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工艺与设备 张小红·核壳结构聚苯乙烯中空微球的制备研究

核壳结构聚苯乙烯中空微球的制备研究

张小红
( 陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718100)

摘要 ： 本文研究了一种新型制备大尺寸（毫米级）核壳和中空微球的方法。文中采用悬浮聚合制备 PS 颗粒微球，再通过吸
附作用进行包覆制备核壳结构微球，进而制备中空微球。该法的核心为利用聚合物单体及预聚物在溶剂中溶解和在模板聚合物表
面吸附作用的平衡，从而实现聚合物在模板表面的包覆同时不会对模板产生严重的溶胀。通过采用不同尺寸模板和不同浓度单体
以及包覆次数，达到调节微球尺寸和壳层厚度的目的。大尺寸微球的包覆最佳工艺条件为 ：水 ： 4 mL ； SDS ： 0.05 g ；乙醇 ： 2
mL ； DMSO ： 9 mL ；温度 ： 75℃； MMA ： 0.6 mL ；时间 ： 90 min 左右。对小微球的包覆最佳工艺条件为 ：水 ： 2 mL ；无水乙醇 ：
1 mL ； DMSO ： 4.5 mL ； SDS ： 0.01 g ； MMA ： 0.2 mL ；温度 ： 75℃；时间： 90 min 左右。苯乙烯悬浮聚合反应的最佳工艺条件 ：
固定单体量 ：苯乙烯 ： 2.0 mL ；分散剂 ： 1.25 g ；引发剂过氧化苯甲酰（BPO）： 0.06 g ；反应温度 ： 80℃ ；反应时间 ： 90 min 左右。
中空微球直径从 0.3~3 mm。
关键词 ： 中空微球 ；悬浮聚合 ；核壳结构 ；壳层厚度 ；包覆工艺
中图分类号 ： TQ325.2 文章编号 ： 1009-797X(2019)10-0035-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.10.006

由于核壳高分子微球的核、壳之间可能存在接枝、 香料等行业 [19~21] 。聚苯乙烯泡沫材料可以应用到汽车
互穿或者离子键合，不同于一般的共聚物或聚合物共 内饰衬板行业。
混物，在相同原料组成的情况下，微球的核壳结构化 目前存在的核壳和中空微球制备方法很多，但大
可以显著提高内核聚合物的耐磨、耐水、耐候、抗污、 多数为微纳米球的相关研究，其主要特点是比表面大，
防辐射性能，以及抗张强度、抗冲击强度和黏接强度， 表面吸附能力强，这使得采用表面吸附方法制备微纳
改善其透明性，并可显著降低最低成膜温度，改善加 米球显得较为容易。大尺寸微球（毫米级）的研究较
工性能 [1~3] 。近年来，人们通过化学和物理的手段赋 少，这主要是因为这类微球的应用较为特殊，如大剂
予核壳高分子微球以光导、电导、热敏和磁性等功能， 量药物储存和释放，惯性约束核聚变（ICF）去污以
己广泛应用于电子、生物、医药和塑料、涂料、复合 及隔音隔热等，目前虽然有所研究，但大多反应步骤
材料等许多领域 [4~8] 。 多，制备过程比较复杂，如溶胀法需缓慢的以稳定速
中空结构聚合物微球是在高分子合成技术进步的 度滴加水。另外在以下三个方面还有一定的难度 ：①
基础上进行粒子形态控制的典型产物之一，其中空部 制备毫米级大微球 ；②制备线形聚合物微球 ；③某些
分可以直接封装气体或小分子物质，如水、烃类、酮 制备方法如溶胀法等会生成复合聚合物微球，从而影
类等挥发性溶剂或其它具有特殊功能的化合物，外层 响了微球的组分和性能。基于以上背景，我们提出了
是聚合物组成的壳壁，而由挥发性小分子填充的中空 一种新型制备大尺寸（毫米级）核壳和中空微球的方
微球最终都将转化为气体填充的中空微球 [9~13] 。由于 法，首先采用悬浮聚合制备 PS 颗粒微球，再通过吸
聚合物与空气之间具有较高的折光指数差，中空微球 附作用进行包覆制备核壳结构微球，进而制备中空微
具有突出的光遮盖性能，同时具有良好的可变型性， 球。与以往制备方法不同的是，该法的核心为利用聚
可作为油漆和水性涂料的白色塑料颜料、抗紫外线添 合物单体及预聚物在溶剂中溶解和在模板聚合物表面
加剂和手感改性剂等，广泛应用于化妆品、涂料、油 吸附作用的平衡，从而实现聚合物在模板表面的包覆
墨和造纸工业等领域 [14~18] 。也可以用作低密度添加剂、 同时不会对模板产生严重的溶胀。
隔热材料和吸音材料的添加剂等。中空微球的重要用
途还可以用作微胶囊，内部封装功能性化合物，制成 作者简介 ：张小红（1980-），女，陕西咸阳人，现从事化
可控制释放速率的高分子材料，适用于医药、防伪和 学分析及检验工作。
收稿日期 ：2019-04-28

年
2019 第 45 卷 ·35·