专利名称：一种基于毫流控装置的中空聚合物微胶囊制备方法
技术领域：
本发明属于靶丸制备的技术领，具体的涉及一种基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法。
背景技术：
太阳，高悬九天之上，温暖而灿烂。其永恒放射的万丈光焰自古幻为我们祖先崇拜的图腾，大脑中挥之不去的谜团。直到19世纪末，放射性研究的开启才真正将人类引领到太阳迷宫的门外，而核聚变的发现使人类意识到“人造太阳“实现的可能。于是，科学家设想，如果实现人工控制下氢元素的核聚变反应即受控热核反应，那么在地球上同样可以创造出一个个具有不竭能量的人造太阳。这样就可以解决人类世界的能源危机。热核聚变所用的重要核燃料是氘。一座100万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304千克。据测， 每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油，就是说，“1升海水约等于300升汽油”。地球上海水中有45万亿吨氘，足够人类使用百亿年。更为可贵的是核聚变反应中几乎不存在放射性污染，无需担忧失控，不会发生爆炸，是一种真正无限、 清洁、成本低廉和安全可靠的新能源。事实上早在1938年，人们就发现了核聚变。然而，距 1942年第一座核裂变反应堆建成已半个多世纪了，受控聚变还是迟迟没有实现有益的能量输出。如此举步维艰的根本原因，是轻元素原子核的聚合远比重元素原子核的分裂困难得多。都带正电的原子核间既彼此吸引又互相排斥，当两个原子核之间相距只有约万亿分之三毫米时，它们之间的吸引力才会大于静电斥力，两个原子核也才可能聚合到一起同时释放出巨大的能量。要实现这一目标，首先必须使聚变物质处于等离子状态，让它们的原子核完全裸露出来。然后，让两个带正电的原子核彼此靠近，但越互相接近，它们之间的静电斥力也越大，只有当带正电的原子核达到足够高的动能时，它们的碰撞才有机会使它们近到这万亿分之三毫米，从而产生聚合。而满足这样的条件需要的是几千万甚至几亿摄氏度的高温。人类要和平利用核聚变，必须是可以控制的聚变过程。目前物理学家认为比较切实可行的控制办法是通过控制核聚变燃料的加入速度及每一次的加入量，使核聚变反应按一定的规模连续或有节奏地进行。因此，核聚变装置中的气体密度要很低，只能相当于常温常压下气体密度的几万分之一，而且对能量的约束也要有足够长的时间。也就是说，我们无法简单模拟太阳中心那样高的等离子体密度和上亿的温度，只有追求比太阳中心更高的温度来解决碰撞几率问题。仅创造这样苛刻的环境在技术上的难度就可想而知，更何况还要使这样高的温度保持一段时间了。等离子体数量越少，密度越小，保持超高温的时间就需要得越长。还有，超高温的等离子体，有强烈地向外扩张的特性，必须有极强的磁场来约束住它们，绝对不让它们与四周容器壁接触。经过半个多世纪的探索，科学家的研究方向最终汇集到惯性约束和磁约束两种途径上。所谓惯性约束是利用超高强度的激光在极短的时间内均勻照射由固体的重氢和氚包覆着气体重氢和氚的燃料球(直径仅数毫米)，通过瞬间的压缩加热产生的爆发力的反作用，发生内爆，最后在中心部位达到高温和高密度，引起点火而引发核聚变反应。而磁约束则是利用强磁场可以很好地约束带电粒子的特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，将其中不与四周容器壁接触的聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。20世纪下半叶，聚变能的研究取得了重大的进展，而托卡马克类型的磁约束研究更是一路领先，并成为世界上第一座热核反应堆的设计基础。2001年8月，日本大阪大学和英国的科学家宣称，开发出一种新方法，使用这种方法只需过去一半的能源就能够引发核聚变反应。研究人员采取的是分别进行燃料压缩(燃料置于靶丸中)和加热的“高速点火”方式。他们用新开发的瞬间功率达10亿兆瓦的激光装置，成功地把燃料等离子体加热到1000万摄氏度。日本大阪大学和英国的科研人员宣布，激光热核实用化已经不再是遥远的梦。中空聚合物微胶囊可以用于惯性约束性核聚变靶丸。惯性约束核聚变，又称靶丸聚变，为实现受控核聚变的一种途径。它是利用高功率的脉冲能束均勻照射微球靶丸，由靶面物质的消融喷离产生的反冲力使靶内氘氚燃料快速地爆聚至超高密度(300gcnT3)和热核温度(IOkeV)，从而点燃的高效率释放聚变能的微型热核爆炸。在ICF靶中，中空聚合物微胶囊是最有发展前途的氘-氚燃料容器。由于其组成元素的原子序数较低，辐射自由程长，密度较玻璃小，在爆聚过程中可抑制超热电子的产生，减少燃料的辐射预热，使燃料获得高的压缩比，最终得到较高的能量增益。典型的聚合物靶用微胶囊要求具有良好的表面光洁度、球形度、同心度、一定机械强度。此外，中空聚合物微胶囊还在药物释放，生物分析，食品，化妆品，印刷等很多方面有广阔的应用前景。鉴于中空聚合物微胶囊的广泛用途，科学家一直还在寻找制备中空微胶囊的各种方法。目前已有的微胶囊的制备技术已超过200种，根据其性质、囊壁形成的原理和微胶囊化条件分为化学法、物理化学法、物理法等3大种方法。在ICF研究中，均勻单层聚合物球壳的成形机理、聚合物材料分子量的分布对靶的影响是研究的重点。另外，综合聚合物靶用微胶囊高表面光洁度、高球形度、高同心度等物理参数对微胶囊的影响，需要专门的制备方法及技术。目前，单壳层聚合物空心微胶囊的生产方法主要有干胶发泡法、液滴法及密度匹配微封装法。干胶发泡法，最初是由前苏联人于20世纪80年代初提出的，工艺流程有机单体 —乳液聚合一过滤一发泡剂溶胀一入炉熔化一发泡一冷却一挑选一单层空心微胶囊。其原理是制备一定的油相(0)和水相(W)，然后将0相和W相通过乳化技术并在一定温度下固化成凝胶，将制备的干凝胶在凝胶炉中，一定气氛和压力下制备微胶囊。度匹配乳液微封装制球法是在乳液微封装制球法基础上发展起来的。其原理是将一定的表面活性剂溶解于高纯水中，形成水相(WI)；聚合物溶解于有机溶剂中，形成油相 (0)，高纯水与某些有机物形成水相(W》，工艺流程如下聚合物一溶解一第一次乳化一第二次乳化一加热固化一过滤洗涤一真空干燥一挑选一单层空心微胶囊。液滴法工艺流程聚合物一溶解一液滴发生一单个液滴一包胶一形成空腔一熔融精炼一冷却一挑选一单层空心微胶囊。三种方法各有特点，干胶发泡法可生产直径达2-3mm的空心微胶囊，但微胶囊直径分布较宽；液滴法目前一般只能生产直径Imm 以下的空心微胶囊，但其直径分布较窄； 微封装法则具有设备简单，操作费用低，且非常适于空心微胶囊的批量生产，但该法的产品微胶囊易出现壁内气泡等缺陷。毫流控技术(Millifluidics)是微流控技术(Microfluidics)的延伸。20世纪90年代，Manz和Widmer首次提出了微型全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems，即TAQ的概念[51]。微型全分析系统，其目的是通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度地把分析实验室地功能转移到便携的分析设备中，甚至集成到方寸大小的芯片上。在微米级结构中操控纳升及皮升体积液体的技术与科学定义为微流控技术。微流控技术可高效大批量生产大小可控且均一的微球。最早提出通过双T通道制备双重乳液的是Siingo Okushima等，基本原理如图1所示。
发明内容
本发明旨在提供一种拟结合毫流控技术和和溶剂蒸发法来制备中空聚合物微胶囊，具体的来说，本发明的目的在于提供一种基于毫流控制装置的中空聚合物微胶囊制备方法，。本发明通过以下技术方案实现
一种基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
1)将聚合物溶于低沸点溶剂作为中间相溶液；
2)选择密度匹配的不相容液体作为内相和外相溶液；
3)所述中间相溶液、内相溶液和外相溶液通过毫流控双T行通道两次剪切，形成双重微乳液；
4)旋转蒸发收集的双重微乳液，去除中间相溶液，获得中空聚合物微胶囊。进一步的，步骤1中还添加有表面活性剂。具体的本发明的基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法如下将聚合物溶于低沸点溶剂，添加适量表面活性剂，作为中间相即壁层，再选择密度匹配的甲基硅油作为内相和外相，连接好毫流控装置后，通过泵与注射器控制3相液体流速，通过双T通道两次剪切，形成内相/中间相/外相双重微乳液，收集之再经过旋转蒸发去除溶剂，形成聚合物壳层包裹甲基硅油的中空聚合物微胶囊。所述的聚合物可以是聚丙烯腈，对应的溶剂和表面活性剂选择二甲基甲酰胺和 Aliquat。336 (季铵盐)。进一步的，通过本发明的方法在制备聚苯乙烯靶丸时，溶液体系相反，将聚苯乙烯溶于苯和1，2-二氯乙烷的混合溶剂，作为中间相即壁层，再选择一定浓度的密度匹配的聚乙烯醇水溶液作为内相和外相，通过双T通道两次剪切，形成内相/中间相/外相双重微乳液，收集之再经过旋转蒸发去除溶剂，烘箱干燥还可去除核心水分，形成中空聚苯乙烯微胶囊。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
1、方法简单有效任何两种互不相溶的液体都能形成乳液，中空聚合物微胶囊可以包裹不同物质在生物学领域，能源领域等有广泛应用。2、制备装置简单本发明只需双疏的T形通道和微管，就可源源不断形成双重微乳液，装置很容易获得。3、产率高微通道可以快速高效产生双重微乳液，相对于传统工艺，便捷高效。4、可控制性强通过调节3相液体流速，可以轻易控制双重微乳液的内外径和壁厚，以及固化后微胶囊的大小和壁厚。5、表面光滑获得的微胶囊表面粗糙度在纳米级。6、单分散性好通过毫流控技术制得的微胶囊大小均勻，单分散性好。7、成本低应用毫流控技术，所用溶液体积大量减少。8、应用范围广获得的中空聚合物微胶囊在生物检测，药物释放，食品，化妆品等领域将有非常广泛的用途。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中
图1是通过双T通道制备双重微乳液的基本原理示意图。图2示出本发明的制备方法流程图。
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。参见图2所示，一种基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
1)将聚合物溶于低沸点溶剂作为中间相溶液；
2)选择密度匹配的不相容液体作为内相和外相溶液；
3)所述中间相溶液、内相溶液和外相溶液通过毫流控双T行通道两次剪切，形成双重微乳液；
4)旋转蒸发收集的双重微乳液，去除中间相溶液，获得中空聚合物微胶囊。进一步的，在步骤1中还可添加有表面活性剂。实施列1
制备尺寸500um左右的中空聚丙烯腈微胶囊
中间相制备将Ig聚丙烯腈粉末溶解在15ml 二甲基甲酰胺和aiil Aliquat。336中。内相，外相选择密度匹配的甲基硅油。两次剪切，形成01/W/02双重微乳液，收集之再经过旋转蒸发去除溶剂二甲基甲酰胺，形成聚合物聚丙烯腈壳层包裹甲基硅油的中空聚合物聚丙烯腈微胶囊。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)将聚合物溶于低沸点溶剂作为中间相溶液；2)选择密度匹配的不相容液体作为内相和外相溶液；3)所述中间相溶液、内相溶液和外相溶液通过毫流控双T行通道两次剪切，形成双重微乳液；4)旋转蒸发收集的双重微乳液，去除中间相溶液，获得中空聚合物微胶囊。
2.根据权利要求1所述的基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法，其特征在于 步骤1中还添加有表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法，其特征在于 所述聚合物为聚丙烯腈，对应的低沸点溶剂和表面活性剂为二甲基甲酰胺和季铵盐，密度匹配的不相容液体为甲基硅油。
4.根据权利要求2所述的基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法，其特征在于 所述聚合物为聚苯乙烯，对应的低沸点溶剂和表面活性剂为苯和1，2-二氯乙烷，密度匹配的不相容液体为聚乙烯醇。
全文摘要
本发明公开了一种基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤将聚合物溶于低沸点溶剂作为中间相溶液；选择密度匹配的不相容液体作为内相和外相溶液；所述中间相溶液、内相溶液和外相溶液通过毫流控双T行通道两次剪切，形成双重微乳液；旋转蒸发收集的双重微乳液，去除中间相溶液，获得中空聚合物微胶囊。与传统的微胶囊相比，本发明制备的中空聚合物微胶囊的壁厚和大小可以通过三相流速控制，表面光滑，单分散性好，产率高。
文档编号B01J13/04GK102553500SQ20121002489
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者姚翀, 张佳维, 施展, 王玮辰, 葛丽芹 申请人:东南大学