Mikroinkapsling är processen att kapsla in små partiklar av ett ämne i ett tunt skal av ett filmbildande material. [1] [2]
Som ett resultat av mikroinkapsling erhålls en produkt i form av individuella mikrokapslar som sträcker sig i storlek från fraktioner av en mikron till hundratals mikron. Substansen som ska inkapslas, kallad innehållet i mikrokapslarna, aktiv eller basisk substans, utgör kärnan i mikrokapslarna, och det inkapslande materialet utgör skalens material. Skal utför funktionen att separera partiklar av ett eller flera ämnen från varandra och från den yttre miljön fram till användningstillfället. [2]
Huvudkomponenten i mikrokapslar - ämnet som kapslas in - kan vara i vilket som helst tillstånd av aggregation - flytande, fast eller gasformig. Befintliga metoder ger möjlighet till mikroinkapsling av både lyofila och lyofoba material.
Hittills har mikroinkapsling av metaller, olika kemikalier (hydrider, syrasalter, baser, många klasser av organiska föreningar - både monomera och högmolekylära) utförts, vilka är katalysatorer, stabilisatorer, mjukgörare, oljor, flytande och fasta bränslen, lösningsmedel, färgämnen, insekticider, bekämpningsmedel, gödningsmedel, läkemedel, doftämnen, livsmedelstillsatser och fibrer, samt enzymer och mikroorganismer. [1] [3] <
Innehållet i mikrokapslar kan inkludera ett inert fyllmedel, som är det medium i vilket ämnet dispergerades under mikroinkapslingen, eller nödvändigt för den aktiva substansens efterföljande funktion. [2]
Befintliga mikroinkapslingsmetoder kan delas in i tre huvudgrupper.
Den första gruppen är fysikalisk-kemiska metoder , som inkluderar koacervering, icke-lösningsmedelsutfällning, bildning av en ny fas med en temperaturförändring, avdunstning av ett flyktigt lösningsmedel, stelning av smältor i flytande media, extraktionssubstitution, spraytorkning och fysisk adsorption.
Den andra gruppen inkluderar kemiska metoder : bildandet av en ny fas genom tvärbindning av polymerer, polykondensation och polymerisation.
Slutligen är den tredje gruppen fysikaliska metoder : sprutning i fluidiserad bädd, extrudering och ångkondensering.
En sådan klassificering, som är baserad på karaktären hos de processer som sker under mikroinkapsling, är ganska godtycklig. I praktiken används ofta en kombination av olika metoder.
Utöver ovanstående metoder bör vi också nämna metoden för aerosolmikroinkapsling, som kan hänföras till både den andra och tredje gruppen, eftersom den kan baseras på både kemiska processer och fenomenen med fysisk koalescens av partiklar. [2]
När man bestämmer den mest lämpliga metoden för varje specifikt fall utgår man från de givna egenskaperna hos slutprodukten, kostnaden för processen och många andra faktorer. Valet av metod bestäms dock främst av egenskaperna hos det ursprungliga inkapslade ämnet.
En viktig egenskap hos mikroinkapslingsmetoder är storleken på de resulterande mikrokapslarna. På grundval av detta särskiljs metoderna tydligast, där det filmbildande materialet i skalen är en smälta under bildandet av mikrokapslar, och metoder baserade på fasseparation i flytande (gasformiga) medier.
Den första gruppen av metoder säkerställer produktionen av kapslar av medelstora och stora (upp till flera mm) storlekar, den andra - mikrokapslar som sträcker sig i storlek från flera till hundratals mikron. De minsta mikrokapslarna kan erhållas genom koacervering (från 1 µm till 1 mm), elektrostatisk koagulering (från fraktioner på µm till 20 µm), polymerisation i emulsioner och suspensioner (från 1 µm till flera mm), eller torkning genom att spraya en dispersion ( emulsion) system (upp till 500 µm). Kapslar av stora storlekar (från 100 mikron till flera mm) erhålls med användning av centrifuger, extrudrar och i en fluidiserad bädd.
Det bör noteras att de senare metoderna ger det lägsta innehållet av den dammiga fraktionen, men innehållet av huvudämnet i mikrokapslar är vanligtvis mindre än i produkter erhållna genom polymerisation (polykondensation) eller andra vätskefasmetoder. [1] [2]
För närvarande är en av de mest populära metoderna för att skapa mikrokapslar lager-för-lager-avsättning av polyelektrolyter (LbL, lager-för-lager-teknik).
Användningsområdena för mikroinkapslade produkter är extremt många. Idag är det svårt att nämna en gren av ekonomin där mikrokapslar inte skulle kunna användas eller effektiviteten av deras användning inte skulle vara uppenbar eller fundamentalt visad. [2] [3] De senaste åren har kännetecknats av en expansion av utbudet av mikroinkapslade produkter som tillverkas av industrin. Detta gäller cellulosamaterial, fyllmedel för polymerformmassor (fibrer och ihåliga mikrosfärer), vidhäftande material, komponenter i polymerkompositioner (katalysatorer, initiatorer, monomerer, polymerer och lösningsmedel), färgämnen, magnetiska ämnen, foderprodukter, insekticider, gödningsmedel, kosmetika produkter , hushållskemikalier, enzymer, fotografiska material etc. För närvarande är utbudet av praktiska användningsområden för mikroinkapslade material mycket stort - från hälsovård till rymdforskning. [1] [2]