有机/无机杂化Janus颗粒的可控批量制备方法_2

文档序号:9681018阅读:来源:国知局
09] 2)将硅烷偶联剂乳液加入种子乳液中,在机械搅拌下进行聚合反应,并产生相分 离得到Janus颗粒乳液;所述硅烷偶联剂乳液中包括具有双键的硅烷偶联剂单体和聚合反 应引发剂。
[0010] 3)将步骤2)获得的Janus颗粒乳液喷雾干燥法或者冷冻干燥法得到有机和无机 部分分离的Janus颗粒。
[0011] 所述方法中,所述聚合物为聚苯乙烯;
[0012] 所述这步骤1)中,所述种子乳液的固含量为4%-8%,优选4. 41%-7. 89%。
[0013] 所述硅烷偶联剂为3_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧硅烷。
[0014] 所述方法中,所述硅烷偶联剂乳液为由具有双键的硅烷偶联剂、聚合反应引发剂、 表面活性剂和水混匀得到的乳液。其中,所述聚合反应引发剂优选为过硫酸钾、过硫酸铵和 偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA)中的一种或其任意组合;所述表面活性剂为十二烷基硫酸 纳和/或十-烷基横酸纳。
[0015] 所述硅烷偶联剂乳液中所述具有双键的硅烷偶联剂的质量百分含量为 8-17%,如8. 32% -16. 65 %、所述聚合反应引发剂的质量百分含量为0.8-1. 8%。,如 0. 832%。-1. 737%。、表面活性剂的质量百分含量为0. 6-1. 7%。,如0. 652%。-1. 66%。,余量为 水。
[0016] 在一个优选的实施方式中,所述硅烷偶联剂乳液由下述质量百分含量的组分组 成:
[0017] 3-(甲基丙烯醜氧)丙基三曱氧娃燒8%-17%; 过硫酸钾 Q:,8%:04J%〇;; 十二烷基硫酸钠 0.6%〇-1.7%〇; 各组分的总质量百分含量为100%,余量为水。
[0018] 在一个优选的实施方式中,所述硅烷偶联剂乳液由下述质量百分含量的组分组 成:
[0019] 3-(甲基丙烯酰氧)丙基三曱氧硅烷8.32%-16.65%; 过硫酸钾 0.832%〇-1.737%〇; 十二烷基硫酸钠 0.652 %。-1.66%〇; 各组分的总质量百分含量为100%,余量为水。
[0020] 所述方法中,所述步骤2)中,聚合反应的温度为60-90°C,优选为70°C ;聚合反应 的时间为18-30小时,优选为24小时。
[0021] 所述步骤1)中,还包括种子乳液中加入聚合物单体乳液进行溶胀反应和聚合反 应得到含有交联的聚合物中空球形颗粒的种子乳液。
[0022] 所述聚合物单体乳液由油溶性聚合物单体、聚合反应引发剂、表面活性剂和水混 匀得到的乳液。其中,油溶性聚合物单体为二乙烯基苯和二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA) 中的一种或其任意组合;所述聚合反应引发剂为偶氮型自由基引发剂。聚合反应引发剂优 选为偶氮二异丁腈和过氧化苯甲酰中的一种或其任意组合;所述表面活性剂为十二烷基硫 酸钠和十二烷基磺酸钠中的一种或其任意组合。
[0023] 所述聚合物单体乳液中,所述聚合物单体乳液中,所述油溶性聚合物单体的质量 百分浓度为15-30%,聚合反应引发剂的质量百分浓度为1.5-3. 0%。,表面活性剂的质量百 分浓度为1. 2-2%。,余量为水。
[0024] 所述聚合物单体乳液优选由下述质量百分含量的组分组成:
[0025] 二乙烯基苯 22.988%; 偶氮二异丁腈 2.299%; 十二烷基硫酸钠 1.53%〇; 余量为水。
[0026] 为了达到更优的效果,上述方法中,聚合物中空球形颗粒与具有双键的硅烷偶联 剂的添加质量比为(0.6-2) :1,优选(0.83-L62) :1,如 1:1,5:6, L61 :1 等。
[0027] 上述方法中,聚合物中空球形颗粒与油溶性聚合物单体的添加质量比为(1-3): 1,优选为 1. 57:1-2. 25:1 ;如 1. 66:1。
[0028] 所述步骤1)中,溶胀反应的条件为在机械搅拌下,15_35°C,反应6-14小时;优选 在机械搅拌下,25°C,反应12小时。聚合反应的条件为在机械搅拌下,60-90°C,反应18-30 小时;优选在机械搅拌下,70°C,反应8小时。
[0029] 上述方法制备的Janus颗粒也属于本发明的保护范围。
[0030] 上述方法制备的Janus颗粒可以作为颗粒乳化剂。
[0031] 本发明提供的简单制备有机/无机杂化Janus颗粒的方法,利用乳液聚合法制备 Janus颗粒,对Janus颗粒的制备过程的影响参数进行了进一步分析:通过乳化剂的选择与 用量的确定,原料配比的确定,最终确定了优化的合成工艺。通过对Janus颗粒的形态结 构表征:用电镜观察测量颗粒的大小、壁厚、表面形态;可以得知,本发明制备的Janus颗粒 材料的结构可精确控制,有机部分和无机部分比例可调,反应简单,可批量生产;制备的该 Janu颗粒可以作为颗粒乳化剂等。
[0032] 具体的本发明取得的有益的技术效果如下:
[0033] 1)产品为具有严格化学分区的有机/无机杂化Janus颗粒,应用广泛;
[0034] 2) Janus颗粒在实验室阶段已经得到修饰改性,反应简单有效,便于实现多功能 化;
[0035] 3)制备反应固含量高,可实现批量化工业生产;
[0036] 4) -步法或两步法制备Janus颗粒,合成工艺简单,有较高的工业应用潜质。
[0037] 在一个优选的实施方式中,本发明的方法包括下述步骤:
[0038] A :商品化线型聚苯乙烯中空颗粒乳液(固含量高达37. 5% ),用二乙烯基苯乳液 溶胀颗粒乳液,升温聚合;
[0039] B :向上述乳液中机械滴加不同量的3_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧硅烷乳液,升 温聚合反应,引发相分离反应得到不同Janus颗粒乳液;
[0040] C :喷雾干燥法或者冷冻干燥法得到二氧化硅/聚苯乙烯Janus颗粒。
[0041] 基于该技术方案制备的二氧化硅/聚苯乙烯Janus颗粒具有如下的技术效果:
[0042] (1)本发明根据上述方法制备的二氧化硅/聚苯乙烯Janus颗粒,其二氧化硅部分 和聚苯乙烯部分比例可调,因此得到的Janus颗粒的性能可调。
[0043] (2)本发明根据上述方法制备的二氧化硅/聚苯乙烯Janus颗粒,其粒径在 550nm_l μ m,颗粒尺寸分布均一,二氧化娃和聚苯乙烯两相严格分区。
[0044] (3)本发明基于相分离和乳液聚合聚合制备Janus颗粒,其可以解决传统传统方 法难于批量化和结构精确控制的缺陷,也可根据应用的需要对颗粒进行修饰功能化。
[0045] (4)制备过程中得到Janus颗粒制备工艺简单,原料转化率高,操作方便,易于工 业化生产,具有很好的应用潜质。
【附图说明】
[0046] 图1表示本发明Janus颗粒制备示意图。
[0047] 图2表示本发明制备的Janus颗粒的扫描电镜照片。
[0048] 图3表示本发明制备的Janus颗粒的透射电镜照片。
[0049] 图4表示本发明制备的Janus颗粒的红外光谱图,其中,a为本发明制备的Janus 颗粒的红外光谱图;b为聚苯乙烯(PS)中空球的红外光图谱。
【具体实施方式】
[0050] 基于本发明,本发明提供具有分离的有机部分和无机部分的有机/无机杂化 Janus颗粒及其制备方法,如图1所示,为本发明制备有机/无机杂化Janus颗粒制备流程 示意图,本发明提供的有机/无机杂化Janus颗粒,是通过乳液聚合法制备有机/无机杂化 Janus颗粒。该方法,包括下述步骤:
[0051] 1)将聚合物中空球形颗粒分散在水中,得到种子乳液;
[0052] 2)将硅烷偶联剂乳液加入种子乳液中,在机械搅拌下进行聚合反应,并
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