颜色的聚苯乙烯微球产品。
2.4结果讨论
2.4.1影响因素
在进行聚苯乙烯微球制备实验时，主要采用一个基础性配方，并进行单因素变量考察，变量因素依次为St、AA、APS和溶剂水量，从而实现对PS微球各项数据的影响因素分析。主要数据包括其粒径、分散系数和乳液固含量，具体配方中，各个变量因素分别为13.5mL、1.0mL、0.1g以及125.0ml。通过实验结果发现，变量St与微球粒径与乳液固含量之间成正比关系，但粒径分布则会随着St变量的增大而变窄。PS微球粒径分布到达一定宽度时属于宽分散体系，主要表现在St用量为9.0ml时，反之粒径分布窄，则表示为单分散体系，主要表现在St用量为11、13、15mL的阶段。分析原因可以汇总为无皂乳液聚合而导致的APS碎片离子基团，以及带电基团的分布。AA单因素的影响效果主要表现在与乳液聚合物质量和浓度方面，成正比关系，具有聚合速率快的特点，会造成体系成核速度加快，加强反应，平均粒径减小，若使用过量会造成亲水基链段过长，当AA用量超过St用量的15%时，SP微球的粒径逐渐变宽。APS用量与乳液固含量成正比，但微球粒径随着APS用量的增加而出现先减小后增大的情况，当用量过多时造但分散性减弱情况。在引发剂量增加后，乳液稳定向相对较强，能够通过内部聚合增大粒径，当引发剂过多时则会导致其粒径不均匀，分散性也会变差，因此可以明确引发剂使用量对单分散性的影响。溶剂加入量因素的变化使得乳液固含量和浓度逐渐降低，单分散性从最开始的变好逐渐变差。开始阶段水量的增加让粒径的分散性持续性提升，且剧团现象减少。但随着用量的逐渐增多，成核数量持续性递减，微球粒径在此时也开始增加，聚合增长，分散性相对来说较差。
2.4.2热性能
针对聚合物微球的热性能分析，侧重点在于PS微球与改性PS微球的热分解温度对比、玻璃化转换温度对比。主要应用DSC和TG两种方法。DSC分析能够发现PS微球与改性PS微球的玻璃化温度分别为94℃和110℃，造成这种差异的原因在于玻璃化转换温度中临界温度的实现方式，以高分子链段为的冷冻临界为主，而链段运动的实现形式主要以单键旋为主。因此，能够影响高分子链柔性的因素也会成为玻璃化转换温度的影响因素，针对这一情况普遍会用减弱其柔性的方式加以控制，此外还可以引入刚性基团或极性基团，目的在于提升高分子作用力。从而有效转变温度。可供选择的极性基团如带有羧基的AA。TG分析中，PS微球温度的变化能够表现其热失重塑速率，实验中热失重速率最快和停止变化两个温度分别为423℃和454℃，对比AA改性后的PS微球，实验中热失重速率最快和停止变化两个温度分别为432℃各480℃，这一试验结果说明后者的热稳定性相比于前者来说更稳定。
2.4.3形貌
经过试验后对聚合物微球的形貌进行分析，对比0.187和0.005两种多分散系数的微球图片，能够直观看出分散系数的PS微球区别，其中分散系数较大的，其大小球之间粒径存在的差异更大，最大差距高达上百倍，粒径范围很宽。而分散系数较小的微球的粒径范围窄且均匀，能够实现自发性组长。因此综合来看，这种分散系数大的微球在反应过程中无法组装排列，反之分散系数小的微球则能形成有序的胶体晶体[2]。
结论：综上，本文主要讨论了PS微球的制备，指出要想使制备所得微球性能更加理想，关键是要合理确定制备所用材料，在保证聚合过程可靠并且稳定的前提下，利用羧基对微球表面进行改性，与此同时，还要根据实际情况对不同变量给溶液固含量、微球粒径带来的影响加以确定，为日后制备胶体晶体等工作提供便利。
参考文献：
[1]单雪松,宋叙锋,赵东宇,等.聚苯乙烯微球模板法石墨烯类多孔碳材料的制备及电催化性能[J].黑龙江大学工程学报,2020,13(02):34-41.
[2]何艳萍,罗诗钰,韩万青,等.二元溶剂体系对泡沫传输制备聚苯乙烯微球的影响[J].化工进展,2021,41(01):320-326.
