CN105085754A - 一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊及其制备方法 - Google Patents

一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊及其制备方法 Download PDF

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焦鑫
赵迪
张姚
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Abstract

本发明涉及一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊及其制备方法，所述微胶囊包括油相组分和水相组分。制备方法包括：首先分别制备乳化剂和油相，混合后高速剪切形成乳液，向乳液中通入氮气，加入引发剂，再加入催化剂，然后，在室温下反应2小时，再在40～60℃的水浴锅中反应1～4小时，整个过程保持在氮气环境中进行，即得。本发明形成微胶囊壁材的单体本身无毒，并且含两个双键，可以在聚合形成高分子长链的同时发生自交联反应，不用使用任何交联剂便可以形成三维的高聚物网络将芯材包埋其中；形成的微胶囊壁材是无毒，使得微胶囊在日化品、纺织品及医药等等领域有广泛的应用前景。

Description

一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明属于微胶囊及其制备领域，特别涉及一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊及其制备方法。
背景技术
微胶囊壁材的性质很大程度上决定了微胶囊的应用范围，如无毒性、生物相容性、机械强度及热稳定性等。目前，普遍应用的壁材都为高分子聚合物，而高分子聚合物又分为天然高分子、半合成高分子和合成高分子。其中，合成高分子因具有突出的功能性及良好的热稳定性，而被广泛的应用为微胶囊的壁材。应用较多的合成高聚物包括聚氨酯、聚脲、聚酯及聚丙烯酸类。其中，部分高聚物在合成过程中会留下未反应完的有毒单体残基，或者在合成过程中会使用了有毒的交联剂，加之部分高聚物生物相容性差，这很大程度上限制了合成高聚物在制备微胶囊中的应用。随着微胶囊已经应用到各个与人体直接接触的行业，如食品、香精香料、纺织品、化妆品及医药等。这些应用对微胶囊壁材的无毒性要求更为严格。因此，选出无毒环保的合成单体，及合成过程中不适用任何交联剂便能合成出无毒壁材的微胶囊具有重要的意义。
有关壁材微胶囊的制备的报道很多，但关于选择无毒单体，且不用交联剂，便能制备出无毒环保的壁材的微胶囊还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊及其制备方法，该方法所使用的反应单体是二甲基丙烯酸二醇酯类单体，该类单体无毒绿色环保，并含有两个双键，能在聚合形成高分子长链的同时发生自交联，形成高密度三维网状高聚物从而包埋芯材。该发明中的微胶囊壁材使用的高聚物无毒环保。
本发明的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊，其组分包括：
(1)油相组分的质量百分比：芯材5.0％～30.0％；二甲基丙烯酸二醇酯类单体2.0％～6.0％；
(2)水相组分的质量百分比：乳化剂1.0％～5.0％；引发剂0.2％；催化剂0.266％；去离子水14.0％～83.0％。
全组分质量百分比之和为100％。
所述(1)中芯材为不溶于水的液体油相。
所述不溶于水的液体油相为香精香料、相变的石蜡、烷烃、生物医药和甘油酯类的至少一种。
所述(1)中二甲基丙烯酸二醇酯类单体为二甲基丙烯酸乙二醇酯EGDMA、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯BDDMA和二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯HDDA中的至少一种。
所述(2)中乳化剂为阿拉伯树胶或者聚乙烯醇；其中聚乙烯醇的水解度为88％。
所述(2)中引发剂为过硫酸铵；催化剂为焦亚硫酸钠。
本发明的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊的制备方法，包括：
(1)配制质量百分比为1.0％～5.0％乳化剂水溶液：将5.0g～25g乳化剂水溶液和22.5g～2.5g去离子水混合，得到水相；
(2)将5.0g～15.0g芯材和1g～3g二甲基丙烯酸二醇酯类单体混合，搅拌均匀，得到油相；
(3)配制百分比为0.2％的引发剂APS水溶液；
(4)配制百分比为0.266％催化剂Na2S2O5水溶液；
(5)将水相加入到油相中，剪切，形成乳液；
(6)向步骤(5)中的乳液通入氮气，30分钟后，在氮气氛围下加入步骤(1)中的引发剂，2分钟后加入步骤(1)中的催化剂，室温反应1～3小时，40℃～60℃反应1h～4h，得到微胶囊。整个实验过程都保持通入氮气。
所述步骤(5)中剪切是通过高速剪切机完成。
所述步骤(5)中剪切速率6000～10000rpm，剪切时间为3～6min。
所述步骤(5)中的乳液为乳白色水包油型(o/w)乳液。
本发明以二甲基丙烯酸二醇酯类单体自由基聚合形成新型微胶囊的壁材，以纯的香精油、具相变性能的烷烃、甘油酯为芯材或者是两种及两种以上的混合物为芯材，利用界面自由基聚合制备微胶囊。其中，水相是水溶性乳化剂水溶液，油相是芯材和二甲基丙烯酸二醇酯类单体的混合物。水相和油相混合后经高速剪切形成乳液，再分别将引发剂水溶液和催化剂水溶液加入乳液中，引发油相中的二甲基丙烯酸二醇酯类单体在水油界面发生自由基聚合形成高聚物壁层，将芯材包埋其中。
本发明没有使用任何交联剂，制备的微胶囊无毒，在在医药、日化、纺织品等领域有广泛的应用前景。
所应用的界面自由基聚合原理如下：
界面自由基聚合定义如下：将自由基聚合的单体和引发体系分别溶于油相和水相(或者水相和油相)，当引发体系产生初级自由基后扩散到水油的相界面上时，另一相中溶有的反应单体在相界面上被初级自由基激活发生聚合反应，随着反应的进行，更多的单体不断的游离到相界面上参与反应，最终形成高聚物壁材。这种方法适合自由基在水油界面上发生聚合形成微胶囊壁材的反应，反应条件温和，且对芯材包埋率较高。
本发明使用的二甲基丙烯酸二醇酯类单体，由于其本身的结构特点，在作为反应单体的同时，能发生自交联作用，其结构如下所示：
有益效果
(1)本发明以二甲基丙烯酸二醇酯类为单体，该类单体本身无毒，故不存在反应后留下未反应完的有毒单体残基。由于该类单体本身含两个双键的特点，在反应中不需要加入交联剂，这也减少了因加入交联剂将杂质或者有毒物质引进入反应体系中；
(2)本发明合成的壁材属于无毒，使得这类微胶囊能很好的应用于和人体相关的产品中；
(3)本发明使用的乳化剂是阿拉伯树胶(GA)和聚乙烯醇(PVA)，前者为天然高分子材料，绿色环保；后者是一类无毒的合成高分子乳化剂。这两类乳化剂都是无毒环保，不会给反应体系引入任何有毒的物质，使得该发明体系绿色环保；
(4)本发明所使用的引发体系是过硫酸铵/焦亚硫酸钠(APS/Na2S2O5)，该引发体系在常温下便能分解产生初级自由基而激活成壁单体自由基聚合反应。不仅能有效完全地引发反应的进行，而且也大大降低了能源的消耗；
(5)本发明所采用的方法是界面自由基聚合法，单体和引发体系分别溶于不同的两相中，单体在两相界面上被引发体系激活而参加反应；形成的壁材是完全覆盖在芯材的表面上，对芯材的包埋率高且形成的壁材的厚度均匀；本发明制备的微胶囊及制备过程都是绿色环保，制备出的微胶囊对人体无害，在香精香料、生物医药、日用化妆品及纺织微胶囊等行业有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明中二甲基丙烯酸二醇酯单体从油相迁移到水油相界面上发生自由基聚合的机理；
图2为实施例1中制备得到的微胶囊的光学显微镜图；
图3为实施例2中制备得到的微胶囊的粒径分布图；
图4为实施例3中制备得到的微胶囊的扫描电子显微镜照片图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)水相的配制
称取10g聚乙烯醇(水解度88％)于烧杯中，加入去离子水90g，在80℃下搅拌2h，使聚乙烯醇完全溶解，制成10wt％的聚乙烯醇溶液，备用。在100ml烧杯中加入5.0g10％聚乙烯醇水溶液，再加去离子水24g，搅拌均匀，制得水相；
(2)油相的配制
称取1g二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)于100ml烧杯中，再加入15g薄荷素油，置于磁力搅拌器上搅拌10min使其完全互溶，制得油相；
(3)引发剂溶液的配制
称取0.1g过硫酸铵(APS)于10ml的样品瓶中，再加入3g去离子水，搅拌使其充分溶解，制得引发剂溶液；
(4)催化剂溶液的配制
称取0.1g焦亚硫酸钠(Na2S2O5)于10ml的样品瓶中，再加入2g去离子水，搅拌使其充分溶解，制得催化剂溶液；
(5)乳液的制备
将油相加入到水相中，水﹑油两相混合液在高速均质机7000rpm作用下高速剪切3min，形成均匀水包油乳液；
(6)微胶囊的制备
将乳液中通入氮气(N2)，30min后加入引发剂溶液，再过2min后加入催化剂溶液，在室温下反应1h，再放入50℃水浴锅中固化反应1h，得到无毒壁材的微胶囊。
光学显微镜下显示该微胶囊为不规定的球形，表面稍微的凹陷，分散性好，无聚集状大颗粒，如图2所示。
实施例2
(1)水相的配制
称取10g阿拉伯树胶粉末于烧杯中，加入去离子水90g，在磁力搅拌器作用下搅拌2h，使阿拉伯树胶完全溶解，制成10wt％的阿拉伯树胶溶液，备用。在100ml烧杯中加入10.0g10％阿拉伯树胶水溶液，再加去离子水18g，用滴管搅拌均匀，制得水相；
(2)油相的配制
称取10g薄荷素油和5g三辛癸酸甘油酯于100ml烧杯中，置于磁力搅拌器上搅拌10min使其完全互溶，再加入2.5g二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯(HDDA)制得油相；
(3)引发剂溶液的配制
称取0.1g过硫酸铵(APS)于10ml的样品瓶中，再加入3g去离子水，搅拌使其充分溶解，制得引发剂溶液；
(4)催化剂溶液的配制
称取0.1g焦亚硫酸钠(Na2S2O5)于10ml的样品瓶中，再加入2g去离子水，搅拌使其充分溶解，制得催化剂溶液；
(5)乳液的制备
将油相加入到水相中，水﹑油两相混合液在高速均质机6000rpm作用下高速剪切3min，形成均匀水包油乳液；
(6)微胶囊的制备
将乳液中通入氮气(N2)，30min后加入引发剂溶液，再过2min后加入催化剂溶液，在室温下反应2h，再放入60℃水浴锅中固化反应2h，得到无毒壁材的微胶囊。
激光粒度分析仪分析该微胶囊的粒径为1～20μm，平均粒径为7μm左右，如图3所示。
实施例3
(1)水相的配制
称取10g阿拉伯树胶粉末于烧杯中，加入去离子水90g，在磁力搅拌器作用下搅拌2h，使阿拉伯树胶完全溶解，制成10wt％的阿拉伯树胶溶液，备用。在100ml烧杯中加入10.0g10％阿拉伯树胶水溶液，再加去离子水18g，用滴管搅拌均匀，制得水相；
(2)油相的配制
称取7.5g薄荷素油和7.5g三辛癸酸甘油酯于100ml烧杯中，置于磁力搅拌器上搅拌10min使其完全互溶，再加入2g二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)制得油相；
(3)引发剂溶液的配制
称取0.1g过硫酸铵(APS)于10ml的样品瓶中，再加入3g去离子水，搅拌使其充分溶解，制得引发剂溶液；
(4)催化剂溶液的配制
称取0.1g焦亚硫酸钠(Na2S2O5)于10ml的样品瓶中，再加入2g去离子水，搅拌使其充分溶解，制得催化剂溶液；
(5)乳液的制备
将油相加入到水相中，水﹑油两相混合液在高速均质机8000rpm作用下高速剪切4min，形成均匀水包油乳液；
(6)微胶囊的制备
将乳液中通入氮气(N2)，30min后加入引发剂溶液，再过2min后加入催化剂溶液，在室温下反应3h，再放入50℃水浴锅中固化反应1h，得到无毒壁材的微胶囊。
扫描电镜观察该微胶囊的表面略微凹陷的球形，分散性好，无团聚现象，如图4所示。

Claims (8)

1.一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊，其特征在于，组分包括：
(1)油相组分的质量百分比：芯材5.0％～30.0％；二甲基丙烯酸二醇酯类单体2.0％～6.0％；
(2)水相组分的质量百分比：乳化剂1.0％～5.0％；引发剂0.2％；催化剂0.266％；去离子水14.0％～83.0％；
全组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊，其特征在于，所述(1)中芯材为不溶于水的液体油相。
3.根据权利要求2所述的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊，其特征在于，所述不溶于水的液体油相为香精香料、相变的石蜡、烷烃、生物医药和甘油酯类的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊，其特征在于，所述(1)中二甲基丙烯酸二醇酯类单体为二甲基丙烯酸乙二醇酯EGDMA、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯BDDMA和二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯HDDA中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊，其特征在于，所述(2)中乳化剂为阿拉伯树胶或者聚乙烯醇；其中聚乙烯醇的水解度为88％。
6.根据权利要求1所述的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊，其特征在于，所述(2)中引发剂为过硫酸铵；催化剂为焦亚硫酸钠。
7.一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊的制备方法，包括：
(1)配制质量百分比为1.0％～5.0％乳化剂水溶液：将5.0g～25g乳化剂水溶液和22.5g～2.5g去离子水混合，得到水相；
(2)将5.0g～15.0g芯材和1g～3g二甲基丙烯酸二醇酯类单体混合，搅拌均匀，得到油相；
(3)配制百分比为0.2％的引发剂APS水溶液；
(4)配制百分比为0.266％催化剂Na2S2O5水溶液；
(5)将水相加入到油相中，剪切，形成乳液；
(6)向步骤(5)中的乳液通入氮气，30min后，氮气氛围下加入步骤(1)中的引发剂，2min后加入步骤(1)中的催化剂，室温反应1～3小时，40℃～60℃反应1h～4h，得到微胶囊。
8.根据权利要求7所述的一种以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中剪切速率6000～10000rpm，剪切时间为3～6min。
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