具有表面活性剂系留的外壳的胶囊和其制备方法技术

公开了微胶囊，其具有芯部组合物和无机壳，所述芯部组合物被包封在聚合物壁内，所述无机壳通过表面活性剂连接到所述聚合物壁的外表面。所述无机壳具有被吸引至所述表面活性剂的阳离子和化学键合到所述阳离子的阴离子或阴离子等价物以形成所述壳，或者具有被吸引至所述表面活性剂的含金属化合物的金属部分以形成所述壳。所述壳可包括Ca、Mg、或Ag金属化合物。所述壳可以是氧化石墨烯‑金属化合物。

Capsules with shell retained by surfactant and preparation method thereof

A microcapsule is disclosed, which has a core composition and an inorganic shell. The core composition is encapsulated in a polymer wall, and the inorganic shell is connected to the outer surface of the polymer wall through a surfactant. The inorganic shell has cations attracted to the surfactant and anions or anionic equivalents chemically bonded to the cations to form the shell, or metal parts of metal-containing compounds attracted to the surfactant to form the shell. The shell may include Ca, Mg, or Ag metal compounds. The shell can be graphene oxide metal compound.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有表面活性剂系留的外壳的胶囊和其制备方法相关申请该申请要求在2016年7月11日提交的美国临时申请第62/360,672号的权益，其通过引用并入本文；以及在2016年11月8日提交的美国临时申请第62/419,325号的权益，其通过引用并入本文。
本申请涉及胶囊，所述胶囊具有包封芯部组合物的聚合物壁，其中表面活性剂将外壳系留至聚合物壁，更具体地，所述外壳被沉淀为包括与所述表面活性剂结合的金属阳离子的固体。
技术介绍
出于多种目的，微胶囊可以由各种类型的壁或壳材料构成以容纳不同的芯部材料。包封方法通常被称为微型包封。微型包封是以非常小的规模将一种通常被称为芯部材料的物质包围或包裹在另一种被称为壁、壳或胶囊的物质内的方法。微胶囊的规模可以是直径范围在1μm和1000μm之间的颗粒，其由芯部材料和覆盖壳组成。微胶囊可以是球形形状的，其中连续的壁围绕着所述芯部，而其它的可以是非对称且可变形状的。一般的包封方法包括乳液聚合、本体聚合、溶液聚合和/或悬浮聚合并且典型地包括催化剂。乳液聚合发生在水/油或油/水混合相中。本体聚合在溶剂不存在下进行。溶液聚合在单体和随后的聚合物均可溶于其中的溶剂中进行。悬浮聚合在单体在其中不可溶并且单体通过搅动悬浮于其中的溶剂(通常是水)的存在下进行。为了防止单体液滴聚集以及防止聚合物凝聚，通常加入保护性胶体。通过选择芯部和壳材料，获得具有各种功能的微胶囊是可能的。这就是为什么微胶囊可被定义为容器的原因，该容器可释放、保护和/或掩蔽各种活性芯部材料。微型包封主要用于将芯部材料与环境分离，但是它也可用于芯部材料在环境中的控制释放。微型包封在相变材料(PCMs)领域已经引起极大兴趣。PCM是在某一温度具有高的熔融热、熔化热和固化热的物质，其能够储存和释放大量的能量。当材料从固体变成液体时吸收或释放热，反之亦然；因此PCMs被划分为潜热储存单元。潜热储存可通过固-固、固-液、固-气和液-气相变实现，但是固-液通常被用于热储存应用，因为比由于PCM所占据的体积显著变化所导致的气体相变更稳定。由于该稳定性，PCMs目前在被用于包括纺织、食品和医疗行业、计算机冷却、航天器热系统和太阳能发电厂在内的各种领域。一般地，现今在用的最常用的PCMs是由石蜡制造的那些PCMs。另外，因为PCMs在被加热经过熔点时从固体转变成液体，所以石蜡在包封时最容易处理，其中最常见的外壁是有机聚合物。这使得PCMs在经过PCM的熔化温度时被作为自由流动的固体处理，并且有机聚合物壁提高PCM的控制释放(如果这是所期望的话)以及胶囊的结构稳定性。微型包封PCMs的目前的有机聚合物壁系统存在一些缺点，包括可燃性(太高)、低远红外(FIR)吸收、对细菌和真菌生长的抵御很小乃至没有和低导热性。之前为了抵抗这些限制，研究者已经尝试了用无机壁诸如碳酸钙(CaCO3)、二氧化硅、氢氧化铝(Al(OH)3)和金属诸如Mg、Ca、Ti和Zn的氧化物直接包封PCMs，但是所述壁在包含PCM时是无效的。具体地，这种类型的直接包封的最大问题是从胶囊中泄漏的PCM的量多达30％泄漏。PCM以这样的量泄漏，尤其当PCM是石蜡时，可增加微胶囊的可燃性。此外，为了得到包封石蜡芯部的无机材料完整的壁，必须使用40/60(蜡芯部/壁)左右的质量比。该高质量比引起接近60％的焓损失，这显著降低将PCM芯部有效地用于上述许多应用的能力。因此，壁材料限于有机聚合物。PCMs的一些其他潜在的应用包括建筑中的加热/冷却系统以及太阳能储存装置。建筑中有效的加热和冷却系统在最近几年有了很大的进展；然而，仍然有改进的空间。由于PCM在需要时储存和释放热的能力，PCMs已经应用于建筑中的加热/冷却系统。然而，由于有机PCMs的可燃性，该应用受到限制。此外，太阳能板在能量转化上正变得更加高效；然而，需要储存该能量用于后续使用的方法。能量从太阳中以FIR光的形式释放，并且在白天和晚上均发射。正由于此，能够吸收FIR能量并将其储存为热的材料在太阳能应用中将是期望的。PCMs具有在较长的时期储存和释放热的能力。由于开发微型包封的PCMs，所以对改进型微胶囊存在持续的需要。具体地，需要找到一种以获得无机材料的益处而无芯部泄漏且不降低微胶囊的熔融热的方式将无机材料用作微胶囊的壁的方式。
技术实现思路
本文公开了胶囊以及其制备方法，所述胶囊具有外壳(具体地，无机材料)，其通过表面活性剂系留(tether)至胶囊(其可以是微胶囊)的聚合物壁。外壳使焓的损失最小化并且使芯部组合物的泄漏最小化，同时给胶囊提供有利特征，这归因于外壳中使用的材料。例如，如果外壳包括CaCO3，则提高的阻燃特性是胶囊的特征。如果外壳包括CaHPO4和/或CaSO3，则增加的远红外光吸收是胶囊的特征。如果外壳包括一种或多种银化合物，则高细菌抗性是胶囊的特征。如果外壳包括氧化石墨烯钙化合物，则高导热性是微胶囊的特征。在所有方面，胶囊具有包封在聚合物壁内的芯部组合物、和通过表面活性剂连接到聚合物壁的外表面的无机壳，所述无机壳包括被吸引至表面活性剂的阳离子、以及化学键合到所述阳离子的阴离子或阴离子等价物，或被吸引至表面活性剂的含金属化合物。表面活性剂包括离子表面活性剂。在所有方面，芯部包括相变材料。阳离子可以是钙离子、银离子、镁离子、铁离子、铜离子、和钴离子、及其组合。当阳离子是银离子时，无机壳具有抗细菌和抗真菌生长特性。在所有方面，芯部包括相变材料。阳离子可以是钙离子、银离子、镁离子、铁离子、铜离子、和钴离子、及其组合。在一种实施方式中，无机壳使胶囊具有阻燃特性，其相比没有该壳的胶囊使燃烧总质量百分数降低按质量计至少16％。在另一种实施方式中，无机壳使胶囊具有阻燃特性，其使燃烧总质量百分数降低至少40％。在所有方面，芯部包括相变材料。无机壳由阳离子和阴离子定义，其中阴离子选自CO3-2、HPO4-2、PO4-3、SO4-2、SO3-2、OH-1、HSO4-1、及其组合。在一种实施方式中，芯部包括相变材料并且无机壳由阳离子和阴离子等价物定义。阴离子等价物是氧化石墨烯并且阳离子是钙离子。此时，无机壳可以是不连续壁或连续壁。在一种实施方式中，芯部包括相变材料并且无机壳由被吸引至表面活性剂的含金属化合物定义，所述含金属化合物是金属氧化物或者金属氧化物-氢氧化物。在所有方面，胶囊的聚合物壁包括三聚氰胺甲醛、明胶、交联三聚氰胺、间苯二酚脲甲醛或丙烯酸聚合物。在另一方面，公开了表面处理胶囊的方法。方法包括提供包括包封在聚合物壁内的芯部组合物的胶囊；将包括离子表面活性剂的水性表面活性剂和胶囊在能够使表面活性剂附接至聚合物壁的外表面的条件下混合在一起以形成表面活性剂-胶囊中间体；和，将悬浮、可溶或溶解在水中的含金属化合物加入到表面活性剂-胶囊中间体中以形成无机固体作为胶囊的外壳，或者首先将水性阳离子加入到表面活性剂-胶囊中间体中以形成其中阳离子与表面活性剂缔合的第二中间体胶囊、然后将水性阴离子或阴离子等价物加入到第二中间体胶囊中以化学键合至阳离子并且形成无机固体作为胶囊的外壳。方法可另外包括在与水性表面活性剂混合之前形成胶囊。在方法的所有方面，壳可以是不连续外壳并且芯部可以是相变材料。在一种实施方式中，阳离子选自钙离子、银离子、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种胶囊，其包括：芯部组合物，所述芯部组合物被包封在聚合物壁内；和无机壳，所述无机壳通过表面活性剂连接到所述聚合物壁的外表面，所述无机壳包括被吸引至所述表面活性剂的阳离子和化学键合到所述阳离子的阴离子或阴离子等价物、或者被吸引至所述表面活性剂的含金属化合物；其中所述表面活性剂包括离子表面活性剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.11 US 62/360,672;2016.11.08 US 62/419,3251.一种胶囊，其包括：芯部组合物，所述芯部组合物被包封在聚合物壁内；和无机壳，所述无机壳通过表面活性剂连接到所述聚合物壁的外表面，所述无机壳包括被吸引至所述表面活性剂的阳离子和化学键合到所述阳离子的阴离子或阴离子等价物、或者被吸引至所述表面活性剂的含金属化合物；其中所述表面活性剂包括离子表面活性剂。2.权利要求1所述的胶囊，其中所述芯部包括相变材料。3.权利要求1所述的胶囊，其中所述阳离子选自由钙离子、银离子、镁离子、铁离子、铜离子和钴离子及其组合组成的组。4.权利要求3所述的胶囊，其中所述阳离子是银离子，并且所述无机壳具有抗细菌生长和抗真菌生长的特性。5.权利要求3所述的胶囊，其中所述无机壳使所述胶囊具有阻燃特性，其相比没有所述壳的胶囊使燃烧总质量百分数降低按质量计至少16％。6.权利要求5所述的胶囊，其中所述无机壳使燃烧总质量百分数降低至少40％。7.权利要求2所述的胶囊，其中全部或部分无机壳包括阳离子和阴离子，并且选自由CO3-2、HPO4-2、PO4-3、SO4-2、SO3-2、OH-1、HSO4-1、及其组合组成的组。8.权利要求7所述的胶囊，其中所述无机壳的阴离子包括HPO4-2、PO4-3、SO4-2、SO3-2、HSO4-1或其组合。9.权利要求1所述的胶囊，其中所述无机壳包括包封所述聚合物壁的不连续壁或包封所述聚合物壁的连续壁。10.权利要求1所述的胶囊，其中所述无机壳包括阳离子和阴离子等价物，其中所述阴离子等价物是氧化石墨烯。11.权利要求10所述的胶囊，其中所述阳离子包括钙离子并且所述芯部包括相变材料。12.权利要求10所述的胶囊，其中所述无机壳包括包封所述聚合物壁的不连续壁或包封所述聚合物壁的连续壁。13.权利要求1所述的胶囊，其中所述无机壳包括被吸引至所述表面活性剂的所述含金属化合物，所述含金属化合物是金属氧化物或者金属氧化物-氢氧化物。14.权利要求1所述的胶囊，其中所述聚合物壁包括三聚氰胺甲醛、明胶、交联三聚氰胺、间苯二酚脲甲醛或丙烯酸聚合物。15.权利要求13所述的胶囊，其中所述聚合物壁包括交联三聚氰胺并且所述芯部包括相变材料，所述交联三聚氰胺包括与交联试剂聚合的三聚氰胺甲醛，所述交联试剂包括：(a)环脲(U)和多官能醛(A)的反应产物，和(b)选自由下列组成的组的至少一种交联剂(bl)氨基三嗪和选自由脂族单醛和具有结构Y(CHO)n的多官能脂族醛组成的组中的至少一种醛的反应产物，其中Y是n-官能脂族残基，并且n大于1，其中如果交联剂(b)是(bl)，则U不是二羟基乙烯脲，(b2)脲和/或环脲和甲醛的反应产物，(b3)烷氧基羰基氨基三嗪，(b4)多官能异氰酸酯，所述多官能异氰酸酯可以是部分或全部嵌段的，(b5)酚和脂族单醛的反应产物，(b6)多官能环氧化物，(b7)多官能氮杂环丙烷，(b8)多官能碳二亚胺，其中具有羟基的交联剂(a)和(b)中的任一种可以用一种或多种直链、支链或环状的脂族醇醚化。16.一种表面处理胶囊的方法，所述方法包括：提供包括包封在聚合物壁内的芯部组合物的胶囊；将包括离子表面活性剂的水性表面活性剂和所述胶囊混合在一起，其中所述表面活性剂附接至所述聚合物壁的外表面以形成表面活性剂-胶囊中间体；首先，将水性阳离子加入到所述表面活性剂-胶囊中间体中以形成其中所述阳离子与所述表面活性剂缔合的第二中间体胶囊，或者将悬浮、可溶或溶解在水中的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·M·伦茨，K·L·M·赖安，
申请(专利权)人：微技术实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国,US