Способ получения микрокапсул

 

Изобретение применимо при микрокапсулировании смазочно-охлаждающих технологических средств в оболочки, включающие в свой состав ферромагнитные вещества. В основу метода положен процесс микрокапсулирования посредством эмульгирования материала ядра в растворе желатина, введения добавок, снижающих растворимость желатина, осаждения желатина на поверхность капель эмульсии с последующим отверждением образовавшихся полимерных оболочек. При этом в состав оболочек микрокапсул дополнительно вводят ферромагнитные частицы в количестве 20-60% от массы оболочки, а при сшивке оболочек используют соли поливалентных металлов в количестве 2,5-10 мл в виде 2,5%-ного водного раствора, достигается получение микрокапсул с высокой теплостойкостью полимерных оболочек, обладающих магнитными свойствами. 1 табл.

Изобретение относится к области микрокапсулирования, в частности к микрокапсулированию смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в оболочки, включающие в свой состав ферромагнитные вещества. Микрокапсулы, полученные в соответствии с изобретением, предназначены для использования в машиностроении.

Известен способ получения микрокапсул (МК), при котором процесс микрокапсулирования проводят в три этапа. На первом этапе формируется первичная желатиновая оболочка методом простой коацервации с использованием в качестве добавки, снижающей растворимость желатина, неорганической соли. На втором этапе формируют вторичную оболочку, которая состоит из чистой поликислоты. На третьем этапе производят сшивку вторичной оболочки микрокапсул, для чего их обрабатывают раствором любых водорастворимых солей поливалентных металлов. При таком процессе микрокапсулирования оболочки МК выдерживают температуру до 270-285^oC [1].

Недостатком этого способа является невозможность регулирования направлением движения МК при их использовании в качестве микроконтейнеров для подачи смазочно-охлаждающих технологических средств к зоне контакта взаимодействующих металлических поверхностей. Кроме того процесс формирования оболочек технологически сложен и имеет высокую стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ микрокапсулирования лекарственных препаратов для медицинских целей, при котором для возможности управления движением МК в их ядро вводятся магниточувствительные частицы (CoMnP, BaFe₁₂O₁₉, Fe₃O₄, NiO, Mn₂O₃). Количество этих частиц в МК составляет 6,0-20,0 процентов от веса использованной внутренней фазы. Направленное движение МК осуществляется посредством воздействия на них внешними электромагнитными полями [2].

Основным недостатком этого способа является низкая температура вскрытия оболочек МК, которая находится в пределах 55-60^oC. Другим недостатком способа является сложное управление движением МК, т.к. требует использования сложного оборудования для получения внешнего электромагнитного поля, его вида и ориентации.

Целью изобретения является разработка эффективного способа получения микрокапсул с высокой теплостойкостью полимерных оболочек, обладающих магнитными свойствами, для направленной подачи смазочно-охлаждающих технологических средств к зоне контакта взаимодействующих металлических поверхностей без использования внешних электромагнитных полей.

Поставленная цель достигается тем, что МК изготавливались с оболочками из желатина. Процесс формирования оболочек включает в себя следующие стадии. 1,5 г желатина растворялось в 21 мл дистиллированной воды при температуре 45-50^oC. В полученный раствор добавлялось 0,5 мл 15%-ной уксусной кислоты. После этого в раствор вводилось 0,30-0,90 г ферромагнитных частиц, представляющих собой мелкодисперсный порошок Fe₃O₄ с размером частиц 10-15 нм. Раствор перемешивался до получения однородной суспензии. Затем в суспензию при постоянном перемешивании вводился материал ядра МК - индустриальное масло И-40А в количестве 11,5-12,0 мл. Скорость перемешивания зависит от требуемых размеров МК. Для уменьшения растворимости желатина, т.е. его выделения в виде коацервата, в полученный раствор вводилось 20 мл 20%-ного сульфата натрия. Затем температура раствора уменьшалась до 5^oC. Полученная суспензия промывалась в дистиллированной воде для удаления остатков сульфата натрия. Для повышения теплостойкости МК, сшивка их оболочек производилась посредством раствора одной из водорастворимых солей поливалентных металлов. После проведения промывки МК в дистиллированной воде они отделялись из раствора декантацией.

При формировании оболочки, необходимой для обеспечения механической устойчивости микрокапсул, использовался желатин марки "А" ОСТ 6-17-421-84. Уксусная кислота вводилась для изменения изоионной точки желатина. В качестве органической соли для снижения растворимости желатина в растворе был применен сульфат натрия ГОСТ 4166-76. В качестве солей поливалентных металлов использовались: сульфат хрома ГОСТ 4472-78, алюмокалиевые квасцы ГОСТ 4329-77, сульфат алюминия ГОСТ 3758-75, хромокалиевые квасцы ГОСТ 4162-71, сульфат (сернокислый) титана ГОСТ ТУ 6-09-01-477-77.

Пример предлагаемого способа.

В реактор, снабженный мешалкой, вносят 21 г воды, нагревают ее до температуры 45-50^oC и добавляют 1,5 г желатина. В полученный раствор добавляют 0,5 мл 15%-ной уксусной кислоты, а затем вводят ферромагнитные частицы в количестве 0,30-0,90 г. В полученную суспензию вводят капсулируемое вещество, эмульгируют его посредством перемешивания и добавляют раствор сульфата натрия. Формирование оболочек микрокапсул происходит при охлаждении полученной смеси до температуры 5^oC. После промывки полученной суспензии в дистиллированной воде производят сшивку оболочек посредством введения в раствор 5 мл 2,5%-ного раствора солей поливалентных металлов. Производят промывку полученных МК в дистиллированной воде. При необходимости, полученные микрокапсулы отделяют из матричного раствора фильтрованием и сушат.

Параметры процесса: объем реактора 5 · 10^-6 м³, желатин вводился в сухом виде из расчета 1,5 г желатина на 21,0 мл воды, ферромагнетики - из расчета 20-60% от массы оболочки МК. Формирование оболочек осуществлялось при охлаждении полученной смеси до температуры 5^oC. Добавки водорастворимых солей поливалентных металлов составляли величину 2,5-10,0 мл 2,5%-ного раствора соли. Сушка микрокапсул осуществлялась при температуре 18-70^oC.

Конкретные параметры процессов и результаты проведенных исследований на машине трения СМЦ-2 при трении металлических поверхностей по схеме колодка-диск с использованием в качестве соли поливалентного металла хром-калиевых квасцов, представлены ниже и в таблице. Диск был изготовлен из закаленной стали 45, колодка - из быстрорежущей стали Р18. Площадь контакта контртел 2 · 10^-4 м².

Базовый объект (Пример 1) В реактор емкостью 50 мл, снабженный мешалкой, помещали 15 г воды, 1 г желатина и растворяли при 30^oC, добавляли 8,0 г нонанола и эмульгировали. После этого вводили 6,1 мл 20%-ного раствора сульфата натрия. Затем реактор охлаждали до комнатной температуры.

Посредством 3%-ного раствора соляной кислоты, устанавливалось значение pH 5,0. Вводилось 2,5 мл 5%-ного раствора полиакриловой кислоты, предварительно нейтрализованного до pH 5,0. Затем, используя 3%-ный раствор соляной кислоты, снижали pH до 4,2. К полученной суспензии МК с двойной оболочкой добавляли 7 мл 5%-ного раствора сульфата хрома. К суспензии микрокапсул 0,5 мл 1%-ного раствора сульфитированной новолачной смолы. МК промывали, фильтровали и сушили при комнатной температуре.

Прототип (Пример 2) Микрокапсулы изготавливались по стандартной технологии с оболочками из желатина марки А. В процессе изготовления в их ядро вводились ферромагнитные частицы Fe₃O₄ в количестве 15-ти % от веса внутренней фазы.

Предлагаемый способ (Пример 3) 1,5 г желатина растворялось в 21 мл дистиллированной воды при температуре 50^oC. В полученный раствор добавлялось 0,5 мл 15%-ной уксусной кислоты. После этого в раствор вводилось 0,75 г мелкодисперсного порошка Fe₃O₄. Раствор перемешивали до получения однородной суспензии. Затем в суспензию при постоянном перемешивании вводилось индустриальное масло И-40А в количестве 12,0 мл. Далее в полученный раствор вводилось 20 мл 20%-ного сульфата натрия. Затем температура раствора уменьшалась до 5^oC. Полученная суспензия промывалась в дистиллированной воде. Сшивка их оболочек производилась посредством 2,5%-ного раствора хром-калиевых квасцов. После проведения промывки в дистиллированной воде МК отфильтровывались из раствора и просушивались сначала в течение 1,0 час при температуре 18-20^oC, а затем при температуре 65^oC.

Граничные значения Пример 4. Количество раствора хром-калиевых квасцов - 2,5 мл Пример 5. Количество раствора хром-калиевых квасцов - 10,0 мл Пример 6. Количество ферромагнитных частиц - 0,30 г
Пример 7. Количество ферромагнитных частиц - 0,90 г
Запредельные значения
Пример 8. Количество раствора хром-калиевых квасцов - 2,0 мл
Пример 9. Количество раствора хром-калиевых квасцов - 10,5 мл
Пример 10. Количество ферромагнитных частиц - 0,25 г
Пример 11. Количество ферромагнитных частиц - 0,95 г
Результаты исследований при использовании в качестве солей трехвалентных металлов алюмокалиевых квасцов, сульфата алюминия, сульфитированной новолачной смолы, сульфата (сернокислого) титана близки к приведенным в таблице.

Предлагаемый способ получения микрокапсул позволяет получать моноядерные магнитные микрокапсулы с теплостойкими до 180-210^oC оболочками, способные двигаться в электромагнитных полях, естественно возникающих в процессе контактного взаимодействия металлических поверхностей.

Источники информации
1. Патент РФ N 122464.

2. Патент США N 4169804 А6 1К 9/50, 9/38, GO 1N 33/16.

Формула изобретения

Способ получения микрокапсул жидкофазных материалов с ограниченной растворимостью в воде путем эмульгирования материала ядра в растворе желатина, введения ферромагнитных частиц, введения добавок, снижающих растворимость желатина, с последующим отверждением, отличающийся тем, что желатин осаждают на поверхность капель эмульсии с образованием оболочки, введение ферромагнитных частиц осуществляют в состав оболочки в количестве 20-60% от массы оболочки, в качестве материала ядра используют индустриальное масло И-40А, в качестве добавки, снижающей растворимость желатина, используют сульфат натрия, после промывки полученной суспензии для сшивки оболочек добавляют 2,5-10 мл 2,5%-ного водного раствора соли поливалентного металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1