ITPG20120005A1

ITPG20120005A1 - Metodo di trattamento superficiale di micro- e nano- cristalli di solidi inorganici lamellari dopati e relative sostanze

Info

Publication number: ITPG20120005A1
Application number: IT000005A
Authority: IT
Inventors: Loredana Latterini; Michele Sisani; Roberto Spogli
Original assignee: Ferrini S R L; Prolabin & Tefarm Srl
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-16
Also published as: EP2628531A3; EP2628531A2; ITAN20130023A1

Description

DESCRIZIONE DELLA DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE DAL TITOLO:

Metodo di trattamento superficiale di micro- e nanocristalli di solidi inorganici lamellari dopati e relative sostanze

1 CAMPO DELL'INVENZIONE

1.1 La stabilità di composti di intercalazione di solidi inorganici lamellari è fortemente condizionata dalle proprietà dell'ambiente in cui i composti vengono dispersi.

1.2 Solidi lamellari inorganici presentano la capacità di ospitare nella regione interstrato o sulla superficie delle lamellae specie ospite di natura organica o inorganica originando composti host-guest. Questi composti si basano su interazioni ioniche o di tipo Van der Walls, che possono presentare un'elevata labilità quando il composto viene disperso in un mezzo che ha una buona affinità per la specie ospitata. La possibilità di rilasciare le specie intercalate nell'ambiente circostante in modo incontrollato è una limitazione notevole per l'uso dei solidi lamellari in numerosi ambiti tra cui quelli più significativi sono quello cosmetico, nutraceutico, farmaceutico, agrochimico e dei compositi polimerici.

1.3 Oggetto della presente invenzione è un metodo di microincapsulamento specifico per solidi lamellari attraverso reazioni di polimerizzazione in situ attivate dalla radiazione. Questa procedura si applica a particelle di solidi lamellari di dimensioni micro- e nanometriche intercalate con specie organiche o inorganiche, e provoca il rivestimento superficiale del solido lamellare (microincapsulamento) con un guscio di polimero formato insitu.

1.4 La modifica superficiale dei solidi lamellari inorganici dopati sopra descritta inibisce e/o modifica il rilascio delle specie ospitate nella matrice lamellare mantenendo le proprietà conferite al composto d'intercalazione dalla specie intercalata. Inoltre la microcapsula genera un effetto fotoprotettivo verso le specie intercalate nei solidi lamellari.

2 ARTE NOTA

2.1 L'uso delle idrotalciti come sistemi per il rilascio modificato e come drug carrier è ampiamente dimostrato dalla recente letteratura e ha stimolato editori di riviste internazionali a dedicare interi fascicoli allo stato dell'arte sull'uso di tali materiali e alla stesura di capitoli di libri tematici [Carretero M. I., Lagaly G. (Eds.): Clays and Health Clays in Pharmacy, Cosmetics, Pelotherapy, and Environmental Protection. Appi. Clay Sci., 36, 2007.; Choy J. H., Oh J. M., Park D. H. Biomedicai Applications of Layered Doublé Hydroxides in Low-Dimensional Solids, D.W. Bruce, D. O'Hare, R. I. Walton (Eds), chapter 3, 2010.]

2.2 Inoltre solidi lamellari quali idrossidi lamellari doppi, silicati, fosfati o fosfonati di zirconio, ecc. sono stati facilmente dispersi in matrici polimeriche per ottenere materiali compositi con migliorate proprietà meccaniche, ottiche, resistenza al calore, infiammabilità, permeabilità di gas, biodegradabilità nel caso di polimeri biodegradabili [M.R. Bockstaller, et al, Mater. Sci. Eng. R, 53 (2006) 73-197. G.G. Aloisi, et al. ,J. Phys. Chem. Solids, 67 (2006) 909-914; G.G. Aloisi, et al., Mater. Chem. Phys., 123 (2010) 372-3777-9; L. Latterini, et al., Inorg. Chim. Acta, 360, (2007) 728-740]. D'altro canto, catene polimeriche sono state intercalate nella regione interstrato di silicati lamellari per aumentare il carico di principi attivi e/o migliorarne la dissoluzione e rilascio [C. Braga Dornelas, et al., J Pharm Pharmaceut Sci .,14(1) 17 - 35, 2011]. Quindi i dati di letteratura indicano l'elevata affinità tra le diverse classi di solidi inorganici lamellari e matrici polimeriche.

2.3 Esistono numerosi esempi nel packaging alimentare, di rilascio controllato di specie attive da parte di materiali nanocompositi basati su matrici polimeriche e solidi inorganici lamellari [A. Arora, G.W. Padua J. Food Sci., 2010, R43-R49; H. M.C. de Azeredo Food Res. Intern., 2009, 42(9) 1240-1253; M.-A. Paul, et al., Polymer 2003, 44(2) 443-450] capaci di protrarre nel tempo il rilascio di specie antiossidanti o antibatteriche.

2.4 D'altro canto una maggiore capacità di solidi lamellari di rilasciare in maniera controllata specie organiche o inorganiche intercalate, o di bloccarle al loro interno consentirebbe di ampliare il campo di impiego di tali composti.

La prospettiva risulta estremamente interessante se si considerano i bassi costi di produzione di solidi lamellari inorganici, la loro bio-compatibilità, la loro ottima capacità di essere dispersi in forma nano- e micro-cristallina e la loro proprietà di fotoproteggere le specie intercalate .

2.5 Inoltre sarebbe auspicabile che esistesse una tecnologia che coniugasse le potenzialità sopra descritte dei solidi lamellari con le proprietà di protezione, isolamento e/o rilascio modificato proprie delle microcapsule (ampliare) .

2.6 I metodi di produzione di mierocapsule comprendono metodi fisici, chimico fisici o chimici (S. S. Bansode, S. K. Banarjee, D. D. Gaikwad, S. L. Jadhav, R M. Thorat, Intern. J. Pharmac. Sci. Rev. Res ., Volume 1 Issue 2 2010) .

2.7 Nei metodi fisici la microincapsulaz ione avviene attraverso l'uso di bassine da rivestimento, o sospensioni pneumatiche di rivestimento, o l'estrusione in centrifuga, o l'uso di ugelli vibrazionale, o spray-drying. I metodi fisico-chimici prevedono tecniche di gelificazione ionotropiche o di coacervazione, mentre tra i metodi chimici è possibile produrre microcapsula attraverso reazioni chimiche di a) policondensazione interfacciale, b) reticolazione interfacciale c) polimerizzazione in-situ d) usando matrici polimeriche ed e) per evaporazione del solvente.

2.8 Nell'ambito del presente brevetto ci occuperemo delle tecniche di produzione di microcapsule che prevedono l'uso di agenti chimici e di metodi chimico-fisici (fotochimici).

2.9 Esistono numerosi esempi di microcapsule prodotte attraverso la tecnica della policondensazione interfacciale e della reticolazione interfacciale, tuttavia questi metodi presentano l'inconveniente di non fornire protezione delle specie all'interno della microcapsula dalla radiazione ultravioletta. Inoltre in queste tecniche la presenza del tensioattivo emulsionante può causare lo svantaggio dovuto alla formazione di schiuma nella sospensione acquosa delle microcapsule. Anche la necessità in alcuni casi di pretrattare la superficie delle particelle da rivestire è uno svantaggio di queste tecniche che crea procedure laboriose e lunghe.

2.10 In particolare in US2001/0200658A1 viene indicato che l'incapsulamento di particelle inorganiche, tra cui solidi lamellari, in gusci polimerici formati mediante processi di cross-linking può essere condotto con il metodo delle microemulsioni di Pickering (reticolazione interfacciale). In questo modo catene di oligomeri vengono reticolate sulla superficie di particelle inorganiche naturali o sintetiche preventivamente modificate con derivati ammino-silani, che garantiscono la razione con i gruppi delle catene polimeriche e portano alla formazione dei nuovi legami, che sono la base del reticolo polimerico attorno alla particella inorganica. Tuttavia questo metodo presenta lo svantaggio di dover pre-trattare la superficie delle particelle prima di formare il guscio della microcapsula.

2.11 Solo in pochi processi di microincapsulaz ione è possibile utilizzare il semplice metodo della polimerizzazione in-siturin cui la polimerizzazione diretta di un monomero viene effettuata sulla superficie delle particelle. Un esempio di tale processo, riguarda le fibre di cellulosa che sono incapsulate in polietilene immerse in toluene anidro, dove il rivestimento è creato ad un tasso di deposizione di circa 0.5pm/min. Questa tecnica tuttavia raramente è adoperata in un mezzo eco-sostenibile come acqua ed a nostra conoscenza non è stata mai adoperata per formare microcapsule contenenti solidi lamellari attraverso reazioni di reticolazione fotoindotte.

2.12 A nostro avviso sarebbe estremamente vantaggioso disporre di una tecnica di produzione di microcapsule contenenti solidi inorganici, più semplice di quelle attualmente disponibili e che impiegasse procedure rispettose per l'ambiente.

3 SOMMARIO DELL'INVENZIONE

3.1 II metodo proposto nella presente invenzione riguarda la produzione di microcapsule contenenti solidi lamellari, e presenta il vantaggio di costruire un guscio polimerico attorno ai micro- nano-cristalli di solido lamellare senza necessità di pre-trattare chimicamente la loro superficie, ma utilizzando reazioni di polimerizzazione in-situ fotoindotte e condotte nel mezzo acquoso.

3.2 La mancanza di legami chimici tra particella inorganica ed il guscio polimerico consente di non alterare le proprietà elettroniche e strutturali delle solido incapsulato.

3.3 La formazione di gusci polimerici altamente reticolati mediante processi di cross-linking in-situ, sulla superficie di pacchetti di lamelle dopate consente di ridurre fino ad eliminare la labilità dei composti d'intercalazione al variare delle proprietà del mezzo dove vengono dispersi. Questa caratteristica risulta estremamente importante per gli usi in cui il rilascio o la fuoriuscita delle specie ospitate è da evitare.

Inoltre la procedura oggetto dell'invenzione permette di ottenere microcapsule con numero più basso di manipolazioni rispetto a tecniche che prevedono l'uso di microemulsioni, che si rifletterà in un minor costo del materiale finale, una più facile scalabilità della metodica per produzioni industriale ed un minor impatto ambientale.

3.4 La metodica proposta nella presente invenzione consente l'incapsulamento di particelle lamellari naturali tal quali minimizzando l'alterazione delle loro proprietà, quali la buona biocompatibilità di alcuni solidi inorganici lamellari (quali per esempio 1 'idrotalcite oggetto della procedura proposta dalla presente invenzione) . Inoltre l'assenza di modifiche chimiche dei composti d'intercalazione consente di non alterare il complesso lamella-specie ospitata né dal punto di vista qualitativo né quantitativo.

4. BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Figura 1. Illustrazione dei processo di produzione di una microcapsula contenente un solido lamellare intercalato, via polimerizzazione in<>situ fotindotta.

Figura 2. Sono riportati gli spettri di diffrazione e le analisi termogravimetriche utilizzate per attribuire le strutture molecolari dei solidi lamellari intercalati e/o graftati secondo l'invenzione. Figura 2.A. Spettro di diffrazione a raggi X su polveri di idrotalcite zinco alluminio nitrato (Prolabin & Tefarm) utilizzata per le successive funzionalizzazione del solido lamellare. Figure 2.B. Spettri di diffrazione a raggi X su polveri dell'intermedio di reazione idrotalcite zinco alluminio intercalata con perclorato e del prodotto finale idrotalcite zinco alluminio intercalata con fluoresceina (Esempio 1). Figure 4.D. Spettri di diffrazione a raggi X su polveri di alfa fosfato di zirconio cristallino e del prodotto di intercalazione alfa zirconio fosfato intercalato con rodamina B (Esempio 2).

Figura 3. Sono riportate le immagini ottenute tramite microscopio ottico ed in fluorescenza di composti

d'interacalaz ione fotoreticolati con la procedura descritta secondo la seguente invenzione. Figure 3.A. Immagine ottenuta tramite microscopio ottico del composto

d'interacalazione idrotalcite zinco alluminio intercalata con fluoresceina con PVP fotoreticolato (esempiol); are di scansione 233x233 pm<2>. Figure 3.B. Immagine ottenuta tramite microscopio confocale in fluorescenza del composto d'interacalazione idrotalcite zinco alluminio intercalata con fluoresceina ed incapsulato in PVP fotoreticolato (esempiol); area di scansione 14x14 pm<2>

Figura 4.A. Nella parte sinistra della figura sono sovrapposti gli spettri di assorbimento di rodamina B solida tal quale (linea blu) ed intercalata in alfa-zirconio fosfato e di rodamina B intercalata in alfa zirconio fosfato prima (linea nera) e dopo (cerchi rossi) irradiamento a 550 ± 30 nm per 150'.

Figura 4B. Nella parte sinistra della figura vi è lo spettro di assorbimento del sistema rodamina B intercalata in alfa-zirconio fosfato e rivestita con PVP fototoreticolatornella parte destra, come prova di fotostabilità, sono sovrapposti gli spettri di assorbimento del filato in cashmere tinteggiato il medesimo sistema prima (linea nera) e dopo (cerchi rossi) irradiamento a 550 ± 30 nm per 150'. Figura 4C. Nella parte sinistra della figura sono sovrapposti gli spettri di assorbimento di fluoresceina solida tal quale (linea blu) ed intercalata in idrotalcite zinco alluminio (linea nera). Nella parte destra della figura, come prova di fotostabilità, sono sovrapposti gli spettri di assorbimento del filato in cashmere tinteggiato con fluoresceina intercalata in idrotalcite zinco alluminio e rivestita con PVP fototoreticolato prima (linea nera) e dopo (cerchi rossi) irradiamento a 450 ± 30 nm per 150'.

5. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

5.1 Nell'ambito della presente invenzione saranno utilizzate le seguenti definizioni con i significati di seguito illustrati:

- Solido lamellare è un composto inorganico non contenente carbonio organico, che, per la sua struttura chimica, forma un solido che si dispone spazialmente come una successione di lamelle, cioè di cristalli che hanno una dimensione molto minore delle altre due (vedi il capitolo 1 del Volume VII di Comprehensive Supramolecular Chemistry, Pergamon Press, Oxford, 1996) . Se le lamelle portano una carica elettrica (positiva o negativa), all'interno delle gallerie tra le lamelle si posizionano ioni di carica opposta, per preservare la neutralità elettrica del solido. Tali ioni possono essere sostituiti da molecole coloranti in forma ionica, attraverso reazioni di scambio ionico;

- Composto di intercalazione è il materiale che si ottiene a seguito della funzionalizzazione (intercalazione) di molecole o ioni atomici o molecolari nelle regione interlamellare di solidi lamellari;

- Pacchetto di lamelle è un insieme di lamelle sovrapposte, orientate come i fogli di carta di una risma, che costituisce una particella di solido lamellare.

- Sito di intercalazione è il sito dell'inorganico in cui è presente la carica netta (positiva o negativa in dipendenza del tipo di inorganico), che verrà neutralizzata dalla molecola in forma ionica;

5.2 II metodo di microincapsulamento secondo l'invenzione prevede l'utilizzo di particelle solide inorganiche aventi struttura lamellare, detti anche solidi lamellari. Queste particelle hanno la caratteristica di essere agglomerati macromolecolari di dimensioni medie comprese tra 0,1-100 micron che possono essere funzionalizzate negli strati lamellari con molecole organiche di svariato.

5.3 II solido lamellare inorganico intercalato con molecole organiche è caratterizzato dal fatto che le molecole organiche sono ancorate alle lamelle del solido inorganico attraverso legami ionici, ed il sistema risultante solido lamellare - molecole organiche è detto composto di intercalazione.

5.4 Tra i solidi inorganici lamellari dotati di proprietà di intercalazione (vedi il capitolo 1 del Volume VII di Comprehensive Supramolecular Chemistry, Pergamon Press, Oxford, 1996) agli effetti dell'invenzione, verranno considerati solo quelli con carica della lamella negativa, controbilanciata da cationi inseriti nella regione interlamellare (cosiddetti solidi lamellari cationici) e quelli con carica positiva, controbilanciata da anioni inseriti nella regione interstrato, (cosiddetti solidi lamellari anionici) (interlamellare e interstrato sono da considerare sinonimi). Tra i primi si possono menzionare in modo non limitativo le argille cationiche (montmorillonite, vermiculite, fluoroectorite, bentonite) e i fosfati di zirconio o titanio, che sono in grado di intercalare mediante un processo di scambio cationico coloranti contenenti nella molecola un sito che può essere convertito in catione, in genere un sito amminico in grado di dare un catione di ammonio quaternario. Tra i secondi vanno considerate le idrotalciti sintetiche, conosciute anche con il nome di argille anioniche o idrossidi lamellari doppi (perché riferiti a due cationi presenti nello strato, ad es. Mg6Al2 (OH)i6C03, che possono intercalare mediante un processo di scambio anionico coloranti con siti che possono fornire anioni, tipicamente gruppi carbossile, fenolico, solfonico, fosfonico.

5.5 Solidi lamellari preferibili per l'intercalazione di molecole organiche di tipo anionico sono le idrotalciti sintetiche di tipo Mg - Al o Zn - Al con un rapporto molare Mg(Zn)/Al variabile da 1,5 a 4 e con una capacità di scambio anionico variabile da 2 a 5 milliequivalenti/grammo (mequiv./g). La preferenza per questo tipo di idrotalciti deriva dal fatto che i metalli zinco e magnesio sono particolarmente inerti e sicuri rispetto la salute umana [ 1) C. Del Hoyo, "Layered doublé hydroxides and human health: An overview", Applied Clay Science 36 (2007) 103-121. 2) Jae-Min Oh,ab Timothy T. Biswicka and Jin-Ho Choy, "Layered nanomaterials for green materials", J. Mater. Chem., 2009, 19, 2553-2563] e rispettosi dell'ambiente, inoltre hanno il pregio di essere metalli relativamente poco costosi ed adatti per l'impiego manifatturiero industriale.

5.6 Altri solidi lamellari preferibili per l'intercalazione di molecole organiche di tipo cationico sono i fosfati di zirconio sintetici di tipo alfa e di tipo gamma. La preferenza per i fosfati di zirconio deriva dalla loro stabilità chimica, il basso costo, e la loro inerzia e sicurezza verso la salute umana (M. Roming et al., ZrO (HPO4) (FMN)x: Quick and Easy Synthesis of a Nanoscale Luminescent Biomarker Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 632 -637; A. Diaz et al. Nanoencapsulation of Insulin into Zirconium Phosphate for Orai Delivery Applications, Biomacromolecules 2010, 11, 2465-2470).

5.7 Nel caso delle idrotalciti il solido lamellare deriva dalla brucite Mg(OH)2per sostituzione Mg/Al, che crea un eccesso di carica positiva, compensata da anioni presenti nelle gallerie (per es. Ci<”>o NCq). La carica dipende dall'estensione della sostituzione Mg/Al e viene espressa come densità di carica, che determina la capacità di scambio anionico (mequiv/g). La formula generale delle idrotalciti sintetiche o idrossidi doppi lamellari può essere scritta come formula generale (I):

dove M(II) è un metallo di valenza (II) preferibilmente scelto fra Mg, Zn, Co, Ni, Mn, Cu; M(III) è un metallo di valenza (III) preferibilmente scelto fra Al, Cr, Fe, V, Co; A<n~>è un anione di carica negativa n, che compensa la carica; m è il numero di molecole di solvente, generalmente acqua, co-intercalato (S), per peso formula del composto. Il numero di moli x del catione M(III) per peso formula del composto generalmente varia tra 0.20 e 0.40 e il suo valore determina la densità di carica dello strato e la capacità di scambio anionico. Il numero di moli di solvente co-intercalato, m, è normalmente compreso tra 0 e 2, dipendendo dalla natura di A e dal grado di intercalazione (per esempio 0.6 H20).

5.8 Nel caso dei fosfati di zirconio (idrogeno fosfati di zirconio), questi sono materiali lamellari acidi caratterizzati da elevata stabilità chimica e termica con la capacità di incorporare diversi tipi di molecole di varie dimensioni tra gli strati lamellari. Esistono varie fasi di zirconio fosfati che variano nella distanza intelamellare e nella struttura cristallina. Tra tutte le più utilizzate sono le fasi di tipo alfa e gamma le cui formule sono riportate di seguito:

5. 9 Una volta intercalato con una molecola cationica avente di formula B<n+>e carica netta pari ad n, le formule dei fosfati di zirconio diventano:

5.10 II numero di moli x per peso formula del composto generalmente varia tra 0.1 e 2 nel caso dei fosfati di tipo alfa e tra 0,1 e 1 nei fosfati di tipo gamma, inoltre il suo valore determina il grado di scambio ionico.

5.11 La preparazione del solido lamellare intercalato con molecole organiche comprende lo stadio di ancorare le molecole organiche al solido inorganico a struttura lamellare, normalmente mediante una reazione di scambio ionico. Il processo viene condotto secondo procedure note, come ad esempio descritto in Z. Kristallogr. 224 (2009) 273-281 / DOI 10.1524/zkri.2009.1153, che comportano il disperdere la polvere del solido lamellare scelto in una soluzione contenente la molecola da intercalare in forma ionica. Lo scambio avviene di norma sotto agitazione della soluzione alla temperatura prescelta ed utilizzando volumi di soluzione e concentrazioni adatte ad ottenere lo scambio parziale o totale degli ioni presenti nel solido di partenza.

5.12 Esempi di preparazione di solidi lamellari intercalato con il molecole organiche sono dati negli esempi 1 e 2.

Il composto di intercalazione può essere caratterizzato attraverso misure di termogravimetria, che fornisce la quantità di inorganico residuo dopo la degradazione termica a 800°C (per differenza si ottiene la quantità di specie presente nella miscela), di analisi diffrattometrica con i Raggi X (Figura 2) di analisi di microscopia ottica (Figura 3) e di analisi UV-visibile (Figura 4) che forniscono l'evidenza dell'intercalazione. Le ultime ultimi due tecniche di analisi sono particolarmente sensibili quando la specie intercalata sono o contengono specie cromoforiche.

5.13 II metodo di produzione di microcapsule secondo l'invenzione prevede la funzionalizzazione della superficie esterna del pacchetto di lamelle del solido inorganico già dopato con molecole organiche capaci di intercalarsi nella regione interstrato del solido lamellare o adsorbirsi sulla superficie della lamella attraverso un rivestimento con film polimerico, tale da generare una microcapsula contenete il solido lamellare e la specie intercalata (figura 1).

5.14 II rivestimento polimerico è realizzato attraverso la tecnica della polimerizzazione causata da reazioni di reticolazione (crosslinking) fotoindotti. La polimerizzazione fotoindotta di monomeri o oligomeri (UV-curing) è uno dei metodi più efficienti di preparare un reti polimeriche fotoreticolate [L.C. Lopèrgolo, A.B. Bugao and L.H. Catalani, Polymer, 2003, 44, 6217; C. Decker, Pigm. Res. Techn., 2001, 30, 278; P. Bosch, A. Fernandez-Arizpe, F. Catalina, J.L. Mateo, C. Peinado, Macromol. Chem. Phys., 2002, 203, 336]. In tempi brevi ed in maniera selettiva resine liwuide di monomeri nella regione irradiata vengono trasfomate in polimeri solidi che sono risultati estremamente resistenti al calore ed ai trattamenti meccanici. Questi effetti e la facile scalabilità della procedura, fanno della tecnologia di UV-curing ampiamente usata in diverse applicazioni industriali [C. Decker, Pigm. Res. Techn., 2001, 30, 278] . In letteratura sono stati descritti diversi meccanismi del processo fotochimico di fotopolimerizzazione alcuni basati su intermedi radicalici o carbocationici [Y. Yagci, S. Jockusch, N.J. Turro, Macromol. 2010, 43, 6245-6260]. Nel caso di monomeri vinilici il meccanismo più accreditato è di tipo radicalico. Il monomer vinil-pirrolidone può essere fotoreticolato efficientemente per irradiamento UV a produrre una rete polimerica di dimensione (peso molecolare) controllata. Il processo condotto in acqua ed condizioni di concentrazioni controllate consente di ottenere polimeri a basso peso molecolare solubili in acqua [V. Buhler, Kollidon® Polyvinylpyrrolidone excipients for thè pharmaceutical industry, BASF SE, March 2008].

La fotoreticolazione di oligomeri di vinilpirrolidone intorno a nanoaggregati di molecole organiche è stata già utilizzata per migliorare la stabilità questi ultimi [M. Amelia, D. Zoppiteli!, C. Roscini, L. Latterini, ChemPhysChem, 2010, 14, 3089-3092].

5.15 La procedura descritta nella presente invenzione prevede l'uso di una dispersione del solido lamellare in acqua in presenza di monomeri, tali che la percentuale in peso di monomero (% peso m.) rispetto alla percentuale in peso di solido lamellare intercalato (% peso s.l.i.) possa variare tra i seguenti intervalli: (% peso m. ) sia tra le 20-10 volte maggiore della (% peso s.l.i.), più preferibilmente (% peso m.) sia tra le 10-5 volte maggiore della (% peso s.l.i.), ancora più preferibilmente (% peso m.) sia tra le 5-0,1 volte la (% peso s.l.i.).

5.16 La polimerizzazione è innescata irraggiando la sospensione con una lampada UV, basata su un bulbo a bassa pressione di mercurio ed il tempo di reazione può variare tra 20-100 minuti. Le microcapsule contenenti il solido lamellare prodotte secondo l'invenzione possono essere recuperate per semplice filtrazione dalla sospensione di reazione e sono essiccate in stufa ventilata.

5.17 II monomero utilizzato è in via non esclusiva del tipo vinil-pirrolidone, o del tipo vinil-acetato, comunque di tipo vinilico, tale da realizzare un rivestimento in polivinil pirrolidone (PVP) o, polivinil alcool, o derivati polivinilici. Altri monomeri vantaggiosamente impiegabili secondo l'invenzione sono vinil-carbonato e vinilcarbammato o loro oligomeri, acrilato di metile o etile, metacrilato di metile o etile, cloruro di vinile, acetato di vinile e quelli appartenenti alle classi delle anidridi e stireni variamente funzionalizzati.

5.18 Molecole organiche intercalate nei solidi lamellari e vantaggiosamente impiegabili secondo l'invenzione sono filtri solari, ingredienti attivi per formulazioni cosmetiche con speciale riferimento a quelle sensibili verso l'ossidazione e l'idrolisi e la fotodegradazione, principi attivi farmaceutici con particolare interesse verso la modulazione della biodisponibilità, molecole di interesse agrochimico come pesticidi ed erbicidi, molecole di interesse nutraceutico ed alimentare con speciale riferimento a quelle sensibili verso l'ossidazione e 1'idrolisi, molecole assorbitori di luce ultravioletta specialmente nel campo dei compositi polimerici, molecole coloranti.

5.19 Molecole organiche intercalate nei solidi lamellari e vantaggiosamente impiegabili secondo l'invenzione sono quelle caratterizzate da instabilità fotochimica, istabilità chimica verso reazioni di ossidazione ed idrolisi.

Esempi di preparazione di microcapsule contenenti solidi lamellari intercalati con molecole organiche di tipo fluorescente sono descritti negli esempi 3 e 4.

La figura 3A mostra l'immagine registrata mediante microscopio ottico di micro-particelle di idrotalcite Zinco-Alluminio incapsulate in un guscio di polivililpirrolidone fotoreticolato attorno ai pacchetti di lamelle (zone a maggior contrasto con diametro di qualche micrometro). L'immagine mostrata in Figura 3Bè stata ottenuta mediante microscopio confocale in fluorescenza e mostra lo zoom su due micro-particelle di idrotalcite Zinco-Alluminio dopate con fluoresceina e poi incapsulate in un guscio di polivililpirrolidone secondo la procedura descitta nella seguente invenzione. La presenta di una elevata intensità di fluorescenza (uguale al quella del materiale non incapsulato) indica che il colorante rimane intercalato e le sue proprità ottiche non venfono alterate dal processo di fotoreticolazione del guscio polimerico. La stabilità della fluorescenza (assenza di fenomeni di fotobleaching), che consentono la registrazione di immagini ad alta risoluzione, confermano l'effetto di fotoprotezione del solido lamellare sul composto intercalato.

5.20 II confinamento di specie chimiche nel solido lamellare genera un effetto fotoprotettivo vantaggioso per l'uso di molecole sensibili alla luce. L'effetto fotoprotettivo esercitato dal solido lamellare è dimostrato nel caso di specie coloranti quali la rodamina e la fluoresceina intercalate rispettivamente nel fosfato di zirconio di tipo alfa e in idrotalcite sintetica di tipo zinco alluminio.

Sia la rodamina che la fluoresceina sono coloranti fluorescenti soggetti a rapida fotodegradazione, ma come documentato dagli spettri di assorbimento dopo irradiamento (Figure 4.), l'intercalazione nel solido lamellare delle specie fluorescenti ne aumenta la stabilità nei confronti della a stimolazione luminosa.

5.21 I vantaggi ottenuti da una simile tecnica di formazione di microcapsule polimeriche attraverso reazioni di polimerizzazione in situ fotoindotte sono i seguenti:

- procedura estremamente semplice ed eco-compatibile; possibilità di controllare lo spessore del rivestimento semplicemente variando la concentrazione di monomero; possibilità di innescare la reazione con un impulso luminoso;

- procedura scalabile per applicazioni industriali; possibilità di estendere il campo d'uso dei solidi lamellari eliminando il problema del rilascio indesiderato, o precoce o della migrazione nella formulazione delle specie intercalate;

- aumentare la fotoprotezione delle specie intercalate dovuta all'effetto sinergico del solido lamellare e del rivestimento fotoreticolato;

aumentare la protezione dall'ossidazione e dall'idrolisi delle specie intercalate dovuta all'effetto sinergico del solido lamellare e del rivestimento fotoreticolato.

5.22 ESEMPI

Esempio 1. Preparazione di idrotalcite zinco alluminio intercalata con fluoresceina.

I g di idrotalcite ZnAl-nitrato avente formula [Zn0, 67AI0,33(OH)2 ](NO3) 0,33*0,5 H20 acquistato dalla Prolabin & Tefarm srl codice prodotto HT-203, viene disperso sotto agitazione in 100 mL di una soluzione acquosa (acqua de-ionizzata e distillata) di perclorato di sodio contenente 3.85 g di perclorato di sodio per 18 ore. Il solido risultante viene separato per filtrazione (sottovuoto con carta da filtro 0.45 micron) o centrifugazione (5 min 4000 giri/min) e successivamente lavato con 100 mL di acqua de-ionizzata fino a scomparsa degli ioni perclorato nelle acque (3 lavaggi). Infine il solido viene seccato a 60 °C in stufa ventilata. ;II solido recuperato viene poi disperso sotto agitazione in 100 mL di una soluzione acquosa (acqua de-ionizzata e distillata) di fluoresceina contenente 1.21 ;g di fluoresceina acida e 0.146 g di NaOH per 24 ore. Il solido risultante viene separato per filtrazione (sottovuoto con carta da filtro 0.45 micron) o centrifugazione (5 min 4000 giri/min) e successivamente lavato con 100 mL di acqua de-ionizzata fino a scomparsa della colorazione delle acque (circa 3 lavaggi). Infine il solido viene seccato a 60 °C in stufa ventilata per 18 ore. ;Il prodotto ottenuto (1,6 g), di colore giallo, ha la seguente formula: ;; Esempio 2. Preparazione di fosfato di zirconio alfa intercalato con rodamina B. ;;1 g di alfa-idrogenofosfato di zirconio avente formula Zr(HP04)2*l H20, acquistato dalla Prolabin & Tefarm srl codice prodotto ZP-101, viene disperso in 67 mL di acqua de-ionizzata. Alla dispersione vengono aggiunti lentamente e sotto vigorosa agitazione 33 mL di una soluzione acquosa 0.1 M di propilammina. Alla dispersione così ottenuta vengono aggiunti sotto agitazione 0.795 g di rodamina B, la sospensione viene lasciata sotto agitazione per 18 ore. Il solido gelatinoso risultante viene separato per centrifugazione (10 min 5000 giri/min) e successivamente lavato con 100 mL di acqua de-ionizzata fino a neutralità delle acque (3 lavaggi). Infine il solido gelatinoso viene seccato a 80 °C per 18 ore in stufa ventilata. Il prodotto ottenuto (1,7 g), di colorazione rosa, ha la seguente formula:

Esempio 3. Preparazione di idrotalcite zinco alluminio intercalata con fluoresceina e rivestita con polivinilpirrolidone attraverso la tecnica della polimerizzazione da reazione di reticolazione fotoindotte.

1 g di idrotalcite zinco alluminio intercalata con fluoresceina (esempio 2) è stato sospeso in 385 mi di soluzione acquosa (14,4 g/L) di oligomeri di l-vinil-2-pirrolidone (5,53 g); la sospensione è stata irradiata, sotto agitazione per 60 minuti, con una lampada UV basata su bulbo a bassa pressione di mercurio a 254 nm per indurre la fotoreticolazione. La soluzione è stata evaporata a pressione ridotta e 60°C per ottenere 6,5 g di solido di colore giallo costituito da particelle di idrotalcite intercalata con fluoresceina rivestite di PVP.

Esempio 4 . Preparazione di alf a-idrogenof osfato di zirconio intercalato con rodamina e rivestito con polivinilpirrolidone attraverso la tecnica della polimerizzazione da reazione di reticolazione fotoindotte.

1 g di alfa-idrogenof osfato di zirconio intercalato con rodamina (esempio 3) è stato sospeso in 385 mi di soluzione acquosa (14,4 g/L) di oligomeri di l-vinil-2-pirrolidone (5,53 g) ; la sospensione è stata irradiata, sotto agitazione per 60 minuti, con una lampada UV basata su bulbo a bassa pressione di mercurio a 254 nm per indurre la fotoreticolazione. La soluzione è stata evaporata a pressione ridotta e 60°C per ottenere 6,5 g di solido di colore rosa costituito da particelle di zirconio fosfato intercalato con rodamina rivestite di polivinil pirrolidone .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di produzione di microcapsule contenenti solidi lamellari funzionalizzati attraverso la tecnica della polimerizzazione in-situ causata da reazioni di reticolazione (crosslinking) fotoindotte 2. Microcapsule prodotte secondo la rivendicazione 1 il cui solido lamellare sia 1'idrotalcite sintetica avente formula generale:

dove M(II) è un metallo di valenza (II) preferibilmente scelto fra Mg, Zn, Co, Ni, Mn, Cu.; M(III) è un metallo di valenza (III) preferibilmente scelto fra Al, Cr, Fe, V, Co; A<n~>è un anione di carica negativa n, che compensa la carica del metallo trivalente ed è preferibilmente scelto fra anioni organici; m è il numero di molecole di solvente, generalmente acqua, co-intercalato (S), per peso formula del composto. Il numero di moli x del catione M(III) per peso formula del composto generalmente varia tra 0.20 e 0.40 e il suo valore determina la densità di carica dello strato e la capacità di scambio anionico. Il numero di moli di solvente co-intercalato, m, è normalmente compreso tra 0 e 2, dipendendo dalla natura di A e dal grado di intercalazione; 3. Microcapsule prodotte secondo la rivendicazione 1 il cui solido lamellare sia il fosfato di zirconio nelle forme alfa e gamma avente formula generale:

dove B è un colorante cationico di carica positiva n preferibilmente scelto fra cationi organici ed il numero di moli x per peso formula del composto generalmente varia tra 0.1 e 2 nel caso dei fosfati di tipo alfa e tra 0,1 e 1 nei fosfati di tipo gamma 4. Microcapsule prodotte secondo la rivendicazione 1 in cui il rivestimento polimerico è realizzato usando monomeri quali vinil-pirrolidone, vinil-acetato, vinil-carbonato e vinil-carbammat o o loro oligomeri, acrilato di metile o etile, metacrilato di metile o etile, cloruro di vinile, acetato di vinile e quelli appartenenti alle classi delle anidridi e stireni variamente funzionalizzati . 5. Microcapsule secondo la rivendicazione 1 in cui il rivestimento polimerico aumenta la fotostabilità delle specie intercalate e/o assorbite nei solidi lamellari. 6. Microcapsule secondo la rivendicazione 1 in cui il rivestimento polimerico protegge dall'ossidazione le specie intercalate e/o assorbite nei solidi lamellari. 7. Microcapsule secondo la rivendicazione 1 in cui il rivestimento polimerico permette il rilascio modificato delle specie intercalate e/o assorbite nei solidi lamellari. 8. Microcapsule secondo la rivendicazione 1 in cui il rivestimento polimerico impedisce la migrazione delle specie intercalate e/o assorbite nei solidi lamellari quando queste sono usate in compositi polimerici di tipo termoplastico o termoindurente. Microcapsule secondo la tecnologia della rivendicazione 1 in cui il rivestimento polimerico impedisce la migrazione delle specie intercalate e/o assorbite nei solidi lamellari quando queste sono usate in compositi polimerici di tipo termoplastico o termoindurente .