マイクロカプセル技術

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変色材料と香料粉末には、性能上の欠陥があります。たとえば、化学的安定性が低いです。強酸または強塩基条件下では、変色特性が失われやすくなります。また、耐熱性も低く、作業温度は 200°C 未満です。したがって、上記の欠陥により、その用途が制限されます。マイクロカプセル化技術の進歩により、マイクロカプセル化技術はその特性において健全であることが証明されています。たとえば、変色材料と香料粉末に使用すると、材料の保存安定性、機能性、作業性能が向上します。現在、変色材料と香料粉末のマイクロカプセル化はホットな話題です。マイクロカプセル技術と統合して、変色材料と香料粉末の市場を開拓することは重要かつ意義深いことです。

マイクロカプセルの定義

マイクロカプセルは小型容器です。液体、固体、気体をフィルム形成材料でカプセル化して作られます。マイクロカプセルの粒子サイズは約1〜1000μmです。フィルム形成材料はマイクロカプセルのシェル材料です。封入された液体、固体、気体はマイクロカプセルのコア材料です。コア材料物質をカプセル化するために使用される技術は、マイクロカプセル化技術と呼ばれます。マイクロカプセルの製造プロセスは、マイクロカプセル化と呼ばれます。コア材料物質をマイクロカプセル化する際に、カプセル化される物質の固有の特性に基づいて適切なシェル材料を選択する必要があります。通常、マイクロカプセルのシェル材料を製造するために高分子量物質が使用されます。

マイクロカプセルの機能

マイクロカプセルにはさまざまな機能があり、その本来の化学的性質と物理的性質を維持するために、マイクロカプセルは、芯材を殻材で包み込むことで、芯材が外部環境と接触するのを遮断することができます。

1. コア材料の安定性の向上

コア材料の本来の特性を維持し、内部コア材料をその物理的および化学的性質を変える可能性のある環境の影響から保護するために、マイクロカプセル化技術を使用して、ガス、液体、固体の物質を粉末状の固体材料にカプセル化することができます。このプロセスにより、フィルム形成シェル材料の安定した特性が可能になります。たとえば、パラフィンワックスは、液体と固体の状態間の相転移中に、かなりの熱を吸収および放出します。ただし、物理的状態が不安定であるため、実際の使用では、その健全な相変化特性を適用することは困難です。

2. 制御と解放

特定の環境条件下では、マイクロカプセルはシェル材料として形成されます。このプロセス中に、マイクロカプセルは膨張、収縮、破裂、分解します。拡散するコア材料の流量は減少し、シェル材料が収縮するとコア材料の放出が制限されます。シェル材料が膨張、破裂、または分解すると、コア材料はマイクロカプセルの閉じ込めから逃れ、周囲の環境に拡散します。したがって、環境条件を変更して、マイクロカプセルシステム内のコア材料の放出を制御することができます。

マイクロカプセルの製造方法

1. マイクロカプセルの従来の製造方法

この方法は、凝縮相の相分離に基づいています。相分離法は、シェル材料を含む連続相にコア材料を分散させることです。次に、分散系の物理化学的条件を変更できます。これを行うことで、連続相でのシェル材料の溶解度を下げることができます。分散系に残っているシェル材料がコア材料をカプセル化すると、マイクロカプセルが形成されます。この方法は、主に水溶性または親水性物質のマイクロカプセル化に使用されます。この方法を使用すると、マイクロカプセル内のコア材料とシェル材料の比率をより広い範囲で調整できます。

2. 重合技術に基づく製造方法

界面重合法

界面重合法について以下に説明します。ポリマーモノマーAはコア材料と一体化して油相（または水相）を形成します。次に、モノマーAとコア材料は水相（または油相）に分散します。このプロセスにより、非常に小さな油滴（または水滴）が生成されます。水相（または油相）に溶解するモノマーBを水相（または油相）に加えてシステム全体を攪拌すると、水相と油相の界面で重合反応が起こります。その結果、シェルポリマー材料のフィルムがコア材料の表面に形成されます。コア材料はこのフィルム内にカプセル化され、マイクロカプセルを形成します。界面重合法は、工業規模の生産に適しています。材料の制御が容易です。生産システムは、原料の純度に対する高い要件を必要としません。反応時間は短く、生産条件は穏やかで、生産プロセスは簡単です。その中でも、マイクロカプセルに影響を与える重要な要素は、分散システム内のコア材料の分散能力です。安定剤、分散剤、乳化剤の種類と量、および機械的撹拌の有効性は、マイクロカプセルの壁の厚さと粒度分布に大きな影響を与えます。均一なマイクロカプセルを実現するには、安定した分散システムを維持する必要があります。

その場重合

この方法は界面重合とは異なります。界面重合のカプセルシェルは、溶解度の異なる 2 つのモノマーの重合によって形成されます。一方の溶解度は内側にあり、もう一方の溶解度は外側にあります。これがカプセル化のための in situ 重合です。壁形成ポリマーのモノマー A を含む連続相にコア材料を追加できます。次に、連続相に開始剤を追加します。システム全体を攪拌しながら、このプロセスにより重合を開始できます。その結果、壁ポリマーは連続相と互換性がありません。したがって、それらはコア材料の表面に堆積し、それをカプセル化してマイクロカプセルシステムを形成します。この方法は、密閉性が良好でコスト効率に優れています。壁の厚さとコア含有量を制御でき、操作が簡単です。

マイクロエマルジョン重合

ナノカプセルの製造を目的としたマイクロエマルジョン重合では、乳化剤、共乳化剤、および連続相と混合できないコアおよび壁材料用の特定のモノマーを含む一連の成分が混合されます。機械的な混合により、これらのモノマーがミセル形成に分散されます。その後、開始剤の添加により、ミセル環境内で壁材料モノマーの重合が触媒され、同時に、発達中のポリマーバリア内でコア材料のカプセル化が行われます。この方法を使用してナノカプセルを調製する際の重要な側面は、コア材料と重合可能なモノマーの分散度です。

3. 新しいマイクロカプセル製造技術

界面溶媒交換技術

この技術はスプレー技術に基づいています。液体を微細な液滴に分散させます。次に、2 つの混和性液体間の界面移動挙動を利用して、シェル材料がコア材料をカプセル化するマイクロカプセルシステムを形成します。

ダブルエマルジョン蒸発法

二重エマルジョン溶媒蒸発によって形成されるマイクロカプセルシステムは貯蔵システムです。シェルポリマーが外殻を形成し、コア材料は内層に集中しています。コア材料がシェル材料のマイクロスフィアの微細孔から溶解すると、効果的な制御放出が得られます。

自己組織化技術

マイクロカプセルシステムは、自己組織化技術を利用して製造することができ、コア材料とシェル材料が外部環境の影響を受けない環境に置かれる条件下で、コア材料とシェル材料は、静電気力、ファンデルワールス力、水素結合などの非共有結合相互作用を介して層状のカプセル化マイクロカプセルシステムを形成します。

超臨界流体技術

超臨界流体技術は、従来のマイクロカプセル製造方法とは異なります。超臨界流体技術は、超臨界流体中の溶質と溶媒の異なる溶解度と流体の固有の物理的特性を利用して、マイクロカプセルを製造します。超臨界二酸化炭素は、その高い物質移動特性、高い拡散性、高い溶解力、低い粘度のため、超臨界流体としてよく使用されます。

まず、コア材料を流動床に置き、二酸化炭素で流動化します。超臨界二酸化炭素は、シェル材料の溶媒とコア材料のキャリア流体の両方として使用できます。シェル材料は、まず抽出容器内の超臨界二酸化炭素に溶解されます。次に、結果として生じる超臨界流体は、流動床内のノズルを通じて霧化、膨張、結晶化され、シェル材料がコア材料の表面に堆積してカプセル化を形成します。このとき、粒子の凝集は発生しません。

マイクロカプセル化有機可逆熱変色性材料の応用

マイクロカプセル化された有機可逆性サーモクロミック材料は、現在、印刷、繊維、日常生活、食品、工業の各分野で広く使用されています。マイクロカプセルは、毒性と揮発性を低減し、材料の安定性を向上させることができるためです。

産業用アプリケーション

マイクロカプセル化されたサーモクロミック材料は、産業分野で温度検出用の温度センサーとして製造できます。たとえば、マイクロカプセル化された有機サーモクロミック材料を使用して、バッテリー電圧テストストリップを作成できます。バッテリーのエネルギー変換プロセス中に、テストストリップの温度が上昇すると、その色が変わり、バッテリー電圧レベルを大まかに推定できます。

マイクロカプセル化されたサーモクロミック材料で作られたタイヤに埋め込まれたサーモクロミックデバイスは、タイヤの温度を監視できます。タイヤの動作温度が推奨使用温度を超えると、デバイスは警告色を表示します。

食品業界

マイクロカプセル化されたサーモクロミック材料は、冷凍食品のパッケージに貼り付ける温度表示ラベルの製造に使用できます。このプロセスにより、食品保管担当者は凍結温度が正常範囲内であるかどうかを視覚的に判断できるため、冷凍食品の品質維持にプラスの影響を与えられます。

日常生活のアプリケーション

プラスチック業界では、マイクロカプセル化された有機可逆性サーモクロミック材料をサーモクロミックパウダーに加工して使用することができます。この材料を使ってコップを作ると、コップの色の変化を観察することで、水温が飲用に適しているかどうかを視覚的に判断できます。この材料を使って哺乳瓶やスプーンを作ることもできます。この材料で作った道具を使えば、親は哺乳瓶やスプーンの色の変化を観察することで、ミルクや食べ物が子供にとって適切な温度かどうかを判断できます。このような材料を日常生活で使用すれば、人々の生活体験と生活の質を大幅に向上させることができます。

織物産業

繊維業界では、サーモクロミック材料の応用は主に変色繊維と変色染料に関係しています。有機サーモクロミック粉末は主に繊維の変色染料として使用されています。マイクロカプセル化技術は、マイクロカプセル化後の繊維における有機サーモクロミック染料の応用を質的に進歩させ、サーモクロミック粉末は染料の摩擦堅牢度と洗濯堅牢度を大幅に向上させます。

衣服の染色に使用される有機可逆性サーモクロミックパウダーは、衣服のスマートな認識を高めることができます。たとえば、パターンの温度変化と人間の心理的変化との関係を確立することで、心理的感情、色の変化、環境温度の関係を構築できます。別の例として、春、夏、秋、冬の季節に、サーモクロミックペーストを衣服のパターンに塗布すると、人々は周囲温度と体温の変化を感じることができます。

出版・印刷業界

有機可逆性サーモクロミックパウダーは、主に温度表示とサーモクロミズムの印刷に広く使用できます。インクに添加してサーモクロミックインクを作成することもできます。そのため、印刷分野での応用は非常に成熟しています。サーモクロミックインクを使用してプロモーションポスターを印刷すると、印象的な広告効果を生み出すことができます。サーモクロミックインクは、子供のおもちゃに漫画のパターンを印刷するためにも使用できます。魔法のような色の変化効果により、子供に素晴らしいゲーム体験が生まれます。サーモクロミックインクでコップに装飾的なパターンを印刷すると、消費者はパターンの色の変化に基づいてコップ内の水温を判断し、飲むのに適しているかどうかを判断できます。有機可逆性サーモクロミックインクは、幅広い分野で優れた結果を生み出すことができます。テストが簡単、正確、迅速、便利なため、さまざまな分野で使用できます。たとえば、偽造防止パッケージの印刷、宝くじの印刷、IDカードの印刷、製品に使用できます。偽造防止パッケージ印刷の特徴は、外装を損傷することなく加熱することで製品の真正性を迅速に識別できることです。サーモクロミック印刷は、識別が容易で、印刷コストが比較的低く、標準的な印刷技術によく似ており、色彩が豊かであるため、大きな競争上の利点があります。