CN103974761B - 微胶囊、制造这种微胶囊的方法和使用这种微胶囊的组合物 - Google Patents

微胶囊、制造这种微胶囊的方法和使用这种微胶囊的组合物 Download PDF

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Abstract

形成包含活性成分的微胶囊的方法,通过下列步骤进行:(i)在聚合物乳化剂的存在下在水中乳化活性成分;(ii)向由此形成的乳液中加入至少2种硅烷的掺合物并使它们水解;然后(iii)通过提高pH形成壳;其特征在于(iv)所述聚合物乳化剂还作为有机硅化合物的模板剂起作用;(v)所述硅烷是式(I)的化合物,其中R独立地为C1‑C4直链或支链烷基或烯烃,其任选地包含选自氨基和环氧的官能团,m为1‑4,且选择它们,使得存在至少2种具有不同官能度m的硅烷。得到的微胶囊具有极佳特性且尤其是有效地与香料一起使用。

Description

微胶囊、制造这种微胶囊的方法和使用这种微胶囊的组合物
本说明书涉及微胶囊、制造这种微胶囊的方法和使用这种微胶囊的组合物。
微胶囊为由壁包围的液体或固体小颗粒,已知它们已经有许多年了。自从美国专利US2,800,457-8中公布了最初的微胶囊,本领域得到了广泛发展且包含填充颗粒的许多壁材料的微胶囊已经用于许多领域。填充颗粒自身性质可以具有任意的巨大数量。它们典型地是活性成分,其保护或延迟释放是期望的,典型实例包括(但不限于)防晒霜、染料、粘合剂和粘合剂成分、香料、维生素、药物活性物质、化妆品活性物质、矫味剂、农药、植物保护材料、防水剂、火焰抑制剂、相变材料和用于化学反应的催化剂。
微胶囊形成的最常用方法之一是凝聚法,其中填充颗粒分散于其中溶解壁材料或其前体的连续介质中,且这种壁材料随后导致从溶液中分离到达分散颗粒以形成壁。
关注挥发性材料的包封,例如香料或矫味剂,目的在于涉及食品或消费品例如除臭剂和洗涤剂的各种应用中的延迟释放。预计微胶囊将全部或至少大部分香料保持至释放为止(通过破裂)。典型的用于香料包封的材料包括胺-醛树脂、特别是三聚氰胺甲醛和交联明胶。三聚氰胺甲醛(MF)具有良好的香料保留、低廉和易于得到正确的脆碎度的能力的优点。然而,MF存在许多缺陷。这些缺陷中最显著的一个是不期望存在的游离甲醛。作为结果,出现了大量专利文献,它们全部寻求克服游离甲醛的问题。其他缺陷包括香气有限的固有扩散和可以使用的香料配方的限制。
已经尝试了许多其他胶囊材料,例如聚脲、丙烯酸、聚酰胺和硅酸盐,但它们均存在自身特定的缺陷,例如令人不愉快的材料、差的稳定性和不令人满意的性能。
这些确立的包封方法的缺陷已经产生了许多针对该问题的新方法,它们寻求克服这些缺陷。一种这样的方法的理念在于通过聚异氰酸酯交联的含有胺基的聚硅氧烷可以用于壳形成(WO2009/147119)。另一种研发应用了无机材料,例如氧化物,以强化壁(WO02/16020)。另一种方法生成了具有衍生自烷氧基硅烷的硅酸盐壁的胶囊(WO2009/106318)。
目前已经发现能够制备具有极佳活性成分保持和释放特性并且完全不含甲醛的微胶囊。因此,提供了形成包含活性成分的微胶囊的方法,通过下列步骤进行:
(i)在聚合物乳化剂的存在下在水中乳化活性成分;
(ii)向由此形成的乳液中加入至少2种硅烷的掺合物并使它们水解;然后
(iii)通过提高pH形成壳;
其特征在于
(iv)所述聚合物乳化剂还作为有机硅化合物的模板剂起作用;
(v)所述硅烷是式I的化合物
其中R独立地为C1-C4直链或支链烷基或烯烃,其任选地包含选自氨基和环氧的官能团,m为1-4,且选择它们,使得存在至少2种具有不同官能度m的硅烷。
还提供了可如上文所述制备的包含活性成分的微胶囊。
尽管下列描述特别涉及香料,即包封的最重要领域之一和在一些方式中最可能存在的问题之一,但是本说明书不限于香料,且还包括期望包封的任意其他活性成分。它们包括、但不限于上述举出的那些。可以理解并非所有这样的材料都适合于所有的应用,但材料和条件的适当选择充分地属于本领域技术人员的范围。
聚合物乳化剂的性质使得它不仅用作活性成分的乳化剂(即它以适当的比例具有亲脂性和亲水性组分),而且它用作模板剂。所谓“模板剂”是指通过使单体种类组织成用于聚合的期望构型从而有利于单体种类聚合的材料。术语“模板聚合”是本领域公知的且这项技术例如由van Bommel等人在Angew.Chem.Int.Ed.2003,42,No.9,980-999中概括性地解释。在模板聚合中,模板通常在期望的聚合物形成后被除去。然而,正如在上文涉及的vanBommel的论文中所示,模板剂/表面活性剂可以保持适当的位置,产生有机/无机杂化体。已经发现这种杂化体结构与随后原位形成的聚合物的组合产生具有期望特性的微胶囊。
能够执行这两种功能的任意化合物或化合物的组合用作本说明书中的聚合物乳化剂。一个具体实例为聚酸酐,它由式II中所示类型的单体单元构成
其中n具有得到1000至2百万的分子量的量级。该材料是商购的,例如为ZeMacTME400,由Vertellus商品化。
其他实例包括、但不限于:
-包含内酰胺基团的聚合物,例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚-(N-乙烯基己内酰胺)(PNVC);
-包含在主链上(例如聚环氧乙烷、聚丙二醇)或作为侧链部分(例如聚(乙烯基甲基醚))的醚基团的聚合物;
-丙烯酸类聚合物,例如聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(N,N-二甲基丙烯酰胺);
-聚合醇类,例如聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸2-羟基乙基酯)、聚(2-羟基乙基乙烯基醚);
-其他合成聚合物,例如聚(2-乙基-2-噁唑啉)、聚(N-乙酰基亚氨基乙烯)、苯乙烯-马来酸酐共聚物;
-水溶性非离子多糖类,例如甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素。
不以任何方式限于本说明书,认为本说明书中用作聚合物乳化剂/模板剂的化合物是形成强氢键的络合物的材料。上述材料并非满足这种功能的唯一的材料,且本领域技术人员易于通过常规的非创造性的实验找到其他适合的材料。
就PVP而言,已经令人意外地发现可以通过添加一定比例的纤维素衍生物例如羧甲基纤维素(CMC)增强模板化性能。必需的重量比为50-90%的纤维素衍生物和10-50%的PVP,特别是65-75%的CMC和25-35%的PVP。
所述硅烷选自上述式I,使得混合物具有至少2种具有2种不同官能度的硅烷,其中m为2,m为3和m为4。参照具有3种特定单体的3-单体系统描述它们,不过,本说明书不限于此,且能够混合相同类型的不同的硅烷,例如2种或更多种的硅烷,其中m=2。具体的特定实例是甲基三乙氧基硅烷(MTES)、四乙氧基硅烷(TEOS)和二甲基二乙氧基硅烷(DMDES):
还能够包括小比例的硅烷,其中m=1,例如三乙基乙氧基硅烷,但它不应超过硅烷总重的5%。
不同的硅烷类型的比例影响胶囊特性。混合具有不同官能度的硅烷对导致低孔隙率杂化聚合物的直链和环状无机网状结构具有影响。
下列示例给出了当比例改变时会发生什么的指示:
此处的重要特征在于硅烷的官能度,即式I中m的值。当硅烷混合物的平均官能度增加时,机械性能改善,但以稳定性为代价。已经发现为了大部分目的对这3种材料实施的最佳折中方案在于发现平均官能度为2.5-3.5,更具体地为2.6-3.2。然而,本说明书不限于这些值,且用于特定目的的微胶囊可以在这些数值范围外制备。此外,不同的单体混合物在最佳平均官能度方面稍有差别,但它们易于通过非创造性的常规测试测定。
可以通过将系统的pH改变成酸性、特别是pH为2-3来水解硅烷。该过程可以通过添加酸进行,典型地为有机酸,例如乙酸和甲酸及其混合物。结果为形成聚合物壳。
这种壳然后交联。这一过程可以通过使水性介质的pH再升高来进行。这一过程应逐步进行。在典型的方法中,使pH在30分钟内升高至4.5,再经过30分钟后达到5,再经过30分钟后达到5.5,再经过4小时后达到6。优选在缩合步骤过程中保持在酸性介质中,而反应可以在碱性介质中完成。这些数值不固定,且它们可以根据特定材料和方法的要求改变。pH提高通过添加碱实现,例如氢氧化钠、碳酸钠和氢氧化铵。
根据这种方法制造的包含活性成分的微胶囊具有许多优点。它们具有极佳的机械性能,可以指定适合于任何具体应用。它们具有高度不透性,这意味着挥发性材料例如香料在贮存过程中的损耗明显减少。最显著地,它们不含甲醛或其他不期望的或潜在有害的化合物,例如异氰酸酯、戊二醛或环氧化物。
就香料而言,所述胶囊可以用于广泛种类的应用,例如消费品,其非限制性实例包括个人护理产品(化妆品、肥皂、沐浴凝胶、防晒霜)、家庭护理产品(用于硬表面的清洁制品)、洗衣护理产品(液体和粉末洗涤剂、衣物柔顺剂和调理剂、洗衣清洗产品)。因此,提供了包含消费品基质和如上述所定义的包含活性成分的胶囊的消费品(所谓“消费品基质”是指消费品所需的全部其他材料的总和。可以根据本领域常规的实践和应用选择它们)。
就香料而言,已经发现上述胶囊能够包封非常宽范围的香料成分。众所周知一些香料成分潜在地与一些包封系统反应;例如,普通的三聚氰胺甲醛系统因使用一些醛香料材料而存在问题,且这可能导致释放的香料与香料制造者研发的香料不十分相同。上述胶囊存在的这一问题的程度远轻于使用已知包封方法得到的胶囊。
在包含香料的胶囊的另一个具体的实施方案中,已经发现如上所述的一些胶囊在湿条件下释放香味方面尤其有效,例如,在潮湿的织物上。即本领域已知的许多胶囊例如氨基塑料胶囊不一定做得很好,或有时完全不起作用。一些胶囊,例如基于淀粉的胶囊在水中释放良好,而对干燥织物并非良好。如上所述的一些胶囊在湿和干燥情况中均可以递送等同的性能。因此,提供了对湿洗织物提供香味散发的方法,所述方法包括用包含如上所述制备的胶囊的洗衣产品处理织物,其中作为模板剂起作用的乳化系统选自聚乙烯吡咯烷酮及其与纤维素衍生物的混合物。
还提供了洗衣产品,其包含如上所述制备的胶囊,其中作为模板剂起作用的乳化系统选自聚乙烯吡咯烷酮及其与纤维素衍生物的混合物。
参照下列实施例进一步描述本说明书,这些实施例描述具体的实施方案,但不打算以任何方式起限定作用。
实施例1
将462g水、15g甲酸和250g10%聚乙烯吡咯烷酮溶液在搅拌下导入1L反应器。增加搅拌速度,加入200g专利香料,然后在室温加入30.3g MTES、15.4g TEOS、22.9g DMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
水解2小时后,用20%氢氧化钠溶液使pH缓慢地增加至6,使温度增加至80℃。在80℃4小时后,将微胶囊淤浆缓慢地冷却至25℃。
得到固体含量26.6%的微胶囊淤浆。该微胶囊具有20微米的平均粒度。
实施例2
重复实施例1的方法,但使用58.3g MTES、13.4g TEOS、2.9gDMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
得到固体含量27.9%和平均粒度17微米的微胶囊淤浆。
实施例3
重复实施例1的方法,但使用58.3g MTES、13.4g TEOS、2.9gDMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
得到固体含量27.9%和平均粒度17微米的微胶囊淤浆。
实施例4
重复实施例1的方法,但使用44.6g MTES、16.4g TEOS、11.4gDMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
得到固体含量26.2%和平均粒度17微米的微胶囊淤浆。
实施例5
使用300g香料和362g水重复实施例3的方法。
得到固体含量41.7%和平均粒度17微米的微胶囊淤浆。
实施例6
将610g水、10g甲酸、30g乙酸和75g10%ZEMAC溶液在搅拌下导入1L反应器。增加搅拌速度,加入200g专利香料,然后在室温加入36.8g MTES、18.7g TEOS、16g DMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
水解2小时后,用20%氨溶液使pH缓慢地增加至6,使温度增加至80℃。在80℃4小时后,将微胶囊淤浆缓慢地冷却至25℃。
得到固体含量21.8%和平均粒度20微米的微胶囊淤浆。
实施例7
将410g水、15g甲酸和250g10%聚乙烯吡咯烷酮溶液在搅拌下导入1L反应器。增加搅拌速度,加入200g专利香料,然后在室温加入40.4g乙烯基三乙氧基硅烷、16.4g TEOS、11.4g DMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
水解2小时后,用20%氢氧化钠溶液使pH缓慢地增加至6,使温度增加至80℃。在80℃4小时后,将微胶囊淤浆缓慢地冷却至25℃。
得到固体含量24.5%和平均粒度22微米的微胶囊淤浆。
实施例8
将462g水、15g甲酸和250g10%聚乙烯吡咯烷酮溶液在搅拌下导入1L反应器。增加搅拌速度,加入200g专利香料,然后在室温加入58.6g MTES、17.9g TEOS和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
水解2小时后,用20%氨溶液使pH缓慢地增加至6,使温度增加至80℃。在80℃4小时后,将微胶囊淤浆缓慢地冷却至25℃。
得到固体含量27.7%和平均粒度23微米的微胶囊淤浆。
实施例9
将440g水、15g甲酸和250g10%聚乙烯吡咯烷酮溶液在搅拌下导入1L反应器。增加搅拌速度,加入200g专利香料,然后在室温加入40.1g MTES、16.4g TEOS、11.4g DMDES、3.2g苯基三乙氧基硅烷和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
水解2小时后,用20%氢氧化钠溶液使pH缓慢地增加至6,使温度增加至80℃。在80℃4小时后,将微胶囊淤浆缓慢地冷却至25℃。
得到固体含量28.1%和平均粒度22微米的微胶囊淤浆。
实施例10
将440g水、15g甲酸和250g10%聚乙烯吡咯烷酮溶液在搅拌下导入1L反应器。增加搅拌速度,加入200g专利香料,然后在室温加入40.1g MTES、16.4g TEOS、11.4g DMDES、3.2g苯基三乙氧基硅烷和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
水解2小时后,用20%氢氧化钠溶液使pH缓慢地增加至6,使温度增加至80℃。在80℃4小时后,将微胶囊淤浆缓慢地冷却至25℃。
得到固体含量28.1%和平均粒度22微米的微胶囊淤浆。
实施例11
具有3.6平均官能度的实施例,恰好在期望范围之外。
重复实施例1的方法,但使用8.5g MTES、68.4g TEOS、8.6gDMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
得到固体含量15.8%和平均粒度35微米的微胶囊淤浆。可以观察到这些微胶囊较大且固体含量较低。此外,耐久性试验显示,当在37℃在如下实施例12中所述织物调理剂组合物中暴露1周贮存时,所述胶囊显然失去了全部包封的香料,表明尽管在一些情况中可接受,但是孔隙率在此处是不可接受的。
实施例12
将70g水、15g甲酸、100g10%聚乙烯吡咯烷酮溶液和400g2%CMC7LF溶液在搅拌下导入1L反应器。增加搅拌速度,加入200g专利香料,然后在室温加入44.1g MTES、16.4gTEOS、11.4g DMDES和2.5g氨基丙基三乙氧基硅烷。
水解2小时后,用20%氢氧化钠溶液使pH缓慢地增加至6,使温度增加至80℃。在80℃4小时后,将微胶囊淤浆缓慢地冷却至25℃。
得到固体含量28.1%和平均粒度11微米的微胶囊淤浆。
实施例13
测试微胶囊。
在如下织物调理剂制品中测试微胶囊。
使用如实施例4中制备的胶囊。将它们以水性淤浆的形式加入到织物调理剂制品中。
将如欧洲专利EP2111214中所述制备的载有相同香料至相同的程度的三聚氰胺甲醛(MF)微胶囊的淤浆载入另一相同的织物调理剂样品。
织物调理剂的另一样品不具有包封的香料,仅具有与包封香料相同类型的游离香料,将其加入得到相同比例的香料。
以足以在制品中提供0.2%重量的香料浓度的比例加入两种微胶囊类型。在这种具体情况中,MF胶囊内含物(香料载量36%)占制品的0.56%且实施例4含量(香料载量20%)为1%。不具有微胶囊的样品具有0.2%的游离香料。
用各织物调理剂在相同条件下洗涤相同的厚绒布毛巾料样品。由富有经验的测试小组以0-10的等级判断结果如下:
0=气味不可检测到
2=气味几乎不能感觉到
4=气味感觉较弱
6=气味易于感知的
8=气味强
10=气味极强
起始时的结果如表1中所示且2个月后的结果如表2中所示。
表1
表2
空气清新效应,即在24小时内评价在干燥过程中释放香味的技术能力并且与上述举出的三聚氰胺甲醛(MF)微胶囊比较。以与上文所述相同的等级评价它们,结果如表3中所示。
表3

Claims (12)

1.形成包含活性成分的微胶囊的方法,通过下列步骤进行:
(i)在聚合物乳化剂的存在下在水中乳化活性成分,其中所述聚合物乳化剂选自:
-聚-(N-乙烯基己内酰胺)(PNVC);和
-由式II中所示类型的单体单元构成的聚酸酐类:
其中n具有得到1000至2百万分子量的量级;
(ii)向由此形成的乳液中加入至少2种硅烷的掺合物并使它们水解;然后
(iii)通过提高pH形成壳;
其特征在于
(iv)所述聚合物乳化剂还作为有机硅化合物的模板剂起作用;
(v)所述硅烷是式I的化合物
其中R独立地为C1-C4直链或支链烷基或烯烃,其任选地包含选自氨基和环氧的官能团,m为1-4,且选择它们,使得存在至少2种具有不同官能度m的硅烷。
2.权利要求1的方法,其中存在3种硅烷。
3.权利要求2的方法,其中所述硅烷是甲基三乙氧基硅烷(MTES)、四乙氧基硅烷(TEOS)和二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)。
4.权利要求3的方法,其中平均硅烷官能度为2.5-3.5。
5.权利要求3的方法,其中平均硅烷官能度为2.6-3.2。
6.权利要求1的方法,其中m=1的硅烷存在的最大程度为5%重量。
7.权利要求1的方法,其中通过将系统的pH改变成酸性pH,使所述硅烷水解以形成聚合物壳。
8.权利要求1的方法,其中通过将系统的pH改变为2-3,使所述硅烷水解以形成聚合物壳。
9.权利要求1的方法,其中所述壳通过使pH在30分钟内升高至4.5、再经过30分钟后达到5、再经过30分钟后达到5.5、再经过4小时后达到6来进行交联。
10.权利要求1的方法,其中所述活性成分是香料。
11.通过权利要求1的方法制备的包含活性成分的微胶囊。
12.消费品,包含消费品基质和权利要求11的包含活性成分的胶囊。
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