[发明专利]一种具有缓释特性的硅油微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工新材料领域，具体涉及一种具有缓释特性的硅油微胶囊及其制备方法。

发明背景

现有技术公开了硅油具有黏温系数小、耐高低温、抗氧化、闪电高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小、对金属无腐蚀、无毒、蒸汽压低等特点，可用于高级润滑油、绝缘油、消泡剂、脱模剂、增光剂、防污涂料等。研究显示，含有硅油的微胶囊除了上述用途外，还可用于武器的高效缓蚀剂、有机污染物萃取剂、生物氧化反应储存器、缓释疏水剂、缓释防污剂等。目前，硅油微胶囊的制备方法有乳液聚合法、原位聚合法、溶剂蒸发法等，如日本专利JP2007034156-A采用乳液聚合法制备了聚丙烯酸树脂为外壳的硅油微胶囊，干燥后可用于墨粉的制备；Luo等(J.Microencapsul.2008，25，196-202)采用溶剂蒸发法制备了以聚砜为壳层的硅油微胶囊，用于水中的有毒挥发性有机物的处理；黄振亚(黄振亚，南京理工大学硕士论文，2008)采用原位聚合法制备了以脲醛树脂为壳层的硅油微胶囊，可以有效地降低发射药对武器身管的烧蚀。但上述硅油微胶囊都以有机树脂(如聚丙烯酸树脂、脲醛树脂、聚酰胺树脂、聚砜树脂)为壳体，存在制备工艺复杂、环保性不佳，以及硅油微胶囊壁耐热性差等缺点。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种制备工艺简单，安全无毒，性能优异，具有缓释性能的硅油微胶囊，本发明的硅油微胶囊可直接作为水性涂料的缓释疏水添加剂，赋予涂料持久的防水、防冰、防污等功能。

另一方面，本发明提供了一种在水性体系中制备硅油微胶囊的新方法。

本发明所述的硅油微胶囊以硅油、正硅酸乙酯(TEOS)或正硅酸甲酯(TMOS)和含长链烷基的硅烷偶联剂组成的混合物为油相，以阴离子/非离子表面活性剂复配为乳化剂，通过预乳化、超声细乳化、pH调节、室温搅拌水解制得能稳定储存的硅油微胶囊分散液。其中硅油微胶囊的壳层为二氧化硅，是通过细乳液液滴中的TEOS(或TMOS)和硅烷偶联剂在油/水界面发生水解缩聚而形成，壳层中存在孔隙，为硅油分子向外扩散提供通道。

本发明制得的硅油微胶囊粒径140-260nm，壳层厚度10-40nm，硅油分散液的固含量为10％-30％，优选固含量13％-20％。

本发明所用硅油为非官能团的线型硅油，如二甲基硅油、二乙基硅油、甲基苯基硅油等，用量为3-10wt％。

本发明所采用的硅烷偶联剂含有至少一个长链烷基和至少一个烷氧基，长链烷基中的甲基和亚甲基数≥16。烷基链段起二氧化硅壳层与硅油核之间的连接作用，链段过短，二氧化硅不能有效包覆在硅油液滴的表面。烷氧基基团可使硅烷偶联剂与TEOS(或TMOS)发生共缩聚。此类硅烷偶联剂包括：十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷等，TEOS和硅烷偶联剂含量总量与硅油的比例约为0.5∶1-1∶1(重量比)。

本发明采用阴离子型表面活性剂与非离子表面活性剂复配作为初始细乳液液滴的乳化稳定剂，阴离子型/非离子型乳化剂的比例范围为0.2∶1-1∶1(重量比)，其中阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等阴离子型表面活性剂中的一种或几种，非离子型乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚等非离子型表面活性剂中的一种或几种。表面活性剂总量与油相的比例范围为0.1∶1-0.3∶1。

本发明所采用的超声细乳化的时间范围为10-30分钟。超声时间过短，细乳化不充分，乳液易失稳；超声时间过长，细乳液液滴表面生成的高活性氧化硅含量增加，易在超声时产生破乳现象。

本发明需采用pH值调节剂将细乳液的pH值调节为7-8，pH值的调节时机为超声细乳化结束之后，在其它阶段调节pH值均不易得到稳定的硅油微胶囊分散液。所采用的pH调节剂为碱金属、碱土金属或铵的碱、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸氢盐、磷酸盐或硫酸氢盐等，如碳酸氢钠、碳酸钠、磷酸钾、硫酸氢钾等。

本发明所采用的细乳液水解工艺条件为：室温搅拌24-48h。

本发明所获得的硅油微胶囊，可以直接用作水性涂料的疏水添加剂，以制备具有持久性的防水、防覆冰、防污闪等功能的涂料。

本发明提出的具有缓释特性的硅油微胶囊的制备方法，具有以下优点：

工艺简单、成本低、反应条件温和、易于控制。反应在水性介质中进行，完全不含有机溶剂，安全无毒。制得的硅油微胶囊分散液浓度高，稳定性好，可直接填充于水性涂料之中。