全文摘要
本实用新型公开了一种微胶囊制备试验装置，其包括依次连通的储液容器、导管和反应容器，所述反应容器的瓶口处设置有塞头，所述塞头的后端插入导管，塞头的前端固定有辅助喷头，所述辅助喷头上设置有与导管导通的多个喷孔。本实用新型中微胶囊制备制备试验装置在试验过程中，其塞头不仅可以起到阻隔溶液挥发的作用，还可将塞头后端传输过来的溶液通过辅助喷头均匀分散到反应溶液中，优化微胶囊制备质量、提高化学合成效率。
主设计要求
1.一种微胶囊制备试验装置，包括依次连通的储液容器、导管和反应容器，其特征在于，所述反应容器的瓶口处设置有塞头，所述塞头的后端插入导管，塞头的前端固定有辅助喷头，所述辅助喷头上设置有与导管导通的多个喷孔。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及微胶囊制备技术领域，特别涉及一种微胶囊制备试验装置。
背景技术
近年来，在混凝土科学领域的基础研究工作中，一项不可忽视的研究热点就是对智能混凝土的研究。为了能够进一步推进混凝土学科的发展，在节能环保的前提下优化混凝土的使用性能、提高资源利用率，国内外学者对此展开了广泛的有益尝试。相对于传统混凝土而言，智能混凝土具有自感知、自诊断、自修复的特点，在实际应用中尤其是重大混凝土建筑工程中具有广泛的应用前景。基于微胶囊的自修复混凝土技术就是智能混凝土研究领域的一条重要分支，通过在水泥基材料里均匀地分散微胶囊并借助微裂缝产生后触发的一系列化学反应来达到自修复功能。
作为微胶囊自修复混凝土技术的重要研究对象，根据不同的合成方式，微胶囊制备主要包括化学法、物理法和物理化学法。不同的制备方法对微胶囊性能影响较大，在实际应用中应根据不同的研究领域选择适当的制备方法。在水泥基复合材料领域，综合考虑合成工艺、制备成本、微胶囊性能以及工业化生产等因素，采用原位聚合法的合成方法制备微胶囊应用较为普遍。
原位聚合法反应体系的组成主要包括：反应单体、催化剂、分散介质以及囊芯材料。反应开始时，反应单体通过预聚生成预聚体，将预聚体溶解在囊芯材料和分散介质的混合溶液中，在机械搅拌和分散介质的作用下囊芯分散成乳化液滴。为了更好的进行聚合反应，在囊芯材料分散成乳化小液滴之后，通过添加催化剂的方式缓慢地调节反应体系的pH值，来保证树脂颗粒均匀地、稳定地沉积到囊芯乳液液滴表面形成囊壁，而不是发生团聚、凝结成块状树脂。
目前，基于原位聚合法制备的微胶囊在水泥基材料的应用上已做了许多方面的研究，并取得了一定的成果。但是仍然存在一些不足之处。例如，对微胶囊壁厚的控制，对微胶囊包覆率的把控，如何减少制备过程中的杂质等。现有的技术在化学溶液反应控制程序上不够进细化，尤其体现在催化剂的添加上。如图1所示，为现有技术中塞头的结构示意图，现有的原位聚合法一般通过传统塞头直接向反应容器内输送催化剂，具有以下缺点：
由恒流泵小导管直接向反应容器中输送溶液，溶液输出端导管管径较大造成输出溶液液滴较大，不能最大化均匀分散到反应溶液中，不易控制化学反应过程，很容易造成反应不完全或者反应过度现象，从而直接或间接地导致了制备出来的微胶囊质量不够稳定，进而导致合成效率低下，制备成本较高。
因而现有技术还有待改进和提高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种微胶囊制备试验装置，可以在试验过程中促进溶液均匀分散，优化微胶囊制备质量、提高化学合成效率。
为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
一种微胶囊制备试验装置，包括依次连通的储液容器、导管和反应容器，所述反应容器的瓶口处设置有塞头，所述塞头的后端插入导管，塞头的前端固定有辅助喷头，所述辅助喷头上设置有与导管导通的多个喷孔。
所述的胶囊制备试验装置中，所述辅助喷头的一部分设置于塞头内，辅助喷头的另一部分露出于塞头外、且表面为圆面。
所述的胶囊制备试验装置中，多个所述喷孔圆周排列在辅助喷头的圆面上。
所述的胶囊制备试验装置中，所述塞头的后端设置有用于固定导管的固定接头。
所述的胶囊制备试验装置中，所述塞头为聚四氟乙烯塞头。
所述的胶囊制备试验装置中，所述辅助喷头为聚四氟乙烯辅助喷头。
所述的胶囊制备试验装置中，所述微胶囊制备试验装置还包括搅拌机，所述搅拌机的搅拌器设置于反应容器内。
所述的胶囊制备试验装置中，所述微胶囊制备试验装置还包括水浴锅，所述反应容器设置于水浴锅内。
所述的胶囊制备试验装置中，所述微胶囊制备试验装置还包括恒流泵，所述恒流泵与导管连通。
所述的胶囊制备试验装置中，所述反应容器为四口烧瓶。
相较于现有技术，本实用新型提供的微胶囊制备试验装置包括依次连通的储液容器、导管和反应容器，所述反应容器的瓶口处设置有塞头，所述塞头的后端插入导管，塞头的前端固定有辅助喷头，所述辅助喷头上设置有与导管导通的多个喷孔。本实用新型中微胶囊制备试验装置在试验过程中，其塞头不仅可以起到阻隔溶液挥发的作用，还可将塞头后端传输过来的溶液通过辅助喷头均匀分散到反应溶液中，优化微胶囊制备质量、提高化学合成效率。
附图说明
图1为为现有技术中塞头的结构示意图。
图2为本实用新型提供的较佳实施例的微胶囊制备试验装置的结构示意图。
图3为本实用新型提供的较佳实施例的微胶囊制备试验装置中塞头的结构示意图。
图4为本实用新型提供的较佳实施例的微胶囊制备试验装置中辅助喷头的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种微胶囊制备试验装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图2，为本实用新型提供的较佳实施例的微胶囊制备试验装置的结构示意图。所述微胶囊制备试验装置包括储液容器10、反应容器30、导管20和输液泵80，通过导管20将储液容器10与反应容器30连通，并通过输液泵80提供输液的动力。在试验过程中，将储液容器10内的溶液如催化剂溶液输送到反应容器30后，可结合反应容器30内的原材料溶液进行催化反应，从而制备试验所需的微胶囊。
为了防止反应容器30内的溶液挥发，反应容器30的瓶口处设置有塞头40，通过塞头40与瓶口之间的紧密插合起到阻隔作用。且请参阅图3及图4，在所述塞头40的后端插入导管20，在塞头40的前端固定有辅助喷头50，所述辅助喷头50上设置有与导管20导通的多个喷孔51。储料容器内的催化剂溶液经过辅助喷头50并由多个喷孔51喷出并形成喷雾。需要注意的是，在本实用新型中，所述塞头40的前端指塞头40朝向反应容器30内的一端，塞头40的后端指塞头40朝向反应容器30外的一端。
相比于导管20直接穿过塞头40、催化剂溶液直接由导管20流入反应容器30的方式，本实用新型可以在输液泵80的泵压力下，由塞头40的后端源源不断传输催化剂溶液到塞头40前端，使催化剂溶液在压力的作用下通过多个喷孔51离散成雾状小液滴，以形成喷雾的方式喷洒到反应容器30内的反应溶液中，从而达到催化剂溶液均匀分散的要求，避免由于催化剂溶液分散不均匀造成的化学反应不完全。
在进一步的实施例中，所述辅助喷头50的一部分设置于塞头40内，辅助喷头50的另一部分露出塞头40、且表面为圆面。即辅助喷头50为圆柱状，适应导管20与塞头40的形状，且使辅助喷头50的喷洒面积最大。其次，多个喷孔51均为孔径较小（小于1毫米）的微孔，辅助喷头50上的多个所述喷孔51圆周排列在辅助喷头50的圆面上，使得辅助喷头50喷洒的催化剂溶液能均匀分散。
在更进一步的实施例中，所述塞头40的后端设置有用于固定导管20的固定接头41。因导管20不直接穿过塞头40，导致导管20插入塞头40内的长度有限。本实用新型通过在塞头40的后端加装固定接头41，利用固定接头41将导管20与与塞头40之间进一步固定，防止导管20脱出塞头40。
并且，所述塞头40与辅助喷头50均可通过塑料制成，并优选采用聚四氟乙烯制成。聚四氟乙烯材料具有良好的耐高温性、耐腐蚀性以及不粘性，利用聚四氟乙烯制成的塞头40及辅助喷头50，可以在试验过程中避免其被破坏以及被堵塞等情况发生。
此外，请继续参阅图2，所述微胶囊制备试验装置还包括搅拌机60，所述搅拌机60的搅拌器设置于反应容器30内。具体的，搅拌机60为智能搅拌机，其设置在反应容器30的上方，且搅拌轴穿过反应容器30的一瓶口并使得搅拌器置于反应溶液内，根据实际需要以合适转速对反应溶液进行搅拌，使得反应溶液的化学反应及物理反应更均匀且提高反应效率。
所述微胶囊制备试验装置还包括水浴锅70，所述反应容器30设置于水浴锅70内。水浴锅70对反应容器30进行恒温水浴，为反应容器30内的化学反应及物理反应提供合适的温度。同时，将输液泵80设置为恒流泵，从而以恒定速率传输催化剂溶液，维持反应的稳定进行。
利用本实用新型提供的微胶囊制备试验装置进行原位聚合法制备微胶囊时，反应容器设置为多口烧瓶，如四口烧瓶。原位聚合法制备微胶囊的制备流程为：
第一阶段：预聚体制备。在四口烧瓶中加入原材料，调节水浴锅的温度以满足实验条件，通过智能搅拌机的搅拌棒搅拌四口烧瓶中的溶液。
第二阶段：乳化阶段。将配置好的囊芯混合物与分散介质加入四口烧瓶中，调节水浴锅的温度以及智能搅拌机的转速，控制乳化时间，将囊芯混合物分散成几微米到几十微米的乳化小液滴。
第三阶段：酸化阶段。通过恒流泵持续地、稳定地吸取储液容器中的催化剂溶液并进行输送，由塞头及辅助喷头将催化剂溶液均匀离散成雾状并添加到四口烧瓶中。
第四阶段：固化阶段。调节水浴锅的温度以及智能搅拌机的转速，同时加入一定质量蒸馏水防止溶液过于粘稠，通过不断发生的聚合反应形成囊壁强度足够坚固的微胶囊。
第五阶段：后处理阶段。将制备完成的微胶囊倒入其他玻璃瓶中用清水洗涤，随即用抽滤瓶真空抽滤多余的水分并把抽滤完成的微胶囊放入真空干燥箱中干燥，干燥完成后取出用封口的密封塑胶袋保存并留样进行实验观察。
通过本实用新型提供的微胶囊制备试验装置，可带来以下优点：
1、可以均匀地将化学溶液添加到反应容器中参与化学反应，避免由于溶液分散不均匀造成的化学反应不完全或反应过度现象，尤其是在聚合反应阶段。
2、通过添加新型四口烧瓶塞头，除了能够发挥塞头的自身阻隔功能，防止反应容器内的液体挥发，还能够满足化学溶液均匀分散的要求，一举两得，提高资源利用率。
为了更好的理解本实用新型，以下结合具体实施例对本实用新型提供的微胶囊制备试验装置所带来的效果进行说明：
实验材料：本实施例中，以尿素、甲醛为反应单体，以三乙醇胺、硫酸为催化剂，分散介质为十二烷基苯磺酸钠，囊芯材料为环氧树脂混合物。
实验过程如下：
（1）按照一定尿素\/甲醛摩尔比称取原料，将尿素溶解在甲醛溶液中并通过加入三乙醇胺调节溶液pH值，随即将混合溶液转移至四口烧瓶中以一定转速回流搅拌。
（2）将稀释的十二烷基苯磺酸钠溶液与按照一定质量比配置好的环氧树脂混合物加入四口烧瓶内，在恒温水浴条件下以一定转速进行乳化，通过乳化将囊芯材料分散成微小的乳化小液滴。
（3）通过恒流泵进行施压，由辅助喷头向四口烧瓶内添加雾状稀硫酸来缓慢调节反应体系pH值，四口烧瓶内的混合溶液在催化剂的作用下逐步发生聚合反应，脲醛树脂颗粒不断生长沉积。
（4）调整水浴锅的温度，使四口烧瓶内的脲醛树脂颗粒沉积在囊壁后进一步发生交联聚合反应，形成囊壁强度足够大的微胶囊。
（5）将制备完成的微胶囊导入玻璃容器中进行清洗，清洗完成后利用真空泵抽滤多余水分并放入烘干箱真空干燥，干燥一定时间后取出微胶囊进行实验观察。
使用现有的四口烧瓶塞头，脲醛树脂不能够均匀地沉积到囊芯材料表面，微胶囊囊壁薄厚不一，微胶囊周围存在较大的块状树脂颗粒。而在本实施例中使用带有辅助喷头的塞头后，微胶囊囊壁质地均匀，胶囊四周也没有多余的块状树脂颗粒沉积，因此本实施例中微胶囊制备质量更加优良。
综上所述，本实用新型提供了一种微胶囊制备试验装置，其包括依次连通的储液容器、导管和反应容器，所述反应容器的瓶口处设置有塞头，所述塞头的后端插入导管，塞头的前端固定有辅助喷头，所述辅助喷头上设置有与导管导通的多个喷孔。本实用新型中微胶囊制备试验装置在试验过程中，其塞头不仅可以起到阻隔溶液挥发的作用，还可将塞头后端传输过来的溶液通过辅助喷头均匀分散到反应溶液中，优化微胶囊制备质量、提高化学合成效率。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920010145.8
申请日:2019-01-04
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:94(深圳)
授权编号:CN209393160U
授权时间:20190917
主分类号:B01J 13/14
专利分类号:B01J13/14;G01N1/28
范畴分类:23E;
申请人:深圳大学
第一申请人:深圳大学
申请人地址:518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号
发明人:王险峰;陈振鹏;黄益蛟;朱光明;刑锋
第一发明人:王险峰
当前权利人:深圳大学
代理人:王永文;刘文求
代理机构:44268
代理机构编号:深圳市君胜知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计