DE3918146A1 - Mikrokapseln mit einer polymeren kapselwand - Google Patents
Mikrokapseln mit einer polymeren kapselwandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Mikrokapseln mit einer polymeren Kapselwand.
Derartige Mikrokapseln, Verfahren zu ihrer Herstellung und verschiedene
Verwendungsmöglichkeiten sind aus "Angewandte
Chemie", 1975, Nr. 16, Seiten 556 bis 567 bekannt. Danach sind
unter Mikrokapseln Teilchen in der Größenordnung von 1 bis
5000 Mikrometern zu verstehen, die aus einem Kern und einer
festen Kapselwand bestehen. Der Kern enthält entsprechend dem
Verwendungszweck der Mikrokapseln eine Wirksubstanz, die durch
die Kapselwand gegenüber der Kapselumgebung isoliert ist und
an diese durch Zerstören der Kapselwand oder durch Permeation
gezielt freigegeben werden kann. Die Kapselwand besteht vor
allem aus natürlichen oder synthetischen Polymeren, deren Art
und die Dicke der Kapselwand zum einen die äußere Gestalt der
Mikrokapseln als Kugeln, traubenförmige Aggregate oder unregelmäßige
Gebilde und zum anderen die Fähigkeit der Kapselwand zur
Isolierung und gezielten Freisetzung des Kapselinhalts
bestimmen. Die Kapselöffnung kann mechanisch von außen, also
durch Scheren oder Zerdrücken, oder von innen, z. B. durch Erhitzen
über den Siedepunkt des Kapselinhalts, sowie durch Auflösen,
Schmelzen oder Verbrennen der Kapselwand erfolgen.
Für die Mikroverkapselung sind mechanisch-physikalische und
chemische Verfahren bekannt. Zu den letzteren gehört die Grenzflächen-
Polykondensation, bei der ein erstes Monomer, gelöst
in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, in einer
Wasser-Schutzkolloid-Lösung unter kräftigem Rühren dispergiert
wird; bei Zugabe eines zweiten in Wasser gelösten Monomers
reagieren die beiden Monomere an der Grenzfläche des Lösungsmittels
zum Wasser zu einem festen Polymer (Polykondensat) in
Form von das Lösungsmittel beinhaltenden Mikrokapseln.
Eine bekannte Verwendung von Mikrokapseln ist die bei
Reaktionsschreibpapieren beispielsweise nach dem "selfcontained-
Typ", die einseitig mit einen Farbbildner beinhaltenden
Mikrokapseln und einer Entwicklersubstanz beschichtet
sind; dort wo die Mikrokapseln durch den Druck eines Schreibgerätes
zerstört werden, tritt sofort eine sichtbare Markierung
durch den sich entwickelnden Farbbildner auf.
Eine weitere Verwendung von Mikrokapseln ist aus der GB-A 21 73 452
in Verbindung mit einem Bildaufzeichnungsverfahren bekannt, bei
dem die Tinte beinhaltenden Mikrokapseln auf einem Aufzeichnungsträger
aufgebracht werden und entsprechend dem aufzuzeichnenden
Bild durch einen Laserstrahl aufgebrochen oder zumindest für
die Tinte durchlässig gemacht werden sollen, so daß die Tinte
entsprechend dem aufzuzeichnenden Bild auf das Aufzeichnungspapier
gelangt. Wie die tatsächlich erreicht wird und welche
Kapselwandmaterialien hierfür geeignet sein könnten, geht aus
der GB-A 21 73 452 nicht hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mikrokapseln mit
thermolabiler und/oder photolabiler Kapselwand anzugeben, deren
Kapselwand unter Wärme- und/oder Lichteinwirkung aufbricht.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei
den Mikrokapseln der eingangs angegebenen Art das Polymer der
Kapselwand thermo- und/oder photolabile Sollbruchstellen in
Form von Azofunktionen (-N=N-) oder Dioxyfunktionen (-O-O-)
enthält.
Vorteilhafte Ausführungsformen und eine bevorzugte Verwendung
der Mikrokapseln sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln zeichnen sich dadurch aus,
daß sie aufgrund der thermo- und/oder photolabilen Sollbruchstellen
in der Kapselwand allein durch Wärme oder Licht gezielt
aufgebrochen werden können, um den Kapselinhalt freizugeben.
Darüber hinaus sind die Mikrokapseln einfach und sicher handhabbar,
weil sie mechanisch belastbar sind und ihre Kapselwand
für den Kapselinhalt undurchlässig ist. Ein weiterer Vorteil ist
darin zu sehen, daß die Sollbruchstellen in Form der Azo- oder
Dioxyfunktionen exotherm und im Falle der Azofunktionen zusätzlich
unter Freigabe von Treibgas, nämlich Stickstoff zerfallen,
so daß bei thermischer Zersetzung die zur Auslösung der Zersetzung
erforderliche Wärmeenergie durch die frei werdende Wärme
verringert wird und die Freisetzung des Kapselinhalts durch das
Treibgas beschleunigt wird. Dabei kann die Wirkung des
Treibgases zusätzlich durch eine leicht siedende Flüssigkeit
als Kapselinhalt unterstützt werden.
Für die Kapselwand-Polymere (PA 1) bis (PA 6) nach Anspruch 3
werden Zersetzungstemperaturen von etwa 120-125°C erreicht,
so daß keine Gefahr aufgrund einer vorzeitigen Zersetzung beispielsweise
bei Raumtemperatur besteht. Darüber hinaus ist die
Zersetzungstemperatur in Abhängigkeit von den jeweiligen Nachbargruppen
zu den Azo- und Dioxyfunktionen in einem größeren
Bereich einstellbar.
Die mechanischen Eigenschaften der Kapselwand sind im wesentlichen
von der Art des Polymers abhängig, wobei hier unter
Polymer auch Polykondensate oder Polyadditionsprodukte zu verstehen
sind. So ist beispielsweise das Vermögen der Mikrokapseln,
den Kapselinhalt gegenüber der Kapselumgebung zurückzuhalten,
bei vernetzten Polymeren höher als bei linearen
Polymeren. Ausschlaggebend für das Aufbrechen der Kapselwand
sind Art und Anzahl der Sollbruchstellen in der Kapselwand,
wobei die Anzahl der Sollbruchstellen in vorteilhafter Weise
durch Copolymerisation der Ausgangsmonomere mit zusätzlichen
thermo- und photostabilen Ausgangsmonomeren einstellbar ist.
Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln sind in hervorragender Weise
geeignet, um Wirksubstanzen, wie z. B. Medikamente, Lebensmittel,
Pestizide, Entwickler, Härter, Flammschutzmittel u. v. m. zum
gewünschten Zeitpunkt durch Einwirkung von Temperatur und/oder
Licht freizusetzen. Eine bevorzugte Verwendung finden die Mikrokapseln
beim Thermo- oder Lasertransferdruck, indem die einen
Farbstoff oder einen Farbbildner enthaltenden Mikrokapseln entweder
direkt auf dem Aufzeichnungsträger oder auf einem an dem
zu bedruckenden Aufzeichnungsträger anliegenden Farbband aufgebracht
sind und mittels eines Thermodruckkopfes durch Wärme
oder mittels eines Lasers durch energiereiches Licht unter Freigabe
des Kapselinhaltes aufgebrochen werden. Dabei wird die
Farbanbindung an den zu bedruckenden Aufzeichnungsträger durch
die exotherm freiwerdende Wärme und das Treibgas unterstützt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von 6 Ausführungsbeispielen
und Modifikationsmöglichkeiten noch näher erläutert:
Zur Mikroverkapselung des Farbbildners Kristallviolettlacton
(KVL) werden folgende Ansätze hergestellt:
Lösung (1): 0,08 g KVL werden in 1,1 g 1,2-Dichlorethan unter Rühren bei 50°C gelöst.
Lösung (2): 1,4 g 4,4′-Azobis-(4-cyanopentansäurechlorid) (ACPC) werden unter Feuchtigkeitsausschuß in 4,5 g 1,2-Dichlorethan unter Rühren gelöst.
Lösung (3): 1 g niedermolekularer (M = 15 000 g/mol) Polyvinylalkohol (PVA), der als Dispergierhilfsmittel und Schutzkolloid dient, werden unter Rühren in 20 ml destilliertem Wasser gelöst.
Lösung (4): 0,33 g Diethylentriamin und 0,4 g NaOH werden unter Kühlen in 5 ml destilliertem Wasser gelöst.
Lösung (1): 0,08 g KVL werden in 1,1 g 1,2-Dichlorethan unter Rühren bei 50°C gelöst.
Lösung (2): 1,4 g 4,4′-Azobis-(4-cyanopentansäurechlorid) (ACPC) werden unter Feuchtigkeitsausschuß in 4,5 g 1,2-Dichlorethan unter Rühren gelöst.
Lösung (3): 1 g niedermolekularer (M = 15 000 g/mol) Polyvinylalkohol (PVA), der als Dispergierhilfsmittel und Schutzkolloid dient, werden unter Rühren in 20 ml destilliertem Wasser gelöst.
Lösung (4): 0,33 g Diethylentriamin und 0,4 g NaOH werden unter Kühlen in 5 ml destilliertem Wasser gelöst.
Die Lösungen (1) und (2) werden vereinigt und in Lösung (3) dispergiert.
Die so erhaltene Emulsion wird mit der Lösung (4) bei
hohen Rührgeschwindigkeiten (<1000 U/min) langsam und unter
Kühlen versetzt, wobei sich durch Grenzflächenpolykondensation
Mikrokapseln mit einem Kapselinhalt aus 1,2-Dichlorethan, KVL
und ACPC und einer Kapselwand aus dem folgenden vernetzten
Azopolyamid bilden:
Zur Vervollständigung der Grenzflächen-Polykondensation wird die
Mikrokapselsuspension ca. 30 min nachgerührt.
Zur Herstellung eines Reaktionsschreibpapiers nach dem
"self-contained-Typ" wird die Mikrokapseldispersion zusammen mit
Kieselgel als Entwicklersubstanz, Zellstoffpulver als Abstands-
und Fließmittel sowie Polyvinylalkohol als Binder miteinander
vermischt und auf einen Träger (Folie oder Papier) aufgebracht.
Im Unterschied zur herkömmlichen Markierungserzeugung durch
mechanischen Druck werden die Mikrokapseln durch thermische
Adressierung beispielsweise mittels eines Thermodruckkopfes
thermolytisch bei 120-140°C aufgebrochen, wobei durch den aus
den jeweils adressierten Mikrokapseln austretenden und sich entwickelnden
Farbbildner blaue Markierungen auf dem Träger erzeugt
werden. Ebenso werden mit Hilfe eines Lasers die Mikrokapseln
photolytisch aufgebrochen, wobei eine Schriftbreite von unter
zwei Millimetern erzeugt werden konnte.
Ausgehend von den in dem Beispiel 1 angegebenen Ansätzen lassen
sich durch Variation der Vernetzerkomponente in der Lösung (4)
in Form von di-, tri- oder mehrfunktionellen Aminen die in den
folgenden Beispielen 2 bis 6 angegebenen Mikrokapseln erzeugen.
Mit 1,2-Ethylendiamin als Vernetzerkomponente erhält man Mikrokapseln
mit einer Kapselwand aus dem folgenden linearen
Polyamid:
Mit 1,6-Hexamethylendiamin als Vernetzerkomponente erhält man
Mikrokapseln mit einer Kapselwand aus dem folgenden linearen Polyamid
Mit 1,4-Phenylendiamin als Vernetzerkomponente erhält man Mikrokapseln
mit einer Kapselwand aus dem folgenden linearen Polyamid
Mit Acetaldehydammoniak als Vernetzerkomponente erhält man
Mikrokapseln mit einer Kapselwand aus dem folgenden vernetzten
Polyamid:
Mit Hexamethylentetraamin (Urotropin) als Vernetzerkomponente
erhält man Mikrokapseln mit einer Kapselwand aus dem folgenden
vernetzten Polyamid
Durch Variation des monomeren Ausgangsstoffes in Lösung (2) und
der Vernetzerkomponente in Lösung (4) lassen sich eine Vielzahl
weiterer Mikrokapseln erzeugen. Beispiele für den monomeren
Ausgangsstoff sind die folgenden wasserunlöslichen symmetrischen
Azoverbindungen mit jeweils zwei reaktiven funktionellen Gruppen:
4,4′-Azobis-(4-cyanopentansäurehalegonide), 4,4′-Azobis-
(4-cyanopentansäure), 4,4′-Azobis-(4-cyanopentanol). 4,4′-Azobis-
(4-cyanopentanamin) oder 4,4′-Azobis-(4-cyanopentanisocyanat),
die zur Bildung der Lösung (2) in verschiedenen organischen mit
Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln wie z. B. Methylenchlorid,
Chloroform u. a. gelöst werden. Als Vernetzerkomponenten kommen
aromatische und aliphatische Säuredi-, -tri- oder -polyhalogenide,
aromatische und aliphatische di-, tri- oder mehrfunktionelle
Amine und Alkohole sowie aromatische und aliphatische Di-, Tri-
oder Polyisocyanate in Betracht, so daß Mikrokapseln mit
Kapselwänden aus verschiedenen azogruppenhaltigen Polyestern,
Polyamiden, Polyurethanen, Polycarbonaten und Polyharnstoffen
erhalten werden. Je nach Verwendung der Mikrokapseln können
in diesen außer dem in Beispiel 1 angegebenen Kristallviolettlacton
als Farbbildner auch Farbstoffe in einem Lösungsmittel
wie z. B. allgemein erhältliche Nachfülltuschen oder
Öl-/Pigment-Suspensionen eingekapselt sein.
Claims (6)
1. Mikrokapseln mit einer polymeren Kapselwand,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymer der Kapselwand thermo- und/oder photolabile
Sollbruchstellen in Form von Azofunktionen (-N=N-) oder
Dioxyfunktionen (-O-O-) enthält.
2. Mikrokapseln nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch folgende Azofunktion
oder folgende Dioxyfunktion
wobei R₁ und R₃ jeweils für -CN, OAc, substituiertes Aryl,
Alkyl, -Cl oder -(CF₂) n-1CF₃,
R₂ und R₄ jeweils für Alkyl, Aryl, substituiertes Aryl oder -(CF₂) n-1CF₃ und
R₅ für Alkylen, Arylen, -(CH₂) n CONH-, -(CH₂) n COO-, -(CH₂) n NHCO-O-, -(CH₂) n NHCONH-, -(CH₂) n O-CO-O- oder ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppen stehen.
R₂ und R₄ jeweils für Alkyl, Aryl, substituiertes Aryl oder -(CF₂) n-1CF₃ und
R₅ für Alkylen, Arylen, -(CH₂) n CONH-, -(CH₂) n COO-, -(CH₂) n NHCO-O-, -(CH₂) n NHCONH-, -(CH₂) n O-CO-O- oder ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppen stehen.
3. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet
durch eines der folgenden, die Kapselwand bildenden Polymere:
4. Mikrokapseln nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Sollbruchstellen in der Kapselwand durch
Copolymerisation mit zusätzlichen thermo- und photostabilen
Ausgangsmonomeren eingestellt ist.
5. Mikrokapseln nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen von der Kapselwand umschlossenen Farbbildner oder
einen Farbstoff enthalten.
6. Verwendung von Mikrokapseln, die eine polymere Kapselwand mit
thermo- und/oder photolabilen Sollbruchstellen in Form von
Azofunktionen (-N=N-) oder Dioxyfunktionen (-O-O-) aufweisen
und einen von der Kapselwand umschlossenen Farbbildner oder
Farbstoff enthalten als farbgebendes Mittel beim Thermo- oder
Lasertransferdruck.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3918146A DE3918146A1 (de) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Mikrokapseln mit einer polymeren kapselwand |
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