Mikrokapsule
Biste li kod kuće ili u uredu željeli imati sagove koji bi ugodno mirisali na sandalovinu, limun ili lavandu, dok bi istodobno nudili visoki stupanj zaštite od vatre (čije je nepostojanje jedan od najčešćih uzroka širenja požara u stambenim prostorima), a usto bi imali i dodatno protumikrobno djelovanje? Biste li željeli da su od sličnih materijala izrađene i vaše zavjese ili kauč, na kojemu se tako ugodno odmarate nakon napornog radnog dana? Ili ste možda već ponekad, tijekom dugotrajnog sjedenja uz radni stol ili na kauču poželjeli da se na tim mjestima ne znojite toliko?
Što su mikrokapsule?
Mikrokapsule su našim očima nevidljive okrugle čestice koje možemo lako nanijeti na tekstilne proizvode, i to na razne načine. To su mikronski djelići koji se sastoje od jedne ili više ekstremno tankih ovojnica i tekuće, plinovite ili krute jezgre.
Slika 1: Različite građe mikrokapsula
Obzirom na njihovu građu, razlikujemo tri vrste mikrokapsula (slika 1):
- · mikrokapsule s jednom jezgrom i jednoslojnom, neprekinutom ovojnicom (1)
- · mikrokapsule s jednom jezgrom i višeslojnom ovojnicom (2)
- · mikrokapsule s više jezgri i jednoslojnom, neprekinutom ovojnicom (1)
Svaki sloj višeslojne ovojnice s jednom jezgrom ima svoju posebnu zadaću: prvi sloj nadzire propusnost aktivnih sredstava sićušnih molekula, drugi sloj nadzire mehaničku stabilnost, dok treći sloj podržava njihovo spajanje. Mikrokapsule s višeslojnom ovojnicom koriste se za kapsuliranje enzima i živih stanica. (2)
Prema podacima, udio jezgre u mikrokapsuli čini 70 – 99 % cjelokupne težine mikrokapsule. (3) Toliko malene kapsule mogu se napuniti sredstvom kojim želimo, ovisno o tome kakvo konačno djelovanje nastojimo postići. Jezgru možemo napuniti mirisima, protupožarnim sredstvima, bojilima, parafinom, pigmentima, sredstvima za pranje, omekšivačima, topilima, kiselinama, lužinama, farmaceutskim tvarima, hranom, agrikulturnim sredstvima, adhezivima, itd. Ovojnicu mikrokapsule sačinjavaju gume, ugljikohidrati, celuloza, lipidi, anorganski materijali, proteini, sintetički materijali, itd. (3) Ovojnica mikrokapsule štiti jezgru od vanjskih utjecaja ili ga propušta u okolinu.
Izrada mikrokapsula ili mikrokapsuliranje
Postupak izrade mikrokapsula naziva se mikrokapsuliranjem. Budući da je područje uporabe mikrokapsula vrlo široko, a same mikrokapsule imaju različite osobine, i postupci izrade mikrokapsula dosta se međusobno razlikuju.
Postupci mikrokapsuliranja mogu biti:
1. mehanički (sušenje raspršivanjem, centrifugiranje, koekstruzija, itd.), i
2. kemijski:
• koacervacijski
• polimerizacijski ili polikondenzacijski:
- međupovršinska polimerizacija / polikondenzacija (za pripremu mikrokapsula s poliamidnom ili poliuretanskom ovojnicom)
- »in situ« polimerizacija / polikondenzacija, koja daje mikrokapsule vrlo dobre kakvoće u smislu difuzijske nepropusnosti ovojnice; primjer za to je postupak mikrokapsuliranja melaminskim smolama (slika 2).
Slika 2: Mikrokapsuliranje melaminskim smolama po postupku polimerizacije »in situ« (4)
U navedenom postupku se supstanca jezgre pomoću polimera topivih u vodi emulgira tijekom vodene faze, jer se u vodi nalazi miješalo koje uzrokuje pojavu snažnih sila posmika, kojima se čestice emulzije stabiliziraju na željenoj veličini. Emulziji se dodaje melaminska smola topiva u vodi. Uslijed dodavanja kiseline započinje postupak polikondenzacije, a on dovodi do nastajanja zamreženih smola. One se talože na graničnoj površini između kapljica ulja i vodene faze. Tijekom postupka stvrdnjavanja ovojnice oblikuju se mikrokapsule odnosno vodena disperzija polimernih kapsuliranih kapljica ulja. (5) Radi daljnje uporabe, mikrokapsule ćemo naći u dobivenoj vodenoj disperziji ili ćemo ih sušiti da bismo dobili mikrokapsule u suhom, praškastom obliku (slike 3 i 4).
Slika 3: Mikrokapsule u vodenoj disperziji
Slika 4: Mikrokapsule u obliku praha (uvećano 2.700 puta).
Kemijskim postupcima teoretski je moguće mikrokapsulirati gotovo svaku tvar. Osnovni uvjeti da bi se neka tvar mikrokapsulirala, koji ujedno važe i za sve postupke mikrokapsuliranja, bili bi sljedeći:
- da tvar nije topiva u nosivom mediju – zajedničkoj fazi;
- da kemijski ne reagira s materijalom stijenke (ovojnicom) ili da ne utječe na njega (interakcijom
- preko vodikovih spojeva), kako bi se onemogućilo »oblačenje« površine dispergiranih čestica;
- da se u nosivom mediju dispergira na odgovarajući način;
- da uspješno podnese promjene pH- vrijednosti, temperature i koncentracije, koje zahtijeva odabrani postupak mikrokapsuliranja.
Tako mikrokapsuliranje odnosno obavijanje jezgre ovojnicom nudi brojne prednosti kao što su: da se i tekućinama u mikrokapsuliranom obliku može rukovati kao da se radi o krutim tvarima, da im se miris ili okus može djelotvorno maskirati, da se tako jezgra uspješno štiti od utjecaja iz okoline, da se time olakšava rukovanje otrovnim supstancama, da ispuštanje jezgrene tvari (npr. lijeka) postaje kontrolirano i ciljano, da se tako može produžiti uporabljivost proizvoda, da se smanjuje zagađivanje okoliša, itd. (6)
Kako mikrokapsule postaju aktivne?
Mikrokapsula postaje aktivna kad se jezgra iz njezine unutrašnjosti oslobodi u okolinu. Tehnike ovog oslobađanja jezgre ovise o propusnosti ovojnice. Ako se radi o nepropusnoj ovojnici, razlikujemo:
- vanjsku silu (kad mikrokapsula pukne) – slika 5,
- visoku temperaturu (mikrokapsula se rastali ili izgori),
- svjetlost (mikrokapsula se razgrađuje), i
- topilo ili voda (mikrokapsula se isušuje ili rastaljuje)
U slučaju propusne ovojnice, ona supstancu jezgre neprestano oslobađa u okolinu, i to na dva načina: polagano ili sa zadrškom, što ovisi o konačnoj uporabi. (6)
Slika 5: Mikrokapsula puca radi utjecaja mehaničke sile.
A: uvećano 7.500 puta, B: uvećano 9.500 puta.
Nanošenje mikrokapsula na tekstilne proizvode
Milijune sitnih mikrokapsula možemo nanositi na tekstilne proizvode na različite načine:
- u obliku rastopine, disperzije ili emulzije impregniramo tekstilne proizvode, premazujemo ih (slika 6), škropimo odnosno raspršujemo;
- ugrađujemo ih u vlakna (slika 7).
U slučaju nanošenja mikrokapsula na površinu supstrata, odabirom odgovarajućeg veziva (npr. akrila, poliuretana, silikona, škroba, itd.) možemo utjecati na životni vijek mikrokapsula, koji je ograničen uslijed pranja, mehaničkog habanja ili kemijskog čišćenja tekstilnog proizvoda. (7)
Slika 6: Mikrokapsule nanesene na površinu tkanine.
Slika 7: Mikrokapsule ugrađene u tekstilna vlakna.
Mr. Mirjam Leskovšek, dipl. ing. tekstilne tehnologije
Literatura
1. Thies C.: Survey of Microencapsulation Processes. V: Microencapsulation: methods and industrial applications. New York: M. Dekker, 1996., str. 1–19.
2. Homšak T.: Poskusi izdelave polipropilenskih vlaken z mikrokapsulami: diplomski rad. Ljubljana, 2001. 91 str.
3. Aggarwal A. K., Dayal A., Kumar N.: Microencapsulation processes and applications in textile processing. V: Colourage, 45(1998)8, str. 15–24.
4. Leskovšek M.: Izdelava vlaken z mikrokapsulami po talilnem postopku: magistarski rad, Ljubljana, 2003. 133 str.
5. Microencapsulated phase change material [online]. Chemical Engineering and Technology, 2002 [citirano 7. 5. 2003]. Dostupno na stranici interneta http://www.ket.kth.se/Avdelningar/ts/annex10/WS_pres/Jahns.pdf
6. Kukovič M., Knez E., Pipal V.: Mikrokapsule za tekstilno industrijo. V: Tekstilec, 41(1998)7/8, str. 225–230.
7. Ocepek B., Forte Tavčer P.: Mikrokapsuliranje na področju tekstilstva. V: Tekstilec, 51(2008)7/9, str. 216–230.
