聚合物微球的花样变形

各向异性聚合物“微球”的不对称结构赋予其独特的化学或物理性能，广泛用于界面稳定剂、药物传输、传感等领域，是近年来的研究热点。但是，目前已有的Janus微球制备方法步骤繁琐，且通常需要借助添加剂或表面活性剂方能实现，这在很大程度上限制了其应用范围。之前的研究表明：采用高温热退火的方式可以高效制备Janus微球（ACS Macro Lett., 2015, 4, 721-724; Macromol. Rapid Commun., 2016, 37, 1825-1831）。但高温退火处理会在一定程度上造成聚合物降解，导致其性能下降，最终影响应用。

近日，台湾交通大学的陈俊太（Jiun-Tai Chen）教授（点击查看介绍）研究团队开发了一种条件温和的溶剂退火技术（solvent on-film annealing，SOFA）用于各向异性聚合物微球的简单制备。该方法简便、高效，而且微球的三维形貌可控，可制备钹形、UFO形、花生形、碗形等一系列聚合物微球。相关研究工作发表在Macromolecules 上。

图1. 基于溶剂退火制备各向异性的聚合物微球示意图。图片来源：Macromolecules

研究人员以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为基底，表面沉积聚苯乙烯（PS）微球（D = 10 μm），然后采用乙酸/环己烷/甲苯的饱和蒸汽诱导（退火）处理，基于退火时间的调节，可最终调控微球的形貌。作者对微球形貌的演变机理进行深入研究发现，PS微球和PMMA膜的表面张力及界面张力是聚合物微球形貌演化的动力来源。研究人员进一步分别采用乙酸和环己烷对PS微球/PMMA膜体系进行不同时间的退火处理，通过选择性去除技术，结合SEM、AFM等表征手段对其形貌演变过程进行了系统的考察。

图2. 乙酸和环己烷蒸汽诱导下的PS/PMMA体系形貌演变。图片来源：Macromolecules

同时，该溶剂退火技术还可以进一步扩展到PS、PMMA的共同良性溶剂体系，如甲苯。基于乙酸溶剂诱导时间的调控，研究人员最终制备了不同各向异性形貌的PS微球。

图3. 乙酸退火制备一系列的PS微球。图片来源：Macromolecules

——总结——

在该研究中，基于体系的表面张力和界面张力，陈俊太教授团队通过PS/PMMA体系的溶剂退火处理，制备了一系列不同形貌的Janus PS微球。他们将进一步对上述非对称微球进行局部化学修饰，并对其自组装行为进行系统的研究。该方法还可进一步扩展到其他聚合物微球体系。

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Solvent On-Film Annealing (SOFA): Morphological Evolution of Polymer Particles on Polymer Films via Solvent Vapor Annealing

Macromolecules, 2017, 50, 5114-5121, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b00670

导师介绍

陈俊太

http://www.x-mol.com/university/faculty/43045

（本文由甲子湖供稿）