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CN102091577A - 控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺 - Google Patents

控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺 Download PDF

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CN102091577A
CN102091577A CN2009102167234A CN200910216723A CN102091577A CN 102091577 A CN102091577 A CN 102091577A CN 2009102167234 A CN2009102167234 A CN 2009102167234A CN 200910216723 A CN200910216723 A CN 200910216723A CN 102091577 A CN102091577 A CN 102091577A
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Inventor
黄友华
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WUHOU DISTRICT DIANFENG ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY R&D CENTER
Original Assignee
WUHOU DISTRICT DIANFENG ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY R&D CENTER
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Abstract

本发明公开了一种控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺。该控制芯材芯壁比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芯材芯壁比范围为2∶1~5∶1,且优先选用芯壁比为4∶1的芯材。本发明通过控制芯材芯壁比,从而提高了微胶囊的粒径百分数、包埋率和释放率,进而提高了微胶囊的整体性能。

Description

控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺
技术领域
本发明涉及一种制备工艺,具体是指一种控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺。
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的芯材芯壁比对微胶囊的性能有很大的影响。对于一些场合,如包覆染料,希望芯材能长时间地包覆在壁材中,对微胶囊的致密性要求较高,那么就应该降低芯壁投料比,使芯材尽可能完全地被包覆;而另一些场合,如包覆药物、香精,则希望微胶囊具有缓释功能,这时就应该提高芯壁投料比。另外,芯壁比的降低会提高微胶囊的承压能力。对于液体石蜡的微胶囊破胶剂来说,一方面,我们希望胶囊中的芯材含量尽可能的大,提高破胶效率,这就需要提高芯壁比,但是过大的芯壁比会使微胶囊强度降低且囊壳致密性变差,芯材释放速率过快,会使压裂液提前破胶;因此合适的芯壁比对于液体石蜡微胶囊破胶剂来说显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术的不足与缺陷,提供一种控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺,该制备工艺通过控制芯材芯壁比,从而提高了微胶囊的粒径百分数、包埋率和释放率,进而提高了微胶囊的整体性能。
本发明的目的通过下述技术方案实现:控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺,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:称取芯壁比为2∶1~5∶1的芯材,再滴加乳化剂,振荡溶解,与上述壁材溶液混合,置恒温水浴上,机械搅拌乳化,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,自然冷却,待温度为32~35℃时,加入冰块,继续搅拌至温度为10℃以下,加入固化剂后再进行搅拌,搅拌后再用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)中芯材的芯壁比4∶1。
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:通过控制芯材芯壁比,从而提高了微胶囊的粒径百分数、包埋率和释放率,进而提高了微胶囊的整体性能。
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芯材芯壁比的微胶囊制备工艺,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:称取芯壁比为2∶1~5∶1的芯材,再滴加乳化剂,振荡溶解,与上述壁材溶液混合,置恒温水浴上,机械搅拌乳化,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,自然冷却,待温度为32~35℃时,加入冰块,继续搅拌至温度为10℃以下,加入固化剂后再进行搅拌,搅拌后再用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)中芯材的芯壁比对微胶囊的性能有很大的影响。对于一些场合,如包覆染料,希望芯材能长时间地包覆在壁材中,对微胶囊的致密性要求较高,那么就应该降低芯壁投料比,使芯材尽可能完全地被包覆;而另一些场合,如包覆药物、香精,则希望微胶囊具有缓释功能,这时就应该提高芯壁投料比。另外,芯壁比的降低会提高微胶囊的承压能力。对于液体石蜡的微胶囊破胶剂来说,一方面,我们希望胶囊中的芯材含量尽可能的大,提高破胶效率,这就需要提高芯壁比,但是过大的芯壁比会使微胶囊强度降低且囊壳致密性变差,芯材释放速率过快,会使压裂液提前破胶;因此合适的芯壁比对于液体石蜡微胶囊破胶剂来说显得尤为重要。为了得到最佳的芯材芯壁比,本发明进行了不同芯材芯壁比对微胶囊的影响实验。
该实验分别选取了芯壁比为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1和7∶1的7组芯材进行微胶囊的性能测试,结果如下表所示:
  芯材芯壁比   1∶1   2∶1   3∶1   4∶1   5∶1   6∶1   7∶1
  粒径百分数(%)   71   69   72   74   79   81   84
  包埋率(%)   69   66   67   67   52   48   46
  释放率(%)   75   77   84   85   88   90   92
从上表可以看出,随着芯材芯壁比的增加,所得微胶囊的目标粒径百分数呈增大趋势。因为随着芯材的增加,在相同乳化转速和乳化时间下,芯材所受的剪切力不足以将其分散成足够小的颗粒,芯材液滴会随之增大,因此胶囊颗粒必然变大。但是从上表也可看出,芯壁比为1∶1所得微胶囊的目标粒径百分数大于芯壁比为2∶1的。原因在于合成微胶囊的囊芯用量较少时,壁材对液滴的平均包覆量增加,粒径变大。
包埋率随着芯材芯壁比的增加,一开始变化不大,说明其他条件相同情况下,芯壁比从1∶1增加到4∶1,壁材对芯材的包覆程度基本一致。在5∶1处包埋率降低幅度较大,原因是芯材浓度过大,乳化不够彻底,有些芯材易聚集成大液滴,未能被包覆。
随着芯壁比的增加,胶囊的释放率呈增大趋势。因为一方面芯材的增加导致颗粒增多,平均包覆在颗粒表面的壁材量减少;另一方面,芯材增加,相同的乳化条件,芯材颗粒较大,形成的胶囊强度必然降低,在相同的压力下,释放率就会增大。
考虑到微胶囊的强度可以通过固化剂和后期条件提高,我们选择制备微胶囊的芯材芯壁比为2∶1~5∶1,且优先选用芯壁比为4∶1的芯材。
如上所述,便可较好的实现本发明。

Claims (4)

1.控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺,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:称取芯壁比为2∶1~5∶1的芯材,再滴加乳化剂,振荡溶解,与上述壁材溶液混合,置恒温水浴上,机械搅拌乳化,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,自然冷却,待温度为32~35℃时,加入冰块,继续搅拌至温度为10℃以下,加入固化剂后再进行搅拌,搅拌后再用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所述的控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺,其特征在于,所述步骤(b)中芯材的芯壁比4∶1。
3.根据权利要求1所述的控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺,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所述的控制芯材芯壁比的微胶囊制备工艺,其特征在于,所述步骤(b)中的芯材为液体石蜡。
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CN104722252A (zh) * 2015-02-06 2015-06-24 宁波高新区零零七工业设计有限公司 微型胶囊的制备工艺
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110615