微胶囊化效率（精选6篇）
微胶囊化效率 篇1
1 微胶囊技术
微胶囊技术就是将固、液、气态的物质包埋到微小封闭的胶囊内,使有效成分以稳定的状态存在,保护敏感成分免受氧化、紫外线、光、热、湿等负面影响,并使其内容物在特定的条件下以可控的速率释放的技术[1]。对物质进行微胶囊化,可以改善物质的物理性质,控制释放、分离用于特殊目的的不相容物质,屏蔽味道和气味,提供稳定性及保护芯材免受环境影响以及降低对健康的危害及减少毒副作用[2,3,4]。微胶囊技术广泛应用于医药、食品、农药、涂料、化妆品、添加剂、纺织等多个领域,发展前景十分乐观。
2 皮革行业材料微胶囊化
将微胶囊技术引入到皮革中,可以充分利用微胶囊材料的隔绝作用、控制释放作用及缓释作用,改善皮革生产过程并提高皮革产品的性能。笔者对皮革行业辅助物料微胶囊化进行综述,以便让大家充分认识到微胶囊技术在皮革行业中的潜力,使更多的制革研究人员将这一新技术推广到皮革生产中,为皮革行业的发展带来全新的机遇。由于微胶囊制备方法在其它文献中均有所介绍,本文就不再赘述。
2.1 皮革染料微胶囊化
微胶囊染料是指芯材为染料,壁材为某种天然或合成高分子物质的微胶囊。该类胶囊大小一般为10~200μm,其形状为球形或多面体。根据应用对象的不同,染料可分为分散、酸性、阳离子、还原、活性及油溶性染料等。目前,染料微胶囊主要应用于纺织印染行业。皮革纤维带有较强的电荷性,不同染料对皮革的亲和力各不相同。目前所采用的皮革专用染料大多数是从纺织印染行业的染料中筛选或进行一定处理得到的,应用于纺织印染行业中的染料微胶囊,在一定情况下也适用于皮革行业[5]。皮革染料微胶囊化,可以改善染料的表面性能,使得染料与皮革纤维更易结合,因此可以提高皮革的匀染性;同时它还可以提高染料的利用率并有利于废水净化,减轻对环境的污染[6]。微胶囊染料常用界面聚合法和原位聚合法制备。
青岛大学董朝红等人[7]以甲苯二异氰酸酯、乙二胺和分散大红S-BW-FL为原料,采用界面聚合法制备分散染料微胶囊,并对涤纶织物进行高温高压染色。所制分散染料微胶囊的平均粒径2.0μm,数量较多,分布均匀,并具有较好的缓释性。难以从涤纶内部向表层迁移,因此具有较高的水洗牢度。上海交通大学李立等人[8]用原位聚合法,以尿素和甲醛为壁材,制备了以酸性红为芯材外形为球型的单核皮芯结构的微胶囊。加入囊壁质量的4%~15%Na Cl以后,可以使微胶囊的囊壁具有较强的韧性。加入囊壁质量的5%~10%SiO2粉末,可以防止微胶囊颗粒发生粘结,使微胶囊受热熔化后,显色更细腻、均匀,分辨率高。
2.2 皮革消光补伤剂微胶囊化
皮革消光补伤剂微胶囊化是将低沸点的溶剂包裹在微胶囊当中,作为补伤剂对残次皮革进行涂饰。在高温下熨平时,微胶囊破裂形成不规则的平面,从而起到消光补伤作用[3]。由于微胶囊皮革消光补伤剂的涂膜具有多孔结构特征,而且其物化性能与天然皮革纤维更为接近,因此克服了无机填料类皮革补伤剂存在的手感偏硬、凹陷、不耐摔等缺点[9]。
微球是一种具有聚合物壁的微型密封容器,其制备是通过微胶囊化过程实现的。常作为填料应用于皮革消光补伤剂中的微球包括:预膨胀微球和中空微球。预膨胀微球体积稳定,能避免收缩变形,具有填充性,由于预膨胀微球的核壳折光指数差异使微球还具有遮盖性。当微球粒径与涂层厚度匹配后,通常可达到20~40μm,这样便能对涂层消光。预膨胀微球兼具填充、遮盖和消光性能,在皮革补伤中能发挥很好的作用[10]。中国科学院成都有机化学研究所孙静等人[11]以预膨胀微球、成膜树脂和增稠剂为主要原料配制补伤膏。研究发现,增稠剂对补伤膏的应用性能影响较大。采用保水性强的增稠剂,能延长补伤膏的干燥时间,提高补伤膏与皮革的粘着牢度,充分表现出滋润的手感,顺利地进行磨革、压花、摔软等操作。
热膨胀性中空微球有机消光填料的球体内部含有一定量的低沸点有机溶剂,具有10%左右的2次发泡性,提高了补伤剂的干/湿体积比。丹东轻化工研究院有限责任公司荆春贵等人[12],分别制备热膨胀性中空微球有机消光填料、水性丙烯酸树脂和聚氨酯粘合剂,再配以其它助剂制成皮革消光补伤剂,用于伤残皮革的补伤处理,具有理想的补伤效果,可广泛用于牛皮、猪皮等天然皮革表面各种伤残的修补。
2.3 皮革加香剂微胶囊化
将包有皮革加香剂的微胶囊应用到皮革上,当皮革受到机械应变时就会释放出芳香气味。皮革加香剂可以冲淡皮革中因加脂剂带来的不舒适气味,提高皮革产品档次。与传统加香剂技术只能在有限时间内发挥作用相比,将加香剂微胶囊化后,可以大幅度减少加香剂的挥发损失,有效提高留香的持久性,成为目前芳香整理技术的主流[13]。目前皮革加香剂微胶囊化技术主要有开孔型微胶囊和封闭型微胶囊2种[14]。开孔型微胶囊在囊壁上有许多微孔通道,香气从这些微孔通道中不断释放出来,随着温度的升高微孔通道扩大,香气的释放速度加快;而封闭型微胶囊在通常情况下香气很少释放,在受压或摩擦作用下壁材容易破裂,从而释放出香气。开孔型微胶囊加香剂常用物理方法和络合包埋法制备;封闭型微胶囊加香剂常用复合凝聚法和原位聚合法制备。
微胶囊加香剂具有用量少(2%左右),香味持久,可掩盖皮革异味,提高皮革档次等优点,可将其用在汽车坐垫革、沙发革、服装革、箱包革等产品上,有着极其广阔的市场。天津市巨丰皮革化工公司孟宪民[3]通过对比缓释微胶囊和全封闭微胶囊加香剂的性能,进一步探讨微胶囊加香剂在皮革加工中的应用,作者经过反复的筛选试验,找到了一种保存期达2a以上,在制革中应用方便的微胶囊。
2.4 皮革抗氧化剂微胶囊化
皮革中六价铬来源多种多样,但是本质的原因是由三价铬的氧化导致。环境中产生的自由基可将三价铬氧化成对人体有害的六价铬[15]。通常采用皮革抗氧化剂或还原剂来预防三价铬的氧化,但是加入的抗氧化剂或还原剂由于直接暴露在空气中很快便消耗殆尽。皮革抗氧化剂或还原剂微胶囊化,一方面由于囊壁隔绝空气的作用,防止了抗氧化剂过早消耗殆尽;另一方面由于囊壁的半透性,从而使得抗氧化剂或还原剂缓慢释放,延长抗氧化作用的时间[2]。油性微胶囊抗氧化剂常用聚合法、凝聚法和相分离法制备;水性微胶囊抗氧化剂常用相分离法制备。
科研工作者研究发现,用复合抗氧化剂和微胶囊抗氧化剂作对比,微胶囊抗氧化剂作用时间更长。郑州大学高鸿超等人[16]以聚丙烯酸酯为囊壁,以复合抗氧化剂为囊芯,用相分离法制备微胶囊抗氧化剂。经抗氧化剂处理后,皮革中六价铬含量很快上升;而使用抗氧化剂微胶囊,热处理长达64h后,皮革中六价铬含量才出现微小变化。
2.5 皮革增塑剂微胶囊化
为了防止涂层的脆裂,通常采用皮革增塑剂来解决这一问题,由于增塑剂是小分子材料,在皮革使用时会逐步逸出从而失去效果。增塑剂微胶囊化后,由于囊壁的机械隔离作用以及缓释作用,它可以在涂饰的干燥和熨平操作中保留下来,且在皮革产品的使用过程中,可以持久缓慢释放,从而延长增塑作用时间,解决了因增塑剂的迁移而使涂层变得脆裂的问题。酯类皮革微胶囊增塑剂常用丙烯酸树脂聚合法制备;水性皮革微胶囊增塑剂常用蒸发溶剂法或界面聚合法制备。
中国皮革和制鞋工业研究院段力民等人[17]采用过硫酸钾水溶液引发RAFT(可逆加成一断裂一链转移)活性自由基-细乳液-界面聚合法,在反应后期加入交联单体,制备得到了包裹形态非常完好的增塑剂/聚丙烯酸树脂缓释微胶囊,且微胶囊增塑剂使用效果较好。
2.6 皮革温控材料微胶囊化
皮革具有独特的空间立体结构,可将包覆相变材料的微胶囊渗透到皮革空隙中[18]。为将相变微胶囊牢固地固定在皮革中,在选择微胶囊壁材时,应该尽量选择具有特殊的官能团能够和胶原的羧基结合的壁材材料。将相变材料微胶囊应用到皮革中,可以改善皮革产品对温度的适应性。当环境温度高于相变材料的相变点时,相变材料吸热而皮革本身温度保持不变并阻碍热量传递,从而在一定时间范围内保持凉爽的感觉。同样,当环境降温时,相变材料放热变回以前的状态,而皮革本身温度保持不变并阻碍热量传递,所以在一定的时间范围内起到保温的效果。微胶囊的作用并不是从一开始就会达到最佳效果,而是需要经过一定时间后才能达到最佳效果。目前,适宜人体温度的高效能相变材料较为有限,寻找这些高效能材料较为困难。所以在以后温控材料微胶囊研制的过程中,可以选用几种相变材料进行复合,这样可能产生相变温度在人体舒适范围内的相变材料,使相变点的范围更广,相变的时间更长。同时,也可以通过制备纳米相变材料微胶囊来解决这一问题。温控材料相变微胶囊常用界面聚合法、原位聚合法以及乳化法制备。
Min等人[19]将包覆石蜡相变材料的微胶囊应用于皮革中,可将环境维持在一定温度下,从而达到控温效果。Renzi等人[20]使用聚合物粘结剂,将相变材料微胶囊涂在天然皮革上来增加其保温性能,研究结果表明,微胶囊的使用可以在加热或冷却过程中提高皮革的热响应。
现有的皮革保温材料微胶囊大多使用单一的相变材料。陕西科技大学甘芬等人[21]认为选用几种相变材料进行复合,可能产生相变温度在人体舒适范围内的相变材料,使相变点的范围更广,相变的时间更长。在考虑微胶囊粒径较小的同时,也需考虑微胶囊有尽可能多的相变储能以及足够大的包覆量和包裹率。陕西科技大学赵凯等人[22]采用乳化法制备了二氧化硅凝胶足够大的包覆十二醇的微胶囊,试验研究结果证明,将所制得的微胶囊应用到皮革中,和空白皮样温差达到稳定的8h。
2.7 皮革抗菌防霉剂微胶囊化
传统的防霉剂由于广谱性不够、毒性大影响生产工人及使用者的身体健康、抗菌防霉剂效果欠佳以及生产过程中产生大量的有毒废水等缺点,限制了其在皮革行业中的应用。将皮革抗菌防霉剂微胶囊化,成为皮革行业科研工作人员研究的焦点。目前皮革微胶囊抗菌防霉剂常用复合凝聚法和界面聚合法制备,也可采用包结络合法制备。但是由于包结络合法所需的β-环糊精价格较贵,在一定程度上限制其在制革领域的应用[23]。
艾蒿油对球菌、革兰氏阴性杆菌以及多种真菌均有抑制作用,而且对人体具有消炎、抗过敏、促进血液循环及保健皮肤的功能。陕西科技大学王全杰等人[24]基于对皮胶原的亲合性、胶囊稳定性以及尽量降低制革工业成本的要求,采用复合凝聚法制备出了适合在皮革中应用的艾蒿油的明胶/阿拉伯胶微胶囊抗菌防霉剂,对松节油进行微胶囊化处理,可以降低其挥发性,延长其防霉作用时间。山东轻工业学院匡卫等人[25]采用松节油为芯材、明胶和阿拉伯胶为壁材,运用复合凝聚法制备了一种具有核-壳结构粒径在10~30μm的微胶囊皮革防霉剂。四川大学辜海彬等人[26]采用界面聚合法,以聚氨酯为壁材,制得具有较好稳定性和抗菌性的皮革微胶囊抗菌防霉剂。采用该微胶囊对蓝湿革进行抗菌处理后,蓝湿革对青霉和黑曲霉有明显的抑制效果。此外,用大蒜油微胶囊乳液处理后,皮革的物理机械性能变化不大,但厚度明显增加。目前在国外,2-(硫氰基甲基硫代)苯并噻唑(TCMTB)防霉性能极佳,用量少,是一种高效、广谱、低毒、性价比高的防霉剂[2]。但直接使用药效散发快,持续时间短,产生局部毒性大。浙江温州轻工研究院陈均志[27]采用分子包接法,研究了用β-环糊精包合皮革防霉剂TCMTB的工艺,应用试验研究结果表明,防霉剂包合物的防霉性能优良,且防霉时间比原药明显延长。
2.8 皮革阻燃剂微胶囊化
提高阻燃性与保持皮革良好的理化性能,是皮革阻燃技术的一个难题[28]。皮革阻燃剂微胶囊化可以显著地提高阻燃剂的耐久性、增加阻燃剂与皮革的相容性,不降低皮革的理化性能,适于高温加工,可供选择的范围也更广,相应的用量也会明显降低,实现皮革产品的精细化,特别适合制造轻便高档的皮革产品[29]。磷系阻燃剂、无机阻燃剂以及膨胀性阻燃剂是当前研究的重点,它们能够与微胶囊技术相结合,达到理想的阻燃效果。目前皮革阻燃剂微胶囊主要有微胶囊红磷阻燃剂、微胶囊化氢氧化镁阻燃剂、微胶囊化氮-磷膨胀型阻燃剂、微胶囊化卤素阻燃剂等。皮革微胶囊阻燃剂常用界面聚合法和原位界面聚合法制备,此外溶胶-凝胶法、溶剂蒸发法以及超临界法也有所应用。
辽宁工程技术大学许端平[30]等人采用脲醛树脂作为壁材,对氢氧化镁进行微胶囊表面改性试验,并将其作为阻燃剂添加入聚乙烯,检测其阻燃性能及对聚乙烯机械力学性能的影响。结果表明:微胶囊技术提高了其与高分子材料的相容性及在高分子材料中的分散性,达到提高阻燃效果并改善高分子材料物理机械性能的目的。
2.9 皮革复鞣剂微胶囊化
目前所使用的皮革复鞣剂已基本满足制革工业的需要,将皮革复鞣剂微胶囊化后,可以改善复鞣剂的表观性能及其性质的能力,从而获得综合性能优异的复鞣剂[9]。
中国科学院成都有机化学研究所孙静等人[11]利用中空聚合物微球技术,成功地开发出用于白色革生产的多功能皮化材料中空微球聚合物,这一材料是白色革理想的复鞣剂。中国科学院成都有机化学研究所魏德卿等人[31]以丙烯酸单体为主要原料,采用乳液聚合法,制得了中空微球HMP多功能复鞣剂,试验研究结果表明:HMP可以使成革具有质轻、柔软而不松面、手感舒适、色泽艳丽、饱满等一系列优异的功能。但是魏德卿等人[32]还研究发现,单独使用这种中空微球复鞣剂复鞣的革,身骨差,回弹性不好,需与其它复鞣剂配合使用,才能充分发挥和利用中空微球的优点。
2.1 0 皮革涂饰剂微胶囊化
皮革涂饰剂微胶囊化能够改变其结构组成,提高应用性能。大多数皮革产品都需要进行表面涂饰,以使其在使用过程中具有耐光、耐热、耐干湿擦等性能。将微胶囊技术应用于皮革涂饰组分中的主要成膜物、颜料或助剂中,可以实现多组分涂饰剂的单组分化,便于涂饰剂的制备、贮存和使用,改善颜料的分散性,也有助于提高涂膜的性能[5]。
常作为填料应用于皮革涂饰剂中的微球包括:中空微球和预膨胀微球(本文2.2节已涉及)。Schindler等人[33]将中空微球用于压花革的涂饰,以Primal TMSB-300为基础树脂,对比添加中空微球和实心微球形成的涂层,中空微球的压花性好且可改善涂层压花定型性,其中Ropaque TMHP-1055中空微球,离板性、花纹清晰性和抗切割性最好。
2.1 1 皮革发泡剂微胶囊化
将微胶囊发泡剂用于发泡涂饰,操作简便,无需专门的发泡涂饰操作,可以大幅度降低皮革涂层的密度,提高涂层对表面伤残的遮盖力,获得粒面平细的皮革产品。微胶囊发泡剂常用自由基聚合法制备。
微胶囊发泡剂除了在皮革涂饰中的应用外,还可用于填充到皮革的真皮层中。Tegtmeyer等人[34]将此类微胶囊发泡剂加入到皮革的真皮层中,在进行高温处理时,微胶囊发泡剂发生剧烈膨胀,而可以起到良好的填充作用,这种填充方法对于空松部位的填充效果非常理想,而且填充后的皮革比较轻。东华大学吴伟龙等人[35]研究了利用原位着色法制备彩色发泡微胶囊的工艺备件,通过有限凝聚法合成发泡微胶囊,添加偶氮类和葱酸类分散染料,使微胶囊发泡性能和彩色效果显著提高,显著降低发泡温度。
2.1 2 皮革交联剂微胶囊化
在对皮革涂层物理性能要求比较高的涂饰中,需要加入交联剂,以提高涂层的强度和耐水性能。交联剂一般是在配置涂饰浆料时加入,配置的浆料要求在规定时间内用完,否则会发生交联而无法进行涂饰,将皮革交联剂微胶囊化后可以防止交联剂过早与成膜剂反应,而且在生产成膜剂时加入微胶囊交联剂,可以得到具有自交联性能的成膜剂,使用微胶囊交联剂还能避免人体直接与交联剂接触,有效解决交联剂中毒和污染环境等问题。油溶性微胶囊交联剂常用凝聚法或界面聚合法制备;水性微胶囊交联剂常用相分离法和蒸发溶剂法制备。
中国皮革和制鞋工业研究院丁志文[2]将交联剂进行微胶囊化后,再将其加入到成膜剂或浆料中,由于囊壁的隔绝作用,交联剂不会与涂饰剂接触而发生反应,因此可以长期保存。当含有微胶囊交联剂的浆料喷涂到皮革表面后,在干燥和熨平过程中,交联剂微胶囊会发生破裂,释放出来的交联剂可以与成膜剂反应而起到交联作用。
2.1 3 仿麂皮涂层材料微胶囊化
传统的仿麂皮整理工艺路线长,废液处理难,费用高,环境污染严重。将发泡微胶囊用于仿麂皮整理,则其工艺相对简单,不用凝固和摩擦,且不使用DMF,不会造成环境污染,费用也低,且处理后的产品同样具有磨毛外观。仿麂皮涂层材料微胶囊化后的产品还具有良好的隔音、隔热效果,可作为理想的装饰、吸音、隔热材料。同时,该技术还拓宽了仿麂皮的应用领域,使其不仅可用于服装面料,而且还可用于家纺、家具装饰等行业。这类发泡微胶囊常用原位聚合法和有限凝聚法制备。
东华大学吕学坤等人[36]通过原位聚合法制备发泡微胶囊,利用发泡微胶囊的发泡特性进行织物仿麂皮整理,确定了最佳的仿麂皮发泡涂层配制工艺。此外吕学坤[37]还通过有限凝聚法制备了特种发泡微胶囊,添加特定结构的交联剂,使微胶囊发泡效果显著提高,并在一定程度上提高了微胶囊的耐有机溶剂性。
3 前景展望
目前,微胶囊技术在皮革行业中的应用研究报道较少,其在制革行业中的应用尚不成熟,不能发挥其最大作用,成本偏高,应用领域也较为有限。但随着微胶囊技术在其他行业的成功应用,已有很多制革行业人看到了微胶囊技术在制革工业中广阔的应用前景。作为这一技术的延伸,纳米微胶囊的研究已经受到关注,相信这一技术会为皮革行业带来新的商机。
摘要：介绍了皮革工业染料、消光补伤剂、加香剂、抗氧化剂、阻燃剂等辅助物料微胶囊化研究进展,通过对比皮革行业中传统辅助物料和微胶囊化辅助物料的性能,指出了微胶囊技术在制革中的应用前景。
关键词：皮革加工,辅助物料,微胶囊化
喷雾干燥微胶囊化罗非鱼油的研究 篇2
鱼油中含有的高不饱和脂肪酸比一般陆生动植物高,特别是高不饱和脂肪酸中的二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)具有很高的医药价值,对于降低甘油三酯、调节血管功能、抑制炎症、癌症、增强免疫力、健脑益智和保护视网膜等有疗效[2,3]。但鱼油中的不饱和脂肪酸极易受光照和温度等因素的影响,导致其贮藏过程中氧化变质,产生难闻的腥臭味,影响鱼油商品价值及其食用安全性。微胶囊技术可以有效防止鱼油制品的氧化,使鱼油从液体变成固体粉末,提高制品流动性和混合性,便于食品加工与保存[4,5]。
目前,微胶囊技术在油类制品中已有应用,但大多是采用阿拉伯胶、糊精及变性淀粉等作为壁材,这些壁材本身没有抗氧化性,有些壁材还有特殊色泽,导致微胶囊产品颜色暗淡。若能选择本身具有抗氧化性的壁材,对提高微胶囊鱼油的氧化稳定性是十分重要的[6]。此试验比较了各类壁材组成对鱼油微胶囊化效果的影响,优化壁材组成,同时对喷雾干燥条件进行研究,为鱼油微胶囊化产品的开发提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
罗非鱼油(于实验室从罗非鱼内脏中提取);阿拉伯胶;明胶;麦芽糊精;黄原胶和蔗糖脂肪酸酯(均为食品级);蔗糖(为分析纯)。
1.2 方法
1.2.1 微胶囊化罗非鱼油的制备
壁材按配方称取后,在水浴中用蒸馏水溶解,然后加入鱼油,用磁力搅拌器搅拌乳化,经高压均质机均质后立即喷雾干燥,得到鱼油微胶囊产品。每种壁材配方进行3次平行试验。
1.2.2 乳化液稳定性的测定
参考吴克刚等[7]的方法,采用具塞量筒法。取50 mL乳化液于50 mL具塞量筒中,置40℃恒温水浴24 h,观察乳化液的分层情况。
乳化液稳定性(%)=(未分层体积/乳液总体积)×100%
1.2.3 罗非鱼油微胶囊化效果的评定
参考康吟等[8]的方法,以包埋率和产率作为罗非鱼油微胶囊化效果的评定指标。
包埋率(%)=[1-(产品表面油含量/产品总油含量)]×100%
产率(%)=产品总油含量/乳化液中的鱼油含量×100%
1.2.4 产品氧化稳定性的测定
采用加速试验来测定产品的氧化稳定性[9]。将微胶囊产品分装于棕色广口瓶中,盖上盖子,在60℃条件下加速氧化,定期取样测定产品的过氧化值(POV)。分析POV随加速氧化时间的变化情况。
1.2.5 罗非鱼油微胶囊产品水分含量的测定
采用烘箱干燥法[8](GB5009.3-1996),于95～105℃烘箱中干燥2～4 h至恒重,称量,计算产品的水分含量。
1.2.6 统计分析方法
数据结果用平均值±标准差(Mean±SD)表示,试验数据用SAS软件进行方差分析及Duncan′s多重比较。
2 结果
2.1 罗非鱼油微胶囊壁材的筛选
2.1.1 壁材的初选
首先分析了几种壁材对鱼油微胶囊效果的影响。此试验设计了4组壁材配方(表1),将鱼油分别与这4组配方溶液混合均质后,进行喷雾干燥,得到罗非鱼油微胶囊产品,对其包埋率、水分含量、乳化液稳定性、氧化稳定性及产品的感官性质等特性进行比较,结果见表2。
以阿拉伯胶为壁材得到的鱼油微胶囊包埋率仅为43.72%,乳化液稳定性差,阿拉伯胶与明胶复配得到的微胶囊包埋率有所上升,但乳化液稳定性仍较低。明胶和黄原胶与蔗糖的复配得到的微胶囊包埋率最高,达到78.70%,且乳化液稳定性和氧化稳定性均为最佳。因此,选择此组壁材作为主要包埋壁材进行下一步研究。
2.1.2 罗非鱼油微胶囊壁材配方的优化
1)明胶和蔗糖比例对鱼油微胶囊产品包埋率的影响。蔗糖含量较高时,微胶囊的包埋率较低,明胶与蔗糖在比例为1:1、1:2和1:3时微胶囊产品有较高的包埋率,但当明胶含量过高时,壁材溶液粘度增大,喷雾干燥时难以达到较低的水分含量(图1)。
注:表中同行上标字母相邻表示差异显著(P<0.05),上标字母相隔表示差异极显著(P<0.01) Note:Means in the same row with adjacent letters and different letters indicate significant difference at P<0.05 and P<0.01 respectively.
因此,选择两者的比例1:3为适合比例。2)黄原胶含量对鱼油微胶囊产品包埋率的影响。微胶囊产品的包埋率随黄原胶含量的增加而增大,但因为黄原胶的增稠作用较好,当其浓度达到0.35%时壁材溶液粘度明显增大,易造成喷雾干燥时喷头堵塞,也会使产品水分含量增高(图2)。因此,选择0.3%为黄原胶的适合浓度。3)鱼油和壁材比例对鱼油微胶囊产品包埋率的影响。微胶囊产品的包埋率随壁材含量的增加而增大,鱼油与壁材的比例为1:2.5时微胶囊产品的包埋率达到最大,继续增加壁材比例并不能明显改善产品的包埋率(图3)。因此,选择1:2.5为适合比例。4)固形物含量对鱼油微胶囊产品包埋率的影响。微胶囊乳化液中固形物含量直接关系到对芯材的持留能力,固形物含量越高,在干燥时越易形成壁膜,从而对芯材物质持留能力越好。但同时乳化液粘度也会升高,粘度过高会给喷雾干燥带来困难,所以在确定固形物含量时应兼顾高固形物含量和低粘度的要求。固形物含量低于25%时,固形物含量的变化对微胶囊包埋率的影响较小,但当固形物含量高于25%时,随固形物含量的增加微胶囊包埋率反而下降(图4)。因此,选择25%为适合的固形物浓度。
2.2 喷雾干燥进风温度的选择
喷雾干燥工艺中,进风温度是一个关键参数,对微胶囊产品颗粒的表面状况及包埋率等都有明显的影响。此试验根据壁材配方优化的结果,以明胶4.5%,蔗糖13.2%,黄原胶0.3%,鱼油7.0%进行喷雾干燥进风温度试验,进风温度设定为110、115、120、125和130℃,其他喷雾干燥参数为出风温度75℃,喷雾压力100 kPa。测定喷雾干燥产品的包埋率、水分含量及产品产率,结果见图5。
微胶囊产品的包埋率和产品产率在进风温度为115℃时达到最大,进风温度对产品的水分含量影响不大,在115℃以上时水分含量保持较低水平(图5)。综合3个指标考虑,选择115℃作为喷雾干燥的进风温度。
2.3 微胶囊产品的氧化稳定性分析
根据以上试验结果,取适宜配方制成微胶囊产品进行加速试验,并与未微胶囊化的鱼油对比。结果见图6。
鱼油微胶囊化能明显降低鱼油的氧化速度,加速氧化15 d后,未微胶囊化鱼油的POV值从初始的3.13 meq·kg-1上升到45.49 meq·kg-1,而微胶囊鱼油的POV值为21.89 meq·kg-1,仅为未微胶囊化鱼油的1/2,抗氧化效果显著(图6)。
综合以上结果,罗非鱼油微胶囊适宜的壁材配方为明胶4.5%,蔗糖13.2%,黄原胶0.3%,鱼油7.0%,喷雾干燥进风温度为115℃,出风温度为75℃,喷雾压力100 kPa。在以上条件下得到的鱼油微胶囊产品色泽洁白,外观较好,可有效包埋芯材,还具有抗氧化的作用,可延长产品的保质期。
3 讨论
3.1 微胶囊壁材特性对微胶囊产品质量的影响
用于制取微胶囊的壁材应具有高水溶性、乳化性和成膜性,且不易吸潮,还要求高浓度壁材溶液具有较低粘度[10]。食品工业中喷雾干燥微胶囊化所使用壁材主要有以阿拉伯胶为代表的植物胶、碳水化合物(主要指糊精、水解多糖和变性淀粉)和蛋白质[11,12,13]。
阿拉伯胶是一种天然的植物胶,作为壁材具有良好的附着力和成膜性,常用于微胶囊壁材中[6]。但喷雾干燥过程中高温受热会使得胶体分子降解,乳化性能下降,导致包埋率降低,此试验包埋得到的鱼油微胶囊包埋率仅为43.72%,且其价格也相对较贵,成本较高。在阿拉伯胶的基础上加入明胶后,得到的微胶囊产品包埋率明显上升,达到了72.04%,说明一定量的明胶可以明显提高鱼油乳化液的稳定性及鱼油的包埋率。此试验进一步采用明胶和黄原胶与蔗糖复配,形成的鱼油乳化液不分层,乳化稳定性好,不易发生液滴的聚集和破乳,使微胶囊鱼油达到较高的包埋率,且氧化稳定性较好,是最适宜的壁材组成。
明胶源自广泛存在于动物皮、筋及骨髓中的胶原蛋白质,易溶于温水,具有良好的成膜性[14]。蛋白质乳化能力和易成膜性对脂类物质保留率影响很大,碳水化合物有利于壁材中多功能基质形成,将蛋白质和碳水化合物按一定比例混合则可满足对壁材多功能性的要求。因此,将蛋白质和碳水化合物复配用于鱼油微胶囊制备可得到较好的效果[12]。此试验中,将明胶与蔗糖复配,微胶囊的包埋率显著上升。
黄原胶是一种高分子高糖物质,易溶于冷水和热水,在很低的浓度下仍具有较高的粘度,如1%浓度的粘度相当于明胶的100倍左右,增稠效果显著,通常添加于微胶囊化过程中以增强乳化液的稳定性。由于黄原胶与蛋白质有协同作用,将它们复配后可提高乳液的稳定性,从而提高微胶囊化的包埋率和质量。此试验中将黄原胶添加到壁材中,壁材溶液的乳化稳定性明显得到提高。黄原胶稳定的双螺旋结构还使其具有极强的抗氧化能力,用于鱼油微胶囊中可有效防止鱼油的哈败[15]。
3.2 喷雾干燥对微胶囊产品质量的影响
微胶囊化效率 篇3
笔者通过原位聚合法制备了以MF为囊壁的APP微胶囊(MPP),并将其用于环氧树脂(EP)的阻燃,制备了环氧树脂阻燃材料,通过热失重分析研究了阻燃EP在氮气中的热分解行为,并利用Kissinger方法和Ozawa方法分析了阻燃EP的热分解动力学,探讨以MPP为主要组分的IFR对阻燃EP热分解的影响。
1实验部分
1.1 主要原料
APP,三聚氰胺,甲醛,季戊四醇(PER),EP,甲基四氢苯酐(MeTHPA),N,N’-二甲基苄胺(BDMA)。
1.2 主要设备及仪器
傅立叶红外光谱仪(FTIR),Nicolet 8700型;扫描电子显微镜(SEM),KYKY2800型;热重分析仪(TGA),TGA/SDTA851e型。
1.3 APP的微胶囊包覆
向带有搅拌和回流装置的三口瓶中,按1∶3的摩尔比加入三聚氰胺和质量分数为37%甲醛溶液,然后加入适量的去离子水,并用NaOH溶液调节pH为8～9,在80 ℃水浴中反应1 h,得到MF树脂预聚体。
将5 g的APP加入到100 mL乙醇中,然后加入MF树脂预聚体,并用乙酸溶液调节pH为4～5,在80 ℃水浴中搅拌2 h后抽滤、洗涤、干燥后得到微胶囊包覆的APP(MPP)。
1.4 阻燃环氧树脂试样的制备
将MPP和PER按照质量比3∶1预混均匀,然后在烧杯中按质量比7∶3分别加入EP和阻燃剂(MPP和PER的预混物),并在60 ℃下强力搅拌0.5 h。加入适量固化剂MeTHPA和促进剂BDMA,搅拌均匀后,在超声波清洗机中超声分散15 min,然后将混合物转移到真空干燥箱中,在80 ℃下真空除泡30 min,最后将混合物浇铸到钢制模具中,于110 ℃固化1.5 h,然后升温至140 ℃,继续固化1.5 h,最后升温至160 ℃,固化2 h。
1.5 性能测试与结构表征
通过FTIR对包覆前后的APP进行表征,采用KBr压片法。
APP和MPP粉末喷金后,通过SEM 观察其形貌。
通过热重分析仪对试样的热失重特性进行测试,加热范围30～900 ℃,升温速率分别为5、10、15、20 K/min,氮气气氛,流速40 mL/min。
2结果与讨论
2.1 红外光谱分析
APP和MPP的FTIR谱图如图1所示。在APP的FTIR谱图(曲线a)中,1 256 cm-1处为P=O的吸收峰,1 076 cm-1处为P-O 对称伸缩振动吸收峰,1 022 cm-1处为PO2和PO3的对称伸缩振动峰,910 cm-1处为P-O的非对称伸缩振动吸收峰。在MPP的FTIR谱图(曲线b)中,1 674 cm-1和1 518 cm-1分别是MF树脂中C=N和O-C-N的伸缩振动吸收峰。这表明,APP表面有MF树脂存在。
2.2 APP和MPP的形貌分析
图2为APP和MPP的SEM图。未包覆的APP表面很粗糙,可以看到是由大量细小的晶粒聚集而成,如图2(a)所示。而从图2(b)可以看到,包覆后的MPP表面光滑。说明APP表面完整包裹了一层物质,结合FTIR谱图分析,APP已经成功地被MF树脂包覆了。
2.3 MPP阻燃EP的热分解过程
图3为EP和阻燃EP在升温速率为10 K/min时的TGA和DTG曲线。
从图3可以看出,EP的热分解过程只有一个热分解阶段,其初始分解温度为343 ℃,在900 ℃时的残炭量为4.3%。阻燃EP的初始分解温度提前到246 ℃,这主要是由于IFR阻燃剂提前分解所致,而在900 ℃时阻燃EP的残炭量为15.7%;同时,与EP相比,阻燃EP的最大失重速率下降。这说明MPP与PER组成的IFR阻燃剂在热分解过程中能有效地形成覆盖炭层,起到隔热、隔氧、阻止EP进一步热分解的作用。
2.4 用Kissinger 法研究热分解动力学
TGA曲线显示,EP只有一个热分解阶段,阻燃EP则出现多个热分解反应阶段。在对阻燃EP进行动力学分析时,主要取第二个热分解反应阶段(EP的热分解)的数据。
Kissinger法是研究热分解行为的微分方法,由多条DTG曲线的峰值温度Tp和升温速率β的关系来求解热分解表观活化能Ea,该方法计算简便,可以快速地粗略估算Ea,因此常被广泛使用。Kissinger法的表达式如式(1)所示。
undefined (1)
式中:Tp为DTG峰值温度,K;β为TGA升温速率, K/min;A为指前因子, min-1;Ea为表观活化能, kJ·mol-1;R为理想气体常数,取8.314 J·mol-1·K-1。
根据式(1),ln(β/Tp2)与1/Tp呈线性关系,根据其斜率即可求得热分解表观活化能Ea。图4为EP和阻燃EP热分解的ln(β/Tp2)～1/Tp关系图,动力学参数计算结果如表1所示。从计算结果可以看到,添加了IFR阻燃剂后,活化能Ea明显降低,说明阻燃剂能促进EP热分解成炭。
2.5 用Ozawa法研究热分解动力学
Ozawa法属积分型的一种,其最突出的优点在于不需要预先知道反应机理,避免了假设不同反应机理带来的误差,因此常被用来检验由假设的反应机理函数求出的活化能值。Ozawa公式如式(2)所示。
undefined (2)
式中:α为质量损失率;β为TGA的升温速率,K/min;T为在相等质量损失率时,与升温速率β1、β2、β3、…相应的
温度T1、T2、T3、…,K;Ea为表观活化能,kJ·mol-1;R为理想气体常数,取8.314 J·mol-1·K-1。
对于同一反应体系,不同升温速率下对应的DTG 曲线的峰值温度Tp处样品的质量损失率α近似相等,lgβ与1/Tp呈线性关系,根据其斜率即可求得热分解表观活化能Ea。图5为EP和阻燃EP热分解的lgβ～1/Tp关系图,动力学参数计算结果如表2所示。可以看到,采用Ozawa法和Kissinger法计算得到表观活化能相近,取平均值得EP和阻燃EP的热分解表观活化能为227.808、152.309 kJ/mol。
3结论
(1)以三聚氰胺-甲醛树脂为包覆材料,通过原位聚合法制备得到了包覆完好的微胶囊化聚磷酸铵;
(2)添加阻燃剂后,EP的初始分解温度提前,而残炭量明显增加,说明由微胶囊化聚磷酸铵组成的膨胀型阻燃剂能有效地促进EP分解成炭;
(3)用Kissinger法和Ozawa法求出的热分解表观活化能相近,EP和阻燃EP的热分解表观活化能的平均值分别为227.808、152.309 kJ/mol。
参考文献
[1]Zaikov G E,Lomakin S M.Polymer flame retardancy a new ap-proach[J].Journal of Applied Polymer Science,1998,68(5):715-725.
[2]Balabanovich A I.The effect of ammonium polyphosphate on thecombustion and thermal decomposition behavior of poly(butyleneterephthalate[J].Journal of Fire Sciences,2003,21(4):285-298.
[3]Almeras X,Le Bras M,Hornsby P,et al.Effect of fillers on the fireretardancy of intumescent polypropylene compounds[J].PolymerDegradation and Stability,2003,82(2):325-331.
[4]Bourbigot S,Le Bras M,Duquesne S,et al.Recent advances for in-tumescent polymers[J].Macromolecular Materials and Engineer-ing,2004,289(6):499-511.
[5]奚强,常亮,邝生鲁.硅烷偶联剂对聚磷酸铵表面改性的研究[J].粘接,2005,26(6):19-20.
[6]SUN Caiying,ZHANG Qingbo,LI Bin.The water resistance of sur-face-modified APP with melamine-TDI in LLDPE[J].Journal ofPolymer Research,2007,14(6):505-509.
[7]WU Kun,WANG Zheng-zhou,HU Yuan.Microencapsulated am-monium polyphosphate with urea-melamine-formaldehyde shell:preparation,characterization,and its flame retardance in polypro-pylene[J].Polymers for Advanced Technologies,2008,19(8):1118-1125.
[8]李轶,尹波,杨鸣波,等.微胶囊化聚磷酸铵及其阻燃聚丙烯的研究进展[J].中国塑料,2008,22(12):6-10.
[9]WU Kun,SONG Lei,WANG Zhengzhou,et al.Microencapsulationof ammonium polyphosphate with PVA–melamine–formalde-hyde resin and its flame retardance in polypropylene[J].Polymersfor Advanced Technologies,2008,19(12):1914-1921.
[10]黄玲,王正洲,梁好均.无卤阻燃聚乙烯的热分解动力学研究[J].中国科学技术大学学报,2006,36(1):34-38.
微胶囊化效率 篇4
1实验部分
1.1药品及仪器
药品:石蜡,工业级,抚顺康盛石化有限公司;
丙烯酸钠,青岛福斯特化工有限公司,分析纯;
N,N’—亚甲基双丙烯酰胺,英德云超聚合材料有限公司,分析纯;
过硫酸钠,吴江广益精细化工厂,化学纯;
壳聚糖,南通兴成生物制品厂。
仪器:
电动搅拌器型号JB50—D,上海标本模型厂;
超级恒温水浴,广州市富城仪器厂;
半自动加码电光分析天平,湘仪天平仪器厂;
可控恒温烘箱,GZX—9240上海博讯实业有限公司。
1.2合成步骤
(1)称取按一定质量的壳聚糖加入50 m L1.5%的乙酸溶液中置于有电动搅拌器的烧杯中水浴加热至60℃左右。
(2)搅拌使壳聚糖溶解后加入过硫酸钠进行引发,5 min后加入丙烯酸钠和NMBA的水溶液[3]。
(3)升温至70℃反应4 h后取出,干燥,粉碎得到一定粒度的高分子吸水树脂CS。
(4)将石蜡放入烧杯中融化并加入一定粒度的CS,对液态石蜡进行搅拌25 min使其混合均匀。
(5)待石蜡温度降到熔点以下后,停止搅拌,粉碎后,将得到的颗粒进行筛选,除去没有被包覆到的吸水树脂,得到微胶囊化的CS。
1.3性能测定
1.3.1吸水率测定
称取相同单位质量的树脂样品CS和微胶囊化的CS,放入去离子水中,浸泡不同的时间后,分别用滤纸滤去多余的去离子水,称重,按下式计算样品的吸水率。
1.3.2不同pH值的吸液率测定
在去离子水中用盐酸和氢氧化钠溶液来调节p H值,然后加入相同单位质量的树脂样品CS和微胶囊化的CS,计算在不同pH值下的吸液率。
1.3.3不同温度下的吸液速率测定
称取相同单位质量的树脂样品CS和微胶囊化的CS,分别放在两个烧杯中,各放400 m L去离子水,浸泡相同的时间后,过滤,称重,计算树脂样品CS和微胶囊化CS的吸液率,得到树脂样品CS和微胶囊化的CS的吸水率与吸水时间之间的关系。
1.3.4树脂的保水率测定
称取相同单位质量的树脂样品CS和微胶囊化的CS充分吸水后,放入75℃恒温烘箱中,测定在经过不同时间时其质量变化的情况,计算公式如下:
2 结果与讨论
2.1 吸水率测定
从图1在室温下树脂CS和微胶囊化的CS吸水率对比关系图中,可以看出两者整体吸水率上升趋势越来越缓慢,在吸水2个小时后两者基本达到饱和,树脂CS的最大吸水率可达到150倍左右,而微胶囊CS达到90倍左右,可以看出微胶囊CS吸水量比树脂CS减少了,同时微胶囊CS与树脂CS的吸水速率相比也降低了。
2.2 不同pH值的吸液率测定
从图2中看出pH值对树脂CS的吸水率的影响非常明显,但是包覆前后两者整体趋势相同。都是pH值在0～7之间变化时树脂吸水率呈上升趋势,而pH值在7～14之间时,吸水率呈下降趋势。可以看出在强酸环境中,树脂的吸水性变的很差,相比之下在碱性环境中吸液性能较好。无论在那个pH值微胶囊CS的吸水率都比树脂CS的吸水率小,说明在吸水过程中包覆的石蜡起到了一定的抑制作用。
2.3 不同温度下的吸液速率测定
从图3可以看出树脂CS和微胶囊CS的饱和时间均是随温度升高而逐渐降低,这说明两者的吸液速率都在慢慢变大,但在某一温度下树脂CS的吸液速度比微胶囊快,这说明胶囊阻碍了树脂对水的吸收。
2.4 树脂的保水率测定
由图4可以看出在室温下树脂CS和微胶囊CS的保水性都非常不错,28 d后保水率都能保持在60%以上。在图5可以看出在70 ℃树脂CS和微胶囊化的CS在形成凝胶的30 d后时保水率也都保持在了50%左右,这说明此树脂能后在较高温度下进行堵漏。在图4和图5中微胶囊CS的保水率都比树脂CS较高,这表明包覆的一层石蜡在一定程度上抑制了水分子的挥发,进一步增强了保水性。
3 结论
(1) 用丙烯酸钠,壳聚糖为原料合成了一种丙烯酸钠_壳聚糖高分子吸水膨胀树脂,结果表明,实验产物即为目标产物。
(2) 实验表明树脂CS最大吸水率达到150 g/g左右,pH值对于树脂CS的吸水性能影响较大,温度越大CS饱和时间越短,吸水速率越大。树脂CS在室温下28 d后保水率在60%以上,在70 ℃条件下30 d保水率在50%左右,在高温下保液性能较好。
(3) 微胶囊化的CS吸水速率减少,吸液率降低,微胶囊化包覆起到了一定的作用,说明了包覆对树脂CS的吸水速度起到了抑制作用。而且经包覆的石蜡也增强了树脂CS的保水性能。
参考文献
[1]宋健,陈磊,李效军.微胶囊化技术及应用.北京:化学工业出版社,2001
[2]周效全.高分子吸水树脂在油田化学中的应用.钻采工艺,1998;21(5):66—67
微胶囊化效率 篇5
关键词：三聚氰胺,微胶囊,聚磷酸铵,正交实验
随着我国合成树脂工业的快速发展，对聚磷酸铵(AAP)的应用和需求亦将日益增加，未来朝着超细化和专用化发展方向发展。APP作为同时含磷、氮的无机阻燃剂，避免了含磷有机阻燃剂复杂的加工过程，且其水解后可作为植物营养吸收，属绿色环保性阻燃剂，在涂料、材料等领域具有广阔的应用前景[1]。通常情况下APP的存在热稳定性不高、吸湿性较大的缺点，限制其应用。为了能够使其发挥阻燃作用，在很多情况下，都需要对其颗粒进行表面改性。目前行之有效的处理方式主要是微胶囊化和表面改性[2,3,4,5]。本文通过正交实验优化三聚氰胺甲醛树脂包覆聚磷酸铵的实验条件并获得优选方案。
1 实验
1.1 实验原料与仪器
聚磷酸铵(AR)，深圳晶材化工有限公司;三聚氰胺(CP)，成都市科龙化工试剂厂;甲醛(AR,37%)，成都市科龙化工试剂厂;十六烷基三甲基氯化铵(AP)，成都市科龙化工试剂厂;三乙醇胺(AP)，成都市科龙化工试剂厂;无水乙醇(AP)，成都市科龙化工试剂厂。
HH2数显恒温水浴锅，常州普天仪器制造有限公司;DHG-9070B电热恒温鼓风干燥箱，上海琅玕实验设备有限公司;JHS-1电子恒速搅拌机，杭州仪表电机有限公司;SHB-III循环水多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司;Scout S电子天平，奥豪斯仪器有限公司;DDS-11A多功能电导率仪，上海虹益仪器仪表有限公司;VEGA 3SBU扫描电子显微镜，捷克TESCAN公司;Spectrum One傅里叶变换红外光谱仪，美国Perkin Elmer公司。
1.2 实验方法
预聚液的制备:取10 g三聚氰胺加入250 m L的三口烧瓶中，再按一定的摩尔比加入37%甲醛溶液，用10%的三乙醇胺调节p H至8～9，放入恒温水浴锅中缓慢升温至65～85℃，反应一定时间。
微胶囊的制备:取5 g聚磷酸铵于三口烧瓶中，再加入20 m L无水乙醇和一定量的去离子水，搅拌20 min，最后加入0.5 g十六烷基三甲基氯化铵，并加入一定量的预聚液，调节p H至酸性。在一定的温度下保温反应2 h，洗涤抽滤后，在80℃恒温鼓风干燥箱内干燥2 h。
1.3 聚磷酸铵水溶性测定
将3 g未包覆或已微胶囊化的聚磷酸铵加入到100 m L去离子水中后，放入25℃恒温水浴搅拌2 h，再用电导率仪测定溶液的电导率，去离子水中溶解的固体含量越大，电导率越高，通过电导率间接判断聚磷酸铵的被包覆性。
1.4 实验设计
影响三聚氰胺微胶囊化包覆聚磷酸铵的因素很多，本实验以微胶囊化的聚磷酸铵水溶液电导率为指标，选取预聚液反应温度(A)、预聚液反应时间(B)、甲醛与三聚氰胺的摩尔比(C)和预聚液加入量(D)4个因素，每个因素选取3个水平，选用4因素3水平的正交实验表L9(34)进行了9组实验。实验因素和水平见表1，正交实验表见表2。
2 结果与讨论
2.1 实验结果
不同条件下得到的微胶囊化聚磷酸铵的水溶性结果如表2所示。
2.2 实验分析
根据上述实验结果，采用直观分析法对上述数据进行计算分析，结果列于表3。其中，K为各因素在同一水平下的指标值之和，k为各因素在同一水平下实验结果的平均值，极差为k的最大值与最小值之差，极差越大则表明因素对实验结果影响越大。由极差的大小可以判断各因素对指标的影响。表3可见，微胶囊化聚磷酸铵水溶性的各因素的主次顺序为:预聚液反应时间(B)、预聚液加入量(D)、甲醛与三聚氰胺的摩尔比(C)、预聚液反应温度(A)。
由表3还可看出，指标所对应的各因素的最佳水平也不一样。预聚液反应时间(B)对电导率的影响呈渐升趋势，最佳水平是B1;预聚液加入量(D)对电导率的影响则呈先降后升趋势，最佳水平是D2，甲醛与三聚氰胺的摩尔比(C)对电导率的影响以及预聚液反应温度(A)对电导率的影响都呈渐增趋势，最佳水平分别为C1和A1。因此优选方案为B1D2C1A1。
2.3 微胶囊化聚磷酸铵表征
实验对未包覆的聚磷酸铵以及通过优选方案B1D2C1A1改性后的聚磷酸铵进行了扫描电镜和傅立叶红外光谱检测，其结果见图1和图2。
图1为未包覆的聚磷酸铵和改性后的聚磷酸铵的扫描电镜图，可见，改性后的聚磷酸铵较为包覆的聚磷酸铵表面更粗糙，这可能是因为被三聚氰胺甲醛树脂包覆所致，不过改性后的聚磷酸铵存在团聚现象，其工艺条件有待进一步的改进。
图2为未包覆的聚磷酸铵和改性后的聚磷酸铵的傅立叶红外光谱图。可见，聚磷酸铵的特征吸收峰包括3200 cm-1(N-H伸缩振动)，1687 cm-1(N-H弯曲振动)，1256 cm-1(P=O伸缩振动)，1075 cm-1(P-O对称伸缩振动)，1020 cm-1(PO2和PO3的P-O伸缩振动)，880 cm-1(P-O-P不对称伸缩振动)。改性后的聚磷酸铵则出现蜜胺树脂的1505 cm-1、1438 cm-1和1339 cm-1嗪环骨架振动吸收峰，以及嗪环C=N的伸缩振动吸收峰(1436 cm-1)。这些数据表明蜜胺树脂存在于改性后的聚磷酸铵上，而改性后的聚磷酸铵红外光谱图中聚磷酸铵的特征吸收峰也变弱了很多，说明聚磷酸铵是被三聚氰胺甲醛树脂包覆。
3 结论
(1)以微胶囊化的聚磷酸铵水溶液电导率为指标，通过正交实验获得其因素主次为:预聚液反应时间、预聚液加入量、甲醛与三聚氰胺的摩尔比、预聚液反应温度;优选实验条件为:预聚液反应时间30 min、预聚液加入量15 m L、甲醛与三聚氰胺的摩尔比2∶1、预聚液反应温度70℃;
(2)通过扫描电镜和傅立叶红外光谱检测佐证了在优选实验条件下聚磷酸铵被三聚氰胺甲醛树脂包覆。
参考文献
[1]焦立强,汤建伟,化全县,等.聚磷酸铵的研发、生产及应用[J].无机盐工业,2009,41(4):4-7.
[2]康海全,崔迟,陈锡周,等.核壳式阻燃剂粒子的合成及应用[J].广州化工,2013,41(6):1-4.
[3]陈建峰,陈峰,谢吉民,等.微胶囊化聚磷酸铵阻燃环氧树脂的研究[J].涂料工业,2010,40(11):15-18.
[4]刘琳,李琳,倪永,等.微胶囊化聚磷酸铵对防火涂料耐水性能的影响[J].建筑材料学报,2010,13(3):367-370.
微胶囊化效率 篇6
本实验采用辛烯基琥珀酸淀粉酯为壁材制备微胶囊化粉末油脂, 重点研究了辛烯基琥珀酸淀粉酯制备的粉末油脂的包埋能力, 流动性, 水溶解性及乳化稳定性。为产品更广泛地应用提供了理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
RJ-S328乳化变性淀粉;麦芽糊精;金龙鱼调和油。
1.2 实验仪器
电子天平;电子恒温水浴锅;电子磁力搅拌器;高压均质机;喷雾干燥机;旋转蒸发器;SHB-Ⅲ (A) 型循环水多用真空泵;101A-1型电热鼓风干燥箱。
1.3 实验方法
1.3.1 微胶囊化粉末油脂的制备
粉末油脂的制备主要分为两个步骤:乳化液制备, 喷雾干燥。
1.3.1. 1 乳化液制备
称取40g辛烯基琥珀酸淀粉酯和少量糊精至烧杯中, 加入约960m L左右的水。混合物于60℃左右情况下在恒温水浴锅中搅拌, 然后在搅拌情况下逐步滴入60g的元宝枫油, 充分混合。混合液用高压均质机乳化, 均质15min左右, 溶液呈永不分层的均一乳化液, 均质压力在30-40Mpa。得到的乳化液测定其乳化稳定性。
1.3.1. 2 喷雾干燥
将乳化液送入喷雾干燥塔中干燥。进风温度180℃左右, 出风温度80℃左右, 进料速度20~25m L/min, 喷头压力0.12±0.2MPa。乳化液通过喷雾头雾化成微小液滴, 这些小液滴与热空气接触时, 溶解壁材水分受热迅速蒸发, 使壁材凝固, 而将芯材包裹起来。
1.3.2 乳化条件的选择
通过实验以及有关资料, 选择乳化时间 (h) , 乳化温度 (℃) 和加水量 (相比于固形物的倍数) 三因素三水平, 使用正交表测定乳化稳定性, 进行正交实验分析, 得出最佳乳化条件。
1.3.3 乳化稳定性测定
将乳化液倒入带刻度的试管内, 震荡, 常温下静置10min, 观察分层情况。
乳化稳定性=未分层体积/乳化液总体积
1.3.4 油脂包埋率的测定
精密称取过100目筛的辛烯基琥珀酸淀粉酯样品于小型混合器中, 室温下加入调和油, 边加边搅拌, 直到混合料能手捏成形, 一触即散为止。根据加入的油脂量与辛烯基琥珀酸淀粉酯的量计算油脂吸附量, 进而计算出油脂的包埋率。
2 结果与讨论
2.1 辛烯基琥珀酸淀粉酯的性能及主要质量指标
辛烯基琥珀酸淀粉酯是通过水解和酯化反应所得的一种变性淀粉。此改性是在淀粉中同时引入疏水性的辛烯基基团和亲水性的羧基基团, 使其既具有亲油性又具有亲水性。其亲油性的强弱与辛烯基琥珀酸淀粉酯的取代度有直接的关系。因此, 高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯用于吸附油脂, 特别是风味油脂具有独特的效果。其吸水率在100%、油脂吸附量在80%时仍为流动的固体颗粒状态。
2.2 最佳乳化条件的确定
按照实验1.3.1.1方法, 设计正交实验, 得出结果见表1。
由表1可以看出, 对乳化稳定性影响的主要因素是乳化温度和乳化时间, 其次是加水量。最佳乳化条件为:A2B2C3。即乳化时间15min, 乳化温度60℃, 加水量10倍 (相比于固形物) 。在此条件下制备的乳化液乳化稳定性为98.2%。
2.3 油脂包埋率的测定
按照1.3.4的方法测定出以辛烯基琥珀酸淀粉酯为壁材的油脂包埋率为93.82%, 而同等条件下, 玉米原淀粉、麦芽糊精、β-环糊精的包埋率分别只有40%、30%、28%。由此可见, 以辛烯基琥珀酸淀粉酯为原料制备的粉末油脂的油脂吸附量明显比原淀粉及其他多聚糖类大, 吸附效果明显, 且辛烯基琥珀酸淀粉酯吸附适量油脂后, 用手捏紧挤压时表面无明显油脂, 说明油脂基本上被吸附并包埋在淀粉颗粒内。
3 结论
3.1以辛烯基琥珀酸淀粉酯为原料制备粉末油脂, 其最佳乳化条件为:乳化时间15min, 乳化温度60℃, 加水量10倍 (相比于固形物) 。
3.2以辛烯基琥珀酸淀粉酯为原料制备的粉末油脂的油脂包埋率明显比玉米原淀粉及其他多聚糖类大且包埋效果明显。
参考文献
[1]Caklwell C G, Hills F, Otto B W.UnitedState Patent[P].2661349, 1953.
[2]刘莲芳.食品工业科技[J].1999, 20 (3) :1～3.