微胶囊的制备方法及其原理
传统的微胶囊制备方法从原理上大致可分为物理方法、物理化学方法、化学方法三类。物理方法是利用物理机械的方法制备微胶囊,其先驱者是美国的D.E.Wurster。在上个世纪40年代末,他首先采用空气悬浮法制备微胶囊,并成功地运用到药物包衣领域,至今仍然把空气悬浮法称为Wurster法。美国的NCR公司的B.K.Green是利用物理化学原理制备微胶囊的先行者。50年代初,他发明了相分离复合凝聚法制备含油明胶微胶囊,取得了专利,并用于制备无碳复写纸,在商业上取得极大的成功,由此开辟了以相分离为基础的物理化学制备微胶囊的新领域。50年代末到60年代,人们开始研究把合成高分子的聚合方法应用于微胶囊制备,发表了许多以高分子聚合反应为基础的用化学方法制备微胶囊的专利。具体方法中以界面聚合法、原位聚合和凝聚法应用最为广泛。
界面聚合法的技术特点是:两种反应单体分别存在于乳液中不相溶的分散相和连续相中,而聚合反应在相界面上进行,如图1所示。这种制备微胶囊的工艺方便、简单、反应速度快,效果好,不需要昂贵复杂的设备,可以在常温下进行。此方法虽简单,但对包覆材料要求较高,包覆单体必须具备高的反应活性,可以进行缩聚反应。
原位聚合法:是将单体和引发剂全部置于囊芯外部,而且要求单体是可溶的,而生成的聚合物是不可溶的,聚合物沉积在囊芯物表面并包覆形成微胶囊。许多高分子反应,如均聚、共聚和缩聚反应都可用于原位聚合法制备微胶囊。原位聚合法与界面聚合法都是以单体为原料,利用合成高分子材料作壳材料的方法。两种方法所不同的是,在界面聚合法微胶囊化的过程中,分散相和连续相两者均要能够提供单体,而且两种以上不相容的单体分别溶解在不相容的两相中;而对于原位聚合来说,单体仅由分散相或连续相中的一个提供。比较这两种方法时可以看出,界面聚合法产生微胶囊壳的速率要比原位聚合法快得多。
凝聚法的特点是利用改变温度或在溶液中加入无机盐电解质、成膜材料的非溶剂,或创造条件诱发两种成膜材料间相互结合等方法,使壁材溶液产生相分离,形成两个新相,一个是含壁材浓度很高的聚合物丰富相又称包囊材料相,另一个是含壁材很少的聚合物缺乏相。形成的聚合物丰富相是可以充分流动的,并能够稳定地逐步环绕在囊芯微粒的周围。相分离步骤是制备微胶囊的关键。凝聚相分离法根据分散介质可分为水相分离法和油相分离法。水相分离法又按成膜材料的不同分为复合凝聚法和简单凝聚法。
复合凝聚法是凝聚法中最常用的方法,如图2所示。此方法是由两种或多种带有相反电荷的线性无规聚合物材料做壁材,将囊芯物质分散在壁材的水溶液中,在适当的条件下(pH值的改变、温度的改变、稀释、无机盐电解质的加入),使得相反电荷的高分子材料间发生静电作用。高分子材料的溶解度随之降低而产生了相分离,胶体从溶液中凝聚出来。以明胶与阿拉伯树胶通过复凝聚法在水相中进行微胶囊化可以包覆许多疏水性液体。如采用此方法可以包覆的芯材主要包括压敏复写纸材料、胶粘剂、发泡剂、热敏记录材料、液晶、照片的显影剂、环氧树脂的固化、磁性材料等。