CN104829777A - 一种微米级高交联聚甲基丙烯酸甲酯pmma微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种微米级高交联聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球的制备方法，属于高性能高分子微球材料领域，包括以下步骤：（1）将稳定剂加入水中，并使稳定剂溶解，得到分散剂溶液；（2）将甲基丙烯酸甲酯MMA、交联剂和引发剂混合，搅拌至完全溶解；（3）将步骤（2）得到的混合溶液加入步骤（1）得到的分散剂溶液中，开始搅拌，升温至45~ 120℃，开始聚合反应，反应时间5~30小时，得到PMMA乳液产物；（4）将PMMA乳液产物进行反复多次洗涤；分离出固体后在室温下真空干燥，即得到微米级高交联PMMA微球。该制备方法简单易行，产物球形度好，表面光滑，粒径5~40微米，交联度大，在良溶剂丙酮中6h不溶解不溶胀，有效解决了排放有机溶剂给环境带来污染的问题。

Description

一种微米级高交联聚甲基丙烯酸甲酯PMMA微球的制备方法

技术领域

本发明属于高性能高分子微球材料领域，尤其涉及一种高交联PMMA微球的制备方法。

背景技术

单分散、大粒径、具有不同分子量、不同结构形态与表面特征、在表面上引入不同功能基团的聚合物微球，由于具有比表面积大、吸附性强、凝聚作用大以及表面反应能力强等特异性质，可用于化妆水、薄膜、涂料、油漆、层析法介质、液晶显示板和光学物质等领域。例如：电信业中交联微球可以用作液晶显示板的间隔材料、多孔结构的模板可以用作光子带隙物质。

有时实际应用对微球强度的要求高，需要优良的热稳定性和化学稳定性，故在聚合时必须添加交联剂以获得交联结构。分散聚合法、沉淀聚合法、悬浮聚合法是制备微米级微球的传统方法，其中分散聚合法因为容易制备得到单分散的微球而得到广泛关注。目前，用分散聚合法制备交联聚苯乙烯(PS)微球的方法已经有很多报道。由于甲基丙烯酸甲酯在水中的溶解度比苯乙烯大很多，在制备过程中有一定的难度，因此对交联聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球体系的研究较少。2006至2007年孙洪波、佟斌等人的研究报道中分散聚合体系多为醇-水体系，交联密度均较低。因为分散聚合体系加入交联剂微球容易变形，甚至形成凝聚物。因此，合成既具有大的颗粒直径，表面光滑且高强度的微球有一定难度。公开号为CN101245120A提出了采用分散聚合法制备交联聚合物微球的方法，然而微球粒径范围只有1～2μm，而且没有考察耐溶剂性的程度。孔祥正等人在2011至2012年间报道了通过沉淀聚合的方法制备了不同交联剂浓度的聚合物微球，交联剂用量高达80％，体系均为醇-水体系。沉淀聚合制备单分散微球的方法仍存在许多不足：如溶剂处理问题、微球产率低、未有关化学稳定性测试的报道等。

发明内容

本发明的目的是提供一种微米级高交联聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的制备方法，粒径5～40微米，交联度大，该制备方法简单易行，产物球形度好，表面光滑，在良溶剂丙酮中6h不溶解不溶胀，有效解决了排放有机溶剂给环境带来污染的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种微米级高交联聚甲基丙烯酸甲酯PMMA微球的制备方法，步骤如下：

(1)将稳定剂加入聚合介质水中，并使稳定剂溶解，得到分散剂溶液；

(2)将甲基丙烯酸甲酯MMA、交联剂和引发剂混合，搅拌至完全溶解；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液加入步骤(1)得到的分散剂溶液中，开始搅拌；通氮气至空气完全被赶出，隔绝氧气，升温至45～120℃，开始聚合反应，反应时间5～30小时，得到PMMA乳液产物；

(4)将PMMA乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散洗涤；分离出固体后在室温下真空干燥，即得到微米级高交联PMMA微球。

步骤(1)所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、纤维素、二氧化钛、明胶、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基氯化铵以及丁基萘磺酸钠中的一种或者任意两种以上的组合物。

步骤(1)所述分散剂溶液的质量分数为0.1％～5％。

步骤(2)所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、异丙苯过氧化氢以及叔丁基过氧化氢中的一种或者几种。

步骤(2)所述引发剂质量占甲基丙烯酸甲酯MMA单体质量的0.1wt％～5wt％。

步骤(2)所述交联剂为三羟甲基丙烷、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、氨基树脂、乙烯基三乙氧基硅烷、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯以及N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或者任意两种以上的组合物。

步骤(2)所述交联剂质量占甲基丙烯酸甲酯MMA单体质量的5wt％～40wt％。

步骤(3)所述聚合反应搅拌速度为100～400rpm。

步骤(4)所述聚合反应温度为45℃～120℃。

所制得的高交联PMMA微球的粒度为5～40微米。高交联PMMA微球在良溶剂丙酮中不溶解不溶胀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，为制备有优异耐溶剂性质的微球，本发明采用悬浮聚合法对微球的合成方法、交联密度与交联剂用量的关系，交联密度与耐溶剂性的关系进行了系统、深入和细致的研究。本发明制备的PMMA微球不仅表面光滑、粒径范围在5～40微米左右，还具有优异的耐溶剂性，在良溶剂中不溶解不溶胀。解决了作为显示器间隔微球应用时容易被工艺过程中的溶剂改变形貌的问题。在实际应用上具有重要的意义。

第二，与其它聚合方法相比，没有有机溶剂排放和回收的问题，有效解决了排放有机溶剂给环境带来污染的问题。

附图说明

图1是实施例1制备的高交联聚甲基丙烯酸甲酯微球的扫描电镜图；

图2是实施例2制备的高交联聚甲基丙烯酸甲酯的粒度分布图。

具体实施方式：

现结合实施例、附图对本发明做出进一步描述。

实施例1

在烧杯中称取质量分数为0.2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液。加入5g甲基丙烯酸甲酯、0.75g二乙烯基苯和质量分数为2wt％叔丁基过氧化氢的混合溶液。转移到配有机械搅拌、冷凝管、氮气进出口和油浴的四口烧瓶中，溶液尽量不要沾到烧瓶壁。开始搅拌，保持100rpm。通氮气隔绝氧气，升温至45～120℃后，开始聚合，反应20小时，得到PMMA乳液产物。将最后得到的乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散；最后在室温下真空干燥8h，即得到白色粉末状高交联PMMA微球，得到平均粒径为10微米的交联聚甲基丙烯酸甲酯微球(扫描电镜图参见图1)。

实施例2

在烧杯中称取质量分数为0.4％十二烷基苯磺酸钠水溶液，加入5g甲基丙烯酸甲酯、1g乙二醇二甲基丙烯酸酯和质量分数为2wt％偶氮二异庚腈混合溶液，转移到配有机械搅拌、冷凝管、氮气进出口和油浴的四口烧瓶中，溶液尽量不要沾到烧瓶壁。开始搅拌，保持300rpm。通氮气隔绝氧气，升温至45～120℃后，开始聚合，反应16小时，得到PMMA乳液产物。将最后得到的乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散；最后在室温下真空干燥，即得到白色粉末状高交联PMMA微球(粒度分布图参见图2)。

实施例3

在烧杯中称取质量分数为0.5％的聚乙二醇水溶液，加入5g甲基丙烯酸甲酯、2g三羟甲基丙烷和质量分数为3wt％过氧化二碳酸二环己酯的混合溶液。将体系转移到配有机械搅拌、冷凝管、氮气进出口和油浴的四口烧瓶中，溶液尽量不要沾到烧瓶壁。开始搅拌，保持400rpm。通氮气隔绝氧气，升温至45～120℃后，开始聚合，反应24小时，得到PMMA乳液产物。将最后得到的乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散；最后在室温下真空干燥，即得到白色粉末状高交联PMMA微球，取白色粉末0.5g加入透明玻璃瓶中，加入5g丙酮，观察微球粉末的耐溶剂性，为了对比，同时取另一只相同的玻璃瓶将等质量的非交联的微球粉末浸入相同质量的丙酮中，发现加入丙酮后非交联的微球粉末慢慢变少，最后消失不见，6h后瓶中是透明液体，微球被丙酮溶解了。而高交联的微球粉末经过丙酮6h的浸泡，体积前后没有变化，不溶解不溶胀。

实施例4

在烧杯中称取质量分数为3％的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物和聚乙二醇的混合水溶液。加入5g甲基丙烯酸甲酯、1g二乙烯基苯和质量分数为3wt％过氧化二苯甲酰的混合溶液。转移到配有机械搅拌、冷凝管、氮气进出口和油浴的四口烧瓶中，溶液尽量不要沾到烧瓶壁。开始搅拌，保持500rpm。通氮气隔绝氧气，升温至45～120℃后，开始聚合，反应12小时，得到PMMA乳液产物。将最后得到的乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散；最后在室温下真空干燥8h，即得到白色粉末状高交联PMMA微球。

实施例5

在烧杯中称取质量分数为0.1％的聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合水溶液。加入5g甲基丙烯酸甲酯、0.25g二乙烯基苯和质量分数为2.5wt％过氧化二碳酸二环己酯的混合溶液。转移到配有机械搅拌、冷凝管、氮气进出口和油浴的四口烧瓶中，溶液尽量不要沾到烧瓶壁。开始搅拌，保持600rpm。通氮气隔绝氧气，升温至45～120℃后，开始聚合，反应20小时，得到PMMA乳液产物。将最后得到的乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散；最后在室温下真空干燥8h，即得到白色粉末状高交联PMMA微球。

实施例6

在烧杯中称取质量分数为0.2％的十二烷基硫酸钠水溶液。加入5g甲基丙烯酸甲酯、0.75g二乙烯基苯和质量分数为2wt％过氧化二苯甲酰与过氧化二碳酸二环己酯的混合溶液。转移到配有机械搅拌、冷凝管、氮气进出口和油浴的四口烧瓶中，溶液尽量不要沾到烧瓶壁。开始搅拌，保持200rpm。通氮气隔绝氧气，升温至45～120℃后，开始聚合，反应20小时，得到PMMA乳液产物。将最后得到的乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散；最后在室温下真空干燥8h，即得到白色粉末状高交联PMMA微球。

Claims (9)

1. 一种微米级高交联聚甲基丙烯酸甲酯PMMA微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）将稳定剂加入聚合介质水中，并使稳定剂溶解，得到分散剂溶液；

（2）将甲基丙烯酸甲酯MMA、交联剂和引发剂混合，搅拌至完全溶解；

（3）将步骤（2）得到的混合溶液加入步骤（1）得到的分散剂溶液中，开始搅拌；通氮气至将空气完全赶出，隔绝氧气，升温至45~ 120℃，开始聚合反应，反应时间5 ~ 30小时，得到PMMA乳液产物；

（4）将PMMA乳液产物进行反复多次洗涤以去除多余的单体和稳定剂，洗涤过程先离心沉降，倾去上层清液，再加入无水乙醇超声分散洗涤；分离出固体后在室温下真空干燥，即得到微米级高交联PMMA微球。

2. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、纤维素、二氧化钛、明胶、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基氯化铵及丁基萘磺酸钠中的任意一种或者任意两种以上的组合物。

3. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所述分散剂溶液的质量分数为0.1% ~ 5.0%。

4. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、异丙苯过氧化氢及叔丁基过氧化氢中的任意一种或者任意两种以上的组合物。

5. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所述引发剂质量占甲基丙烯酸甲酯MMA单体质量的0.1wt% ~ 5wt%。

6. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所述交联剂为三羟甲基丙烷、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、氨基树脂、乙烯基三乙氧基硅烷、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯，己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯及N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种或任意两种以上的组合物。

7. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所述交联剂质量占甲基丙烯酸甲酯MMA单体质量的5wt% ~ 40wt%。

8. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所述聚合反应搅拌速度为100 ~ 600rpm。

9. 根据权利要求1所述的微米级高交联PMMA微球的制备方法，其特征在于：所制得的微米级高交联PMMA微球粒度为5 ~ 40微米，PMMA微球表面光滑洁净。