离心分离技术制备低分散指数高分子量聚氯乙烯的方法

本发明涉及聚氯乙烯材料的提纯领域，具体地说是涉及一种离心分离技术制备低分散指数高分子量聚氯乙烯的方法。

背景技术：

1、近年来随着智能聚合物材料研究的发展，柔性致动器及其驱动技术成为柔性机电设备研究发展的关键，在可穿戴设备和医疗器械领域具有广阔的发展前景。在众多电活性聚合物材料中，聚氯乙烯(polyvinyl chloride，简称pvc)凝胶以其多变的驱动形式和优良的驱动特性，引起了学者们的广泛关注。研究表明，pvc分子量越高，能够掺杂进的dba也就越多，pvc凝胶的柔性也就越好；但由于国内生产的高分子量pvc其分子量分布不均；且合成高分子量pvc的技术主要掌握在外国人手中，进口高分子量pvc价格昂贵；而目前科研应用中采用的索氏提取法其制备工艺繁琐，产量低，不易于工业化生产。

技术实现思路

1、本发明公开了一种离心分离技术制备低分散指数高分子量聚氯乙烯的方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种离心分离技术制备低分散指数高分子量聚氯乙烯的方法，所述方法具体包括以下步骤：

3、s1)将聚氯乙烯溶解在溶胀剂中，搅拌混合均匀至透明，得到透明溶液，并置于容器中；

4、s2)再将不良溶剂加入到s1)的容器中，密封容器，静置或震荡至无白色絮状沉淀为止；

5、s3)再将经过s2)处理的后的容器放入离心机中，进行离心处理，得到密度不同的透明沉淀物和上清液，收集上清液，所述上清液即为低分散度高分子量聚氯乙烯，且所述低分散度高分子量聚氯乙烯的分散系数缩小了1.8-2倍，分子量扩大了7倍以上。

6、进一步，所述s1)中的透明溶液中聚氯乙烯的质量分数占透明溶液总质量的≤10％；所述溶胀剂为pvc良溶剂，所述pvc良溶剂为四氢呋喃或n,n-二甲基甲酰胺。

7、进一步，所述s2)中所述不良溶剂的用量为透明溶液的质量分数≤15％；所述不良溶剂为甲醇或乙醇。

8、进一步，所述s3)中离心机转速≥8000r/min。

9、一种凝胶，所述凝胶包括聚氯乙烯，塑化剂和良溶剂，所述聚氯乙烯为上述方法制备得到低分散指数高分子量的聚氯乙烯，且三者之间的质量比为1:(4-13):(10-42)。

10、进一步，所述凝胶还包括改性磁性纳米粒子，所述改性磁性纳米粒子的质量分数为0-20％

11、本发明的另一目的提供一种制备上述的凝胶的方法，所述方法具体包括以下步骤：

12、步骤a.按照设计配比，分别称取低分散指数高分子量的聚氯乙烯、塑化剂和良溶剂；

13、步骤b.先将良溶剂和塑化剂混合，加热搅拌均匀，再加入低分散指数高分子量的聚氯乙烯，持续搅拌，至溶液澄清透明溶液，即得到凝胶。

14、进一步，所述步骤b中的工艺参数为：加热温度为30℃-50℃，搅拌时间为24h-72h。

15、进一步，所述塑化剂为己二酸正二丁酯。

16、进一步，所述的改性磁纳米粒子改性方法为：

17、先将磁纳米粒子按摩尔比1：(240-250)溶解于四氢呋喃中，并在氮气流和机械搅拌下将混合物加热至60-70℃；

18、再将油酸按摩尔比1：(75-80)溶于thf的溶液添加到加热的溶液中，然后将2ml油酸重复加入混合物中，5次，间隔5分钟；

19、在机械搅拌下将混合物加热至约85℃回流2小时左右。通过去除热源将黑色混合物冷却至室温。在环境条件下，向混合物中加入约50ml的乙醇，沉淀黑色物质并通过离心分离，在油酸存在下，将黑色产物溶解在己烷中。离心以除去任何未分散的残留物。然后将该产物溶解并通过超声波分散用乙醇洗涤，并离心至以除去溶剂。该过程重复五次，并将产物在真空至完全干燥。

20、本发明提供的利用离心分离技术制备高分子量低分散性pvc材料，提高了国内大批量连续制备高分子量低分散性pvc材料的水平，采用不良溶剂能对分子量不均的尤其是小分子物质有很强的吸附作用，使长链团聚，增加密度，辅之以高速离心，与分子量均匀的pvc分离。同时，打破了国外对高分子量pvc材料的行业垄断，在价格和产能方面将有重大改善。此外，本发明方法所制得的高分子量低分散性pvc材料，可用于制备pvc凝胶，此类凝胶的柔性等综合力学性能更优，主要应用于柔性软体致动机器人领域，因其兼具变形形变量大、驱动电压适中、输出力大及响应速度快等优点，可以实现弯曲与上下伸缩两种变形形式；此外，通过掺杂改性的磁纳米粒子，由于表面羧基的作用，可溶有有机溶剂，增加导电和传感效果，得到一种多场景应用的磁电双驱pvcg材料。可进一步应用于航空航天、深海探测和人工肌肉生物医疗等领域。

技术特征：

1.一种基于离心分离技术制备低分散度高分子量聚氯乙烯的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s1)中的透明溶液中聚氯乙烯的质量分数占透明溶液总质量的≤10％；所述溶胀剂为pvc良溶剂，所述pvc良溶剂为四氢呋喃或n,n-二甲基甲酰胺等。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s2)中所述不良溶剂的用量为透明溶液的质量分数≤15％；所述不良溶剂为甲醇或乙醇。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s3)中离心处理工艺为：在室温下，转速≥8000r/min，离心时间为≥5min。

5.一种凝胶，所述凝胶包括聚氯乙烯，塑化剂和良溶剂，其特征在于，所述聚氯乙烯为权利要求1-4任意一项所述的方法制备得到的低分散指数高分子量的聚氯乙烯，且三者之间的质量比为1:(4-13):(10-42)。

6.根据权利要求5所述的凝胶，其特征在于，所述凝胶还包括改性磁性纳米粒子，所述改性磁性纳米粒子的质量分数为0-20％。

7.根据权利要求6所述的凝胶，其特征在于，所述改性磁纳米粒子的粒径25-80nm。

8.一种制备如权利要求5所述的凝胶的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤b中的工艺参数为：加热温度为30℃-50℃，搅拌时间为24h-72h。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述塑化剂为己二酸正二丁酯。

技术总结
本发明提供了一种基于离心分离技术制备低分散度高分子量聚氯乙烯的方法，该方法具体包括以下步骤：将聚氯乙烯溶解在溶胀剂中，混合均匀至透明，并置于容器中；再将不良溶剂加入到的容器中，密封容器，静置或震荡至无白色絮状沉淀为止；再将经过处理的后的容器放入离心机中，离心处理，得到透明沉淀物和上清液，收集上清液，上清液即为低分散指数高分子量的聚氯乙烯，且所述低分散指数高分子量的聚氯乙烯的分散系数缩小了1.8‑2倍，分子量扩大了7倍以上。本发明方法制备的聚氯乙烯可用于制备PVC凝胶，此类凝胶的综合力学性能更优，兼具大变形、驱动电压适中、响应速度快及多种变形方式等优点，主要应用于柔性软体致动机器人领域。

技术研发人员：赵芳,陶然,王冬,高鸿
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13