悬浮聚合制备微米级聚苯乙烯微球
时间:2025-04-02
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悬浮聚合制备微米级聚苯乙烯微球
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徐昊垠等悬浮聚合制备微米级聚苯乙烯微球研究与开发
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研究与开发
悬浮聚合制备微米级聚苯乙烯微球
徐昊垠
董春明
(东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318)
摘要以羟乙基纤维素和白明胶为稳定剂、甲苯和庚烷为致孔剂,经悬浮聚合制备了单分散交联聚苯乙烯微球。考察了单体用量、引发剂和交联剂含量、搅拌速度对微球粒径的影响。结果表明,最佳的悬浮聚合条件为:单体苯乙烯的用量为水相的质量分数20%、交联剂二乙烯基苯为单体的质量分数4%、引发剂过氧化苯甲酰为单体的质量分数1%、聚合温度为60℃、搅拌速度为500r/min、反应时间为24h。在此条件下制备的交联聚苯乙烯微球平均直径为40μm左右,扫描电镜观察结果显示,合成的交联聚苯乙烯微球的形态良好且表面有微孔,分散性好。
关键词聚苯乙烯;微球;单分散;悬浮聚合中图分类号TQ325.2
文献标识码A
DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.03.0008
交联聚苯乙烯(PS)微球具有比表面积大、吸附性强、力学性能好、反应性强、表面活性大以及可回收等特点,在生物医用、分析化学和化妆品工业等方面有着广泛的应用前景[1-3]。在化学工业中,大粒径、单分散并具有多孔结构的聚合物微球可用作催化剂载体,其催化活性高、副反应少,反复利用率和选择性高。
苯乙烯(St)悬浮聚合方法与本体、乳液、溶液聚合法相比,有其独特的优点:1)成本低;2)聚合热容易去除而无回收问题,生产操作安全;3)以水作为反应介质,温度易于控制;4)颗粒大小可控制在较小的范围内;5)所得树脂的纯度高于乳液法生产的产品。
传统的悬浮聚合法可以制备粒径为100~1000
[4]
素,持续搅拌24h得到澄清溶液;另取一定量水加热至50℃,不断搅拌下加入一定量白明胶,溶解后冷却至室温;再取一定量水加入一定量氯化钠,待溶解后将上述3种溶液混合配成水相。
将水相加入到装有搅拌器、冷凝管和通氮管的三口瓶中,取30g的St和1.2g的DVB相混合,再取0.3g过氧化苯甲酰在搅拌下加入其中,然后将一定量甲苯和庚烷加入其中,构成分散相油相;通入氮气30min赶走空气;开动搅拌器,将油相加入到水相中,搅拌10min;将转速调至500r/min,油浴加热至60℃反应24h。
反应结束后,将反应混合物冷却至室温,减压过滤,把得到的聚合物转移到装有蒸馏水的烧瓶中,搅拌下加热到50℃,趁热减压过滤;再转移到装有2倍聚合物体积的乙醇的烧瓶中,搅拌下加热到50
μm的微球,但呈多分散性[5]。本研究通过改进反应条件,采用悬浮聚合法制备出了粒径在40μm左右单分散的PS微球,并考察了单体、引发剂、交联剂
含量和搅拌速度等对微球粒径的影响。
℃,1h后趁热减压过滤,重复这样的操作,直到未反
应的单体和溶剂完全洗净。将聚合物在70℃真空干燥箱中干燥24h。
1
1.1
试验部分
主要原料与试剂
1.3表征
形貌及粒径分析。聚合物微球干燥后,将其在乙
St、二乙烯基苯(DVB),经减压蒸馏除去阻聚剂后使用;过氧化苯甲酰(BPO),重结晶后使用;甲苯、
庚烷、羟乙基纤维素、氯化钠、乙醇;均分析纯。
醇中分散,滴少许分散液在载玻片上,干燥、喷金,用扫描电子显微镜观察微球表观形貌。从扫描电镜照片中测量100个左右的微球直径,按下式计算微球的分散程度:
1.2制备
取一定量水在搅拌下加入一定量羟乙基纤维
收稿日期:2010-05-20;修回日期:2010-06-06
悬浮聚合制备微米级聚苯乙烯微球
2010年第17卷第3期
n
1Σ
ΣΣΣΣΣΣΣΣ
化工生产与技术ChemicalProductionandTechnology
表1
初始单体用量对微球粒径的影响
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δ=
Σ
ΣΣΣΣΣiΣΣΣ
Σ(Di-D)
=1
2
,
ε=
δ。
Tab1Theimpactofinitialmonomeramounton
themicrospheressize
w(St) 0.15 0.20 0.25 0.30
D 36.82 41.34 45.28 51.67
0.08 0.05 0.09 0.12
式中,δ为标准偏差,Di为单个粒子的直径,D为粒子的平均直径,n为粒子数目;ε为分散系数,其值越小,表明微球大小越均匀,单分散性越好。
2
2.1
结果与讨论
粒径和形貌观察
单体用量为水相的质量分数20%,引发剂用量
注:交联剂DVB为单体的质量分数4%、引发剂过氧化苯
甲酰占单体的质量分数1%、分散剂用量为水相的体积分数
为单体的质量分数1%、交联剂用量为单体的质量分数4%,分散剂用量为水相体积的0.6%,聚合温度为60℃、搅拌速度为500r/min,所制备的PS微球用扫描电子显微镜在40倍镜下拍摄(如图1),可以看到所制备的PS微粒呈很好的球形,微球粒径在
0.6%,聚合温度为60℃、搅拌速度为500r/min、反应时间为24h。
联剂、稀释剂量一定的情况下,单体用量太多,稀释剂的稀释作用减弱,从而使一些微球处于非稳定状态,微球相互粘结,导致粒径分布变宽。经实验得出,单体的质量分数为20%为好。
40μm左右,表面光滑,带有微孔,分散性较好。
2.3引发剂用量对微球粒径的影响