基本介紹
- 中文名：水相分離法
- 外文名：Water phase separation method
複合凝聚法,單凝聚法,套用凝聚劑,套用鹽析作用,等電點沉澱法,
水相分離法有復凝聚法和單凝聚法，前者是由兩種帶相反電荷的膠體彼此中和而引起的相分離，後者是由非電解質引起的相分離。由於水相分離法微膠囊化是在水溶液中進行的，因此芯材必須是非水溶性的固體粉末或疏水性液體，而油相分離法中芯材、壁材的性質正好相反，即芯材親水，壁材疏水。
複合凝聚法
複合凝聚法是使用兩種帶有相反電荷的水溶性高分子物質為成膜材料，兩種膠體溶液混合時，由於電荷互相中和而從溶膠狀態轉變為凝膠狀態，即產生了相分離，分離出的兩相分別為凝聚膠體相和稀釋膠體相，凝聚膠體相即成為微膠囊的囊壁。明膠一阿拉伯樹膠凝聚法(G—A法)是最典型例子，明膠是水溶性蛋白質，有酸制和鹼制兩種組成，酸制明膠的等電點在7～9，鹼制明膠的等電點在4.7～5.3，複合凝聚法一般使用鹼制明膠。在阿拉伯樹膠分子中僅含有羧基，因此其水溶液僅帶有負電荷，不受pH值的影響。在稀的明膠與阿拉伯樹膠的水溶液中，當pH值高於明膠的等電點，明膠和阿拉伯樹膠均為聚陰離子，彼此不發生反應；若pH值低於明膠等電點，明膠變成聚陽離子，會與聚陰離子的阿拉伯樹膠發生相互作用，結果導致凝聚相的形成。
一定濃度的明膠水溶液體系在改變環境條件會發生溶膠、凝膠之間的狀態轉換。當溶液濃度高於1%，溫度為0～5℃時，體系呈高黏度的凝膠，溫度高於35℃時，體系為低黏度的溶膠；當溶液中濃度低於1%時，即使較大程度改變條件也未見到凝膠化作用。正是這些特性使明膠成為微膠囊的良好壁材。
以明膠一阿拉伯樹膠混合膠體溶液製備複合凝聚相必須滿足以下四個條件。
①在配製的膠體溶液中，明膠、阿拉伯樹膠的濃度不能過高。當兩種物質的濃度均在3%以下時，得到的凝膠產率較高。
②適當的pH值是保證帶正、負電荷的高分子電解質發生凝聚的必要條件。溶液的pH值在4.5以下可以保證不同製法的明膠在溶液中為帶正電荷的粒子，而阿拉伯樹膠在這種pH值下仍為帶負電粒子。因此，一般凝聚使用的pH值為4.0～4.5。
③反應體系溫度要高於明膠水溶液膠凝點，而明膠溶液的膠凝區間在0～5℃，為保證複合凝聚相的產生，反應體系溫度通常保持在40℃左右。
④反應體系中的無機鹽含量要低於鹽析效應臨界值。但通常混合體系中鹽含量較低，不會影響凝聚相的產生，主要因素是前三個條件。
製備凝聚相的一般方法是：配製溶液時將三個因素中的兩個設定在適宜範圍，第三個因素為不適宜條件，在與囊芯形成均勻分散的兩相後改變第三個因素，使其達到適宜而引發相凝聚。根據改變的第三個條件不同，可把明膠一阿拉伯樹膠複合凝聚法分為三種不同的操作，即稀釋法、調節pH值法和調節溫度法。
單凝聚法
單凝聚法與複合凝聚法的差異在於：單凝聚法的水相中只含有一種可凝聚的高分子材料，這種高分子可能是高分子電解質，也可能是高分子非電解質。單凝聚的方法是向高分子溶液中投入凝聚劑，破壞高分子與水的結合，使高分子在水中失去穩定，發生濃縮而聚沉。能使水溶性高分子發生凝聚的作用有鹽析作用、等電點沉澱、凝聚劑非水化等。由於使用單凝聚體系時控制微膠囊顆粒大小較為困難，因此套用不如複合凝聚法普遍。
套用凝聚劑
作為單凝聚法微膠囊的壁材有明膠、果膠、瓊脂、甲基纖維素、聚乙烯醇、纖維蛋白等，而一些親水有機溶劑有破壞水溶性高分子在水中溶解的作用，因此把這些有機溶劑稱為水溶性高分子的非溶劑，不同的壁材有不同的非溶劑。如果把既不溶於水也不溶於非溶劑(乙醇)的某種油性囊芯加到明膠水溶液中，在攪拌使其很好乳化分散後滴加乙醇(非溶劑)，就會使明膠凝聚並對囊芯包覆。
套用鹽析作用
當向親水膠體溶液中加入無機鹽時，親水膠體和無機鹽之間便發生爭奪水化的競爭，由於無機鹽的親水能力更大，膠體大分子便發生凝聚，形成相分離。蛋白質的鹽析作用是可逆的，因為鹽析不能使蛋白質變性，因此加水後蛋白質又可溶解，如要使蛋白壁膜硬化，就必須進行固化處理。聚乙烯醇溶液中加入無機鹽或硼砂後會發生凝聚相分離，形成的膜堅韌耐磨、有彈性，形成微膠囊後再加甲醛的鹽酸溶液、對甲苯磺酸、異氰酸鹽都可使聚乙烯醇發生縮醛化反應而固化成不溶性壁膜。甲基纖維素的鹽析條件與明膠、聚乙烯醇等不同，升高溫度至60℃以上有利於其凝聚相的產生。
由於鹽析方法需要使用大量的無機鹽。存形成的微膠囊壁膜中不可避免地會混入鹽類，而且用該方法製備的微膠囊粒徑較難控制，微膠囊顆粒間有互相黏結的傾向，因此鹽析法的使用受到一定限制。
等電點沉澱法
該方法的原理已非常清楚，高分子電解質在等電點由溶膠狀態轉變成凝膠而析出。在實際使用過程中往往與調節pH值、加無機鹽及改變溫度結合起來，使溶膠凝聚更為完善。此外，使用親水性更強的高分子，引發壁材脫水濃縮而凝聚的方法也可用於製備微膠囊，例如在甲基纖維素溶液中加入比它更親水的葡聚糖、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮濃溶液時，都會引起甲基纖維素凝聚。
