CN105754116A - 一种可拆卸无胶型乳粒发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可拆卸无胶型乳粒发生器，所述发生器是一种简易的具备调节功能的乳粒发生装置，以三通结构为主，玻璃管道为辅。内部玻璃管道处于三通及外玻璃壁的保护当中。采用硅胶密封垫配合锥形密封圈对三相流体进行密封，各相液体的进样口由进样管及密封结构搭配组成。本发明适用于高质量油包水（W/O）或水包油(O/W)型乳粒制备以及聚合物空心/实心微球制备，可采用大多数有机溶剂对装置进行清洗，较好地克服了采用粘合剂密封时不耐有机溶剂清洗及可能在乳粒及微球内引入杂质元素的弊端。

Description

一种可拆卸无胶型乳粒发生器

技术领域

本发明属于乳液科学及聚合物成形领域，具体涉及一种可拆卸无胶型乳粒发生器。

背景技术

传统的制备空心聚合物微球的方法主要有乳液聚合法、溶胶凝胶法、乳液微封装法等等，但其基于搅拌固化的方式决定了制备得到的空心微球都是直径、壁厚宽分布的，并且其厚度很难控制。微流控技术的诞生为制备直径、壁厚窄分布空心聚合物微球提供了一种全新的方法，通过设计不同功能结构的微流控装置，可以获得高质量的乳液及聚合物微球，在医药、生物材料、涂料等行业得到广泛的应用，因而越来越受到相关领域的重视。

乳粒发生器技术是微流控技术的一种，这种方法在制备单分散乳粒及聚合物空心微球方面具有独到的优势。其内外直径可以通过调整管道内外直径及三相液体流速来进行控制。目前商业的乳粒发生器多采用机械振动及射流方式形成液滴，主要适合稳定性非常好的乳粒体系或固体实心聚合物微球制备，在单分散性上还有待提高，且造价较高。国内一些研究机构也有使用简易的玻璃板及管道搭配使用的乳粒发生器，但无法避免粘合剂的使用，耐有机溶剂侵蚀性较差，并且不可拆卸再组装。也有基于刻蚀芯片与玻璃管道配合使用的乳粒发生器，通常也要用到粘合剂，且价格比较贵，不适合长期反复使用。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种可拆卸无胶型乳粒发生器。

本发明的可拆卸无胶型乳粒发生器，其特点是，包括顺序连接的进样结构、同轴嵌套管道结构、调整结构；

所述的进样结构包括进样口Ⅰ、进样口Ⅱ、进样口Ⅲ；

所述的进样口包括螺帽、进样管、锥形密封圈、硅胶密封垫；

所述的进样口Ⅰ为第一相液体输入端口，进样管依次穿过螺帽、锥形密封圈顶在硅胶密封垫上，由螺帽旋紧固定在三通A的右侧；

所述的进样口Ⅱ为第二相液体输入端口，进样管依次穿过螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后伸入到三通A的顶端通孔内，由螺帽旋紧固定在三通A的顶端；

所述的进样口Ⅲ为第三相液体输入端口，结构与进样口Ⅱ相同，由螺帽旋紧固定在三通B的顶端；

所述的同轴嵌套管道结构包括三通、玻璃毛细管、螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫和玻璃套管；三通A的右侧用螺帽通过锥形密封圈压紧硅胶密封垫旋紧固定；三通A的左侧、三通B的左右两侧与三通A的右侧结构相同，螺帽入口处安装有密封圈，三通A和三通B以及三通B和直型套管之间通过伸入密封圈的玻璃套管连接；玻璃毛细管A、玻璃毛细管B和玻璃毛细管C和玻璃套管由内到外同轴嵌套；玻璃毛细管A右端穿过进样口Ⅰ的硅胶密封垫伸入进样管中，玻璃毛细管A左端穿过三通A并伸入玻璃毛细管B右端，最后到达玻璃套管中部；玻璃毛细管B右端穿过三通A左侧的螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后进入三通A，到达进样口Ⅱ的下方，玻璃毛细管B左端穿过三通B后伸入玻璃毛细管C右端，最后到达三通B与三通C之间玻璃套管的中部；玻璃毛细管C右端穿过三通B左侧的螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后进入三通B，到达进样口Ⅲ的下方，玻璃毛细管C左端穿过玻璃套管和直型套管。

所述的调整结构包括调整螺丝、直型套管，直型套管通过玻璃套管与同轴嵌套管道结构中的三通B左侧连接，四颗调整螺丝正交分布于直型套管上。

本发明的可拆卸无胶型乳粒发生器，每增加一套进样口和玻璃毛细管就能够在制备的乳粒或空心微球的表面增加一层壳层。

本发明的可拆卸无胶型乳粒发生器适用于亚毫米及毫米级聚合物空心微球及乳粒的制备，使用周期较长并具备一定的管路同轴调整功能，具有结构简单、拆卸方便、无需粘合剂的优点，适于操作，实用性好。

附图说明

图1为本发明的可拆卸无胶型乳粒发生器结构图；

图2为本发明的可拆卸无胶型乳粒发生器中三通与密封结构拆分图；

图3为本发明的可拆卸无胶型乳粒发生器中三通与密封结构组装图；

图中，1.进样管2.螺帽3.玻璃毛细管A4.三通A5.锥形密封圈6.硅胶密封垫7.密封圈8.玻璃套管9.玻璃毛细管B10.直型套管11.调整螺丝12.玻璃毛细管C13.三通B。

具体实施方式

实施例1

本实施例制备一种油包水型乳粒，方法如下：

如图1-图3所示，本发明的可拆卸无胶型乳粒发生器，其特征在于，包括顺序连接的进样结构、同轴嵌套管道结构、调整结构；

所述的进样结构包括进样口Ⅰ、进样口Ⅱ、进样口Ⅲ；

所述的进样口包括螺帽、进样管、锥形密封圈、硅胶密封垫；

所述的进样口Ⅰ为第一相液体输入端口，进样管1依次穿过螺帽2、锥形密封圈5顶在硅胶密封垫6上，由螺帽2旋紧固定在三通A4的右侧；

所述的进样口Ⅱ为第二相液体输入端口，进样管依次穿过螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后伸入到三通A4的顶端通孔内，由螺帽旋紧固定在三通A4的顶端；

所述的进样口Ⅲ为第三相液体输入端口，结构与进样口Ⅱ相同，由螺帽旋紧固定在三通B13的顶端；

所述的同轴嵌套管道结构包括三通、玻璃毛细管、螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫和玻璃套管；三通A4的右侧用螺帽2通过锥形密封圈5压紧硅胶密封垫6旋紧固定；三通A4的左侧、三通B13的左右两侧与三通A4的右侧结构相同，螺帽入口处安装有密封圈，三通A4和三通B13以及三通B13和直型套管10之间通过伸入密封圈的玻璃套管8连接；玻璃毛细管A3、玻璃毛细管B9和玻璃毛细管C12和玻璃套管8由内到外同轴嵌套；玻璃毛细管A3右端穿过进样口Ⅰ的硅胶密封垫6伸入进样管1中，玻璃毛细管A3左端穿过三通A4并伸入玻璃毛细管B9右端，最后到达玻璃套管8中部；玻璃毛细管B9右端穿过三通A4左侧的螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后进入三通A4，到达进样口Ⅱ的下方，玻璃毛细管B9左端穿过三通B13后伸入玻璃毛细管C12右端，最后到达三通B与三通C之间玻璃套管的中部；玻璃毛细管C12右端穿过三通B13左侧的螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后进入三通B13，到达进样口Ⅲ的下方，玻璃毛细管C12左端穿过玻璃套管8和直型套管10。

所述的调整结构包括调整螺丝11、直型套管10，直型套管10通过玻璃套管8与同轴嵌套管道结构中的三通B13左侧连接，四颗调整螺丝11正交分布于直型套管10上。

由于密封结构主要依靠硅胶密封垫、锥形密封圈和螺帽的紧密配合实现密封作用，因此要求胶密封圈上通孔的直径略小于通过的毛细管外直径，锥形密封圈通孔直径略大于不锈钢毛细管外直径，毛细管A和毛细管B的长度控制以末端达到玻璃套管中部为佳，便于通过套管观察毛细管中液滴与乳粒成形情况。

本实施例在组装前，首先进行玻璃毛细管的疏水处理，配制1%（体积比）的十八烷基三甲氧基硅烷/甲苯溶剂作为烷基化溶液，将待处理毛细管在10%HNO3溶液中浸泡24小时，取出后用去离子水清洗，在乙醇溶液中超声处理5min，而后采用之前配制的烷基化试剂在75℃下处理约3小时，取出后用乙醇超声清洗后干燥。

装置组装完毕后，准备内水相，油相和外水相溶液。本实施例以去离子水为内水相，聚苯乙烯的氟苯溶液为油相，聚乙烯醇水溶液为外水相。三根毛细管需在显微镜下观察，内外壁无明显污染，端口无明显缺损，玻璃毛细管B需经过疏水处理。按照图1-3所示组装好发生器，玻璃毛细管C12出样口位于最下端且发生器垂直向下。使用软管将进样管与合适的注射器连接，注射器内分别充满内水相、油相和外水相溶液，本例使用医用注射泵自动控制注射器中液体的流量。发生器组装后首次使用时，需向发生器三根进样管中通入去离子水检漏。

开始制备乳粒时，依次向进样口Ⅰ的进样管内通入去离子水、进样口Ⅲ的进样管中通入聚乙烯醇水溶液，待去离子水充满玻璃毛细管B9、聚乙烯醇溶液充满玻璃毛细管C12后，开始向进样口Ⅱ的进样管中通入聚苯乙烯/氟苯溶液。观察三通A4与三通B13之间玻璃套管中玻璃毛细管A3的端口，从玻璃毛细管A3端口开始，在玻璃毛细管B9内将形成连续的内水相液滴。如观察不到连续的内水相液滴生成，需调整内水相与油相流速，如在玻璃毛细管B9内只能看到沿玻璃壁流动的两相流时，则是由于中间毛细管的疏水处理不完全，解决方法是停止流体输入，更换处理过的玻璃毛细管B9即可。形成的水相液滴与油相一起从玻璃毛细管B9流向玻璃毛细管C12，在玻璃毛细管B9端口形成独立的油包水的乳粒。通过观察三通B13与直型套管之间的玻璃套管能够看到玻璃毛细管B9端口的乳粒形成情况，如乳粒在出玻璃毛细管B9的端口时发生破乳，则玻璃毛细管B9的端口可能存在毛刺或疏水处理失效，需更换新的毛细管，如乳粒在继续向下输出过程沾在玻璃毛细管C12的内壁，则是由于玻璃毛细管C12内壁被污染，同样更换玻璃毛细管C12即可。

通过调整合适的三相液体流速，直至发生器连续输出独立的乳粒为止，乳粒的内外径与毛细管尺寸、三相流速及各相液体的流体性质有关，需要根据具体实验考察确认，三相液体可根据乳粒成分需求选择合适的液体。

制备完成后发生器需要清洗以备下次使用，清洗液采用对聚苯乙烯有非常好溶解性的四氢呋喃。首先停止三相流体输入，将油相输入所使用的注射器用充满四氢呋喃的注射器替换，将外水相输入所使用的注射器用充满去离子水的注射器替换。开启三相液体的驱动注射泵，至软管中油相完全被驱除，再反复清洗2次。封闭进样口Ⅱ，继续将内水相注射器也使用充满四氢呋喃的注射器替换，反复清洗2次即可清洗掉发生器内残余的油相溶剂，发生器晾干后可再次使用。

实施例2

本实施例制备一种水包油型乳粒，方法与实施例1基本相同，不同之处在于需要疏水处理的毛细管由玻璃毛细管B9换成玻璃毛细管A3和玻璃毛细管C12，进样口Ⅰ进内油相溶液、进样口Ⅱ进水相溶液、进样口Ⅲ进外油相溶液。各相液体同样根据需要制备的乳液特征进行选择配制。

实施例3

本实施例制备一种空心聚合物微球，方法与实施例1基本相同，不同之处在于乳粒产生后使用烧瓶接收乳粒，并置于旋转蒸发器上，转动升温固化一定的时间后获得内部含水的聚苯乙烯微球，再用50℃烘箱干燥后即可形成空心的聚苯乙烯微球。根据需要获得的聚合物微球成分要求，选择相应合适的聚合物油相溶液即可。微球固化的方式可根据聚合物特性具体选择，如乳液聚合或光固化等方式均可采用，引发剂可通过内外水相引入。

实施例4

本实施例制备一种实心聚合物微球，方法与实施例3基本相同，不同之处在于将实例3中的进样口Ⅲ关闭或通入与进样口Ⅱ同样的溶液充当冲刷流体，经过类似的固化和干燥后得到实心聚苯乙烯微球。

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可拆卸无胶型乳粒发生器，其特征在于，所述发生器包括顺序连接的进样结构、同轴嵌套管道结构、调整结构；

所述的进样结构包括进样口Ⅰ、进样口Ⅱ、进样口Ⅲ；

所述的进样口包括螺帽、进样管、锥形密封圈、硅胶密封垫；

所述的进样口Ⅰ为第一相液体输入端口，进样管（1）依次穿过螺帽（2）、锥形密封圈（5）顶在硅胶密封垫（6）上，由螺帽（2）旋紧固定在三通A（4）的右侧；

所述的进样口Ⅱ为第二相液体输入端口，进样管依次穿过螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后伸入到三通A（4）的顶端通孔内，由螺帽旋紧固定在三通A（4）的顶端；

所述的进样口Ⅲ为第三相液体输入端口，结构与进样口Ⅱ相同，由螺帽旋紧固定在三通B（13）的顶端；

所述的同轴嵌套管道结构包括三通、玻璃毛细管、螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫和玻璃套管；三通A（4）的右侧用螺帽（2）通过锥形密封圈（5）压紧硅胶密封垫（6）旋紧固定；三通A（4）的左侧、三通B（13）的左右两侧与三通A（4）的右侧结构相同，螺帽入口处安装有密封圈，三通A（4）和三通B（13）以及三通B（13）和直型套管（10）之间通过伸入密封圈的玻璃套管（8）连接；玻璃毛细管A（3）、玻璃毛细管B（9）和玻璃毛细管C（12）和玻璃套管（8）由内到外同轴嵌套；玻璃毛细管A（3）右端穿过进样口Ⅰ的硅胶密封垫（6）伸入进样管（1）中，玻璃毛细管A（3）左端穿过三通A（4）并伸入玻璃毛细管B（9）右端，最后到达玻璃套管（8）中部；玻璃毛细管B（9）右端穿过三通A（4）左侧的螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后进入三通A（4），到达进样口Ⅱ的下方，玻璃毛细管B（9）左端穿过三通B(13)后伸入玻璃毛细管C（12）右端，最后到达三通B与三通C之间玻璃套管的中部；玻璃毛细管C（12）右端穿过三通B（13）左侧的螺帽、锥形密封圈、硅胶密封垫后进入三通B（13），到达进样口Ⅲ的下方，玻璃毛细管C（12）左端穿过玻璃套管（8）和直型套管（10）；

所述的调整结构包括调整螺丝（11）、直型套管（10），直型套管（10）通过玻璃套管（8）与同轴嵌套管道结构中的三通B（13）左侧连接，四颗调整螺丝（11）正交分布于直型套管（10）上。

2.根据权利要求1所述的一种可拆卸无胶型乳粒发生器，其特征在于，所述的螺帽、三通的材料为耐溶剂腐蚀的不锈钢或ETFE、PEEK类聚合物，锥形密封圈材料为ETFE；进样管为不锈钢或者其他耐溶剂的硬性材质。

3.根据权利要求1所述的可拆卸无胶型乳粒发生器，其特征在于，所述的用于制备W/O型乳粒和空心聚合物微球时，所述的玻璃毛细管B（9）需进行疏水表面修饰；用于制备O/W型乳粒和实心聚合物微球时，所述的玻璃毛细管A（3）和玻璃毛细管C（12）需进行疏水表面修饰。

4.根据权利要求3所述的可拆卸无胶型乳粒发生器，其特征在于，所述的毛细管的疏水表面修饰采用十八烷基三甲氧基硅烷和甲苯按体积比1:100配制的混合溶液，烷基化反应后清洗液为乙醇。