聚苯乙烯微球的粒徑控制制備及工程化研究.pdf

1、李沽：聚苯乙烯微球的粒徑控制制備及工程化研究摘要表面功能化聚合物微球由于表面羧基、氨基或者羥基等活性基團(tuán)的存在而易于與酶、蛋白質(zhì)、核酸等結(jié)合反應(yīng)，使之在生物、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)等方面應(yīng)用廣泛。當(dāng)前，制備粒徑可控、單分散性功能化聚合物微球己成為高分子材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。為此，本文選擇以聚苯乙烯微球?yàn)檠芯繉?duì)象，旨在制備顆粒尺寸可控，粒徑均一的聚苯乙烯微球，采用分散聚合、無皂乳液聚合進(jìn)行制備，細(xì)致討論聚合工藝過程中的工藝條件對(duì)于聚合物微球顆

2、粒尺寸及粒徑分布的控制關(guān)系，并探索了其表面功能化方法；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了工藝放大與工藝參數(shù)優(yōu)化控制，以尋求適應(yīng)于批量生產(chǎn)的穩(wěn)定工藝。所開展研究?jī)?nèi)容與得到主要結(jié)論包括：一、分散聚合制備聚苯乙烯微球以苯乙烯為單體，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，無水乙醇與水為分散介質(zhì)，以分散聚合制備亞微米、微米級(jí)聚苯乙烯微球。采用紅外光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、動(dòng)態(tài)光散射、激光粒度分布儀等系統(tǒng)分析所合成聚苯乙烯微球顆粒形貌、粒徑及其

3、分布等特征。結(jié)果表明：采用分散聚合所得到聚苯乙烯微球粒徑在2005000nm范圍內(nèi)，微球表面光滑、球形度良好；改變聚合配方組成，可有效調(diào)控微球粒徑及粒徑分布；當(dāng)引發(fā)劑、單體以及分散介質(zhì)中乙醇比例的增加，微球顆粒尺寸增加，而隨著分散劑用量提高，微球粒徑減??；通過交聯(lián)可提高微球耐溶劑性。二、無皂乳液聚合制備羧基化聚苯乙烯微球以苯乙烯、丙烯酸為單體，過硫酸鉀為引發(fā)劑，去離子水為分散介質(zhì)，采用無皂乳液法制各羧基化聚苯乙烯微球，透射電鏡及動(dòng)態(tài)光散

4、射結(jié)果表明：所得微球粒徑粒徑高度均一；改變共聚單體丙烯酸比例、引發(fā)劑用量、聚合溫度以及攪拌速度可得到粒徑在150至400nm的羧基化聚苯乙烯微球，所得微球表面羧基含量可達(dá)0315mmol／g，滿足了構(gòu)建微球陣列芯片的敏感原件等實(shí)際使用的要求。三、工程化探索在實(shí)驗(yàn)室制備工藝參數(shù)得到優(yōu)化的基礎(chǔ)上，探索了小規(guī)模放大的過程，對(duì)所得微球粒徑及其分布進(jìn)行有效地控制，解決了批量制備過程中微球粒徑不均勻及顆粒團(tuán)聚等問題，在2L反應(yīng)釜中進(jìn)行了量產(chǎn)放大研究

5、。得到了900(40)nm羧基化聚苯乙烯微球、350(土10)nnl羧基化聚苯乙烯微球、1200(士50)nnl聚苯乙烯微球的穩(wěn)定工藝，制訂了科學(xué)、規(guī)范、重復(fù)性好的操作規(guī)程指導(dǎo)書。關(guān)鍵字：聚苯乙烯微球、單分散、溶解性、羧基、工程化李潔：聚苯乙烯微球的粒徑控制制各及工程化研究IIIanddynamiclightscatteringdemonstratedthattheparticlesizeofthepreparedmicrosphere

6、swasuniformandtheparticlesizescouldbecontrolledintherangeof150to400hmbyalteringtheratiosoftheacrylicasthecopolymerization，thecontentsoftheinitiatorpolymerizationtemperaturesandstirringratesThecontentsofthecarboxylgroupsc

7、ouldreachahighvalueof0135mmol／g，whichcouldsatisfythepraticalapplicationsinmicrospherearraychips3EngineeringresearchTheprossingtechniquewasscaleduptoproductionbatchsizesof2LbasedonoptimizingtheprocessingparametersTheprobl

8、emssuchasthepolydisperseandagglomerationoftheobtainedshperesinfactorywassovledThecarboxylicpolystyrenemicrosphereswithparticlesizesof90040nm，carboxylicpolystyrenemicrosphereswithparticlesizesof350lOnm，andpolystyrenemicro

9、spherewithparticlesizesof120050nmhavebeensuccessfullyproducedwithstableprecossingtechniqueTheoperationinstructionhasbeenestablishedforcontinuousproductioninfactoryKeywords：Polystyrenemicrosphere，Monodisperse，SolubilityCa