專利名稱：一種超順磁性高分子均一微球的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁性高分子微球的制造方法，特別涉及一種采用噴流式懸浮聚合法制造超順磁性高分子均一微球的方法。
背景技術：
近年來，磁性高分子微球在生物分離工程和生物醫(yī)學工程中展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，特別在細胞分離、固定化酶、免疫檢測、靶向藥物、蛋白質(zhì)和酶的分離純化等應用領域具有誘人的應用前景，是當前研究的熱點課題之一。
現(xiàn)有技術合成磁性高分子微球的方法主要有高分子包埋法、化學轉(zhuǎn)化法和單體聚合法?；瘜W轉(zhuǎn)化法合成的磁性微球性能較好，但是它的制造工藝繁瑣，造成生產(chǎn)成本大大提高，磁性微球售價相當昂貴，因而限制了它的應用。單體聚合法與高分子包埋法相比，合成的磁性高分子微球性能較好，同時它的制造工藝簡單，成本低，是目前合成磁性高分子微球最普遍適用的方法。而單體聚合法主要包括乳液聚合、分散聚合、種子聚合、懸浮聚合和微懸浮聚合等方法，其中懸浮聚合法是當前制造磁性高分子微球最為理想的一種方法，因為它制造的磁性高分子微球成球性好、磁含量高。但是該方法由于采用機械攪拌漿混合，反應釜中各部分液滴受力不均勻，導致聚合物液滴大小不一，最終合成的磁性高分子微球粒徑大、尺寸分布寬，不同微球之間磁性能差異很大，從而影響了它的使用效果。
與本發(fā)明相關的懸浮聚合法(參見美國專利US 4,339,337)及微懸浮聚合法(參見美國發(fā)明專利US 4,358,388)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，加熱引發(fā)聚合形成磁性高分子微球。由于在反應過程中分散效果差，尤其是納米級磁性Fe3O4顆粒在聚合過程中易團聚而與烯類單體發(fā)生相分離，合成的高分子微球磁含量低，磁性顆粒易聚集在微球周邊，不同微球的磁含量變化大，顆粒粒徑分布寬。通過改良懸浮聚合分散設備，采用在帶垂直擋流板的圓柱形攪拌式反應器中進行反應(參見中國發(fā)明專利CN98124516.1)，可以在某種程度上改善磁性微球的性能，但是微球的尺寸大小仍然很不均一。因此，探討一種尺寸均一的超順磁性高分子微球的制造方法是待解決的關鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服常規(guī)聚合反應在制造磁性高分子微球時，不能合成均一的磁性微球及其所制造的磁性高分子微球在性能上存在的缺陷，從而提供了一種采用噴流式懸浮聚合法制造超順磁性高分子均一微球的方法。
本發(fā)明的技術方案本發(fā)明提供的一種超順磁性高分子均一微球的制造方法，包括以下步驟1、噴流式懸浮聚合反應裝置的制作噴流式懸浮聚合反應裝置包括一聚合反應釜、油相儲罐，其特征在于，還包括一噴流嘴。所述的油相儲罐上端經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥與氮氣瓶相連，并經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥和流量計與聚合反應釜上端的噴流嘴相連通；油相儲罐上端安裝有壓力表、電機和安全閥，電機帶動攪拌器轉(zhuǎn)動；聚合反應釜內(nèi)安裝由電機帶動的漿式攪拌器，上端安裝可自動調(diào)節(jié)的噴流嘴，調(diào)節(jié)噴流嘴與反應釜內(nèi)水相液面距離，可以得到不同粒徑的液滴。
2、改進的共沉淀法制造疏水性Fe3O4磁流體在60-90℃下，向含有Fe2+和Fe3+鹽的水溶液中傾入堿液，立刻滴加直鏈脂肪酸直至水溶液變清為止，即可得到黑色團塊狀疏水性Fe3O4磁流體。
3、噴流式懸浮聚合法制造超順磁性高分子均一微球(1)將疏水性Fe3O4磁流體溶解于疏水性烯類單體和油溶性引發(fā)劑中，充分攪拌，在油相儲罐中形成均勻分散的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入穩(wěn)定劑水溶液，攪拌分散形成均勻的水相溶液；(3)加適當?shù)膲毫?，使油相儲罐?nèi)的油相流體通過噴流嘴噴流進入聚合反應釜內(nèi)水相中形成均勻的油滴；(4)恒溫聚合反應，即可得到超順磁性高分子均一微球。
上述的油相儲罐為不銹鋼儲罐；油相儲罐的上端安裝有氮氣進口管、壓力表和安全閥，下端安裝料液出口管；安裝在聚合反應上端的噴流嘴的孔徑為10-100μm；噴流嘴為由聚四氟乙烯或不銹鋼制成。
上述鐵鹽水溶液中Fe2+與Fe3+的摩爾比為1∶2至2∶3；加入的堿OH-與Fe2+和Fe3+之和的摩爾比為2∶3，這里的堿是KOH、NaOH、NH4OH、Na2CO3、NaHCO3；加入的直鏈脂肪酸與沉淀出的磁性Fe3O4顆粒之重量比在1∶2至2∶3之間；直鏈脂肪酸為飽和的硬脂酸、月桂酸、豆蔻酸、及不飽和的亞麻酸、油酸、桐油酸。
上述疏水性烯類單體是由一種或一種以上的疏水性烯類單體形成的聚合物；這里的疏水性烯類單體為苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯及其衍生物；油溶性引發(fā)劑為過氧化苯甲酰或偶氮二異丁腈。
上述穩(wěn)定劑是一種或一種以上的高分子表面活性劑，在水中的重量比含量是10-20％；這里的高分子表面活性劑是聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、明膠、纖維素。
本發(fā)明提供的一種超順磁性高分子均一微球的制造方法，采用液體噴流分散替代機械攪拌漿分散，將液滴破碎分散和聚合反應分開進行。通過噴流技術將油相液滴均勻破碎而在水相中形成O/W型懸浮液，由于噴流嘴為一可調(diào)節(jié)的噴流嘴，調(diào)節(jié)噴流嘴與反應釜內(nèi)水相液面距離，可以得到不同粒徑的液滴。
當油相儲罐內(nèi)裝有預先用超聲波分散好的疏水性單體、表面經(jīng)處理的疏水性Fe3O4磁流體、油溶性引發(fā)劑，開動電機不斷攪拌，形成均一的油相流體。通過加適當?shù)膲毫?，油相流體會充滿與噴流嘴相連的管道，待壓力達到一特定值時，油相流體將通過噴流嘴噴流進入反應釜水相中形成均勻的油滴。水相中的穩(wěn)定劑便會被吸附在油滴的表面而使油滴穩(wěn)定，經(jīng)過適當?shù)財嚢?，在一定的聚合溫度下，油滴快速被固化，合成出大小均一的超順磁性高分子微球。由于油相儲罐?nèi)的壓力恒定，噴流出的油滴大小非常均勻，通過調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)閥可以改變油相流體的噴流速度，從而改變油滴的尺寸大小。
由于自制的表面經(jīng)處理的疏水性Fe3O4磁流體的粒徑為8nm左右，在超聲波分散的情況下能與疏水性單體、油溶性引發(fā)劑形成相當均一的流體。同時，油相儲罐內(nèi)安裝了攪拌器，使油相流體始終保持均勻分散，在一定的壓力下，F(xiàn)e3O4磁流體將與單體、引發(fā)劑一同被噴流進入反應釜內(nèi)的水相中形成均勻的油滴。為了使油滴在水相中快速固化，反應釜中水相的溫度設定在高于單體引發(fā)聚合的溫度，從而避免了油滴之間的相互碰撞，快速地合成出大小均一的超順磁性高分子微球。本發(fā)明采用噴流式懸浮聚合法制造出大小均一、比飽和磁化強度高及磁含量均勻的超順磁性高分子微球，解決了現(xiàn)有技術中聚合反應合成的磁性微球粒徑大、尺寸分布寬及磁含量分布不均勻等問題。
本發(fā)明提供的一種超順磁性高分子均一微球的制造方法具有以下特點(1)采用了噴流技術與懸浮聚合法相結(jié)合的方法制作出噴流式懸浮聚合反應裝置。
(2)能使Fe3O4磁流體、有機單體和引發(fā)劑組成的油相流體噴流破碎分散，形成均勻的油滴。
(3)制造的磁性高分子微球大小均一，具有超順磁性。
(4)制造的磁性高分子微球的比飽和磁化強度高，磁含量分布均勻。
(5)制造的磁性高分子微球尺寸可調(diào)，化學穩(wěn)定性好。
(6)制造工藝簡單、價格便宜。
(7)容易進行擴大生產(chǎn)。


附圖1本發(fā)明制造超順磁性高分子均一微球的噴流式懸浮聚合反應裝置結(jié)構(gòu)示意圖附圖標識1、氮氣瓶2、第一調(diào)節(jié)閥 3、油相儲罐4、壓力表5、電機 6、安全閥7、第二調(diào)節(jié)閥8、流量計 9、噴流嘴10、電機 11、聚合反應釜附圖2本發(fā)明制造的超順磁性高分子微球的掃描電鏡照片2.1放大500倍時，磁性微球的SEM圖2.2放大1000倍時，磁性微球的SEM圖2.3放大2000倍時，磁性微球的SEM圖2.4放大4000倍時，磁性微球的SEM圖附圖3本發(fā)明制造的超順磁性高分子微球的磁化曲線
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述1、制作一制造超順磁性高分子均一微球的噴流式懸浮聚合反應裝置實施例1該噴流式懸浮聚合反應裝置的油相儲罐3上端經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥2與氮氣瓶1相連，并經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥7和流量計8與聚合反應釜11上端的噴流嘴9相連通；油相儲罐3上端安裝有壓力表4、電機5和安全閥6，電機5帶動攪拌器轉(zhuǎn)動；聚合反應釜11內(nèi)安裝由電機10帶動漿式攪拌器，上端安裝可自動調(diào)節(jié)的噴流嘴9，調(diào)節(jié)噴流嘴9與反應釜11內(nèi)水相液面距離，可以得到不同粒徑的液滴；所述的噴流嘴(9)的孔徑為10-100μm。
2、改進的共沉淀法制造疏水性Fe3O4磁流體實施例2向盛有800ml蒸餾水的1升攪拌式反應器中加入0.098mol FeCl2·4H2O和0.196mol FeCl3·6H2O，升溫至90℃，傾入含30-40ml NH3·H2O水溶液，待2min后，開始按0.5ml·min-1的速度滴加硬脂酸約20ml，直至看到一個清楚的上清液為止，繼續(xù)恒溫40min，傾去上清液即可得到黑色團塊狀表面包覆有硬脂酸的Fe3O4磁流體。
實施例3向盛有500ml蒸餾水的1升攪拌式反應器中加入0.25mol FeSO4·7H2O，0.49mol FeCl3·6H2O，升溫至70℃，傾入含0.4mol的Na2CO3水溶液50-60ml，在30min內(nèi)逐滴加入15ml油酸，上清液變清后，升溫至80℃恒溫1小時，傾去上清液即可得到黑色團塊狀表面包覆有油酸的Fe3O4磁流體。
3、噴流式懸浮聚合法制造超順磁性高分子均一微球?qū)嵤├?(1)將實施例2制造的20g表面包覆有硬脂酸的Fe3O4磁流體、80ml苯乙烯、10ml二乙烯苯和3g過氧化苯甲酰組成的有機相，經(jīng)超聲攪拌即可形成穩(wěn)定分散的油相溶液，傾入油相儲罐3中，開動電機5攪拌，使油相流體始終形成均勻分散的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜11中加入1000ml蒸餾水和20g聚乙烯醇，80℃恒溫攪拌30min后，使聚乙烯醇完全溶解形成均勻的水相，保持攪拌速度至800rpm；(3)通過加適當?shù)膲毫Γ褂拖鄡?內(nèi)的壓力保持0.1MPa，打開第二調(diào)節(jié)閥7，油相流體將通過噴流嘴9噴流進入聚合反應釜11內(nèi)水相中形成均勻的油滴，水相中的穩(wěn)定劑便會被吸附在油滴的表面而使油滴穩(wěn)定，恒溫70℃反應1h，再降溫到60℃熟化2小時；(4)冷卻后，經(jīng)磁性分離、洗滌、烘干等工序，即可得到產(chǎn)出率近于100％的磁性聚苯乙烯微球。
實施例5(1)將實施例3制造的15g表面包覆有油酸的Fe3O4磁流體、70ml甲基丙烯酸甲酯、5ml二甲基丙烯酸乙二醇酯和4g偶氮二異丁腈組成的有機相，經(jīng)超聲攪拌即可形成穩(wěn)定分散的油相溶液，傾入油相儲罐3中，開動電機5攪拌，使油相流體始終形成均勻分散的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜11中加入1000ml蒸餾水和15g聚乙烯吡咯烷酮，60℃恒溫攪拌30min后，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解形成均勻的水相，保持攪拌速度至800rpm；(3)通過加適當?shù)膲毫Γ褂拖鄡?內(nèi)的壓力保持0.1MPa，打開第二調(diào)節(jié)閥7，油相流體將通過噴流嘴9噴流進入聚合反應釜11內(nèi)水相中形成均勻的油滴，水相中的穩(wěn)定劑便會被吸附在油滴的表面而使油滴穩(wěn)定，恒溫70℃反應1h，再降溫到60℃熟化2小時；(4)冷卻后，經(jīng)磁性分離、洗滌、烘干等工序，即可得到產(chǎn)出率近于100％的磁性聚甲基丙烯酸甲酯微球。
實施例6(1)將實施例2制造的18g表面包覆有硬脂酸的Fe3O4磁流體、70ml醋酸乙烯酯、4ml二乙烯苯和4g過氧化苯甲酰組成的有機相，經(jīng)超聲攪拌即可形成穩(wěn)定分散的油相溶液，傾入油相儲罐3中，開動電機5攪拌，使油相流體始終形成均勻分散的油相流體；
(2)在攪拌式聚合反應釜11中加入1000ml蒸餾水和15g聚乙烯吡咯烷酮，60℃恒溫攪拌30min后，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解形成均勻的水相，保持攪拌速度至800rpm；(3)通過加適當?shù)膲毫Γ褂拖鄡?內(nèi)的壓力保持0.1MPa，打開第二調(diào)節(jié)閥7，油相流體將通過噴流嘴9噴流進入聚合反應釜11內(nèi)水相中形成均勻的油滴，水相中的穩(wěn)定劑便會被吸附在油滴的表面而使油滴穩(wěn)定，恒溫80℃反應1h，再降溫到60℃熟化2小時；(4)冷卻后，經(jīng)磁性分離、洗滌、烘干等工序，即可得到產(chǎn)出率近于100％的磁性聚醋酸乙烯酯微球。
實施例7(1)將實施例3制造的20g表面包覆有油酸的Fe3O4磁流體、70ml丙烯酸甲酯、10ml二乙烯苯和4g偶氮二異丁腈組成的有機相，經(jīng)超聲攪拌即可形成穩(wěn)定分散的油相溶液，傾入油相儲罐3中，開動電機5攪拌，使油相流體始終形成均勻分散的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜11中加入1000ml蒸餾水和15g聚乙烯吡咯烷酮，60℃恒溫攪拌30min后，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解形成均勻的水相，保持攪拌速度至800rpm；(3)通過加適當?shù)膲毫Γ褂拖鄡?內(nèi)的壓力保持0.1MPa，打開第二調(diào)節(jié)閥7，油相流體將通過噴流嘴9噴流進入聚合反應釜11內(nèi)水相中形成均勻的油滴，水相中的穩(wěn)定劑便會被吸附在油滴的表面而使油滴穩(wěn)定，恒溫80℃反應1h，再降溫到60℃熟化2小時；(4)冷卻后，經(jīng)磁性分離、洗滌、烘干等工序，即可得到產(chǎn)出率近于100％的磁性聚丙烯酸甲酯微球。
實施例8(1)將實施例3制造的20g表面包覆有油酸的Fe3O4磁流體、20ml苯乙烯、70ml甲基丙烯酸縮水甘油酯、5ml二乙烯苯和5g過氧化苯甲酰組成的有機相，經(jīng)超聲攪拌即可形成穩(wěn)定分散的油相溶液，傾入油相儲罐3中，開動電機5攪拌，使油相流體始終形成均勻分散的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜11中加入1000ml蒸餾水和15g聚乙烯吡咯烷酮，60℃恒溫攪拌30min后，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解形成均勻的水相，保持攪拌速度至800rpm；(3)通過加適當?shù)膲毫?，使油相儲?內(nèi)的壓力保持0.1MPa，打開第二調(diào)節(jié)閥7，油相流體將通過噴流嘴9噴流進入聚合反應釜11內(nèi)水相中形成均勻的油滴，水相中的穩(wěn)定劑便會被吸附在油滴的表面而使油滴穩(wěn)定，恒溫75℃反應1h，再降溫到60℃熟化2小時；(4)冷卻后，經(jīng)磁性分離、洗滌、烘干等工序，即可得到產(chǎn)出率近于100％的磁性聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和苯乙烯共聚微球。
權(quán)利要求
1.一種超順磁性高分子均一微球的制造方法，對改進的共沉淀法制造的納米Fe3O4顆粒表面進行了親油層包覆形成疏水性Fe3O4磁流體，將其溶解于疏水性烯類單體和油溶性引發(fā)劑中充分攪拌，形成均勻分散的油相流體；采用噴流式懸浮聚合法將油相流體均勻破碎分散形成大小均一的油滴，并在水相中形成均勻的O/W型懸浮液；在特定的聚合溫度下，油滴快速被固化，恒溫聚合成大小均一的超順磁性高分子微球。
2.按權(quán)利要求1所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述的制造方法包括以下幾個步驟(1)噴流式懸浮聚合反應裝置的制作噴流式懸浮聚合反應裝置包括一聚合反應釜、油相儲罐，其特征在于，還包括一噴流嘴，所述的油相儲罐上端經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥與氮氣瓶相連，并經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥和流量計與聚合反應釜上端的噴流嘴相連通；油相儲罐上端安裝有壓力表、電機和安全閥，電機帶動攪拌器轉(zhuǎn)動；聚合反應釜內(nèi)安裝由電機帶動的漿式攪拌器，上端安裝可自動調(diào)節(jié)的噴流嘴，調(diào)節(jié)噴流嘴與反應釜內(nèi)水相液面距離，可以得到不同粒徑的液滴；(2)改進的共沉淀法制造疏水性Fe3O4磁流體在60-90℃下，向含有Fe2+和Fe3+鹽的水溶液中傾入堿液，立刻滴加直鏈脂肪酸直至水溶液變清為止，即可得到黑色團塊狀疏水性Fe3O4磁流體；(3)噴流式懸浮聚合法制造超順磁性高分子均一微球a.將疏水性Fe3O4磁流體溶解于疏水性烯類單體和油溶性引發(fā)劑中，充分攪拌，在油相儲罐中形成均勻分散的油相流體；b.在攪拌式聚合反應釜中加入穩(wěn)定劑水溶液，攪拌分散形成均勻的水相溶液；c.加適當?shù)膲毫?，使油相儲罐?nèi)的油相流體通過噴流嘴噴流進入聚合反應釜內(nèi)水相中形成均勻的油滴；d.恒溫聚合反應，即可得到超順磁性高分子均一微球。
3.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述的反應裝置采用了噴流技術與懸浮聚合法相結(jié)合的方法制作。
4.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述噴流嘴的孔徑為10-100μm。
5.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述的油相儲罐內(nèi)裝有一攪拌器，并用一電機帶動，使油相流體在儲罐內(nèi)始終保持均勻分散。
6.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述疏水性單體、表面經(jīng)處理的疏水性Fe3O4磁流體和油溶性引發(fā)劑一同被噴流進入反應釜內(nèi)水相中形成均勻的油滴。
7.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述的鐵鹽水溶液中Fe2+與Fe3+的摩爾比為1∶3至1∶2；加入的堿OH-與Fe2+和Fe3+之和的摩爾比為2∶3至3∶4之間；加入的直鏈脂肪酸與沉淀出的磁性Fe3O4顆粒之重量比在1∶2至2∶3之間。
8.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述的穩(wěn)定劑是一種或一種以上的高分子表面活性劑，在水中的重量比含量是10-20％。
9.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述制造的超順磁性高分子微球大小均一，微球尺寸可調(diào)。
10.按權(quán)利要求2所述的超順磁性高分子均一微球的制造方法，其特征在于，所述的超順磁性高分子微球的比飽和磁化強度為15-20emu/g，不同微球之間的磁含量均勻，化學穩(wěn)定性好。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超順磁性高分子均一微球的制造方法。對改進的共沉淀法制造的納米Fe
文檔編號C08F2/44GK1640921SQ200410000139
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者陽承利, 邢建民, 官月平, 劉俊果, 安振濤, 劉會洲 申請人:中國科學院過程工程研究所