封装技术是当今一些最令人兴奋的消费和工业产品的核心，从自修复涂料和涂料到靶向释放农用化学品。但这些神奇的产品中，很多都隐藏着一个肮脏的小秘密:甲醛。

对于这些产品中的大多数，没有确凿的证据表明它们所含的甲醛水平对人类健康或环境构成威胁。然而，消费者的担忧和监管审查正在推动许多制造商寻找更安全的替代品，以甲醛为基础的封装技术。这个挑战?寻找与甲醛树脂的性能相匹配的替代封装材料。188金宝搏bet官网巴特尔正致力于开发无甲醛替代品，我们称之为“设计封装”(Encapsulation by Design)。

三聚氰胺甲醛树脂:一种坚韧的材料

三聚氰胺甲醛树脂是应用最广泛的封装材料之一。188金宝搏bet官网这是有原因的:基于甲醛的树脂价格便宜，易于处理，其化学性质使其在封装产品中非常有用。

封装要求材料结合两个重要属性。188金宝搏bet官网首先，胶囊必须在活性成分与外界环境或周围物质之间提供稳定有效的屏障。其次，胶囊必须能够在特定的触发下破裂或溶解，以便在适当的时间释放活性成分。通过操纵外壳材料的分子结构，化学家可以设计出对不同类型的触发器做出反应的胶囊。

这一过程使创新材料和涂料的开发成为可能，这些材料和涂料能够对环境做出反应，在需要时准确地提供活性成分。188金宝搏bet官网这些产品包括货架稳定配方，结合了活性化学成分，如漂白剂和活化剂，愈合剂和催化剂，或酶和底物。化学成分被保护性聚合物外壳安全地分开，直到选定的触发因素(例如，热、温度、稀释、pH值或其他环境触发因素)破坏或溶解外壳并释放出活性剂。封装技术是突破性产品背后的技术，如自修复涂料，自固化树脂和定时释放个人护理产品。

三聚氰胺甲醛树脂长期以来一直用于油漆、涂料和层压板，因为它们固化成稳定的聚合物，耐潮湿和耐化学物质。这些相同的性质使得甲醛基聚合物在广泛的封装应用中很有用。¹

三聚氰胺甲醛聚合物形成三维交联网络，可以抵抗疏水和亲水化学物质，包括水、有机溶剂和酸。虽然它们会随着时间的推移而退化，但它们比大多数替代品更稳定、更持久。由于其复杂的交联分子结构，使用三聚氰胺甲醛树脂制成的胶囊为封装的成分提供了良好的保护，免受水分和其他化学物质的侵害。它们的结构还允许添加功能基团，为封闭材料的释放提供触发机制。

这些特性使得三聚氰胺甲醛树脂成为许多不同种类的封装产品的流行选择，包括农用化学品，个人护理产品，油漆和涂料。然而，它们的使用也引发了人们对甲醛暴露的担忧。

对甲醛暴露的担忧日益加剧

美国国家毒理学计划、国际癌症研究机构和美国环境保护署(EPA)已将甲醛列为人类致癌物。具体来说，甲醛暴露与髓系白血病、肺癌和鼻咽癌有关。急性暴露影响包括对眼睛、鼻子、喉咙、肺或皮肤的刺激。人们可以通过吸入含甲醛物质释放的气体或通过液体产品通过皮肤吸收甲醛而接触甲醛。188金宝搏bet官网

用于涂料、纸板和其他消费品和建筑材料的三聚氰胺甲醛树脂已被证明随着时间的推移会释放甲醛，这引起了消费者对暴露风险的担忧，并促使许多制造商寻找低甲醛或无甲醛替代品。188金宝搏bet官网美国环保署已经对木质复合材料产品设定了甲醛释放限值，但尚未对其他含有三聚氰胺甲醛树脂的产品设定标准。

目前尚不清楚使用三聚氰胺甲醛基聚合物的封装产品是否存在甲醛暴露风险。很少有研究确定释放了多少甲醛，²以及在什么条件下，当封装产品储存或使用。该行业还缺乏对含甲醛胶囊产品的具体毒理学研究。这些知识差距使得很难确定这些产品是否真正对人类健康或环境构成风险。

然而，消费者对甲醛暴露的担忧使得制造商转向低甲醛或无甲醛配方是一个明智的举动。找到不含甲醛的配方也将有助于企业为未来潜在的监管变化做好准备。

寻找无甲醛替代品

当然，三聚氰胺甲醛树脂远不是唯一可用于封装的材料。生物基聚合物如纤维素、胶质和海藻酸盐已经广泛用于许多封装产品。^{3 - 6}这些材料被认188金宝搏bet官网为更环保，对消费者更安全。由于担心石油基塑料微珠对环境的持久性和对淡水生物的影响，目前已被禁止使用，但生物基材料与石油基塑料微珠不同，它们很容易在环境中分解。188金宝搏bet官网由于它们是用公认安全(GRAS)的天然材料建造的，因此人们认为它们不会对人类健康或环境构成风险。188金宝搏bet官网

然而，使它们如此环保的相同品质也使它们在许多封装应用中不那么有效。与三聚氰胺甲醛树脂提供的坚固的交联三维网络不同，生物基聚合物，如纤维素或海藻酸盐，具有更简单的化学骨架，对水分和微生物高度敏感。甲醛基聚合物使用的许多活性成分和溶剂与现有的生物基材料不兼容。188金宝搏bet官网此外，在潮湿和微生物存在问题的环境中，生物基188金宝搏bet官网材料可能无法提供足够的保护。

还需要做更多的工作来扩大无甲醛封装材料的选择范围。188金宝搏bet官网巴特尔正致力于开发新的封装材料，可以与更广泛的活性材料一起使用，并能对各种不同的触发物做出反应。188金宝搏bet官网

设计封装

对于封装，没有“一刀切”的解决方案。虽然三聚氰胺甲醛树脂的性能使其适用于广泛的应用，但用无甲醛替代品取代它们可能需要一套不同的产品解决方案。这些将包括现有海藻酸盐和纤维素材料的变化，但工业可能需要其他选择，用于这些材料不能提供正确的化学性能的应用。188金宝搏bet官网

封装外壳材料的选择取决于几个因素，包括:188金宝搏bet官网

• 它将封装的活性成分的物理化学性质;
• 胶囊周围环境的化学和物理性质;
• 所需的颗粒尺寸;而且
• 期望的释放机制。

188金宝搏bet官网材料的封装方法包括喷雾干燥/凝结、相分离、溶剂蒸发和涂层。巴特尔采用颗粒形成聚合的方法来封装固体和液体活性成分。在此过程中，活性成分悬浮在使用稳定剂、形成壳单体和引发剂的介质中。当单体和引发剂反应时，溶液中发生聚合反应。活性成分作为聚合物生长的核心，在活性成分核心周围形成球形聚合物壳(图1)。通常，通过过滤分离产物。

在这个过程中可以使用各种单体，这取决于所得到的聚合物外壳的所需特性和触发机制。在聚合过程中，通过引入对特定触发物有反应的功能单体，触发机制也经常被添加。在被囊体包围的活性分子和刺激响应功能单体不相容的情况下，官能团在聚合后过程中附着在壳上。

外壳可以被设计成对各种不同的触发因素做出反应，包括压力、温度、pH值、稀释度、紫外线或暴露于特定的化学或生物信号。最终的聚合物必须与它所封闭的活性成分和胶囊将被储存的溶剂或环境兼容。

将无甲醛封装产品推向市场

Battelle已经确定了GRAS材料，该材料有潜力取代甲188金宝搏bet官网醛基聚合物，用于广泛的活性材料的封装(图2)。

从GRAS材料开始，我们可以设计出比基188金宝搏bet官网于甲醛的同类更安全、更环保的封装替代品。当然，最终产品的毒性取决于活性成分的特性以及在封装过程中起始材料的改变方式。例如，海藻酸盐作为食品添加剂和化妆品被广泛研究并被认为是安全的，但用用于封装的聚合物改性的海藻酸盐可能由于聚合过程、官能团的添加或与活性成分的反应而具有不同的性质。

虽然在没有进一步研究的情况下，我们不能说这种新材料是无毒的，188金宝搏bet官网但我们可以推测，它们的毒性可能比含有甲醛的材料要小。例如，我们可以确保所选择的起始材料不是已知的内分泌干扰物或致癌物。巴特尔目前正在对一些最有前途的无甲醛封装材料进行毒理学研究。188金宝搏bet官网

在封装武器库中添加无甲醛替代品将有利于许多制造商，特别是那些生产直接供消费者使用的产品或用于住宅或办公楼的建筑材料的制造商。188金宝搏bet官网它还将减少参与制造封装材料或使用含有封装成分的油漆、涂料或树脂的工人的接触问题。188金宝搏bet官网

为了将这些更安全的材料推向市场，需要做更多188金宝搏bet官网的工作来设计特定应用的材料，既保留了三聚氰胺甲醛树脂的积极特性，又没有缺点。有了正确的化学反应，该行业将能够迎接挑战。

参考文献

¹编辑，《封装和控制释放手册》。CRC出版社:2016;1511页。

²时正在Paiva;戴安娜,a;克鲁兹,p;Ferra J.M.;卡瓦略,L.H.;Magalhães, F.D.生产三聚氰胺增强尿素甲醛树脂，低甲醛释放量。高分子学报，2012,29(3)，457 - 457。

^3.年轻的美国;黄,m;Tabata y;明胶作为生物活性分子可控释放的传递载体。中国生物医学工程学报，2005,29(1)，457 - 457。

⁴伊玛目,萨达姆政权;Bilbao-Sainz c;邱,本科;格伦,通用;生物基胶粘剂，胶，乳剂和粘合剂:当前趋势和未来展望。粘接科学技术2013,27(18-19)，1972-1997。

⁵Hoyos-Leyva J.D.;Bello-Perez,洛杉矶;Alvarez-Ramirez, j .;用淀粉作为壁材料微胶囊化:综述。国际食品评论2016,1-14。

⁶她,J.M.;价格,r;生物工程微结构:可控释放应用。控制释放学报，1994,28(1)，3-13。

您可以在网站上观看关于无甲醛封装替代品的网络研讨会www.asfodel.com/webinars．本次网络研讨会在2017年涂料趋势与技术大会上举行。