[發明專利]一種微米級單分散聚苯乙烯微球的制備方法

有效

• 申請號: 201110166048.6
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102391400A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 祁洪飛;劉大博
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C08F112/08
• 分類號: C08F112/08;C08F2/12
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于高分子功能材料技術領域，涉及一種微米級單分散聚苯乙烯微球的制備方法。

背景技術

目前，4.2～6.1μm單分散聚苯乙烯微球在微電子技術、化學催化以及膠體晶體模板等領域有重要應用，成為功能材料學科一個嶄新研究領域。優良的單分散性是4.2～6.1μm聚苯乙烯微球取得應用的前提，例如，其在異方向導電膠膜中充當導電填充粒子時，分散系數被嚴格限制在0.05以內。

分散聚合技術由于操作簡單而被廣泛用來合成微米級聚苯乙烯微球，但是，該方法難以實現4.2～6.1μm聚苯乙烯微球的單分散性，使得該粒徑范圍內單分散聚苯乙烯微球的制備成為世界性的難題。《膠體聚合物科學》雜志上公開了一種采用合成有機大分子取代廣泛使用的引發劑和分散劑，合成了4.2～6.1μm單分散聚苯乙烯微球的方法(Nakashima?T.，Yamada?Y.，Yoshizawa?H.Colloid.Polym.Sci.，2007，285(13)：1487；Yoshida?E.Colloid.Polym.Sci.，2008，286(3)：351)。但上述有機大分子造價昂貴，制備過程復雜且穩定性差，并且在反應過程中的作用機理尚不明確，使得反應過程難以控制，單分散性能不高，同時也造成了很大的資源浪費，在相當程度上限制了4.2～6.1μm聚苯乙烯微球的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種單分散性能高的微米級單分散聚苯乙烯微球的制備方法。本發明的技術解決方案是，取苯乙烯作為單體，偶氮二異丁腈為引發劑，聚乙烯基吡咯烷酮為分散劑，乙醇/水為分散介質，其中，其中，苯乙烯的質量占反應試劑總量的25％～33％，聚乙烯基吡咯烷酮和偶氮二異丁腈的質量比分別為苯乙烯3％和1％，分散介質的質量取反應試劑總量的余量；將聚乙烯基吡咯烷酮和乙醇/水的混合溶液(A)倒入三口燒瓶內，在氮氣保護下分散均勻；將苯乙烯和偶氮二異丁腈的混合溶液用超聲波分散均勻后形成溶液(B)；使用恒壓滴液漏斗分兩次將苯乙烯和偶氮二異丁腈的混合溶液(B)滴加入聚乙烯基吡咯烷酮和乙醇/水的混合溶液(A)中，滴加速率為70～150μL/s，反應溫度60～80℃，第一次滴加與第二次滴加的時間間隔為5～30分鐘；進行聚合反應18～24小時；反應結束后，聚合產物經冷卻、離心、無水乙醇分散，獲得聚苯乙烯微球乳液。

所述的聚乙烯基吡咯烷酮和分散介質的混合溶液(A)在氮氣保護下的分散時間為0.5～2小時。

所述的分散介質乙醇和水的質量比為5～12。

所述的聚合反應的振蕩頻率為200～400轉/分鐘。

本發明具有的優點和有益效果：本發明使用常規的引發劑和分散劑，采用兩批次滴加方式引入單體和引發劑，通過調制滴加速率和兩批次滴加的時間間隔制備了單分散性優良(分散系數小于0.03)的4.2～6.1μm聚苯乙烯微球(如圖1所示)。本發明不需要使用制備工藝復雜、造價昂貴、穩定性差的有機大分子，制備工藝及設備簡單，反應過程容易控制，成本低廉，適合大規模工業生產。本發明所得到的4.2～6.1μm單分散聚苯乙烯微球可以廣泛用于微電子封裝、有機/無機復合化學催化劑、光子晶體以及空心微球等領域。

在本發明中聚苯乙烯微球形貌用FEI-SIRION型掃描電子顯微鏡觀察，利用圖像分析軟件，從電鏡照片中測量出100個不同微球的粒徑，利用統計學方法，通過以下公式計算微球平均粒徑(d)和分散系數(CV)。