[发明专利]一种单分散微米级聚苯乙烯颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单分散微米级聚苯乙烯颗粒的制备方法。本发明先采用溶液聚合法制备不易爆聚，可有效控制聚苯乙烯的单分散性和粒径的聚丙烯酸，再以该聚丙烯酸为分散剂，采用分散聚合法，一步反应制备单分散微米级聚苯乙烯颗粒，本发明的制备工艺简单，且制备得到的聚苯乙烯球形颗粒的变异系数小于0.1，粒径可控，单分散性良好。

技术领域

本发明涉及高分子功能材料技术领域，具体涉及一种单分散微米级聚苯乙烯颗粒及其制备方法。

背景技术

乳液聚合法可以制备亚微米级聚苯乙烯微球，其产物作为种子经过多步溶胀聚合，可将粒径增大到微米级。但是这种通过多步溶胀制备微米级聚合物微球的方法操作复杂，并且经多步溶胀后粒径分布变宽。专利CN 1935851 B提供了由粒径0.1μm以下的可溶胀颗粒制备微米级聚合物微球的方法。二十世纪五六十年代逐渐形成的自由基分散聚合方法，一步反应即可制备微米级聚合物微球。

分散聚合的特点是反应体系最开始是单相的，单体均匀分布于反应介质中，可以在各种溶剂组合中制备出PS。这种反应需要单体、引发剂和稳定剂均溶于起始介质中，并且聚合产物可以在反应过程中析出。一旦反应体系中形成聚合物颗粒，引发剂和单体就会在溶剂和聚合物相之间进行分配，并且在每一相中的含量由所选择的反应条件决定。由于分散聚合法依赖于聚合初期聚合种的聚集，所以颗粒数量是由生长核决定的。最终粒径及其分布主要由体系中加入的稳定剂保持胶体稳定的能力决定的，其热力学和动力学影响因素包括：(1)单体-聚合物溶解度；(2)反应物组成；(3)温度；(4)溶剂等。

现有专利CN 104725537 A提供了一种以水和乙醇的混合液为溶剂、PVP为分散剂、AIBN为引发剂制备微米级聚苯乙烯微球的方法，但是适用于水/乙醇体系的PVP可选择的分子量范围较窄，从而导致聚苯乙烯微球粒径的可调控性差。因此，有必要研究一种工艺简单，粒径可控的单分散微米级聚苯乙烯颗粒制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种单分散微米级聚苯乙烯颗粒及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种单分散微米级聚苯乙烯颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚丙烯酸的制备：将丙烯酸、1，4-二氧六环和偶氮二异丁腈加入反应容器中，鼓入氮气后，加热并搅拌，升温至60～75℃后再次加入丙烯酸，氮气保护；进料结束后，氮气保护下在60～75℃反应6～10h，冷却后，将反应液倒入液态饱和烷烃中，得到絮状沉淀，经过滤、干燥，得到聚丙烯酸；其中，第一次加入的丙烯酸、第二次加入的丙烯酸、1，4-二氧六环和偶氮二异丁腈的质量比为(0～5)：(25～20)：75：0.025，两次加入的丙烯酸总质量与1，4-二氧六环的质量比为25:75；

(2)单分散微米级聚苯乙烯颗粒的制备：将原料加入反应容器，搅拌，通入氮气并升温到65℃，恒温30min，氮气保护，然后在0.5～1.0h内升温至70℃，反应8～24h，洗涤、干燥后，得到单分散微米级聚苯乙烯颗粒，其中，原料包括以下质量百分比的组分：步骤(1)合成的聚丙烯酸1.4％～4.3％、苯乙烯10％～30％、助分散剂0.4％～1.2％、偶氮二异丁腈0.16％～0.47％和溶剂64.03％～88％。

本发明采用溶液聚合法，通过控制丙烯酸加料速率防止丙烯酸爆聚，反应结束后将聚丙烯酸从液态饱和烷烃中析出，所制备的聚丙烯酸可有效控制聚苯乙烯的单分散性和粒径；以制备的聚丙烯酸为分散剂，采用分散聚合法，通过调控单体浓度、引发剂浓度、溶剂和升温过程等来制备不同粒径大小和粒径分布的聚苯乙烯微球。

优选地，所述步骤(1)中，搅拌速率为200～300RPM，优选为250RPM，以使反应体系可以及时导热，同时减轻非牛顿流体爬杆现象。

优选地，所述步骤(1)中，氮气保护下在65℃反应6～10h，以得到适于分散苯乙烯的聚丙烯酸。