Tecnologia delle microcapsule
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I materiali che cambiano colore e le polveri profumate presentano alcune carenze nelle prestazioni. Ad esempio, hanno una scarsa stabilità chimica. In condizioni di acido forte o base forte, è facile che perdano le proprietà di cambio colore. Hanno anche una scarsa termica. La loro temperatura di lavoro è inferiore a 200 °C. Pertanto, le carenze di cui sopra limitano la loro applicazione. Con l'avanzamento della tecnologia di microincapsulazione, le tecniche di microincapsulazione dimostrano di essere solide nelle loro proprietà. Ad esempio, possono essere utilizzate nei materiali che cambiano colore e nelle polveri profumate per migliorare la stabilità di stoccaggio, la funzionalità e le prestazioni di lavoro dei materiali. Attualmente, la microincapsulazione dei materiali che cambiano colore e delle polveri profumate è un argomento caldo. È importante e significativo sviluppare il mercato dei materiali che cambiano colore e delle polveri profumate integrando la tecnologia delle microcapsule.
La definizione di microcapsula
Una microcapsula è un contenitore in miniatura. Viene sviluppato incapsulando liquidi, solidi, gas utilizzando un materiale filmogeno. La dimensione delle particelle delle microcapsule è di circa 1-1000 μm. Il materiale filmogeno è il materiale del guscio della microcapsula. I liquidi, i solidi, il gas che sono racchiusi sono il materiale del nucleo della microcapsula. La tecnica utilizzata per incapsulare le sostanze del materiale del nucleo è chiamata tecnologia di microincapsulazione. Il processo di produzione delle microcapsule è chiamato microincapsulazione. Dovremmo selezionare materiali del guscio appropriati in base alle proprietà intrinseche della sostanza che viene incapsulata durante la microincapsulazione delle sostanze del materiale del nucleo. Di solito utilizziamo sostanze ad alto peso molecolare per produrre materiali del guscio delle microcapsule.
Funzionalità delle microcapsule
Le microcapsule hanno molteplici funzioni. Per preservare le loro proprietà chimiche e fisiche originali, le microcapsule possono, racchiudendo il materiale del nucleo con materiali del guscio, bloccare la via del contatto del materiale del nucleo con l'ambiente esterno.
1. Migliorare la stabilità dei materiali del nucleo
Per mantenere le caratteristiche intrinseche del materiale del nucleo, proteggere il materiale del nucleo interno da influenze ambientali che potrebbero alterarne la natura fisica e chimica, possiamo usare la tecnologia di microincapsulamento per incapsulare sostanze gassose, liquide e solide in materiali solidi simili a polvere. Questo processo può abilitare le proprietà stabili del materiale di rivestimento filmogeno. Ad esempio, la cera di paraffina, durante la sua transizione di fase tra stato liquido e solido, assorbe e rilascia calore sostanziale. Tuttavia, è difficile applicare le sue solide caratteristiche di cambiamento di fase nell'uso effettivo, perché il suo stato fisico è instabile.
2. Controllo e rilascio
In condizioni ambientali specifiche, la microcapsula si formerà come materiale di rivestimento. Durante questo processo, si espanderà, si contrarrà, si romperà e si degraderà. La portata del materiale del nucleo diffondente diminuisce, limitando il rilascio del materiale del nucleo quando il materiale del rivestimento si contrae. Il materiale del nucleo sfugge al confinamento della microcapsula e si diffonde nell'ambiente circostante quando il materiale del rivestimento si espande, si rompe o si degrada. Pertanto, possiamo modificare le condizioni ambientali per controllare il rilascio del materiale del nucleo in un sistema di microcapsule.
Il metodo di preparazione per microcapsule
1. Metodo di preparazione tradizionale per microcapsule
Questo metodo si basa sulla separazione di fase della fase condensata. Il metodo di separazione di fase consiste nel disperdere il materiale del nucleo in una fase continua contenente il materiale del guscio. Quindi, possiamo modificare le condizioni fisico-chimiche del sistema di dispersione. In questo modo, possiamo ridurre la solubilità del materiale del guscio nella fase continua. Le microcapsule vengono quindi formate quando il materiale del guscio rimanente nel sistema di dispersione incapsula il materiale del nucleo. Questo metodo è utilizzato principalmente per la microincapsulazione di sostanze idrosolubili o idrofile. Il rapporto tra il materiale del nucleo e il materiale del guscio nelle microcapsule può essere regolato in un intervallo più ampio utilizzando questo metodo.
2. Metodi di preparazione basati su tecniche di polimerizzazione
Metodo di polimerizzazione interfacciale
Il metodo di polimerizzazione interfacciale è spiegato di seguito. Il monomero polimerico A si integra con il materiale del nucleo per formare una fase oleosa (o acquosa). Quindi il monomero A e il materiale del nucleo vengono dispersi in una fase acquosa (o oleosa). Questo processo genera goccioline di olio (o goccioline d'acqua) estremamente piccole. Quando si aggiunge il monomero B, solubile nella fase acquosa (o oleosa), alla fase acquosa (o oleosa) e quindi si agita l'intero sistema, si verifica una reazione di polimerizzazione all'interfaccia tra la fase acquosa e quella oleosa. Di conseguenza, si forma una pellicola del materiale polimerico del guscio sulla superficie del materiale del nucleo. Il materiale del nucleo viene incapsulato all'interno di questa pellicola e quindi forma una microcapsula. Il metodo di polimerizzazione interfacciale è adatto per la produzione su scala industriale. I materiali sono facili da controllare. Il sistema di produzione non necessita di elevati requisiti di purezza delle materie prime. Il tempo di reazione è breve. Le condizioni di produzione sono miti e il processo di produzione è semplice. Tra questi, il fattore importante per l'impatto sulle microcapsule è la capacità di dispersione del materiale del nucleo nel sistema di dispersione. Gli stabilizzanti, i disperdenti, il tipo e la quantità di emulsionanti, insieme all'efficacia dell'agitazione meccanica, generano un grande impatto sullo spessore della parete delle microcapsule e sulla distribuzione delle dimensioni delle particelle. Per ottenere microcapsule uniformi, è necessario mantenere un sistema di dispersione stabile.
Polimerizzazione in situ
Questo metodo è diverso dalla polimerizzazione interfacciale. Il guscio della capsula della polimerizzazione interfacciale è formato dalla polimerizzazione di due monomeri con diverse solubilità. Una solubilità si trova all'interno e l'altra all'esterno. Ecco la polimerizzazione in situ per l'incapsulamento. Possiamo aggiungere il materiale del nucleo alla fase continua contenente il monomero A del polimero che forma la parete. Quindi possiamo aggiungere un iniziatore alla fase continua. Mentre si agita l'intero sistema, questo processo può innescare la polimerizzazione. Di conseguenza, il polimero della parete è incompatibile con la fase continua. Quindi, si depositano sulla superficie del materiale del nucleo, incapsulandolo per formare un sistema di microcapsule. Questo metodo è conveniente con una buona tenuta. Consente il controllo sullo spessore della parete e sul contenuto del nucleo ed è semplice da utilizzare.
Polimerizzazione in microemulsione
Nella polimerizzazione in microemulsione mirata alla produzione di nanocapsule, vengono miscelati una serie di componenti tra cui un emulsionante, un co-emulsionante e monomeri specifici per i materiali del nucleo e della parete che non sono miscelabili con la fase continua. La miscelazione meccanica assicura la dispersione di questi monomeri in formazioni micellari. Successivamente, l'aggiunta di un iniziatore catalizza la polimerizzazione del monomero del materiale della parete all'interno dell'ambiente micellare, effettuando contemporaneamente l'incapsulamento del materiale del nucleo all'interno della barriera polimerica in via di sviluppo. L'aspetto critico della preparazione di nanocapsule utilizzando questo metodo è il grado di dispersione del materiale del nucleo e del monomero polimerizzabile.
3. Nuove tecnologie di preparazione delle microcapsule
Tecnologia di scambio di solventi interfacciali
Questa tecnologia si basa sulla tecnologia spray. Disperde un liquido in goccioline fini. Quindi utilizza il comportamento di trasferimento interfacciale tra due liquidi miscibili per formare un sistema di microcapsule in cui il materiale del guscio incapsula il materiale del nucleo.
Tecnica di evaporazione a doppia emulsione
Il sistema di microcapsule formato dall'evaporazione del solvente a doppia emulsione è un sistema di riserva. Il polimero del guscio forma il guscio esterno. Il materiale del nucleo è concentrato nello strato interno. Può ottenere un rilascio controllato efficace quando il materiale del nucleo si dissolve attraverso i micropori della microsfera del materiale del guscio.
Tecnologia di autoassemblaggio
Il sistema di microcapsule può essere prodotto utilizzando la tecnologia di autoassemblaggio. Il materiale del nucleo e il materiale del guscio formano un sistema di microcapsule di incapsulamento stratificato tramite interazioni non covalenti come forze elettrostatiche, forze di van der Waals, legami idrogeno, nelle condizioni in cui il materiale del nucleo e il materiale del guscio sono posizionati in un ambiente senza essere influenzati da circostanze esterne.
Tecnologia dei fluidi supercritici
La tecnologia dei fluidi supercritici differisce dai metodi convenzionali di preparazione delle microcapsule. La tecnologia dei fluidi supercritici sfrutta le diverse solubilità di soluti e solventi nei fluidi supercritici e le proprietà fisiche uniche dei fluidi, per produrre microcapsule. Grazie alle sue elevate proprietà di trasferimento di massa, elevata diffusività, elevato potere solvente, bassa viscosità, l'anidride carbonica supercritica è spesso utilizzata come fluido supercritico.
Per prima cosa mettiamo il materiale del nucleo in un letto fluidizzato e lo fluidifichiamo con anidride carbonica. Possiamo usare anidride carbonica supercritica sia come solvente per il materiale del guscio che come fluido vettore per il materiale del nucleo. Il materiale del guscio viene prima disciolto in anidride carbonica supercritica in un recipiente di estrazione. Il fluido supercritico risultante viene quindi atomizzato, espanso e cristallizzato attraverso ugelli nel letto fluidizzato, facendo sì che il materiale del guscio si depositi sulla superficie del materiale del nucleo, formando un incapsulamento. In questo momento, non si verifica alcuna aggregazione di particelle.
Applicazioni dei materiali termocromici reversibili organici microincapsulati
I materiali termocromici reversibili organici microincapsulati sono ora ampiamente utilizzati nei settori della stampa, tessile, della vita quotidiana, alimentare e industriale. Perché le microcapsule possono ridurre la tossicità e la volatilità, oltre a migliorare la stabilità del materiale.
Applicazioni Industriali
I materiali termocromici microincapsulati possono essere trasformati in sensori di temperatura per il rilevamento della temperatura nel settore industriale. Ad esempio, una striscia di prova della tensione della batteria può essere realizzata utilizzando materiali termocromici organici microincapsulati. Durante il processo di conversione dell'energia nelle batterie, man mano che la temperatura della striscia di prova aumenta, il suo colore cambia, consentendo una stima approssimativa del livello di tensione della batteria.
I dispositivi termocromici incorporati negli pneumatici, realizzati con materiali termocromici microincapsulati, possono monitorare la temperatura degli pneumatici. Quando la temperatura di esercizio di uno pneumatico supera la temperatura di utilizzo consigliata, il dispositivo visualizzerà un colore di avviso.
Industria alimentare
I materiali termocromici microincapsulati possono essere utilizzati per produrre etichette indicatrici della temperatura che vengono attaccate alla confezione di prodotti alimentari congelati. Questo processo può contribuire positivamente al mantenimento della qualità dei prodotti alimentari congelati, poiché consente al personale addetto alla conservazione degli alimenti di valutare visivamente se la temperatura di congelamento rientra nell'intervallo normale.
Applicazioni della vita quotidiana
Nell'industria della plastica, i materiali termocromici reversibili organici microincapsulati possono essere prodotti in polveri termocromiche per l'uso. Possono essere utilizzati per realizzare tazze per bere, consentendo agli utenti di verificare visivamente se la temperatura dell'acqua è appropriata per il consumo monitorando il cambiamento di colore della tazza. Biberon o cucchiai possono essere prodotti utilizzando questo materiale. Con utensili realizzati con questo materiale, i genitori possono determinare se il latte o il cibo è a una temperatura adatta per il loro bambino osservando il cambiamento di colore della bottiglia o del cucchiaio. Se questo tipo di materiale viene utilizzato nella vita quotidiana, l'esperienza e la qualità della vita delle persone possono essere notevolmente migliorate.
Industria tessile
Nell'industria tessile, l'applicazione di materiali termocromici riguarda principalmente fibre e coloranti che cambiano colore. Le polveri termocromiche organiche sono utilizzate principalmente come coloranti che cambiano colore per i tessuti. La tecnologia di microincapsulamento ha fatto progredire qualitativamente l'applicazione di coloranti termocromici organici nei tessuti dopo aver subito la microincapsulazione, le polveri termocromiche migliorano significativamente la solidità allo sfregamento e al lavaggio del colorante.
Le polveri termocromiche organiche reversibili utilizzate per la tintura di indumenti possono migliorare la percezione intelligente degli indumenti. Ad esempio, possono creare una connessione tra emozioni psicologiche, cambiamenti di colore e temperature ambientali stabilendo una relazione tra variazioni di temperatura del modello e cambiamenti psicologici umani. Un altro esempio, nelle stagioni di primavera, estate, autunno e inverno, le persone possono percepire cambiamenti nella temperatura ambiente e corporea se le paste termocromiche vengono applicate ai modelli di indumenti.
Industria editoriale e della stampa
Le polveri termocromiche reversibili organiche possono essere ampiamente utilizzate nella stampa, principalmente nell'indicazione della temperatura e nel termocromismo. Possono essere aggiunte all'inchiostro per creare inchiostro termocromico. Pertanto, la sua applicazione è molto matura nel campo della stampa. L'uso di inchiostro termocromico per la stampa di poster promozionali può generare effetti pubblicitari impressionanti. L'inchiostro termocromico può anche essere utilizzato per stampare motivi di cartoni animati su giocattoli per bambini, dove il magico effetto di cambio colore crea un'esperienza di gioco straordinaria per i bambini. La stampa di motivi decorativi con inchiostro termocromico su tazze per bere consente ai consumatori di giudicare la temperatura dell'acqua all'interno della tazza in base al cambio di colore del motivo, determinando se è adatta per bere. Gli inchiostri termocromici reversibili organici possono generare buoni risultati in aree estese. Possono essere utilizzati in vari campi poiché il test è semplice, accurato, rapido e conveniente. Ad esempio, possono essere utilizzati nella stampa di imballaggi anticontraffazione, nella stampa di biglietti della lotteria e nella stampa di carte d'identità e per prodotti. La caratteristica della stampa di imballaggi anticontraffazione è esemplificata dalla sua capacità di identificare rapidamente l'autenticità di un prodotto riscaldandolo senza danneggiare l'imballaggio esterno. La stampa termocromica offre notevoli vantaggi competitivi grazie alla sua facilità di identificazione, ai costi di stampa relativamente bassi, alla stretta somiglianza con le tecniche di stampa standard e ai colori intensi.
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Sommario
- La definizione di microcapsula
- Funzionalità delle microcapsule
- 1. Migliorare la stabilità dei materiali del nucleo
- 2. Controllo e rilascio
- Il metodo di preparazione per microcapsule
- 1. Metodo di preparazione tradizionale per microcapsule
- 2. Metodi di preparazione basati su tecniche di polimerizzazione
- 3. Nuove tecnologie di preparazione delle microcapsule
- Applicazioni dei materiali termocromici reversibili organici microincapsulati
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