微胶囊

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8.3.2 微胶囊结构
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8.3.3 微胶囊的性质和质量


一、微胶囊的性质 微胶囊的性质主要包括微胶囊的形态、 结构及粒径；微胶囊中芯材的释放；微 胶囊囊壁的厚度等。 （1）微胶囊的形态、结构及粒径 影响粒径大小的因素主要有芯材的粒径、 制备方法、制备温度、制备时的搅拌速 率、壁材溶液的黏度、乳化条件等
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（2）微胶囊中芯材的释放


Hale Waihona Puke Baidu
控制释放是微胶囊化的主要目的之一， 也是微胶囊的重要特性之一。微胶囊芯 材的释放按扩散、膜层破裂和囊膜降解3 种方式进行： 扩散 膜层破裂 囊膜降解
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（3）微胶囊囊壁的厚度 影响囊壁厚度的因素主要有制备工艺、 芯材量、芯材的粒径、壁材的化学结构 等。

成膜性好、化学性质稳定，但有些对生物会造成毒害
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一种理想的壁材必须具有如下特点： （1）高浓度时有良好的流动性,保证在微胶囊 化过程中有好的可操作性能； （2）良好的溶解性能； （3）在加工过程能够乳化囊心形成稳定的的 乳化体系 （4）胶囊易干燥及容易脱落； （5）对于活性生物的微胶囊材料需有很好的 生物相容性。
（4）溶出速率 通过微胶囊溶出速率的测定可直接反映 出芯材的释放速率，溶出速率也是评价 微胶囊质量的主要指标之一。
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（5）微胶囊的装载率和包埋率 ①装载率是指一定质量的固体微胶囊内 装载芯材的百分数，装载率=（微胶囊内 芯材质量/微囊的总质量）×100%。 ②包埋率是指微胶囊内芯材的质量占投 放芯材质量的百分数，可由下式计算： 包埋率=（微胶囊内芯材质量/投放芯材 质量）×100%。
香精微胶囊
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应用
8.3.2 微胶囊组成与结构

6.3.1 组成

芯材 壁材

6.3.2 结构
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壁材

壁材定义
常见壁材 壁材选择基本原则


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常见壁材

壁材是决定微胶囊性能的最重要因素,针 对不同的应用,微胶囊壁材有不同的要求

按溶解性分类 按来源分类
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按溶解性分类（壁材）

水溶性壁材

特点

一般无毒、生物相容性好、可降解且降解产 物无副作用
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半合成高分子壁材

种类

纤维素衍生物类，如羧甲基纤维素等

特点

毒性小、粘度大、成盐后溶解度增大
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合成高分子材料

可降解类

如聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物等 特点

无毒、成膜性好、化学稳定性高

不可降解类

如聚氯乙烯、聚苯乙烯等 特点
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8.3.4 微胶囊化技术（微胶囊化方法）

概述

微胶囊化的核心


壁材选取 微胶囊化技术

微胶囊化技术：即制备微胶囊的工艺方法
微胶囊化技术
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微胶囊制备方法

化学法 物理化学法 物理机械法


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化学法

基本原理

利用单体小分子发生聚合反应生成高分子 成膜材料将芯材包覆

种类



生物提取物微胶囊制备方法 涂料制备方法
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生物提取物微胶囊制备方法

用密胺树脂对染料和生物提取物包封制 得微胶囊
微胶囊制备方法采用原位聚合法。

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生物低表面能船舶防污涂料制备方法

在反应器中按配方剂量加入溶剂及纳米 复合氟～硅树脂（制备氟－硅树脂时， 将纳米二氧化硅添加到树脂中）
充分搅拌混合后，搅拌下依次加入规定 剂量的生物提取物微胶囊、微孔型二氧 化硅，搅拌30min后出料
壁材的沉积、包覆
凝聚－相分离法制备微胶囊过程示意图


包覆膜固化
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复凝聚法

原理与单凝聚法类似，主 要区别如下

壁材 复凝聚法

壁材为两种、且带有相反 电荷 一种壁材即可

单凝聚法


壁材沉积原因 复凝聚法

两种壁材的相反电荷中和

单凝聚法

加凝聚剂
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油相相分离法

原理和水相相分离法类似，二者的主要区别 是：

水浴干燥法 油浴干燥法

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水浴干燥法（W／O／W型双重乳状液）

原理

W/O型乳液的制备
介质水溶液制备
W/O/W型复相乳液制 备
壁材析出、包覆芯材 脱有机溶剂 用于亲水性芯材的微胶 囊化
水浴干燥法示意图


应用

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油浴干燥法（ O/W/O型复相乳液）

原理与水浴干燥法类似，主要区别如 下
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原位聚合法

原理



壁材：三聚氰（酰）胺、尿素树脂等。 特点：壁材致密，能有效地保护芯材
应用

可用于热膨胀剂、化妆品、感压复写纸、 油墨、黏合剂微胶囊制备
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原位聚合法原理

单体溶于某一相中（分散相或分散介 质）；芯材溶于分散相 加入乳化剂，制乳液
加入引发剂，单体扩散到相界面处、发 生聚合反应，生成不溶性的壁材，将芯 材包覆
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1953一1954年：NCR公司提出了利用凝聚法制备含 油明胶微胶囊之基本方法的二个专利，以及利用上述 基本方法制备微胶囊型压敏复写纸的四个专利，并将 此方法用于无碳复写纸生产，这也是第一个商业化的 微胶囊产品，标志着微胶囊技术工业化的开始。
60～70年代，聚合方法开始应用于微胶囊制备，微 胶囊技术的工艺日益成熟，应用范围逐渐扩大：已从 最初的药物覆盖和无碳复写纸扩展到食品、农药、日 化、涂料、肥料、饲料等各个行业

界面聚合法 原位聚合法 锐孔法 辐射化学法等
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界面聚合法

原理 壁材


可选聚酰胺、聚氨酯、聚脲、聚酯等 壁材致密，能有效地保护芯材。 全色热敏纸、感压复写纸、黏合剂、农药、 药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等
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特点


应用

界面聚合法原理





单体分别溶两相、芯材 溶于分散相 乳状液制备 单体分别从两相内部向 乳化液滴的界面移动 （扩散） 单体在相界面处反应， 生成聚合物将芯材包裹 微胶囊从油相或水相中 分离
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无炭复写纸

发色剂微胶囊

用天然高分子材 料（明胶与阿拉 伯树胶），将目 标物（发色剂， 一种无色染料）， 包覆起来形成的 3～7μm微小胶囊
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微胶囊大小和形状

直径

一般在1000μm（1mm）以下 多数为5-300μm

壁材的厚度0.2~10μm
外形

球形、肾形、谷粒形不等
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微胶囊外形


天然胶类（如明胶、阿拉伯胶等） 部分纤维素类（如羧甲基纤维素等） 亲水性聚合物（聚乙二醇、聚乙烯醇等）

油溶性（非水溶性）壁材

水不溶性聚合物（聚酰胺等） 虫胶等
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肠溶性壁材

按来源分类（壁材）

天然高分子壁材

半合成高分子壁材 合成高分子材料

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天然高分子壁材

种类

一般有脂质(如卵磷脂等)、多糖(如淀粉、阿 拉伯胶等)、蛋白质(如明胶、纤维蛋白）等
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（2）微胶囊的粒径及分布的测定 不同用途的微胶囊对粒径有不同的要求。 微胶囊粒径的测定有多种方法如库尔特 计数法、激光法等都可用于粒径及其分 布的测定。
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（3）芯材含量的测定 芯材含量是评价微胶囊产品的重要指标 之一，采用的方法根据具体产品及不同 的芯材性质作具体的选择。
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海洋设施（船舶）存在问题

设施附着海洋生物后果

燃料消耗增大（最高可达30％） 腐蚀加剧、使用寿命显著缩短

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解决方法（广泛使用防污涂料）

防污涂料基本原理

防止生物附着

降低涂料（船舶）表面能 无毒的生物提取物（如辣椒素）驱赶 铜、汞、锡等有毒化合物、杀死

杀死附着微生物


使用时的问题
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防污涂料性能

该涂料在海水中的有效防污期可达5年以 上
一般的有机锡化合物防污漆，如果有机 锡化合物不制成微胶囊的话，其防污期 一般仅3个月

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8.5.2 阿斯匹林药物微胶囊

问题 解决办法 制备方法


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阿斯匹林使用中的问题

阿斯匹林的药效成分为乙酰水杨酸 （微溶于水），具有解热、镇痛、消 炎抗风湿作用；半衰期15～20分钟


80年代以后 开发出纳米尺度微胶囊
应用
3
8.3.1 微胶囊的含义、特点及应用
1 微胶囊 2 微胶囊特点
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1 微胶囊（micro encapsule，简称MC）

定义 大小和形状 芯材和壁材


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微胶囊定义
系利用天然的或合成的高分子材料，将固 体、液体或气体物包裹成直径5~300μm的 微小胶囊。 胶囊技术是利用惰性多聚的天然或合成的 高分子材料将固体、液体或气体材料包裹 在一个微小密闭的胶囊之中,形成一种具有 半透膜或密封的囊膜,并在一定条件下有控 制地将所包裹的材料释放出来。
8.3 微胶囊
1 发展简史 2 基本概念 3 微胶囊组成与结构 4 微胶囊化技术 5 微胶囊的应用
1 微胶囊发展简史及应用


30年代：起步 1936年11月：大西洋海岸渔业公司 (Atlantic Coast Fishers)提出了适用于在 液体石蜡中，制备含鱼肝油明胶微胶囊的 专利申请,这是第一个微胶囊产品 1949年1月：威斯康星校友研究基金会提 出了利用Wurster发明的空气悬浮法，将 固体微粒微胶囊化的专利申请。
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物理化学法

基本原理

改变条件使溶解的壁材从溶液中析出，并 将芯材包覆，制得微胶囊 凝聚～相分离法


种类

水相相分离法 油相相分离法

复相乳液法 熔化分散冷凝法、粉末床法等
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水相相分离法

方法 单凝聚法

复凝聚法

应用

制备疏水性芯材的微胶囊
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单凝聚法

芯材的分散

壁材析出 加凝聚剂

无毒生物提取物或有毒化合物的缓释问题 上述物质包封在微胶囊内、分散于涂料内（缓 释）、增大涂料使用期限

解决办法

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生物低表面能船舶防污涂料

配方


低表面能树脂（氟～硅树脂）19～26％ 生物提取物（辣椒素、甲壳素）微胶囊 0.1～0.2 ％ 纳米二氧化钛 1～2％ 微孔型二氧化硅 15～20％ 余量为溶剂（乙醇或二甲苯等）
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壁材选择基本原则

芯材和壁材的溶解性能相反

芯材亲油、壁材一般要亲水，反之亦然。

壁料对芯材无不良影响 壁材有适当的渗透性、溶解性、可降 解性、弹性、流动性、乳化性等 壁材成膜性能好、具有一定的机械强 度与稳定性
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芯材

芯材定义 常见芯材 芯材释放方式


扩散 膜层破裂 降解
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二、微胶囊的质量

对于微胶囊产品来说，针对不同的芯材， 选用不同的壁材和不同的方法制得的微 胶囊性能可能相差很大，有时对于同种 壁材，由于微胶囊化工艺条件的差异， 也会引起质量的不一致。因此微胶囊的 质量评价就很重要。
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（1）微胶囊的形状测定 微胶囊可采用光学显微镜、扫描或电子 显微镜观察形状并提供照片，也可以采 用图象分析仪测定形状。微胶囊的形态 一般为圆整球形或卵圆形的封闭囊状物。
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芯材和壁材

芯材：被包埋物（目标物）

可以是固体、液体或气体材料

壁材

包埋芯材的高分子物质
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2 微胶囊特点

改变物料的存在形式、质量和体积

微胶囊化猪油、小密度农药制成微胶囊

隔离活性组分、保护敏感性物料

维生素C微胶囊、食品酸味剂微胶囊

降低挥发性、掩蔽不良气味

维生素AD微胶囊

缓释



油浴干燥法制备的是O/W/O型复相乳液， 脱溶剂一步除去的是水 油浴干燥法：有机溶剂的沸点要比水高

应用

疏水性物质的微胶囊化。如鱼肝油微胶囊
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物理机械法

空气悬浮成膜法 喷雾干燥法 离心挤压法等多种


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空气悬浮成膜法

原理


芯材的悬浮 壁材的包覆 干燥

应用


固体物质的微胶囊化 目前多见于香精、香 料及脂溶性维生素等 微胶囊化
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喷雾干燥法

原理

预处理

乳状液或悬浮液的制备 （壁材水溶液为分散介 质）

雾化、干燥

应用


最适于亲油性液体物 料的微胶囊化 可用于食品、医药、 农药、化妆品微胶囊 的制备
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8.5 微胶囊的应用
8.5.1 海洋防污涂料

8.5.2 阿斯匹林药物微胶囊

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8.5.1 海洋防污涂料

问题 解决方法 配方实例 性能

芯材

油相相分离法：包覆的芯材为亲水性物质；水相相分 离法：包覆的芯材为疏水性物质 油相相分离法：壁材溶解在有机溶剂中；水相相分离 法：壁材溶解于水中 油相相分离法：无包覆膜的固化；水相相分离法：需 固化
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壁材溶液


步骤


应用

亲水性芯材的微胶囊化（医药领域里应用较多）
复相乳液法/干燥浴法
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常见芯材

物态：固、液、气或诸相混合体 种类

高挥发性物质：香料、气体等 液体反应物：如单组分环氧胶粘剂 有毒物质： 异味、敏感性物质： 需改变物态、质量、体积的物质

行业归属

胶黏剂、催化剂、某些助剂（如增塑剂）、造纸 化学品、油墨、涂料、染料、颜料、溶剂、液晶、 金属单体等等，今后还将不断发展 （电子墨水）