CN111253596B - 一种粒径可控的聚醚酰亚胺微纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

一种粒径可控的聚醚酰亚胺微纳米颗粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程塑料技术领域，为解决传统纳米颗粒制备工艺存在着高沸点有机溶剂难以去除、能源消耗大，工艺复杂，粒径无法精准控制的问题，提供了一种粒径可控的聚醚酰亚胺微纳米颗粒的制备方法，将聚醚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后置于载台上或开口载具内，蒸发至溶剂完全去除，即得聚醚酰亚胺微纳米颗粒，且可以通过聚醚酰亚胺溶液的浓度控制所得微纳米颗粒的粒径。本发明操作简单，能源消耗少，对设备要求低，无组分以外助剂参与。

Description

一种粒径可控的聚醚酰亚胺微纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，尤其涉及一种粒径可控的聚醚酰亚胺微纳米颗粒的制备方法。
背景技术
聚醚酰亚胺(Polyetherimide,简称PEI)，具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高低温及耐磨性能，并可透过微波。加入玻璃纤维、碳纤维或其他填料可达到增强改性的目的。也可和其它工程塑料组成耐热高分子合金。
聚合物微纳米颗粒的制备方法主要有以下几种：乳液聚合，微乳液聚合，自组装法，树形聚合物法，分散共聚法，机械粉碎法，聚合物后分散形成微纳米颗粒，模板法等。其中聚合物后分散形成微纳米颗粒，即利用已聚合的聚合物材料来制备微纳米颗粒，其中主要有三种方法：a)溶剂蒸发法：聚合物溶于二氯甲烷、氯仿等低沸点有机溶剂中，在加到含有乳化剂的水体系中进行乳化，形成O/W型乳液，然后通过加温、减压或者连续搅拌等方式把有机溶剂蒸发去除，最后形成聚合物纳微纳米颗粒的水分散体系；b)溶剂扩散法：将聚合物溶解在亲水性有机溶剂(如丙酮、甲醇等低沸点有机溶剂)中，后滴加到水中，亲水性有机溶剂会扩散到水系中，会产生湍流，从而形成微纳米颗粒，然后通过加温、减压或者连续搅拌等方式把有机溶剂蒸发去除，最后形成聚合物微纳米颗粒的水分散体系；c)聚合物溶解在有机溶剂中，用泵加压经过喷嘴雾化，在沉淀釜中与超临界二氧化碳混合，有机溶剂很快扩散到超临界流体中，聚合物从混合溶剂中沉淀出来形成微纳米颗粒。
上述三种方法均不适合制备PEI微纳米颗粒，具有以下缺陷：
方法a)溶剂蒸发法采用两相体系，仅仅适用溶于低沸点有机溶剂的聚合物微纳米颗粒的制备，制备过程中需要先去除低沸点溶剂，得到聚合物纳米颗粒的水分散体系；而PEI常见溶剂的沸点均高于水，采用该方法不能够将有机溶剂去除，此法不适用；
方法b)溶剂扩散法：同上PEI常溶于高沸点有机溶剂，利用溶剂扩散法，高沸点有机溶剂难以去除。
方法c)：超临界的方法理论上可行，但设备要求高、工艺复杂，暂未见报道。
现有技术中，只有PEI微米尺度(50μm以上)颗粒的报道，多采用有机溶剂溶解PEI，配合表面活性剂再超声波或者高速剪切分散，最后喷雾法干燥，获得微米尺度颗粒。上述方法的缺点是：有额外的助剂加入，能源消耗大，工艺复杂，粒径无法精准控制，且不能制备纳米尺度的PEI颗粒。
发明内容
本发明为了克服传统纳米颗粒制备工艺应用于PEI微纳米颗粒制备时，存在着高沸点有机溶剂难以去除、能源消耗大，工艺复杂，粒径无法精准控制的问题，提供了一种粒径可控(80nm～6μm)的PEI微纳米颗粒的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种粒径可控的聚醚酰亚胺(PEI)微纳米颗粒的制备方法，将聚醚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后置于载台上，蒸发至溶剂完全去除，即得聚醚酰亚胺(PEI)微纳米颗粒。
本发明利用已聚合的PEI为原材料，本发明的制备方法与上述聚合物制备方法有明显不同，且未见专利和文献中提及微纳米尺度的PEI颗粒的制备。
作为优选，所述有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，N，N-二甲基乙酰胺(DMA)，二氯甲烷，三氯乙烷和二甲基亚砜中的一种。
作为优选，以有机溶剂总质量为基准，所述PEI的加入量为0.005～10wt％。PEI在有机溶剂中的浓度过低时，会由于不能克服与载台的吸附力形成颗粒，PEI在有机溶剂中的浓度过高时，分子链相互缠绕，形成膜状物，不能形成颗粒；因此，必须严格控制PEI的加入量在上述范围内，从而实现PEI微纳米颗粒的粒径的可控性。
作为优选，蒸发温度控制在-20～210℃。所述蒸发温度大于所述有机溶剂的沸点。
作为优选，蒸发方式为气流蒸发，所述气流为压缩空气气流或惰性气体气流。
作为优选，蒸发环境为开放环境。
蒸发环境对PEI微纳米颗粒制备工艺的影响很大，如果采用封闭环境，过小的密闭蒸发空间会形成饱和蒸汽，从而阻止蒸发进程；即使选取密闭环境，蒸发空间必须足够大，满足蒸发过程不能形成饱和蒸汽。如果采用真空环境，真空度对蒸发速率有影响，会影响颗粒的分布，大小及形貌。所述开放环境，常用为通风橱。也可用图示装置来进行精确环境控制。
作为优选，所述气体的流速控制在0-10m/s。通过气体流速控制蒸发速率，从而调节制备时间。
作为优选，所述载台为平面载台或开口载具。置于平面载台(铝箔，聚四氟乙烯涂层或玻片)表面的方式可以通过滴加或喷雾设备完成，也可以直接注入于开口载具。
作为优选，所述PEI微纳米颗粒的粒径为80nm～6μm。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)制备材料仅需要PEI和对应溶剂，利用简单的自然蒸发即可获得PEI微纳米颗粒；
(2)可以通过PEI的浓度控制所得微纳米颗粒的粒径；
(3)操作简单，能源消耗少，对设备要求低，无组分以外助剂参与。
附图说明
图1是实施例1制得的PEI颗粒的SEM图。
图2是实施例1制得的PEI颗粒的TEM图。
图3是实施例2制得的PEI颗粒的SEM图。
图4是实施例3制得的PEI颗粒的SEM图。
图5是实施例4制得的PEI颗粒的SEM图。
图6是实施例5制得的PEI颗粒的SEM图。
图7是以空气作为气体源的制备***示意图。
图8是实施例6制得的PEI颗粒的SEM图。
图9是实施例7制得的PEI颗粒的SEM图。
图10是以压缩气体为气体源的制备***示意图。
图11是实施例8制得的PEI颗粒的SEM图。
图12是本发明的工艺制备的PEI颗粒平均粒径与PEI浓度的对应关系图。
图13是对比例1制得的PEI颗粒的SEM图。
图14是对比例2制得的PEI颗粒的SEM图。
图中，磁力搅拌加热仪1，抽气设备2，载台3，开口载具4，液体滴加、喷雾或注入设备5，空气净化设备6，气流阀7，压缩气体存储设备8。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
以空气作为气体源，利用常见的通风橱，将PEI溶于NMP，经搅拌加热，获得高聚物溶液(0.2％对溶剂质量分数)，置于载台上或开口载具内，室温置于通风橱内，控制流速为0.8m/s的空气气流，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图1所示，从图1可以看出，所得PEI颗粒的粒径约为206nm。其TEM图如图2所示，从图2可以看出，所得颗粒为球状实心颗粒。
实施例2
以空气作为气体源，利用常见的通风橱，将PEI溶于DMF，经搅拌加热，获得高聚物溶液(0.005％对溶剂质量分数)，置于铝箔上，室温置于通风橱内，控制流速为0.8m/s的空气气流，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图3所示，所得PEI颗粒的粒径约为80nm。
实施例3
以空气作为气体源，利用常见的通风橱，将PEI溶于三氯乙烷，经搅拌加热，获得高聚物溶液(10％对溶剂质量分数)，置于盛液于玻片表面，室温置于通风橱内，控制流速为0.8m/s的空气气流，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图4所示，所得PEI颗粒的粒径约为6μm。
实施例4
将PEI溶于对应溶剂，经搅拌加热，获得高聚物溶液(0.2％对溶剂质量分数)，置于盛液于载台上或开口载具内，置于-20℃冷藏柜中，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图5所示。
实施例5
以空气作为气体源，利用常见的通风橱，将聚PEI溶于二氯甲烷，经搅拌加热，获得高聚物溶液(0.2％对溶剂质量分数)，置于盛液于载台上或开口载具内，其下方加热设备设定为210℃，置于通风橱内，控制流速为0.8m/s的空气气流，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图6所示。
实施例6
以空气作为气体源，利用图7所示装置，将PEI溶于DMF，经搅拌加热，获得高聚物溶液(0.2％对溶剂质量分数)，置于载台上或开口载具内，室温置于装置1内，关闭通风设备，控制空气流速近似为0m/s，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图8所示。
实施例7
以空气作为气体源，利用图7所示装置，将PEI溶于DMA，经搅拌加热，获得高聚物溶液(0.2％对溶剂质量分数)，置于载台上或开口载具内，室温置于装置内，打开通风设备，控制空气流速为10m/s，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图9所示。
实施例8
以惰性气体作为气体源，利用图10所示装置，将PEI溶于二甲基亚砜，经搅拌加热，获得高聚物溶液(0.2％对溶剂质量分数)，置于载台上或开口载具内，室温置于装置内，打开气流阀，控制空气流速为2m/s，至溶剂完全蒸发，即得到PEI颗粒，其SEM图如图11所示。
图12为采用本发明的工艺制备的PEI颗粒平均粒径与PEI浓度的对应关系图，从图12可以看出，PEI颗粒的平均粒径与PEI浓度成线性关系，由此可以利用溶液中PEI的浓度来精确控制PEI颗粒的粒径。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，蒸发环境为真空环境，其余条件完全相同，所得到PEI颗粒的SEM图如图13所示。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，蒸发环境为250℃，其余条件完全相同，所得到PEI颗粒的SEM图如图14所示。
由图13和图14可以看出，蒸发环境对PEI微纳米颗粒制备工艺的影响很大，真空环境或蒸发环境温度过高，均会导致PEI微纳米颗粒的分布不均，不能成功制得产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (2)

1.一种粒径可控的聚醚酰亚胺微纳米颗粒的制备方法，其特征在于，将聚醚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后置于载台上，蒸发至溶剂完全去除，即得聚醚酰亚胺微纳米颗粒，所述有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，二氯甲烷，三氯乙烷和二甲基亚砜中的一种，以有机溶剂总质量为基准，所述聚醚酰亚胺的加入量为0.005~10wt%，蒸发温度控制在-20~210℃，蒸发方式为气流蒸发，所述气流为压缩空气气流或惰性气体气流，蒸发环境为开放环境，所述载台为平面载台或开口载具，所述聚醚酰亚胺微纳米颗粒的粒径为80nm~6μm。
2.根据权利要求1所述的一种粒径可控的聚醚酰亚胺微纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述气流的流速控制在0~10m/s。
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