泡沫相高效、可连续化制备结构可调聚合物微球的理论基础研究
批准号:
22068018
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
何艳萍
依托单位:
学科分类:
产品工程与材料化工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
何艳萍
中文摘要
结构可调聚合物微球作为一种功能材料,具有广阔的应用前景。通过研究找到一种简单、高效、可调控结构、可连续化生产的聚合物微球的制备方法,对聚合物微球的发展具有重要的意义。项目申请人在国际上首次提出了一种在泡沫相中制备聚合物微球的新方法,该方法的特征符合所期望的简单、高效、结构可调、可连续化生产聚合物微球的要求。本项目拟开展泡沫相制备聚合物微球的系统研究,以揭示该方法的科学本质,阐明该方法能够实现高效性、结构可调性和连续化生产的理论基础。具体包括:(1)结合泡沫相即气、液、固三相共存下的相分离行为研究该方法的科学本质和高效性的理论基础;(2)基于聚合物结构、分子量、溶剂溶解度参数和极性等要素研究微球结构调控的普遍规律;(3)研究该方法的连续化过程,基于物料和热量平衡获得用于指导连续化生产的理论基础。本项目是聚合物微球制备领域的重要发现,研究结果可以为高效和连续生产结构可调聚合物微球奠定理论基础。
英文摘要
Polymeric microspheres with different internal structures have been widely used due to their attractive characteristics. It is significant to develop an effective approach for high throughout production of polymeric microspheres with different internal structures in a continuous process. In our previous work, a new method to produce polymeric microspheres with different internal structures in a foam phase has been developed and it has been seen time-saving, high yield and continuous process. The characteristics of the new method to prepare polymeric microspheres in a foam phase is desirable. Therefore, in this work we are trying to study the method to produce polymeric microspheres in a foam phase systematically. The main contents are as follows: (1) Study the phase separation behaviors in the foam phase in which gas, liquid and solid phases present simultaneously, in order to understand the scientific nature of the new method and obtain the theoretical evidences for its efficiency. (2) Investigate the internal structures of polymeric microspheres as a function of polymer structures, their molecule weights, the solubility parameters of solvents (including porogen) and their polarities to establish the general rules to control the structure of polymeric microspheres. (3) Develop the preparation process of producing polymeric microspheres in a foam phase as a continuous process and build a mathematic model based on mass balance and thermal balance to calculate the optimal operation parameters, which is aimed to obtain theoretical understandings on the continuous production of polymeric microspheres. The new method of producing polymeric microspheres in a foam phase is a huge breakthrough in the area and it enables a time-saving method with high yield for producing polymeric microspheres with different internal structures in a continuous process.
孔结构可调聚合物微球作为一种功能材料,对材料科学领域的发展具有重要意义。本项目基于实验室发明的泡沫传输法,研究其科学本质、成球机制以及高效、孔结构可调、连续化生产的理论基础。研究内容涵盖:(1)分析泡沫相中气、液、固三相共存下的相分离行为,探讨方法的科学本质和高效性;(2)研究基于聚合物结构、分子量、溶剂溶解度参数和极性等因素的微球孔结构调控规律;(3)探索制备方法的连续化过程,基于物料和热量平衡建立理论基础。研究发现,泡沫传输法是传统溶剂挥发法的技术改进,油相液滴在泡沫夹带下进入收集器成球,在进入收集器前油滴已处于表面轻微固化状态,但溶剂挥发和聚合物固化的主要场所是在收集器中。该方法具备时间的高效性,具体体现在成球过程仅需半小时,而传统方法需数小时。产率的高效性体现在在高油水比下泡沫传输法仍能获得高收率,其中工艺条件合适时间歇和连续工艺的收率均高于90%。在孔结构调控方面,聚合物种类、挥发性有机溶剂种类和用量、致孔剂种类和用量、升温速率、保护胶体种类和用量等均影响微球结构。通过引入功能性有机溶剂,形成“混合溶剂液膜”,改变挥发性有机溶剂的挥发过程,实现聚合物微球从多孔到中空结构的调控。以乙基纤维素作为聚合物,实现了贯通聚合物微球的制备。在连续化工艺方面,基于油、水相连续进料设计了泡沫传输法连续化工艺,并建立了预测水相进料速率的数学模型。实验发现,连续化工艺稳定性较差,通过引入油、水预分散系统,实现了连续化工艺长时间运行的稳定性,并验证了连续化制备工艺的普适性。此外,结合课题组在功能性微球的研究基础,开展了日化产品中香精油微胶囊的制备和应用研究,获得多种香精油微胶囊的制备工艺和应用基础数据。此外,还拓展了聚合物微球在新能源和可降解材料领域的研究与应用。本项目的开展为泡沫传输法提供了全面和深入的理论认识,为实现高效、连续生产结构可调聚合物微球提供了坚实的理论基础。
香精油微胶囊黏流态内芯构建及氢键作用协同粘度增强实现超长留香机制研究
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批准号:22368030
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:32万元
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批准年份:2023
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负责人:何艳萍
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依托单位:
基于平行板流动小室的微胶囊颗粒细观力学特征研究
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批准号:21466016
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2014
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负责人:何艳萍
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依托单位:
国内基金
海外基金