导读：

近期，济南大学化学化工学院徐安厚副教授团队开发了一种无需分散剂和有机溶剂的沉淀聚合法，成功制备出荔枝状三聚氰胺甲醛/SiO₂复合微球，该微球作为光扩散剂可使材料兼具96.38%的高雾度与超80%的透光率。相关研究以“Preparation of lychee-like melamine–formaldehyde/SiO2 composite microspheres and their application in light diffusers”为题目，发表于期刊《Applied Surface Science》。

本文要点：

1、本研究开发了一种无需分散剂和有机溶剂的水相沉淀聚合法，用于合成荔枝状三聚氰胺-甲醛/SiO₂（MS）复合微球。

2、通过优化SiO₂纳米颗粒的形态和负载量以及反应物浓度，实现了粒径可控、表面具有层次结构的单分散MS微球的制备。

3、支链SiO₂展现出优越的吸附能力，与球形SiO₂相比，可形成更小、更均匀的微球。

4、热分析表明，MS微球具有优异的热稳定性（在约390℃时质量保留率>95%），满足光学材料加工的要求。

5、作为光扩散剂，MS微球表现出卓越性能，雾度高达96.38%且透光率稳定（>80%），其光扩散效率源于MF与PMMA的折射率差及米氏-瑞利双尺度散射效应。

在三聚氰胺甲醛/SiO₂（MS）复合微球的制备中，沉淀聚合法的具体机制如下：

• 三聚氰胺与甲醛在碱性条件下预聚形成可溶性树脂（MF预聚体）。

• 酸性条件下，预聚体发生缩聚反应生成不溶性的MF聚合物。

• SiO₂纳米颗粒通过表面羟基与MF分子间的氢键或共价键作用，被包裹或吸附在聚合物微球表面，形成荔枝状分级结构。

• 通过调节SiO₂的形貌（如支链状或球形）和浓度，可调控微球的粒径分布和表面粗糙度，进而优化其光扩散性能。

这种方法结合了MF树脂的高折射率和SiO₂的纳米结构特性，使复合微球在光学领域具有独特优势。

图1.不同SiO₂纳米颗粒的透射电镜（TEM）图像（a-c）和zeta电位（f）；（a-c）为球形SiO₂纳米颗粒，（a）20nm，（b）50nm，（c）100nm；（d-e）为支链状SiO₂纳米颗粒，（d）长度l=40nm、直径d=10nm，（e）长度l=70nm、直径d=10nm。

图2. MS微球的扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）图像。（a）MS-S10，（b）NaOH刻蚀后的MS-S10，（c）NaOH刻蚀后压碎的MS-S9微球，（d-g）压碎后MS-S9的EDS图像。

图3. MS微球的合成过程示意图：预聚物生成（步骤1）、预聚物缩聚（步骤2）、静电吸附（步骤3）、MS微球表面形成（步骤4）。

图4. MF和MS微球的热重（TG）曲线。

图5.采用不同类型SiO₂纳米颗粒制备的MS微球的SEM图像。（a-c）球形SiO₂纳米颗粒，（d-e）支链状SiO₂纳米颗粒。

图6.采用不同用量支链状SiO₂纳米颗粒（长度l=40nm、直径d=10nm）制备的MS微球的SEM图像：（a）0%，（b）2%，（c）6%，（d）10%，（e）14%。

图7.采用不同用量球形SiO₂纳米颗粒（尺寸为20nm）制备的MS微球的SEM图像：（a）2%，（b）6%，（c）10%，（d）14%。

图8.不同反应物浓度下由SiO₂纳米颗粒合成的MS微球的SEM图像：（a-d）使用支链状SiO₂纳米颗粒，（e-h）使用球形SiO₂纳米颗粒；（a, e）2%，（b, f）6%，（c, g）10%，（d, h）14%。

图9. MS微球作为光扩散剂的扩散过程示意图（a-b），以及MS添加量对PMMA透光率和雾度的影响（c-d）。（a）MS微球中的米氏散射，（b）纳米SiO₂发生的瑞利散射，（c）MS-B6，（d）MS-S6。

图10.含裸露PMMA（a）和掺入不同比例MS-B6微球的PMMA光扩散样品的LED灯光照片：（b）0.1wt%，（c）0.3wt%，（d）0.5wt%，（e）1.0wt%。

图11.MS-B3微球添加量对PMMA光扩散样品机械性能的影响。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163677