一种PS-b-P4VP共聚物薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于共聚物薄膜制备技术领域，具体涉及一种PS-b-P4VP共聚物薄膜及其制备方法。
背景技术
电化学聚合具有在常温、常压下进行，可通过控制电压或者不同电机合成所需的有机产品等优点，从而使电化学制备高分子聚合物应用已经较为广泛。由于目前研究的电化学聚合方法主要是本体聚合、溶液聚合等，但对于电化学乳液聚合制备高分子共聚物薄膜确鲜有报道。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种电化学制备PS-b-P4VP共聚物薄膜的方法，该方法包括以下步骤：
S1:合成聚苯乙烯前驱体，并将其配成45～60wt％的乳液；
S2:将电化学工作站中的ITO导电玻璃片垂直浸入聚苯乙烯乳液中，1～2min后取出并垂直放入恒温湿箱中，控制恒温湿箱的温度为40～50℃，相对湿度为50～60％，保温0.5～1h后取出备用；
S3:将乳化剂与去离子水按0.01～0.1g/ml的料液比均匀混合，50～60℃条件下搅拌1～2h，得乳化液；
S4:将4-乙烯吡啶与S3中制得的乳化液按1:1～3的体积比混合，在通入氮气的同时进行搅拌，搅拌时间为0.5～1h，得电化学反应体系；
S5:将经过S2处理后的ITO导电玻璃片垂直插入电化学反应体系中，启动电化学工作站，控制电势范围在1.0～3.0V之间，扫描速度为15～25mV/S，反应时间4～8h，得PS-b-P4VP共聚物薄膜。
本发明先将电化学工作站中的ITO导电玻璃片浸入聚苯乙烯乳液中，并在适当的温度和湿度条件下保温一段时间，经此操作，可以在ITO导电玻璃片上形成高度有序的聚苯乙烯阵列，以此为模板进行共聚物薄膜的合成，可以加快聚合反应的进行，并且制备出的共聚物薄膜具有良好的空间网状结构，能够满足特殊场合的需要。
本发明将4-乙烯吡啶与乳化液混合，可以使4-乙烯吡啶更加均匀的分散于电化学反应体系中，电化学反应体系的电势分布更加均匀，有利于电化学反应的进行，生成的共聚物薄膜结构分布均匀，性能良好。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，S1中合成PS前驱体的具体方法为：将聚乙烯醇加入无水乙醇中，配置成浓度为40～50g/L的溶液A；将偶氮二异丁腈与苯乙烯按1～5:100的质量比均匀混合，得溶液B；将溶液A与溶液B混合，得混合溶液C，混合溶液C中苯乙烯的体积分数为30％；在氮气保护下，将溶液C加热至70℃，以200rmp的速率搅拌反应6～8h，得聚苯乙烯前驱体。
采用本发明中的方法合成聚苯乙烯前驱体，聚苯乙烯前驱体的粒径可控，而且得到的聚苯乙烯前驱体单分散性良好。
进一步，S2中ITO导电玻璃片在使用前经过如下处理：依次用丙酮、去离子水、无水乙醇清洗导电玻璃片，然后将清洗后的导电玻璃片浸入异丙醇中超声清洗30min，取出用去离子水冲洗后干燥备用。
对ITO导电玻璃片进行清洗，可以去除玻璃片表面的颗粒污染物，聚苯乙烯阵列能够更加紧密的粘附在玻璃片上。
进一步，S2中恒温湿箱的温度为45℃，相对湿度为55％，保温时间为1h。
进一步，S3中所述乳化剂为十二万基磺酸钠，其与去离子水的料液比为0.05g/ml。
进一步，S4中4-乙烯吡啶与乳化液的体积比1:2，搅拌反应时间为0.8h。
进一步，S5中电化学工作站的电势为2.0V，扫描速度为20mV/S，反应时间6h。
本发明的有益效果是：本发明提供一种全新的PS-b-P4VP共聚物薄膜合成方法，丰富了共聚物薄膜的合成路径；而且采用本发明中的方法可以得到具有良好空间网状结构的PS-b-P4VP共聚物薄膜，拓宽了PS-b-P4VP共聚物薄膜的应用范围。
附图说明
图1为聚苯乙烯自组装的场发射扫描电镜图；
图2为实施例一产物的1H-NMR谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
一种电化学制备PS-b-P4VP共聚物薄膜的方法，包括以下步骤：
S1:将聚乙烯醇加入无水乙醇中，配置成浓度为45g/L的溶液A；将偶氮二异丁腈与苯乙烯按1:100的质量比均匀混合，得溶液B；将溶液A与溶液B混合，得混合溶液C，混合溶液C中苯乙烯的体积分数为30％；在氮气保护下，将溶液C加热至70℃，以200rmp的速率搅拌反应7h，得聚苯乙烯前驱体；然后将聚苯乙烯前驱体配成50wt％的乳液；
S2:将电化学工作站中的ITO导电玻璃片垂直浸入聚苯乙烯乳液中，2min后取出并垂直放入恒温湿箱中，控制恒温湿箱的温度为45℃，相对湿度为55％，保温1h后取出备用；
S3:将十二万基磺酸钠与去离子水按0.05g/ml的料液比均匀混合，55℃条件下搅拌2h，得乳化液；
S4:将4-乙烯吡啶与S3中制得的乳化液按1:2的体积比混合，在通入氮气的同时进行搅拌，搅拌时间为1h，得电化学反应体系；
S5:将经过S2处理后的ITO导电玻璃片垂直插入电化学反应体系中，启动电化学工作站，控制电势范围在2.0V之间，扫描速度为20mV/S，反应时间6h，得PS-b-P4VP共聚物薄膜。
实施例二
一种电化学制备PS-b-P4VP共聚物薄膜的方法，包括以下步骤：
S1:将聚乙烯醇加入无水乙醇中，配置成浓度为40g/L的溶液A；将偶氮二异丁腈与苯乙烯按3:100的质量比均匀混合，得溶液B；将溶液A与溶液B混合，得混合溶液C，混合溶液C中苯乙烯的体积分数为30％；在氮气保护下，将溶液C加热至70℃，以200rmp的速率搅拌反应6h，得聚苯乙烯前驱体；然后将聚苯乙烯前驱体配成45wt％的乳液；
S2:将电化学工作站中的ITO导电玻璃片垂直浸入聚苯乙烯乳液中，2min后取出并垂直放入恒温湿箱中，控制恒温湿箱的温度为40℃，相对湿度为50％，保温1h后取出备用；
S3:将十二万基磺酸钠与去离子水按0.01g/ml的料液比均匀混合，50℃条件下搅拌2h，得乳化液；
S4:将4-乙烯吡啶与S3中制得的乳化液按1:1的体积比混合，在通入氮气的同时进行搅拌，搅拌时间为0.5h，得电化学反应体系；
S5:将经过S2处理后的ITO导电玻璃片垂直插入电化学反应体系中，启动电化学工作站，控制电势范围在1.0V之间，扫描速度为25mV/S，反应时间8h，得PS-b-P4VP共聚物薄膜。
实施例三
一种电化学制备PS-b-P4VP共聚物薄膜的方法，包括以下步骤：
S1:将聚乙烯醇加入无水乙醇中，配置成浓度为50g/L的溶液A；将偶氮二异丁腈与苯乙烯按5:100的质量比均匀混合，得溶液B；将溶液A与溶液B混合，得混合溶液C，混合溶液C中苯乙烯的体积分数为30％；在氮气保护下，将溶液C加热至70℃，以200rmp的速率搅拌反应8h，得聚苯乙烯前驱体；然后将聚苯乙烯前驱体配成60wt％的乳液；
S2:将电化学工作站中的ITO导电玻璃片垂直浸入聚苯乙烯乳液中，1min后取出并垂直放入恒温湿箱中，控制恒温湿箱的温度为50℃，相对湿度为60％，保温0.5h后取出备用；
S3:将十二万基磺酸钠与去离子水按0.1g/ml的料液比均匀混合，60℃条件下搅拌1h，得乳化液；
S4:将4-乙烯吡啶与S3中制得的乳化液按1:3的体积比混合，在通入氮气的同时进行搅拌，搅拌时间为1h，得电化学反应体系；
S5:将经过S2处理后的ITO导电玻璃片垂直插入电化学反应体系中，启动电化学工作站，控制电势范围在3.0V之间，扫描速度为20mV/S，反应时间4h，得PS-b-P4VP共聚物薄膜。
结果分析
以实施例一为例，对S2处理后的ITO导电玻璃片表面的PS-b-P4VP薄膜形貌进行原子力显微镜分析，结果如图1所示。从图中可以看出，薄膜表面呈现缺陷较少，薄膜质量较高，出现较明显的相分离。图2为实施例一最终产物的1H-NMR谱图，其中化学位移W8.7附近是共聚物链上吡啶环第三、第五位上H的共振吸收峰，W8.2附近是苯环上的3、4和5位上的质子共振吸收峰，W6.4附近是吡啶环和苯环上的第二和低六上质子引起，表明所得到的产物即为PS-b-P4VP共聚物。
虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
