一种发泡微胶囊的制备方法技术

本发明专利技术公开一种发泡微胶囊的制备方法。该法具体步骤是：首先，分别配制油溶液和水分散液；其次，将油、水两相混合，并将该混合物剪切成油滴悬浮液；最后，加热引发聚合。该法创新之处是：在油溶液中添加一种双亲性活性聚合调控剂使得所制备微胶囊的核壳结构完整对称、发泡性能优异，胶囊合成时间短、聚合效率高。聚合效率高。聚合效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种发泡微胶囊的制备方法


[0001]本专利技术涉及功能性微球领域，尤其涉及一种发泡微胶囊的制备方法。

技术介绍

[0002]聚合物泡沫是一种气/固复合材料。其中，闭孔泡沫具有密度低、比强度高、抗冲击强度高、隔热效果好等特点，被广泛用于建筑、包装、风力发电、交通运输、航空航天等众多领域。然而，传统发泡过程通常难以精准调控气泡成核点数目、泡孔尺寸和形态，容易出现泡孔破裂、聚并等问题，无法获得高品质泡沫。
[0003]发泡微胶囊是一类以高分子材料为壳层，低沸点烷烃为芯材的功能性微球，其显著特征是发泡过程可控。当加热温度高于壳层玻璃化温度时，壳层软化、同时烷烃芯材汽化产生内压，在内外压差的推动下，微胶囊体积发生膨胀。随着膨胀过程的进行，壳层不断变薄，汽化的烷烃逐渐扩散出壳层。最终，发泡微胶囊体积可以扩大数十倍甚至上百倍，原位形成低密度中空微球。微胶囊/基材复合结构的设计，可直接形成全闭孔、球形泡孔结构，同时能够精准控制泡孔数目和尺寸。
[0004]目前，发泡微胶囊主要通过悬浮自由基聚合法制备。该法步骤如下：将含单烯单体、发泡剂、引发剂、交联剂的油相与含分散剂、助剂的水相混合后，经剪切作用，得到微米级油滴悬浮液。升温后，引发剂分解形成初级自由基，单体捕捉自由基后进行链增长，逐条形成高分子量的聚合物链。当转化率达到一定程度后，发生相分离，聚合物链从溶液中析出，形成受单体/发泡剂溶胀的富聚合物相。在析出的初期，富聚合物相以初级粒子核的形式存在；初级粒子核因高界面能而发生快速聚并、同时被聚合物链溶胀的单体继续聚合，形成初级粒子，因溶胀单体/发泡剂而具有较低玻璃化温度的初级粒子可相互“熔并”成初级粒子聚集体。在有利的热力学驱动下，初级粒子及其聚集体将倾向于分布在油/水界面处，并进一步黏并形成最初不连续的壳层(随聚合的进行，壳层逐渐变得密实)；而在油滴中心附近，初级粒子及其聚集体受热力学驱动而向界面扩散，但极易在油滴内部沉淀。由此可见，因受到链扩散的动力学限制，传统方法制备发泡微胶囊存在两点不足：1.难以获得完整对称、壳层厚度均一的核壳结构，因而微胶囊壳层薄处易破裂、壳层厚处难以膨胀，发泡性能有限。2.为尽量获得理想胶囊结构，聚合速率控制在极低水平以避免聚合物链沉淀在油滴内部，因而聚合时间长、生产效率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种新的发泡微胶囊的制备方法，该法可避免聚合物链的迁移、打破动力学限制。
[0006]本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0007]一种发泡微胶囊的制备方法，该方法的操作步骤如下：
[0008]将0.1～10质量份的双亲性活性聚合调控剂、0.01～2质量份的交联剂、0.1～2质量份的引发剂、10～200质量份的发泡剂、100质量份的单烯单体混合，搅拌形成油溶液。
[0009]将1～50质量份的分散剂、0.01～2质量份的乳化剂、1～200质量份的金属盐、0.01～2质量份的阻聚剂分散或溶解到150～1000质量份的去离子水中，搅拌形成水分散液。
[0010]将油、水两相混合，并将该混合物在高速剪切场下处理5～15分钟，得到油滴悬浮液。
[0011]将上述悬浮液转移到反应器中，升温至50～95℃，聚合6～24小时后，停止反应。对悬浮液产物进行抽滤、水洗、干燥后，得到粉末状发泡微胶囊产品。
[0012]进一步地，上述双亲性活性聚合调控剂的结构式为：
[0013][0014]其中，R基团为异丙酸基、乙酸基、1
‑
甲基苯甲基、1，1
‑
二甲基苯甲基、2
‑
异丁腈基、3
‑
苯甲酸基、2－氰基乙酸基或2－胺基乙酸基；Z基团为苯基、苯甲基、烷基、乙氧基、烷基巯基；(M
m
‑
co
‑
N
n
)或(M
m
‑
b
‑
N
n
)为分子量在200～50000的双亲性齐聚物，其中M指丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺等水溶性单体，m指水溶性单体的聚合度，N指苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等油溶性单体，n指油溶性单体的聚合度。
[0015]进一步地，交联剂为二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、烯丙基甲基丙烯酸、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸丁二醇酯、二甲基丙烯酸丁二醇酯、二甲基丙烯酸新戊二醇酯、己二酸二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸三甘醇、二甲基丙烯酸四甘醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇四甲基丙烯酸及其两种或两种以上混合物；引发剂为25℃时水溶性低于或等于0.5克/千克水的偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂；发泡剂为碳链数在C4～C8之间的短链烷烃及其混合物；，单烯单体为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯、N
‑
羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种按任意比例组成的混合单体。
[0016]进一步地，分散剂为聚乙烯醇、氢氧化镁、碳酸钙、磷酸钙、硅溶胶、聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯
‑
马来酸酐共聚物、羧甲基纤维素及其两种或两种以上混合物；乳化剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、土基酚聚氧乙烯醚、OP系列、MS
‑
1、Span、吐温、十二烷基苯磺酸钠及其两种或两种以上混合物。金属盐为氯化钠等；阻聚剂为亚硝酸盐、重铬酸钾等。
[0017]进一步地，所述高速剪切场由强剪切液
‑
液分散设备提供，即高速剪切机、高压均质机、细胞粉碎机、超重力场发生装置。
[0018]本专利技术在传统悬浮自由基聚合法的基础上，仅需在油相中添加一种双亲性活性聚合调控剂，即可高效制备高性能发泡微胶囊。本
技术实现思路
取得的有益效果在于：1.可制备核壳结构完整、对称的微胶囊，从而使其具有更加优异的发泡性能；2.可提高聚合效率、缩短
反应时间。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例1所得微胶囊表面形貌SEM图；
[0020]图2是本专利技术实施例1所得微胶囊内部结构SEM图；
[0021]图3是本专利技术实施例1所得微胶囊TMA发泡性能图；
[0022]图4是本专利技术实施例2所得微胶囊表面形貌SEM图；
[0023]图5是本专利技术实施例2所得微胶囊内部结构SEM图；
[0024]图6是本专利技术实施例2所得微胶囊TMA发泡性能图；
[0025]图7是本专利技术实施例3所得微胶囊(a)内部结构SEM图，(b)TMA发泡性能图；
[0026]图8是本专利技术实施例4所得微胶囊(a)内部结构SEM图，(b)TMA发泡性能图；
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种发泡微胶囊的制备方法，操作步骤如下：
[0028](a)将0.1～10质量份的双亲性活性聚合调控剂、0.01～2质量份的交联剂、0.1～2质量份的引发剂、10～200质量份的发泡剂、100质量份的单烯单体混合，搅拌形成油溶液。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发泡微胶囊的制备方法，其特征在于，该方法包括：将0.1～10质量份的双亲性活性聚合调控剂、0.01～2质量份的交联剂、0.1～2质量份的引发剂、10～200质量份的发泡剂、100质量份的单烯单体混合形成油溶液；将1～50质量份的分散剂、0.01～2质量份的乳化剂、1～200质量份的金属盐、0.01～2质量份的阻聚剂分散或溶解到150～1000质量份的去离子水中，形成水分散液；将油溶液、水分散液两相混合，并将混合形成的混合物在剪切场下处理5～15分钟，得到油滴悬浮液；将上述悬浮液升温至50～95℃，聚合6～24小时后，停止反应；对悬浮液产物进行过滤、洗涤、干燥后，得到发泡微胶囊。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述双亲性活性聚合调控剂的结构式为：其中，R基团为异丙酸基、乙酸基、1
‑
甲基苯甲基、1,1
‑
二甲基苯甲基、2
‑
异丁腈基、3
‑
苯甲酸基、2－氰基乙酸基或2－胺基乙酸基；Z基团为苯基、苯甲基、烷基、乙氧基、烷基巯基；(M
m
‑
co
‑
N
n
)或(M
m
‑
b
‑
N
n
)为分子量在200～50000的双亲性齐聚物，其中M指水溶性单体，m指水溶性单体的聚合度，N指油溶性单体，n指油溶性单体的聚合度。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、烯丙基甲基丙烯酸、二丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗英武，赵玉海，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：