CN102091576A - 控制搅拌速度的微胶囊制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制搅拌速度的微胶囊制备工艺。该控制搅拌速度的微胶囊制备工艺包括壁材溶液的制备、芯材的乳化、微胶囊形成、微胶囊固化和微胶囊干燥五个步骤，且芯材的乳化过程中搅拌速度为700r/min～900r/min，优选800r/min。本发明通过控制芯材乳化过程中的搅拌速度，从而提高了微胶囊的粒径百分数、包埋率、机械强度和释放率，进而提高微胶囊的整体性能。

Description

控制搅拌速度的微胶囊制备工艺

技术领域

本发明涉及一种制备工艺，具体是指一种控制搅拌速度的微胶囊制备工艺。

背景技术

微胶囊的技术研究大概开始于上世纪30年代，取得重大成果是在50年代。在微胶囊技术的发展历史过程中，美国对它的研究一直处于领先地位，日本在60～70年代也逐渐赶了上来。我国在研究微胶囊技术方面起步较晚，但在医药、农药、化妆品、食品等方面都已有实际应用和较深入的研究。最初制备的微胶囊粒径在5～2000微米之间，称为微米级的微胶囊。随着微胶囊技术的发展，制备的微胶囊的粒径可小于1微米，可达1～1000纳米之间，常被称为纳米胶囊。随着微胶囊技术的不断进步，微胶囊将会给人类带来更大的益处。

微胶囊实际上是一些小的粒子，这些小的粒子是由一种称之为壁材的物质包裹住另一种称之为芯材的物质所组成。在此基础上，还有一些特殊类型的微胶囊，诸如复核微胶囊、复壁微胶囊和基体型微胶囊等。被包裹物与囊壁为分离的两相，这是微胶囊的特征。微胶囊不但可以包封固体粉末，也可以包封液体材料。如采用特殊的制备方法，微胶囊还可以包封气体。此外。疏水材料和亲水材料都可被包封在微胶囊里。

用于制备微胶囊的方法很多，根据不同的标准可以划分不同的方法，根据传统的分类方法将包囊工艺分为三种：

1、聚合反应法

根据微胶囊化时，制备壳所用材料的原料不同、聚合方式的不同，可以将聚合反应法制备微胶囊的工艺再分为界面聚合法、原位聚合法和悬浮交联法。界面聚合法和原位聚合法是以单体作为原料，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。

(1)界面聚合法。在界面聚合法制备微胶囊的工艺中，胶囊外壳是通过两类单体的聚合反应而形成的。参加聚合反应的单体至少有两种，其中必须存在两类单体，一类是油溶性的单体，另一类是水溶性的单体。它们分别位于芯材液滴的内部和外部，并在芯材液滴的表面进行反应，形成聚合物薄膜。

(2)原位聚合法。在原位聚合法胶囊化的过程中，并不是把反应性单体分别加到芯材液滴和悬浮介质中，而是单体与引发剂全部加入分散相或全部加入连续相中，即单体成分及催化剂是全部位于芯材液滴的内部或者外部。在微胶囊化体系中，单体在微胶囊体系的单一相中是可溶的，而聚合物在整个相中是不可溶的，所以聚合反应在芯材液滴的表面上发生。在液滴表面上，聚合单体产生相对低分子量的预聚体，当这个预聚体尺寸逐步增大后，沉积在芯材物质的表面，由于交联及聚合的不断进行，最终形成固体的胶囊外壳，所生成的聚合物薄膜可覆盖芯材液滴的全部表面。

(3)悬浮交联法。上述的界面聚合法和原位聚合法均是以单体为原料，并经聚合反应形成壳膜的。而悬浮交联法与上述两种方法不同，它是以聚合物为原料，即先将线型聚合物溶解形成溶液，然后，当线型聚合物进行悬浮交联固化时，聚合物迅速沉淀析出并形成胶囊壳。

2、相分离法

相分离法制备微胶囊的基本原理是利用聚合物的物理化学性质，即相分离的性质，所以又称为物理化学法。根据制备介质的不同，可以将相分离法分为：水相分离法和油相分离法。在水相分离法中，根据被分离出来的聚合物的数量，可以再分为复凝聚法和单凝聚法。

3、物理及机械法

该微胶囊化方法主要是通过微胶囊壳材料的物理变化，采用一定的机械加工手段进行微胶囊化。主要有溶剂蒸发或溶液萃取、熔化分散冷凝法、喷雾干燥法、流化床法以及其他一些机械方法。

在微胶囊制备工艺中乳化搅拌速度对微胶囊粒径影响很大。由于已形成的聚合物具有刚性结构，微胶囊粒径在初始时，其液滴直径一般不会发生收缩，因此对微胶囊粒径的控制便转化为对分散时所得液滴直径的控制。此时机械分散起很大作用，机械分散效果好，颗粒粒度分布窄。由于微胶囊的粒径要求较大，因此乳化阶段的搅拌速度不宜太快，且速度快也使体系产生大量泡沫，使胶囊的强度降低；如果搅拌速度太小，芯材不能被乳化，产品包埋率和释放性能将受到很大影响，甚至不能形成胶囊。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足与缺陷，提供一种控制搅拌速度的微胶囊制备工艺，该制备工艺通过控制芯材乳化过程中的搅拌速度，从而提高了微胶囊的粒径百分数、包埋率、机械强度和释放率，进而提高微胶囊的整体性能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：控制搅拌速度的微胶囊制备工艺，包括壁材溶液的制备、芯材的乳化、微胶囊形成、微胶囊固化和微胶囊干燥五个步骤，其中：

(a)壁材溶液的制备：将壁材放入蒸馏水中浸泡溶胀，加热后保温备用；

(b)芯材的乳化：选取芯材，再滴加乳化剂，然后振荡溶解后与上述壁材溶液混合，置恒温水浴上搅拌，搅拌速度为700r/min～900r/min，形成乳状液，即得乳剂；

(c)微胶囊形成：将步骤(b)所得混合液进行机械搅拌，在不断搅拌的过程中，缓慢滴加10％醋酸溶液，微胶囊液形成；

(d)微胶囊固化：将步骤(c)中形成的微胶囊液不停搅拌，搅拌后加入固化剂，再用20％NaOH溶液调其pH至9.0，继续搅拌，将体系从凝胶化温度缓慢升高至50℃，静置待微胶囊沉降；

(e)微胶囊干燥：微胶囊沉降完全后，倾去上清液，然后过滤或甩干，微胶囊用蒸馏水洗涤，抽干，置于恒温箱干燥，即得产品。

作为本发明的优选方案，所述步骤(b)中搅拌速度为800r/min。

所述步骤(a)中的壁材为明胶和阿拉伯胶。

所述步骤(b)中的芯材为液体石蜡。

综上所述，本发明的有益效果是：通过控制芯材乳化过程中的搅拌速度，从而提高了微胶囊的粒径百分数、包埋率、机械强度和释放率，进而提高微胶囊的整体性能。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本发明涉及到一种控制搅拌速度的微胶囊制备工艺，包括壁材溶液的制备、芯材的乳化、微胶囊形成、微胶囊固化和微胶囊干燥五个步骤，其中：

(a)壁材溶液的制备：将壁材放入蒸馏水中浸泡溶胀，加热后保温备用；

(b)芯材的乳化：选取芯材，再滴加乳化剂，然后振荡溶解后与上述壁材溶液混合，置恒温水浴上搅拌，搅拌速度为700r/min～900r/min，形成乳状液，即得乳剂；

(c)微胶囊形成：将步骤(b)所得混合液进行机械搅拌，在不断搅拌的过程中，缓慢滴加10％醋酸溶液，微胶囊液形成；

(d)微胶囊固化：将步骤(c)中形成的微胶囊液不停搅拌，搅拌后加入固化剂，再用20％NaOH溶液调其pH至9.0，继续搅拌，将体系从凝胶化温度缓慢升高至50℃，静置待微胶囊沉降；

(e)微胶囊干燥：微胶囊沉降完全后，倾去上清液，然后过滤或甩干，微胶囊用蒸馏水洗涤，抽干，置于恒温箱干燥，即得产品。

所述步骤(a)中的壁材为明胶和阿拉伯胶。

所述步骤(b)中的芯材为液体石蜡。

由于步骤(b)中乳化搅拌速度对微胶囊粒径影响很大。由于已形成的聚合物具有刚性结构，微胶囊粒径在初始时，其液滴直径一般不会发生收缩，因此对微胶囊粒径的控制便转化为对分散时所得液滴直径的控制。此时机械分散起很大作用，机械分散效果好，颗粒粒度分布窄。由于微胶囊的粒径要求较大，因此乳化阶段的搅拌速度不宜太快，且速度快也使体系产生大量泡沫，使胶囊的强度降低；如果搅拌速度太小，芯材不能被乳化，产品包埋率和释放性能将受到很大影响，甚至不能形成胶囊。为了得到最佳的搅拌速度，本发明进行了不同搅拌速度对微胶囊的影响实验。

该实验分别选取了搅拌速度为400r/min、500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1000r/min的7种情况进行微胶囊的性能测试，结果如下表所示：

乳化转速(r/min)	400	500	600	700	800	900	1000
								粒径百分数(％)	72	74	75	78	80	76	72
包埋率(％)	74	76	78	81	85	86	87
								释放率(％)	92	90	89	88	87	86	85

从上表可以看出，在乳化转速在800r/min时，目标粒径的微胶囊所占比例最大。在乳化过程中，粘性剪切力及搅拌过程中产生的压力变化或相对粘度变化决定着打碎液滴的程度，随着乳化速度提高，剪切力也相应地增大，液滴的打碎程度提高，形成的微囊粒径也随着变化。

微胶囊的包埋率先随着乳化速度的增加呈增大趋势，当转速增大到800r/min，包埋率趋于稳定。原因可能是乳化速率太低时，液滴容易聚集成大块，难以包覆，包埋率则低。当乳化速率较大时，芯材被乳化成小液滴，壁材能将小液滴很好地包覆，包埋率基本保持不变。

微胶囊的释放率开始随着乳化转速增加而降低，原因可能是乳化速度小，形成的液滴大，单个胶囊被包覆的壁材量大，强度也降低。在800r/min时释放率最低。当速度继续增大，对于一定量的芯材，提高乳化速度，形成的微胶囊数目多，囊壁变薄，强度降低，释放率增大。

综合考虑上述因素，本发明中芯材乳化过程中的搅拌速度为700r/min～900r/min，且优先选用800r/min，此条件所制备的微胶囊目标粒径百分数最大，具有较高的包埋率和机械强度。

Claims (4)

1.控制搅拌速度的微胶囊制备工艺，其特征在于，包括壁材溶液的制备、芯材的乳化、微胶囊形成、微胶囊固化和微胶囊干燥五个步骤，其中：

(a)壁材溶液的制备：将壁材放入蒸馏水中浸泡溶胀，加热后保温备用；

(b)芯材的乳化：选取芯材，再滴加乳化剂，然后振荡溶解后与上述壁材溶液混合，置恒温水浴上搅拌，搅拌速度为700r/min～900r/min，形成乳状液，即得乳剂；

(c)微胶囊形成：将步骤(b)所得混合液进行机械搅拌，在不断搅拌的过程中，缓慢滴加10％醋酸溶液，微胶囊液形成；

(d)微胶囊固化：将步骤(c)中形成的微胶囊液不停搅拌，搅拌后加入固化剂，再用20％NaOH溶液调其pH至9.0，继续搅拌，将体系从凝胶化温度缓慢升高至50℃，静置待微胶囊沉降；

(e)微胶囊干燥：微胶囊沉降完全后，倾去上清液，然后过滤或甩干，微胶囊用蒸馏水洗涤，抽干，置于恒温箱干燥，即得产品。

2.根据权利要求1所述的控制搅拌速度的微胶囊制备工艺，其特征在于，所述步骤(b)中搅拌速度为800r/min。

3.根据权利要求1所述的控制搅拌速度的微胶囊制备工艺，其特征在于，所述步骤(a)中的壁材为明胶和阿拉伯胶。

4.根据权利要求1所述的控制搅拌速度的微胶囊制备工艺，其特征在于，所述步骤(b)中的芯材为液体石蜡。