Микрокапсулирование имеет важное значение для машиностроения, биологии, медицины и ряда других областей науки. Микрокапсулирование является эффективным способом защиты инкапсулированного материала (например, водного раствора или фармацевтического препарата) и контроля его попадания во внешнюю среду.
Микрокапсулы также используются для производства антикоррозионных систем, и в данном случае актуальны исследования о полимерных микрокапсулах, содержащих растворы кислот. В данной работе были получены микрокапсулы из полистирола, содержащие деминерализованную воду. Оценено влияние соотношения активной зоны к оболочке, температуры испарения, а также присутствия хлорида натрия и поверхностно-активного вещества на выход микрокапсулированного продукта.
Микрокапсулы исследовались с помощью метода сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и термогравиметрии, которые показали морфологию и тепловое поведение микрокапсул в ответ на изменение соотношения ядер к оболочке. На снимках КЭМ видны одноядерные микрокапсулы с гладкой поверхностью. Результаты показали, что соотношение между активной зоной и оболочкой находятся в соотношении 2:1 и это показало наилучшую эффективность капсулирования в условиях данного исследования. Увеличение выхода примерно на 38% было достигнуто за счет снижения температуры испарения. Кроме того, результаты, полученные в ходе данного исследования, значительно выше, в других исследованиях.
Технология микрокапсулирования заключается в обертывании жидкого или твердого сердечника полимерной мембраной для защиты сердечника до его высвобождения. Микрокапсулирование широко используется в пищевой и фармацевтической промышленности для защиты полезных свойств сердечника, а также для контролируемого высвобождения лекарственных средств. Он также используется для самоотверждающихся продуктов, таких как анаэробные клеи и эпоксидные смолы. Методы микрокапсулирования могут быть разделены в зависимости от способа их производства. Химические методы получения микрокапсул связаны с реакциями полимеризации. Примером может служить межфазная полимеризация, используемая для получения микросфер ксилитола. Физико-химические методы получения микрокапсул предполагают растворимость и физико-химические реакции присоединения; например, использовалась комплексная коацервация для получения микрокапсул сахарозы. Физико-механические методы используют также для изменения физических состояний и растворимости для получения микрокапсул с помощью таких методов, как распылительная сушка, кипящие слои и испарение растворителей. Технология испарения растворителя, применяемая для производства микрокапсул, использует систему "вода в масле и в воде" (В1/М/В2).
В этом методе микрокапсульный сердечник (В1) эмульгируется в полимерном растворе (М), образуя водную эмульсию в масле (В1/М). После стабилизации эмульсии эта фаза рассеивается в среде (В2). После этого растворитель испаряется при постоянном перемешивании, затвердевая на стенках капсулы и инкапсулируя сердцевину. В процессе испарения материал мигрирует из активной зоны в непрерывную среду из-за гидрофильности активной зоны и среды, изменяя морфологию микрокапсул. Морфология микрокапсул определяет их применение, поскольку контролируемое высвобождение лекарственных средств требует пористых капсул, а самоотверждающиеся системы должны защищать их ядро, поэтому для этого требуется создать капсулы с гладкой поверхностью. Параметры процесса инкапсуляции влияют на морфологические особенности микрокапсул. Например, диспергированная фаза с высокой вязкостью препятствует миграции активной зоны в непрерывную фазу и производит микрокапсулы с низкой пористостью и гладкостью.
Следовательно, чем более вязкой будет дисперсная фаза, тем эффективнее будет процесс, если ставится задача получения пористых микрокапсул.
Другой альтернативой для предотвращения миграции сердечника является изменение количества полимера по отношению к сердечнику. Миграция активной зоны во время инкапсуляции постоянна, поэтому увеличение массы активной зоны приведет к большему количеству инкапсулированного материала. Однако существует предел увеличения массы, поскольку чрезмерное количество активной зоны приведет к образованию тонких стенок капсул, которые не обеспечивают достаточной защиты активной зоны, что вызовет миграцию материала из активной зоны в непрерывную фазу.
ПАВ - это химические соединения, которые могут гомогенизировать гидрофильную и гидрофобную фазы, поскольку молекулы в их цепочках ведут себя и так, и так.
В методе испарения растворителя основная и непрерывная среда являются гидрофильными, а дисперсная фаза - гидрофобными. Следовательно, использование поверхностно-активных веществ обеспечивает получение более стабильных водных эмульсий. Также использовался сорбитан моноолеат и сорбитан монолараты в качестве поверхностно-активных веществ для изучения их влияния на характеристики микрочастиц В1/М/В2. Также сообщалось, что эффективность инкапсуляции сорбитального монолизата поверхностно-активного вещества была выше, поскольку его гидрофильно-липофильный баланс в 4,3 раза выше для стабилизации используемой ими системы вода-масло. Миграция материалов из активной зоны также может быть уменьшена за счет увеличения осмотического давления непрерывной среды, которое достигается путем разбавления соли в этой фазе. Большинство исследований по микрокапсулированию, опубликованных в литературе, посвящены фармацевтическим и медицинским процессам, в то время как лишь немногие доклады посвящены обычным полимерам. В ряде научных работ описывается использование органических полимеров, таких как хитозан или целлюлозные соединения или синтетические производные органических соединений.
Выводы
Микрокапсулы полистирола, содержащие деминерализованную воду, были успешно изготовлены методом испарения растворителя. Выход продукта возрос при увеличении соотношения ядер к оболочке с 1:1 до 2:1, достигнув значения 61,47%. Добавление ПАВ во внутреннюю фазу (В1) для стабилизации водомасляной эмульсии повысило технологический выход до 76,83%. Снижение температуры испарения привело к выходу 79,25% (самый высокий показатель, полученный в данном исследовании). Добавление хлорида натрия во внешнюю фазу оказалось не выгодным для процесса микрокапсулирования.
Термогравиметрические результаты и снимки КЭМ также показали, что при производстве водонепроницаемых полистирольных микрокапсул в условиях переработки наиболее эффективным оказалось соотношение ядер к оболочке - 2:1.
Спасибо за внимание.