一种可降解环保防污微胶囊及其制备方法与应用与流程

本发明属于微胶囊的技术领域，具体涉及一种可降解环保防污微胶囊及其制备方法与应用。所述可降解环保防污微胶囊在食品、药品及功能型涂料中的应用。

背景技术：

微胶囊技术虽然始于上世纪30年代，但发展非常迅速。迄今已广泛应用于食品、药品、化妆品等领域。微胶囊技术是指将固体、液体或气体包封在微小而密封的胶囊中，使其在特定条件下以一定速率释放的技术。其中，被包封的物质称为芯材，包封芯材实现微囊胶化的物质称为壁材。芯材，可为油溶性、水溶性化合物或混合物，其状态可为粉末、固体、液体或气体。经研究发现，可包封物的品种极其繁多，如交联剂、催化剂、化学反应剂、显色剂、药物、杀虫剂、水溶液、染料、颜料、洗涤剂、食品等。

天然辣椒素，又称辣椒碱，是从辣椒、洋葱等物质中提取出的一种极度辛辣的香草酰胺类生物碱。天然辣椒素是多种辣椒素同系物的混合物，辣椒素中具有辛辣味和刺激性的为壬酸香草酰胺，可通过化学方法合成。辣椒素虽然具有较好的抑菌杀菌作用，可用于防污剂，但是直接使用，会对施工人员造成很大伤害，而且无法长时间提供防护效果。另外，辣椒素在贮存，运输，填埋过程中因光、热等因素会造成一定的损失，其作为防污防生物药物，作用时效短，稳定性差。单纯使用辣椒素易导致活性物质在短时间内迅速释放，无法实现长效作用的问题。

而现有微胶囊型防污剂因为壳层是不易降解的材料，在生产，贮存和应用过程中会分散在环境中，造成污染问题。

本发明的可降解环保防污微胶囊结合了微胶囊技术和辣椒素对生物的趋避性，将微胶囊化的辣椒素应用在食品、药品及涂料中。与现有技术相比，可降解环保防污微胶囊的优势在于：(1)通过微胶囊技术包覆辣椒素，可避免辣椒素在贮存，运输，填埋过程中因光、热等因素造成的损失问题；(2)将辣椒素通过微胶囊包覆技术包覆，可避免在填埋过程中，对人体造成过大刺激，影响人身安全的问题；(3)通过工艺技术对微胶囊的力学性能进行控制，可避免贮存，运输，填埋过程中因为微胶囊破裂过多带来的损失。(4)辣椒素是环保生物趋避剂，壳材环保，对环境无害，解决环保问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种可降解环保防污微胶囊的制备方法。本发明的制备方法简单，工艺容易控制，成本较低。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的可降解环保防污微胶囊。

本发明的再一目的在于提供上述可降解环保防污微胶囊的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可降解环保防污微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

1)采用酸将壳聚糖配成溶液，获得壳聚糖溶液；将壳聚糖溶液与辣椒素类化合物混匀，获得悬浮液；

2)将悬浮液以液滴的形式滴入氯化钙溶液中，固化，获得可降解环保防污微胶囊。

所述壳聚糖与辣椒素类化合物的质量比为(1～5)：5；所述酸为硫酸、盐酸、草酸、醋酸、苯甲酸、甲酸和丁二酸中的一种以上；所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量浓度为0.1～10％；所述壳聚糖溶液是将酸和水将壳聚糖溶解获得或者将酸采用水配成酸的稀溶液，然后采用酸的稀溶液溶解壳聚糖获得；酸的稀溶液质量浓度为0.1～1％；

所述辣椒素类化合物为辣椒素、二氢辣椒素、降二氢辣椒素、高二氢辣椒素、高辣椒素中一种以上；

所述悬浮液以液滴形式滴入氯化钙溶液中是指悬浮液先通过注射泵进行注射，进入氯化钙溶液之前，悬浮液被气体气切成液滴，然后以液滴的形式滴入氯化钙溶液中，注射泵的注射速度为0.05ml/min～0.1ml/min，气体的流量为1ml/min～20ml/min。

所述氯化钙溶液cacl2溶液的质量浓度为0.5～3％；所述固化的时间为0.5～2h。

所述悬浮液以液滴形式滴入氯化钙溶液中所采用的装置包括针孔气切挤出装置和注射泵，所述针孔气切挤出装置包括内圆筒和外圆筒，外圆筒套在内圆筒的外侧并且外圆筒的一端与内圆筒一端的外侧壁密封连接，外圆筒的另一端开口，外圆筒的侧壁上设有进气口，内圆筒与外圆筒之间有空腔，内圆筒的两端开口，一端称为进液口，另一端称为出液口；外圆筒开口的一端与内圆筒的出液口之间所形成的开口称为出气口；所述注射泵与内圆筒的进液口连接，向内圆筒中注射悬浮液。

外圆筒的内直径大于内圆筒的外直径。内圆筒的的高度大于外圆筒。

在所述的装置中，注射泵将悬浮液从针孔气切挤出装置的进液口注入内圆筒，同时气体从外圆筒的进气口通入，从出气口输出；悬浮液从内圆筒的出液口输出时，由于出气口气体的气切作用，悬浮液被挤出切成液滴，悬浮液以液滴的形式加入氯化钙溶液中。

所述可降解环保防污微胶囊为球状，粒径为0.1～1000μm。

所述可降解环保防污微胶囊用于食品、药品或涂料领域，作为食品、药品或涂料等功能型精细有机化学品添加剂。

所述可降解环保防污微胶囊在制备层压板、胶粘剂、复合材料、涂料基材树脂(如环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等)中的应用。

本发明制备的壳聚糖作为壳层的可降解环保防污微胶囊，具有优异的包封性能，持续稳定的缓释效果，力学性能优异，具有广泛用途。

本发明的原理：将辣椒素类化合物与壳聚糖水溶液共混形成悬浮液，然后通过针孔气切挤出装置挤出在cacl2盐水浴中。经过一段时间的固化，最终得到包封有辣椒素的壳聚糖微胶囊。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明制备的可降解环保防污微胶囊为白色或灰白色均匀球体，平均粒径0.1～1000μm；水分质量含量≤5％；

2)本发明采用环保材料壳聚糖制备可降解环保防污微胶囊，不仅通过壳层的包封控制了芯材料缓释速率，壳层还能提高了微胶囊的抗冲击性能，保证产品质量的稳定性。

3)本发明可降解环保防污微胶囊的制备方法可用于包封多种活性物质，原料来源广泛，壳层原料价格便宜。

4)本发明制备工艺简单，生产的可降解环保防污微胶囊可以应用在食品、药品及涂料等领域，还可以广泛应用于功能型材料领域，拓宽微胶囊的使用范围。

附图说明

图1为实施例1制备的可降解环保防污微胶囊tem微观形貌图；

图2为本发明将悬浮液以液滴形式滴入氯化钙溶液中所采用的针孔气切挤出装置的示意图；1-内圆筒，2-外圆筒，3-进气口，4-出液口，5-进液口，6-出气口，7-密封接口。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明的实施方式不限如此。

辣椒素(cas号404-86-4)，二氢辣椒素(cas号19408-84-5)，降二氢辣椒素(28789-35-7)，高二氢辣椒素(cas号20279-06-5)，高辣椒素(cas号2444-46-4)。

本发明制备的可降解环保防污微胶囊的性能表征方法如下：外观的测试：自然光下观察并记录；平均粒径：马尔文粒径分析仪；缓释速率，通过质量损失法测定。

本发明将悬浮液以液滴形式滴入氯化钙溶液中所采用的装置包括针孔气切挤出装置和注射泵，所述针孔气切挤出装置的示意图如图2所示，包括内圆筒1(如针筒)和外圆筒2，外圆筒套在内圆筒的外侧并且外圆筒的一端(此端开口)与内圆筒一端的外侧壁密封连接(如：通过密封接口7连接，密封接口可拆卸)，外圆筒2的另一端开口并与内圆筒无连接，外圆筒的侧壁上设有进气口3，内圆筒与外圆筒之间有空腔，内圆筒的两端开口，一端称为进液口5，另一端称为出液口4；外圆筒开口的一端(与内圆筒无连接的一端)与内圆筒的出液口4之间所形成的开口称为出气口6；所述注射泵与内圆筒的进液口5连接，向内圆筒中注射悬浮液。

外圆筒的内直径大于内圆筒的外直径。所述外圆筒的纵切面优选为梯形，靠近内圆筒出液口的外圆筒开口端横截面直径相对于外圆筒其他横截面直径最小。

在所述的装置中，注射泵将悬浮液从针孔气切挤出装置的进液口注入内圆筒，同时气体从外圆筒的进气口通入，从出气口输出；悬浮液从内圆筒的出液口输出时，由于出气口气体的气切作用，出液口的悬浮液被挤出切成液滴，悬浮液以液滴的形式加入氯化钙溶液中。

实施例1

一种可降解环保防污微胶囊的制备过程：将5g壳聚糖(脱乙酰度≥70％)用1g盐酸溶解，补加200g水，加入5g辣椒素充分搅拌，形成具有粘度的稳定悬浮液，再通过电动匀速注射泵，将该悬浮液挤成小液滴(注射泵的注射速率为0.05ml/min，空气流速为1ml/min)，滴落到cacl2(质量百分比1％)盐水浴中，经过0.5h的固化，得到可降解环保防污微胶囊。

取5g可降解环保防污微胶囊置于50ml敞口锥形瓶中，放入50℃的恒温烘箱中，实时取样测样品的质量，通过测定样品质量的损失率对比微胶囊的缓释性能。结果见表1。

表1实施例1的微胶囊损失率

壳聚糖微胶囊表面有很多微孔，辣椒素包在其中会不断透过小孔迁移出来。因此，微胶囊的透过率会直接影响微胶囊的释放速率，可降解环保防污微胶囊从数据上显示就是30天后，其损失的重量仅为10.1％。本实施例的微胶囊的包封率为85％；贮存稳定性为1年；可在5年内分解完毕，抗菌性能达到90％。

图1为实施例1制备的可降解环保防污微胶囊tem微观形貌图。

实施例2

一种可降解环保防污微胶囊的制备过程：将5g壳聚糖(脱乙酰度≥70％)用1g醋酸溶解，并补加200g水，加入5g二氢辣椒素充分搅拌，形成具有粘度的稳定悬浮液，再通过电动匀速注射泵，将该悬浮液挤成小液滴(注射泵的注射速率为0.05ml/min；气切速率为1ml/min)，滴落到cacl2(质量百分比1％)盐水浴中，经过0.5h的固化，得到可降解环保防污微胶囊。

取5g可降解环保防污微胶囊置于50ml敞口锥形瓶中，放入50℃的恒温烘箱中，实时取样测样品的质量，通过测定样品质量的损失率对比微胶囊的缓释性能。结果见表2。

表2实施例2的微胶囊损失率

壳聚糖微胶囊表面有很多微孔，辣椒素包在其中会不断透过小孔迁移出来。因此，微胶囊的透过率会直接影响微胶囊的释放速率，可降解环保防污微胶囊从数据上显示就是30天后，其损失的重量仅为10.0％。

本实施例的微胶囊的包封率为85％。；贮存稳定性为1年；可在5年内分解完毕，抗菌性能达到90％。本实施例的微胶囊的平均粒径为300微米。所制备可降解环保防污微胶囊用于药品添加剂。

实施例3

一种可降解环保防污微胶囊的制备过程：将5g壳聚糖用1g盐酸溶解并补加200g水，加入5g降二氢辣椒素充分搅拌，形成具有粘度的稳定悬浮液，再通过电动匀速注射泵，将该悬浮液挤成小液滴(注射泵的注射速率为0.05ml/min，空气的流量为1ml/min)，滴落到cacl2(质量百分比1％)盐水浴中，经过0.5h的固化，得到可降解环保防污微胶囊。

取5g可降解环保防污微胶囊置于50ml敞口锥形瓶中，放入50℃的恒温烘箱中，实时取样测样品的质量，通过测定样品质量的损失率对比微胶囊的缓释性能。结果见下表3。

表3实施例3的微胶囊损失率

壳聚糖微胶囊表面有很多微孔，辣椒素包在其中会不断透过小孔迁移出来。因此，微胶囊的透过率会直接影响微胶囊的释放速率，可降解环保防污微胶囊从数据上显示就是30天后，其损失的重量仅为10.2％。

本实施例的微胶囊的包封率为85％；贮存稳定性为1年；可在5年内分解完毕，抗菌性能达到90％。

本实施例的微胶囊的平均粒径为300微米。本实施例制备可降解环保防污微胶囊用于食品添加剂。

实施例4

一种可降解环保防污微胶囊的制备过程：将5g壳聚糖用1g草酸溶解并补加200g水，加入5g高二氢辣椒素充分搅拌，形成具有粘度的稳定悬浮液，再通过电动匀速注射泵，将该悬浮液挤成小液滴(注射泵的注射速率为0.05ml/min，空气流量为1ml/min)，滴落到cacl2(质量百分比1％)盐水浴中，经过0.5h的固化，得到可降解环保防污微胶囊。

取5g可降解环保防污微胶囊置于50ml敞口锥形瓶中，放入50℃的恒温烘箱中，实时取样测样品的质量，通过测定样品质量的损失率对比微胶囊的缓释性能。结果见下表4。

表4实施例4的微胶囊损失率

壳聚糖微胶囊表面有很多微孔，辣椒素包在其中会不断透过小孔迁移出来。因此，微胶囊的透过率会直接影响微胶囊的释放速率，可降解环保防污微胶囊从数据上显示就是30天后，其损失的重量仅为10.1％。

本实施例的微胶囊的包封率为85％；贮存稳定性为1年；可在5年内分解完毕，抗菌性能达到90％。本实施例的微胶囊的平均粒径为300微米。

本实施例制备可降解环保防污微胶囊用于防海洋生物污染丙烯酸涂料。