CN105797659A - 一种二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,分别制备石蜡乳液和壳聚糖醋酸溶液,将二者按照石蜡与壳聚糖的质量比为2:1进行混合,经过两次调节溶液pH值,并加入交联剂,得到壳聚糖单壳微胶囊;将壳聚糖单壳微胶囊分散于前驱体硅溶液中,加入引发剂引发前驱体水解,得到二氧化硅壳聚糖双壳微胶囊。由于壳聚糖容易发生溶胀,作为相变微胶囊的壁材时,力学性能比较差,容易发生泄露,本发明在壳聚糖外再包覆一层SiO2,形成内壳壳聚糖、外壳SiO2的不同材质双层结构,可以有效避免泄漏现象,同时对微胶囊的导热系数有较大提高;本发明采用的引发硅酸乙酯水解并生成SiO2工艺,通过改变凝胶陈化的条件,得到的胶囊微观形貌和使用性能都更好,微胶囊粒径为85~95μm,经过500次冷热循坏测试,破损率<1%。
Description
技术领域
本发明涉及一种微胶囊,具体涉及一种二氧化硅壳聚糖双壳微胶囊。
背景技术
资源、能源枯竭危机和环境污染问题已越来越受到世界的关注,在保证一定质量条件下提高能源使用效率,同时开发可再生能源已成为人类需要面对的重要任务,相变储能技术能够解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾问题,所以是提高能源利用率的有效手段。
相变材料的相变过程通常发生于固液相变、固固相变时,它是一类能在某一温度区间发生相变从而吸收和释放相变潜热的材料,所以可以通过吸放热达到相变储能的目的。而微胶囊技术可以将相变材料包覆,从而可以很好的解决相变材料在使用过程中的泄漏问题。
壳聚糖是一种广泛存在的天然高分子材料,对环境无污染,来源广泛。本发明将壳聚糖与微胶囊技术相结合,利用微胶囊技术解决相变材料的泄露问题。其他专利大多是用合成高分子材料制备相变微胶囊,从来源上与保护环境两个角度上来看,可大大推动微胶囊技术的发展。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,通过双壳结构有效避免相变材料泄漏现象。
技术方案:本发明提供了一种二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别制备石蜡乳液和壳聚糖醋酸溶液,将二者按照石蜡与壳聚糖的质量比为2:1进行混合,经过两次调节溶液pH值,并加入交联剂,得到壳聚糖单壳微胶囊;
(2)将壳聚糖单壳微胶囊分散于前驱体硅溶液中,加入引发剂引发前驱体水解,得到二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊。
进一步,所述石蜡乳液是由加热熔化的石蜡中滴加乳化剂并混合均匀得到的,所述乳化剂用量为石蜡质量的5%。
更进一步,所述乳化剂为Span-80与OP-10按照质量比1:3配制的。
进一步,所述壳聚糖酸溶液是将壳聚糖溶解于质量浓度为5%的稀醋酸溶液,配制成质量分数为1%的壳聚糖醋酸溶液。
进一步,步骤(1)混合后保持反应温度60℃,搅拌速度1200r/min。
进一步,步骤(1)调节pH值先用NaOH溶液调节溶液pH值至7.5~9,使壳聚糖发生单凝聚反应;30min之后,再用稀盐酸调节溶液pH至5~6.5,所述稀盐酸作为交联反应的引发剂。
进一步,所述交联剂为戊二醛,添加量与壳聚糖质量比为2:1,交联反应时间为2h。
进一步,将步骤(1)得到的产物抽滤,依次用NaOH溶液、去离子水清洗,得到壳聚糖单壳微胶囊。
进一步,步骤(2)所述前驱体硅溶液为正硅酸乙酯与乙醇按照2:1的体积比配制而成,所述壳聚糖单壳微胶囊与正硅酸乙酯的质量比为4:1。
进一步,步骤(2)所述引发剂为稀盐酸,调整溶液pH值在2~4之间,并在50℃下搅拌30min,升温至80℃搅拌2h,降温至40℃下继续搅拌24h。
进一步,步骤(2)反应结束,产物依次用石油醚、蒸馏水洗涤,抽滤、干燥,得到二氧化硅壳聚糖双壳微胶囊。
有益效果:1、由于壳聚糖容易发生溶胀,作为相变微胶囊的壁材时,力学性能比较差,容易发生泄露,本发明在壳聚糖外再包覆一层SiO2,形成内壳壳聚糖、外壳SiO2的不同材质双层结构,可以有效避免泄漏现象,同时对微胶囊的导热系数有较大提高;
2、本发明采用的引发硅酸乙酯水解并生成SiO2工艺,通过改变凝胶陈化的条件,得到的胶囊微观形貌和使用性能都更好,微胶囊粒径为85~95μm,经过500次冷热循坏测试,破损率<1%;
3、本发明采用的壳聚糖单凝聚反应,将壳聚糖溶于酸并两次改变溶液的pH值,使壳聚糖在溶液中析出,并将相变材料石蜡进行包裹,对石蜡的包裹率高达到74%,使得壳聚糖先沉积,这样有利于交联反应更顺利的发生,交联反应更容易控制,得到胶囊历经更加均匀,然后进行交联得到单壳微胶囊,胶囊为网状结构的聚合物,刚性、使用耐久性、吸附性都有所提高,使得微胶囊的壁更加致密,得到的单壳微胶囊平均粒径为60μm,二氧化硅壳层的厚度约为45μm,故本发明双壳微胶囊具有较高的机械强度。
附图说明
图1为本发明制备过程示意图;
图2为壳聚糖单壳微胶囊的微观形貌图,其中,图2(a)为扫描电子显微镜2500倍放大图,图2(b)为扫描电子显微镜1000倍放大图;
图3为二氧化硅壳聚糖双壳微胶囊的微观形貌图,其中,图3(a)为扫描电子显微镜1500倍放大图,图3(b)为扫描电子显微镜1000倍放大图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例:一种二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,如图1所示,单凝聚反应:将2g壳聚糖与200ml质量浓度为5%的稀醋酸混合,搅拌直至壳聚糖完全溶解,配制成质量分数为1%的壳聚糖醋酸溶液。将4g石蜡加热熔化,并与0.2g混合乳化剂在100ml水中混合搅拌至白色乳液,其中混合乳化剂为Span-80与OP-10按照质量比1:3配制的。将壳聚糖稀酸溶液与石蜡乳液混合并将混合乳液倒入三口烧瓶,放入60℃恒温水浴锅中,在1200r/min的转速下搅拌30min。逐滴加入稀NaOH溶液,使溶液pH≈8,在同样条件下搅拌30min。
乳化交联反应:滴加稀盐酸,使溶液pH≈6,升温至80℃,逐滴加入质量浓度为10g/L的戊二醛溶液400ml,反应进行2h,将产物抽滤洗涤,依次用NaOH溶液、去离子水清洗,得到壳聚糖单壳微胶囊,其微观形貌如图2,胶囊表面光滑,粒径约为60μm。
溶胶凝胶反应:将正硅酸乙酯与乙醇按照2:1的体积比配制的前驱体硅溶液。取4g壳聚糖微胶囊均匀分散于150ml正硅酸乙酯乙醇溶液,向溶液中滴加稀盐酸,使溶液pH≈4,在50℃下搅拌反应30min,之后升温在80℃继续搅拌2h,然后在40℃下继续搅拌24h,使凝胶陈化。反应结束后,依次用石油醚、蒸馏水洗涤,抽滤、干燥,得到二氧化硅壳聚糖双壳微胶囊。如图3所示,可以看到二氧化硅壳聚糖双壳微胶囊的微观形貌,胶囊表面光滑度降低,粒径增大至90μm。从图3可明显看出胶囊具有双壳结构,外壳壁厚d约为15μm。
Claims (10)
1.一种二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)分别制备石蜡乳液和壳聚糖醋酸溶液,将二者按照石蜡与壳聚糖的质量比为2:1进行混合,经过两次调节溶液pH值,并加入交联剂,得到壳聚糖单壳微胶囊;
(2)将壳聚糖单壳微胶囊分散于前驱体硅溶液中,加入引发剂引发前驱体水解,得到二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:所述石蜡乳液是由加热熔化的石蜡中滴加乳化剂并混合均匀得到的,所述乳化剂用量为石蜡质量的5%。
3.根据权利要求2所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:所述乳化剂为Span-80与OP-10按照质量比1:3配制的。
4.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:所述壳聚糖酸溶液是将壳聚糖溶解于质量浓度为5%的稀醋酸溶液,配制成质量分数为1%的壳聚糖醋酸溶液。
5.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:步骤(1)混合后保持反应温度60℃,搅拌速度1200r/min。
6.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:步骤(1)调节pH值先用NaOH溶液调节溶液pH值至7.5~9,使壳聚糖发生单凝聚反应;30min之后,再用稀盐酸调节溶液pH至5~6.5,所述稀盐酸作为交联反应的引发剂。
7.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:所述交联剂为戊二醛,添加量与壳聚糖质量比为2:1,交联反应时间为2h。
8.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:将步骤(1)得到的产物抽滤,依次用NaOH溶液、去离子水清洗,得到壳聚糖单壳微胶囊。
9.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述前驱体硅溶液为正硅酸乙酯与乙醇按照2:1的体积比配制而成,所述壳聚糖单壳微胶囊与正硅酸乙酯的质量比为4:1。
10.根据权利要求1所述的二氧化硅壳聚糖双壳储热微胶囊的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述引发剂为稀盐酸,调整溶液pH值在2~4之间,并在50℃下搅拌30min,升温至80℃搅拌2h,降温至40℃下继续搅拌24h。
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