微胶囊技术在纺织品染整加工中的应用

《微胶囊技术在纺织品染整加工中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微胶囊技术在纺织品染整加工中的应用（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,第一节 微胶囊的概述,4,采用机械或化学方法将高分子化合物或无机化合物包覆起来，制成直径为1500m的固体微粒，在适当条件下可以释放出来，这种微粒称为微胶囊。,1、微胶囊的定义,2、微胶囊技术的发展 微胶囊制备技术始于20世纪50年代，在70年代中期得到迅猛发展。目前关于微胶囊技术的文献以每年数以千计的速度增长。,1953年，美国NCR公司提出凝聚法制备微胶囊的方法，发明了无色压敏复写纸； 1958年，NCR公司利用原位聚合反应制备了含油的聚苯乙烯微胶囊； 1959年，ESSO公司利用“凝固浴”法将发烟硝酸微胶囊化，制备火箭燃料。 1959年，IBM公司提出以界面聚合法制备聚酰胺、聚酯等为膜

2、壳的微胶囊的专利申请； 1961年，东方柯达提出摄影用药剂的微胶囊化专利技术； 1962年，NCR公司提出阿司匹林微胶囊化的专利技术；,19621967年，喷雾干燥法、粉末床法、真空蒸发沉积法、离心锐孔法等微胶囊制备方法问世。 1974年，SANDOZ公司发明了静电印花用介电性壳材微胶囊染料。 1978年，PILOT公司提出制备可逆热变色材料微胶囊的专利申请。 1980年，美国军方采用界面聚合和相分离技术制备了毒气净化微胶囊。,1984年，Trimedyne公司提出利用酶微胶囊制备人工生物器官的专利申请； 1990年，Sherwood 医药公司提出触变胶微胶囊制备法； 1991年，Griffi

3、n公司提出一系列微胶囊除草剂的专利申请； 1992年，Bio-Dar公司提出以氢化蓖麻油为芯材的甜味剂微胶囊。,1）改善物质的物理性质 液态转变为固态，易于使用 复写纸、彩色照相、聚合物固化交联； 改变重量和体积 如：使密度大的物质能漂浮于水面； 获得良好的分散性、流动性 微胶囊体系呈粉末状，分散性好，相同浓度下，粘度较低，对应用十分有利。,3、微胶囊的功能和特点,2）控制材料的释放 立即释放 机械法（压、揉、摩、燃、熔等）；化学法（酶分解、溶解、萃取等）；膨胀法（芯材中加膨胀剂）；物理场法（电磁、超声波、微波）。 延时、定时释放、 长效释放 微胶囊壁相当于半透膜，其材质、厚度、硬度、层次结构

4、以及胶囊的尺寸会影响芯材的释放速率，因此，可以借此进行调整和控制，达到延时、定时和长效释放的效果。,3)稳定和保护芯材 防止芯材氧化 维生素微胶囊、高蛋白脂肪微胶囊饲料等可以大大提高抗环境氧化能力，延缓向水环境的释放速度（鱼饲料）； 保护芯材的特性 保护吸水性芯材、保护pH 敏感芯材； 减少芯材的挥发 如；含甲苯的胶黏剂微胶囊，在室温下其中的甲苯几乎不释放，产品可以长时间储存。,4）降低芯材的毒性和反应性 药物微胶囊化可以控制释放速度来减轻药物对肠胃的毒副作用，如阿司匹林以烃为溶剂、以乙基纤维素包裹，可以明显降低胃出血。 5）掩蔽味嗅 掩蔽某些化合物（如药物）的令人不愉快或不适的味道和气味，常

5、用硬明胶胶囊、糖涂或膜涂法，也可以用微胶囊法。,6）隔离不相容的组分 利用微胶囊法隔离两种活性组分，防止它们过早发生化学反应。如过氧化苯甲酰（自由基引发剂）微胶囊化后与可固化的聚酯树脂安全混合，一般情况下不会相互作用，特定条件下微胶囊破裂，释放出过氧化苯甲酰引发树脂固化。,4、微胶囊的分类 缓释型微胶囊：囊壁相当于半透膜； 压敏型微胶囊：压力变化，芯材释放； 热敏型微胶囊：温度使壳材软化/破裂或温度变化导致芯材发生分子重排/几何异构而变色； 光敏型微胶囊：芯材光敏物质选择性吸收发生感光或分子能量跃迁导致反应/变化； 膨胀型微胶囊：壳材热塑性、芯材易挥发，温度升高芯材气化、胶囊膨胀。,5、微胶囊

6、的性质,粒度分布：微胶囊的粒度通常总是不均匀的，制备工艺参数对粒度分布有很大影响。 囊壳的厚度：一般情况，微胶囊中芯材含量为7099%，胶囊壳厚度约为0.1200m。 囊壳的渗透性：囊壳的渗透性是微胶囊的一项重要性质，对防止芯材流失/外界材料入侵或缓慢/可控释放性能至关重要。,扩散释放：控制活性物质扩散到胶囊表面来限制释放，胶囊多为无孔型的，活性物质的释放取决于囊壳膜的性质（玻璃化转变温度和结晶特性，溶胀交联程度）、厚度与面积。,芯材的释放性能：,压力活化释放：利用外部压力来释放芯材。如：无碳复写纸，将油墨的两种组分分别制成微胶囊，笔在书写时，按压力使致密易碎的囊壁破裂，两种组分混合而显色。又

7、如：香水广告的“刮涂”产品，不需要缓释，只在囊壳受压破碎时释放。,撕裂蜕皮释放：如香料的传递及广告印制品，微胶囊夹在两层纸或高分子材料间，撕开时，微胶囊破裂释放出内容物。 溶剂活化释放：用溶剂（如水）使囊壳溶解或溶胀，释放芯材。如湿度活化除臭剂（防汗药），食品用的微胶囊添加剂等。,渗透压控制释放：若芯材与溶剂有亲和力，溶剂穿过囊壁进入微胶囊核心，芯材溶解，在胶囊内形成高渗透压，当该渗透压超过囊壁承受限度时，芯材被释放。 如洗衣粉中的漂白剂，在洗衣循环的后期释放。,pH敏感释放：pH值变化时，微胶囊囊壁破裂释放芯材，在化妆品领域应用很广。 温度敏感释放：温度会影响高聚物的玻璃化转变特性以及降解溶

8、解性能，选用适当的该类物质作为胶囊壁材，可以在温度变化时引起微胶囊囊壳崩解或膨胀而释放芯材。,熔融活性释放：以脂、改性脂以及蜡易熔融物质做囊壁，在稍高温度下发生熔融而释放活性物质。在食品工业中有较多应用，如食盐、营养素、香料等。 生物降解释放：囊壁发生生物降解而被侵蚀或崩溃，释放出芯材。,微胶囊的其它性质 1）ZETA电位影响微胶囊的电迁移性； 2）离子交换性使微胶囊具有离子交换能力； 3）光学性质颜色、荧光、透明度、吸收性； 4）流动性微胶囊水悬浮体系的流变性； 5）装载量微胶囊芯材的实际与设计装载量； 6）机械性质微胶囊囊壳强度与壁厚、粒度关系，囊壁的性质与释放、耐用性的关系等。,制备微胶

9、囊的芯材种类繁多，可归纳分为四大类： 1) 水溶性和非水溶性固体； 2）非水溶性液体或气体； 3) 溶液； 4）固体的分散液或分散胶体。,芯材常用材料：医药、染料、粘合剂、香料、食品、燃料、油脂、墨水、催化剂、发酵剂、生物制剂等等；,1、微胶囊的组成,第二节 微胶囊的组成与制备,壁材：具有成膜性能的天然或合成高分子物质，常用的有：明胶、阿拉伯树胶、甲壳质、海藻酸盐、羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯、聚丁二醇、聚丙烯酸酯等。,高分子材料是微胶囊制备中最常用的壁材，合成高分子化合物具有最好的成膜性能，尤其一些可生物降解的材料更受欢迎。,2、微胶囊

10、的形状,芯材是固体或晶体，形成不规则形状的微胶囊； 芯材是液体，形成的微胶囊可能是单一球形； 芯材是微滴乳液或添加了高分子聚合物的溶液，形成多芯液滴或聚集状微胶囊； 芯材是极细的颗粒，颗粒嵌在硬化的高分子聚合物液滴内，形成连续的填质体。,3、微胶囊的制法,微胶囊制备方法多种，有物理法、化学法和物理化学法。,相分离法（凝聚法） 聚合反应法 溶剂蒸发-溶液萃取法 熔化分散冷凝法 喷雾干燥法 硫化床法,单凝聚： 只涉及一种胶体溶液，如在明胶溶液中添加乙醇，因乙醇与水的相互作用导致明胶大分子的水合作用下降而凝聚析出。 复凝聚：涉及两种以上胶体溶液，例如：降低明胶、阿拉伯树胶混合溶液的pH值至4.0（明

11、胶等电点以下），使明胶带正电荷，与带阴荷的阿拉伯树胶结合，发生凝聚。,相分离法（凝聚法）,水相分离法复凝聚法 典型工艺：三步组成 1）芯材在一种聚电解质水溶液中分散； 2）加入带相反电荷的另一种聚电解质水溶液，凝聚，在芯材周围形成沉淀； 3）凝聚层的凝胶与固化。,以明胶A（酸处理明胶）阿拉伯树胶微胶囊为例：明胶为两性物质，等电点pH值为89.5；阿拉伯树胶含羧基，带负电荷；较高pH值条件下，两种胶均溶于水，pH值降低至明胶等电点以下时，明胶转变为带正电荷，与仍然带负电荷的阿拉伯树胶作用，发生凝聚。,水相分离法单凝聚法,典型工艺：三步组成 1）芯材在壁囊材料水溶液中分散； 2）加入凝聚剂、使囊壁

12、材料溶解度下降，在芯材周围形成沉淀； 3）凝聚层的凝胶与固化。,基本原理： 以明胶为囊壁材料，当加入凝聚剂乙醇、丙酮、盐等强亲水性非溶剂时，由于这些物质与水发生强烈作用结合，使体系中的明胶溶解度大幅下降而凝聚。该法较难控制微胶囊的大小，不如复凝聚法。,油相分离法 在乙酸丁酯纤维素的二氯甲烷溶液中分散芯材（某种水溶性化合物），缓慢加入甲苯，引起乙酸丁酯纤维素的凝聚，包覆芯材；再加入正己烷使胶囊囊壁固化。,油相分离法基本原理： 向壁材的有机溶剂的初始均相溶液中加入能降低囊壁材料溶解度的物质，引发相分离而将芯材包覆，引起囊壁材料凝聚的方法有三种（1）加入非溶剂； （2）加入能引起相分离的聚合物； （

13、3）改变温度。,（1）加入非溶剂法：有机溶剂可溶的大多数合成聚合物可用作壁材，芯材是亲水性材料，如纯水、水溶液/ 分散液或水溶性粉末等；非溶剂可以是能与上述溶剂混溶但不能溶解壁材的液体，加入时引起相分离。该法的关键是使用适当溶剂非溶剂体系。,油相分离微胶囊囊壁材料聚合物溶剂非溶剂体系,（2）加入能引起相分离的聚合物法 该法又称为聚合物聚合物不相容法，当在相同溶剂中可以溶解的两种不同化学类型的聚合物具有不相容性时，它们自发分离成两个液体相，每个相中只有一种聚合物占优势，原高浓度的聚合物析出。,举例：在乙基纤维素的甲苯乙醇溶液中分散硝酸铵，加入聚丁二烯，乙基纤维素溶液以细小液滴析出，沉淀到硝酸铵颗

14、粒表面，形成含大量乙醇的囊壁，加入甲苯二异氰酸酯，与乙醇反应，乙基纤维素膜固化。,相分离法适用壳材料： 明胶：动物结缔组织和骨组织的提取物，主要成分为胶原蛋白。按制备方法可分为酸法明胶（等电点pH3.54）和碱法明胶(等电点pH4.75.3)两类。,阿拉伯树胶：阿拉伯胶木茎及枝的分泌物，主要成分为阿拉伯酸的钙、镁和钾盐混合物，溶解度大，吸水性强；分子结构多支链，增稠力强，但与分子中所及电离情况密切相关。,纤维素衍生物：纤维素结构中羟基因酯化、醚化、交联、接枝反应被取代的产物，有很多产品。,瓜尔豆胶：印巴地区一年生豆科植物种子的提取物，属半乳甘露聚糖。水溶性好，pH=110.5时稳定。 琼脂：石

15、花菜或红藻类植物提取物冷冻脱水干燥而成，含琼脂胶和琼脂糖两种成分。冷水中溶胀，热水中缓慢溶解，冷却后成凝胶。 海藻酸钠：褐藻提取物，为聚甘露糖醛和聚古洛糖醛结合的线性高聚物，分子中带大量羧基，溶于水。,界面聚合 原位聚合 悬浮交联法,聚合反应法,（1）界面聚合法 制备原理：在芯材（液体X）中溶解一种单体A，加至另一种互不相容的液体Y中乳化分散成微粒；在此乳化体系中加入溶于Y的另一单体B，A扩散至微粒界面与B反应，在微粒表面形成聚合物囊壁。,界面聚合工艺举例： 聚苯三酰氯溶于甲苯中，在含乳化剂的水中乳化，将乙二胺加入体系中，并加入一定量的氢氧化钠，结果得到聚合物囊壁包裹的甲苯微胶囊。,影响界面聚

16、合法微胶囊的因素： 影响粒度、分布、壁厚的因素：分散状态与搅拌效果、悬浮介质粘度、乳化分散剂、稳定剂的种类有关； 影响性能的因素：1）缩聚反应释酸；2）残留单体；3）反应速率；4）聚合物分子量、结晶度；5）单体浓度。,（2）原位聚合法,基本原理：与界面聚合法不同之处在于发生聚合反应的单体和催化剂全部加到一相（分散或连续相）中，单体可溶而其聚合物不溶，因此，聚合反应产物在液滴表面沉淀并继续反应，最终形成高聚物囊壁。,原位聚合法工艺举例： 一种有机液体在水溶液中乳化，将密胺和甲醛加至体系中，调节pH至3.54.5，升温至5060，反应13h，密胺和甲醛在水相中聚合，随分子量增大，逐渐在分散相微粒表面沉淀，并继续聚合成高度交联的氨基塑料胶囊膜。,原位聚合法微胶囊体系举例,（3）悬浮交联法 基本原理：与前述方法不同，不采用单体作囊壁材料，而是用线性聚合物，即先将线性聚合物制成溶液，然后通过交联、热改性、带相反电荷聚合物的结合等方法，使聚合物悬浮交联固化，迅速沉淀析出，形成胶囊壳。该法可采用水溶物的聚合物，也可采用非水溶性的聚合物做囊壁