專利名稱：一種具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬聚合物微納米顆粒的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置及其在制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
高壓靜電噴霧技術(shù)是一種自上而下(top-down)的微納米制造技術(shù)，通過外加電場力克服噴頭尖端液滴的液體表面張力和粘彈力而形成射流，在靜電斥力、庫侖力和表面張力共同作用下，被霧化后的液體射流被高頻分裂，經(jīng)溶劑揮發(fā)或熔體冷卻在接收端得到微納米級(jí)顆粒。該技術(shù)工藝過程簡單、操控方便、選擇材料范圍廣泛、可控性強(qiáng)、并且可以通過噴頭設(shè)計(jì)制備具有微觀結(jié)構(gòu)特征的微納米顆粒，應(yīng)用該技術(shù)制備聚合物基功能微納米體系具有良好的應(yīng)用前景。但是到目前為止，文獻(xiàn)報(bào)道都是高壓靜電噴霧技術(shù)所用的裝置，一般用于噴涂制備二維微納米平面。而在制備三維微納米顆粒上，一般都需要都過反向熱氣流輔助干燥，或者通過接受端的凝固浴作用獲得分散的微納米顆粒。這些反向熱氣流或者凝固浴的使用不僅使得高壓靜電噴霧裝置復(fù)雜化，而且使得噴霧工藝過程的調(diào)節(jié)控制難度增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置。本發(fā)明的目的之二利用上述的一種具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧，如圖1所示，包括將芯液注射器2、芯液軸流注射泵1、鞘液注射器4、鞘液軸流注射泵3、高壓電源9、粉末接收板8及紅外輻射源7 ；
所述的鞘液注射器4與高彈軟硅膠管5的一端相連，芯液注射器2的注射針頭的前端從高彈軟硅膠管5的側(cè)面插入到高彈硅膠軟管5內(nèi)并與其另一端形成同軸紡絲噴頭6 ；
其中芯液注射器2固定在芯液軸流注射泵1上，鞘液注射器4固定在鞘液軸流注射泵 3上，高壓電源9通過鱷魚鉗與芯液注射器2的注射針頭的后端相連接，高壓電源9與粉末接收板8共同接地，紅外輻射源7置于同軸紡絲噴頭6的噴口和粉末接收板8中間的高壓電場內(nèi)，可以移動(dòng)，輻射方向?yàn)槌蚍勰┙邮瞻?。所述的高壓電源9提供電壓為0 60kV; 所述的紅外輻射源7的功率300 1000W，可調(diào)節(jié)；
所述的芯液注射器2的注射針頭的外徑為0. 1 1. 0mm，壁厚為0. 1 0. 2mm,同軸紡絲噴頭6的噴口，即芯液注射器2的注射針頭的噴口與粉末接收板8的距離為15 30cm，所述的高彈硅膠軟管5的內(nèi)徑為2mm，壁厚1mm。一種利用上述的具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒的方法，包括如下步驟
(1)、內(nèi)芯、外鞘溶液的配制；
內(nèi)芯溶液的配制將核聚合物溶解于其良性溶劑進(jìn)行直接配制； 所述的核聚合物為聚丙烯腈(PAN)或尼龍； 外鞘溶液的配置將殼聚合物溶解于其良性溶劑進(jìn)行直接配制； 所述的殼聚合物為聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酸樹脂；
(2)、用上述的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置，將外鞘溶液裝入鞘液注射器4內(nèi)，內(nèi)芯溶液裝入芯液注射器2內(nèi)，在高壓電場于從同軸紡絲噴頭6的噴口處一起進(jìn)行高壓靜電噴霧，同時(shí)采用功率范圍為300 1000W的紅外輻射源照射粉末接收板8的霧化區(qū)，進(jìn)行輔助干燥，最終制備出具有核殼結(jié)構(gòu)聚合物微納米顆粒。由于所述的紅外輻射源的功率可調(diào)，即根據(jù)噴霧溶液情況，增大或減小紅外輻射源照射功率，輔助聚合物微納米顆粒迅速干燥；
由于所述的紅外輻射源在同軸紡絲噴頭與粉末接收端之間的高壓電場內(nèi)可以移動(dòng)，以調(diào)控聚合物微納米粒的尺寸；
高壓靜電噴霧過程控制同軸紡絲噴頭6的噴口與粉末接收板8距離為15 30cm，電壓為5 20Kv，鞘液注射器4內(nèi)的外鞘溶液流速為1 :3ml/h，芯液注射器4內(nèi)的內(nèi)芯溶液流
速為 0. 2 0. 6 ml/ho本發(fā)明的有益技術(shù)效果
本發(fā)明的利用一種紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒額方法，由于簡單有效地將靜電高壓霧化液滴的作用與紅外輻射相結(jié)合，可以單步直接制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米粒子，因此本發(fā)明的制備方法具有制備工藝簡單，且適合于工業(yè)化生產(chǎn)。再有，由于紅外輻射源的功率可調(diào)，根據(jù)噴霧溶液情況，增大或減小紅外輻射源照射功率，可以輔助具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒迅速干燥，從而縮短干燥所用的時(shí)間。另外，還由于紅外輻射源在同軸紡絲噴頭與接收端之間的高壓電場內(nèi)可以移動(dòng)， 從而可以調(diào)控具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米粒的尺寸，即制備出直徑可調(diào)的具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒。


圖1、具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置示意圖1為芯液軸流注射泵、2為芯液注射器、3為鞘液軸流注射泵、4為鞘液注射器、5為高彈軟硅膠管、6為同軸紡絲頭、7為紅外輻射源、8為粉末接收板、9為高壓電源；
圖2a、未加紅外輻射的具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒的FESEM圖； 圖2b、加紅外輻射的具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒的FESEM圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。即這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。另外，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明所用的儀器
偏光顯微鏡，XP-700型(上海長方光學(xué)儀器廠)。偏光顯微鏡與數(shù)碼相機(jī)(Powera1Qt 640，日本佳能)直接相連。本發(fā)明實(shí)施例中制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法所用的裝置，即紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置中
采用削平的針頭(5號(hào)不銹鋼注射針頭，內(nèi)徑0. 5mm)作為芯液噴射細(xì)流的毛細(xì)管，即注射針頭；
高壓電源，ZGF2000型，上海蘇特電器有限公司生產(chǎn)； 微量注射泵，KDS100型，美國Cole-Parmer 公司生產(chǎn)； 粉末接收板采用鋁箔包裹板，長寬高為200cmX200cmX200cm，厚Imm ； 紅外輻射源，JD010型，功率300 1000W，上海杰頓機(jī)械有限公司。實(shí)施例1
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包裹聚丙烯腈(PAN)的核殼結(jié)構(gòu)微納米球制備方法，包括如下步驟
(1)、將3.0g PAN粉末在4°C下分散于100毫升DMAc中，然后在60°C水浴搖床中振搖過夜成淡黃色均勻透明溶液，作為內(nèi)芯溶液；
將20.0 g PVP K17粉末在常溫下溶解于100毫升乙醇中，作為外鞘溶液；
(2)、將步驟(1)所得的內(nèi)芯溶液和外鞘溶液分別加入到芯液注射器及鞘液注射器中通過紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置進(jìn)行高壓靜電噴霧；
高壓靜電噴霧過程控制鞘液注射器內(nèi)的外鞘溶液流速為1 :3ml/h，芯液注射器內(nèi)的內(nèi)芯溶液流速為0. 2 0. 6 ml/h ；
芯液注射器的注射器針頭的噴口與粉末接收板距離為25cm，電壓18 kV，環(huán)境溫度為 (12士 1) °C，環(huán)境濕度為67士4%，最終得到PVP包裹PAN的核殼結(jié)構(gòu)微納米顆粒，顆粒直徑為 1. 6士0. 7μπι。所述的紅外輻射輔助，即以紅外輻射源直接照射在射流霧化區(qū)域，紅外輻射光線可以與射流成直角，也可以以大于30°以上銳角對著接收板照射。所述紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置的芯液注射器的注射針頭內(nèi)孔徑0. 5 mm，外徑為1mm，所述的高彈硅膠軟管的內(nèi)徑為2. 0mm，所述的粉末接收板采用鋁箔包裹板，長寬高為 200cmX200cmX200cm，厚 1mm。上述的內(nèi)芯/外鞘聚合物溶液液流量由兩臺(tái)單通道微量軸流注射泵(KDS100， 美國Cole-Parme/公司)控制，也可優(yōu)選采用一臺(tái)雙通道微量軸流注射泵(KDS200，美國 Cole-Parme/公司)但采用不同體積的注射器進(jìn)行調(diào)控。對照實(shí)施例1
不使用紅外輻射源，其他均同實(shí)施例1。將在實(shí)施例1使用紅外輻射裝置和對照實(shí)施例1不使用紅外輻射裝置的情況下， 通過高壓靜電噴霧制備的PVP包裹PAN的具有核殼結(jié)構(gòu)微納米顆粒進(jìn)行場掃描電鏡觀察，觀察前進(jìn)行表面噴碳處理，電壓15 kV。最終結(jié)果見圖2a、圖2b。從圖加中可以看出，在不使用紅外輻射裝置的情況下，由于純粹電噴霧過程不能完全干燥顆粒，使得顆粒粘連一起。從圖2b中可以看出，在使用紅外輻射裝置的情況下，由于紅外輔助干燥作用，微納米顆粒干燥基本完全，顆粒之間沒有粘連現(xiàn)象。同時(shí)由于紅外輻射引起的快速干燥，使得殼皮干燥更快，在進(jìn)一步的干燥過程中，引起顆粒外表面局部塌陷情況，出現(xiàn)坑坑洼洼的情況，但不影響使用效果和核殼結(jié)構(gòu)。以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置，包括軸流注射泵1、軸流注射泵2、注射器1、注射器2、高壓電源、粉末接收板，其特征在于還包括紅外輻射源；其中注射器1固定在軸流注射泵1上，注射器2固定在軸流注射泵2上，注射器1通過高彈軟硅膠管與注射器2的注射針頭的前端形成同軸紡絲噴頭；高壓電源通過鱷魚鉗與注射器2的注射針頭的后端相連接，紅外輻射源位于同軸紡絲噴頭的噴口和粉末接收板中間，位置可調(diào)，輻射方向?yàn)槌蚍勰┙邮瞻?；高壓電源與粉末接收板共同接地。
2.如權(quán)利要求1所述的具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置，其特征在于所述的高壓電源提供電壓為0 60kV。
3.如權(quán)利要求2所述的具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置，其特征在于所述的注射器2的注射針頭的外徑為0. 1 1. 0 mm，壁厚0. 1 0. 2mm，所述的高彈軟硅膠管內(nèi)徑為2mm，壁厚Imm ；所述的同軸紡絲噴頭的噴口，即注射器2的注射針頭的噴口與粉末接收板的距離為 15 30cmo
4.如權(quán)利要求3所述的具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置，其特征在于所述的紅外輻射源功率為300 1000W，其在同軸紡絲噴頭的噴口和接收板中間的位置可調(diào)。
5.利用如權(quán)利要求1 4任一所述的具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法，其特征在于包括如下步驟(1)、內(nèi)芯、外鞘溶液的配置；內(nèi)芯溶液的配制將核聚合物溶解于其良性溶劑進(jìn)行直接配制；所述的核聚合物為聚丙烯腈或尼龍；外鞘溶液的配置將殼聚合物溶解于其良性溶劑進(jìn)行直接配制；所述的殼聚合物為聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酸樹脂；(2)、將外鞘溶液裝入注射器1內(nèi)，內(nèi)芯溶液裝入注射器2內(nèi)，在高壓電場下從同軸紡絲噴頭的噴口處進(jìn)行高壓靜電噴霧，同時(shí)用紅外輻射源照射接收板的霧化區(qū)進(jìn)行輔助干燥， 最終得到具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒。
6.如權(quán)利要求5所述的制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法，其特征于高壓靜電噴霧過程控制注射器2的注射器針頭的噴口與粉末接收板距離為15 30cm，電壓5 20kV，注射器1內(nèi)的外鞘溶液流速為1 :3ml/h，注射器2內(nèi)的內(nèi)芯溶液流速為0. 2 0. 6 ml/h。
7.如權(quán)利要求6所述的制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法，其特征于高壓靜電噴霧過程控制注射器2的注射器針頭的噴口與粉末接收板距離為20 25 cm ，電壓8 12kV，注射器1內(nèi)的外鞘溶液流速為1.5 ml/h，注射器2內(nèi)的內(nèi)芯溶液流速為 0.3 ml/h。
8.如權(quán)利要求5所述的制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法，其特征于高壓靜電噴霧過程根據(jù)噴霧溶液情況，增大或減小紅外輻射源照射功率以輔助具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒迅速干燥。
9.如權(quán)利要求5所述的制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法，其特征于紅外輻射源在同軸紡絲噴頭的噴口與粉末接收板之間的高壓電場內(nèi)移動(dòng)，以調(diào)控具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米粒的尺寸。
10.如權(quán)利要求5所述的制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法，其特征于步驟 (2)所述的用紅外輻射源照射粉末接收板的霧化區(qū)，即紅外輻射光線以與射流成直角或以大于30°以上銳角，對著粉末接收板照射。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有同軸紡絲噴頭的紅外輻射輔助高壓靜電噴霧裝置及利用其進(jìn)行制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法。所述裝置包括注射器1、軸流注射泵1、注射器2、軸流注射泵2、高壓電源、粉末接收板及紅外輻射源；注射器1通過高彈軟硅膠管與注射器2的注射針頭的前端形成同軸紡絲噴頭；高壓電源通過鱷魚鉗與注射器2的注射針頭的后端相連接，高壓電源與粉末接收板共同接地，紅外輻射源置于注射器針頭的噴口和粉末接收板中間。制備具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物微納米顆粒方法包括溶液的配制、噴霧，同時(shí)用紅外輻射源照射進(jìn)行輔助干燥等2個(gè)步驟。本發(fā)明制備方法簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)；所得核殼結(jié)構(gòu)聚合物納米粒干燥充分、直徑小、并可調(diào)控。
文檔編號(hào)C08L33/20GK102230231SQ201110163299
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者余燈廣, 李曉燕, 李穎, 王霞, 錢微 申請人:上海理工大學(xué)