DE888750C

DE888750C - Verfahren und Vorrichtung zum Einkapseln fester oder fluessiger Stoffe

Info

Publication number: DE888750C
Application number: DEP6413A
Authority: DE
Inventors: Charles F Raley Jun; W J Burett Jun; John D Millar; Jean Pathus-Labour; Judson S Dr Swearingen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-11-10
Filing date: 1951-11-01
Publication date: 1953-09-03
Also published as: CH301296A; LU31058A1; BE506791A; NL77011C

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einkapseln fester oder flüssiger Stoffe Es ist häufig erwünscht, einen festen oder flüssigen Stoff in ein Material, wie Gelatine od. dgl., einzuhüllen, um dadurch die Handhabung des genannten Stoffes zu erleichtern und diesen gegen Verunreinigungen bei der Handhabung oder durch die Luft zu schützen. Es ist auch häufig erfordersich, einen Stoff in großen Mengen einzuhüllen, um dadurch mehrere Tausende getrennte Kapseln herzustellen. Es sind zahlreiche Verfahren, insbesondere zum Einhüllen von Flüssigkeiten, bekannt, bei denen die Flüssigkeit zunächst eingefroren und das auf diese Weise erhaltene Produkt in eine Lösung getaucht wird, die in der Lage ist, eine Einkapselungshaut zu bilden. Es werden ebenfalls Kapseln in zweil Hälften hergestellt, die nach dem Füllen mit der Flüssigkeit durch Kleben oder Schmelzen vereinigt werden. Weitere Verfahren gestatten das Formen der Kapseln in der endgültigen Gestalt, die dann durch Einspritzen Ider Flüssigkeit mit Hilfe einer Nadel gefüllt werden.
Neuerdings wurde eine Vorrichtung geschaffen, welche ,die Massenherstellung mit einer Flüssigkeit gefüllter Kapseln gestattet und bei welcher das Einhüllungsmaterial in flüsslilgem Zustand quer durch einen Ringspalt derart ausgestoßen wird, daß in der von diesem Spalt gebildeten t)ffnung eine Haut oder Blase entsteht. Der einzuhüllende Stoff wird unmittelbar auf die Innenseite der Haut in nächster Nähe der Öffnung gebracht. Die Haut wird sodann zwangsläufig Idurch den Druck des einzuhüllenden Stoffes abgetrennt, und die sich daraus ergebende Kapsel mit dem darin enthaltenen Stoff fällt in ein Härtebad. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß der einzuhüllende Stoff flüssig sein muß.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der flüssige Stoff eine geringe Viskosität aufweisen muß, wenn mit der Vorrichtung gute Ergebnisse erzielt werden sollten.
Versucht man nämlich, eine Flüssigkeit mit starker Viskosität einzukapseln, so ist deren Oberflächenspannung ungenügend zur Herstellung kugeliger Kapseln, und diese können Idann eine derart unregelmäßige Gestalt aufweisen, daß die Hülle Fehler erhält.
Es wurde gefunden, daß es möglich ist, einen Stoff dadurch einzuhüllen, daß man kleine Teile dieses Stoffes auf eine aufgehängte aus Einhüllungsmaterial bestehende Haut fallen läßt.
Die Haut ist vorzugsweise quer in einer Öffnung gespannt, durch welche Idas Einhüllungsmaterial fortlaufend ausfließt, und ein geringer Gasdruck wirkt auf die Seite der Haut, auf welche der einzuhüllende Stoff niederfällt. Dadurch wird der eirr zuhüllende Stoff von der H.aut so lange getragen, bis das Gewicht und der Gasdruck das Abreißen und Niederfallen des einzuhüllenden Stoffes mit der diesen einhüllenden M aterialhaut bewirkt, wobei Idie Hülle sich über Idem Stoff schließt und gleichzeitig quer in der Öffnung eine neue Haut bildet, die zur Aufnahme des folgenden Stoffes bereit ist. Es wurde gefunden, daß beim unerwünschten Reißen Ider in wider Öffnung gespannten Haut trotzdem sofort eine neue Haut entsteht, ohne daß dabei der Zulauf des einzuhüllenden Stoffes abgestellt werden muß.
Es wurde ferner gefunden, daß beim Niederfallen des einzuhüllenden Stoffes auf die zum Einhüllen dienende Haut der genannte Stoff eine starkeViskosität aufweisen kann und sich trotzdem zur Herstellung fast kugeliger Kapseln eignet Wenn auch dieser Stoff beim Auslaufen aus einem Behälter infolge seiner Viskosität eine langgestreckte Gestalt annimmt, so erhält er jedoch beim Auftreffen auf die Haut ei'ne mehr oder weniger kugelige Gestalt, und zwar schon vor dem gänzlichen Einhüllen.
Feste und insbesondere pastenförmige Stoffe lassen sich ebenfalls auf diese Weise einkapseln, vorausgesetzt, daß sie i.n nacheinanderfolgenden Stücken, Idie jeweils dem Inhalt einer Kapsel entsprechen, auf die durch das Einhüllungsmaterial gebildete Haut fallen.
Es wurde weiter festgestellt, Idaß, wenn auch die auf Idiese Weise hergestellten Kapseln nicht vollkommen kugelig sind und an der Abreißstelle einen Schweif aufweisen, diese Kapseln Idoch annähernd kugelig werden, wenn man sie in ein rasch härtendes Bad fallen läßt, und zwar selbst, wenn die Kapseln frei aus einer geringen Höhe von etwa 50 mm niederfallen. Das. Bad härtet anscheinend rasch die äußerste Schicht der Hülle, so daß die sich daraus ergebende Spannung die Kapseln zwangsläufig in eine kugelige Gestalt bringt.
Die in das Härtungsbad fallenden Kapseln haben nun das Bestreben, Flüssigkeitstropfen nach oben zu verspritzen, und diese Tropfen können auch die neue in der Öffnung gebildete Haut treffen und härten, so daß dann die gewünschte Wirkungsweise ausfällt. Erfindungsgemäß läßt sich die schädliche Wirkung der Spritzer. mit Hilfe eines lotrecht stehenden Schutzschirmes vermeiden, der sich im Härtungsbad befindet und dessen oberer Rand bis unmittelbar unter die Badoberfläche an der Stelle reicht, wo die Kapseln in das Bad fallen. D.ie hochgeschleuderten Tropfen werden dadurch seitlich verdrängt. Über ,dem Bad kann auch ei.n zweiter Schirm vorgesehen werden, oder es können mehrere gegeneinander versetzte Schirme angebracht werden, welche die Tropfen aufhalten und in das Bad zurückfallen lassen.
Es wurde weiter gefunden, daß lein sehr geeignetes Einhüllungsmaterial aus einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Derivates der Alginsäure bestehen kann. Eine solche Lösung kann eine starke Viskosität und eine geeignete Konzentration aufweisen. Sie bildet leicht die gewünschte Haut quer in oder Öffnung. Man kann die Hülle dadurch härten, daß man das Derivat der Alginsäure mit einem Stoff reagieren läßt, der sie im Wasser unlöslich macht. Man kann die Biegsamkeit der gehärteten Hülle dadurch verbessern, daß man sie mit einer wäßrigen Glyoerinlösung plastisch macht.
Diese wäßrigen Lösungen des Einhüllungsmaterials eignen sich insbesondere zum Einkapseln von Emulsionen von der Art Ider Öl-Wasser-Emulsionen. In diesem Fall streckt sich Ider auf die Haut fallende Emulsionstropfen auf der Innenseite des Kapsel halses, oder während des Abreißens der Kapsel an der Öffnung entsteht. Es ergibt sich daraus, daß -der ganze Emulsionstropfen in der hergestellten Kapsel enthalten ist und daß kein Teil dieser Emulsion in der neugebildeten Haut verbleibt.
Ein mindestens teilweise mit dem flüssigen Ein hüllungsmaterial mischbarer Stoff läßt sich ebene falls in dieses Material einhüllen, ohne daß dabei ein Gemisch lentste'ht. Zu ,diesem Zweck kann man dem einzuhüllenden Stoff einen weiteren Stoff zusetzen, ,der in der Lage ist, mit d'em Einhüllungsmaterial derart zu reagieren, ,diaß sofort nach der Berührung zwischen dem Stoff und der Hülle eine Membran entsteht. Auf ,diese Weise ist es möglich, selbst einen wäßrigen Stoff in ein wäßriges Material einzuhüllen, ohne daß dabei ein Gemisch entsteht.
Eine weitere Lösung (dieser Aufgabe besteht darin, mit Idem einzuhüllenden Stoff einen solchen Stoff zu vermischen, ,der um die Tropfen vor ihrer Berührung mit der Einhüllungshaut eine undurchlässige Membran bildet. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise dem einzuhüllenden Stoff einen der folgenden Stoffe zugeben: Polymeracetate, Polyv-inylalkohlole, Silikonlacke, flüssige Silikone, Kunstlatex.
Zur Herstellung des Einhüllungsmaterials löst man in der Regel einen porösen Feststoff in einem flüssigen Lösungsmittel. Dieser Feststoff enthält in den Poren Luft oder ein sonstiges Gas, wodurch in der her,gestellten Lösung Blasen entstehen, und zwar um so besser als diese Lösung eine gewisse Viskosität aufweist und aus diesem Grund die Gasblasen nicht entweichen können. Es ist nun möglich, die Entstehung von Gasblasen dadurch zu verhüten, daß man das Gas des Feststoffes mit Hilfe eines zweiten Gases verdrängt, das jedoch mit dem porösen Feststoff im Lösungsmittel löslich ist. Im Einhüllungsmaterial kann dann somit keine Gasblase entstehen, und die Hülle der Kapsel enthält keine Punkte und kein geschwächten Stellen.
Soll der einzuhüllende Stoff eingenommen werden, so wird vorzugsweise ein Einhüllungsmaterial benutzt, das sich von den Magensäften verbauen läßt.
Zu diesem Zweck kann man eine 2%ige Lösung von. Natriumalginat mit 2 0/o weißem Bluteiweißstoff benutzen. Man kann dieser Lösung ebenfalls Zucker und Dextrin zugeben. Der pH-Wert muß in der Nähe von 7 liegen.
Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der genannten Produkte ast in der Zeichnung dargestellt.
Fig. I ist eine Schnittansicht der Vorrichtung und zeigt ebenfalls deren Wirkungsweise für die Ausübung des Verfahrens; Fig. 2 und 3 zeigen zwei nacheinanderfolgende Stufen der Herstellung der erfindungsgemäßen Kapseln; Fig. 4 ist eine Draufsicht eines bevorzugten Ausübungsbeispiels der Erfindung für die Massenherstellung von Kapseln; Fig. 5 ist ein Querschnitt gemäß der Linie 5-5 der Fig. 4; Fig. 6 ist ein Querschnitt gemäß der Linie 6-6 d.r Fig. 4; Fig. 7 ist ein Schnitt in größerem Maßstab durch einen der in Fig. 4 dargestellten Teile.
Fig. 1 zeigt insbesondere ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Einhüllen eines Stoffes nach zudem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei dieser Vorrichtung ist ein äußerer rohrförmiger Körper 10 konzentrisch auf einem inneren Hohlkörper 11 derart angeordnet, daß ein ringförmiger Hohlraum 12 entsteht, durch den das flüssige Einhüllungsmaterial fließen soll. Dieses Material tritt durch einen ringförmigen Spalt 13 aus, der durch das untere Ende des Hohlkörpers 11 und das nach innen eingebogene Ende des Hohlkörpers 10 gebildet ist. Der Spalt 13 ist in einer weiter unten näher beschriebenen Weise derart ausgebildet und angeordnet, daß das Einhüllungsmaterial in der vom Ringspalt gebildeten Öffnung eine Haut 14 bildet. Ein Einlaßrohr 15 dient zum Einführen. des Einhüllungsmaterials in den ringförmigen Hohlraum I2. In den Hohlkörper 11 tritt axial ein Rohr 16 zum Einführen des einzuhüllenden Stoffes. Das untere Ende dieses Rohres kann sich in einer gewissen Höhe über dem Ringspalt I3 befinden. Der Abstand zwischen der Austrittsöffnung des Rohres I6 un!d dsr Ebene des Ringspaltes, I3 muß genügend groß sein, damit der einzuhüllende, aus dem Rohr austretende Stoff tropfenweise niederfallen kann und am unteren Ende des freien Falles eine derartige lebendige Kraft aufweist, daß durch d!en. auf die Haut 14 ausgeübten Schlag der Tropfen in eine annähernd kugelige Gestalt in der Weise gebracht wird, die weiter unten näher beschrieben wird.
Eine Vorrichtung zum Ausüben eines Gas druckes auf die Haut 14 kann aus einem Einlaßrohr I7 bestehen, das im oberen Teil des Hohlkörpers 11 einmündet und in das ein Regelventil 18 eingeschaltet ist. Dieses dient zum Drosseln Ides Gasdurchtrittes beim Reißen Ider Haut 14. Ein solches Regelventil muß vorhanden sein, da ein zu rasches Eintreten des Gases die Neubildung der Haut verhindern würde.
Unter dem Ringspalt 13 befindet sich ein Behälter 19, der ein Härtungsbad für die Hülle der gefüllten, von der Vorrichtung herabfallenden Kapseln enthält. In dem Augenblick, wo die Kapseln in das Bad fallen, verspritzen sie dieses nach oben.
Die Spritzer können dabei die Haut 14 erreichen und diese in der Öffnung I3 härten, was zu Schwierigkeiten Anlaß zugeben kann. Im Behälter 19 sind deshalb otrechte Schirme 20 seitlich uad in nächster Nähe Ides Treffpunktes der Kapseln im Bad derart angeordnet, daß deren obere Kante bis in die nächste Nähe der Flüssigkeitsoberfläche im Behälter 19 reicht. Die verspritzten Tropfen werden dabei etwas nach der Seite geschleudert und treffen einen waagerechten Schirm 2I, durch dessen Öffnung 22 die gefüllten Kapseln herabfallen können.
Während des Arbeitens der Vorrichtung gelangt das Einhüllunigsmaterial durch das Rohr 15 in den ringförmigen Hohlraum 12 und tritt durch den Ringspalt I3 aus, um dort eine Blase oder Haut 14 zu bilden, die am Umfang vom Rande der Öffnung I3 herabhängt. Der einzuhüllende Stoff tritt durch das Rohr 16 ein und durch dessen untere Öffnung aus und bildet dabei kleine auf die Haut 14 fallende Tropfen.
Bei einer Ausübungsart Ides Verfahrens ist der einzuhüllende Stoff viskos oder plastisch und fällt somit aus der Öffnung des Rohres I6 in kleinen Teilen in Gestalt eines unterbrochenen Stranges oder eines langgestreckten Tropfens 23. Dieser Stoff wird in der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Weise zu einer Kugel verformt. Fig. 2 zeigt den ieinzuhüllenden Stoff in dem Augenblick, wo er beginnt, einen von der Masse getrennten Teil zu bilden. Dieser Teil streckt sich in Ider in Fig. 3 dargestellten Weise, bildet schließlich einen verengten Hals, trennt sich von der Öffnung des Rohres I6 (Fig. I) und fällt herab. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Viskosität des Stoffes zu stark, und die Oberflächenspannung verhindert deshalb eine rasche Formveränderung des gestreckten Teils 23 bis zur kugeligen Gestalt. Fällt jedoch ein solcher Stoff aus einer Höhe von 25 bis 50 mm auf die Haut I4, so erhält er Idurch den Schlag eine mehr kugelige Gestalt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
Das Gewicht des Kapselmaterials und des ein zuhüllenden Tropfens genügt zum Ausziehen des viskosen Stoffes nach unten in der in Fig. 3 dargestellten Weise. Der Hals 24 wird somit immer dünner und die Kapsel fällt schließlich herab.
Der Hals schließt sich im Augenblick des Abtrennens der gefüllten Kapsel, und der darin enthaltene Stoff ist dann ganz von der Hülle umgeben. Gleichzeitig entsteht quer in der Öffnung eine neue Haut, die zur Aufnahme des folgenden Tropfens des einzuhüllenden Stoffes bereit ist.
Die frei in das Härtebad fallende Kapsel unterliegt der Einwirkung der Oberflächenspannung, durch welche sie in eine annähernd kugelige Gestalt gebracht wird mlt einem nur kleinen Ansatz 25 auf der Oberseite (Fig. I).
Zahlreiche Verfahren gestatten es, der Oberflächenspannung die nötige Zeit einzuräumen, um das Verschwinden des Ansatzes zu bewirken und die kugelige Gestalt ,der Kapsel zu verbessern. Erfindungsgemäß Iäßt man die Kapsel sofort in das Härtebad fallen, wobei die äußerste Schicht der Hülle zuerst gehärtet und gespannt und dadurch die Kapsel wirksam und rasch in die kugelige Gestalt gebracht wird.
Das Härten des Einhüllungsmaterials erfolgt, solange dieses Material genügend verformbar ist.
Durch die Einwirkung der Oberflächenspannung verschwinden dabei Idie Ungleichmäßigkeiten, wie z. B. der Ansatz 25, weil diese Spannung die Kapsel auf das geringste Volumen zusammenzudrücken sucht und dadurch eine kugelige Gestalt entsteht.
Sodann wird die ganze Hülle gehärtet und' die Kapsel behält ihre kugelige Gestalt bei.
Wie aus Fig; I zu ersehen ist1 wird die Haut 14 vorzugsweise dadurch die Einwirkung eines Druckgases oder von Druckluft auf IderOberseite, also auf der Innenseite, mehr oder, weniger gedehnt. Der auf die Haut einwirkende Gasdruck ist von gewissen Faktoren abhängig, wie z. B. von der Festigkeit der Haut, von ihrer Viskosität und von ihren Abmessungen. Es genügt jedoch in wider Regel, einen solchen Gasdruck anzuwenden, daß die Haut 14 etwas gewölbt wird (Fig. I), um zur Aufnahme des einzuBüllend,en Tropfens eine Tasche zu bilden. Die Dehnung muß jedoch ungenügend sein, um das Abreißen der Haut 14 unter der Einwirkung des Druckes zu veranlassen, bevor sie den Tropfen des einzuhüll,enden. Stoffes aufgenommen hat; Benutzt man die Einhüllungsmaterial mit den Eigenschaften einer Lösung von Natriumalginat im Wasser, so genügt ein Gasdruck von annähernd 2,5 mm Wassersäule bei der Anwendung einer Vorri,chtung gemäß Fig. I. In gewissen Fällen besitzt der Tropfen des einzuhüllenden Stoffes kein genügend großes Gewicht, um die gefüllte Kapsel von der Öffnung in der in Fig. 3 dargestellten Wleise-abzureißen. Der auf die Oberseite der Haut 14 ausgeübte Gasdruck wirkt dann zusammen mit ,dem Gewicht des einzuhülleuden Stoffes, um die gefüllte Kapsel in der in Fig. 3 angedeuteten Weise abzureißlen. Wird somit ein Gasdruck benutzt, so muß er genügend stark sein, nicht nur um diese Haut etwas zu dehnen, sondern auch um zum Abreißen der gefülltenKapsel beizutragen. Jedoch Idarf der Gasdruck nicht so stark sein, daß die Haut reißt. Ferner darf er nicht so gering sein, daß selbst unter der zusätzlichen Einwirkung des einzuhüllendenTropfens die Kapsel nicht abreißt und nicht herabfällt.
Strömt das Druckgas durch das Rohr 17 mit zu großer Geschwindigkeit ein, so stört es die Neubildung Ider Haut 14 nach dem Abreißen der Kapsel. Damit die Neubildung mit Sicherheit erfolgen kann, wird in die Rohrleitung ein Ventil 18 eingeschaltet, durch das die Einlaßgeschwindigkeit des Gases auf einen solchen Wert gebracht werden kann, daß die Neubildung der Haut 14 nicht gestört wird. Es wurde gefunden, daß dieser Wert annähern gleich ist demjenigen einer Einlaßöffnung mit einem Durchmesser von 4 mm oder weniger.
Mai, kann die Größe der einzuhüllenden Tropfen dadurch einstellen, daß man den inneren Durchmesser der Austrittsöffnung d;es Rohres 16 verändert oder die Einlaufgeschwindigkeit des ein; zuhüllenden Stoffes regelt. Ein kleiner Durchmesser der Austrittsöffnung des Rohres I6 vermindert die Größe der Tropfen des einzuhüllenden Stoffes. Wird die Einlaufgeschwindigkeit des einzuhüllenden Stoffes vermindert, so steht dem Tropfen zum Herabfallen von der Öffnung des Rohres I6 eine genügende Zeitspanne zur Verfügung. Dadurch werden auch die Kapseln kleiner.
Die Abmessungen Ides Ringspaltes I3 und der von diesem gebildeten C Öffnung werden von Faktoren bestimmt, die von den bei der Neubildung der Haut I4 eingreifenden Kräften abhängig sind, wenn diese Haut reißt und an der unteren Öffnung des Hohlkörpers II ganz verschwindet.
Der innere Durchmesser des Ringsplates 13 ist von der Geschwindigkeit abhängig, mit welcher das Einhüllungsmaterial einlaufen muß, um die nacheinander neu entstehenden Häute 14 zu bilden. Der Spalt muß genügend schmal sein, um das Material trotz der entgegenwirkenden Spannungen gleichmäßig zu verteilen.
Ferner sind diese Abmessungen bis zu einem gewissen Grade auch von den Eigenschaften des Einhüllungsmaterials abhängig, insbesondere von der Viskosität und ,der Oberflächenspannung. Die Abmessungen der Öffnung müssen ,derart gewählt sein, daß die Viskosität und die Oberflächenspanuung eine rasche Neubildung Ider Haut nach ,dem Reißen gestatten. Unter genau vorbestimmten Verhältnissen lassen sich die Abmessungen leicht durch Versuche bestimmen.
Die Wandstärke der Kapsel wird durch die Einlaufgeschwindigkeit des Einhüllungsmaterials in der Ebene des Spaltes I3 bestimmt, jedoch unter der Voraussfetzung, Idaß diese Einlaufgeschwindi'gkei t genügend groß sein muß, damit die Haut 14 stets mit Sicherheit in der Offnung neu gebildet wird.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen ein Gerät, das sich insbesondere zum Einhüllen eines Stoffes in industrieller Weise eignet. Dieses Gerät besteht aus übereinandergelagerten Teilen, die sich leicht für die Reinigung, die Prüfung und die Ausbesserung zerlegen lassen. Eine erste untere Platte 30 besitzt mehrere nach unten verjüngte Öffnungen 31 mit einem inneren Schulteransatz 32. Eine zweite obere Platte 33 besitzt mehrere Öffnungen 34, die mit den Öffnungen 31 gleichachsig liegen, jedoch einen kleineren Querschnitt aufweisen. Der einzuhüllende Stoff fließt durch die Öffnungen 34, um tropfenweise herabzufallen. D.as untere Ende der Öffnungen 34 ist vorzugsweise in ,der bei 35 angedeuteten Weise erweitert und bildet eine kurze Kante34a, die als Austrittskante dient und durch welche die Bildung Ider herabfallenden Tropfen erleichtert werden soll, wie dies deutlicher in Fig. 7 dargestellt ist. Es kann eine dritte Platte 36 vorgesehen sein, durch welche die Durchgänge 37 uad 38 zwischen dieser Platte uned,den Platten 33 und 30 gebildet werden. Der einzuhüllende Stoff fließt über die Oberseite der Platte 30 und im Durchgang 38 derart, daß eine gewisse Flüssigkeitshöhe über den Öffnungen 3I aufrechterhalten wird. Der Durchgang 37 dient zum Einlaß eines Druckgases, das in der beschriebenen Weise auf ,die Häute einwirken soll. An ,die Öffnung 34 und die Einlaufkante 34a der Platte 33 ist ein nach unten gerichtetes Rohr 39 angeschlossen, das in die Öffnung 31 der Platte 30 reicht und mit dem unteren verjüngten Teil dieser Offnung einen Ringspalt 40 bildet. Das untere Ende des Rohres 39 ist in der Öffnung 3I durch drei auf den äußeren Umfang verteilte Ansätze 42 geführt, die sich gegen die Wand der oeffnung stützen. Die Abmessungen der Öffnung 40, edleren Anordnung und Wirkungsweise zur Herstellung einer Haut 40a sind ähnlich wie für den in Fig. I dargestellten Ringspalt I3.
Eine Vorrichtung ist zur Ausübung eines Gasdruckes auf ,die Haut 40a vorgesehen. Wie bereits angedeutet wurde, strömt ein Druckgas durch den Durchgang 37. In der Wand Ides Rohres 39 ist zwischen den Platten 33 und 36 ein Loch 41 vorgesehen, um das Eintreten des Gases in das Rohr 39 zu gestatten; Zwischen den Platten 30, 33 und 36 ist ein geschlossener Raum vorgesehen. Ein Ring 45 hält die Platten 30 und 36 in einem Abstand voneinander un;d bildet mit diesen Platten eine dicht geschlossene Kammer. Weitere Ringe 46 und 47 sind jeweils zwischen dir Platten 33, 36 und zwischen die Platte 33 und den Deckel 48 eingesetzt. Fig. 5 zeigt, daß die Platten 36 und 33 an einem Ende der Vorrichtung ausgespart sind und daß innere Trenuwände 49 und 50 zwischen die Ränder der ausgesparten Teile eingesetzt sind. Es entsteht dadurch eine Kammer 49a, die zur Aufnahme des einzuhüllenden Stoffes dient. Das Rohr 37 ist derart eingesetzt, daß es Idas Durchtreten des Druckgases verhindert. In den ausgesparten Teil der Platten 33 und 36 ist eine Trennwand 51 eingesetzt, die sich über die ganze Breite der Vorrichtung erstreckt und über welche das dadurch die Leitung 52 einfließende Einhüllungsmaterial gleichmäßig im Durchgang 38 verteilt wird. Der einzuhüllende Stoff fließt durch die Leitung 53 in die Kammer 49a. Das Druckgas, z. B. Druckluft, das in den Durchgang 37 eingeleitet werden soll, kann durch -die Rohrleitung 54, die Anschlußmuffe 55, dann umladen äußeren Schirm 56 des Abstandsringes 46 in den Durchgang 37 einströmen.
Unter der Vorrichtung zur Herstellung der Kapseln befindet sich ein Behälter 60, der eine Flüssigkeit enthält. In diesem Behälter sind in bestimmten Abständen voneinander Schirme 6I augeordnet, deren obere Kante unmittelbar bis unter die Oberfläche der Flüssigkeit des Härtebades heran reicht, wogegen die Unterkante sich über dem Boden des Behälters in einer genügend großen Höhe befindet, damit die Kapseln durchlaufen und sich an einem Ende des Behälters 40 anhäufen können, wo sie herausgehoben werden. Diese Kapseln werden sodann durch Waschen von der überschüssigen Härteflüssigkeit befreit. Schließlich werden die Kapseln in leder gewünschten Weise nachbehandelt.
Wie bereits erwähnt, wird die Größe der Kapseln im wesentlichen durch die Einlaufgeschwindigkeit des einzuhüllenden Stoffes in der Öffnung 34 und an der Kante 34a bestimmt. Zur Steuerung dieser Geschwindigkeit kann auf der Platte 33 eine weitere gelochte Platte 62 angeordnet werden, deren Öffnungen mit den Öffnungen 34 übereinstimmen.
Diese zusätzliche Platte dient zur Begrenzung der Einlaufges chwindigkeit des einzuhüllen,den Stoffes.
Man kann auch ein anderes Mittel vorsehen, z. B. ein durchlässiges Gewebe, um die Einlaufgeschwindigkeit des einzuhüllenden Stoffes zu bestimmen.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß den Fig. 4 bis 7 ist ähnlich derjenigen der durch die Fig. I bis 3 dargestellten Vorrichtung. Das Einhüllungsmaterial tritt ,durch die Leitung 52 ein, fließt über die Oberkante der Trennwand 51 in den Durchgang 38 und fließt dann durch die Ringspalte 40 aus. Dieses Material bildet in den öffnungen der Ringspalte Häute 40', die durch das Druckgas etwas gedehnt werden, das durch die Leitung 54, den Durchgang 37, die Löcher 41 und die Rohre 39 eingeleitet wird. Der einzuhüllende Stoff tritt durch die Leitung 53 ein und fließt durch die Öffnungen, um dann tropfenweise herabzufallen, wie dies für den aus dem Rohr I6 austretenden. Stoff (Fig. I) der Fall ist. Der einzuhüllende Stoff, der durch den Schlag auf die Haut 40a in das Einhüllungsmaterial eingehüllt worden ist, fällt unter der Gestalt einer Kapsel in Idas Härtebad im Behälter 60. In diesem Härtebad wird die Hülle in eine mehr oder weniger feste Kapsel übergeführt. Diese Kapsel läuft nach einem Enlde des Behälters 60 ab.
Die aus dem Behälter herausgehobenen Kapseln können durch Waschen von der überschüssigen Härteflüssigkeit befreit werden. Zu diesem Zweck kann man sie während einer kurzen Zeitspanne von etwa 5 bis 15 Sekunden mit Wasser berieseln.
Erfindungsgemäß kann man für das Einhüllungsmaterial eine wäßrige Lösung eines wasserlöslichen Derivates der Alginsäure anwenden. Vorzugsweise ist dieses Derivat ein Alkalimetallsalz, z. B. ein Natrium-, Kalium- oder Lithiumsalz der Alginsäure, jedoch ist es ebenfalls möglich, andere wasserlösliche Salze zu benutzen, wie z. B. ein Ammonsiumsalz. Man löst das Derivat der Alginsäure bei gewöhnlicher Temperatur in einer ge- nügend großen Wassermenge, um eine Lösung zu erhalten, deren Viskosität und Oberflächenspannung die leichte Entstehung der Haut in der durch den Ringspalt gebildeten Öffnung zulassen.
Eine Lösung mit 2 Gewichtsprozent Natriumalginat ist zu diesem Zweck geeignet. Läßt sich das Natriumalginat nicht in der gewünschten Weise im Wasser dispergieren, so muß die Lösung durch ein geeignetes Filter gedrückt werden.
Sollen Alginatlösungen zum Einkapseln einer Emulsion von der Art der Öi-Was'ser-Emulsionen dienen, so besteht der wäßrige Bestandteil dieser Emulsion ebenfalls vorzugsweise aus einer Alginatlösung, z. B. aus einer Lösung mit I,5 Gewichtsprozent.
D.as zur Herstellung der Kapsel dienende Material darf keine Gaseinschlüsse aufweisen, weil diese schließlich in der Kapselwand Blasen bilden können, die eine Schwächung herbeiführen. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die unlöslichen Gase wie Luft, die sich in den Räumen zwischen den Körnern eines zur Herstellung des Einhüllungsmaterials benutzten Pulvers befinden, durch Verdrängen mit Hilfe eines Gases beseitigt werden können, das im Lösungsmittel des Einhüllungsmaterials löslich ist. So wurde gefunden, daß die Luft aus den Zwischenräumen des Natriumalginates mit Hilfe eines wasserlöslichen Gases, wie etwa Kilendioxyd, verdrängt werden kann. Wird sodann das kohlendioxydhaltige Alginat im Wasser gelöst, so löst sich auch das, Kohlendioxyd, und die auf diese Weise gewonnene Lösung enthält keine Gaseinschlüsse.
Das erfindungsgemäße Härtebad kann ein beliebiges Bad sein, vorausgesetzt, daß es in der Lage ist, das Einhüllungsmaterial in eine harte Hülle überzuführen. Benutzt man z. B. ein wasserlösliches Derivat der Alginsäure, so benutzt man auch vorzugsweise eine wäßrige Lösung eines Erdalkalimetallsalzes, wie Calciumchlorid, Calciumbromid, Strontiumchlorid, Bariumchlorid od. dgl. Wenn die weichen Natriumalginatkapseln in das Bad fallen, reagiert das Erdalkalimetallsalz mit dem Alginat und bildet mit diesem ein wasserunlösliches Erdalkalimetallsalz unter der Gestalt einer harten und zähen Hülle.
Vorzugsweise enthält das Härtebad eine genügend große Menge eines Salzes oder eines Gemisches von Erdalkalimetallsalzen, um fast gesättigt zu sein.
Dadurch wird eine rasche Härtung im Bad erzielt.
Die gehärteten Kapseln aus unlöslichem Derivat der Alginsäure können plastisch gemacht werden, um biegsamer zu sein. Zu diesem Zweck kann man die Kapseln mit einem Weichmacher behandeln, etwa mit einer wäßrigen Glycerinlösung. Man benutzt hierzu vorzugsweise eine wäßrige Lösung mit etwa 2 bis 10 Gewichtsprozent Glycerin. Die Anwendung eines solchen Weichmachers vermindert die Verluste an eingehülltem Stoff durch die Kapselwände.
Nach dem Weichmachen können die Kapseln durch geeignete Mittel beliebiger Art getrocknet werden, z. B. in einem Lufttrockner.
Die erfindungsgemäß einzuhüllenden Stoffe können beliebiger Art sein, vorausgesetzt, daß sie durch Rohre wie I6 und' 34 (Fig. I und 7) in Gestalt kleiner Tropfen od. dgl. herabfallen können. Auf diese Weise lassen sich sowohl feste als auch flüssige Stoffe einhüllen. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß viskose Stoffe sich besonders zum Einhüllen mit der beschriebenen Vorrichtung eignen. So wurde gefunden, daß eine Emulsion von Ider Art der Öl-Wasser-Emulsion, z. B. eine Emulsion von Gasolin im Wasser mit annähernd I,5 bis 2 O/o, sich leicht in ein Material einhüllen läßt, ,das aus einem Derivat der Alginsäure besteht. In diesem Fall wird der Meniskus 65 der Fig. 2 durch die Wand der Haut 14 verlängert, weil die durchgehende Phase der Emulsion mit dem Lösungsmittel des Einhüllungsmaterials identisch ist. Demgemäß hat die Oberflächenspannung des Meniskus 65 ihren größten Wert iti der Hohe des Halses 24. Es ergibt sich daraus, ,daß die Kapsel an der Oberfläche der Emulsion geschlossen wird. Die ganze Emulsion wird dadurch in eine Kapsel eingeschlossen und es verbleibt kein Teil dieser Emulsion auf der Innenseibe zur Neubildung der aus dem Einhüllungsmaterial bestehenden Haut.
Wird eine Emulsion aus einem Kohlenwasserstoff in einer Alginatlösung eingekapselt und werden die Kapseln dann in einem Härtbad behandelt, so werden nicht nur diese Kapseln gehärtet, sondern auch die durchgehende Phase. Das sich daraus ergebende Produkt ist dann eine Kapsel, Ideren Inhalt in der ganzen Masse verfestigt ist, in welcher der Kohlenwasserstoff Idann,dispergiert ist. Der eingekapselte Stoff hat einen Zellen aufbau und enthält den' Kohlenwasserstoff in den Zellen. Die Hülle bindet mit ,den Zellenwänden eirn durchgehendes Material.
Erfinidungsgemäß wurde ebenfalls gefunden, daß ein ganz oder teilweise mit dem Einhüllungsmaterial mischbarer Stoff leicht eingehüllt werden kann, wenn zwischen den einzuhüllenden Stoff und das Einhüllungsmaterial sofort nach oder während der Berührung mit diesem Material eine undurchlässige Membran eingeschaltet wird Zu diesem Zweck benutzt man eine kleine Menge eines Stoffes, der in der Lage ist, das Einhüllungsmaterial zu härten, etwa Calciumchlorid, und den man dem einzuhüllenden Stoff zugibt. Sobald dieser Stoff mit der Haut in Berührung gelangt, reagiert er mit dem Einhüllungsmaterial und bildet mit diesem eine Membran. Ein weiteres Beispiel besteht darin, ein ölartiges Insektenvertilgungsmittel, das ein Lösungs- oder Dispergierungsmittel im Wasser enthält, in ein wäßriges Material einzuhüllen, i.ndemman einen Stoff, wie etwa Calciumchlorid, zugibt, oder in der Lage ist, mit einem Bestandteil der Haut, etwa mit Natriumalginat derart zu reagieren, daß zwischen dem flüssigen Insektenverteilgungsmittel und der Hülle eine Membran entsteht.
Handelt es sich ,darum, eine sehr flüchtige Flüssigkeit, wie Benzin oder Pentan, einzukapseln, so ist die Kapsel Ider Gefahr des Quellens ausgesetzt. Die Luft diffundiert ins Innere der Kapsel und deren Teildruck vermehrt denjenigen des Benzins. Ist dann der Gesamtdruck größer als die Summe des Atmosphärendruckes und der Oberflächenspannung, so dehnt sich die Kapsel weiter.
Zur Vermeidung dieses Nachteils wird die Flüs.s.iglçeit vor dem Einkapseln' entlüftet. Die Kapsel kann dann trocknen, bevor eine genügend große Luftmenge eintreten kann, um einen übermäßigen Gasdruck im Innern zu erzeugen. Sie kann so unter den günstigsten Verhältnissen dem Quellen wfderstehen. Das Entlüften der Flüssigkeit hat einen doppelten Zweck: Es entsteht dadurch ein Raum zur Lösung der ersten Luftmengen, die in das Innere der Kapsel Idiffundieren. Ferner werden kleine Blasen gelöst, die gegebenenfalls an der Öffnung zur Herstellung der Kapsel entstehen können. Würden diese Blasen nicht gelöst, so würden sie den Ausgangspunkt für das vorbeschriebene Quellen bilden.
Die erfindungsgemäß einzukapselnden Flüssigkeiten können sehr verschiedenartig sein, und sie können auch die verschiedensten physikalischen Eigenschaften aufweisen. Bei der Berührung mit dem Wasser muß die eiuzukapselnde Flüssigkeit eine ,dSerartige in Dyn/cm ausgedrückte Oberflächenspannung aufw,eisen, daß das Verhältnis zu dem Gewicht größer ist als 14: 1 und vorzugsweise größer als I7: I, wenn das Einhüllungsmaterial im wesentlichen wäßrig ist, vorzugsweise wenn es sich um eine 2%ige. Alginatlösung handelt.
Selbstverständlich kann man gewisse der beschriebenen Merkmale getrennt anwenden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Ferner können zahlreiche Änderungen getroffen werden, und die an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungen sollen nur als nicht beschränkende Beispiele dienen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Verfahren zum Einkapseln von Stoffen, bei zudem das Einhüllungsmaterial fortlaufend auf eine Öffnung zu befördert wird, an der sich eine Haut bildet, und bei dem der einzubüllende Stoff auf diese Haut gelangt, welche sich in Gestalt einer Kapsel abtrennt und hinabfällt, während sich eine neue Haut bildet, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Haurt kleine Teile des einzuhüllenden Stoffes in solchen Zeitintervallen fallen läßt, daß die ein jedes kleine Teilchen des einzuhüllenden Stoffes enthaltende Kapsel Zeit hat, sich von der Öffnung abzutrennen und sich an der genannten Öffnung eine neue Haut bilden kann, bevor auf diese ein neuer kleiner Teil des einzuhüllenden Stoffes fällt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bildung der Kapsel dienende Material durch einen Ringspalt eintritt.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasdruck auf die Seite der Haut ausgeübt wird, welche den einzukapseluden Stoff aufnimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dili Summe des Gasdruckes und des vom einzukapselnden Stoff auf die Haut ausgeübten Schlages genügend groß gewählt wird, um die Haut von ihrem Halter abzureißen und den Stoff einzuhüllen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 zum Einkapseln eines viskosen Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck allein genügend klein gewählt wird, um die Haut nicht von ihrem Halter abzureißen, und daß die mit dem Stoff gefüllte Kapsel nach dem Abreißen in einHärtebad fürldi,e Hülle fällt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einzuhüllende Stoff aus einer solchen Höhle herabfällt, daß die Kapsel .eine kugelige Gestalt erhält.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der viskose Stoff aus einer Emulsion besteht uad daß das Einhüllungsmaterial in einem Lösungsmittel gelöst ist, das die gleiche Beschaffenheit hat wie die durchgehende Phase der Emulsion.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion aus einem Öl in einer wäßrigen Lösung eines Alginates und das Einhüllungsmaterial aus einer wäßrigen Lösung eines Alginates, das Härt.bad jedoch aus einer wäßrigen Lösung eines Salzes besteht, dessen Kation mit diesem Alginat derart reagiert, daß es im Wasser unlöslich wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz aus einem wasserlöslichen Erdalkalimetallsalz besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung der Kapsel hülle dienende Flüssigkeit durch Lösen eines porösen Feststoffes zur Erzielung einer viskosen Lösung hergestellt wird, wobei beim Vorhandensein eines schädlichen Gases im Feststoff dieses Gas vor dem Auflösen mit Hilfe eines neutralen in der Lösung löslichen Gases ausgetrieben wird.
II. Verfahren nach Anspruch I0, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus einem im Wasser löslichen Alginat, die Flüssigkeit aus Wasser und das neutrale Gas aus Kohlendioxyd besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 1 zum Einkapseln einer Flüssigkeit mit einem mit dem Einhüllungsmaterial mischbaren Bestandteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit ein Stoff zugesetzt wird, der mit dem Einhüllungsmaterial zur Bildung einer unlöslichen Membran zwischen der Flüssigkeit und dem Einbüllungsmaterial reagiert.
13. Verfahren nach Anspruch 12 zum Einkapseln einer im Wasser löslichen Flüssigkeit in eine Hülle, die aus einem im Wasser löslichen Derivat der Alginsäure besteht, dadurch gekennz.;ichnet, daß dieser Flüssigkeit ein im Wasser lösliches Erdalkalimetallsalz zugesetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch I2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einem Insektenverteilgungsmittel auf Petroleumbasis mit einem löslichmachenden Bestandteil besteht, der diese Flüssigkeit mindestens teilweise im Wasser löslich macht.
15. Verfahren nach Anspruch I4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einer wäßrigen Lösung eines löslichen Derivates der Alginsäure und der Reaktionsstoff aus einem löslichen Erdalkalimetalllsalz besteht.
I6. Verfahren nach Anspruch 1 zum Einkapseln einer Flüssigkeit in ein Einhüllungsmaterial dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit ein Stoff zugesetzt wird, der in der Lage ist, um die Flüssigkeit herum eine undurchlässige MEmbran zu bilden.
17. Verfahren nach Anspruch I6; dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit ein Silikonlack zugesetzt wird.
I8. Verfahren nach Anspruch 1 zum Einkapseln eines zum EinQnehmen, bestimmten Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß das Einhüllungsmaterial aus einem Stoff besteht, der von den Magensäften verdaut werden kann.
19. Verfahren nach Anspruch I8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einhüllungs.maberial aus einer etwa 20/oigen Natriumalginatlösung mit etwa 2 0/o Bluteiweiß besteht.
20. Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens, gekennzeichnet durch Mittel zur Bildung einer Haut mit dem Eirhüllungsmateri-al, welche derart angeordnet sind, daß sie eine waagerechte mit dem Umfangs rand aufgehängte Haut herstellenl uad durch. Mittel zum Aufwerfen kleiner Teile des einzuhüllenden- Stoffes auf die Haut, welche genügend weit von der Haut abstehen, damit die Stoffteile frei fallen können, bevor sie ,die Haut treffen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekenezeichnet Idurch Mittel zur Erzleugunlg eines Gasdruckes auf der den einzuhüllenden Stoff aufnehmenden' Seite der Haut.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch zwei konzentrische, an einem Ende einen Ringspalt bildende Rohre, die Iderart angeordnet sind, daß das Ein,hüllungsmaterial in der Ebene des Ringspaltes eine die Öffnung des Innenrohres schließende Haut bildet, durch Mittel zum Aufwerfen von Teilen des einzuhüllenden Stoffes auf diese Haut, welche derart über der Öffnung und im inneren Rohr angeordnet sind, daß die Stoffteile nacheinander auf die nacheinander gebildeten Häute fallen und durch Mittel zur Erzeugung eines Gasdruckes im inneren Rohr.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine erste Platte mit einer Öffnung, eine zweite Platte über der ersten mit einer gleichachsigen, jedoch kleineren Öffnung und ein an jeder zweiten Platte um deren Öffnung befestigtes Rohr, das bis zur Höhe der ersten Platte reicht, um mit deren oeffnung einen Ringspalt zu bilden.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines Gasdruckes im Rohr.
25. Vorrichtung nach Anspruch 20, grekennzeichnet durch einen Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit und zum Auffangen der vom Ringspalt herabfallenden Kapseln und durch eilen lotrechten Schirm im Behälter und in einem Igeringen Abstand vom Treffpunkt der Kapseln zum Auffangen der Spritzer, die beim einfallen der Kapseln in die Flüssigkeit entstehen.