CN103554316A - 一种快速制备单分散聚合物微球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子化学领域，涉及一种单分散聚合物纳米微球的快速、简便的合成方法。该方法克服现有技术存在的配方复杂、需要惰性气体保护及反应速率低的问题，能够广泛应用于生物材料、化学工程、环境检测等领域。具体制备过程是首先将单体、稳定剂及水加入到装有回流冷凝器的反应釜中，加热到体系共沸点后3～10分钟，继续加入引发剂开始聚合，保持反应体系沸腾，经0.5～2小时即可得到单分散聚合物微球。
Description
技术领域
本发明属于高分子化学领域，涉及一种单分散聚合物纳米微球的快速、简便的合成方法。该方法克服现有技术存在的配方复杂、需要惰性气体保护及反应速率低的问题，能够广泛应用于生物材料、化学工程、环境检测等领域。
背景技术
聚合物纳米微球是一种具有优良的物理和化学特性的功能高分子材料。具有单分散性、尺寸可调控性和表面可修饰性的聚合物纳米微球，可以在特定条件下改性或者组装成具有特殊性能的结构，已被广泛应用于环境能源、生物化学、免疫医学等各个高新技术领域。采用合适的聚合方式是获得所需粒径、表面修饰基团以及多分散指数微球的关键。目前，为了制备单分散性良好的聚合物微球，普遍使用的是常规的乳液聚合或无皂乳液聚合，所得聚合物微球粒径一般在数十至数百纳米可控。
无皂乳液聚合是在传统乳液聚合基础上发展出来的合成方法，其特点在于合成产物单分散性好、无需后处理、表面洁净等，是一种环保且低成本的制备聚合物的方法。但是这种聚合方式耗时数小时，并且整个过程需要惰性气体保护及强烈搅拌才能进行。众所周知，无皂乳液聚合属于自由基聚合，在聚合反应过程中自由基的作用至关重要，当自由基在反应中遇到活性更高的分子，比如氧分子，便会淬灭而中止分子链增长，故氧气是聚合反应中最常见的阻聚剂，因此在聚合反应开始前通常都需要在反应容器中通入惰性气体（一般为氮气）约半小时以除去体系中存在的氧气。而反应过程中的高速搅拌，可以使反应介质充分分散，达到温度均匀分布和防止局部凝胶化的作用。由于上述技术要求，单分散聚合物微球单批产量有限，价格高昂，常规聚合方式难以扩大到大型反应装置，限制了高质量单分散聚合物微球的规模化生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的配方复杂、需要惰性气体保护及反应速率低的缺点，提供一种配方简单、无需惰性气体保护的聚合物微球快速制备方法，该方法能够广泛应用于生物材料、化学工程、环境检测等领域。其特点在于简化反应装置并优化反应条件：反应过程中不需要惰性气体保护，也无需精确控制温度与搅拌速率，反应时间大大缩短。最终所得产物尺寸可控且粒度均一。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案为：
一种快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将单体、稳定剂及水加入到装有回流冷凝器的反应釜中，控制单体浓度为5～30%，稳定剂浓度为0.5～10%；
（2）利用升温装置将反应物加热到体系沸腾，温度在95～150℃之间；
（3）保持沸腾3～10分钟后加入引发剂开始聚合；
（4）保持反应体系沸腾，经0.5～2小时即可得到单分散聚合物微球；
所述单体为烯类有机物，可以是苯乙烯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酸类及其衍生物等中的一种或几种的混合体。
所述稳定剂，可以是甲基丙烯酸、丙烯酸或其它水溶性乙烯类有机物中的一种或几种的混合体。
所述引发剂可以是过硫酸盐中的一种，如过硫酸铵或过硫酸钾。
本发明的有益效果如下：
本发明与现有技术相比，简化了反应装置，制备条件简单，生产要求大大降低，所得聚合物微球具有良好的单分散性，可实现单分散聚合物微球的快速合成，适用于大规模批量生产。
（1）本发明所采用的制备方法无需惰性气体保护及机械搅拌，简化了反应装置；
（2）本发明所采用的制备方法无需精确控制温度，只需要将反应温度设定至反应体系的共沸点之上反应就能顺利进行；
（3）本发明所采用的制备方法反应时间大大缩短，整个反应过程仅需0.5～2小时即可完成。
附图说明
图1为本发明所用聚合反应装置的示意图。
装置包括：回流冷凝器1、反应釜2、反应物3、加热装置4。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
快速制备单分散聚合物微球的方法，其包括如下步骤：
步骤（1）将30mL苯乙烯、1mL甲基丙烯酸、100mL水加入反应釜中。
步骤（2）将反应体系加热至98 ℃。
步骤（3）保持沸腾3分钟后加入0.1g过硫酸铵引发聚合。
步骤（4）保持沸腾反应30分钟后停止加热。
所得单分散聚合物微球粒径为82nm，多分散指数为0.05。
实施例2
该实施例的快速制备单分散聚合物微球的方法，其用“10mL苯乙烯”取代实施例1的步骤（1）中的“30mL苯乙烯”，用“32mL水”取代实施例1的步骤（1）中的“100mL水”，用“120 ℃”取代实施例1的步骤（2）中的“98 ℃”，其余重复实施例1中的（1）～（4）步骤，同样的方法得到的单分散聚合物微球，粒径为210nm，多分散指数为0.04。
实施例3
该实施例的快速制备单分散聚合物微球的方法，用“60mL甲基丙烯酸甲酯”取代实施例1的步骤（1）中的“30mL苯乙烯”，用“2mL丙烯酸”取代实施例1的步骤（1）中的“1mL甲基丙烯酸”，其余重复实施例1中的（1）～（4）步骤，同样的方法得到的单分散聚合物微球，粒径为180nm，多分散指数为0.03。
实施例4
该实施例的快速制备单分散聚合物微球的方法，用“60mL苯乙烯”取代实施例1的步骤（1）中的“30mL苯乙烯”，用“0.4g过硫酸铵”取代实施例1的步骤（3）中的“0.1g过硫酸铵”其余重复实施例1中的（1）～（5）步骤，同样的方法得到的单分散聚合物微球，粒径为150nm，多分散指数为0.03。
Claims (7)
1.一种快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将单体、稳定剂及水加入到装有回流冷凝器的反应釜中，控制单体浓度为5～30%，稳定剂浓度为0.5～10%；
（2）利用升温装置将反应物加热到体系沸腾，温度在95～150℃之间；
（3）保持沸腾3～10分钟后加入引发剂开始聚合；
（4）保持反应体系沸腾，经0.5～2小时即可得到单分散聚合物微球。
2.如权利要求1所述的快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，所述单体为烯类有机物。
3.如权利要求2所述的快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，所述烯类有机物苯乙烯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酸类及其衍生物中的一种或几种的混合体。
4.如权利要求1所述的快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，所述稳定剂为水溶性乙烯类有机物。
5.如权利要求4所述的快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，所述水溶性乙烯类有机物为甲基丙烯酸或丙烯酸。
6.如权利要求1所述的快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸盐。
7.如权利要求6所述的快速制备单分散聚合物微球的方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸铵或过硫酸钾。
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