CN110433739B - 一种基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了一种基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的方法，属于材料技术领域。基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的方法，其特征在于，将Pickering乳液和溶剂挥发法结合制备微胶囊，利用防污剂与纳米颗粒之间的化学反应对微胶囊表面进行修饰，使其兼具防污和抗腐功能，本发明制备的微胶囊可以广泛应用于针对海洋领域的自修复涂层中。此外，本发明的微胶囊制备方法可以将其进一步扩展来制备不同种类的多功能微胶囊，甚至在食品、化妆品和医药领域也有着潜在的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的 方法，属于材料技术领域。
背景技术
国家海洋经济的发展推动了大批海洋基础设施的修建，但海洋腐 蚀问题造成的损失不容小觑。据中国工程院重大咨询项目调查，2014 年，我国海洋腐蚀损失达7000亿元。海港、桥梁、隧道以及海岸工 程的蓬勃发展迫切需要海洋防护材料的保驾护航。具有较强导电性的 海水是造成海洋腐蚀严重的主要原因，微生物腐蚀及其随后的污损行 为则是海洋工程材料破坏的另一个主要原因。
近年来，人们针对外援型自修复抗腐涂层的研究逐年增多，将其 应用于海洋工程材料可以有效增加其服役寿命，并降低维护费用，具 有广阔的市场前景。制备封装抗腐材料(愈合剂或缓蚀剂)的微胶囊 是构筑外援型自修复抗腐涂层的核心技术。然而，由于当前研究的大 部分微胶囊都只具有抗腐功能而不具备防污功能，使得目前所开发的 自修复抗腐涂层在海洋领域的应用中受到限制。因而，制备兼具防污 抗腐功能的微胶囊是一项比较有意义的挑战。
Pickering乳液是采用固体纳米颗粒替代或部分替代传统表面活 性剂稳定的乳液。目前该技术已在食品、化妆、医药领域广泛应用， 用其制备防污抗腐微胶囊鲜有报导。与表面活性剂相比，固体纳米颗 粒在乳液界面的吸脱附过程几乎不可逆。因此，Pickering乳液具有卓 越的稳定性。此外，Pickering乳液表面具有固体纳米颗粒本身的性 质，对其进行修饰可赋予其附加功能，此性能正好满足了我们想要制 备兼具防污抗腐功能的微胶囊的目的。此外，采用Pickering乳液和 溶剂挥发法结合制备微胶囊制备工艺简单、成本低廉，易于工业放大 生产，因此具有很强的工业化能力与应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对上述几个问题，提出一种基于Pickering乳 液制备防污抗腐功能微胶囊的方法。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的方法，包括 以下步骤：
(1)Pickering乳液的制备：将二氯甲烷(溶剂)、聚砜(壁材)、 防锈油(芯材)三者按质量比(10～20)：(1～3)：(2～5)，机 械搅拌混合10min，配制成油相；以含有质量分数为1～5％Ludox TMA的水溶液作为水相；将油相与水相以体积比为(1～4)：10混 合，采用超声处理，制成Pickering乳液；
(2)溶剂挥发法与Pickering乳液结合制备微胶囊：取一定量上述Pickering乳液置于烧杯中，在25～40℃下机械搅拌4～12h待有机溶 剂二氯甲烷完全挥发，然后将溶液静置，得到装载防锈油的微胶囊， 即具有抗腐功能的微胶囊；
(3)微胶囊修饰：往上述含有微胶囊的溶液中加入一定量的防污剂， 在20℃下机械搅拌12h，利用防污剂与二氧化硅表面的羟基发生水解 和缩合反应修饰微胶囊，最后通过离心或过滤得到防污抗腐功能的微 胶囊。
作为优选，所述步骤(1)中的二氯甲烷(溶剂)、聚砜(壁材)、 防锈油(芯材)三者按质量比(15～20)：(1～2)：(2～3)。
作为优选，所述步骤(1)中的水相为3～5％Ludox TMA的水溶 液。
作为优选，所述步骤(1)中油相与水相以体积比为(3～4)： 10。
作为优选，所述步骤(1)中的超声处理条件为使用超声波均质 器在冰水混合浴保护下处理样品，所用探头直径为1.6mm、3.2mm、 或6.4mm，有效超声时间为5～30min，超声模式为10～60s开，5～ 30s关。
作为优选，所述步骤(2)中的制备微胶囊的条件为35～40℃、 500r/min机械搅拌6h将二氯甲烷挥发。
作为优选，所述步骤(1)中的防污剂为二甲基十八烷基[3-(三甲 氧基硅基)丙基]氯化铵。
本发明有益效果在于：
本发明公开的一种基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊 的方法，将Pickering乳液和溶剂挥发法结合制备微胶囊，制备方法 新颖。现有的技术制备Pickering乳液时通常需要采用改性的纳米颗 粒，本发明采用的Ludox TMA亲水性纳米二氧化硅制备Pickering乳 液，制备工艺简单、成本低廉，易于工业放大生产，因此具有很强的 工业化能力与应用前景。本发明利用防污剂与纳米颗粒之间的化学反 应对微胶囊表面进行修饰，使其兼具防污和抗腐功能，本发明制备的 微胶囊可以广泛应用于针对海洋领域的自修复涂层中。此外，本发明 的微胶囊制备方法可以将其进一步扩展来制备不同种类的多功能微胶囊，甚至在食品、化妆品和医药领域也有着潜在的应用前景。
附图说明
图1a为实施例1制备的Pickering乳液的显微镜图。
图1b为实施例2制备的Pickering乳液的显微镜图。
图1c为实施例3制备的Pickering乳液的显微镜图。
图1d为实施例4制备的Pickering乳液的显微镜图。
图2为实施例4制备的防污抗腐功能微胶囊SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
将二氯甲烷（溶剂）、聚砜（壁材）、防锈油（芯材）三者按质量比20：1：2，机械搅拌混合10min，配制成油相；以含有质量分数为3%Ludox TMA的水溶液作为水相；将油相与水相以体积比为1：10混合，采用超声处理，超声处理条件为使用超声波均质器在冰水混合浴保护下处理样品，所用探头直径为6.4mm，有效超声时间为5min，超声模式为10s开，5s关，制成Pickering乳液，图1a为其Pickering乳液的显微镜图；
取20g上述Pickering乳液置于烧杯中，在35℃下机械搅拌6h待有机溶剂二氯甲烷完全挥发，然后将溶液静置，得到装载防锈油的微胶囊，即具有抗腐功能的微胶囊；
往上述含有微胶囊的溶液中加入1g二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵，在20℃下机械搅拌12h，利用二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵与二氧化硅表面的羟基发生水解和缩合反应修饰微胶囊，最后通过过滤得到防污抗腐功能的微胶囊。
实施例2
将二氯甲烷（溶剂）、聚砜（壁材）、防锈油（芯材）三者按质量比20：1：2，机械搅拌混合10min，配制成油相；以含有质量分数为3%Ludox TMA的水溶液作为水相；将油相与水相以体积比为2：10混合，采用超声处理，超声处理条件为使用超声波均质器在冰水混合浴保护下处理样品，所用探头直径为6.4mm，有效超声时间为5min，超声模式为10s开，5s关，制成Pickering乳液，图1b为其Pickering乳液的显微镜图；
取20g上述Pickering乳液置于烧杯中，在35℃下机械搅拌6h待有机溶剂二氯甲烷完全挥发，然后将溶液静置，得到装载防锈油的微胶囊，即具有抗腐功能的微胶囊；
往上述含有微胶囊的溶液中加入1g二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵，在20℃下机械搅拌12h，利用二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵与二氧化硅表面的羟基发生水解和缩合反应修饰微胶囊，最后通过过滤得到防污抗腐功能的微胶囊。
实施例3
将二氯甲烷（溶剂）、聚砜（壁材）、防锈油（芯材）三者按质量比20：1：2，机械搅拌混合10min，配制成油相；以含有质量分数为3%Ludox TMA的水溶液作为水相；将油相与水相以体积比为3：10混合，采用超声处理，超声处理条件为使用超声波均质器在冰水混合浴保护下处理样品，所用探头直径为6.4mm，有效超声时间为5min，超声模式为10s开，5s关，制成Pickering乳液，图1c为其Pickering乳液的显微镜图；
取20g上述Pickering乳液置于烧杯中，在35℃下机械搅拌6h待有机溶剂二氯甲烷完全挥发，然后将溶液静置，得到装载防锈油的微胶囊，即具有抗腐功能的微胶囊；
往上述含有微胶囊的溶液中加入1g二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵，在20℃下机械搅拌12h，利用二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵与二氧化硅表面的羟基发生水解和缩合反应修饰微胶囊，最后通过过滤得到防污抗腐功能的微胶囊。
实施例4
将二氯甲烷（溶剂）、聚砜（壁材）、防锈油（芯材）三者按质量比20：1：2，机械搅拌混合10min，配制成油相；以含有质量分数为3%Ludox TMA的水溶液作为水相；将油相与水相以体积比为4：10混合，采用超声处理，超声处理条件为使用超声波均质器在冰水混合浴保护下处理样品，所用探头直径为6.4mm，有效超声时间为5min，超声模式为10s开，5s关，制成Pickering乳液，图1d为其Pickering乳液的显微镜图；
取20g上述Pickering乳液置于烧杯中，在35℃下机械搅拌6h待有机溶剂二氯甲烷完全挥发，然后将溶液静置，得到装载防锈油的微胶囊，即具有抗腐功能的微胶囊；
往上述含有微胶囊的溶液中加入1g二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵，在20℃下机械搅拌12h，利用二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵与二氧化硅表面的羟基发生水解和缩合反应修饰微胶囊，最后通过过滤得到防污抗腐功能的微胶囊，图2为其扫描电镜（SEM）图片。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的方法，其特征在于，制备封装防锈油的Pickering乳液，采用溶剂挥发法与Pickering乳液结合制备装载防锈油的微胶囊，采用防污剂对微胶囊进行化学修饰，得到防污抗腐功能的微胶囊；
所述的封装防锈油的Pickering乳液的制备步骤为：
将二氯甲烷（溶剂）、聚砜（壁材）、防锈油（芯材）三者按质量比（10～20）：（1～3）：（2～5），机械搅拌混合10min，配制成油相；以含有质量分数为1～5%Ludox TMA的水溶液作为水相；将油相与水相以体积比为（1～4）：10混合，采用超声处理，制成Pickering乳液；
所述的溶剂挥发法与Pickering乳液结合制备装载防锈油的微胶囊的制备步骤为：
取一定量Pickering乳液置于烧杯中，在25～40℃下机械搅拌4～12h待有机溶剂二氯甲烷完全挥发，然后将溶液静置，得到装载防锈油的微胶囊，即具有抗腐功能的微胶囊；
所述的防污剂对微胶囊进行化学修饰步骤为：
往含有微胶囊的溶液中加入一定量的防污剂，在20℃下机械搅拌12h，利用防污剂与二氧化硅表面的羟基发生水解和缩合反应修饰微胶囊，最后通过离心或过滤得到防污抗腐功能的微胶囊。
2.根据权利要求1所述的基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的方法，其特征在于，所述的防污剂为二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵。
3.根据权利要求1所述的基于Pickering乳液制备防污抗腐功能微胶囊的方法，其特征在于，超声处理条件为使用超声波均质器在冰水混合浴保护下处理样品，所用探头直径为1.6mm、3.2mm或6.4mm，有效超声时间为5～30min，超声模式为10～60s开，5～30s关。
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