一种先驱体聚合物微球及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201611013228.X | 申请日 | 2016-11-18 | 公开(公告)号 | CN106543446A | 公开(公告)日 | 2017-03-29 |
| 申请人 | 中国工程物理研究院激光聚变研究; 中心; | 发明人 | 李婧; 李波; 李洁; 刘一杨; 刘梅芳; 陈素芬; 张占文; 史瑞廷; 初巧妹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种先驱体 聚合物 微球及其制备方法。所述先驱体聚合物微球以聚 碳 硼 烷先驱体为球壳。所述先驱体聚合物微球制备方法采用基于先驱体转化法的乳液微封装技术，以聚碳硼烷先驱体溶液作为中间相，利用油 水 界面的包覆作用获得先驱体聚合物乳粒，再通过洗涤、 固化 、干燥获得先驱体聚合物微球。本发明的先驱体聚合物微球及其制备方法具有工艺简单、条件温和、分散性好，微球产率和成品率高，而且能够节约硼源，降低生产成本，达到节能降耗和环境保护的作用。本发明的先驱体聚合物微球可作为制备碳化硼陶瓷微球的前体材料，同时也可在超硬涂层、防 辐射 材料、激光 惯性约束聚变 物理实验等领域得到应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种先驱体聚合物微球，其特征在于，所述的先驱体聚合物微球以聚碳硼烷先驱体为球壳，聚碳硼烷先驱体以烯基癸硼烷为基本结构单元，是烯基癸硼烷与单烯共聚的先驱体聚合物，所述的聚碳硼烷先驱体为聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-降冰片烯）、聚（环辛烯基癸硼烷-co-降冰片烯）、聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-癸硼烷）、聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-1,5己二烯）中的一种，聚碳硼烷先驱体的重均分子量（M w）大于等于5000； |
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| 说明书全文 | 一种先驱体聚合物微球及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种先驱体聚合物微球及其制备方法。 背景技术[0002] 碳化硼具有耐高温、抗氧化、高强度和低密度等一系列引人注目的优点，在军事国防、核工业、航空航天等领域有重要的潜在应用，可用作高温结构材料、功能材料、中子吸收材料、以及ICF靶的备选材料。值得注意的是，碳化硼陶瓷微球不仅可以用于ICF靶，由于微球特有的物化性质，如较高的比表面积、优异的单分散性、可控的孔隙率及渗透性等特点，耦合了碳化硼陶瓷优异的热机械性能，化学稳定性以及优良的中子吸收能力，使其在宇航、核能、电子、生物催化和先进武器等高科技领域也都展示出诱人的应用前景。 [0003] 目前，碳化硼陶瓷材料一般采用碳热还原法或镁热还原法进行制备，这类方法烧成温度高，且不易获得薄膜、纤维或微球等产品。即使需要生产碳化硼陶瓷微球也往往采用镀膜技术来实现，即利用磁控溅射或化学气相沉积等方法在聚合物芯轴上进行成膜，然后通过去除芯轴获得碳化硼球壳材料。这类方法对实验设备的要求较高，对实验条件的控制要求极为严格，且所得镀层的质量较难控制，因而具有很大的局限性，还不能高效、高质量的生产碳化硼陶瓷微球。 [0004] 先驱体转化技术从根本上解决了这一难题，该方法集分子的可设计性、良好的工艺性、制备温度低和可实现净成型等优点于一体，可以获得传统工艺难以制备的先进陶瓷材料，与传统的镀膜法相比，能够通过控制单体的化学组成改善陶瓷的性能，而且能够充分利用聚合物良好的可加工性，从根本上改善了碳化硼陶瓷的成型难度，有望实现单分散碳化硼微球的可控制备，但是目前对于如何制备碳化硼陶瓷微球所需的先驱体聚合物微球尚无公开报道。 发明内容[0005] 本发明所要解决的一个技术问题是提供了一种先驱体聚合物微球，本发明所要解决的另一个技术问题是提供了一种先驱体聚合物微球的制备方法。 [0006] 本发明的先驱体聚合物微球，其特点是，所述的先驱体聚合物微球以聚碳硼烷先驱体为球壳，聚碳硼烷先驱体以烯基癸硼烷为基本结构单元，是烯基癸硼烷与单烯共聚的先驱体聚合物，所述的聚碳硼烷先驱体为聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-降冰片烯）、聚（环辛烯基癸硼烷-co-降冰片烯）、聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-癸硼烷）、聚（6-降冰片烯基癸硼 烷-co-1,5己二烯）中的一种，聚碳硼烷先驱体的重均分子量（M w）大于等于5000。 [0007] 所述的聚碳硼烷先驱体的化学式如下：聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-降冰片烯）： （1） 聚（环辛烯基癸硼烷-co-降冰片烯）： （2） 聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-癸硼烷）： （3） 聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-1,5己二烯）： （4） 其中，m和n为聚合度。 [0008] 本发明的先驱体聚合物微球的制备方法，包括以下步骤：a. 将聚碳硼烷先驱体在有机溶剂中充分溶解后形成聚碳硼烷先驱体溶液，同时制备聚乙烯醇水溶液； b. 利用乳液微封装技术产生乳粒：一种是通过三个可调节注射流速的微量注射泵分别将去离子水、聚碳硼烷先驱体溶液和聚乙烯醇水溶液分别压入微通道模板的内相、中间相和外相，形成水/油/水（W1/O/W2）双乳液体系，制备包水的先驱体聚合物乳粒；另一种是通过两个可调节注射流速的微量注射泵分别将聚碳硼烷先驱体溶液和聚乙烯醇水溶液压入微通道模板的内相和外相，形成油/水（O/W）单乳液体系，制备实心的先驱体聚合物乳粒； c. 收集先驱体聚合物乳粒，放入聚乙烯醇水溶液中恒温固化，先驱体聚合物乳粒中的有机溶剂在恒温固化过程中不断扩散消耗，制成包水的先驱体聚合物微球和实心的先驱体聚合物微球； d. 过滤、收集先驱体聚合物微球，并采用热的去离子水重复洗涤先驱体聚合物微球，随后将先驱体聚合物微球放入烘箱中，在25 ºC 40 ºC进行干燥，最后获得空心的聚碳硼烷~ 先驱体聚合物微球和实心的聚碳硼烷先驱体聚合物微球。 [0009] 步骤a所述的有机溶剂为苯、氟苯、1,2-二氯乙烷中的一种或以上，聚碳硼烷先驱体在有机溶剂中的质量浓度为10% 30%；~ 步骤a所述的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.5% 4%。 ~ [0010] 步骤b所述的微通道模板是由2 3种不同直径的毛细管组成的同轴环管通道，外相~的流速在先驱体聚合物乳粒制备过程中保持最大。 [0011] 步骤c所述的固化温度为10 ºC 30 ºC，固化过程中不断搅拌聚乙烯醇水溶液，控~制先驱体聚合物乳粒在外相中的分散状态，避免先驱体聚合物乳粒相互碰撞、团聚而导致的变形、破裂。 [0012] 本发明的先驱体聚合物微球及其制备方法采用基于先驱体转化法的乳液微封装技术，以聚碳硼烷先驱体溶液作为中间相，利用油水界面的包覆作用获得先驱体聚合物乳粒，再通过洗涤、固化、干燥获得先驱体聚合物微球。本发明的先驱体聚合物微球及其制备方法具有工艺简单、条件温和、分散性好，微球产率和成品率高，而且能够节约硼源，降低生产成本，达到节能降耗和环境保护的作用。本发明的先驱体聚合物微球可作为制备碳化硼陶瓷微球的前体材料，同时也可在超硬涂层、防辐射材料、激光惯性约束聚变物理实验等领域得到应用。附图说明 [0013] 图1 为本发明的先驱体聚合物微球的光学显微镜图片。 具体实施方式[0014] 下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。 [0015] 实施例1a. 将聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-癸硼烷）溶于氟苯中，先驱体聚合物的重均分子量（M w）为68000，溶液的质量百分数为30%。配置质量百分比为2%的聚乙烯醇水溶液为外相； b. 采用三个微量注射泵将去离子水、聚碳硼烷先驱体溶液以及聚乙烯醇水溶液分别压入微通道模板的最内相、中间相和外相，使三相形成水/油/水（W1/O/W2）双乳液体系； c. 收集乳粒于装有外水相的旋转瓶内，并置于乳粒旋转固化仪，固化温度30 oC，顺时针以25 rpm绕水平轴旋转，固化24 h； d. 将旋转瓶内液体倒入筛子去除外水相，经过热的去离子水重复洗涤几次，并将其放入烘箱在40 ºC干燥，即获得如图1所示的直径500 μm左右聚碳硼烷先驱体聚合物空心微球。 [0016] 实施例2a. 将聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-1,5己二烯）溶于苯中，先驱体聚合物的重均分子量（M w）为5200，溶液的质量百分数为20%。配置质量百分比为2%的聚乙烯醇水溶液为外相； b. 采用三个微量注射泵将去离子水、聚碳硼烷先驱体溶液以及聚乙烯醇水溶液分别压入微通道模板的最内相、中间相和外相，使三相形成水/油/水（W1/O/W2）双乳液体系； c. 收集乳粒于装有外水相的旋转瓶内，并置于乳粒旋转固化仪，固化温度20 oC，顺时针以25 rpm绕水平轴旋转，固化48 h； d. 将旋转瓶内液体倒入筛子去除外水相，经过热的去离子水重复洗涤几次，并将其放入烘箱在40 ºC干燥，即获得直径620 μm左右的聚碳硼烷先驱体聚合物空心微球。 [0017] 实施例3a. 将聚（6-降冰片烯基癸硼烷-co-降冰片烯）、苯和1,2-二氯乙烷以10: 45: 45质量分数配置油相，先驱体聚合物的重均分子量（M w）为15000，溶液的质量百分数为10%。并配置质量百分比为4%的聚乙烯醇水溶液为外相； b. 采用三个微量注射泵将去离子水、聚碳硼烷先驱体溶液以及聚乙烯醇水溶液分别压入微通道模板的最内相、中间相和外相，使三相形成水/油/水（W1/O/W2）双乳液体系； c. 收集乳粒于装有外水相的旋转瓶内，并置于乳粒旋转固化仪，固化温度10 oC，顺时针以25 rpm绕水平轴旋转，固化72 h； d. 将旋转瓶内液体倒入筛子去除外水相，经过热的去离子水重复洗涤几次，并将其放入烘箱在25 ºC干燥，即获得直径500 μm左右的聚碳硼烷先驱体聚合物空心微球。 [0018] 实施例4a. 将聚（环辛烯基癸硼烷-co-降冰片烯）溶于氟苯中，先驱体聚合物的重均分子量（M w）为13000，溶液的质量百分数为20%。配置质量百分比为0.5%的聚乙烯醇水溶液为外相； b. 采用两个微量注射泵，调节不同的注射流速，将聚碳硼烷先驱体溶液以及聚乙烯醇水溶液压入微通道模板的内相和外相，使两相形成水/油（O/W）单乳液体系； c. 收集乳粒于装有外水相的烧杯内，并持续搅拌固化24 h，固化温度25 oC； d. 将烧杯内液体倒入筛子去除外水相，经过热的去离子水重复洗涤几次，并将其放入烘箱在30 ºC干燥，即获得直径300 μm左右的聚碳硼烷先驱体聚合物实心微球。 |
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