可控制释放过硫酸铵微胶囊的制备与性能研究

发布时间：2017-09-05 04:19

  本文关键词：可控制释放过硫酸铵微胶囊的制备与性能研究

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【摘要】：可控制缓慢或定时释放的微胶囊制备与释放技术在药物传递、催化剂、破胶剂、相变材料、水处理剂、缓蚀剂、农药、粘合剂、自修复材料等工业领域具有非常广阔的理论及实际应用价值。本论文以水溶性过硫酸铵为芯材,以制备可控制缓慢或定时释放的过硫酸铵微胶囊为目标(该微胶囊可作为石油开采的破胶剂),研究其形成及控释机理。主要开展了以下几个方面的研究工作：(1)以固体过硫酸铵颗粒为芯材,聚吡咯为壳材,通过原位聚合法成功制备了可控制缓慢释放型的过硫酸铵微胶囊。通过一系列的表征手段(透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、光学显微镜(OM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线粉末多晶衍射(XRD)、热重分析仪及电导率仪(TGA)等)考察了微胶囊的内部及表面形态、壳厚、分散性、化学组成、热稳定性和控释性能等,并在此基础上提出了过硫酸铵微胶囊的形成及控释机理。研究了微胶囊的储存稳定性,结果表明：微胶囊在室温下储存6个月后依然能够很好地分散在水体系中,并且尺寸没有发生明显的变化,说明本方法适合制备可长时间储存的微胶囊。研究了微胶囊壳厚及壳组成对微胶囊在水体系中释放性能的影响,此外还研究了温度对微胶囊释放性能的影响。研究结果表明：微胶囊的释放时间长短可通过调节壳材的厚度或壳材中甘油单体的浓度或温度进行调控。(2)以固体过硫酸铵颗粒为芯材,P(St-co-MMA)共聚物为壳,通过蒸发-分散-聚合法成功制备了可控制定时释放型的过硫酸铵微胶囊。微胶囊的平均尺寸在10～16μm左右,微胶囊的壳外表面覆盖着一层纳米粒子(50～100nm),并且是高度致密的。研究了微胶囊的储存稳定性,结果表明：微胶囊在室温中储存5个月后,其形态、分散性及控释性能基本没有发生变化,说明该方法制备的微胶囊同样具有较好的储存稳定性,其满足了工业化应用的基本要求。研究了微胶囊在不同的温度、pH值、NaCl浓度条件下的释放性能,研究发现微胶囊中的芯材过硫酸铵是定时从微胶囊中突释出来,并且其起始释放的时间可通过调节温度和NaCl浓度进行调控。此外,通过蒸发-分散-聚合法同样成功制备了可控制定时释放的亚硝酸钠微胶囊,此结果说明该方法具有一定的通用性,为制备其它类型的微胶囊提供了理论指导。(3)以过硫酸铵乳液为芯材、P(MMA-co-AA)共聚物为壳,在蒸发-分散-聚合法的基础上,提出了乳化-蒸发-聚合法制备过硫酸铵微胶囊。通过一系列的表征手段证实该方法同样可制备具有定时释放功能的过硫酸铵微胶囊,并提出了微胶囊的形成机理。在水体系中研究了微胶囊的控释性能,结果表明：微胶囊中的芯材能在8-32小时内的某个时间段内定时从微胶囊中释放出来,并且其起始释放时间除了可通过调节水体系的温度和NaCl浓度外,还可以通过调节水体系的pH值及微胶囊的壳厚进行调控。通过OM和FE-SEM表征手段观测了微胶囊完整的释放过程。结果表明：微胶囊的尺寸随着微胶囊在热水体系中存放时间的延长逐渐溶胀变大,微胶囊的壳厚也随之逐渐变薄,当壳材的溶胀度超过一定限度后,壳材破裂,此时微胶囊中的芯材从微胶囊中定时释放出来,在此基础上提出了微胶囊的控释机理。(4)先对水溶性的过硫酸铵颗粒进行疏水性修饰,接着以疏水性修饰后的过硫酸铵颗粒为芯材,采用原位聚合法成功合成了PMM/Ppy复合壳型的微胶囊。研究了油酸和硅烷偶联剂两种材料分别通过物理和化学修饰的方法对过硫酸铵颗粒表面进行疏水性修饰,结果表明：过硫酸铵经上述两种材料修饰后,其疏水性都得到了明显的提高,其中经硅烷偶联剂修饰后的过硫酸铵,其疏水性较油酸修饰后的过硫酸铵要好。通过比较两种修饰后的过硫酸铵在水中的溶解性,分别提出了硅烷偶联剂和油酸与过硫酸铵的反应机理。通过FE-SEM、FTIR、XRD、TGA等表征手段对微胶囊进行表征,结果表明：过硫酸铵被PMMA和Ppy两种聚合物交替包裹,成功制备了单层PMMA/PPy复合壳型微胶囊,并且过硫酸铵在实现微胶囊后,其性质与上述方法制备的微胶囊一样,同样没有发生变化。在不同的温度、pH值、剪切力的条件下考察了复合壳型微胶囊的控释性能,结果表明：本方法制备的微胶囊同样具有定时突释功能,并且其释放性能只受温度的影响,而不受pH值、剪切力的影响。
【关键词】：过硫酸铵 微胶囊 控制释放
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ113.73;TE39
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-10
• 第一章 绪论10-47
• 1.1 微胶囊技术10-17
• 1.1.1 微胶囊技术概述10-12
• 1.1.2 微胶囊制备方法12-17
• 1.2 微胶囊的释放原理及释放方式17-19
• 1.2.1 微胶囊释放原理17
• 1.2.2 微胶囊的释放方式17-18
• 1.2.3 影响微胶囊芯材释放的因素18-19
• 1.3 微胶囊技术在油田上的应用19
• 1.4 水力压裂简介19-21
• 1.5 压裂液概述21-27
• 1.5.1 压裂液种类21-24
• 1.5.2 压裂液性能要求24-26
• 1.5.3 压裂液发展现状26-27
• 1.6 水力压裂液添加剂27-39
• 1.6.1 增稠剂27-30
• 1.6.2 交联剂30
• 1.6.3 破胶剂30-37
• 1.6.4 其它添加剂37-39
• 1.7 本论文研究内容及创新点39-40
• 1.7.1 论文研究内容39-40
• 1.7.2 论文创新点40
• 参考文献40-47
• 第二章 原位聚合法制备可控制缓慢释放型的过硫酸铵微胶囊及其性能研究47-63
• 2.1 引言47-48
• 2.2 实验部分48-49
• 2.2.1 主要试剂及药品48
• 2.2.2 过硫酸铵微胶囊的制备48-49
• 2.2.3 过硫酸铵微胶囊的表征49
• 2.2.4 微胶囊包裹率的测定49
• 2.3 结果与讨论49-61
• 2.3.1 微胶囊包裹条件的选择和优化49-55
• 2.3.2 微胶囊组分的分析55-57
• 2.3.3 微胶囊释放性能的测定57-60
• 2.3.4 微胶囊的形成及释放机理60-61
• 2.4 小结61
• 参考文献61-63
• 第三章 蒸发-分散-聚合法制备可控制定时释放型的过硫酸铵微胶囊及其性能研究63-78
• 3.1 引言63-64
• 3.2 实验部分64-65
• 3.2.1 主要试剂及药品64
• 3.2.2 微胶囊的合成64-65
• 3.2.3 微胶囊的表征65
• 3.3 结果与讨论65-75
• 3.3.1 微胶囊的形成机理65-66
• 3.3.2 微胶囊的形态及尺寸分布66-67
• 3.3.3 微胶囊的组分及热稳定性分析67-69
• 3.3.4 微胶囊的壳表面形貌分析69-71
• 3.3.5 微胶囊的控释性能71-73
• 3.3.6 微胶囊的储存稳定性73-74
• 3.3.7 亚硝酸钠微胶囊的制备74-75
• 3.4 小结75-76
• 参考文献76-78
• 第四章 乳化-蒸发-聚合法制备可控制定时释放型的过硫酸铵微胶囊及其性能研究78-95
• 4.1 引言78-79
• 4.2 实验部分79-81
• 4.2.1 主要试剂及药品79
• 4.2.2 微胶囊的合成79-80
• 4.2.3 微胶囊的表征80
• 4.2.4 微胶囊包裹率的测定80-81
• 4.3 结果与讨论81-92
• 4.3.1 微胶囊的形成机理81-82
• 4.3.2 微胶囊的形态分析82-84
• 4.3.3 微胶囊的组分及热稳定性分析84-87
• 4.3.4 微胶囊的控释性能87-91
• 4.3.5 微胶囊的溶胀和突释机理91-92
• 4.4 小结92-93
• 参考文献93-95
• 第五章 复合壳型可控制定时释放过硫酸铵微胶囊的制备与性能研究95-114
• 5.1 引言95-96
• 5.2 实验部分96-98
• 5.2.1 主要试剂及药品96
• 5.2.2 实验方法96-97
• 5.2.3 样品的表征97-98
• 5.3 结果与讨论98-111
• 5.3.1 OA-modified APS和Silane-modified APS样品的表面形貌98-99
• 5.3.2 OA-modified APS和Silane-modified APS样品的改性机理99
• 5.3.3 OA-modified APS和Silane-modified APS样品的组分分析99-102
• 5.3.4 OA-modified APS和Silane-modified APS样品的疏水效果102-105
• 5.3.5 PMMA/Ppy复合壳型微胶囊的形成机理105-106
• 5.3.6 PMMA/Ppy复合壳型微胶囊的SEM表征106-107
• 5.3.7 PMMA/Ppy复合壳型微胶囊的FTIR表征107-108
• 5.3.8 PMMA/Ppy复合壳型微胶囊的XRD和TGA表征108-109
• 5.3.9 PMMA/Ppy复合壳型微胶囊的控释性能109-111
• 5.4 小结111-112
• 参考文献112-114
• 第六章 全文总结114-116
• 攻读博士学位期间取得的科研成果116-118
• 致谢118-119

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