聚合物空心微球及其制备方法

    专利2025-06-08  15


    本发明涉及聚合物加工成型,具体地,涉及一种聚合物空心微球及其制备方法。


    背景技术:

    1、近年来,能源问题日益突出,作为清洁绿色可控能源之一的激光惯性约束核聚变(icf)备受世界科学家关注与研究,美国国家实验室已两次通过icf方式在核聚变反应中实现了净能量增益突破,使人们再次看到了该方式的可行性。该方法利用激光加热空腔靶从而产生等离子体,接着产生的射线会作用在填有燃料的微球靶丸上,通过热传导和反作用力使燃料内爆,创造聚变条件,从而释放能量。

    2、作为承载燃料的容器,聚合物空心微球的质量显得尤为重要,往往直接决定了实验结果,微球的均一性、壁厚大小、曲率半径和其他缺陷对燃料在高温高压状态下的流体力学稳定性和激发出的粒子数量产生直接影响。因此,开发出大直径、大球壁且壁厚均匀的聚合物空心微球技术对于icf实验至关重要。

    3、目前,大直径聚合物空心微球的制备方法以常温微流控为主,通过水、油、水三相相互剪切,从而形成水包油包水的聚合物微球,随后经过固化、清洗、干燥去除内水相得到空心微球。这种方法适用于制备常规厚度(壁厚小于50微米)的空心微球,一旦上到大直径空心微球时就显得力不从心了。

    4、经检索发现,申请公开号为cn108499498a的中国发明专利,公开一种制备聚合物空心微球的方法,该专利通过常温微流控的方法,成功制备聚合物空心微球,但是,该方法制备的空心微球的厚度不满足惯性约束聚变实验的要求。

    5、申请公开号为cn106040116a的中国发明专利,公开一种制备大直径高球形度聚合物空心微球的方法,该专利通过常温微流控,延缓固化速度与旋转固化工艺,制备了直径在2000微米左右的聚合物空心微球,该方法对聚合物浓度的调控范围有限,且未对固化后的壁厚进行说明。

    6、综上所述,目前报道的聚合物空心微球的技术有限,有必要提出一种新的大直径、厚球壁聚合物空心微球的制备方法,从而实现毫米级大壁厚空心微球的制备,且厚度和直径可大范围调控。


    技术实现思路

    1、针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种聚合物空心微球及其制备方法。

    2、根据本发明的一个方面,提供一种聚合物空心微球的制备方法,所述方法包括:

    3、搭建控温微流控平台,所述控温微流控平台包括温度控制机构和微流控芯片,所述微流控芯片包括由内至外同轴嵌套的第一管道、第二管道和第三管道,所述温度控制机构对流经所述微流控芯片的溶液进行温度控制;

    4、提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,所述内水相溶液流入所述第一管道,所述中间油相溶液流入所述第二管道,所述外水相溶液流入所述第三管道,采用所述控温微流控平台制备水包油包水多重乳液;

    5、所述水包油包水多重乳液依次经旋转固化、清洗、老化、酒精置换和干燥处理,得到聚合物空心微球。

    6、可选的,所述搭建控温微流控平台,包括:

    7、将三个内径不同的玻璃管同轴嵌套组装,形成微流控芯片,将所述微流控芯片的三个管道分别连接注射管;

    8、于所述微流控平台的三个注射管外分别包裹第一加热片,将所述微流控芯片置于第二加热片上,并将连接所述注射管和所述微流控芯片的连接管置于水浴加热锅中;

    9、对所述注射管、所述连接管和所述微流控芯片进行预热;

    10、将所述第一加热片、所述第二加热片和所述水浴加热锅分别连接温度控制器,对所述控温微流控平台进行实时温度控制。

    11、可选的,所述对所述控温微流控平台进行实时温度控制,其中:所述控温微流控平台的温度根据聚合物空心微球的壁厚确定。

    12、可选的,所述搭建控温微流控平台,其中:所述微流控芯片的三个管道的内径根据聚合物空心微球的内径确定。

    13、可选的,所述提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,其中:所述中间油相溶液为聚合物溶液,所述中间油相溶液中聚合物浓度根据聚合物空心微球的厚度确定。

    14、可选的,所述提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,其中:所述内水相溶液为超纯水。

    15、可选的,所述提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,其中:所述外水相溶液为与所述中间油相溶液密度相同的水溶液,所述水溶液中包括表面活性剂。

    16、可选的,所述水包油包水多重乳液依次经旋转固化、清洗、老化、酒精置换和干燥处理,其中:具有以下至少一种技术特征:

    17、-所述旋转固化的转速为10-150r/min,固化时间为1-14天;

    18、-所述清洗包括:采用去离子水置换外水相,置换次数为2-10次;

    19、-所述老化包括:将清洗完毕的乳液置于去离子水中,老化温度为50-100℃;

    20、-所述酒精置换包括将老化后的外水相水溶液置换为酒精溶液;

    21、-所述干燥处理的温度为40-100℃,时间不低于3天。

    22、可选的,在所述水包油包水多重乳液依次经旋转固化、清洗、老化、酒精置换和干燥处理之后,还包括:筛选干燥后的球壳,得到具有预设直径和壁厚的聚合物微球。

    23、根据本发明的另一方面,提供一种聚合物空心微球,所述聚合物空心微球利用上述的聚合物空心微球的制备方法制备得到,所述聚合物空心微球的直径不低于0.5毫米,壁厚不低于50微米,壁厚均一性小于5微米。

    24、与现有技术相比,本发明具有如下至少之一的有益效果:

    25、本发明提供的中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液分别流入控温微流控平台的三个管道,制备水包油包水多重乳液,通过改变中间油相溶液的浓度,可以实现对聚合物层厚度的有效调控;通过改变微流控芯片不同相的管道内径比,可以实现对聚合物微球内径的有效调控;通过控温微流控平台的的温度控制机构,可以实现对大壁厚微球的均匀调控,从而实现大直径、厚球壁空心微球的批量化制备,采用本发明方法制备的聚合物空心微球,直径不低于0.5毫米,壁厚不低于50微米,壁厚均一性小于5微米,适用于惯性约束聚变实验。



    技术特征:

    1.一种聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,所述搭建控温微流控平台,包括:

    3.根据权利要求2所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,所述对所述控温微流控平台进行实时温度控制,其中:所述控温微流控平台的温度根据聚合物空心微球的壁厚确定。

    4.根据权利要求1所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,所述搭建控温微流控平台,其中:所述微流控芯片的三个管道的内径根据聚合物空心微球的内径确定。

    5.根据权利要求1所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,所述提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,其中:所述中间油相溶液为聚合物溶液,所述中间油相溶液中聚合物浓度根据聚合物空心微球的厚度确定。

    6.根据权利要求1所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,所述提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,其中:所述内水相溶液为超纯水。

    7.根据权利要求1所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,所述提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,其中:所述外水相溶液为与所述中间油相溶液密度相同的水溶液,所述水溶液中包括表面活性剂。

    8.根据权利要求1所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,所述水包油包水多重乳液依次经旋转固化、清洗、老化、酒精置换和干燥处理,其中:具有以下至少一种技术特征:

    9.根据权利要求1所述的聚合物空心微球的制备方法,其特征在于,在所述水包油包水多重乳液依次经旋转固化、清洗、老化、酒精置换和干燥处理之后,还包括:筛选干燥后的球壳,得到具有预设直径和壁厚的聚合物微球。

    10.一种聚合物空心微球,其特征在于,利用权利要求1-9任一项所述的聚合物空心微球的制备方法制备得到,所述聚合物空心微球的直径不低于0.5毫米,壁厚不低于50微米,壁厚均一性小于5微米。


    技术总结
    本发明提供一种聚合物空心微球及其制备方法,制备方法包括:搭建控温微流控平台,控温微流控平台包括温度控制机构和微流控芯片,微流控芯片包括由内至外同轴嵌套的第一管道、第二管道和第三管道,温度控制机构对流经微流控芯片的溶液进行温度控制;提供中间油相溶液、内水相溶液和外水相溶液,内水相溶液流入第一管道,中间油相溶液流入第二管道,外水相溶液流入第三管道,采用控温微流控平台制备水包油包水多重乳液;水包油包水多重乳液依次经旋转固化、清洗、老化、酒精置换和干燥处理,得到聚合物空心微球。本发明可以实现大直径、厚球壁空心微球的批量化制备,所制备的聚合物空心微球适用于惯性约束聚变实验。

    技术研发人员:刘景全,涂柯俊,文惠敏,胡之勇,李子星,林祖德,王晓林,刘武
    受保护的技术使用者:上海交通大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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