Mikrokapselitekniikka
Käytä mikrokapselointiteknologiaa Muuta elämää
Home > Värinsiirtotekniikat > Mikrokapselointi
Esimerkkejä mikrokapselointimateriaalista
Taide ja käsityöt
UV-Dosimetria
Koulutusmateriaalit
silmälasien
Muoti-ja-asusteet
Terveys- ja turvallisuuslaitteet
Lääketieteelliset laitteet
Kynsitaide
Uutuustuotteet
Mainostuotteet
Suojavarusteet
Turvallisuus-tulostus
Väriä muuttavilla materiaaleilla ja tuoksujauheilla on tiettyjä puutteita suorituskyvyssä. Niillä on esimerkiksi huono kemiallinen stabiilisuus. Vahvissa happamissa tai vahvoissa emäksissä ne menettävät helposti väriä muuttavat ominaisuudet. Heillä on myös huono lämpö. Niiden työlämpötila on alle 200°C. Näin ollen edellä mainitut puutteet rajoittavat niiden soveltamista. Mikrokapselointitekniikan kehittyessä mikrokapselointitekniikat osoittautuvat ominaisuuksiltaan järkeviksi. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi väriä vaihtavissa materiaaleissa ja tuoksujauheissa parantamaan materiaalien säilyvyyttä, toimivuutta ja työsuoritusta. Tällä hetkellä väriä vaihtavien materiaalien ja tuoksujauheiden mikrokapselointi on kuuma aihe. On tärkeää ja merkityksellistä kehittää väriä vaihtavien materiaalien ja tuoksujauheiden markkinoita integroimalla mikrokapseliteknologiaan.
Mikrokapselin määritelmä
Mikrokapseli on pienikokoinen säiliö. Se on kehitetty kapseloimalla nesteitä, kiinteitä aineita ja kaasua kalvon muodostavalla materiaalilla. Mikrokapseleiden hiukkaskoko on noin 1-1000 μm. Kalvon muodostava materiaali on mikrokapselin kuorimateriaali. Suljetut nesteet, kiinteät aineet ja kaasut ovat mikrokapselin ydinmateriaali. Tekniikkaa, jota käytetään ydinmateriaalien kapselointiin, kutsutaan mikrokapselointiteknologiaksi. Mikrokapseleiden valmistusprosessia kutsutaan mikrokapseloimiseksi. Meidän tulisi valita sopivat kuorimateriaalit ydinmateriaalien mikrokapseloinnin aikana kapseloitavan aineen luontaisten ominaisuuksien perusteella. Käytämme yleensä korkean molekyylipainon aineita mikrokapselin kuorimateriaalien valmistukseen.
Mikrokapselin toiminnallisuus
Mikrokapseleilla on useita toimintoja. Alkuperäisten kemiallisten ja alkuperäisten fysikaalisten ominaisuuksiensa säilyttämiseksi mikrokapselit voivat sulkea ydinmateriaalin kuorimateriaaleilla estääkseen ydinmateriaalin pääsyn kosketukseen ulkoympäristön kanssa.
1. Paranna ydinmateriaalien vakautta
Ydinmateriaalin luontaisten ominaisuuksien säilyttämiseksi, sisäisen ydinmateriaalin suojaamiseksi ympäristövaikutuksilta, jotka voivat muuttaa sen fysikaalista ja kemiallista luonnetta, voimme käyttää mikrokapselointitekniikkaa kaasumaisten, nestemäisten ja kiinteiden aineiden kapseloimiseksi jauhemaisiin kiinteisiin materiaaleihin. Tämä prosessi voi mahdollistaa kalvon muodostavan kuorimateriaalin vakaat ominaisuudet. Esimerkiksi parafiinivaha absorboi ja vapauttaa huomattavaa lämpöä nestemäisen ja kiinteän olomuodon välisen faasimuutoksensa aikana. Sen äänifaasimuutosominaisuuksia on kuitenkin vaikea soveltaa todellisessa käytössä, koska sen fysikaalinen tila on epävakaa.
2. Ohjaus ja vapauttaminen
Tietyissä ympäristöolosuhteissa mikrokapseli muodostuu kuorimateriaaliksi. Tämän prosessin aikana se laajenee, supistuu, repeytyy ja hajoaa. Diffundoivan ydinmateriaalin virtausnopeus pienenee, mikä rajoittaa ydinmateriaalin vapautumista kuorimateriaalin supistuessa. Ydinmateriaali pakenee mikrokapselin rajoituksesta ja diffundoituu ympäröivään ympäristöön, kun kuorimateriaali laajenee, murtuu tai hajoaa. Siksi voimme muuttaa ympäristöolosuhteita hallitaksemme ydinmateriaalin vapautumista mikrokapselijärjestelmässä.
Mikrokapselin valmistusmenetelmä
1. Perinteinen valmistusmenetelmä mikrokapselille
Tämä menetelmä perustuu kondensoidun faasin faasien erottamiseen. Faasierotusmenetelmänä on dispergoida ydinmateriaali jatkuvaan faasiin, joka sisältää kuorimateriaalin. Sitten voimme muuttaa dispersiojärjestelmän fysikaalis-kemiallisia olosuhteita. Näin voimme vähentää kuorimateriaalin liukoisuutta jatkuvassa faasissa. Mikrokapselit muodostuvat sitten, kun dispersiojärjestelmässä jäljellä oleva kuorimateriaali kapseloi ydinmateriaalin. Tätä menetelmää käytetään enimmäkseen vesiliukoisten tai hydrofiilisten aineiden mikrokapseloimiseen. Mikrokapseleiden ydinmateriaalin suhdetta kuorimateriaaliin voidaan säätää laajemmalla alueella tällä menetelmällä.
2. Polymerointitekniikoihin perustuvat valmistusmenetelmät
Rajapintapolymerointimenetelmä
Rajapintapolymerointimenetelmä selitetään seuraavasti. Polymeerimonomeeri A integroituu ydinmateriaaliin muodostaen öljyfaasin (tai vesifaasin). Sitten monomeeri A ja ydinmateriaali dispergoidaan vesifaasiin (tai öljyfaasiin). Tämä prosessi tuottaa erittäin pieniä öljypisaroita (tai vesipisaroita). Kun lisätään vesifaasiin (tai öljyfaasiin) liukenevaa monomeeriä B vesifaasiin (tai öljyfaasiin) ja sitten sekoitetaan koko systeemiä, vesi- ja öljyfaasin rajapinnalla tapahtuu polymerointireaktio. Tämän seurauksena ydinmateriaalin pinnalle muodostuu kalvo kuoripolymeerimateriaalista. Ydinmateriaali kapseloidaan tämän kalvon sisään ja muodostaa sitten mikrokapselin. Rajapintapolymerointimenetelmä soveltuu teollisen mittakaavan tuotantoon. Materiaalit on helppo hallita. Tuotantojärjestelmä ei vaadi korkeita vaatimuksia raaka-aineen puhtaudelle. Reaktioaika on lyhyt. Tuotantoolosuhteet ovat lievät ja tuotantoprosessi yksinkertainen. Niiden joukossa tärkeä tekijä mikrokapseleihin vaikuttamisessa on ydinmateriaalin dispersiokyky dispersiojärjestelmässä. Stabilointiaineet, dispergointiaineet, emulgointiaineiden tyyppi ja määrä sekä mekaanisen sekoituksen tehokkuus vaikuttavat suuresti mikrokapseleiden seinämän paksuuteen ja hiukkaskokojakaumaan. Tasaisten mikrokapseleiden saavuttamiseksi on säilytettävä vakaa dispersiojärjestelmä.
In situ -polymerointi
Tämä menetelmä eroaa rajapintapolymeroinnista. Rajapintapolymeroinnin kapselin kuori muodostuu polymeroimalla kahta eri liukoisuudella omaavaa monomeeriä. Yksi liukoisuus sijaitsee sisällä ja toinen ulkopuolella. Tässä on in situ -polymerointi kapselointia varten. Voimme lisätä ydinmateriaalin jatkuvaan faasiin, joka sisältää seinämän muodostavan polymeerin monomeerin A. Sitten voimme lisätä jatkuvaan vaiheeseen initiaattorin. Samalla kun koko järjestelmää sekoitetaan, tämä prosessi voi laukaista polymeroitumisen. Tämän seurauksena seinäpolymeeri ei ole yhteensopiva jatkuvan faasin kanssa. Näin ollen ne kerrostuvat ydinmateriaalin pinnalle ja kapseloivat sen muodostaen mikrokapselijärjestelmän. Tämä menetelmä on kustannustehokas hyvällä tiivistyksellä. Se mahdollistaa seinän paksuuden ja ytimen sisällön hallinnan, ja sitä on helppo käyttää.
Mikroemulsiopolymerointi
Mikroemulsiopolymeroinnissa, jonka tarkoituksena on tuottaa nanokapseleita, sekoitetaan joukko komponentteja, mukaan lukien emulgointiaine, rinnakkaisemulgaattori ja erityiset monomeerit ydin- ja seinämateriaaleille, joita ei voida sekoittaa jatkuvaan faasiin. Mekaaninen sekoitus varmistaa näiden monomeerien dispersion misellimuodostelmiin. Tämän jälkeen initiaattorin lisääminen katalysoi seinämateriaalimonomeerin polymeroitumista miselliympäristössä, mikä samanaikaisesti saa aikaan ydinmateriaalin kapseloitumisen kehittyvän polymeerisulun sisään. Kriittinen näkökohta nanokapseleiden valmistuksessa tällä menetelmällä on ydinmateriaalin ja polymeroituvan monomeerin dispersioaste.
3. Uudet mikrokapseleiden valmistustekniikat
Interfacial Solvent Exchange Technology
Tämä tekniikka perustuu ruiskutekniikkaan. Se hajottaa nesteen hienoiksi pisaroiksi. Sitten se käyttää rajapintojen siirtokäyttäytymistä kahden sekoittuvan nesteen välillä muodostaakseen mikrokapselijärjestelmän, jossa kuorimateriaali kapseloi ydinmateriaalin.
Kaksoisemulsiohaihdutustekniikka
Mikrokapselijärjestelmä, joka on muodostettu kaksoisemulsioliuotinhaihduttamalla, on säiliöjärjestelmä. Kuoripolymeeri muodostaa ulkokuoren. Ydinmateriaali on keskittynyt sisäkerrokseen. Se voi saada tehokkaan kontrolloidun vapautumisen, kun ydinmateriaali liukenee ulos kuorimateriaalin mikropallon mikrohuokosten kautta.
Itsekokoonpanotekniikka
Mikrokapselijärjestelmä voidaan valmistaa käyttämällä itsekokoamistekniikkaa. Ydinmateriaali ja kuorimateriaali muodostavat kerrostetun kapselointimikrokapselijärjestelmän ei-kovalenttisten vuorovaikutusten, kuten sähköstaattisten voimien, van der Waalsin voimien, vetysidosten, kautta olosuhteissa, joissa ydinmateriaali ja kuorimateriaali asetetaan ympäristöön, johon ulkoiset olosuhteet eivät vaikuta. .
Ylikriittinen nesteteknologia
Ylikriittinen nesteteknologia eroaa perinteisistä mikrokapseleiden valmistusmenetelmistä. Ylikriittinen nesteteknologia hyödyntää liuenneiden aineiden ja liuottimien erilaisia liukoisuuksia ylikriittisiin nesteisiin ja nesteiden ainutlaatuisia fysikaalisia ominaisuuksia mikrokapseleiden valmistamiseksi. Sen korkeiden massansiirto-ominaisuuksien, suuren diffuusiivisuuden, suuren liuotinvoiman, alhaisen viskositeetin ansiosta ylikriittistä hiilidioksidia käytetään usein ylikriittisenä nesteenä.
Asetamme ydinmateriaalin ensin leijukerrokseen ja leijutamme sen hiilidioksidilla. Voimme käyttää ylikriittistä hiilidioksidia sekä kuorimateriaalin liuottimena että ydinmateriaalin kantajanesteenä. Kuorimateriaali liuotetaan ensin ylikriittiseen hiilidioksidiin uuttoastiassa. Tuloksena oleva ylikriittinen neste sumutetaan, laajenee ja kiteytetään sitten leijukerroksessa olevien suuttimien kautta, jolloin kuorimateriaali laskeutuu ydinmateriaalin pinnalle muodostaen kapselin. Tällä hetkellä hiukkasten aggregaatiota ei tapahdu.
Mikrokapseloitujen orgaanisten palautuvien termokromaattisten materiaalien sovellukset
Mikrokapseloituja orgaanisia palautuvia termokromia materiaaleja käytetään nykyään laajasti paino-, tekstiili-, arki-, elintarvike- ja teollisuusaloilla. Koska mikrokapselit voivat vähentää myrkyllisyyttä ja haihtuvuutta sekä parantaa materiaalin stabiilisuutta.
Teolliset sovellukset
Mikrokapseloituja termokromia materiaaleja voidaan valmistaa lämpötila-antureiksi lämpötilan havaitsemiseksi teollisuudessa. Esimerkiksi akkujännitteen testiliuska voidaan valmistaa käyttämällä mikrokapseloituja orgaanisia termokromisia materiaaleja. Akkujen energian muuntoprosessin aikana testiliuskan lämpötilan noustessa sen väri muuttuu, mikä mahdollistaa akun jännitetason karkean arvioinnin.
Renkaisiin upotetut termokromaattiset laitteet, jotka on valmistettu mikrokapseloiduista termokromisista materiaaleista, voivat seurata renkaan lämpötilaa. Kun renkaan käyttölämpötila ylittää suositellun käyttölämpötilan, laite näyttää varoitusvärin.
Elintarviketeollisuus
Mikrokapseloituja termokromia materiaaleja voidaan käyttää pakasteelintarvikkeiden pakkauksiin kiinnitettävien lämpötilaa osoittavien etikettien valmistamiseen. Tämä prosessi voi edistää positiivisesti pakasteiden laadun säilymistä, koska sen avulla elintarvikkeiden varastointihenkilökunta voi visuaalisesti arvioida, onko pakastuslämpötila normaalialueella.
Päivittäisen elämän sovellukset
Muoviteollisuudessa mikrokapseloiduista orgaanisista palautuvista termokromisista materiaaleista voidaan valmistaa termokromisia jauheita käytettäväksi. Niistä voidaan valmistaa juomakuppeja, jolloin käyttäjät voivat visuaalisesti varmistaa, onko veden lämpötila sopiva kulutukseen seuraamalla kupin värinmuutosta. Tätä materiaalia käyttämällä voidaan valmistaa tuttipulloja tai lusikoita. Tästä materiaalista valmistetuilla työkaluilla vanhemmat voivat tarkkailla pullon tai lusikan värinmuutosta päätellä, onko maito tai ruoka lapselleen sopivan lämpöistä. Jos tällaista materiaalia käytetään jokapäiväisessä elämässä, voidaan ihmisten elämänkokemusta ja laatua parantaa huomattavasti.
Tekstiiliteollisuus
Tekstiiliteollisuudessa termokromisten materiaalien käyttö koskee pääasiassa väriä vaihtavia kuituja ja väriä vaihtavia värejä. Orgaanisia termokromaattisia jauheita käytetään pääasiassa tekstiilien väriä vaihtavina väriaineina. Mikrokapselointiteknologia on laadullisesti edistänyt orgaanisten termokromisten väriaineiden käyttöä tekstiileissä mikrokapseloinnin jälkeen. Termokromiset jauheet parantavat merkittävästi väriaineen hankauskestävyyttä ja pesunkestoa.
Vaatteiden värjäykseen käytetyt orgaaniset palautuvat termokromijauheet voivat parantaa vaatteiden älykästä käsitystä. Se voi esimerkiksi rakentaa yhteyden psykologisten tunteiden, värimuutosten ja ympäristön lämpötilojen välille luomalla suhteen kuvioiden lämpötilavaihteluiden ja ihmisen psykologisten muutosten välille. Toinen esimerkki, kevään, kesän, syksyn ja talven vuodenaikoina ihmiset voivat tuntea muutoksia ympäristön ja kehon lämpötiloissa, jos vaatekuvioihin levitetään termokromia pastaa.
Kustannus- ja painoteollisuus
Orgaanisia palautuvia termokromiajauheita voidaan käyttää laajasti painatuksessa, pääasiassa lämpötilan osoituksissa ja termokromismissa. Sitä voidaan lisätä musteeseen termokromaattisen musteen luomiseksi. Siksi sen sovellus on erittäin kypsä painatuksen alalla. Termokromimusteen käyttäminen mainosjulisteiden tulostamiseen voi tuottaa vaikuttavia mainostehosteita. Termokromisella musteella voidaan painaa myös sarjakuvakuvioita lasten leluihin, joissa maaginen väriä muuttava vaikutus luo lapsille ainutlaatuisen pelikokemuksen. Termokromisella musteella koristekuvioiden painaminen juomakuppeihin antaa kuluttajalle mahdollisuuden arvioida kupin sisällä olevan veden lämpötilaa kuvion värinmuutoksen perusteella ja määrittää, sopiiko se juotavaksi. Orgaaniset palautuvat termokromaattiset musteet voivat tuottaa hyviä tuloksia laajoilla alueilla. Sitä voidaan käyttää useilla aloilla, koska testaus on suoraviivaista, tarkkaa, nopeaa ja kätevää. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi väärentämisenestopakkausten painatuksessa, arpajaisten tulostuksessa ja henkilökorttitulostuksessa sekä tuotteissa. Väärennösten estävän pakkauspainatuksen ominaisuus on esimerkkinä sen kyvystä tunnistaa nopeasti tuotteen aitous kuumentamalla vahingoittamatta ulkopakkausta. Termokromipainatuksella on merkittäviä kilpailuetuja tunnistamisen helppouden, suhteellisen alhaisten painatuskustannusten, läheisesti tavallisten painatustekniikoiden ja täyteläisten värien ansiosta.
Sisällysluettelo
- Mikrokapselin määritelmä
- Mikrokapselin toiminnallisuus
- 1. Paranna ydinmateriaalien vakautta
- 2. Ohjaus ja vapauttaminen
- Mikrokapselin valmistusmenetelmä
- 1. Perinteinen valmistusmenetelmä mikrokapselille
- 2. Polymerointitekniikoihin perustuvat valmistusmenetelmät
- 3. Uudet mikrokapseleiden valmistustekniikat
- Mikrokapseloitujen orgaanisten palautuvien termokromaattisten materiaalien sovellukset
Olemme valmiita tukemaan mikrokapselimateriaaliprojektejasi