1. del: Mikrokapsule

Bi imeli doma ali v pisarni preproge, ki bi oddajale prijeten vonj sandalovine, limone ali sivke, obenem pa bi nudile visoko zaščito proti gorljivosti, ki je eden izmed pogostih vzrokov za nastanek požara v bivalnih prostorih, ter imajo še dodaten protimikrobni učinek? Bi želeli tako udobje tudi na zavesah ali na kavču, kjer se je po napornem dnevu tako prijetno odpočiti? Ali pa ste si med dolgotrajnim sedenjem na pisalnem stolu ali kavču zaželeli, da se v njem ne bi tako potili?

Kaj so mikrokapsule?
Mikrokapsule so prostim očem nevidni okrogli delci, ki jih na različne načine lahko nanesemo na tekstilne izdelke. So mikronski delci, zgrajeni iz ekstremno tanke ene ali več ovojnic in tekočega, plinastega ali trdnega jedra.

Glede na zgradbo ločimo tri vrste mikrokapsul (slika 1):

• mikrokapsule z enim jedrom in enoplastno, neprekinjeno ovojnico⁽¹⁾
• mikrokapsule z enim jedrom in večplastno ovojnico⁽²⁾
• mikrokapsule z več jedri in enoplastno, neprekinjeno ovojnico⁽¹⁾

A: Eno jedro, ena ovojnica   

B: Eno jedro, več ovojnic   
   
C: Več jeder, ena ovojnica   

Slika 1: Različne zgradbe mikrokapsul   

Vsaka plast večplastne ovojnice z enim jedrom ima svojo nalogo: prva plast uravnava prepustnost aktivnih sredstev z majhnimi molekulami, druga plast uravnava mehansko stabilnost, medtem ko tretja plast ohranja združljivost med njima. Mikrokapsule z večplastno ovojnico se uporabljajo za kapsuliranje encimov in živih celic. ⁽²⁾

Po podatkih znaša delež jedra v mikrokapsuli 70–99 % celotne teže mikrokapsule. ⁽³⁾ Tako majhne kapsule lahko napolnimo s katerimkoli sredstvom, odvisno od tega, kakšen končni učinek želimo. Jedro lahko napolnimo z dišavami, s protigorljivimi sredstvi, z barvili, s parafinom, pigmenti, pralnimi sredstvi, z mehčalci, s topili, kislinami, z bazami, s farmacevtskimi snovmi, hrano, z agrokulturnimi sredstvi, adhezini itd. Ovojnico mikrokapsule sestavljajo gumi, ogljikovi hidrati, celuloza, lipidi, anorganski materiali, proteini, sintetični materiali itd. ⁽³⁾ Ovojnica mikrokapsule ščiti jedro pred zunanjimi vplivi ali pa ga prepušča v okolje.

Izdelovanje mikrokapsul ali mikrokapsuliranje
Postopek izdelovanja mikrokapsul se imenuje mikrokapsuliranje. Ker je področje uporabe mikrokapsul zelo široko in ker imajo mikrokapsule različne lastnosti, se tudi postopki izdelovanja mikrokapsul med seboj razlikujejo.

Postopki mikrokapsuliranja so lahko:
1. mehanski (razpršilno sušenje, centrifugiranje, koekstruzija itd.) in
2. kemijski:
a)    koacervacijski
b)    polimerizacijski ali polikondenzacijski:

• medpovršinska polimerizacija/polikondenzacija (za pripravo mikrokapsul s poliamidno ali poliuretansko ovojnico)
• »in situ« polimerizacija/polikondenzacija, ki daje zelo kakovostne mikrokapsule, v smislu difuzijske neprepustnosti ovojnice, takšen primer je postopek mikrokapsuliranja z melaminskimi smolami (slika 2).

Slika 2: Mikrokapsuliranje z melaminskimi smolami po postopku »in situ« polimerizacije. ⁽⁴⁾

V navedenem postopku se jedrna substanca s pomočjo vodotopnih polimerov emulgira v vodni fazi, v kateri se nahaja mešalo, ki povzroča močne strižne sile, s katerimi se emulzijski delci stabilizirajo na želeno velikost. Emulziji se doda vodotopno melaminsko smolo. Zaradi dodane kisline se začne postopek polikondenzacije, ki vodi do nastanka zamreženih smol. Slednje se usedajo na mejni ploskvi med oljnimi kapljicami in vodno fazo. Med postopkom strjevanja ovojnice se tako tvorijo mikrokapsule oziroma vodna disperzija polimernih kapsuliranih oljnih kapljic. ⁽⁵⁾ Mikrokapsule se za nadaljnjo uporabo lahko nahajajo v pridobljeni vodni disperziji ali pa se sušijo, pri čemer dobimo mikrokapsule v suhi, prahasti obliki (sliki 3 in 4).
 
   
Slika 3: Mikrokapsule v vodni disperziji. 


Slika 4: Mikrokapsule v obliki prahu, 2.700-krat povečano.

S kemijskimi postopki je teoretično mogoče mikrokapsulirati tako rekoč vsako snov. Osnovni pogoji, da se snov lahko mikrokapsulira in ki veljajo za vse mikrokapsulirne postopke, so:

• da ni topna v nosilnem mediju – zvezni fazi;
• da kemijsko ne reagira s stenskim materialom (ovojnico) ali vpliva nanj (interakcije preko vodikovih vezi) tako, da onemogoči »oblačenje« površine dispergiranih delcev;
• da se v nosilnem mediju ustrezno dispergira;
• da prenese spremembe pH-vrednosti, temperature in koncentracije, ki jih zahteva izbrani postopek mikrokapsuliranja.

Mikrokapsuliranje oziroma obdajanje jedra z ovojnico tako ponuja številne prednosti, kot so: s tekočinami v mikrokapsulirani obliki lahko ravnamo kot s trdnimi snovmi, vonj ali okus se učinkovito maskirata, jedrni material se zaščiti pred vplivi okolja, ravnanje s strupenimi snovmi je lažje, sproščanje jedrnega materiala (npr. zdravil) je kontrolirano in ciljno, podaljša se uporabnost izdelka, zmanjša se onesnaževanje okolja itd. ⁽⁶⁾

Kako mikrokapsule postanejo aktivne?
Mikrokapsule postanejo aktivne, ko se jedro sprosti iz notranjosti mikrokapsule v okolje. Tehnike sproščanja jedra so odvisne od prepustnosti ovojnice. V primeru neprepustne ovojnice ločimo:

• zunanjo silo (mikrokapsula poči) (slika 5),
• visoko temperaturo (mikrokapsula se stali ali zgori),
• svetlobo  (mikrokapsula se razgradi) in
• topilo ali vodo (mikrokapsula se posuši ali raztali).

V primeru prepustne ovojnice pa le-ta jedrno substanco v okolje sprošča neprestano, in sicer na dva načina: počasno ali zadrževalno, odvisno od končne uporabe. ⁽⁶⁾
 
 
A

B                                                                                                                              
 
Slika 5: Razpok mikrokapsule zaradi vpliva mehanske sile, A: 7.500-krat povečano, B: 9.500-krat povečano.

Nanašanje mikrokapsul na tekstilne izdelke
Milijone majhnih mikrokapsul lahko na tekstilne izdelke nanašamo na različne načine:

• v obliki raztopine, disperzije ali emulzije jih na tekstilije impregniramo, premazujemo (slika 6), škropimo oz. pršimo ali izčrpavamo;
• vgrajujemo jih v vlakna (slika 7).

V primeru nanašanja mikrokapsul na površino substrata lahko z izbiro primernega veziva (npr. akril, poliuretan, silikon, škrob itd.) vplivamo na življenjsko dobo mikrokapsul, ki je omejena zaradi pranja, mehanske obrabe ali kemijskega čiščenja izdelka. ⁽⁷⁾



   
Slika 6: Na površino tkanine nanešene mikrokapsule.



   
Slika 7: V tekstilna vlakna vgrajene mikrokapsule.

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: diplomsko delo. 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: magistrsko delo. Ljubljana, 2003. 133 str.
5.    Microencapsulated phase change material [online]. Chemical Engineering and Technology, 2002 [citirano 7. 5. 2003]. Dostopno na svetovnem spletu 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.

mag. Mirjam Leskovšek, univ. dipl. inž. tekst. tehnol.
Fotografije: arhiv avtorice