[发明专利]一种制备聚苯乙烯-聚乙烯醇双层空心微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物加工成型领域，具体涉及一种制备聚苯乙烯-聚乙烯醇双层空心微球的方法。

背景技术

近年来，在激光惯性约束聚变（ICF）领域中以C、H等低原子序数为基础的聚合物空心微球受到广泛关注并研究，其中三层聚合物空心微球即聚苯乙烯（PS）-聚乙烯醇（PVA）-碳氢聚合物（CH）空心微球在ICF实验研究中占有重要地位。但是PS、CH层对氢的阻渗性能较差，无法满足物理实验需求，而PVA对氢气有很好的阻渗性能且成球性能优异，可获得高质量的保气涂层，因此PVA涂层技术的研究最为广泛。

炉内成球涂层法是上世纪起源于美国的一种在PS单层干球外涂覆PVA涂层技术。该方法所需液滴发生器设计复杂苛刻，虽PS-PVA双层球制备周期短，但双层球生产效率低，PVA涂层均匀性差，在高温炉内固化过程中容易产生气泡，从而影响PVA的保气性能。由于炉高的限制，该方法在制备大尺寸PS-PVA双层球受到限制，国内采用该方法只能制得550μm左右的PS-PVA双层球，美国最大可制得700μm的双层球。为了解决在大尺寸PS微球表面进行PVA涂层，美国设计了旋涂法解决了这一难题。然而通过旋涂法得到的PVA涂层厚度均匀性较差，且真空装置吸附及干燥的痕迹无法去除，得到的微球表面粗糙度较差。目前国内外制备PVA涂层的主要方法为乳液微封装法，虽然该方法在制备过程中操作方便，设备简单，能以较高成活率制得500μm以下小尺寸PS-PVA双层球，但无法获得批次壁厚分布均一的双层微球，球的质量受人为因素影响较大，且在制备大直径PS-PVA双层球方面存在较大困难。

随着塑料空心微球在ICF物理实验中的应用越来越广泛，微球尺寸繁多，以上三种PVA涂层方法无法满足制备不同尺寸的PS-PVA双层球，且PVA涂层批次均一性也难以得到有效控制。目前暂无有效方法来制备PVA涂层厚度可控、厚度批次一致的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备聚苯乙烯-聚乙烯醇双层空心微球的方法。

本发明的制备聚苯乙烯-聚乙烯醇双层空心微球的方法，包括以下步骤：

a.将内相为水的聚苯乙烯空心微球Ⅰ进行臭氧预处理，得到聚苯乙烯空心微球Ⅱ；

b.将聚苯乙烯空心微球Ⅱ浸泡在聚乙烯醇溶液中，通过双T乳粒发生器的微流控包覆技术形成外层为聚乙烯醇溶液、内层为聚苯乙烯空心微球的复合乳粒Ⅲ；

c.旋蒸瓶进行疏水预处理后加入油相，将复合乳粒Ⅲ收集于旋蒸瓶中，调节旋蒸瓶的转速和固化温度，使复合乳粒Ⅲ在旋蒸瓶中均匀分散；

d.复合乳粒Ⅲ外层的聚乙烯醇溶液中的水在油相中扩散完成固化，形成聚乙烯醇包覆聚苯乙烯的双层微球Ⅳ；

e.收集步骤d的双层微球Ⅳ，放入苯溶液中清洗，去除油相，得到双层微球Ⅴ；

f.将双层微球Ⅴ放入烘箱干燥，得到所需产品。

所述的步骤a中的臭氧预处理，包括以下步骤：

a1.配制pH=2的HCl水溶液；

a2.将聚苯乙烯空心微球Ⅰ浸泡在HCl水溶液中；

a3.将臭氧通入HCl溶液中，搅拌速度为50rpm~80rpm，时间为2h；

a4.将聚苯乙烯空心微球Ⅱ用蒸馏水清洗。

所述的步骤c中的疏水预处理，包括以下步骤：

c1.配制浓度为10wt%的HNO₃溶液；

c2.将HNO₃溶液在旋蒸瓶中装满，浸泡24h后，倒出HNO₃溶液；

c3.将旋蒸瓶用蒸馏水清洗；

c4.配制浓度为5mol/L的NaOH溶液；

c5.将NaOH溶液在旋蒸瓶中装满，浸泡24h后，倒出NaOH溶液；

c6.将旋蒸瓶用蒸馏水清洗并干燥；

c7.配制疏水处理有机溶液；

c8.将疏水处理有机溶液在旋蒸瓶中装满，75℃下加热3小时，倒出疏水处理有机溶液；

c9.将旋蒸瓶用甲醇清洗并干燥。

所述的步骤a中的聚苯乙烯空心微球Ⅰ用聚α-甲基苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯或聚丙烯腈微球替代。

所述的步骤a中的聚苯乙烯空心微球Ⅰ的内径为800μm、1000μm或1300μm，内径偏差为±20μm。

所述的步骤b中的聚乙烯醇溶液的浓度为2.5wt%~4.5wt%，。

所述的步骤c中的油相为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、癸二酸二（2-乙基己基）酯的一种溶液或两种以上的混合溶液。