Mikrokapselointi on prosessi, jossa aineen pienet hiukkaset kapseloidaan ohueen kalvon muodostavan materiaalin kuoreen. [1] [2]
Mikrokapseloinnin tuloksena saadaan tuote yksittäisten mikrokapseleiden muodossa, joiden koko vaihtelee mikronin fraktioista satoihin mikroneihin. Kapseloitava aine, jota kutsutaan mikrokapseleiden sisällöksi, aktiivinen tai perusaine, muodostaa mikrokapseleiden ytimen ja kapselointimateriaali muodostaa kuorien materiaalin. Kuoret suorittavat tehtävän erottaa yhden tai useamman aineen hiukkaset toisistaan ja ulkoisesta ympäristöstä käyttöhetkeen asti. [2]
Mikrokapseleiden pääkomponentti - kapseloitava aine - voi olla missä tahansa aggregaatiotilassa - nestemäisessä, kiinteässä tai kaasumaisessa. Olemassa olevat menetelmät tarjoavat mahdollisuuden sekä lyofiilisten että lyofobisten materiaalien mikrokapselointiin.
Tähän mennessä on tehty metallien, erilaisten kemikaalien (hydridit, happamat suolat, emäkset, monien orgaanisten yhdisteiden luokkien - sekä monomeerien että korkean molekyylipainon) mikrokapselointi, jotka ovat katalyyttejä, stabilointiaineita, pehmittimiä, öljyjä, nestemäisiä ja kiinteitä polttoaineita, liuottimia, väriaineita, hyönteismyrkkyjä, torjunta-aineita, lannoitteita, lääkkeitä, hajusteita, elintarvikelisäaineita ja kuituja sekä entsyymejä ja mikro-organismeja. [1] [3] <
Mikrokapseleiden sisältö voi sisältää inerttiä täyteainetta, joka on väliaine, johon aine dispergoitui mikrokapseloinnin aikana tai on välttämätöntä aktiivisen aineen myöhemmän toiminnan kannalta. [2]
Nykyiset mikrokapselointimenetelmät voidaan jakaa kolmeen pääryhmään.
Ensimmäinen ryhmä ovat fysikaalis-kemialliset menetelmät , joihin kuuluvat koaservaatio, ei-liuotinsaostus, uuden faasin muodostuminen lämpötilan muutoksella, haihtuvan liuottimen haihdutus, sulatteiden jähmettyminen nestemäisessä väliaineessa, uuttosubstituutio, suihkukuivaus ja fysikaalinen adsorptio.
Toinen ryhmä sisältää kemialliset menetelmät : uuden faasin muodostaminen silloittamalla polymeerejä, polykondensaatio ja polymerointi.
Lopuksi kolmas ryhmä on fysikaaliset menetelmät : ruiskutus leijukerroksessa, ekstruusio ja höyrykondensointi.
Tällainen luokittelu, joka perustuu mikrokapseloinnin aikana tapahtuvien prosessien luonteeseen, on melko mielivaltainen. Käytännössä käytetään usein eri menetelmien yhdistelmää.
Edellä mainittujen menetelmien lisäksi on mainittava myös aerosolimikrokapselointimenetelmä, joka voidaan katsoa kuuluvan sekä toiseen että kolmanteen ryhmään, koska se voi perustua sekä kemiallisiin prosesseihin että hiukkasten fysikaalisen yhteenliittymisen ilmiöihin. [2]
Määritettäessä kuhunkin tapaukseen sopivinta menetelmää, lähtökohtana ovat lopputuotteen tietyt ominaisuudet, prosessin kustannukset ja monet muut tekijät. Menetelmän valinta määräytyy kuitenkin pääasiassa alkuperäisen kapseloidun aineen ominaisuuksien perusteella.
Mikrokapselointimenetelmien tärkeä ominaisuus on tuloksena olevien mikrokapseleiden koko. Tältä pohjalta erottuvat selkeimmin menetelmät, joissa kuorien kalvon muodostava materiaali on sula mikrokapseleiden muodostuksen aikana, ja menetelmät, jotka perustuvat faasien erottumiseen nestemäisessä (kaasumaisessa) väliaineessa.
Ensimmäinen menetelmäryhmä varmistaa keskikokoisten ja suurten (jopa useita mm) kapseleiden valmistuksen, toinen - mikrokapseleiden, joiden koko vaihtelee useista satoihin mikroneihin. Pienimmät mikrokapselit voidaan saada koaservaatiolla (1 µm - 1 mm), sähköstaattisella koagulaatiolla (µm - 20 µm fraktioilla), polymeroinnilla emulsioissa ja suspensioissa (1 µm:stä useisiin mm) tai kuivaamalla ruiskuttamalla dispersiota ( emulsio) järjestelmä (jopa 500 µm). Suurikokoisia kapseleita (100 mikronista useisiin mm) saadaan käyttämällä sentrifugeja, ekstruudereita ja leijupedissä.
On huomattava, että jälkimmäisillä menetelmillä saadaan pienin pölyisen fraktion pitoisuus, mutta pääaineen pitoisuus mikrokapseleissa on yleensä pienempi kuin polymeroinnilla (polykondensaatiolla) tai muilla nestefaasimenetelmillä saaduissa tuotteissa. [1] [2]
Tällä hetkellä yksi suosituimmista menetelmistä mikrokapseleiden luomiseksi on polyelektrolyyttien kerroskerrostus (LbL, kerros kerrokselta -tekniikka).
Mikrokapseloitujen tuotteiden käyttöalueet ovat erittäin monet. Nykyään on vaikea nimetä talouden alaa, jossa mikrokapselit eivät löytäisi käyttöä tai niiden käytön tehokkuus ei olisi ilmeistä tai perusteellisesti osoitettu. [2] [3] Viime vuosina on ollut tyypillistä teollisuuden valmistamien mikrokapseloitujen tuotteiden valikoiman laajentuminen. Tämä koskee selluloosamateriaaleja, polymeerivalumassojen täyteaineita (kuidut ja ontot mikropallot), liimamateriaaleja, polymeerikoostumusten komponentteja (katalyytit, initiaattorit, monomeerit, polymeerit ja liuottimet), väriaineita, magneettisia aineita, rehutuotteita, hyönteismyrkkyjä, lannoitteita, kosmetiikkaa tuotteita, kotitalouskemikaaleja, entsyymejä, valokuvausmateriaaleja jne. Tällä hetkellä mikrokapseloitujen materiaalien käytännön käyttöalueet ovat hyvin laajat - terveydenhoidosta avaruustutkimukseen. [1] [2]