塑料工业 CHINA PLASTICS INDUSTR1 第34卷第lO期 2006年lO月 单分散微米级PMMA微球的制备 刘琨。杨景辉,陈雪梅 (国家超细粉末工程研究中心华东理工大学,上海200237) 摘要:以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,乙醇和水为反应介质,偶氮二异丁腈为引发剂,甲基丙烯酸甲酯 (MMA)为单体,采用分散聚合工艺,制备了单分散微米级PMMA微球。研究了乙醇/水介质的配比、反应温度、分散 剂用量、单体用量、引发剂用量对PMMA微球粒径和粒径分布的影响。结果表明,PMMA微球粒径随乙醇用量的增加 先增大后减小;随反应温度的升高先增大后减小,粒径分布先变窄再变宽;随单体用量的增加先增大后减小,随引发 剂用量的增加而增大;随PVP用量的增加而减小,粒径分布先变窄再变宽。 关键词:单分散;PMMA微球;粒径;粒径分布 中图分类号:TQ325.7 文献标识码:B 文章编号:1005—5770(2006)lO一0OO4—03 Preparation of Monodisperse PMMA Microspheres UU Kun,YANG Jing.hui,CHEN Xue—mei (State Research Center of Superfine Powders Eng.,East China University of Sci.&Tech.,Shanghai 200237,China) Abstract:Monodispeme microsize PMMA microspheres were prepared by dispersion polymerization with polyvinylpyrrolidone(PVP)as dispersing agent,ethanol—water as solvent,2,2,一azobisizobutyronitrile(AIBN)as initiator and methyl methacrylate as monomer.The influence of the ratio of ethanol/water,reaction temperature,the contents of dispersing agent,monomer and initiator on the particle diameter and the distribution of the particle diam— eter of the PMMA microspheres were investigated.The results showed with the increase of the content of ethano1, the particle diameter increased first,and then decreased;with the rise of the reaction temperature,the particle di— ameter increased first,and then decreased,and the the distribution of the particle diameter narrowed fistr and then idened;wwith the increase of the content of the monomer,the particle diameter increased first,and then de— creased:the particle diameter increased with the increase of the content of the initiator;with the increase of the content of PVP,the particle diameter decreased,and the distribution of the particle diameter narrowed first and then idened.w Keywords:Monodisperse;PMMA Microspheres;particle Diameter;Distibutiron of Particle Diameter 单分散、微米级的功能性聚合物微球由于具有比 定剂和引发剂都溶解在反应介质中,当聚合物链增长 表面积大、吸附性强、凝聚作用大以及表面带有可反 到临界链长后,聚合物即从反应介质中沉析出来,并 借助于分散稳定剂的作用悬浮于反应介质中形成小颗 粒。分散聚合反应可以一步获得微米级粒度均匀的聚 合物微球,并且适用于不同类型单体的聚合反 应_8,9 J。本实验以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散稳 定剂,乙醇和水为反应介质,偶氮二异丁腈(AIBN) 为引发剂,用分散聚合工艺制备出了微米级单分散聚 甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球,并对影响PMMA微 球粒径及粒径分布的因素进行了研究。 应基团等特异性能,在标准计量、情报信息、临床检 验和诊断、涂料、液晶材料及色谱填料等诸多领域具 有广泛的用途l1“J。通常,用于制备聚合物微球的方 法是乳液聚合法和悬浮聚合法。乳液聚合只能制备粒 径小于1 Fm的微球_5 ;用悬浮聚合法制得的微球粒 径在1~1 000 Fm之间,且均为多分散性。相比而 言,分散聚合是一种方便有效的合成微米级单分散聚 合物微球的方法,它是20世纪70年代由英国ICI公 司最先提出并发展起来的_6 J。分散聚合是一种特殊的 沉淀聚合_7 J,反应开始前为均相体系,单体、分散稳 1实验部分 1.1试剂 作者简介:刘 昆,男,1982年生,硕士研究生,主要从事功能高分子方面的研究。lk2080@hotmail.coln 维普资讯 http://www.cqvip.com
第34卷第lO期 刘琨等:单分散微米级PMMA微球的制备 甲基丙烯酸甲酯(MMA):AR,减压蒸馏,上海 凌峰化学试剂有限公司;偶氮二异丁腈(AIBN): AR,用乙醇重结晶,上海试四赫维化工有限公司; 聚乙烯吡咯烷酮(PVP):K.30,进口分装,国药集 团化学试剂有限公司;无水乙醇(EtOH):AR,上海 振兴化工一厂。 1.2实验方法 将分散剂PVP、单体MMA、引发剂AIBN溶于乙 醇和水组成的混合溶剂,投入装有搅拌器及回流冷凝 器的250 mL三口烧瓶中,在一定温度下反应6 h,反 应结束后降温,将所得到的分散聚合样品经离心沉降 后,用无水乙醇多次清洗PMMA微球以除去未反应 的单体和低聚物,最后在60℃下真空干燥24 h,即 得PMMA微球。表1为分散聚合反应基本配方,除特 别指明外,其它组分均按表中所列用量。 表1 分散聚合反应的基本配方 Tab 1 Basic recipe of dispersion polymerization 1.3分析测试 将制得的PMMA微球样品均匀地覆盖在载玻片 上,用乙醇稀释后,用海鸥SDE一100数码光学显微镜 观察拍摄。粒径和粒径分布分别用平均粒径(D ) 和多分散系数(PDI)表示,计算公式如下: D =∑di/n =∑ /∑ PDI:D /D 式中,/'t表示计算粒子的数目,d 表示第 个粒子的 直径。 2结果与讨论 2.1介质配比对微球的影响 表2分散介质对PMMA微球平均粒径和粒径分布的影响 Tab 2 Effects of dispersion medium on average particle diameter and distribution of particle diameter of PMMA mierosphere 表2是分散介质对PMMA微球平均粒径和粒径分 布的影响。从表2可看出,随着分散介质中乙醇用量 的增加,PMMA微球粒径先增后降;当乙醇/水的质 量比在45/55和55/45的时候,微球粒径分布较窄。 增加乙醇用量会增加临界链长,使微球粒径增大;进 一步增加乙醇的用量,易于二次成核,小粒子数目增 多,导致平均粒径减小。 2.2反应温度对微球的影响 表3是反应温度对PMMA微球平均粒径和粒径分 布的影响。从表3可看出,随着反应温度的升高, PMMA微球的粒径先增大后减小;粒径分布先变窄再 变宽,在70 cI=时最窄。升高温度会增加低聚物链的 溶解性,就有可能增加临界链长,使得微球粒径增 加;升高温度同时也会增加引发剂分解速率常数 ( ),产生更多的自由基链,如果这些自由基链被 PVP稳定下来,就有可能形成更多的核,而使得微球 粒径减小。当温度为60℃时,引发剂分解较慢,在 6 h内很可能没有成核,所以在显微镜下看不到微球。 表3反应温度对PMMA微球平均粒径和粒径分布的影响 Tab 3 Effects of reaction temperature on average particle diameter and distribution of particle diameter of PMMA mierosphere 2.3分散剂用量对微球的影响 表4 PVP用量对PMMA微球平均粒径及粒径分布的影响 Tab 4 Effects of PVP content on particle diameter and distirbution of particle diameter of PMMA microsphere 表4是PVP用量对PMMA微球平均粒径及粒径 分布的影响。从表4可看出,随着PVP用量的增加, PMMA微球粒径呈减小趋势;粒径分布先变窄再变 宽,当PVP用量为2.0 g时粒径分布最窄。这是因为 PVP用量增加,微球团聚程度减少,更容易稳定,使 微球粒径减小,粒径分布变窄。 2.4单体用量对微球的影响 表5是MMA用量对PMMA微球平均粒径和粒径 分布的影响。从表5可看出,PMMA微球粒径随单体 用量的增加先增后减;当单体用量为10.0 g时,粒 径分布最窄。增加MMA用量有可能增加聚合物链的 溶解性,这会导致临界链长增加,使微球粒径增加; 进一步增加MMA的用量,易于二次成核,小粒子数 维普资讯 http://www.cqvip.com
・ 6 ・ 塑 料 工 业 2006生 目增多,导致平均粒径减小。 表5 MMA用量对PMMA微球平均粒径和粒径分布的影响 Tab 5 Effects of MMA content on average particle diameter and distribution of particle diameter of PMMA microsphere 分布的影响,得到了制备微米级单分散PMMA微球 的最佳工艺条件:MMA 10 g,PVP 2.0 g,AIBN 0.1 g, EtOH/It,0=55/45(质量比),得到平均粒径为5.948 um、分散系数为1.034的PMMA微球。同时得到了如 下结论:随着分散介质中乙醇用量的增加,PMMA微 球粒径增大;当乙醇用量继续增加时,粒径变小。随 着反应温度的升高,PMMA微球粒径先增大后减小, 粒径分布先变窄再变宽。随着PVP用量的增加,微 球粒径呈减小趋势,粒径分布先变窄再变宽。PMMA 2.5引发剂用量对微球的影响 微球的粒径随着单体用量的增加先增大后减小,随着 表6 AIBN用量对PMMA微球平均粒径和粒径分布的影响 引发剂用量的增加而增大。 Tab 6 Effects of AIBN content on average particle diameter and distirbution of particle diameter of PMMA micmsphere 参 考 文 献 l赵文元,孙亦军.功能高分子材料化学.北京:化学工业 出版社,1996.22 2 Ugelstad J,Berge A,et a1.Progr Polym Sci,1992,17:87 3 Paine A J.J Polym Sci,Part A:Polym Chem,1990,28:2485 4邱广明,杨春雁,孙宗华.功能高分子学报,1996,9 (4):565 表6是AIBN用量对PMMA微球平均粒径和粒径 5曹同玉,刘庆普,胡金生.聚合物乳液合成原理、性能及 分布的影响。从表6可看出,PMMA微球的粒径随引 应用.北京:化学工业出版社,1997 发剂用量的增加而增大;当引发剂用量为0.1 g时, 6 Barrett K E J(Ed).Dispersion Polymerization in Organic Media. 粒径分布最窄。这是因为增加引发剂用量会产生更多 New York:Wiley Interscience,1975 自由基,自由基聚合速率增加,成核速率增加,粒子 7 Lu Y Y,EL-AASSER M S.J Polym Sci,Part B:Polym Phys, 之间的团聚增加,因此微球粒径增加。 1988,26(8):1187 8高建平,于九皋,王为等.化工进展,1998,(3):22 3 结论 9赵中樟,杨树明,杨彦果等.高分子学报,1999,(1):31 研究了不同聚合条件对PMMA微球粒径及粒径 (本文于2006—07—12收到) (上接第3页) 367 2孙启华.玻璃钢/复合材料,1994,(4):8 14 Cherian A B,Thachil E T.Polym Plast Technol Eng,2005,44 3 Abdeen A,Lubi M C,Abhilash M.Des Monomer Polym, (3):391 2001,4(3):260 l5周文英,齐暑华,寇静利等.热固性树脂,2005,20(1): 4王翔,王钧,罗格梅.纤维复合材料,2004,(1):10 37 5 Alxtel—Azim A N.Polym Plast Technol Eng,1995,34(1):79 16赵世琦,吕水周.热固性树脂,1995,10(4):ll 6张鹏飞,陆波,李梅.辽宁化工,2001,30(6):241 17 Xu Y,Li H,Du G Y.高分子材料科学与工程,2005,21 7朱立新,黄风来,祝亚非等.高分子材料科学与工程, (1):98 2004,20(2):205 18 Oleksy M,Heneczkowski M,Galina H.J Appl Polym Sci, 8朱立新,王小萍,贾德民.绝缘材料,2004,(1):52 2005,96(3):793 9 Abdel—Azim A N.Polym Plast Technol Eng,1995,34(1):91 19 Zhang M,Singh R P.Mater Lett,2004,58:408 lO朱雪峰,石斌,费传军等.玻璃钢,2000,(4):1 20 Ramis X,Cadenato A,Morancho J M.Polymer,2001,42: 11中国工程塑料加工应用专委会.中国工程塑料加工应用技 9469 术研讨会论文集,成都,2004.济南:工程塑料应用杂志 21 Guhanathan S,Hariharan R,Sarojadevi M.J Appl Polym Sci, 社,2004.9 2004,92(2):817 l2葛曷一,柳华实,张国辉.塑料工业,2004,32(3):40 (本文于2006—06—13收到) 13 Thachil E T,Cherina A B.j Eiastomem Plast,2003,35(4):
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