DE10037656B4

DE10037656B4 - Verfahren zur Herstellung aktivstoffhaltiger Kapseln durch Miniemulsionspolymerisation

Info

Publication number: DE10037656B4
Application number: DE10037656A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Dreja; Wolfgang Von Dr. Rybinski
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: DE10037656A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung aktiv- oder wirkstoffhaltiger Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen durch Miniemulsionspolyaddition, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
(a) Bereitstellung einer Miniemulsion, enthaltend:
– mindestens ein difunktionelles Epoxid (Monomer I),
– mindestens eine mit dem difunktionellen Epoxid unter Polyaddition reagierende Verbindung (Monomer II), ausgewählt aus der Gruppe von difunktionellen Aminen, difunktionellen Alkanolen (= Diolen) und difunktionellen Mercaptanen (= Dithiolen), wobei die Monomeren I und/oder II hydrophob oder amphiphil sind und in der wäßrigen Phase der Miniemulsion zu weniger als 10 % löslich sind,
– mindestens einen zu verkapselnden oder einzuschließenden, hydrophoben oder amphiphilen Aktiv- oder Wirkstoff, der in der wäßrigen Phase der Miniemulsion zu weniger als 10 % löslich ist, und
– mindestens eine grenzflächenaktive Substanz (Tensid) zur Stabilisierung der Miniemulsion;
(b) Durchführung einer Polyadditionsreaktion zwischen den Monomeren I und II in Gegenwart des zu verkapselnden oder einzuschließenden Aktiv- oder Wirkstoffes und der grenzflächenaktiven Substanz...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung aktiv- oder wirkstoffhaltiger Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen durch nichtradikalische Miniemulsionspolymerisation.
Aktivstoffe oder Wirksubstanzen wie Duftstoffe, etherische Öle, Parfümöle und Pflegeöle, Farbstoffe oder pharmazeutisch aktive Wirkstoffe, die in kosmetischen und/oder pharmazeutischen Produkten oder in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt werden, verlieren häufig schon bei der Lagerung oder aber direkt bei der Anwendung ihre Aktivität. Manche dieser Stoffe können auch eine zur Verwendung nicht ausreichende Stabilität besitzen oder störende Wechselwirkungen mit anderen Produktbestandteilen verursachen.
Daher ist es von Interesse, solche Substanzen kontrolliert und am gewünschten Einsatzort mit maximaler Wirkung einzusetzen.
Aus diesem Grunde werden Aktiv- oder Wirksubstanzen wie Duftstoffe, Pflegeöle und antibakterielle Wirkstoffe den Produkten in räumlich abgegrenzter, geschützter Form zugesetzt. Häufig werden empfindliche Substanzen in Kapseln verschiedener Größen eingeschlossen, auf geeigneten Trägermaterialien adsorbiert oder chemisch modifiziert. Die Freisetzung kann dann mit Hilfe eines geeigneten Mechanismus aktiviert werden, beispielsweise mechanisch durch Scherung, oder diffusiv direkt aus dem Matrixmaterial erfolgen.
Daher werden Systeme gesucht, die sich als Verkapselungs-, Transport- oder Darreichungsvehikel – oft synonym auch als "Delivery-Systeme" oder "Carrier-Systeme" bezeichnet – eignen.
Es existieren bereits zahlreiche kommerzielle Delivery-Systeme, die auf porösen Polymerpartikeln oder Liposomen basieren (z. B. Mikrosponges^® von der Firma Advanced Polymer Systems oder aber Nanotopes^® von der Firma Ciba-Geigy, siehe hierzu B. Herzog, K. Sommer, W. Baschong, J. Röding "Nanotopes^TM: A Surfactant Resistant Carrier System" in SÖFW-Journal, 124. Jahrgang 10/98, Seiten 614 bis 623).
Der Nachteil dieser herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Delivery-Systeme besteht darin, daß sie nur ein geringes Beladungspotential aufweisen, die Partikelgröße der Polymerkugeln meist im Bereich von einigen Mikrometern bis einigen 100 μm liegt und eine Verkapselung der Wirksubstanzen in der Regel nicht in situ erfolgen kann. Die Modifizierung der Kapseloberflächen ist nicht möglich bzw. sehr aufwendig. Liposome besitzen außerdem eine für viele Anwendungen ungenügende Stabilität.
K. Landfester, F. Tiarks, H.-P. Hentze, M. Antonietti "Polyaddition in miniemulsions: A new route to polymer dispersions" in Macromol. Chem. Phys. 201, 1-5 (2000) beschreiben allgemein Polyadditionen in Miniemulsionen. Eine Verkapselung von Aktiv- oder Wirkstoffen ist jedoch dort nicht erwähnt.
Die europäische Offenlegungsschrift EP 0 967 007 A2 beschreibt ein Verfahren zur Mikroverkapselung fester, biologisch aktiver Substanzen, insbesondere Pestizide, durch Polykondensation eines Melamin- bzw. Phenol/Formaldehyd-Harzes oder eines Harnstoff/Formalin-Harzes in Dispersion in Gegenwart der jeweils zu verkapselnden Aktivsubstanz und eines nichtionischen polymeren Schutzkolloids zur Stabilisierung der Emulsion, wobei Mikrokapseln mit mittleren Teilchendurchmessern von 0,1 bis 300 μm erhalten werden. Dieses Verfahren ist nur zur Verkapselung fester biologischer Aktivsubstanzen geeignet. Zur Stabilisierung der Emulsion muß der Emulsion eine polymeres Schutzkolloid zugesetzt werden.
Y. G. Durant "Miniemulsion Polymerization: Applications and Continuous Process" in Polymer. Mater. Sci Eng. 1999, 80, Seiten 538-540 beschreibt die Verkapselung organisch löslicher Farbstoffe mit einer Polymerhülle aus Polystyrol durch UV-induzierte radikalische Polymerisation von Styrol in Miniemulsion. Eine Verkapselung anderer Verbindungen als organisch lösliche Farbstoffe wird nicht erwähnt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist insbe sondere, daß relativ unempfindliche Verbindungen nach dieser Methode nicht verkapselt werden können, da die bei der radikalischen Polymerisation intermediär gebildeten Radikale empfindlichere Verbindungen, z. B. solche mit Doppelbindungen, angreifen können.
B. Erdem et al. "Encapsulation of Inorganic Particles via Miniemulsion Polymerization" in Polymer. Mater. Sci Eng. 1999, 80, Seiten 583/584 beschreiben die Verkapselung fester, nichtlöslicher anorganischer Partikel, nämlich Titandioxidteilchen, mit einer Polymerhülle aus Polystyrol durch UV-induzierte radikalische Polymerisation von Styrol in Miniemulsion. Eine Verkapselung anderer Verbindungen als nichtlösliche, feste anorganische Partikel wird nicht erwähnt. Nachteilig auch bei dieser Methode ist, daß relativ unempfindliche Verbindungen nach dieser Methode nicht verkapselt werden können, da die bei der radikalischen Polymerisation intermediär gebildeten Radikale empfindlichere Verbindungen, z. B. solche mit Doppelbindungen, angreifen können.
WO 98/02466, DE 196 28 142 A1 , DE 196 28 143 A1 und EP 818 471 A1 beschreiben die Herstellung von wäßrigen Polymerisatdispersionen durch freie radikalische Polymerisation radikalisch polymerisierbarer Verbindungen im Zustand der Miniemulsion. Eine Verkapselung von Aktivstoffen ist dort nirgends erwähnt.
Die ES 2 05 214 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln durch Polymerisation in Mikroemulsionen, welche Tröpfchen im Nanometerbereich enthalten, wobei sowohl "Öl-in-Wasser"- als auch "Wasser-in-Öl"-Mikroemulsionen eingesetzt werden.
Weiterhin betrifft die DE 100 08 307 A1 Nanokapseln, welche an ihrer Oberfläche positive Ladungen aufweisen, so daß sie eine spezifische Substantivität gegenüber bestimmten Substraten, wie Textilien, Haare oder Haut, aufweisen. Dabei soll gewährleistet sein, daß die Nanokapseln auch nach der Behandlung mit Wasser zumindest bis zu einem gewissen Teil auf diesen Substraten verbleiben.
Schließlich betrifft die DE 37 08 671 A1 ein mikroverkapseltes, pyrethroides insektizides bzw. akarizides Mittel für den Einsatz in der Landwirtschaft. Die Kapselsysteme gemäß diesem Dokument weisen mittlere Teilchendurchmesser von maximal 80 μm bei einer Wanddicke von maximal 0,3 μm auf. Der zur Herstellung des Kapselpolymers vorgesehene Reaktionspartner wird einer Ölphase zugegeben, welche das Insektizid enthält, während der zweite Reaktionspartner zur Herstellung des Kapselpolymers der wäßrigen Phase zugegeben wird, gefolgt von einer Polymerisation.
Es ist nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von polymeren Kapseln, Kügelchen oder Tröpfchen bereitzustellen, die sich als Träger für Aktiv- und Wirkstoffe verschiedenster Art eignen. Insbesondere soll das Verfahren auch die Verkapselung oder den Einschluß empfindlicher Aktiv- oder Wirkstoffe ermöglichen, welche mit herkömmlichen Methoden nicht oder nicht ohne weiteres verkapselt werden können.
Durch die Verkapselung soll eine Koagulation, Agglomeration oder unkontrollierte Diffusion der eingeschlossenen Aktiv- oder Wirkstoffe verhindert und gleichzeitig deren kontrollierte Freisetzung ermöglicht werden.
Die nach einem solchen Verfahren hergestellten polymeren Kapseln, Kügelchen oder Tröpfchen sollen weiterhin ein möglichst großes Beladungspotential aufweisen. Insbesondere sollen sie als Träger- oder Delivery-Systeme für Aktiv- und Wirkstoffe verschiedenster Art verwendet werden können und somit deren kontrollierte Freisetzung am gewünschten Ort gewährleisten.
Weiterhin soll ein solches Verfahren eine gezielte Modifizierung der Partikeleigenschaften für deren jeweilige Verwendung ermöglichen. Das ist insbesondere dahingehend wichtig, wenn die Partikel gezielt an den Ort der Anwendung gebracht werden sollen oder selber eine intrinsische Affinität zum Ort ihrer Anwendung aufweisen sollen.
Zur Lösung der zuvor geschilderten Aufgaben schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung aktiv- oder wirkstoffhaltiger Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen durch Miniemulsionspolyaddition gemäß An spruch 1 vor. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Verfahrensunteransprüche.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung aktiv- oder wirkstoffhaltiger Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen durch Miniemulsionspolyaddition, welches durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

(a) Bereitstellung einer Miniemulsion, enthaltend: – mindestens ein difunktionelles Epoxid (Monomer I), – mindestens eine mit dem difunktionellen Epoxid unter Polyaddition reagierende Verbindung (Monomer II), ausgewählt aus der Gruppe von difunktionellen Aminen, difunktionellen Alkanolen (= Diolen) und difunktionellen Mercaptanen (= Dithiolen), – mindestens einen zu verkapselnden oder einzuschließenden Aktiv- oder Wirkstoff und – mindestens eine grenzflächenaktive Substanz (Tensid) zur Stabilisierung der Miniemulsion;
(b) Durchführung einer Polyadditionsreaktion zwischen den Monomeren I und II in Gegenwart des zu verkapselnden oder einzuschließenden Aktiv- oder Wirkstoffes und der grenzflächenaktive Substanz in der unter Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion, wobei hierdurch eine in-situ-Verkapselung oder ein in-situ-Einschluß des Aktiv- oder Wirkstoffs in den durch Polyaddition erzeugten Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen bewirkt wird.

Dem Verfahrensschritt (b) kann sich gegebenenfalls ein Verfahrensschritt (c) der Abtrennung der in Verfahrensschritt (b) erhaltenen aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen anschließen.
In Verfahrensschritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zunächst die Bereitstellung bzw. Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Miniemulsion.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen aktiv- oder wirkstoffhaltigen Trägersystems (Polymerisatkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen) erfolgt erfindungsgemäß also durch eine nichtradikalische Polymerisation in Miniemulsion, nämlich durch Polyadditionsreaktion.
Miniemulsionen können als wäßrige Dispersionen stabiler Öltröpfchen mit Tropfengrößen von etwa 10 bis etwa 500 nm verstanden werden, die durch intensive Scherung eines Systems erhalten werden, welches Öl, Wasser, ein Tensid und ein Hydrophob enthält. Die Hydrophobe, die für die Herstellung stabiler Miniemulsion erforderlich sind, sind beispielsweise Monomere, welche eine geringe Wasserlöslichkeit aufweisen. Der Hydrophob unterdrückt den Massenaustausch zwischen den verschiedenen Öltröpfchen durch osmotische Kräfte (die Ostwald-Reifung), aber direkt nach der Miniemulsionsbildung ist die Dispersion nur kritisch stabilisiert im Hinblick auf Stöße der Teilchen, und die Tropfen selbst können immer noch in ihrer Größe durch weitere Stöße und Verschmelzen anwachsen. Zu weiteren Einzelheiten bezüglich Miniemulsionen und Polymerisationen in Miniemulsionen wird verwiesen auf den Artikel von K. Landfester, F. Tiarks, H.-P. Hentze, M. Antonietti "Polyaddition in miniemulsions: A new route to polymer dispersions" in Macromol. Chem. Phys. 201, 1-5 (2000), dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Ferner wird verwiesen auf die dort referierte Druckschrift E. D. Sudol, M. S. Es-Aasser, in: "Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers", P. A. Lovell, M. S. El-Aasser, Eds., Chichester 1997, S. 699, deren Inhalt ebenfalls hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
In Verfahrensschritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zunächst die Bereitstellung bzw. Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Miniemulsion.
Die Herstellung der Mikroemulsion erfolgt in an sich bekannter Weise. Es kann verwiesen werden auf die bereits zitierten Literaturstellen, nämlich den Artikel von Landfester et al., die dort referierte Druckschrift von Sudol et al. sowie auf die bereits zitierten Offenlegungsschriften WO 98/02466, DE 196 28 142 A1 , DE 196 28 143 A1 und EP 818 471 A1 .
Zur Herstellung der Miniemulsion wird zunächst in einfacher, an sich bekannter Weise eine wäßrige Makroemulsion hergestellt, die die Monomeren, den zu verkapselnden Aktiv- oder Wirkstoff sowie das Tensid (oberflächenaktive Substanz) enthält.
Nachdem die Mischung homogenisiert und in eine Makroemulsion überführt worden ist, wird die auf diese Weise gebildete Makroemulsion anschließend in üblicher, dem Fachmann bekannten Weise in eine sogenannte Miniemulsion, eine sehr stabile Art von Emulsion, überführt, z. B. mittels Behandlung der zuvor erzeugten Makroemulsion durch Ultraschall, durch Hochdruckhomogenisation oder durch einen Microfluidizer. Die Feinverteilung der Komponenten wird im allgemeinen durch einen hohen lokalen Energieeintrag erzielt.
Bei der erfindungsgemäß verwendeten Miniemulsion handelt es sich um eine im wesentlichen wäßrige, durch die grenzflächenaktive Substanz stabilisierte Emulsion von Monomeren und Aktiv- oder Wirkstoff(en) mit einer Teilchengröße der emulgierten Tröpfchen von 10 nm bis 500 nm, insbesondere von 40 nm bis 450 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 400 nm.
Die mittlere Größe der Tröpfchen der dispersen Phase der erfindungsgemäß verwendeten Miniemulsion läßt sich im allgemeinen nach dem Prinzip der quasielastischen dynamischen Lichtstreuung bestimmen, wobei hierbei der sogenannte z-gemittelte Tröpfchendurchmesser der unimodalen Analyse der Autokorrelationsfunktion erhalten wird.
Die Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung der emulgierten Tröpfchen in der Miniemulsion bestimmen schließlich auch die Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung der polymerisierten Endprodukte und stimmt im wesentlichen hiermit überein. Auch die erhaltenen Polymerpartikel können mit Hilfe der dynamischen Lichtstreuung in bezug auf ihre Teilchengröße und Monodispersität charakterisiert werden.
Wie bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, so handelt es sich auch bei der Miniemulsion gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens um eine im wesentlichen wäßrige, durch die grenzflächenaktive Substanz stabilisierte Emulsion von Monomeren und Aktiv- oder Wirkstoff(en) mit einer Teilchengröße der emulgierten Tröpfchen von 10 nm bis 500 nm, insbesondere von 40 nm bis 450 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 400 nm. Für weitere Einzelheiten wird auf obige Ausführungen verwiesen.
Bei dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten difunktionellen Epoxid (Monomer I) kann es sich beispielsweise um ein Epoxid vom Typ Epichlorhydrin-substituierter Bisphenole der Formel
(z. B. Epikote E828^® von der Fa. Shell) handeln.
Darüber hinaus kann die Miniemulsion außerdem auch tri- und/oder tetrafunktionelle Epoxide enthalten. Dies führt zu einer Variation der polymeren Struktur im polymerisierten Endprodukt, wodurch im allgemeinen ein stärkere Vernetzung mit größerer Kapselstabilität und kleinerer Teilchengröße der Endprodukte erzielt wird.
Ein erfindungsgemäß geeignetes trifunktionelles Epoxid ist beispielsweise das Epoxid der Formel
(z. B. Denacol Ex-314^® von der Fa. Shell).
Ein erfindungsgemäß geeignetes tetrafunktionelles Epoxid ist beispielsweise das Epoxid der Formel
(z. B. Denacol Ex-411^® von der Fa. Shell).
Wie zuvor erwähnt, ist die mit dem difunktionellen Epoxid (Monomer I) unter Polyaddition reagierende Verbindung (Monomer II) ausgewählt aus der Gruppe von difunktionellen Aminen, difunktionellen Alkanolen (= Diolen) und difunktionellen Mercaptanen (= Dithiolen). Durch die kontrollierte Auswahl des Monomers II lassen sich – in Abhängigkeit von der chemischen Natur des Monomers II – gezielt die Eigenschaften des Endprodukts, wie z. B. Kapselgröße und Kapselstabilität, steuern.
Wenn das Monomer II ein difunktionelles Amin ist, kann es ausgewählt werden aus der Gruppe von (i) Alkyldiaminen, insbesondere solchen mit endständigen Aminogruppen wie 1,12-Diaminododekan; (ii) Bis-(aminocycloalkyl)-alkanen wie 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan; (iii) Bis-(aminoaryl)-alkanen wie 4,4'-Diaminobibenzyl; (iv) Polyoxyalkylendiaminen mit Molekulargewichten von bis zu etwa 5.000 g/mol, insbesondere Polyoxyalkylendiaminen mit Polyoxyethylen- und/oder Polyoxypropyleneinheiten, wobei die Aminogruppen vorzugsweise endständig sind (z. B. Jeffamine D2000^®, ein NH₂-terminiertes Polypropylenoxid der allgemeinen Formel NH₂-[CH(CH₃)-CH₂-O]_n-CH(CH₃)-CH₂-NH₂ mit einem mittleren Molekulargewicht von 2.032 g/mol). Alternativ können auch trifunktionelle Amine wie z.B. JEFFAMINE^® T-403 verwendet werden, wodurch ein ähnlicher Effekt bezüglich Vernetzungsgrad, Partikelgröße und -stabilität erzielt werden kann wie im Falle von tri- und tetrafunktionellen Epoxiden.
Wenn das Monomer II ein difunktionelles Alkanol ist, kann es sich beispielsweise um 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A) handeln.
Wenn das Monomer II ein difunktionelles Mercaptan ist, kann es ausgewählt werden aus der Gruppe von Alkyldithiolen (Dithioalkanen), vorzugsweise solchen mit endständigen Thiolgruppen (SH-Gruppen) wie 1,6-Hexandithiol.
Im allgemeinen sind die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Monomere I und/oder II hydrophob oder amphiphil.
Insbesondere sind die Monomeren I und/oder II im wesentlichen wasserunlöslich oder zumindest in der wäßrigen Phase nur schwerlöslich. Insbesondere sind die Monomeren I und/oder II in der wäßrigen Phase zu weniger als 10 %, vorzugsweise zu weniger als 5 %, insbesondere zu weniger als 1 %, löslich.
Das Erfordernis für die Formulierung der Miniemulsion besteht darin, daß beide Komponenten für die Polyadditionsreaktion (Monomere I und II) eine relativ geringe Löslichkeit in Wasser zeigen sollten, wobei mindestens eine dieser Verbindungen eine Löslichkeit von weniger als 10^–5 g/l zeigen sollte.
Die Hydrophobe, die für die Herstellung stabiler Miniemulsion erforderlich sind, sind die Epoxide selbst, welche eine geringe Wasserlöslichkeit aufweisen. Unter Umständen kann aber durch die Zugabe zusätzlicher Hydrophobe die Stabilität der Miniemulsion noch verbessert werden. Dies können im Idealfall die zu verkapselnden Wirkstoffe sein.
Für alle Reaktionen unter Beteiligung von Diaminen als Monomer II sollte der pH-Wert höher sein als 9 bis 10, um die Löslichkeit des Diamins in der kontinuierlichen Phase abzusenken.
Der Gehalt an Monomeren I und II in der in Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion beträgt im allgemeinen 1 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 25 Gew.-%, insbesondere 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Miniemulsion, wobei das molare Verhältnis von Monomeren I zu Monomeren II im allgemeinen 2:1 gewählt wird, um bereits mit bisfunktionellen Monomeren eine Vernetzung zu erzielen, da in diesem Fall beide aminischen Wasserstoffe abreagieren können, und um Kettenabbrüche zu vermeiden und hohe Molekulargewichte des Polmernetzwerkes zu generieren, so daß kein störendes Restmonomer zurückbleibt. Alternativ kann das molare Verhältnis auch bis hinab zu stöchiometrisch (1:1) gewählt werden.
Durch die Variation der chemischen Natur und der Mengen der Monomere I (difunktionelle Epoxide) und der Additionsverbindungen (Monomere II, insbesondere difunktionelle Amine, Mercaptane und Alkohole) kann die Teilchengröße der emulgierten Teilchen und damit des Endproduktes gezielt gesteuert werden.
Der durch das erfindungsgemäße Verfahren einzuschließende oder zu verkapselnde Aktiv- oder Wirkstoff ist im allgemeinen hydrophob oder amphiphil.
Insbesondere ist der durch das erfindungsgemäße Verfahren einzuschließende oder zu verkapselnde Aktiv- oder Wirkstoff im wesentlichen wasserunlöslich oder zumindest in der wäßrigen Phase nur schwerlöslich. Im allgemeinen ist der Aktiv- oder Wirkstoff in der wäßrigen Phase zu weniger als 10 %, vorzugsweise zu weniger als 5 %, insbesondere zu weniger als 1 %, löslich.
Der erfindungsgemäß verwendete Aktiv- oder Wirkstoff sollte in organischen Medien und Lösungsmitteln, insbesondere in den Monomeren, löslich oder dispergierbar sein.
Der Aktiv- oder Wirkstoff kann unter Reaktionsbedingungen entweder als Flüssigkeit oder aber als Feststoff vorliegen.
Der Aktiv- oder Wirkstoff wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von Duftstoffen; Ölen wie etherischen Ölen, Parfümölen, Pflegeölen und Silikonölen; pharmazeutisch aktiven Substanzen wie antibakteriellen, antiviralen oder fungiziden Wirkstoffen; Antioxidantien und biologisch wirksamen Stoffen; Vitaminen und Vitaminkomplexen; Enzymen und enzymatischen Systemen; kosmetisch aktiven Substanzen; wasch- und reinigungsaktiven Substanzen; biogenen Wirkstoffen und Genen; Polypeptiden und Viren; Proteinen und Lipiden; Wachsen und Fetten; Schauminhibitoren; Vergrauungsinhibitoren und Mitteln zum Farbschutz; Soil-repellent-Wirkstoffen; Bleichaktivatoren und optischen Aufhellern; Aminen; sowie Mischungen der zuvor aufgeführten Verbindungen, insbesondere auch Mischungen mit Farbstoffen oder färbenden Substanzen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sollte der Aktiv- oder Wirkstoffgehalt in der in Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion 001 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 25 Gew.-%, insbesondere 1 bis 15 Gew.-%, betragen, bezogen auf die Miniemulsion.
Für die Formulierung der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Miniemulsionen können anionische, kationische und nichtionische Tenside (oberflächenaktive bzw. grenzflächenaktive Substanzen) in definierten Mengen verwendet werden. In Abhängigkeit von der Art und Menge des Tensids kann die Partikelgröße der emulgierten Teilchen und damit des Endproduktes gezielt variiert werden.
Erfindungsgemäß können als nichtionische Tenside sowohl niedermolekulare als auch polymere nichtionische Tenside verwendet werden. Geeignete nichtionische Tenside gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe von (i) niedermolekularen, nichtpolymeren nichtionischen Tensiden wie alkoxylierten, vorzugsweise ethoxylierten Fettalkoholen, Alkylphenolen, Fettaminen und Fettsäureamiden; alkoxylierten Triglyceriden, Mischethern und Mischformalen; gegebenenfalls partiell oxidierten Alk(en)yloligoglykosiden; Glucoronsäurederivaten; Fettsäure-N-alkylglucamiden; Proteinhydrolysaten; Zuckerestern; Sorbitanestern; Aminoxiden; und (ii) polymeren nichtionischen Tensiden wie Fettalkoholpolyglykolethern; Alkylphenolpolyglykolethern; Fettsäurepolyglykolestern; Fettsäureamidpolyglykolethern; Fettaminpolyglykolethern; Polyolfettsäureestern; Polysorbaten.
Wenn die erfindungsgemäß verwendete grenzflächenaktive Substanz (Tensid) ein ionisches Tensid ist, kann es sich um ein kationisches oder anionisches Tensid handeln.
Beispiele für erfindungsgemäß geeignete kationische Tenside sind solche Verbindungen, die insbesondere ausgewählt werden aus der Gruppe von quartären Ammoniumverbindungen wie Dimethyldistearylammoniumchlorid, Stepantex VL 90 (Stepan), Hexadecyltrimethylammoniumchlorid, Dehyquart A (Cetrimoniumchlorid bzw. CTMA-Cl, Cognis) oder Dehyquart LDB 50 (Lauryldimethylbenzylammoniumchlorid; Cognis); Esterquats, insbesondere quaternierten Fettsäuretrialkanolaminestersalzen; Salzen langkettiger primärer Amine von quartären Ammoniumverbindungen.
Beispiele für erfindungsgemäß geeignete anionische Tenside sind solche Verbindungen, die insbesondere ausgewählt werden aus der Gruppe von Seifen; Alkylbenzolsulfonaten; Alkansulfonaten; Olefinsulfonaten; Alkylethersul fonaten; Glycerinethersulfonaten; α-Methylestersulfonaten; Sulfofettsäuren; Alkylsulfaten; Fettalkoholethersulfaten; Glycerinethersulfaten; Fettsäureethersulfaten; Hydroxymischethersulfaten; Monoglycerid(ether)sulfaten; Fettsäureamid(ether)sulfaten; Mono- und Dialkylsulfosuccinaten; Mono- und Dialkylsulfosuccinamaten; Sulfotriglyceriden; Amidseifen; Ethercarbonsäuren und deren Salzen; Fettsäureisothionaten; Fettsäuresarcosinaten; Fettsäuretauriden; N-Acylaminosäuren wie Acyllactylaten, Acyltartraten, Acylglutamaten und Acylaspartaten; Alkyloligoglucosidsulfaten; Proteinfettsäurekondensaten, insbesondere pflanzlichen Produkten auf Weizenbasis; Alkyl(ether)phosphaten.
Erfindungsgemäß beträgt der Gehalt an grenzflächenaktiver Substanz in der in Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion im allgemeinen 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Miniemulsion.
Der Herstellung der Miniemulsion in Verfahrensschritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt sich dann in Verfahrensschritt (b) die Durchführung einer Polyadditionsreaktion zwischen den Monomeren I und II in Gegenwart des zu verkapselnden oder einzuschließenden Aktiv- oder Wirkstoffes und der grenzflächenaktive Substanz in der unter Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion an, wobei hierdurch eine in-situ-Verkapselung oder ein in-situ-Einschluß des Aktiv- oder Wirkstoffs in den durch Polyaddition erzeugten Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen bewirkt wird.
Die Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung der emulgierten Tröpfchen in der Mikroemulsion bestimmen die Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung der polymerisierten Endprodukte und stimmen im wesentlichen hiermit überein. Die erhaltenen Polymerpartikel können mit Hilfe der dynamischen Lichtstreuung in bezug auf ihre Teilchengröße und Monodispersität charakterisiert werden.
Im allgemeinen betragen die Reaktionstemperaturen für die Polyaddition in Schritt (b) 35 bis 100 vorzugsweise 40 bis 90 °C, insbesondere 50 bis 80 °C.
Die Reaktionsdauer beträgt dabei 1 bis 24 h, insbesondere 2 bis 10 h, vorzugsweise 2 bis 5 h.
Die Polyaddition kann durch thermische Behandlung oder entsprechende chemische Initiatoren induziert werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Polymerisation in Miniemulsion durch Polyaddition im Zustand der Miniemulsion, wobei hierzu difunktionelle Epoxide und gegebenenfalls auch trifunktionelle und/oder tetrafunktionelle Epoxide mit verschiedenen Additionsverbindungen, insbesondere Diaminen, Dithiolen und zweiwertigen Alkoholen wie Bisphenolen, in Gegenwart eines Aktiv- oder Wirkstoffs zur Reaktion gebracht werden, so daß hierdurch eine in-situ-Verkapselung oder ein in-situ-Einschluß des Aktiv- oder Wirkstoffs in den durch Polyaddition erzeugten Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen bewirkt wird.
Die Verfahrensschritte (a) und (b) können entweder diskontinuierlich oder aber kontinuierlich (z. B. als Batch-Verfahren) durchgeführt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sich dem Verfahrensschritt (b) gegebenenfalls ein Verfahrensschritt (c) anschließen, bei dem die in Schritt (b) erhaltenen aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen mit bekannten, dem Fachmann geläufigen Methoden abgetrennt bzw. isoliert werden können. Hierbei sollten keine allzu großen Scherkräfte auf die Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen ausgeübt werden, damit diese nicht beschädigt werden. Erfindungsgemäß geeignete Abtrennmethoden sind beispielsweise Gefriertrocknung (Lyophilisation) oder Sprühtrocknung unter schonenden Bedingungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit hervorragend zur Verkapselung oder zum Einschluß von Aktivsubstanzen der zuvor genannten Art in Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Verkapselungsverfahren:
Die Tatsache, daß die Polymerisation nichtradikalisch erfolgt, hat gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten, radikalisch verlaufenden Verkapselungsverfahren den Vorteil, daß erfindungsgemäß auch empfindliche Aktiv- oder Wirkstoffe verkapselt oder eingeschlossen werden können.
Die Verkapselung von Aktiv- und Wirkstoffen mittels Miniemulsionspolymerisation erfolgt in situ. Sind während der Polymerisationsreaktion Aktiv- und Wirkstoffe zugegen, werden diese aufgrund des Reaktionsmechanismus und des vorliegenden Emulsionsaufbaus in das sich bildende Polymernetzwerk und schließlich in die resultierenden Polymerpartikel eingelagert. Die Zugabe der Substanzen erfolgt beim Emulgierprozeß. Es lassen sich eine Vielzahl von Substanzen verschiedenster Art einlagern, wobei die Einlagerung der Aktiv- oder Wirkstoffe besonders effektiv ist, wenn die Substanzen schlechte Wasserlöslichkeit besitzen, d. h. hydrophob sind; aber auch amphiphile Substanzen lassen sich gut emulgieren und einschließen.
Der Anteil an Aktiv- und Wirkstoff kann über einen weiten Bereich variiert werden. Die erfindungsgemäß hergestellten Polymerkapseln besitzen ein großes Beladungspotential.
Durch die Wahl der Polymerisationsparameter gelingt eine gezielte Modifizierung der Partikeleigenschaften. Durch Auswahl geeigneter Reaktionspartner können die Partikeleigenschaften auf die gewünschte Anwendung maßgeschneidert werden. So lassen sich über die Art der verwendeten bifunktionellen Amine, Mercaptane oder Alkohole und Epoxide die Eigenschaften des resultierenden Polymers wie Glastemperatur, Elastizität, Streck- und Dehnbarkeit sowie Schmelz- oder Zersetzungstemperatur beeinflussen. Die Art und Dauer der Initiierung sowie die Größe der Miniemulsionströpfchen (Monomerbeladung) kann das Molekulargewicht des gebildeten Polymers steuern, ebenso kann der Polymerisationsgrad über monofunktionelle Zusätze begrenzt werden. Multifunktionelle Monomere hingegen, insbesondere tri- und tetrafunktionelle Epoxide und Amine, führen zu einer Vernetzung der Polymers und somit zu einer starken Erhöhung des Molekulargewichts. Damit lassen sich ebenfalls spezifische Parameter der Polymerpartikel wie Glastemperatur und Schmelzpunkt beeinflussen.
Über die Glastemperatur der Partikel kann ein "controlled-release-Effekt" erzielt werden. Die exakte Einstellung der Glastemperatur der Polymerpartikel ist für spätere Anwendungen von entscheidender Bedeutung, da durch die gezielte Erweichung der Polymermatrix der Release (Freisetzung) des eingeschlossenen Aktiv- und Wirkstoffs aktiviert werden kann. Es zeigt sich, daß die Partikel unterhalb der Glastemperatur sehr formstabil sind und eine Wirkstoffabgabe extrem langsam erfolgt. Bei Temperaturerhöhung über die Glastemperatur der Matrix erweicht der Partikel, und die Freisetzung des Wirkstoffs wird beschleunigt. Dieser Effekt kann z. B. beim Bügeln ausgenutzt werden, um eine verstärkte Duftabgabe aus der mit den Partikeln behandelten Wäsche zu erzeugen. Durch gezielte Auswahl der Ausgangsmonomeren läßt sich die Glasübergangstemperatur der resultierenden Polymere und auf diese Weise über die Härte der resultierenden Polymerkapseln die Freisetzung ("release") steuern. So erfolgt beispielsweise bei weichen Polymeren, z. B. solchen mit Glasübergangstemperaturen unterhalb der Raumtemperatur, eine relativ schnelle Freisetzung der verkapselten Aktivstoffe, wird bei härteren Polymeren, z. B. solchen mit Glasübergangstemperaturen oberhalb der Raumtemperatur, die Freisetzung langsamer erfolgt, aber durch Einwirkung von Wärme beschleunigt werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aktiv- oder wirkstoffhaltige Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen hergestellt werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen weisen im allgemeinen mittlere Teilchendurchmesser von 10 nm bis 500 nm, insbesondere von 40 nm bis 450 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 400 nm, auf.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen (synonym auch als Polymerisatträgersysteme oder polymere Trägersysteme bezeichnet) enthalten mindestens einen Aktiv- oder Wirkstoff eingeschlossen in einer Polymermatrix. Der Aktiv- oder Wirkstoffgehalt der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen liegt im allgemeinen bei 0,01 bis 80 Gew.-%, insbesondere bei 0,1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise bei 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen.
Die Wandschichten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen umfassen ein Polymerisat, das erhältlich ist durch nichtradikalische Miniemulsionspolymerisation, insbesondere Polykondensation, vorzugsweise Polyaddition, von durch nichtradikalische Miniemulsionspolymerisation polymerisierbaren Monomeren, vorzugsweise Epoxiden und hiermit unter Polyaddition reagierenden Verbindungen wie difunktionellen Aminen, Alkanolen oder Mercaptanen.
Die Oberfläche, insbesondere die Oberflächenbeschaffenheit, der aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen kann gegebenenfalls modifiziert werden, wobei die Oberflächenmodifizierung in situ während der Polymerisation erfolgen oder nachträglich durchgeführt werden kann. Solche Maßnahmen sind dem Fachmann geläufig.
Die Modifizierung der Oberflächenbeschaffenheit der Partikel kann chemisch oder physikalisch erfolgen. Sie dient der Substantivierung der Partikel, insbesondere für Wäsche, Fasern und Gewebe oder für Haut und Haare. Eine physikalische Modifizierung erfolgt durch die Wahl eines geeigneten Tensids und/oder Polymeren, das direkt bei der Emulsionsherstellung verwendet wird oder aber nachträglich zu der polymerisierten Miniemulsion zugesetzt wird. Auch eine Modifizierung des sprühgetrockneten Materials ist möglich. Eine in-situ-Funktionalisierung bei der Polymerisation erfolgt durch Zusätze an funktionellen Monomeren, die zu einer entsprechenden Oberflächeneigenschaft führen. Es können dazu Monomere mit kationischen, anionischen oder nichtionischen hydrophilen Substituenten verwendet werden. Der verzögerte Freisetzungseffekt der erfindungsgemäßen Systeme kann durch die Verwendung eines Coatings aus einem Polymermaterial oder einem Salz noch zusätzlich gesteigert werden. Außerdem können die Partikel auf diese Weise an der Oberfläche maskiert werden, was z.B. für das Wirkstoff-Delivery in biologischer Umgebung oder in vivo von Bedeutung ist.
Erfindungsgemäß geeignete Substanzen zur Oberflächenmodifizierung und -substantivierung sind geeignete organische oder anorganische Verbindungen verschiedenster Art, so z. B. kationische Polymere, polyquaternierte Polymere, kationische Biopolymere, kationische Silikonöle, Alkylamidoamine, quaternäre Esterverbindungen ("Esterquats"), auch jeweils in Form ihrer Salze; anionische und nichtionische Polymere wie beispielsweise Polymere mit anionischen Gruppen und anionische Polyelektrolyten, natürlich vorkommende Polymere, abgewandelte Naturstoffe, Polysaccharide, bioabbaubare Polymere, vollsynthetische Polymere, auch jeweils in Form ihrer Salze; anorganische Verbindungen wie beispielsweise Zeolithe, Silikate, Carbonate, Hydrogencarbonate, Soda, Alkali- und Erdalkalisufalte sowie Phosphate und alle zuvor aufgeführten Tenside, insbesondere Polymere Niotenside mit EO/PO-Blöcken sowie Polyethylenglykol und Polyethylenglykol-Derivate.
Gleichermaßen können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen angefärbt werden. Dies kann in der Regel dadurch erfolgen, daß neben den Aktiv- oder Wirkstoffen auch Farbstoffe miteingelagert werden, die zuvor zu der Miniemulsion zugegeben worden sind.
Die Verwendungsmöglichkeiten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen sind sehr zahlreich und umfassend.
So können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerisatträgersysteme als Delivery-Systeme verwendet werden, insbesondere im Bereich der Kosmetik und Körperpflege, im Bereich der Pharmazie, bei der Klebstoffverarbeitung und/oder im Bereich der Wasch- und Reinigungsmittel.
Insbesondere können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen als Delivery-Systeme zur kontrollierten Freisetzung von Aktiv- oder Wirkstoffen verwendet werden.
Weitere Ausgestaltungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht, welche die Erfindung jedoch keinesfalls beschränken.
Beispiel 1:
Es wurden verschiedene polymere Trägerpartikel, die mit Parfümöl (Orangenöl) in situ beladen werden, durch Polymerisation (Polyaddition) in Miniemulsionen gemäß den folgenden Rezepturen hergestellt, wobei der bei der Miniemulsionspolyaddition verwendete Tensidtyp jeweils variiert wurde.
Hierzu wurden jeweils 16,4 g einer Monomerenmischung aus dem Epoxid Epikote E 828 und dem Diamin Jeffamin D2000 im molaren Verhältnis von 2 : 1 mit 120 ml Wasser in Gegenwart des jeweiligen Tensids und eines zu verkapselnden Parfümöls (1,5 g) im Zustand der Miniemulsion umgesetzt. Der pH-Wert lag bei der Umsetzung jeweils zwischen 9 und 10.
Man erhielt mit Parfümöl beladene Trägerkapseln mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Durchmessern.
Beispiel 2:
Unter analogen Versuchsbedingungen wie in Beispiel 1 wurden verschiedene polymere Trägerpartikel, die mit Parfümöl in situ beladen werden, durch Polymerisation (Polyaddition) in Miniemulsionen gemäß den folgenden Rezepturen hergestellt, wobei der bei der Miniemulsionspolyaddition verwendete Amintyp jeweils variiert wurde.
Hierzu wurden jeweils 16 g einer Monomerenmischung aus dem Epoxid Epikote E 828 und dem jeweiligen Diamin im molaren Verhältnis von 2 : 1 mit 120 ml Wasser in Gegenwart des jeweiligen Tensids und eines zu verkapselnden Parfümöls (1,5 g) im Zustand der Miniemulsion umgesetzt. Der pH-Wert lag bei der Umsetzung jeweils zwischen 9 und 10.
Man erhielt mit Parfümöl beladene Trägerkapseln mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Durchmessern.
Beispiel 3:
Unter analogen Versuchsbedingungen wie in den Beispielen 1 und 2 wurden verschiedene polymere Trägerpartikel, die mit Parfümöl in situ beladen werden, durch Polymerisation (Polyaddition) in Miniemulsionen gemäß den folgenden Rezepturen hergestellt.
Hierzu wurden jeweils 16 g einer Monomerenmischung aus dem Epoxid Epikote E 828 und dem jeweiligen Diamin im molaren Verhältnis von 2 : 1 mit 120 ml Wasser in Gegenwart des jeweiligen Tensids und eines zu verkapselnden Parfümöls (1,5 g) im Zustand der Miniemulsion umgesetzt. Der pH-Wert lag bei der Umsetzung jeweils zwischen 9 und 10.
Man erhielt mit Parfümöl beladene Trägerkapseln mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Durchmessern.
Beispiel 4:
Unter analogen Versuchsbedingungen wie in den Beispielen 1 bis 3 wurden verschiedene polymere Trägerpartikel, die mit Parfümöl in situ beladen werden, durch Polymerisation (Polyaddition) in Miniemulsionen gemäß den folgenden Rezepturen hergestellt.
Hierzu wurden jeweils 24 g einer Monomerenmischung aus dem Epoxid Epikote E 828 und dem Diamin Jeffamin D2000 im molaren Verhältnis von 2 : 1 mit 160 ml Wasser in Gegenwart des jeweiligen Tensids und unterschiedlicher Mengen zu verkapselnder Parfümöle im Zustand der Miniemulsion umgesetzt. Der pH-Wert lag bei der Umsetzung jeweils zwischen 9 und 10.
Man erhielt mit Parfümöl beladene Trägerkapseln mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Durchmessern.
Beispiel 5:
Unter analogen Versuchsbedingungen wie in den Beispielen 1 bis 4, jedoch unter Zusatz eines multifunktionellen Epoxids, wurden verschiedene polymere Trägerpartikel, die mit Parfümöl in situ beladen werden, durch Polymerisation (Polyaddition) in Miniemulsionen gemäß den folgenden Rezepturen hergestellt.
Hierzu wurden jeweils 24 g einer Monomerenmischung aus dem Epoxid Epikote E 828 und dem Diamin Jeffamin D2000 im molaren Verhältnis von 2 : 1 mit 160 ml Wasser in Gegenwart des jeweiligen Tensids, 5 g des zu verkapselnden Parfümöls und 2,4 g eines multifunktionellen Epoxids (Denacol Ex-314) im Zustand der Miniemulsion umgesetzt. Der pH-Wert lag bei der Umsetzung jeweils zwischen 9 und 10.
Man erhielt mit Parfümöl beladene Trägerkapseln mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Durchmessern.
Beispiel 6:
Unter analogen Versuchsbedingungen wie in Beispiel 1 wurden verschiedene polymere Trägerpartikel, die mit Parfümöl in situ beladen werden, durch Polymerisation (Polyaddition) in Miniemulsionen gemäß den folgenden Rezepturen hergestellt, wobei der bei der Miniemulsionspolyaddition verwendete Amintyp jeweils variiert wurde.
Hierzu wurden jeweils 16 g einer Monomerenmischung aus dem Epoxid Epikote E 828 und dem jeweiligen Diamin im molaren Verhältnis von 2 : 1 mit 120 ml Wasser in Gegenwart des jeweiligen Tensids und eines zu verkapselnden Parfümöls (1,5 g) im Zustand der Miniemulsion umgesetzt. Der pH-Wert lag bei der Umsetzung jeweils zwischen 9 und 10.
Man erhielt mit Parfümöl beladene Trägerkapseln mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Glastemperaturen, die maßgeblich für den Release des Duftes in der Anwendung ist

Claims

Verfahren zur Herstellung aktiv- oder wirkstoffhaltiger Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen durch Miniemulsionspolyaddition, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: (a) Bereitstellung einer Miniemulsion, enthaltend: – mindestens ein difunktionelles Epoxid (Monomer I), – mindestens eine mit dem difunktionellen Epoxid unter Polyaddition reagierende Verbindung (Monomer II), ausgewählt aus der Gruppe von difunktionellen Aminen, difunktionellen Alkanolen (= Diolen) und difunktionellen Mercaptanen (= Dithiolen), wobei die Monomeren I und/oder II hydrophob oder amphiphil sind und in der wäßrigen Phase der Miniemulsion zu weniger als 10 % löslich sind, – mindestens einen zu verkapselnden oder einzuschließenden, hydrophoben oder amphiphilen Aktiv- oder Wirkstoff, der in der wäßrigen Phase der Miniemulsion zu weniger als 10 % löslich ist, und – mindestens eine grenzflächenaktive Substanz (Tensid) zur Stabilisierung der Miniemulsion; (b) Durchführung einer Polyadditionsreaktion zwischen den Monomeren I und II in Gegenwart des zu verkapselnden oder einzuschließenden Aktiv- oder Wirkstoffes und der grenzflächenaktiven Substanz in der unter Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion, wobei hierdurch eine in-situ-Verkapselung oder ein in-situ-Einschluß des Aktiv- oder Wirkstoffs in den durch Polyaddition erzeugten Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Miniemulsion um eine im wesentlichen wäßrige, durch die grenzflächenaktive Substanz stabilisierte Emulsion von Monomeren und Aktiv- oder Wirkstoff(en) mit einer Teilchengröße der emulgierten Tröpfchen von 10 nm bis 500 nm, insbesondere von 40 nm bis 450 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 400 nm, handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das difunktionelle Epoxid ein Epoxid der Formel
ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das difunktionelle Amin ausgewählt ist aus der Gruppe von (i) Alkyldiaminen, insbesondere solchen mit endständigen Aminogruppen wie 1,12-Diaminododekan; (ii) Bis-(aminocycloalkyl)-alkanen wie 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan; (iii) Bis-(aminoaryl)-alkanen wie 4,4'-Diaminobibenzyl; (iv) Polyoxyalkylendiaminen mit Molekulargewichten von bis zu 5.000 g/mol, insbesondere Polyoxyalkylendiaminen mit Polyoxyethylen- und/oder Polyoxypropyleneinheiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das difunktionelle Alkanol 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das difunktionelle Mercaptan ausgewählt ist aus der Gruppe von Alkyldithiolen (Dithioalkanen), vorzugsweise solchen mit endständigen Thiolgruppen (SH-Gruppen) wie 1,6-Hexandithiol.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Monomeren I und/oder II in der wäßrigen Phase zu weniger als 5 %, insbesondere zu weniger als 1 %, löslich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Gehalt an Monomeren I und II in der in Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion 1 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 25 Gew.-%, insbesondere 5 bis 15 Gew.-%, beträgt, bezogen auf die Miniemulsion, wobei das molare Verhältnis von Monomeren I zu Monomeren II im allgemeinen 2 : 1 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Aktiv- oder Wirkstoff in der wäßrigen Phase zu weniger als 5 %, insbesondere zu weniger als 1 %, löslich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Aktiv- oder Wirkstoff in organischen Medien und Lösungsmitteln, insbesondere in den Monomeren, löslich oder dispergierbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Aktiv- oder Wirkstoff unter Reaktionsbedingungen als Flüssigkeit vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Aktiv- oder Wirkstoff unter Reaktionsbedingungen als Feststoff vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Aktiv- oder Wirkstoff ausgewählt wird aus der Gruppe von Duftstoffen; Ölen wie etherischen Ölen, Parfümölen, Pflegeölen und Silikonölen; pharmazeutisch aktiven Substanzen wie antibakteriellen, antiviralen oder fungiziden Wirkstoffen; Antioxidantien und biologisch wirksamen Stoffen; Vitaminen und Vitaminkomplexen; Enzymen und enzymatischen Systemen; kosmetisch aktiven Substanzen; wasch- und reinigungsaktiven Substanzen; biogenen Wirkstoffen und Genen; Polypeptiden und Viren; Proteinen und Lipiden; Wachsen und Fetten; Schauminhibitoren; Vergrauungsinhibitoren und Mitteln zum Farbschutz; Soil-repellent-Wirkstoffen; Bleichaktivatoren und optischen Aufhellern; Aminen; sowie Mischungen der zuvor aufgeführten Verbindungen, insbesondere auch Mischungen mit Farbstoffen oder färbenden Substanzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Aktiv- oder Wirkstoffgehalt in der in Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion 0,01 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 25 Gew.-%, insbesondere 1 bis 15 Gew.-%, beträgt, bezogen auf die Miniemulsion.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die grenzflächenaktive Substanz ein kationisches Tensid ist und insbesondere ausgewählt wird aus der Gruppe von quartären Ammoniumverbindungen wie Dimethyldistearyl ammoniumchlorid, Hexadecyltrimethylammoniumchlorid, Cetrimoniumchlorid oder Lauryldimethylbenzylammoniumchlorid; Esterquats, insbesondere quaternierten Fettsäuretrialkanolaminestersalzen; Salzen langkettiger primärer Amine.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die grenzflächenaktive Substanz ein anionisches Tensid ist und insbesondere ausgewählt wird aus der Gruppe von Seifen; Alkylbenzolsulfonaten; Alkansulfonaten; Olefinsulfonaten; Alkylethersulfonaten; Glycerinethersulfonaten; α-Methylestersulfonaten; Sulfofettsäuren; Alkylsulfaten; Fettalkoholethersulfaten; Glycerinethersulfaten; Fettsäureethersulfaten; Hydroxymischethersulfaten; Monoglycerid(ether)sulfaten; Fettsäureamid(ether)sulfaten; Mono- und Dialkylsulfosuccinaten; Mono- und Dialkylsulfosuccinamaten; Sulfotriglyceriden; Amidseifen; Ethercarbonsäuren und deren Salzen; Fettsäureisothionaten; Fettsäuresarcosinaten; Fettsäuretauriden; N-Acylaminosäuren wie Acyllactylaten, Acyltartraten, Acylglutamaten und Acylaspartaten; Alkyloligoglucosidsulfaten; Proteinfettsäurekondensaten, insbesondere pflanzlichen Produkten auf Weizenbasis; Alkyl(ether)phosphaten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die grenzflächenaktive Substanz ein nichtionisches Tensid ist und ausgewählt ist der Gruppe von (i) nichtpolymeren nichtionischen Tensiden wie alkoxylierten, vorzugsweise ethoxylierten Fettalkoholen, Alkylphenolen, Fettaminen und Fettsäureamiden; alkoxylierten Triglyceriden, Mischethern und Mischformalen; gegebenenfalls partiell oxidierten Alk(en)yloligoglykosiden; Glucoronsäurederivaten; Fettsäure-N-alkylglucamiden; Proteinhydrolysaten; Zuckerestern; Sorbitanestern; Aminoxiden; und (ii) polymeren nichtionischen Tensiden wie Fettalkoholpolyglykolethern; Alkylphenolpolyglykolethern; Fettsäurepolyglykolestern; Fettsäureamidpolyglykolethern; Fettaminpolyglykolethern; Polyolfettsäureestern; Polysorbaten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Gehalt an grenzflächenaktiver Substanz in der in Schritt (a) bereitgestellten Miniemulsion 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 5 Gew.-%, beträgt, bezogen auf die Miniemulsion.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Miniemulsion außerdem tri- und/oder tetrafunktionelle Epoxide enthält.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das trifunktionelle Epoxid
ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das tetrafunktionelle Epoxid
ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Reaktionstemperatur für die Polyaddition 35 bis 100, vorzugsweise 40 bis 90 °C, insbesondere 50 bis 80 °C, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Reaktionsdauer 1 bis 24 h beträgt, insbesondere 2 bis 10 h, vorzugsweise 2 bis 5 h.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen mittlere Teilchendurchmesser von 10 nm bis 500 nm, insbesondere von 40 nm bis 450 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 400 nm, aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen einen Aktiv- oder Wirkstoffgehalt von 0,01 bis 80 Gew.-%, insbesondere von 0,1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 50 Gew.-%, aufweisen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Oberfläche der aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen modifiziert ist, wobei die Oberflächenmodifizierung in situ während der Polymerisation erfolgt oder nachträglich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei sich dem Verfahrensschritt (b) eine Abtrennung der in Verfahrensschritt (b) erhaltenen aktiv- oder wirkstoffhaltigen Polymerkapseln, -kügelchen oder -tröpfchen anschließt.