DE69815524T2

DE69815524T2 - Haftende mikrokapseln enthaltend biologisch aktive substanzen

Info

Publication number: DE69815524T2
Application number: DE69815524T
Authority: DE
Inventors: Ashok Sengupta; E. Kent NIELSEN; Galina Barinshteyn; Kai Li; John Banovetz
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: BR9808668A; AU744180B2; EP0979070B1; CA2286225C; WO1998044912A1; CA2286225A1; JP2001519807A; CN1251988A; US6080418A; DE69815524D1; ZA982710B; NZ337773A; AU6451498A; TR199902484T2; AR015581A1; EP0979070A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Suspensionen von biologisch aktive Substanzen enthaltenden haftenden Mikrokapseln.
Es bekannt, verschiedene Materialien häufig durch Grenzflächen-Polykondensation einzukapseln. Zum Beispiel spricht US-Patent Nr. 3,577,515 von Kapseln, die Farbstoffe, Tinten, chemische Reagenzien, Pharmazeutika, Geschmacksstoff, Pestizide, Herbizide, Peroxide und tatsächlich alles enthalten, welches gelöst, suspendiert oder anders in einer oder als Flüssigkeit gebildet werden kann, die durch die Kapsel umgeben ist. UK-Patent Nr. 1,371,179 offenbart die Herstellung von Polyharnstoffkapseln, die Farbstoffe, Tinten, chemische Reagenzien, Pharmazeutika, Geschmacksstoffe, Fungizide, Bakterizide und Pestizide, wie Herbizide und Insektizide, enthalten. Die US-Patente Nr. 4,046,741; 4,140,516; 4,417,916; 4,563,212 und EP-611 253 betreffen die Einkapselung verschiedener Materialien. Das Kanadische-Patent Nr. 1,044,134 betrifft die Einkapselung von Insektiziden, besonders Pyrethroiden. Das Kanadische-Patent Nr. 1,179,682 betrifft die Einkapselung von Pheromonen. Eine anhängige US-Patentanmeldung (Anwaltsregisternummer 53319USA6A), die am gleichen Tag mit dieser Anwendung eingereicht wurde, betrifft auch die Einkapselung verschiedener Materialien, einschließlich biologisch aktiver Materialien, wie Pheromone.
Die vorstehend erwähnten Patente machen Gebrauch von verschiedenen Formen der Grenzflächen-Polykondensation, insbesondere die Erzeugung von Kapseln mit Polyharnstoff und/oder Polyurethan/Polyharnstoff-Hüllenwänden. Von den Kapseln, die durch die verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wird angenommen, dass ihr Durchmesser im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 2 mm liegt, aber die meisten fallen in Richtung dem unteren Ende dieses Bereichs, d. h. von etwa 250 μm oder sogar von 100 μm, bis hinunter zu etwa 1 μm.
Die vorliegende Endung betrifft eine wässrige Suspension von ein biologisch aktives Material enthaltenden Mikrokapseln, wobei die Suspension ferner einen Klebstoff in einer Menge umfasst, die wirksam ist, um die Haftung der Mikrokapseln an einem vorgesehenen Substrat zu ermöglichen, wobei der Klebstoff in Form einer wässrigen Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen vorliegt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "biologisch aktiv" Materialien, die die Lebensprozesse von Organismen beeinflussen. Materialien, die biologisch aktiv sind, schließen Herbizide, Pestizide, Pharmazeutika und die Semiochemikalien ein, einschließlich natürlich und künstlich hergestellter Pheromone.
Die Mikrokapseln, die derartige biologisch aktive Bestandteile enthalten und zusätzlich einen Klebstoff enthalten, können vorteilhafterweise durch Sprühen aufgebracht werden. Dieses ist auf den Gebieten der Forstwirtschaft, Landwirtschaft und des Gartenbaus besonders vorteilhaft, wo Sprühen in der Luft als Mittel der Anwendung bevorzugt ist. Die versprühten Kapseln werden auf Laub aufgebracht, auf welche fortgesetzter Kontakt gewünscht ist. Zum Beispiel sollten Insektizide und Pheromone auf dem Laub bleiben, wenn sie maximale Wirkung zeigen sollen. Bei Fehlen des hier beschriebenen Klebstoffs, können die Mikrokapseln durch Wind und Regen vom Laub weggeblasen oder abgewaschen werden. Es ist erforderlich, dass eine Behandlung zum Haftendmachen der Kapseln nicht auf Kosten von anderen wertvollen Eigenschaften gehen sollte. Zum Beispiel sind die Kapseln zum Sprühen zur Verwendung in der Forstwirtschaft, Landwirtschaft oder im Gartenbau Idealerweise diskrete Teilchen, die in einer Suspension in Wasser bleiben, normalerweise mit einem Suspensionsmittel. Die haftenden Eigenschaften, die den Kapseln verliehen werden, sollten nicht zum Ergebnis haben, dass die Kapseln in wässriger Suspension zusammenaggregieren. Derartige Aggregation würde natürlich die Kapseln zum Versprühen ungeeignet machen und würde den ganzen Zweck der Kapseln verfehlen. Ausserdem sollte ein Material, das verwendet wird, um haftende Eigenschaften zu verliehen, die Integrität der Teilchen nicht beeinflussen; es sollte die Hülle der Kapsel nicht lösen oder schwächen.
Die vorliegenden Zusammensetzungen sind wässrige Suspensionen, welche einen wesentlichen Vorteil bei der Verwendung bereitstellen. Andere Zusammensetzungen, die eingekapselte Insektizide und Herbizide abgeben, sind auf der Basis eines Lösungsmittels, welches ein wesentlicher Nachteil ist, weil derartige Lösungsmittel flüchtige organische Verbindungen (VOCs) an die Umwelt freisetzen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine flüchtige organische Verbindung (VOC) jedes flüchtige organische Material mit einem Dampfdruck bei 20°C von grösser als 13 Pa (0,1 Torr (mm Hg)), das kein Wirkstoff ist (z. B. ein Insektizide, Herbizid oder dergleichen). Stärker bevorzugt können flüchtige organische Verbindungen so definiert werden, dass sie einen Dampfdruck bei 20°C von grösser als 2,7 Pa (0,02 Torr) aufweisen, die kein Wirkstoff sind. Weil erfindungsgemäße wässrige Suspensionen keine bedeutsame Menge dieser nicht wünschenswerten VOCs enthalten müssen, ist die gesamte Zusammensetzung deutlich umweltfreundlicher. Bevorzugte erfindungsgemäße Zusammensetzungen enthalten höchstens 5 Gewichtsprozent (Gew.-%) VOC und enthalten am meisten bevorzugt höchstens 2 Gew.-% VOC. Jurisdiktionen, wie Los Angeles und so weiter, die ein wesentliches Luftverschmutzungproblem haben, würden feststellen, dass die vorliegenden wässrigen Suspensionen wegen ihrer geringen Verschmutzungswirkung auf die Umwelt höchst bevorzugt sind.
Während Klebstoffe heutzutage gelegentlich in der Landwirtschaft verwendet werden, um zu helfen, dass Herbizide und Insektizide an organischen Substraten haften, ist bis jetzt Latex in einem beschränkten Umfang nur mit nicht-eingekapselten Chemikalien verwendet worden. Überraschenderweise ist festgestellt worden, dass die Einbringung von Klebstoff mit mikroeingekapselten biologisch aktiven Materialien eine Zusammensetzung zum Ergebnis hat, die noch immer von einem herkömmlichen Sprühgerät versprühbar ist. Entgegen den Erwartungen ist festgestellt worden, dass die klebrigen Mikrokapseln der vorliegenden Zusammensetzung an der Sprühöffnung oder im Speicherbehälter nicht aggregieren. Während der Anwendung assoziiert der Klebstofflatex mit den Mikrokapseln und überzieht deshalb die Oberfläche der Zielsubstrate nicht vollständig. Weil der Klebstoff in Wasser löslich oder dispergierbar ist, hat die Zusammensetzung eine beschränkte aber wirksame Lebensdauer auf dem Zielsubstrat, bevor die Witterung das Material schließlich vom Substrat entfernt.
Der in der vorliegenden Zusammensetzung verwendete Klebstofflatex kann jeder geeignete wasserdispergierbare Klebstoff sein, der auf dem Fachgebiet verfügbar ist. Im Landwirtschaftsgeschäft werden derartige Latexzusammensetzungen häufig Haftmittel ("stickers") oder Verteiler ("spreaders") genannt. Haftmittel werden verwendet, um zu helfen, dass nicht-eingekapselte Landwirtschaftschemikalien an den Pflanzen haften. Verteiler werden verwendet, um zu helfen, dass nicht-eingekapselte Landwirtschaftschemikalien bei Anwendung dispergieren. Bevorzugte Klebstoffe sind Klebstoffe auf Basis von Acrylat. Ein geeigneter Latex ist von Rohm & Haas unter der Marke Companion erhältlich. Ein anderer ist von Deerpoint Industries unter der Marke DPI S-100 erhältlich (eine Haftmittel/Verteiler-Spezialität). Beispiele derartiger Klebstoffe sind Polymere, die aus "weichen" Monomeren, wie n-Butylacrylat, Isooctylacrylat oder dergleichen hergestellt werden, oder Copolymere, die aus einer weichen Komponente, wie Isobutylen, n-Butylacrylat, Isooctylacrylat, Ethylhexylacrylat oder dergleichen; und einem polaren Monomer, wie Acrylsäure, Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylsäure, Methylmethacrylat oder dergleichen hergestellt werden. Nicht-kugelförmige Polyacrylatklebstoffe sind z. B. als die Rohm und Haas-Rhoplex^TM-Reihe von Klebstoffen im Handel erhältlich. Vorzugsweise liegt der nicht-kugelförmige Polyacrylatklebstoff in einer Menge von etwa 10–35 Gew.-% der Gesamtsuspension vor.
Überraschenderweise ist ferner festgestellt worden, dass klebrige Mikrokügelchen von Klebstoff verwendet werden können, um die biologisch aktives Material enthaltenden Mikrokapseln an ein vorgesehenes Substrat zu haften. Die klebrigen Mikrokügelchen haben ausreichende HIebstoffeigenschaften, um die gewünschte Klebstofffunktion bereitzustellen, und es gibt keine Gefahr, die Mikrokapsel vollständig zu überziehen und die Freisetzungseigenschaften der Kapsel möglicherweise zu hemmen. Überraschenderweise kann die Kombination aus biologisch aktives Material enthaltenden Mikrokapseln und klebrigen Mikrokügelchen aufgebracht werden, ohne die Öffnungen der herkömmlichen Sprüher ändern zu müssen, obwohl nur minimale Probleme des Zusetzens oder Verstopfens auftreten.
Vorzugsweise ist der Klebstoff ein Klebstoffsystem auf Basis von Acrylat oder Methacrylat, das unschmelzbare, in Lösungsmittel dispergierbare, in Lösungsmittel unlösliche, inhärent klebrige, elastomere copolymere Mikrokügelchen umfasst, wie in US-Patent Nr. 3,691,140 offenbart. In einer anderen Ausführungsform kann diese Klebstoffzusammensetzung hohle, polymere, unschmelzbare, inhärent klebrige, in Lösungsmittel unlösliche, in Lösungsmittel dispergierbare, elastomere Acrylathaftklebstoff-Mikrokügelchen umfassen, wie in US-Patent Nr. 5,045,569 offenbart. Andere geeignete Klebstoffe sind klebrige Mikrokügelchen mit hydrophilen polymeren oder oligomeren Einheiten in der Seitenkette, die in US-Patent Nr. 5,508,313 offenbart sind.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Klebstoff zwischen etwa 60–100 Gew.-% hohle, polymere, inhärent klebrige, unschmelzbare, in Lösungsmittel unlösliche, in Lösungsmittel dispergierbare, elastomere Acrylathaftklebstoff-Mikrokügelchen mit einem Durchmesser von mindestens 1 Mikrometer und zwischen etwa 0–40 Gew.-% eines nicht-kugelförmigen Polyacrylatklebstoffs. Die hohlen Mikrokügelchen werden gemäß der Lehre der EP-371 635 hergestellt.
Biologisch aktive Materialien sind vorzugsweise ausgewählt aus Pharmazeutika, Fungiziden, Bakteriziden und Pestiziden, wie Herbiziden und Insektiziden. Besonders bevorzugte biologisch aktive Materialien sind die Pyrethroide, Pheromone und andere derartige Semiochemikalien, sei es, dass sie natürlich hergestellt oder künstlich synthetisiert sind.
Die Mikrokapseln können jegliche der Mikrokapseln sein, die zum Einkapseln biologisch aktiver Materialien geeignet sind, einschließlich Polyharnstoff-, Polyurethan-, Melamin/Harnstoff-, Gelatinemikrokapseln oder dergleichen. Die Mikrokapseln, die das biologisch aktive Material enthalten, werden vorzugsweise in einer Größe im Bereich von 1 μm bis 2 mm bereitgestellt.
Auch wird ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Suspension der haftenden Mikrokapseln bereitgestellt. Es ist überraschenderweise festgestellt worden, dass vorsichtiges Mischen der Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen unter basischen Bedingungen besonders vorteilhaft sein kann, um die Bildung eines Koagulats zu verhindern, welches unmöglich unter Verwendung herkömmlicher Sprühausrüstung aufgebracht werden kann. Das Verfahren umfasst das Mischen A) einer wässrigen Suspension von Mikrokapseln mit einem pH-Wert von entweder grösser als oder kleiner als 7 mit B) einer wässrigen Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen mit einem pH-Wert von entweder grösser als oder kleiner als 7, so dass der pH-Wert von A) und B) beide grösser als 7 oder kleiner als 7 sind. Die Klebstoffsuspension ist ausgewählt aus haftenden Mikrokügelchen oder einer Kombination aus haftenden Mikrokügelchen und nicht-kugelförmigem wässrigem Latexklebstoff. Am meisten bevorzugt findet das Mischen bei einem pH-Wert zwischen etwa 8 und etwa 9 statt. Jede Base kann verwendet werden, um den pH-Wert einzustellen, zum Beispiel Alkalimetall- oder Erdalkalimetallhydroxide oder -carbonate, aber das einfachste und bevorzugte ist Ammoniak in wässriger Lösung.
Typischerweise kann die erfindungsgemäße wässrige Suspension von Mikrokapseln A) vor dem Mischen mit der Klebstoffzusammensetzung etwa 5 bis 40 Gew.-% Mikrokapseln und vorzugsweise etwa 5 bis 25 Gew.-% Mikrokapseln enthalten. Typischerweise kann die wässrige Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen B) vor dem Mischen mit der Mikrokapsel-Zusammensetzung A) etwa 5 bis 60 Gew.-% Klebstoff, vorzugsweise etwa 25 bis 40 Gew.-% Klebstoff enthalten. Geeigneterweise werden etwa 10 bis 30 Gewichtsteile der wässrigen Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen (Zusammensetzung B) zu etwa 90 bis 70 Gewichtsteilen der wässrigen Suspension von Mikrokapseln zugegeben (Zusammensetzung A), um eine erfindungsgemäße Suspension erzeugen.
Die wässrige Suspension von Mikrokapseln und die wässrige Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen sollten unter Rühren langsam und sorgfältig gemischt werden, um ein Brechen der Suspension zu vermeiden. Das Mischen wird geeigneterweise bei Raumtemperatur durchgeführt.
Wie vorstehend festgestellt, sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen besonders geeignet, auf eine einfache und wirtschaftliche Art und Weise an ein vorgesehenes Substrat abgegeben zu werden. Insbesondere werden die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen leicht und wirksam an organische Substrate, wie Laub, Nutzpflanzen und Unkraut abgegeben. Die einzigartige Formulierung ermöglicht, dass Mikrokapseln, die einen biologisch aktiven Bestandteil enthalten, an diesen organischen Materialien, ohne das Substrat übermäßig zu überziehen und ihre Lebensprozesse unbeabsichtigt zu stören, haften. Ähnlich können erfindungsgemäße Zusammensetzungen leicht auf Haut und Haar von behandlungsbedürftigen nichtmenschlichen Patienten sowie menschlichen Patienten aufgebracht werden. Ferner können die vorliegenden Zusammensetzungen auf nicht-organische Substrate, wie Gebäude, Fahrbahnen, Boden und dergleichen auf eine effiziente und wirksame Art und Weise mit hervorragender Retention des Wirkstoffs am vorgesehenen Substrat aufgebracht werden.
Überraschenderweise ist festgestellt worden, dass eine wässrige Suspension von Mikrokapseln und Klebstoff-Mikrokügelchenmaterial durch eine Sprühvorrichtung in Form eines Aerosols wirtschaftlich auf ein vorgesehenes Substrat aufgebracht werden kann. Dieses Aufbringungsverfahren kann vorteilhafterweise für Mikrokapseln verwendet werden, die irgendein Füllmaterial enthalten, ist aber insbesondere für Mikrokapseln wünschenswert, die ein biologisch aktives Material enthalten. In solchen Fällen ist das vorgesehene Substrat vorzugsweise Laub, Nutzpflanzen oder Unkraut. Der Klebstoff ist eine wässrige Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen. Derartige Mikrokügelchen stellen überraschenderweise hervorragende Adhäsion zum vorgesehenen Substrat bereit und überziehen die Mikrokapseln nicht oder hemmen die Freisetzung des eingekapselten Inhalts davon nicht.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen veranschaulicht.
Beispiel 1
Eine wässrige Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen (20 g, wie in US-Patent Nr. 5,508,313, Beispiel 2 mit einem Verhältnis von IOA : AA : Carbowax von 97 : 2 : 1 beschrieben) wurde mit NH₄OH neutralisiert (8 g in 20 g Wasser). Eine wässrige Suspension von Mikrokapseln eines Pheromons, E-11-Tetradecen-1-ylacetat, das in einer Polyharnstoffhülle (50 g) eingekapselt war, und das Suspensionsmittel Rhamsamgummi wurden unter Rühren zugegeben. Eine gute Suspension von haftenden Mikrokapseln wurde erhalten.
In einem Vergleichstest wurden Klebstoff Mikrokügelchen (20 g, wie vorstehend beschrieben) mit 20 g Wasser gemischt. Eine wässrige Suspension von Mikrokapseln von E-11-Tetradecen-1ylacetat in einer Polyharnstoffhülle (50 g) und das Suspensionsmittel Rhamsamgummi wurden unter Schütteln zugegeben. Die Komponenten koagulierten und trotz Verdünnung mit weiteren 80 g Wasser wurde ein unbrauchbares Koagulat erhalten.

Claims

Wässrige Suspension von ein biologisch aktives Material enthaltenden Mikrokapseln, wobei die Suspension ferner einen Klebstoff in einer Menge umfasst, die wirksam ist, um die Haftung der Mikrokapseln an einem vorgesehenen Substrat zu ermöglichen, wobei der Klebstoff in Form einer wässrigen Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen vorliegt.
Suspension nach Anspruch 1, wobei die Klebstoff-Mikrokügelchen unschmelzbare, in Lösungsmittel dispergierbare, Lösungsmittel-unlösliche inhärent klebrige, elastomere copolymere Mikrokügelchen auf der Basis von Acrylat oder Methacrylat sind.
Suspension nach Anspruch 1, wobei die Klebstoff-Mikrokügelchen hohl sind.
Suspension nach Anspruch 1, wobei das biologisch aktive Material ein Arzneimittel ist.
Suspension nach Anspruch 1, wobei das biologisch aktive Material ausgewählt ist aus Fungiziden und Bakteriziden.
Suspension nach Anspruch 1, wobei das biologisch aktive Material ein Pestizid ist.
Suspension nach Anspruch 1, wobei das biologisch aktive Material ausgewählt ist aus Herbiziden und Insektiziden.
Suspension nach Anspruch 1, wobei das biologisch aktive Material ausgewählt ist aus Pyrethroiden und Pheromonen.
Suspension nach Anspruch 1, wobei die Mikrokapseln aus einem in einer Hülle, ausgewählt aus Polyharnstoff, Polyurethan, Melanin/Harnstoff und Gelatine, eingekapselten biologisch aktiven Material bestehen.
Suspension nach Anspruch 1, wobei die Mikrokapseln in einer Größe im Bereich von 1 μm bis 2 mm bereitgestellt werden.
Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Suspension von Mikrokapseln und Klebstoff-Mikrokügelchen, wobei das Verfahren Vermischen einer wässrigen Suspension A) von Mikrokapseln, welche einen pH-Wert von größer als etwa 7 aufweist, mit einer wässrigen Suspension B) von Klebstoff-Mikrokügelchen, welche einen pH-Wert von größer als etwa 7 aufweist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei wässrige Ammoniaklösung verwendet wird, um einen pH-Wert von größer als etwa 7 bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der pH-Wert zwischen etwa 8 und etwa 9 liegt.
Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Suspension von Mikrokapseln und Klebstoff-Mikrokügelchen, wobei das Verfahren Vermischen einer wässrigen Suspension A) von Mikrokapseln, welche einen pH-Wert von weniger als etwa 7 aufweist, mit einer wässrigen Suspension B) von Klebstoff-Mikrokügelchen, welche einen pH-Wert von weniger als etwa 7 aufweist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die wässrige Suspension B) von Klebstoff-Mikrokügelchen vor dem Mischen mit der Mikrokapsel-Suspension A) etwa 5 bis 60 Gew.-% des Klebstoffs enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die wässrige Suspension B) von Klebstoff-Mikrokügelchen vor dem Mischen mit der Mikrokapsel-Suspension A) etwa 25 bis 40 Gew.-% des Klebstoffs enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei etwa 10 bis 30 Gewichtsteile der wässrigen Suspension B) von Klebstoff-Mikrokügelchen zu etwa 90 bis 70 Gewichtsteilen der wässrigen Suspension A) von Mikrokapseln zugegeben werden.
Verfahren zum Aufbringen von Mikrokapseln auf ein vorgesehenes Substrat, umfassend a) Herstellen einer wässrigen Suspension von Mikrokapseln, wobei die Suspension ferner eine Suspension von Klebstoff-Mikrokügelchen in einer Menge umfasst, die wirksam ist, um die Haftung der Mikrokapseln an einem vorgesehenen Substrat zu ermöglichen, b) Zuführen der Suspension zu einem vorgesehen Substrat durch eine Sprühvorrichtung in Form eines Aerosols.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das vorgesehene Substrat ausgewählt ist aus Laub, Getreide und Unkraut.