助剂的微胶囊化


1.2.22.1 助剂的微胶囊化的目的
微胶囊是指利用天然的或合成的高分子材料将固体微粒或液体微滴包裹起来的微型容器,胶囊直径一般为1一1000μm。包裹用的皮膜称为壁材,被包的物质称为芯材.使用时,将所制备的徽胶囊与高分子材料或其他材料混合,施于被应用的基材上,用加热,加压或辐射的手段使微胶囊破裂,释放出所包裹的物质,产生所需要的应用性能;或不破坏所包囊膜,所包裹的物质通过包囊膜扩散响外释放,产生作用.
微胶囊技术的优势在于形成微胶囊时,囊心被包裹而与外界环境隔离,它的性质能毫无影响地被保留下来,而在适当条件下,壁材被破坏时又能将囊心释放出来,这给使用带来许多便利.
微胶囊技术最早应用在碳写纸的开发上,第一个商品化的徽胶囊就是20世纪50年代由Green和Schlieicher等人制造的无碳纸产品上的染料胶囊.在这以后的几十年里,微胶囊技术得到了飞速的发展,发展速度也越来越快,近五年来,每年关于微胶囊及徽胶囊技术的文献数以千计。微胶囊技术在医学、药物、燃料、颜料、涂料、食品、日用化学品、生物制品、胶黏剂、高分子助剂,肥料等诸多领域得到了广泛应用。
塑料助剂的微胶囊化技术可以从以下几个方面对助剂加以改善。
①气、液态助剂经微胶囊化后变成固态,可直接与聚合物掺混加工。
②根据树脂基体选择合适的囊材,使得包裹该囊材的助剂加入后增加与聚合物的相容性,从而减少和消除助剂对聚合物制品物理力学性能的不利影响。目前,高分子材料的应用范围越来越广,对材料性能的要求也越来越高.不仅有强度、硬度、韧性等方面的要求.也包括阻燃性等其他方面的性能要求.传统的将助剂直接添加到材料中去的方法,虽然能够改善材料的某些性能,但由于大多数助剂是小分子物或无机物,与高分子材料的相容性很差,以至于影响材料的力学性能,而采用微胶囊化技术就可以很好地解决助剂存在的上述问题。因为微胶囊的壁材是高分子,与高分子树脂的相容性好.这样对材料的力学性能影响小。
③可以减少液体助剂在聚合物内部的迁移以及由于液体的挥发而导致聚合物材料中助剂的损失。
④可以减少助剂中的有毒成分在聚合物加工过程中的释放量,避免环境污染。
⑤可以屏蔽某些助剂的刺激性气味并改变其色泽。
⑥可以改变助剂的密度、容积等物性。
1.2.22.2 微胶囊化助剂的制备 I
微胶囊化技术与实践涉及多个学科,但主要涉及物理和胶体化学、高分子化学及物理、材料科学、分散与干燥技术、微胶囊应用技术
助剂微胶囊的制备原理为:首先将已细分的芯材助剂分散入微胶囊化的介质中,然后将成膜材料加入到该分散体系中,通过某方法,使壳材料聚集、沉积或包覆在已分散的芯材助剂周围。在很多实例中,微胶囊的膜壳是不稳定的,因此还需用化学或物理的法处理,以使其具有一定的机械强度。
用于制备微胶囊的方法很多,根据涂层方法进行分类,可为化学法、物理法和物理化学法;根据微胶囊化时制备壳材料所用原料的不同、聚合方式的不同,可以将化学反应法制备徽胶囊的工艺分为界面聚合法、原位聚合法和悬浮交联法.现有的众多微胶囊化方法中,界面聚合法和原位聚合法是以单体为原料,利用合成高分子材料作壳材料的方法.这两种方法具有工艺简单,壳材料选择面广,可以获得具有多种不同性能的壳材料的优点。
在选择实际应用的微胶囊制备工艺时.必须综合考虑以下的一些物理性质.
①芯材料的润湿性 该性质是指芯材料被壳材料润湿的能力,理论上这一性质可以预知,但是实际上是在徽胶囊化过程中测定的。
②芯材料的溶解性 对于芯材料溶解性的要求是:微胶囊的芯物质不能在可溶解壳聚合物的溶剂中溶解,聚合物也不能在液态芯中明显溶解。由于在微胶囊形成过程中水可快速挥发,因此可利用喷雾干燥将水溶性固体用水溶性聚合物的溶液进行包覆。
③微胶囊壳的可塑性及弹性是由胶囊壳聚合物的性质、壳厚度、微胶囊的尺寸决定的。对于很多应用来说,微胶囊要在预定范围内破裂
④微胶囊壳的渗透性取决于不渗透胶囊壳的破裂或渗透性胶囊壳的控制释放,这一性质影响产品的经济性及贮藏期。
⑤胶囊壳聚合物的黏合性受溶液温度和浓度的影响,取决壳聚合物的物理性质(熔点、玻璃化温度,结晶度、微胶囊形成条件下的降解速度)。胶囊形成过程中的黏性和喷雾干燥过程中的黏稠性是影响微胶囊制造和贮存的主要问题。
⑥微胶囊产品的用途 必须考虑微腔囊产品的最终用途,例如食用价值。
⑦适宜的制造成本 要使用的制备工艺应该简单、方便且成本适宜、经济合理.除活性物的消耗以外,影响微胶囊化工艺经济性的主要因素包括;材料消耗,特别是壳材料消耗;生产规模;胶囊有效尺度(指芯壳比,由重量、体积、价值等来评价).
对于微胶囊化技术最重要的是选择用作胶囊膜的聚合物。
影响胶囊壳材料聚合物选择的因素包括:
①最后应用,如聚合物的食用价值或其他方面;
②聚合物形成具有适宜物理性质和适当厚度的膜的能力;
③聚合物的溶解性(不溶于芯材助剂,溶于周围介质)
④使用方便、具有适宜的经济合理的微胶囊制造方法,所制得的微胶囊具有理想的物化性质。
⑤所形成的胶囊膜表面有固化的可能性,从而得到具有非黏性表面的固化微胶囊。
不同的制备方法所得到的微胶囊壳的性能有所差别。微胶囊化系统的设计必须立足于整个系统,包括胶囊本身、释放机理和活性组分的最终用途。要得到满意的产品,工艺参数必须优化。