CN105080443B

CN105080443B - 一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN105080443B
Application number: CN201510497874.7A
Authority: CN
Inventors: 廖兵; 王璐; 庞浩; 黄健恒; 黄利平; 雍奇文
Original assignee: Foshan Function High Polymer Materials & Fine Chemicals Professional Center
Current assignee: Foshan Function High Polymer Materials & Fine Chemicals Professional Center
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2035-08-14
Also published as: CN105080443A

Abstract

本发明属于有机二元酸的应用领域，公开了一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料及其制备方法和应用。该材料是由以下按质量份数计的组分反应而成：去离子水70～120份、分散剂0.4～3份、单体4～50份、固体有机二元酸1～17份、引发剂0.03～0.4份、表面活性剂0.1～1份。本发明通过单体聚合包覆有机二元酸得到微胶囊，制得粒径均一，形貌壁厚可控的微胶囊材料，保护羧基官能团，使有机酸达到缓释和隔离的效果。进而，使有机二元酸应用于催化剂领域、电子金属器件清洗剂、焊锡材料的助焊剂活性成分、作为加快塑料降解助剂等领域时，性能优异，原料损耗率减少，环境腐蚀性降低。

Description

一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于有机二元酸的应用领域，具体涉及一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机二元酸作为重要的原材料，因其大部分形态为固态、羧基含量高，成为重要的精细化工原料，广泛应用于涂料、催化剂工业、高级润滑油、耐寒增塑剂、高温电解质等合成及制造领域。另外，有机二元酸因其固态、熔点高、储存方便等优势，可直接用于高温条件工业应用，如，应用于催化剂领域、电子金属器件清洗剂、焊锡材料的助焊剂成分、作为加快塑料降解助剂等。

但是，有机二元羧酸作为重要的反应原料及工业用品，功能性官能团羧基在一些反应条件下较为活泼。二元羧酸受热会发生脱水、脱羧的反应，并在熔融状态发挥酸性，腐蚀相接触的环境材料。因而，需要对有机二元酸进行官能团保护，提高合成反应的效率，并降低其对环境材料腐蚀。采用微胶囊包覆的方法，可以不改变有机二元酸的结构，简便地将其保护在微胶囊壁材内。当达到一定的温度或pH值等破壁条件，微胶囊的壁材破掉，将作为芯材的有机二元羧酸释放出来，这样可以有效保护羧基官能团，提高有机二元酸的反应效率，减少其对环境材料的腐蚀，减小原料用量损耗，提高反应效率。

目前，对有机二元酸的包覆主要是以壁材聚合物通过物理吸附作用直接包覆的方法。如，期刊《塑料》于2009年38卷第4期，来水利发表题为“己二酸微胶囊的制备及其在降解塑料中的应用”的文章，其中介绍了聚丁二酸丁二醇酯包覆己二酸微胶囊制备方法，先分别制备含己二酸的聚丁二酸丁二醇酯氯仿悬浮液和含阿拉伯树胶及十二烷基苯磺酸钠水溶液，将氯仿悬浊液倒入水溶液中，加热并回流，保温4h后，洗涤干燥，得到固态微胶囊小颗粒。此外，申请号为201410396771.7，名称为“一种无铅锡膏用活性剂及其制备方法及一种无铅锡膏”中国专利申请中，公开了制备包覆有机二元酸的活性剂微胶囊颗粒的方法，即将焊锡活性剂有机酸和有机卤化物颗粒粉碎至10μm以下，后加入到囊壁材溶液中乳化，即得微胶囊活性物质。

已报道的有机酸微胶囊制备方法，虽然提高了有机酸的活性，有效地控制其释放性能，但是有机酸性能释放并不稳定，只是将芯材较为均匀的分散在壁材中，得到的是形貌无规的包覆物或者物理的分散物。这样使有机酸的释放及利用并为达到最佳效果。针对这样的缺陷，本专利提出单体聚合微包覆有机酸，即应用悬浮聚合方法制备包覆有机酸的微胶囊。通过油水相乳化，制得均匀小液滴，壁材单体包覆芯材，在小液滴内发生聚合反应形成微胶囊。这种通过壁材单体聚合得到的壁材，可以控制分子量，进而控制壁材厚度。此外，悬浮聚合法，操作方法简便，小液滴内类似本体聚合反应，提高反应效率。制得的包覆有机酸微胶囊，提高了包覆的效率，分散均匀，粒径均一，比表面能大，稳定性高。有效保护羧基官能团，使得有机酸能够缓释，并与环境材料隔离，进而减少有机酸的副反应及对基材的腐蚀作用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料。该材料以有机二元酸为芯材的微胶囊材料，提高有机二元酸可缓释并隔离作用效果。

本发明的另一目的在于提供一种上述包覆有机二元羧酸的微胶囊材料的制备方法。该方法通过悬浮聚合方法对固体有机二元羧酸进行包覆。

本发明的再一目的在于提供上述包覆有机二元羧酸的微胶囊材料的应用。本发明制备了一种粒径均一的包裹固体有机二元羧酸的微胶囊，通过悬浮聚合法对有机二元酸进行包覆，一方面对有机酸的功能性基团羧基进行保护，另一方面提高酸的耐温性，减少有机酸脱水脱羧副反应，并达到缓释、隔离的作用。使微胶囊壁材在一定温度或pH条件下破裂，将芯材有机二元酸释放，用在酸碱中和的应用、与环境隔离和缓释、高温条件下清洗剂、耐高温润滑油及助焊剂中活性酸缓释等应用上。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料，该包覆有机二元羧酸的微胶囊材料是由以下按质量份数计的组分反应而成：

所述分散剂为聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇和明胶中的一种以上；所述单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸异辛酯中的一种以上；所述固体有机二元酸为己二酸、丁二酸、辛二酸、癸二酸、庚二酸和戊二酸中的一种以上；所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过硫酸铵、异丙苯过氧化氢、过氧化二叔丁基和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种；所述表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠和甲基烯丙羟丙磺酸钠中的一种或两种。

所述分散剂为聚乙烯醇和聚丙烯酸中一种；所述单体为甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯；所述固体有机二元酸为癸二酸；所述引发剂为过氧化苯甲酰和异丙苯过氧化氢中的一种；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种。

上述包覆有机二元羧酸的微胶囊材料的制备方法，按照以下操作步骤：

(1)将0.4～3质量份分散剂、0.1～1质量份表面活性剂溶解于70～120质量份去离子水中，得到均匀水相溶液；

(2)将1～17质量份固体有机二元酸、4～50质量份单体、0.03～0.4质量份引发剂，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液；

(3)将步骤(2)中得到的油相溶液倒入步骤(1)中得到的水相溶液，混合分散，在3000～12000rpm的搅拌速度下，搅拌10～30min，制得均匀乳液；

(4)在四口圆底烧瓶中加入步骤(3)得到的均匀乳液，至60～80℃的油浴锅中，以700～1200rpm的速度机械搅拌，维持温度60～80℃，持续搅拌1.5～3小时；

(5)油浴锅升温至80～90℃，以300～500rpm的速度搅拌，保温3.5～6小时；

(6)反应结束后，待四口圆底烧瓶内溶液及珠状沉淀冷却，用去离子水洗涤三遍，并进行过滤，得到沉淀物；

(7)将步骤(6)所得沉淀物，置于烘箱中，在50～65℃恒温下烘干24～48h，得到白色粉末状的包覆有机二元羧酸的微胶囊材料。

上述包覆有机二元羧酸的微胶囊材料在酸碱中和反应、环境隔离和缓释领域、以及高温条件下清洗剂、耐高温润滑油、降解塑料应用和助焊剂中活性酸包覆隔离中的应用。

本发明制备了一种合成包覆型的有机二元酸微胶囊材料。这种微胶囊以均一的粒径、较大表面能和悬浮聚合法的包覆手段，使得有机二元酸得到保护，使之在一定温度或pH值下稳定存在，不释放、不脱羧，达到缓释与隔离的效果，因制备包覆型有机二元酸，提高了有机二元酸的反应性能及反应原料利用率，使酸达到缓释及隔离的效果。这种包覆减少了未达到反应条件，有机二元酸提前溶解、羧基官能团反应消耗、原料损耗及二元酸对环境材料的腐蚀性造成的不良后果等情况。

本发明的原理是：水油两相液体在高速搅拌条件下，形成包裹有机二元酸的小液滴。利用悬浮聚合反应技术，单体在小液滴内进行自由基聚合反应。反应结束后，围绕有机二元羧酸芯材，单体直接聚合成高分子形成壁材的微胶囊。

本发明相对现有技术，具有如下的优点及有益效果：

(1)本发明通过化学合成的制备方法，制备缓释效果稳定、粒径均匀、比表面能大的有机二元酸微胶囊。

(2)本发明选取悬浮聚合的方法，以小液滴内本体聚合的方式，得到均匀稳定、壁厚可控的微胶囊包覆物。

(3)本发明通过对有机二元酸的包覆，对功能性基团羧基进行保护，使其反应性能得到提升，并减少在要求反应温度以下造成对环境物质的腐蚀影响和本身活性酸的损失。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中采用的实施条件可以根据厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验条件。

实施例1

称取0.22g聚乙烯醇(PVA)、0.06g十二烷基硫酸钠(SDS)、40g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取0.6g癸二酸、0.012g过氧化苯甲酰(BPO)、5g甲基丙烯酸甲酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在12000rpm的搅拌速度下，搅拌10min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至70℃，以800rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度70℃，持续搅拌2h；之后，油浴锅升温至85℃，以500rpm的速度搅拌，保温4h，得到珠状沉淀物。

反应结束后，待四口圆底烧瓶内溶液及珠状沉淀冷却，用去离子水洗涤三遍，并进行过滤，得到沉淀物；将得到的沉淀物，置于烘箱中，在60℃恒温下烘干24h，得到白色类珠状的粉末，为包覆癸二酸的丙烯酸树脂微胶囊。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为134.44℃，熔融焓为27.56J/g，包覆率为10％。粒径40.33μm。

实施例2

称取1.00g聚乙烯醇(PVA)、0.33g十二烷基硫酸钠(SDS)、40.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取5.0g癸二酸、0.1g过氧化苯甲酰(BPO)、15g甲基丙烯酸甲酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在3000rpm的搅拌速度下，搅拌30min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至60℃，以1200rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度60℃，持续搅拌2.5h；之后，油浴锅升温至80℃，以300rpm的速度搅拌，保温4h，得到珠状沉淀物。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为133.14℃，熔融焓为84.61J/g，包覆率为36％。粒径50.12μm。

实施例3

称取0.40g聚丙烯酸(PAA)、0.20g十二烷基硫酸钠(SDS)、40.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取2.5g癸二酸、0.08g过氧化苯甲酰(BPO)、7.5g甲基丙烯酸甲酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在12000rpm的搅拌速度下，搅拌20min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至75℃，以800rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度75℃，持续搅拌2h；之后，油浴锅升温至90℃，以500rpm的速度搅拌，保温4h，得到珠状沉淀物。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为137.07℃，熔融焓为56.31J/g，包覆率为19％。粒径为45.21μm。

实施例4

称取1.0g聚乙烯醇(PVA)、0.20g十二烷基苯磺酸钠、50.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取2.5g癸二酸、0.08g过氧化苯甲酰(BPO)、7.5g甲基丙烯酸甲酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在12000rpm的搅拌速度下，搅拌30min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至80℃，以800rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度80℃，持续搅拌2h；之后，油浴锅升温至90℃，以500rpm的速度搅拌，保温5h，得到珠状沉淀物。

反应结束后，待四口圆底烧瓶内溶液及珠状沉淀冷却，用去离子水洗涤三遍，并进行过滤，得到沉淀物。将得到的沉淀物，置于烘箱中，在55℃恒温下烘干24h，得到白色类珠状的粉末，为包覆癸二酸的丙烯酸树脂微胶囊。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为133.23℃，熔融焓为30.87J/g，包覆率为13％。粒径41.76μm。

实施例5

称取0.3g聚丙烯酸(PAA)、0.20g十二烷基硫酸钠(SDS)、40.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取4g癸二酸、0.05g异丙苯过氧化氢、10.0g甲基丙烯酸丁酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在10000rpm的搅拌速度下，搅拌25min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至70℃，以600rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度70℃，持续搅拌3h；之后，油浴锅升温至85℃，以300rpm的速度搅拌，保温5h，得到珠状沉淀物。

反应结束后，待四口圆底烧瓶内溶液及珠状沉淀冷却，用去离子水洗涤三遍，并进行过滤，得到沉淀物；将得到的沉淀物，置于烘箱中，在65℃恒温下烘干48h，得到白色类珠状的粉末，为包覆癸二酸的丙烯酸树脂微胶囊。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为132.63℃，熔融焓为37.96J/g，包覆率为16％。粒径43.89μm。

实施例6

称取0.30g聚乙烯醇(PVA)、0.10g十二烷基硫酸钠(SDS)、40.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取5.0g癸二酸、0.07g过氧化苯甲酰(BPO)、3.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0g甲基丙烯酸丁酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在10000rpm的搅拌速度下，搅拌20min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至70℃，以600rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度70℃，持续搅拌2h；之后，油浴锅升温至85℃，以300rpm的速度搅拌，保温5h，得到珠状沉淀物。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为128.11℃，熔融焓为79.33J/g，包覆率为34％。粒径50.12μm。

实施例7

称取0.25g聚乙烯醇(PVA)、0.2g聚乙二醇、0.20g十二烷基硫酸钠(SDS)、40.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取2.5g癸二酸、0.05g异丙苯过氧化氢、2.5g甲基丙烯酸丁酯和5g甲基丙烯酸甲酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为135.07℃，熔融焓为65.72J/g，包覆率为28％。粒径37.81μm。

实施例8

称取0.40g聚丙烯酸(PAA)、0.20g十二烷基苯磺酸钠、40.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取3g癸二酸、0.05g异丙苯过氧化氢、2.5g甲基丙烯酸丁酯、5.0g甲基丙烯酸甲酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

反应结束后，待四口圆底烧瓶内溶液及珠状沉淀冷却，用去离子水洗涤三遍，并进行过滤，得到沉淀物；将得到的沉淀物，置于烘箱中，在60℃恒温下烘干36h，得到白色类珠状的粉末，为包覆癸二酸的丙烯酸树脂微胶囊。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为135.72℃，熔融焓为40.85J/g，包覆率为17.83％。粒径45.01μm。

实施例9

称取0.40g明胶、0.20g十二烷基硫酸钠(SDS)、60.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取2.5g辛二酸、0.08g过氧化苯甲酰(BPO)、7.5g甲基丙烯酸异辛酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在2000rpm的搅拌速度下，搅拌20min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至70℃，以800rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度75℃，持续搅拌2.5h；之后，油浴锅升温至85℃，以200rpm的速度搅拌，保温4h，得到珠状沉淀物。

反应结束后，待四口圆底烧瓶内溶液及珠状沉淀冷却，用去离子水洗涤三遍，并进行过滤，得到沉淀物；将得到的沉淀物，置于烘箱中，在50℃恒温下烘干48h，得到白色类珠状的粉末，为包覆癸二酸的丙烯酸树脂微胶囊。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为135.09℃，熔融焓67.88J/g，包覆率为29％。粒径52.11μm。

实施例10

称取0.40g聚乙烯醇(PVA)、0.20g十二烷基硫酸钠(SDS)、40.0g去离子水，于烧杯中，溶解均匀，得到均一的水相溶液；另称取1.5g癸二酸、1g己二酸、0.09g过氧化苯甲酰(BPO)、7.5g甲基丙烯酸甲酯和2g甲基丙烯酸异丁酯于锥形瓶，混合均匀，得到分散均匀的油相溶液。

将得到的油相溶液倒入得到的水相溶液，混合分散，在2000rpm的搅拌速度下，搅拌30min，制得均匀乳液。

将制得的均匀乳液倒入四口圆底烧瓶中，圆底烧瓶置于油浴锅中，油浴锅升温至70℃，以1000rpm的速度机械搅拌，冷凝回流，维持温度75℃，持续搅拌2.5h；之后，油浴锅升温至85℃，以300rpm的速度搅拌，保温4h，得到珠状沉淀物。

本实施例所得微胶囊性能检测结果如下：微胶囊熔点为135.52℃，熔融焓为54.13J/g，包覆率为23％。粒径40μm。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料，其特征在于：该包覆有机二元羧酸的微胶囊材料是由以下按质量份数计的组分反应而成：

所述分散剂为聚乙烯醇和聚丙烯酸中一种；所述单体为甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯；所述固体有机二元酸为癸二酸；所述引发剂为过氧化苯甲酰和异丙苯过氧化氢中的一种；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种；

上述包覆有机二元羧酸的微胶囊材料是按照以下操作步骤制备得到：

2.根据权利要求1所述的一种包覆有机二元羧酸的微胶囊材料在酸碱中和反应、环境隔离和缓释领域、以及高温条件下清洗剂、耐高温润滑油、降解塑料应用和助焊剂中活性酸包覆隔离中的应用。