CN103041757A

CN103041757A - 一种磁性显示微胶囊的制备方法及制备装置

Info

Publication number: CN103041757A
Application number: CN2013100114737A
Authority: CN
Inventors: 张意锋; 李保国
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明一种磁性显示微胶囊的制备方法及制备装置，方法包括：配置浓度为20-25g/L的氯化钙溶液为收集溶液；将质量分数为：海藻酸钠1.0%-1.5%、聚乙烯醇4.0%-4.5%，明胶1-1.5%，甘油1-1.5%溶于水中作为壁材溶液，在70-80℃下保持18-20小时，使其混合均匀；按照质量分数5-6%四氧化三铁、10-12%二氧化钛、3-5%液体石蜡、70-78%二甲苯和2-5%碳酸钙配置，作为芯材溶液，芯材压力170-175kPa，壁材压力280-300kPa，芯材溶液搅拌速度为500-600r/min；装置的芯材喷头设在壁材喷头内，并且两者同轴，在压力作用下，壁材将芯材包裹制备出磁性显示微胶囊并落入收集容器的成囊溶液中，待反应20至50分钟后收集，经过滤干燥得到囊壁透明，粒径100μm至300μm，形态完整、分散性好的磁性显示微胶囊，并具有良好的磁响应性，可用于磁性显示写字板的制备。

Description

一种磁性显示微胶囊的制备方法及制备装置

技术领域

本发明涉及一种磁性显示微胶囊的制备方法及制备装置，属于微胶囊制备技术领域。制备出的磁性显示微胶囊可涂布在纸、布、塑料等材料上制成显示板，代替传统的纸张、黑板等书写记录工具。

背景技术

微胶囊技术是采用特定的方法或者设备，将分散的固体颗粒、液滴或者气体包裹在一层膜中形成微小粒子的技术。制备的微小粒子叫做微胶囊，直径一般为1～1000μm，包裹在微胶囊内部的物质称为芯材（或者囊芯、包容物等），微胶囊外部由成膜材料形成的包覆膜称为壁材（或者囊壁、壳体等）。微胶囊技术具有改变物质外观和性质，以及延长或者控制芯材物质的释放，使芯材药物具有靶向性，提高储存稳定性，将不可混溶材料隔离等作用。

磁性微球是近几年发展起来的一种新型磁性材料，是通过合适的方法将磁性无机粒子与有机高分子相结合从而形成的具有一定磁性和特殊结构的复合微球。磁性复合微球具有普通高分子微球的众多特性的同时还具有磁响应性，所以不但能够通过共聚或表面改性等方法赋予表面功能基，而且还能在外加磁场作用下具有导向的功能。目前，磁性复合微球已经广泛用于医学、细胞学、生物技术和分离工程等领域。

磁性显示微胶囊是将磁性悬浮材料包覆在微小的聚合物微囊内，使制备出的磁性微球具有特殊的物理性质，磁性悬浮颗粒在外加磁场的作用下，在微胶囊芯材内移动聚集，而微胶囊整体并不移动。可以将所制备的微胶囊涂布在柔软基底上，得到磁性显示膜。用该显示膜进行显示或者探伤，具有使用方便、可重复使用等优点。将该微胶囊均匀铺布在透明塑料板之间，当外加磁场在此平板一面作用时，微胶囊内的磁性物质即可移向该面，由于磁性物质的黑色特征，从而可以达到磁性显示的目的。

利用微胶囊技术制备磁性显示微胶囊的研究，属于新兴的研究课题。磁性微胶囊书写板属于电子纸的一种，是物理、化学、材料、电子等学科的交叉课题。利用微胶囊技术制备磁性显示微胶囊，进而将磁性显示微胶囊运用到电子书写技术，促进信息记录材料研究的发展。

不同结构类型的微胶囊，特别是磁性显示微胶囊的传统制备方法主要有以下几种：

1包埋法

包埋法是制备磁性微胶囊最早的一种方法，是将磁性粒子分散于天然或合成聚合物溶液中，通过雾化、沉积、蒸发等特殊手段得到磁性聚合物微球，磁性物质经过混合均匀地分布在微球中。但是，包埋法存在应用场合的问题，能制备粒径分布较窄。

2化学转化法

化学转化法在制备时，先合成均一的多孔有机聚合物微球，微球中含有很多官能团，官能团均匀地分布于微球的表面和孔中，然后将一定浓度的离子渗透到微球的内部与官能团作用而被固定，再升高pH值使离子在孔中形成络合物，制备出微胶囊。但是，化学转化法最主要的缺点是，反应未完全和副反应的发生。此方法制备的微胶囊会夹杂着一些未反应的单体，有些单体是有害的。有些副反应会对芯材性能造成破坏。

3单体聚合法

单体聚合法是制备好磁性粒子和有机体，在二者同时存在的条件下，根据不同的聚合需利用物理方法制备的微胶囊要加入引发剂、稳定剂、表面活性剂等物质，通过均化器使其均匀，然后在适当的条件下进行聚合，制得磁性高分子微胶囊。但是，单体反应条件难以控制，磁含量低，且当磁含量加大时，颗粒的聚集加重，不利于放大操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性显示微胶囊的制备方法和制备装置。可以有效克服传统方法存在的有害单体会对芯材性能造成破坏、单体反应条件难以控制，磁含量低等缺陷。本发明制备的磁性显示微胶囊粒径分布较宽、反应完全并且没有副反应、含磁量大。与传统方法相比，本方明工艺简单，制得的磁性显示微胶囊具有广泛的用途。

本发明是通过下述技术方案加以实现的。

一种磁性显示微胶囊的制备方法，先制备壁材混合溶液、芯材混合溶液和成囊溶液，然后置于装置中，启动装置，当芯材混合溶液和壁材混合溶液分别从微胶囊制备装置的内外喷头喷出时，壁材混合溶液以半固态形式将芯材混合溶液包裹，然后进入成囊溶液，壁材混合溶液与成囊溶液反应，形成固态，从而制备出微胶囊；具体按照如下步骤进行：

A)成囊溶液的配置：将氯化钙溶于水中，配置出浓度为20-25g/L的氯化钙溶液，放置10-60分钟，使其充分散热；然后置于装置的收集容器中；

B)壁材溶液的配置：将海藻酸钠、聚乙烯醇、明胶和甘油溶于水中,其中质量分数分别为：海藻酸钠1.0%-1.5%、聚乙烯醇4.0%-4.5%，明胶1-1.5%，甘油1-1.5%；壁材溶液在70-80℃下保持18-20小时，使其混合均匀；然后置于装置的壁材储存器中；

C)芯材溶液的配置：芯材溶液是按照质量分数5-6%四氧化三铁、10-12%二氧化钛、3-5%液体石蜡、70-78%二甲苯和2-5%碳酸钙配置；然后置于装置的芯材储存器中；

D)磁性显示微胶囊制备中：芯材压力控制在170-175kPa，壁材压力控制在280-300kPa，芯材溶液搅拌速度为500-600r/min；

E)磁性显示微胶囊的收集：壁材与芯材经喷头后，壁材将芯材包裹制备出磁性显示微胶囊并落入收集容器的成囊溶液中，待反应20至50分钟后收集，经过滤、干燥，得到磁性显示微胶囊。

一种磁性显示微胶囊的制备方法的制备装置，包括：空压机，导气管，芯材导气管调节器，壁材导气管调节器，壁材储存器，芯材储存器，搅拌器，芯材喷头，壁材喷头，收集容器，其特征在于：空压机产生的高压气体，通过导气管分为两路；一路经过芯材导气管调节器与芯材储存器连接，芯材搅拌器由高压气体驱动；另一路经过壁材导气管调节器与壁材储存器连接，搅拌器由高压气体驱动；芯材喷头设在壁材喷头内，并且两者同轴，形成同轴双喷头，壁材溶液经管路从壁材喷头喷出，芯材溶液经管路从芯材喷头喷出；在同轴双喷头的下方设置收集容器，所述的芯材喷头与壁材喷头间隙为0.8mm。

所述喷头高度与收集容器液面距离35-40cm，喷头与液面垂线的夹角为35-36°。

所述芯材喷头内径为0.5mm，壁材喷头内径为1.6mm。

本发明的优点和积极性效果在于：制备工艺简单，所制备的磁性显示微胶囊，含磁量大、微胶囊透明圆整，分散性好，形态完整，具有良好磁响应性，并且有良好的强度、韧性、耐酸性和密封性。与传统的磁性显示微胶囊相比，本发明所制备的微胶囊芯材和壁材比例均一，壁材厚度适中，所取材料价格低廉，弥补了国内磁性显示微胶囊的研究不足。

附图说明

图1为本发明所使用的磁性显示微胶囊制备装置结构原理图。

图2为本发明实施例1所制备的磁性显示微胶囊在光学显微镜下的图像。

1、空压机，2、导气管，3、芯材导气管调节器，4、壁材导气管调节器，5、壁材储存器，6、芯材储存器，7、搅拌器，8、芯材喷头，9、壁材喷头，10、收集容器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明磁性显示微胶囊的制备装置如图1所示，包括：1、空压机，2、导气管，3、芯材导气管调节器，4、壁材导气管调节器，5、壁材储存器，6、芯材储存器，7、搅拌器，8、芯材喷头，9、壁材喷头，10、收集容器。

由空压机1产生的高压气体，通过导气管2分为两路；一路经过芯材导气管调节器3与芯材储存器6连接，芯材搅拌器7由高压气体驱动；另一路经过壁材导气管调节器4与壁材储存器5连接，搅拌器7由高压气体驱动；芯材溶液经管路从芯材喷头8喷出；壁材溶液经管路从壁材喷头9喷出；芯材喷头8设在壁材喷头9内，并且两者同轴，在同轴双喷头的下方设置收集容器10，将步骤A)配置的成囊溶液置于微胶囊制备装置的收集容器10中；将步骤B)配置的壁材溶液置于微胶囊制备装置的壁材贮存器5中；将步骤C)配置的芯材溶液置于微胶囊制备装置的芯材贮存器6中。制备过程中壁材将芯材包裹制备出磁性显示微胶囊并落入收集容器的成囊溶液中。

通过芯材导气管调节器3调节芯材溶液压力，可调范围为0～5×100kPa，搅拌器7搅拌速度的可调范围为0～1200r/min；壁材溶液通过壁材导气管调节器4调节壁材溶液压力，压力的可调范围为0～5×100kPa，搅拌器7搅拌速度的可调范围为0～1200r/min。

喷头与收集容器液面距离可调范围为0-60cm；水平角度可调范围为0-60°。

芯材喷头内径为0.5mm，壁材喷头内径为1.6mm，所述的芯材喷头与壁材喷头间隙为0.8mm。

实例1

在2.5L三脚瓶中加入25g氯化钙，再加入1L水，静止15分钟，使其充分散热。得25g/L氯化钙溶液作为成囊溶液。

在2.5L三脚瓶中加入15g海藻酸钠，45g聚乙烯醇，15g明胶，15g甘油，加入一定量的水，使总溶液质量为1kg，溶液在80℃下保持20小时，使其混合均匀。得此混合溶液作为壁材溶液。

在2.5L三脚瓶中加入50g四氧化三铁、120g二氧化钛、30g液体石蜡、780g二甲苯和20g碳酸钙。得此混合溶液作为芯材溶液。

氯化钙溶液置于磁性显示微胶囊制备装置的收集容器10中，壁材溶液置于磁性显示微胶囊制备装置的壁材贮存器7中，芯材溶液置于磁性显示微胶囊制备装置的芯材贮存器6中。

磁性显示微胶囊制备装置各部件如图1所示配置，装置的工艺参数调节为：芯材压力175kPa，壁材压力300kPa，芯材溶液搅拌速度600r/min，喷头高度40cm，喷头角度35°。

待反应结束后，静止30分钟后，取收集容器中的磁性显示微胶囊，过滤、干燥，得到磁性显示微胶囊。

图2为实施例1所制备的磁性显示微胶囊在光学显微镜下的图像。由图2可知，所制备的磁性显示微胶囊粒径约为120μm，囊壁透明，内外表面光滑，形态完整，分散性好，芯材溶液密度均匀。

实例2

在2.5L三脚瓶中加入22g氯化钙，再加入1L水，静止18分钟，使其充分散热。得22g/L氯化钙溶液作为成囊溶液。

在2.5L三脚瓶中加入13g海藻酸钠，43g聚乙烯醇，13g明胶，13g甘油，加入一定量的水，使总溶液质量为1kg，溶液在80℃下保持20小时，使其混合均匀。得此混合溶液作为壁材溶液。

在2.5L三脚瓶中加入55g四氧化三铁、110g二氧化钛、40g液体石蜡、760g二甲苯和30g碳酸钙。得此混合溶液作为芯材溶液。

磁性显示微胶囊制备装置各部件如图1所示配置，装置的工艺参数调节为：芯材压力175kPa，壁材压力300kPa，芯材溶液搅拌速度500r/min，喷头高度40cm，喷头角度35°。

待反应结束后，静止40分钟后，取收集容器中的磁性显示微胶囊，过滤、干燥，得到磁性显示微胶囊。

实例3

在2.5L三脚瓶中加入20g氯化钙，再加入1L水，静止15分钟，使其充分散热。得20g/L氯化钙溶液作为成囊溶液。

在2.5L三脚瓶中加入10g海藻酸钠，40g聚乙烯醇，10g明胶，10g甘油，加入一定量的水，使总溶液质量为1kg，溶液在80℃下保持20小时，使其混合均匀。得此混合溶液作为壁材溶液。

磁性显示微胶囊制备装置各部件如图1所示配置，装置的工艺参数调节为：芯材压力170kPa，壁材压力280kPa，芯材溶液搅拌速度550r/min，喷头高度35cm，喷头角度36°。

待反应结束后，静止35分钟后，取收集容器中的磁性显示微胶囊，过滤、干燥，得到磁性显示微胶囊。

Claims

1.一种磁性显示微胶囊的制备方法，包括成囊溶液、壁材溶液、芯材溶液的配置，磁性显示微胶囊的制备、收集，其特征在于按照如下步骤进行:

A)成囊溶液的配置：将氯化钙溶于水中，配置出浓度为20-25g/L的氯化钙溶液，放置10-60分钟，使其充分散热，然后置于装置的收集容器中；

B)壁材溶液的配置：将海藻酸钠、聚乙烯醇、明胶和甘油溶于水中,其中质量分数分别为：海藻酸钠1.0%-1.5%、聚乙烯醇4.0%-4.5%，明胶1-1.5%，甘油1-1.5%；壁材溶液在70-80℃下保持18-20小时，使其混合均匀，然后置于装置的壁材贮存器中；

C)芯材溶液的配置：芯材溶液是按照质量分数5-6%四氧化三铁、10-12%二氧化钛、3-5%液体石蜡、70-78%二甲苯和2-5%碳酸钙配置，然后置于装置的芯材贮存器中；

E)磁性显示微胶囊的收集：壁材将芯材包裹制备出磁性显示微胶囊并落入收集容器的成囊溶液中，待反应20至50分钟后收集，经过滤、干燥，得到磁性显示微胶囊。

2.根据权利要求1所述的一种磁性显示微胶囊的制备方法的制备装置，包括：空压机，导气管，芯材导气管调节器，壁材导气管调节器，壁材储存器，芯材储存器，搅拌器，芯材喷头，壁材喷头，收集容器，其特征在于：空压机产生的高压气体，通过导气管分为两路；一路经过芯材导气管调节器与芯材储存器连接，芯材搅拌器由高压气体驱动；另一路经过壁材导气管调节器与壁材储存器连接，搅拌器由高压气体驱动；芯材喷头设在壁材喷头内，并且两者同轴，形成同轴双喷头，壁材溶液经管路从壁材喷头喷出，芯材溶液经管路从芯材喷头喷出；在同轴双喷头的下方设置收集容器，所述的芯材喷头与壁材喷头间隙为0.8mm。

3.根据权利要求2所述的一种磁性显示微胶囊的制备方法的制备装置，其特征在于：喷头高度与收集容器液面距离35-40cm，喷头与液面垂线的夹角为35-36°。

4.根据权利要求2所述的一种磁性显示微胶囊的制备方法的制备装置，其特征在于：芯材喷头内径为0.5mm，壁材喷头内径为1.6mm。