多组分纳米复合乳胶粒子的凝聚复合(4)
1.3 细乳液聚合法制备纳米乳胶粒子
彩色墨粉是由颜料、树脂、蜡等组分组成的多组分复合粒子，利用乳液聚合法生产彩打墨粉微粒，可以首先制作出包含各种功能组分的纳米乳胶粒子然后再利用凝聚复合的办法制得彩色墨粉复合粒子；当然也可以首先分别制备含有各组分的纳米乳胶粒子然后利用凝聚复合的办法得到彩色墨粉复合粒子。我们在本次毕业设计中选用的细乳液聚合方法是乳液聚合法当中的一种，其在制备多组分粒子的过程中具有着广泛的运用。
1973年美国Lehigh大学的Ugelstad[13]率先发现了细乳液聚合方法，其发现若可以将单体液滴分散得足够细小便可以令单体珠滴成核变成乳液聚合中乳胶粒生成的主要渠道。在助稳定剂以及乳化剂的协同作用下，使用高速电机进行高速搅拌利用强大的剪切作用将单体液滴打碎使其分散成粒径大约为50-500nm的微小单体液滴。在这个细乳液体系当中，单体小液滴具有较大的表面积并足以将很大一部分的乳化剂吸附在表面上，胶束的数目便大大的减少甚至于消失。溶解于水相中的乳化剂相应的也会大大减少，从而液滴成核取代一般的胶束成核作为了细乳液聚合的主体成核方式[14]。除了具备通常乳液聚合所具备的一些长处之外，细乳液聚合还有一些独具的优势[15],比如其使得单体在水相中扩散变成了聚合反应的非必要条件，这使得高疏水性单体也可以通过细乳液聚合方法来实现聚合而不需受到传统聚合方法所限。
细乳液聚合体系中一般具有的成分有单体、水、乳化剂、引发剂以及助稳定剂等组分。细乳液聚合一般分为三个步骤：预乳化-令助稳定剂溶于单体的同时乳化剂溶于水相；乳化-将油相主要是单体或其混合物混入到水相中去，运用机械搅拌作用令两者混合均匀；细乳化-运用高速剪切乳化机高速剪切上述混合物使其均化，使得单体被打碎成亚微米级液滴[16]。最后再通过加入引发剂并加热引发聚合反应得到纳米彩色乳胶粒子。
采用细乳液法制备核壳结构材料的进程中首先将核粒子与单体混合，因为表面张力以及憎水剂的影响，经过超声分散后胶体粒子的外层会包覆一层单体，若此刻提高温度引发聚合便可运用单体的原位聚合来实现外层包覆。这种方法成功制备出了表面包覆着炭黑[17]、Fe3O4[18]、CaCO3[19]的粒子。例如Zhang[20]等人于2005年以细乳液聚合方法得到了SiO2-PS核壳粒子，采用的方法为首先运用硅烷偶联剂甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对单分散的二氧化硅纳米粒子表面改性。理论根据是SiO2粒子表面的羟基化作用所产生的少量羟基与硅烷偶联剂水解出的羟基发生脱水反应，利用此种化学键使硅烷偶联剂吸附于四氧化三铁的表面，从而使SiO2强烈的亲水性变成了疏水性，此举可以显著提高二氧化硅微粒和单体以及其高聚物之间的亲和力。Franca Tiarks[17]等人利用细乳液聚合法，得到高聚物包覆炭黑的纳米囊，最终的粒子粒径控制在10-170nm之间，聚合物与碳黑质量比位于20: 80 -90: 10之间，可是助稳定剂的种类及使用量对包覆过程的影响较强。华东理工大学国家超细粉体研究中心学者刘涛等人 [21]采用细乳液聚合法得到了聚苯乙烯包裹溶剂蓝36的纳米有色材料,研究得到,当马来酸配单十吹冰脂羧酸钠(HEC16)乳化剂的浓度位于13.3mol-20mol/L之间时,均化时长为20min,染料投入量控制在单体质量的10%上下,利用十二烷基硫醇憎水剂,可以制备出粒径低于100nm且粒径分布曲线峰形较窄还具有核壳特征的颜色艳丽的纳米彩色乳胶粒子。
使用细乳液聚合法得到的彩色乳胶粒子为纳米级别，而实际的激光打印机需要的墨粉颗粒为微米级别。因此制备得到纳米级乳胶粒子需要通过凝聚复合来使粒子的粒径增大到微米级从而满足实际的打印需求。