一体式双重乳粒发生装置及其加工方法与流程

本发明涉及一种双重乳粒发生装置，具体涉及一种一体式双重乳粒发生装置及其加工方法。

背景技术：

在ICF研究中，常采用聚合物微球作为靶丸燃料容器，聚合物微球的直径从几百微米到几毫米。通常采用乳液法制备聚合物微球，即先生成W/O/W的双重乳液，再除去O相的有机溶剂，得到固化的聚合物球壳，聚合物微球直径一般在几百微米至几毫米。常用的制备双重乳液的方法有机械搅拌法和微流体控制法。机械搅拌法制备的双重乳液尺寸分布宽、试剂使用量大，不适合精密控制。微流体技术是上世纪90年代发展的一种制备多重乳液的方法，根据微流体技术产生液滴的方式可以分为T型剪切、平行剪切和汇聚剪切式微流体装置。Chun-Xia Zhao和Minseok Seo等研究了两相流体中T型剪切、平行剪切、汇聚剪切、膜乳化等方式的作用机理，分析了相参数的影响，得到了各种形态的小尺寸单分散的W/O单乳液；Rhutesh K.Shah等利用同轴剪切方式，制备了单重、双重、多重乳液。但是通常的微流体技术制备的乳液尺寸较小，在微纳米级，主要用于生物、医药、化工、石油等领域，目前，亟需一种能够制备毫米级单分散的双重乳粒的发生装置。并且现有技术中采用的双重乳粒发生装置为组合式的结构，如专利文献CN 105771825A公开了一种可连续生产的乳粒发生器，其组装过程复杂，密封性差，并且其液相管道需要额外加入管道，使用不方便。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种一体式双重乳 粒发生装置，包括：

发生器本体，其包括：一体成型的支撑体；

位于支撑体上端的用于内相乳液进样的内相进样管道；

位于支撑体一侧的用于中间相乳液进样的中间相进样管道，其一端连通中间相出样管道；所述中间相出样管道与内相进样管道连通并同轴设置；

位于支撑体另一侧的用于外相乳液进样的外相进样管道，其一端连通外相出样管道；所述外相出样管道与中间相出样管道连通并同轴设置；

排气孔，其穿过外相出样管道并伸入支撑体内；

其中，通过内相进样管道、中间相进样管道和外相进样管道进行不同乳液的进样，并通过中间相出样管道和外相出样管道形成双重乳粒。

优选的是，所述一体成型的支撑体为一体成型的聚二甲基硅氧烷或改性聚二甲基硅氧烷支撑体。

本发明还提供一种上述的一体式双重乳粒发生装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、灌注模具组装：在中空的固定外框架的顶面开孔插入内相进样占位圆柱；在中空的固定外框架的一侧分别开上下两孔插入中间相进样占位圆柱和排气孔占位圆柱；在中空的固定外框架的另一侧开孔插入外相进样占位圆柱；在中空的固定外框架的下端开孔插入外相出样占位圆柱；

其中，所述外相出样占位圆柱的顶端从上至下开圆锥孔和圆柱孔，在所述圆柱孔内插入中间相出样占位圆柱；所述内相进样占位圆柱的底端和中间相出样占位圆柱的顶端接触；所述中间相进样占位圆柱的一端和中间相出样占位圆柱的顶端侧面接触；所述外相进样占位圆柱的一端和外相出样占位圆柱的顶端侧面接触；所述排气孔占位圆柱穿过外相出样占位圆柱并伸入锥形孔内；所述内相进样占位圆柱、中间相出样占位圆柱和外相出样占位圆柱同轴设置；

步骤二、灌注模具组装完成后灌入疏水透明的聚合物溶液，固化后，依次脱除内相进样占位圆柱、中间相进样占位圆柱、外相进样占位圆柱、排气孔占位圆柱、外相出样占位圆柱和中间相出样占位圆柱，形成发生器本体。

优选的是，所述内相进样占位圆柱、中间相进样占位圆柱、外相进样占 位圆柱、排气占位圆柱、外相出样占位圆柱和中间相出样占位圆柱均为金属棒。

优选的是，所述金属棒为铜棒、铁棒、不锈钢棒、铝棒中的任意一种。

优选的是，所述中空的固定外框架为聚四氟乙烯固定外框架。

优选的是，所述中间相进样占位圆柱的一端设置有与中间相出样占位圆柱的顶端侧面弧面相匹配的弧形槽；所述外相进样占位圆柱的一端设置有与外相出样占位圆柱的顶端侧面弧面相匹配的弧形槽。

优选的是，所述疏水透明的聚合物溶液为聚二甲基硅氧烷或改性聚二甲基硅氧烷。

优选的是，所述改性聚二甲基硅氧烷的制备方法为：将质量分数为55～65％的聚二甲基硅氧烷橡胶PDMS溶液加入超临界反应装置中，并加入交联剂和催化剂，在体系密封后通入二氧化碳至20～30MPa、温度25～35℃的条件下搅拌反应30～60min，然后卸去二氧化碳压力，温度为30～40℃，搅拌5～10min，然后再次注入二氧化碳至压力为40～60MPa、温度40～50℃的条件下搅拌30～60min，卸压，得到聚合物溶液；将聚合物溶液加入搅拌器中，并加入固化剂、分散剂和纳米氧化物，在1500～3000r/min的速度下搅拌30～60min，得到改性聚二甲基硅氧烷。

优选的是，所述聚二甲基硅氧烷橡胶PDMS溶液的溶剂为甲苯；所述交联剂为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯和正硅酸甲酯中的一种，其用量为PDMS溶液重量的3％；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，其用量为PDMS溶液重量的1％；所述纳米氧化物为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米氧化锌中的一种或几种，其用量为聚合物溶液重量的2～5％；所述固化剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其用量为聚合物溶液重量的2～5％；所述分散剂为1-乙基-3-甲基氯化咪唑，其用量为聚合物溶液重量的1～3％。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明的一体式双重乳粒发生装置的灌注模具能重复使用，重复性好；由灌注模具得到的发生器本体操作简单适用范围广，易清洗，控制精度高，可有效解决目前乳液微封装发制备毫米级聚合物微球中直径、壁厚不可控的问题。

(2)相对于现有技术中组合式的双重乳粒发生装置，本发明的双重乳粒发生装置一体成型，其具有使用方便，密封效果好，操作简单等优点。

(2)本发明的一体式双重乳粒发生装置能够产生单分散大直径双重乳粒，该装置采用同轴剪切方式，能够制备内径～2000μm、壁厚～250μm单分散的水/PAMS(聚α-甲基苯乙烯)-FB(氟苯)/PVA(聚乙烯醇)、水/PS(聚苯乙烯)-FB/PVA、水/DPS(N,N’-二苯基丁二酰胺)-FB/PVA的水包油包水的双重乳粒。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明的一体式双重乳粒发生装置的结构示意图；

图2为本发明的加工一体式双重乳粒发生装置的灌注模具结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了本发明的一种一体式双重乳粒发生装置，包括：发生器本体，其包括：一体成型的支撑体14；

位于支撑体14上端的用于内相乳液进样的内相进样管道8；

位于支撑体14一侧的用于中间相乳液进样的中间相进样管道9，其一端连通中间相出样管道10；所述中间相出样管道10与内相进样管道9连通并同轴设置；

位于支撑体14另一侧的用于外相乳液进样的外相进样管道11，其一端连通外相出样管道12；所述外相出样管道12与中间相出样管道10连通并同轴设置；

排气孔13，其穿过外相出样管道12并伸入支撑体14内；

其中，通过内相进样管道、中间相进样管道和外相进样管道进行不同乳液的进样，并通过中间相出样管道和外相出样管道形成双重乳粒；

在上述技术方案中，所述一体成型的支撑体14为一体成型的聚二甲基硅氧烷(PDMS)或改性聚二甲基硅氧烷支撑体；PDMS为粘弹性固体，很容易插入三相管道；同时PDMS材质透明，易于观察乳粒的产生情况；PDMS材质本身是疏水特性的，其形成的通道不需进行疏水处理即可作为中间油相管道使用。

采用上述的一体式双重乳粒发生装置进行双重乳粒的制备，其操作流程如下：a.装管道，将5号不锈钢针插入内相进样管道8，底端与中间相出样管道10底端平齐；将两根12号不锈钢针分别插入中间相进样管道9和外相进样管道11；采用塑料管道将3根不锈钢针与装有三相溶液的注射器连接；再将经过亲水处理的玻璃管从下端插入外相出样管道12；b.乳液产生，打开注射泵，设定三相流速，按外相、中间相、内相的顺序依次运行注射泵，c.收集乳粒；注射泵运行稳定后，能得到内径～2000μm、壁厚～250μm单分散的水包油包水乳液，通过在外相、中间相、内相中注射不同的溶液，可以的得到如：水/PAMS-FB/PVA、水/PS-FB/PVA、水/DPS-FB/PVA的水包油包水的双重乳粒。

本发明还提供一种上述的一体式双重乳粒发生装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、灌注模具组装：如图2所示，在中空的固定外框架1的顶面开孔插入内相进样占位圆柱2；在中空的固定外框架1的一侧分别开上下两孔插入中间相进样占位圆柱3和排气孔占位圆柱7；在中空的固定外框架1的另一侧开孔插入外相进样占位圆柱4；在中空的固定外框架1的下端开孔插入外相出样占位圆柱6；

其中，所述外相出样占位圆柱6的顶端从上至下开圆锥孔和圆柱孔，在所述圆柱孔内插入中间相出样占位圆柱5；所述内相进样占位圆柱2的底端和中间相出样占位圆柱5的顶端接触；所述中间相进样占位圆柱3的一端和中间相出样占位圆柱5的顶端侧面接触；所述外相进样占位圆柱4的一端和外相出样占位圆柱6的顶端侧面接触；所述排气孔占位圆柱7穿过外相出样 占位圆柱6并伸入锥形孔内；所述内相进样占位圆柱2、中间相出样占位圆柱5和外相出样占位圆柱6同轴设置；

步骤二、灌注模具组装完成后灌入疏水透明的聚合物溶液，固化后，依次脱除内相进样占位圆柱2、中间相进样占位圆柱3、外相进样占位圆柱4、排气孔占位圆柱7、外相出样占位圆柱6和中间相出样占位圆柱5，形成一体成型的发生器本体。

在上述技术方案中，所述内相进样占位圆柱2、中间相进样占位圆柱3、外相进样占位圆柱4、排气孔占位圆柱7、外相出样占位圆柱6和中间相出样占位圆柱5均为金属棒，采用金属棒能够在聚合物溶液固化后方便的脱除，不会和固化后的聚合物粘结在一起。

在上述技术方案中，所述金属棒为铜棒、铁棒、不锈钢棒、铝棒中的任意一种，采用这种技术方案，能够方便的将金属棒脱除，不会和固化后的聚合物粘结在一起。

在上述技术方案中，所述中空的固定外框架1为聚四氟乙烯固定外框架。

在上述技术方案中，所述中间相进样占位圆柱3的一端设置有与中间相出样占位圆柱5的顶端侧面弧面相匹配的弧形槽；所述外相进样占位圆柱4的一端设置有与外相出样占位圆柱6的顶端侧面弧面相匹配的弧形槽，采用这种技术方案，中间相进样占位圆柱3和中间相出样占位圆柱5、外相进样占位圆柱4和外相出样占位圆柱6可以紧密的接触，能够在其脱除后形成畅通的进样通道。

在上述技术方案中，所述疏水透明的聚合物溶液为聚二甲基硅氧烷(PDMS)或改性聚二甲基硅氧烷；PDMS为粘弹性固体，很容易插入三相管道；同时PDMS材质透明，易于观察乳粒的产生情况；PDMS材质本身是疏水特性的，其形成的通道不需进行疏水处理即可作为中间油相管道使用。

在上述技术方案中，所述改性聚二甲基硅氧烷的制备方法为：将质量分数为55％的聚二甲基硅氧烷橡胶PDMS溶液加入超临界反应装置中，并加入交联剂和催化剂，在体系密封后通入二氧化碳至20MPa、温度25℃的条件下搅拌反应30min，然后卸去二氧化碳压力，温度为30℃，搅拌5min，然后再次注入二氧化碳至压力为40MPa、温度40℃的条件下搅拌30min，卸压，得 到聚合物溶液；将聚合物溶液加入搅拌器中，并加入固化剂、分散剂和纳米氧化物，在1500r/min的速度下搅拌30min，得到改性聚二甲基硅氧烷；所述聚二甲基硅氧烷橡胶PDMS溶液的溶剂为甲苯；所述交联剂为丙烯酸丁酯，其用量为PDMS溶液重量的3％；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，其用量为PDMS溶液重量的1％；所述纳米氧化物为纳米二氧化硅，其用量为聚合物溶液重量的2％；所述固化剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其用量为聚合物溶液重量的2％；所述分散剂为1-乙基-3-甲基氯化咪唑，其用量为聚合物溶液重量的1％。

在上述技术方案中，所述改性聚二甲基硅氧烷的制备方法为：将质量分数为65％的聚二甲基硅氧烷橡胶PDMS溶液加入超临界反应装置中，并加入交联剂和催化剂，在体系密封后通入二氧化碳至30MPa、温度35℃的条件下搅拌反应60min，然后卸去二氧化碳压力，温度为40℃，搅拌10min，然后再次注入二氧化碳至压力为60MPa、温度50℃的条件下搅拌60min，卸压，得到聚合物溶液；将聚合物溶液加入搅拌器中，并加入固化剂、分散剂和纳米氧化物，在3000r/min的速度下搅拌60min，得到改性聚二甲基硅氧烷；所述聚二甲基硅氧烷橡胶PDMS溶液的溶剂为甲苯；所述交联剂为甲基丙烯酸羟乙酯，其用量为PDMS溶液重量的3％；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，其用量为PDMS溶液重量的1％；所述纳米氧化物为重量比为1:2的纳米二氧化硅和纳米二氧化钛，其用量为聚合物溶液重量的5％；所述固化剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其用量为聚合物溶液重量的5％；所述分散剂为1-乙基-3-甲基氯化咪唑，其用量为聚合物溶液重量的3％。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。