微胶囊技术在自修复和防织品化妆品中的应用

微胶囊技术及其应用

微胶囊技术及其应用

1. 基本概述

微胶囊始于1954年，美国NRC公司利用微胶囊技术应用于无碳复写纸上。微胶囊是指含有聚合物或者无机物的微型容器或者包装物。微胶囊技术即将固体、液体或者气体包埋、封存在一种微型胶囊内组成一种固体微粒产品的技术。包封用的皮膜物质称为壁材，被包的囊芯物质称为芯材。微胶囊粒直径一般为1～1000um， 胶囊壁厚度在0.5～150um之间。内含固体的胶囊粒形状与固体形状一样，液体的胶囊多为圆形。

微胶囊分类方法有多种，按芯材分类，可以分为单核和复核胶囊；按壁材结构分为单层膜和多层膜微胶囊；按壁材组成看，可以分为无机膜和有机膜微胶囊；从透过性看又分为不透和半透微胶囊。微胶囊具有保护物质下免受环境条件的影响，屏蔽味道、颜色和气体，降低毒性，改变物质的性质或性能，延长挥发性物质储存时间，持续释放物质进入外界，将不可混合的化合物隔离等功能。

2. 常用的微胶囊技术的比较

分类

制备方法

壁材

应用领域

优点/缺点比较

适用范围

物理法

喷雾干燥法

食品级的胶体：明胶、植物胶、变性淀粉

食品

优点：1. 操可包埋热敏感物质 2. 包埋量高，稳定性好3. 溶解性好 4. 生产能力高，且有现成设备 5. 干燥塔内壁面的寿命长 6. 操作方便 7. 经济 缺点：1. 设备尺寸大 2. 设备价格高 3. 耗动力大 4. 包埋率比其他方法相对较低

热敏性、疏水性、亲水性及与水反应的物质

空气悬浮法

纤维素衍生物、蛋白质衍生物、淀粉衍生物、蜡类

医药、农药、化肥

优点：1. 包埋率高，壁材厚度适中却均匀 缺点：设备复杂，不经济

固体芯材

真空蒸发沉积法

铝、镍、铜、蜡

塑料、储氢金属

优点：操作方便，可以大规模生产

非水溶性聚合物对活性物质的包囊

静电结合法

尼龙、邻苯二甲酸二丁酯

医药

优点：1. 能成批量连续化生产 2. 成本低 3. 环保，设备简单

含甘油的微胶囊

包接络合物法（分子包接法）

环糊精

医药、食品

优点：1. 包裹里强 ，干燥下产品稳定 2. 流动性好，不吸湿 3. 生产成本低 缺点：包裹量低

油脂、香料和风味料、酸味剂、酶制剂和细胞的胶囊化

物理化学法

复凝聚法

明胶、阿拉伯胶

记录材料、香料、医药、胶粘剂

优点：1. 操作简单 2. 高效率和高产率 缺点：成本高

非水溶性的固体粉末或液体

油相分离法

聚乙烯、聚苯乙烯、乙基纤维素、硝基纤维素

医药、生物材料、感光材料

优点：固体含量高 缺点：1. 污染、易燃易爆、有毒 2. 成本高

水溶性或者亲水性物质的胶囊化

干燥浴法（复相乳液法）

聚苯乙烯、纤维素衍生物、明胶等

医药、生物材料、感光材料

优点：胶囊机械强度大 缺点：1. 产品质量不稳定 2. 生产时间长

固体或液体芯材

熔化分散冷凝法

聚乙烯、石蜡等

医药、食品

优点：壁材成本低 缺点：稳定性差

热敏感性、挥发性物质

化学法

界面聚合

聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚脲等

记录材料、香料、农药、胶粘剂

优点：包封率高 缺点：要求被包裹物能耐酸碱性

适用于活性物质

原位聚合

聚苯乙烯、脲醛树脂、聚氨酯等

压敏纸、胶粘剂

缺点：1. 要求单体是可溶性，聚合物不可溶性 2. 成本高

气态、液态，水溶性和油溶性单体

锐孔-凝固浴法

聚乙烯醇、褐藻酸钠、明胶等

医药、香料、饲料

优点：1. 操作简单 2. 胶囊机械强度大 3. 胶囊粒径小

对紫外线光敏感的生物活性体的包囊

3. 微胶囊的应用领域及其研究进展

3.1 在食品中的应用

微胶囊在食品工业中的应用主要包括：食品微胶囊化、食品添加剂微胶囊化、营养素微胶囊化以及酶的微胶囊化。由于此项技术可以改变物质形态，保护敏感成分，隔离活性物质，降低挥发性，使不相溶成分混合并降低某些化学添加剂的毒性等，微食品工业高新技术的开发展现了良好前景。

微胶囊香料是最早应用于食品工业的微胶囊技术，大大提高了耐氧、光、热的能力，提高了香料和风味料的加工性和稳定性，延长了贮存期，极大地扩宽了香料的适用范围。微胶囊化香料和风味料作为添加剂在食品工业中的应用广泛，例如将桂皮醛以脂肪微胶囊化添加于发酵食品中，保证风味同时不妨碍发酵；在生产糖果时加入环糊精包埋的薄荷油，以防止加工过程中薄荷油的损失；口香糖中加入微胶囊化的风味，食用时与唾液接触，即刻释放香味。

随着微胶囊技术的发展，将食用油脂微胶囊化得到了广泛的应用。如花生油、玉米油、大豆油、猪油、椰子油、棉子油等均可转化成固体粉末油。

同时最着方便食品的发展，酸味剂微胶囊化也得到了快速发展。例如微胶囊化柠檬酸、乳酸、苹果酸、抗坏血酸等。

3.2 在阻燃剂中的应用

目前市场上对于聚合物材料的阻燃性有越来越高的要求。其中无机阻燃剂具有价廉、基本无毒、使用后不造成环境污染等优点。但是由于无机阻燃剂一般具有较高的表面活性，粒子之间的聚集成团性强，应用于高聚物材料时，与基体树脂的相容性和在树脂中的分散性差，因而降低了材料的机械强度和表观性能，解决这一问题的唯一途径是对无机阻燃剂进行微胶囊化。

以下列举出几种常用的微胶囊阻燃剂类型及其应用

常见阻燃剂微胶囊

常用壁材

阻燃机理

应用材料类别

特点

微囊化氢氧化镁

三聚氰胺（MF)/脲醛树脂(UF)/蜜铵树脂

在一定温度下条件下，氢氧化镁受热分解放出氧化镁和水。同时吸收热量降低高聚物的实际温度，抑制高聚物分解和释放可燃性气体。此外生成的金属氧化去又是耐火材料，覆盖于高聚物的表面，起到隔绝空气阻止燃烧的目的。

PP/PE/EVA/硅橡胶/PA

经济/阻燃性效果好

三元包裹微胶囊化红磷（MRP）

蜜铵树脂/环氧树脂/蜜铵树脂与硼酸锌

材料燃烧时红磷受热被氧化成氧化磷，氧化磷遇水又迅速转变为偏磷酸、磷酸和各种聚磷酸。生成的这种混磷酸不仅能覆盖在复合材料表面形成液态隔膜，起到隔氧、隔热、阻隔可燃性气体进入燃烧气相的作用，同时混磷酸在高温下脱水，促使符合材料表面成炭，进一步提高阻燃效果

RPUF/ABS/NBR/PE

高效阻燃、用量少 缺点：红磷易吸水，对湿度要求较高

不饱和聚酯树脂微胶囊化聚磷酸铵

不饱和聚酯树脂（UPR)

APP受热脱水后生成聚磷酸强脱水机，促使有机物表面脱水程程炭化物，加之生成的非挥发性磷的氧化物及聚磷酸对基材表面进行覆盖，隔绝空气而达到阻燃的目的

PP/PE

热稳定性好、水溶性小、阻燃效应高

微囊化氢氧化铝

脲醛树脂/三聚氰胺树脂和脲醛树脂

氢氧化铝受热产生水和氧化镁，大量吸收热量而阻燃和抑烟