Page 80 - 《精细化工》2021年第7期

·1362· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

胶体晶体（CCs）是一种由凝胶粒子在空间上 国 Malvern 公司；Cary-5000 型紫外分光光度计，美
周期性排列形成的有序结构 [1-2] 。这种有序结构的存 国 Agilent 公司；Gemini 500 型扫描电子显微镜，德
在可形成一定的光子带隙，并对不同波长的入射光 国 Zeiss 公司。
[3]
产生透射、折射或反射 ；在物理刺激（如温度 [4-5] 、 1.2 方法
[6]
[7]
[8]
机械力 、湿度 与光 ）和化学刺激（如 pH [9-10] 、 1.2.1 P(NIPAm-AABC-NMA)微凝胶的合成
有机物 [11-12] 、生物分子 [13] 与金属离子 [14] ）等方面显 微凝胶的合成线路如下所示：
示出良好的应用前景。其中，胶体晶体作为金属离
子选择性响应材料的研究是重要的方向之一 [15] 。如张
晓栋等 [16] 报道了一种以硫脲基团为识别基团，可快
2+
速响应 Cd 的胶体晶体传感膜；ZHANG 等 [17] 通过
丙烯酸和季戊四醇三丙烯酸酯采用胶体模板光聚合
2+
法，构建了一种对 pH 和 Hg 的双重响应传感器；
JIANG 等 [18] 制备了一种聚乙烯醇（PVA）/聚丙烯酸
（PAA）光子晶体材料，通过引入 8-羟基喹啉实现
2+
对 pH 的响应和对 Cu 的检测与识别。与传统离子
响应凝胶材料相比，离子响应性胶体晶体具有更好
的灵敏性、选择响应性和重复使用性，可望成为一
种具有较高应用价值的重金属离子检测材料。然而，
目前已报道的离子响应性胶体晶体中，因凝胶粒子

间缺乏化学键结合，存在胶体晶体强度低、易破碎
将 NIPAm 1.41 g（12.48 mmol）、AA 0.11 g
等缺陷，限制了其进一步应用。
（1.53 mmol）、BIS 0.0432 g（0.28 mmol）、SDS
本文以 N-羟甲基丙烯酰胺（NMA）为功能单体
0.057 g（0.2 mmol）和 NMA 0.071 g（0.62 mmol）
合成具有自交联特性的 P(NIPAm-AA-NMA)温敏微
溶于 95 mL 去离子水中，转移至装有温度计、球形
凝胶，并经 4′-氨基苯并-18-冠醚-6（ABC）修饰和
冷凝管的 250 mL 三口圆底烧瓶中，磁子搅拌下加热
简便的溶剂挥发法，制备了具有自交联特性的
至 70 ℃，通氮气 1 h 以除去反应体系中的氧气，然
P(NIPAm-AABC-NMA)微凝胶自组装膜。通过环境
后加入溶有 KPS 0.081 g（0.3 mmol）的 5 mL 水溶
温度和重金属离子刺激来控制自组装膜内部的微结
液引发聚合反应。在 70 ℃及氮气保护下反应 5 h。冷
构，调控其光子带隙，进而实现对金属离子和温度
却后的产物在截留相对分子质量为 8000~14000 的透
的响应。不仅如此，这种响应因其结构色变化而具
析袋中透析一周，期间每天至少换水 3 次。
有较好的裸眼可视性，因此该项研究为克服响应性
取 10 mL 经透析后的微凝胶分散液稀释到
胶体晶体强度小、易破碎等缺陷和进一步的功能利
50 mL，向其中分别加入 EDC 0.242 g（1.26 mmol）
用提供了一种可行的思路。
以及 ABC 0.108 g（0.29 mmol），于 25 ℃搅拌下反
1 实验部分 应 4 h，将所得产物在截留相对分子质量为 8000~
14000 的透析袋中透析 3 d 后，得到经 ABC 修饰的
1.1 试剂与仪器 微凝胶 P(NIPAm-AABC-NMA)。透析纯化的微凝胶
N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）、N-异丙基丙烯 分散液于 35 ℃干燥后在冰箱中保存。
酰胺（NIPAm，经正己烷重结晶）、NMA、十二烷 1.2.2 P(NIPAm-AABC-NMA)自组装膜的制备
基硫酸钠（SDS）、ABC、N-(3-二甲基氨基丙基)-N'- 在 25 mL 烧杯中配制 20 g 质量分数为 1%的
乙基-碳二亚胺盐酸盐（EDC），AR，阿拉丁试剂有 P(NIPAm-AABC-NMA)分散液，然后将用 Piranha
限公司；过硫酸钾（KPS）、丙烯酸（AA），AR，天 溶液〔V(H 2 SO 4 )∶V(H 2 O 2 )=7∶3〕处理过的玻璃
津精细化工研究所；LiCl、Pb(NO 3 ) 2 、BaCl 2 、HgCl 2 、 片垂直插入到烧杯中，并于室温条件下挥发水分。
KCl、NaCl、CsCl、CaCl 2 、H 2 O 2 （质量分数 30%）、 随水分挥发，在玻璃片的表面逐渐形成一层自组
浓 H 2 SO 4 （质量分数 98%），AR，国药集团化学试 装膜。将所得自组装膜在室温下继续放置 1 周，
剂有限公司。 使膜中微凝胶粒子之间通过 NMA 基团缩合导致
Nicolet 6700 型傅里叶变换红外光谱仪，美国 的自交联反应充分进行，得到自交联的胶体晶体
Thermo Nicolet 公司；Nano ZS90 型激光粒度仪，英 自组装膜。