Микросферы ПММА (микросферы полиметилметакрилата)

Микросферы ПММА, также известные как микросферы метилметакрилата, представляют собой белые порошковые частицы, образованные суспензионной полимеризацией мономеров ММА (метилметакрилата). Структурная формула, показанная на рисунке 1, является одним из наиболее важных и часто используемых материалов в акриловых эфирах, а также является самым превосходным и относительно недорогим материалом в синтезе прозрачных материалов на сегодняшний день. Он широко используется в косметике, пленках, покрытиях, красках, хроматографических средах и оптических материалах благодаря своим особым свойствам, таким как большая площадь поверхности, сильная адсорбция, высокая коагуляция и сильная поверхностная реактивность. Путем модификации поверхности можно получить микросферы ПММА с различными функциональными группами, включая карбоксильные микросферы ПММА, аминомикросферы ПММА и эпоксидные микросферы ПММА. В соответствии с требованиями к применению также можно получить микросферы ПММА с различной степенью сшивания.

Рисунок 1. Структурная схема полиметилметакрилата (ПММА)

Микросфера PMMA полимерная микросфера, как новое направление исследований, начала готовить микросферу полистирола с однородным размером частиц и высотой Вандерхоффом Брэндфордом из Научно-исследовательского института полимеров лосьона Университета Лихай в 1955 году и достигла большого прогресса за последние десятилетия. Она обладает уникальными преимуществами, такими как большая удельная площадь поверхности, сильная адсорбция, высокий коагуляционный эффект и наличие реактивных генов на поверхности. Они имеют широкие перспективы применения во многих областях, таких как биомедицинские материалы, хроматографические наполнители и твердофазный органический синтез. В настоящее время существует множество методов синтеза микросфер PMMA, таких как дисперсионная полимеризация, суспензионная полимеризация, полимеризация лосьона, микроэмульсионная полимеризация, радикальная полимеризация с переносом атома, полимеризация лосьона без мыла и т. д. Диаметр полимерных микросфер, полученных полимеризацией лосьона, составляет от нанометра до субмикрона. Размер частиц микросфер, полученных полимеризацией осаждения и дисперсионной полимеризацией, обычно составляет около нескольких микрометров. Распределение размеров частиц микросфер, полученных суспензионной полимеризацией, обычно находится в диапазоне от микрометра до миллиметра. Ниже представлены три метода синтеза.

Микросферы SHBC PMMA

1.Полимеризация лосьона без мыла

Микросферы ПММА были получены путем полимеризации лосьона без мыла с метилметакрилатом в качестве реагента, персульфатом калия в качестве инициатора и додецилбензолсульфонатом натрия в качестве поверхностно-активного вещества. Формула и механизм реакции показаны на рисунке 2 и рисунке 3.

Обычно поверхностно-активные вещества являются прекрасными анионными эмульгаторами, которые содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группы в своих молекулах. Эти амфифильные структуры позволяют некоторым нерастворимым или слаборастворимым органическим соединениям растворяться в концентрированных гидрофильных группах внутри мицелл, образованных поверхностно-активными веществами, что значительно увеличивает растворимость вещества. Он имеет широкое применение во многих областях, таких как стирка, медицина и гигиена, нефть и т. д. Ли Ли и др. исследовали влияние поверхностно-активных веществ на получение микросфер ПММА путем полимеризации лосьона без мыла.

Результаты исследований показывают, что с увеличением дозировки поверхностно-активного вещества размер частиц микросфер ПММА постепенно уменьшается, а удельная площадь поверхности постепенно увеличивается. При концентрации поверхностно-активного вещества 0,025 моль/л полученные микросферы ПММА имеют малый размер частиц, хороший эффект дисперсии и демонстрируют хорошую термическую стабильность.

Рисунок 2 Уравнение реакции для приготовления микросфер ПММА

Рисунок 3 Механизм приготовления микросфер ПММА

2.Полимеризация суспензионного лосьона

Микросферы полиметилметакрилата обычно получают методом суспензионной полимеризации, но неправильный контроль условий в процессе синтеза может легко привести к слипанию частиц и даже образованию блоков, что затруднит протекание реакции; с непрерывным углублением исследований в области применения требования к применению сшитых монодисперсных полимерных микросфер становятся все более высокими, а процесс получения крупных частиц монодисперсных узких сшитых микросфер также трудно контролировать.

Тэн Линчжэнь и др. синтезировали преимущества полимеризации в суспензионном лосьоне и полимеризации в лосьоне и получили микросферы ПММА с гладкой поверхностью и хорошей однородностью размера, сравнив различные эмульгаторы, инициаторы, скорость вращения и другие условия.

Экспериментальный метод включает растворение инициатора в ММА или воде, ингибитора и эмульгатора в воде и ПВС для образования раствора 5%. Затем смесь продувают азотом в четырехгорлой бутылке в течение 3 минут, и добавляют вышеупомянутые материалы и затравки. Смесь перемешивают и нагревают до 75 ℃ для получения микросфер ПММА.

При контроле соотношения вода/масло на уровне 1,4, использовании композитных эмульгаторов и маслорастворимых инициаторов, а также контроле скорости вращения на уровне 210-400 об/мин можно получить микросферы ПММА с однородным размером частиц в относительно мягких условиях, что является оптимальным условием реакции. Полученные микросферы ПММА показаны на рисунке 4.

Рисунок 4. Изображение ПММА, полученное с помощью электронного микроскопа

3.Метод дисперсной агрегации

Дисперсионная полимеризация является эффективным методом получения монодисперсных микросфер с размером частиц 1–15 мкм, которые находят широкое применение в анализе лекарственных средств, синтезе белков, плоских дисплеях и хроматографическом анализе.

Дисперсионная полимеризация обычно относится к методу полимеризации, при котором мономеры растворяются в дисперсионной среде, а полученный полимер нерастворим в дисперсионной среде и стабилизируется с помощью стереостабилизаторов (диспергаторов). Это особый тип осадительной полимеризации с контролируемым размером частиц. Он имеет характеристики хороших сферических полимерных частиц, большой размер частиц (по сравнению с полимеризацией в лосьоне), узкое распределение размеров частиц, низкую вязкость и т. д. и в основном используется для приготовления функциональных микросфер.

Цзян Сюэлян и др. использовали метанол/воду в качестве дисперсионной среды, поливинилпирролидон (ПВП) в качестве диспергатора и азобисизобутиронитрил (АИБН) в качестве инициатора. В условиях отсутствия защиты азота и добавления сшивающего агента они использовали метод вторичной капельной дисперсионной полимеризации для легкого и быстрого приготовления микроразмерных монодисперсных узкораспределенных несшитых микросфер ПММА с диапазоном размеров частиц 1-4,5 мкм, гладкой поверхностью и хорошей сферичностью. Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показано на рисунке 5, а чистящим агентом является метанол.

Рисунок 1. Изображение микросфер полиметилметакрилата (ПММА), полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (а) — непромытые микросферы ПММА; б, в, г — микросферы ПММА, очищенные несколько раз).

Примеры применения ПММА

Благодаря уникальным свойствам микросфер ПММА они широко применяются в следующих областях.

(1) Косметика: улучшение текучести; хорошие тактильные ощущения и диспергируемость; характеристики затухания

(2) Краска и чернила: средство, устойчивое к царапинам; улучшение тактильных ощущений; средство, устойчивое к износу; текстурирующее средство

(3) Керамика: порообразующие вещества

(4) Светорассеивающая пленка: светорассеивающая пластина, светорассеивающий агент

(5) ЖК-дисплей: микросферы для изоляции ЖК-дисплеев

(6) Пленка: антиадгезивный агент; может использоваться для пленок ПП, ПЭ, ПЭТ

(7) Другое: Его также можно использовать в качестве наполнителя и модификатора для пластмасс, резины, клеев, самоклеящейся бумаги.