单分散离子交换树脂基体聚合物微球的制备及性能研究

现有离子交换树脂基体材料聚合物珠体的制备技术无法满足高技术领域对树脂产品粒径均匀的要求，而制备单分散聚合物微球的技术也无法制备粒径范围在100~1000μm范围的单分散微球。制备大粒径的单分散的离子交换树脂基体聚合物微球对于丰富单分散球体材料制备技术和提高离子交换树脂产品质量有非常重要的科学意义和实用价值。本项目拟以苯乙烯系离子交换树脂基体聚合物微球的制备过程为研究对象，采用振动分散和流态化技术相结合的方法，避免了造成聚合物微球粒径不均匀的根本原因- - 剪切力在空间上分布的不均匀，制备单分散大粒径离子交换树脂基体聚合物微球。研究振动分散条件下油相射流在液相介质中的断裂行为，揭示液相介质中射流振动分散的机理；研究液液（固）流态化聚合过程的反应条件及对产品性能的影响。制备单分散，高性能的聚合物微球材料，本项目可为制备大粒径单分散微球材料提供一条崭新的途径，有着重要的学术和现实意义。

在国家自然基金委的资助下，本人及所在团队开展了《单分散离子交换树脂基体聚合物微球的制备及性能研究》。在过去的三年间，项目进展顺利，取得了一定的成果。.主要成果如下：.1. 进行了液相介质中液相射流振动断裂形成均匀液滴的机理和影响因素的考察和研究。通过对振动方式、油相介质条件、水相介质条件、射流形成条件和振动条件等因素的考察，并结合后续制备单分散离子交换树脂基体材料的限制条件，得到了在一定条件下，液相介质中油相射流在振动条件下生成均匀液滴的条件和相关的影响因素，对于一定范围内均匀液滴在振动条件下的产生条件进行了分析，总结了液滴生成的规律，确定了单分散液滴产生的条件。该部分内容已经总结并撰写英文文章1篇，目前已提交，在审稿过程中。.2. 结合单分散液滴的生成条件，以及离子交换树脂基体聚合物微球的制备特点，开发了振动分散流态化聚合工艺。在该工艺中应用了前期实验的结果，通过振动使油相射流分散成为均匀油滴。由于油相密度小于水相，油滴会在水相中上升。因此，在工艺中采用了直立式变径反应器，将反应器设置于振动分散产生液滴装置的上方。由于反应器采用了多层变径结构，水相自上而下在反应器内流动，当水相流量一定时，在反应器内各段的流速不同，在合适的水相流速下可以使振动生成的单分散油滴在反应器中部循环往复运动，发生散式流态化。同时在高温水相中实现在单个油滴内部的聚合反应。当聚合反应进行到一定程度，颗粒间不再发生粘连或聚并时，可继续在原反应器内或将颗粒转移出反应器继续聚合到反应结束。通过实验对反应器形式、工艺流程和相关条件和参数进行了不断改进。使用该工艺已成功进行了单分散离子交换树脂基体聚合物微球和其他单分散微球的制备。该部分内容获得专利授权1篇，另有2篇专利已申请提交公开。另外该部分内容已总结并撰写英文文章1篇，仍在最后完善，预计2015年3月前投出。.3. 对采用新工艺制备的单分散高分子微球，进行了相关的功能化、相关表征和性能测试。表征及测试结果表明，采用振动分散流态化聚合工艺制备的高分子微球具有高度的单分散性，在制备过程中粒径可通过计算进行预测和分析。且在相关的性能测试中结果也优于现有市售产品。在研究中还将振动分散流态化聚合新工艺成功的应用于单分散磁性微球的制备中。本部分内容。该部分内容撰写英文文章1篇，中文论文1篇，均在审稿过程中。.综上所述，本研究完成了计划书中的研究任务。