JP4737904B2 - 可変放出マイクロカプセル - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、マイクロカプセル及びその製造プロセスに関する。特に、本発明は、水に実質的に不溶性である液体物質の封入化液滴に関するものであり、封入化剤はジスルフィド単位を含有するシェル壁(shell wall)であり、これによって環境に敏感な、可変放出壁（variable release wall）を形成する。さらに本発明は、かかるマイクロカプセルの製造プロセス及びその使用法に関する。
発明の背景
液体、溶媒中に溶解または懸濁させた、単数及び複数種類の固体をゆっくりとまたは制御放出させるためにマイクロカプセルを使用することは、医薬、スペシャリティ・ケミカル及び農業などの化学業界では公知である。制御放出技術は、農業においては除草剤、殺虫剤、殺真菌剤、殺菌剤及び化学肥料の効率を改善してきた。非農業的利用としては、封入化染料、インキ、医薬品、フレーバー化剤及び芳香が挙げられる。
このマイクロカプセルの壁は通常は多孔質であり、その壁の孔を通して拡散することによって、閉じこめられた物質をゆっくりまたは制御された速度で周囲媒体に放出する。制御放出できることに加えて、この壁は湿潤土壌などの水及び水含有媒体に水非混和性液体を分散し易くする。このようにして封入された液滴は、特に、潅漑、雨及び散水由来の水が存在することが多い農業では有用である。
物質をマイクロカプセル化するための種々のプロセスは既に開発されている。これらのプロセスは、三つのカテゴリ−物理的方法、相分離及び界面反応−に分類することができる。物理的方法カテゴリでは、マイクロカプセル壁物質とコア粒子が物理的に一緒にされ、壁物質がコア粒子の周囲を流動してマイクロカプセルを形成する。相分離カテゴリでは、マイクロカプセルは、非混和性連続相中にコア物質を乳化または分散させることによって形成されるが、非混和性連続相中では、壁物質が溶解され、コアセルベーションなどによって連続相から物理的に分離され、コア粒子の周りに付着される。界面反応カテゴリでは、マイクロカプセルは、非混和連続相中にコア物質を乳化または分散させ、次いでコア粒子表面で界面重合反応を起こすことによって形成する。
上記プロセスは有用性が多岐にわたる。噴霧乾燥、噴霧冷却及び加湿ベッド噴霧コーティングなどの物理的方法では、溶媒の蒸発または冷却に伴う揮発損失及び汚染制御問題により、さらに殆どの条件下では全ての製品が封入化されているわけではなく、また全てのポリマー粒子が製品コアを含有しているわけではないことにより、製品のマイクロカプセル化の有用性は限られている。相分離技術には、プロセス制御及び生成物装填限界という不利がある。再現可能な相分離条件を達成することは困難であり、相分離したポリマーに優先的にコア液滴を確実に湿潤させるのも困難である。
界面重合反応法は、農薬のマイクロカプセル化に関し農業で使用するのに最適なプロセスであることが立証されている。界面反応法には種々のタイプがある。その一つの界面重縮合マイクロカプセル化プロセスでは、二種類の異なるモノマーを油/水界面で接触させ、縮合によってこれらを反応させてマイクロカプセル壁を形成する。
もう一つの現場（in situ）界面重縮合反応では、油性コア及び一つ以上のプレポリマーを含有する有機相を製造する。次いで水と界面活性剤とを含有する連続または水相溶液にこの有機相を分散させる。この有機相は、乳化によって水相内にくまなく離散液滴として分散され、離散有機相液滴と周囲の連続水相との間には界面が形成する。この界面におけるin situ自己縮合及び有機相液滴内でのポリマーの硬化は、約20℃〜約100℃の温度にエマルションを加熱することによって開始する。十分な時間加熱を実施して、プレポリマーのin situ縮合を実質的に完了させて、有機コア物質を封入する固体透過性ポリマーシェル(solid permeable polymer shell)からなるカプセルに有機液滴を転換させる。使用プレポリマーのタイプに依存して、縮合の間にエマルションのpHを約０〜約４のpHに維持するために酸性化剤が必要である。
in situ縮合により製造したマイクロカプセルには二種類あることが知られている。一つは、米国特許第4,285,720号に例示されているように、ポリ尿素マイクロカプセルであり、これはプレポリマーとしてポリメチレンポリフェニルイソシアネート(PMPPI)及び／またはトリレンジイソシアネート(TDI)などの少なくとも一種のポリイソシアネートの使用を含む。ポリ尿素マイクロカプセルの製造において、壁形成反応は、エマルションを高温に加熱することによって開始し、この時イソシアネートポリマーが界面で加水分解してアミンを形成し、これが順に非加水分解化ポリマーと反応してポリ尿素マイクロカプセル壁を形成する。
もう１つは、本明細書中参照として含まれる米国特許第4,956,129号、同第5,160,529号及び同第5,332,584号に例示されるように、アミノプラストマイクロカプセルであり、ここで壁形成プレポリマーはエーテル化またはアルキル化アミノホルムアルデヒド(アミノプラスト)レジンである。このアミノプラストマイクロカプセル壁は、エマルションを加熱し、同時にエマルションに酸性化剤を添加してエマルションのpHを約０〜約４に維持することによって形成する。エマルションの加熱及びそのpHを低下させることを十分な時間維持して、アミノレジンのin situ自己縮合及び／または架橋を実施し、それによってアミノプラストマイクロカプセル壁を形成する。
in situ縮合により製造したマイクロカプセルは、農薬充填量が多く、製造コストが低いだけでなく、非常に効果的な膜と、水相にモノマー残渣が残留しないという利点がある。さらに、そのようなマイクロカプセルは、マイクロカプセルシェルを通して周囲媒体に拡散することによって、封入化物質をゆっくりまたは制御された速度で放出させることができる。
これらの制御放出マイクロカプセルは長期にわたって封入化物質を放出するものとして長期有効性を提供し、有効期間の間中利用可能である。農業分野では、特定の環境条件下で比較的短期間で劣化または分解する農薬または他の成分にとって、このことは特に重要である。これらの状況でマイクロカプセル化組成物を使用すると、初期用量が一回で多い場合よりも必要な量で連続して環境中に放出されるので、長期間、通常数週間にわたって封入化成分の効果的な活性が得られる。制御放出マイクロカプセル化農薬は主に除草剤として使用され、植物の発育または昆虫の発生前に土壌に適用する。そのような適用では、所定の期間にわたって有効なため、新しく発生した雑草や昆虫をその幼生段階で殺滅または制御することができる。マイクロカプセル化殺虫剤及び殺真菌剤は葉への適用にも使用することができる。
農薬などの製品のマイクロカプセル化により、マイクロカプセルのポリマー壁が取扱者と効力の強い農薬との接触を最小化するという点で、農薬の取り扱いの安全性が高まるという恩恵がさらに得られる。さらに、封入化成分の漸次(gradual)制御放出及び迅速制御放出の両方の利点をもつのが望ましいという場合がある。それは、マイクロカプセルが有害昆虫によって摂取される場合である。そのような場合には、マイクロカプセル壁が直ちに壊れて、農薬が昆虫の腸内に迅速に放出されるのが望ましい。さらに、有用な昆虫則ち有害でない昆虫によってマイクロカプセルが摂取される場合には、その壁が壊れずに生存させるのが望ましい。
発明の概要
米国特許第4,956,129号、同第5,160,529号及び同第5,332,584号に記載されているのと同様のin situ重縮合反応によって形成したマイクロカプセルの壁は、アミノプラスト壁にジスルフィド結合を含ませたり、またはジスルフィド結合をもつか若しくはこれを形成し得る化合物でアミノレジンを置換することによって改質し得ることが知見された。これらの結合は、当該マイクロカプセルが知見される環境に依存して、そのマイクロカプセルに含まれる物質が漸次制御放出または急速誘発化放出によって放出されるように、マイクロカプセル壁の特性を高めるように機能する。
農業用途に関するこれらの環境としては、そのようなマイクロカプセルが適用され得る地形または植物が挙げられる。そのような環境では、封入化物質は徐々に放出される。この環境としては昆虫の腸も挙げられ、その中の状況によってジスルフィド結合の開裂を誘発したりまたは引き起こして、封入化物質を迅速または急速に放出させる。従って、この封入化物質は、ジスルフィド結合の開裂を誘導しない環境中ではマイクロカプセルの壁を横切って徐々に放出することができ、またはジスルフィド結合は、マイクロカプセルを取り巻く環境条件によって開裂して、封入化物質を迅速に放出することができる。
そのようなマイクロカプセルの製造プロセスは、
(a)封入化すべき物質と壁形成物質とを含む有機溶液または油性相を製造し、これによって壁形成物質は油性相に溶解し、且つ一種以上の架橋剤を含み、ここで少なくとも一種の架橋剤はポリチオール化合物及び、場合によりアルキル化アミノホルムアルデヒドプレポリマーである；
(b)水、保護コロイド及び、場合により相転移触媒及び／または乳化剤を含む連続相水溶液中に有機溶液のエマルションを作成し、ここでエマルションは連続相水溶液内にくまなく分散した有機溶液の離散液滴を含み、有機溶液の離散液滴と水溶液との間には界面が形成し；次いで
(c)エマルションを加熱し、場合により同時にエマルションに酸性化剤を添加して壁形成を実質的に完了させるのに十分な時間、エマルションのpHを約０〜約４に維持することによって、ジスルフィド結合をin situ縮合及び／または形成させて、水溶液との界面で離散液滴の有機溶液中で壁形成物質を硬化させて、有機溶液液滴を、物質を封入する固体透過性ポリマーシェルからなるカプセルに転換させる、各段階を含む。
このプロセスにより形成したマイクロカプセルは、周囲媒体にシェルを通して拡散することによって封入化物質を漸次制御速度で放出することができる。さらに、このプロセスにより形成したマイクロカプセルは、そのような開裂を促進する周囲媒体の存在下で、ジスルフィド結合の開裂によって封入化物質を急速に放出することができる。本発明は、上記プロセスとこのようにして形成したマイクロカプセルのいずれにも関する。
マイクロカプセルからの活性成分のFickian拡散による放出速度は、等式：
【化３】
[式中、(4πr'r")はカプセルの表面積であり、Ｐは壁の透過性であり、r"-r'は壁の厚さであり、c'-c"は壁を横切る濃度差である]により定義することができる。透過性Pは活性成分の拡散(D)と分配(K)係数の積であり、壁物質の化学的性質に大きく依存する。
放出速度は、マイクロカプセル壁の化学組成、従って透過性を変えることによってかなり変動させることができる。ジスルフィド結合の導入はそのようなアプローチの一つである。さらに、ジスルフィド結合は幾つかの薬剤による開裂に敏感であるので、要求に応じて急速放出することができる。可能な誘発化剤としては、塩基系及び／または還元系が挙げられる。
本発明の一つの側面では、ジスルフィド単位を含有し、半透過性バリヤを提供するマイクロカプセル壁組成物について記載する。この壁は、(1)全ての壁形成物質が硫黄原子を含有する；または(2)壁形成物質の幾つかは硫黄原子を含有するが、幾つかは含有しない物質から製造することができる。
本発明のもう１つの側面では、物質からマイクロカプセル壁にジスルフィド結合を導入するためのプロセスについて記載し、ここで(1)ジスルフィド単位が壁形成時に生成する；または(2)ジスルフィド単位が出発物質中に既に存在している。壁形成用物質が容易に入手可能であり別の段階で特別な製造を必要としない場合には、第一の選択が好ましい。
発明の詳細な説明
上記アミノプラスト・マイクロカプセル・プロセスで壁形成法を変更することによって改質(modified)化学構造を製造して、壁の特性を変更できることを知見した。このプロセスではポリチオール化合物を使用し、架橋剤のチオール基の幾つかの間にジスルフィド結合を逐次または同時に形成することを含み、そしてアミノプラストレジンを使用するときには、他のチオール基とアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンとの間に上記の如くチオエーテル結合を形成することを含む。
最も簡単な様式において、本発明のマイクロカプセルは、ポリチオール化合物から形成した壁によって封入されたコア物質から構成され、ここでこの壁は、封入化物質を迅速に放出するように「開裂」し得るジスルフィド結合から構成されている。開裂とは、ジスルフィド結合が壊れて切り離されてコア物質を放出する反応を指す。
コア物質は通常液体であり、農業製品の場合には、一種以上の農薬から構成されていてもよく、非農業製品の場合には、インキ、染料、医薬品または他の製品から構成されていてもよい。農業用製品に関しては、コアは、活性成分として殺虫剤、除草剤、殺真菌剤及び殺生物剤などの一種以上の農薬を含む、通常、水と非混和性の有機溶液であることができる。農薬は、液体、水と非混和性である溶媒に溶解させた固体農薬、またはその中にもう一種の農薬を含み得る有機溶媒中に懸濁させた固体であることができる。この有機溶液は、その中に懸濁または溶解させた紫外線保護剤も含むことができる。
本発明のカプセル懸濁液は、互いに非混和性である二種類の物質を含有して製造することもでき、一方の物質を封入し、他方の物質を懸濁液の水相に含ませる。そのような組合せ生成物は貯蔵安定性で、組合せ農薬製品の製造が容易であり、非混和性農薬を一緒に適用することができる。
マイクロカプセルの壁を形成する際に使用する物質は、一種以上のポリチオール化合物から構成され、ここでチオール２モルが一緒に連結してジスルフィド結合を形成する。壁形成の化学反応は複雑である。壁物質がアミノプラストレジンを含むプロセスでは、アミノプラストレジンとポリチオール化合物との間の架橋縮合反応は、チオール基でアルコキシまたはメチレン基を置換してチオエーテル結合：
【化４】
[式中、R1は多官能性アミノプラストレジンのブチル化(Bu)またはメチロール(H)官能基を表し、Rは二つ以上のチオール基を保持する部分を表す]を形成すると考えられる。たとえば、ペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)を架橋剤として使用するとき、架橋構造は、式：
【化５】
[式中、架橋は-CH2-S-CH2-チオエーテル基である]として表すことができる。この縮合反応は酸によって加速させることができ、理論的に無限の分子量の熱硬化性ポリマーが形成する。
ジスルフィド結合は、ポリチオール化合物の酸化によって該化合物から迅速にできる。酸化及び還元は常に、還元剤によって供給される電子が酸化剤によって受容されるレドックス反応で一緒に起きる。チオールは反応中で還元剤として作用して、チオール２モルが連結してジスルフィド基を形成し、２個のプロトンと２個の電子：
【化６】
を生成する。好適な条件下で、ジスルフィド基はさらに酸化を受けることができる。
上記アミノプラスト壁系の壁が形成する間にジスルフィド基が作られる場合には、プロトンの生成は特に重要である。pHの低下は同時に、他のチオール基とアルキル化アミノプラストレジンとの間のチオエーテル結合の形成を促進するからである。
硫黄含有壁形成前駆体
上記の如く、本発明のマイクロカプセルの壁は、全ての壁形成物質が硫黄原子を含むか、または壁形成物質の幾つかが硫黄原子を含み幾つかは含まない物質から製造することができる。さらにジスルフィド結合に関しては、これらの結合は壁を形成するのに使用した出発物質中に既に含まれていた若しくは予備調製することができるか、またはこの結合は壁形成時に生成することができる。
本発明の一態様において、全ての壁形成物質が硫黄原子を含む場合、一種以上のポリチオール化合物を使用して、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンの非存在下でマイクロカプセル壁形成時にジスルフィド結合を形成する。壁の強度は、生成したジスルフィド結合数と(複数種類の)ポリチオール化合物の分子量に依存することは、当業者には理解されよう。好適なチオール化合物の例としては、中でも、ペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトピロピオネート)及びペンタエリスリトールテトラチオグリコレートが挙げられる。
幾つかの壁形成物質が硫黄原子を含み幾つかは含まない、本発明のもう一つの態様では、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと既にジスルフィド結合を含む化合物とを使用してマイクロカプセル壁を形成する。ジスルフィド結合を既に含む化合物は、有機相に実質的に溶解性であるのが好ましい。アミノプラストレジンの架橋または自己縮合は、アルコールまたはアミンなどのチオール以外の官能基によっても実施することができる。好適なジスルフィド化合物の例としては、中でも、2-ヒドロキシエチルジスルフィドが挙げられる。また、好適なものとしては、3-メルカプト-1,2-プロパンジオールの酸化カップリング：
【化７】
によって製造した分子がある。この分子のアルコール基は、上記と同様の方法でチオール含有カルボン酸でエステル化して、高い油溶性をもつ構造体：
【化８】
[式中、Zはヒドロカルビルまたはアリール-ヒドロカルビルである]を与えることは当業者には理解されよう。
本発明の好ましい態様では、ポリチオール化合物をアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと混合し、マイクロカプセル壁の形成時に上記のジスルフィド結合とチオエーテル結合を形成する。２個のチオール基をもつ分子が好ましく、ポリチオール化合物は２個を超えるチオール基をもつのが好ましい。ポリチオール化合物中の他の官能基は、それらの基が有機相に実質的に溶解性であり、壁形成に悪影響を及ぼさないという条件のもとで許容可能である。２個のチオール基をもつ化合物の例としては、中でも、1,4-ブタンジチオール、1,5-ペンタンジチオール、1,6-ヘキサンジチオール、1,8-オクタンジチオール及びキシレン-α,α'-ジチオールが挙げられる。
本発明で使用する好ましいポリチオール化合物は、多官能性アルコールとチオール含有カルボン酸誘導体HS-Z-CO2R'とを反応させて、チオール含有エステル：
【化９】
[式中、R'はＨまたはアルキル若しくはアリールであり、Zはヒドロカルビルまたはアリール-ヒドロカルビルであり、Yは２個以上のヒドロキシル基を含有するヒドロカルビル単位である]を得ることによって製造することができる。多官能性アルコール類の例としては、中でも、エチレングリコール、ポリエチレングリコール類、グリセロール類、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール及び1,2,6-ヘキサントリオールが挙げられる。チオール含有カルボン酸誘導体HS-Z-CO2R'の例としては、3-メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオ酪酸(thiolactic acid)、メチル3-メルカプトプロピオネート、メチルチオグリコレート、及びメチルチオラクテートが挙げられる。
アルコールとカルボン酸誘導体とを反応させてエステルを製造する代わりに、多くの好適なエステル類、中でもたとえば、1,2,6-ヘキサントリオールトリチオグリコレート(Aldrich社)；1,2,3-プロパントリオールトリチオグリコレート(Bruno社)；トリメチロールプロパントリス(2-メルカプトアセテート)(Aldrich、ICN-RF、Salor、Pfalts & Bauer及びBruno社)；トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)(Aldrich、Pfaltz＆Bauer及びBruno社)；ペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)(Aldrich、Bruno、Fluka、ICN-RF、Salor、Pflatz & Bauer及びTCI-US社)；及びペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(Aldrich、Bruno、Salor及びTCI-US社)が市販されている。特に好ましいエステル類は、グリセロール、またはトリメチロールプロパンまたはペンタエリスリトールと3-メルカプトプロピオン酸またはチオグリコール酸とから製造したものである。かかるエステル類は通常、農芸化学物質の輸送に関連する種々の油に可溶性である。
本発明で使用する好適なチオール化合物は、多官能性アミン分子とチオール含有カルボン酸誘導体HS-Z-CO2R'との反応により、チオール含有アミド類：
【化１０】
[式中、R'はＨまたはアルキル若しくはアリールであり、Zはヒドロカルビルまたはアリール-ヒドロカルビルであり、Yは２個以上のアミン基または１個のアミン基及び１個以上のアルコール基を含有するヒドロカルビル単位であり、ｎは１または２である]を得ることによっても製造することができる。通常、農芸化学物質の輸送に関する油中では上記エステル類よりも溶解性が低いが、ポリアミド-チオール化合物は封入化プロセスで使用することもできる。チオール含有カルボン酸誘導体HS-Z-CO2R'の例としては、3-メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオ酪酸、メチル3-メルカプトプロピオネート、メチルチオグリコレート及びメチルチオラクテートが挙げられる。アミン含有化合物の例としては、中でも、ジ-、トリ-及びペンタエチレンジアミン、1,4-ジアミノブタン、1,6-ジアミノヘキサン、C2H5C[CH2O(CH2CHMe)1.7-2NH2]3(Jeffamine:登録商標T-403としてHuntsman社より市販)及び、3-アミノ-1,2-プロパンジオールが挙げられる。
ポリチオール化合物が好ましいが、ジスルフィド結合を形成し得るチオール基と、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと反応し得るアルコールまたはアミン類などの他の官能基と、両方を含有する化合物も使用することができる。この場合、壁形成条件は、ジスルフィド結合が形成してからレジンとの架橋が起きるように選択する。アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと反応し得る２個のチオール基とアルコール基とをもつ化合物の例としては、中でも、2,3-ジメルカプト-1-プロパノール及び1,4-ジメルカプト-2,3-ブタンジオールが挙げられる。
レジン
幾つかの壁形成物質が硫黄原子を含み幾つかは含まない場合の組成物では、硫黄原子を含まない物質は、有機相では高い溶解性をもち水相では低い溶解性をもつ一部エーテル化アミノホルムアルデヒドレジンプレポリマー類である。非エーテル化形では、このプレポリマーは、その分子構造中に多量のメチロール基をもつ。エーテル化プレポリマー類はアルキル基で置換されたヒドロキシル基水素原子をもち、ホルムアルデヒド及びアルコールとアミノ基含有化合物との縮合により得られる。
プレポリマー類は油性相中で溶解性であるべきである。アルキル基は４個以上の炭素原子をもち、プレポリマー分子上の約50%を超えるヒドロキシル水素原子が置換されているのが好ましい。幾つかのヒドロキシル基は、壁形成段階で起きる縮合/重合で必要なので、上記プロセスで有用なものは、ヒドロキシル水素原子の約50%〜90%がアルキル基で置換されているものである。約70%〜90%のメチロール基がC4〜C6アルコールでエーテル化されているのが最も好ましい。このアルコールは直鎖でも分岐であってもよい。
アミノプラストレジンは、一般的な４つの種類：尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド及びグリコールウリルホルムアルデヒドの一つであってもよい。最初の２種類が好ましく、尿素ホルムアルデヒドプレポリマー類が最も好ましい。使用したプレポリマー類は、市販のエーテル化レジンプレポリマー類であってもよい。幾つかの市販のプレポリマー類は、商品名Beetle(登録商標)及びCymel(登録商標)としてCytec社より市販されているもの、Reichhold Chemicals社より市販のBeckamine(登録商標)系、及びSolutia社より市販のResimen(登録商標)系がある。
酸化剤
多くの酸化剤が公知である。以下に、in situ界面重合時、または有機相に添加する前のいずれかでチオール類からジスルフィド：
【化１１】
を形成するのに効果的である酸化剤の選択について説明する。
【化１２】
レドックス反応が起きる範囲は、その試薬がどれだけ迅速に電子をそれぞれ放したり受け取るかによって大きく決定される。酸化及び還元の定量的な側面は、所定の試薬のレドックス電位値を参照して予測することができる。種々の系のレドックス電位の選択について以下に説明する。
【表１】
上記の如くレドックス列で系が低いほど、酸化剤の酸化傾向、則ち矢印の右側の系がより強くなる。たとえば、ヨウ素は硫化水素を硫黄に酸化することができるが、塩化物イオンを塩素に酸化できない。
文献から取ったチオールからジスルフィド反応：
【化１３】
の選択に関するレドックス電位を以下に表で表す。
【表２】
【化１４】
レドックス電位の値は構造に影響を受けやすい。上記チオール構造体は＋0.5ボルト未満の値をもつ。高いレドックス値をもつ酸化剤は、そのようなチオールの酸化カップリングを促進する。上記表１でヨウ素から下の全ての試薬がかかる反応に好適である。
反応の化学量論は、電気的中性を与える試薬の割合によって制御する。たとえば、チオール類の酸化カップリングに関するレドックス反応を、ヨウ素(0.54V)、第二鉄イオン(0.77V)、酸素(0.70V)、重クロム酸イオン(1.23V)及び過酸化水素(1.78V)酸化剤に関して記載する。
【化１５】
マイクロカプセル壁中のジスルフィド結合の形成に関するプロセス及びカプセル懸濁液(CS)生成物の特性は、酸化剤の特性によって影響を受ける。たとえば、(1)水中の酸化剤の溶解性は生成したCSの固体含量に影響し、通常、溶解性が低いと得られた固体も少ない；(2)酸化剤の性質は、壁形成プロセスの間に水中油型のエマルションのコロイド安定性に影響することがある；(3)使用した酸化剤のモル数は、得られたカプセル懸濁液中の酸化剤副生成物の量を決定する；(4)酸化剤の性質は副生成物の性質を決定し、この副生成物はカプセル懸濁液中では望ましいか、または望ましくない(たとえば、副生成物を中和するか、カプセル懸濁液生成物から副生成物を除去するのが望ましいことがある)；(5)必要な酸化剤のタイプ及び量は、カプセル懸濁液生成物のコストに影響する；(6)水相と有機相との間の酸化剤の分配係数は、ジスルフィド形成が起きる速度を決定する；及び(7)(複数種類の)酸化剤の性質は二種以上の酸化反応のカップリングを可能にして、一種類の酸化剤を触媒的に利用できるようにする。
プロセス
本発明の一態様において、油性相中に溶解したチオール類の酸化カップリングによって水中油型エマルションの界面でマイクロカプセル壁を製造し、ジスルフィドポリマーを形成するプロセス(全ての壁形成物質が硫黄原子を含む)について記載する。
一般的な方法は以下の通りである。封入すべき物質と少なくとも一つのポリチオール化合物溶液とから構成される油性相または有機相を製造する。この有機相は、一種類の液体物質、若しくは一種以上の活性液体物質または水に対して僅かな溶解性をもつ不活性溶媒中に溶解させた固体物質からなっているか、あるいはそのような有機液体中の固体物質の懸濁液からなっていてもよい。この水相は水と保護コロイドと、場合により、チオール化合物がまだジスルフィド結合を有さない場合には、好ましくは水に溶解しチオールをカップリングしてジスルフィド結合を形成してから壁を形成し得る酸化剤と、から構成される。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の慣用の高剪断撹拌機を使用して水相に有機相を分散させることによってエマルションを製造する。水相に酸化剤が存在しないとき、または水相に存在するのに加えてさらに酸化剤が必要なときには、酸化剤の水溶液を所定の温度でエマルションに添加して、さらに所定の時間撹拌した混合物を好適に加熱する。
エマルションの粒径または液滴サイズは本発明にとって決定的ではない。最も有用なのは、液滴サイズは直径約0.5〜約4,000ミクロン、好ましくは直径約１ミクロン〜約100ミクロン、最も好ましくは直径約１〜約25ミクロンの範囲である。所望の液滴サイズが得られたら、残りのプロセスの間に適正な成長を阻害するのには通常、緩やかな撹拌で十分である。
ジスルフィド結合は、以下のように界面プロセスにより形成する。酸化剤は水相から油性相に拡散して、ポリチオール化合物のチオール基をジスルフィド基に酸化する。酸化剤の分配係数は通常、水相中での酸化剤の残留に有利に働く。かくしてカップリング反応はおそらく、水-有機界面またはその付近で起きるだろう。レドックス反応の副生成物は水相に逆拡散する。酸化剤モル数対チオールモル数の割合は、形成し得るジスルフィド結合の可能最大数を決定する。
ポリチオール化合物の好適な例としては、中でもペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)及びペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)が挙げられる。好適な油としては、Fluazifop-p-ブチルとして公知の(R)-ブチル2-((4-((5-トリフルオロメチル)-2ピリジニル)オキシ)フェノキシ)プロパン、Butylate(ブチレート)として公知のS-エチルジ-イソブチルチオカルバメート、及びSolvesso 200が挙げられる。好適な酸化剤としては、ヨウ素、塩化第二鉄、過酸化水素及び重クロム酸カリウムが挙げられる。
酸性媒体中での重クロム酸塩の酸化を以下の実施例１eで説明する。チオール類のヨウ素及び塩化第二鉄の酸化によってプロトンが発生し、pHが低下する。ヨウ素及び塩化第二鉄の酸化については、それぞれ実施例１a及び１ｆで説明する。過酸化物による酸化：
【化１６】
においては、チオール酸化：
【化１７】
によって生成するのと同じ数のプロトンが消費されるので、原理的にはpHの変化はない。この反応は、それぞれ実施例１ｄ、１ｂ及び１ｃにおいて酸性及びアルカリ性pHで試験した。
本発明の好ましい態様では、少なくとも一種のアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと混合した少なくとも一種のポリチオール化合物を使用するプロセスについて記載し、このとき、マイクロカプセル壁形成時に界面反応によってジスルフィド結合とチオエーテル結合とが形成する。
一般的な方法は以下の通りである。有機相は、封入すべき物質または活性成分と溶媒とを別個にまたは一緒に構成し得る有機液体中に溶解させたポリチオール化合物とブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマーとの溶液から構成される。水相は、水、保護コロイドと、場合により(a)チオエーテル結合の形成を促進する触媒及び、(b)水に溶解され、チオールをカップリングしてジスルフィドにし得る酸化剤とから構成される。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の慣用の高剪断撹拌機を使用して水相中で油性相を分散させることによってエマルションを製造する。酸化剤の水溶液をこのエマルションに所定の温度で添加し、撹拌した混合物をさらに所定の時間、好適に加熱した。
ポリチオール化合物の好適な例としては、中でもペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)及びペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)が挙げられる。好適な油としては、Butylate(ブチレート)として公知のS-エチルジ-イソブチルチオカルバメート、Solvesso 200、及びSolvesso 200中のクロルピリホスの溶液が挙げられる。好適な酸化剤としては、ヨウ素、塩化第二鉄、過酸化水素及び重クロム酸カリウムが挙げられる。酸化剤は５℃〜70℃の温度で添加してもよい。好ましくは、酸化剤を20℃〜50℃の温度で添加する。
界面プロセスによるジスルフィド結合の形成は、上記の如く進行する。酸化剤のモル数対チオールのモル数の割合は、形成し得るジスルフィド結合の可能な最大数を決定する。ジスルフィド形成反応で消費されなかったポリチオール化合物のこれらチオール基は、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと反応してチオエーテル結合を形成する。チオエーテル結合の形成は酸によって促進され、理論的に無限の分子量の熱硬化性ポリマーが形成する。
酸化を酸性溶液中で実施すると、たとえば酸化剤として重クロム酸イオンを使用すると、ジスルフィド及びチオエーテル形成反応は、多分同時に起きるだろう。中性のpHまたはそれ以上のpHから出発し、レドックス反応で酸が生成するとき、たとえば酸化剤としてヨウ素を使用するとき、ジスルフィド及びチオエーテル形成反応は多分、逐次に起きるだろう。中性のpHまたはそれ以上のpHから出発し、レドックス反応がpHを変えないときは、ジスルフィド形成反応は多分チオエーテル形成反応よりも優先的に起きるだろう。
チオエーテル形成反応速度は、水素イオンの局在化濃度に依存する。ジスルフィド形成反応によって生成したプロトンは、ポリチオール化合物のチオール基の近傍で一時的に低いpH(高濃度)を与えるだろう。しかしながら、プロトンは迅速に水相に拡散してしまって、チオエーテル形成反応を触媒するのには利用できないだろう。反応速度は、組成物中にアルキルナフタレンスルホン酸などの触媒を含有させることによって促進することができる。触媒は疎水性セグメント及び親水性セグメントのいずれをももち、これによって該化合物が水-有機界面を容易に横断することができる。スルホン酸セグメントは水相から有機相へプロトンを運んで、チオエーテル形成反応を促進する。
ヨウ素または臭素を使用するレドックス反応によって、このプロセスの原理を説明する。ヨウ素は25℃の水１dm3中で0.335gという低い溶解性をもち、かなりの蒸気圧ももつ。このことが水系でのヨウ素の使用を複雑にしている。ヨウ化カリウムの水溶液にヨウ素を溶解することによってこの問題点はいずれも解決する。上記表１で3I-として示された、トリ-ヨーダイドイオン：
【化１８】
の形成によって、溶解性が上昇する。
理論に拘束されるつもりはないが、トリ-ヨーダイドの溶液を水相に添加すると、このトリ-ヨーダイドは水相からエマルション液滴中へ拡散して、水-有機界面でチオール基をジスルフィドに酸化する。かくして生成したHIは媒体のpHを下げて、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと未反応チオール基との架橋を促進する。架橋反応は、組成物に触媒と追加の酸を含有させることによって促進することができる。所望により、HIはK2CO3で中和することができる。
使用したKI3の量によってpHが決まり、系が移動する。KI3１モル毎にチオール２モルの反応で、HI２モルが生成する。化学量論量は重要である。KI3：SHの割合が非常に高いと、チオールの殆どがジスルフィド結合の形成で消費される。則ち、アルキル化アミノホルムアルデヒドオリゴマーを架橋するのに利用可能なものは殆どない。ジスルフィド結合は非常に柔軟で、壁の硬直性はこの基の濃度により影響を受ける。酸化剤としてヨウ素及び臭素を使用することについては、以下に記載する実施例２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅで説明する。アミノプラストレジンを使用せずに実施したこれらの実験は、試薬が水相と有機相との間で分配し、２〜８のpHでチオールを結合してジスルフィドにすることを示した。この試薬は、チオールとアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンのいずれをも含む系に関しても使用した。
このプロセスの原理を、過酸化水素を使用するレドックス反応によってさらに説明する。過酸化水素は安価であり、水に完全に溶解する。しかしながら、1.78ボルトのレドックス電位では、過酸化水素は強力な酸化剤であり、壁形成以前にエマルションのコロイド不安定化を引き起こしてしまうことがある。これらの問題点は、試薬を室温でエマルション中に注意深く計量して、熱分解の可能性を減少させることによって最小化することができる。酵素触媒を室温及び約７のpHでエマルションに添加することによって、過剰の過酸化水素を分解することができる。酸化剤として過酸化水素を使用することについては、以下の実施例２ｆで説明する。
本発明のさらなる態様では、酸化剤の混合物を使用して油性相中に溶解したチオールをカップリングして、ジスルフィド結合を含有するポリマーを形成する。一般的な方法は、二種類の酸化剤(A)及び(B)を使用して、これによって特定の利益を得てもよい以外には、上記のと同様である。たとえば、酸化剤(A)１モルを使用して、以下の方法で酸化剤(A)とチオール類との間の反応の化学量論から推測されたジスルフィド結合の数よりも多く生成させることも可能である。水相から油性相への酸化剤(A)の拡散とチオール基のジスルフィド基への酸化の後で、酸化剤(A)の還元された副生成物は水相へ逆拡散する。酸化剤(A)を２個の電子プロセスによって還元すると、以下のようになる。
【化１９】
水相中に、酸化剤(A)の還元された副生成物をその酸化形に酸化し得るレドックス電位をもつ第二の酸化剤(B)が存在する場合、上記サイクルを繰り返すことができる。
【化２０】
酸化剤(B)それ自体は油性相中でチオール基と反応しない場合、ジスルフィド結合を形成する酸化反応は酸化剤(A)に対して触媒的になる。油性相と水相との間の酸化剤(B)の分配係数が水相中に酸化剤(B)を大量に滞留させようとする場合には、この条件は適切であろう。酸化剤(B)がエマルション中に浸漬された電極であり、電力によって駆動される場合には、そのような条件を予想することができる。酸化剤(B)それ自体が油性相中のチオール基と反応する場合には、酸化剤(A)の触媒リサイクルも可能ではあるが、プロセスの効率は、油性相と水相との間の酸化剤(A)と(B)の分配係数の間の差によって影響を受けるだろう。
混合酸化剤の例としては、中でも、三ヨウ化カリウム[酸化剤(A)]と過酸化水素[酸化剤(B)]の使用が挙げられる。三ヨウ化カリウムは、ヨウ素とヨウ化カリウムとの反応により形成する。
【化２１】
KI3溶液をエマルションに添加した後、この試薬は水相から有機相へ拡散し、チオール基をジスルフィド基へ酸化する。
【化２２】
ヨウ化水素とヨウ化カリウム副生成物は、水相へ逆拡散する。次いで過酸化水素を水相に添加する場合には、過酸化水素がHIを水とヨウ素へ酸化するだろう。
【化２３】
この反応では時折発熱が知見される。ヨウ素はヨウ化カリウムと再結合してKI3を生成する。上記混合酸化剤の壁形成プロセスは一般的に図１に示す通りであり、以下のように記載することができる。
【化２４】
上記の如く、過酸化水素は水/有機界面を横切って移動してジスルフィド結合を形成することができる。かくして、ヨウ素リサイクルと、過酸化水素を用いるジスルフィド形成反応との間には競合が存在するようである。リサイクルプロセスの効率は、水相と油性相との間の過酸化水素の分配係数に依存するらしい。
このプロセスは、ペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)のみを使用する実施例３ａで説明する。この実施例では、三ヨウ化カリウムを十分量でエマルションに添加してpHを約9.1〜4.8にして、ヨウ化水素を発生させている。過酸化水素を後添加してHIからヨウ素を再発生させると、pHと温度が上昇し、ヨウ素のリサイクルがエマルション中の色変によって立証された。
本発明を以下の実施例により詳細に説明する。
カプセル形成の例
以下の実施例では、油/水界面を横切ってジスルフィド結合が生成することについて説明し、ここではチオールが油性相中にあり、酸化剤が水相に溶解している。この界面とジスルフィド結合の生成を説明するモデルスタディを実施した。
モデルスタディの一般的な方法は以下の通りである。トルエン(9.00g)中のメチルチオグリコレート(1.00g，9.42ミリ当量：mequiv)の溶液を、35.3%w/wKI3(水溶液)(KI 2.0g、I2 1.27g、水6g；KI：I2比2.4:1；I2 10ミリ当量)9.27gの水溶液の上に注意深く層状にした。有機/水の界面を乱さないような速度で、下の水相をマグネチックスターラーで撹拌した。室温で24時間後、両方の相はまだ紫色であった。この混合物を50℃で３時間撹拌すると、上の有機層から色が全部なくなった。次いでこの混合物を20%w/wKI(水溶液)で洗浄し、有機層をMgSO4で乾燥した。GCMS(10℃/分で40℃〜300℃で傾斜させた30mm×0.25mm×0.25μmDB-1カラムを使用する高分解能ガスクロマトグラフィー；低分解能MS、EI+モード)による分析から、トルエン以外に、存在するたった一種類の成分は3,4-ジチア-1,6-ヘキサンジオン酸(MeO2CCH2S)2-であり、m/zは210であった。
実施例１ａ〜１ｆ ( アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンは存在しない；種々の酸化剤を使用 )
実施例１ａ〜１ｆは、全ての壁形成物質が硫黄原子を含有し、ジスルフィド単位が壁形成時に生成する、マイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。一般的な方法は以下の通りである。有機相はポリチオール化合物の溶液から構成されていた。水相は保護コロイドと、場合により、チオールをカップリングして水に溶解したジスルフィドを形成し得る酸化剤とから構成されていた。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の高剪断撹拌機を使用して、有機相を水相中に分散させることによってエマルションを製造した。通常、Silverson SL2T撹拌機を３〜５分間、4000〜5000rpmで使用した。酸化剤の水溶液を所定の温度でエマルションに添加して、撹拌した混合物をさらに所定の期間、好適に加熱した。
実施例１ａ ( 酸化剤として三ヨウ化カリウムを使用 )
この実験では、10重量％の壁をもつマイクロカプセルが、酸化剤としてヨウ化カリウムを使用してポリチオール化合物から製造し得たことを示す。Fluazifop-p-ブチル[(R)-ブチル2-(4-((５トリフルオロメチル)-2ピリジニル)オキシ)フェノキシ)プロパネート](18.0g)中のペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート）(Evans ChemeticsよりQ43として市販)(2.0g)の溶液を、40%Reax 100M(0.8g)を含有する水(19.2g)の水相に乳化した。水(2ml)中のヨウ化カリウム(3.2g)とヨウ素(2.0g)の溶液を、室温で撹拌したエマルションに滴下添加した。室温で２時間撹拌を継続し、水(2ml)中の炭酸カリウム(2.0g)の溶液を添加した。球状のマイクロカプセルが得られた。これは乾燥してもその構造を維持していた。
実施例１ｂ ( 室温において酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、頑丈なマイクロカプセルが、アルカリ性pH及び周囲温度において、酸化剤として過酸化水素を使用してポリチオール化合物から製造できたことについて説明する。Solvesso200(12.5g)中のQ43(2.38g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(2.00g)と蒸留水(15.00g)から構成される水相中へ、高剪断で乳化した。このエマルションを室温で撹拌し、30分間隔で0.5mlずつ過酸化水素(2ml，100容積)を添加し、添加完了時にさらに１時間撹拌した。pHは9.1から7.6に下がった。加熱前に生じたマイクロカプセルは滑らかで、球状で中強度であり、乾燥しても漏出がなく、同一乾燥特徴をもって再懸濁可能であった。次いでこのエマルションを53℃で全部で３時間加熱すると、pHは7.6から4.3に下がった。温度上昇したときのpHの大きな低下は、過酸化物の熱分解に関連すると考えられた。加熱後、マイクロカプセルはやや強くなったようであった。
実施例１ｃ ( 酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、ほぼ中性のpHで酸化剤として過酸化水素を使用して、10重量％の壁をもつマイクロカプセルがポリチオール化合物から製造できたことについて説明する。Solvesso200(11.4g)と酢酸エチル(2.00g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(2.11g)の溶液を、40%Reax100M(2.00g)と蒸留水(15.00g)とから構成される水相中で高剪断で乳化した。硫酸を添加してpHを８にした。このエマルションを50℃で撹拌し、このとき30分間隔で２ml(100容積)H2O2を0.5mlずつ添加した。生成したマイクロカプセルは滑らかで球状であり、中強度の壁をもっていた。
実施例１ｄ ( 低い pH で酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、中強度のマイクロカプセルが、低いpHと周囲温度で酸化剤として過酸化水素を使用してポリチオール化合物から製造できたことを示すものである。Solvesso200(12.6g)中のQ43(2.3g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(0.75g)と脱イオン水(15.5g)との水相中で高剪断で乳化した。硫酸を添加してpHを9.5から２にした。このエマルションを室温で撹拌し、このとき30分間隔で過酸化水素(２ml、100容積)を0.5mlずつ添加した。エマルションを53℃で３時間加熱し、次いで2%NaHCO3(水溶液)を添加して中和した。生成したマイクロカプセルは滑らかで球状であり、中強度であった。
実施例１ｅ ( 酸化剤として重クロム酸カリウムを使用 )
この実験は、８重量％の壁をもつマイクロカプセルが、酸化剤として重クロム酸カリウムを使用してポリチオール化合物から製造できたことについて説明する。Solvesso200(15.3g)中のQ43(1.35g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(2.35g)と脱イオン水(15.5g)とからなる水相中で高剪断で乳化した。エマルションを35℃で撹拌し、このとき5.1mlの濃HClを1ml/15分と一緒に0.5NのK2Cr2O7(7.3g，35℃に保持して溶解性を保持)を15分間隔で1.5mlずつ添加した(2.5時間後pH１)。このエマルションを全部で2.5時間加熱した。生成したマイクロカプセルは球状で強く、乾燥時に漏出はなく、水中に再懸濁可能であった。
実施例１ｆ ( 酸化剤として塩化第二鉄を使用 )
この実験は、酸化剤として塩化第二鉄を使用してポリチオール化合物から８重量％の壁をもつマイクロカプセルが製造できたことについて説明する。Solvesso200(15.3g)中のQ43(1.35g)の溶液を、LomarD(0.94g)、蒸留水(11.06g)、〜８g飽和FeCl3溶液(10%w/wの10mlから)から構成される水相中へ、高剪断で乳化した。次いでエマルションを50℃で撹拌し、残りのFeCl3の２×5gの洗液を１時間間隔で添加した(３時間後にpH0.5)。このエマルションを全部で３時間加熱した。生成したマイクロカプセルは球状で中強度で、乾燥時に漏出がなく、水中で再懸濁可能であった。
実施例２ａ〜２ｆ ( チオール化合物とアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンが存在；種々の酸化剤 )
実施例２ａ〜２ｆは、幾つかの壁形成物質が硫黄原子を含有し、幾つかは含まず、ジスルフィド単位が壁形成時に生成する、マイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。一般的な方法は以下の通りである。有機相は、ポリチオール化合物とブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマーの溶液とから構成されていた。水相は保護コロイドと、場合により、水中に溶解したチオエーテル結合の形成を促進する触媒とから構成されていた。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の高剪断撹拌機を使用して、有機相を水相中に分散させることによってエマルションを製造した。酸化剤の水中の溶液を、20℃〜55℃でpH＞８で水中油型のエマルションに添加した。pHは、チオール基対酸化剤の性質及び量の割合に依存した値に下がった。マイクロカプセル壁の完全性を顕微鏡外観検査で評価した。好適な場合には、硫酸を添加してpHを約２に下げ、混合物を所定の時間50℃±５℃で加熱した。
実施例２ａ ( 酸化剤として KI 3 を使用 )
この実験は、9.6：１のチオール：ヨウ素のモル比を使用すると、pHは約9.5から約4.1に下がり、品質の悪い壁が形成したことについて説明する。H2SO4を添加してエマルションのpHをさらに約1.7に下げると、良好な品質の壁が形成した。このことは、上記のモル比では、完全な壁を形成するには不十分なジスルフィド結合が形成し、低いpHではポリチオール化合物とプレポリマーとの間にチオエーテル結合が形成することによって強健な壁が実質的に形成したことを示唆した。Aromatic200(12.5g)中のQ43(0.70g)とエーテル化尿素ホルムアルデヒドレジン(Cytec製Beetle-80として市販)(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(13.5g)中の40%Reax100M(0.75g)とPetroBAF(Witco製アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩)(0.03g)から構成される水相に、高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(1.8ml)中のヨウ素(0.038g)とヨウ化カリウム(0.060g)の溶液を室温でこのエマルションに滴下添加した。pHは4.1に下がった。光学顕微鏡による検査から、弱い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.7に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後も水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｂ (KI 3 酸化剤 )
この実験及び結果は実施例２ａと同様であったが、ペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)をQ43の代わりに使用した。Aromatic200(12.6g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(0.70g)及びBeetle80(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(15.5g)中の40%Reax100M(0.75g)とPetroBAF(0.03g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(1.8ml)中のヨウ素(0.038g)とヨウ化カリウム(0.060g)との溶液を、室温でエマルションに滴下添加した。pHは２に下がった。光学顕微鏡による検査により、弱い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.7に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後でも水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｃ (KI 3 酸化剤 )
この実験は、5.4：１のチオール：ヨウ素のモル比を使用すると、pHは約9.5から約2.4に下がり、適度な品質の壁が形成することを示し、これはジスルフィド基とチオエーテル基の両方の形成を反映しているらしい。H2SO4を添加してエマルションのpHをさらに約1.9に下げると、チオエーテル結合形成用の触媒の非存在下で適度な品質の壁が形成した。Aromatic200(14.9g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(0.70g)及びBeetle80(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(15.5g)中の40%Reax100M(0.75g)から構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(3.6ml)中のヨウ素(0.076g)とヨウ化カリウム(0.120g)との溶液を、室温でエマルションに滴下添加した。pHは2.4に下がった。光学顕微鏡による検査により、適度に強い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.9に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後でも水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｄ (KI 3 酸化剤 )
この実験は実施例２ｃと同様であったが、チオエーテル結合形成用の触媒を水相中に配合した。pH2.4で、適度な品質の壁が形成した。H2SO4を添加してエマルションのpHをさらに約1.9に下げると、非常に良好な品質の壁が形成した。Aromatic200(14.9g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(0.70g)及びBeetle80(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(15.5g)中の40%Reax100M(0.75g)とPetroBAF(0.03g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(3.6ml)中のヨウ素(0.120g)とヨウ化カリウム(0.076g)との溶液を、室温でエマルションに滴下添加した。pHは2.4に下がった。光学顕微鏡による検査により、適度に強い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.9に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の非常に強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後でも水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｅ ( 酸化剤として KI 3 、 Br 2 を使用 )
この実験は、ヨウ素に関して上記したのと同様の方法で臭素を使用し得ることについて説明する。Solvesse200(12.6g)中のQ43(0.7g)とBeetle80レジン(1.6g)との溶液を、40%Reax100M(水溶液)(0.75g)、PetroBAF(30mg)と水(15.5g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションを室温で撹拌し、５%w/wKBr3(水溶液)(KBr:Br2比2.4:1モルの1.7g)を添加すると、pHは1.8に下がった。添加が完了したら、pH1.8でこのエマルションを50℃で５時間加熱した。次いで、５%K2CO3(水溶液)を添加して、エマルションを中和した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、同様の乾燥特性を備え、水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｆ ( 酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンとペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)を使用するマイクロカプセルにおいて、酸化剤として過酸化水素と酸触媒を使用して、ジスルフィド結合とチオエーテル結合を逐次製造できたことを示す。Solvesso200(10.2g)中のQ43(2.3g)とBeetle80レジン(2.3g)との溶液を、40%Reax100M(1.13g)、PetroBAF(45mg)と水(16.0g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションをpH9.3で室温で撹拌し、この間にH2O2(100容積、4ml)を30分間隔で１mlアリコートで添加した。最初に添加した後に、温度は19℃から21℃に上昇し、残りの添加の間中、20℃であった。色は乳白色のままであった。４回のそれぞれの添加の後、pHはそれぞれ8.3、7.3、6.8及び6.6に下がった。光学顕微鏡による検査により、弱い壁が形成したことが知見された。過酸化水素添加30分後、H2SO4を使用してpHを1.9に下げ、エマルションを50℃で３時間加熱すると、良好な品質のマイクロカプセルが得られた。
実施例３ａ ( 混合酸化剤の使用 )
以下の実施例は、混合酸化剤を使用してジスルフィド単位を含有するマイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。この壁形成物質は全て硫黄原子を含んでいてもよく、または、幾つかの物質が硫黄原子を含み幾つかは含まなくてもよい。
実施例３ａ ( 酸化剤として三ヨウ化カリウムと過酸化水素を使用 )
この実験は、酸化剤の混合物を使用してQ43からマイクロカプセルが製造でき、過酸化水素によって三ヨウ化カリウムを再生することについて説明する。Solvesso200(12.5g)中のQ43(2.3g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(2.0g)と水(14.25g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションを室温で撹拌し、この間に5.2%w/wKI3(水溶液)(KI：I2比2.4:1)5.4gを滴下添加した。室温で２時間撹拌後、pHは9.1から4.8に下がった。混合物の色は薄茶色に変化した。次いで過酸化水素(2ml，100容積)を１時間間隔で１mlずつ室温で添加し、その後添加完了時にさらに30分間撹拌した。過酸化物を添加する各回後に、温度は約18℃から約21℃に上昇し、薄茶色は橙色になった。温度は約18℃にまた下がって、そのうち色は薄茶色になった。最初の過酸化物を添加した後にpHは約6.0に上昇した。pH、温度及び色変は、過酸化物を添加する毎にヨウ素、従って三ヨウ化カリウムの再生を示すものと考えられた。一晩放置した後、pHは4.0に下がり、橙色は消失した。過酸化物を添加する前に生成したマイクロカプセルは、滑らかな球状であったが、弱く、乾燥時に破裂した。過酸化物を添加後のマイクロカプセルは滑らかで、球状であり、乾燥時も漏出がなく、同一の乾燥特徴を備えて再懸濁可能であった。
実施例４ａ ( 予備成形したジスルフィドの使用 )
以下の実施例は、ジスルフィド単位が出発物質中に既に含まれている、ジスルフィド単位を含有するマイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。壁形成物質は全て硫黄原子を含んでもよく、または幾つかの物質が硫黄原子を含み幾つかは含まなくてもよい。
実施例４ａ ( 架橋剤として 2- ヒドロキシエチルジスルフィドを使用 )
この実験は、マイクロカプセルがアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと2-ヒドロキシエチルジスルフィドとから製造し得ること、則ち、ジスルフィド単位が出発物質中に既に存在し、2-ヒドロキシエチルジスルフィドのヒドロキシル基がレジンと反応することについて説明する。Solvesso200(12.6g)中の2-ヒドロキシエチルジスルフィド(0.70g)とBeetle80(1.60g)との溶液を、40%Reax100M(水溶液)(0.75g)、PetroBAF(0.04g)と脱イオン水(15.5g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。H2SO4を添加してpHを1.9に下げた。エマルションを50℃で６時間撹拌し、次いで２%NaHCO3(水溶液)を添加して中和した。生成したマイクロカプセルは球状で適度に強かった。
活性成分を含むカプセル懸濁液の形成例
マイクロカプセルの製造
農薬として殺虫剤クロルピリホス若しくはラムダ-シハロトリンまたは除草剤ブチラートのいずれかを含有するマイクロカプセルの懸濁液を、本明細書中に記載したミクロ封入化プロセスを使用して製造し、ここで殺虫剤はポリチオール化合物の酸化カップリングまたは、ポリチオール化合物とブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマーとの混合物の酸化カップリングと界面重合と縮合との組合せによって形成したポリマーシェル内に封入した。以下の実施例は一種類の封入化殺虫剤について例示しているが、当業者は本発明が一種類の封入化試薬に限定されるものではなく、化学的に適合可能な程度まで、二種類の殺虫剤と除草剤など、任意の数と組合せの成分を含み得ることを容易に理解するだろう。
一般的な方法は以下の通りである。有機層は殺虫剤から構成され、場合によっては、殺虫剤は溶媒（少なくとも一種のポリチオール化合物と、場合によりブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマー）に溶解された。水相は保護コロイドと、多くの場合、水中に溶解した乳化剤/相転移触媒から構成されていた。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の慣用の高剪断撹拌機を使用して水相中に有機相を分散させることによって、エマルションを製造する。酸化剤の水溶液を室温で、水中油型エマルションに添加する。混合物を室温で３時間撹拌し、次いで50℃±５℃に３時間加熱した。得られたカプセル懸濁液を熱から外し、慣用の高剪断撹拌機を使用して、殺生物剤、懸濁剤及びpHを5.5に上昇させるための塩基の水溶液と後配合する。
以下に列記した成分を含有する上記方法に従って、組成物を製造した。
【表３】
【表４】
酸化剤の水溶液を室温で水中油型のエマルションに添加した後、混合物を直ちに50℃±５℃で３時間加熱した以外には、上記一般的方法に従って、組成物を製造した。組成物の成分を以下に列記する。
【表５】
標準アミノプラストサンプルの調製 ( 予備形成したジスルフィド結合もジスルフィド結合形成用酸化段階も含まない )
さらに、以下の標準アミノプラストサンプルを、上記サンプルとの比較用の標準物質として製造した。壁形成物質は予備形成したジスルフィド結合を含まず、プロセスはジスルフィド形成の(酸化的)形成の段階も含まない。標準的なアミノプラストサンプルは、以下の例外：(1)酸化剤を水相に添加して、pHを２に下げた；(2)酸化剤の水溶液の添加を省略した；及び(3)得られた水中油型エマルションを直ちに50℃±５℃に３時間加熱した以外には、上記の一般的な方法に従って製造した。総括的なプロセス方法は、米国特許第4,956,129号、同第5,160,529号及び同第5,332,584号に記載されている。組成物の成分を以下に列記する。
【表６】
in vitro 放出速度の評価
実施例５〜１１及び１５〜２０の組成物を、水の存在下、及びいくつかの例では塩基の存在下で、放出速度についてin vitroで試験した。未処理サンプルを以下のようにして処理した。ブチレートカプセル懸濁液(CS)0.1g a.i.の同量を水1.5mlで希釈し、0.8ミクロン濾紙上で真空濾過し、デシケーター中に約１時間設置してから、放出速度測定を実施した。
塩基処理サンプルを以下のようにして処理した。ブチレートCS0.1g a.i.の同量を0.1M KOH(pH12.5)または10mM KOH溶液(pH11.6)のいずれかで希釈した。サンプルを６時間回転し、0.8ミクロン濾紙上で真空濾過し、デシケーター中に約１時間設置してから、放出速度測定を実施した。
放出速度の研究は、Cahn RHエレクトロバランスを使用して実施して、真空下でマイクロカプセルからのブチレートの蒸発重量損失の速度をモニターした。デシケーターからサンプルを取り出し、余った濾紙をトリミングしてエレクトロバランスのサンプルパンに合わせた。サンプルをサンプルパン上に設置し、40℃で10分間放置して平衡にさせてから、真空下に置いた。真空下で封入したエレクトロバランスで測定したブチレートによる重量損失を、チャート記録器に記録した。
以下の表６を参照して、第４欄のデータは、封入されたa.i.の拡散制御速度は、(1)架橋剤Q43の量、(2)ジスルフィド結合を形成するのに添加した酸化剤の量、及び(3)より少ない程度に、プロセス条件を変更することによって、調節することができることを示している。第５欄と第６欄のデータは、ジスルフィド結合はアルカリ性条件下で開裂して、非誘発化拡散制御条件(第４欄)に対し封入化されたa.i.がより早く放出されたことを示している。表６に示されているように、標準物質アミノプラストマイクロカプセル配合物はジスルフィド結合を含まないので、以下に与えられるアルカリ性条件下では開裂しない。
【表７】
生物学的評価
実施例１２、１３、２１及び２２の組成物の、以下の種：Lygus hesperus(吸血ペスト：sucking pest)、及びHelicoverpa zeaまたはHeliothis virescens(アルカリ性の腸をもつ葉給餌性鱗翅類)のいずれかに対する生物学的活性を試験した。
試験１
Ａ．接触 / 残渣接触 ( 種： Lygus hesperus)
試験方法は以下の通りであった。新鮮な緑豆の入ったボール紙の籠に10匹の成虫ナンキンムシ(bug)をつけた。250リットル/ヘクタールでポッタータワー中で１つの速度あたり四重の重複試験でスプレーした。物質を水に0.05%X-77に溶解した。以前の試験結果ではLorsban 4Eに関してはLC50は〜220ppmだったので、600、400、267及び178ppmの速度を選択した。CS配合物の結果によれば、試験開始時に高いLC50が多かったので、2700、1800、1200、800、533ppmの速度を選択した。死亡率評価を１、２、３、４、５及び６日で実施した。
LC50(ppm)を表７に示す。
【表８】
この実験は、マイクロカプセルが良好なバリヤ特性を示し、標準物質Lorsban 4Eに関して優れた(非葉給餌性の)防虫効果を与えたことを示す。実施例１３において経時でLC50が減少するのは、封入されたクロルピリホスの拡散制御放出が遅いことによる。
Ｂ．葉持続性 (foliar persistence)( 種： Heliothis virescens)
試験方法は以下の通りであった。綿植物に250リットル/ヘクタールでトラック噴霧器中で噴霧した。予備試験ではHeliothisに対してLorsban 4EのLC50は〜75ppmだったので、全ての配合物に関して200、100、50及び25ppmを選択した。植物を連続して２日、配合物当たり４種類の速度で処理し、最初の日の処理は温室で維持した。２日目、最終処理後、処理した葉を外寄生(infestation)用に切り取った。重複試験毎に20匹の昆虫を三重の重複試験で外寄生させた。死亡率評価は、外寄生後２日で実施した。
LC50(ppm)を表８に示す。
【表９】
この実験は、マイクロカプセル壁のジスルフィド結合が昆虫の腸内で開裂して、標準物質Lorsban 4Eに匹敵し得る昆虫防御が得られたことを示す。
試験２
Ａ．接触 / 残渣接触 ( 種： lygus hesperus)
試験方法は以下のようであった。籠の中の成虫ナンキンムシに、250l/時間で噴霧した。それぞれの配合物で５種類の速度に関して10匹の昆虫で四重の重複試験を実施した。死亡率評価を１、２、３、４、５及び６日で実施した。
LC50(ppm)を表９に示す。
【表１０】
この実験は、本発明のマイクロカプセルが良好なバリヤ特性を示し、標準物質クロルピリホス・テクニカルに対して有効な昆虫防御を与えたことを示す。実施例１３において経時でLC50が低下しているのは、封入されたクロルピリホスの拡散制御放出が遅いためである。
Ｂ．葉持続性 ( 種： Helicoverpa zea)
試験方法は以下のようであった。Helicoverpa zeaは、Lepidopetera First Instar Foliar法の被験物であった。切り取った綿の葉をポッタータワー中250l/時間で噴霧した。新生幼虫を処理葉のディスク上で外寄生させた。それぞれの配合物の３種類の速度に関して18匹の昆虫で三重の重複試験を実施した。死亡率評価は１、２及び３日で実施した。LC50(ppm)を表１０に示す。
【表１１】
この実験は、マイクロカプセル壁のジスルフィド結合は昆虫の腸内で開裂して、標準物質クロルピリホス・テクニカルと匹敵し得る昆虫防御を与えたことを示す。
試験３
葉持続性 ( 種： Helicoverpa zea)
試験方法は以下の通りであった。Helicoverpa zeaは、Lepidoptera First Instar Foliar法の被験物であった。切り取った綿の葉をポッタータワー中250l/時間で噴霧した。新生幼虫を処理葉のディスク上で外寄生させた。それぞれの配合物の３種類の速度に関して15匹の昆虫で四重の重複試験を実施した。死亡率評価は２日で実施した。LC50(ppm)を表１１に示す。
【表１２】
この実験は、マイクロカプセル壁のジスルフィド結合は昆虫の腸内で開裂して、標準物質Lorsban4Eと匹敵し得る昆虫防御を与えたことを示す。標準物質アミノプラスト配合物はジスルフィド結合を含有しないので、そのLC50値により示されるように、昆虫の腸内で崩壊するとは予測しなかった。
本発明を具体的な態様に関して記載してきたが、その詳細は本発明を限定するものではない。種々の変更、等価物及び変形は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱するものではなく、かかる等価な態様は本発明の範囲内に含まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、有機/水性界面におけるジスルフィド結合の触媒的合成について一般的に説明する。
本発明は、マイクロカプセル及びその製造プロセスに関する。特に、本発明は、水に実質的に不溶性である液体物質の封入化液滴に関するものであり、封入化剤はジスルフィド単位を含有するシェル壁(shell wall)であり、これによって環境に敏感な、可変放出壁（variable release wall）を形成する。さらに本発明は、かかるマイクロカプセルの製造プロセス及びその使用法に関する。
発明の背景
液体、溶媒中に溶解または懸濁させた、単数及び複数種類の固体をゆっくりとまたは制御放出させるためにマイクロカプセルを使用することは、医薬、スペシャリティ・ケミカル及び農業などの化学業界では公知である。制御放出技術は、農業においては除草剤、殺虫剤、殺真菌剤、殺菌剤及び化学肥料の効率を改善してきた。非農業的利用としては、封入化染料、インキ、医薬品、フレーバー化剤及び芳香が挙げられる。
このマイクロカプセルの壁は通常は多孔質であり、その壁の孔を通して拡散することによって、閉じこめられた物質をゆっくりまたは制御された速度で周囲媒体に放出する。制御放出できることに加えて、この壁は湿潤土壌などの水及び水含有媒体に水非混和性液体を分散し易くする。このようにして封入された液滴は、特に、潅漑、雨及び散水由来の水が存在することが多い農業では有用である。
物質をマイクロカプセル化するための種々のプロセスは既に開発されている。これらのプロセスは、三つのカテゴリ−物理的方法、相分離及び界面反応−に分類することができる。物理的方法カテゴリでは、マイクロカプセル壁物質とコア粒子が物理的に一緒にされ、壁物質がコア粒子の周囲を流動してマイクロカプセルを形成する。相分離カテゴリでは、マイクロカプセルは、非混和性連続相中にコア物質を乳化または分散させることによって形成されるが、非混和性連続相中では、壁物質が溶解され、コアセルベーションなどによって連続相から物理的に分離され、コア粒子の周りに付着される。界面反応カテゴリでは、マイクロカプセルは、非混和連続相中にコア物質を乳化または分散させ、次いでコア粒子表面で界面重合反応を起こすことによって形成する。
上記プロセスは有用性が多岐にわたる。噴霧乾燥、噴霧冷却及び加湿ベッド噴霧コーティングなどの物理的方法では、溶媒の蒸発または冷却に伴う揮発損失及び汚染制御問題により、さらに殆どの条件下では全ての製品が封入化されているわけではなく、また全てのポリマー粒子が製品コアを含有しているわけではないことにより、製品のマイクロカプセル化の有用性は限られている。相分離技術には、プロセス制御及び生成物装填限界という不利がある。再現可能な相分離条件を達成することは困難であり、相分離したポリマーに優先的にコア液滴を確実に湿潤させるのも困難である。
界面重合反応法は、農薬のマイクロカプセル化に関し農業で使用するのに最適なプロセスであることが立証されている。界面反応法には種々のタイプがある。その一つの界面重縮合マイクロカプセル化プロセスでは、二種類の異なるモノマーを油/水界面で接触させ、縮合によってこれらを反応させてマイクロカプセル壁を形成する。
もう一つの現場（in situ）界面重縮合反応では、油性コア及び一つ以上のプレポリマーを含有する有機相を製造する。次いで水と界面活性剤とを含有する連続または水相溶液にこの有機相を分散させる。この有機相は、乳化によって水相内にくまなく離散液滴として分散され、離散有機相液滴と周囲の連続水相との間には界面が形成する。この界面におけるin situ自己縮合及び有機相液滴内でのポリマーの硬化は、約20℃〜約100℃の温度にエマルションを加熱することによって開始する。十分な時間加熱を実施して、プレポリマーのin situ縮合を実質的に完了させて、有機コア物質を封入する固体透過性ポリマーシェル(solid permeable polymer shell)からなるカプセルに有機液滴を転換させる。使用プレポリマーのタイプに依存して、縮合の間にエマルションのpHを約０〜約４のpHに維持するために酸性化剤が必要である。
in situ縮合により製造したマイクロカプセルには二種類あることが知られている。一つは、米国特許第4,285,720号に例示されているように、ポリ尿素マイクロカプセルであり、これはプレポリマーとしてポリメチレンポリフェニルイソシアネート(PMPPI)及び／またはトリレンジイソシアネート(TDI)などの少なくとも一種のポリイソシアネートの使用を含む。ポリ尿素マイクロカプセルの製造において、壁形成反応は、エマルションを高温に加熱することによって開始し、この時イソシアネートポリマーが界面で加水分解してアミンを形成し、これが順に非加水分解化ポリマーと反応してポリ尿素マイクロカプセル壁を形成する。
もう１つは、本明細書中参照として含まれる米国特許第4,956,129号、同第5,160,529号及び同第5,332,584号に例示されるように、アミノプラストマイクロカプセルであり、ここで壁形成プレポリマーはエーテル化またはアルキル化アミノホルムアルデヒド(アミノプラスト)レジンである。このアミノプラストマイクロカプセル壁は、エマルションを加熱し、同時にエマルションに酸性化剤を添加してエマルションのpHを約０〜約４に維持することによって形成する。エマルションの加熱及びそのpHを低下させることを十分な時間維持して、アミノレジンのin situ自己縮合及び／または架橋を実施し、それによってアミノプラストマイクロカプセル壁を形成する。
in situ縮合により製造したマイクロカプセルは、農薬充填量が多く、製造コストが低いだけでなく、非常に効果的な膜と、水相にモノマー残渣が残留しないという利点がある。さらに、そのようなマイクロカプセルは、マイクロカプセルシェルを通して周囲媒体に拡散することによって、封入化物質をゆっくりまたは制御された速度で放出させることができる。
これらの制御放出マイクロカプセルは長期にわたって封入化物質を放出するものとして長期有効性を提供し、有効期間の間中利用可能である。農業分野では、特定の環境条件下で比較的短期間で劣化または分解する農薬または他の成分にとって、このことは特に重要である。これらの状況でマイクロカプセル化組成物を使用すると、初期用量が一回で多い場合よりも必要な量で連続して環境中に放出されるので、長期間、通常数週間にわたって封入化成分の効果的な活性が得られる。制御放出マイクロカプセル化農薬は主に除草剤として使用され、植物の発育または昆虫の発生前に土壌に適用する。そのような適用では、所定の期間にわたって有効なため、新しく発生した雑草や昆虫をその幼生段階で殺滅または制御することができる。マイクロカプセル化殺虫剤及び殺真菌剤は葉への適用にも使用することができる。
農薬などの製品のマイクロカプセル化により、マイクロカプセルのポリマー壁が取扱者と効力の強い農薬との接触を最小化するという点で、農薬の取り扱いの安全性が高まるという恩恵がさらに得られる。さらに、封入化成分の漸次(gradual)制御放出及び迅速制御放出の両方の利点をもつのが望ましいという場合がある。それは、マイクロカプセルが有害昆虫によって摂取される場合である。そのような場合には、マイクロカプセル壁が直ちに壊れて、農薬が昆虫の腸内に迅速に放出されるのが望ましい。さらに、有用な昆虫則ち有害でない昆虫によってマイクロカプセルが摂取される場合には、その壁が壊れずに生存させるのが望ましい。
発明の概要
米国特許第4,956,129号、同第5,160,529号及び同第5,332,584号に記載されているのと同様のin situ重縮合反応によって形成したマイクロカプセルの壁は、アミノプラスト壁にジスルフィド結合を含ませたり、またはジスルフィド結合をもつか若しくはこれを形成し得る化合物でアミノレジンを置換することによって改質し得ることが知見された。これらの結合は、当該マイクロカプセルが知見される環境に依存して、そのマイクロカプセルに含まれる物質が漸次制御放出または急速誘発化放出によって放出されるように、マイクロカプセル壁の特性を高めるように機能する。
農業用途に関するこれらの環境としては、そのようなマイクロカプセルが適用され得る地形または植物が挙げられる。そのような環境では、封入化物質は徐々に放出される。この環境としては昆虫の腸も挙げられ、その中の状況によってジスルフィド結合の開裂を誘発したりまたは引き起こして、封入化物質を迅速または急速に放出させる。従って、この封入化物質は、ジスルフィド結合の開裂を誘導しない環境中ではマイクロカプセルの壁を横切って徐々に放出することができ、またはジスルフィド結合は、マイクロカプセルを取り巻く環境条件によって開裂して、封入化物質を迅速に放出することができる。
そのようなマイクロカプセルの製造プロセスは、
(a)封入化すべき物質と壁形成物質とを含む有機溶液または油性相を製造し、これによって壁形成物質は油性相に溶解し、且つ一種以上の架橋剤を含み、ここで少なくとも一種の架橋剤はポリチオール化合物及び、場合によりアルキル化アミノホルムアルデヒドプレポリマーである；
(b)水、保護コロイド及び、場合により相転移触媒及び／または乳化剤を含む連続相水溶液中に有機溶液のエマルションを作成し、ここでエマルションは連続相水溶液内にくまなく分散した有機溶液の離散液滴を含み、有機溶液の離散液滴と水溶液との間には界面が形成し；次いで
(c)エマルションを加熱し、場合により同時にエマルションに酸性化剤を添加して壁形成を実質的に完了させるのに十分な時間、エマルションのpHを約０〜約４に維持することによって、ジスルフィド結合をin situ縮合及び／または形成させて、水溶液との界面で離散液滴の有機溶液中で壁形成物質を硬化させて、有機溶液液滴を、物質を封入する固体透過性ポリマーシェルからなるカプセルに転換させる、各段階を含む。
このプロセスにより形成したマイクロカプセルは、周囲媒体にシェルを通して拡散することによって封入化物質を漸次制御速度で放出することができる。さらに、このプロセスにより形成したマイクロカプセルは、そのような開裂を促進する周囲媒体の存在下で、ジスルフィド結合の開裂によって封入化物質を急速に放出することができる。本発明は、上記プロセスとこのようにして形成したマイクロカプセルのいずれにも関する。
マイクロカプセルからの活性成分のFickian拡散による放出速度は、等式：
【化３】
放出速度は、マイクロカプセル壁の化学組成、従って透過性を変えることによってかなり変動させることができる。ジスルフィド結合の導入はそのようなアプローチの一つである。さらに、ジスルフィド結合は幾つかの薬剤による開裂に敏感であるので、要求に応じて急速放出することができる。可能な誘発化剤としては、塩基系及び／または還元系が挙げられる。
本発明の一つの側面では、ジスルフィド単位を含有し、半透過性バリヤを提供するマイクロカプセル壁組成物について記載する。この壁は、(1)全ての壁形成物質が硫黄原子を含有する；または(2)壁形成物質の幾つかは硫黄原子を含有するが、幾つかは含有しない物質から製造することができる。
本発明のもう１つの側面では、物質からマイクロカプセル壁にジスルフィド結合を導入するためのプロセスについて記載し、ここで(1)ジスルフィド単位が壁形成時に生成する；または(2)ジスルフィド単位が出発物質中に既に存在している。壁形成用物質が容易に入手可能であり別の段階で特別な製造を必要としない場合には、第一の選択が好ましい。
発明の詳細な説明
上記アミノプラスト・マイクロカプセル・プロセスで壁形成法を変更することによって改質(modified)化学構造を製造して、壁の特性を変更できることを知見した。このプロセスではポリチオール化合物を使用し、架橋剤のチオール基の幾つかの間にジスルフィド結合を逐次または同時に形成することを含み、そしてアミノプラストレジンを使用するときには、他のチオール基とアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンとの間に上記の如くチオエーテル結合を形成することを含む。
最も簡単な様式において、本発明のマイクロカプセルは、ポリチオール化合物から形成した壁によって封入されたコア物質から構成され、ここでこの壁は、封入化物質を迅速に放出するように「開裂」し得るジスルフィド結合から構成されている。開裂とは、ジスルフィド結合が壊れて切り離されてコア物質を放出する反応を指す。
コア物質は通常液体であり、農業製品の場合には、一種以上の農薬から構成されていてもよく、非農業製品の場合には、インキ、染料、医薬品または他の製品から構成されていてもよい。農業用製品に関しては、コアは、活性成分として殺虫剤、除草剤、殺真菌剤及び殺生物剤などの一種以上の農薬を含む、通常、水と非混和性の有機溶液であることができる。農薬は、液体、水と非混和性である溶媒に溶解させた固体農薬、またはその中にもう一種の農薬を含み得る有機溶媒中に懸濁させた固体であることができる。この有機溶液は、その中に懸濁または溶解させた紫外線保護剤も含むことができる。
本発明のカプセル懸濁液は、互いに非混和性である二種類の物質を含有して製造することもでき、一方の物質を封入し、他方の物質を懸濁液の水相に含ませる。そのような組合せ生成物は貯蔵安定性で、組合せ農薬製品の製造が容易であり、非混和性農薬を一緒に適用することができる。
マイクロカプセルの壁を形成する際に使用する物質は、一種以上のポリチオール化合物から構成され、ここでチオール２モルが一緒に連結してジスルフィド結合を形成する。壁形成の化学反応は複雑である。壁物質がアミノプラストレジンを含むプロセスでは、アミノプラストレジンとポリチオール化合物との間の架橋縮合反応は、チオール基でアルコキシまたはメチレン基を置換してチオエーテル結合：
【化４】
【化５】
ジスルフィド結合は、ポリチオール化合物の酸化によって該化合物から迅速にできる。酸化及び還元は常に、還元剤によって供給される電子が酸化剤によって受容されるレドックス反応で一緒に起きる。チオールは反応中で還元剤として作用して、チオール２モルが連結してジスルフィド基を形成し、２個のプロトンと２個の電子：
【化６】
上記アミノプラスト壁系の壁が形成する間にジスルフィド基が作られる場合には、プロトンの生成は特に重要である。pHの低下は同時に、他のチオール基とアルキル化アミノプラストレジンとの間のチオエーテル結合の形成を促進するからである。
硫黄含有壁形成前駆体
上記の如く、本発明のマイクロカプセルの壁は、全ての壁形成物質が硫黄原子を含むか、または壁形成物質の幾つかが硫黄原子を含み幾つかは含まない物質から製造することができる。さらにジスルフィド結合に関しては、これらの結合は壁を形成するのに使用した出発物質中に既に含まれていた若しくは予備調製することができるか、またはこの結合は壁形成時に生成することができる。
本発明の一態様において、全ての壁形成物質が硫黄原子を含む場合、一種以上のポリチオール化合物を使用して、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンの非存在下でマイクロカプセル壁形成時にジスルフィド結合を形成する。壁の強度は、生成したジスルフィド結合数と(複数種類の)ポリチオール化合物の分子量に依存することは、当業者には理解されよう。好適なチオール化合物の例としては、中でも、ペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトピロピオネート)及びペンタエリスリトールテトラチオグリコレートが挙げられる。
幾つかの壁形成物質が硫黄原子を含み幾つかは含まない、本発明のもう一つの態様では、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと既にジスルフィド結合を含む化合物とを使用してマイクロカプセル壁を形成する。ジスルフィド結合を既に含む化合物は、有機相に実質的に溶解性であるのが好ましい。アミノプラストレジンの架橋または自己縮合は、アルコールまたはアミンなどのチオール以外の官能基によっても実施することができる。好適なジスルフィド化合物の例としては、中でも、2-ヒドロキシエチルジスルフィドが挙げられる。また、好適なものとしては、3-メルカプト-1,2-プロパンジオールの酸化カップリング：
【化７】
【化８】
本発明の好ましい態様では、ポリチオール化合物をアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと混合し、マイクロカプセル壁の形成時に上記のジスルフィド結合とチオエーテル結合を形成する。２個のチオール基をもつ分子が好ましく、ポリチオール化合物は２個を超えるチオール基をもつのが好ましい。ポリチオール化合物中の他の官能基は、それらの基が有機相に実質的に溶解性であり、壁形成に悪影響を及ぼさないという条件のもとで許容可能である。２個のチオール基をもつ化合物の例としては、中でも、1,4-ブタンジチオール、1,5-ペンタンジチオール、1,6-ヘキサンジチオール、1,8-オクタンジチオール及びキシレン-α,α'-ジチオールが挙げられる。
本発明で使用する好ましいポリチオール化合物は、多官能性アルコールとチオール含有カルボン酸誘導体HS-Z-CO2R'とを反応させて、チオール含有エステル：
【化９】
アルコールとカルボン酸誘導体とを反応させてエステルを製造する代わりに、多くの好適なエステル類、中でもたとえば、1,2,6-ヘキサントリオールトリチオグリコレート(Aldrich社)；1,2,3-プロパントリオールトリチオグリコレート(Bruno社)；トリメチロールプロパントリス(2-メルカプトアセテート)(Aldrich、ICN-RF、Salor、Pfalts & Bauer及びBruno社)；トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)(Aldrich、Pfaltz＆Bauer及びBruno社)；ペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)(Aldrich、Bruno、Fluka、ICN-RF、Salor、Pflatz & Bauer及びTCI-US社)；及びペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(Aldrich、Bruno、Salor及びTCI-US社)が市販されている。特に好ましいエステル類は、グリセロール、またはトリメチロールプロパンまたはペンタエリスリトールと3-メルカプトプロピオン酸またはチオグリコール酸とから製造したものである。かかるエステル類は通常、農芸化学物質の輸送に関連する種々の油に可溶性である。
本発明で使用する好適なチオール化合物は、多官能性アミン分子とチオール含有カルボン酸誘導体HS-Z-CO2R'との反応により、チオール含有アミド類：
【化１０】
ポリチオール化合物が好ましいが、ジスルフィド結合を形成し得るチオール基と、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと反応し得るアルコールまたはアミン類などの他の官能基と、両方を含有する化合物も使用することができる。この場合、壁形成条件は、ジスルフィド結合が形成してからレジンとの架橋が起きるように選択する。アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと反応し得る２個のチオール基とアルコール基とをもつ化合物の例としては、中でも、2,3-ジメルカプト-1-プロパノール及び1,4-ジメルカプト-2,3-ブタンジオールが挙げられる。
レジン
幾つかの壁形成物質が硫黄原子を含み幾つかは含まない場合の組成物では、硫黄原子を含まない物質は、有機相では高い溶解性をもち水相では低い溶解性をもつ一部エーテル化アミノホルムアルデヒドレジンプレポリマー類である。非エーテル化形では、このプレポリマーは、その分子構造中に多量のメチロール基をもつ。エーテル化プレポリマー類はアルキル基で置換されたヒドロキシル基水素原子をもち、ホルムアルデヒド及びアルコールとアミノ基含有化合物との縮合により得られる。
プレポリマー類は油性相中で溶解性であるべきである。アルキル基は４個以上の炭素原子をもち、プレポリマー分子上の約50%を超えるヒドロキシル水素原子が置換されているのが好ましい。幾つかのヒドロキシル基は、壁形成段階で起きる縮合/重合で必要なので、上記プロセスで有用なものは、ヒドロキシル水素原子の約50%〜90%がアルキル基で置換されているものである。約70%〜90%のメチロール基がC4〜C6アルコールでエーテル化されているのが最も好ましい。このアルコールは直鎖でも分岐であってもよい。
アミノプラストレジンは、一般的な４つの種類：尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド及びグリコールウリルホルムアルデヒドの一つであってもよい。最初の２種類が好ましく、尿素ホルムアルデヒドプレポリマー類が最も好ましい。使用したプレポリマー類は、市販のエーテル化レジンプレポリマー類であってもよい。幾つかの市販のプレポリマー類は、商品名Beetle(登録商標)及びCymel(登録商標)としてCytec社より市販されているもの、Reichhold Chemicals社より市販のBeckamine(登録商標)系、及びSolutia社より市販のResimen(登録商標)系がある。
酸化剤
多くの酸化剤が公知である。以下に、in situ界面重合時、または有機相に添加する前のいずれかでチオール類からジスルフィド：
【化１１】
【化１２】
【表１】
文献から取ったチオールからジスルフィド反応：
【化１３】
【表２】
反応の化学量論は、電気的中性を与える試薬の割合によって制御する。たとえば、チオール類の酸化カップリングに関するレドックス反応を、ヨウ素(0.54V)、第二鉄イオン(0.77V)、酸素(0.70V)、重クロム酸イオン(1.23V)及び過酸化水素(1.78V)酸化剤に関して記載する。
【化１５】
プロセス
本発明の一態様において、油性相中に溶解したチオール類の酸化カップリングによって水中油型エマルションの界面でマイクロカプセル壁を製造し、ジスルフィドポリマーを形成するプロセス(全ての壁形成物質が硫黄原子を含む)について記載する。
一般的な方法は以下の通りである。封入すべき物質と少なくとも一つのポリチオール化合物溶液とから構成される油性相または有機相を製造する。この有機相は、一種類の液体物質、若しくは一種以上の活性液体物質または水に対して僅かな溶解性をもつ不活性溶媒中に溶解させた固体物質からなっているか、あるいはそのような有機液体中の固体物質の懸濁液からなっていてもよい。この水相は水と保護コロイドと、場合により、チオール化合物がまだジスルフィド結合を有さない場合には、好ましくは水に溶解しチオールをカップリングしてジスルフィド結合を形成してから壁を形成し得る酸化剤と、から構成される。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の慣用の高剪断撹拌機を使用して水相に有機相を分散させることによってエマルションを製造する。水相に酸化剤が存在しないとき、または水相に存在するのに加えてさらに酸化剤が必要なときには、酸化剤の水溶液を所定の温度でエマルションに添加して、さらに所定の時間撹拌した混合物を好適に加熱する。
エマルションの粒径または液滴サイズは本発明にとって決定的ではない。最も有用なのは、液滴サイズは直径約0.5〜約4,000ミクロン、好ましくは直径約１ミクロン〜約100ミクロン、最も好ましくは直径約１〜約25ミクロンの範囲である。所望の液滴サイズが得られたら、残りのプロセスの間に適正な成長を阻害するのには通常、緩やかな撹拌で十分である。
ジスルフィド結合は、以下のように界面プロセスにより形成する。酸化剤は水相から油性相に拡散して、ポリチオール化合物のチオール基をジスルフィド基に酸化する。酸化剤の分配係数は通常、水相中での酸化剤の残留に有利に働く。かくしてカップリング反応はおそらく、水-有機界面またはその付近で起きるだろう。レドックス反応の副生成物は水相に逆拡散する。酸化剤モル数対チオールモル数の割合は、形成し得るジスルフィド結合の可能最大数を決定する。
ポリチオール化合物の好適な例としては、中でもペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)及びペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)が挙げられる。好適な油としては、Fluazifop-p-ブチルとして公知の(R)-ブチル2-((4-((5-トリフルオロメチル)-2ピリジニル)オキシ)フェノキシ)プロパン、Butylate(ブチレート)として公知のS-エチルジ-イソブチルチオカルバメート、及びSolvesso 200が挙げられる。好適な酸化剤としては、ヨウ素、塩化第二鉄、過酸化水素及び重クロム酸カリウムが挙げられる。
酸性媒体中での重クロム酸塩の酸化を以下の実施例１eで説明する。チオール類のヨウ素及び塩化第二鉄の酸化によってプロトンが発生し、pHが低下する。ヨウ素及び塩化第二鉄の酸化については、それぞれ実施例１a及び１ｆで説明する。過酸化物による酸化：
【化１６】
【化１７】
本発明の好ましい態様では、少なくとも一種のアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと混合した少なくとも一種のポリチオール化合物を使用するプロセスについて記載し、このとき、マイクロカプセル壁形成時に界面反応によってジスルフィド結合とチオエーテル結合とが形成する。
一般的な方法は以下の通りである。有機相は、封入すべき物質または活性成分と溶媒とを別個にまたは一緒に構成し得る有機液体中に溶解させたポリチオール化合物とブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマーとの溶液から構成される。水相は、水、保護コロイドと、場合により(a)チオエーテル結合の形成を促進する触媒及び、(b)水に溶解され、チオールをカップリングしてジスルフィドにし得る酸化剤とから構成される。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の慣用の高剪断撹拌機を使用して水相中で油性相を分散させることによってエマルションを製造する。酸化剤の水溶液をこのエマルションに所定の温度で添加し、撹拌した混合物をさらに所定の時間、好適に加熱した。
ポリチオール化合物の好適な例としては、中でもペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)及びペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)が挙げられる。好適な油としては、Butylate(ブチレート)として公知のS-エチルジ-イソブチルチオカルバメート、Solvesso 200、及びSolvesso 200中のクロルピリホスの溶液が挙げられる。好適な酸化剤としては、ヨウ素、塩化第二鉄、過酸化水素及び重クロム酸カリウムが挙げられる。酸化剤は５℃〜70℃の温度で添加してもよい。好ましくは、酸化剤を20℃〜50℃の温度で添加する。
界面プロセスによるジスルフィド結合の形成は、上記の如く進行する。酸化剤のモル数対チオールのモル数の割合は、形成し得るジスルフィド結合の可能な最大数を決定する。ジスルフィド形成反応で消費されなかったポリチオール化合物のこれらチオール基は、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと反応してチオエーテル結合を形成する。チオエーテル結合の形成は酸によって促進され、理論的に無限の分子量の熱硬化性ポリマーが形成する。
酸化を酸性溶液中で実施すると、たとえば酸化剤として重クロム酸イオンを使用すると、ジスルフィド及びチオエーテル形成反応は、多分同時に起きるだろう。中性のpHまたはそれ以上のpHから出発し、レドックス反応で酸が生成するとき、たとえば酸化剤としてヨウ素を使用するとき、ジスルフィド及びチオエーテル形成反応は多分、逐次に起きるだろう。中性のpHまたはそれ以上のpHから出発し、レドックス反応がpHを変えないときは、ジスルフィド形成反応は多分チオエーテル形成反応よりも優先的に起きるだろう。
チオエーテル形成反応速度は、水素イオンの局在化濃度に依存する。ジスルフィド形成反応によって生成したプロトンは、ポリチオール化合物のチオール基の近傍で一時的に低いpH(高濃度)を与えるだろう。しかしながら、プロトンは迅速に水相に拡散してしまって、チオエーテル形成反応を触媒するのには利用できないだろう。反応速度は、組成物中にアルキルナフタレンスルホン酸などの触媒を含有させることによって促進することができる。触媒は疎水性セグメント及び親水性セグメントのいずれをももち、これによって該化合物が水-有機界面を容易に横断することができる。スルホン酸セグメントは水相から有機相へプロトンを運んで、チオエーテル形成反応を促進する。
ヨウ素または臭素を使用するレドックス反応によって、このプロセスの原理を説明する。ヨウ素は25℃の水１dm3中で0.335gという低い溶解性をもち、かなりの蒸気圧ももつ。このことが水系でのヨウ素の使用を複雑にしている。ヨウ化カリウムの水溶液にヨウ素を溶解することによってこの問題点はいずれも解決する。上記表１で3I-として示された、トリ-ヨーダイドイオン：
【化１８】
理論に拘束されるつもりはないが、トリ-ヨーダイドの溶液を水相に添加すると、このトリ-ヨーダイドは水相からエマルション液滴中へ拡散して、水-有機界面でチオール基をジスルフィドに酸化する。かくして生成したHIは媒体のpHを下げて、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと未反応チオール基との架橋を促進する。架橋反応は、組成物に触媒と追加の酸を含有させることによって促進することができる。所望により、HIはK2CO3で中和することができる。
使用したKI3の量によってpHが決まり、系が移動する。KI3１モル毎にチオール２モルの反応で、HI２モルが生成する。化学量論量は重要である。KI3：SHの割合が非常に高いと、チオールの殆どがジスルフィド結合の形成で消費される。則ち、アルキル化アミノホルムアルデヒドオリゴマーを架橋するのに利用可能なものは殆どない。ジスルフィド結合は非常に柔軟で、壁の硬直性はこの基の濃度により影響を受ける。酸化剤としてヨウ素及び臭素を使用することについては、以下に記載する実施例２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅで説明する。アミノプラストレジンを使用せずに実施したこれらの実験は、試薬が水相と有機相との間で分配し、２〜８のpHでチオールを結合してジスルフィドにすることを示した。この試薬は、チオールとアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンのいずれをも含む系に関しても使用した。
このプロセスの原理を、過酸化水素を使用するレドックス反応によってさらに説明する。過酸化水素は安価であり、水に完全に溶解する。しかしながら、1.78ボルトのレドックス電位では、過酸化水素は強力な酸化剤であり、壁形成以前にエマルションのコロイド不安定化を引き起こしてしまうことがある。これらの問題点は、試薬を室温でエマルション中に注意深く計量して、熱分解の可能性を減少させることによって最小化することができる。酵素触媒を室温及び約７のpHでエマルションに添加することによって、過剰の過酸化水素を分解することができる。酸化剤として過酸化水素を使用することについては、以下の実施例２ｆで説明する。
本発明のさらなる態様では、酸化剤の混合物を使用して油性相中に溶解したチオールをカップリングして、ジスルフィド結合を含有するポリマーを形成する。一般的な方法は、二種類の酸化剤(A)及び(B)を使用して、これによって特定の利益を得てもよい以外には、上記のと同様である。たとえば、酸化剤(A)１モルを使用して、以下の方法で酸化剤(A)とチオール類との間の反応の化学量論から推測されたジスルフィド結合の数よりも多く生成させることも可能である。水相から油性相への酸化剤(A)の拡散とチオール基のジスルフィド基への酸化の後で、酸化剤(A)の還元された副生成物は水相へ逆拡散する。酸化剤(A)を２個の電子プロセスによって還元すると、以下のようになる。
【化１９】
【化２０】
混合酸化剤の例としては、中でも、三ヨウ化カリウム[酸化剤(A)]と過酸化水素[酸化剤(B)]の使用が挙げられる。三ヨウ化カリウムは、ヨウ素とヨウ化カリウムとの反応により形成する。
【化２１】
【化２２】
【化２３】
【化２４】
このプロセスは、ペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)のみを使用する実施例３ａで説明する。この実施例では、三ヨウ化カリウムを十分量でエマルションに添加してpHを約9.1〜4.8にして、ヨウ化水素を発生させている。過酸化水素を後添加してHIからヨウ素を再発生させると、pHと温度が上昇し、ヨウ素のリサイクルがエマルション中の色変によって立証された。
本発明を以下の実施例により詳細に説明する。
カプセル形成の例
以下の実施例では、油/水界面を横切ってジスルフィド結合が生成することについて説明し、ここではチオールが油性相中にあり、酸化剤が水相に溶解している。この界面とジスルフィド結合の生成を説明するモデルスタディを実施した。
モデルスタディの一般的な方法は以下の通りである。トルエン(9.00g)中のメチルチオグリコレート(1.00g，9.42ミリ当量：mequiv)の溶液を、35.3%w/wKI3(水溶液)(KI 2.0g、I2 1.27g、水6g；KI：I2比2.4:1；I2 10ミリ当量)9.27gの水溶液の上に注意深く層状にした。有機/水の界面を乱さないような速度で、下の水相をマグネチックスターラーで撹拌した。室温で24時間後、両方の相はまだ紫色であった。この混合物を50℃で３時間撹拌すると、上の有機層から色が全部なくなった。次いでこの混合物を20%w/wKI(水溶液)で洗浄し、有機層をMgSO4で乾燥した。GCMS(10℃/分で40℃〜300℃で傾斜させた30mm×0.25mm×0.25μmDB-1カラムを使用する高分解能ガスクロマトグラフィー；低分解能MS、EI+モード)による分析から、トルエン以外に、存在するたった一種類の成分は3,4-ジチア-1,6-ヘキサンジオン酸(MeO2CCH2S)2-であり、m/zは210であった。
実施例１ａ〜１ｆ ( アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンは存在しない；種々の酸化剤を使用 )
実施例１ａ〜１ｆは、全ての壁形成物質が硫黄原子を含有し、ジスルフィド単位が壁形成時に生成する、マイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。一般的な方法は以下の通りである。有機相はポリチオール化合物の溶液から構成されていた。水相は保護コロイドと、場合により、チオールをカップリングして水に溶解したジスルフィドを形成し得る酸化剤とから構成されていた。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の高剪断撹拌機を使用して、有機相を水相中に分散させることによってエマルションを製造した。通常、Silverson SL2T撹拌機を３〜５分間、4000〜5000rpmで使用した。酸化剤の水溶液を所定の温度でエマルションに添加して、撹拌した混合物をさらに所定の期間、好適に加熱した。
実施例１ａ ( 酸化剤として三ヨウ化カリウムを使用 )
この実験では、10重量％の壁をもつマイクロカプセルが、酸化剤としてヨウ化カリウムを使用してポリチオール化合物から製造し得たことを示す。Fluazifop-p-ブチル[(R)-ブチル2-(4-((５トリフルオロメチル)-2ピリジニル)オキシ)フェノキシ)プロパネート](18.0g)中のペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート）(Evans ChemeticsよりQ43として市販)(2.0g)の溶液を、40%Reax 100M(0.8g)を含有する水(19.2g)の水相に乳化した。水(2ml)中のヨウ化カリウム(3.2g)とヨウ素(2.0g)の溶液を、室温で撹拌したエマルションに滴下添加した。室温で２時間撹拌を継続し、水(2ml)中の炭酸カリウム(2.0g)の溶液を添加した。球状のマイクロカプセルが得られた。これは乾燥してもその構造を維持していた。
実施例１ｂ ( 室温において酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、頑丈なマイクロカプセルが、アルカリ性pH及び周囲温度において、酸化剤として過酸化水素を使用してポリチオール化合物から製造できたことについて説明する。Solvesso200(12.5g)中のQ43(2.38g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(2.00g)と蒸留水(15.00g)から構成される水相中へ、高剪断で乳化した。このエマルションを室温で撹拌し、30分間隔で0.5mlずつ過酸化水素(2ml，100容積)を添加し、添加完了時にさらに１時間撹拌した。pHは9.1から7.6に下がった。加熱前に生じたマイクロカプセルは滑らかで、球状で中強度であり、乾燥しても漏出がなく、同一乾燥特徴をもって再懸濁可能であった。次いでこのエマルションを53℃で全部で３時間加熱すると、pHは7.6から4.3に下がった。温度上昇したときのpHの大きな低下は、過酸化物の熱分解に関連すると考えられた。加熱後、マイクロカプセルはやや強くなったようであった。
実施例１ｃ ( 酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、ほぼ中性のpHで酸化剤として過酸化水素を使用して、10重量％の壁をもつマイクロカプセルがポリチオール化合物から製造できたことについて説明する。Solvesso200(11.4g)と酢酸エチル(2.00g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(2.11g)の溶液を、40%Reax100M(2.00g)と蒸留水(15.00g)とから構成される水相中で高剪断で乳化した。硫酸を添加してpHを８にした。このエマルションを50℃で撹拌し、このとき30分間隔で２ml(100容積)H2O2を0.5mlずつ添加した。生成したマイクロカプセルは滑らかで球状であり、中強度の壁をもっていた。
実施例１ｄ ( 低い pH で酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、中強度のマイクロカプセルが、低いpHと周囲温度で酸化剤として過酸化水素を使用してポリチオール化合物から製造できたことを示すものである。Solvesso200(12.6g)中のQ43(2.3g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(0.75g)と脱イオン水(15.5g)との水相中で高剪断で乳化した。硫酸を添加してpHを9.5から２にした。このエマルションを室温で撹拌し、このとき30分間隔で過酸化水素(２ml、100容積)を0.5mlずつ添加した。エマルションを53℃で３時間加熱し、次いで2%NaHCO3(水溶液)を添加して中和した。生成したマイクロカプセルは滑らかで球状であり、中強度であった。
実施例１ｅ ( 酸化剤として重クロム酸カリウムを使用 )
この実験は、８重量％の壁をもつマイクロカプセルが、酸化剤として重クロム酸カリウムを使用してポリチオール化合物から製造できたことについて説明する。Solvesso200(15.3g)中のQ43(1.35g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(2.35g)と脱イオン水(15.5g)とからなる水相中で高剪断で乳化した。エマルションを35℃で撹拌し、このとき5.1mlの濃HClを1ml/15分と一緒に0.5NのK2Cr2O7(7.3g，35℃に保持して溶解性を保持)を15分間隔で1.5mlずつ添加した(2.5時間後pH１)。このエマルションを全部で2.5時間加熱した。生成したマイクロカプセルは球状で強く、乾燥時に漏出はなく、水中に再懸濁可能であった。
実施例１ｆ ( 酸化剤として塩化第二鉄を使用 )
この実験は、酸化剤として塩化第二鉄を使用してポリチオール化合物から８重量％の壁をもつマイクロカプセルが製造できたことについて説明する。Solvesso200(15.3g)中のQ43(1.35g)の溶液を、LomarD(0.94g)、蒸留水(11.06g)、〜８g飽和FeCl3溶液(10%w/wの10mlから)から構成される水相中へ、高剪断で乳化した。次いでエマルションを50℃で撹拌し、残りのFeCl3の２×5gの洗液を１時間間隔で添加した(３時間後にpH0.5)。このエマルションを全部で３時間加熱した。生成したマイクロカプセルは球状で中強度で、乾燥時に漏出がなく、水中で再懸濁可能であった。
実施例２ａ〜２ｆ ( チオール化合物とアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンが存在；種々の酸化剤 )
実施例２ａ〜２ｆは、幾つかの壁形成物質が硫黄原子を含有し、幾つかは含まず、ジスルフィド単位が壁形成時に生成する、マイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。一般的な方法は以下の通りである。有機相は、ポリチオール化合物とブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマーの溶液とから構成されていた。水相は保護コロイドと、場合により、水中に溶解したチオエーテル結合の形成を促進する触媒とから構成されていた。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の高剪断撹拌機を使用して、有機相を水相中に分散させることによってエマルションを製造した。酸化剤の水中の溶液を、20℃〜55℃でpH＞８で水中油型のエマルションに添加した。pHは、チオール基対酸化剤の性質及び量の割合に依存した値に下がった。マイクロカプセル壁の完全性を顕微鏡外観検査で評価した。好適な場合には、硫酸を添加してpHを約２に下げ、混合物を所定の時間50℃±５℃で加熱した。
実施例２ａ ( 酸化剤として KI 3 を使用 )
この実験は、9.6：１のチオール：ヨウ素のモル比を使用すると、pHは約9.5から約4.1に下がり、品質の悪い壁が形成したことについて説明する。H2SO4を添加してエマルションのpHをさらに約1.7に下げると、良好な品質の壁が形成した。このことは、上記のモル比では、完全な壁を形成するには不十分なジスルフィド結合が形成し、低いpHではポリチオール化合物とプレポリマーとの間にチオエーテル結合が形成することによって強健な壁が実質的に形成したことを示唆した。Aromatic200(12.5g)中のQ43(0.70g)とエーテル化尿素ホルムアルデヒドレジン(Cytec製Beetle-80として市販)(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(13.5g)中の40%Reax100M(0.75g)とPetroBAF(Witco製アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩)(0.03g)から構成される水相に、高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(1.8ml)中のヨウ素(0.038g)とヨウ化カリウム(0.060g)の溶液を室温でこのエマルションに滴下添加した。pHは4.1に下がった。光学顕微鏡による検査から、弱い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.7に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後も水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｂ (KI 3 酸化剤 )
この実験及び結果は実施例２ａと同様であったが、ペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)をQ43の代わりに使用した。Aromatic200(12.6g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(0.70g)及びBeetle80(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(15.5g)中の40%Reax100M(0.75g)とPetroBAF(0.03g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(1.8ml)中のヨウ素(0.038g)とヨウ化カリウム(0.060g)との溶液を、室温でエマルションに滴下添加した。pHは２に下がった。光学顕微鏡による検査により、弱い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.7に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後でも水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｃ (KI 3 酸化剤 )
この実験は、5.4：１のチオール：ヨウ素のモル比を使用すると、pHは約9.5から約2.4に下がり、適度な品質の壁が形成することを示し、これはジスルフィド基とチオエーテル基の両方の形成を反映しているらしい。H2SO4を添加してエマルションのpHをさらに約1.9に下げると、チオエーテル結合形成用の触媒の非存在下で適度な品質の壁が形成した。Aromatic200(14.9g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(0.70g)及びBeetle80(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(15.5g)中の40%Reax100M(0.75g)から構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(3.6ml)中のヨウ素(0.076g)とヨウ化カリウム(0.120g)との溶液を、室温でエマルションに滴下添加した。pHは2.4に下がった。光学顕微鏡による検査により、適度に強い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.9に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後でも水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｄ (KI 3 酸化剤 )
この実験は実施例２ｃと同様であったが、チオエーテル結合形成用の触媒を水相中に配合した。pH2.4で、適度な品質の壁が形成した。H2SO4を添加してエマルションのpHをさらに約1.9に下げると、非常に良好な品質の壁が形成した。Aromatic200(14.9g)中のペンタエリスリトールテトラ-(2-メルカプトアセテート)(0.70g)及びBeetle80(1.60g)の溶液を、室温で、蒸留水(15.5g)中の40%Reax100M(0.75g)とPetroBAF(0.03g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションのpHは約９であった。水(3.6ml)中のヨウ素(0.120g)とヨウ化カリウム(0.076g)との溶液を、室温でエマルションに滴下添加した。pHは2.4に下がった。光学顕微鏡による検査により、適度に強い壁が形成したことが知見された。硫酸を添加して配合物のpHを1.9に下げ、この混合物を50℃±５℃で２時間加熱した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の非常に強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、乾燥後でも水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｅ ( 酸化剤として KI 3 、 Br 2 を使用 )
この実験は、ヨウ素に関して上記したのと同様の方法で臭素を使用し得ることについて説明する。Solvesse200(12.6g)中のQ43(0.7g)とBeetle80レジン(1.6g)との溶液を、40%Reax100M(水溶液)(0.75g)、PetroBAF(30mg)と水(15.5g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションを室温で撹拌し、５%w/wKBr3(水溶液)(KBr:Br2比2.4:1モルの1.7g)を添加すると、pHは1.8に下がった。添加が完了したら、pH1.8でこのエマルションを50℃で５時間加熱した。次いで、５%K2CO3(水溶液)を添加して、エマルションを中和した。生成したマイクロカプセルは滑らかな球状の強い壁をもち、これは乾燥時も漏出せず、同様の乾燥特性を備え、水中で再懸濁可能であった。
実施例２ｆ ( 酸化剤として過酸化水素を使用 )
この実験は、アルキル化アミノホルムアルデヒドレジンとペンタエリスリトールテトラ-(3-メルカプトプロピオネート)を使用するマイクロカプセルにおいて、酸化剤として過酸化水素と酸触媒を使用して、ジスルフィド結合とチオエーテル結合を逐次製造できたことを示す。Solvesso200(10.2g)中のQ43(2.3g)とBeetle80レジン(2.3g)との溶液を、40%Reax100M(1.13g)、PetroBAF(45mg)と水(16.0g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションをpH9.3で室温で撹拌し、この間にH2O2(100容積、4ml)を30分間隔で１mlアリコートで添加した。最初に添加した後に、温度は19℃から21℃に上昇し、残りの添加の間中、20℃であった。色は乳白色のままであった。４回のそれぞれの添加の後、pHはそれぞれ8.3、7.3、6.8及び6.6に下がった。光学顕微鏡による検査により、弱い壁が形成したことが知見された。過酸化水素添加30分後、H2SO4を使用してpHを1.9に下げ、エマルションを50℃で３時間加熱すると、良好な品質のマイクロカプセルが得られた。
実施例３ａ ( 混合酸化剤の使用 )
以下の実施例は、混合酸化剤を使用してジスルフィド単位を含有するマイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。この壁形成物質は全て硫黄原子を含んでいてもよく、または、幾つかの物質が硫黄原子を含み幾つかは含まなくてもよい。
実施例３ａ ( 酸化剤として三ヨウ化カリウムと過酸化水素を使用 )
この実験は、酸化剤の混合物を使用してQ43からマイクロカプセルが製造でき、過酸化水素によって三ヨウ化カリウムを再生することについて説明する。Solvesso200(12.5g)中のQ43(2.3g)の溶液を、40%Reax100M(水溶液)(2.0g)と水(14.25g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。エマルションを室温で撹拌し、この間に5.2%w/wKI3(水溶液)(KI：I2比2.4:1)5.4gを滴下添加した。室温で２時間撹拌後、pHは9.1から4.8に下がった。混合物の色は薄茶色に変化した。次いで過酸化水素(2ml，100容積)を１時間間隔で１mlずつ室温で添加し、その後添加完了時にさらに30分間撹拌した。過酸化物を添加する各回後に、温度は約18℃から約21℃に上昇し、薄茶色は橙色になった。温度は約18℃にまた下がって、そのうち色は薄茶色になった。最初の過酸化物を添加した後にpHは約6.0に上昇した。pH、温度及び色変は、過酸化物を添加する毎にヨウ素、従って三ヨウ化カリウムの再生を示すものと考えられた。一晩放置した後、pHは4.0に下がり、橙色は消失した。過酸化物を添加する前に生成したマイクロカプセルは、滑らかな球状であったが、弱く、乾燥時に破裂した。過酸化物を添加後のマイクロカプセルは滑らかで、球状であり、乾燥時も漏出がなく、同一の乾燥特徴を備えて再懸濁可能であった。
実施例４ａ ( 予備成形したジスルフィドの使用 )
以下の実施例は、ジスルフィド単位が出発物質中に既に含まれている、ジスルフィド単位を含有するマイクロカプセル壁組成物の形成について説明する。壁形成物質は全て硫黄原子を含んでもよく、または幾つかの物質が硫黄原子を含み幾つかは含まなくてもよい。
実施例４ａ ( 架橋剤として 2- ヒドロキシエチルジスルフィドを使用 )
この実験は、マイクロカプセルがアルキル化アミノホルムアルデヒドレジンと2-ヒドロキシエチルジスルフィドとから製造し得ること、則ち、ジスルフィド単位が出発物質中に既に存在し、2-ヒドロキシエチルジスルフィドのヒドロキシル基がレジンと反応することについて説明する。Solvesso200(12.6g)中の2-ヒドロキシエチルジスルフィド(0.70g)とBeetle80(1.60g)との溶液を、40%Reax100M(水溶液)(0.75g)、PetroBAF(0.04g)と脱イオン水(15.5g)とから構成される水相中に高剪断で乳化した。H2SO4を添加してpHを1.9に下げた。エマルションを50℃で６時間撹拌し、次いで２%NaHCO3(水溶液)を添加して中和した。生成したマイクロカプセルは球状で適度に強かった。
活性成分を含むカプセル懸濁液の形成例
マイクロカプセルの製造
農薬として殺虫剤クロルピリホス若しくはラムダ-シハロトリンまたは除草剤ブチラートのいずれかを含有するマイクロカプセルの懸濁液を、本明細書中に記載したミクロ封入化プロセスを使用して製造し、ここで殺虫剤はポリチオール化合物の酸化カップリングまたは、ポリチオール化合物とブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマーとの混合物の酸化カップリングと界面重合と縮合との組合せによって形成したポリマーシェル内に封入した。以下の実施例は一種類の封入化殺虫剤について例示しているが、当業者は本発明が一種類の封入化試薬に限定されるものではなく、化学的に適合可能な程度まで、二種類の殺虫剤と除草剤など、任意の数と組合せの成分を含み得ることを容易に理解するだろう。
一般的な方法は以下の通りである。有機層は殺虫剤から構成され、場合によっては、殺虫剤は溶媒（少なくとも一種のポリチオール化合物と、場合によりブチル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマー）に溶解された。水相は保護コロイドと、多くの場合、水中に溶解した乳化剤/相転移触媒から構成されていた。次いで、所望の粒径が得られるまで任意の慣用の高剪断撹拌機を使用して水相中に有機相を分散させることによって、エマルションを製造する。酸化剤の水溶液を室温で、水中油型エマルションに添加する。混合物を室温で３時間撹拌し、次いで50℃±５℃に３時間加熱した。得られたカプセル懸濁液を熱から外し、慣用の高剪断撹拌機を使用して、殺生物剤、懸濁剤及びpHを5.5に上昇させるための塩基の水溶液と後配合する。
以下に列記した成分を含有する上記方法に従って、組成物を製造した。
【表３】
【表５】
さらに、以下の標準アミノプラストサンプルを、上記サンプルとの比較用の標準物質として製造した。壁形成物質は予備形成したジスルフィド結合を含まず、プロセスはジスルフィド形成の(酸化的)形成の段階も含まない。標準的なアミノプラストサンプルは、以下の例外：(1)酸化剤を水相に添加して、pHを２に下げた；(2)酸化剤の水溶液の添加を省略した；及び(3)得られた水中油型エマルションを直ちに50℃±５℃に３時間加熱した以外には、上記の一般的な方法に従って製造した。総括的なプロセス方法は、米国特許第4,956,129号、同第5,160,529号及び同第5,332,584号に記載されている。組成物の成分を以下に列記する。
【表６】
実施例５〜１１及び１５〜２０の組成物を、水の存在下、及びいくつかの例では塩基の存在下で、放出速度についてin vitroで試験した。未処理サンプルを以下のようにして処理した。ブチレートカプセル懸濁液(CS)0.1g a.i.の同量を水1.5mlで希釈し、0.8ミクロン濾紙上で真空濾過し、デシケーター中に約１時間設置してから、放出速度測定を実施した。
塩基処理サンプルを以下のようにして処理した。ブチレートCS0.1g a.i.の同量を0.1M KOH(pH12.5)または10mM KOH溶液(pH11.6)のいずれかで希釈した。サンプルを６時間回転し、0.8ミクロン濾紙上で真空濾過し、デシケーター中に約１時間設置してから、放出速度測定を実施した。
放出速度の研究は、Cahn RHエレクトロバランスを使用して実施して、真空下でマイクロカプセルからのブチレートの蒸発重量損失の速度をモニターした。デシケーターからサンプルを取り出し、余った濾紙をトリミングしてエレクトロバランスのサンプルパンに合わせた。サンプルをサンプルパン上に設置し、40℃で10分間放置して平衡にさせてから、真空下に置いた。真空下で封入したエレクトロバランスで測定したブチレートによる重量損失を、チャート記録器に記録した。
以下の表６を参照して、第４欄のデータは、封入されたa.i.の拡散制御速度は、(1)架橋剤Q43の量、(2)ジスルフィド結合を形成するのに添加した酸化剤の量、及び(3)より少ない程度に、プロセス条件を変更することによって、調節することができることを示している。第５欄と第６欄のデータは、ジスルフィド結合はアルカリ性条件下で開裂して、非誘発化拡散制御条件(第４欄)に対し封入化されたa.i.がより早く放出されたことを示している。表６に示されているように、標準物質アミノプラストマイクロカプセル配合物はジスルフィド結合を含まないので、以下に与えられるアルカリ性条件下では開裂しない。
【表７】
実施例１２、１３、２１及び２２の組成物の、以下の種：Lygus hesperus(吸血ペスト：sucking pest)、及びHelicoverpa zeaまたはHeliothis virescens(アルカリ性の腸をもつ葉給餌性鱗翅類)のいずれかに対する生物学的活性を試験した。
試験１
Ａ．接触 / 残渣接触 ( 種： Lygus hesperus)
試験方法は以下の通りであった。新鮮な緑豆の入ったボール紙の籠に10匹の成虫ナンキンムシ(bug)をつけた。250リットル/ヘクタールでポッタータワー中で１つの速度あたり四重の重複試験でスプレーした。物質を水に0.05%X-77に溶解した。以前の試験結果ではLorsban 4Eに関してはLC50は〜220ppmだったので、600、400、267及び178ppmの速度を選択した。CS配合物の結果によれば、試験開始時に高いLC50が多かったので、2700、1800、1200、800、533ppmの速度を選択した。死亡率評価を１、２、３、４、５及び６日で実施した。
LC50(ppm)を表７に示す。
【表８】
Ｂ．葉持続性 (foliar persistence)( 種： Heliothis virescens)
試験方法は以下の通りであった。綿植物に250リットル/ヘクタールでトラック噴霧器中で噴霧した。予備試験ではHeliothisに対してLorsban 4EのLC50は〜75ppmだったので、全ての配合物に関して200、100、50及び25ppmを選択した。植物を連続して２日、配合物当たり４種類の速度で処理し、最初の日の処理は温室で維持した。２日目、最終処理後、処理した葉を外寄生(infestation)用に切り取った。重複試験毎に20匹の昆虫を三重の重複試験で外寄生させた。死亡率評価は、外寄生後２日で実施した。
LC50(ppm)を表８に示す。
【表９】
試験２
Ａ．接触 / 残渣接触 ( 種： lygus hesperus)
試験方法は以下のようであった。籠の中の成虫ナンキンムシに、250l/時間で噴霧した。それぞれの配合物で５種類の速度に関して10匹の昆虫で四重の重複試験を実施した。死亡率評価を１、２、３、４、５及び６日で実施した。
LC50(ppm)を表９に示す。
【表１０】
Ｂ．葉持続性 ( 種： Helicoverpa zea)
試験方法は以下のようであった。Helicoverpa zeaは、Lepidopetera First Instar Foliar法の被験物であった。切り取った綿の葉をポッタータワー中250l/時間で噴霧した。新生幼虫を処理葉のディスク上で外寄生させた。それぞれの配合物の３種類の速度に関して18匹の昆虫で三重の重複試験を実施した。死亡率評価は１、２及び３日で実施した。LC50(ppm)を表１０に示す。
【表１１】
試験３
葉持続性 ( 種： Helicoverpa zea)
試験方法は以下の通りであった。Helicoverpa zeaは、Lepidoptera First Instar Foliar法の被験物であった。切り取った綿の葉をポッタータワー中250l/時間で噴霧した。新生幼虫を処理葉のディスク上で外寄生させた。それぞれの配合物の３種類の速度に関して15匹の昆虫で四重の重複試験を実施した。死亡率評価は２日で実施した。LC50(ppm)を表１１に示す。
【表１２】
本発明を具体的な態様に関して記載してきたが、その詳細は本発明を限定するものではない。種々の変更、等価物及び変形は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱するものではなく、かかる等価な態様は本発明の範囲内に含まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、有機/水性界面におけるジスルフィド結合の触媒的合成について一般的に説明する。
Claims (39)
- 液体コア物質を含むマイクロカプセルであって、この液体コア物質が一種以上の農薬を含み、実質的に水に不溶性であり、ジスルフィド結合を含有するポリマーレジンの固体透過性シェル内に封入されている、マイクロカプセル。
- 農薬が少なくとも一種以上の殺虫剤である、請求項１に記載のマイクロカプセル。
- 殺虫剤の少なくとも一種がピレトロイドである、請求項２に記載のマイクロカプセル。
- ピレトロイドがラムダシハロトリンである、請求項３に記載のマイクロカプセル。
- 殺虫剤の少なくとも一種が有機リン殺虫剤である、請求項２に記載のマイクロカプセル。
- 有機リン殺虫剤がクロルピリホスである、請求項５に記載のマイクロカプセル。
- 農薬が少なくとも一種以上の除草剤である、請求項１に記載のマイクロカプセル。
- 除草剤の少なくとも一種がブチレートである、請求項７に記載のマイクロカプセル。
- 農薬が溶媒に溶解させた固体農薬である、請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロカプセル。
- 液体コア物質が、この液体コア内にくまなく分散させた固体紫外線保護剤からさらに構成される、請求項１から９のいずれかに記載のマイクロカプセル。
- 封入物質が、ジスルフィド結合の開裂を誘導しない環境ではカプセル壁を透過して拡散することによって徐々に放出される、請求項１から１０のいずれかに記載のマイクロカプセル。
- マイクロカプセルを取り巻く環境条件によりスルフィド結合が開裂して、迅速に封入物質を放出する、請求項１から１１のいずれかに記載のマイクロカプセル。
- その壁の中にジスルフィド結合を有するマイクロカプセルの形成プロセスであって、
（ａ）一種以上の農薬と壁形成物質とを含む有機相を形成して壁形成物質を有機相へ溶解させる段階；
（ｂ）連続水相中に有機相のエマルションを作る段階、このエマルションは水相にくまなく分散された有機相の離散液滴を含む；次いで
（ｃ）壁を形成して、有機相の離散液滴をマイクロカプセルに転換させる段階
を含むプロセス。 - 壁形成物質が、少なくとも一種以上の架橋剤から構成される、請求項１３に記載のプロセス。
- 架橋剤の少なくとも一種がポリチオール化合物である、請求項１４に記載のプロセス。
- ポリチオール化合物がチオール含有エステルである、請求項１５に記載のプロセス。
- ポリチオール化合物がチオール含有アミドである、請求項１５に記載のプロセス。
- 壁形成物質がさらに、アルキル化アミノホルムアルデヒドプレポリマーから構成される、請求項１４に記載のプロセス。
- アルキル化アミノホルムアルデヒドプレポリマーがアルキル化尿素ホルムアルデヒドプレポリマーである、請求項１８に記載のプロセス。
- アルキル化アミノホルムアルデヒドプレポリマーをポリチオール化合物で架橋することをさらに含む、請求項１８に記載のプロセス。
- アミノプレポリマーとの架橋前に、ポリチオール化合物からジスルフィド結合を形成することをさらに含む、請求項２０に記載のプロセス。
- ポリチオール化合物で架橋すると同時にジスルフィド結合を形成することをさらに含む、請求項２０に記載のプロセス。
- 水相がさらに、有機／水相界面に隣接する有機相中でチオールをカップリングしてジスルフィド結合を形成し得る少なくとも一種の酸化剤から構成される、請求項１３から２２のいずれかに記載のプロセス。
- 水相がさらに、有機相中でチオールをカップリングしてジスルフィド結合を形成し得る酸化剤の混合物から構成される、請求項２３に記載のプロセス。
- 酸化剤が、ヨウ素、塩化第二鉄、過酸化水素及び重クロム酸カリウムから選択される、請求項２３に記載のプロセス。
- 酸化剤を５℃〜７０℃の温度で添加する、請求項２３から２５のいずれかに記載のプロセス。
- 酸化剤を２０℃〜５０℃の温度で添加する、請求項２６に記載のプロセス。
- 酸性溶液中で酸化を実施することをさらに含む、請求項２３から２７のいずれかに記載のプロセス。
- ｐＨ７以上の溶液中で酸化を実施することをさらに含む、請求項２３から２７のいずれかに記載のプロセス。
- 水相が保護コロイドから構成される、請求項１３から２９のいずれかに記載のプロセス。
- 水相はさらに、チオエーテル結合の形成を促進し得る触媒から構成される、請求項２０に記載のプロセス。
- 多官能性アルコールＨＯ−Ｙ［Ｙは２個以上のヒドロキシル基を含有するヒドロカルビル単位である］とチオール含有カルボン酸誘導体ＨＳ−Ｚ−ＣＯ ２ Ｒ’［Ｒ’はＨまたはアルキル若しくはアリールであり、Ｚはヒドロカルビルまたはアリール−ヒドロカルビルである］とを反応させてチオール含有エステルを得ることによって、壁形成物質を調製することをさらに含む、請求項１３、１４、１８、１９及び２３から３０のいずれかに記載のプロセス。
- 多官能性アミン分子Ｈ ｎ Ｎ−Ｙ”［Ｙ”は２個以上のアミン基または１個のアミン基及び１個以上のアルコール基を含有するヒドロカルビル単位であり、ｎは１または２である］とチオール含有カルボン酸誘導体ＨＳ−Ｚ−ＣＯ ２ Ｒ’［Ｒ’はＨまたはアルキル若しくはアリールであり、Ｚはヒドロカルビルまたはアリール−ヒドロカルビルである］とを反応させてチオール含有アミドを得ることによって、壁形成物質を調製することをさらに含む、請求項１３、１４、１８、１９及び２３から３０のいずれかに記載のプロセス。
- エマルションの作製前に水相に少なくとも一種の酸化剤を添加することをさらに含む、請求項１３から３３のいずれかに記載のプロセス。
- エマルションの作製後に水相に少なくとも一種の酸化剤を添加することをさらに含む、請求項１３から３３のいずれかに記載のプロセス。
- エマルションの作製前及び作製後のいずれにおいても水相に少なくとも一種の酸化剤を添加することをさらに含む、請求項１３から３３のいずれかに記載のプロセス。
- エマルションの作製前に水相に少なくとも一種の酸化剤を添加し、且つエマルションの作製後に第二の酸化剤を添加することをさらに含む、請求項１３から３３のいずれかに記載のプロセス。
- 請求項１３の段階（ｃ）において、ジスルフィド結合の形成及び／または縮合と壁形成物質の硬化により壁を形成し、それによって一種以上の農薬を封入する、請求項１３から３７のいずれかに記載のプロセス。
- エマルションに酸性化剤を添加して、ジスルフィド結合の縮合及び／または形成を実質的に完了させるのに十分な時間、エマルションのｐＨを０〜４に維持することをさらに含む、請求項３８に記載のプロセス。
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