DE102006001481A1

DE102006001481A1 - Kapseln zur dosierten Abgabe eines eingeschlossenen Wirkstoffs, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

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Publication number: DE102006001481A1
Application number: DE200610001481
Authority: DE
Inventors: Walter Polak
Original assignee: P & W Invest Vermogensverwaltungsgesellschaft Mbh; P&W Invest Vermogensverwaltungs GmbH
Current assignee: P & W Invest Vermogensverwaltungsgesellschaft Mbh; P&W Invest Vermogensverwaltungs GmbH
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft Kapseln zur dosierten Abgabe eines eingeschlossenen Wirkstoffs mit einer festen Außenhülle auf der Basis von Chitosan oder eines Chitosan-Derivats und mit einem Kern auf der Basis eines Alginats oder Alginat-Derivats, wobei der Wirkstoff dosiert aus dem Kern freisetzbar ist. Der Kern weist schwammige, feuchte Struktur auf und enthält eine wässrige Lösung einer stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung. Die Hülle ist wasserunlöslich und weist Poren zur dosierten langfristigen Abgabe der Chlorsauerstoffverbindung auf, insbesondere in wässrigem Medium. Diese Kapseln sind besonders zur Desinfektion und Reinigung von Flüssigkeiten und Substratoberflächen, insbesondere in Form von Geweben, Filtermaterialien, Membranen, Ritzen, Fugen und/oder Füllkörpern, geeignet. Sie eignen sich besonders zur Wasserdesinfektion, insbesondere zur Desinfektion von Trink- und Badewasser, sowie zur Desinfektion von Filtermaterialien. Hier geben sie den Wirkstoff langfristig in dosierter Form in das zu behandelnde Medium bzw. auf das zu behandelnde Substrat ab. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung dieser Kapseln zeichnet sich dadurch aus, dass die wässrige Lösung der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung in eine wässrige Lösung eines Alginats bzw. eines Alginat-Derivats eingemischt, in die erhaltene Mischung eine wässrige Lösung von Chitosan bzw. eines Chitosan-Derivats eingemischt und diese endgültige Reaktionsmischung nach ...

Description

Die Erfindung betrifft Kapseln zur dosierten Abgabe eines eingeschlossenen Wirkstoffs mit einer festen Außenhülle auf der Basis von Chitosan oder eines Chitosan-Derivats und einem Kern auf der Basis eines Alginats oder Alginat-Derivats, wobei der Wirkstoff dosiert aus dem Kern freisetzbar ist, ein Verfahren zur Herstellung derartiger Kapseln sowie spezielle Verwendungen dieser Kapseln, insbesondere zur Desinfektion und Reinigung von Flüssigkeiten und von Substratoberflächen.
Seit Jahren sind oxidativ wirksame Chlorsauerstoffverbindungen zur Desinfektion und Reinigung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Desinfektion von Trink- und Badewasser, sowie von Substratoberflächen, insbesondere von Filtermaterialien, Membranen und dergleichen, bekannt. Insbesondere dient Chlor, auch eingebunden in chemische Verbindungen, einer wirksamen Wasseraufbereitung. So wird Chlor bei der Aufbereitung von Wasser zu Trinkwasser und Betriebswasser zum Entkeimen (Desinfizieren) und zur Algenbekämpfung verwendet. Gleichen Zwecken dient das in Natriumhypochlorit eingebundene Chlor. Der Einsatz von Natriumhypochlorit zur Wasseraufbereitung ist in DIN-Vorschriften geregelt. Für die Trinkwasser-Desinfektion kommen nur Verfahren in Frage, die sicher wirken, das Trinkwasser in seiner Beschaffenheit nicht verschlechtern und mit technisch-wirtschaftlich zumutbarem Aufwand durchführbar sind. Nach der in der Bundesrepublik Deutschland geltenden Trinkwasseraufbereitungsverordnung sind dabei neben dem bereits genannten Chlor und Natriumhypochlorit noch folgende Substanzen zugelassen: Calciumhypochlorit, Chlorkalk, Magnesiumhypochlorit, Chlordioxid, Ammoniak und Ammoniumsalze sowie Ozon. Das verbreitetste Desinfektionsmittel für Trinkwasser ist Chlor. Bei dem heute üblichen „indirekten Chlorgasverfahren" wird zunächst eine Chlor-Lösung hergestellt und diese dem Wasser zudosiert. Die Chlor-Wirkung konkurriert mit der Oxidationswirkung des Chlors gegenüber anorganischen und organischen Inhaltsstoffen (Chlorzehrung) mit der zeitabhängigen Desinfektionswirkung.
In Einzelfällen ist die Verwendung von Chlordioxid von Vorteil. Es kann nur direkt an der Zugabestelle hergestellt werden, wobei im Wasser eine gesundheitsschädliche Bildung von Chlorit vermieden werden muss. Ozon hat zwar eine wesentlich stärkere Desinfektionswirkung, aber auch hier konkurriert die Oxidation organischer Inhaltsstoffe mit der Desinfektion.

Seit einiger Zeit befasst sich die Entwicklung von chlorhaltigen Wasseraufbereitungsmitteln mit der Frage, inwieweit hier bezüglich der Einbindung des Chlors in eine chemische Substanz Vorteile erzielt werden könnten. Derartige Entwicklungen beschreibt die WO 02/098791 A1: So soll nach der darin beschriebenen Lehre insbesondere eine stabile Chlorsauerstofflösung bereitgestellt werden, die die Anforderungen für eine Wasseraufbereitung, insbesondere in Schwimmbädern optimal erfüllt, d.h. toxikologisch unbedenklich, umweltfreundlich, wirtschaftlich einsetzbar und aus anwendungstechnischer Sicht in hohem Maße geeignet ist. Eine derartige vorteilhafte im Wesentlichen chloritfreie, stabile wässrige Chlorsauerstofflösung wird dabei wie folgt hergestellt: Zunächst wird eine Hydrogensulfatverbindung in Wasser gelöst. Es folgt die Zugabe einer Säure zu der wässrigen Hydrogensulfat-haltigen Lösung in einer solchen Menge, dass der pH-Wert im angestrebten Endprodukt in Form der im Wesentlichen chloritfreien, stabilen wässrigen Chlorsauerstofflösung zwischen etwa 3 und 5 eingehalten wird; es schließt sich die Zugabe einer Peroxidverbindung an. Es folgt das Zutropfen einer wässrigen Chloritlösung in einer Menge von etwa 60 bis 90 Mol-% Chlorit, bezogen auf die Konzentration an Peroxidverbindung.

Alle vorbezeichneten Chlorierungsmittel, sei es mit gebundenem oder ungebundenem Chlor, haftet die grundsätzliche Problematik an, dass die Wirksubstanz sehr schnell verbraucht wird und nicht in wünschenswertem Maß langfristig dosiert freigegeben werden kann. Es bestand daher für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, hier eine vorteilhafte Abhilfe zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Kapseln zur dosierten Abgabe eines eingeschlossenen Wirkstoffs mit einer festen Außenhülle auf der Basis von Chitosan oder eines Chitosan-Derivats und einem Kern auf der Basis eines Alginats oder Alginat-Derivats gelöst, wobei der Wirkstoff dosiert aus dem Kern freisetzbar ist und bei dem es sich um eine stabile, oxidativ wirksame Chlorsauerstoffverbindung handelt. Diese Kapseln sind dadurch gekennzeichnet, dass der Kern schwammige, feuchte Struktur aufweist und eine wässrige Lösung einer stabi len, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung enthält und die Hülle wasserunlöslich ist und Poren zur dosierten Abgabe der Chlorsauerstoffverbindung aufweist.

Kapseln der oben beschriebenen Art, bei denen der Kern aus einem Alginat und/oder Alginat-Derivat und die feste Außenhülle auf der Basis von Chitosan und/oder eines Chitosan-Derivats aufgebaut sind, sind im Stand der Technik bekannt. Wenn im Rahmen der Erfindung von Alginaten gesprochen wird, dann sind darunter insbesondere Salze der Alginsäure zu verstehen, insbesondere Natrium-, Kalium-, Ammonium- und Magnesiumsalze, die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln die erforderliche Wasserlöslichkeit zeigen. Wenn von „Alginat-Derivaten" gesprochen wird, dann handelt es sich um Modifizierungen, beispielsweise Veretherungen der Hydroxylgruppen der Alginsäure zu beispielsweise Methoxygruppen und ähnlichen Gruppen, die die wünschenswerte Wasserlöslichkeit bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln nicht wesentlich beeinträchtigen. Insbesondere ist zu bedenken, dass das Alginat bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln gemäß dem nachfolgend noch beschriebenen vorteilhaften erfindungsgemäßen Verfahren in Form eines Alginat-Anions vorliegt und entsprechend reagiert. Chitosan, das erfindungsgemäß zur Ausbildung der Hülle in Betracht kommt, wird aus natürlichem Chitin durch Deacetylierung der Amidbindung gewonnen, wobei der Grad der Deacetylierung (DDA) steuerbar ist. Die Kettenlänge und das Molekulargewicht der Chitosanoligosaccharide lassen sich bei der Herstellung genau einstellen. Im Rahmen der Erfindung ist Chitin auch als Chitosan-Derivat zu werten. Auch hier bestehen die Möglichkeiten der Modifizierung zu Derivaten, beispielsweise durch Veretherung der Hydroxylgruppen des Saccharid-Gerüstes. Wie nachfolgend noch im Zusammenhang mit der Schilderung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Kapseln gemäß der Erfindung beschrieben, wird zur Einstellung der erforderlichen Wasserlöslichkeit das an sich unlösliche Chitosan bzw. Chitosan-Derivat dadurch wasserlöslich gemacht, indem es sich in einem schwach sauren Medium befindet, was dazu führt, dass die Amino-Gruppierung mehr oder weniger protonisiert wird und dadurch eine die Wasserlöslichkeit begünstigende „kationische Komponente" vorliegt.

Wie bereits ausgeführt, gibt es eine Fülle von Literaturstellen, die sich mit der Herstellung von Kapseln der beschriebenen Art befassen, bei denen der Kern auf einem Alginat bzw. Alginat-Derivat und die Hülle auf Chitosan- bzw. einem Chitosan-Derivat beruht. Hiermit befasst sich ausführlich die Literaturstelle „Pharmaceutical Engineering", November/Dezember 2002, Bd. 22, Nr. 6, unter der Überschrift „Perm-Selective Chitosan-Alginate Hybrid Microcapsules for Enzyme Immobilization Technology". So werden danach beispielsweise 2 g eines Natriumalginats in 100 ml destilliertem Wasser gelöst und längere Zeit gerührt. Danach werden Calciumalginat-Kügelchen durch Eintropfen der Alginat-Lösung durch eine Nadel in eine 0,34 M Calciumchlorit-Lösung hergestellt. Diese Kugeln werden in einer Chitosan-Lösung suspendiert, woraus Mikrokapseln resultieren. Weitergehende Modifizierungsmaßnahmen können vorgenommen werden (a.a.O., S. 2, I. Sp., „Preparation of Chitosan-Alginate Hybrid Microcapsules"). Ein entsprechendes Verfahren ergibt sich aus „J. Microencapsulation", August 2004, Bd. 21, Nr. 5, 485-497. Es kann diesbezüglich auch auf „Biomaterials", April 1999, 20(8): 773-83 verwiesen werden. Hierbei wird auch ein weiterer Herstellungsweg vorgeschlagen, indem zunächst kein fester Kern gebildet und danach die Hülle aus Chitosan aufgebaut wird, sondern es werden zwei Lösungen der Ausgangsmaterialien für Kern und Hülle bereitgestellt. So wird eine Lösung von Natriumalginat in eine Chitosan-Lösung getropft, wobei sich sämtliches Chitosan an einer dünnen Alginat-Chitosan-Membran auf der Oberfläche ausbildet. Es wird auch ein zweistufiges Verfahren beschrieben, wonach Calciumalginat-Kügelchen in einer wässrigen Lösung von Chitosan und Calciumchlorit behandelt werden, so dass daraus Kapseln hoher mechanischer Festigkeit entstehen. Darüber hinaus ist es aus „Journal of Bioactive and Compatible Polymers", Bd. 18, Nr. 3, 207-208 (2003), bekannt, Chitosan-Alginat-Mikrokapseln durch ein sogenanntes „Luftextrusionsverfahren" kontinuierlich herzustellen. Schließlich sei noch auf „International Journal of Pharmaceutics", 187 (1999) 115-123 verwiesen. Darin wird die Mikroverkapselung von lipophilen Wirkstoffen in Chitosan-beschichteten Alginat-Kügelchen behandelt.

Im Ergebnis ist festzustellen, dass bereits Kapseln der eingangs beschrieben Art im Prinzip bekannt sind (Kern-/Hülle-Prinzip). Es ist nun als überraschend zu bewerten, dass erfindungsgemäß die zugrunde gelegte Aufgabe gelöst werden kann, indem im Wesentlichen im Kern der Kapseln die wässrige Lösung einer stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung enthalten ist, wobei der Kern schwammige, feuchte Struktur aufweist. Diese Kapseln können langfristig gelagert werden, ohne dass die Wirksamkeit der eingeschlossenen Chlorsauerstoffverbindung wesentlich beeinträchtigt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn man diese Kapseln in einem wässrigen Medium aufbewahrt, in dem bereits eine stabile, oxidativ wirksame Chlorsauerstoffverbindung enthalten ist, die im Allgemeinen einem schnelleren Abbau als die in der Kapsel eingeschlossene Chlorsauerstoff-haltige Verbindung unterliegt. Man hätte durch aus annehmen können, dass sich die Chlorsauerstoffverbindung in einer wässrigen Lösung, die sich innerhalb der schwammigen Struktur des Kerns befindet, nach üblichen Abbaumechanismen gleichermaßen schnell abbaut wie in einem freien wässrigen Medium. Somit können die erfindungsgemäßen Kapseln langfristig gelagert werden. Insbesondere bei den später noch detailliert beschriebenen Anwendungsfällen wird die Chlorsauerstoffverbindung in gewünschter Form und dosiert durch die Poren der Hülle der erfindungsgemäßen Kapseln abgegeben.

Nachfolgend sollen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kapseln beschrieben werden: So ist es von Vorteil, wenn die Poren aufweisende Hülle der Kapseln in Einzelfällen gehärtet ist. Zur Erhöhung der Härte ist die Einbindung von Salzen vorteilhaft, insbesondere von Alkali- und/oder Erdalkalimetallsalzen, wie Natrium-, Kalium-, Magnesium- und/oder Calciumsalzen. Die Härtung wird dadurch erreicht, indem bei der Herstellung die jeweiligen Härtungssalze der Ausgangslösung und/oder der reaktiven Endlösung beigefügt werden. Von besonderem Vorteil ist der Einsatz von Calciumsalzen, insbesondere in Form von Calciumchlorid. Die Eigenschaften der Hülle und/oder des Kerns können dadurch des Weiteren wünschenswert gesteuert werden, wenn andere geeignete Additive bei der Herstellung der Kapseln einbezogen werden. So kann es sich dabei insbesondere um Additive zur Erhöhung der Festigkeit und/oder der Dichte, wie bereits oben angesprochen, aber auch um pH-, Redox- und/oder Leitfähigkeits-empfindliche Reagenzien handeln. Hierbei sind insbesondere Siliziumdioxid und/oder Bentonit von Vorteil. Durch diese vorteilhafte Steuerungsmöglichkeit kann den Kapseln ein unterschiedliches spezifisches Gewicht vermittelt werden. So ist es in verschiedenen Fällen vorteilhaft, dass den Kapseln für ein Aufschwimmen in einem wässrigen Medium eine Dichte von weniger als 1 g/ml und für ein Sinken oder Schweben in einem wässrigen Medium eine Dichte von mehr als 1 g/ml vermittelt wird.

Darüber hinaus ist es möglich, nicht nur solche Additive bzw. Substanzen bei der Herstellung der Kapseln einzubeziehen, die spezifische Eigenschaften des Kerns und/oder der Hülle beeinflussen, sondern auch solche, die bei den noch anzusprechenden besonderen Verwendungsmöglichkeiten zusätzliche wünschenswerte Außeneffekte zeigen, wie eine Erhöhung der adsorptiven Eigenschaften. Die adsorptiven Eigenschaften werden begünstigt, indem der Hülle und/oder dem Kern, insbesondere der Hülle, Aktivkohle einverleibt wird. Von besonderem Vorteil ist es auch, wenn solche Reagenzien einbezogen werden, die bei der dosierten Abgabe der Chlorsauerstoffverbindung, wenn deren wirksame Abgabe nachlässt, einen Farbumschlag zeigen, wobei der Einsatz von Phenolphthalein oder Methylorange besonders vorteilhaft ist.

Die Teilchengröße der erfindungsgemäßen Kapseln spielt bei den meisten Anwendungsfällen keine wesentliche Rolle. Normalerweise sind Kapseln in Form von Mikrokapseln einer Teilchengröße von etwa 1 bis 200 μm, insbesondere von etwa 5 bis 100 μm von Vorteil. Sollen die Kapseln aber beispielsweise in engen Ritzen eingesetzt werden, um dort eine Desinfektion zu bewirken, dann ist es zweckmäßig, wenn sie als „Nanokapseln" vorliegen, insbesondere einer Teilchengröße von etwa 30 nm bis 1 μm, insbesondere von etwa 150 bis 650 nm. Ferner ist es hier von Vorteil, dass diese zunächst staubförmig vorliegen.

Auch das Verhältnis der Wandstärke der Hülle zum Durchmesser des Kerns der erfindungsgemäßen Kapsel hat keine kritische Bedeutung. In der Mehrzahl der Fälle ist es von Vorteil, wenn dieses Verhältnis etwa 1:1 bis 1:10, insbesondere etwa 1:1 bis 1:5 beträgt.

Bezüglich der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung unterliegt die Erfindung keiner relevanten Einschränkung. Insbesondere sind solche Chlorsauerstoffverbindungen von Vorteil, die in der bereits angesprochenen WO 02/098791 A1 beschrieben werden. Es sei hierzu auch auf das vorstehend bei der Behandlung des Standes der Technik dargestellte Herstellungsverfahren verwiesen. Die in der WO 02/098791 A1 beschriebenen stabilen Chlorsauerstoffverbindungen sind als modifiziert zu bezeichnen und zeichnen sich dadurch aus, dass sie kein freies Chlor enthalten. Es sei hier bereits angemerkt, dass die Bedeutung der erfindungsgemäßen Kapseln nicht dadurch eingeschränkt ist, dass im Einzelfall dennoch freies Chlor vorliegt. Im Hinblick auf möglichst einfache, energiesparende und umweltschonende Systeme sind entsprechend modifizierte Sauerstoffträger in Form von Chlorsystemen im Bereich der Wasseraufbereitung, insbesondere Schwimmbad-Technologie, von Vorteil, die kein freies Chlor enthalten, welches sehr aggressiv ist und zu unerwünschten Nebenprodukten führen kann. Als ein besonders vorteilhaftes „modifiziertes" Chlorierungsmittel lässt sich das TCDO-Komplex-Anion beschreiben, das nach der Lehre der WO 02/098791 A1 in wässrigem Medium erhältlich ist. Dieses wird in dem bereits bezeichneten pH-Bereich zwischen etwa 3 und 5 erhalten und ist über eine sich zunächst einstellende Braunfärbung anhand des Charge-Transfer-Komplexes Cl₄O^2– ₁₀ erkennbar, wonach sich eine gelbgrüne Farbe einstellt, welche der deutlich heller gefärbten gelbgrünen Lösungsfärbung für den Tetrachlordekaoxid-Komplex farblich ähnelt. Unter dem Tetrachlordekaoxid-Komplex-Anion verbirgt sich eine relativ komplexe Charge-Transfer-Struktur, wonach in einer Chlordioxid-Chlorit-Matrix gelöster Sauerstoff enthalten ist, der in aktiver Form stabilisiert vorliegt.

Der sogenannte TCDO-Komplex wurde durch moderne Analysetechniken nachgewiesen, so anhand eines Raman-Spektrums. Er wird hier mit besonderem Vorteil genutzt, wenn er in wässriger Lösung vorliegt und insbesondere nach dem in der WO 02/098791 A1 beschriebenen Verfahren erhalten wurde. Dies ist für seine Stabilität wesentlich. So konnte in einer wässrigen Lösung des TCDO-Komplexes Chlorit und Chlorat in der wässrigen Lösung nicht mehr nachgewiesen werden. Diese technologische Erläuterung soll nicht beschränkend sein. Tatsächlich wird im Rahmen der Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln eine wässrige Lösung der Chlorsauerstoffverbindung eingekapselt, insbesondere in Form des angesprochenen Tetrachlordekaoxid-Komplexes.

Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn die wässrige Lösung der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung etwa 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere etwa 30 bis 60 Gew.-% des Kerns ausmacht. Das bedeutet, dass diese wässrige Lösung einen erheblicher Teil in der schwammigen Struktur des Kerns darstellt. Zweckmäßigerweise beträgt die Konzentration der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstofflösung in der wässrigen Lösung etwa 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere etwa 20 bis 35 Gew.-%.

Die erfindungsgemäßen Kapseln sind langfristig lagerbar, ohne dass ihre Wirksamkeit wesentlich beeinträchtigt wird. Um ihre Wirksamkeit beim jeweiligen Anwendungsfall zu optimieren, kann es von Vorteil sein, sie in einem wässrigen Medium zu lagern, das bereits eine Chlorsauerstoffverbindung enthält, insbesondere die in den Kapseln bereits enthaltene stabile, oxidativ wirksame Chlorsauerstofflösung in geringerer Konzentration.

Zur weitergehenden technologischen Erläuterung der erfindungsgemäßen Kapseln sei noch Folgendes dargestellt, wenngleich darin keine bindende technologische Erklärung gesehen werden soll: Im Rahmen der Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln wird ein Alginat eingesetzt, das einen anionischen Anteil enthält, nämlich einen Alginat-Anteil. Demgegenüber ist das Chitosan, in einem schwach saueren wässrigen Medium zur Herstellung der Kapseln eingesetzt, mit einem kationischen Anteil versehen, nämlich in Form des protonisierten Chitosan gerüsts. An der Grenzfläche zwischen Kern und Hülle findet vermutlich Vernetzungsreaktion statt, d.h. die anionischen Anteile des Alginats und die kationischen Anteile des Chitosans treten in eine vernetzende Wechselwirkung. Dies hat offensichtlich vorteilhafte Auswirkungen auf die Stabilität und die Dosierungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Kapseln.

Vorstehend wurde bereits gezeigt, dass Kapsel auf dem Hülle-Kern-Prinzip unter Heranziehen von Alginat und Chitosan hinlänglich bekannt sind. Dem Fachmann ist es problemlos möglich, anhand dieser bekannten Vorschläge die erfindungsgemäßen Kapseln herzustellen. Es hat sich gezeigt, dass zu deren Herstellung ein Verfahren besonders vorteilhaft ist, bei dem die wässrige Lösung einer stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstofflösung in eine wässrige Lösung eines Alginats bzw. eines Alginat-Derivats eingemischt werden, in die erhaltene Mischung eine wässrige Lösung von Chitosan bzw. eines Chitosan-Derivats eingemischt und diese endgültige Reaktionsmischung nach üblichen Verfahren in Kapseln überführt wird, wobei sich das Sprühtrocknungs- oder das Vertropfverfahren als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Hierbei handelt es sich um übliche Verfahren, wozu beispielsweise auf die vorstehend bereits angesprochene Literaturstelle „Biomaterials", 1999, April; 20(8): 773-83, verwiesen sei.

Es ist von Vorteil, wenn bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln die wässrige Lösung des Alginats bzw. des Alginat-Derivats etwa 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 bis 4 Gew.-% Alginat bzw. Alginat-Derivat enthält. Gleiches gilt für die wässrige Lösung des Chitosans bzw. Chitosan-Derivats, d.h. eine bevorzugte Konzentration hiervon ist etwa 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 bis 4 Gew.-%.

Vorstehend wurde bereits auf die verschiedenen Möglichkeiten der Härtung der Hülle der Kapseln eingegangen. Auch wurde vorstehend bereits die Möglichkeit behandelt, dass zusätzliche wünschenswerte Eigenschaften mit Außenwirkung dadurch erreicht werden können, dass einer oder mehreren der Ausgangslösungen bzw. der reaktiven Endlösung weitere Additive einverleibt werden, wie beispielsweise zur Verbesserung der adsorptiven Eigenschaften Aktivkohle.

Die erfindungsgemäßen Kapseln sind vielfältigen Anwendungszwecken zugänglich, die auf die Wirksamkeit stabiler, oxidativ wirksamer Chlorsauerstoffverbindungen abstellen, insbesondere der Desinfektion und Reinigung von Flüssigkeiten und von Substratoberflächen, insbesondere von Geweben, Filtermaterialien, Membranen, feinen Ritzen, Fugen oder Füllkörpern. Im Vordergrund steht eine wirksame Wasserdesinfektion, insbesondere die Desinfektion von Trink- und Badewasser, sowie die Desinfektion von Filtermaterialien, insbesondere in Form von Quarz, Quarzsand und/oder kohlehaltigen Materialien.

Bei den angesprochenen Anwendungsfällen ist eine einfache und wirksame Dosierung der eingeschlossenen Kohlensauerstoff-haltigen Verbindungen und eine vorteilhafte Handhabung der Kapseln möglich. Diese sind toxikologisch völlig unbedenklich, umweltfreundlich, wirtschaftlich einsetzbar und können kostengünstig hergestellt werden.

Von besonderem Vorteil ist es, dass die erfindungsgemäßen Kapseln als Nanokapseln trocken als Staub angeboten werden können. Sie lassen sich in Wasser dispergieren und können über eine Sprühdose an enge Wirkstellen eingebracht werden, so in feinste Ritzen, Fugen und dergleichen. Größere Kapseln lassen sich in Füllkörper oder z.B. auf Membranen und diverse andere Materialien geben. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass man die erfindungsgemäßen Kapseln einfärben kann. So lässt sich aus dem Grad der Entfärbung der Kapseln ableiten, dass die Wirkstoffkonzentration unter ein gewisses Maß reduziert ist. Auch ist es möglich, die erfindungsgemäßen Kapseln als freischwimmenden Filterzusatz einzusetzen. Sie zeigen auch eine wünschenswert hohe thermische Stabilität, so zwischen etwa 4 und 70°C. Im Übrigen lassen sie sich, wenn ihre Wirksamkeit nachgelassen hat, vorteilhaft entsorgen, zumal sie umweltverträglich sind. Dabei ist es interessant, dass sie, wenn auch mit einem gewissen Aufwand, dadurch für neue Verwendungszwecke präpariert werden können, indem sie einige Zeit in eine wässrige Lösung eingelagert werden, die den Wirkstoff in Form der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung enthält. Durch Diffusionsvorgänge wird dann der ursprüngliche Wirkungszustand wiederhergestellt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Beispiels noch näher erläutert werden:

Beispiel:
1. Herstellung einer stabilen Chlorsauerstoff-haltigen wässrigen Lösung:
In 800 ml Wasser werden 2 g Natriumhydrogensulfat gelöst. Dann werden 12 ml 10 N Schwefelsäure hinzugefügt. Des Weiteren werden 38 ml 30%-ige Wasserstoffperoxidlösung vorsichtig eingerührt. In diese Lösung werden innerhalb von 15 min 157 ml Natriumchloritlösung (25%-ig) zugetropft. Die Lösung färbt sich über Braun nach Gelbgrün und bleibt stabil. Aufgrund einer analytischen Untersuchung konnte festgestellt werden, dass sie den Tetrachlordekaoxid-Komplex (TCDO-Komplex) in stabiler Form enthält.
2. Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln:
Eine gemäß obiger Verfahrensweise hergestellte wässrige Lösung eines Natrium-Tetrachlordekaoxids wurde zur Einkapselung herangezogen. Vorgelegt wurden 100 ml der wässrigen Lösung der TCDO-Verbindung, worin diese in einer Menge von etwa 50 Gew.-% enthalten war. Unter langsamem Rühren wurden diese 100 ml wässrige Lösung der Chlorsauerstofflösung in 100 ml einer Natriumalginatlösung einer Konzentration von etwa 3 Gew.-% tropfenweise unter Rühren eingemischt. Die auf diese Weise erhaltene Mischung wurde unter Rühren in 100 ml einer schwach sauren wässrigen Lösung von Chitosan einer Konzentration von etwa 3 Gew.-% eingemischt. Nach etwa 90 min Reaktionsdauer wurde die weitgehend ausreagierte Reaktionsmischung in einem Sprühtrocknungsverfahren einem üblichen Versprühen unterzogen. Es fielen Kapseln einer Teilchengröße von etwa 60 μm an. Diese zeigen besondere Eignung bei der Aufbereitung von Schwimmbadwasser, wenn sie den Filtermaterialien einverleibt wurden.

Claims

Kapseln zur dosierten Abgabe eines eingeschlossenen Wirkstoffs mit einer festen Außenhülle auf der Basis von Chitosan oder eines Chitosan-Derivats und mit einem Kern auf der Basis eines Alginats oder Alginat-Derivats, wobei der Wirkstoff dosiert aus dem Kern freisetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern schwammige, feuchte Struktur aufweist und eine wässrige Lösung einer stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung enthält und die Hülle wasserunlöslich ist und Poren zur dosierten Abgabe der Chlorsauerstoffverbindung aufweist.
Kapseln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren aufweisende Hülle gehärtet ist.
Kapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle zur Erhöhung ihrer Härte Salze enthält, insbesondere Alkali- und/oder Erdalkalimetallsalze.
Kapseln nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Salze in Form eines Calciumsalzes, insbesondere in Form von Calciumchlorid vorliegen.
Kapseln nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle und/oder der Kern zur Steuerung gewünschter Eigenschaften Additive enthalten.
Kapseln nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive der Erhöhung der Festigkeit und/oder der Dichte dienen, pH-, Redox- und/oder Leitfähigkeits-empfindliche Reagenzien oder Reagenzien darstellen, die bei der dosierten Abgabe der Chlorsauerstoffverbindung einen Farbumschlag zeigen, insbesondere in Form von Phenolphthalein oder Methylorange.
Kapseln nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kern und/oder der Hülle Siliziumdioxid und/oder Bentonit zur Beeinflussung der Festigkeit und/oder der Dichte einverleibt sind.
Kapseln nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Kapseln für ein Aufschwimmen in einem wässrigen Medium eine Dichte von weniger als 1 g/ml und für ein Sinken oder Schweben in einem wässrigen Medium eine Dichte von mehr als 1 g/ml vermittelt ist.
Kapseln nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kern und/oder der Hülle Substanzen einverleibt werden, die bei deren Verwendung zusätzliche gewünschte Außeneffekte bewirken.
Kapseln nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Aktivkohle einverleibt ist, um ihre adsorptiven Eigenschaften zu begünstigen.
Kapseln nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Mikrokapseln einer Teilchengröße von etwa 1 bis 200 μm, insbesondere von etwa 5 bis 100 μm vorliegen.
Kapseln nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Nanokapseln einer Teilchengröße von etwa 30 nm bis 1 μm, insbesondere von etwa 150 bis 650 nm vorliegen.
Kapseln nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wandstärke der Hülle zum Durchmesser des Kerns etwa 1:1 bis 1:10, insbesondere etwa 1:1 bis 1:5 beträgt.
Kapseln nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stabile, oxidativ wirksame Chlorsauerstoffverbindung eine im Wesentlichen Chlorit-freie, stabile wässrige Chlorsauerstoffverbindung ist.
Kapseln nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Chlorsauerstoffverbindung den Tetrachlordekaoxid-Komplex einbezieht.
Kapseln nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung etwa 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere etwa 30 bis 60 Gew.-% des Kerns ausmacht.
Kapseln nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung in der im Kern enthaltenen wässrigen Lösung etwa 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere etwa 20 bis 35 Gew.-% beträgt.
Kapseln nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie staubförmig vorliegen, insbesondere als Nanokapseln.
Kapseln nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem wässrigen Medium vorliegen, das eine stabile, oxidativ wirksame Chlorsauerstoffverbindung enthält, insbesondere in Form des Salzes des Tetrachlordekaoxid-Komplexes.
Verwendung der Kapseln nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Desinfektion und Reinigung von Flüssigkeiten und von Substratoberflächen, insbesondere von Geweben, Filtermaterialien, Membranen, feinen Ritzen, Fugen oder Füllkörpern.
Verwendung nach Anspruch 20 zur Wasserdesinfektion, insbesondere zur Desinfektion von Trink- und Badewasser, sowie zur Desinfektion von Filtermaterialien, insbesondere in Form von Quarzkies, Quarzsand und/oder kohlehaltigen Materialien.
Verfahren zur Herstellung von Kapseln nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung der stabilen, oxidativ wirksamen Chlorsauerstoffverbindung in eine wässrige Lösung eines Alginats bzw. eines Alginat-Derivats eingemischt wird, in die erhaltene Mischung eine wässrige Lösung von Chitosan bzw. eines Chitosan-Derivats eingemischt und diese endgültige Reaktionsmischung nach üblichen Verfahren in Kapseln überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verkapseln die Technik des Sprühtrocknens oder des Vertropfens angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung des Alginats bzw. des Alginat-Derivats auf eine Konzentration von etwa 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 bis 4 Gew.-% Alginat bzw. Alginat-Derivat eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung des Chitosans bzw. Chitosan-Derivats auf eine Konzentration von etwa 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 bis 4 Gew.-% Chitosan bzw. Chitosan-Derivat eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Härtung der Hülle der Kapseln der wässrigen Lösung des Chitosans bzw. Chitosan-Derivats Salze einverleibt werden, insbesondere in Form von Alkali- und/oder Erdalkalisalzen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung wünschenswerter Eigenschaften der (den) Ausgangslösungen) und/oder der endgültigen Reaktionsmischung weitere Additive einverleibt werden.