一種製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置的製作方法

2023-10-22 12:48:07 1

專利名稱：一種製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，屬於聚合物功能材料領域。
背景技術：
目前，人們已能運用自組裝法、模板法、水熱合成法、微流體聚合法、懸浮聚合法和乳液聚合法等多種方法製備出各種尺寸、形態和微觀結構不同的新型聚合物微球。採用上述方法製備聚合物中空微球的過程中，均有化學反應發生，反應時間很長，生產效率較低。此外，製備過程中往往要輔以萃取、透析、溶劑蒸發、刻蝕、噴霧乾燥、真空乾燥等方法，從微球中去除液體相，得到多孔或中空微球。因此，製備的微球表面(或殼層)與內部的孔洞(或腔體)通常是貫通式的，具有較強的滲透性，當被液體長時間浸泡後，液體組分將通過微球表面的微孔滲透進入核內孔洞(或腔體)中，導致微球的密度迅速增大，使其密度發生改變(如:CN101250244B、CN1303140C、CN100562358C,201010543593.8,201010624786.6、201110040481.5,201110052468.1,201110150863.3,201110150862.9、Toshinori Makuta,et al.Hollow microspheres fabricated from instant adhesive.MaterialsLetters, 2011，65:3415-3417.、Narayan PM; et al.0ptimization of spray drying byfactorial design for production of hollow microspheres for ultrasound imaging.Journal of Biomedical Materials Research, 2001, 56:333-341.等)。同時，受製備條件的限制，這些微球的殼層厚度往往很小，且不能交聯，所以機械性能普遍較差。中國專利CN102585279A報導了一種採用氣態懸浮法製備表面無滲透性低密度聚合物微球的方法，該方法通過後期封閉技術，可製備多種密度可調且性能優良的表面無滲透性聚合物微球，但製備工藝和裝置與本申請有著本質的不同，且在生產成本和規模化生產方面不如本申請優越，目前，利用熱塑性聚合物在熔融狀態下具有較高粘度的特性，在特定條件下通入惰性氣體,使其形成內部填充惰性氣體，外部由熱塑性聚合物包裹的表面無滲透性中空微球的裝置未見相關資料報導。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，該裝置利用熱塑性聚合物在熔融狀態下具有較高粘度的特性，在特定條件下通入惰性氣體，使其形成內部填充惰性氣體，外部由熱塑性聚合物包裹的表面無滲透性中空微球。本實用新型裝置包括反應器1、活塞缸2、收集器3、氣體出氣管4、斜槽13、冷空氣吹管14、溢出板15，活塞缸2設置在反應器I下方，收集器3通過斜槽13與反應器I連接，帶有溢出孔5的溢出板15安裝在反應器I底部，氣體出氣管4設置在溢出板15下方，氣體出氣管4的出氣管口與溢出孔5對應，冷空氣吹管14設置在反應器I上方。本實用新型中所述反應器I中設置有攪拌器I 7和加熱圈6。本實用新型中所述活塞缸2採用夾套式油浴加熱，推動活塞16的壓力可調。[0008]本實用新型中所述收集器3中帶有攪拌器II 8。本實用新型中所述氣體出氣管4管口內徑為f20Mm。使用時，根據所需製備的中空微球的大小和密度，選擇帶有適宜孔徑溢出孔5的聚合物溢出板15和氣體出氣管4，並安裝於裝有高沸點液體10 (丙三醇、乙二醇、1，3-丙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇或水)的反應器I底部，用加熱圈6加熱高沸點液體，根據熱塑性聚合物的熔融特性不同，使高沸點液體在接近溢料口處的溫度保持低於熱塑性聚合物軟化點1(T50°C，並不斷攪拌高沸點液體，攪拌轉速在45飛5轉/分，使高沸點液體的溫度保持均勻；將熱塑性聚合物9置於活塞缸2中，根據熱塑性聚合物(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醋酸乙烯酯)的熔融特性不同，通過油浴將熱塑性聚合物加熱並保持溫度高於熱塑性聚合物軟化點5 30°C不變，使聚合物處於穩定的軟化狀態；調整活塞16的壓強，使加熱後的熱塑性聚合物在0.98^8.0OX IO4Pa壓強作用下經帶有孔徑為5飛OOMffl溢出孔的聚合物溢出板溢出，施加壓力3秒後，即從聚合物溢出孔流出的聚合物高出溢出孔平面約1/3個球體時，立即以2.0OXlO5Pa的壓強通過內徑為HOMffl的氣體出氣管經溢出孔向溢出的聚合物內通入惰性氣體0.f 1.0s後(根據所製備微球的空心體積或密度而定)，停止通入惰性氣體，3.0秒後，再次按相同條件通入惰性氣體，反覆重複上述操作；由於高沸點液體的溫度較低，由溢出孔5溢出的熱塑性聚合物表面被高沸點液體冷卻，流動性大幅度降低，且具有一定的機械強度，可將氣體包裹於其中，隨著聚合物繼續從溢出孔5溢出，在浮力的作用下，更多的聚合物被從溢出孔拉出，在冷卻、表面張力和輕微攪拌三種作用的影響下形成完整的含惰性氣體的中空微球11 ;由於聚合物表面被高沸點液體冷卻，形成的聚合物中空球體可將惰性氣積牢牢地固定於其中，並能夠承受氣泡的浮力而不破裂；空心球體在浮力的作用下上升至高沸點液體表面，在側向冷空氣的吹動下經過斜槽13進入收集器3中，進一步用冷水12冷卻至50°C以下，過濾、收集、乾燥後，即得表面無滲透性聚合物中空微球。本實用新型的裝置結構簡單，易操作，可直接用熱塑性聚合物製備粒徑在lOMnTlOOOMm之間，密度在0.4^0.9g/cm3之間的表面無滲透性聚合物中空微球；所製備的中空微球具有粒徑均勻、形狀完整、機械性能優良等特點，整個製備過程中無化學反應發生，生產效率高，易於規模化生產；採用該裝置製備的聚合物中空微球在酸霧抑制、塗料、粘結劑和造紙等領域具有廣泛的應用前景。

圖1是本實用新型裝置結構示意圖；圖中:1是反應器；2是活塞缸；3是收集器；4是氣體出氣管；5是溢出板上的溢出孔；6是加熱圈，7是攪拌器1，8是攪拌器II ；9是聚合物；10是高沸點液體；11是中空微球；12是冷水；13是斜槽；14是冷空氣吹管；15是溢出板；16是活塞。
具體實施方式
下面通過 附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細，但本實用新型保護範圍不局限於所述內容。[0016]本製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置包括反應器1、活塞缸2、收集器3、氣體出氣管4、斜槽13、冷空氣吹管14、溢出板15，活塞缸2設置在反應器I下方，收集器3通過斜槽13與反應器I連接，反應器I底部是帶有溢出孔5的溢出板15，氣體出氣管4設置在溢出板15下方，氣體出氣管4的出氣管口與溢出孔5對應，冷空氣吹管14設置在反應器I上方；其中反應器I中設置有攪拌器I 7和加熱圈6 ;活塞缸2採用夾套式油浴加熱，推動活塞16的壓力可調；收集器3中帶有攪拌器II 8。使用時，選用的聚合物溢出板15的溢出孔5的直徑為5Mm，氣體出氣管4出氣孔的直徑為lMm，取密度為0.94g/cm3，軟化點為94°C的聚乙烯9置於帶有加熱夾層和調壓活塞的活塞缸2內，加熱聚乙烯使其溫度保持在110°C ;向反應器I中加入1，3-丙二醇10至其液面與出料斜槽13水平，將1，3-丙二醇10通過加熱圈6加熱至84°C，通過攪拌器I 7攪拌均勻並保持溫度不變(反應器底部加熱圈6的位置距離反應器底部2cm左右，以保證不影響聚合物中空微球的形成和順利上浮)，開動攪拌器I 7，保持轉速在50轉/分；待體系溫度穩定後，使調壓活塞16保持0.98 X IO4Pa的壓強對加熱後的聚乙烯施以恆定壓強，3.0秒後，立即以2.0OXlO5Pa的壓強通過氣體出氣管4經溢出板15上的溢出孔5向溢出的聚乙烯內通入氮氣0.1秒，停止通氮氣(3.0秒後，再次通入氮氣0.1秒，反覆重複上述操作)，待形成的聚乙烯中空微球在浮力的作用下上升至1，3-丙二醇表面時，通過冷空氣吹管14側向吹入冷空氣，使聚乙烯中空微球經斜槽13進入收集器3中，進一步用冷水12攪拌器II8攪拌冷卻至50°C以下,過濾、收集、乾燥後得平均粒徑為IOMm,平均密度為0.60g/cm3聚乙烯中空微球11 (見圖1)。
權利要求1.一種製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，其特徵在於:其包括反應器(I)、活塞缸(2)、收集器(3)、氣體出氣管(4)、斜槽(13)、冷空氣吹管(14)、溢出板(15)，活塞缸(2)設置在反應器(I)下方，收集器(3)通過斜槽(13)與反應器(I)連接，帶有溢出孔(5)的溢出板(15)安裝在反應器(I)底部，氣體出氣管(4)設置在溢出板(15)下方，氣體出氣管(4)的出氣管口與溢出孔(5)對應，冷空氣吹管(14)設置在反應器(I)上方。
2.根據權利要求1所述製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，其特徵在於:反應器(I)中設置有攪拌器I (7)和加熱圈(6)。
3.根據權利要求1所述製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，其特徵在於:活塞缸(2)採用夾套式油浴加熱，推動活塞(16)的壓力可調。
4.根據權利要求1所述製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，其特徵在於:收集器(3)中帶有攪拌器II (S)0
5.根據權利要求1所述製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，其特徵在於:溢出孔孔徑為5 500Mm。
6.根據權利要求1所述製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，其特徵在於:氣體出氣管(4)管口內徑為 f20Mm。
專利摘要本實用新型公開了一種製備表面無滲透性聚合物中空微球的裝置，該裝置包括反應器、活塞缸、收集器、氣體出氣管、斜槽、冷空氣吹管、溢出板，活塞缸設置在反應器下方，收集器通過斜槽與反應器連接，帶有溢出孔的溢出板安裝在反應器底部，氣體出氣管設置在溢出板下方，氣體出氣管的出氣管口與溢出孔對應，冷空氣吹管設置在反應器上方，本實用新型的裝置結構簡單，易操作，可直接用熱塑性聚合物製備粒徑在10μm~1000μm之間，密度在0.4~0.9g/cm3之間的表面無滲透性聚合物中空微球。
文檔編號B29B9/10GK203156968SQ20132008798
公開日2013年8月28日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者王紅, 孫彥琳, 郭榮鑫, 何明奕, 祝琳華, 司甜, 沈黎 申請人:昆明理工大學