[發(fā)明專利]一種改性脲醛樹脂低溫相變微膠囊及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410212600.4
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN104004499A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉琳;劉欽礦;楊曉波;宋曉秋
• 申請（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)學院
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;B01J13/14
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微膠囊及其制備方法，具體是一種改性脲醛樹脂低溫相變微膠囊及其制備方法。

背景技術(shù)

相變材料在相變過程中能夠吸收或釋放大量的潛熱，而在此過程中材料本身的溫度變化極小，因此它在節(jié)能、溫度控制等領(lǐng)域有著極大的意義，非常適合于解決能量供給與需求失衡的難題。將相變材料進行微膠囊化，不但其熱傳導(dǎo)面積得到有效地增大，降低了其與周圍物質(zhì)反應(yīng)的可能性，且控制了它在相變過程中產(chǎn)生的體積變化，從根本上克服了相變材料應(yīng)用的局限性，實現(xiàn)了相變材料的永久固態(tài)化，有效地解決了其泄漏、相分離以及腐蝕性等問題，提高了相變材料使用的效率，因此，相變微膠囊的制備及應(yīng)用已成為國內(nèi)外研究領(lǐng)域的熱點和難點課題之一。

脲醛樹脂是尿素和甲醛經(jīng)過加成與縮聚反應(yīng)形成的熱固性氨基樹脂，原料易得、價格低廉、應(yīng)用方便，所形成相變微膠囊具有良好的分散性、韌性與耐熱性，是相變微膠囊的一類重要壁材。無論是從提高效率角度考慮還是從環(huán)保角度考慮，都具有非常光明的發(fā)展前景，可以在生物醫(yī)藥，食品保鮮，冷藏物流等多個領(lǐng)域應(yīng)用。

但是，脲醛樹脂存在耐水與耐候性差、儲存期短、游離甲醛釋放量大等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于為了解決上述現(xiàn)有的脲醛樹脂應(yīng)用于微膠囊壁材時，游離甲醛釋放量較高等技術(shù)問題而提供一種改性脲醛樹脂低溫相變微膠囊。

本發(fā)明的另一目的之二在于提供上述的一種改性脲醛樹脂低溫相變微膠囊的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)原理

本發(fā)明的使用低溫有機相變材料正十四烷作為芯材物質(zhì)，尿素和甲醛經(jīng)一定的聚合反應(yīng)行成脲醛樹脂聚合壁材，壁材將芯材物質(zhì)包裹起來得到微膠囊顆粒水溶液，再將這些微膠囊顆粒水溶液經(jīng)過減壓抽濾，溶劑洗滌和干燥后得到白色粉末狀脲醛樹脂相變微膠囊固體顆粒。將這種脲醛樹脂相變微膠囊固體顆粒應(yīng)用在食品保鮮和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域中，可以使目標物品在5.5℃左右的溫度下保持較長時間，有效抑制食品變質(zhì)，腐敗及細菌滋生，且同時具有安全健康的性能，是一種具有高附加值的良好填充劑，其制備方法包括如下過程，即采用原位聚合法，以脲醛樹脂為壁材，正十四烷為芯材制備有機相變微膠囊，其中水相是尿素與甲醛形成的均勻溶液；油相是經(jīng)充分乳化的有機相變材料正十四烷的乳化液，將預(yù)聚體滴加到油相中，經(jīng)原位聚合法形成有機相變微膠囊。

本發(fā)明低溫有機相變材料微膠囊的制備所采用的原理如下：

1、壁材脲醛樹脂形成的反應(yīng)原理

脲醛樹脂的形成，即尿素和甲醛的反應(yīng)過程，一般認為反應(yīng)是通過二個階段：羥甲基脲生成階段（加成反應(yīng)）和樹脂化階段（縮聚反應(yīng)），反應(yīng)機理具體如下所示。

（1）??加成反應(yīng)階段：調(diào)節(jié)尿素和甲醛的反應(yīng)體系為堿性環(huán)境，甲醛分子轉(zhuǎn)變成為C⁺H₂O^-。此時存在于尿素分子中的^_NH₂基的N原子與C⁺相配位，H脫落中和O^-，即生成一羥甲基脲。

尿素分子中的另一個^_NH₂基也可以與甲醛反應(yīng)，生成二羥甲基脲。但是^_NH₂基和^_NH^_基的反應(yīng)性差異很大，如果甲醛過量的很多，也可生成三羥甲基脲和四羥甲基脲，它們的存在有間接的證明。一羥甲基脲、二羥甲基脲和三羥甲基脲的反應(yīng)速度比為9：3：1，理論上比較完全的加成反應(yīng)時間為1h。適合于形成性能優(yōu)越的脲醛樹脂微膠囊的反應(yīng)為形成二羥甲基脲。

（2）??縮聚反應(yīng)階段：在堿性環(huán)境中，反應(yīng)進行到羥甲基脲階段。此時調(diào)節(jié)反應(yīng)體系為酸性環(huán)境，尿素是一種酸性NH化合物，可作為親核反應(yīng)試劑與N-羥甲基脲受酸的影響所形成的共振穩(wěn)定C⁺-NH₂離子發(fā)生親核取代反應(yīng)，從而進行鏈增長，生成即不溶于水也不溶于有機溶劑的聚亞甲基脲。

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羥甲基脲的分子結(jié)構(gòu)中由于存在比較活潑的基團羥甲基（^_CH₂OH），可進一步進行縮聚反應(yīng)，生成具有線性結(jié)構(gòu)的聚合物。然后這些線性聚合物分子鏈之間形成橫向交聯(lián)，不僅僅是分子鍵之間羥甲基相互作用，羥甲基與亞氨基的氨之間也相互作用，這使得脲醛樹脂轉(zhuǎn)化為不溶不熔狀態(tài)。脲醛樹脂轉(zhuǎn)化為不溶狀態(tài)時放出水和甲醛，可以下列反應(yīng)時表示：