Mikrokapsel-Technologie

Verwenden Sie Mikroverkapselungstechnologie, um das Leben zu verändern

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Farbwechselnde Materialien und Duftpulver weisen bestimmte Leistungsmängel auf. Sie sind beispielsweise chemisch schlecht stabil. Unter stark sauren oder basischen Bedingungen verlieren sie leicht ihre Farbwechseleigenschaften. Sie sind außerdem thermisch schlecht. Ihre Arbeitstemperatur liegt unter 200 °C. Die oben genannten Mängel schränken ihre Anwendung also ein. Mit der Weiterentwicklung der Mikroverkapselungstechnologie erweisen sich Mikroverkapselungstechniken als solide in ihren Eigenschaften. Sie können beispielsweise in farbwechselnden Materialien und Duftpulvern verwendet werden, um die Lagerstabilität, Funktionalität und Arbeitsleistung der Materialien zu verbessern. Derzeit ist die Mikroverkapselung von farbwechselnden Materialien und Duftpulvern ein heißes Thema. Es ist wichtig und von Bedeutung, den Markt für farbwechselnde Materialien und Duftpulver durch Integration der Mikrokapseltechnologie zu entwickeln.

Die Definition von Mikrokapsel

Eine Mikrokapsel ist ein Miniaturbehälter. Sie entsteht durch Einkapseln von Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen mithilfe eines filmbildenden Materials. Die Partikelgröße von Mikrokapseln beträgt etwa 1 bis 1000 μm. Das filmbildende Material ist das Hüllenmaterial der Mikrokapsel. Die eingeschlossenen Flüssigkeiten, Feststoffe und Gase sind das Kernmaterial der Mikrokapsel. Die Technik, die zum Einkapseln von Kernmaterialsubstanzen verwendet wird, wird als Mikroverkapselungstechnologie bezeichnet. Der Herstellungsprozess von Mikrokapseln wird Mikroverkapselung genannt. Wir sollten geeignete Hüllenmaterialien basierend auf den inhärenten Eigenschaften der Substanz auswählen, die während der Mikroverkapselung von Kernmaterialsubstanzen eingekapselt wird. Wir verwenden normalerweise Substanzen mit hohem Molekulargewicht, um Hüllenmaterialien für Mikrokapseln herzustellen.

Mikrokapsel-Funktionalität

Mikrokapseln haben mehrere Funktionen. Um ihre ursprünglichen chemischen und physikalischen Eigenschaften zu bewahren, können die Mikrokapseln durch Umschließen des Kernmaterials mit Schalenmaterialien den Kontakt des Kernmaterials mit der Außenumgebung blockieren.

1. Verbesserung der Stabilität von Kernmaterialien

Um die inhärenten Eigenschaften des Kernmaterials zu erhalten und das innere Kernmaterial vor Umwelteinflüssen zu schützen, die seine physikalische und chemische Beschaffenheit verändern könnten, können wir die Mikroverkapselungstechnologie verwenden, um gasförmige, flüssige und feste Substanzen in pulverartige Feststoffe einzukapseln. Dieser Prozess kann die stabilen Eigenschaften des filmbildenden Schalenmaterials ermöglichen. Beispielsweise absorbiert und gibt Paraffinwachs während seines Phasenübergangs zwischen flüssigem und festem Zustand erhebliche Wärme ab. Es ist jedoch schwierig, seine Schallphasenwechseleigenschaften in der Praxis anzuwenden, da sein physikalischer Zustand instabil ist.

2. Kontrolle und Freigabe

Unter bestimmten Umgebungsbedingungen bilden sich Mikrokapseln als Schalenmaterial. Während dieses Vorgangs dehnt es sich aus, zieht sich zusammen, reißt und zersetzt sich. Die Fließgeschwindigkeit des diffundierenden Kernmaterials nimmt ab, wodurch die Freisetzung des Kernmaterials begrenzt wird, wenn sich das Schalenmaterial zusammenzieht. Das Kernmaterial entkommt der Einschließung der Mikrokapsel und diffundiert in die Umgebung, wenn sich das Schalenmaterial ausdehnt, reißt oder zersetzt. Daher können wir die Umgebungsbedingungen ändern, um die Freisetzung des Kernmaterials in einem Mikrokapselsystem zu steuern.

Die Herstellungsmethode für Mikrokapseln

1. Traditionelle Herstellungsmethode für Mikrokapseln

Diese Methode basiert auf der Phasentrennung der kondensierten Phase. Bei der Phasentrennungsmethode wird das Kernmaterial in einer kontinuierlichen Phase dispergiert, die das Schalenmaterial enthält. Dann können wir die physikochemischen Bedingungen des Dispersionssystems ändern. Dadurch können wir die Löslichkeit des Schalenmaterials in der kontinuierlichen Phase verringern. Die Mikrokapseln werden dann gebildet, wenn das verbleibende Schalenmaterial im Dispersionssystem das Kernmaterial einkapselt. Diese Methode wird hauptsächlich zur Mikroverkapselung wasserlöslicher oder hydrophiler Substanzen verwendet. Das Verhältnis von Kernmaterial zu Schalenmaterial in den Mikrokapseln kann mithilfe dieser Methode in einem größeren Bereich eingestellt werden.

2. Auf Polymerisationstechniken basierende Herstellungsverfahren

Grenzflächenpolymerisationsmethode

Die Methode der Grenzflächenpolymerisation wird wie folgt erläutert. Polymermonomer A verbindet sich mit dem Kernmaterial und bildet eine Ölphase (oder Wasserphase). Anschließend werden Monomer A und Kernmaterial in einer Wasserphase (oder Ölphase) dispergiert. Bei diesem Vorgang entstehen extrem kleine Öltröpfchen (oder Wassertröpfchen). Wenn Monomer B, das in der Wasserphase (oder Ölphase) löslich ist, zur Wasserphase (oder Ölphase) gegeben und das gesamte System dann gerührt wird, tritt an der Grenzfläche zwischen der Wasser- und der Ölphase eine Polymerisationsreaktion auf. Dadurch bildet sich auf der Oberfläche des Kernmaterials ein Film aus dem Schalenpolymermaterial. Das Kernmaterial wird in diesem Film eingekapselt und bildet dann eine Mikrokapsel. Die Grenzflächenpolymerisationsmethode eignet sich für die Produktion im industriellen Maßstab. Die Materialien sind leicht zu kontrollieren. Das Produktionssystem stellt keine hohen Anforderungen an die Reinheit der Rohstoffe. Die Reaktionszeit ist kurz. Die Produktionsbedingungen sind mild und der Produktionsprozess einfach. Der wichtigste Faktor für die Mikrokapseln ist die Dispergierfähigkeit des Kernmaterials im Dispersionssystem. Stabilisatoren, Dispergiermittel, Art und Menge der Emulgatoren sowie die Wirksamkeit des mechanischen Rührens haben großen Einfluss auf die Wandstärke der Mikrokapseln und die Partikelgrößenverteilung. Um gleichmäßige Mikrokapseln zu erhalten, muss ein stabiles Dispersionssystem aufrechterhalten werden.

In-situ-Polymerisation

Diese Methode unterscheidet sich von der Grenzflächenpolymerisation. Die Kapselhülle der Grenzflächenpolymerisation wird durch die Polymerisation zweier Monomere mit unterschiedlicher Löslichkeit gebildet. Eine Löslichkeit befindet sich innen und die andere außen. Hier handelt es sich um die In-situ-Polymerisation zur Verkapselung. Wir können das Kernmaterial der kontinuierlichen Phase hinzufügen, die das Monomer A des wandbildenden Polymers enthält. Dann können wir der kontinuierlichen Phase einen Initiator hinzufügen. Während das gesamte System gerührt wird, kann dieser Prozess die Polymerisation auslösen. Infolgedessen ist das Wandpolymer mit der kontinuierlichen Phase inkompatibel. Daher lagern sie sich auf der Oberfläche des Kernmaterials ab und verkapseln es zu einem Mikrokapselsystem. Diese Methode ist kostengünstig und weist eine gute Abdichtung auf. Sie ermöglicht die Kontrolle über die Dicke der Wand und den Kerngehalt und ist einfach durchzuführen.

Mikroemulsionspolymerisation

Bei der Mikroemulsionspolymerisation zur Herstellung von Nanokapseln werden eine Reihe von Komponenten gemischt, darunter ein Emulgator, ein Co-Emulgator und spezielle Monomere für die Kern- und Wandmaterialien, die mit der kontinuierlichen Phase nicht mischbar sind. Mechanisches Mischen sorgt für die Dispersion dieser Monomere in Mizellenformationen. Anschließend katalysiert die Zugabe eines Initiators die Polymerisation des Wandmaterialmonomers innerhalb der Mizellenumgebung und bewirkt gleichzeitig die Einkapselung des Kernmaterials innerhalb der sich entwickelnden Polymerbarriere. Der entscheidende Aspekt bei der Herstellung von Nanokapseln mit dieser Methode ist der Dispersionsgrad des Kernmaterials und des polymerisierbaren Monomers.

3. Neue Technologien zur Herstellung von Mikrokapseln

Grenzflächen-Lösungsmittelaustausch-Technologie

Diese Technologie basiert auf der Sprühtechnologie. Sie zerstäubt eine Flüssigkeit in feine Tröpfchen. Anschließend nutzt sie das Grenzflächenübertragungsverhalten zwischen zwei mischbaren Flüssigkeiten, um ein Mikrokapselsystem zu bilden, bei dem das Schalenmaterial das Kernmaterial einkapselt.

Doppelemulsionsverdampfungstechnik

Das durch die Verdampfung von Lösungsmitteln in einer Doppelemulsion gebildete Mikrokapselsystem ist ein Reservoirsystem. Das Schalenpolymer bildet die äußere Schale. Das Kernmaterial ist in der inneren Schicht konzentriert. Eine wirksame kontrollierte Freisetzung ist möglich, wenn sich das Kernmaterial durch die Mikroporen der Mikrokugeln des Schalenmaterials auflöst.

Selbstmontagetechnologie

Das Mikrokapselsystem kann durch Selbstorganisationstechnologie hergestellt werden. Das Kernmaterial und das Schalenmaterial bilden durch nichtkovalente Wechselwirkungen wie elektrostatische Kräfte, Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrücken ein geschichtetes Kapselungssystem aus Mikrokapseln, unter der Bedingung, dass das Kernmaterial und das Schalenmaterial in eine Umgebung gebracht werden, die nicht durch äußere Umstände beeinflusst wird.

Überkritische Fluidtechnologie

Die überkritische Fluidtechnologie unterscheidet sich von herkömmlichen Methoden zur Herstellung von Mikrokapseln. Die überkritische Fluidtechnologie nutzt die unterschiedlichen Löslichkeiten von gelösten Stoffen und Lösungsmitteln in überkritischen Fluiden und die einzigartigen physikalischen Eigenschaften der Fluide, um Mikrokapseln herzustellen. Aufgrund seiner hohen Massenübertragungseigenschaften, hohen Diffusionsfähigkeit, hohen Lösungskraft und niedrigen Viskosität wird überkritisches Kohlendioxid häufig als überkritisches Fluid verwendet.

Wir geben das Kernmaterial zunächst in eine Wirbelschicht und verflüssigen es mit Kohlendioxid. Wir können überkritisches Kohlendioxid sowohl als Lösungsmittel für das Schalenmaterial als auch als Trägerflüssigkeit für das Kernmaterial verwenden. Das Schalenmaterial wird zunächst in einem Extraktionsgefäß in überkritischem Kohlendioxid gelöst. Die entstehende überkritische Flüssigkeit wird dann durch Düsen in der Wirbelschicht zerstäubt, ausgedehnt und kristallisiert, wodurch sich das Schalenmaterial auf der Oberfläche des Kernmaterials ablagert und eine Einkapselung bildet. Zu diesem Zeitpunkt findet keine Partikelaggregation statt.

Anwendungen von mikroverkapselten organischen reversiblen thermochromen Materialien

Mikroverkapselte organische, reversible thermochrome Materialien werden heute in großem Umfang in den Bereichen Druck, Textilien, Alltag, Lebensmittel und Industrie eingesetzt. Denn Mikrokapseln können die Toxizität und Flüchtigkeit verringern und die Materialstabilität verbessern.

Industrielle Anwendungen

Aus mikroverkapselten thermochromen Materialien können Temperatursensoren zur Temperaturerfassung im industriellen Bereich hergestellt werden. So kann beispielsweise ein Batteriespannungsteststreifen aus mikroverkapselten organischen thermochromen Materialien hergestellt werden. Während des Energieumwandlungsprozesses in Batterien ändert sich mit steigender Temperatur des Teststreifens dessen Farbe, was eine grobe Schätzung des Batteriespannungsniveaus ermöglicht.

In Reifen eingebettete thermochrome Geräte aus mikroverkapselten thermochromen Materialien können die Reifentemperatur überwachen. Wenn die Betriebstemperatur eines Reifens die empfohlene Nutzungstemperatur überschreitet, zeigt das Gerät eine Warnfarbe an.

Lebensmittelindustrie

Mikroverkapselte thermochrome Materialien können zur Herstellung temperaturanzeigender Etiketten verwendet werden, die an der Verpackung von Tiefkühlkost angebracht werden. Dieses Verfahren kann einen positiven Beitrag zur Erhaltung der Qualität von Tiefkühlkost leisten, da es dem Lagerpersonal ermöglicht, visuell zu beurteilen, ob die Gefriertemperatur im normalen Bereich liegt.

Anwendungen für das tägliche Leben

In der Kunststoffindustrie können mikroverkapselte organische, reversible thermochrome Materialien zu thermochromen Pulvern verarbeitet werden. Sie können zur Herstellung von Trinkbechern verwendet werden, sodass Benutzer anhand der Farbänderung des Bechers visuell feststellen können, ob die Wassertemperatur zum Trinken geeignet ist. Aus diesem Material können Babyflaschen oder -löffel hergestellt werden. Mit Werkzeugen aus diesem Material können Eltern anhand der Farbänderung der Flasche oder des Löffels feststellen, ob die Milch oder das Essen eine geeignete Temperatur für ihr Kind hat. Wenn diese Art von Material im täglichen Leben verwendet wird, können die Lebenserfahrung und -qualität der Menschen erheblich verbessert werden.

Textilindustrie

In der Textilindustrie werden thermochrome Materialien hauptsächlich für farbwechselnde Fasern und farbwechselnde Farbstoffe verwendet. Organische thermochrome Pulver werden hauptsächlich als farbwechselnde Farbstoffe für Textilien verwendet. Die Mikroverkapselungstechnologie hat die Anwendung organischer thermochromer Farbstoffe in Textilien qualitativ weiterentwickelt. Nach der Mikroverkapselung verbessern die thermochromen Pulver die Reibechtheit und Waschechtheit des Farbstoffs erheblich.

Organische, reversible thermochrome Pulver, die zum Färben von Kleidungsstücken verwendet werden, können die Wahrnehmung von Kleidung verbessern. So kann beispielsweise eine Verbindung zwischen psychologischen Emotionen, Farbveränderungen und Umgebungstemperaturen hergestellt werden, indem eine Beziehung zwischen Temperaturschwankungen im Muster und psychologischen Veränderungen des Menschen hergestellt wird. Ein weiteres Beispiel: In den Jahreszeiten Frühling, Sommer, Herbst und Winter können Menschen Veränderungen der Umgebungs- und Körpertemperatur spüren, wenn thermochrome Pasten auf Kleidungsmuster aufgetragen werden.

Verlags- und Druckindustrie

Die organischen, reversiblen thermochromen Pulver können in großem Umfang im Druckbereich eingesetzt werden, vor allem bei der Temperaturanzeige und Thermochromie. Sie können der Tinte zugesetzt werden, um thermochrome Tinte zu erzeugen. Daher ist ihre Anwendung im Druckbereich sehr ausgereift. Die Verwendung thermochromer Tinte zum Drucken von Werbeplakaten kann beeindruckende Werbeeffekte erzeugen. Thermochrome Tinte kann auch zum Drucken von Cartoon-Mustern auf Kinderspielzeug verwendet werden, wo der magische Farbwechseleffekt ein außergewöhnliches Spielerlebnis für Kinder schafft. Das Drucken dekorativer Muster mit thermochromer Tinte auf Trinkbecher ermöglicht es den Verbrauchern, die Wassertemperatur im Becher anhand der Farbänderung des Musters zu beurteilen und festzustellen, ob das Wasser zum Trinken geeignet ist. Organische, reversible thermochrome Tinten können in weiten Bereichen gute Ergebnisse erzielen. Sie können in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, da die Prüfung unkompliziert, genau, schnell und bequem ist. Sie können beispielsweise beim fälschungssicheren Verpackungsdruck, beim Drucken von Lottoscheinen und beim Drucken von Ausweisen und für Produkte verwendet werden. Die Funktion des fälschungssicheren Verpackungsdrucks wird durch seine Fähigkeit veranschaulicht, die Echtheit eines Produkts durch Erhitzen schnell zu erkennen, ohne die Außenverpackung zu beschädigen. Der thermochrome Druck bietet aufgrund seiner einfachen Identifizierung, relativ niedrigen Druckkosten, großen Ähnlichkeit mit herkömmlichen Drucktechniken und satten Farben erhebliche Wettbewerbsvorteile.

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