專利名稱：一種基于毫流控裝置的中空聚合物微膠囊制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于靶丸制備的技術(shù)領(lǐng)，具體的涉及一種基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)，高懸九天之上，溫暖而燦爛。其永恒放射的萬(wàn)丈光焰自古幻為我們祖先崇拜的圖騰，大腦中揮之不去的謎團(tuán)。直到19世紀(jì)末，放射性研究的開(kāi)啟才真正將人類引領(lǐng)到太陽(yáng)迷宮的門外，而核聚變的發(fā)現(xiàn)使人類意識(shí)到“人造太陽(yáng)“實(shí)現(xiàn)的可能。于是，科學(xué)家設(shè)想，如果實(shí)現(xiàn)人工控制下氫元素的核聚變反應(yīng)即受控?zé)岷朔磻?yīng)，那么在地球上同樣可以創(chuàng)造出一個(gè)個(gè)具有不竭能量的人造太陽(yáng)。這樣就可以解決人類世界的能源危機(jī)。熱核聚變所用的重要核燃料是氘。一座100萬(wàn)千瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304千克。據(jù)測(cè)， 每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300升汽油，就是說(shuō)，“1升海水約等于300升汽油”。地球上海水中有45萬(wàn)億噸氘，足夠人類使用百億年。更為可貴的是核聚變反應(yīng)中幾乎不存在放射性污染，無(wú)需擔(dān)憂失控，不會(huì)發(fā)生爆炸，是一種真正無(wú)限、 清潔、成本低廉和安全可靠的新能源。事實(shí)上早在1938年，人們就發(fā)現(xiàn)了核聚變。然而，距 1942年第一座核裂變反應(yīng)堆建成已半個(gè)多世紀(jì)了，受控聚變還是遲遲沒(méi)有實(shí)現(xiàn)有益的能量輸出。如此舉步維艱的根本原因，是輕元素原子核的聚合遠(yuǎn)比重元素原子核的分裂困難得多。都帶正電的原子核間既彼此吸引又互相排斥，當(dāng)兩個(gè)原子核之間相距只有約萬(wàn)億分之三毫米時(shí)，它們之間的吸引力才會(huì)大于靜電斥力，兩個(gè)原子核也才可能聚合到一起同時(shí)釋放出巨大的能量。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先必須使聚變物質(zhì)處于等離子狀態(tài)，讓它們的原子核完全裸露出來(lái)。然后，讓兩個(gè)帶正電的原子核彼此靠近，但越互相接近，它們之間的靜電斥力也越大，只有當(dāng)帶正電的原子核達(dá)到足夠高的動(dòng)能時(shí)，它們的碰撞才有機(jī)會(huì)使它們近到這萬(wàn)億分之三毫米，從而產(chǎn)生聚合。而滿足這樣的條件需要的是幾千萬(wàn)甚至幾億攝氏度的高溫。人類要和平利用核聚變，必須是可以控制的聚變過(guò)程。目前物理學(xué)家認(rèn)為比較切實(shí)可行的控制辦法是通過(guò)控制核聚變?nèi)剂系募尤胨俣燃懊恳淮蔚募尤肓?，使核聚變反?yīng)按一定的規(guī)模連續(xù)或有節(jié)奏地進(jìn)行。因此，核聚變裝置中的氣體密度要很低，只能相當(dāng)于常溫常壓下氣體密度的幾萬(wàn)分之一，而且對(duì)能量的約束也要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。也就是說(shuō)，我們無(wú)法簡(jiǎn)單模擬太陽(yáng)中心那樣高的等離子體密度和上億的溫度，只有追求比太陽(yáng)中心更高的溫度來(lái)解決碰撞幾率問(wèn)題。僅創(chuàng)造這樣苛刻的環(huán)境在技術(shù)上的難度就可想而知，更何況還要使這樣高的溫度保持一段時(shí)間了。等離子體數(shù)量越少，密度越小，保持超高溫的時(shí)間就需要得越長(zhǎng)。還有，超高溫的等離子體，有強(qiáng)烈地向外擴(kuò)張的特性，必須有極強(qiáng)的磁場(chǎng)來(lái)約束住它們，絕對(duì)不讓它們與四周容器壁接觸。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的探索，科學(xué)家的研究方向最終匯集到慣性約束和磁約束兩種途徑上。所謂慣性約束是利用超高強(qiáng)度的激光在極短的時(shí)間內(nèi)均勻照射由固體的重氫和氚包覆著氣體重氫和氚的燃料球(直徑僅數(shù)毫米)，通過(guò)瞬間的壓縮加熱產(chǎn)生的爆發(fā)力的反作用，發(fā)生內(nèi)爆，最后在中心部位達(dá)到高溫和高密度，引起點(diǎn)火而引發(fā)核聚變反應(yīng)。而磁約束則是利用強(qiáng)磁場(chǎng)可以很好地約束帶電粒子的特性，構(gòu)造一個(gè)特殊的磁容器，建成聚變反應(yīng)堆，將其中不與四周容器壁接觸的聚變材料加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。20世紀(jì)下半葉，聚變能的研究取得了重大的進(jìn)展，而托卡馬克類型的磁約束研究更是一路領(lǐng)先，并成為世界上第一座熱核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。2001年8月，日本大阪大學(xué)和英國(guó)的科學(xué)家宣稱，開(kāi)發(fā)出一種新方法，使用這種方法只需過(guò)去一半的能源就能夠引發(fā)核聚變反應(yīng)。研究人員采取的是分別進(jìn)行燃料壓縮(燃料置于靶丸中)和加熱的“高速點(diǎn)火”方式。他們用新開(kāi)發(fā)的瞬間功率達(dá)10億兆瓦的激光裝置，成功地把燃料等離子體加熱到1000萬(wàn)攝氏度。日本大阪大學(xué)和英國(guó)的科研人員宣布，激光熱核實(shí)用化已經(jīng)不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)。中空聚合物微膠囊可以用于慣性約束性核聚變靶丸。慣性約束核聚變，又稱靶丸聚變，為實(shí)現(xiàn)受控核聚變的一種途徑。它是利用高功率的脈沖能束均勻照射微球靶丸，由靶面物質(zhì)的消融噴離產(chǎn)生的反沖力使靶內(nèi)氘氚燃料快速地爆聚至超高密度(300gcnT3)和熱核溫度(IOkeV)，從而點(diǎn)燃的高效率釋放聚變能的微型熱核爆炸。在ICF靶中，中空聚合物微膠囊是最有發(fā)展前途的氘-氚燃料容器。由于其組成元素的原子序數(shù)較低，輻射自由程長(zhǎng)，密度較玻璃小，在爆聚過(guò)程中可抑制超熱電子的產(chǎn)生，減少燃料的輻射預(yù)熱，使燃料獲得高的壓縮比，最終得到較高的能量增益。典型的聚合物靶用微膠囊要求具有良好的表面光潔度、球形度、同心度、一定機(jī)械強(qiáng)度。此外，中空聚合物微膠囊還在藥物釋放，生物分析，食品，化妝品，印刷等很多方面有廣闊的應(yīng)用前景。鑒于中空聚合物微膠囊的廣泛用途，科學(xué)家一直還在尋找制備中空微膠囊的各種方法。目前已有的微膠囊的制備技術(shù)已超過(guò)200種，根據(jù)其性質(zhì)、囊壁形成的原理和微膠囊化條件分為化學(xué)法、物理化學(xué)法、物理法等3大種方法。在ICF研究中，均勻單層聚合物球殼的成形機(jī)理、聚合物材料分子量的分布對(duì)靶的影響是研究的重點(diǎn)。另外，綜合聚合物靶用微膠囊高表面光潔度、高球形度、高同心度等物理參數(shù)對(duì)微膠囊的影響，需要專門的制備方法及技術(shù)。目前，單殼層聚合物空心微膠囊的生產(chǎn)方法主要有干膠發(fā)泡法、液滴法及密度匹配微封裝法。干膠發(fā)泡法，最初是由前蘇聯(lián)人于20世紀(jì)80年代初提出的，工藝流程有機(jī)單體 —乳液聚合一過(guò)濾一發(fā)泡劑溶脹一入爐熔化一發(fā)泡一冷卻一挑選一單層空心微膠囊。其原理是制備一定的油相(0)和水相(W)，然后將0相和W相通過(guò)乳化技術(shù)并在一定溫度下固化成凝膠，將制備的干凝膠在凝膠爐中，一定氣氛和壓力下制備微膠囊。度匹配乳液微封裝制球法是在乳液微封裝制球法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其原理是將一定的表面活性劑溶解于高純水中，形成水相(WI)；聚合物溶解于有機(jī)溶劑中，形成油相 (0)，高純水與某些有機(jī)物形成水相(W》，工藝流程如下聚合物一溶解一第一次乳化一第二次乳化一加熱固化一過(guò)濾洗滌一真空干燥一挑選一單層空心微膠囊。液滴法工藝流程聚合物一溶解一液滴發(fā)生一單個(gè)液滴一包膠一形成空腔一熔融精煉一冷卻一挑選一單層空心微膠囊。三種方法各有特點(diǎn)，干膠發(fā)泡法可生產(chǎn)直徑達(dá)2-3mm的空心微膠囊，但微膠囊直徑分布較寬；液滴法目前一般只能生產(chǎn)直徑Imm 以下的空心微膠囊，但其直徑分布較窄； 微封裝法則具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作費(fèi)用低，且非常適于空心微膠囊的批量生產(chǎn)，但該法的產(chǎn)品微膠囊易出現(xiàn)壁內(nèi)氣泡等缺陷。毫流控技術(shù)(Millifluidics)是微流控技術(shù)(Microfluidics)的延伸。20世紀(jì)90年代，Manz和Widmer首次提出了微型全分析系統(tǒng)(Miniaturized Total Analysis Systems，即TAQ的概念[51]。微型全分析系統(tǒng)，其目的是通過(guò)化學(xué)分析設(shè)備的微型化與集成化，最大限度地把分析實(shí)驗(yàn)室地功能轉(zhuǎn)移到便攜的分析設(shè)備中，甚至集成到方寸大小的芯片上。在微米級(jí)結(jié)構(gòu)中操控納升及皮升體積液體的技術(shù)與科學(xué)定義為微流控技術(shù)。微流控技術(shù)可高效大批量生產(chǎn)大小可控且均一的微球。最早提出通過(guò)雙T通道制備雙重乳液的是Siingo Okushima等，基本原理如圖1所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種擬結(jié)合毫流控技術(shù)和和溶劑蒸發(fā)法來(lái)制備中空聚合物微膠囊，具體的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于毫流控制裝置的中空聚合物微膠囊制備方法，。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
1)將聚合物溶于低沸點(diǎn)溶劑作為中間相溶液；
2)選擇密度匹配的不相容液體作為內(nèi)相和外相溶液；
3)所述中間相溶液、內(nèi)相溶液和外相溶液通過(guò)毫流控雙T行通道兩次剪切，形成雙重微乳液；
4)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)收集的雙重微乳液，去除中間相溶液，獲得中空聚合物微膠囊。進(jìn)一步的，步驟1中還添加有表面活性劑。具體的本發(fā)明的基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法如下將聚合物溶于低沸點(diǎn)溶劑，添加適量表面活性劑，作為中間相即壁層，再選擇密度匹配的甲基硅油作為內(nèi)相和外相，連接好毫流控裝置后，通過(guò)泵與注射器控制3相液體流速，通過(guò)雙T通道兩次剪切，形成內(nèi)相/中間相/外相雙重微乳液，收集之再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，形成聚合物殼層包裹甲基硅油的中空聚合物微膠囊。所述的聚合物可以是聚丙烯腈，對(duì)應(yīng)的溶劑和表面活性劑選擇二甲基甲酰胺和 Aliquat。336 (季銨鹽)。進(jìn)一步的，通過(guò)本發(fā)明的方法在制備聚苯乙烯靶丸時(shí)，溶液體系相反，將聚苯乙烯溶于苯和1，2-二氯乙烷的混合溶劑，作為中間相即壁層，再選擇一定濃度的密度匹配的聚乙烯醇水溶液作為內(nèi)相和外相，通過(guò)雙T通道兩次剪切，形成內(nèi)相/中間相/外相雙重微乳液，收集之再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，烘箱干燥還可去除核心水分，形成中空聚苯乙烯微膠囊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
1、方法簡(jiǎn)單有效任何兩種互不相溶的液體都能形成乳液，中空聚合物微膠囊可以包裹不同物質(zhì)在生物學(xué)領(lǐng)域，能源領(lǐng)域等有廣泛應(yīng)用。2、制備裝置簡(jiǎn)單本發(fā)明只需雙疏的T形通道和微管，就可源源不斷形成雙重微乳液，裝置很容易獲得。3、產(chǎn)率高微通道可以快速高效產(chǎn)生雙重微乳液，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，便捷高效。4、可控制性強(qiáng)通過(guò)調(diào)節(jié)3相液體流速，可以輕易控制雙重微乳液的內(nèi)外徑和壁厚，以及固化后微膠囊的大小和壁厚。5、表面光滑獲得的微膠囊表面粗糙度在納米級(jí)。6、單分散性好通過(guò)毫流控技術(shù)制得的微膠囊大小均勻，單分散性好。7、成本低應(yīng)用毫流控技術(shù)，所用溶液體積大量減少。8、應(yīng)用范圍廣獲得的中空聚合物微膠囊在生物檢測(cè)，藥物釋放，食品，化妝品等領(lǐng)域?qū)⒂蟹浅V泛的用途。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1是通過(guò)雙T通道制備雙重微乳液的基本原理示意圖。圖2示出本發(fā)明的制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。參見(jiàn)圖2所示，一種基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
1)將聚合物溶于低沸點(diǎn)溶劑作為中間相溶液；
2)選擇密度匹配的不相容液體作為內(nèi)相和外相溶液；
3)所述中間相溶液、內(nèi)相溶液和外相溶液通過(guò)毫流控雙T行通道兩次剪切，形成雙重微乳液；
4)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)收集的雙重微乳液，去除中間相溶液，獲得中空聚合物微膠囊。進(jìn)一步的，在步驟1中還可添加有表面活性劑。實(shí)施列1
制備尺寸500um左右的中空聚丙烯腈微膠囊
中間相制備將Ig聚丙烯腈粉末溶解在15ml 二甲基甲酰胺和aiil Aliquat。336中。內(nèi)相，外相選擇密度匹配的甲基硅油。兩次剪切，形成01/W/02雙重微乳液，收集之再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑二甲基甲酰胺，形成聚合物聚丙烯腈殼層包裹甲基硅油的中空聚合物聚丙烯腈微膠囊。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將聚合物溶于低沸點(diǎn)溶劑作為中間相溶液；2)選擇密度匹配的不相容液體作為內(nèi)相和外相溶液；3)所述中間相溶液、內(nèi)相溶液和外相溶液通過(guò)毫流控雙T行通道兩次剪切，形成雙重微乳液；4)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)收集的雙重微乳液，去除中間相溶液，獲得中空聚合物微膠囊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法，其特征在于 步驟1中還添加有表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法，其特征在于 所述聚合物為聚丙烯腈，對(duì)應(yīng)的低沸點(diǎn)溶劑和表面活性劑為二甲基甲酰胺和季銨鹽，密度匹配的不相容液體為甲基硅油。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法，其特征在于 所述聚合物為聚苯乙烯，對(duì)應(yīng)的低沸點(diǎn)溶劑和表面活性劑為苯和1，2-二氯乙烷，密度匹配的不相容液體為聚乙烯醇。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于毫流控的中空聚合物微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將聚合物溶于低沸點(diǎn)溶劑作為中間相溶液；選擇密度匹配的不相容液體作為內(nèi)相和外相溶液；所述中間相溶液、內(nèi)相溶液和外相溶液通過(guò)毫流控雙T行通道兩次剪切，形成雙重微乳液；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)收集的雙重微乳液，去除中間相溶液，獲得中空聚合物微膠囊。與傳統(tǒng)的微膠囊相比，本發(fā)明制備的中空聚合物微膠囊的壁厚和大小可以通過(guò)三相流速控制，表面光滑，單分散性好，產(chǎn)率高。
文檔編號(hào)B01J13/04GK102553500SQ20121002489
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者姚翀, 張佳維, 施展, 王瑋辰, 葛麗芹 申請(qǐng)人:東南大學(xué)