ES2208962T3 - Nuevo procedimiento de microencapsulacion de agua en aceite y microcapsulas producidas mediante el mismo. - Google Patents

Nuevo procedimiento de microencapsulacion de agua en aceite y microcapsulas producidas mediante el mismo.

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Abstract

Un procedimiento para la producción de microcápsulas que contienen un material acuoso dentro de una envuelta polímera, comprendiendo dicho procedimiento: (a) proporcionar una fase acuosa que comprende un material que ha de encapsularse y un prepolímero de urea- formaldehído y/o melamina-formaldehído disuelto en la misma; (b) crear una emulsión de dicha fase acuosa en una fase líquida orgánica continua que comprende uno o más disolventes orgánicos y uno o más agentes tensioactivos, en donde la emulsión comprende gotículas discretas de la fase acuosa dispersadas en la fase líquida orgánica continua, formándose de ese modo una interfase entre las gotículas discretas de la fase acuosa y la fase líquida orgánica continua; y (c) provocar la autocondensación in situ del prepolímero en la fase acuosa de las gotículas discretas adyacente a la interfase calentando la emulsión hasta una temperatura de aproximadamente 20 a aproximadamente 100ºC en presencia de un catalizador de transferencia de protones tensioactivo que es soluble en el líquido orgánico pero solo ligeramente soluble en la fase acuosa durante un período de tiempo suficiente para permitir la terminación substancial de la condensación in situ del prepolímero para convertir las gotículas líquidas del medio acuoso en cápsulas que consisten en polímero permeable sólido que encierra el medio acuoso.

Description

Nuevo procedimiento de microencapsulación de agua en aceite y microcápsulas producidas mediante el mismo.
Antecedentes y técnica anterior
Esta invención se refiere a un nuevo procedimiento para producir materiales microencapsulados mediante un procedimiento de microencapsulación de agua en aceite, por el que se forman microcápsulas que contienen material acuoso.
Se conocen en la técnica numerosos procedimientos para producir materiales microencapsulados. Casi todos los procedimientos conocidos producen microcápsulas de materiales contenidos en un material inmiscible o insoluble con agua y se producen mediante los que se denominan procedimientos de microencapsulación de aceite en agua. Estos implican en general la producción de una dispersión de "aceite" o gotículas líquidas orgánicas substancialmente inmiscibles con agua (fase discontinua) en un medio acuoso (fase continua). Las gotículas de aceite contienen uno o más monómeros o prepolímeros y las microcápsulas se forman sometiendo la emulsión a condiciones tales como temperatura y/o pH y/o agitación para provocar la polimerización de los monómeros o prepolímeros presentes en la fase aceitosa para producir microcápsulas que tienen una envuelta polímera que encierra la fase de gotículas inmiscibles con agua. Tales procedimientos se describen, por ejemplo, en las Patentes de EE.UU. 4.285.720 y 4.956.129. La primera implica la producción de microcápsulas de un material de poliurea y la última de un polímero de urea-formaldehído eterificado.
Por otra parte, existe comparativamente poca información disponible sobre la producción de microcápsulas que contienen un material acuoso mediante un procedimiento de microencapsulación de agua en aceite. Un procedimiento que se aproxima algo a un procedimiento de microencapsulación de agua en aceite se describe en la Patente de EE.UU. 4.157.983. En ese procedimiento, se forma una mezcla que contiene un emulsionante, un líquido inmiscible con agua, un prepolímero de urea- formaldehído, un material dispersable en agua que ha de encapsularse y agua. La mezcla se agita para producir una emulsión de agua en aceite. La emulsión, a continuación, se cura o se trata para producir microcápsulas mediante la solidificación de la resina de prepolímero de urea-formaldehído para formar una matriz que encapsula las gotículas y que permite la separación de cápsulas polímeras sólidas que contienen el material dispersable en agua. El curado o la polimerización se establece mediante el uso de un catalizador anfipático, esto es, un catalizador que es soluble en las fases tanto acuosa como aceitosa de la emulsión. Sin embargo, los productos de este procedimiento no son microcápsulas verdaderas sino que en cambio comprenden una matriz del polímero de urea/formaldehído que contiene el material dispersable en agua.
La Patente de EE.UU. 4.534.783 describe un procedimiento para encapsular materiales acuosos usando dos monómeros o prepolímeros.
La Patente de EE.UU. 5.462.915 describe microcápsulas formadas por prepolímeros de urea-, tiourea- y/o melamina-formaldehído curando los prepolímeros a una temperatura de más de 100ºC.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método simple para producir microcápsulas verdaderas que contienen un núcleo líquido acuoso, de tamaño relativamente uniforme y controlado, que son adecuadas para usar sin tratamiento adicional.
Sumario de la invención
La invención comprende un procedimiento para la producción de microcápsulas que contienen un material acuoso dentro de una envuelta polímera, comprendiendo dicho procedimiento (a) proporcionar una fase acuosa que comprende un material que ha de encapsularse y un prepolímero de urea-formaldehído y/o melamina-formaldehído disuelto en la misma; (b) crear una emulsión de dicha fase acuosa en una fase líquida orgánica continua que comprende uno o más disolventes orgánicos y uno o más agentes tensioactivos, en donde la emulsión comprende gotículas discretas de la fase acuosa dispersadas en la fase líquida orgánica continua, formándose de ese modo una interfase entre las gotículas discretas de la fase acuosa y la fase líquida orgánica continua; y (c) provocar la autocondensación in situ del prepolímero en la fase acuosa de las gotículas discretas adyacente a la interfase calentando la emulsión hasta una temperatura de aproximadamente 20 a aproximadamente 100ºC en presencia de un catalizador de transferencia de protones tensioactivo que es soluble en el líquido orgánico pero solo ligeramente soluble en la fase acuosa durante un período de tiempo suficiente para permitir la terminación substancial de la condensación in situ del prepolímero para convertir las gotículas líquidas del medio acuoso en cápsulas que consisten en envueltas de polímero sólidas que encierran el medio acuoso.
Esta invención también trata de microcápsulas producidas mediante el procedimiento previo.
Descripción detallada de la invención
El procedimiento de esta invención es útil para producir microcápsulas que contienen medios acuosos que tienen diversos ingredientes disueltos y/o suspendidos en los mismos, o incluso microcápsulas que contienen solo agua, si hay una necesidad para la producción de tales cápsulas. Lo siguiente es una descripción de las características tanto esenciales como opcionales de este procedimiento y los productos producidos a partir del mismo.
Medio acuoso
El medio acuoso que ha de encapsularse puede consistir sólo en agua, pero preferiblemente es un medio acuoso que contiene uno o más ingredientes que han de microencapsularse, disolverse, dispersarse y/o suspenderse en el agua.
Este procedimiento es aplicable a la producción de microcápsulas que contienen uno o más ingredientes disueltos, dispersados y/o suspendidos en el medio acuoso. Una amplia variedad de ingredientes puede encapsularse mediante el presente procedimiento con tal de que tales materiales no reaccionen entre sí o con el prepolímero, o con cualesquiera otros componentes utilizados en el sistema de encapsulación global. El material encapsulado puede seleccionarse de diversas substancias solubles en agua adecuadas para la encapsulación, tales como plaguicidas y otros materiales bioactivos, colores, tintes, tintas y similares, solubles en agua. Por comodidad, la invención se describe y ejemplifica en términos de plaguicidas.
Este procedimiento es particularmente adecuado para la producción de plaguicidas, tales como herbicidas, insecticidas, fungicidas, nematicidas, bactericidas, rodenticidas y similares, y materiales no plaguicidas microencapsulados usados para el control de malas hierbas o de otro modo en actividades relacionadas tales como el control de plagas agrícolas y domésticas, comerciales o industriales, tales como biocidas, repelentes de animales, insectos o aves, reguladores del crecimiento de plantas o insectos, feromonas, fertilizantes, atrayentes sexuales y composiciones saboreantes y odorizantes.
Algunos ejemplos de materiales solubles en agua que pueden encapsularse mediante este procedimiento incluyen los plaguicidas paraquat, diaquat, glyphosate, dicamba, ioxynil, bromoxynil, bentazon, acifluorfen y fomesafen, todos en formas ácidas o salinas. También son adecuados para la inclusión en las cápsulas de esta invención plaguicidas de alto punto de fusión dispersables en agua tales como atrazine y azoxystrobin.
También está contenido en el medio acuoso un prepolímero de urea-formaldehído y/o melamina-formaldehído. Estos prepolímeros tienen una alta solubilidad en agua y una solubilidad relativamente baja en el líquido orgánico que ha de utilizarse en este procedimiento. El prepolímero contiene un gran número de grupos metilol (CH_{2}OH) en su estructura molecular. Estos prepolímeros están generalmente disponibles comercialmente como soluciones acuosas o como sólidos solubles en agua para usar como adhesivos e incluyen productos tales como Cymel 401 y 481, disponibles de Cytec Industries, y Resin CR-583, disponible de Borden Chemicals Inc. Los prepolímeros también pueden prepararse mediante técnicas conocidas tales como la reacción catalizada con bases entre urea y formaldehido o entre melamina y formaldehido a una relación en peso de 0,6 a 1,3 partes de formaldehido por una parte de urea o melamina.
La concentración del polímero en la fase acuosa no es crítica para la práctica de la invención pero puede variar a lo largo de un amplio intervalo, dependiendo de la resistencia deseada de la pared de la cápsula y la cantidad deseada de líquido acuoso en la cápsula acabada. Lo más convenientemente, sin embargo, la concentración de prepolímero en la fase acuosa es de aproximadamente 1% a aproximadamente 70% sobre una base en peso, preferiblemente de aproximadamente 5% a aproximadamente 50%.
Además de, o en lugar de, un ingrediente activo disuelto, la fase acuosa puede contener uno o más ingredientes activos sólidos de alto punto de fusión que están suspendidos o dispersados en el medio. Con respecto a los plaguicidas, tales materiales pueden ser, por ejemplo, atrazine o azoxystrobin. Tales composiciones también pueden contener uno o más dispersantes.
Además del ingrediente activo incluido en la fase acuosa, también puede incluirse un ingrediente activo en la fase orgánica, aunque no se incluirá en ninguna microcápsula formada. Sin embargo, la inclusión de un segundo ingrediente activo, por ejemplo, un segundo plaguicida, en la fase orgánica permite la producción de suspensiones orgánicas de microcápsulas que contienen dos plaguicidas que han de usarse en combinación. Por ejemplo, un herbicida soluble en aceite, tal como diuron, puede incluirse en la fase orgánica que ha de usarse en combinación con paraquat o diquat en la fase acuosa microencapsulada. Alternativamente, puede incluirse un insecticida soluble en aceite en la fase orgánica a fin de producir una suspensión de microcápsulas global que contiene tanto un herbicida como un insecticida, el primero encapsulado, el último no.
Plaguicidas solubles en aceite (y de forma correspondiente insolubles en agua) que pueden incluirse en la fase orgánica no encapsulada de una suspensión de cápsulas incluyen herbicidas de tiocarbamato, tales como EPTC, butylate, cycloate, molinate o vernolate; herbicidas de haloacetanilida tales como acetochlor, metolachlor, alachlor, butachlor y propachlor; herbicidas de nitroanilina tales como trifluralin; insecticidas de organofósforo tales como parthion, malathion y fonofos; insecticidas piretroides tales como permethrin, lambda-cyhalothrin, deltamethrin, tralomethrin, cypermethrin y tefluthrin; y fungicidas tales como azoxystrobin.
Adicionalmente, la formulación global puede contener agentes sinérgicos, activadores, aseguradores y similares para los plaguicidas activos.
Formación de la emulsión
Una vez que se ha preparado la fase acuosa, se forma una emulsión dispersándola en un líquido orgánico inmiscible con agua.
El líquido orgánico contiene generalmente uno o más disolventes, uno o más agentes de superficie o tensioactivos y un catalizador de transferencia de protones, según se describe más adelante. Los disolventes utilizados en este procedimiento son disolventes orgánicos, preferiblemente hidrocarburos o mezclas de hidrocarburos tales como Solvent 450 (una fracción de queroseno, disponible de VWR Inc.), aceite Union 76 18-90 (un disolvente parafínico disponible de Union Oil Company; Diesel oil Nº2, disolventes Aromatic 100 y 200, disponibles de Exxon; y disolventes Suresol 100 y 190, disponibles de Koch Refinery Co.
El agente de superficie o tensioactivo puede ser cualquiera de los muchos de tales materiales que se sabe que son útiles para disminuir la tensión superficial de una interfase de fluido y pueden ser de tipo no iónico o aniónico. Ejemplos de agentes de superficie no iónicos son alquil(de cadena larga)- y mercaptano-polietoxialcoholes, alquilaril-polioxietilenalcoholes (tales como nonilfenoles etoxilados), alquilaril-poliéter-alcoholes, alquil-poliéter-alcoholes, ésteres de ácido graso de polioxietilensorbitán, éteres de polioxietileno y ésteres de polialquilenglicoles (particularmente polietilenglicol) con ácidos grasos o de resina de trementina. Agentes de superficie aniónicos preferidos son las sales de calcio, amina, alcanolamina y metal alcalino de alquil- y alquilaril- sulfonatos, sulfonatos de aceites vegetales y mono- y di-éteres etoxilados o propoxilados de ácido fosfórico. También son útiles combinaciones de agentes de superficie. Agentes de superficie preferidos usados en este procedimiento son los nonilfenoles etoxilados.
La cantidad de agente tensioactivo no es crítica para la invención y puede variar ampliamente. Por comodidad, el agente tensioactivo comprende generalmente de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 5,0% en peso de la fase orgánica. Puede añadirse antes o después de que se forme la emulsión.
El líquido orgánico también contiene una cantidad eficaz de un catalizador de transferencia de protones que cataliza la formación de la pared polímera. El catalizador de transferencia de protones puede añadirse antes de o en la fase de formación de la emulsión o subsiguientemente, antes de la polimerización y la formación de la pared. Sin embargo, se añade preferiblemente antes de la formación de la emulsión debido a que posee propiedades tensioactivas que son útiles en la etapa de formación de la emulsión. Cuando el catalizador de transferencia de protones está presente antes de la formación de la emulsión, es conveniente mantener la temperatura de la mezcla en un máximo de aproximadamente temperatura ambiente para evitar o minimizar la formación prematura del polímero.
El catalizador de transferencia de protones es un material ácido que es esencialmente soluble en aceite y como mucho muy ligeramente soluble en agua. Sin embargo, la estructura molecular del catalizador de transferencia de protones incluye una gran porción hidrófoba y un resto iónico que es capaz de transferirse a través de la interfase aceite/agua hacia el lado acuoso, llevando con el un protón catalítico que provoca la polimerización del prepolímero en el medio acuoso para formar la pared de la envuelta de la microcápsula en la interfase de las fases de aceite/agua. La porción hidrófoba de la molécula permanece anclada en la fase aceitosa de un modo estacionario mientras que el resto que lleva el protón permanece anclado sobre el lado acuoso de la interfase. Esto produce una capa catalítica inmovilizada que limita la polimerización de la resina a la región de la interfase, formando una envuelta relativamente delgada alrededor de las gotículas acuosas. Esto está en contraste con el catalizador anfipático descrito en la Patente de EE.UU. 4.157.983, que es soluble en la fase acuosa y así provoca la polimerización de la resina a través de la fase, formando una matriz en vez de una microcápsula.
Preferiblemente, el catalizador de transferencia de protones es un ácido sulfónico que tiene al menos 20 átomos de carbono en la molécula. El ácido sulfónico puede ser saturado o insaturado, cíclico o acíclico, por ejemplo, puede ser un tipo alquílico, alquenílico, alquinílico, arílico, alcarílico y otro tipo de ácido sulfónico. La molécula puede incluir otros substituyentes, tales como átomos de halógeno, con tal de que contenga 20 o más átomos de carbono, sea esencialmente soluble en aceite y como mucho sólo ligeramente soluble en agua. Lo más preferiblemente, el catalizador de transferencia de protones es un ácido alquilarilsulfónico de cadena larga tal como un ácido alquilbenceno- o alquilnaftaleno-sulfónico en el que el grupo alquilo contiene de aproximadamente 16 a aproximadamente 24 átomos de carbono. Un catalizador de transferencia de protones preferido es el ácido didodecilbencenosulfónico.
El tamaño de las gotículas en la emulsión no es crítico para la invención. Para la mayor utilidad del producto final, el tamaño de las gotículas estará en el intervalo de aproximadamente 0,5 micras a aproximadamente 4000 micras de diámetro. El intervalo preferido para la mayoría de las aplicaciones plaguicidas es de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 100 micras de diámetro. La emulsión se prepara mediante el uso de cualquier dispositivo de agitación de alto cizallamiento convencional. Una vez que se alcanza el tamaño deseado de las gotículas, es suficiente una agitación suave para prevenir la segregación de la muestra a lo largo del resto del procedimiento.
A medida que la pared de polímero se hace más rígida, el contacto entre los grupos activos sobre el prepolímero se hace crecientemente más difícil. Así, la reacción de polimerización por autocondensación in situ es autoterminante y generalmente se deja llegar hasta la terminación.
La velocidad de la reacción de polimerización por autocondensación in situ se incrementa tanto con la acidez como con la temperatura. La reacción puede efectuarse por lo tanto en cualquier lugar dentro del intervalo de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 100ºC, preferiblemente entre aproximadamente 40ºC y aproximadamente 70ºC. En el extremo bajo de este intervalo, la formación de polímero es suficientemente lenta para no provocar una formación prematura de la pared de la envuelta. Por lo tanto, la temperatura se mantiene preferiblemente a aproximadamente 20-25ºC hasta que se ha alcanzado el tamaño deseado de las gotículas. A continuación se incrementa para acelerar la formación de la pared de la envuelta de polímero alrededor de las gotículas. La reacción se completará generalmente en unas pocas horas, aunque con alta acidez y alta temperatura, la reacción puede completarse en minutos.
Una vez que las cápsulas se forman, puede almacenarse y usarse como una dispersión o filtrarse y recuperarse como cápsulas secadas. En cualquier forma, las cápsulas son útiles y eficaces en la liberación controlada del líquido del núcleo. Las dispersiones son estabilizadas preferiblemente mediante espesantes disueltos en la fase continua. Puede usarse cualquier espesante convencional. Espesantes típicos incluyen aceite de ricino hidrogenado, arcillas tratadas orgánicamente y sílice tratada orgánicamente.
Una característica de esta invención es que las cápsulas o las suspensiones de cápsulas de la misma pueden envasarse en materiales de envasado solubles en agua, por ejemplo, saquitos o bolsas formados por polímeros solubles en agua tales como poli(alcohol vinílicos) y similares. Así, el procedimiento de esta invención proporciona, en esencia, un medio para aportar un plaguicida soluble en agua en un envase soluble en agua.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos tanto de los procedimientos como del producto de la presente invención, pero no pretenden definirla o limitarla de ninguna manera.
Ejemplo 1
Se preparó una fase orgánica disolviendo 12,0 gramos de ácido duodecilbencenosulfónico (Aristol A, disponible de Pilot Chemical Co.) y 12,0 gramos de un agente de superficie de alquilaril-fenol no iónico (Igepal CA-630, disponible de Rhone-Poulenc) en 169,0 g de disolvente de queroseno (Solvent 450, disponible de VWR Co.). La fase acuosa se separó disolviendo 100,0 g de paraquat de calidad industrial y 50,0 g de prepolímero de urea/formaldehido (resina Casco SR-397C, disponible Borden Chemical) en 50,0 g de agua. Las dos fases se combinaron a continuación con agitación en todo momento para producir la emulsión de agua en aceite. A continuación, la temperatura se elevó hasta 40ºC y la agitación continuo durante dos horas más. El producto resultante se enfrió para producir una suspensión de microcápsulas en la fase orgánica (principalmente el disolvente), encerrando las microcápsulas el medio acuoso.
De forma similar, se prepararon otras formulaciones microencapsuladas de paraquat según se describe en la siguiente Tabla 1. Los materiales utilizados en los ejemplos en la Tabla 1 eran, además de los mencionados previamente, prepolímero WS-351-38c (urea/formaldehido, disponible de Borden), catalizador de transferencia de protones Aristol E (ácido dodecilbencenosulfónico, disponible de Pilot Chemical Co.) y, como agentes de superficie, Neodol 25-3 (etoxilato de alcohol primario lineal disponible de Shell Chemicals) y Tergitol NP9 y NP13 (nonilfenoles etoxilados, disponibles de Union Carbide).
No existía recombinación de las cápsulas en ninguno de los ejemplos siguientes excepto para los ejemplos 4 y 8. El tamaño de las partículas variaba de aproximadamente 30 micras o menos hasta aproximadamente 300 micras o menos, dependiendo de la muestra, y no se observó coalescencia en ningún experimento excepto el ejemplo 7.
TABLA 1
Ingredientes, G. Ejemplo
Fase Acuosa 2 3 4 5 6 7 8
Paraquat, calidad industrial 100,0 150,0 150,0 150,0 150,0 150,0 150,0
Prepolímero WS-351-380, agua 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0
agua
Fase Orgánica
Disolvente Union 76 IV-90 173 169,0 - - 169,0 169,0 169,0 169,0
Solvent 450 - - - - 169,0 - - - - - - - -
Catalizador Aristol A 12,0 12,0 12,0 12,0 - - - - - -
Catalizador Aristol E - - - - - - - - 12,0 - - 12,0
Catalizador Aristol 360 - - - - - - - - - - 12,0 - -
Agente de superficie 8,0 - - - - - - - - - - - -
Neodol 25-3
Agente de superficie - - 12,0 8,0 - - - - - - - -
Igepal Ca-630
Agente de superficie Tergi- - - - - - - 12,0 12,0 12,0 - -
gol NP 13
TABLA 1 (continuación)
Agente de superficie - - - - - - - - - - - - 12,0
Tergigol NP 9

Claims (9)

1. Un procedimiento para la producción de microcápsulas que contienen un material acuoso dentro de una envuelta polímera, comprendiendo dicho procedimiento (a) proporcionar una fase acuosa que comprende un material que ha de encapsularse y un prepolímero de urea-formaldehído y/o melamina-formaldehído disuelto en la misma; (b) crear una emulsión de dicha fase acuosa en una fase líquida orgánica continua que comprende uno o más disolventes orgánicos y uno o más agentes tensioactivos, en donde la emulsión comprende gotículas discretas de la fase acuosa dispersadas en la fase líquida orgánica continua, formándose de ese modo una interfase entre las gotículas discretas de la fase acuosa y la fase líquida orgánica continua; y (c) provocar la autocondensación in situ del prepolímero en la fase acuosa de las gotículas discretas adyacente a la interfase calentando la emulsión hasta una temperatura de aproximadamente 20 a aproximadamente 100ºC en presencia de un catalizador de transferencia de protones tensioactivo que es soluble en el líquido orgánico pero solo ligeramente soluble en la fase acuosa durante un período de tiempo suficiente para permitir la terminación substancial de la condensación in situ del prepolímero para convertir las gotículas líquidas del medio acuoso en cápsulas que consisten en polímero permeable sólido que encierra el medio acuoso.
2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material acuoso contiene un material bioactivo disuelto y/o dispersado en el mismo.
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el material bioactivo es un plaguicida.
4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el plaguicida es paraquat.
5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el líquido orgánico contiene un material activo disuelto o dispersado en el mismo.
6. Microcápsulas producidas de acuerdo con el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-5.
7. Una suspensión de microcápsulas en un líquido orgánico producida de acuerdo con el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-5.
8. Una suspensión de cápsulas de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el líquido orgánico contiene un plaguicida substancialmente insoluble en agua.
9. Una formulación plaguicida envasada que comprende microcápsulas o una suspensión de cápsulas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8 contenidas dentro de un material de envasado soluble en agua.
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