微胶囊的制备技术及其应用进展

1、微胶囊的制备技术及其应用进展XXXX 应用化学主要内容一、微胶囊简介二、微胶囊的制备技术化学法制备物理化学法制备物理法制备三、微胶囊的应用进展 微胶囊在日用化学品、非织造布、食品、制革、医学、药物及新材料的应用一、微胶囊简介微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物，具有半透性或密封性的微小粒子。其大小在几微米至几百微米范围内( 直径一般在5200 m)，需要通过显微镜才能观察到。微胶囊由两部分组成，其中被包裹的物质称为芯材（囊芯），包裹芯材的物质称为壁材。囊芯可以是一种或多种物质构成。壁材也可以是单层、双层和多层。微胶囊的形状是多种多样的，一般呈球形，有的呈谷粒或无定形等形状。微胶囊最基

2、本的形态为单核微胶囊和多核微胶囊。还有其他诸如多壁微胶囊、不规则微胶囊、微胶囊簇等。二、微胶囊的制备技术微胶囊的制备技术始于20 世纪30 年代，70年代中期得到了迅猛发展。微胶囊由芯材和壁材构成。芯材通常是需要包覆的物质，如有机溶剂、增塑剂、生物材料、食品、农用化学剂、泡涨剂、防锈剂等。壁材通常是由天然或者合成的高分子材料，用作壁材的物质应具有成膜性好和无色的特点。微胶囊的制备方法通常根据性质、囊壁形成的机制和成囊的条件分为化学法、物理化学法、物理法等三大类。1 化学法化学法的优点在于可以有效地包覆疏水性物质或疏水性大单体，且原料多样，可以制备不同类型的微胶囊，主要包括界面聚合、原位聚合、辐

3、射交联法、锐孔法、细乳液聚合、悬浮聚合、及乳液聚合等。1.1 界面聚合法反应物：两种活性单体（一种是水溶性的，另一种是油溶性的）溶剂：分散相（水相）和连续相（有机相)反应场所：两种溶液的界面微胶囊化产品：甘油、水、药用润滑油、酶血红蛋白等。1.2 原位聚合法反应物：一种活性单体，引发剂（水溶性或油溶性的）溶剂：分散相（水相）和连续相（有机相)反应场所：溶液的里面1.3辐射交联法将明胶在乳化状态下，经射线照射发生交联，再处理制得粉末状微囊。1.4锐孔法以可溶性聚合物为壁材，将聚合物配成溶液，以此溶液包裹芯材且呈球状液滴落入凝固液中，使聚合物沉淀或交联固化成为壁膜而微囊化。2 物理化学法物理化学法

4、又称相分离法。此法是先将聚合物（壁材）溶于适当的介质( 水或者有机溶剂) ，并将被包裹物（芯材）分散于该介质中，然后向介质中逐步加入聚合物的非溶剂，使聚合物从介质中凝聚出来，沉积在被包裹颗粒表面而形成微胶囊。物理化学法主要是通过改变温度、pH 值、加入电解质等，使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉，并将芯材包覆成微胶囊。物理化学法主要包括水相分离法( 凝聚法) 、油相分离法、溶剂非溶剂法、改变温度法、干燥浴法( 复相乳液法) 、熔化分散法、冷凝法和粉末床法。2.1 水相分离法(凝聚法)水相分离法是由胶体间电荷的中和以及亲水性胶粒周围水相溶剂层的消失而成囊的方法。水相体系中的相分离法可分为单凝聚法、

5、复凝聚法、盐凝聚法和调节pH值聚合物沉淀法。2.1.1单凝聚法(沉淀法)该方法通过加入沉淀剂，使该聚合物和芯材一起从溶液中析出，从而制取微胶囊。2.1.2 复凝聚法 该法利用两种带有相反电荷的高分子材料以离子间的作用相互交联，制成的复合型壁材的微胶囊。2.2 油相分离法该法是以某种合适的有机溶剂溶解高分子壁材聚合物，加入水溶性芯材调成三种互不相溶的化学相，然后通过絮凝剂或其他方法使二相体系中壁材相的溶解度下降而凝聚分离出来，从而实现壁材相凝聚。2.3 复相乳液法将壁材与芯材的混合物乳化后再以液滴形状分散到介质中，形成双重乳状液，随后通过加热、减压、搅拌、溶剂萃取、冷冻、干燥等手段将壁材中的溶剂

6、去除，形成囊壁，再与介质分离得到微胶囊产品。2.4 溶剂非溶剂法 在囊材溶液中加入一种对囊材不溶的溶剂(非溶剂)，引起相分离，而将药物包裹成囊的方法。2.5 改变温度法不加凝聚剂，通过控制温度成囊，根据不同的囊材可先在高温下溶解，后降温成囊，或先制成W/O型乳状液，再升温使其固化。 2.6 液中干燥法液中干燥法是从乳状液中除去分散相挥发性溶剂以制备微囊的方法。液中干燥法的干燥工艺包括两个基本过程：溶剂萃取过程(两液相之间)和溶剂蒸发过程(液相和气相之间)。 3 物理法物理法是借助专门的设备通过机械搅拌的方式首先将芯材和壁材混合均匀，细化造粒，最后使壁材凝聚固化在芯材表面而制备微胶囊。根据所用设

7、备和造粒方式的不同，物理机械法制备微胶囊可采用空气悬浮法( Wurster 法) 、喷雾法、静电结合法、溶剂蒸发法、多孔分离法及真空镀膜法等。3.1 空气悬浮法该法是用流化床的强气流将芯材颗粒悬浮于空气中，通过喷嘴将调成适当黏度的壁材溶液喷涂于微粒表面，再提高气流温度使壁材溶液中的溶剂挥发，从而使壁材析出而成囊。3.2 喷雾法（包括喷雾干燥法和喷雾凝结法）3.2.1 喷雾干燥法喷雾干燥法先将囊心物分散在囊材的溶液中，再喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进行干燥固化。3.2.2 喷雾凝结法喷雾凝结法是将囊心物分散于熔融的囊材中，再喷于冷气流使之凝聚而成囊的方法。3.3 溶剂蒸发法该法是将芯材、壁材

8、依次分散在有机相中，然后加到与壁材不相溶的溶液中，加热使溶剂蒸发，壁材析出而成囊。3.4 多孔分离法利用圆筒的高速旋转产生离心力，由导流坝不断溢出囊材溶液形成液态膜，囊心物高速穿过囊材的液态膜形成微囊，再固化得到微囊。3.5 静电结合法先将芯材与壁材各制成带相反电荷的气溶胶微粒，而后使其相遇，通过静电吸引凝结成囊。3.6 包结络合物利用环糊精中空且内部疏水的结构特点，将疏水性芯材通过形成包结络合物而形成分子水平上的微胶囊。3.7 挤压法在低温条件下生产微胶囊的技术，原理是将混悬在一种液化的碳水化合物介质中的芯材与壁材混合物经过模孔，用压力将其挤进壁材的凝固浴（使壁材发生凝固的浴液），壁材析出硬

9、化成囊。三、微胶囊的应用进展1 微胶囊在日用化学品中的应用1.1 香料微胶囊将香料微胶囊化，可使香料适用于多种用途。在食品中，香料微胶囊可减少香料之间的相互作用并减少热、光等作用。香料微胶囊用于洗涤剂，可以防止香料在水洗受热时挥发变质，有效地控制香料成分释放。在墨水中加入香料微胶囊，将水性油墨喷出图像后，香料微胶囊压破，放出香气。在刮涂游戏卡上涂一层香料微胶囊，当被刮涂时释放出香气，可提高消费者的兴趣。1.2 化妆品微胶囊目前，许多化妆品采用微胶囊技术是由于特殊需要，将化妆品中某些原料包封起来，从而起到原料缓释、遮盖、助渗透等作用。1.3 洗涤用品微胶囊洗涤剂中常含增白剂、漂白剂、去污剂、表面

10、活性剂、纤维柔软剂及蛋白酶等活性成分，这些活性成分都可作为芯材进行微胶囊化处理，以保护敏感成分免受光、热、湿、氧化、紫外线的负面影响或在贮存中引起的损失，便于加工、处理、包装和运输。2.2 微胶囊技术在非织造布中的应用微胶囊技术在非织造布中的应用主要利用了微胶囊的三个性能。一是隔离性能，一些具有光敏、热敏或生物性的材料作为芯材被包埋后，在需要释放的时候，利用光、热、压力及生物作用等手段破坏壁材，即可释放出芯材；二是缓释性能，芯材通过囊壁逐步渗透挥发，延长了作用时间；三是发泡性能，当微胶囊处于一定温度下时，芯材溶剂气化，壁材被膨胀形成一个气泡，便可达到发泡的目的，该性能主要用于发泡印花上。3 微

11、胶囊技术在食品添加剂中的应用3.1 微胶囊化香精微胶囊化香精可以克服传统香精极易挥发或氧化的缺点。3.2 微胶囊化人天然色素微胶囊化人工色素溶解性能高，稳定性好。3.3 微胶囊化甜味剂将甜味剂微胶囊化后可使其吸湿性大为降低，同时微胶囊的缓释作用能使甜味持久。3.4 微胶囊化酸味剂采用微胶囊技术，将酸味剂包埋起来，延长食品的贮存期，还可通过控制释放，以增进风味。3.5 微胶囊化营养素微胶囊化营养素不易受外界环境因素的影响而丧失营养价值或使制品变色变味。4 微胶囊技术在制革中的应用4.1 微胶囊染料将制革中的染料进行微胶囊化，可以改进染料的表面性能，不仅有利于与皮革纤维的结合，提高皮革的匀染性，还

12、可以提高染料的利用率并有利于废水净化，减轻对环境的污染。4.2 微胶囊涂饰剂 微胶囊技术应用于涂饰剂，能够改变其结构组成，提高应用性能，促进涂饰剂产品的更新换代。4.3 中空微球中空微球聚合物（hollow micro-aphere polymer，简称HMP），HMP胶乳粒子含有能与皮蛋白纤维、矿物鞣剂结合的基团，在制革中具有复鞣、涂饰、消光等多种功能。4.4 微胶囊香型整理剂将包有香水微滴的聚氨酯微胶囊应用到皮革上，当皮革受到机械应变，就可释放出芳香气味。香味微胶囊具有用量少，香味持久，可掩盖皮革异味，提高皮革档次等作用。5 微胶囊技术在医学中的应用微胶囊化固定技术在生物医学领域发展很快。

13、胶囊化技术应用于生物医学中的具体实例是制造人工细胞；它是一种超薄球型聚合物膜，膜内可将解毒吸咐剂、多酶、辅酶、抗体、抗原固定化，形成与人体细胞相似的一种人工细胞，由于膜很薄，可通过小分子毒物，而蛋白质大分子不能通过，但人工细胞不被人体的免疫系统识别，植入体内不会产生抗性反应。6 微胶囊技术在药物中的应用在医药领域中使药物微胶囊化后的功效主要有：(1)可以大大减少服药次数，屏蔽药物的刺激性气味。 (2)延长药物的生物活性，控制药物释放剂量，提高药物疗效。 (3)选择适当方法，使微胶囊壁膜起到暂时隔离的作用，将微胶囊药品置于病灶附近，提高疗效，减少副作用。 (4)将脲酶和活性炭包在微胶囊中制备人工

14、肾；用聚丙烯酸等包囊氟化碳可制备人工血液。 7 微胶囊技术在新材料方面的应用生物体本身对伤口的自动愈合功能随着仿生学的发展而日益受到广大科研工作者的重视，希望能将这一现象应用于航空航天、国防、电子等领域。微胶囊技术的发展为材料的自修复提供了更大的可能性。由于相变材料是一种可再生、清洁的能源吸收、存储材料，因此其在太阳能利用、废热回收、循环液添加剂、智能纺织品、电子元器件封装和新型建材等方而有着广阔的应用前景。将微胶囊技术应用于建筑材料中，可以使建筑物真正实现“冬暖夏凉”，而且不需要提供任何能源。其原理是在建筑材料中加入了可以蓄热调温的相变微胶囊。这种材料白天吸收外界热量，夜晚释放出来。目前，欧美已有多家公司生产这种用相变材料做成用于盛