BR112021014435A2

BR112021014435A2 - Cápsulas esféricas compreendendo um invólucro polimérico que circunda um núcleo oco, e processo para preparar cápsulas esféricascápsulas esféricas compreendendo um invólucro polimérico que circunda um núcleo oco, e processo para preparar cápsulas esféricas

Info

Publication number: BR112021014435A2
Application number: BR112021014435-8A
Authority: BR
Inventors: Per Larsson; Katarzyna Mystek; Lars WÅgberg; Anna Larsson Kron; Bo Andreasson
Original assignee: Nouryon Chemicals International B.V.
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2021-09-21
Also published as: KR20210111831A; EP3914384A1; JP2022518775A; KR102659108B1; US20220088557A1; WO2020152362A1

Abstract

cápsulas esféricas à base de diálcool de celulose. a invenção se refere às cápsulas esféricas compreendendo um invólucro polimérico que circunda um núcleo oco, no qual o invólucro polimérico compreende um diálcool de celulose opcionalmente substituído. a invenção também se refere a um processo para preparo de tais cápsulas esféricas, compreendendo a mistura de uma solução compreendendo diálcool de celulose dissolvido opcionalmente substituído e um ou mais compostos orgânicos não polares com um antissolvente, em que o antissolvente compreende ou consiste em um ou mais compostos, e possui uma polaridade inferior àquela da água.

Description

CÁPSULAS ESFÉRICAS À BASE DE DIÁLCOOL DE CELULOSE

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO A invenção se refere a cápsulas esféricas ocas feitas de biopolímeros à base de celulose, e também a um processo para sua produção.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA Microesferas termicamente expansíveis são conhecidas na técnicas e são descritas, por exemplo, em US3615972, WO 00/37547 e WO2007/091960. Diversos exemplos são comercializados sob o nome comercial Expancel®. Eles podem ser expandidos para formar cargas de peso extremamente leve e baixa densidade e encontram uso em aplicações como resinas em espuma ou de baixa densidade, tintas e revestimentos, cimentos, corantes e enchimentos de rachadura. Os produtos do consumidor que geralmente contêm microesferas expansíveis incluem solas de calçado de peso leve (por exemplo, calçados para corrida), revestimentos texturizados, como papel de parede, revestimentos solares refletivos e isolantes, selantes de embalagem de alimentos, rolhas de vinho, couro artificial, espumas para forro de capacete de proteção e fitas de calafetação automotiva. As microesferas de polímero termicamente expansíveis geralmente compreendem um invólucro polimérico termoplásticos, com um núcleo oco compreendendo um agente de expansão que se expande em aquecimento. Os exemplos dos agentes de expansão incluem hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição ou hidrocarbonetos halogenados, que são líquidos em temperatura ambiente, mas que vaporizam sob aquecimento. Para produzir as microesferas expandidas, as microesferas expansíveis são aquecidas, de modo que o invólucro polimérico termoplástico se amoleça, e o agente de expansão se vaporiza e expanda, expandindo assim a microesfera. Normalmente o diâmetro da microesfera pode aumentar entre 1,5 e 8 vezes durante a expansão. Um problema associado aos polímeros termoplásticos normalmente usados nas microesferas é que não são derivadas de fontes sustentáveis. Os monômeros típicos incluem aqueles baseados em acrilatos, acrilonitrilas, acrilamidas, dicloreto de vinilideno e estirenos, que são derivados principalmente de fontes petroquímicas. Além disso, muitos polímeros são não biodegradáveis, ou pelo menos biodegradáveis tão lentamente que podem se acumular no meio-ambiente. Esferas poliméricas ocas com grandes dimensões, por exemplo, em escala milimétrica, também podem ser fabricadas. Apresentam potencial para uso como agentes de fornecimento de medicamento, por exemplo, e assim sua produção utilizando polímero de fonte biológica seria desejável para ajudar a melhorar sua compatibilidade e aceitação. As esferas de celulose podem ser fabricadas como descrito, por exemplo, por Pettersson e Eriksson em Anal. Biochem., 2000, 285(2), 220-224. No entanto, essas são esferas similares a contas, em oposição às cápsulas do tipo “núcleo/invólucro” oco. Também tendem a ser inflexíveis e não podem ser expandidas depois de formadas. Portanto, há a necessidade de polímeros de fonte biológica alternativa ou biologicamente derivados que possam formar com sucesso cápsulas esféricas e/ou microcápsulas com estrutura de núcleo e invólucro, inclusive aquelas que podem ser expandidas após síntese.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção é direcionada a uma cápsula esférica compreendendo um invólucro polimérico que circunda um núcleo oco, no qual o invólucro polimérico compreende um diálcool de celulose opcionalmente substituído.

A invenção também é direcionada a um processo para preparo dessas cápsulas esféricas compreendendo a mistura de uma solução que compreende diálcool de celulose opcionalmente substituído e um ou mais compostos orgânicos não polares com um antissolvente para formar cápsulas esféricas com as características acima, em que o antissolvente compreende ou consiste em um ou mais compostos.

O antissolvente pode ter uma constante dielétrica calculada, εanti, de menos de 80,1, de acordo com a equação:

em que: εanti = a constante dielétrica calculada do antissolvente a 20°C; εi = a constante dielétrica do composto puro i a 20°C; n = o número de compostos diferentes no antissolvente; Mi = a fração mole do composto i no antissolvente.

Adicional ou alternativamente, o antissolvente pode ter uma polaridade relativa calculada, , de menos de

1,00, calculada de acordo com a equação:

em que:

= a polaridade relativa calculada do antissolvente; = a polaridade relativa do composto puro i a 25°C e pressão atmosférica, em comparação à água; n = o número de compostos diferentes no antissolvente; Mi = a fração mole do composto i no antissolvente. Adicional ou alternativamente, o antissolvente pode compreender ou consistir em um ou mais compostos selecionados dentre álcoois C1-6, dióis C2-6, trióis C3-6, haloálcoois C1-6, halodiálcoois C1-6, álcooléteres C1-6, éteres glicóis C1-6 ou éteres glicerois, cetonas e dicetonas C1-6, aldeídos C1-6, haloéteres C1-8, aminas C1-6, álcoolaminas C1-6, ácidos carboxílicos C1-6 e também seus anidridos e ésteres C1-4, nitrilas C1-6, amidas C1-6 e alquila C1-2 ou seus derivados substituídos por N- ou N,N-, anidridos ou amidas cíclicos C4- 8, organossulfatos C1-6 e sulfóxidos C1-6. Além disso, o antissolvente também pode compreender água. Adicional ou alternativamente, o um ou mais compostos orgânicos não polares podem ter uma solubilidade nos antissolvente de menos de 1% em peso. Na discussão abaixo, os termos “diálcool de celulose (substituído)”, “diálcool de celulose e/ou diálcool de celulose substituído” e “diálcool de celulose opcionalmente substituído” possuem o mesmo significado.

BREVE DESCIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma coleção de fotografias de cápsulas esféricas feitas usando álcoois C1-2 ou misturas de água e álcoois C1-2 como antissolventes;

A Figura 2 mostra fotografias de cápsulas úmidas e seca ao ar de diálcool de celulose; A Figura 3 mostra micrografias de elétron de cápsulas úmidas liofilizadas e cápsulas secas ao ar de diálcool de celulose; A Figura 4 mostras fotografias de cápsulas de diálcool de celulose pré e pós-expandidas quando suspensas em água; A Figura 5 mostra fotografias de cápsulas de diálcool de celulose úmidas pré e pós-expandidas; A Figura 6 mostra fotografias comparativas de cápsulas úmidas de diálcool de celulose e celulose pré e pós- expandidas.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO Nessa revelação, o diálcool de celulose se refere a uma forma de celulose modificada na qual pelo menos parte dos anéis de monômero de glicose foi aberta. Isso normalmente é atingido pela oxidação, que rompe a ligação de carbono- carbono C2-C3 para formar dois grupos aldeídos, os quais são consequentemente reduzidos aos grupos de álcool. A reação pode ser representada pelo Esquema (1) abaixo: Esquema (1) Legenda: Oxidation = Oxidação Reduction = Redução

A formação de diálcool de celulose a partir da celulose é bem conhecida e descrita, por exemplo, em Kasai et al; Cellulose, 2014, 21, 769-776, Larsson et al; Cellulose, 2014, 21, 323-333, e Larsson and Wågberg; Green Chem., 2016, 18, 3324-3333. O procedimento geral envolve pegar a celulose ou metiolcelulose (isto é, uma celulose tratada com formaldeído e DMSO) e tratá-la com um agente oxidante, por exemplo, um sal periodato, como periodato de sódio (NaIO4), para formar um composto de dialdeído de anel aberto.

Os grupos aldeídos são então reduzidos a grupos hidroxila usando um agente redutor, como um sal tetraboro-hidreto (por exemplo NaBH4). O material assim reduzido é denominado diálcool de celulose.

A extensão de abertura do anel pode variar, por exemplo, ao variar a duração que a celulose é mantida com o agente oxidante, a temperatura de tratamento e/ou a razão relativa entre celulose e oxidante.

Nas realizações, a porcentagem dos monômeros de glicose de anel aberto na celulose (geralmente denominada o grau de oxidação) é até 100%, por exemplo, até 70%, como até 50% ou até 40%. Nas realizações, é pelo menos 1%, por exemplo, pelo menos 5% ou pelo menos 10%. A extensão de abertura do anel de glicose do diálcool de celulose pode ser determinada ao calcular o teor de carbonila da celulose após a etapa de oxidação, mas antes da etapa de redução.

Nas realizações, após a fase de oxidação, mas antes da fase de redução, o teor de carbonila está na faixa de 0,001 a 12 mmol g-1, por exemplo, de 1 a 11, de 3 a 9 ou de 5 a 8 mmol g-1. Esses valores podem ser determinados usando métodos conhecidos, como os métodos baseados em cloridrato de hidroxilamina descritos em Zhao and Heindel; Pharm Res 1991, 8(3), 400-402 e Larsson et al; Cellulose, 2008, 15, 837-847, e como descrito por Larsson et al, Cellulose, 2014, 21 na página 325. O teor de carbonila do diálcool de celulose após a redução normalmente está na faixa de 0 a 10 mmol g-1, por exemplo, na faixa de 0 a 7 mmol g-1 ou de 0 a 4 mmol g-1. Nas realizações, há pelo menos algum teor de carbonila, por exemplo, pelo menos 0,001 mmol g-1. A extensão de abertura do anel também pode ser correlacionada a um assim denominado índice de cristalinidade da celulose.

A celulose não modificada apresenta uma estrutura cristalina.

No entanto, a abertura do anel introduz regiões amorfas, que acredita-se introduzirem ductilidade à celulose, tornando-a mais adequada para a formação da cápsula esférica, particularmente para cápsulas expansíveis.

A extensão de cristalinidade do diálcool de celulose pode ser determinada ao comparar a intensidade do pico de celulose (002) e a intensidade amorfa, como mostrado, por exemplo, em Larsson et al, Cellulose, 2014, 21, 323-333, em particular na página 327, com base em Segal et al; Text.

Res.

J., 1959, 29(10), 786-794. A intensidade amorfa pode ser medida a partir da altura mínima entre os picos de celulose (002) e (101). Nas realizações, o índice de cristalinidade é 80 ou inferior, por exemplo, 50 ou inferior.

Em realizações adicionais, o índice de cristalinidade é 30 ou inferior.

Nas realizações, há pelo menos alguma cristalinidade, por exemplo, o índice de cristalinidade é pelo menos 1 ou pelo menos 10. Assim, as faixas exemplares de índice de cristalinidade incluem de 0 a 80, de 0 a 50 ou de 0 a 30, por exemplo, de 1 a 80, de 1 a 50 ou de 1 a 30. Em realizações adicionais, a faixa do índice de cristalinidade é de 10 a 80, ou de 10 a 50, como de 10 a 30. As cápsulas são baseadas em um invólucro polimérico que compreende ou consiste em um diálcool de celulose, que é opcionalmente modificado por um ou mais substituintes, como descrito ainda abaixo.

O invólucro polimérico pode incluir um ou mais componentes poliméricos adicionais, que também podem ser selecionados a partir de diálcool de celulose opcionalmente substituídos.

Nas realizações, as frações de hidroxila no diálcool de celulose podem ser funcionalizadas, por exemplo, por um ou mais grupos funcionais.

Assim, o diálcool de celulose pode compreender um ou mais grupos funcionais representados pelas Fórmulas (1) a (3) abaixo: Fórmula (1)

Fórmula (2)

Fórmula (3)

Nas demais realizações, o diálcool de celulose pode compreender adicional ou alternativamente grupos aldeídos formados na oxidação da celulose, e/ou grupos funcionais baseados em reações desses grupos aldeídos.

Assim, o diálcool de celulose pode compreender adicional ou alternativamente um ou mais grupos de acordo com as fórmulas (4) a (7) abaixo:

Fórmula (4)

Fórmula (5)

Fórmula (6)

Fórmula (7)

Nas fórmulas (1) a (7) acima, Cg é um átomo de carbono que é parte da coluna do diálcool de celulose, isto é, quaisquer átomos marcados por (*) no Esquema (1) acima.

A pode ser selecionado dentre -H, -ORb e -C(O)ORb. nas realizações, A é selecionado dentre -H e -C(O)OH.

Na fórmula (5), Y é oxigênio ou está ausente, isto é, uma ligação direta entre Cg e Rb.

Ra pode ser selecionado a partir de grupos alifáticos saturados ou insaturados tendo de 1 a 11 átomos de carbono, e que podem ser lineares, ramificados ou cíclicos.

Ra também pode ser selecionado dentre anéis aromáticos de 5 e 6 membros.

Ra pode compreender opcionalmente um ou mais substituintes selecionados dentre –OH, halogeneto, alquila C1-4 e alcóxi C1-4, em que os grupos alquila C1-4 e alcóxi C1-4 são opcionalmente substituído por um ou mais grupos selecionados dentre halogeneto e –OH.

Ra compreende nas realizações de 1 a 7 átomos de carbono, por exemplo, de 1 a 5, ou de 1 a 3 átomos de carbono.

Nas fórmulas (2) a (7), onde A é H, Ra pode opcionalmente estar ausente, de modo que represente uma ligação química que ligue diretamente links A e a fração correspondente na Fórmula (2) a (7) à qual Ra de outro modo estaria fixado. Nas realizações, o grupo Ra-A pode ser um grupo Rb. Rb, em cada ocorrência, é selecionado independentemente dentre os grupos H e alquila C1-4, por exemplo, grupos alquila C1-2, opcionalmente com um ou mais substituintes selecionados dentre os grupos halogeneto e -OH. Nas realizações, os grupos alquila C1-4 ou grupos alquila C1-2 não são substituídos. Nas Fórmulas (1) a (3), o grupo normalmente é .

Nas realizações, Ra pode ser um grupo alifático linear ou ramificado saturado ou um grupo alifático cíclico. v é um número inteiro na faixa de 1 a 11, por exemplo, na faixa de 1 a 8, como de 1 a 6 ou de 1 a 4. w é um número inteiro na faixa de 3 a 11, por exemplo de 4 a 6 Rc, em cada ocorrência, é selecionado independentemente dentre H, -OH, halogeneto, alquila C1-4 e alcóxi C1-4, em que os grupos alquila C1-4 e alcóxi C1-4 são opcionalmente substituídos por um ou mais grupos selecionados dentre halogeneto e –OH. Na fórmula (3), y é um número inteiro na faixa de 1 a 4 e nas realizações todas as ocorrências de Rb são H. Nas realizações, nas fórmulas (4) a (7), os grupos Rb em Cn são H.

Nas realizações, Ra pode ser um grupo alifático linear ou ramificado insaturado que compreender ligações duplas “y”. x é um número inteiro na faixa de 2 a 11, por exemplo, de 2 a 6 ou de 2 a 4. y representa o número de ligações duplas e normalmente é 1 ou 2. Nas realizações adicionais, Ra pode ser um grupo alifático cíclico insaturado que compreende ligações duplas “y”, em que y normalmente é 1 ou 2, e w é como definido acima.

Ainda em realizações adicionais, Ra pode ser um grupo aromático . z é um número inteiro selecionado dentre 5 e 6. Ainda em realizações adicionais, Ra pode ser um grupo alifático linear ou ramificado que compreendem um anel aromático ou alifático cíclico.

Assim, Ra pode ser um grupo com não mais que 11 átomos de carbono, em que E é , ou , como definido acima. p e r são, cada um, independentemente um número inteiro de 0 a 8, em que p + r é pelo menos 1. q e s são, cada um, o número de ligações duplas no respectivo componente alifático não cíclico.

Nas realizações, cada um de q e s é selecionado independentemente dentre 0, 1 e 2. Os halogenetos normalmente são selecionados dentre F e Cl.

No entanto, nas realizações o grupo funcional é isento de halogeneto, de modo que não haja halogenetos nos grupos A, Ra, Rb e Rc.

Nas realizações, pelo menos um grupo Rc é H. nas demais realizações, não mais que dois grupos Rc são diferentes de H, e nas realizações adicionais, não mais que um grupo Rc é diferente de H.

Ainda em realizações adicionais, todos os grupos Rc são H.

Nas definições acima de Ra, Rb e Rc, onde há mais de um substituinte de –OH, normalmente não há mais de um substituinte de –OH por átomo de carbono.

Em determinadas realizações, Ra é um grupo alifático (alquileno) C1-C8 opcionalmente substituído.

Em outras realizações, Ra é um anel aromático C6 opcionalmente substituído.

Em realizações adicionais, Ra não é substituído.

Os materiais de diálcool de celulose substituídos podem ser feitos por meios conhecidos.

Por exemplo, materiais funcionalizados por carboxilato (por exemplo, aqueles da fórmula (2) acima) podem ser feitos usando o método de Nishio et al; Cellulose, 2006 (13), 245-259, ou o método descrito em DE102008024089. Outras reações de condensação (por exemplo, para formar aqueles da Fórmula (1)) incluem condensação catalisada por ácido com um álcool ou alcóxido.

Os materiais com substituintes de fórmula (3) podem ser feitos por reação catalisados alcalinos com um ácido halocarboxílico (por exemplo, ácido cloroacético). Para os substituintes das Fórmulas (4) a (7), os grupos podem ser feitos por reações convencionais de grupos aldeído não reduzidos formados quando o anel de celulose é oxidado, como estabelecido acima.

Nas realizações, há um ou mais substituintes da fórmula (2), onde o substituinte é selecionado dentre acetato, propionato, butirato, pentanoato, hexanoato, heptanoato, octanoato e ftalato.

Nas realizações adicionais, é selecionado dentre acetato, propionato butirato.

O grau de substituição (DS) dos grupos hidroxila da celulose pelo um ou mais grupos substituintes pode estar na faixa de 0 a 3,2, por exemplo, na faixa de 0 a 3. Nas realizações, o grua de substituição é zero, isto é, utiliza- se diálcool de celulose não substituído.

O grau de polimerização (DP) do diálcool de celulose (substituído) pode ser determinado por métodos convencionais, por exemplo, usando o método de cromatografia de exclusão de tamanho alcalino (SEC) descrito por Kasai et al em Cellulose, 2014, 21, 769-776. Normalmente o valor DP estará na faixa de 100 a 10 000, por exemplo, na faixa de 200 a 6.000. A temperatura de transição vítrea (Tg) e o ponto de fusão do diálcool de celulose (substituído) podem ser modificados ou controlados ao variar os grupos funcionais no diálcool de celulose, ao variar o peso molecular ou ao variar a extensão de oxidação ou hidroxilação da celulose.

As cápsulas esféricas são ocas, tendo uma estrutura de núcleo-invólucro na qual o invólucro compreende o diálcool de celulose (substituído), e o núcleo oco contém um fluido, por exemplo, componentes líquidos ou gasosos que derivam da mistura da síntese.

O núcleo não contém celulose ou derivados de celulose, por exemplo, fases de celulose cristalina, ou qualquer material de diálcool de celulose (substituído) que esteja presente no invólucro.

Assim, a cápsula esférica possui densidade não uniforme, sendo a densidade do invólucro polimérico maior que a densidade do núcleo oco contendo fluido.

Os diálcoois de celulose (substituídos) usados para preparar as cápsulas podem ter uma densidade de 1,2 a 1,7 g cm-3, por exemplo, na faixa de 1,35 a 1,60 g cm-3. Nas realizações, as cápsulas esféricas são expansíveis e a densidade da cápsula pode cair abaixo de 1,00 g cm-3, por exemplo, na faixa de 0,002 a 0,80 g cm-3, ou de 0,005 a 0,60 g cm-3. Nas realizações adicionais, a densidade das cápsulas esféricas expandidas está na faixa de 0,008 a 0,40 g cm-3. As densidades maiores, particularmente densidades de 1,00 g cm-3 ou mais, geralmente significam que as amostras não são adequadas para uso em aplicações em que a expansão esférica é importante.

Essas normalmente são aplicações em que o volume do material deve ser aumentado e/ou em que exige-se a redução de densidade, por exemplo, quando usado na preparação de materiais similares a espuma leve.

Ao considerar as características expansíveis das cápsulas esféricas, diversos fatores podem resultar nas densidades pós-expandidas sendo muito elevadas para utilização eficaz.

Por exemplo, alta densidade pode resultar de baixo rendimento de cápsula, isto é, a porcentagem das cápsulas esféricas é muito baixo, de modo que, após a expansão, a extensão de redução da densidade é insuficiente.

Outro possível problema são as características de baixa expansão, que podem surgir quando muitas das cápsulas ocas contêm agente de expansão insuficiente para permitir a expansão adequada.

Isso pode resultar do invólucro sendo muito permeável ao agente de expansão, ou devido ao invólucro ser muito fino ou muito inflexível para poder se expandir.

Outra causa possível é a agregação ou aglomeração das cápsulas, que podem afetar negativamente o desempenho de expansão.

Na síntese das cápsulas esféricas, o diálcool de celulose (substituído) normalmente é primeiro dissolvido ou disperso em um solvente, o qual normalmente é um solvente orgânico, embora possa estar na forma de um líquido iônico ou um alcalino aquoso frio, por exemplo, hidróxido de metal alcalino aquoso, em que os metais alcalinos normalmente são selecionados dentre Li, Na ou K.

O solvente é selecionado de modo que a solubilização do diálcool de celulose (substituído) seja atingida.

O solvente pode ser um sistema solvente que compreende mais de um componente.

Por exemplo, nas realizações, pode-se usar uma solução de cloreto de lítio em dimetilacrilamida, conforme descrito por Berthold et al em J.

Appl.

Polymer Sci., 2004, 94(2), 424-431. Nas realizações, o solvente também pode compreender um composto orgânico não polar.

Esse pode agir como um agente formador de cavidade para auxiliar na formação do núcleo oco da cápsula esférica durante o procedimento de síntese.

O composto orgânico não polar é pelo menos parcialmente solúvel na solução que compreende o diálcool de celulose (substituído), por exemplo, uma solubilidade de mais de 1% em peso, por exemplo, pelo menos 10% em peso a 25°C e pressão atmosférica (isto é, 1,013 bara, em que “bara” significa bar- absoluta). O composto orgânico não polar também é insolúvel, ou apenas parcialmente solúvel no antissolvente.

Por exemplo, nas realizações, a solubilidade no antissolvente é inferior a 1% em peso, e nas realizações, inferior a 0,5% em peso, por exemplo, inferior a 0,1% em peso.

O composto orgânico não polar pode ser igual aos assim denominados “agentes de expansão” geralmente usados em aplicações de espuma de expansão ou microesfera expansível.

Nessa revelação, o termo “agente de expansão” tem o mesmo significado de “composto orgânico não polar”. O composto orgânico não polar normalmente possui um ponto de ebulição acima de 25°C a 5,0 pressão bara ou acima de 25°C a 3,0 pressão bara.

Os pontos de ebulição em pressões elevadas podem ser calculados usando a equação de Clausius Clapeyron.

Normalmente o composto orgânico não polar possui um ponto de ebulição superior a -50°C em pressão atmosférica.

Normalmente possuem um ponto de ebulição de 250°C ou menos em pressão atmosférica, por exemplo, 150°C ou menos, ou 50°C ou menos.

Nas realizações, o ponto de ebulição em pressão atmosférica é inferior a 0°C.

O agente de expansão é preferencialmente inerte, e não reage ao invólucro baseado em celulose.

Os exemplos de agentes de expansão incluem éteres de dialquila, alcanos e halocarbonos, por exemplo, clorocarbonos, fluorcarbonos ou clorofluorcarbonos.

Nas realizações, o éter de dialquila compreende dois grupos alquila, cada um selecionado dentre grupos alquila C2 a C5. Nas realizações, o alcano é um alcano C3 a C12. Nas realizações, o haloalcano é selecionado dentre haloalcanos C1 a C10. Os haloalcanos podem compreender um ou mais átomos de halogênio selecionados dentre cloro e flúor.

Os grupos alquila ou haloalquila nos éteres de dialquila, alcanos e haloalcanos podem ser lineares, ramificados ou cíclicos.

Um ou uma mistura de um ou mais agentes de expansão podem ser usados.

Nas realizações, por motivos ambientais, o um ou mais agentes de expansão são selecionados dentre éteres de alquila e alcanos, e nas realizações adicionais, o um ou mais agentes de expansão são selecionados a partir de alcanos.

Os haloalcanos são preferencialmente evitados devido às suas possíveis propriedades de depleção de ozônio e também seu grande potencial de aquecimento global.

Os exemplos de agentes de expansão adequados que podem ser usados incluem propano, n-pentano, isopentano, neopentano, ciclopentano, ciclohexano, n-butano, isobutano, isohexano, neohexano, heptano, isoheptano, octano, isooctano, isodecano e isododecano.

Nas realizações, o agente de expansão é selecionado a partir de alcanos lineares ou cíclicos C3 a C8. Em outras realizações, o agente de expansão é selecionado a partir de isoalcanos C4 a C12. O agente de expansão normalmente é selecionado de modo que seja insolúvel em água ou fase aquosa da mistura da síntese, mas seja pelo menos parcialmente solúvel ou miscível ao antissolvente.

O antissolvente é um composto líquido ou uma mistura líquida de compostos que causa precipitação do diálcool de celulose (substituído). Portanto, pode ser denominado alternativamente um “precipitante” ou “agente precipitante”. Líquido nesse sentido significa líquido em temperatura e pressão padrões (25°C e 1,013 bara). O antissolvente é miscível em água.

No entanto, o diálcool de celulose (substituído) é insolúvel ou apenas parcialmente solúvel no antissolvente.

Parcialmente solúvel nesse sentido significa que o diálcool de celulose (substituído) possui uma solubilidade de não mais que 10% em peso no antissolvente,

por exemplo, uma solubilidade de não mais que 5% em peso, ou nas realizações não mais que 1% em peso.

O antissolvente é menos polar que a água, de modo que a própria água não seja usada como um antissolvente.

O antissolvente, nas realizações, possui uma polaridade superior àquela do metanol.

A polaridade pode ser expressa em termos de constante dielétrica, ε, a 20°C.

Onde há mais de um componente do antissolvente, a constante dielétrica pode ser calculada a partir da constante dielétrica de cada um dos componentes individuais, adequadamente dimensionados com base em suas frações molares na mistura.

Isso pode ser representado pela Equação (1):

Equação (1) em que: εanti = a constante dielétrica calculada do antissolvente a 20°C; εi = a constante dielétrica do composto puro i a 20°C; n = o número de compostos diferentes no antissolvente; Mi = a fração mole do composto i no antissolvente.

Onde n é 1, então utiliza-se um único composto no antissolvente, e εanti é igual à constante dielétrica daquele único composto.

O cálculo acima pode não representar verdadeiramente a constante dielétrica real experimentalmente determinada da mistura de antissolvente.

No entanto,

descobriu-se que essa definição (de acordo com a Equação 1) descreve adequadamente quais compostos ou misturas de compostos podem ser usados como antissolventes.

A constante dielétrica para a água a 20°C é 80,10. Portanto, a constante dielétrica (εanti) do antissolvente deve ser inferior a 80,10. Nas realizações, a constante dielétrica está na faixa de 20,0 a abaixo de 80,10, por exemplo na faixa de 20,0 a 80,0. Nas realizações, a constante dielétrica também está acima da de metanol, cuja constante dielétrica a 20°C é 33,0. Portanto, nas realizações, o antissolvente possui uma constante dielétrica (εanti) superior a 33,0, por exemplo, na faixa de mais de 33,0 a menos de 80,1, ou de 34,0 a 80,0, como de 38,0 a 78,0, de 45,0 a 75,0, de 55,0 a 75,0, ou de 60,0 a 70,0. Outra forma de expressar a polaridade é ao usar escalas de polaridade relativa, que podem ser baseadas em deslocamentos nas bandas de absorção espectroscópica UV/Vis de corantes solvatocrômicos na presença do respectivo solvente, em comparação aos solventes de referência.

Essas determinações são descritas, por exemplo, por Reichardt em Chem.

Rev., 1994, 94, 2319-2358. Um corante que pode ser usado é o corante de betaína N-fenolato de piridínio, e um valor de polaridade relativa, , pode ser designado a um solvente, em que o valor de 1 corresponde à água e 0 (zero) corresponde ao tetrametilsilano (como medido a 25°C e pressão atmosférica). Portanto, o do antissolvente deve ser inferior a 1,00. Onde o antissolvente compreende mais de um componente, então o valor médio/dimensionado pode ser calculado a partir da Equação (2), que é similar àquele estabelecido acima para a constante dielétrica:

Equação (2) em que: = a polaridade relativa calculada do antissolvente; = a polaridade relativa de composto puro i, a

25°C e pressão atmosférica; n = o número de compostos diferentes no antissolvente; Mi = a fração mole do composto i no antissolvente.

Uma lista de valores para muitos solventes comuns pode ser encontrada na revisão de Reichardt supracitada.

O valor do antissolvente deve ser inferior a 1,00. Nas realizações, o valor está na faixa de 0,50 a 0,97. Nas realizações adicionais, o valor está acima àquele do metanol, cujo valor é 0,76. Portanto, nas realizações, o antissolvente possui um valor superior a 0,76, por exemplo, na faixa de mais de 0,76 a menos de 1,00, por exemplo, na faixa de 0,77 a 0,97, como de 0,80 a 0,95, de 0,85 a 0,94, ou de 0,90 a 0,94. Os valores calculados das misturas de componente podem não necessariamente corresponder aos valores experimentalmente determinados.

No entanto, descobriu-se que essa definição (de acordo com a Equação 2) descreve adequadamente quais compostos ou misturas de compostos podem ser usados como antissolventes.

Os álcoois (inclusive dióis e trióis) são convenientemente usados como um antissolvente, embora normalmente como uma mistura em um solvente mais polar, por exemplo, água.

Alguns exemplos de solventes que podem ser incluídos em um antissolvente incluem álcoois C1-6, dióis C2-6, trióis C3-6, haloálcoois C1-6, halodiálcoois C1-6, álcooléteres C1-6, glicol éteres C1-6 ou glicerol éteres, cetonas e dicetonas C1-6, aldeídos C1-6, haloéteres C1-8, aminas C1-6, álcoolaminas C1-6, ácidos carboxílicos C1-6 e também seus anidridos e ésteres C1-4, nitrilas C1-6, amidas C1-6 e sua alquila C1-2 derivados N- ou N,N-substituídos, anidridos cíclicos ou amidas C4-8, organossulfatos C1-6 e sulfóxidos C1-6. Nas realizações, cada componente do antissolvente possui uma constante dielétrica de 20,0 ou mais.

Os exemplos específicos incluem misturas de um ou mais dos seguintes em água; metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 2-butanol, 2- cloroetanol, 3-cloro-1,2-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4- butanediol, 1,5-pentanediol, acetaldeído, acetona, bis(2- cloroetil) éter, 2,4-pentanodiona, t-butilamina, ácido fórmico, anidrido acético, acetonitrila, butanonitrila, formamida, N-metilformamida, N,N’-dimetil acetamida, N,N- dimetilformamida, 2-pirrolidona, sulfato de dimetila, epicloridrina, dimetilsulfóxido, etilenoglicol, etilenoglicol monometil éter, etilenoglicol monoetil éter, etilenoglicol dimetil éter, dietileno glicol, trietilenoglicol, glicerol, etanolamina, dietanolamina e trietanolamina.

Nas realizações, os antissolventes não compreendem compostos contendo halogênio ou compostos contendo sulfóxido devido ao seus efeitos potencialmente negativos ao meio- ambiente.

Para preparar as cápsulas esféricas, prepara-se uma solução compreendendo diálcool de celulose (substituído). A extensão de oxidação do diálcool de celulose e/ou a seleção de grupos substituinte pode ser personalizada para ajudar a garantir total miscibilidade com o solvente ou sistema solvente.

Nas realizações, a solução também compreende o um ou mais compostos orgânicos não polares/agentes de expansão.

Um meio ou solvente adequado no qual o diálcool de celulose (substituído) seja solúvel é descrito por Berthold et al em J.

Appl.

Polymer Sci., 2004, 94(2), 424-431, que utiliza uma solução de cloreto de lítio (LiCl) em dimetilacetamida (DMAc). A concentração do diálcool de celulose (substituído) normalmente está na faixa de 0,1 a 10% em peso, por exemplo, na faixa de 0,5 a 5% em peso.

A solução compreendendo diálcool de celulose (substituído) também compreende o composto orgânico não polar dissolvido (agente de expansão). As concentrações típicas normalmente dependerão da solubilidade do composto orgânico não polar no solvente ou sistema solvente, mas geralmente são pelo menos 0,5% em peso, por exemplo, na faixa de 0,5 a 10% em peso.

A solução é combinada com um antissolvente, de modo que o diálcool de celulose (substituído) precipite e forme cápsulas esféricas com um interior ou núcleo oco.

O núcleo oco pode conter um ou mais dos agentes de expansão, e pode conter também quantidades do solvente e do antissolvente, dependendo da porosidade ou permeabilidade do invólucro de diálcool de celulose (substituído).

A síntese pode ocorrer em temperaturas na faixa de 0 a 100 °C, embora normalmente sejam preferidas temperaturas de 0 a 35°C para garantir boa solubilidade e retenção de quaisquer compostos orgânicos não polares voláteis.

Podem ser usadas pressões na faixa de 0,5 a 10 bara.

Normalmente, a pressão é pelo menos 0,9 bara ou pelo menos pressão atmosférica, uma vez que as pressões reduzidas podem fazer com que os solventes orgânicos voláteis não polares evaporem, reduzindo assim seu teor na solução que compreende diálcool de celulose (substituído). A adição pode ser realizada gota a gota, o que facilita a formação de esferas.

Além disso, nas realizações, a solução contendo diálcool de celulose (substituído) é adicionada ao antissolvente.

O tamanho das gotas adicionadas podem influenciar o tamanho das cápsulas esféricas formadas.

Sem se ater à teoria, acredita-se que as cápsulas esféricas formem-se como resultado da formação localizada de uma fase separada de composto orgânico não polar, devido à sua insolubilidade no antissolvente.

Portanto, quando a solução e o antissolvente são misturados, ocorre precipitação do diálcool de celulose (substituído) em uma região em que existe uma fase orgânica não polar separada.

Já que não pode se misturar à fase fluida, essa fase orgânica não polar separada migra para o centro da região de precipitação, fazendo com que um invólucro de diálcool de celulose (substituído) se forme em torno dela.

As cápsulas podem ser feitas em uma faixa de tamanhos, por exemplo, tendo diâmetros médios de partícula na faixa de 1 µm a 5 mm.

As cápsulas de 0,5 a 5,0 mm podem ser realizadas em uma realização.

Em outras realizações, as microcápsulas esféricas podem ser realizadas tendo diâmetros de 1 a 1000 µm.

As microesferas, em oposição às esferas de diâmetro em mm, pode ser realizadas usando procedimentos microfluídicos, por exemplo, como descrito por Utada et al em MRS Bulleting, 32, 2007, 702-708, e por Carrick et al em RCS Advances, 2014, 4, 19061-19067. Nas realizações, as cápsulas esféricas ou microesféricas são expansíveis.

As cápsulas expandidas geralmente são na faixa de 1,5 a 8 vezes maiores em diâmetro que as cápsulas não expandidas, por exemplo, 2 a 7 vezes ou 3 a 6 vezes seu diâmetro original.

Os tamanhos de partícula são adequadamente medidos usando técnicas de dispersão de luz, por exemplo, difração a laser, como dispersão de luz de laser em baixo ângulo (LALLS). Essas técnicas são particularmente úteis para a medição de microesferas.

Outras técnicas incluem análise de imagem a partir de uma fotografia ou imagem micrográfica eletrônica das cápsulas esféricas pré ou pós-expandidas.

Para expandir as cápsulas, elas podem ser aquecidas.

A temperatura necessária dependerá do ponto de ebulição do agente de expansão (composto orgânico não polar) usado.

Nas realizações, a temperatura está acima da temperatura de ebulição do agente de expansão, enquanto, ao mesmo tempo, está abaixo da temperatura de fusão do diálcool de celulose (substituído). As temperaturas típicas para expansão incluem faixas de 0 a 200°C, por exemplo, 20 a 200°C, como 50 a 190°C ou 100 a 190°C.

Em outras realizações, a pressão em torno das cápsulas é reduzida.

Isso pode ser atingido ao reduzir a pressão circundante em 10% ou mais, por exemplo 20% ou mais ou 50% ou mais.

Assim, por exemplo, se a síntese fosse realizada em pressão ambiente, por exemplo, 1 bara, então uma pressão de 0,9 bara ou menos, por exemplo, 0,8 bara ou menos ou 0,5 bara ou menos, pode ser usada.

Essa técnica pode causar evaporação ou expansão do agente de expansão, que expande as cápsulas.

Para a expansão, as cápsulas devem estar em um estado amolecido.

Isso significa exceder a temperatura de transição vítrea (Tg) do diálcool de celulose (substituído), ou manter as cápsulas em um estado úmido, de modo que a parede esteja macia, por exemplo, ao umedecê-las com antissolvente ou água sob pressão reduzida e/ou em temperatura elevada a uma temperatura na faixa de 30°C a 200°C, por exemplo, na faixa de 30 a 150 °C.

As formas de aquecimento das cápsulas esféricas incluem contato direto ou indireto com um meio de transferência de calor, como vapor ou vapor pressurizado, como descrito, por exemplo, em WO2004/056549, WO2014/198532 e WO2016/091847. Em realizações adicionais, pode-se usar o contato direto ou indireto com outros gases aquecidos (por exemplo, ar ou nitrogênio) opcionalmente misturados ao vapor.

Ainda em realizações adicionais, onde utiliza-se aquecimento indireto, pode-se usar um meio líquido de transferência de calor, por exemplo, óleo aquecido.

Em outra realização, a radiação infravermelha pode ser usada para aquecer as cápsulas.

Onde o agente de expansão é relativamente não volátil, então o aquecimento pode não ser necessário.

Por exemplo, caso a síntese seja conduzida sob pressão elevada, então pode ser simplesmente necessário aliviar a pressão para garantir a expansão das cápsulas esféricas.

Adicionalmente, filtra o material da mistura de síntese de fase líquida também pode resultar em expansão sem qualquer aquecimento.

Contrariamente, se o agente de expansão não for relativamente volátil, então podem ser usadas pressões reduzidas.

No geral, podem ser usadas as pressões na faixa de 0,5 a 1,5 bara, e as temperaturas na faixa de 10 a 200°C, dependendo do agente de expansão, e da extensão de peso molecular, abertura do anel e/ou carboxilação ou outra funcionalização do diálcool de celulose.

As propriedades de expansão das cápsulas podem ser avaliadas usando um analisador termomecânico (por exemplo, um Mettler TMA 841) e dados quantitativos podem ser obtidos de imagens usando software adequado, por exemplo, software STARe.

Tinicial é a temperatura na qual inicia-se a expansão e Tmáx é a temperatura na qual obtém-se a expansão máxima.

As cápsulas podem ser separadas do meio de síntese por meios conhecidos, por exemplo, filtração, decantação ou centrifugação.

Podem ser providas na forma de uma pasta, por exemplo, em uma pasta aquosa, ou na forma de partículas secas (por exemplo, pó seco). Também podem ser providas na forma de bolo seco, em que as cápsulas não são completamente desidratadas e permanecem livremente aderidas entre si.

As cápsulas podem ser providas na forma não expandida ou expandida.

As aplicações de microesferas incluem a manufatura de papel (por exemplo, papel em relevo, um filtro de papel, um agente de dimensionamento), tintas, rolhas, composições à base de cimento, adesivos, espumas, materiais isolantes,

revestimentos, produtos à base de borracha, materiais termoplásticos, termofixos, cerâmicos e compósitos não tecidos, cargas, etc., para prover, por exemplo, uma carga leve nessas aplicações.

Aplicações de esferas dimensionadas em mm incluem materiais de fornecimento de medicamento, catálise, isolantes, embalagens, cosméticos e ópticas.

Exemplos [Síntese de diálcool de celulose] uma bomba de celulose com grau de dissolução foi provida por Domsjö Fabriker AB, Suécia (Domsjö Dissolving Plus). O teor de celulose foi 93% em peso, com uma carga superficial de 29 µeq/g com um grau de polimerização de aproximadamente 780. N, N-Dimetilacetamida (DMAc) e cloreto de lítio (LiCl) foram adquiridos da Sigma Aldrich, e o gás propano foi adquirido da from AGA Gas AB.

As fibras de celulose foram suspensas em água a uma concentração de 20 g/L e deixadas reagir com periodato de sódio, NaIO4. A quantidade de periodato de sódio usada foi suficiente para garantir uma concentração de 1,35 g/g de fibra.

Além disso, adicionou-se 2-propanol (6,3 vol%). A mistura foi deixada durante 2 horas no escuro a uma temperatura de 50°C.

A reação foi interrompida pela filtração, seguida de enxague com água até atingir-se uma condutividade do filtrado de menos de 5 μS/cm.

As fibras resultantes nesse estágio apresentaram um teor de carbonila de 2,62±0,03 mmol/g, correspondendo a aproximadamente 22% dos anéis de glicose sendo oxidados e, portanto, abertos.

As fibras foram então novamente dispersas em água a uma concentração de 8 g/L, e deixadas reagir com boro-hidreto de sódio, NaBH4, a uma concentração de 0,5 g/g de fibra. Também adicionou-se 0,01M de fosfato monossódico, NaH2PO4, para garantir que o pH fosse mantido abaixo de um valor de

10. A reação continuou durante 2 h em temperatura ambiente, após qual foi interrompida por filtração, e o resíduo enxaguado com água até a condutividade do filtrado estar abaixo de 5 μS/cm. [Síntese da Cápsula] As fibras de celulose ou diálcool de celulose foram deixadas edemaciar em água, e tornaram-se solúveis usando um procedimento de troca de solvente, como descrito por Carrick et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6(23), 20928-20935. Nesse método, as fibras edemaciadas em água foram suspensas em 96% de etanol durante 2 dias antes de serem filtradas. As fibras edemaciadas em etanol foram suspensas em DMAc, filtradas e novamente suspensas em DMAc um total de quatro vezes durante um período de 2 dias. As fibras edemaciadas em DMAc foram então dissolvidas ao preparar uma solução em 7% em peso de LiCl/DMAc ao adicionar cloreto de lítio durante um período de 30 minutos a DMAc, que foi aquecido em banho em óleo a 110°C durante aproximadamente 30 min, o LiCl sendo pré-aquecido em um forno a 105°C para remover traços de água. A solução foi deixada esfriar a 60°C, ponto no qual as fibras de celulose tratadas com DMAc foram adicionadas à solução de LiCl/DMAc para produzir uma solução de celulose de 1,5% em peso. Para facilitar a dissolução da bomba, a solução foi agitada durante a noite em temperatura ambiente.

As cápsulas esféricas foram formadas usando um método de solidificação de solução descrito por Carrick et al. em Langmuir 2014, 30(26), 7635-7644. Primeiramente, 20 mL da solução de LiCl/DMAc/fibra preparada acima foram saturados com gás propano durante 1 hora.

Em seguida, um antissolvente foi adicionado gota a gota usando uma agulha com um diâmetro de 1,2 mm, resultando em precipitação de cápsulas esféricas de tamanho em mm.

O antissolvente usado foi selecionado a partir de metanol, etanol, isopropanol e misturas aquosas de cada um destes.

Água também foi suada como um controle.

As cápsulas foram enxaguadas ao colocá-las em não solvente fresco 24 h após a precipitação.

A etapa de enxague foi repetida 3 vezes ao dia durante 2 dias, usando uma mesa vibratória e 250 mL do não solvente.

As dimensões das cápsulas produzidas foram medidas de imagens capturadas com um microscópio óptico.

Os parâmetros foram avaliados em 10 cápsulas.

A morfologia superficial e a espessura da parede das cápsulas foram caracterizadas usando um microscópio eletrônico de varredura de emissão em campo Hitachi S-4800 (FE-SEM). [Experimentos de expansão] A expansão da cápsula foi realizada ao expor as cápsulas a uma pressão externa reduzida.

Alguns experimentos foram realizados em água, onde as cápsulas foram colocadas em um frasco preenchido com água conectado a um bomba a vácuo.

Para observar a expansão das cápsulas em estado úmido retiradas da água, elas foram colocadas em uma pipeta de vidro vedada em uma extremidade, e conectada a uma bomba a vácuo na outra extremidade.

O desempenho foi avaliado usando uma câmera de alta velocidade.

As propriedades das cápsulas produzidas de diálcool de celulose são mostradas na Tabela 1. Esses resultados destacam que os álcoois são antissolventes adequados, embora cápsulas melhoradas sejam obtidas quando diluídas em água, em particular tendo melhores propriedades de encapsulamento e retenção de gás.

Os melhores resultados parecem estar associados a uma polaridade acima daquela do metanol puro, isto é, um valor de polaridade relativa acima de 0,762 e εanti acima de 33,7, mas abaixo daquele da água, isto é, abaixo de um valor de polaridade relativa de 1,000 e εanti inferior a 80,1. Tabela 1 – Propriedades da cápsula de diálcool de celulose

Exemplo Antissolvente (a) εanti Esférica? Encapsulamento de gás(b)

(c) 1 Água 80,1 1,000 Não Não

2 água/ metanol (1:1) 65,6 0,927 Sim (d) sim, elevado

3 água/ metanol (1:1.2) 63,7 0,917 Sim sim, elevado

4 metanol 33,0 0,762 Sim não

5 água/etanol (1:1) 67,2 0,918 Sim sim, mais baixo

6 etanol 25,3 0,654 Sim Não

7 água/isopropanol (1:1) 68,7 0,913 Sim sim, muito baixo

8 isopropanol 20,2 0,546 Sim não

(a) figuras entre parêntese representam razões em volume (b) medido poucas horas após preparação – eficiência relativa de retenção de gás (propano), com base na inspeção visual e no tamanho da porção interna oca das cápsulas (c) exemplo comparativo (d) caudas presentes nas cápsulas A Figura 1 mostra fotografias que demonstram os efeitos de diferentes antissolventes, nos quais (a) se refere ao Exemplo 4 (apenas metanol), (b) ao Exemplo 2 (1:1 água/metanol), (c) ao Exemplo 6 (apenas etanol), (d) ao Exemplo 5 (1:1 água/etanol) e (e) ao Exemplo 3 (1:1.2 água/metanol). As misturas de água/metanol como antissolvente, com εanti de aproximadamente 60 a aproximadamente 70 e de aproximadamente 0,90 a 0,95, pareceram fornecer um ótimo rendimento, tamanho e homogeneidade das cápsulas esféricas ocas.

A Tabela 2 compara as propriedades das cápsulas preparadas de celulose e também das cápsulas de Exemplo 3. As cápsulas de celulose foram preparadas usando uma via análoga àquela do Exemplo 3, exceto usando fibras de celulose que não foram submetidas a qualquer pré-tratamento de oxidação/redução.

Tabela 2 – Comparação de Celulose e Diálcool de celulose Diálcool de Celulose celulose (Exemplo 3)

Concentração da solução [% 1,5 1,5 em peso]

Viscosidade cinemática da 24,54 2264,8 solução [mm2/s]

Diâmetro da cápsula úmida 2,43±0,09 2,21±0,06 [mm]

Peso da cápsula úmida [mg] 4,62±0,21 4,61±0,31

Diâmetro da cápsula seca 1,29±0,05 n/a (a)

[mm]

Peso da cápsula seca [mg] 0,13 0,21

Porcentagem de água na 97,2 95,4 cápsula úmida [%]

Densidade da cápsula úmida 614,93 815,69 [kg m-3]

Densidade da cápsula seca 115,66 n/a [kg m-3] (a) As cápsulas foram significativamente deformadas, de modo que seu diâmetro não pudesse ser medido precisamente.

A Figura 2 mostra imagens microscópicas ópticas de (a) cápsulas de diálcool de celulose úmidas e (b) secas em ar do Exemplo 3. A amostra úmida mostra uma parede mais grossa que a mostra seca.

No entanto, é evidente a estrutura clara do núcleo/invólucro.

A Figura 3 mostra micrografias eletrônicas de cápsulas do Exemplo 3, que foram (a) liofilizadas e (b) secas em ar, com as micrografias (c) e (d) sendo as respectivas seções transversais.

As micrografias (e) e (f) são imagens ampliadas das seções destacadas de imagens (c) e (d), respectivamente.

Essas micrografias destacam as diferenças de espessura da parede entre as amostras úmidas e secas (a amostra liofilizada foi realizada antes da secagem, para preservar as características úmidas das cápsulas). Em todos os casos, é claramente evidente a estrutura de núcleo/invólucro.

A Figura 4 mostra características de expansão das cápsulas do Exemplo 3, em que (a) é anterior e (b) é posterior à aplicação de uma pressão reduzida a um frasco contendo as esferas suspensas em água, como descrito acima.

A alteração no diâmetro interno de (a) a (b) é um fator de 1,49 (isto é, diâmetro interno (b) = 1,49 x diâmetro interno (a)), isto é, um aumento de 49%. A alteração no diâmetro externo é um fator de 1,13 de (a) a (b), isto é, um aumento de 13%. A Figura 5 mostra as características de expansão de cápsulas úmidas (mas não mais suspensas em água) do Exemplo 3 vinte minutos após sua remoção da suspensão em água líquida, (a) anterior e (b) posterior ao submissão a pressão reduzida em uma pipeta de Pasteur, como descrito acima.

Observe que, devido às esferas não mais estarem em uma suspensão de água (conforme Figura 4), então os invólucros poliméricos não estão edemaciados à mesma medida, assim, os invólucros poliméricos parecem mais finos que aqueles na Figura 4. O raio da esfera oca aumentou em um fator de 1,33 (isto é, um aumento de raio de 33%). A Figura 6 mostra cápsulas esféricas (a) pré e (b) pós-expandidas feitas de (i) celulose e (ii) diálcool de celulose.

As esferas ocas de diálcool de celulose expandiram- se a uma maior extensão, o raio (externo) aumentando em um fator de 1,24 (isto é, aumento de 24%) em comparação a um fator de 1,05 (isto é, um aumento de 5%) para as cápsulas de celulose.

REIVINDICAÇÕES

1. CÁPSULAS ESFÉRICAS COMPREENDENDO UM INVÓLUCRO POLIMÉRICO QUE CIRCUNDA UM NÚCLEO OCO, sendo o invólucro polimérico caracterizado por compreender um diálcool de celulose opcionalmente substituído.

2. CÁPSULAS ESFÉRICAS, de acordo com a reivindicação 1, sendo o invólucro polimérico caracterizado por compreender: (i) diálcool de celulose não substituído; ou (ii) invólucro polimérico compreende diálcool de celulose substituído por um ou mais substituintes, de acordo com as fórmulas a seguir (1) a (7); . Fórmula (1) Fórmula (2) Fórmula (3) Fórmula (4) Fórmula (5) Fórmula (6) Fórmula (7) em que:

Cg é um átomo de carbono que faz parte da coluna do diálcool de celulose; A é selecionado dentre -H, - ORb e -C(O)ORb; Ra é selecionado dentre: (a) grupos alifáticos saturados ou insaturados tendo de 1 a 11 átomos de carbono e que podem ser lineares, ramificados ou cíclicos; que são opcionalmente substituídos por um ou mais substituintes selecionados dentre grupos –OH, halogeneto, alquila C1-4 e alcóxi C1-4, em que os grupos alquila C1-4 e alcóxi C1-4, por sua vez, são opcionalmente substituídos por um ou mais grupos selecionados dentre halogeneto e –OH; (b) anéis aromáticos de 5 e 6 membros, que são opcionalmente substituídos como estabelecido no item (a); (c) grupo alifático linear ou ramificado saturado ou um grupo alifático cíclico , em que v é um número inteiro na faixa de 1 a 11, em que w é um número inteiro na faixa de 3 a 11, e em que Rc é selecionado independentemente dentre H, -OH, halogeneto, alquila C1-4 e alcóxi C1-4, em que os grupos alquila C1-4 e alcóxi C1-4 são opcionalmente substituídos como estabelecido no item (a); (d) grupos alifáticos lineares ou ramificados insaturados compreendendo ligações duplas “y”, em que x é um número inteiro na faixa de 2 a 11 e y é 1 ou 2; (e) grupos alifáticos cíclicos insaturados compreendendo ligações duplas “y”, em que y é 1 ou 2, e em que w é como definido acima; (f) grupos aromáticos , em que z é 5 ou 6; (g) os grupos alifáticos lineares ou ramificados compreendendo um anel cíclico alifático ou aromático de fórmula , tendo não mais que 11 átomos de carbono, em que E é , ou , como definido acima, p e r são, cada um, independentemente um número inteiro de 0 a 8 e p + r é pelo menos 1, e em que q e s são, cada um, o número de ligações duplas no respectivo componente alifático não cíclico e são, cada um, independentemente selecionados dentre 0, 1 e 2; (h) em que A é H nas Fórmulas (2) a (7), Ra pode estar ausente; Rb em cada ocorrência é selecionado independentemente dentre H e grupos alquila C1-4, opcionalmente com um ou mais substituintes selecionado dentre halogeneto grupos -OH; na fórmula (3), k é um número inteiro na faixa de 1 to 4; e na Fórmula (5), Y é O ou está ausente.

3. CÁPSULAS ESFÉRICAS, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizadas por serem expansíveis ao aquecer e/ou ao reduzir a pressão externa.

4. PROCESSO PARA PREPARAR CÁPSULAS ESFÉRICAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender mistura de uma solução compreender diálcool de celulose dissolvido opcionalmente substituído e um ou mais compostos orgânicos não polares com antissolvente para formar as cápsulas esféricas, em que o antissolvente compreende ou consiste em um ou mais compostos, e possui uma ou mais das características a seguir: (i) antissolvente possui uma constante dielétrica calculada, εanti, de menos de 80,1, em que εanti é calculada, de acordo com a equação:

em que: εanti = a constante dielétrica calculada do antissolvente a 20°C; εi = a constante dielétrica do composto puro i a 20°C; n = o número de compostos diferentes no antissolvente; Mi = a fração de mole do composto i no antissolvente; (ii) antissolvente possui uma polaridade relativa calculada, , de menos de 1,00, calculado de acordo com a equação:

em que: = a polaridade relativa calculada do antissolvente; = a polaridade relativa do composto puro i a 25°C e pressão atmosférica, em comparação à água; n = o número de compostos diferentes no antissolvente; Mi = a fração de mole do composto i no antissolvente. (iii) antissolvente compreende um ou mais compostos selecionados dentre álcoois C1-6, dióis C2-6, trióis C3-6, C1-6 haloálcoois, C1-6 halodiálcoois, éteres de álcool C1-6, éteres de glicol ou éteres de glicerol C1-6, cetonas e dicetonas C1-6,

aldeídos C1-6, haloéteres C1-8, aminas C1-6, álcoolaminas C1-6, ácidos carboxílicos C1-6 e também seus anidridos e ésteres C1- 4, nitrilos C1-6, amidas C1-6 e seus derivados alquil C1-2 N- ou N,N-substituídos, anidridos cíclicos ou amidas C4-8, organossulfatos C1-6 e sulfóxidos C1-6, e opcionalmente também podem compreender água; (iv) solubilidade do solvente orgânico não polar no antissolvente é inferior a 1% em peso.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por uma ou mais das seguintes condições se aplicar: (i) composto orgânico não polar ser selecionado dentre alcanos C3-8 e isoalcanos C4-12; (ii) invólucro polimérico das cápsulas esféricas ser como definido na reivindicação 2; (iii) valor de εanti do antissolvente estar na faixa de 20,0 a 80,0, ou de 34,0 a 80,0.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 4 ou reivindicação 5, caracterizada pela solução caracterizada compreendendo o diálcool de celulose opcionalmente substituída ser adicionada ao antissolvente.

7. PROCESSO, de acordo com quaisquer reivindicações 4 a 7, caracterizado pelas cápsulas esféricas serem expansíveis.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelas cápsulas esféricas serem expandidas por aquecimento acima da temperatura de transição vítrea e abaixo da temperatura de fusão do diálcool de celulose opcionalmente substituído; e/ou ao reduzir a pressão externa em 10% ou mais.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. CÁPSULAS ESFÉRICAS, caracterizadas por compreenderem um invólucro polimérico que circunda um núcleo oco, em que o invólucro polimérico compreende um diálcool de celulose opcionalmente substituído.

2. CÁPSULAS ESFÉRICAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo invólucro polimérico compreender: (i) diálcool de celulose não substituído; ou (ii) o invólucro polimérico compreende diálcool de celulose substituído por um ou mais substituintes, de acordo com as fórmulas a seguir (1) a (7); Fórmula (1) Fórmula (2) Fórmula (3) Fórmula (4) Fórmula (5) Fórmula (6) Fórmula (7) em que:

Cg é um átomo de carbono que faz parte da cadeia principal do diálcool de celulose; A é selecionado dentre -H, - ORb e -C(O)ORb; Ra é selecionado dentre: (a) grupos alifáticos saturados ou insaturados tendo de 1 a 11 átomos de carbono e que podem ser lineares, ramificados ou cíclicos; que são opcionalmente substituídos por um ou mais substituintes selecionados dentre grupos –OH, halogeneto, alquila C1-4 e alcóxi C1-4, em que os grupos alquila C1-4 e alcóxi C1-4, por sua vez, são opcionalmente substituídos por um ou mais grupos selecionados dentre halogeneto e –OH; (b) anéis aromáticos de 5 e 6 membros, que são opcionalmente substituídos como estabelecido no item (a); (c) grupo alifático linear ou ramificado saturado ou um grupo alifático cíclico , em que v é um número inteiro na faixa de 1 a 11, em que w é um número inteiro na faixa de 3 a 11, e em que Rc é selecionado independentemente dentre H, -OH, halogeneto, alquila C1-4 e alcóxi C1-4, em que os grupos alquila C1-4 e alcóxi C1-4 são opcionalmente substituídos como estabelecido no item (a); (d) grupos alifáticos lineares ou ramificados insaturados compreendendo ligações duplas “y”, em que x é um número inteiro na faixa de 2 a 11 e y é 1 ou 2; (e) grupos alifáticos cíclicos insaturados compreendendo ligações duplas “y”, em que y é 1 ou 2, e em que w é como definido acima; (f) grupos aromáticos , em que z é 5 ou 6; (g) os grupos alifáticos lineares ou ramificados compreendendo um anel cíclico alifático ou aromático de fórmula , tendo não mais que 11 átomos de carbono, em que E é , ou , como definido acima, p e r são, cada um, independentemente um número inteiro de 0 a 8 e p + r é pelo menos 1, e em que q e s são, cada um, o número de ligações duplas no respectivo componente alifático não cíclico e são, cada um, independentemente selecionados dentre 0, 1 e 2; (h) em que A é H nas Fórmulas (2) a (7), Ra pode estar ausente; Rb em cada ocorrência é selecionado independentemente dentre H e grupos alquila C1-4, opcionalmente com um ou mais substituintes selecionado dentre halogeneto grupos -OH; na fórmula (3), k é um número inteiro na faixa de 1 to 4; e na Fórmula (5), Y é O ou está ausente.

3. CÁPSULAS ESFÉRICAS, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadas por serem expansíveis por aquecimento e/ou redução da pressão externa.

4. PROCESSO PARA PREPARAR CÁPSULAS ESFÉRICAS conforme definidas na reivindicação 1, caracterizado por compreender mistura de uma solução compreender diálcool de celulose dissolvido opcionalmente substituído e um ou mais compostos orgânicos não polares com antissolvente para formar as cápsulas esféricas, em que o antissolvente compreende ou consiste em um ou mais compostos, e possui uma ou mais das características a seguir: (i) antissolvente possui uma constante dielétrica calculada, εanti, de menos de 80,1, em que εanti é calculada, de acordo com a equação:

em que: = a polaridade relativa calculada do antissolvente; = a polaridade relativa do composto puro i a 25°C e pressão atmosférica, em comparação à água; n = o número de compostos diferentes no antissolvente; Mi = a fração de mole do composto i no antissolvente; (iii) antissolvente compreende um ou mais compostos selecionados dentre álcoois C1-6, dióis C2-6, trióis C3-6, C1-6 haloálcoois, C1-6 halodiálcoois, éteres de álcool C1-6, éteres de glicol ou éteres de glicerol C1-6, cetonas e dicetonas C1-6,

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por uma ou mais das seguintes condições se aplicar: (i) composto orgânico não polar ser selecionado dentre alcanos C3-8 e isoalcanos C4-12; (ii) invólucro polimérico das cápsulas esféricas ser conforme definido na reivindicação 2; (iii) valor de εanti do antissolvente estar na faixa de 20,0 a 80,0, ou de 34,0 a 80,0.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pela solução compreendendo o diálcool de celulose opcionalmente substituída ser adicionada ao antissolvente.

7. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado pelas cápsulas esféricas serem expansíveis.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelas cápsulas esféricas serem expandidas por aquecimento acima da temperatura de transição vítrea e abaixo da temperatura de fusão do diálcool de celulose opcionalmente substituído; e/ou por redução da pressão externa em 10% ou mais.