[發(fā)明專(zhuān)利]利用三維無(wú)規(guī)流場(chǎng)制備聚合物空心微球的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710600209.5
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107353429B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳強(qiáng);陳素芬;潘大偉;劉梅芳;漆小波;李波;張占文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類(lèi)號(hào): C08J9/28
• 分類(lèi)號(hào): C08J9/28;C08J3/12
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 鄭健

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用三維無(wú)規(guī)流場(chǎng)制備聚合物空心微球的方法，利用三維無(wú)規(guī)流場(chǎng)制備高同心度、球形度的聚合物空心微球。該方法采用聚四氟半透明材料加工成球形容器，利用四軸旋轉(zhuǎn)儀器搭載該球形容器，通過(guò)調(diào)整主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且取向無(wú)規(guī)則的流場(chǎng)。將該流場(chǎng)與W1/O/W2復(fù)合乳粒固化相結(jié)合，提高內(nèi)水相液滴與中間層薄膜同心化能力以及球形調(diào)整能力。該高同心度、高幾何球形的聚合物空心微球可用于激光慣性約束聚變物理實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚合物加工成型領(lǐng)域，具體涉及一種利用三維無(wú)規(guī)流場(chǎng)制備聚合物空心微球的方法。

背景技術(shù)

隨著煤炭、石油、天然氣三大傳統(tǒng)化石燃料的日益枯竭，人們把目光越來(lái)越多的投向新能源的開(kāi)發(fā)，其中核能資源被認(rèn)為是最具有潛力的新能源。核能源的利用方式有兩種：一種是重核元素的裂變另一種是輕核元素的聚變。其中，核裂變?cè)谏a(chǎn)中已得到實(shí)際應(yīng)用，但是核裂變反應(yīng)中，裂變?nèi)剂显谧匀唤缰械膬?chǔ)量并不多，且裂變?nèi)剂暇哂蟹派湫院臀ｋU(xiǎn)性，因此核裂變的優(yōu)勢(shì)無(wú)法完全發(fā)揮出來(lái)。相比之下，核聚變優(yōu)勢(shì)明顯，其燃料在自然界儲(chǔ)量豐富且為綠色燃料，更為重要的是聚變能釋放比裂變更高的能量。因此，實(shí)現(xiàn)受控核聚變對(duì)整個(gè)人類(lèi)社會(huì)都具有極其重要的意義。目前，最有希望實(shí)現(xiàn)可控核聚變的方式是慣性約束聚變(ICF)。ICF是通過(guò)內(nèi)爆對(duì)核燃料進(jìn)行壓縮，利用內(nèi)爆運(yùn)動(dòng)的慣性對(duì)高溫高密度態(tài)的核燃料進(jìn)行約束，以實(shí)現(xiàn)熱核聚變從而獲取聚變能的一種方法。

成功實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程的條件是對(duì)核燃料的對(duì)稱(chēng)壓縮，而流體力學(xué)不穩(wěn)定性對(duì)此構(gòu)成了最大的威脅，由于流體力學(xué)不穩(wěn)定性產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)壓縮，引起核燃料與推進(jìn)層之間的混合，降低燃料區(qū)的溫度，導(dǎo)致壓縮效率的降低甚至點(diǎn)火失敗。ICF物理實(shí)驗(yàn)對(duì)燃料容器的幾何形狀以及表面光潔度具有近乎嚴(yán)苛的要求。聚合物空心微球作為制備燃料容器的模板，其幾何形狀和表面光潔度直接影響燃料容器幾何形狀和表面光潔度。

目前，采用基于微流控技術(shù)的乳液微封裝法制備聚合物空心微球。在微流控制備W1/O/W2乳粒的過(guò)程中，將內(nèi)水相W1注入油相O中，形成油包水(W1/O)液滴，再利用外水相W2將W1/O乳粒沖刷形成W1/O/W2雙重乳粒，利用固化容器收集雙重乳粒，進(jìn)行固化得到微球，但是現(xiàn)有的固化方法得到的聚合物空心微球的球形化程度差、壁厚不均勻，并且很大部分均有裂紋產(chǎn)生。這些有裂紋聚苯乙烯類(lèi)空心微球的表面粗糙度會(huì)增大、力學(xué)性能會(huì)降低、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆冋?/p>

雙重乳液油相薄膜在固化過(guò)程中前期為具有牛頓流體特征的粘性有機(jī)溶液；固化過(guò)程中有機(jī)溶劑不斷揮發(fā)，形成具有非牛頓流體特征的粘性高分子凝膠；最后形成具有固體特征的彈性高分子薄膜。為減弱常規(guī)固化流場(chǎng)方式中外水相流場(chǎng)對(duì)雙重乳粒的剪切變形作用，使外水相流場(chǎng)對(duì)雙重乳液的剪切作用較小，乳粒在流場(chǎng)中產(chǎn)生的非球形化和非同心化可以完全恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)固化聚合物微球的同心化，采用盛滿(mǎn)外水相W2的半球形容器接收W1/O/W2，將兩個(gè)半球通過(guò)螺紋合閉，形成裝滿(mǎn)W2相和W1/O/W2乳粒的固化容器，將球形容器固定于四軸旋轉(zhuǎn)研磨儀上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向頻率，實(shí)現(xiàn)無(wú)軌旋轉(zhuǎn)方式下的乳粒固化，得到最終高同心度的聚合物微球。該四軸研磨儀有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，四軸研磨儀工作時(shí)，四軸中的任意兩個(gè)為主動(dòng)軸，其他兩個(gè)為從動(dòng)軸，四軸保持轉(zhuǎn)速相同，使得球形容器可固定在四周之間；設(shè)定固定的轉(zhuǎn)換周期實(shí)現(xiàn)四周隨機(jī)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)固化過(guò)程中的無(wú)軌旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種一種利用三維無(wú)規(guī)流場(chǎng)制備聚合物空心微球的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、利用聚四氟材料加工帶螺紋的半球形容器；將W2外水相溶液加入半球形容器中；

步驟二、利用微流控技術(shù)產(chǎn)生W1內(nèi)水相/O油相/W2外水相雙重復(fù)合乳粒；

步驟三、利用裝有W2外水相溶液的半球形容器收集雙重復(fù)合乳粒，通過(guò)螺紋將兩個(gè)半球形容器封裝形成球形容器；