作者： Ram Lalgudi，资深研究员，Battelle，美国俄亥俄州哥伦布市
封装技术是当今一些最受欢迎的消费类和工业类产品的技术核心，包括自修复涂料和可以靶向释放农药的涂料。其实这些令人惊艳的产品背后，都隐藏着一个不欲人知的的秘密-甲醛。
对这些产品来说，虽然没有确凿的证据证实其甲醛含量可对人体健康和环境造成威胁，但因消费者的关注及相关法规的严密监控，很多生产厂家不得不寻找更安全的替代品来淘汰基于甲醛的封装技术。挑战在于如何才能找到一种性能可与现有传统甲醛基树脂的替代性封装材料相媲美的封装材料。Battelle公司正在进行一种被称为“定制封装”工艺的无醛替代材料的研发。
三聚氰胺甲醛树脂是封装技术应用最为广泛的材料之一。主要原因是：甲醛基树脂价格低廉、易加工，兼具较多对封装材料来说非常重要的化学性能。
封装要求材料必须具有以下两个重要特性：第一，胶囊必须在活性成分和外界环境或者周围物质间提供稳定且有效的分割屏障；第二，胶囊必须在适当的时机可以对特定的触发物做出反应，打开或者溶解，以释放出活性物质。通过操控壳型物质的分子结构，化学师们可以设计出对不同触发物产生反应的胶囊。
这个过程使创新型的材料和涂料产品的研发成为可实现的方案，这些创新型的材料或涂料可以在需要的情况下针对环境的变化释放出活性成分。这些产品具有耐储存配方特性，把活性化学反应组分如漂白剂、活化物、自愈性助剂、催化剂、生物酶和基材有效链接在一起。这些活性化学组分平时被安全地分离保护在聚合物壳内，直到某种特定的触发物（如热量、温度、稀释、PH值或其他环境触发物）打开或者溶解了这种聚合物壳状结构，将其中的活性组分释放出来。封装是一种隐藏在那些开创性产品（如可以对腐蚀产生反应的自愈涂料、自固化树脂和可以延时释放的个人护理产品）背后的核心技术。
三聚氰胺甲醛树脂很早以前就因其在聚合物中表现出的良好的稳定性、对水分和化学物质的优异抗性而被长期应用到油漆、涂料和层压板产品中，这些性能让三聚氰胺甲醛类树脂在封装中的应用十分广泛。
三聚氰胺甲醛聚合物可以形成一种三维立体交联的网状结构，从而使其对无论是亲水性物质还是亲油性物质（包括水、有机溶剂和酸）都具有优异的抗性。但是三聚氰胺甲醛聚合物会随着时间而逐渐降解。当然，和其他替代性材料相比，三聚氰胺甲醛聚合物的稳定性和耐久性更好。由于其复杂的交联分子结构，使用三聚氰胺甲醛树脂将活性物质封入其内的封装技术使其展现了对湿气和其他化学物质十分优异的保护性能。这种结构也使添加其他功能型基团成为可能，这些基团可以提供触发性释放内部物质的机制。
三聚氰胺甲醛树脂的这些特性使其可广泛应用于各类不同的封装产品中，包括农药、个人护理用品、油漆和涂料等。但是，三聚氰胺甲醛树脂的广泛应用也引发了公众对其潜在甲醛释放的担心。
国家毒理学规划处、国际癌症研究机构和美国环保署（EPA）均已将甲醛列为人类致癌物。特别需要指出的是，甲醛暴露可能引发白血病、肺癌、鼻咽癌等恶性疾病。严重时会直接导致眼睛、鼻腔、喉咙、肺部甚至是皮肤产生明显刺痛感。人们会吸入含甲醛物质释放出的甲醛气体或者是会接触到含有甲醛的液体产品。
用于涂料、层压板和其他消费品及建筑材料的三聚氰胺甲醛树脂已经被证实会随着时间的推移而逐渐释放甲醛气体，因此消费者对于甲醛暴露风险的担忧促使许多生产厂家去寻求低甲醛或者无甲醛的替代品。美国环保署（EPA）已经为木制品设置了甲醛释放限量，但却未对含有三聚氰胺甲醛树脂成分的其他产品的甲醛释放限量设定标准。
使用三聚氰胺甲醛树脂的封装产品是否意味着甲醛暴露的危险性尚不确定。很少有研究可以判断这些封装产品在储存或者使用时，在什么样的环境下，究竟释放了多少甲醛。行业内也缺乏针对含甲醛基胶囊产品的相应毒理学研究。这类知识缺口导致我们很难判断这些产品是否真的对人体健康及环境有威胁。
但消费者的顾虑促使生产厂家开始寻找低甲醛或无甲醛的替代性方案。寻找无醛配方也可以帮助企业为应对未来潜在的法规变化的提早做好准备。
当然，三聚氰胺甲醛树脂并非是唯一可以用于封装的原材料，生物基聚合物如纤维素、树胶及藻朊酸盐也已经广泛应用于许多封装产品中。这些材料被认为对环境更友好，对消费者也更安全。不像石油基塑料微珠产品（该产品已由于对环境可持续性及水体生物的威胁而被禁止），生物基材料在自然环境中很容易降解，因为这些生物基材料是自然生长得到的，所以认为这种生物基材料是一般安全材料（GRAS），对人体健康或环境没有威胁。
但是，这些代表着环境友好的特质也让它们在封装应用中的效果不甚理想。不像三聚氰胺甲醛树脂那样具有交联型的三维网状结构，生物基聚合物如纤维素、藻朊酸盐的化学构架都比较简单，对湿气和微生物高度敏感，而许多用于甲醛基聚合物的活性组分和溶剂和现有的生物基材料并不相容。另外，生物基材料在湿气或微生物严重的环境下可能无法提供足够的保护性能。
还需要做更多的工作以拓宽无醛封装材料的备选项。Battelle公司致力于新型封装材料的研发，能与更多的活性物质一起使用，并能对更多不同类型的触发物做出反应。
| 图1微粒形成机理（a）均相聚合介质（b）成核阶段及（c）通过添加稳定剂使聚合微粒稳定。
m—单体
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没有可以适合所有需求的单一封装解决方案。但三聚氰胺甲醛树脂的性能使其在封装领域广泛应用，那么其无醛替代品的解决方案也需要有多种不同的产品方案。这些解决方案会包括现有藻朊酸盐和纤维素材料的改性，但由于这些产品并不能提供客户所需要的化学性能，所以大家还需要别的选项。
封装所需的壳结构材料的选择取决于以下几个因素：
• 壳材料需要包覆的活性组分的生化性能如何；
• 胶囊结构的周围外部环境的物理和化学性能如何；
• 希望得到的微粒的尺寸；
• 希望得到的活性物释放机理。
活性物质可以通过几种方法来包覆，包括喷涂干燥凝胶法、气相分离法、溶剂挥发及涂料法。Battelle公司采用微粒聚合法来尝试把包括固态和液态的活性组分包覆起来。在这个过程中，活性组分悬浮在由稳定剂配合壳状结构的单体和引发剂组成的介质中，当单体和引发剂发生反应后，聚合反应开始在溶液中启动。活性组分成为聚合物增长的“核心”，最终形成以活性组分为“核心”，以聚合物为壳的“核壳结构”（见图1）。通常来说，这种产品可以通过过滤分离出来。
许多种类的单体可以应用到这种工艺中，只取决于最终所需的聚合物壳所需要的特性和触发机理。触发机理通常也是在聚合阶段加上去的，通过在聚合阶段引入可对特定触发物做出反应的功能单体而得。如果胶粒包覆的活性组分和这种引入的“应激”功能单体不相容，也可以将功能单体在聚合后期附加在“核壳结构”的壳上。
| 图2a:聚合物微粒内充满液态活性组分的透射电子显微镜图。 |
| 图2b:聚合物微粒内充满固态活性组分的扫描电子显微镜图 |
壳可以被特别设计成对包括压力、温度、PH值水平、稀释、紫外光、或者暴露在某些特定的化学品或生物信号下等许多不同触发物做出反应。最终得到的聚合物必须与其包覆的内部活性组分及外部的溶液或者其存在的周围环境都相容。
Battelle公司已经验证GRAS（一般安全产品）材料具有很大潜力可以作为大量甲醛基封装材料的替代品（见图2）。
使用GRAS（一般安全）材料，我们可以设计出比甲醛基封装材料更安全、对环境更友好的替代产品。当然，最终产品的毒性不但取决于内核活性成分的性质，也受封装过程中起始物质变化方式的影响。譬如，藻朊酸盐被广泛研究且被视为一种可以安全地应用于食品及化妆品的添加剂。不过，经聚合物改性过的应用于藻朊酸盐由于聚合工艺的不同、添加的功能基团的不同、与活性组分发生反应的不同而具备不同的性能。
尽管在缺少进一步的研究前，我们不能声称这些新材料是无毒的，可是我们可以推测这种新材料很有可能会比含甲醛材料的毒性更小。比如说，我们可以确保我们所选择的“起始“物质不是已知的内分泌干扰素或者致癌物质。博泰尔公司正在进行一些最有希望应用于无醛封装的材料研究。
增加无醛封装材料的备选项将使大量生产厂家受益，特别是那些生产直接用于消费者的产品或者用于住宅或办公室建筑产品的厂家。这也将大大降低封装材料或油漆生产厂家工人的甲醛暴露风险及担心。
如想将这些更安全的材料推向市场，需要做更多的工作，针对具体应用开发出既具有三聚氰胺甲醛树脂的良好性能且不存在环保缺陷的材料。
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亲水基
亲油基
