Микрокапсулирование

Микрокапсулирование — это процесс заключения мелких частиц вещества в тонкую оболочку пленкообразующего материала.^[1][2]

В результате микрокапсулирования получают продукт в виде отдельных микрокапсул размером от долей микрона до сотен микрон. Капсулируемое вещество, называемое содержимым микрокапсул, активным или основным веществом, образует ядро микрокапсул, а капсулирующий материал составляет материал оболочек. Оболочки выполняют функцию разобщения частиц одного или нескольких веществ друг от друга и от внешней среды до момента использования.^[2]

Основной компонент микрокапсул — капсулируемое вещество — может находиться в любом агрегатном состоянии — жидком, твердом или газообразном. Существующие методы обеспечивают возможность микрокапсулирования как лиофильных, так лиофобных материалов.

К настоящему времени осуществлено микрокапсулирование металлов, различных химических веществ (гидридов, солей кислот, оснований, многих классов органических соединений — как мономерных, так и высокомолекулярных), представляющих собой катализаторы, стабилизаторы, пластификаторы, масла, жидкое и твердое топливо, растворители, красители, инсектициды, пестициды, удобрения, лекарственные препараты, ароматизирующие вещества, пищевые добавки и волокна, а также ферментов и микроорганизмов.^[1][3]<

В состав содержимого микрокапсул может входить инертный наполнитель, являющийся средой, в которой диспергировалось вещество в процессе микрокапсулирования, или необходимый для последующего функционирования активного вещества.^[2]

Существующие методы микрокапсулирования могут быть разделены на три основные группы.

Первая группа — физико-химические методы, которые включают коацервацию, осаждение нерастворителем, образование новой фазы при изменении температуры, упаривание летучего растворителя, отверждение расплавов в жидких средах, экстракционное замещение, высушивание распылением, физическую адсорбцию.

Ко второй группе относятся химические методы: образование новой фазы путём сшивания полимеров, поликонденсация и полимеризация.

Наконец, третья группа — это физические методы: напыление в псевдоожиженном слое, экструзия и конденсация паров.

Такая классификация, в основу которой положена природа процессов, протекающих при микрокапсулировании, достаточно условна. На практике часто используется сочетание различных методов.

Кроме перечисленных методов следует ещё упомянуть о методе аэрозольного микрокапсулирования, который может быть отнесен и ко второй, и к третьей группе, поскольку в его основе могут лежать как химические процессы, так и явления физической коалесценции частиц.^[2]

При определении наиболее пригодного метода для каждого конкретного случая исходят из заданных свойств конечного продукта, стоимости процесса и многих других факторов. Однако главным образом выбор метода определяется свойствами исходного капсулируемого вещества.

Важной характеристикой методов микрокапсулирования является размер получаемых микрокапсул. По этому признаку наиболее отчетливо разделяются методы, в которых пленкообразующий материал оболочек в процессе образования микрокапсул представляет собой расплав, и методы, основанные на разделении фаз в жидких (газообразных) средах.

Первая группа методов обеспечивает получение капсул средних и больших (до нескольких мм) размеров, вторая — микрокапсул размером от нескольких до сотен микрон. Наиболее мелкие микрокапсулы могут быть получены методами коацервации (от 1 мкм до 1 мм), электростатической коагуляцией (от долей мкм до 20 мкм), полимеризации в эмульсиях и суспензиях (от 1 мкм до нескольких мм) или высушивания при распылении дисперсионной (эмульсионной) системы (до 500 мкм). Капсулы больших размеров (от 100 мкм до нескольких мм) получают с использованием центрифуг, экструдирующих устройств и в псевдоожиженном слое.

Следует отметить, что последние методы обеспечивают наименьшее содержание пылевидной фракции, но при этом содержание основного вещества в микрокапсулах обычно бывает меньше, чем в продуктах, получаемых полимеризационными (поликонденсационными) или другими жидкофазными методами.^[1][2]

В настоящее время один из самых популярных методов создания микрокапсул — послойное нанесение полиэлектролитов (LbL, layer-by-layer technique).

Чрезвычайно многочисленны области применения микрокапсулированных продуктов. Сегодня трудно назвать отрасль хозяйства, где микрокапсулы не нашли бы применения или эффективность их использования не была бы очевидна или принципиально показана.^[2][3] Последние годы характеризуются расширением ассортимента выпускаемых промышленностью микрокапсулированных продуктов. Это относится к целлюлозным материалам, наполнителям для полимерных формовочных масс (волокнам и полым микросферам), клеевым материалам, компонентам полимерных композиций (катализаторам, инициаторам, мономерам, полимерам и растворителям), красителям, магнитным веществам, кормовым продуктам, инсектицидам, удобрениям, косметическим товарам, продуктам бытовой химии, ферментам, фотоматериалам и др. В настоящее время диапазон областей практического использования микрокапсулированных материалов очень велик — от здравоохранения до космических исследований.^[1][2]

• Нанокапсулирование