聚合物的流动反应器合成制造技术

本发明专利技术的名称为聚合物的流动反应器合成。流动反应器系统和方法，其具有用作聚合室的管。流动反应器具有至少一个入口和至少一个混合室，和出口。方法包括提供两相，水相和非水相，和形成用于引入至流动反应器的乳液。

Synthesis of polymer flow reactor

The invention relates to the synthesis of a polymer flow reactor. Flow reactor system and method for the production thereof. The flow reactor has at least one inlet and at least one mixing chamber, and an outlet. The method comprises providing a two-phase, an aqueous phase and a non-aqueous phase, and forming an emulsion for introducing to a flow reactor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚合物的流动反应器合成。
技术介绍
通过适当的设计化学结构，共轭聚合物材料可被用作提供防腐蚀和防静电性质的添加物或在电子应用——诸如有机发光二极管(OLED)、太阳能电池、半导体、显示屏和化学传感器——中采用。然而，当通过分批过程制备时，共轭聚合物材料通常遭受高制造成本、材料不一致和加工困难。尽管这些进展，使用当前的方法，存在对导电聚合物的扩大的用途的限制。例如，聚苯胺(PANI或“翠绿亚胺”)是一种这样的导电聚合物，其由于高制造成本、材料不一致和分批加工困难，没有被充分利用。PANI被广泛地用在印制板制造，作为末道漆(finalfinish)；防止铜和焊接的电路受到腐蚀。PANI一般通过在水性溶液中化学氧化聚合苯胺制备。通过该途径获得的材料是无定形的并且在大部分有机溶剂中是不可溶的。PANI反应时间相对长(如，多个小时)。在评估下的许多当前的流动反应器使用微流体芯片或小型化的柱和专门的仪器，用于控制流动设备，其增加成本和过程的复杂性。
技术实现思路
在第一实施方式中，提供了方法，该方法包括形成单体和酸的乳液；将乳液引入流动反应器，该流动反应器包括具有大约1至大约4000微米之间的内直径的管的长度；和聚合单体并形成其酸式盐。在一方面，该方法进一步包括回收聚合的单体的盐。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，该方法进一步包括将催化剂引入至乳液或流动反应器。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，乳液包括单体的水性溶液和酸的有机溶剂溶液。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，管的长度是盘绕的。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，聚合的单体的盐基本上包含在管的长度中，其中管是含氟聚合物。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，进一步包括利用水从管移除未反应的材料。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，该方法进一步包括利用有机溶剂从管回收聚合的单体的盐。在第二实施方式中，提供了方法，该方法包括形成苯胺和有机酸或磺酸的乳液；将乳液引入流动反应器，该流动反应器包括具有大约1至大约4000微米之间的内直径的管的长度；和将氧化剂引入至乳液或流动反应器；和在管的长度的内直径内聚合苯胺并形成其酸式盐。在一方面，管的长度是盘绕的。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，聚合的苯胺的盐基本上包含在管的长度中，其中管是含氟聚合物。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，该方法进一步包括利用有机溶剂从管回收聚合的苯胺的盐。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，苯胺与有机酸或磺酸的摩尔比在1和0.2之间。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，苯胺的总流速为大约0.01毫摩尔/分钟至大约0.2毫摩尔/分钟，导致进入流动反应器的乳液反应混合物流速为0.1mL/min至大约0.5mL/min。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，在从大约0.001至大约0.2mL/min的流速下引入氧化剂。在第三实施方式中，提供用于使一种或多种单体反应生产一种或多种聚合物的聚合装置，该聚合装置包括：一定量的具有大约1至大约1000微米之间的内直径的管，该管包括至少一个入口和至少一个出口，该一定量的管具有至少一个入口，用于接收反应物组合物，和至少一个出口；温度控制器，其被定制尺寸以接受至少一部分管；混合室，该混合室具有流体地连接至管的入口的出口，和入口；和至少一个流体流动控制设备，其流体地连接至混合室的入口。在一方面，管被围绕温度控制器缠绕。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，至少一个流体控制设备包括单体流体流动控制设备和酸流体流动控制设备。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，装置进一步包括第二混合室，其流体地连接至混合室的出口和管的入口。在另一方面，单独地或与任意以前方面组合，装置进一步包括催化剂流体流动控制设备，其流体地连接至第二混合室或管。附图说明当结合附图考虑时，通过参考具体实施方式，本公开内容的进一步优势是明显的，附图不按比例绘制，其中贯穿若干视图，相同的参考数字指示相同的元件。图1A为如本文中公开并描述的示例性流动反应器系统的图。图1B为如本文中公开并描述的示例性串联流动反应器系统的图。图1C为如本文中公开并描述的示例性并联流动反应器系统的图。图2为如本文中公开的另一个示例性流动反应器系统的图。图3为如本文中公开并描述的另一个示例性流动反应器系统的图。图4为如本文中公开并描述的线轴形(spool)流动反应器的图。图5为使用本文中公开并描述的系统和方法的聚合方法的过程流程图。图6为流动反应器内直径面积的横截面视图。图7为导电聚合物反应产物占据一部分内直径面积的流动反应器内直径的横截面视图。图8为根据本公开内容的示例性背压对反应时间的图示。图9为使用本文中公开并描述的系统和方法的聚合方法的过程流程图。图10为使用本文中公开并描述的系统和方法的PANI-DNNSA的聚合方法的过程流程图。图11为使用本文中公开并描述的系统和方法制备的PANI-DNNSA的紫外-可见光谱。具体实施方式本文中公开了通过流动反应器化学加工的作为溶剂可溶聚合物的聚苯胺-二壬基萘磺酸(DNNSA)(以下也称为“PANI-DNNSA”)的制备。公开的系统和方法提供了独特的加工顺序用于纯化的翠绿亚胺盐的直接收集，而没有后反应器操作。本系统和方法提供了对合成导电聚合物并且特别是导电聚合物盐——例如PANI-DNNSA——的已知方法的改进，其使用非常短的反应时间——使用常规方法否则不能获得，常规方法需要长的反应时间。通过举例，本系统和方法提供了作为可溶的固有导电聚合物的聚苯胺(PANI)盐的有效率的和受控的合成的改进。本文中描述了使用流动反应器连续流动合成PANI-二壬基萘磺酸盐(PANI-DNNSA)或“翠绿亚胺盐”。在一些实例中，流动反应器包括微流体(1至大约750umI.D.)管式反应器。在一些实例中，微流体管包括含氟聚合物，如，管式反应器提供适合的表面，用于形成聚合物的沉积和导电聚合物盐的直接纯化。如本文中所使用，短语“流动反应器”包括微-流动反应器。本文中微-流动反应器被用作具有小于1mm(1000微米)的流动尺寸——例如，管内直径(I.D.)——的流动反应器。如下面进一步描述，在一些实例中，随着聚合反应进行，大多数聚合物产物沉积在管的壁上。聚合物产物可以通过利用水清洗以移除水溶性的反应物、试剂和副产物来纯化。在流动反应器中形成并沉积在管的壁上的导电聚合物盐可以利用有机溶剂洗脱以提供适合固体浇铸、薄膜形成或沉淀的可溶的导电聚合物盐。该方法提供导电聚合物盐的制备，该导电聚合物盐具有大约1∶1至大约1∶0.2的导电聚合物单体与盐的比。装置可配置用于原位表征，例如通过紫外-可见光谱法、红外光谱法和/或质谱法。描述了用于聚合至少一种反应物的装置和相关方法。在某些实例中，装置是微流体装置，其包括混合室和微通道。另外，反应器可进一步包括输出室和探测单元，其可操作地连接至微通道。参考图1A，显示了流动反应器系统100。第一反应物10和第二反应物20被引入至第一混合单元30。图1A中所示的反应器系统100可以比常规大规模设备或分批反应器更有效率地生产导电聚合物盐(质量/每单位时间)。流动反应器100能够在从室温至大约250℃的加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：将单体和酸的乳液引入至流动反应器，所述流动反应器包括具有大约1至大约1000微米之间的内直径的管的长度；聚合所述单体；和在所述管的长度内形成所述聚合的单体与所述酸的盐。

【技术特征摘要】
2015.10.13 US 14/8820731.一种方法，其包括：将单体和酸的乳液引入至流动反应器，所述流动反应器包括具有大约1至大约1000微米之间的内直径的管的长度；聚合所述单体；和在所述管的长度内形成所述聚合的单体与所述酸的盐。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将催化剂引入至所述乳液。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括将催化剂引入至所述流动反应器。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳液包括所述单体的水性溶液和所述酸的有机溶剂溶液。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述管的长度中保持所述聚合的单体的所述盐。6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括从所述管回收所述聚合的单体的盐。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述从所述管回收所述聚合的单体的盐为利用有机溶剂。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述管的长度中保持聚合的酸式盐和利用水从所述管移除未反应的单体或所述酸。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述管的长度是盘绕的。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述管是含氟聚合物。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述流动反应器包括以并联流动配置布置的多个管。12.根据权利要求1中任一项所述的方法，其中所述聚合在扩散-限制条件下进行。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述单体是苯胺或噻吩。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸为选自聚磺苯乙烯或二壬基萘磺酸的有机酸。15.一种方法，其包括：将苯胺和有机磺酸的乳液引入至流动反应器，所述流动反应器包括具有大约1至大约1000微米之间的内直径的管的长度；和将氧化剂引入至所述乳液或所述流动反应器；在所述管的长度的内直径中聚合所述苯胺和形成其酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·科伊勒，A·M·茨威格，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US