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Verfahren zur Herstellung mikroskopischer, Öl enthaltender Kapseln
Es ist bekannt, ein wäßriges Sol eines hydrophilen filmbildenden Kolloids, das Öl
in Form kleiner Tropfen emulgiert enthält, zu koacervieren. Das Einschließen der
Öltröpfchen in dem Kolloid blieb dabei vollständig dem Zufall überlassen, z. B.
war nur in einigen Koacervattröpfchen Öl eingelagert, während andere keine Einlagerung
aufwiesen und einige Öltröpfchen uneingekapselt im Sol blieben.
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Demgegenüber können technisch vielseitig verwendbare feste mikroskopische
Kapseln, die im Innern Öl enthalten, durch Koacervierung eines wäßrigen Sols eines
hydrophilen, filmbildenden Kolloids, das das Öl in Form kleiner Tröpfchen emulgiert
enthält, hergestellt werden, wenn erfindungsgemäß während der Koacervierung die
Emulsion ständig gerührt und unter weiterem Umrühren bis unter die Gelatiniertemperatur
des filmbildenden Kolloids abgekühlt wird.
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Da das Kolloid durch Koacervierung um die emulgierten Öltröpfchen
abgelagert wird, stellt die Einkapselung der Öltröpfchen durch das Kolloid ein aus
einem Schritt bestehendes Verfahren dar.
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Dies ist von erheblicher Bedeutung, wenn Ö1 enthaltende Kapseln in
großem Maßstab erzeugt werden sollen.
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Die Koacervierung wird bekanntermaßen durch Verdünnen und/oder Verändern
des pH-Wertes der Mischung bewirkt. Die als Sol verwendeten Kolloide müssen ionisierbar
sein und bei einer Mischung verschiedene Ionenladungen aufweisen. Dies kann durch
die Wahl bestimmter Kolloide oder Verändern des pH-Wertes der Mischung von Solen,
in der die Ö1-tröpfchen dispergiert sind, erreicht werden. Einige hydrophile Kolloide
besitzen als wäßrige Sole unabhängig von dem pH-Wert des Sols eine negative und
andere eine positive Ladung. Andere wieder sind amphoter, über dem isoelektrischen
Punkt negativ und unterhalb desselben positiv geladen. Die elektrischen Ladungseigenschaften
eines hydrophilen Kolloides können in bekannter Weise durch Elektrophorese bestimmt
werden. Falls eines oder beide der verwendeten Kolloide amphoter sind, läßt sich
der pH-Wert der Sole so verändern, daß die Ionen der beiden Kolloide jeweils eine
verschiedene elektrische Ladung aufweisen. Amphotere hydrophile Kolloide mit gleichem
isoelektrischem Punkt lassen sich nicht verwenden.
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Die Mischung kann dadurch hergestellt werden, daß ein wäßriges Sol
des einen Kolloides gebildet, das Öl darin emulgiert und die erhaltene Emulsion
mit einem wäßrigen Sol des anderen Kolloides gemischt wird. Es können jedoch auch
zuerst die beiden
Sole hergestellt und gemischt und das Öl dann in dieser Mischung
emulgiert werden.
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Bei der Koacervierung lagert sich das Komplexkolloid um die Öltröpfchen
herum ab und bildet somit die Kapseln.
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Entweder eines oder beide dieser Kolloide sollten gelatinierbar sein
und in einer solchen Konzentration zur Verwendung kommen, daß das komplexe Kolloidkoacervat
gelatinierbar ist.
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Die Öltröpfchen in den Kapseln sind durch einen dicken, selbsttragenden,
zähen Film des Kolloides gegen eine Berührung mit ihrer Umgebung geschützt.
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Das die Kapselwände bildende Komplexkolloid kann bis zu einem gewissen
Grad gehärtet und wasserunlöslich gemacht werden, so daß die Kapseln äußerst hitze-
und feuchtigkeitsbeständig sind.
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Der Ausdruck »ionisierbares hydrophiles Kolloid« bezeichnet Stoffe,
wie Gelatine, Albumin, Alginate, beispielsweise Natriumalginat, Kasein, Agar-Agar,
Stärke, Pektine, Carboxymethylcellulose, Irländisches Moos und Gummiarabikum.
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Die in einem wäßrigen Medium hergestellten mikroskopischen Kapseln
weisen einen Durchmesser von mehreren Mikron auf und enthalten jeweils ein oder
mehrere Öltröpfchen, die von einer verhältnismäßig dicken Kapselwand aus dem gelatinierten
Kolloid umgeben sind. Sind die Kapseln in viel Wasser dispergiert, so können sie
einzeln existieren. Wird jedoch das freie Wasser abgezogen, dann sind die Kapseln
bestrebt, sich zu Trauben zusammenzuballen, bis die Masse mehr oder weniger fest
wird.
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Als Öle für das beschriebene Verfahren eignen sich mit Wasser nicht
mischbare Öle, die dem Einkapselungsstoff gegenüber neutral sind und die in einem
wäßrigen Sol des verwendeten hydrophilen gelatinierbaren Kolloides emulgiert werden
können.
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Zu diesen Ölen zählen die Mineralöle, wie Petroleumfraktionen, tierische
Öle, wie Spermöl, Fischöle, beispielsweise Heilbuttlebertran, Pflanzenöle, beispiels
weise Baumwollsamenöl, Maisöl, Rizinusöl und Kokosnußöl, ätherische Öle von Pflanzen
sowie synthetische Öle, beispielsweise Methylsalicylat und chloriertes Diphenyl.
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Als in Frage kommende gelatinierbare hydrophile Kolloide wären Gelatine
undAgar-Agar zu erwähnen.
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In dem Öl, das zur Bildung der Tröpfchen dient, können verschiedene
Stoffe gelöst oder ein fester Stoff in der Größe der Kolloidteilchen suspendiert
werden. Diese Stoffe müssen sich selbstverständlich den anderen Bestandteilen der
Kapseln gegenüber neutral verhalten. Unter solchen in feinverteilter Form zur Verwendung
gelangenden festen Stoffen sind Farbstoffe zu erwähnen, wie sie beispielsweise für
die Herstellung von Tinten verwendet werden, feste chemische Reagenzien, Medikamente,
Riechstoffe und andere Stoffe, die gegen Umgebungseinflösse geschützt oder aus anderen
Gründen isoliert werden müssen. Von den Stoffen, die in Öl gelöst werden können,
sind öllösliche Farbstoffe, Klebstoffe, öllösliche Vitamine zu nennen.
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Die Porengröße des aus dem Komplexkolloid bestehenden Kapselfilmes
kann während des Gelatinierens und Trocknens verringert werden, wodurch der Einkapselungsfilm
gegenüber dem im Innern der Kapsel vorhandenen Öl undurchlässig wird.
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Da alle Filme aus gelatiniertem hydrophilem Kolloid auf Grund der
Gelstruktur bis zu einem gewissen Grad molekular porös sind, sind die Kap seln entsprechend
ihrer Herstellung mehr oder weniger porös. Wenn die Gelatinierung schnell durchgeführt
wird, ist die Porengröße gering, und die Kapseln halten durch Siebwirkung Öle, die
verhältnismäßig kleine Moleküle besitzen, zurück. Bei langsamer Gelatinierung wird
die Porenstruktur des Einkapselungsstoffes gröber. Die Kapseln werden daher, wie
an sich bekannt, bei einem p,-Wert von 9 bis 10 gehärtet. Hierdurch werden sie auch
hitzebeständiger und wasserunlöslich. Sollen die Kapseln Markierflüssigkeiten enthalten,
so ist eine geringe Porengröße erwünscht, während, wenn die Kapseln für Zwecke verwendet
werden sollen, in denen das Öl langsam aus den Kapseln austreten soll, größere Poren
bevorzugt werden.
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Die Verwendung der Kapseln umfaßt auch den Schutz von Ölen gegen
schädliche Umgebungseinflüsse und die Verhinderung einer Reaktion der Öle mit anderen
Stoffen während Transport und Lagerung.
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Weitere Verwendungszwecke der Kapseln bestehen im Einschließen medizinischer
Öle, die von einem Patienten, ohne deren Geschmack zu empfinden, eingenommen werden
können. Diese Arzneien werden durch die Einkapselung gleichzeitig auch vor Verunreinigungen
und anderen Einflüssen bewahrt.
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Sollen die Kapseln getrocknet werden, so kann dies in einem Ofen
geschehen. Das erhaltene Agglomerat wird dann gemahlen und zum Entfernen des ausgetretenen
Öls gewaschen. Falls erwünscht, können die in einer Flüssigkeit suspendierten Kapseln
aber auch sprühgetrocknet werden. Hier ist kein Mahlen und
Waschen erforderlich.
In der trockenen, gekörnten Form werden die das flüssige Öl enthaltenden Kapseln
ebenso wie andere, trockene Stoffe gehandhabt und gelagert.
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Das durch das Verfahren erhaltene Erzeugnis kann vor dem Trocknen
als Überzug verwendet werden, da die Kapseln nach dem Trocknen aneinanderhaften.
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Beispiel 1 Es werden 4,5 1 einer Öl-in-Wasser-Emulsion aus 20 Gewichtsteilen
Trichlordiphenyl, das 3,3-Bis-(p-dimethylaminophenyl)-6-dimethylaminophthalid als
Farbbildner enthält, und 100 Gewichtsteilen eines Sols aus 10 Gewichtsprozent Schweinehautgelatine
in Wasser bereitet. Die Emulgierung wird fortgesetzt, bis die Tröpfchengröße des
Öls zwischen 2 und 5 p liegt. Während die Temperatur der Emulsion auf 500 C gehalten
wird, erfolgt die Koacervierung durch langsames und gleichmäßiges Zusetzen von 1,821
einer 20gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung von Natriumsuffat. Das gleichmäßige
Zusetzen dieses Stoffes wird durch ständiges Rühren erreicht.
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Um das Koacervat zu gelatinieren, wird die warme Koacervatmischung
unter ständigem Rühren in 45,51 einer 7gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung von Natriumsulfat
mit einer Temperatur von 190 C gegossen.
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Zu diesem Zeitpunkt hat die Einkapselung des Ols durch Gelbildung
stattgefunden. Um das Salz zu entfernen, wird die Masse gefiltert und mit Wasser
gewaschen. Die Temperatur wird hierbei unter dem Schmelzpunkt der Gelatine gehalten.
Falls erforderlich, werden durch Zusatz von etwa 91 einer 370/oigen wäßrigen Lösung
von Formaldehyd die abfiltrierten Kapseln gehärtet. Die gehärteten Kapseln werden
dann filtriert und zur Entfernung des restlichen Formaldehyds mit Wasser gewaschen.
Der erhaltene Filterkuchen wird bekanntermaßen durch Abziehen von Wasser, beispielsweise
durch Zentrifugieren oder Sprühtrocknen, oder gegebenenfalls durch Zusetzen von
Wasser auf den richtigen Wassergehalt gebracht.
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An Stelle von Natriumsulfat kann auch Ammoniumsulfat verwendet werden,
obwohl dieses nicht so wirksam ist wie Natriumsulfat. Ähnliche Unterschiede treten
auch bei anderen Salzen auf. Salze für die Koacervierung können mit Kationen Na>
K > Rb > Cs > N H4 > Li und Anionen S O4 > Zitrat > Tartrat>
Acetat> Cl ausgewählt werden, die entsprechend ihrer Wirksamkeit in der vorstehenden
Reihenfolge angeordnet sind.
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Beispiel 2 Ein Sol wird aus 20 g in 160 g Wasser aufgelöstem Gummiarabikum
hergestellt. Gummiarabikum in Wasser bildet unabhängig vom pH-Wert des Sols immer
negative Ionen. In das Sol werden 80 g Trichlordiphenyl emulgiert. Ein zweites Sol
aus 20 g Schweinehautgelatine mit einem isoelektrischen Punkt von p, 8 und 160 g
Wasser wird mit der Emulsion vermischt. Dann wird der Mischung langsam tropfenweise
oder durch Einsprühen unter ständigem Rühren so viel Wasser zugesetzt, daß die Koacervierung
eingeleitet und so lange fortgesetzt wird, bis die gewünschte Größe der Öltröpfchen,
um die herum sich das Koacervat ablagert, erreicht ist. Diese Größe ist um so kleiner,
je weniger Wasser verwendet wird.
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Sämtliche vorgenannten Schritte werden bei 500 C ausgeführt. Die erhaltene
Koacervatmischung wird in
Wasser mit einer Temperatur von 0° C gegossen.
Es wird hierbei so viel Wasser verwendet, daß die Mischung insgesamt 3960 g wiegt.
Die Mischung wird umgerührt und nachher bei 25 C 1 Stunde stehengelassen. Nunmehr
ist die Kapselbildung beendet.
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Eine etwaige Härtung der Kapselwände erfolgt durch Einstellen des
pil-Wertes der Suspension des Kapselstoffes auf etwa 9 bis 11 durch den Zusatz von
Natriumhydroxyd sowie durch Abkühlen auf 0 bis 50 C. Dann werden 19,8 g einer mit
Natriumhydroxyd auf einen pH-Wert zwischen 9 und 11 gebrachten 37gewichtsprozentigen
wäßrigen Lösung von Formaldehyd zugesetzt und mindestens 10 Minuten lang gerührt.
Die erhaltenen gehärteten Kapseln werden durch Filtrieren oder Zentrifugieren aus
der Restflüssigkeit ausgeschieden. Sie können getrocknet werden.
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Beim Filtern wird zuerst das freie Wasser durch ein Saugfilter entfernt,
dann wird die Masse auf eine Höchsttemperatur von 850 C erhitzt. um das Wasser auszuscheiden,
das in den Kapselwänden gebunden ist. Das aus dem Gel ausgeschiedene, jedoch in
der Masse noch vorhandene Wasser ergibt einen weichen Kapselbrei, der noch heiß
in seiner bestehenden Form verwendet oder nochmals gefiltert werden kann. Die im
Wasser suspendierten, gehärteten Kapseln können in hoher Temperatur sprühgetrocknet
werden, wodurch sowohl das freie als auch das gelgebundene Wasser ausgeschieden
wird. Das Sprühtrocknen kann jedoch auch nach einem ersten Filtern erfolgen. Läßt
man den Brei nach dem ersten Filtern und anschließenden Erhitzen zur Ausscheidung
des Wassers aus den Kapseln abkühlen, dann geht das Wasser wieder in die Kapselwände
zurück, und die Masse wird wieder so, wie sie vor dem Erhitzen war.
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Um dieses Zurückströmen des Wassers zu verhindern, wird dem heißen
Brei ein trockenes hydrophiles Kolloid, z. B. Polyvinylalkohol, zugesetzt, das den
größten Teil des Wassers bindet.
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Die im Verhältnis zu den Kolloidbestandteilen des Komplexes verwendete
Ölmenge kann stark differieren, und es können bis zu 100 g oder mehr des Trichlordiphenyls
zusammen mit 40 g des Kolloides verwendet werden. Ganz allgemein ist es so, daß
die Einkapselung um so dünner wird, je mehr Öl verwendet wird, wobei die Öltröpfchengröße
dieselbe bleibt.
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Würden Öl und Kolloid in gleichen gewichtsmäßigen Mengen verwendet,
so würde eine größere Kapselwanddicke erreicht werden. Außer einem solchen Verdicken
der Kapselwände werden auch Kapselzusammenballungen gebildet, die in einer Masse
des Komplexkolloids eingekapselt zu sein scheinen, während die dünnwandigeren Kapseln
wie Trauben zusammenhängen. Gewöhnlich sind die Kapselaggregate und -trauben mikroskopisch
klein, doch bilden sich, wenn die Koacervierung durch eine entsprechende Verdünnung
mit Wasser erfolgt, Aggregate, die mit dem bloßen Auge gerade noch sichtbar sind.
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Ganz allgemein sollte keine chemische Reaktion zwischen dem Öl und
den Kolloiden stattfinden, und bei der Wahl der entsprechenden Stoffe sollte dieser
Punkt besondere Berücksichtigung finden.
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Beispiel 3 20 g Gummiarabikum werden in 160 g Wasser gelöst, und
in dieser Lösung werden 80 g Trichlor-
diphenyl emulgiert. Die Emulsion wird mit
einem Sol gemischt, das aus 20 g Schweinehautgelatine mit einem isoelektrischen
Punkt von PH 8 und 160 g Wasser hergestellt wurde. Die Emulsion kann auch mit Gelatinesol
anstatt mit Gummiarabikumsol hergestellt werden. Der pH-Wert der Mischung aus Kolloid
und Öl liegt bei etwa 4,5, und wenn diese Mischung verdünnt wird, bildet sich ein
Komplexkoacervat. Wenn eine Verdünnung erfolgt, muß diese langsam und gleichmäßig
vor sich gehen, um zu gewährleisten, daß sich das Kolloid richtig um die Öltröpfchen
herum ablagert. Um diese mühsame Verdünnung zu umgehen, wird der pH-Wert der Mischung
durch Zusetzen einer 200/eigen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd auf 5 oder mehr
gebracht. Dieser pH-Wert macht es unmöglich, daß durch Zusetzen der zu verwendenden
Wassermenge eine Komplexkoacervierung der Kolloide eintritt. Dann werden der Mischung
500 g Wasser zugesetzt, und der p,l-Wert wird langsam wieder auf 4,5 zurückgebracht,
so daß er imKomplexkoacervatbereich liegt. Diese Änderung des pH-Wertes wird durch
Zusetzen einer t00loigen wäßrigen Lösung von Essigsäure bewirkt. Es kann je nach
der Öltröpfchengröße und der gewünschten Größe der herzustellenden Kapseln eine
größere oder kleinere Wassermenge verwendet werden.
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Die Mischung wird auf einer Temperatur von 500 C gehalten und fortlaufend
gerührt. Es darf jedoch nicht so stark gerührt werden, daß die Mischung schäumt.
Durch Herabsetzen des pll-Wertes auf 4,5 wird die Mischung wieder in den Komplexkoacervatbereich
zurückgeführt, und das Komplexkolloid lagert sich um die Öltröpfchen herum ab. Um
die Kapselwände zu härten, werden der Mischung 3,5 g einer 37 Zeigen Lösung von
Formaldehyd unter Rühren zugesetzt. Auch während dieses letzten Schrittes befinden
sich sämtliche Mischungsbestandteile auf einer Temperatur von 500 C. Um die Härtung
zu Ende zu führen, ist nach der Gelatinierung eine Einstellung des pr1-Wertes der
Mischung in den alkalischen Bereich erforderlich.
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Dann wird die Mischung durch Senken der Temperatur auf 100 C während
einer Zeit von 30 Minuten unter ständigem Rühren zum Gelatinieren gebracht.
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Danach wird der pH-Wert der Mischung durch Zusetzen einer 200ioigen
wässerigen Lösung von Natriumhydroxyd auf 9 heraufgesetzt. An Stelle des Natriurnhydroxyds
kann auch Natriumkarbonat verwendet werden.