DE2103528C3 - Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln mit einem wasserunlöslichen flüssigen oder festen Kernmaterial und einer aus verschiedenen hydrophilen Polymeren bestehenden doppelschichtigen Kapselwand, bei dem das Kernmaterial in einer wäßrigen Lösung emulgiert bzw. suspendiert wird und die Bildung der Kapselwände über die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Phasentrennung erfolgt.

Aus der DT-OS 18 17 316 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen Überzügen bei Mikrokapseln bekannt, bei dem zunächst in der üblichen Weise eine erste Kapselwand um Tröpfchen des einzukapselnden Materials hergestellt wird. Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt durch Zusetzen einer zusammen mit einer in den einzukapselnden Flüssigkeitströpfchen enthaltenen Substanz polyreaktionsfähigen Komponente eine Grenzflächenpolyreaktion durchgeführt, wodurch zunächst undichte Stellen der ersten Kapselwand ausgefüllt werden und sich anschließend eine zweite Polymerschicht um die ursprüngliche Kapselhülle bildet. Dieses Verfahren ist jedoch nur zur Einkapselung von Flüssigkeiten geeignet und dies auch nur dann, wenn die Verunreinigung des Kapselinhalts durch die für die Grenzflächenpolyreaktion erforderliche Komponente keine Rolle spielt.

Ferner ist aus der DT-PS 12 45 320 ein Verfahren zum Herstellen kleiner Kapseln bekannt, bei dem zunächst in einem ersten Verfahrensschritt auf den einzukapselnden Teilchen oder Tröpfchen durch Koazervierung ein hydrophiles Kolloid mit einem relativ niedrigen Molekulargewicht abgelagert wird und anschließend nach einem Dekoazervierungsschritt nach Zusetzen weiteren, chemisch gleichartigen Kolloids, jedoch mit höherem Molekulargewicht, durch Koazervierung eine weitere Schicht abgelagert wird. Durch dieses Verfahren soll die Aufgabe gelöst werden, Kapseln mit möglichst festen Wänden herzustellen, so daß Kapseln mit einer Größe von bis zu 5 mm Durchmesser hergestellt werden können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Mikrokapseln anzugeben, bei dem es möglich ist, ein als 6s Kapselwandmaterial sehr gut geeignetes hydrophiles Polymeres, welches jedoch mit dem einzukapselnden Stoff unverträglich ist, trotzdem als Wandmaterial

verwenden zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß datdurch gelöst, daß bei dem eingangs definierten Verfahren eine sowohl das hydrophile Polymere erster Art als auch das hydrophile Polymere zweiter Art enthaltende wäßrige Lösung verwendet wird und zuerst eine das hydrophile Polymere erster Art enthaltende flüssige Phase und anschließend eine das hydrophile Polymere zweiter Art enthaltende flüssige Phase abgeschieden wird.

Das erfindungemäße Verfahren kann besonders dann verwendet werden, wenn ein sonst bevorzugtes hydrophiles Kapselwandmaterial nicht direkt zur Einkapselung eines gegebenen Stoffes verwendet werden kann, da beide miteinander unverträglich sind. In diesem Falle kann also ein besser verträgliches Polymeres als innere Schicht der Kapseln verwendet werden, während eine äußere Schicht aus dem bevorzugten Wandmaterial hergestellt wird, wodurch die fertigen Kapseln die gewünschten Eigenschaften besitzen, ohne daß die Gefahr besteht, daß das bevorzugte Wandmaterial mit dem Kapselinhait reagiert. Bekannte Kapselwandmaterialien sind beispielsweise Gelatine, Gummiarabikum, Äthylcellulose, Zein, Harnsäure-Formaldehydharz oder Polyvinylalkohol. Besonders häufig wird Gelatine zur Herstellung wasserlöslicher Kapseln verwendet und anderen Stoffen deshalb vorgezogen, weil sie billig ist, ein rationelles Verfahren gestattet und Kapselwände liefert, die gewünschte Behandlungs- und Bearbeitungseigenschaften besitzen. Sollen jedoch Aldehyde in Gelatine eingekapselt werden, dann verlieren die Kapselwände allmählich ihre Wasserlöslichkeit infolge der chemischen Einwirkung der Aldehyde auf die Gelatine. Kapselwände aus Polyvinylalkohol besitzen diesen Nachteil nicht, neigen jedoch dazu, daß sich die Kapseln während der Herstellung zusammenballen. Außerdem erreichen Polyv'nylalkoholkapseln nicht: die Qualität der Gelatinekapseln. Diese Schwierigkeiten können durch das ertindungsgemäße Verfahren beseitigt werden, indem Polyvinylalkohol und Gelatine als zwei chemisch unterschiedliche Polymere verwendet werden. Eine innere Schicht aus Polyvinylalkohol verhindert die Reaktion des Aldehyds mit der äußeren Gelatineschicht, so daß die Wasserlöslichkeit der Kapselwand erhalten bleibt. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, daß die Bildung einer Zwischenschicht zwischen der inneren und der äußeren Schicht möglich ist, die aus einer Mischung von Polymeren der ersten und der zweiten Art besteht, welche undurchlässiger ist als diejenige aus nur einem Polymeren.

Die zur Erzeugung einer aufeinanderfolgenden Phasentrennung 1 kann der Fachmann leicht anhand seines Wissens abhängig von den verwendeten Polymeren bestimmen. Bekannte Verfahren eine Phasentrennung einzuleiten, sind beispielsweise Zusetzen von Salz, pH-Einstellung und Verdünnung und Zusetzen eines Nichtlösungsmittels für das Wandmaterial; jedes dieser Verfahren kann ohne weiteres durch bekannte Maßnahmen reguliert werden, beispielsweise durch die mikroskopische Beobachtung von Proben der bearbeiteten Lösung. Andere Stoffe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich für den Fachmann von selbst. Beispielsweise können verschiedene Gelatinetypen, einschließlich chemisch modifizierter Stoffe, wie succinylierte Gelatine verwendet werden. Die Wandmaterialien sind vorzugsweise! durch Temperaturveränderung gelierbar, wie dies bekannt ist, und es können theoretisch beliebige Paare derartiger Stoffe

»emäß don spezifischen Erfordernissen des jeweiligen Falles verwendet werden, die unter unterschiedlichen Bedingungen einer Phasentrennung unterliegen.

Der Ausdruck »Polyvinylalkohol«, wie er in dieser _Reschreibung verwendet wird, bedeutet einen polyme- S en Sf bei dem zumindest 50 Gew.% von vinvlalkoh'ol abgeleitet sind. Dies bedeutet, daß der lusdruck einen polymeren Stoff umfaßt, der vollständ g on* Viiivlalkohol besteht und andererseits einen Stoff, Tr nicht nur aus Vinylalkohol besteht, sondern auch io Sere Bestandteile beispielsweise Vinylacetat, -propionat 1 notwendigen Bedingungen und/oder -butyrat enthält, wobei jedoch der Anteil an Vinylalkohol ^mindest 50 Gew.% des polymeren Materials ausmalt Der im Handel erhältliche für die Durchführung .5 T Erfindung bevorzugte Polyvinylalkohol ist ein Hydrolyseprodukt von Polyvinylazetat, das vorzugsweise zu mehr als 75 Gew.% hydrolysiert ist.

Rei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfinrlune ist Polyvinylalkohol der erste aus der Lösung κ Scheidende Stoff und die Phasentrennung wird S Zugabe eines Salzes zum Einkapselungssystem St' falze zur Einleitung der Phasentrennung sind beisDiehwe.se wasserlösliche Sulfate, Zitrate Azetate, sowie Ammoniumchlorid. Natriumchlorid und Magnes,- *5

Slorid. Es kann aber jedes andere Salz mit Sprechender Wasserlöslichkeit verwendet werden, da Seh inert gegenüber den anderen Bestandteilen des Kapselherstellungssystems ist. Nach der PhasentrennuSg des Polyvinylalkohole durch Zugabe 30 ?nes Salzes erfolgt eine Phasentrennung der Gelatme T \ F nsteliungΓ des pH-Wertes des Systems. Der SI Wer w d durch Zugabe einer geeigneten Säure Her Base eingestellt, etwa Schwefelsäure oder u trinmhvdroxvd Die Phasentrennung der Gelatine 35 _w rd m a Igemäen durch Einstellung des pH-Werg Z Richtung auf den isoelektrischen Punkt erzielt bei dem dieΪ Wasserlöslichkeit der Gelatine im allgeme.nen Gew.% bis mehr als 95 Gew.% eingekapselten Stoff je nach speziellen Erfordernissen. Auch die relativen Anteile der beiden Kapseiwandstoffe zueinander können je nach Wunsch verändert werden. Gewichts· Verhältnisse von Gelatine zu Polyvinylalkohol zwischen .1 bis 3:1 werden bei dem bevorzugten Ausführangs-

beispiel verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun ausführlicher anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert, in denen organische Flüssigkeiten einzukapseln sind.

Beispiel 1

ATe? lagerung können beide Kapselwand- 40 stoffe durch Temperatursenkung im System verfestigt odergSniert werden. Die gelierten Polymeren Stoffe SSn man auch chemisch härten, wobei eine derartige Sung sowohl in einer oder in beiden KapselwandschKn bewirkt werden kann. Beispiele von ehem.- 45

hin Härtunes- und Vernetzungsmitteln sind Aldehyd Ba« 2 Übergangsmetallsalze, die in bekannter

fe«

und der nicht in einem Detracnmcncu wia«„ .....

Kapselwandstoffen während des Einkapselungsverfahrens reagiert. Einkapselbare Stoffe sind beispielsweise wasserunlösliche Flüssigkeiten wie Olivenöl, Fischöl, Pflanzenöl, Samenöl, Mineralöl, Xylol, Toluol, Kerosin, chloriertes Biphenyl, Methylsalizylat; wasserunlösliche Metalloxyde und -salze; Fasermaterial, wie Zellulose :; wasserunlösliche synthetische polymere ' "" *- ^-i«-»- Arnmastoffe. Duft-

,wischen weniger ah 50 Durch Auflösen von 11,5 g Polyvinylalkohol in 220 g Wasser bereitet man eine wässerige Lösung von Polyvinylalkohol. Der Polyvinylalkohol ist ein Hydrolyseprodukt von Polyvinylazetat, das eine Viskosität von 4 bis 6 cP in 4 Gew.% wässeriger Lösung bei 20⁰C besitzt und ein Molekulargewicht von zirka 3000 hat und zu 88 bis 89% hydrolysiert wurde.

Zu dieser Polyvinylalkohollösung gibt man 20 g succinylierte Gelatine und rührt das sich ergebende System bis die Gelatine aufgelöst ist. Zu dieser in Bewegung gehaltenen Lösung mit einem Volumen von zirka 250 ecm werden 100 ecm Naphthareiniger zugesetzt, ein in Wasser praktisch unlösliches relativ niedrig siedendes Petroleumdestillat, das gewöhnlich zu zirka 50% bei 175⁰C destillierbar ist. Das Bewegen der Flüssigkeit wird derart eingestellt, daß sich dispergierte Naphthatropfen von einem Durchmesser zwischen 300 und 500 μηι ergeben.

Nun erhitzt man das System auf 5O⁰C und stellt den pH-Wert auf 4,9 ein. Bei diesem Punkt ist noch keine Phasentrennung des Kapselwandmaterials erfolgt. Dem System setzt man nun langsam 100 ecm 20gew.%iger wässeriger Natriumsulfatlösung zu, die als Phasentrennungseinleitungsmittel dient und die Bildung einer getrennten flüssigen Phase mit einer hohen Konzentration von Polyvinylalkohol bewirkt, das die einzelnen Naphthatropfen umgibt. Das System enthält nun embryonale Kapseln mit einer einzigen flüssigen Kapselwandschicht, die reich an Polyvinylalkohol ist, aber nur einen geringen Anteil an Gelatine enthält, der sich während dieser Verfahrensstufe abgesondert hat.

Als nächstes stellt man allmählich den pH-Wert des Systems auf 4,3 ein, so daß die Gelatine aus der Lösung als getrennte flüssige Phase ausscheidet, die die bereits gebildeten embryonalen Kapseln umgibt. Im Laufe der pH-Wert-Änderung scheidet ein immer geringer werdender Anteil von Polyvinylalkohol und ein immer größer werdender Anteil an Gelatine aus der Lösung aus, so daß sich am Ende eine aus Schichten bestehende flüssige Kapselwand ergibt mit einer inneren Schicht, die überwiegend aus Polyvinylalkohol besteht, einer äußeren Schicht, die überwiegend aus Gelatine besteht und einer Zwischenschicht aus einer Mischung von Polyvinylalkohol und Gelatine.

Zur Verfestigung der beschichteten Kapselwand wird das System abgekühlt Die Kapselwandstoffe können chemisch durch Zugabe von Vernetzungsmitteln gehärtet werden.

Beispiel II

Abweichend beim Beispiel I wird anstelle der succinylierten Gelatine eine mit Säure extrahierte Schweinehautgelatine mit einer Bloomstärke von bis 305 g und einem isoelektrischen Punkt von pH 8 bis

verwendet, wobei der zuletzt eingestellte pH-Wert des Systems höher ist als im Beispiel I; dies bedeutet, daQ der pH-Wert in Richtung des iüoelektrischen Punktes

der Gelatine eingestellt wird.

Beispiel III

Folgende Zutaten werden in einem Gefäß geeigneter Größe zusammengebracht: 15 {[ Gelatine gemäß Beispiel II, 7,5 g Polyvinylalkohol {;emäS Beispiel I, 150 g Wasser und 50 g Toluol. Die Kombination dieser Stoffe wird auf etwa 50° C unter Rühren erwärmt und das Rühren wird fortgesetzt, bis sich der Polyvinylalkohol und die Gelatine vollständig auifgejöst und das Toluol derart dispergiert hat, daß Tropfen mit einem

Durchmesser zwischen 500 und 1000 μπι entstanden

g 2Ogew.o/oige wässerige Natriumsulfatlösung wird dem Gefäß allmählich zugesetzt und der Polyvinylalkohol scheidet sich aus der Lösung in Form einer getrennten flüssigen Phase aus, die sich auf den Tröpfchen ablagert, so daß sich eine embryonale einzige Schicht einer flüssigen Kapselwand um die Kapseln ergibt. Der pH-Wert des Systems (anfangs bei S^P5) wird dann erhöht, um eine Phasentrennung der Gelatine und eine darauffolgende Ablagerung der d.e GeSe enthaltenden Phase auf die Kapselwand aus bereits abgelagertem Polyvinylalkohol und Polyvinylalkohö /Gelatine zu erzielen. Die Kapselwände werden SaSn vSes igt und falls erwünscht chemisch gehärtet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln mit einem wasserunlöslichen flüssigen oder festen Kernmaterial und einer aus verschiedenen hydrophilen Polymeren bestehenden doppelschichtigen Kapselwand, bei dem das Kernmaterial in einer wäßrigen Lösung emulgiert bzw. suspendiert wird und die Bildung der Kapselwände über die >° Flüssigkeits-Flüssigkeits-Phasentrennung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine sowohl das hydrophile Polymere erster Art als auch das hydrophile Polymere zweiter Art enthaltende wäßrige Lösung verwendet wird und zuerst eine das hydrophile Polymere erster Art enthaltende flüssige Phase und anschließend eine das hydrophile Polymere zweiter Art enthaltende flüssige Phase abgeschieden wird.

   20