南京工业大学杨文忠教授、陈智豪博士等人：长效阻垢且抗菌的多核微胶囊，助力工业冷却水系统高效运行！-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

结垢和生物污染是工业循环冷却水系统中的两大关键问题，直接使用液体阻垢剂和杀菌剂往往无法提供长期有效的控制，并导致药剂的大量浪费。近期，南京工业大学杨文忠教授、陈智豪博士等人采用双乳液（W/O/W）结合原位聚合技术开发了一种双功能多核微胶囊，同时封装HEDP阻垢剂和丁香油杀菌剂，旨在解决工业循环冷却水系统中的结垢和生物污染问题。相关研究以“Dual-function multinuclear microcapsules with long-term scale inhibition and antibacterial properties”为题目，发表在期刊《Surfaces and Interfaces》上。

本文要点：

1、本研究通过双乳液水包油包水（W/O/W）原位聚合方法成功合成了具有持续阻垢和抗菌性能的多核微胶囊（MCH），以三聚氰胺甲醛树脂（MF）为壳，包载了1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸（HEDP）和丁香油。

2、HEDP作为阻垢剂，丁香油作为天然抗菌剂，可同时解决工业循环冷却水系统中的结垢和生物污染问题。

3、制备的MCH微胶囊具有光滑的多核球形结构，尺寸均匀。

4、紫外-可见光谱结果表明，HEDP和丁香油的包封率分别约为7.47%和23.67%，且释放时间分别可达60小时和160小时，符合一级动力学模型，展现出优异的缓释性能。

5、静态阻垢实验表明，该微胶囊具有持续的阻垢能力，其动态释液的阻垢效率在最初的14小时内保持在90%以上，最高阻垢率超过98%。

6、此外，这种微胶囊对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抗菌率均超过99.9%。

7、这种缓释微胶囊可显著减少阻垢剂和抗菌剂的浪费，有望在工业循环水系统中广泛应用。

MCH微胶囊的合成步骤如下：

1、制备预聚物：首先，将6克十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和4克聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加入200毫升超纯水中，持续搅拌直至完全溶解。然后，将6克三聚氰胺粉末加入上述溶液中，搅拌15分钟直至完全溶解，随后缓慢加入11毫升37wt%的甲醛溶液，使用稀氢氧化钠溶液调节pH至9-10，放置于70℃的加热板上反应1小时，得到三聚氰胺-甲醛预聚物（PMF）。

2、制备乳液：将20wt%的HEDP溶液（6毫升）与14毫升丁香油混合，并加入5wt%的聚甘油蓖麻醇酸酯（PGPR）作为乳化剂。通过强力机械漩涡混合，确保HEDP溶液在液体丁香油中充分乳化，形成W1/O乳液。

3、形成微胶囊：将W1/O小液滴缓慢添加到PMF溶液（W2）中，机械搅拌（800 rpm）并乳化30分钟。乳化后，逐渐调节溶液pH至3.5-5引发PMF的聚合反应，形成微胶囊外壳，并在70℃水浴中磁力搅拌反应5小时。待反应结束，将产物在8000 rpm下离心5分钟，收集沉淀，并用去离子水和酒精分别清洗三次，最后在60℃下干燥即可。

这一过程形成了具有良好流动性的白色粉末状MCH微胶囊，显示出预期的形态与结构。

如何确保微胶囊外壳的均匀性？

1、稳定的乳化过程：在微胶囊的合成中，通过双重乳化（W/O/W）过程形成稳定的乳液是基础。使用高效的乳化剂（如聚甘油聚蓖麻酸酯）能够有效降低相界面张力，促进均匀乳液的形成，以确保有效包埋目标物质。

2、合适的pH调节：在乳化后，缓慢调节溶液的pH至3.5-5，可以有效促进聚合反应的进行，使得交联程度提高，形成均匀的聚合网络。这一阶段通过控制pH值可以增强聚合物的交联程度，使外壳更均匀。

3、反应温度控制：在聚合和固化过程中，温度的控制也非常重要。保持在合适的反应温度（如70℃），可以提高聚合反应速率，确保形成的微胶囊外壳相对均匀。

4、充分的搅拌和混合：在整个合成过程中，应实施适当的机械搅拌，以确保乳液的稳定性和均匀性。搅拌时间和速度要根据实验条件进行合理调整，以获得最佳的形态和均匀性。

5、后处理步骤：在微胶囊合成完成后，通过离心、洗涤和干燥等步骤，可以去除未反应的原料和杂质，确保获得高质量和均匀的微胶囊产品。

综合采取以上措施，可以有效保证微胶囊外壳的均匀性，从而提高其包埋效率和释放控制特性。