一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法技术

本发明专利技术一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法，包括如下步骤：提供一种通过化学反应生成低沸点气体的固体芯材；采用水溶性高分子聚合物及交联剂包覆固体芯材，并进行交联反应形成可膨胀热塑性发泡微球。所述固体芯材为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺或4,4'

【技术实现步骤摘要】
一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种发泡微球
，具体涉及一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法。
技术背景
[0002]可膨胀微球发泡剂是一种乳白色的微小球状塑料颗粒，直径10
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45微米。当加热到一定温度时，热塑性壳体软化，壳体里面的气体膨胀，发泡剂的体积可以增大到自身的几十倍，同时核壳结构并不破坏，从而达到发泡的效果。
[0003]这种特殊的发泡剂是核壳结构，外壳为热塑性丙烯酸聚合物，内核为烷烃气体组成的球状塑料颗粒。它的直径一般在10
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30微米，聚合物壳体的厚度在2
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15微米，壳体有良好的弹性并可承受较大压力，在加热膨胀之后发泡剂自身并不破裂，同时保持自身的良好性能。
[0004]可膨胀微球发泡剂的膨胀原理：可膨胀微球受热后聚合物壳体变软，同时壳体内气体膨胀。壳内的化合物在很短时间内膨胀为原来体积的20
‑
50倍。发泡后的微球外壳并不会破裂，仍保持个完整的密封球体。微球有较高的回弹性，容易压缩，当压力释放后，微球又会回到原来的体积。
[0005]现有的可膨胀微球多采用高分子聚合材料包覆低沸点烷烃的方法进行生产。CN 109414672 B、US2019233606A，WO2018011182A专利文件公开了可热膨胀热塑性微球及其制备方法，但是该类方法存在着下述弊端：采用的烷烃沸点相对常温较高，如戊烷、已烷等，在常温(低于烷烃沸点)时成为气态的烷烃又会变成液态，对于微球来说表现的是已经膨胀的微球又会回缩一部分，对于已经制成的发泡材料来说则体现出材料没有支撑力，甚至于已经定型的发泡材料在冷却后会不同程度的缩小体积。可以采用沸点较低的乙烷、甲烷甚至是氮气作为微球发泡剂的芯材来解决上述弊端，但这些芯材极难液化，其合成反应必须在较高的压力下进行，极容易导致合成失败。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法以解决现有技术存在问题。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法，包括如下步骤：提供一种通过化学反应生成低沸点气体的固体芯材；采用水溶性高分子聚合物及交联剂包覆固体芯材，并进行交联反应形成可膨胀热塑性发泡微球。
[0008]所述固体芯材为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺或4,4'
‑
氧代双苯磺酰肼中的至少一种。
[0009]所采用的水溶性高分子聚合物选用聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯腈和丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯共聚物中的至少一种。
[0010]所述交联剂为含有两个或三个双键的交联剂。
[0011]所采用的交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三官能团丙
烯酸酯中的至少一种。
[0012]所述的制备方法，还包括将固体芯材进行预处理步骤，具体为：将固体芯材粉碎20
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45微米后用液体石蜡进行表面疏水改性以形成致密的疏水层。
[0013]本专利技术一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法，首先将选用的固体芯材进行预处理，使芯材粒径达到1
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100微米后用液体石蜡进行表面改性以形成致密的疏水层。
[0014]本专利技术采用的制备方法不直接采用沸点较低的烷烃作为芯材，而是采用常温下为固态的材料作为芯材，被包覆的芯材在高温制备环境中(150
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200摄氏度)发生化学反应会生成氮气、二氧化碳等低沸点气体，气体产生的温度高于壳材合成所需的温度，这些气体在产生后即使温度降低也不会因为逆反应使芯材重新回到固体或液体状态，同时，这些低沸点的气体与CN109414672B专利文献所述的芯材(异丁烷、异戊烷等)在相同温度下能够产生更高的蒸汽压，在这样的环境下，合成反应时因为没有低沸点芯材的存在，可以在相对温和的条件下反应，不需要较高的压力来维持芯材的液态条件。因此在常温(0
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40摄氏度)能够提高更高的支撑力，而更强的支撑力是微球发泡剂的特质所在。作为发泡材料，这样的优势在于既避免了合成过程中因为芯材沸点过低导致的合成困难，又能保证膨胀后微球的支撑力。
[0015]现有的微球发泡剂都采用丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯一类的单体进行乳液聚合反应，用于形成微球发泡剂的外壳，该制备存在着反应时间至少需要20小时以上，反应产物成分复杂不容易控制，通常都具有较宽的分子量分布范围，这些都会极大的影响微球发泡剂的使用性能。
[0016]本专利技术采用成熟的聚合工艺将单体制成高分聚合物(聚乙烯醇、丙烯腈与丙烯酸酯共聚物)，然后加入交联剂(三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)、引发剂(双氧水、过硫酸铵、一叔丁基过氧化氢、二叔丁基过氧化氢等)，通过高分子交联反应增大聚合物分子量，反应后生成的外壳分子量分布更窄，制成的微球粒径范围更窄。上述反应过程中，水溶性的高分子材料从水中析出沉积在芯材表面，该析出沉积包裹形成的壳体更加均匀，采用这样的方法反应相对简单，降低了反映难度，更可以使反映时间缩短至10小时以内，提高了生产效率。
[0017]当然上述固体芯材必须通过一些方法预处理才能作为芯材在反应中使用。首先是要将固体的芯材通过球磨机粉碎到合适的粒径(20
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45微米)也可以通过筛分使得粒径范围更窄，然后将这些合适粒径的固体材料通过喷雾法或者溶剂法进行表面改性，在表面形成致密的疏水层，这些疏水层能够使固体芯材在接下来的反应中稳定的分散在水相体系中。
[0018]本专利技术的制备方法中固体芯材占总重的20～40％，高分子聚合物占总重的的60～80％,交联剂为总重的1.7～2.3％，去离子水为总重的7
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8倍，引发剂为总重的2
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3％，总重指固体芯材和高分子聚合物的总重量。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、采用高分子交联反应形成的微球发泡剂外壳分子量分布更窄，制成的微球粒径范围更窄；2、解决了现有技术微球发泡剂支撑力不够，回缩较大等问题，扩大了微球发泡剂使用领域；3、解决了现有技术制备工艺需要过高压力难点，使大规模工业生产成为可能，同时成时间也明显缩短，极大的提高了生产效率。
具体实施方式
[0020]分别称取不同重量的固体芯材，使用超微粉碎机粉碎并过筛，液体石蜡进行喷雾干燥表面疏水处理，分别称取高分子聚合物、交联剂加入去离子水投入到250ml三口烧瓶中，均质机下15000rpm均质5分钟，接上搅拌和冷凝回流装置，物料水浴升温至60℃，滴加引发剂(1g稀释到10g)，半小时内滴加完毕。65℃保温10小时后，过滤，滤饼用正庚烷漂洗2次后60℃烘干致恒重得到固体粉末(粒径DN50 25微米),制备后得到微球。其中，固体芯材占总重的20～40％，高分子聚合物占总重的的60～80％,交联剂为总重的1.7～2.3％，去离子水为总重的7
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8倍，引发剂为总重的2
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3％，总重指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可膨胀热塑性发泡微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一种通过化学反应生成低沸点气体的固体芯材；采用水溶性高分子聚合物及交联剂包覆固体芯材，并进行交联反应形成可膨胀热塑性发泡微球。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体芯材为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺或4,4'
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氧代双苯磺酰肼中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所采用的水溶性高分子聚合物选用聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯腈和丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭敏，李玉新，熊然，
申请(专利权)人：湖南方锐达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：