DE1586198A1 - Verkapselungsverfahren - Google Patents

Description

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55 101, V.St.A.

Verkapselungsverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verkapseln von Flüssigkeiten, einschliesslich wässriger Lösungen in winzigen Kapseln, und auf bestimmte dadurch gebildete Kapseln. \

Zahlreiche Verfahren sind zur Bildung von Kapseln durch Verkapseln von flüssigen Stoffen in Hüllen, die zu etwas späterer Zeit, im allgemeinen durch Hitze und/oder Druok aufgebrochen werden, um die Inhaltstoffe der Kapseln freizugeben, ersonnen worden. Zum Beispiel sind eine grosse Anzahl von Stoffen, einschliesslich Klebstoffen, Farbstoffen, Reinigung»lösungen, Nahrungsmitteln, Schmiermitteln, Schädlingsbekämpfungsmitteln und vielen anderen, in Kapseln für eine epätere Freigabe verpaokt worden. Eine be·»

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kannte Verkapselungstechnik enthält das Herstellen einer Emulsion des zu verkapselnden Stoffes in einer Lösung* des verkapselnden Mittels, wobei Hüllen aus dem verkapselnden Mittel um die winzigen Tröpfchen der Emulsion herum gebildet werden. Die Kapseln entstehen beim Erhärten der Hüllen. Eine andere Methode besteht aus dem Peinstzerkleinern eines zu verkapselnden Stoffs mit hoher Oberflächenspannung, Niederschlagen eines verkapselnden Mediums niedriger Oberflächenspannung um die elektrisch geladenen Tröpfchen, während diese sich in der Luft befinden, und erhärten des Überzuges vor dem Auffangen der Kapseln.

Nach noch einer weiteren Methode, die auf die Bildung von grossen Kapseln, wie sie für Vitamine oder medizinische Zubereitungen verwendet» werden, begrenzt ist, lässt man die Stoffe aus konzentrischer Röhren tropfen. Der zu verkapselnde Stoff wird durch eine Kammer-

zu-

hülse/geführt, und das verkapselnde Medium wird durch eine umhüllende konzentrische Röhre zugeführt; siehe zum Beispiel USA-Patent Nr. 2 799 897 von Jansen, ausgegeben am 2j5. Juli 195 f. Eine Modifizierung dieser Technik, die ebenfalls auf die Bildung von relativgrossen Kapseln begrenzt ist, wird in dem USA-Patent Nr. 2 911 672 von VanErven Dorens dargestellt, wobei man einen konzentrischen, aus zwei Flüssigkeiten zusammengesetzten Strom abwärts direkt in ein Kühlbad strömen und sich mit Hilfe eines , pulsierenden Ringes von umgebender Kühlflüssigkeit Kapseln bilde*^ lässt. Die Produktionsleistung dieser Methode ist wegen der Tatsache begrenzt, dass die Geschwindigkeit, mit der sicn der zusammengesetzte Strom bewegt, durch den Widerstand des Kühlbads gegen-

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über dem Durchmessen des zusammengesetzten Stroms begrenzt, ist und durch Begrenzung der Frequenz, mit der die Impulse erzeugt

werden können, um sich durch die Kühlflüssigkeit zu bewegen und durch praktische Begrenzungen für die Geschwindigkeit, mit der die Kühlflüssigkeit gepumpt werden kann, um die Kapseln, von der Entstehungszone vor dem ausreichenden Erhärten fortzutragen, damit sie bei Berührung nicht aneinander haften.

Eine andere Methode für das Verkapseln wird in dem USA-Patent Mr. 3 015 128 von Sommerville, ausgegeben am 2. Janurfe, 1962, dargestellt, wonach eine kreisförmig gestaltete Hülle aus der verkapselnden Flüssigkeit durch Fliessen der Flüssigkeit Über eine kreisförmige Wandung mit Öffnungen im ganzen Umfang erhalten wird. Der Stoff, der verkapselt werden soll, wird dazu gebracht, auf die Hülle durcn Tropfen des Füllstoffs auf eine rotierende Verteilerplatte, die zentral in der kreisförmigen Hülle angebracht ist, aufzutreffen. Die Zentrifugalkraft der Verteilerplatte treibt die Tröpfchen des Füllstoffs durcn die Wandöffnungen, die durch die sich senkende Hülle bedeckt sind, wo die Tröpfchen einen überzug aus dem verkapselnden Stoff auffangen. Die überzogenen Tröpfchen nehmen auf Grufrd der Oberflächenspannung eine Kugelgestalt an und können durch Lufttrocknung oder auf anderem Wege erhärtet werden. Diese Methode erfordert eine relativ komplizierte Einrichtung und einesorgfältice ttberwacnung des Verfahrens, weil es schwierig ist, Kapseln von einneitlicher Grosse und Gestalt zu bilden. Dabeiist auch die Wahrscheinlichkeit gegeben, dass Luft in den Kapseln eingeschlossen wird, indem sie durch den sich schnell bewegenden

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Stoff mitgetragen wird, wenn dieser auf die sich senkende Hülle aufprallt oder durch Einschluss, wenn das Hüllenmaterial den > Tropfen des Füllstoffs umschliesst.

Die vorliegende' Erfindung macht das Verkapseln von einer grossen Vielzahl von wässrigen, organischen und anorganiscnea Flüssigkeiten in einer grossen Zahl von verkapselnden Stoffen möglicri. Das Verfahren der Erfind'ung ist ausserordentlich einfach und leicht zu steuern und kann angewendet werden, um kugelige Kapseln mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 4000 Mikron herzustellen. In dem Bereich von 800 bis 3000 Mikron Durchmesser ist der Umfang der hergestellten Kapseln und die Bequemlichkeit für deren Handhabung am günstigsten, und Verfahrensprobleme, wie das Verstopfen von Öffnungen sind am geringfügigsten, und dieser Gröseenbereich ist daher vorteilhaft. Kleinere Kapseln erfordern kleinere Öffnungen und höhere Drücke. Grössere Kapseln erfordern mehr Sorgfalt bei der Bearbeitung.

Die Erfindung macht die Herstellung von Kapseln durch physikalische Mittel bei äusserst hohen Produktionsleistungen in dem Berelcn von 30 000 bis 120 000 Kapseln pro Öffnung pro Minute möglich, und weil man damit wässrige Flüssigkeiten verkapseln kann, wird zum ersten Mal in wirtscnafltlichem Masse die tatsächliche Verkapselung von wasserlöslichen chemischen Bestandteilen für die nacnfolgende Anwendung in chemisch reaktionsfänigen Systemen mögLich. Die Erfindung ermöglicht ferner die Herstellung von gut ausgebildeten Kapseln mit ausgezeichneter kugeliger Gestalt, einheitlicher

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Wandstärke und Tropfsieherheit. In einigen Aueführungeformen 1st das Verfahren, anders als bei froher bekannten Prozessen, von den Oberflächenspannungen der Flüssigkeiten unabhängig, das heisst, es ist möglich, Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung in Flüssigkeiten mit hoher Oberflächenspannung zu verkapseln.

Kurz zusammengefasst, enthält die Torliegende Erfindung unter Bildung eines konzentrischen, aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls mit einem inneren Kern aus der Flüssigkeit, die verkapselt werden soll, und einer äusseren Röhre aus einem erhärtbaren, flüssigen verkapselnden Stoff, wobei drier kombinierte Stiahl veranlasst wird, sich als Strom in einertfegxeitkurven-Beiin für eine genügende Zeit zu bewegen, um den kombinierten Strahl zu ermöglichen, sich auf Grund von natürlichen Kräften, das heiSt, von Kohäsionskräften, Oberflächenspannung und dergleichen, zusammenzuschnüren, zuerst zu einem "Kapsele trang" und dann xu guier letzt zu einzelnen Tröpfchen oder Kapseln, in denen der verkapselnde Stoff die verkapselte Flüssigkeit vollständig eineohlieest. Der verkapseVide Stoff ist nach Trennung des, Stroms in einseine Kapseln genügend fest geworden, um einen Aufprall beim Fallen xu widerstehen. Qewünschtenfalls können die Verfahrensbedingungen so gesteuert werden, dass zusammenhängende Kapselstränge durch genügendes Festwerden des verkapselnden Stoffs entstehen, um unversehrte zusammenhängende Strähnen xu erhalten. Ss ist sehr * vorteilhaft, den aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahl oder den betreffenden Strom fο xu leiten, duet er anstelle

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eines flüssigen Mediums sich durch ein Gasmedium, wie Luft im Zustand des freien Falls in einer Wegzeitkurven-Bahn mit Horizon ta !komponenten bewegt.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Bildung eines aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls besteht darin, dass ein Strahl der Füllstoff flüssigkeit durch einen Körper aus flüssigem verkapselndem Stoff getrieben wird, wobei der Strahl so ausgerichtet ist, dass der entstehende aus zwei Flüssigkeiten bestehende kombinierte Strahl der gewünschten Wegzeitkurven-Bahn folgt. Der kombinierte Strahl wird offenbar durch Reibungskräfte zwischen dem sich schnell bewegenden FüllstofflUssigkeitsstrahl und der verkapselnden Flüssigkeit gebildet, die dem FUlIstofflüssigkeitsstrom ermöglichen, eine konzentrische Hülle aus verkapselnder Flüssigkeit mit sich zu schleppen, wobei die Hülle gemäss der Kraftübertragung schnell auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, die der des FUlIstofflussigkeitsstrahls gleich ist.

Die Erfindung soll ferner unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen erklärt werden, worin

Figur 1 eine bildliche Darstellung für eine Art zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Einzelteile wesentlich vergrössert dargestellt sind*

Figur 2 ist eine bildliche Darstellung von einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung.

Figur 3 i*t «ine bildliche Darstellung einer nooh weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, und 00982 t/0687 ,.^

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Figur 4 ist eine Querschnittsanaicht eines Kapseletranges naon der Erfindung.

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In Figur 1 wird eine eingetauchte, im allgemeinen nach oben gerichtete Düse oder öffnung 10 für den Austrag der zu verkapseln- * den Flüssigkeit 11 mit einer Geschwindigkeit, die zur Bildung eines Strahls ausreicht, dargestellt. Die Düse oder öffnung 10 ist mit einer Rohrleitung 12 ausgerüstet, die mit einem Nadelventil 13 oder dergleichen zum Regulieren des Ablaufs ausgestattet ist, und die unter die Oberfläche eines Bads 14 aus erhärtbarem flüssigem verkapselndem Stoff getaucht ist. Wenn die Füllstoffflüssigkeit 11 von der Düse oder Öffnung 10 ausgestoseen wird, trägt sie eine äussere Hülle aus flüssigen verkapselnden Stoff unter Bildung eines aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls Io mit sich. Das Niveau des flüssigen verkapselnden Stoff 14 kann einfacherweise bei einem gleichen Abstand über der Düse oder Öffnung 10 mit Hilfe eines überlaufgefässes 17 mit gleichbleibendem Stand gehalten werden. D^s das Bad enthaltende Gefäss kann bei der Verfahrens temperatür durch übliche Heizvorrichtungen 1*3, die als Beispiel für diesen Zweck angegeben werden, gehalten werden. ,Vährend der aus zwei Flüssigkeiten bestehende kombinierte Strahl 1-5 seine Bahn fortsetzt, schnürt er sich unter Bildung eines Kapselstrangs 19 zusammen, der sich schliesslicn unter Bildung der Kapseln 20 trennt, oder der Kapselstrang kann vor der Trennung erhärtet und in der Form eines Strangs 29, wie er in Figur 4 dargestellt wird, gewonnen werden. Die erhärtenden Kapseln 20 werden auf einer geeige^yten Auffangfläche 22, wie einer

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geneigten Ebene, einer Förderbahn 21 oder einer anderen Aufnahmevorrichtung, gesammelt. Ein Luftdruck kann auf den Behälter der FülIstofflüssigkeit 11 angewendet werden, wie'durch den Pfeil angezeigt wird, Den verkapselnden Stoff 14 lässt man vorzugsweise beständig zirkulieren, etwa durch die Pumpe 24. Es ist ebenfalls vorteilhaft, eine Düse oder Öffnung 10 mit Kopfumwindungen 25 eines elektrischen Widerstandes oder entsprechenden Heizvorrich-

tungen vorzusenen, um das Erstarren des verkapselnden Stoffs um die Düse oder Öffnung 10 herum auf ein Minimum zurückzuführen.

Bei der Modifizierung nach Figur 2 ist eine erste Düse 30, die einen Strom eines zu verkapselnden Stoffs 31 mit höherer Oberflächenspannung austrägt, so gerichtet, dass sie auf einen zweiten Strom eines flüssigen verkapselnden Stoffs 32 niedrigerer Oberflächenspannung, der von einer zweiten Düse 34 ausgetragen wird, aufprallt. Die aufprallenden Ströme mischen sich unter Bildung eines konzentrischen, aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls 36,· der sich in Abständen auf seiner ganzen Länge unter natürlichen Kräften unter Bildung eines Kapsels&ngs 3^ zusammenschnürt, der sich schliesslich in einzelne Kapseln 40 trennt. Die erhärteten Kapseln 40 werden auf einer geeigneten Fläche 42 gesammelt. Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist eine Öffnung •50 für die ineinem Körper aus flüssigem verkapselndem Stoff 52, der aus einer viel grösseren konzentrischen Öffnung 54 zugeleitet wird, strömende zu verkapselnde Flüssigkeit 51 vorgesehen. Ein Strom der zu verkapselnden Flüssigkeit 51 trägt auf seiner ganzen Länge eine äussere Flüssigkeitsröhre 52 unter Bildung eines aus

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zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls 56, der sich unter natürlichen Kräften in gleicher Welse, wie die aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahlen , die in den Figuren 1 und 2 dargestellt worden sind, zusammenschnürt, wobei zuerst ein Kapselstrang 58 entsteht und anschliessend einzelne Kapseln 60 gebildet werden, die auf einer geeigneten Fläche 62 aufgefangen werden. Die Füllstofflüssigkeit 51 wird mit einer hohen Geschwindigkeit, zum Beispiel durch die Pumpe 6j>, ausgetragen. Die verkapselnde Flüssigkeit 52 wird, zum Beispiel durch die Pumpe 6K, mit einer niedrigen Geschwindigkeit ausgetragen, die im allgemeinen zur Bildung eines Strahls unzureichend ist, aber mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, den verkapselnden Stoff kontinuierlich zu ersetzen, der durch den Strom der Füllstofflüssigkeit fortgetragen worden ist, während diese unter Bildung des aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls die verkapselnde Flüssigkeit durchlaufen hat.

Anstelle der Anwendung konzentrischer Öffnungen 50, 5^# wie es in Figur 3 dargestellt ist, können zwei benachbarte Öffnungen angewendet werden. Zum Beispiel kann eine Förderungsöffnung für den zu verkapselnden Stoff etwas über der öffnung für die Füllstoffflüssigkeit angebracht sein, um den verkapselnden Stoff zu veranlassen, um die Öffnung der Füllstofflüssigkeit zu fHessen. Die austretende Fülls tof flüssigkeit reiss-t eine konzentrische Röhre von dem verkapselnden Stoff unter Bildung eines aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls mit sich.

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Eine grosse Zahl von verkapselnden Stoffen, die in der geschmolzenen Form verhältnismäßig flüssig sind, und die sich beim Abkühlen verfestigen, kann bei der Durchführung der Erfindung benutzt werden. Unter den Stoffen, die als geeignet befunden worden sind, befinden sich Wachse, Fette, Proteine, Kohlehydrate, erstarrungsfähige kolloidale Stoffe, wie Gelatine und Agar-Agar, niedrigere Polymere, Metalle ( im allgemeinen niedrig schmelzende Legierungen ), als Schmelze gefrierbare organische Salze, Gläser und andere als Schmelze gefrierbare Elemente, Verbindungen oder Mischungen ( wie Naphthalin, Schwefel, para-Dichlorbenzol und dergleichen ) .

Die bevorzugten Stoffe weisen eine gewisse Zähigkeit ader eine schleimartige Beschaffenheit auf. Bevorzugte verkapselnde Stoffe sind solche durch Wärme verflüssigbare Typen, die oei Raumtemperatur feste Körper darstellen und die durch einen scharf definierten Schmelzpunktbereich, Kristallisation oder Verfestigung und geringe Schmelzwärme ausgezeichnet sind. Der die Kapselhülle bildende verkapselnde Stoff sollte eine Viskosität bei der Verfahrenstemperatur haben, die genügend niedrig ist, um die Zusammenschnürungen der Säule zu gestatten und das Fliessen in eine Kapselform zu ermöglichen. Der erdjgrderliehe Druck für die Bildung des aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls wachet mit dem Ansteigen der Viskos tat des Hüllenstoffs an. Für Drücke, die in betrie'bsmässigen Einrichtungen verfügbar sind, ist es vorteilhaft, wenn die Viskosität unter etwa 2000 cP liegt, Bei niedrigen Drücken, das heisst, unter etwa 3 atm beträgt die Viskosität

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des Hüllenstof.fs vorzugsweise unter etwa 500 cP .

Die Füllstofflüssigkeit kann irgendein Stoff sein, der im wesentlichen in oder mit dem verkapselnden Stoff unter den Lagerungsbedingungen für die Kapseln, gewöhnlich bei Raumtemperatur von etwa 23° C, und unter den Bedingungen für das Verkapseln unlösbar bzw. nicht mischbar ist. Um einen aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahl zu bilden, müssen die beiden verwendeten Flüssigkeiten befähigt sein, in der Form von zwei getrennten ganzen Phasen in Berührung miteinander zu verbleiben, bis eine der beiden Flüssigkeiten durch Abkühlen erhärtet ist. Es ist möglich, Wasser und wässrige Lösungen, wie auch organische Flüssigkeiten oder Lösungen und flüssige Metalle, wie Quecksilber, oder geschmolzene Metalle oder Legierungen zu verkapseln. Daher kann fast jeder Stoff, der in diesen Medien für die Zwecke des beabsichtigten Gebrauchs genügend löslich ist, zum Beispiel, Farbstoffe, Katalysatoren und chemische Reaktionsmittel, nach diesem neuen Verfahren verkapselt werden. Der Füllstoff sollte unter den Verkapselungsbedingungen flüssig sein und kann entweder flüssig bleiben oder während oder nach der Kapselbildung fest werden. Der Siedepunkt des Füllstoffs sollte höher sein als der Schmelzpunkt des verkapselnden 3toffs, um ein unerwünschtes Verdampfen des Füllstoffs zu vermeiden. Der Siedepunkt des Füllstoffs kann durch Erhöhen des Drucks der Gasatmosphäre, in die die aus zwei Flüssigkeiten bestehende Säule gleitet wird, erhöht werden. Gewünschtenfalls kann die Füllstofflüssigkeit Bestandteile enthalten, die zur Reaktion mit der zu verkapselnden Flüs-

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sigkeit fähig sind, zum Beispiel um das Erhärten durch Niederschlagsbildung oder Härten zu unterstützen. Solche Bestandteile können auch in dem verkapselnden Stoff oder in der Oasatmosphäre enthalten sein.

Bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 und 3 arbeitet das Verfahren unabhängig von den diesbezüglichen Oberflächenspannungen des verkapselnden Stoffs und des Füllstoffs, Das heisst, es ist möglich, Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung in Flüssigkeiten mit hoher Oberflächenspannung zu verkapseln, wie auch umgekehrt. Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ist jedoch gefunden worden, dass die Flüssigkeit mit der höheren Oberflächenspannung den inneren Kern der aus zwei Flüssigkeiten bestehenden Säule bilde'n soll, während die Flüssigkeit mit niedrigerer Oberflächenspannung die äussere konzentrische Röhre bildet.

Es soll festgestellt werden, dass, besonders bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 und J5* das Problem des Lufteinschlusses in den Kapseln nicht vorhanden ist. Die Füllstoffe werden also leicht frei von jeglicher %uft in dem Hüllenstoff verkapselt. Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 3 ist die Möglichkeit der Oxydation des verkapselten Stoffs, zum Beispiel heissem Wachs, die durch Berührung des heissen geschmolzenen Stoffs mit Luft hervorgerufen wird, auf ein Minimum herabgesenkt, und daher werden diese Ausführungsformen bevorzugt, wenn eine Zersetzung des verkapselnden Stoffs vor dem Erhärten ein Problem darstellen könnte.

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Bei Kapseln von über etwa 300 Mikron in Durchmesser ist gefunden worden, dass es im Hinblick auf die Masse des Überzugsstoffes, die gekühlt werden muss, wünschenswert ist, eine Kühlung vorzunehmen, die durch Anwendung einer Fülletofflüssigkeit, die wesentlich kühler ist als der flüssige einkapselnde Stoff von innen nach aussen fortschreitet. Eine solche Kühlung von innen her findet gemäss der höheren Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zwischen den beiden Flüssigkeiten als zwischen den flüssigen Hüllen und der umgebenden Gasatmosphäre schnell statt. Durch innere Kühlung erstarrte Flüssigkeiten haben ferner das Vermögen, überlegene Sperreigenschaften bei kristallisierungsfähigen Hüllenstoffen, wie Wachsen, die eine grosse, das heisst, mehr als 10 #ige Volumenabnahme beim Erstarren aufweisen, zu schaffen, und sind durch eine ausgesprochen geringe Tendenz »um Zerspringen unter einer Beanspruchung, die sonst ein schnelles Auslaufen des Kapselinhalts verursachen würde, ausgezeichnet. Unerwarteterweise haben die durch innere Kühlung erhärteten oder erstarrten Hüllen eine blasenfreie, undurchlässigere Struktur, die durch eine geringe Geschwindigkeit der Dampfdiffusion längs der Kristallgreraen charakterisiert ist. Die innere Kühlung unterstützt die Verfestigung der Hüllen, während diese durch die Luft getragen w«rden, so dass im allgemeinen die Notwendigkeit für ein flüssige» Erhärtungsbad, das nach dem Stand der Technik erforderlich ist, entfällt, und erzeugt die oben festgestellte verbesserte Kapselstruktur. Weil bei Kapseln, die einen geringeren Durohmesser als etwa 300 Mikron haben, weniger Stoff masse gekühlt zu werden, braucht, 1st eine Kühlung durch Mittel in der umgebenden Atno-

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Sphäre im allgemeinen ausreichend, um ein Erhärten der Umhüllungswandungen in zufriedenstellend kurzen'Zeitspannen, die praktisch die Bahnlängen ausmachen, zu ermöglichen. In der Praxis wird bei Kapseln mit allen Durchmessern vorgezogen, das Kühlen sowohl von innen als auch von aussen vor sich gehen zu lassen, wobei der grössere Anteil auf die innere Kühlung entfällt.

Die Geschwindigkeit des Füllstoffs, derjaus der Öffnung für die Füllstofflüssigkeit austritt, muss wenigstens 1 m pro Sekunde sein, um einen Sliahl zu bilden. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten wird ein

Strahl, der zur Bildung eines aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls geeignet wäre, der in eine Wegzeitkurven-Bahn gleitet werden kann, nicht gebildet. Damit ein einheitliches Auseinanderbrechen des aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls in Kapseln stattfindet, muss der Fluss der Füllstof f flüssigkeit, sobald er aus der Öffnung austritt siomlinienförmig oder laminar ausgebildet sein. Bei hohen Geschwindigkeiten des Füllstoffs findet ein turbulentes Fliessen und irreguläres Auseinanderbrechen der Säule statt, wobei viele missgestaltete, uneinheitliche oder undichte Kapseln und im allgemeinen eine grosse Streuung für die Kapselgrösse erhalten werden. Bei sehr hohen turbulenten Geschwindigkeiten entsteht eher eine Feinstzerkleinerung und Trennung der Hüllen- und Füllstoffe als eine Verkapselung. Die vorstehend erwähnte, eine Turbulenz erzeugende Geschwindigkeit schwankt für verschiedene Flüssigkeiten, mit den den Stranl leitenden Düsen und mit der Natur der Gasatmosphäre, in die die aus zwei Flüssigkeiten bestehende Säule geleitet wird, sehr (ein verminder-

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ter Druck und/oder eine niedrigere Dichte der Atmosphäre erzeugt weniger Turbulenz und ermöglicht daher höhere Geschwindigkeiten ). Die Turbulenz kann auch durch Anwendung eines viskoseren Füllstoffs vermindert werden. Die Viskosität kann durch Zugabe von Verdikkungsmitteln gesteigert werden. Solche Verdickungsmittel können unlöslich, wie fein verteilte Kieselsäure, oder, löslich, wie lösliche Polymere sein. Eine Turbulenz findet in der aus zwei Flüssigkeiten bestehenden Säule bei Geschwindigkeiten der FUIlstoffflüssigkeit über einer kritischen Geschwindigkeit statt, die im allgemeinen weniger als 100 m pro Sekunde und bei wässrigen Füllstoff lUssigkeiten im allgemeinen,weniger als 25 m pro Sekunde beträgt. Bei der Ausführungsforrn nach Figur 2 müssen sowohl die den Füllstoff als auch die die Umhüllung bildenden Flüssigkeiten als

in
Strahlen,/d~enen laminare Fliessbedingungen bestehen, ausfliessen.

Um den gewünschten laminaren oder stromlinienförmigen Fluss in der Düse zu erzeugen, sollte die Reynolds'sehe Zanl, die das Fliessen der FüllstofflUssigkeit kennzeichnet ( auch das der verkapselnden^ Flüssigkeit nach Figur 2 ), die durch die Öffnung ausgeflossen ist, unter etwa 4000 und vorzugsweise unter 2000 sein, weil eine gewisse Turbulenz in der Mitte des Stromes bei Reynolds¹ -sehen Zahlen zwischen 2C00 und 4000 stattfinden kann. Die Reynolds¹ sehe Zahl, Re, wird, wie sie hier angewendet wird, folgendermassen definiert:

DPv

wobei D der Durchmesser der Öffnung ist,

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die Dichte der Füllstofflüssigkeit ist, ν die Geschwindigkeit der FüllstofflUssigkeit ist, ' LL&le Viskosität der Füllstofflüsigkeit ist.

Diese Reynolds'sehe Zahlengleichung gilt für kreisförmige Rohrleitungen, die vollständig in Betrieb sind. Unter laminaren Fließbedingungen ist die Bez.. iehung zwischen dem Druckgefälle in der Düse für die Flüssigkeit, der Düsenlänge und dem Durchmesser der Öffnung, der Viskosität der FüllstofflUssigkeit und der Geschwindigkeit' der FüllstofflUssigkeit durch die gut bekannte Poiseuillesehe Gleichung gegeben. Bei der Modifizierung nach Figur 2 können die laminaren Fliessbedingungen der verkapselnden Flüssigkeit durch Einsetzen der Werte für die verkapselnde Flüssigkeit in vorstehenden Gleichungen berechnet werden.

Der Kapseldurchmesser ist zu einem grossen Teil von der Öffnungsgrösse für den flüssigen Füllstoff und dem Anteil des dleHülle bildenden Stoffs abhängig. Kapseldurchmesser zwischen etwa 5 und 1500 Mikron sind als geeignet festgestellt worden. Die hergestellten Kapseln haben im allgemeinen Durchmesser von etwa dem 1 l/2-bis 6-fachen des Öffnungsdurchmessers, was von dem vorhandenen Anteil an dem die Hüllen bildenden Stoff und dessen Viskosität abhängig ist. Es ist im allgemeinen festgestellt worden, dass ein geringer Prozentsatz ( zum Beispiel weniger als 5 Gew.-^ ) an kleinen "-Satelliten"-Kapseln von etwa l/lO Durchmesser von dem der Hauptmasse gebildet werden.

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Bei der Apparatur nach Figur 1 ist für eine gegebene Kombination von Füllstoffen und den die Hülle bildenden Stoffen die Dicke der Kapselhüllen durch die Tiefe des Eintauchens der öffnung unter die Oberfläche des geschmolzenen Hüllenstoffs festgelegt. Die Dicke der Kapselhülle ist proportional dieser Eintauchtiefe. Bei dieser Ausführungsform wächst also die HUllendicke in dem Masse, wie die Grenzflächenspannung zwischen dem Füllstoff und der Hülle vermindert wird. Die Grenzflächenspannung muss jedoch grosser als 0 sein, weil, wenn die la*rtztere Bedingung bestehen würde, sich die Stoffe ineinander auflösen würden, anstatt einen konzentrischen, aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahl und Kapseln zu bilden. Je niedriger die Grenzflächenspannung ist, desto grosser ist die Affinität zwischen Hüllen- und Füllstoffen und daher desto grosser der Anteil an durch die Düse des Füllstoffs mitgerissenem Wandstoff. Beim Ansteigen der Viskosität des Umwandungsstoffes, wie beim QrchfUhren des Verfahrens bei niedrigen Temperaturen, steigt ebenfalls die Wanddicke an. Ein Weg zum Einstellen der Viskosität der Stoffe besteht darin, dass man die Temperatur der Füll- und/oder Hüllenstoffe erhöht oder erniedrigt. Dieses ist jedoch eo zu verstehen, dass die Temperatur genügend hoch sein muss, um Aas Fliessen der Stoffe in die Kapselform vor dem Erstarren zu gestatten. Bei den Ausführungsformen nach Figuren 2 und J5 kann die Dicke der Umhüllung durch den Anteil des verkapselnden Stoffs begrenzt werden, der durch Pumpen oder andere druckerzeugende Mittel, die angewendet werden, um die zu verkapselnde Flüssigkeit zuzuführen, geliefert wird.

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Es ist gefunden worden, dass bei allen erläuternden Ausführungsformen gute Kapseln gebildet werden,¹ wenn die Grenzflächenspannunt; zwischen den Füllstoffen und den verkapselnden Stoffen niedrig ist, nahe bei der tatsächlichen gegenseitigen Auflösung der Stoffe. Vorzugsweise ist die Grenzflächenspannung geringer als 60 dyn/cm. Die Grenzflächenspannung kann häufig durcn Zugabe eines Netzmittels zu der FUlIstofflüssigkeit vermindert werden. Bei wässrigen Füllstofflüssigkeiten, die mit organischen Umhül lungs stoffen verkapselt werden, kann die Grenzflächenspannung im allgemeinen unter 10 dyn/cm durch Zusatz eines Netzmittels vermindert werden. Es ist möglich, Kapseln zu bilden, wenn die Grenzflächenspannung zwischen den Flüssigkeiten so hoch wie 200 dyn/cm ist, wie es bei Kapseln vorkommt, die mit Metallumhüllungsstoffen hergestellt werden. Bei solchen hohen Grenzflächenspannungen ist jedoch die Ausbeute an Kapseln gewöhnlich niedrig, das heisst, 5 bis 10 %. Die Bedingung für eine hohe Grenzflächenspannung besteht im allgemeinen zwischen zwei Flüssigkeiten, wenn eine von diesen eine sehr hohe Oberflächenspannung ( zum Beispiel 250 dyn/ cm ) und die andere eine sehr niedrige Oberflächenspannung ( zum Beispiel 20 dyn/cm ) hat. Im allgemeinen ist das Problem einer hohen Grenzflächenspannung zwischen den Flüssigkeiten bei dem Verkapselungsverfahren geringer, wenn der,Füllstoff die Flüssigkeit mit der höheren Oberflächenspannung ist, weil diese Anordnung dazu neigt, die Stabilität der Kapselgestalt zu begünstigen. Der Füllstoff bildet vorzugsweise den Stoff mit der höheren Oberflächenspannung, während die Umhüllung vorzugsweise den Stoff mit der niedrigeren Oberflächenspannung bildet, wobei dieses die

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einzige Beziehung ist, die bei der Ausführungsform nach der Figur 2 möglich ist.Der umgekehrte Aufbau ist Jedoch mit den Ausführungs· formen nach den Figuren 1 und 3 durch einfache Zuführung des Stoffs mit der niedrigeren Oberflächenspannung als Füllstoff unter Bildung des Kerns von der aus zwei Flüssigkeiten bestehenden Säule möglich.

Bei Durchführung des Verfahrens unter Bedingungen, bei denen die Verfestigung der verkapselnden Stoffe sehr schnell nach Bildung des aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls stattfindet, ist es möglich, erhärtete Kapselstränge von Undefinierter Länge zu bilden, in denen erhärtete Strähnen des verkapselnden Stoffs die einzelnen Kapseln verbinden. Solche Kapselstränge haben eine besondere Brauchbarkeit ausser der von einzelnen Kapseln. Wenn zum Beispiel der Füllstoff eine klebende Flüssigkeit ist, können die mit dem Klebstoff gefüllten Kapselstrange entlaß einer Fläche, auf d-er es gewünscht wird, dass der Klebstoff zur späteren Freilegung aufgebracht werden soll, niedergelegt werden, wodurch eine Bahn von freilegbarem Klebstoff entsteht. Weitere Anwendungen dieser Stoffe sind nach der so gegebenen Lehre offensichtlich.

Wenn sich die Kapseln von dem aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahl abscheiden, fallen sie in etwas unterschiedlichen Grossen an, die unterschiedlichen Wegzeitkurven-Bahnen folgen, wodurch die Neigung zu Kollisionen unter den Kapseln vermindert wird, üblicherweise wird eine natürliche Bahn benutzt,

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aber eine gewünschte Bahn kann durch Ablenken eines vertikal ausgestossenen Stromes der Kapseln durch einen Luftstrom mit horizontalem Komponenten erreich$ werden. Es kann auch eine horizontale Bewegung der Düse angewendet werden, um die Möglichkeit von Kollisionen unter den Kapseln weiter zu vermindern.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen ausführlicher erläutert, in denen alle Teile als Gewichts teile angegeben werden, falls es nicht anders angezeigt wird. Alle angegebenen Viskositäten beziehen sich auf die Verfahrens temperatüren. Die Reynolds'sehen Zahlen betreffen, wenn sefy angegeben werden das

Fliessen der Füllstofflüssigkeit.
»

Beispiel 1

Die in Figur 1 erläuterte Apparatur wurde angewendet, um Kapseln eines wässrigen Füllstoffs in Wachshüllen zu bilden. Die Düse wurde um einen Winkel von 30° von der Vertikalen aus geneigt. Die Düse war mit einer öffnung von 0,167 mm im Durchmesser ausgestattet und wurde bis zu einer Tiefe von 1 mm in das Bad eingetaucht.
Die Füllstofflüssigkeit hatte die folgende Zusammensetzung:

Teile Wasser 97,6

Mischpolymerisat aus MethyIvinylather und

Maleinsäureanhydrid (im Handel unter der

Bezeichnung "Gantrez AN-I69" erhältlicn) 1,0

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Teile

ein mit Hydroxyl endständig besetztes Blockpolymerisat aus Äthylenoxyd und Propylenoxyd in Form eines nicht ionogenen Netzmittel» (im Handel unter der Bezeichnung "Pluronio L-64ⁿ erhältlich) 1,0

Fuchsinfarbstoff 0,4

Die Zusammensetzung der Umhüllung war folgendermassen:

Teile

Paraffinwachs, Schmelzp.: 55° C 44,95

Paraffinwachs, Schmelzp.: 83° C 44,95

Mischpolymerisat aus Äthylen und Äthyl-

acrylat (im Handel unter der Bezeichnung

"Dow EA 2018" erhältlich) . 10

butyliertes Hydroxy toluol (Antioxydans) 0,1 '

1 Liter der filtrierten Füllstofflösung wurde in den Behälter eingebracht, auf den 1 atm Überdruck angewendet wurde. Die Temperatur der Füllstofflösung betrug 24° C. Die Temperatur des Wachses betrug 170° C, und die Düsenumwicklung wurde auf etwa 400° C erhitzt. Das Nadelventil wurde geöffnet, und die Füllstofflösung wurde mit einer Geschwindigkeit von 4,5 m pro Sekunde ausgetragen.

Die Reynolds'eohe Zahl, die das Fliessen der Füllstofflüssigkeit durch die Düse charakterisiert, betrug 150 ( gemessen vor dem Eintauchen in das Wachs ). Das Wachs > .verfestigte sich bei einem Abstand von etwa 80 cm von der Öffnung, wae 0,4 Sekunden Laufzeit für das Wachs auf der Wegzeitkurven-Bahn entsprach. Diese Zeit

009821/0687

- 22 - M 2316

war für den aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahl, der durch die ausgestossene wässrige 'Lösung und das gescnmolzene Wachs, das damit mitgerissen worden war, gebildet worden war, ausreichend, um zunächst einen Kapselstrang zu bilden und sich dann in einzelne gesonderte Kapseln zu trennen. Die Kapseln wurden mit einer Geschwindigkeit von etwa 60 000 pro Minute hergestellt. Die gesamte Wegzeitkurven-Länge betrug etwa 3,66 m, wobei die gesamte Zeit für die Wegzeitkurve etwa l Sekunde ausmachte. Die Kapseln liess man auf eine gensigte Ebene fallen, die diese zu einem Sammelbehälter l:$e/tete. Die gesammelten Kapseln hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von JOO Mikron und eine Hüllendicke von etwa 50 Mikron. Die PUlIstofflüssigkeit macnte etwa 63 % des gesamten Kapselvolumens aus und der Hüllenstoff etwa 37 %. Die Kapseln sind für die Herstellung von durch Druck aktivierbare selbstmarkierende Zeichen, wie Bandmaterialien, brauchbar.

Es wurde festgestellt, dass, wenn die Düse auf eine flachere Eintauchtiefe erhöht wurde, der austretende Strom aus wässrigem flüssigem Füllstoff weniger geschmolzenes Wachs mit sich riss und so der HUllenstoff nach einem kürzeren Wegabstand von der Düse erhärtete, was auf den relativ geringeren Wärmegehalt des aus zwei Flüssigkeiten bestehenden kombinierten Strahls zurückzuführen ist, so dass ein erhärteter Kapselstrang gebildet und aufgefangen werden konnte. Dieses ereignete sich, wenn das Erhärten des Hüllenstoffs bei etwa 11 cm von der Düse entfernt stattfand.

In den folgenden Beispielen 2 bis <ΐ3 waren der Düsenwinkel und die Länge der Wegzeitkury:eq&taia die> gleichen wie in diesem Beispiel

OR₁GiNAL W

- 23 - M 2316

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln von Wasser in einer niedrig schmelzenden Metalllegierung. Die benutzte Apparatur entsprach der Figur 1 der Zeicflungen mit Ausnahme, dass der Düsenkopf mit Kupfer überzogen war, um ein Benetzen durch die Legierung sicherzustellen, und die Heizgewinde am Kopf der Düse nicht benutzt wurden. Einzelheiten, wie der Füllstoff, das Ausgangsmaterial, die Arbeitsbedingungen und die Kapseldimensionen, werden nachfolgend angegeben:
Fülls toff

Temperatur Viskosität 0 berflächenspannung Dichte

Schmelzpunkt Siedepunkt

Zusammensetzung 100 % HpO

Umwandung

23	0C
1	cP
73 1	dyn/cm g/cnr ·
0	° C
100	0 C

Temperatur 150 C

Viskosität etwa 5 cP ,

Dichte etwa 9,7 g/cnr

Oberflächenspannung etwa 240 dyn/cm

Schmelzpunkt 72° C

Siedepunkt ' rv^f60° C

Zusammensetzung Legierung aus 50 % Bi,

25 % Pb, 12,5 # Sn,

12,5 % Cd

A rbe its bed ingun^en

Temperatur des Füllstoffs 23 C Temperatur des Hüllenstoffs 150 C Durchmesser der DUsenöffnung 0,300 mm auf den PUlIa tof !'behälter angewendeter Pruciv 3,^ atm.g

009821/0687

BAD ORIGINAL

M 2316

Geschwindigkeit des Füllstoffausatoeses Reynoldβ'sehe Zahl Eintauchtiefe der Öffnung

3 m/s 900 0,7 mm

Xapseldimens ionen

Durohme3«er Dicke der Hülle

0,5 - 0,3 mm 0,01 - 0,05mm

Die Kapseln «ind alS latente Härtungsmlttel für eine Feuchtigkeitshürtung von Harten, wie Polyurethanen und Polysulfiden, geeignet. Das Wasser ist durch Anwendung von Wärme und/oder Druck auf die Kapseln freilegbar,

Beispiel ?

Diese« Beispiel erläutert daa Verkapseln eines flüssigen aiykols in einem Polyolefinharz. Diebenutsste Apparatur wird in Figur 1 dargestellt. Rund um den Düsenkopf wurden Heizgewinde benutzt, um das Erstarren des Polyolefins über der Öffnung zu verhüten. Füllstoff

Temperatur Viskosität

Dichte

Obe rflachen«pannung Schmelzpunkt S iedepunkt Z usamraense txung

115° C 8

-17? 200° C

8 cP

g/cm3

dyn/cm

100 % Äthylenglykol

Umwandung

Temperatur Viskosität Dichte

009821 /0687

215° c

110 CP

0,7

BAD

M 2316

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Z usammense tzung 25 dyn/om · 125° C

kristallines Polyolefin mit einem Molekulargewicht von 2000

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoff behälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffausstosses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der öffnung 115° C 215° C 0,189 mm

1,6 atm.g

2 m/s

100
1 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der Hülle 0,5 - 0,1 mm
0,008 t 0,002 mm

Beispiel 4

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln eines Latex in Wachskapseln. Die Apparatur und die Düse entsprechen dem in Beispiel. 3 angewendeten Typ.
Füllstoff

Temperatur Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Siedepunkt Zusammensetzung

25	0 C
42	CP ,
1,	1 g/cnr
30	dyn/cm
-4	η C
103	0 C
PolytfVlnylchloridlatex,
50 jfc Festkörperbestand
teile

009821/0687

Umwandlung

Temperatur Viskosität Dichte Oberflächenspannung Schmelzpunkt

Zusammensetzung (Gew 183° G
25 cp ,
0,75 g/W
28 dyn/cm
72° C
44,95 % Paraffinwachs.

Schmelzp.: 55 C 44,95 % Paraffinwachs.

Schmelzp.: 83° C 10,00 % Mischpolymerisat aus 80 % Äthylen 20 % Kthylacrylat

(Schmelzindex l8) 0,10 % butyliertes Hydroxytoluol (Antioxydans)

A rbe its bed ingungen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des HUllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoff behälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffaus s tosses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der Öffnung 25° C

183° C
0,418 mm

1,3 atm.g

4 m/s 44 1,5 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der Hülle 1,0 - 0,3 mm
0,060 - 0,005 mm

Beispiel 5

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln einer wässrigen Flüssigkeit in einer-anderen Metalllegierung. Die Apparatur und die Düse entsprechen dem im Beispiel 2 benutzten Typ.

009821/088 ^₁

M 2516

ϊ tat

' '< innenspannung

; ^unfet

nsetzung

	35	° C
etwa'	5	oP *
etwa	1	g/cHT
etwa	30	iyn/em
etwa	■-2	ο c
etwa	100	° C

97,6 % H₂O

1,0 % MaW-nsÄureanhydrid-Miithylvinyläther-MisohpolyaerisAt, ° < ViekoeitÄtserhöhungsniittel ("Oantres AN-169")

1,0 % Athylenglykol-Propylenojqrd-Block-

polymerisat mit endständigen Hydroxygruppen, Metsmittel ("Pluronio L-64")

0,4 % Fuchsinfarbe toff

Temperatur

Viskosität

Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Siedepunkt Z us amme ns e tzung

	125	°C. "
etwa	5	öP ,
etwa	'9	S/o«5
etwa	200	odyn/om
	1200	0C
Legierung	au·	4Q % Wisauth
		18 % Blei
		12 % Dinn
		21 % Indium

Arbeitsbedingungen

Tempera tür des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoffbehälter ange wendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffausstosses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der öffnung 35° C 125° C 0,350

1,4 atm.g

5 m/s

350
2 mn

Ka ps eId iraens ionen Durchmesser

1,2 - 0,4 mm
009821/0687

BAD ORIGINAL

Dicke der Hülle

0,015 ^z 0,002 mm

Beispiel 6

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln einer wässrigen Flüssigkeit in einem anorganischen Salz. Die Apparatur und die Düse entsprachen dem im Beispiel 3 beschriebenen Typ. Das Ammoniumhydroxyd hatte einen Niederschlag an Magnesiumhydroxid bewirkt, der das Auflösen der Umhüllungen für etwa 10 Minuten verhütet. Wenn auch die Kapseln dieses Beispiels' nur eine begrenzte Lebensdauer hatten, konnte diese Lebensdauer durch ausreichendes. Erhöhen der Hydroxylionexikonzentration, um den gesamten Hüllenstof-f in Mg(OH)₂ umzuwandeln, erhöht werden. Füllstoff

Temperatur Viskosität

Dichte

Oberflächenspannung Siedepunkt Zusammensetzung

23 C 1 cP , 1 g/cnr

etwa 55 dyn/cm 100° C 0,3 n-NH^OH in

Umwandung

Temperatur Viskosität

Dichte

Schmelzpunkt S iedepunkt Zusammensetzung

130° C 10 ep

72* c 135° C

Magnesiumnitrat-Hexahydrat

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs

009S21/06Ö7

23° c

130° C

OR!0'^K'^AI

.M 2316

Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffausstosses Reynolds¹sehe Zahl Bintauchtiefe der öffnung 0,250 mm 0,14 atra.g

3 m/s . 500
1 mm

Kaps eId imens ionen

Durchmesser Dicke der Hülle 0,4 + 0,2 mm
0,020 + 0,003 mm

Beispiel 7

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln einer wässrigen Aminlösung in einem Harz. Die Apparatur und die Düse entsprachen dem im Beispiel 3 beschriebenen Typ. Die hergestellten Kapseln waren als latente (durch Druck und/oder Wärme aktivierbare ) Härtungsmittel für Harze, wie Epoxyharz, geeignet. Füllstoff

Tempera tür Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Siedepunkt Z usammens e tzung 80° C

etwa 2 cP ,

etwa 1,4 g/cnr

etwa 70,-dyn/cm

30° C

105 c

70 # Imidazol 30 % H₂O

Umwandung

Temperatur Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt

Zusammens etzung (Gew.-%)

etwa etwa etwa etwa

00902 t/06Ö7 200° C

100 CP. ,

0,9 g/onr

30 dyn/cm

90° G
% Polyamidharz ("Versamid 2^H)

- 20 - H 2316

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Fülletoffs 80° C Temperatur des Hüllenstoffs 200 C Durchmesser der DjBs enöffnung 0,185 auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck 0,8 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoff-

ausstosses 3 m/s

Reynolds'sehe Zahl 390 Eintauchtiefe der öffnung 1 mm Kapseldimensionen Durohmesser 0,6 - 0,2 ran Dicke der Hülle 0,014 t 0,002 mm Beispiel 8

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln von Parfüm in Waehskapseln. Die Kapseln waren füü überzüge auf Papier, wie Seidenpapier, geeignet und konnten durch Reiben des Papiers auf der Haut oder anderen Flächen aufgebrochen werden. Die angewendete Apparatur entsprach dem im Beispiel 3 benutzten Typ. Füllstoff

Tempera tür
Viskosität
Dichte

Oberflächenspannung Zusammens e tzung

	23° C
etwa	6 cp ,. 0,3 g/cm^
etwa	30 dyn/cm
etwa	66,77 % Diäthyl-
	nhthalat
	y^ ,3 % Parfürnkonzen
	trat

Umwandung

Temperatur l60° C

Viskosität etwa 15 cP

Dichte etwa 0,7 g/enT

Dichte ,7 g/

Oberflächenspannung etwa 26 dyn/cm

009821/0087

M 2516

Schmelzpunkt Zusammense tzung 55° C

etwa 60° C

89,9 % Paraffinwachs Sahmelzp.i .% Äthylen-Vinyiftoetafc-

Copolymerisat

0,1 % butyliertee Hydroxy«

toluol

Arbeitsbedingungen

temperatur des Füllstoffs Temperatur des HUllenstoffs Durchmesser der DUseniffnung itif den FUlls toffbehälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffausatosses Reynolds¹sehe Zahl Eintauchtiefe der öffnung 23° C 160° C 0,250 mm

0,14 atra.g

6 m/s

200 3 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der Hülle 0,80 - 0,1 mm 0,055 - 0,005 nm

Beispiel 9

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln von.Wasser in einer Wachs· zusammensetzung, wobei die entstandenen Kapseln bedeutend kleiner waren als die'in Beispiel 8.
Füllstoff

Temperatur Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Siedepunkt Zusammensetzung C 1 OP

g/

0° C 100° C % H₂O

009821/0687 ORIGINAL INSPECTED

M 2316

Umwandung

Temperatur Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt

Zusammensetzung (Gew.-jG)

	150° C
etwa	20 oP ,
etwa	• 0,7 g/onr
etwa	25 dyn/cm
etwa	60° C
89,9 %	Paraffinwachs
	Scheklzp.: 55 C
10 £	Ä thylen-VinyIac e ta t-
	Copolymerisat
0,1 %	butyliertes Hydroxy-
	toluol

Arbei tsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Htillenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des FUlIstoffausstosses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der öffnung 24° C 150° C 0,0155 mm

34 atm.g

6 m/s

93
0,7 mm

Kapseldimens ionen

Durchmesser Dicke der Hülle 0,030 - 0,005 mm 0,002 ΐ 0,001 mm

Beispiel 10

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln einer wässrigen Ameisensäurelösung in Kapseln mit einem Wachspolymerisat als Hülle. Die benutzte Apparatur war die gleiche, die in Beispiel 3 beschrieben wurde. Die Kapseln waren gemeinsam mit Äthylenoxyd als Sterilisierungsmittel geeignet, sobald sie zerbrochen wurden.

009821/0687

M 2316

Füllstoff

Temperatur Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Siedepunkt Zusammensetzung

	23° C
etwa	4 cP ,
etwa	1,1 g/onr
etwa	50_dyn/cm 8° C
	100° C

% wässrige Ameisensäure (88 % Polyvinylmethylather #ige Lösung in HgO

Eigenviskosität ( 1 g/100 ml Lösung ) «0,57

Umwandung

Temperatur Viskosität Dichte

0 berfIac hens pannung Schmelzpunkt Z usammense tzung 180° C

etwa 20 cP -, etwa 0,7 g/cm-⁷ etwa 25 dyn/cm etwa 82° C 89,9 % Paraffinwachs

Schmelzp.: 83 C 10,0 % Copolymerisat aus 80 % Äthylen

20 % Äthylacrylat (Schmelzindex l8) 0,1 % butyliertes Hydroxytoluol

A rbeits bedingungen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffausstx>sses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der Öffnung .23° σ

180° C 0,183 mm

1 atm.g

3 m/s ISO

1,5 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der Hülle 0,7 - 0,2 mm 0,050 t 0,005 mm

009821/0687

M 2316

Beispiel

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln eines Peroxydkatalysators in Kapseln mit einer; Wachs zusammensetzung als Hülle. Die angewendete Apparatur entsprach der in Beispiel 3 beschriebenen. Die Kapseln waren bei der Formulierung latent härtender Polyesterharzzusammensetzungen, die durch Zerbersten der Kapseln durcn

ä
Anwendung von Wärme oder Druck gehrtet werden konnten, brauchbar.

Füllstoff	etwa	70 %	23° C
Temperatur	etwa		10 CP 3
Viskosität	etwa	30 jl	1 g/cnr
Dichte		25 dyn/cm
Oberflächenspannung	100° C
S iedepunkt	6 Methyläthylketon
Zusammensetzung (Gew.-%)	peroxyde
	6 HoO

Umwandung

Temperatur Viskosität Dichte Oberflächenspannung Schmelzpunkt Zusammense tzung

	18OW	C
etwa	20	cP 5
etwa	0,7	g/cnr
etwa	25O	dyn/cm
etwa	82°	C

Arbeitsbedinfe .igen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs Durchmesser der DUsenöffnung. _Λ

00 98Ί21 /0687

89,9 % Paraffinwachs

Schmelzp.: 83 C 10,0 % Copolymerisat aus 80 ^-Äthylen 20 % Äthylaerylat (SeheIzindex l8) 0,1 % outyliertes Hydroxy-

toluol

l-'o^u C
0,183 -am

BAD

M 2316

auf den FUlIstoffbehälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffausstosses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der öffnung

1,1 atm.g

3,5 m/s 64
2 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der HUlIe

0,7 - 0,1 mm 0,060 - 0,005 n»ra

Beispiel 12

Dieses Beispiel erläutert das Verkapseln einer wässrigen Flüssigkeit in Kapseln mit einer Wachszusammensetzung als HUlIe, wobei relativ grosse Kapseln erzeugt wtfden. Die angewendete Apparatur und die Düse entsprachen jeweils der in Beispiel 3 beschriebenen. Füllstoff

Temperatur Viskosität Dichte

0 berflächens pannung Schmelzpunkt

Siedepunkt Zusammense tzung

23° C

etwa 6 oP ,

1 g/onr etwa 25 dyn/cm

102° C 97.0 % H₂O
2,0 % Copolymeriea t aus Me thy 1-

vinylather und Maleinsäureanhydrid ("Gantrez AN-I69") I₁OJt "P!uronic L-64"

XJmwandung

Temperatur Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt

etwa
etwa
etwa

009821/0687

180° C 20 cP , 0,7 g/cnr 25 dyn/cm 82° C

ORIGINAL INSPECTED

M 2316

Zusammens e tzung

89,9 % Paraffinwachs

Schmelzp.« 83 C
10,0 % Copolynierisat aus
% Äthylen
Jü.Ättiylacrylat

. (Schmelzindex l8) 0,1 % butyliertes Hydroxytoluol

A rbe its bed ingunge η

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung, auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoff.» auss tosses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der öffnung 23° c

l80° C 1,197 mm

0,8 atm.g

4,5 m/s 900
3 mm

Kaps,eldimens ionen

Durchmesser Dioke der Hülle 3,5 - 0,5 mm"
0,275 t 0,025 mm

Beispiel 13

In diesem Beispiel wurde Wasser in dem Polyamidharz verkapselt, das ausserdem Dicyclohexylphthalat als Weichmacher enthielt. Die Apparatur und die Düse waren wiederum ähnlich wie in Beispiel 3.

Füllstoff

Temperatur Viskosität Dichte

Obeifl-ächens pannung

Schmelzpunkt

Siedepunkt Zusammensetzung 009821 /0687

50° C 0,5 CP 0,99 g/cnr 68 dyn/cm

0° C 100° C 100 % H₂O

Umwandung

Temperatur "* ^20t)o ^C

Schmelzpunkt 90 C

Zusammensetzung 47,5 # Polyamidharz

("Versalon 1165¹*) 52,5 % Dicyolohexylphthalat

Arbei tsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs .50° C Temperatur des Hüllenstoffs 200° C Durchmesser der Düsen öffnung 0,155 nun auf den FüllsttfTbehälter angewendeter Druck 1 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoff-

ausstosses 2 m/s .

Reynolds'sehe Zahl 620

Eintauchtiefe der öffnung 1,5 mm

Kaps eIdimens ionen

Durchmesser 0,6 j*-0,l mm

Dicke der Hülle 0,060 - 0,005 mm

Beispiel

Ein öl wurde in einem anorganischen Salz verkapselt. Die benutzte Apparatur und die Düse entsprachen jeweils der im Beispiel 3 beschriebenen. Diese Kapseln konnten anechliessend unter Bildung von oxydisohen feuerbeständigen Hohlkugeln gebrannt und gesintert werden. Die Hohlkugeln sind als Hoohtemperatur-Isolierungsmaterial. niedriger Dichte brauchbar. Füllstoff

Temperatur 23 C

Viskosität · 3,2 oP ,

Dichte 009821/ QS 07 0,8 g/om

- 38 - M 2316

Oberflächenspannung 23 dyn/cm

Schmelzpunkt , -12° C

Siedepunkt 215° C

Zusammensetzung 100 % Dodecan (öl)

Urawandung

Temperatur 120° C

Viskosität 11,3 cP ,

Dichte 1.4 g/cnr

Schmelzpunkt 72 C

Siedepunkt 135° C

Z usammens e tzung Magxhes iumni tra t-H exahydra t

A rbei ts bed ingungen

Temperatur des Füllstoffs 23° C Temperatur des Hüllenstoffs 120 C Durchmesser der Düsenöffnung 0,250 mm auf den FUlIstoffbehälter angewendeter Druck 1,4 atm.g Geschwindigkeit des FülIstoff-

ausstosses 3 m/s

Reynolds'sehe Zahl " 190

Eintauchtiefe der öffnung 2 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser 0,4 - 0,2 mm

Dicke der Hülle 0,020 ^ 0,003 mm

Beispiel 15

In diesem Beispiel wurde A'thylenglykol in Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 2000 verkapselt. Die verwendete Apparatur entsprach der im Beispiel 3 beschriebenen. Die Kapseln waren zum Bereitstellen von durch Druck freliurbaren Weiehrnaehern oder Klebstoff aktlvatoren geeignet,

009821/0887

M 2? 16

Füllstoff

Tempera tür Viskosität Dichte · Oberflächenspannung Schmelzpunkt S iedepunkt Zusammensetzung -17
20

% Xthylenglykol

100° G

4,5 CP₃ 1 g/cm 40_rtdyn/em 1

200° C

Umwandung 200° C

Tempera tür

Viskosität 150 cP ,

Dichte · · ,0,7 g/enr

Oberflächenspannung 26 dyn/cm.

Schnazpunkt 110 C

Zusammensetzung 100 % Polyäthylen mit einem Mol-ffew. von 2000

A rbe i ta bed ingungen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoff behälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des. Füllstoffauss tosses Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der öffnung 100° C 200° C 0,189 mm

1,6 atm.g

4 m/s 170
1 am

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der Hülle 0,40 t o,O5 am 0,006 * 0,001 ran

Beispiel 16

In diesem Beispiel wurde Athylenglykol in "Methylen-bis-steramid verkapselt, Die benutzte Apparatur entsprach der im Beispiel 5 beschrUbenen. 009821/0687

- 40 - . M 2216

Füllstoff

Temperatur 115° C Viskosität 2,8 cP, Dichte 1 g/cnr Oberfläohenspannung 40 dyn/cm Schmelzpunkt ' -17 C Siedepunkt 200° C Zusammensetzung 100 % Äthylenglykol

Urawandung

Temperatur . l60° C Viskosität etwa 4 cP , Dichte. ' 0,8 g/cnT Oberflächenspannung " 30 dyn/cm

Schmelzpunkt _m ' Λ32 C

Zusammensetzung 100'% Methylen-bis-sterarffa A rbei ts bed ingung en

Temperatur des Füllstoffs 115° C Temperatur des Hüllenstoffs - l60° C Durchmesser der Düsenöffnung 0,189 mm auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck 1,5 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoff-

ausstosses 2,5 m/s

Reynolds*sehe Zahl . 125 Eintauchtiefe der öffnung 1,5 mm Kapseldimensionen Durchmesser 0,6 \ 0,2 mm Dicke der Hülle 0;020 - 0,008 mm Beispiel 17

In diesem Beispiel wurde eine wässrige Lösung, die Natriumpyrovanadat enthielt, in einem Paraffinwachs unter Verwendung der

Apparatur des im Beispiel 3 beschriebenen Typs verkapselt. Diese

009821/0687

- 41 - M 2316

Kapseln waren als eine Komponente eines aus zwei Komponenten bestehenden, durch Druck aktivierbaren Abbildungssystems geeignet.

Füllstoff

Temperatur 2J° C Viskosität 1 oP ,

Dichte 1 g/onr

Oberflächenspannung 6g dyn/cm

Schmelzpunkt -4 C

Siedepunkt 102° C

Zusammensetzung ■ 98 % HpO

Natrlumpyrovanada t

Umwandung

Temperatur l40° C

Viskosität 4 cP

Dichte 0,73 g/enT

Oberflächenspannung 24 dyn/cm

Schmelzpunkt 55 Q

Zusammensetzung 100 % Paraffinwachs, Schmelzp.: 55° C

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs 23_Q C Temperatur des Hüllenstoffs · 140 C Durchmesser der Düsenöffnung 0,250 mm auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck 0,07 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoff -

ausstosses 2,6 m/s

Reynolds*sohe Zahl 65O

Eintauchtiefe der Öffnung ' 1,5 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser p_#6 - 0,2 mra

Dicke der Hülle 0,015 - 0,00^ mm

009821/06*7

M 2316

Beispiel

In diesem Beispiel wurde eine wässrige Säurelösung unter Anwendung einer Apparatur des in Beispiel 3 offenbarten Typs in einem Paraffinwachs verkapselt. Die Kapseln konnten als eine Komponente eines aus zwei Komponenten bestehenden, durch Druck aktivierbaren Abbildungssystems benutzt werden. Die andere Komponente ist in dem vorstehenden Beispiel If beschrieben worden.

Füllstoff

Tempera tür Viskosität Dichte Siedepunkt Zusammense tzung

25° C

1 cP , 1 g/cnr 102° C 93 % H₂O

2 % 8-Hydroxychinolin

5 %'Essigsäure

Umwandung

Temperatur

Viskosität

Dichte

Oberfläohenspannung Schmelzpunkt Zusammensetzung (Gew.

140° C 4 cP
0,85 g/ 24 dyn/cm

55° C Paraffinwachs Schmelzp.: 55° C

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des Hüllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck Geschwindigkeit? des Füllstoffausstosses 009821/0807

140° C 0,250 mm

0,07 atm.g 2,6 m/s

M 2316

Reynolds'sehe Zahl 650

Eintauchtiefe der öffnung 1,5 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser 0,6 - 0,2,mm

Dicke der Hülle 0,015 * 0,003 ram

Beispiel 19

In einem Polymeren niedrigen Molekulargewichts wurde Wasser unter Anwendung der in Bespiel 3 beschriebenen Apparatur verkapselt. Füllstoff

Temperatur · 90° C

Viskosität 0,3 oP ,

Dichte 0,97 g/om^p

Oberflächenspannung 60 dyn/ora

Schmelzpunkt 0° C

Siedepunkt 100 C

Zusammensetzung 100 % H₂O

Umwandung

Temperatur 200° C

Viskosität 200 oP ,

Dichte ' .0.J β/⁰»

Oberflächenspannung 28 dyn/om

Schmelzpunkt 100 C

Zusammensetzung (Gew.-Ji) 100 % Polyäthylen-Copolymeri-

sat mit einen Molekulargewicht von 3500

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs 90° C Temperatur des HUllenstoffs 200° C Durchmesser der Düsenöffnung 0,189 mm auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck 1,6 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoff auss tosses 009821/0687 ⁵

M 2316

Reynolds'sehe Zahl Eintauchtiefe der Öffnung

3000
0,5 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der Hülle

0,5 - 0,1 mm
0,002 mm.

Beispiel 20

Eine wässrige Flüssigkeit wurde in einem fluorierten Polymeren niedrigen Molekulargewichts unter Anwendung der in Beispiel 3 beschriebenen Apparatur verkapselt. Die Hüllen aus dem fluorierten Polymeren erbrachten lösungsmittelbeständige Kapseln..

Füllstoff

Tempera tür Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Siedepunkt

Zusaramens e tzung

80° C
1 cP τ

l g/cnr 40 dyn/cm

102° C

H₂O

99,89

0,10 % einer 25 #igen wässrigen iPsung von Na₂SO₁^ Derivat vom 3,9-Di-

äthyltridecanol-6 ("Tergitol-7¹¹) 0,01 % Kristallviolettfarbstoff

Umwandung

Tempera tür Viskosität Dichte

Oberflächenspannung Schmelzpunkt Zusammensetzung (Gew.

100

009821/0687

190° C

30 ep , 1,8 g/cnr

25 dyn/cm 90° C
Cl

Schmelzp.: 90 C ("KeI-F 200^fi)

M 2516

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs 80 C Temperatur des Hüllenstoffs 190° C Durchmesser der Düsenöffnung 0,250 mm auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck 0,07 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoffaus-

stosses 2,5 m/s

Reynolds'sehe Zahl 500

Eintauchtiefe der Öffnung 2 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser 0,6 - 0,1 mm

Dicke der Hülle 0,009 ΐ 0,002 mm

Beispiel 21

Dieses Beispiel betrifft das Verkapseln eines essbaren WUrzstoffes in einem wasserlöslichen, essbaren, nährenden Umhüllungsatoff. Füllstoff

Temperatur ' 24° C

Viskosität 6 oP ,

Dichte etwa ■ 0,9 g/cnr

Oberflächenspannung etwa 50 dyn/cm

Siedepunkt >»170° C

Zusammensetzung (Gew.-^) 100 % essbares, ölhaltiges

Orangenaroma-Konzentra t

Umwandung

Tempera tür

Viskosität etwa 4Ö~ oP

Dichte etwa 1,5 g/cm

Oberflächenspannung etwa 50 dyn/om

Schmelzpunkt I67 C

Siedepunkt 295° C (bei 5,5 mm Hg)

Zusammensetzung (Gew.-^) 100 % D-Mannitol H(CHOH)v-H

009821/0687

■mit

- 46 - M 2316

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs 24 C Temperatur des Hüllenstoffs 235° C Durchmesser der Düsenöffnung 0,267 mm auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck 0,7 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoff-

ausstosses 6 m/s

Eintauchtiefe der Öffnung 1 mm

Kapselgrösse

Durchmesser 0,900 - 0,100 mm

Dicke der Hülle 0,020 - 0,005 mm

Diese Kapseln sind als latente Würzstoffe brauchbar. Das Freigeben der Würze kann durch Wärme, Druck und/oder Lösung erfolgen. Die Hüllen schmelzen, zerbrecnen und lösen sich (in Wasser) dabei. Sie werden unter Anwendung des gleichen Verfahrens und der gleichen Apparatur, wie sie in Beispiel 3 besenrieben worden ist, hergestellt. Die Kapselhüllen erstarren unter Bildung eines Glases ' und bleiben bei der Lagerung glasig. Einige derKapseln waren am Ende der Wegzeitkurve nicht vollständig erstarrt. Das Auffangen in kaltem Mineralöl steigerte die Ausbeute an erstarrten Kapseln. Die in Mineralöl aufgefangenen Kapseln wurden mit Hexan gewaschen und an der Luft getrocknet.

Beispiel 22

In diesem Beispiel wurde eine thixotrope wässrige Lösung in einer Wachszusammensetzung verkapselt. Diese Kapseln waren als latentes,

009821/0687

M 2J16

durch Druck aktiviertes Abbildungssystem brauchbar, wenn sie in ein gegen Basen empfindliches System eingebracht wurden. Der Apparat und die Düse entsprachen wiederum dem bzw. der in Beispiel 3 beschriebenen.
Füllstoff

Temperatur

Viskosität (statische) Dichte Oberflächenspannung Siedepunkt

Zusammensetzung 88 $6

23° C 3500 c) 1 g/cr, 50 dyn/cm 100° ⁿ

H₂O

6,9 % (NH₄J₂CO₃

5,1 # Kieselsäurepulver mit einer unter

einem Mikron liegenden Teilchengrösse

Umwandung

Temperatur Schmelzpunkt

Z usammens e tzung (Oew.

180° c

72° C 44,95 % Paraffinwachs,

Sohmelzp.: 55 C 44,95 % Paraffinwachs

Sohmelzp.: 83 C 10,00 % lösliches Copolymer!-

sat aus Äthylen und

Äthylacrylat

(SohmeIzindex -18) 0,1 % BHT

Arbei ts bed ingun gen

Temperatur des Füllstoffs Temperatur des HUllenstoffs Durchmesser der Düsenöffnung auf den Füllstoff behälter angewendeter Druck Geschwindigkeit des Füllstoffausstosses Eintaucatiefe der Öffnung 23° c i8o° c 0,351 ram

1,4 atm.g

6 m/s

1 mm

009821/0687 BAD ORiGiNAL

M 2316

Kapseldimensionen

Durchmesser Dicke der Hülle

1#3 - 0,7 mm 0,120 "£ 0,010 mm

Beispiel 2J>

In diesem Beispiel wurde Wasser, das einen die Viskosität erhöhenden Zusatz enthielt, in. einer Wachs zusammensetzung verkapselt. Die Apparatur und die Düse entsprachen wiederum der in Beispiel 3 beschriebenen Apparatur und Düse. Die Kapseln sind als durch Druck aktivierbare latente Härtungsmittel für Urethanharze brauchbar.
FUlIs toff

- 24°

Temperatur Viskosität Dichte Oberflächenspannung Schmelzpunkt Siedepunkt

Zusammensetzung 99,93 %

7 CP , 1 g/cnr 50 dyn/cm

0° C 100° C

• 0,02 % Polyoxyäthylen (Molekulargewicht

7 x 10^ö)

Umwandung

Temperatur Schmelzpunkt Zusammensetzung (Gew.-$£)

185° C 68° C 91,9 % Paraffinwachs

Schmelzp.: 68 C 8,0 # lösliches Copolymerisat aus Äthylen und Äthylacrylat (Schmelzindex - 3)

Arbeitsbedingungen

Temperatur des Füllstoffs

009821/0687

24° C

Temperatur des Hüllenatoffs Durchmesser der DUsenÖffnung auf den Füllstoffbehälter angewendeter Druck

Geschwindigkeit des FUlIstoffausstosses
Reynolds'sehe Zahl
Eintauchtiefe der Öffnung

1	586198	g
	M 2316
185° C 0,504 mm
0,4 atm.
4 m/s 280 1,5 mm

Kapseldimensionen

Durchmesser
Dicke der Hülle

2,5 - 0,5 mm
0,125 t o,O35 mm

Beispiel 24

Die Apparatur des in Figur 3 dargestellten Typs wurde benutzt, um eine wässrige Flüssigkeit in Wachshüllen zu verkapseln. Die Einzelheiten des Verfahrens waren wie folgt; Füllstoff

Temperatur

Viskosität

Dichte

Oberflächenspannung

Schmelzpunkt

Siedepunkt

Zusammensetzung 98

etwa etwa etwa etwa etwa 29° c

5 CP , 1 g/enr 30_dyn/cm -2⁰C 10.0° C

H₂O

"Gantrez An-l69^u (s .Beispiel 5) ,-64" (s. Beispie 15)

1 % ^wPluronic L-

Umwandung

Temperatur

Viskosität

Dichte

Oberflächens pannung

Schmelzpunkt

Siedepunkt

etwa etwa

etwa 127° c 25 oP 0.7 g/cnr 28 dyn/om 62° C 207 C (bei 0,7 mm Hg)

00982.1/0Q87

- 50 - . M 2516

Zusammensetzung 89,9 # Paraffinwacns

Schmelzp.r 62° C ("Shell wax-270") 10 % Copolymerisat aus 80 % Äthylen 20 % Äthylacrylat

(Schmelzindex - l8) ("Dow EA 2018") 0,1 % butyliertes Hydroxytoluol

Arbeitsbedingungen

Durchmesser der Öffnung für den Füllstoff 0,25 mm Dimensionen der Öffnung für den Hüllenstoff

(Innendurchmesser 1,2 mm

Aussendurchmesser 1,6 mm

Geschwindigkeit des Füllstoff

ausstosses 23 ml/min, od. 7,6 m/s

Pumpgeschwindigkeit des

Hüllenstoffes an der Öffnung 0,5 m/s

Kapseldimensionen

Mittlerer Durchmesser 650 Mikron

Füllstoff gehalt 55 Gew.-^

Die Düse wurde um 30° aufwärts von der Horizontalen geneigt. Ein konzentrischer Strom der FUlIstofflüssigkeit, die aus der Düse ausgeströmt war, wurde von geschmolzenem Umhüllungsstoff umgeben und innerhalb von verschiedenen Wegeinheiten von den Düsenöffnungen entfernt in einzelnen Kapseln zerteilt. Der Kapselstrom führte bis zu einem Scheitelpunkt von annähernd 46 cm aufwärts, ' vertikal Über die Düse, und dann längs einer Parabelbahn, um mit vollständig erstarrten Hüllen auf einer genigten Oberfläche in etwa 2,4 m Abstand und 1,8 m unter der Düse aufzutreffen. Die

aufgefangenen Kapseln waren gleichförmig rund und wiesen kein

009821/0687

- 51 - M 2316

unerwünschtes Kleben auf. Wenn die Kapseln Umgebungsbedingungen ausgesetzt wurden (23° C, 40 $ relative Feuchtigkeit), betrug der Verlust an Inhaltsstoffen durch Diffusion 0,20 % pro Tag, wonach für die Inhaltsstoffe eine Halbwertzeit, von 24l Tagen gegeben war.

Beispiel 25

Für das Verkapseln einer öligen Flüssigkeit in Gelatinehüllen wurde die Apparatur des Beispiels 24 angewendet. Die Ve?ahrensbedingungen waren die gleichen mit Ausnahme, wie sie hier angegeben werden. Der Füllstoff bestand aus Erdnussöl, das. 5 % Zimtaldehyd als Würzstoff enthielt. Das HUllenmateial bestand aus einem Sol aus 20 % Schweinehautgeletine von 300 Bloom und 80 % Wasser. Es war vorteilhaft, den HUllenstoff bei 70° C und die FüllstofflUssigkeit bei Raumtemperatur anzuwenden. Die Kapseln wurden wftlerum bei einem Abstand von 2,4 m von der Düse aufgefangen, wo sie in einer Masse von kaltem Mineralöl gesammelt und dann den] Erstarren überlassen wurden. Die Kapseln wurden mit Naphtha gewaschen, um das Mineralöl zu entfernen, filtriert und mit Aceton zur. Extraktion des Wassers von der Gelatine gewaschen. Die entstandenen Kapseln wiesen starke Gelatinewandungen mit einer durchschnittlichen Dioke von 25 Mikron auf. Der mittlere Kapseldurchmesser betrug etwa 1200 Mikron. Die Kapseln waren essbar, und die Inhaltes toffe Hessen sich entweder durch Druck oder durch Lösen in warmen, wässrigen Systemen freilegen. Anstelle der freifliessenden Kapseln konnten die Kapseln in Blattforra

009821/0687

- 52 - · ■ M

aufgefangen und zum Erstarren gebracht werden, wobei die Blattform von den einzelnen miteinander verbundenen Kapseln gebildet wurden.

Beispiel 26

Die Apparatur des in -Figur 2 dargestellten Typs wurde angewendet, um Wasser in Wachs zu verkapseln. Beide Düsen wurden aufwärts mit einem Winkel von etwa 45° von der Vertikalen und gegeneinander gerichtet, so dass die Strahlen, die davon ausgesandt wurden, sich vor dem Zerteilen Jeden Strahls bei einer Entfernung von etwa 5 mm von Jeder Öffnung mischten. Der Winkel, der durch die sich mischenden Strahlen eingeschlossen wurde, betrug etwa 30 .

*
Ein aus zwei Flüssigkeiten bestehender kombinierter Strahl wurde unmittelbar nach dem Mischen der Strahlen gebildet, bei dem das Wasser mit der höheren Oberflächenspannung den Kern und das Wachs mit der geringeren Oberflächenspannung eine konzentrisch umhüllende Röhre gebildet hatte. Der kombinierte Strahl zerlegte sich bei einem Punkt von etwa 3 cm von dem Mischungspunkt entfernt in einzelne Kaps1^n.

Füllstoff

Tempera tür 24 C

Viskosität l cP ,

Dichte · 1 g/cnr

Oberflächenspannung 73 dyn/cm

Schmelzpunkt 0 C

Siedepunkt 100 C

Zusammensetzung 100 # H₂O

009821/0687

- 53 - M 2316

Umwandung

Temperatur l80° C

Viskosität ' 4 cP ,

Dichte etwa 0,7 g/onr

Oberflächenspannung etwa 23 dyn/cra

Schmelzpunkt 55° C

Zusammensetzung 100 # Paraffinwachs

A rbe i ts bed ingungen

Temperatur des Füllstoffs 24° C Temperatur des HUllenstoffs l80 C Durchmesser der Füllstoffdüsenöffnung 0,26 mm Durchmesser der Hüllenstoffdüsenöffnung 0,40 mm auf d'en Füllstoff behälter angewendeter Druck 0,7 atm.g auf den Hüllenstoffbehälter angewendeter Druck 3,4 atm.g Geschwindigkeit des Füllstoffausstosses 3 m/s Geschwindigkeit des Hüllenstoffausstosses 2 m/s Länge der Wegzeitkurven-Bahn(Meter) 4

Kapselgrösse

Durchmesser 0,6 mm

Dicke der Hülle 0,05 mm

- Patentansprüche -

009821/0M7

Claims (1)

1. M 2316

   Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Bildung von kugelförmigen Kapseln, die jeweils aus einer festen äusseren Hülle und einem inneren in der Hülle eingeschlossenen Kern aus Füllstoff bestehen, wobei flüssiger Füllstoff von einem konzentrischen Flüssigkeitsstrom aus verkapselndem Stoff umgeben ist und der Flüssigkeitsstrom Teile des Füllstoffs durch Verfestigung unter Bildung von Kapseln verkapselt, dadurch gekennzeichnet, dass man den flüssigen Füllstoff aus einer Düse oder Öffnung mit einer Geschwindigkeit vdnjfl m/s unter Bildung eines flüssigen Strahls ausströmen lässt, man diesen Strahl auf eine Wegzeitkurven-Bahn mit einer horizontalen Komponente in eine Berührung mit dem flüssigen verkapselnden Stoff leitet, wodurch der genannte Strahl zu einem inneren flüssigen Kern ausgebildet wird, der konzentrisch von einem äusseren konzentrischen Flüssigkeitsstrom aus dem verkapselnden Stoff umgeben ist, wobei , der Flüssigkeitsstrom der genannten Wegzeitkurven«Bahn zusammen mit dem Strahl folgt, und man ansehliessend im Verlauf der genannten Wegzeitkurven-Bahn den Strom aus verkapselndem Stoff sich entlang seiner Länge zu kugelförmigen Hüllen zusammenschnüren

   009821/0687

   t» .
   Neue V*'· ' j

   - 55 - M 2516

   lässt, wobei Jede Hülle einen inneren Kern aus dem Füllstoff verkapselt, man die Hüllen verfestigt und dadurch die kugelförmigen Kapseln noch im Verlaufe der genannten Wegzeitkurven-Bahn bildet.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den genannten Strahl mittels einer schräg angeordneten Düse von, der Horizontalen aufwärts gerichtet leitet.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den genannten Strahl in Berührung mit dem verkapselnden Stoff bringt, indem man den Strahl duroh eine flüssige Nasse aus dem verkapselnden Stoff treibt« wobei der St&il duroh Reibungskräfte den äusseren Flüssigkeitsstrom, der den genannten Strahl konzentrisch urasohliesst, mit sich reisst.

   h. Verfahren nach Anspruch 3« dadurch gekennzeichnet, dass die Masse aus verkapselndem Stoff ein Bad ist, und der genannte Strahl aus einer aufwärts gerichteten Düse, die unter die Oberfläche des Bades eingetaucht worden ist, heraustritt.

   5. Verfahren nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Masse aus verkapselndem Stoff von einer in bezug auf eine kleinere 3ffnung, aus der der genannte Strahl heraustritt, konzentrisch angeordneten Öffnung zuführt.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man

   009821/0687

   - 56 - ■ M 23J16

   den genannten Strahl in Berührung mit dem verkapselnden Stoff durch Zusammenprall mit dem Flüssigkeitsstrom aus dem verkap- , selnden Stoff bringt,

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verkapselnde Stoff ein geschmolzener, normalerweise fester Stoff ist und das Verfestigen durch Erstarren des verkapselnden Stoffes stattfindet/ wobei sieh das Erstarren in einer Gasatmosphäre abspielt.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstarren in erster Linie durch Wärmeaustausch zwischen dem verkapselnden Stoff und dem flüssigen Füllstoff bewirkt wird, wobei der flüssige Füllstoff zunächst kühler als der verkapselnde Stoff ist.

   9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass

   der verkapselnde Stqff ein Wachs, ein erstarrungsfähiges Kolloid, ein Glas oder ein Metall ist.

   10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff eine wässrige Flüssigkeit ist.

   11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den verkapselnden Stoff sich verfestigen lässt, während die Kugeln miteinander durch Str^ähnen des verkapselnden Stoffes verbunden sind und man die fest gewordenen miteinander verbundenen Kapseln auffängt. 009821/0687

   - 57 - M 2516

   12* Verfahren nach Anspruch 1, zum Verkapseln von Flüssigkeiten in Kapseln mit Durchmessern von 10 bis 4000 Mikron, dadurch gekennzeichnet, dass man einen erhärtbaren, flüssigen, verkapselnden Stoff vorsieht, einen Strahl der zu verkapselnden Füllstoffflüssigkeit von einer Öffnung mit einem Durchmesser zwischen etwa 5 und 1500 Mikron unter Druck und mit einer Geschwindigkeit, die grosser als etwa 1 m/s ist, in den verkapselnden Stoff strömen lässt, wodurch ein Strom aus umhüllendem, flüssigem, verkapselndem Stoff gebildet wird, der die Füllstofflüssigkeit konzentrisch umgibt, wobei die dimensionslose Reynods'sohe Zahl, D/P ν , kleiner als 4000 ist,wobei D der Durohmesser der genannten Öffnung, ν die Geschwindigkeit der genannten Füllstofflüssigkeit, die man aus der genannten Öffnung ausströmen lässt,- jQ die Dichte und /JU die,Viskosität der Füllstofflüssigkeit ist, wobei der verkapselnde Stoff eine Viskosität kleiner als etwa 2000 cP und einen Schmelzpunkt niedriger als den Siedepunkt der Füllstoffflüssigkeit hat, die Grenzflächenspannung zwischen der Füllstoffflüssigkeit und dem flüssigen verkapselnden Stoff weniger als etea 200 dyn/cm beträgt, man den genannten Strom so leitet, dass er sich in einer Wegzeitkurνen-Bahn mit einer horizontalen Komponente in eine Gasatmosphäre hineinbewegt, wobei der Weg lang genug ist, ein Zusammenschnüren, entlang der Länge des genannten Stroms, zu einzelnen Kapseln mit Hüllen aus verkapselndem Stoff, ' in denen die Füllstofflüssigkeit vollständig eingeschlossen ist, zu ermöglichen, wobei die genannte Füllstofflüssigkeit sich zunächstauf einer niedrigeren Temperatur befindet als die genannte

   k
   verkapselnde Flüs3igeit, man die genannten Kapselhüllen durch

   009821/0687

   - 58 - M 2^16

   innere Kühlung erhärten lässt und die entstandenen Kapseln auffängt.

   15· Kapseln mit einem Durchmesser von 10 bis 4000 Mikron, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen flüssigen Füllstoff und eine feste Hülle aufweisen, die von innen nach aussen durch Gefrieren des Hüllenstoffes aufgrund von Wärmeaustauscn zwischen dem Hüllenstoff und dem flüssigen Füllstoff erstarrt ist, wobei der flüssige Füllstoff zunächst kühler als der Hüllenstoff ist.

   14. Kapseln nach Anspruch 13, dadurch gekennzeicnnet, dass sie innere Kerne aus flüssigem Füllstoff und äussere Hüllen aus Metall aufweisen, die den Füllstoff vollständig einschliessen.

   15. Kapseln nach Anspruch Y3, dadurch gekennzeichnet, dass die erhärteten kugelförmigen Hüllen mit einem Durchmesser von etwa lObis 4000 Mikron in linearen Strängen miteinander verbunden sind, wobei die Hüllen durch Strähnen aus erhärtetem Hüllenstoff miteinander verbunden sind.

   16. Latent härtende Polyesterharzmasse, die durch einen Peroxydka talysator nach Anwendung von Wärme oder Druck auf die genannte Harzmasse gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Harzmasse Kapseln nach Anspruch 13 enthält und in den genannten Kapseln der Peroxydka ta lysa tor als Füllstoff enthalten ist.

   009821 /0687
   Br.