【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种短温程快速发泡的热膨胀微球及制备方法和应用，属于热膨胀微球。
技术介绍
1、热膨胀微球是一种具有核壳结构的高分子材料，其外壳与芯材在加热条件下分别达到玻璃化转变温度及沸点，进而发生软化与气化，最终实现热膨胀微球的膨胀。热膨胀微球的巨大膨胀能力使他们在减轻产品的质量，改变产品的性能和节约材料的用量方面有很好的应用。在涂料方面，可以实现墙纸的三维效果并且可以实现保温和隔音的效果。膨胀微球在汽车领域可以实现重量的减轻，还可以起到提升耐腐蚀性和减轻噪音的作用。此外，将热膨胀微球作用在胶粘的结合处可以实现胶粘处的快速破坏，因此在热膨胀胶带领域具有很好的应用。
2、目前，热膨胀微球的外壳主要是通过腈衍生物、丙烯酸衍生物等单体共聚得到。不同的热膨胀微球具有不同的发泡温度、不同的膨胀倍率以及不同的尺寸，但是需要窄的发泡温程来满足近年来对热膨胀微球更好特性的需求。得到窄发泡温程的热膨胀微球最关键的是需要调控发泡剂的沸点和外壳的相转变温度，即热膨胀微球在膨胀之前已经实现了发泡剂的充分气化，在热膨胀微球的外壳达到相变温度后实现小球的快速膨胀，同时外壳不会出现破裂。因此，热膨胀微球的配方比例与发泡剂的种类及含量显得尤为总要。
3、中国专利申请cn104379647a中公开了已膨胀型复合微球及其制备方法和应用，通过改变微球外壳的玻璃化转变温度及壁厚和降低内核液体的量可以实现小球膨胀倍率的调节，但是窄的膨胀温度范围、较高的发泡倍率依然是热膨胀微球领域一直需要被满足的。
技术实现思路>
1、本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种短温程快速发泡的热膨胀微球及制备方法和应用，本专利技术所述热膨胀微球具有短发泡温程、高膨胀倍率，可以实现快速发泡。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种短温程快速发泡的热膨胀微球，所述热膨胀微球包括热塑性树脂的外壳和包裹在外壳内的发泡剂，将聚合单体、交联剂、引发剂、发泡剂组成的油相组合物分散在水相分散组合物中，在发泡剂存在下，通过悬浮聚合反应，得到所述热膨胀微球，所述聚合单体包括丙烯腈和烯酸类单体，所述烯酸类单体包括甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯，所述丙烯腈和烯酸类单体的重量比为（2.5-3.5）：1；所述甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的重量比为（14-18）：1。
3、进一步的，所述交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二酯二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。
4、进一步的，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种；
5、所述发泡剂选自正戊烷、异戊烷、正己烷、异辛烷中的至少一种；
6、所述聚合单体还包括甲基丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、偏二氯乙烯中的至少一种。
7、进一步的，所述水相分散组合物包括金属盐、水溶性聚合物、纳米二氧化硅和水。
8、进一步的，所述金属盐包括亚硝酸盐和强酸金属盐；
9、所述强酸金属盐选自氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钙的至少一种；所述强酸金属盐在所述水相分散组合物的水中浓度比室温25℃下饱和强酸金属盐水溶液浓度低的数值不超过2g/（100g水）；
10、所述亚硝酸盐为亚硝酸钠；所述亚硝酸盐在所述水相分散组合物的水重量比为（0.002-0.003）：1。
11、进一步的，所述水溶性聚合物选自明胶、黄原胶、海藻酸钠、透明质酸、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
12、本专利技术还公开了一种短温程快速发泡的热膨胀微球的制备方法，所述制备方法为：
13、s1、制备水相分散组合物和油相组合物：
14、将金属盐、水溶性聚合物和纳米二氧化硅在水中溶解分散均匀，得到水相分散组合物；
15、将聚合单体、引发剂、交联剂、发泡剂混合均匀得到油相组合物；
16、s2、悬浮液的制备
17、将所述油相组合物均匀分散在所述水相分散组合物中，得到悬浮液；
18、s3、热致悬浮聚合反应
19、将所述悬浮液置于密闭反应釜中进行热致悬浮聚合反应，反应结束后，经后处理分离出所述热膨胀微球。
20、进一步的，步骤s2中，使用均质机制备悬浮液，均质机的转速为4000-4500rpm，均质时间为2-4min；
21、步骤s3中，所述热致悬浮聚合反应的温度为60℃-70℃，所述热致悬浮聚合反应的压力为0.5mpa-0.8mpa，所述热致悬浮聚合反应的时间为18-20小时。
22、进一步的，按照重量分数计，所述水相分散组合物中：所述水155-165份、所述水溶性聚合物0.5-4份、所述纳米二氧化硅7-9份；所述金属盐包括亚硝酸盐和强酸金属盐；所述强酸金属盐在所述水中是室温25℃下的饱和溶液；所述亚硝酸盐为0.3-0.5份；
23、所述油相组合物中：所述聚合单体8-8.5份、引发剂0.4-0.5份、交联剂0.1-0.15份、发泡剂6-8份。
24、本专利技术还公开了一种短温程快速发泡的热膨胀微球的应用，所述热膨胀微球应用在汽车底盘、膨胀胶带或保温涂料等领域。
25、本专利技术的有益效果是：
26、本专利技术通过调控烯烃衍生物的种类和配比制备了具有短发泡温程、高膨胀倍率的热膨胀微球。本专利技术通过合理的调节发泡剂的种类以及比例，实现发泡温程及发泡倍数的有效调节。本专利技术所述热膨胀微球可以在10℃以内的温度变化实现微球的最大膨胀，有效降低了能源的损耗。本专利技术通过调节均质的时间及均质机的转速，可以实现热膨胀微球粒径大小的有效调控，实现从20微米到100微米区间的调节。本专利技术热膨胀微球中水溶性聚合物使用的海藻酸钠，可以实现水性体系的绿色可降解，实现膨胀微球制备的绿色化。此外，制备的热膨胀微球具有50倍以上的膨胀倍率（具有更大的体积和密度变化），在保温、轻量化、粘合剂的剥离等方面具有好的应用。
27、本专利技术所述制备方法中，采用悬浮聚合的方式制备。首先通过合理的配比制备相应的水相和油相，将油相在水相中剧烈的搅拌形成不稳定的油滴，油滴经过稳定剂的作用均匀分散在水中。通过调节剧烈搅拌的时间和搅拌的速度可以形成不同大小的油滴。随后在反应釜中对悬浮液进行加热聚合，当达到聚合温度后，在每个液滴内发生原位聚合，液滴内的引发剂分解产生自由基，诱发聚合，最终形成聚合物大分子。聚合物大分子与液滴内的发泡剂不互溶，并且聚合物具有一定的亲水性，随着反应的进行，逐渐形成核/壳结构。并且在聚合过程中交联剂会参与聚合形成稳定的交联网络，最终形成热膨胀微球。通过有效的调节交联剂与丙烯酸酯的比例和发泡剂的种类与比例可以实现热膨胀微球发泡温程及发泡倍率的有效调节。
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1.一种短温程快速发泡的热膨胀微球，所述热膨胀微球包括热塑性树脂的外壳和包裹在外壳内的发泡剂，将聚合单体、交联剂、引发剂、发泡剂组成的油相组合物分散在水相分散组合物中，在发泡剂存在下，通过悬浮聚合反应，得到所述热膨胀微球，其特征在于，所述聚合单体包括丙烯腈和烯酸类单体，所述烯酸类单体包括甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯，所述丙烯腈和烯酸类单体的重量比为（2.5-3.5）：1；所述甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的重量比为（14-18）：1。
2.根据权利要求1所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，所述交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二酯二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种；
4.根据权利要求1所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，所述水相分散组合物包括金属盐、水溶性聚合物、纳米二氧化硅和水。
5.根据权利要求4所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，
6.根据权利要求4所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，所述水溶性聚合物选自明胶、黄原胶、海藻酸钠、透明质酸、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
7.一种根据权利要求1-6任意一项所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
8.根据权利要求7所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球的制备方法，其特征在于，步骤S2中，使用均质机制备悬浮液，均质机的转速为4000-4500rpm，均质时间为2-4min；
9.根据权利要求7所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球的制备方法，其特征在于，按照重量分数计，所述水相分散组合物中：所述水155-165份、所述水溶性聚合物0.5-4份、所述纳米二氧化硅7-9份；所述金属盐包括亚硝酸盐和强酸金属盐；所述强酸金属盐在所述水中是室温25℃下的饱和溶液；所述亚硝酸盐为0.3-0.5份；
10.一种根据权利要求1-6任意一项所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球的应用，其特征在于，所述热膨胀微球应用在汽车底盘、膨胀胶带或保温涂料。
...【技术特征摘要】
1.一种短温程快速发泡的热膨胀微球，所述热膨胀微球包括热塑性树脂的外壳和包裹在外壳内的发泡剂，将聚合单体、交联剂、引发剂、发泡剂组成的油相组合物分散在水相分散组合物中，在发泡剂存在下，通过悬浮聚合反应，得到所述热膨胀微球，其特征在于，所述聚合单体包括丙烯腈和烯酸类单体，所述烯酸类单体包括甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯，所述丙烯腈和烯酸类单体的重量比为（2.5-3.5）：1；所述甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的重量比为（14-18）：1。
2.根据权利要求1所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，所述交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二酯二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种；
4.根据权利要求1所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于，所述水相分散组合物包括金属盐、水溶性聚合物、纳米二氧化硅和水。
5.根据权利要求4所述一种短温程快速发泡的热膨胀微球，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：申彦兵，关振虹，江明，
申请(专利权)人：烟台泰和新材高分子新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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