CN111253612A - 一种聚合物功能微球的发泡方法 - Google Patents

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姚雨乐
王文涛
张蓓蓓
胡芳芳
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Abstract

本发明涉及一种聚合物功能微球的发泡方法，更具体地说是利用瞬时温度差和压力差实现聚合物功能微球发泡的方法，属于材料加工领域。本发明的技术方案是这样实现的，首先采用悬浮聚合法制备一种待发泡的聚合物功能微球，然后将待发泡的聚合物功能微球加入到带有泄放口的高压反应釜中，并向高压反应釜中通入氮气，调整其内部压力和温度并保温一段时间，随后在泄放口处固定好收集布袋并瞬间开启泄放口，受热软化的聚合物功能微球在高压氮气的作用下喷入收集布袋中，微球内部的膨胀剂在有压力差的情况下，驱动外壳向外膨胀而形成中空结构，同时软化的外壳在有温度差的情况下冷却固化，从而形成具有中空结构的聚合物功能微球，瞬间完成发泡过程。

Description

一种聚合物功能微球的发泡方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物功能微球的发泡方法，更具体地说是利用瞬时温度差和压力差实现聚合物功能微球发泡的方法，属于材料加工领域。
背景技术
聚合物空心微球具有低密度、光散射性好、比表面积高、热绝缘性优良等优点，而且其空心部分可容纳大量的客体分子或大尺寸的客体，可以产生一些奇特的基于微观“包裹”效应的性质，使得空心微球结构材料作为一种新型功能材料有着广阔的应用前景，在工业炸药、轻质填料、高性能遮光涂料、光学材料、催化材料和生物医用材料等领域有着广泛的应用。聚合物微球的合成方法有模板法、自组装法、悬浮聚合法、乳液法和喷雾反应法等，而悬浮聚合法由于其工艺简单、微球成型效果好等优点而被广泛采用。悬浮聚合法通过有机物单体的聚合反应将一些易挥发物质和一些功能材料封装起来，然后通过加热形成微球的中空结构。程扬帆等在其专利CN201810208682.3公布了一种热膨胀中空微球包覆含能添加剂的方法，刘蓉等在其专利CN201811025047.8公布了一种乳化炸药用多核中空含能微球及其制备方法，这两种方法虽然能够形成聚合物空心微球结构，但是都是采用长时间直接加热法，由于存在温度梯度，容易使空心微球受热不均，从而导致最终的微球粒径大小不一，经常出现部分微球未发泡而部分又发泡过度而破裂的情况；同时，采用长时间直接加热法很难把握好加热时间，加热时间过短则膨胀效果差，加热时间过长则微球外壳会因熔化而相互粘在一起，进而严重影响聚合物功能微球的质量。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用瞬时温度差和压力差实现聚合物功能微球发泡的方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
St1：采用悬浮聚合法制备一种待发泡的聚合物功能微球，该微球主要由膨胀剂和聚合物外壳组成。
St2：将待发泡的聚合物功能微球加入到带有泄放口的高压反应釜中，并向高压反应釜中通入氮气，使其内部压力达到0.1～3MPa，同时将高压反应釜内的温度调至25～250℃，并保温5～25min；
St3：在泄放口处固定好收集布袋，然后瞬间开启泄放口，受热软化的聚合物功能微球在高压氮气的作用下喷入收集布袋中，微球内部的膨胀剂在有压力差的情况下，驱动外壳向外膨胀而形成中空结构，同时软化的外壳在有温度差的情况下冷却固化，从而形成具有中空结构的聚合物功能微球，瞬间完成发泡过程。
优选地，St1中的膨胀剂为(异)丁烷、(异)戊烷、(异)己烷、(异)庚烷、(异)辛烷、(异)壬烷、(异)癸烷、(异)十一烷、(异)十二烷、(异)十三烷、氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等一种或几种的组合等。
优选地，St1中聚合物外壳的单体为丙烯腈类单体、乙烯类单体、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体、含氟丙烯酸酯类单体等一种或几种的组合。
本发明采用上述技术方案具有的有益效果：
1.通过将高压反应釜的加热温度设置在膨胀剂分解温度和聚合物外壳熔化温度之间，既可以确保膨胀介质分解和聚合物外壳软化，也可以防止功能微球的聚合物外壳因熔化而相互粘在一起。
2.高压反应釜中的高压气体可以确保聚合物功能微球不提前发泡，当泄放口瞬间开启时，微球的膨胀和冷却固化过程瞬间完成，减少了软化微球间的相互作用，显著提高了聚合物功能微球的发泡质量。
3.通过调整高压反应釜与外界环境的温度差和压力差，可以实现微球粒径大小可调，从而制备不同膨胀率的聚合物功能微球。
附图说明
图1是未发泡的聚合物功能微球，图1中1是聚合物外壳，2是膨胀剂。
图2是发泡后的聚合物功能微球，图2中1是聚合物外壳，2是膨胀剂分解产生的气体。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明，但并不构成对本发明的任何限制。
实施例1
聚甲基丙烯酸甲酯功能微球的发泡方法：
本发明的技术方案是这样实现的：
St1：采用悬浮聚合法制备待发泡的聚甲基丙烯酸甲酯功能微球，该微球主要由15份膨胀剂异戊烷和85份聚甲基丙烯酸甲酯外壳组成，初始的平均粒径为56μm。
St2：将待发泡的聚甲基丙烯酸甲酯功能微球加入到带有泄放口的高压反应釜中，并向高压反应釜中通入氮气，使其内部压力达到2MPa，同时将高压反应釜内的温度调至120℃，并保温10min；
St3：在泄放口处固定好收集布袋，然后瞬间开启泄放口，受热软化的聚甲基丙烯酸甲酯功能微球在高压氮气的作用下喷入收集布袋中，微球内部的膨胀剂异戊烷在有压力差的情况下，驱动聚合物外壳向外膨胀而形成中空结构，同时软化的外壳在有温度差的情况下冷却固化，从而形成具有中空结构的聚甲基丙烯酸甲酯功能微球，平均粒径为183μm。
实施例2
含氟丙烯酸酯聚合物功能微球的发泡方法：
表1不同初始压力下含氟丙烯酸酯聚合物功能微球的发泡效果
初始压力/MPa 0.8 1.2 1.6 2.0 2.5
最终平均粒径/μm 103 112 118 129 150
膨胀率 1.63 1.78 1.87 2.05 2.38
本发明的技术方案是这样实现的：
St1：采用悬浮聚合法制备一种待发泡的含氟丙烯酸酯聚合物功能微球，该微球主要由10份膨胀剂异庚烷和90份含氟丙烯酸酯聚合物外壳组成，初始的平均粒径为63μm。
St2：将待发泡的含氟丙烯酸酯聚合物功能微球加入到带有泄放口的高压反应釜中，并向高压反应釜中通入氮气，使其内部压力达到0.8MPa，将高压反应釜内的温度调至185℃，并保温15min；
St3：在泄放口处固定好收集布袋，然后瞬间开启泄放口，受热软化的聚合物功能微球在高压氮气的作用下喷入收集布袋中，微球内部的膨胀剂异庚烷在有压力差的情况下，驱动聚合物外壳向外膨胀而形成中空结构，同时软化的外壳在有温度差的情况下冷却固化，从而形成具有中空结构的聚合物功能微球，瞬间完成发泡过程。
重复以上步骤，保持高压反应釜内温度和保温时间不变，通过将高压反应釜内部压力分别调整为1.2、1.6、2.0、2.5MPa，制备不同膨胀率的含氟丙烯酸酯聚合物功能微球，实验结果如表1所示。

Claims (2)

1.一种聚合物功能微球的发泡方法，主要原理是利用瞬时温度差和压力差实现聚合物功能微球的发泡。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物功能微球的发泡方法，具体步骤如下：
St1：采用悬浮聚合法制备一种待发泡的聚合物功能微球，该微球主要由膨胀剂和聚合物外壳组成。
St2：将待发泡的聚合物功能微球加入到带有泄放口的高压反应釜中，并向高压反应釜中通入氮气，使其内部压力达到0.1～3MPa，同时将高压反应釜内的温度调至25～250℃，并保温5～25min；
St3：在泄放口处固定好收集布袋，然后瞬间开启泄放口，受热软化的聚合物功能微球在高压氮气的作用下喷入收集布袋中，微球内部的膨胀剂在有压力差的情况下，驱动外壳向外膨胀而形成中空结构，同时软化的外壳在有温度差的情况下冷却固化，从而形成具有中空结构的聚合物功能微球，瞬间完成发泡过程。
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