CN1269847C - 制备树脂颗粒的方法、树脂颗粒及制备树脂颗粒的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在化学、医药、电子材料等领域中使用的粒度均匀的树脂微粒的制备方法，树脂微粒及树脂微粒的生产装置。本发明提供一种树脂微粒的制备方法，其包括：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂，形成液滴；然后在不分裂或不集合液滴的状态下将液滴聚合，该方法包括确认所述液体分裂成液滴的状态，根据确认结果的反馈信息确定液体的所述排放和/或所述机械振动的条件。

Description

制备树脂颗粒的方法、树脂颗粒及制备树脂颗粒的装置
技术领域
本发明涉及在化学、医药、电子材料等领域中使用的粒度均匀的树脂微粒的制备方法，树脂微粒及树脂微粒的生产装置。
背景技术
传统上已知的生产树脂微粒的方法是悬浮聚合法。该方法是将其中溶解有分散稳定剂的水基介质加入带有搅拌器的反应容器，在搅拌的同时加入其中溶解有聚合引发剂的可聚合单体，加热，从而得到树脂微粒。但是，用该方法得到的树脂微粒的粒度分布很宽，因此在要求粒度均匀的柱填材料、垫圈、调色剂、用于泡沫产品的材料等领域内必须进行分拣操作，例如进行分级，所以该方法极为复杂。
相反，日本特开昭57-102905中公开的一种方法是利用机械振动将具有层流性能的可聚合单体流破碎成小液滴，将液滴以连续相移入聚合容器，然后通过加热使其聚合。但是，根据该方法公开的装置，因为设置了多个可聚合单体开口，所以每一个开口在实际上难以排放相同的流量，因此会发生流量的不规则性。因此，在相同的机械频率下液滴的分裂在容量及粒度方面是不规则的。因此，根据该装置，因为不能充分掌握分裂状态，所以在分裂失败的情况下，难以避免的分裂失败将导致最终树脂微粒粒度的均匀性受到破坏。另外，因为该装置没有检测液滴生产状态或液滴粒度的机构，所以即使在生产条件波动等因素破坏粒度均匀性的情况下，生产仍然会一如既往地进行，因此存在的问题是得到的树脂微粒的均匀性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种在化学、医药、电子材料等领域中使用的粒度均匀的树脂微粒的制备方法，树脂微粒及树脂微粒的生产装置。
本发明提供一种树脂微粒的制备方法，其包括：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂，形成液滴；和在不分裂或集合液滴的状态下将液滴聚合，该方法包括确认所述液体分裂成液滴的状态，根据确认结果的反馈信息确定液体的所述排放和/或所述机械振动的条件。
另外，本发明提供一种树脂微粒的制备方法，其包括：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂，形成液滴；和在不分裂或集合液滴的状态下将液滴聚合，该方法包括测量所述形成的液滴的大小，根据测量结果的反馈信息确定液体的所述排放和/或所述机械振动的条件。
本发明的一个方面是提供用本发明的树脂微粒的制备方法生产的树脂微粒，其平均粒度是10-3000μm，80％或更多的微粒在平均粒度±10％的范围内。
本发明的另一个方面是提供树脂微粒的生产装置，其包括：分散容器；开设于分散容器中的喷射孔，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质；向喷入液体分散介质的含有可聚合单体的液体施加机械振动的设备；和为形成液滴照相的照相单元。
本发明的再一个方面是提供树脂微粒的生产装置，其包括：分散容器；开设于分散容器中的喷射孔，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质；向喷入液体分散介质的含有可聚合单体的液体施加机械振动的设备；和为形成液滴测量粒度的测量设备。树脂微粒的生产装置优选包括基于液滴粒度的测量结果调节含有可聚合单体的液体的排放条件和/或机械振动条件的设备。
附图简述
图1是示出可聚合单体的液柱正常形成液滴的情况的示意图。图2是示出可聚合单体的液柱由于收缩性差而没有形成液滴的情况的示意图。图3是示出实施例1中使用的树脂微粒的生产装置的概略图。图4是示出实施例2中使用的树脂微粒的生产装置的概略图。
在这些图中，1表示液态可聚合单体的容器；2表示喷射孔；3表示分散容器；4表示变换器(transducer)；5表示照相单元；6表示照明单元；7表示CRT显示器；A表示放大器；C1表示泵控制器；C2表示图像控制器；D表示液体分散介质；FG表示函数发生器(电信号发生器)；M表示液态可聚合单体；P表示泵；S表示测量单元。
具体实施方式
下面详述本发明。
本发明的树脂微粒的制备方法包括：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂，形成液滴；然后在不分裂或集合液滴的状态下将液滴聚合。
连续相不限于气体和液体。气体的例子包括空气、惰性气体如氮气和氩气等。在连续相作为水系而可聚合单体作为油系的水包油相系统的情况下，液体的例子包括水、水和水溶性有机溶剂如醇的溶剂混合物等。另外，在连续相作为油系而可聚合单体作为水系的油包水相系统的情况下，液体的例子包括脂肪烃如正己烷、正辛烷；卤代烃体系如四氯化碳；芳香烃如甲苯和二甲苯等。
为了防止形成的液滴分裂和集合，优选向连续相中加入分散稳定剂。对分散稳定剂没有特别限定，在水包油相系统的情况下，分散稳定剂的例子包括聚乙烯醇；纤维素如羧甲基纤维素和羟甲基纤维素；水溶性聚合物如淀粉和凝胶；几乎不溶于水的无机盐如磷酸三钙等。在油包水相系统的情况下，分散稳定剂的例子包括烷基苯磺酸钠等。
为了调节表面张力，还可以向连续相中加入表面活性剂、比重调节剂等。
作为分散相，可以使用含有可聚合单体的液体。在水包油相系统的情况下，可聚合单体的例子包括单乙烯基芳香化合物如苯乙烯、乙烯基萘和烷基取代的苯乙烯；卤代苯乙烯如溴苯乙烯和氯苯乙烯；多乙烯基芳香化合物如二乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基二甲苯、二乙烯基萘、三乙烯基苯、二乙烯基二苯基醚和二乙烯基二苯基砜；卤代烯烃如卤乙烯如氯乙烯等；α-β-烯键式不饱和羧酸的酯如丙烯酸或甲基丙烯酸的酯；甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯等。具体来说，在用于电子材料领域的情况下，优选用二乙烯基苯作为可得到耐热性的可交联聚合的单体，并且优选通过将二乙烯基苯和多官能丙烯酸酯混合而生产的材料。这些可聚合单体可单独使用，也可以两种或多种组合使用。
另外，在油包水相系统的情况下，可聚合单体的例子包括烯键式不饱和羧基酰胺如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、富马酰胺和乙基丙烯酰胺；不饱和羧酸的氨基烷基酯；酸酐；水溶性可聚合单体如烯键式不饱和羧酸如丙烯酸和甲基丙烯酸等。
可以向分散相中加入聚合引发剂。可以使用传统上已知的那些聚合引发剂。在水包油相系统的情况下，聚合引发剂的例子包括苯甲酰基过氧化物、月桂酰基过氧化物、甲基乙基酮过氧化物、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二戊腈等，在油包水相系统的情况下，聚合引发剂的例子包括水溶性聚合引发剂如过硫酸盐、过氧化氢和氢过氧化物。另外，在通过光束聚合的情况下，使用光聚合引发剂，可以加入其它聚合辅剂如链转移剂。
还可以向分散相中加入其量不致于影响聚合的感光剂、粘度调节剂、溶剂、用于调节表面张力的表面活性剂等。
根据本发明的树脂微粒的制备方法，用下述方式形成液滴：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂。例如，当可聚合单体的液滴在由开口如喷嘴或小孔形成层流的条件下排放到连续相时，在开口附近形成可聚合单体的液柱。当通过向液柱施加机械振动而向液柱施加表面波时，液柱变形，产生收缩力，从而从该部分分裂而形成液滴。液滴的形成状态示于图1。因为收缩部分是根据振动频率而产生，所以一个液滴的容量可以用单位时间内的流量除以频率得到的值计算出来。
根据本发明的树脂微粒的制备方法，要确认含有可聚合单体的液体分裂为液滴的状态，即，由可聚合单体的液柱形成液滴的时刻，将该结果反馈到含有可聚合单体的液体的排放和/或机械振动的条件。
对于用于确认通过分裂液体产生的液滴状态的设备没有特别限定。例如，快门速度足以静态抓拍高速液滴形成状态的照相机，优选使用这样的照相机和频闪照明等组合的方法。另外，为了将小液滴放大到可肉眼观察的尺寸，优选在照相机上安装放大照相单元，优选将照相机抓拍的图像显示在显示器等上，这样易于确认。
反馈指的是下述操作：确认是否如图1所示正常地形成液滴，在不正常的情况下根据所处状态调节生产条件，或者根据情况停止生产。图2示出一个不正常的例子。作为在这种情况下反馈的一个例子，按照下述方法进行调节：增大为分裂液滴而施加的机械振动的振幅，产生收缩力。通过反馈可以生产出具有均匀粒度的树脂微粒。
根据本发明的树脂微粒的制备方法，可以用下述方式得到树脂微粒：在不使形成的可聚合单体的液滴分裂或集合的状态下使其聚合。使液滴处于不集合状态的方法的例子包括向连续相中加入分散稳定剂等的方法。使液滴处于不分裂状态的方法的例子包括适度搅拌连续相以不在液滴上施加过大的机械剪切力的方法等。在该状态下通过加热或有效光照，将可聚合单体聚合。
另外，也可以用下述方法生产具有均匀粒度的树脂微粒：测量形成的液滴的大小，将结果反馈到含有可聚合单体的液体的排放和/或机械振动的条件。
本发明的一个方面是提供一种树脂微粒的制备方法，其包括：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂，形成液滴；然后在不分裂或集合液滴的状态下将液滴聚合，该方法包括测量形成的所述液滴的大小，根据测量结果的反馈信息确定液体的所述排放和/或所述机械振动的条件。
对于测量液滴大小的方法没有特别限定，其例子包括将形成在分散相中的液滴图像采集到用于测量的计算机中的方法等。对于测量时的液滴没有特别限定，只要它们处于液滴状态即可。具体来说，可以将照相机拍摄的图像采集到计算机中，用图像分析软件测量形成液滴的大小。用得到的测量值进行计算，得到平均值和标准偏差等。根据该结果进行反馈操作，调节液滴大小。例如可以用下述方式控制反馈：将来自计算机的控制信号或通过程序装置将控制信号发送到施加机械振动的单元或用于调节可聚合单体的排放的单元等。例如，在粒度太大的情况下，通过提高机械振动的频率或降低可聚合单体的排放量进行调节。在粒度太小的情况下，通过相反操作进行调节。
根据本发明的树脂微粒的制备方法，可以得到粒度非常均匀的树脂微粒。本发明的一个方面是提供用本发明的树脂微粒的制备方法生产的树脂微粒，其平均粒度是10-3000μm，80％或更多的微粒在平均粒度±10％的范围内。
在本发明中，本发明的树脂微粒的粒度下限优选设定为10μm，上限优选设定为3000μm，因为具有如此粒度的树脂微粒很难用悬浮聚合法生产，所以本发明的树脂微粒的制备方法在该范围内特别有效。当在平均粒度±10％的范围内的树脂微粒低于80％时，树脂微粒的粒度不均匀，从而需要一个分级步骤。
实施本发明的树脂微粒的制备方法的生产装置优选至少包括：分散容器；开设于分散容器中的喷射孔，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质；向喷入液体分散介质的含有可聚合单体的液体施加机械振动的设备；为形成液滴照相的照相单元。
本发明的一个方面是提供树脂微粒的生产装置，其包括：分散容器；开设于分散容器中的喷射孔，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质；向喷入液体分散介质的含有可聚合单体的液体施加机械振动的设备；为形成液滴照相的照相单元。
尽管对分散容器没有特别限定，但是考虑到用CCD照相机等拍摄液滴的形成状态及液滴形成后的反应，优选使用能耐受约100℃的温度的透明容器，分散容器的例子包括玻璃圆形或圆柱形可分离的烧瓶容器等。
喷射孔开设于分散容器中，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质。至于喷射孔开口部分的形状，优选是圆形，至于用于开口的通道形状，优选是圆柱形或平头圆锥形。至于喷射孔材料，可以使用分散相和连续相中的组分不会使其变性或者不受化学影响的材料。例如可以使用不锈钢、Teflon(商标)等。
尽管对喷射孔没有特别限定，但是优选设置一个喷射孔。如果并排设置多个喷射孔，则从每一个喷射孔喷出的可聚合单体的量是不规则的，从而使形成的液滴大小因为振动而不均匀，另外，要清晰地拍摄图像也将由于液滴的叠印而很困难。
对于从喷射孔排放可聚合单体的方法没有特别限定，其例子包括用泵等排放液体的方法。作为泵，振动很小的泵是优选的，优选使用通过转动频率易于控制流量的齿轮泵。在用柱塞泵作为泵的情况下，还必须使用整流单元。另外还可能用用于将容器内的单体推出的管子将压缩空气送往和喷射孔连接的单体容器，并且用流量调节阀将其以恒定量送出。
对于施加机械振动的方法没有特别限定，其例子包括：通过将变换器连接在用于支撑排放孔的部件上进行机械振动的方法；将和用于产生具有规则频率的电信号等的振荡器产生的往复运动输送到单体或分散介质的方法等。具体来说，直接振动用于支撑喷射孔的部件的方法是优选的。产生机械振动的方法的例子包括用函数发生器(电信号发生器)产生振动，用放大器将振动放大，将振动提供给变换器等的方法。作为变换器，能够用外部信号调节频率和振幅的变换器是优选的。
尽管对照相单元没有特别限定，但是，优选使用快门速度或频闪照明足以静态抓拍高速液滴形成状态的CCD照相机和能够放大和显示到以肉眼观察的尺寸显示小液滴的显示器等。
本发明的一个方面是提供树脂微粒的生产装置，其包括：分散容器；开设于分散容器中的喷射孔，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质；向喷入液体分散介质的含有可聚合单体的液体施加机械振动的设备；为形成液滴测量粒度的测量设备。
尽管对测量液滴大小的测量设备没有特别限定，但是例如优选使用将照相单元拍摄的液滴形成状态的图像采集到计算机中，用图像处理单元测量液滴的大小。
本发明的树脂微粒的生产装置优选还包括基于液滴粒度的测量结果调节含有可聚合单体的液体的排放条件和/或机械振动条件的设备。因为通过振动喷入液体分散介质的单体形成的液滴大小与可聚合单体的喷入量成正比，所以其与可聚合单体的振动频率成反比，在液滴粒度太大的情况下，降低可聚合单体的排放量或提高频率，在粒度太小的情况下，增加可聚合单体的排放量或降低频率，这些操作可以手动或自动进行，从而使液滴粒度均化。
下面参考实施例更详细地说明本发明，但是，本发明不限于这些实施例。
(实施例1)
首先生产图3所示的树脂微粒的生产装置。
在图3所示的装置中，1表示液态可聚合单体M的容器，喷射孔2包括内径为0.3mm的喷嘴，其与容器1通过泵P相连，喷射孔2在储存于透明分散容器3中的液体分散介质D中是开放的。
用和支撑喷射孔2的部件连接的变换器4振动从喷射孔2喷入液体分散介质D的单体M，以此产生液滴。在分散容器3的右侧设置照相单元5，照相单元5具有1/10000秒的高速快门和放大透镜，每隔5秒拍摄一次液滴分裂状态，在左侧设置照明单元6，照明单元6和液源I连接，用于从液体分散介质D的背面提供光量。
用图像控制器C2将照相单元5拍摄的图像放大和显示在14英寸的CRT显示器7上，从而可以基于产生的液滴大小的肉眼观察状态手动调节，使液滴粒度均化。即，在液滴粒度太大的情况下，用下述方法减小液滴粒度：操作泵控制器C1，降低液态可聚合单体M的喷入量，或者操作和放大器A连接的函数发生器(电信号发生器)FG，提高液态可聚合单体M的振动频率。相反，在液滴粒度太小的情况下，通过手动调节增加喷入量或降低频率使液滴粒度增大，以此使液滴的粒度均化。
然后用该装置生产树脂微粒。
将50重量份的二乙烯基苯和50重量份的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯混合，生成液态可聚合单体M。向其中加入作为聚合引发剂的2重量份的苯甲酰基过氧化物，然后将其注入容器1。
用内径为0.3mm的喷射孔2以4.96mL/min的速度将单体M和加入到水中的3％的聚乙烯醇一起喷入液体分散介质D，然后储存在玻璃分散容器3中。变换器4以200Hz的频率摇动喷入了单体M的液体分散介质D，形成液滴。
用照相单元5拍摄产生的液滴大小状态的图像，将图像放大和显示在CRT显示器7上，基于肉眼观察的结果进行手动调节，以此使液滴的粒度均化。
用喷射预定量的单体M后安装在分散容器3中的搅拌器和冷却管进行加热和搅拌，使单体M聚合，从而得到树脂微粒。得到的树脂微粒的平均粒度是602μm，92％的树脂微粒包括在平均粒度±10％的范围内。
(实施例2)
首先生产图4所示的树脂微粒的生产装置。
在图4所示的装置中，在分散容器3的右侧设置测量液滴粒度的单元S。用图像控制器C2将照相单元5拍摄的图像发送到测量单元S，以测量形成的液滴粒度。将测量值的计算结果反馈到泵控制器C1或函数发生器(电信号发生器)FG，以自动进行均化液滴粒度的调节操作。
然后用该装置生产树脂微粒。
用与实施例1同样的方式生产树脂微粒，只是使用图4所示的装置，并且用四羟甲基甲烷四丙烯酸酯代替三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯制备液态可聚合单体M。
得到的树脂微粒的平均粒度是599μm，89％的树脂微粒包括在平均粒度±10％的范围内。
(实施例3)
用与实施例1同样的方式生产树脂微粒，只是使用图4所示的装置。即，通过摇动排放有液态可聚合单体M的液体分散介质D形成液滴。用测量单元S测量形成的液滴粒度，将测量值的计算结果反馈到泵控制器C1，以自动进行均化液滴粒度的调节操作。用喷射预定量的单体M后安装在分散容器3中的搅拌器和冷却管进行加热和搅拌，使单体M聚合，从而得到树脂微粒。
得到的树脂微粒的平均粒度是601μm，95％的树脂微粒包括在平均粒度±10％的范围内。
(对比实施例1)
用与实施例1同样的方式得到树脂微粒，只是不用CCD照相机和CRT监视器，不对排放条件和频率条件进行调节。
得到的树脂微粒的平均粒度是688μm，只有78％的树脂微粒包括在平均粒度±10％的范围内。
(对比实施例2)
生产与实施例1中使用的装置相同的树脂微粒生产装置，只是在液体分散介质D中并排开设3个内径均为0.3mm的喷射孔2。
用与实施例1同样的方式使用该装置生产液滴，只是以15.9mL/min的速度从三个喷射孔2喷射液态可聚合单体M。照相单元5拍摄的图像放大和显示在CRT显示器7上，这些液滴图像叠印，因此不能分别对它们进行肉眼观察。
在没有手动进行均化液滴粒度调节的情况下通过聚合单体M得到的树脂微粒的平均粒度是610μm，只有65％的树脂微粒包括在平均粒度±10％的范围内。
工业应用性
本发明可以提供在化学、医药、电子材料等领域中使用的粒度均匀的树脂微粒的制备方法，树脂微粒及树脂微粒的生产装置。

Claims (5)

1、一种树脂微粒的制备方法，
其包括：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂，形成液滴；和在不分裂或不集合液滴的状态下将液滴聚合，
该方法包括使用快门速度足以静态抓拍高速液滴形成状态而能够进行照相的照相机、或所述照相机和频闪照明的组合来确认由所述可聚合单体的液体形成液滴的时刻，根据确认结果的反馈信息确定液体的所述排放和/或所述机械振动的条件。
2、一种树脂微粒的制备方法，
其包括：将含有作为分散相的可聚合单体的液体排放到连续相；通过施加机械振动将含有可聚合单体的液体分裂，形成液滴；和在不分裂或不集合液滴的状态下将液滴聚合，
该方法包括用将形成在分散相中的液滴图像采集到用于测量的计算机中的方法测量形成的所述液滴的大小，根据测量结果的反馈信息确定液体的所述排放和/或所述机械振动的条件，
其中用下述方式控制反馈：将来自计算机的控制信号或通过程序装置将控制信号发送到施加机械振动的单元或用于调节可聚合单体的排放的单元。
3、一种实施权利要求1的树脂微粒的制备方法的装置，
其包括：分散容器；开设于分散容器中的喷射孔，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质；向喷入液体分散介质的含有可聚合单体的液体施加机械振动的设备；和为形成液滴照相的照相单元，
其中所述照相单元为包括足以静态抓拍高速液滴形成状态的高速快门和频闪照明的照相机、和能够以可肉眼观察的尺寸放大和显示小液滴的显示器。
4、一种实施权利要求2的树脂微粒的制备方法的装置，
其包括：分散容器；开设于分散容器中的喷射孔，用于将含有可聚合单体的液体排放到液体分散介质；向喷入液体分散介质的含有可聚合单体的液体施加机械振动的设备；为形成液滴测量粒度的测量设备，
其中所述测量液滴大小的测量设备将照相单元拍摄的液滴形成状态的图像采集到计算机中，并用图像处理单元测量液滴的大小，
其中所述照相单元为包括足以静态抓拍高速液滴形成状态的高速快门和频闪照明的照相机、和能够以可肉眼观察的尺寸放大和显示小液滴的显示器。
5、权利要求4的实施树脂微粒的制备方法的装置，
其还包括：通过将来自计算机的控制信号或通过程序装置将控制信号发送到施加机械振动的单元或用于调节可聚合单体的排放的单元、并基于液滴粒度的测量结果而调节含有可聚合单体的液体的排放条件和/或机械振动条件的设备。
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