粒径可控的聚合物微球的制造方法及其制备的聚合物微球

摘要

本发明提供一种粒径可控的聚合物微球的制造方法及其制备的聚合物微球，制造方法，包括以下步骤：①配制含有乳化剂的水相，每100重量份的水中加入乳化剂0.01~0.15重量份；配制含有单体和引发剂的油相，配制含有单体和引发剂的油相，引发剂0.5~5重量份，单体20.0~50.0重量份；②采用膜乳化法，在膜的一侧加压，将油相和水相的混合液压过膜得到均一的乳液，所述油相与水相的体积比为1:3~1:5；③将②形成的乳液在60~100℃条件下聚合反应10~24个小时，得到聚合物微球。解决了原有“混熔法”流程工艺复杂，对于原料、设备及工艺条件要求高，能耗高等问题。技术方案包括将染料溶在油相中，然后与水相混合，在一定压力下，经过膜乳化器乳化后，通过乳液聚合的方法得到彩色微球。

说明书

技术领域

 本发明涉及聚合物微球合成领域，特别涉及一种粒径可控的聚合物微球及其制备的聚合物微球，这些彩色微球可以用于彩色复印机、打印机所使用的墨粉。

背景技术

彩色碳粉的传统制备方法是“熔融法”，即树脂( 主要为苯乙烯- 丙烯酸丁酯共聚物)、着色剂( 颜料或染料)、添加剂( 电荷调节剂、离型剂等) 经过混合均匀后高温混融，然后挤出、冷却、破碎、超细粉碎、分级，最后再加入一些能改变其流动性的外部添加剂研磨而得到粒度约10μm 的彩色碳粉。然而，这种制备方法过程复杂、能耗大、成本高，所得产品的粒径较大、粒径分布较宽、粒子的形状极不规则、各组分的分布不均匀等，都影响了墨粉的打印效果。而随着激光打印机和彩色高速复印机的大量使用及更新换代，对墨粉提出了更高的要求，因此新型的墨粉制备方法也被不断的研究和开发出来，近年来采用直接聚合的方法制备墨粉的研究得到充分的发展。聚合法制粉是指将树脂单体、颜料及添加剂混合在反应釜中，直接聚合得到墨粉成品的方法，包括悬浮聚合法、乳液聚合法、分散聚合法、微悬浮聚合法等，主要以悬浮聚合法和乳液聚合法为主。悬浮聚合法虽比原来的融熔粉碎法进步了不少，其能耗减少，但制备出了的彩色粒子粒径在5一30μm之间，制备出的粒径分布仍然较宽。而现有的乳液聚合法制备的彩色墨粉粒径较小。但是该方法通过采用机械搅拌来发生乳化，这样使得聚合后得到的颗粒形状仍然不好控制。得到的树脂与颜料相容性较差，打印时颜料容易脱落的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较窄粒径分布，并且颗粒形状规则的聚合物微球及其制造方法。

一种粒径可控的聚合物微球的制造方法，包括以下步骤：

① 配制含有乳化剂的水相，每100重量份的水中加入乳化剂0.01~0.15重量份；配制含有单体和引发剂的油相，配制含有单体和引发剂的油相，引发剂0.5~5重量份，单体20.0~50.0重量份；

② 采用膜乳化法，在膜乳化器的一侧加压，将油相透过膜压入水相中形成乳液，所述油相与水相的体积比为1:3~1:5；优选采用膜乳化器进行膜乳化；

③ 将②形成的乳液在60~100℃条件下聚合反应10~24个小时，得到聚合物微球；优选聚合反应在搅拌条件下进行，转速优选为90~160 r/min。

所述膜为孔径均一，所述膜的孔径为3~20μm，所述加压的压力为0.01~0.1MPa。

所述每100重量份的水相中还含有乳化稳定剂0.1~1.5重量份、缓冲剂0.010~0.150重量份和反应终止剂0.010~0.050重量份；所述每100重量份的油相中还含有染料0.5~5份。

所述乳化剂为阴离子乳化剂，优选羧酸盐如月桂酸钾、硫酸酯盐如十二烷基硫酸钠、磺酸盐如丁二酸二辛醋磺酸钠中的至少一种。

所述单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸特丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸特丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸中的至少两种。

所述引发剂为为油溶性引发剂，优选偶氮引发剂、过氧类引发剂中的至少一种，偶氮类引发剂如偶氮二异丁腈等，过氧类引发剂如过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基等。

所述乳化稳定剂为聚乙烯醇、聚环氧乙烷中的至少一种，所述缓冲剂为硫酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠中的至少一种；所述反应终止剂为对苯二酚。

所述染料为溶剂染料、分散染料中的至少一种，例如黄色染料可以为溶剂黄21、溶剂黄43、溶剂黄163、溶剂黄162、分散黄124等。

一种所述的粒径可控的聚合物微球的制造方法制备的聚合物微球。  

所述聚合物微球的粒径相差0~2μm。

本发明粒径可控的聚合物微球的制造方法是将油相和水相采用膜乳化法制备成稳定乳液，然后以单体液滴为核进行聚合反应，分离、清洗、干燥等处理而制成本发明的聚合物微球。所述油相含有两种或两种以上疏水性单体，引发剂和染料。所述水相含有乳化剂，乳化稳定剂、反应终止剂、缓冲剂。 

本发明制成的粒径可控的聚合物微球可通过采用不同孔径大小的膜以及调整压力大小来得到任意较窄粒径分布的色彩鲜艳的球形固体颗粒。

有益效果：

1. 本发明利用膜乳化法，可以得到稳定乳液，并且工艺更为简单、可靠，降低了能耗。

2. 本发明膜乳化法形成乳液，再聚合得到的聚合物微球大小形状均一性好，具有较窄的粒径分布：聚合物微球的粒径相差0~2μm，并且微球颗粒形状规则、色彩鲜艳、有光泽度。

具体实施方式

    水相的制备实施例1

将聚乙烯醇0.9 g和去离子水100ml在80 ^oC搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入十二烷基硫酸钠0.066 g，硫酸钠0.033 g，对苯二酚0.032 g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-1。

    水相的制备实施例2

将聚环氧乙烷1.1 g和去离子水100ml在80^oC搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入十二烷基硫酸钠0.066 g，硫酸钠0.033 g，对苯二酚0.032 g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-2。

    水相的制备实施例3

将聚乙烯醇0.9 g和去离子水100ml在80 ^oC搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入月桂酸钾0.092 g，硫酸钠0.033 g，对苯二酚0.032 g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-3。

    水相的制备实施例4

将聚环氧乙烷1.20g和去离子水100ml在80^oC搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入丁二酸二辛醋磺酸钠0.100 g，硫酸钠0.090g，对苯二酚0.045 g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-4。

    水相的制备实施例5

将聚乙烯醇0.85 g和去离子水100ml在80 ^oC搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入月桂酸钾0.035 g，碳酸氢钠0.080 g，对苯二酚0.037g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-5。

    水相的制备实施例6

将聚环氧乙烷0.90 g和去离子水100ml在80^oC搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入丁二酸二辛醋磺酸钠0.053 g，柠檬酸钠0.100g，对苯二酚0.030g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-6。

    油相的制备实施例1

将苯乙烯17 g，甲基丙烯酸甲酯5.9 g和过氧化二苯甲酰1.03 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.96 g染料溶剂黄163，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-1。

油相的制备实施例2

将苯乙烯15 g，丙烯酸丁酯7.3 g和过氧化二苯甲酰2.5 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.5 g染料溶剂黄163，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-2。

油相的制备实施例3

将苯乙烯27.6 g，甲基丙烯酸缩水甘油酯22.1 g和过氧化二苯甲酰5.0 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入5 g染料溶剂黄163，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-3。

油相的制备实施例4

将苯乙烯19.4 g，丙烯酸7.0 g和过氧化二苯甲酰1.8 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再将加入1.5 g染料溶剂黄163，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-4。

油相的制备实施例5

将丙烯酸丁酯17.0 g，甲基丙烯酸甲酯22.8 g和过氧化二苯甲酰3.91 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入2.2 g染料溶剂黄163，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-5。

油相的制备实施例6

将苯乙烯19.2 g，丙烯酸丁酯6.0 g和偶氮二异丁腈1.1 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.92 g染料溶剂黄21，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-6。

油相的制备实施例7

将苯乙烯17 g，甲基丙烯酸甲酯5.89 g和偶氮二异丁腈1.4 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.92 g染料溶剂黄21，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-7。

油相的制备实施例8

将苯乙烯24.5 g，甲基丙烯酸缩水甘油酯12.29 g和偶氮二异丁腈1.4 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入1.65 g染料溶剂黄21，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-8。

油相的制备实施例9

将苯乙烯19.2 g，丙烯酸7.14 g和偶氮二异丁腈1.23 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.98 g染料溶剂黄21，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-9。

油相的制备实施例10

将丙烯酸丁酯16.1 g，甲基丙烯酸甲酯26.8 g和偶氮二异丁腈2.1 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入1.5 g染料溶剂黄21，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-10。

油相的制备实施例11

将苯乙烯19 g，丙烯酸丁酯6.28 g和偶氮二异丁腈1.03 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.98 g染料溶剂黄43，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-11。

油相的制备实施例12

将苯乙烯26.1 g，丙烯酸丁酯9.24 g和过氧化二苯甲酰1.18 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.96 g染料溶剂黄124，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-12。

油相的制备实施例13

将苯乙烯19.02 g，丙烯酸丁酯6.2 g和过氧化二叔丁基1.03 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入1.24 g染料溶剂黄162，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-13。

    彩色微球的制备实施例1

乳液的制备：将水相A-1和油相B-1混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-1。

彩色微球的制备实施例2

乳液的制备：将水相A-1和油相B-2混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-2。

彩色微球的制备实施例3

乳液的制备：将水相A-1和油相B-3混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-3。

彩色微球的制备实施例4

乳液的制备：将水相A-1和油相B-4混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-4。

彩色微球的制备实施例5

乳液的制备：将水相A-1和油相B-5混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-5。

彩色微球的制备实施例6

乳液的制备：将水相A-1和油相B-6混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-6。

彩色微球的制备实施例7

乳液的制备：将水相A-1和油相B-7混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-7。

彩色微球的制备实施例8

乳液的制备：将水相A-1和油相B-8混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-8。

彩色微球的制备实施例9

乳液的制备：将水相A-1和油相B-9混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-9。

彩色微球的制备实施例10

乳液的制备：将水相A-1和油相B-10混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-10。

彩色微球的制备实施例11

乳液的制备：将水相A-2和油相B-1混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-11。

彩色微球的制备实施例12 

乳液的制备：将水相A-3和油相B-2混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-12。

    彩色微球的制备实施例13

乳液的制备：将水相A-4和油相B-11混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-13。

彩色微球的制备实施例14

乳液的制备：将水相A-5和油相B-12混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-14。

彩色微球的制备实施例15

乳液的制备：将水相A-6和油相B-13混合，加入到膜乳化器中，经过3 ~ 5次膜乳化操作（压力控制0.01~ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90~100 r/min，通入氮气30~60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60 ~ 100 ^oC，将转速调制150~160 r/min，反应10 ~ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用温水洗3次。加热减压干燥。得到的彩色微球称为彩色微球C-15。

将本发明实施例中的彩色微球进行测试，其结果如下：

性能名称粒径μm球形度实施例17.600.96实施例26.980.96实施例36.520.97实施例46.260.96实施例56.330.97实施例66.890.95实施例77.240.95实施例86.670.97实施例97.120.97实施例106.730.97实施例116.680.97实施例126.920.96实施例137.480.96实施例147.360.95实施例156.830.96

小结：由上表可知本发明彩色微球在一定的膜管孔径及乳化压力下，粒径和球形度大小均一，具有较窄粒径分布，并且色彩鲜艳。