CN115180949A - 一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法 - Google Patents

一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法 Download PDF

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Abstract

一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,涉及一种聚合物陶瓷微球制备方法,本发明的具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球,包括硅基核心层和碳基外壳层。制备方法包括如下步骤:1)制备硅橡胶微球核心层。2)在硅橡胶微球外部原位生成苯并噁嗪树脂外壳层,获得具有双层结构的苯并噁嗪/硅橡胶微球;3)将苯并噁嗪/硅橡胶微球在惰性气体氛围内进行高温热解,即可得到所述具有双层结构的苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球。本发明制备的具有双层结构的苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球的内外层具有不同的孔结构和元素分布,且具有优异的力学性能,可广泛应用于电极材料,催化剂载体,吸附材料等领域。

Description

一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物微球制备方法,特别是涉及一种具有双层结构的苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球的制备方法。
背景技术
微球(microsphere)是指药物分散或被吸附在高分子、聚合物基质中而形成的微粒分散体系。制备微球的载体材料很多,主要分为天然高分子微球(如淀粉微球,白蛋白微球,明胶微球,壳聚糖等)和合成聚合物微球(如聚乳酸微球),本发明涉及的是聚合物微球。
聚合物微球的制备通常可采用乳液聚合技术,主要包括乳液聚合、无皂乳液聚合、微乳液聚合、细乳液聚合、悬浮聚合、分散聚合、种子溶胀聚合、沉淀聚合以及界面聚合等方法。此外,还可以利用大分子自组装或者物理乳化法制备聚合物微球。通过选择不同的制备方法,控制制备条件,可以得到具有不同粒径大小及分布的聚合物微球。根据不同的使用要求,微球需要具有不同的功能,聚合物微球的功能化主要有两种方法:一是利用不同的功能性单体制备表面含有特定官能团的微球;二是通过对制备得到的微球的后期表面处理即各种化学改性,从而赋予微球特定的功能。
然而,常规的聚合物微球由于其分子结构因素,同时带来了一些相应的缺点,如耐老化性能差,高温性能有限,材料表面负载特殊结构困难,强度低,易应力松弛和蠕变等。现有酚醛树脂微球实心,力学性能差,微孔形貌单一。
聚合物微球在固相有机合成化学、分离分析、药物控制释放、免疫测定等领域得到了广泛的应用,但高分子材料自身的缺陷使之在超高温,强酸,强碱和溶剂环境下的应用受到了限制。
苯并噁嗪是一种新型热固性树脂,指结构中含有N和O六元噁嗪环的化合物统称,因其固化过程中没有小分子放出,固化收缩率几乎为零,模量高,强度大,耐热好,吸水率低等特性。
陶瓷化硅橡胶具有极佳的耐高温性、化学惰性,机械强度高等特性,而且挤出成型工艺简单,其燃烧后残余物为坚硬的陶瓷化壳体。
中国发明专利03112025.3、ZL200410012346.X、ZL200810179616.4及201210005879.X 等报道了制备酚醛树脂微球或碳球的方法,产品为实心、单层、非单分散性微球。中国发明专利ZL201510127997 .1涉及一种单分散碳微球的制备方法:该发明是首先制备出油包水的酚醛树脂液滴,然后酚醛树脂液滴通过热固化形成酚醛树脂微球,接着通过洗涤、分离获得单分散酚醛树脂微球,最后将微球在惰性气氛中进行高温炭化,制得单分散酚醛树脂炭微球。有文献报道了以间苯二酚为单体,采用辐射方法快速制备功能性单分散微球的方法,微球碳化产率54%,以上文献公开的微球均为为实心、单层微球。
由此可知:现有技术获得的均为酚醛实心的单层微球,碳化收率偏低,孔形貌和大小较单一,力学性能差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,本发明工艺简单,易于操作,成本低廉的方法制备苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球,将双层结构的苯并噁嗪/硅橡胶两者结合在一起,高温热解后,具有炭化收率高、杂质含量低、易于活化成孔等优点,是制备聚合物多孔微球的理想材料。
本发明的目的是采用下述方案实现的:
一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,包括如下步骤:
1)硅橡胶微球核心层制备方法是将液体硅橡胶100份,超细玻璃微粉1~150份,高温硫化剂0.01~10份,腰果酚1~30份充分混合形成粘稠浆体。然后粘稠浆体通过喷雾的方法喷射到100~120℃的密闭空间中,球形液体硅橡胶迅速转变成固态小颗粒,落到密闭空间底部;
2)将固态硅橡胶颗粒,聚醚胺和多聚甲醛混合物,通过微流控液滴技术在微通道反应器中形成油包水反应液滴并发生反应,反应结束后会在硅橡胶固体颗粒表面形成苯并噁嗪壳层;
3)将苯并噁嗪/硅橡胶微球加热到400-1000℃使微球发生热分解。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的硫化剂为二丁基二月桂酸锡,二丁基锡、辛酸亚锡,正硅酸酯中的一种或几种。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的聚醚胺为D230,T403中的一种或其混合物。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的腰果酚,聚醚胺D230和多聚甲醛和的摩尔比为2:1:2。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的腰果酚,聚醚胺T403和多聚甲醛和的摩尔比为3:1:3。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的微球包括硅基核心层和碳基外壳层。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述微球的直径为20μm-1000μm,其中硅基核心层为20μm-500μm,碳基外壳层为500μm-1000μm;
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的微球的比表面积为1000-2000m2/g,孔体积为0 .4-2cm3/g。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的微球陶瓷化的温度为400-1000℃;所述的陶瓷化过程在惰性气体气氛下进行。
所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,所述的微球陶瓷化气氛为N2,Ar,He惰性气体或其混合物。
附图说明
图1为本发明腰果酚的分子结构和C15 长链;
图2为本发明 D230基苯并噁嗪制备过程;
图3为本发明 T403基苯并噁嗪制备过程;
图4 为本发明带状硅橡胶陶瓷化实验照片。
具体实施方式
本发明的机理如下:
1.液体硅橡胶和含二氧化硅的超细玻璃微粉,高温硫化剂,腰果酚共混后形成尺寸均一的高粘度、未硫化的液态硅橡胶粒子,该粒子在高温硫化剂的作用下发生硫化反应形成固态粒子,同时将超细玻璃微粉和腰果酚包裹在内部形成核心层。由于腰果酚与硫化硅橡胶相容性差,不断从橡胶内部析出,扩散到硅橡胶粒子表面;
2.聚醚胺D230和T403均是多元伯胺,且极性的伯胺基团与硅橡胶相容性差,当采用油包水的微流控液滴技术时,聚醚胺和多聚甲醛均倾向于聚集在硅橡胶粒子表面。腰果酚C15分子长链中的非极性链段倾向于同硅橡胶分子链发生物理缠结,酚羟基则倾向于游离于硅橡胶粒子表面,腰果酚的分子结构如图1所示。此时,硅橡胶表面同时存在的聚醚胺,甲醛和腰果酚通过曼尼奇反应生成了苯并噁嗪。生成的苯并噁嗪借助于腰果酚C15分子长链通过物理交联的方式牢固的结合在硅橡胶粒子表面形成壳层。聚醚胺D230和T403基苯并噁嗪合成反应式如图2,图3所示。
3.最后,含有核壳结构的聚合物微球在惰性气氛中进行高温陶瓷化反应,核层的硅结构层和壳层的碳结构层组成成分不同,表现出不同的孔结构和分布,硅结构层相对于碳结构层来说具有更小的孔结构,内外层不同的孔结构和分布体现出不同的电子吸附、脱附效应,且陶瓷化的核层赋予了微球更高的力学性能和化学惰性,使之可以在更为苛刻的条件下使用,图4所示为单纯由硅橡胶核层材料制备的带状材料的陶瓷化实验。
为进一步说明本发明的技术方案,列举如下具体实施例。
实施例1
将液体硅橡胶1000克,超细玻璃微粉650克,二丁基二月桂酸锡0.07克,120.98克腰果酚充分混合形成粘稠浆体,然后粘稠浆体通过喷雾的方法喷射到100℃的密闭空间中,球形液体硅橡胶受热迅速转变成固态小颗粒,落到密闭空间底部;将得到的固态硅橡胶颗粒,聚醚胺D230 46克和12.0克多聚甲醛混合物,通过微流控液滴技术在微通道反应器中形成油包水反应液滴并发生反应,反应结束后会在硅橡胶固体颗粒表面形成苯并噁嗪壳层;最后将聚苯并噁嗪/硅橡胶微球N2氛围下加热到750℃使微球发生热分解实现微球陶瓷化得到最终制品。
实施例2
将液体硅橡胶1000克,超细玻璃微粉1500克,二丁基锡0.015克,900.75克腰果酚充分混合形成粘稠浆体,然后粘稠浆体通过喷雾的方法喷射到110℃的密闭空间中,球形液体硅橡胶受热迅速转变成固态小颗粒,落到密闭空间底部;将得到的固态硅橡胶颗粒,聚醚胺T403 440.00克和90.0克多聚甲醛混合物,通过微流控液滴技术在微通道反应器中形成油包水反应液滴并发生反应,反应结束后会在硅橡胶固体颗粒表面形成苯并噁嗪壳层;最后将聚苯并噁嗪/硅橡胶微球N2氛围下加热到900℃使微球发生热分解实现微球陶瓷化得到最终制品。
实施例3
将液体硅橡胶1000克,超细玻璃微粉1200克,辛酸亚锡0.015克,60.49克腰果酚充分混合形成粘稠浆体,然后粘稠浆体通过喷雾的方法喷射到120℃的密闭空间中,球形液体硅橡胶受热迅速转变成固态小颗粒,落到密闭空间底部;将得到的固态硅橡胶颗粒,聚醚胺D230 23克和6.0克多聚甲醛混合物,通过微流控液滴技术在微通道反应器中形成油包水反应液滴并发生反应,反应结束后会在硅橡胶固体颗粒表面形成苯并噁嗪壳层;最后将聚苯并噁嗪/硅橡胶微球N2氛围下加热到800℃使微球发生热分解实现微球陶瓷化得到最终制品。
表1 实施例测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内,如上实施例的测试结果如表1。

Claims (10)

1.一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
硅橡胶微球核心层制备方法是将液体硅橡胶100份,超细玻璃微粉1~150份,高温硫化剂0.01~10份,腰果酚1~30份充分混合形成粘稠浆体;然后粘稠浆体通过喷雾的方法喷射到100~120℃的密闭空间中,球形液体硅橡胶迅速转变成固态小颗粒,落到密闭空间底部;
将固态硅橡胶颗粒,聚醚胺和多聚甲醛混合物,通过微流控液滴技术在微通道反应器中形成油包水反应液滴并发生反应,反应结束后会在硅橡胶固体颗粒表面形成苯并噁嗪壳层;
将苯并噁嗪/硅橡胶微球加热到400-1000℃使微球发生热分解。
2.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的硫化剂为二丁基二月桂酸锡,二丁基锡、辛酸亚锡,正硅酸酯中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的聚醚胺为D230,T403中的一种或其混合物。
4.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的腰果酚,聚醚胺D230和多聚甲醛和的摩尔比为2:1:2。
5.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的腰果酚,聚醚胺T403和多聚甲醛和的摩尔比为3:1:3。
6.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的微球包括硅基核心层和碳基外壳层。
7.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的微球的直径为20μm-1000μm,其中硅基核心层为20μm-500μm,碳基外壳层为500μm-1000μm。
8.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的微球的比表面积为1000-2000m2/g,孔体积为0 .4-2cm3/g。
9.如权利要求1所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的微球陶瓷化的温度为400-1000℃,所述的陶瓷化过程在惰性气体气氛下进行。
10.如权利要求9所述的一种具有双层结构苯并噁嗪/硅橡胶陶瓷微球制备方法,其特征在于,所述的微球陶瓷化气氛为N2,Ar,He惰性气体或其混合物。
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