專利名稱：一種懸浮聚合反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及磁性微球載體的制備裝置，特別涉及一種懸浮聚合反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
磁性微球載體在生物分離中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視。與其它生化分離技術(shù)相比具有許多潛在的優(yōu)勢(shì)，已逐漸應(yīng)用于細(xì)胞分離、固定化酶、免疫檢測(cè)和蛋白質(zhì)純化等領(lǐng)域。目前關(guān)于生物分子磁性分離大多采用微米尺寸的大孔型或非孔型磁性載體。磁性微球要求具有較高的磁性能、顆粒尺寸小、粒度分布窄、化學(xué)穩(wěn)定性好、且制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。懸浮聚合是當(dāng)前制備微米級(jí)磁性微球的一種重要方法。現(xiàn)有的磁性聚合物微球制備裝置一般包括油相儲(chǔ)罐、水相儲(chǔ)罐和反應(yīng)釜，油相和水相按一定比例混合后，加入反應(yīng)釜中。但在反應(yīng)過(guò)程中，由于采用機(jī)械攪拌漿混合，漿葉的流速場(chǎng)隨軸離漿葉的距離不同而不同，反應(yīng)釜中各部分液滴受力也不同，導(dǎo)致液滴大小不一，最終生成的磁性微球粒度分布寬，不同微球之間磁性能差異很大，影響實(shí)際使用效果。
與本實(shí)用新型相關(guān)的懸浮聚合(參見(jiàn)美國(guó)專利US 4,339,337)是把親油化處理的磁性Fe3O4顆粒、親油性烯類單體和油溶性引發(fā)劑組成的油相分散在水相中，在機(jī)械攪拌和穩(wěn)定劑的作用下，油相呈液滴狀態(tài)分散在水相中，升溫反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于反應(yīng)中分散效果差，尤其是納米級(jí)磁性Fe3O4顆粒在聚合過(guò)程中易團(tuán)聚而與烯類單體發(fā)生相分離，合成的聚合物微球在性能上存在一些缺陷，如磁性Fe3O4含量低，磁性顆粒易聚集在球周邊，不同球磁含量變化大、均一性差。Cocker等采用反相懸浮聚合法(參見(jiàn)Biotechnology and Bioengineering，vol.5379-87，1997)制備磁性聚丙烯酰胺微球，并用篩分的方法得到粒徑在60-600μm的微球，但顆粒粒徑分布寬。官月平等對(duì)懸浮聚合反應(yīng)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，使懸浮聚合在帶垂直擋流板的圓柱形攪拌式反應(yīng)器中進(jìn)行(參見(jiàn)中國(guó)實(shí)用新型專利CN98124516.1)。另一種方法是由Omi等開(kāi)發(fā)的SPG(Shirasu Porous Glass)法(參見(jiàn)Journal of Applied Polymer Science，vol.511-11，1994；Colloids Surface APhysicochemical Engineering Aspects，vol.10997-107，1996)。其具體的操作是采用具有大小均一孔徑的SPG玻璃孔膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械攪拌，通過(guò)膜孔的過(guò)濾來(lái)生成大小均一的液滴，然后升溫反應(yīng)從而得到大小均一的微球。但由于玻璃膜是親水性的和固定在中空管上，使該裝置無(wú)法用于制備帶固體磁性小顆粒的微球載體，原因在于磁顆粒易堵塞膜孔，且很難洗掉。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的克服常規(guī)攪拌式懸浮聚合反應(yīng)裝置在制備磁性聚合物微球時(shí)，不能生成均一的磁性微球及其導(dǎo)致的所制成的聚合物微球在性能上存在的缺陷，以及SPG玻璃孔膜無(wú)法制備帶磁性的微球的問(wèn)題，從而提供一種懸浮聚合反應(yīng)裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供的懸浮聚合反應(yīng)裝置，包括一反應(yīng)釜、油相儲(chǔ)罐和水相儲(chǔ)罐，其特征在于，還包括一分散塔；所述油相儲(chǔ)罐與氮?dú)馄窟B通，并經(jīng)第一流量計(jì)與分散塔底部入口相連通，水相儲(chǔ)罐經(jīng)蠕動(dòng)泵和第二流量計(jì)與分散塔底部的另一入口相連通，反應(yīng)釜與分散塔頂部相連通，所述分散塔的中心線上安裝一振動(dòng)軸，振動(dòng)軸的上端與位于分散塔上方的偏心輪相連接；所述振動(dòng)軸上安裝2-50個(gè)絲網(wǎng)篩板。
所述的絲網(wǎng)篩板為由不銹鋼、聚四氟乙烯、鋼絲、聚氯乙烯、聚乙烯、塑料或尼龍制成的絲網(wǎng)篩板。
所述的絲網(wǎng)篩板的網(wǎng)孔呈均勻分布的圓形、方形或菱形。
所述絲網(wǎng)篩板的圓形網(wǎng)孔直徑在0.1微米到20毫米之間。
所述絲網(wǎng)篩板的方形或菱形網(wǎng)孔的孔徑為0.1微米到20毫米之間。
本實(shí)用新型的裝置，用網(wǎng)式篩板振動(dòng)分散替代機(jī)械攪拌漿分散，將液滴破碎分散和聚合反應(yīng)分開(kāi)進(jìn)行，通過(guò)帶有均勻網(wǎng)孔的絲網(wǎng)篩板上下振動(dòng)提供液滴破碎的能量，將粘度較大的油相液滴破碎；振動(dòng)軸由分散塔上方的偏心輪帶動(dòng)，振動(dòng)的振幅及頻率可以調(diào)節(jié)，振動(dòng)的波形可以是正弦波或其它波形；液滴的大小及分散程度可由絲網(wǎng)孔徑和振動(dòng)軸的頻率及振幅來(lái)控制；巧妙地將液滴在機(jī)械攪拌中所受到的大小不一的剪切力轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰W(wǎng)式振動(dòng)分散中由絲網(wǎng)上下振動(dòng)形成大小一致的法向力，絲網(wǎng)篩板振動(dòng)輸入能量的大小直接影響液滴直徑大小、傳質(zhì)性質(zhì)及塔處理能力，絲網(wǎng)篩板的振動(dòng)頻率和振幅直接影響塔內(nèi)的攪拌強(qiáng)度。
由于網(wǎng)孔直徑較小，且大小均勻，在開(kāi)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)振動(dòng)軸使絲網(wǎng)篩板做上下往復(fù)振動(dòng)過(guò)程中，乳液在上升過(guò)程中受到絲網(wǎng)篩板的振動(dòng)破碎，在均一法向力的作用下，大的油相液滴被破碎成細(xì)小的液珠，經(jīng)過(guò)多層絲網(wǎng)篩板大液滴被破碎成一定粒度的均勻小液滴，較小的液滴直接通過(guò)網(wǎng)孔，最后在穩(wěn)定劑存在下進(jìn)入反應(yīng)釜直接進(jìn)行下一步聚合反應(yīng)。
液滴的直徑分布與絲網(wǎng)篩板的振動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)振動(dòng)輸入的能量較小時(shí)，液滴直徑分布較寬，且有多峰現(xiàn)象。當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度較高時(shí)，液滴直徑分布較窄，呈單峰分布。在使用過(guò)程中可根據(jù)所需微球的大小，微球中磁含量的多少以及反應(yīng)物的粘度等因素來(lái)確定網(wǎng)式篩板振動(dòng)分散塔中所需絲網(wǎng)篩板的數(shù)目、網(wǎng)孔的尺寸大小等。為了保證液滴的分散效果可以在中心軸上安裝多個(gè)絲網(wǎng)篩板，形成多級(jí)分散裝置，同時(shí)油相和水相分開(kāi)進(jìn)入振動(dòng)分散塔，通過(guò)調(diào)節(jié)各自的流量計(jì)，可以保證油相和水相按一定的比例進(jìn)行反應(yīng)。油相和水相的比例在1∶0.5到1∶100之間可調(diào)節(jié)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型的懸浮聚合反應(yīng)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可調(diào)節(jié)性好等優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在(1)通量大且效率較高；(2)由于網(wǎng)孔的孔徑可以選擇且處于振動(dòng)狀態(tài)，因而易于處理含固體的物料；(3)由于振動(dòng)頻率及振幅可以調(diào)節(jié)，且在塔橫截面上外加能量分布較均勻，因而適于處理易乳化體系；(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易放大；(5)維修及操作費(fèi)用低。
總之，本實(shí)用新型裝置制備的磁性聚合物微球大小均一，具有較高的磁性能、顆粒尺寸小、粒度分布窄、化學(xué)穩(wěn)定性；且制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜；另外，本裝置不僅適用于制備大小均一的磁性聚合物微球也適用于制備均一的非磁性聚合物微球。


圖1本實(shí)用新型懸浮聚合反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖附圖標(biāo)識(shí)1、油相儲(chǔ)罐2、水相儲(chǔ)罐 3、分散塔4、反應(yīng)釜 5、蠕動(dòng)泵 6、振動(dòng)軸7、絲網(wǎng)篩板8、氮?dú)馄?9、第一流量計(jì)10、第二流量計(jì) 11、偏心輪具體實(shí)施方式
實(shí)施例1制作一懸浮聚合反應(yīng)裝置。
如圖1所示，該裝置的油相儲(chǔ)罐1與氮?dú)馄?連通，并經(jīng)第一流量計(jì)9與分散塔3底部入口相連通，水相儲(chǔ)罐2經(jīng)蠕動(dòng)泵5和第二流量計(jì)10與分散塔3底部的另一入口相連通，反應(yīng)釜4與分散塔3頂部連通，所述分散塔3的中心軸線上安裝有振動(dòng)軸6，振動(dòng)軸6由塔頂?shù)钠妮?1帶動(dòng)；所述振動(dòng)軸上安裝10個(gè)由不銹鋼絲制成的絲網(wǎng)篩板7，絲網(wǎng)篩板的網(wǎng)孔直徑為20微米，為均勻分布的圓形；振動(dòng)軸6在偏心輪11的帶動(dòng)下做上下往復(fù)振動(dòng)，其振動(dòng)的波形為正弦波。
實(shí)施例2利用實(shí)施例1的裝置來(lái)制備超順磁性聚合物微球，其步驟如下1、將由67ml苯乙烯、5ml二乙烯苯、30ml甲基丙烯酸縮水甘油酯混合成的油溶性聚合物單體、3g過(guò)氧化苯甲酰和10g油酸包覆的四氧化三鐵組成的油相混合均勻后，加入油相儲(chǔ)罐1。
2、將2000ml水和30g聚乙烯醇PVA混合形成的水相由水相儲(chǔ)罐2通過(guò)蠕動(dòng)泵5加入網(wǎng)式篩板分散塔2。
3、在氮?dú)馄康膲毫ο?，油相從分散?的底部進(jìn)入反應(yīng)釜4中，并和水相混合形成乳液，通過(guò)各自的流量計(jì)保證油相和水相的重量份比為1∶10。
4、開(kāi)動(dòng)馬達(dá)使網(wǎng)式篩板做上下往復(fù)振動(dòng)，乳液在上升過(guò)程中受到絲網(wǎng)的振動(dòng)破碎，在均一法向力的作用下，大的油相液滴被破碎成細(xì)小的液珠，并進(jìn)入下一級(jí)分散，小液滴則直接通過(guò)。
5、在反應(yīng)釜4中加入500ml水和7.5g聚乙烯醇PVA，將溫度升至70℃。
6、分散塔2內(nèi)的乳液繼續(xù)上升至頂部并溢流到反應(yīng)釜4中，分散均勻的單體液滴進(jìn)入反應(yīng)釜4后立即和500ml水和7.5g聚乙烯醇PVA進(jìn)行反應(yīng)，最后得到微米級(jí)、粒徑分布窄的超順磁性聚合物微球。
實(shí)施例3利用實(shí)施例1的裝置來(lái)制備超順磁性聚合物微球，其步驟如下1、將由100ml甲基丙烯酸甲酯、10ml二乙烯苯和50ml甲基丙烯酸縮水甘油酯混合形成的油溶性聚合物單體、6g過(guò)氧化苯甲酰和15g癸酸包覆的四氧化三鐵組成的油相混合均勻后，加入油相儲(chǔ)罐1。
2、將2000ml水和60g聚乙烯吡咯烷酮混合形成的水相由水相儲(chǔ)罐2通過(guò)蠕動(dòng)泵5加入網(wǎng)式篩板分散塔2。
3、在氮?dú)馄康膲毫ο拢拖鄰姆稚⑺?的底部進(jìn)入反應(yīng)釜4中，并和水相混合形成乳液，通過(guò)各自的流量計(jì)保證油相和水相的重量份比為1∶20。
4、開(kāi)動(dòng)馬達(dá)使網(wǎng)式篩板做上下往復(fù)振動(dòng)，乳液在上升過(guò)程中受到絲網(wǎng)的振動(dòng)破碎，在均一法向力的作用下，大的油相液滴被破碎成細(xì)小的液珠，并進(jìn)入下一級(jí)分散，小液滴則直接通過(guò)。
5、在反應(yīng)釜4中加入400ml水和12g聚乙烯吡咯烷酮，將溫度升至80℃。
6、分散塔2內(nèi)的乳液繼續(xù)上升至頂部并溢流到反應(yīng)釜4中，分散均勻的單體液滴進(jìn)入反應(yīng)釜4后立即進(jìn)行反應(yīng)，最后得到微米級(jí)、粒徑分布窄的超順磁性聚合物微球。
權(quán)利要求1.一種懸浮聚合反應(yīng)裝置，該裝置包括一反應(yīng)釜(4)、油相儲(chǔ)罐(1)和水相儲(chǔ)罐(2)，其特征在于，還包括一分散塔(3)；所述油相儲(chǔ)罐(1)與氮?dú)馄?8)連通，并經(jīng)第一流量計(jì)(9)與分散塔(3)底部入口相連通，水相儲(chǔ)罐(2)經(jīng)蠕動(dòng)泵(5)和第二流量計(jì)(10)與分散塔(3)底部的另一入口相連通，反應(yīng)釜(4)與分散塔(3)頂部相連通，所述分散塔(3)的中心線上安裝一振動(dòng)軸(6)，振動(dòng)軸(6)的上端與位于分散塔(3)上方的偏心輪(11)相連接；所述振動(dòng)軸上安裝2-50個(gè)絲網(wǎng)篩板(7)。
2.按權(quán)利要求1所述的懸浮聚合反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的絲網(wǎng)篩板(7)為由不銹鋼、聚四氟乙烯、鋼絲、聚氯乙烯、聚乙烯、塑料或尼龍制成的絲網(wǎng)篩板。
3.按權(quán)利要求1所述的懸浮聚合反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的絲網(wǎng)篩板(7)的網(wǎng)孔呈均勻分布的圓形、方形或菱形。
4.按權(quán)利要求3所述的懸浮聚合反應(yīng)裝置，其特征在于，所述絲網(wǎng)篩板(7)的圓形網(wǎng)孔直徑在0.1微米到20毫米之間。
5.按權(quán)利要求3所述的懸浮聚合反應(yīng)裝置，其特征在于，所述絲網(wǎng)篩板(7)的方形或菱形網(wǎng)孔的孔徑為0.1微米到20毫米之間。
專利摘要本實(shí)用新型涉及的懸浮聚合反應(yīng)裝置，包括一反應(yīng)釜、油相儲(chǔ)罐和水相儲(chǔ)罐，其特征在于，還包括一分散塔；所述油相儲(chǔ)罐與水相儲(chǔ)罐分別和分散塔底部入口相連通，反應(yīng)釜與分散塔頂部相連通，所述分散塔的中心線上安裝一振動(dòng)軸，振動(dòng)軸的上端與位于分散塔上方的偏心輪相連接；所述振動(dòng)軸上安裝2－50個(gè)絲網(wǎng)篩板。本實(shí)用新型裝置制備的磁性聚合物微球大小均一，具有較高的磁性能、顆粒尺寸小、粒度分布窄、化學(xué)穩(wěn)定性；且制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜；另外，本裝置不僅適用于制備大小均一的磁性聚合物微球，也適用于制備均一的非磁性聚合物微球，在生物分子的分離中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C08F2/01GK2630247SQ0326358
公開(kāi)日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者劉先橋, 陽(yáng)承利, 安振濤, 劉會(huì)洲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所