一种氘代聚苯乙烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机化合物的制备和提纯，涉及一种氘代聚苯乙烯的制备方法。本发明制备的氘代聚苯乙烯作氘代聚苯乙烯靶丸、适用于惯性约束聚变实验中，用于装载核燃料并在其中发生小型核聚变，产生能源。
【背景技术】
[0002]氘代聚苯乙烯是一类重要的惯性约束聚变(简称ICF)靶材料，在ICF高增益靶及快点火实验中有着重要应用。上个世纪末，张林等报道了氘代聚苯乙烯及其固体靶的制备，获得了氘代聚苯乙烯空心微球[ICF氘代固体靶的研制，强激光和粒子束，1999，11 (5)，605-608 ;全氘代苯乙烯自由基本体聚合反应研究，功能高分子学报，1999，12，273-275 ;全氘代聚苯乙烯的合成，化学世界，1998，3，145-147]。杜凯、李波和吴卫东等随后研究了氘代聚苯乙烯膜靶、Z-pinch靶、金锥-球壳靶、聚合物丝以及低密度泡沫的制备[氘代聚合物膜靶制备技术与性能研究，强激光与粒子束，2003，15 (10)，973-976 ；Z-pinch靶用氘代聚苯乙烯丝的研制及表征，原子能科学技术，2005，39 (6)，543-546 ;氘代聚苯乙烯丝的力学特性，原子能科学技术，2010，44 (7)，859-863 ;金锥-聚合物球壳靶制备初步研究，强激光与粒子束，2005，17 (10)，1505-1508 ;全氘代低密度微孔聚苯乙烯泡沫的制备，核化学与放射化学，2005，27 (3)，173-177]。其中，氘代聚苯乙烯空心微球是目前ICF研究亟需的一类靶丸。为了降低靶丸的表面粗糙度和壳层材料的致密性对内爆过程的扰动，ICF物理实验对氘代聚苯乙烯空心靶丸的表面粗糙度和壳层材料密度的均匀性有严苛要求。氘代聚苯乙烯靶丸原材料的质量是决定靶丸表面粗糙度和壳层致密性的重要因素之一。现有技术中，氘代聚苯乙烯合成主要采用自由基本体聚合方法，技术已较为成熟，但由于一直采用传统的沉淀方法进行提纯，氘代聚苯乙烯中少量杂质，如乙醇、水、灰尘等无法除去，尤其是沉淀物再溶于溶剂获得的溶液中存在数量可观的气泡，导致靶丸壳层和表面出现明显缺陷，影响后续使用性能。因此，需要开发新型提纯技术，有效去除氘代聚苯乙烯中的杂质，从而提高靶丸质量。
【发明内容】
[0003]本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种氘代聚苯乙烯的制备方法。本发明提供一种新的改良的氘代聚苯乙烯提纯工艺，从而避免氘代聚苯乙烯壳层内产生气泡，提高靶丸表面光洁度。
[0004]本发明的内容是:一种氘代聚苯乙烯的制备方法，其特征是包括:
a、制备聚合物粗产物:将0.03质量份偶氮二异丁腈与10质量份氘代苯乙烯混合溶解后，将溶液注入厌氧瓶中；将厌氧瓶放入液氮中进行抽真空处理后，关闭真空，通入氮气；将厌氧瓶从液氮中取出，升温至60?70°C，搅拌下反应10?20小时；(缓慢)降至室温，即制得聚合物粗产物；
其特征是还包括下列提纯步骤: b、沉淀:取5质量份的聚合物粗产物溶于20?45质量份的甲苯中得聚合物母液，(缓慢)加入聚合物母液体积3?4倍体积的乙醇中沉淀，过滤，固体物再溶于20?45质量份的甲苯中得混合液，再(缓慢)加入混合液体积3?4倍体积的乙醇中沉淀，过滤，固体物再溶于20?45质量份的甲苯中得混合液，再(缓慢)加入混合液体积3?4倍体积的乙醇中沉淀，过滤，得到聚合物沉淀，将聚合物沉淀置于在温度40?50°C、真空度5?20mmHg的烘箱中干燥12小时，得初产物；
c、水洗:将初产物溶于甲苯中、并使初产物的质量百分比含量为10?20%，得聚合物溶液，再与聚合物溶液体积两倍体积的蒸馏水混合，于常温?40°C温度下搅拌24?48小时；用分液漏斗将下层水分出(分出的水弃去)、再加入所述两倍体积的蒸馏水(到分液漏斗中)搅拌24?48小时；重复所述用分液漏斗将下层水分出、再加入所述两倍体积的蒸馏水搅拌24?48小时的操作5?10次，至分层后上下层基本澄清；
d、过滤:用分液漏斗分出上层甲苯溶液，加入甲苯溶液质量1?10%的干燥剂，混合搅拌1?2小时后，再静置20?24小时；过滤(固体物弃去)，甲苯溶液加入过滤器中采用微孔滤膜(较好的是采用孔径为0.25微米的微孔滤膜)过滤5?6次，得滤液；
e、旋转蒸发(以下可以简称旋蒸):将滤液转移至容器(较好的是采用茄形瓶)中，采用旋蒸仪(或称旋蒸设备)，在真空度70?80 mmHg、温度40?60°C、转速10?100 rpm/min的条件下旋转蒸发，获得聚合物粗产品(或称聚合物透明膜，后同)；
f、干燥:将聚合物粗产品放入温度30?50°C、真空度5?20mmHg的烘箱中干燥160?180小时，即制得聚合物产品一氘代聚苯乙烯。
[0005]本发明的内容中:步骤d中所述干燥剂可以是无水氯化钙、无水硫酸钠或无水硫酸镁等。
[0006]本发明的内容中:步骤e中所述真空度70?80 mmHg较好的是采用水栗减压至真空度70?80 mmHg ο
[0007]本发明的内容中:步骤e中所述采用旋转蒸发是除去产品中的气泡。
[0008]本发明的内容中:步骤c所述采用蒸馏水是洗除去初产物溶液中的极性杂质。
[0009]本发明的内容中:所述甲苯较好的是重蒸甲苯。
[0010]与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果:
(1)采用本发明，在沉淀步骤之后通过水洗、微孔滤膜过滤以及旋蒸获得聚合物固体(即聚合物透明膜)；通过水洗能够有效去除聚合物体系中的极性杂质如沉淀中残留的乙醇等；微孔滤膜过滤可去除体系中的固体杂质，如灰尘；干燥剂能够除去体系中的水，同时对固体杂质和气泡有吸附作用；旋蒸则可以有效去除体系中的气泡；从而有效去除氘代聚苯乙烯中的杂质，提高靶丸质量；
(2)采用本发明，特别是采用本发明新型有效的氘代聚苯乙烯提纯技术，制备的氘代聚苯乙烯表面光洁度显著改善，用于制备惯性约束聚变靶丸，可有效改善靶丸表面缺陷，从而在惯性约束聚变实验中获得更大应用，可用于装载核燃料并在其中发生小型核聚变，从而产生能源；
(3)本发明制备工艺简单，容易操作，实用性强。
【附图说明】
[0011]图1是本发明氘代聚苯乙烯的制备方法工艺路线图；
图2是采用现有技术制备的氘代聚苯乙烯的成球光学显微镜照片；
图3是采用本发明制备的氘代聚苯乙烯的成球光学显微镜照片；
从图2和图3可知，采用本发明制备的氘代聚苯乙烯原料成球较现有技术(即传统工艺)而言，表面光洁度显著改善，为后续物理实验提供了支撑。
【具体实施方式】
[0012]下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0013]实施例1:
一种氘代聚苯乙烯的制备方法，包括:
a、制备聚合物粗产物:将0.03质量份偶氮二异丁腈与10质量份氘代苯乙烯混合溶解后，将溶液注入厌氧瓶中；将厌氧瓶放入液氮中进行抽真空处理后，关闭真空，通入氮气；将厌氧瓶从液氮中取出，升温至65°C，搅拌下反应15小时；(缓慢)降至室温，即制得聚合物粗产物；
还包括下列提纯步骤:
b、沉淀:取5质量份的聚合物粗产物溶于33质量份的甲苯中得聚合物母液，(缓慢)加入聚合物母液体积3.5倍体积的乙醇中沉淀，过滤，固体物再溶于33质量份的甲苯中得混合液，再(缓慢)加入混合液体积3.5倍体积的乙醇中沉淀，过滤，固体物再溶于33质量份的甲苯中得混合液，再(缓慢)加入混合液体积3.5倍体积的乙醇中沉淀，过滤，得到聚合物沉淀，将聚合物沉淀置于在温度45°C、真空度12mmHg的烘箱中干燥12小时，得初产物；
c、水洗:将初产物溶于甲苯中、并使初产物的质量百分比含量为15%，得聚合物溶液，再与聚合物溶液体积两倍体积的蒸馏水混合，于30°C温度下搅拌36小时；用分液漏斗将下层水分出(分出的水弃去)、再加入所述两倍体积的蒸馏水(到分液漏斗中)搅拌36小时；重复所述用分液漏斗将下层水分出、再加入所述两倍体积的蒸馏水搅拌36小时的操作8次；
d、过滤:用分液漏斗分出上层甲苯溶液，加入甲苯溶液质量6%的干燥剂，混合搅拌1.5小时后，再静置22小时；过滤(固体物弃去)，甲苯溶液加入