CH659591A5 - MICROCAPSULES AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Mikrokapseln mit semipermeabler bzw. permeabler Kapselwand und flüssigem Kern und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Nach diesem Verfahren lassen sich empfindliche Substanzen unter physiologischen Bedingungen kapseln. Die hierbei erhaltenen Produkte können z. B. für Trenn- und Stoffwandlungsprozesse in der präpara-tiven und analytischen Chemie und Biochemie, der Pharmazie und Medizin sowie der Land- und Nahrungsgüterwirtschaft eingesetzt werden. The invention relates to microcapsules with a semipermeable or permeable capsule wall and a liquid core and a process for their production. With this method, sensitive substances can be encapsulated under physiological conditions. The products obtained here can e.g. B. for separation and material conversion processes in preparative and analytical chemistry and biochemistry, pharmacy and medicine as well as agriculture and food industry.
Mikrokapseln mit semipermeabler bzw. permeabler Kapselwand und flüssigem Kern sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt (V. D. Solodovnik: Mikrokap-selung, Chimija, Moskau, 1980; J. R. Nixon: Microencapsu-lation. Marcel Dekker Inc. New York-Basel, 1976; J. E. Vandegaer: Microencapsulation Processes and Applications. Plenum Press, New York-London, 1974; M. Gutcho: Capsule Technology and Microencapsulation. Noyes Data Corp., Park Ridge, 1972). Microcapsules with a semipermeable or permeable capsule wall and a liquid core are known in a wide variety of embodiments (VD Solodovnik: Mikrokapselselung, Chimija, Moscow, 1980; JR Nixon: Microencapsulation. Marcel Dekker Inc. New York-Basel, 1976; JE Vandegaer : Microencapsulation Processes and Applications. Plenum Press, New York-London, 1974; M. Gutcho: Capsule Technology and Microencapsulation. Noyes Data Corp., Park Ridge, 1972).
Die verwendeten Polymere oder Polymerkombinationen für die Kapselwand weisen jedoch in vielen Fällen Nachteile hinsichtlich ihrer Permeationseigenschaften, ihrer Elastizität und mechanischen Stabilität, z. B. bei hohem osmotischem The polymers or polymer combinations used for the capsule wall, however, have disadvantages in many cases with regard to their permeation properties, their elasticity and mechanical stability, e.g. B. at high osmotic
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Druck innerhalb der Kapsel, auf. Der flüssige Kern besteht meist aus einer öligen, nicht mit Wasser mischbaren organischen Flüssigkeit, was sich nachteilig auf die Eigenschaften empfindlicher zu kapselnder Substanzen und auf den Stofftransport bei Anwendung der Mikrokapseln in wässrigen Systemen auswirkt. Pressure inside the capsule. The liquid core usually consists of an oily, water-immiscible organic liquid, which has a disadvantageous effect on the properties of sensitive substances to be encapsulated and on the mass transfer when the microcapsules are used in aqueous systems.
Zur Herstellung von Mikrokapseln sind zahlreiche mechanisch-physikalische und chemische Verfahren bekannt. Das Prinzip der mechanisch-physikalischen Kapselungsverfahren besteht im allgemeinen darin, dass man das Kernmaterial verdüst und im Gasraum mit dem Wandmaterial umhüllt. Dabei kann das Wandmaterial bereits im Kernmaterial gelöst sein (Sprühtrocknung) oder nachträglich mit den Kernmaterialteilchen oder -tröpfchen in Kontakt gebracht werden (Tauchverfahren, Mehrstoffdüsen-Verfahren, Wir-belbettbeschichtung u. ä. Numerous mechanical-physical and chemical processes are known for producing microcapsules. The principle of the mechanical-physical encapsulation process generally consists in atomizing the core material and encasing it in the gas space with the wall material. The wall material can already be dissolved in the core material (spray drying) or can subsequently be brought into contact with the core material particles or droplets (immersion method, multi-component nozzle method, fluidized bed coating and the like).
Nachteile dieser Verfahren bestehen vor allem in der Anwendung höherer Temperaturen, der Verwendung organischer Lösungsmittel oder der Undurchlässigkeit der Kapselhülle. Die chemischen Verfahren arbeiten meist in flüssiger Phase, wobei die Wandbildung durch Grenzflächenpolyme-risation oder -kondensation oder durch Abscheidung eines vorgegebenen polymeren Wandmaterials erfolgen kann. Die Verwendung von meist aggressiven Monomeren und organischen Lösungsmitteln stellen wesentliche Nachteile der Kapselungsverfahren durch Grenzflächenreaktionen dar. Disadvantages of these methods are primarily the use of higher temperatures, the use of organic solvents or the impermeability of the capsule shell. The chemical processes mostly work in the liquid phase, and the wall formation can take place by interfacial polymerization or condensation or by deposition of a predetermined polymeric wall material. The use of mostly aggressive monomers and organic solvents are major disadvantages of the encapsulation processes due to interfacial reactions.
Bei den chemischen Verfahren unter Verwendung eines vorgegebenen polymeren Wandmaterials ist den meisten gemeinsam, dass man das Kernmaterial in der kontinuierlichen Phase emulgiert oder suspendiert und das in der kontinuierlichen Phase gelöste Polymer an der Phasengrenze zwischen Kern und Kontinum ausfällt, z. B. durch Änderung des pH-Wertes, der Temperatur, Salz- oder Lösungsmittelzusätze u. a.. Most of the chemical processes using a given polymeric wall material have in common that the core material is emulsified or suspended in the continuous phase and the polymer dissolved in the continuous phase precipitates at the phase boundary between the core and the continent, e.g. B. by changing the pH, the temperature, salt or solvent additives u. a ..
Derartige Bedingungen führen bei der Kapselung empfindlicher Substanzen leicht zu deren Schädigung. Such conditions easily lead to their damage when encapsulating sensitive substances.
Im Falle der sehr häufig angewandten Komplexkoazer-vation erfolgt die Ausfällung des Wandmaterials durch zwei entgegengesetzt geladene Polymere (W. Sliwka: Angew. Chem. 87 (1975) S. 556-567). In the case of very frequently used complex coaceration, the wall material is precipitated by two oppositely charged polymers (W. Sliwka: Angew. Chem. 87 (1975) pp. 556-567).
Die Verwendung nicht mit Wasser mischbarer organischer Flüssigkeiten als Kernmaterial und die meist noch notwendige Verfestigung der Kapselwand, wofür teilweise recht drastische Reaktionsbedingungen erforderlich sind, stellen für dieses Verfahren die wesentlichsten Nachteile dar. The use of non-water-miscible organic liquids as the core material and the mostly still necessary solidification of the capsule wall, for which sometimes quite drastic reaction conditions are required, are the main disadvantages for this process.
Ein relativ schonendes Einschlussverfahren besteht in der Herstellung von Mischungen aus dem zu kapselnden Material mit einer wässrigen Polyelektrolytlösung und Eintragen dieser Mischung in ein niedermolekulare Ionen enthaltendes Fällbad. Dabei entstehen infolge Ionendiffusion formstabile Gebilde mit einem durchgängigen Gelnetzwerk (J. Klein, U. Hackel, P. Schara und H. Eng: Angew. Makromol. Chem. 76/77 (1977) S. 329-350, DE-AS 1 917 738). A relatively gentle inclusion process consists in producing mixtures of the material to be encapsulated with an aqueous polyelectrolyte solution and introducing this mixture into a precipitation bath containing low molecular weight ions. As a result of ion diffusion, dimensionally stable structures with a continuous gel network are formed (J. Klein, U. Hackel, P. Schara and H. Eng: Angew. Makromol. Chem. 76/77 (1977) pp. 329-350, DE-AS 1 917 738).
Auch dieses Verfahren führt infolge notwendiger pH-Änderungen und/oder Anwesenheit mehrwertiger Metallionen zu einer teilweisen Schädigung empfindlicher Stoffe. Ausserdem besitzen solche Netzwerke keine permeable bzw. semipermeable Kapselwand und keinen flüssigen Kern. This process also leads to partial damage to sensitive substances due to necessary pH changes and / or the presence of polyvalent metal ions. In addition, such networks have no permeable or semipermeable capsule wall and no liquid core.
In der DE-OS 3 012 233 ist ein von solchen Gelteilchen ausgehendes weiterentwickeltes Verfahren zur Immobilisierung empfindlicher biologischer Systeme beschrieben, bei dem die periförmigen Teilchen durch nachträgliche Behandlung mit einer geeigneten Polyelektrolytlösung mit einer Po-lyelektrolytkomplexmembran umgeben werden und das Gel durch Ionenaustausch mit entsprechenden Pufferlösungen wieder verflüssigt wird. Die hierbei erhaltenen Mikrokapseln weisen den Nachteil auf, dass sie bei der Herstellung und Handhabung gegenüber äusseren Einflüssen sehr empfind659 591 DE-OS 3 012 233 describes a further developed process for immobilizing sensitive biological systems, based on such gel particles, in which the bead-shaped particles are surrounded with a polyelectrolyte complex membrane by subsequent treatment with a suitable polyelectrolyte solution and the gel by ion exchange with corresponding buffer solutions is liquefied again. The microcapsules obtained in this way have the disadvantage that they are very sensitive to external influences during manufacture and handling659 591
lieh sind, da die Kapselwände nur eine sehr geringe mechanische Festigkeit besitzen. Das Verfahren schliesst auch den eventuell schädigenden Einfluss von mehrwertigen Metallionen nicht aus. are borrowed because the capsule walls have very little mechanical strength. The process does not exclude the potentially damaging influence of polyvalent metal ions.
Ausserdem stellt die notwendige Wiederverflüssigung des Gelkerns durch Ionenaustausch einen zusätzlichen Eingriff in das gesamte System dar. In addition, the necessary reliquefaction of the gel core through ion exchange represents an additional intervention in the entire system.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, Mikrokapseln mit verbesserten Eigenschaften und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu entwickeln, um neue Möglichkeiten hinsichtlich der Mikrokapselung empfindlicher Substanzen und neue Einsatzgebiete der erhaltenen Produkte zu erschliessen. The aim of the invention is to develop microcapsules with improved properties and a process for their production in order to open up new possibilities with regard to the microencapsulation of sensitive substances and new fields of application of the products obtained.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Mikrokapseln und ein geeignetes Verfahren zu deren Herstellung zu entwickeln, wobei gleichzeitig die Kapselung empfindlicher Substanzen gewährleistet sein muss bzw. angestrebt wird. Die Kapselherstellung soll dabei unter möglichst schonenden, z. B. physiologischen Bedingungen durchführbar sein und die Kapselwand eine elastische, permeable bzw. semipermeable Membran darstellen, die gegenüber chemischen Einflüssen und mechanischen Beanspruchungen ausreichend stabil sein soll. Das Kapselinnere soll flüssig sein und keine Schädigung der zu kapselnden Substanz bewirken. The invention is therefore based on the object of developing microcapsules and a suitable process for their production, the encapsulation of sensitive substances at the same time having to be ensured or sought. The capsule production should be as gentle as possible, e.g. B. physiological conditions are feasible and the capsule wall is an elastic, permeable or semipermeable membrane, which should be sufficiently stable against chemical influences and mechanical stresses. The interior of the capsule should be liquid and should not cause any damage to the substance to be encapsulated.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass man die zu kapselnde wässrige Lösung eines Polyelektroly-ten in Form vorgebildeter, vorzugsweise kugelförmiger Teilchen in die wässrige Lösung eines entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyten oder einer entgegengesetzt geladenen niedermolekularen organischen Verbindung als Fällbad einträgt. According to the invention, the object is achieved by entering the aqueous solution to be encapsulated in the form of preformed, preferably spherical particles of the polyelectrolyte into the aqueous solution of an oppositely charged polyelectrolyte or an oppositely charged low molecular weight organic compound as a precipitation bath.
Dabei kann eine zu kapselnde Substanz in der Lösung des als Kernmaterial verwendeten Polyelektrolyten enthalten sein. Durch gegenseitige Ausfallung der entgegengesetzt geladenen Polyelektrolytkomponenten bzw. des Polyelektro-lyts mit der entgegengesetzt geladenen niedermolekularen organischen Verbindung entsteht an der Berührungsfläche beider Lösungen sofort eine aus dem entsprechenden Poly-elektrolytkomplex bestehende unlösliche Membran, die die im flüssigen Kernmaterial befindliche zu kapselnde Substanz einschliesst. A substance to be encapsulated can be contained in the solution of the polyelectrolyte used as the core material. Due to the mutual precipitation of the oppositely charged polyelectrolyte components or the polyelectrolyte with the oppositely charged low molecular weight organic compound, an insoluble membrane consisting of the corresponding polyelectrolyte complex, which includes the substance to be encapsulated in the liquid core material, immediately forms on the contact surface of both solutions.
Bei Anwendung des erfmdungsgemässen Verfahrens stellt diese Hülle eine für gelöste hochmolekulare Verbindungen undurchlässige, sehr dünne, jedoch mechanisch stabile Membran dar, die die als Kernmaterial verwendete Polyelektrolytlösung und die ggf. zu kapselnde Substanz einschliesst. Wesentlich für die Ausbildung und die Eigenschaften der gebildeten Membranhülle sind die Natur der verwendeten Polyelektrolyte bzw. der niedermolekularen organischen Ionen, die Fällbedingungen, die Konzentrationsverhältnisse in der Grenzschicht und die Viskosität der als Kernmaterial verwendeten Lösung. Es wurde gefunden, dass die Kapselwandstärke in radialer Richtung zum Kapselin-nern durch unterschiedliche Verweilzeiten der Polyelektro-lytlösungströpfchen im Fällbad gesteuert werden kann. Die Kapselungsbedingungen sind bezüglich Temperatur und pH-Wert der Polyelektrolytlösungen in weiten Grenzen variierbar, wobei jedoch zur möglichst schonenden Kapselung empfindlicher Substanzen Temperaturen von 273 bis 323 K und pH-Werte von 5 bis 9 bevorzugt werden. When the method according to the invention is used, this shell represents a very thin, but mechanically stable membrane which is impermeable to dissolved high-molecular compounds and which includes the polyelectrolyte solution used as the core material and the substance which may be encapsulated. The nature of the polyelectrolytes or the low molecular weight organic ions used, the precipitation conditions, the concentration ratios in the boundary layer and the viscosity of the solution used as core material are essential for the formation and the properties of the membrane shell formed. It was found that the capsule wall thickness in the radial direction to the interior of the capsule can be controlled by different residence times of the droplets of polyelectrolyte solution in the precipitation bath. The encapsulation conditions can be varied within wide limits with regard to the temperature and pH of the polyelectrolyte solutions, although temperatures of 273 to 323 K and pH values of 5 to 9 are preferred for the most gentle encapsulation of sensitive substances.
Als Lösungsmittel für die jeweiligen Polyelektrolytkomponenten bzw. die niedermolekularen organischen Ionen, kann reines Wasser eingesetzt werden. Pure water can be used as the solvent for the respective polyelectrolyte components or the low molecular weight organic ions.
Die Verwendung von Puffergemischen, wie z. B. 0,001 bis 1 M Phosphatpuffer, oder von Lösungen niedermolekularer Elektrolyte ermöglicht darüber hinaus die gezielte Einstellung bestimmter pH-Werte und unterschiedlicher Ionenstärken. Hinsichtlich der erfindungsgemäss für das Kernmaterial zu verwendenden Polyelektrolyte haben sich sulfat- oder carb- The use of buffer mixtures, such as. B. 0.001 to 1 M phosphate buffer, or of solutions of low molecular weight electrolytes also enables the targeted adjustment of certain pH values and different ionic strengths. With regard to the polyelectrolytes to be used according to the invention for the core material, sulfate- or carbo-
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oxylatgruppenhaltige Polysaccharide oder Polysaccharid-derivate, wie z. B. Cellulosesulfat, Dextransulfat, Stärkesulfat, Celluloseacetatsulfat, Carboxymethylcellulosesulfat, Carboxymethylcellulose oder Alginat, in Form ihrer Natrium-Salze, allein oder in Mischung besonders bewährt. Geeignet sind jedoch auch carboxylat- oder sulfonatgruppenhaltige synthetische Polymere, die z. B. Poly- oder Copoly-acrylate, -maleinate oder Polystyrensulfonat. Die Polyelek-trolytkonzentration in der wässrigen Kernmateriallösung kann in Abhängigkeit von der Natur des verwendeten Polyelektrolyten und dem Polymerisationsgrad zwischen 0,5 bis 20 Masse-% variiert werden. oxysate-containing polysaccharides or polysaccharide derivatives, such as. As cellulose sulfate, dextran sulfate, starch sulfate, cellulose acetate sulfate, carboxymethyl cellulose sulfate, carboxymethyl cellulose or alginate, in the form of their sodium salts, alone or in a mixture, has proven particularly useful. However, synthetic polymers containing carboxylate or sulfonate groups are also suitable. B. poly- or copolyacrylates, -maleinates or polystyrene sulfonate. The polyelectrolyte concentration in the aqueous core material solution can be varied between 0.5 to 20% by mass, depending on the nature of the polyelectrolyte used and the degree of polymerization.
Während der Substitutionsgrad der Polysaccharidsulfate bzw. -carboxylate in weiten Grenzen variiert werden kann, z. B. zwischen 0,3 und 2,5, soll der Polymerisationsgrad nicht zu niedrig sein, da für die Stabilität der Mikrokapseln im Stadium des Entstehens eine gewisse Mindestviskosität erforderlich ist. Die Viskosität der fertigen Kernmaterialmischung sollte vorzugsweise in den Grenzen von 0,1 bis 10 Pa.s eingehalten werden und das 10- bis 100-fache der Fällbadviskosität betragen. Die Viskosität der Kernmaterialmischung kann sowohl über die Konzentration und den Polymerisationsgrad des verwendeten Polyelektrolyten, aber auch durch Zusatz anderer geeigneter wasserlöslicher Polymere gesteuert werden. While the degree of substitution of the polysaccharide sulfates or carboxylates can be varied within wide limits, e.g. B. between 0.3 and 2.5, the degree of polymerization should not be too low, since a certain minimum viscosity is required for the stability of the microcapsules at the stage of formation. The viscosity of the finished core material mixture should preferably be kept within the limits of 0.1 to 10 Pa.s and be 10 to 100 times the viscosity of the precipitation bath. The viscosity of the core material mixture can be controlled both via the concentration and the degree of polymerization of the polyelectrolyte used, but also by adding other suitable water-soluble polymers.
Für das Fällbad werden erfindungsgemäss wässrige Lösungen von Polykationen mit quartären Ammoniumgruppen, wie z. B. Polydimethyldiallylammoniumchlorid und Po-lyvinylbenzyltrimethylammoniumchlorid, oder von niedermolekularen organischen Kationen, insbesondere Kation-tensiden und/oder kationischen Farbstoffen mit einer quartären Stickstoffgruppierung verwendet. For the precipitation bath, aqueous solutions of polycations with quaternary ammonium groups, such as, for. B. polydimethyldiallylammonium chloride and polyvinylbenzyltrimethylammonium chloride, or of low molecular weight organic cations, in particular cationic surfactants and / or cationic dyes with a quaternary nitrogen grouping.
Von den Kationtensiden erwiesen sich quartäre Ammoniumsalze, wie z. B. Lauryldimethylbenzylammoniumchlo-rid, Pyridiniumsalze-, wie z. B. Stearamidomethylenpyridi-niumchlorid und Imidazoliumsalze, wie z. B. Heptadecylimi-dazoliumchlorid, als geeignet. Dabei kann der hydrophile langkettige Alkyl- oder Arylalkylrest des Tensids durch He-teroatome oder Heteroatomgruppen unterbrochen sein, z. B. Diisobutylphenoxyethoxyethyldimethylbenzyl-ammoniumchlorid, Dodecylcarbamylmethylbenzyldimethyl-ammoniumchlorid. Quaternary ammonium salts such as e.g. B. Lauryldimethylbenzylammoniumchlo-rid, pyridinium salts, such as. B. Stearamidomethylenpyridi-nium chloride and imidazolium salts, such as. B. heptadecylimi-dazolium chloride, as suitable. The hydrophilic long-chain alkyl or arylalkyl radical of the surfactant can be interrupted by hetero atoms or hetero atom groups, e.g. B. diisobutylphenoxyethoxyethyldimethylbenzylammonium chloride, dodecylcarbamylmethylbenzyldimethylammonium chloride.
Als kationische Farbstoffe können beispielsweise Amino-triarylmethanfarbstoffe, Acridinfarbstoffe, Methinfarbstoffe, Thiazinfarbstoffe, Oxazinfarbstoffe oder Azofarbstoffe, eingesetzt werden. Die Konzentration an Polykation, Ka-tiontensid und/oder kationischem Farbstoff im Fällbad soll 0,1 bis 20 Masse-%, vorzugsweise 0,2 bis 10 Masse-% betragen. Cationic dyes that can be used are, for example, amino-triarylmethane dyes, acridine dyes, methine dyes, thiazine dyes, oxazine dyes or azo dyes. The concentration of polycation, cationic surfactant and / or cationic dye in the precipitation bath should be 0.1 to 20% by mass, preferably 0.2 to 10% by mass.
Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist äusserst einfach. Zunächst vermischt man die für das Kernmaterial vorgesehene wässrige Polyelektrolytlösung bei dem für die zu kapselnde Substanz optimalen pH-Wert und einer geeigneten Temperatur mit der zu kapselnden Substanz, die bereits als wässrige Lösung, Dispersion oder in fester Form vorliegen kann. Die hierbei erhaltene Mischung wird nun durch einfaches Abtropfenlassen aus einer Kapillare oder Abblasen der sich bildenden Tröpfchen mit Luft oder einem Inertgas z. B. unter Verwendung einer konzentrischen Düse, zu kugeligen Teilchen verformt und in das gerührte oder anderweitig bewegte, gegebenenfalls temperierte und gepufferte Fällbad eingetragen. Die Bildung der Kapselhülle erfolgt sofort bei gegenseitiger Berührung von Kernmaterialtröpfchen und Fällbad. Aus diesem Grund kann die Abtrennung der gebildeten Mikrokapseln auch bereits unmittelbar nach dem Eintragen vorgenommen werden. Vorteilhafterweise belässt man die Mikrokapseln jedoch noch 10 s bis 120 min oder auch länger im Fällbad. Auf diese Weise sind die Dicke der Wandschicht und deren Eigenschaften bei gleichem Material und konstanten Kapselungsbedingungen auch gut reproduzierbar. The implementation of the method according to the invention is extremely simple. First, the aqueous polyelectrolyte solution provided for the core material is mixed with the substance to be encapsulated at the optimum pH value for the substance to be encapsulated and with the substance to be encapsulated, which can already be present as an aqueous solution, dispersion or in solid form. The mixture obtained in this way is then simply drained from a capillary or the droplets formed are blown off with air or an inert gas, for. B. using a concentric nozzle, deformed into spherical particles and introduced into the stirred or otherwise moved, optionally tempered and buffered precipitation bath. The capsule shell is formed immediately when the core droplets and the precipitation bath come into contact with one another. For this reason, the microcapsules formed can also be separated off immediately after the entry. However, the microcapsules are advantageously left in the coagulation bath for a further 10 s to 120 min or even longer. In this way, the thickness of the wall layer and its properties can also be easily reproduced with the same material and constant encapsulation conditions.
Die Wanddicke liegt hierbei in der Grössenordnung von s 0,1 bis 50 (im. Bei Verwendung von niedermolekularen Gegenionen kann sie jedoch wesentlich grösser sein. Die Grösse der Mikrokapseln kann durch eine entsprechende technische Gestaltung des Verformungsprozesses und die Viskosität der Kernmateriallösung in den Grenzen von 50 bis 5000 um vaio riiert werden. Zur Erzielung gleichmässiger-, kugelförmiger Mikrokapseln hält man zwischen Austrittsöffnung der Kapillare bzw. Düse und der Fällbadoberfläche einen Abstand von 5 bis 200 cm, vorzugsweise 10 bis 100 cm ein. The wall thickness here is in the order of magnitude of s 0.1 to 50 (in. However, when using low molecular counterions, it can be considerably larger. The size of the microcapsules can be within the limits of, due to an appropriate technical design of the deformation process and the viscosity of the core material solution 50 to 5000 microns to achieve uniform, spherical microcapsules, a distance of 5 to 200 cm, preferably 10 to 100 cm, is maintained between the outlet opening of the capillary or nozzle and the precipitation bath surface.
An die eigentliche Mikrokapselung schliesst sich im all-i5 gemeinen noch die Abtrennung der gebildeten Mikrokapseln vom Fällbad durch Filtration oder Dekantieren und Abspülen des überschüssigen anhaftenden Fällbades mit Wasser oder Pufferlösung an. The actual microencapsulation is generally followed by the separation of the microcapsules formed from the precipitation bath by filtration or decanting and rinsing off the excess adhering precipitation bath with water or buffer solution.
Zur Verfestigung und zur Herabsetzung der Durchlässig-20 keit der Kapselwand kann ausserdem eine Behandlung der Mikrokapseln mit einer verdünnten, z. B., 0,01 bis l%igen wässrigen Lösung des als Kernmaterial verwendeten Polyelektrolyten durchgeführt werden, an die sich zweckmässigerweise eine nochmalige Fällbadbehandlung anschliesst. 25 Die erfindungsgemäss hergestellten Mikrokapseln sind gegenüber Deformation und erhöhtem osmotischem Druck sehr stabil. Bei zu starker mechanischer Beanspruchung platzen sie allerdings auf und geben den flüssigen Kapselinhalt frei. In order to solidify and reduce the permeability of the capsule wall, treatment of the microcapsules with a diluted, for. B., 0.01 to 1% aqueous solution of the polyelectrolyte used as the core material, which is conveniently followed by another precipitation bath treatment. 25 The microcapsules produced according to the invention are very stable against deformation and increased osmotic pressure. If the mechanical stress is too great, however, they burst open and release the liquid capsule content.
30 Sie lassen sich einfrieren, ohne dass nach dem Auftauen eine Schädigung der Kapselwand zu verzeichnen ist. Gegenüber chemischen Einflüssen, wie z. B. 0,1 N NaOH, 0,1 N HCl, Ethanol, Aceton, ist die Kapselwand ebenfalls stabil. Für niedermolekulare anorganische und organische Sub-35 stanzen, wie z. B. Protonen, Hydroxylionen, Wasser, gelöste Salze, Farbstoffe und Zucker, stellt die Membran keine wesentliche Diffusionsschranke dar. 30 They can be frozen without the capsule wall being damaged after thawing. Against chemical influences, such as. B. 0.1 N NaOH, 0.1 N HCl, ethanol, acetone, the capsule wall is also stable. For low molecular weight inorganic and organic sub-35, such as. B. protons, hydroxyl ions, water, dissolved salts, dyes and sugar, the membrane is not an essential diffusion barrier.
Anhand der nachstehend angeführten Beispiele soll das erfmdungsgemässe Verfahren näher erläutert werden. The method according to the invention is to be explained in more detail with reference to the examples given below.
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Ausführungsbeispiele Embodiments
1.0,5 g Na-Cellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 2,0 werden in 10 ml 0,01 N Phosphatpuffer (pH 7,0) ge-45 löst. Die erhaltene Lösung wird bei Raumtemperatur durch eine Kapillare mit einem Innendurchmesser von 0,2 mm gedrückt und nach einer Fallstrecke von 30 cm in ein gerührtes Fällbad aus 2 g Polydimethyldiyllylammoniumchlorid (relative Molekülmasse 40 000) und 100 ml 0,01 M Phosphatpuf-50 fer (pH 7,0) getropft. Unmittelbar nach dem Eintritt in das Fällbad überziehen sich die Tropfen mit einer Haut aus dem Komplex der beiden entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyte. Nach 30 min werden die erhaltenen Mikrokapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt und mit 0,01 N 55 Phosphatpuffer (pH 7,0) gewaschen. Die kugelförmigen Mikrokapseln weisen einen Durchmesser von 2 bis 3 mm auf, sind durchsichtig und enthalten als Kernmaterial die eingesetzte Cellulosesulfatlösung. 1.0.5 g of Na cellulose sulfate with a degree of substitution of 2.0 are dissolved in 10 ml of 0.01 N phosphate buffer (pH 7.0). The solution obtained is pressed at room temperature through a capillary with an inner diameter of 0.2 mm and after a falling distance of 30 cm into a stirred precipitation bath made of 2 g of polydimethyldiyllylammonium chloride (molecular weight 40,000) and 100 ml of 0.01 M phosphate buffer 50 fer (pH 7.0). Immediately after entering the precipitation bath, the drops are covered with a skin made up of the complex of the two oppositely charged polyelectrolytes. After 30 min, the microcapsules obtained are separated from the precipitation bath by decanting and washed with 0.01 N 55 phosphate buffer (pH 7.0). The spherical microcapsules have a diameter of 2 to 3 mm, are transparent and contain the cellulose sulfate solution used as the core material.
Die gebildete Kapselwand ist defektfrei und stellt eine für 60 niedermolekulare Substanzen permeable Membran dar. Suspendiert man die Mikrokapseln in mit Phenolphthalein angefärbter 0,01 N NaOH und entfärbt das Suspensionsmedium nach ca. 3 min mit 0,1 N HCl, so behalten die Kapseln noch einige Minuten ihre rote Farbe und verblassen dann 65 langsam. Bei Salzzusatz zum Suspensionsmedium schrumpfen die Teilchen zunächst unter Deformation. Beim anschliessenden Waschen mit Wasser nehmen sie wieder ihre kugelige Gestalt an. The capsule wall formed is defect-free and represents a membrane which is permeable to 60 low molecular weight substances. If the microcapsules are suspended in 0.01 N NaOH stained with phenolphthalein and the suspension medium is decolorized after approx. 3 min with 0.1 N HCl, the capsules still retain a few minutes their red color and then slowly fade away. When salt is added to the suspension medium, the particles initially shrink with deformation. When they are subsequently washed with water, they take on their spherical shape again.
5 5
659 591 659 591
2. 0,2 g Na-Cellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,3 werden in 10 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird durch eine Kapillare mit einem Innendurchmesser von 0,2 mm gedrückt und über eine konzentrische Düse mit Hilfe eines Stickstoffstromes so abgeblasen, dass einzelne Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser von 100 bis 500 um entstehen. 2. 0.2 g of Na cellulose sulfate with a degree of substitution of 0.3 are dissolved in 10 ml of water. The solution obtained is pressed through a capillary with an inner diameter of 0.2 mm and blown off via a concentric nozzle with the aid of a stream of nitrogen in such a way that individual liquid droplets with a diameter of 100 to 500 μm are formed.
Nach einer Fallstrecke von 15 cm treten die kugelförmigen Tröpfchen in ein gerührtes Fällbad aus 2 g Polydime-thyldiallylammoniumchlorid und 100 ml Wasser ein. Unmittelbar nach der Berührung mit dem Fällbad überziehen sich die Tröpfchen mit einer Haut aus dem gebildeten Komplex der beiden entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyte. Nach 30 min werden die erhaltenen Mikrokapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Es werden durchsichtige kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 100 bis 500 um erhalten, deren Kapselwanddicke 1 bis 5 um beträgt. After a falling distance of 15 cm, the spherical droplets enter a stirred precipitation bath composed of 2 g of polydimethyldiallylammonium chloride and 100 ml of water. Immediately after contact with the precipitation bath, the droplets are covered with a skin from the complex formed of the two oppositely charged polyelectrolytes. After 30 minutes, the microcapsules obtained are separated from the precipitation bath by decanting and washed with water. Clear spherical particles with a diameter of 100 to 500 µm are obtained, the capsule wall thickness of which is 1 to 5 µm.
3. 1,5 g Na-Dextransulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,8 werden in 10 ml Wasser gelöst. Die erhaltende Lösung wird auf277 K temperiert und wie in Beispiel 1 in ein auf 277 K temperiertes Fällbad aus 10 g Polydimethyldiallyl-ammoniumchlorid und 100 ml Wasser eingetragen. Nach 3. 1.5 g of sodium dextran sulfate with a degree of substitution of 0.8 are dissolved in 10 ml of water. The solution obtained is tempered to 277 K and, as in Example 1, introduced into a precipitation bath tempered to 277 K from 10 g of polydimethyldiallylammonium chloride and 100 ml of water. To
60 min werden die gebildeten Mikrokapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt, mit 100 ml einer 0,1 %igen Dextransulfatlösung versetzt, nach 10 min von der Dextran-sulfatlösung abgetrennt und anschliessend noch 30 min mit dem Fällbad behandelt. Es werden Mikrokapseln mit einem Durchmesser von 3 bis 4 mm erhalten, deren Wandstärke ca. 20 |xm beträgt. The microcapsules formed are separated from the precipitation bath by decanting for 60 min, 100 ml of a 0.1% dextran sulfate solution are added, the dextran sulfate solution is separated off after 10 minutes and the treatment is then continued for 30 minutes with the precipitation bath. Microcapsules with a diameter of 3 to 4 mm are obtained, the wall thickness of which is approximately 20 | xm.
4.0,3 g Na-Carboxymethylcellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad an Carboxylgruppen von 0,6 und an Sulfatestergruppen von 0,3 werden in 10 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird auf 313 K temperiert und wie in Beispiel 1 in ein auf 313 K temperiertes Fällbad aus 3 g Polyvi-nylbenzyltrimethylammoniumchlorid und 100 ml Wasser eingetragen. Nach 60 min werden die Kapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Es werden durchsichtige Mikrokapseln mit einem Durchmesser von ca. 3 mm erhalten. 4.0.3 g of Na carboxymethyl cellulose sulfate with a degree of substitution of carboxyl groups of 0.6 and of sulfate ester groups of 0.3 are dissolved in 10 ml of water. The solution obtained is tempered to 313 K and, as in Example 1, introduced into a precipitation bath tempered to 313 K from 3 g of polyvinylbenzyltrimethylammonium chloride and 100 ml of water. After 60 minutes, the capsules are separated from the precipitation bath by decanting and washed with water. Transparent microcapsules with a diameter of approx. 3 mm are obtained.
5. 0,3 g Na-Celluloseacetatsulfat werden in 100 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird wie in Beispiel 1 in ein Fällbad eingetropft, das durch Auflösen von 3 g Polydime-thyldiallylammoniumchlorid in 100 ml verdünnter HCl mit einem pH-Wert von 4 erhalten wurde. Nach 60 min werden die Kapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Es werden durchsichtige Mikrokapseln mit einem Durchmesser von ca. 3 mm erhalten. 5. 0.3 g of Na cellulose acetate sulfate are dissolved in 100 ml of water. The solution obtained is dripped into a precipitation bath as in Example 1, which was obtained by dissolving 3 g of polydimethyldiallylammonium chloride in 100 ml of dilute HCl with a pH of 4. After 60 minutes, the capsules are separated from the precipitation bath by decanting and washed with water. Transparent microcapsules with a diameter of approx. 3 mm are obtained.
6.0,3 g Na-Polystyrensulfonat werden in 100 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird wie in Beispiel 1 in ein Fällbad aus 3 g Polydimethyldiyallylammoniumchlorid und 100 ml Wasser getropft. Nach 30 min werden die Kapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Es werden weisslichtrübe Mikrokapseln mit einem Durchmesser von ca. 2 mm und flüssigem Kern erhalten. 6.0.3 g of Na polystyrene sulfonate are dissolved in 100 ml of water. As in Example 1, the solution obtained is dropped into a precipitation bath composed of 3 g of polydimethyldiyallylammonium chloride and 100 ml of water. After 30 minutes, the capsules are separated from the precipitation bath by decanting and washed with water. White-cloudy microcapsules with a diameter of approximately 2 mm and a liquid core are obtained.
7. 0,2 g Na-Cellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,4 werden in 9,8 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird bei Raumtemperatur durch eine Kapillare mit einem Innendurchmesser von 0,2 mm gedrückt und nach einer Fallstrecke von 30 cm in ein gerührtes Fällbad aus 1 g Methylenblau und 99 ml Wasser getropft. Unmittelbar nach dem Eintritt in das Fällbad überziehen sich die Tropfen mit einer Haut. Nach 30 min werden die gebildeten Kapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Es werden tiefblau gefärbte kugelförmige Kapseln mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm erhalten. 7. 0.2 g of Na cellulose sulfate with a degree of substitution of 0.4 are dissolved in 9.8 ml of water. The solution obtained is pressed through a capillary with an inner diameter of 0.2 mm at room temperature and, after a falling distance of 30 cm, dripped into a stirred precipitation bath composed of 1 g of methylene blue and 99 ml of water. Immediately after entering the precipitation bath, the drops are covered with a skin. After 30 minutes, the capsules formed are separated from the precipitation bath by decanting and washed with water. Deep blue colored spherical capsules with a diameter of 3 to 5 mm are obtained.
8. 0,3 g Na-Carboxymethylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,6 werden in 9,7 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird durch eine Kapillare mit einem Innendurchmesser von 0,2 gedrückt und über eine konzentrische 5 Düse mit Hilfe eines Stickstoffstromes so abgeblasen, dass einzelne Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser von 100 bis 300 (im entstehen. Die Tröpfchen werden in ein gerührtes Fällbad aus 2 g Dodecylcarbamylmethylbenzyldime-thylammoniumchlorid und 98 ml Wasser eingeblasen. Nach io 120 min werden die gebildeten Mikrokapseln mit Hilfe eines feinen Polyamidsiebes vom Fällbad abgetrennt und gründlich mit Wasser gewaschen. Es werden weisse undurchsichtige kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 100 bis 300 um erhalten. 8. 0.3 g of Na carboxymethyl cellulose with a degree of substitution of 0.6 are dissolved in 9.7 ml of water. The solution obtained is pressed through a capillary with an inner diameter of 0.2 and blown off through a concentric nozzle with the aid of a nitrogen stream in such a way that individual liquid droplets with a diameter of 100 to 300 μm are formed. The droplets are discharged into a stirred precipitation bath 2 g of dodecylcarbamylmethylbenzyldimethylammonium chloride and 98 ml of water are blown in. After 120 minutes, the microcapsules formed are separated from the precipitation bath using a fine polyamide sieve and washed thoroughly with water, giving white opaque spherical particles with a diameter of 100 to 300 μm.
15 9. 0,2 g Na-Carboxymethylcellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad an Carboxylgruppen von 0,6 und an Sulfatestergruppen von 0,3 werden in 9,8 g Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird wie in Beispiel 7 zu kugelförmigen Tröpfchen verformt und in ein Fällbad aus 1 g Kristallvio-20 lett (C. I. Basic Violet 3) und 99 ml Wasser eingetragen. 15 9. 0.2 g of Na-carboxymethyl cellulose sulfate with a degree of substitution of carboxyl groups of 0.6 and of sulfate ester groups of 0.3 are dissolved in 9.8 g of water. The solution obtained is shaped into spherical droplets as in Example 7 and introduced into a precipitation bath composed of 1 g of crystal vio-20 lett (C.I. Basic Violet 3) and 99 ml of water.
Nach 10 min werden die gebildeten Kapseln durch Dekantieren vom Fällbad abgetrennt und gründlich mit Wasser gewaschen bis das Wasser farblos bleibt. Die Kapseln sind dunkelviolett gefärbt und besitzen einen Durchmesser von 3 25 bis 5 mm. After 10 minutes, the capsules formed are separated from the precipitation bath by decanting and washed thoroughly with water until the water remains colorless. The capsules are dark purple in color and have a diameter of 3 25 to 5 mm.
10. 0,2 g Na-Cellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,4 werden in 9,8 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wird wie in Beispiel 8 zu kugelförmigen Teilchen verformt und in ein Fällbad aus 2 g Safranin (C. I. Basic Red 2) 30 und 98 ml Wasser eingetragen. Nach 30 min werden die Mikrokapseln vom Fällbad abgesiebt und gründlich mit Wasser gewaschen. Es werden dunkelrote kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 100 bis 300 (im erhalten. 10. 0.2 g of Na cellulose sulfate with a degree of substitution of 0.4 are dissolved in 9.8 ml of water. The solution obtained is shaped into spherical particles as in Example 8 and introduced into a precipitation bath made from 2 g of safranine (C.I. Basic Red 2) 30 and 98 ml of water. After 30 minutes, the microcapsules are sieved off from the precipitation bath and washed thoroughly with water. Dark red spherical particles with a diameter of 100 to 300 (im are obtained.
35 11. 0,2 g Na-Alginat werden in 9,8 ml Wasser gelöst und die Lösung wie in Beispiel 7 zu kugelförmigen Teilchen verformt. Diese werden in ein gerührtes Fällbad aus 1 g Safranin (C. I. Basic Red 2), 1 g Polydimethyldiallylammonium-chlorid und 98 ml Wasser eingetragen. Nach 60 min werden 40 die Kapseln abgesiebt und mit Wasser gewaschen. Es werden dunkelrote kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm erhalten. 35 11. 0.2 g of Na alginate are dissolved in 9.8 ml of water and the solution is shaped into spherical particles as in Example 7. These are introduced into a stirred precipitation bath from 1 g of safranin (C.I. Basic Red 2), 1 g of polydimethyldiallylammonium chloride and 98 ml of water. After 60 minutes, the capsules are sieved and washed with water. Dark red spherical particles with a diameter of 3 to 5 mm are obtained.
12.0,2 g Na-Cellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,4 werden in 9,8 ml Wasser gelöst, die erhaltene Lösung 45 wird wie in Beispiel 7 durch eine Kapillare gedrückt und in ein Fällbad aus 1 g Acridinorange (C. I. Basic Orange 14) und 99 ml Wasser eingetropft. Nach 60 min werden die Kapseln abgesiebt und mit Wasser gewaschen bis das Waschwasser farblos abläuft. Es werden kräftig orange gefärbte kugel-50 förmige Kapseln mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm erhalten. 12.0.2 g of Na cellulose sulfate with a degree of substitution of 0.4 are dissolved in 9.8 ml of water, the solution 45 obtained is pressed through a capillary as in Example 7 and into a precipitation bath made of 1 g of acridine orange (CI Basic Orange 14) and added dropwise 99 ml of water. After 60 min the capsules are sieved and washed with water until the wash water runs colorless. Strong orange colored spherical-50 capsules with a diameter of 3 to 5 mm are obtained.
13. 0,2 g Na-Polystyrensulfonat werden in 9,8 ml Wasser gelöst, die erhaltene Lösung wie in Beispiel 7 durch eine Kapillare gedrückt und in ein Fällbad aus 2 g Benzethonium-55 chlorid und 98 ml Wasser eingetropft. Nach 2 h werden die gebildeten Kapseln abgesiebt und mit Wasser gründlich gewaschen. Es werden weisse, undurchsichtige kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm erhalten. 13. 0.2 g of Na polystyrene sulfonate are dissolved in 9.8 ml of water, the solution obtained is pressed through a capillary as in Example 7 and added dropwise to a precipitation bath of 2 g of benzethonium 55 chloride and 98 ml of water. After 2 hours, the capsules formed are sieved off and washed thoroughly with water. White, opaque spherical particles with a diameter of 3 to 5 mm are obtained.
60 14. 0,2 g Na-Cellulosesulfat werden in 9,8 ml Wasser gelöst, die Lösung wie in Beispiel 7 durch eine Kapillare gedrückt und in ein Fällbad aus 2 g Lauryldimethylbenzylam-moniumchlorid und 98 ml Wasser eingetropft. Nach 2 h werden die gebildeten Kapseln abgesiebt und mit Wasser 65 gründlich gewaschen. Es werden weisse, undurchsichtige kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm erhalten. 60 14. 0.2 g of Na cellulose sulfate are dissolved in 9.8 ml of water, the solution is pressed through a capillary as in Example 7 and added dropwise to a precipitation bath composed of 2 g of lauryldimethylbenzylammonium chloride and 98 ml of water. After 2 hours, the capsules formed are sieved off and washed thoroughly with water 65. White, opaque spherical particles with a diameter of 3 to 5 mm are obtained.
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