微型胶囊实验方法与制备研究..docxVIP

第一章 绪论1.1 微胶囊简介1.1.1 微胶囊定义 微胶囊是一种由聚合物壁壳所包覆的封闭微小容器，容器里面封存的是固体、液体甚至是气体。外层包覆材料通常称为囊壁或壁材，里层被包覆的材料称为囊芯或芯材。常见的微胶囊粒径处于微米级别，直径一般为 1~500μm，壁厚在0.1~10μm范围内变化，芯材含量（囊芯在微胶囊总质量中所占的比例）为20~95%不等。随着微胶囊技术的发展，目前已经合成纳米级别的微胶囊。 微胶囊的外部形态一般为球形，也可以呈现非球形的多态形状，通常取决于芯材的种类和形状。当芯材为液体或气体时，形成的微胶囊大多为球形。选择不同的芯材和壁材，采用不同的制备方法所获得的微胶囊的结构也会出现不同。微胶囊有多种分类方法：从芯材看，可分为单核和复核微胶囊；从壁材结构看，可分为单层膜和多层膜微胶囊；从壁材组成看，可分为无机膜和有机膜微胶囊；从壁材透过性看，又可分为不透和半透微胶囊，半透微胶囊通常称为缓释微胶囊[1]。图1.1是常见微胶囊的形态结构示意图。图1.1 常见微胶囊的形态结构示意图Fig.1.1 The common structures of microcapsule1.1.2 微胶囊原材料的选择 （1）壁材的选择 微胶囊的壁材决定了微胶囊产品的性能和应用，不同材料的囊芯和不同的应用领域对微胶囊囊壁材料的要求大不相同。微胶囊囊壁材料的选择范围非常广泛，许多无机材料和有机材料都可适用，但最常用的为高分子材料。它的选取原则为：①壁材渗透性能应该满足使用的要求；②壁材固化以后使微胶囊具有一定的强度及可塑性；具有要求的粘度、熔点、玻璃化温度、成膜性、稳定性、渗透性、吸湿性、电性能、可聚合性、溶解性、相容性等；③壁材不与芯材反应，不与芯材互溶，水溶性芯材要选择油溶性的壁材，反之亦然[2] 。常用的微胶囊囊壁材料有明胶、琼脂、紫胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、聚酯、聚脲等[3]。 （2）芯材的选择 微胶囊的芯材可以是固体、液体、气体、以及三者的混合物。芯材必须容易分散成细小的颗粒，其种类由实际用途决定。常用的微胶囊囊芯材料有染料、油、香料、维生素、氨基酸、香精、醚类、醇类、石蜡类等[3]。1.2 微胶囊的合成方法 据目前统计，现有的微胶囊制备方法多达200余种，根据微胶囊的性质、制备方法、囊壁形成机理可将其分为物理法、化学法、物理化学法3大类[4]。物理法主要是利用物理机械原理合成微胶囊的技术，包括喷雾干燥法、多孔离心法、空气悬浮法、旋转分离法等；化学法主要是让囊壁材料的单体小分子发生聚合反应生成高分子成膜材料最后将囊芯包覆的制备方法，如锐孔法、界面聚合法和原位聚合法等；物理化学法是通过改变温度、PH等条件使溶液中处于溶解状态的成膜材料沉积出来包覆在囊芯表面的成形方法，分为干燥浴法、粉末床法、水相分离法、油相分离法、复凝聚法、熔化分散冷凝法等。 （1）喷雾干燥法 喷雾干燥法可分为3个过程：首先将囊芯材料分散在含有壁材的水溶液中，加入乳化剂，形成水包油型(O/W)或油包水型(W/O)乳液；然后将乳液通过热气流雾化成液滴，形成微小球状颗粒；最后迅速蒸干溶解壁材的溶剂，使囊壁将芯材物质包覆固化成形。其过程如图1.2所示：图1.2 喷雾干燥法制备微胶囊的流程图Fig.1.2 The flow chart of microcapsules were prepared by spray drying 使用喷雾干燥法，微胶囊的壁材选择应具有较低粘度、良好乳化性、高度水溶性、不易吸潮等特点。常见的有阿拉伯胶，水解多糖、糊精、变形淀粉和蛋白质等。喷雾干燥法具有工艺简单、成本低廉、操作灵活、易实现大规模工业化生产等优点，从而得到广泛使用。同时也存在包埋率不高、产品流动性差、致密性较差、对高挥发性和热敏性物质容易造成破坏等缺点。Javed Shaikh 等分别使用变性淀粉和阿拉伯胶为壁材，利用喷雾干燥法制备了黑胡椒油微胶囊，并对其进行了氧化稳定性实验，结果表明阿拉伯胶为囊壁比变性淀粉囊壁更有利于保护黑胡椒油[5]。Stephan Drusch 等分别将葡萄糖浆和海藻糖与淀粉进行复配，通过喷雾干燥成功合成鱼油微胶囊。结果表明葡萄糖浆合成的鱼油微胶囊比海藻糖制备的鱼油微胶囊氧化速率高[6]。谢岩黎等采用喷雾干燥法合成了维生素A 微胶囊，并用模糊数学的方法来获取最佳工艺参数[7]。图1.3 凝聚相分离法制备微胶囊的过程Fig.1.3 The process for preparing microcapsule by coacervation phase separation method （2）凝聚相分离法凝聚相分离法是采用物理化学法制备微胶囊的典型代表。这是一种在溶液中加入非溶剂，通过改变温度等条件诱发两种成膜材料相结合，使混合液产生成壁材浓度高的富相