ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Капсулирование веществ с одновременным формованием пленок традиционными способами переработки полимеров из "Капсулирование в полимерных пленках" Асимметричное капсулирование в пленочных полимерных материалах, листах, покрытиях и моноволокнах осуществляется с использованием разнообразных технологических приемов - как традиционных для переработки высокомолекулярных веществ, так и принципиально новых, оригинальных. В первом приближении разнообразные методы получения полимерных пленок с капсулированными ингредиентами можно разделить на механические и физико-химические. Механические методы капсулирования веществ основаны на смешении дисперсий компонентов как в чистом виде, так и в предварительно микро-капсулированном. Механические методы включают процессы термоформования дисперсий на традиционном оборудовании прессах, экструдерах, валковых агрегатах, а также последующую механическую обработку сформованных пленок вытяжкой, прокаткой, тиснением, вакуумным формованием, сваркой слоев и т.п. [c.98] Способы производства пленок или покрытий отливом растворов полимера на формообразующую поверхность являются ближайшими аналогами технологии капсулирования жидких и твердых веществ в полимерных пленках, основанной на переработке эмульсий и суспензий капсулируемого вещества в растворе пленкообразующего полимера или мономера. Технология капсулирования веществ в пленках поливом эмульсий или суспензий на формообразующую поверхность достаточно производительна, позволяет использовать пленкообразующие высокомолекулярные соединения, олигомеры или мономеры различной химической природы, обеспечивает капсулируемому веществу мягкий температурный режим переработки. Последнее обстоятельство особенно важно, так как способы капсулирования в пленках получили наиболее широкое распространение в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарственных средств пролонгированного действия и в биотехнологии. Большинство практически используемых капсулируемых- соединений не отличается термостабильностью, поэтому их капсулирование требует. умеренных тепловых режимов, предусматривающих нагрев не выше 100 °С. [c.99] Технологический процесс обязательно включает следующие операции растворение полимера и фильтрование раствора, приготовление эмульсии или суспензии из мономера и раствора полимера с капсулируемым веществом, формование пленки, сушку, осаждение или полимеризацию, сортировку, раскрой и упаковку. Наибольшее распространение получили способы, основанные на использовании растворов высокомолекулярных соединений. В состав эмульсий входят пленкообразующий полимер или несколько полимеров, растворитель для полимера, капсулируемое вещество, растворитель капсулируемого вещества, эмульгатор, иногда пластификатор, порообразователь и другие целевые добавки. [c.99] Растворитель пленкообразующего полимера, используемый для приготовления эмульсии (суспензии) капсулируемого вещества, не должен растворяться в капсулируемом веществе, не должен неограниченно смешиваться с компонентами осадительной ванны (при мокром формовании), не вызывать деструкции и изменения целевых свойств капсулируемого вещества и других компонентов эмульсии, иметь малую токсичность, быть способным к многократной очистке (регенерации) и доступным. [c.100] Подбор растворителя для пленкообразующего полимера является весьма сложной задачей даже при получении монолитных пленок по растворной технологии, когда в состав пленкообразующего раствора входят лищь два компонента. Растворяющую способность жидкостей предварительно оценивают по дипольным моментам молекул, коэффициенту поверхностного натяжения или плотности энергии когезии (параметру растворимости Гильдебранда) [99], однако в конечном итоге оптимальный букет растворителей подбирают эмпирически при оптимизации технологического процесса. [c.100] На качество раствора полимера и однородность эмульсии капсулируемого вещества существенное влияние оказывает технология приготовления композиции (порядок загрузки компонентов в смесители, соотнощение компонентов в различные периоды смешения, режим смешения и вид смесительного оборудования). Опустив подробности процессов приготовления растворов полимера, широко известные из технологии монолитных пленок [100], отметим лишь, что в условиях приготовления эмульсий капсулируемых веществ в растворах полимеров не всегда возможно повышение температуры системы с целью интенсификации процесса. Поэтому особое значение для технологии капсулирования имеют приемы ультразвукового и вибрационного воздействия на диспергируемые компоненты эмульсии. [c.100] Придание требуемой формы и толщины пленкам, содержащим в объеме капсулированные жидкие или твердые частицы, осуществляется путем нанесения слоя эмульсии (суспензии) капсулируемого вещества в растворе пленкообразующего полимера на подложку с малой адгезией к полимеру с последующим формованием структуры пленки сушкой или отмывкой растворителя, окончательной сушкой и термообработкой. Режим нанесения слоя эмульсии или суспензии на подложку и используемые для формования слоя устройства определяются размером и концентрацией частиц сапсулируемого вещества, вязкостью наносимых композиций, соотношением адгезионных и реологических характеристик раствора пленкообразующего полимера. [c.101] Сушка отлитого на ленту или барабан слоя эмульсии происходит за Счет циркуляции внутри кожуха сушильного агента. Цикл воздухообмена может быть открытым или закрытым. При открытом цикле в сушильные каналы все время поступает свежий воздух, уходящий из кожуха на рекуперацию растворителей. При замкнутом цикле воздухообмена происходит рециркуляция сушильного агента, который пропускают через конденсатор, где часть растворителей конденсируется, смесь подогревают и возвращают в сушильные каналы. [c.104] Микроструктура пленок, содержащих капсулированные жидкости и твердые вещества, формируется после отлива слоя эмульсии или суспензии на формообразующую поверхность и существенно зависит от множества факторов вязкости эмульсии (суспензии), способа полива, вида подложки, режима сушки и удаления растворителей, размера и концентрации капсулированных частиц и других факторов. [c.104] Фазовый состав и степень диффузионной защиты капсулированного вещества в пленке при прочих равных условиях определяется условиями, при которых из системы удаляется растворитель пленкообразующего полимера. Возможны два варианта протекания процесса без распада раствора пленкообразующего полимера на фазы и с распадом раствора на две фазы, одна из которых представляет собой несущий полимерный каркас (собственно пленку), а вторая - смесь жидких ингредиентов исходной эмульсии с растворителем, содержащую небольшое количество низкомолекулярных фракций пленкообразующего полимера. Возникновение дополнительной жидкой фазы в объеме пленк1Г, кроме капсулируемой жидкости, в зависимости от целей капсулирования может рассматриваться как положительный или отрицательный эффект. [c.104] Последующая обработка отлитой тем или иным способом пленки, по существу, направлена на изменение защитных свойств диффузионных барьеров вокруг каждой частицы дисперсной фазы. Специфика капсулирования веществ в пленках состоит в том, что множество отдельных капсулированных частиц, заключенных в индивидуальные полимерные ячейки, защищено от внешней среды одним общим барьером -поверхностью пленки. Направленное изменение барьерных свойств поверхностных слоев - основная технологическая задача обработки сформованной пленки. [c.104] Особенности формования микроструктуры поверхностного слоя иллюстрируются диаграммой изменения фазового состояния раствора пленкообразующего полимера в процессе сушки пленки и последующей отмывки от растворителей (рис. 2.5). При сушке отлитой из эмульсии пленки поверхностный слой обедняется растворителем в большей степени, чем внутренние слои пленки. Концентрация полимера в объеме пленки в начальный период формования близка к исходной Л о, а в поверхностном слое концентрация полимера локально повышается доХ . Воздействие на пленку осадителя приводит к фазовому распаду раствора полимера в объеме пленки и к образованию пористой структуры, в то время как поверхностный слой сохраняет монолитность однофазной системы. [c.104] Определяющее влияние на структуру и диффузионные свойства поверхностного слоя пленки оказывает скорость испарения растворителя. Регулируя ее можно изменять плотность поверхностного слоя пленки и его толщину. Асимметрия структуры пленки приводит к возникновению внутренних напряжений. Для снятия внутренних напряжений проводят термообработку пленки в среде жидкого осадителя (ликвотермическую обработку), которая в еще большей степени снижает проницаемость поверхностного слоя. [c.105] Свойства наружного и внутреннего поверхностных слоев пленок, содержащих капсулированные ингредиенты, различны и определяются типом подложки и способом формования пленки. Асимметрию структуры пленки обусловливают поверхностные явления, возникающие вследствие взаимодействия пленки с подложкой и воздухом. Если поверхностное натяжение на границе растворитель - воздух выше поверхностного натяжения раствор - воздух, полимер преимущественно концентрируется на внешней (верхней) поверхности пленки, обращенной к воздуху, и эта поверхность оказывается более плотной. В противоположном случае, когда поверхностное натяжение на границе растворитель - воздух ниже поверхностного натяжения на границе раствор - воздух, более плотный слой пленки образуется снизу на жесткой подложке [104]. [c.105] В качестве примера получения пленок с капсулированными жидкостями методом сухого формования гомогенных растворов рассмотрим технологию капсулирования летучих инсектицидов и феромонов в пленках из стеклообразных аморфных термопластов. Жидкие феромоны и инсектициды капсулируют с целью снижения их летучести и обеспечения дозированного выделения микроколичеств капсулируемого вещества в атмосферу или иную среду в течение нескольких суток, недель или даже месяцев. Значительное сокращение скорости испарения низкомолекулярных веществ достигается за счет использования в качестве пленкообразующего материала стеклообразного полимера с низкой проницаемостью по капсулируемому веществу. [c.105] Очевидно, что количественные характеристики структуры пленок в равной степени зависят от рецептурно-технологических и масштабного факторов. Наиболее важным свойством пленок, содержащих в структуре капсулированные инсектициды и феромоны, является скорость выделения летучего вещества в атмосферу. Количество капсулированного вещества, выделяющегося из пленки описанной выше структуры за первые 4-5 сут, примерно одинаково для пленок разной толщины (рис. 2.6). Выделение капсулированного вещества из пленок толщиной 10 мкм практически прекращается через 10 сут, а из пленок толщиной 20 мкм - приблизительно через 40 сут. Снижение интенсивности выделения капсулированных веществ из пленок в начальный период и постоянная скорость десорбции могут быть достигнуты путем увеличения толщины монолитного поверхностного слоя или создания в особых условиях формования градиента концентрации капсулируемого вещества по толщине пленки. Достаточная эффективность капсулирования инсектицидов и феромонов, т.е. сохранение действующего начала 40 сут и более, достигается также путем подбора таких стеклообразных полимеров, растворимость капсулируемых веществ в которых составляет 0,7- 0,8% (мае.). В рассматриваемом случае для капсулирования предлагаемых феромонов тараканов кроме полисульфона могут быть использованы поликарбонат, полиметилметакрилат и полистирол. [c.106] Значительное уплотнение поверхностного слоя пленки, а следовательно, и надежное капсулирование жидкого содержимого микропор, достигается при дополнительной тепловой обработке пленок. Так, проницаемость пленки 3 в табл. 2.1 после обработки 40%-м водным раствором глицерина и выдержки в течение 12 ч при 45 °С снижается вдвое. Снижение проницаемости достигается за счет увеличения монолитности поверхностного слоя и увеличения эффективной толщины перегородок между микрополостями вследствие их тепловой усадки и деформации. [c.108] Вернуться к основной статье