宋乃建，楊 品

（渭南師范學院 化學與生命科學學院，陜西 渭南 714000）

（College of Chemistry and Life Sciences,Weinan Normal University,Weinan 714000，China）

科研與開發(fā)

NaCl-EC微膠囊的制備及緩釋性能研究*

宋乃建，楊 品

（渭南師范學院 化學與生命科學學院，陜西 渭南 714000）

以乙基纖維素（EC）為壁材，NaCl為芯材，聚乙烯（PE）為添加劑，采用油相分離法制備了NaCl-EC微膠囊。最佳條件為：選用乙基含量為48%～49.5%，黏度為200cP的EC，濃度為2.4%，NaCl與EC的用量比為1∶5，PE用量為0.45%，攪拌速率為450r·min-1，采用水浴緩慢降溫方式。篩選出最佳工藝條件下制備的粒徑在80～120目的微膠囊，研究了其在25℃下的釋放性能。囊芯釋放百分率以2.03%～56.47%之間，按零級動力學方程進行，64h后累計釋放量為70.45%。

EC；水溶性芯材；油相分離法；微膠囊；緩釋

（College of Chemistry and Life Sciences,Weinan Normal University,Weinan 714000，China）

Abstract:Sodium chloride （NaCl）-ethyl cellulose （EC） microcapsules were prepared by the oil-phase separatingmethod with EC aswallmaterial,NaCl as corematerial and polyethylene（PE）as additives.The optimal conditions were as follows:the EC,with the ethyl content of 48%~59.5%and viscosity of 200cP,was chosen and prepared with the consistency of 2.4%;the ratio of NaCl to EC was 1∶5;the dosage of PE was 0.45%;the stirring speed was 450r·min-1;and water bath was used for slow cooling.The microcapsules,prepared at the optimal process conditionswith the diameter of passing through 80~120 mesh sieve were picked out for the research of the performance of sustained-release at 25℃of themselves.Itwas indicated that the zero order kinetics equation was followed by the releasing process of capsules core with the releasing percentage of 2.03%~56.47%,and 70.45%were released in 64h.

Key words:ethyl cellulose；waterborne cores；oil phase isolationmethod；microcapsule；sustained-release

微膠囊是指把固體、液體或氣體包埋在一個微小的、密封的囊中作為芯材，在特定條件下，以可控的方式釋放出芯材的科學技術。微膠囊技術的研發(fā)與應用開始于二十世紀30年代、50年代美國NationalCash Regiser公司利用這一技術研制出了無碳復寫紙，并首先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。由于微膠囊具有保護物質(zhì)免受環(huán)境影響、掩蓋不良味道、改變物質(zhì)狀態(tài)、降低毒性、控釋緩釋等獨特的性能，因此，人們對其研究越來越多，近些年來，微膠囊技術得到了迅速的發(fā)展，已被廣泛應用于造紙、紡織、涂料、醫(yī)藥、食品、化妝品及農(nóng)牧業(yè)等[1]眾多領域。目前，國內(nèi)油溶性芯材微膠囊化的技術比較成熟，而水溶性芯材的研究相對較少，只有少數(shù)產(chǎn)品實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，如FeSO4、阿斯巴甜、檸檬酸等[2]。

制備微膠囊的技術很多，需要根據(jù)材料性質(zhì)、粒徑要求、釋放模式、應用范圍等因素進行選擇和組合，對于水溶性芯材的包裹，常用方法有原位聚合法，油相分離法、噴霧干燥法和噴霧凍凝法等[3]。EC是一種半合成的高分子材料，是纖維素的衍生物，也是水溶性芯材常用包膜材料，它具有良好的成膜性，不溶于水，化學穩(wěn)定性好，耐冷、熱、強堿、烯酸，力學強度高，制成的膜透明、有彈性、無毒、且具有生物降解性。因此，本文以EC作為壁材，采用油相分離法，研究NaCl-EC微膠囊的制備工藝條件，并探究NaCl-EC微膠囊的囊心釋放過程和緩釋效果。

1 實驗與測定

1.1 藥品及儀器

NaCl（天津市盛奧化學試劑有限公司）、EC（國藥集團化學試劑有限公司）、PE（河北振恒護欄粉末涂料有限公司）、環(huán)己烷（廣東光華科技股份有限公司）、AgNO3（上海申博化工有限公司）、K2CrO4（天津市富宇精細化工有限公司）、蒸餾水等，均為分析純。

AUY-220型電子天平、PF-101型恒溫水浴鍋、JJ-1型精密增力電動攪拌器、SHZ-D（III）循環(huán)水式真空泵、WGL-230B電熱鼓風干燥箱、SXL-1016型程控箱式電爐、PM6000型光學顯微鏡、Quanta-200型掃描電子顯微鏡、DDS-11A型電導率儀、DJS-1C電導電極、篩子（80和120目）等。

1.2 實驗原理及過程

1.2.1 實驗原理 本實驗采用的油相分離法原理，是基于溫度引發(fā)相分離和聚合物引發(fā)相分離相結(jié)合的方法。EC高溫時溶解于環(huán)己烷中，溫度降低，溶解度下降，常溫下幾乎不溶于環(huán)己烷，產(chǎn)生凝聚相，發(fā)生相分離，使EC在NaCl表面凝聚沉積。PE為引發(fā)相分離的聚合物，溶解在環(huán)己烷，對EC起非溶劑作用，依據(jù)高聚物提純原理，來促進壁材聚合物的相分離，將NaCl包裹成微膠囊。

1.2.2 實驗過程

圖1 NaCl-EC微膠囊制備工藝流程Fig.1 Technological process of NaCl-ECmicrocapsule preparation

將EC、PE以及50mL的環(huán)己烷混合于三口燒瓶中，固定好反應裝置，開啟電動攪拌機，將EC-PE-環(huán)己烷組成的混合體系在恒溫水浴中加熱至80℃回流，使EC和PE完全溶解。向混合均勻的體系中加入研磨了20min的NaCl6g，控制攪拌速率，繼續(xù)攪拌回流30min，使芯材的微細顆粒均勻的分散于該體系溶液中，然后于水浴中緩慢降溫，使EC的溶解度下降，逐漸在NaCl表面凝聚析出，從而形成了NaCl-EC微膠囊。冷卻至室溫使膠囊固化，減壓抽濾并用環(huán)己烷清洗3次，在40℃干燥箱中干燥，樣品備用。

1.3 測定方法

同時進一步完善外匯儲備體系，積極落實藏匯于民的核心思想。優(yōu)化外匯儲備制度，由商業(yè)銀行、企業(yè)以及個人共同承擔匯率風險。從進一步緩解人民幣對外升值的壓力

1.3.1 NaCl-EC微膠囊包覆率測定 準確稱取1.2g樣品，用蒸餾水沖洗數(shù)次后干燥。設置電爐參數(shù)，在800℃下灰化1h，然后向灰分中加入20mL的蒸餾水，攪拌使NaCl完全溶解，過濾，濾渣反復清洗，濾液定容于100mL的容量瓶，準確移取10mL，用AgNO3標液滴定Cl-，得到實際包裹的NaCl的量。

1.3.2 NaCl-EC微膠囊形態(tài)結(jié)構表征 借助顯微鏡和SEM對微膠囊粒徑大小，包覆情況與外觀結(jié)構進行觀測與比較。

1.3.3 電導率法測定微膠囊的釋放速率 將最佳工藝下制備的微膠囊用水沖洗數(shù)次，洗凈表面殘留的NaCl，干燥后準確稱取2.4g，倒入恒溫杯，再向杯中移入200mL的蒸餾水，電磁攪拌，在25℃下記錄不同時間時溶液的電導率值，求出NaCl的釋放百分比，繪制釋放曲線圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 EC粘度和用量的確定

EC是非離子型的纖維素醚，纖維素分子的失水葡萄糖基上的氫原子被乙基取代數(shù)不同，其軟化點和溶解度也不同，本實驗選用乙氧基含量為48%～49.5%的EC。油相分離法產(chǎn)生的凝聚相，必須具備液體的性質(zhì)，能夠穩(wěn)定地在芯材周圍環(huán)繞流動[4]，其表面張力應小于芯材的表面張力，以便完全將其吞沒。實驗研究表明隨著EC黏度的增大，其表面張力也不斷增大，當黏度過大時，EC不易在NaCl表面完全潤濕，而發(fā)生自身的黏連，使NaCl微膠囊的包覆效果變差。通過對黏度分別為 20～30、50、100、200和220cP的EC進行試驗和對比，以200cP為宜，得到的NaCl微膠囊分散性好，裸露少、形狀均勻。

確定其它條件不變，將不同量的EC溶解于環(huán)己烷中，形成濃度不同的混合體系，制備了包覆率不同的微膠囊，實驗結(jié)果見表1。

表1 EC用量和包覆率的關系T ab.1 Relationship of EC dosage and coating rate

2.2 PE用量的確定

PE作為制備NaCl-EC微膠囊的重要相凝聚促進劑，促使微膠囊的形成，同時對微膠囊的粒徑分布、緩釋與屏蔽作用的效果有顯著的影響。該聚合物的相對分子質(zhì)量不宜過大，在9000～10000最為合適[5]，此外，對相凝聚促進劑規(guī)格和用量有嚴格的要求，范國梁等[6]對十幾種不同規(guī)格和密度的PE進行了研究，發(fā)現(xiàn)它們的溶解性能及分散效果差異明顯，種類與用量選擇不當會出現(xiàn)晶核包裹不好或微膠囊聚集為大團粒的極端情況。本實驗使用低密度高壓聚乙烯，試驗了不同濃度下微膠囊的包覆情況，結(jié)果見圖2。

圖2 PE用量和包覆率的關系Fig.2 Relationship of PE dosage and coating rate

由圖2可知，PE用量增加，微膠囊的包覆率提高，但用量過大時，體系黏度增大，出現(xiàn)EC及微膠囊自身粘結(jié)現(xiàn)象，反而使包覆率下降，NaCl的突顯性增強。因此，選擇PE的用量為0.45%。

2.3 攪拌速率的確定

在微膠囊的制備過程中，攪拌速率影響著體系的均勻化程度，NaCl的分散效果，進而影響微膠囊的粒徑大小，形狀結(jié)構，包覆效果等，因此，實驗需要確定有效的攪拌速率。通過SEM，對不同攪拌速率下的微膠囊進行觀察，結(jié)果見圖3的a～c所示。

圖3 不同攪拌速率下的SEM圖Fig.3 SEM under different sturring rate

實驗得到：攪拌速率增加，混合物體系變得更加的均勻，有利于達到過飽和狀態(tài)析出的EC快速、均勻的沉積在NaCl的表面，速率達到一定的程度時，還能防止芯材、壁材、以及膠囊之間的相互粘結(jié)凝聚。450r·min-1時形成的微膠囊粒徑小、形狀均勻，分散性好，包覆完全，芯材的突顯性小，速度過高則不會有更多的影響，反而造成能源的浪費，所以攪拌速率450r·min-1為宜。

2.4 溫度的確定

NaCl的微膠囊化，是根據(jù)EC的溶解度和溫度的密切關系實現(xiàn)的。降溫的過程，即EC析出沉積在NaCl表面形成膜的過程，所以降溫的速度顯著影響NaCl微膠囊化的過程。多次試驗表明，若環(huán)己烷溶液的混合體系溫度下降過快，EC的析出速度快，會在NaCl表面迅速沉積，形成的膜不均勻，包裹不完全，而且容易造成EC自身的團聚，形成空心的微膠囊。相反，若體系降溫的速度緩慢，EC的析出速度慢，能夠緩慢均勻的沉積在NaCl表面，NaCl裸露少，突顯性小。因此，試驗時將混合體于水浴中，使其自然緩慢降至室溫。

2.5 NaCl微膠囊的釋放性能研究

微膠囊浸入水中，會發(fā)生這樣的過程：環(huán)境中的水透過微膠囊的壁材進入到微膠囊核心中；核心中的囊心溶解形成水溶液；溶解的囊心水溶液由膠囊內(nèi)高濃度區(qū)擴散到囊外不含或含很少囊心的水相中，發(fā)生滲透擴散。水進入微膠囊和NaCl溶解到水中的過程都是很快的，對囊心釋放速率的影響不大，而第3步囊心向外擴散的速率決定了囊心的緩釋速率，這一步為速率控制步驟。

對最佳工藝條件下制備的NaCl-EC微膠囊過篩，篩選出粒徑處于80～120目之間的樣品，于25℃下測定不同時間時的電導率值，在前8h，每隔1h測定一次，8h后，每隔8h測定一次，繪制累計釋放曲線，如圖4中的a、b所示。

圖4 NaCl-EC微膠囊累計釋放曲線圖Fig.4 Accumulated releasing curve of NaCl-ECmicrocapsule

由圖4（a）的累計釋放曲線可將此微膠囊的緩釋分為以下3個階段：第一階段，延遲釋放階段。此階段的釋放量很小，幾乎不向外釋放，發(fā)現(xiàn)1h后僅釋放了0.13%，但此過程相對時間很短，2h以后釋放量隨時間變化基本穩(wěn)定；第二階段，零級釋放階段，也為穩(wěn)定釋放階段，即相同時間段內(nèi)累計釋放量基本相同。根據(jù)物理化學動力學理論，若一個反應過程的速率與反應物濃度的零次方成比例，即和反應物濃度無關，則此過程為零級反應。由圖4（b）可知，釋放時間處于3～40h之間（或釋放量在2.03%～56.47%之間）時，釋放百分比和時間成線性關系，和囊心濃度無關，囊心溶液濃度保持固定的飽和溶液濃度狀態(tài)，因此，此階段為零級釋放過程，釋放速率方程式可表示為d q/d t=k，k為直線的斜率；第三階段，后期釋放階段。自40h以后，累計釋放百分比增加速度減慢，這是因為微膠囊囊心中的NaCl固體開始全部溶解，濃度不再保持飽和溶液濃度，濃度梯度開始下降，囊壁內(nèi)外的濃度差減小，擴散的推動力減弱，從而釋放速度減慢，當囊壁內(nèi)外濃度的濃度差相等時，釋放結(jié)束。

3 結(jié)論

采用油相分離法使NaCl微膠囊化的方法是可行的，最佳工藝條件為：EC的黏度為200cP，用量為2.4%，EC和NaCl的質(zhì)量比為1∶5，PE的用量為0.45%，攪拌速率為450r·min-1，緩慢降溫固化，采用該工藝條件制備的微膠囊包覆率好，結(jié)構大小較為均勻，NaCl的突顯性小。對此工藝下的微膠囊進行緩釋研究發(fā)現(xiàn)，囊心釋放百分率以2.03%～56.47%之間按零級動力學方程進行，64h以后的累計釋放量為70.45%，證明微膠囊化使NaCl在一定的時間內(nèi)起到了緩釋作用。但是在實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)此方法也存在許多的不足之處，比如油相分離法屬于物理化學法，制備出的微膠囊粒徑較大，過程難以控制；使用的溶劑有毒；壁材不耐紫外線，易被氧化等。因此，針對實驗存在的這些缺點，要實現(xiàn)NaCl包裹的產(chǎn)業(yè)化，以后還需要在選材與方法上作進一步的優(yōu)化和改進研究。

［1］梁治齊.微膠囊技術及其應用［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社,1999.168-361.

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［3］程正偉,包宗宏.固體芯材微膠囊制備技術研究進展［J］.高分子通報,2010,23（4）:55-61.

［4］宋健,陳磊,李效軍.微膠囊化技術及應用［M］.北京:化學工業(yè)出版社,2001.171.

［5］井樂剛,趙新淮.維生素C微膠囊的制備及應用的研究進展［J］.化工進展,2006,25（11）:1256-1260.

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Study on preparation and sustained-release of sodium chloride-ethyl cellulosem icrocapsules*

SONG Nai-jian，YANG Pin

O636.11

A

1002-1124（2012）07-0011-04

2012-05-18

渭南師范學院研究生項目（09YKZ013）

宋乃建（1979-），男，河南商丘人，碩士研究生，講師，研究方向：化工生產(chǎn)及過程控制。