CN109912737A - 一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球及其制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将木质素磺酸盐溶解于无水乙醇与水的混合溶剂中，得到木质素磺酸盐溶液；(2)在60‑80℃的微波条件下，保持木质素磺酸盐溶液处于搅拌状态，向木质素磺酸盐溶液中以一定的进样速度滴加苯乙烯单体和偶氮类引发剂，滴加1‑2h，保温反应1‑3h；(3)反应结束后，利用无水乙醇和超纯水反复清洗后分离固体物质干燥得到白色粉末，即所述粒径可控的微米级聚苯乙烯微球。本发明的方法转化率高，制备速率快，得到的聚苯乙烯微球粒径可控，均一性和单分散性好，单分散性为0.1‑0.2。
Description
技术领域
本发明属于聚合物制备技术领域，具体涉及一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法。
背景技术
单分散性微米级聚苯乙烯微球由于其单分散均一的尺寸所具有的超高比表面积和反应活性且具有优异的吸附性能，机械性能与化学性能等极其优异的性能。因此，广泛的应用在化妆品、医疗诊断、光学成像、催化负载载体、多功能涂料、色谱分析等各个领域。
因此，设计并制备一种粒径可控的单分散性微米级聚苯乙烯微球具有十分重要的意义。
目前关于合成聚苯乙烯微球的制备方法已经有大量的研究和报道，但仍存在着大量难题。如李子樵等人(专利号：CN 102675501 A)报道了一种聚苯乙烯微球的制备方法，即通过在反应体系中加入水和乳化剂，再加入一定量的反应单体，预乳化0.5-2.5小时，再在氮气保护下滴加引发剂反应12-48小时，最后通过多次离心得到产物，但此方法反应时间过长，工艺复杂，耗费大量的能源；刘清泉等人(专利号：CN 102408508 A)提供了一种粒径可控的单分散阳离子型聚苯乙烯微球的制备方法，即通过加入的阳离子型引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐在反应的过程中释放阳离子基团最终吸附在球表面从而达到阳离子的修饰，但工艺复杂，耗费大量的能源；陈建定等人(专利号：CN 1793187 A)发明了一种粒径连续可控的单分散聚苯乙烯微球的制备方法，即通过调节苯乙烯和丙烯酸的混合单体的配比，可获得不同粒径的聚苯乙烯微球。但报道的制备方法繁琐复杂，原料价格昂贵对于普通的医疗，催化等领域具有很大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将木质素磺酸盐溶解于无水乙醇与水的混合溶剂中，得到木质素磺酸盐溶液；
(2)在60-80℃的微波条件下，保持木质素磺酸盐溶液处于搅拌状态，向木质素磺酸盐溶液中以恒定的进样速度滴加苯乙烯单体和偶氮类引发剂，滴加1-2h，保温反应1-3h；
(3)反应结束后，利用无水乙醇和超纯水反复清洗后分离固体物质干燥得到白色粉末，即所述粒径可控的微米级聚苯乙烯微球。
本发明通过木质素磺酸盐作为分散剂聚合制备粒径可控的单分散性微米级聚苯乙烯微球，在微波条件下活化反应使反应效率大大提高，反应单体苯乙烯的转化率达到99.99％，且反应速率快，在3h内就可以完成反应。
优选地，木质素磺酸盐溶液中木质素磺酸盐的质量浓度为1-5％。
通过调控木质素磺酸盐的浓度可以精确控制微米级聚苯乙烯微球的粒径大小，同时极大地提高了聚苯乙烯微球的均一性和单分散性。
优选地，木质素磺酸盐溶液中木质素磺酸盐的质量浓度为1％、2％或者4％。
优选地，步骤(1)中微波反应的温度为70℃。
优选地，步骤(2)中微波的功率为600W。
优选地，步骤(2)中苯乙烯单体的滴加速度为5ml/h。
通过调控苯乙烯单体的滴加速度可以极大地提高了聚苯乙烯微球的均一性和单分散性。
优选地，步骤(3)中清洗后分离固体物质的方法为离心，离心速度为5000r/min。
本发明还提供一种上述任一所述方法制备得到的微米级聚苯乙烯微球，所述微米级聚苯乙烯微球的粒径为1.8-3.6μm，所述微米级聚苯乙烯微球粒径的单分散性为0.1-0.2。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球及其制备方法，本发明的方法通过木质素磺酸盐作为分散剂聚合制备粒径可控的单分散性微米级聚苯乙烯微球，在微波条件下活化反应使反应效率大大提高，反应单体苯乙烯的转化率达到99.99％，且反应速率快在3h内就可以完成反应。通过调控木质素磺酸盐的量可以精确控制微米级聚苯乙烯微球的粒径大小，同时精确控制苯乙烯单体的滴加速度极大地提高了聚苯乙烯微球的均一性和单分散性；本发明的聚苯乙烯微球的单分散性系数(PDI)在0.1-0.2的范围内，其作为无机有机纳米复合材料和微纳模板球方面，在医疗诊断，光学成像，催化负载载体，多功能涂料，信息工程，生物工程等领域，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例制备得到的聚苯乙烯微球表征图，其中，a：聚苯乙烯微球SEM图，b：聚苯乙烯微球粒径分布图。
图2为本发明实施例制备得到的聚苯乙烯微球表征图，其中，a：聚苯乙烯微球SEM图，b：聚苯乙烯微球粒径分布图。
图3为本发明实施例制备得到的聚苯乙烯微球表征图，其中，a：聚苯乙烯微球SEM图，b：聚苯乙烯微球粒径分布图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将木质素磺酸盐加入到一定比例的无水乙醇与水的混合溶剂中，得到木质素磺酸盐溶液，木质素磺酸盐溶液中木质素磺酸盐的质量浓度为1％，在磁力搅拌下，微波加热升温至70摄氏度；
(2)在70℃的微波条件下，保持木质素磺酸盐溶液处于搅拌状态，向木质素磺酸盐溶液中利用微量进样器以5ml/h的恒定进样速度逐滴加入苯乙烯单体，同时滴加偶氮类引发剂，滴加1-2h，保温反应1-3h；
(3)反应结束后，利用无水乙醇和超纯水反复离心清洗3次，最后室温下干燥回收白色粉末，其中离心速度为5000r/min。
本实施例中制备的粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的表观形貌扫描电镜图如图1a所示，微米级聚苯乙烯微球的粒径为3.0-3.6μm。如图1b所示，聚苯乙烯微球粒径的单分散系数为：0.183。
实施例2
作为本发明实施例的一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将木质素磺酸盐加入到一定比例的无水乙醇与水的混合溶剂中，得到木质素磺酸盐溶液，木质素磺酸盐溶液中木质素磺酸盐的质量浓度为2％，在磁力搅拌下，微波加热升温至70摄氏度；
(2)在70℃的微波条件下，保持木质素磺酸盐溶液处于搅拌状态，向木质素磺酸盐溶液中利用微量进样器以5ml/h的恒定进样速度逐滴加入苯乙烯单体，同时滴加偶氮类引发剂，滴加1-2h，保温反应1-3h；
(3)反应结束后，利用无水乙醇和超纯水反复离心清洗3次，最后室温下干燥回收白色粉末，其中离心速度为5000r/min。
本实施例中制备的粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的表观形貌扫描电镜图如图2a所示，微米级聚苯乙烯微球的粒径为2.0-2.2μm。如图2b所示，聚苯乙烯微球粒径的单分散系数为：0.112。
实施例3
作为本发明实施例的一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将木质素磺酸盐加入到一定比例的无水乙醇与水的混合溶剂中，得到木质素磺酸盐溶液，木质素磺酸盐溶液中木质素磺酸盐的质量浓度为4％，在磁力搅拌下，微波加热升温至70摄氏度；
(2)在70℃的微波条件下，保持木质素磺酸盐溶液处于搅拌状态，向木质素磺酸盐溶液中利用微量进样器以5ml/h的恒定进样速度逐滴加入苯乙烯单体，同时滴加偶氮类引发剂，滴加1-2h，保温反应1-3h；
(3)反应结束后，利用无水乙醇和超纯水反复离心清洗3次，最后室温下干燥回收白色粉末，其中离心速度为5000r/min。
本实施例中制备的粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的表观形貌扫描电镜图如图3a所示，微米级聚苯乙烯微球的粒径为1.8-2.0μm。如图3b所示，聚苯乙烯微球粒径的的单分散系数为：0.135。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种粒径可控的微米级聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将木质素磺酸盐溶解于无水乙醇与水的混合溶剂中，得到木质素磺酸盐溶液；
(2)在60-80℃的微波条件下，保持木质素磺酸盐溶液处于搅拌状态，向木质素磺酸盐溶液中以恒定的进样速度滴加苯乙烯单体和偶氮类引发剂，滴加1-2h，保温反应1-3h；
(3)反应结束后，利用无水乙醇和超纯水反复清洗后分离固体物质干燥得到白色粉末，即所述粒径可控的微米级聚苯乙烯微球。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，木质素磺酸盐溶液中木质素磺酸盐的质量浓度为1-5％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，木质素磺酸盐溶液中木质素磺酸盐的质量浓度为1％、2％或者4％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中微波反应的温度为70℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中微波的功率为600W。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中苯乙烯单体的滴加速度为5ml/h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中通过微量注射器控制苯乙烯单体的滴加速度，步骤(3)中清洗后分离固体物质的方法为离心，离心速度为5000r/min。
8.一种如权利要求1-7任一所述方法制备得到的微米级聚苯乙烯微球，所述微米级聚苯乙烯微球的粒径为1.8-3.6μm，所述微米级聚苯乙烯微球粒径的单分散性系数在0.1-0.2的范围内。
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