[發明專利]一種包裹/釋放油性物質的二氧化硅氣凝膠微球及其制備方法

有效

• 申請號: 202010114072.4
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111170323B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 趙永亮;朱曉敏
• 申請（專利權）人: 寧波特粒科技有限公司
• 主分類號: C01B33/14
• 分類號: C01B33/14;C01B33/158;C01B33/157;B01J13/00;A61K47/04;A61K9/50;A61K8/25;A61K8/11;A61Q19/00
• 代理公司: 北京誠呈知識產權代理事務所(普通合伙) 11883
• 代理人: 劉敏

本發明公開了一種包裹/釋放油性物質的二氧化硅氣凝膠微球及其制備方法，該氣凝膠為球形，具有獨特的復合結構：球殼較致密，內部多孔，阻隔性能超過核殼結構微膠囊。可包裹油性物質，在外界刺激下，油性物質可以通過球殼上的微孔和介孔釋放。該制備方法包括：1合成一種聚烷氧基硅氧烷預聚體；2將預聚體、油性物質、水混合均勻后加入堿得到白色乳狀液；3將白色乳狀液分離、洗滌、濃縮或干燥得到氣凝膠微球分散液或氣凝膠微球粉末。氣凝膠制備與油性物質包裹同步完成，簡單高效、成本低廉，包裹效率接近100%，包裹量可達95%。氣凝膠微球機械性能強，表面和內部親疏水性可調。該氣凝膠微球可廣泛用于建筑、紡織、化妝品、生物醫藥等行業。

技術領域

本發明涉及一種包裹/釋放油性物質的二氧化硅氣凝膠微球及其制備方法，尤其涉及一種在不使用穩定劑或表面活性劑、不使用超臨界干燥或溶劑置換條件下制備的高孔隙率、包裹油性物質的氣凝膠微球及其制備方法、應用。

背景技術

氣凝膠因為其超低密度（0.003-0.6 g/cm³）、超高比表面積（400-1500 m²/g）、超高孔隙率（80-99.8%）和超低熱導率（0.013-0.038 W/mK），成為目前已知的最輕、隔熱性能最好的固體材料。氣凝膠的孔徑一般小于50納米，低于常溫常壓下空氣分子的平均自由程（70納米），減少了空氣分子之間的碰撞概率，避免了熱傳導，因而成為超級絕熱材料。

然而二氧化硅氣凝膠至今仍未實現大規模應用，原因在于其特殊的制備工藝。制備二氧化硅氣凝膠通常分為兩步，首先將二氧化硅前驅體（有機硅醇鹽、水玻璃或四氯化硅）在醇溶劑中水解得到硅的醇溶膠，通過調節pH至中性，得到濕凝膠，也就是所謂的溶膠-凝膠法。然后是除去濕凝膠中的溶劑，得到干燥的二氧化硅氣凝膠。這步通常采用超臨界干燥或常壓干燥。超臨界干燥是在高壓容器內，調節容器內部溫度和壓力使其超過干燥介質的臨界點，這樣此前存在的氣/液界面就會消失，表面張力不復存在，干燥介質就會取代濕凝膠中的醇溶劑。所以超臨界干燥工藝能有效避免氣凝膠骨架在干燥過程中收縮和坍塌，得到高孔隙率、高力學性能的氣凝膠。但是超臨界干燥設備昂貴，干燥條件苛刻，危險性高，固而生產成本居高不下。中國專利CN103706342A中公開的干燥介質為CO₂，其超臨界壓力為8-12 MPa，中國專利CN101973558A中公開的乙醇超臨界干燥的溫度為250-275 ^oC，壓力為9-13 MPa。基于此，科研人員開始探索常壓干燥制備氣凝膠的方法，然而受限于第一步的溶膠-凝膠制備工藝，常壓干燥需要多次將氣凝膠孔道內的溶劑（多為醇類或水）置換成低表面張力的溶劑（如正己烷、環己烷等），有時甚至還需要將孔道內表面進行疏水化處理，這樣才能在溶劑揮發過程中保證氣凝膠骨架不收縮或坍塌。如中國專利CN101503195，CN102020285A和CN103043673A分別公開了常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠的方法，但是生產周期長，溶劑使用量大，環保壓力大，操作冗繁。

目前生產的二氧化硅氣凝膠主要用于隔熱材料的開發，如隔熱氈以及隔熱涂料，但還鮮有將二氧化硅氣凝膠用于包裹/緩釋領域的報道。本發明人認為，可能的原因來自于氣凝膠的制備工藝和氣凝膠本身的結構。如前所述，氣凝膠制備過程中需要將溶劑通過超臨界或其他干燥方法除去，才能得到理想的孔隙率，因而在氣凝膠制備過程中，無法實現功能物質的包裹（干燥時會同溶劑一起被除去），即使通過其他輔助手段實現包裹，也只能發生在氣凝膠制備完成之后。另一方面，所制得的氣凝膠多為塊狀結構，要實現與其他材料的高效復合，如與工程塑料復合，與乳液復合，都需要粉碎成理想尺寸，除了會破壞氣凝膠膠孔隙外，還會使氣凝膠擁有更多的開孔結構，如果用于包裹功能物質，很難實現長效封裝，更不可能實現后期可控釋放。而且這種氣凝膠多具有疏水表面，且密度較低，很難分散在水性體系中，而傳統的二氧化硅包裹技術則需要結合溶膠-凝膠法和油水乳液（參考中國專利CN105797659A、CN108699427A及美國專利US6303149B1），并用到大量的表面活性劑來穩定乳液。因此，將高孔隙率的二氧化硅氣凝膠用于功能物質的包裹與釋放，在現有技術層面，難以實現。

發明內容