KR20200103645A - Non-aqueous encapsulation - Google Patents

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KR20200103645A
KR20200103645A KR1020207015371A KR20207015371A KR20200103645A KR 20200103645 A KR20200103645 A KR 20200103645A KR 1020207015371 A KR1020207015371 A KR 1020207015371A KR 20207015371 A KR20207015371 A KR 20207015371A KR 20200103645 A KR20200103645 A KR 20200103645A
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encapsulated
hydrophilic
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Application number
KR1020207015371A
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Korean (ko)
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시아오쿤 루
조슈아 에스. 카츠
아담 케이. 슈미트
제프리 에스. 무어
Original Assignee
다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
롬 앤드 하스 캄파니
더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 일리노이
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/06Making microcapsules or microballoons by phase separation
    • B01J13/14Polymerisation; cross-linking
    • B01J13/16Interfacial polymerisation

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Abstract

캡슐화된 친수성 재료를 형성하기 위한 비 수성 캡슐화 방법은 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 탄화수소 성분, 하나 이상의 아민 및 하나 이상의 알코올로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 친수성 성분, 염기의 짝산이 1 내지 15의 pKa를 갖는 염기의 하이드로클로라이드 염을 포함하는 분할 억제제 성분, 300 내지 600 킬로달톤의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리아이소부틸렌 중합체를 포함하는 점도 조절제 성분, 및 하나 이상의 소수성으로 개질된 점토를 포함하는 유화제 성분을 포함하는 에멀젼 시스템을 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 적어도 연속상 및 캡슐화된 분산상을 형성하기 위해 에멀젼 시스템을 처리하는 단계를 더 포함하며, 캡슐화된 분산상은 그 안에 동봉된 친수성 성분을 포함하고 캡슐화된 분산상은 연속상으로부터 분리되어 캡슐화된 친수성 재료를 형성한다.The non-aqueous encapsulation method for forming an encapsulated hydrophilic material comprises a hydrocarbon component comprising one or more hydrocarbons, a hydrophilic component comprising at least one selected from one or more amines and one or more alcohols, the conjugate acid of the base having a pKa of 1 to 15. A splitting inhibitor component comprising a hydrochloride salt of a base, a viscosity modifier component comprising a polyisobutylene polymer having a weight average molecular weight of 300 to 600 kilodaltons, and an emulsifier component comprising at least one hydrophobically modified clay And providing an emulsion system. The method further comprises treating the emulsion system to form at least a continuous phase and an encapsulated dispersed phase, wherein the encapsulated dispersed phase comprises a hydrophilic component enclosed therein and the encapsulated dispersed phase separated from the continuous phase and encapsulated hydrophilicity. Form the material

Description

비 수성 캡슐화Non-aqueous encapsulation

실시형태는 재료의 캡슐화용 비 수성 에멀젼 시스템, 재료의 캡슐화용 비 수성 에멀젼 시스템의 사용 방법, 및 재료의 캡슐화용 비 수성 에멀젼 시스템으로 형성된 마이크로 캡슐에 관한 것이다.Embodiments relate to a non-aqueous emulsion system for encapsulating a material, a method of using a non-aqueous emulsion system for encapsulating a material, and a microcapsule formed with a non-aqueous emulsion system for encapsulating a material.

예를 들어, 제거(sequentration)에 의해 관심 화합물을 보호하고/하거나 반응성 또는 비 반응성 미세 입자의 제어된 방출을 허용하기 위해 미세 입자의 캡슐화가 모색된다. 예를 들어, 아민 및 알코올과 같은 친수성 페이로드(재료)에 대한 캡슐화 방법은 많은 재료, 생물학적 및 농업 응용에서 수요가 높다. 예를 들어, 아민 및/또는 알코올 마이크로 캡슐은 제어 방출과 같은 첨단 스마트 재료의 개발에 상당한 관심을 불러 일으켰다. 그러나, 친수성 페이로드에서의 높은 물 로딩, 복잡한 캡슐화 기술 및/또는 열악한 배리어 특성과 같은 친수성 캡슐화 시스템에 대한 몇 가지 문제점이 존재한다. 이와 관련하여, 아민 및 알코올의 캡슐화는 예를 들어, 실질적인 용매 잔류물, 열악한 배리어 특성 및/또는 산업 응용과 같은 확장 불가능한 생산의 문제로 인해 에멀젼-주형된(templated) 계면 중합, 미세유체역학(microfluidics), 중공 마이크로 캡슐로의 아민 침윤, 용매 증발 및 미세유체역학과 같은 대부분의 종래 캡슐화 기법에 의해 달성하기 어려울 수 있다.For example, encapsulation of fine particles is sought to protect the compound of interest by sequencing and/or to allow controlled release of reactive or non-reactive fine particles. For example, encapsulation methods for hydrophilic payloads (materials) such as amines and alcohols are in high demand in many materials, biological and agricultural applications. For example, amine and/or alcohol microcapsules have generated considerable interest in the development of advanced smart materials such as controlled release. However, there are several problems with hydrophilic encapsulation systems such as high water loading in hydrophilic payloads, complex encapsulation techniques and/or poor barrier properties. In this regard, the encapsulation of amines and alcohols is due to the problems of non-scalable production, e.g., substantial solvent residues, poor barrier properties and/or industrial applications, due to emulsion-templated interfacial polymerization, microfluidics ( microfluidics), amine infiltration into hollow microcapsules, solvent evaporation and microfluidics can be difficult to achieve by most conventional encapsulation techniques.

아민 및 알코올과 같은 재료의 캡슐화용 비 수성 시스템의 사용은 예를 들어, 페이로드의 조기 방출이 잠재적으로 수성 잔류물에 의해 촉진될 수 있다고 여겨지기 때문에 제안되었다. 또한, 많은 캡슐화 시스템이 물과 반응하여 원하지 않는 부산물을 생성할 수 있다. 또한, 비 수성 시스템(예를 들어, 물이 첨가되지 않은 시스템)을 설계하면 에너지-집약적 건조 단계의 가능성을 감소시키고/시키거나 이에 대한 필요성을 막을 수 있다.The use of non-aqueous systems for the encapsulation of materials such as amines and alcohols has been proposed, for example, because it is believed that early release of the payload could potentially be promoted by aqueous residues. In addition, many encapsulation systems can react with water to produce unwanted by-products. In addition, designing a non-aqueous system (eg, a water-free system) can reduce the likelihood of and/or avoid the need for an energy-intensive drying step.

따라서, 물 페이로드가 최소화되고/되거나 물 페이로드가 없고, 높은 페이로드 로딩 및/또는 양호한 배리어 특성의 특징을 갖는 마이크로 캡슐(즉, 캡슐화된 재료)을 제조하기 위한 단순화된 기법이 모색된다. Thus, a simplified technique is sought for producing microcapsules (ie, encapsulated materials) characterized by minimal water payload and/or no water payload, high payload loading and/or good barrier properties.

실시형태는 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 탄화수소 성분, 하나 이상의 아민 및 하나 이상의 알코올로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 친수성 성분, 염기의 짝산이 1 내지 15의 pKa를 갖는 염기의 하이드로클로라이드 염을 포함하는 분할(partitioning) 억제제 성분, 300 내지 600 킬로달톤(kilodalton)의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리아이소부틸렌 중합체를 포함하는 점도 조절제 성분, 및 하나 이상의 소수성으로 개질된 점토를 포함하는 유화제 성분을 포함하는 에멀젼 시스템을 제공하는 단계를 포함하는, 캡슐화된 친수성 재료를 형성하기 위한 비 수성 캡슐화 방법을 제공함으로써 실현될 수 있다. 본 방법은 적어도 연속상 및 캡슐화된 분산상을 형성하기 위해 에멀젼 시스템을 처리하는 단계를 더 포함하며, 캡슐화된 분산상은 그 안에 동봉된 친수성 성분을 포함하고 캡슐화된 분산상은 연속상으로부터 분리되어 캡슐화된 친수성 재료를 형성한다.Embodiments include a hydrocarbon component comprising one or more hydrocarbons, a hydrophilic component comprising at least one selected from one or more amines and one or more alcohols, a hydrochloride salt of a base having a pKa of 1 to 15 conjugate acids of the base ( partitioning) an emulsion system comprising an inhibitor component, a viscosity modifier component comprising a polyisobutylene polymer having a weight average molecular weight of 300 to 600 kilodaltons, and an emulsifier component comprising at least one hydrophobically modified clay. It can be realized by providing a non-aqueous encapsulation method for forming an encapsulated hydrophilic material comprising the step of providing. The method further comprises treating the emulsion system to form at least a continuous phase and an encapsulated dispersed phase, wherein the encapsulated dispersed phase comprises a hydrophilic component enclosed therein and the encapsulated dispersed phase separated from the continuous phase and encapsulated hydrophilicity. Form the material

도 1은 친수성 재료의 비 수성 캡슐화용 예시적인 공정을 도시한다.
도 2a, 2b, 2c, 2d, 3a, 및 3b는 분할 억제제의 분석을 도시한다.
도 4a, 4b, 및 4c는 유화제의 분석을 도시한다.
도 5a 및 5b는 점도 조절제의 분석을 도시한다.
도 6a 및 6b는 친수성 성분으로서 DETA를 사용하여 제조된 실시예 1의 분석을 도시한다.
도 7은 다른 친수성 성분을 사용하여 제조된 실시예의 분석을 도시한다.
1 shows an exemplary process for non-aqueous encapsulation of a hydrophilic material.
Figures 2a, 2b, 2c, 2d, 3a, and 3b show the analysis of splitting inhibitors.
4A, 4B, and 4C show the analysis of emulsifiers.
5A and 5B show the analysis of viscosity modifiers.
6A and 6B show the analysis of Example 1 prepared using DETA as the hydrophilic component.
7 shows the analysis of examples prepared using different hydrophilic components.

실시형태는 친수성 재료, 예컨대, 아민, 알코올, 및 중합체 제품(예를 들어, 폴리우레탄계 제품)을 제조하는 데 사용될 수 있는 다른 반응성 또는 비 반응성 첨가제의 비 수성 캡슐화에 관한 것이다. 비 수성 캡슐화는 페이로드 분할의 제어에 의한 유중유 에멀젼 시스템에 기초한다. 통상적으로, 캡슐 형성은 적어도 하나의 수성상을 함유하는 에멀젼의 생성을 필요로 한다. 그러나, 물은 많은 반응 시스템에 해로울 수 있다. 실시형태는 2개의 유기 필수적으로 물이 없는 상 사이의 상 분리에 기초한 안정적이고 필수적으로 비 수성인 유중유 에멀젼 시스템을 도입하는 것에 관한 것이다. 에멀젼 시스템은 분산상 및 연속상을 포함한다. 필수적으로 비 수성이고 물이 없다는 것은 물이 에멀젼 시스템의 총 중량을 기준으로 0.5 wt% 미만의 양으로 존재함을 의미한다. 예를 들어, 물은 에멀젼 시스템에 별도로 첨가되지 않을 수 있지만, 에멀젼 시스템을 형성하는 데 사용되는 성분에는 소량으로 존재할 수 있다.Embodiments relate to non-aqueous encapsulation of hydrophilic materials such as amines, alcohols, and other reactive or non-reactive additives that may be used to make polymeric products (eg, polyurethane-based products). Non-aqueous encapsulation is based on an oil-in-oil emulsion system with control of payload segmentation. Typically, capsule formation requires the creation of an emulsion containing at least one aqueous phase. However, water can be harmful to many reaction systems. An embodiment relates to the introduction of a stable and essentially non-aqueous oil-in-oil emulsion system based on phase separation between two organic essentially water-free phases. Emulsion systems include a dispersed phase and a continuous phase. Essentially non-aqueous and free of water means that water is present in an amount of less than 0.5 wt%, based on the total weight of the emulsion system. For example, water may not be added separately to the emulsion system, but may be present in small amounts in the ingredients used to form the emulsion system.

유중유 에멀젼 시스템은 비 수성 환경에서 마이크로 캡슐(캡슐화된 재료라고도 함)을 형성하는 데 적합할 수 있다. 에멀젼 시스템의 경우, 상 분리를 에멀젼으로 유도하기 위해 적절한 용매 쌍이 바람직하다. 예를 들어, 종래 비 수성 에멀젼에 사용되는 액체 쌍은 비 극성 용매(예를 들어, 탄화수소 및 중합체) 및 고 극성 용매(예를 들어, 메탄올, 포름아마이드 및 알코올)의 조합을 포함한다. 그러나, 극성 유기 페이로드는 일반적으로 양쪽 상 모두에서 분할되어 후속 캡슐화 화학 작용을 잠재적으로 방해하게 된다. 따라서, 친수성 페이로드의 캡슐화용 에멀젼 시스템의 경우, 페이로드의 연속 상과의 비혼화성을 유지하고 계면 중합 반응 속도를 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 에멀젼 시스템에서, 아민 및 알코올과 같은 반응성 극성 페이로드는 양쪽 에멀젼 상 사이에 분할되는 경향이 있어 후속 계면 중합을 잠재적으로 방해하고/하거나 (에멀젼 안정성을 유의하게 감소시킬 수 있는) 오스트발트 숙성을 촉진시킬 수 있다. Oil-in-oil emulsion systems may be suitable for forming microcapsules (also referred to as encapsulated materials) in a non-aqueous environment. In the case of an emulsion system, a suitable solvent pair is preferred to direct the phase separation into the emulsion. For example, the liquid pairs used in conventional non-aqueous emulsions include combinations of non-polar solvents (eg, hydrocarbons and polymers) and highly polar solvents (eg, methanol, formamide and alcohols). However, polar organic payloads generally split in both phases, potentially disrupting subsequent encapsulation chemistry. Therefore, in the case of an emulsion system for encapsulating a hydrophilic payload, it is preferable to maintain immiscibility with the continuous phase of the payload and to adjust the interfacial polymerization reaction rate. In such emulsion systems, reactive polar payloads such as amines and alcohols tend to split between both emulsion phases, potentially hindering subsequent interfacial polymerization and/or Ostwald ripening (which can significantly reduce emulsion stability). Can be promoted.

효율적인 분할 억제제의 혼입은 에멀젼 액적 내부에 활성 코어 재료를 유지하기 위해 제안된 경로이다. 또한, 바람직하지 않은 반응물 전달은 국부적인 동역학 난류(kinetic turbulence)를 발생시켜 쉘 성장을 방해하고/하거나 저품질 쉘 재료를 생성할 수 있다. 계면에서 바람직하지 않은 동역학 난류를 감소시키기 위해 반응물의 확산 속도를 변형시키는 효율적인 방법으로서 연속 상에 대한 점도 특정 수준을 유지하는 것이 제안된다.The incorporation of efficient splitting inhibitors is a proposed route to keep the active core material inside the emulsion droplets. In addition, undesired reactant delivery can cause local kinetic turbulence to hinder shell growth and/or produce poor quality shell material. It is proposed to maintain a certain level of viscosity for the continuous phase as an efficient way to modify the diffusion rate of the reactants to reduce undesirable kinetic turbulence at the interface.

예시적인 실시형태는 피커링(Pickering) 에멀젼 시스템으로 지칭될 수 있는 비 수성 에멀젼 시스템에 관한 것으로, 이는 양쪽 상 사이의 계면에 흡수되는 고체 입자에 의해 확립된 에멀젼 시스템을 의미한다. 그러한 피커링 에멀젼 시스템의 예시적인 다이어그램은 다음과 같다:An exemplary embodiment relates to a non-aqueous emulsion system, which can be referred to as a Pickering emulsion system, meaning an emulsion system established by solid particles absorbed at the interface between both phases. An exemplary diagram of such a Pickering emulsion system is as follows:

Figure pct00001
Figure pct00001

예를 들어, 에멀젼 시스템에서, 2개의 상이한 비혼화성 용매(예컨대, 비 수성 용매)가 혼합되면, 1개의 용매의 작은 액적이 형성될 수 있고 시스템 전체에 분산되어 2개의 상이한 상을 생성할 수 있다. 결국 액적이 응집하여 시스템 내의 에너지 양을 감소시킬 수 있다. 그러나, 고체 입자가 혼합물에 첨가되는 경우, 입자는 2개의 상 사이에서 계면의 표면에 결합하여 액적의 응집 가능성을 감소, 최소화 및/또는 방지할 수 있다. 또한, 예시적인 실시형태에 따르면, 연속상의 점도는 (예를 들어, 동역학 난류를 최소화하고/하거나 유착을 감소시키기 위해) 23℃에서 1500 내지 4500 cP로 조정될 수 있다. 결과는 시스템의 안정성이 증가된, 예를 들어 2개의 상이 실질적으로 장기간에 걸쳐 유지되는 실온에서 양호한 저장 안정성을 갖는 에멀젼 시스템 일 수 있다. 또한, 생성된 캡슐화된 재료는 연속상 내 및/또는 액체 에폭시 수지 및/또는 폴리우레탄 중합체를 형성하기 위한 제제화된 시스템과 같은 다른 액체에서 양호한 안정성(예를 들어, 쉘 형성 내에서 실질적으로 유지됨)을 나타낼 수 있다. 증가된 안정성(예를 들어, 실온 및/또는 더 높은 온도에서)은 산업 응용에 사용되는 용액에 대한 연장된 포트 및/또는 저장 수명으로 실현될 수 있다. For example, in an emulsion system, when two different immiscible solvents (e.g., non-aqueous solvents) are mixed, small droplets of one solvent can be formed and dispersed throughout the system to create two different phases. . Eventually the droplets can aggregate and reduce the amount of energy in the system. However, when solid particles are added to the mixture, the particles can bind to the surface of the interface between the two phases to reduce, minimize and/or prevent the possibility of agglomeration of droplets. Further, according to an exemplary embodiment, the viscosity of the continuous phase can be adjusted from 1500 to 4500 cP at 23° C. (eg, to minimize kinetic turbulence and/or reduce adhesion). The result may be an emulsion system with increased stability of the system, for example with good storage stability at room temperature where the two phases are maintained substantially over a long period of time. In addition, the resulting encapsulated material has good stability (e.g., substantially retained in shell formation) in the continuous phase and/or in other liquids such as formulated systems for forming liquid epoxy resins and/or polyurethane polymers. Can represent. Increased stability (eg, at room temperature and/or higher temperatures) can be realized with an extended pot and/or shelf life for solutions used in industrial applications.

예시적인 실시형태에서, 에멀젼 시스템은 비혼화성 탄화수소-아민 쌍의 액체 및/또는 비혼화성 탄화수소-알코올 쌍의 액체를 포함한다. 탄화수소 성분은 하나 이상의 탄화수소를 포함한다. 아민 및/또는 알코올은 하나 이상의 아민 및 하나 이상의 알코올로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 친수성 성분을 형성한다. 탄화수소 성분 및 친수성 성분은 0.5:2.0 내지 2.0:0.5(예를 들어, 0.7:1.5 내지 1.5:0.7)의 중량비로 존재할 수 있다. 에멀젼 시스템은 분할 억제제 성분, 점도 조절제 성분, 및 유화제 성분의 혼입을 더 포함한다. 분할 억제제, 점도 조절제, 및/또는 유화제는 에멀젼 시스템에 첨가되기 전에 실온에서 고체일 수 있다.In an exemplary embodiment, the emulsion system comprises a liquid of an immiscible hydrocarbon-amine pair and/or a liquid of an immiscible hydrocarbon-alcohol pair. The hydrocarbon component includes one or more hydrocarbons. The amines and/or alcohols form a hydrophilic component comprising at least one selected from one or more amines and one or more alcohols. The hydrocarbon component and the hydrophilic component may be present in a weight ratio of 0.5:2.0 to 2.0:0.5 (eg, 0.7:1.5 to 1.5:0.7). The emulsion system further includes incorporation of a splitting inhibitor component, a viscosity modifier component, and an emulsifier component. The splitting inhibitor, viscosity modifier, and/or emulsifier may be solid at room temperature prior to being added to the emulsion system.

탄화수소 액체는 2 내지 100개의 탄소 원자(예를 들어, 2 내지 50개의 탄소 원자, 2 내지 25개의 탄소 원자)를 갖는 하나 이상의 탄화수소를 포함할 수 있다. 탄화수소 액체는 환형 탄화수소, 선형 탄화수소 및/또는 분지형 탄화수소를 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 탄화수소 액체는 적어도 하나의 환형 탄화수소 및 선형 탄화수소를 포함한다. 환형 탄화수소 및 선형 탄화수소는 0.5:2.0 내지 2.0:0.5(예를 들어, 0.7:1.5 내지 1.5:0.7)의 중량비로 존재할 수 있다.The hydrocarbon liquid may contain one or more hydrocarbons having 2 to 100 carbon atoms (eg, 2 to 50 carbon atoms, 2 to 25 carbon atoms). Hydrocarbon liquids may include cyclic hydrocarbons, linear hydrocarbons and/or branched hydrocarbons. In an exemplary embodiment, the hydrocarbon liquid comprises at least one cyclic hydrocarbon and a linear hydrocarbon. Cyclic hydrocarbons and linear hydrocarbons may be present in a weight ratio of 0.5:2.0 to 2.0:0.5 (eg, 0.7:1.5 to 1.5:0.7).

친수성 성분 액체는 50 달톤 내지 30 킬로달톤의 중량 평균 분자량을 갖는 하나 이상의 아민 및/또는 하나 이상의 알코올을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 아민은 50 달톤 내지 1000 달톤, 50 달톤 내지 500 달톤, 50 달톤 내지 250 달톤 등의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 하나 이상의 알코올은 50 달톤 내지 1000 달톤, 50 달톤 내지 500 달톤, 50 달톤 내지 250 달톤 등의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. The hydrophilic component liquid may comprise one or more amines and/or one or more alcohols having a weight average molecular weight of 50 Daltons to 30 kilodaltons. For example, the one or more amines may have a weight average molecular weight of 50 Daltons to 1000 Daltons, 50 Daltons to 500 Daltons, 50 Daltons to 250 Daltons, and the like. The one or more alcohols may have a weight average molecular weight of 50 Daltons to 1000 Daltons, 50 Daltons to 500 Daltons, 50 Daltons to 250 Daltons, and the like.

에멀젼 시스템은 하나 이상의 분할 억제제를 포함하는 분할 억제제 성분 및 하나 이상의 점도 조절제를 포함하는 점도 조절제 성분을 더 포함한다. 하나 이상의 분할 억제제는 분산상 중에 있을 수 있으며 하나 이상의 점도 조절제는 연속상 중에 있을 수 있다. The emulsion system further comprises a splitting inhibitor component comprising at least one splitting inhibitor and a viscosity modifier component comprising at least one viscosity modifier. One or more splitting inhibitors may be in the dispersed phase and one or more viscosity modifiers may be in the continuous phase.

분할 억제제는 염기의 하이드로클로라이드 염이고, 이 염기의 짝산은 1 내지 15(예를 들어, 5 내지 15, 10 내지 15 등)의 pKa를 갖는다. 예를 들어, 하이드로클로라이드 염은 아민과 격렬하게 반응하는 염이 아닐 수 있다. 분할 억제제 성분은 친수성 성분의 총 중량 대비 적어도 10 wt%, 적어도 31 wt%, 적어도 40 wt%, 적어도 50 wt%, 적어도 60 wt%, 적어도 65 wt% 등의 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 에멀젼 시스템에 존재하는 분할 억제제 성분의 양은 친수성 성분의 총 중량 대비 10 wt% 내지 100 wt%(예를 들어, 20 wt% 내지 100 wt%, 25 wt% 내지 100 wt%, 25 wt% 내지 90 wt%, 30 wt% 내지 100 wt%, 35 wt% 내지 100 wt%, 40 wt% 내지 100 wt%, 50 wt% 내지 100 wt%, 60 wt% 내지 100 wt%, 등)일 수 있다.The cleavage inhibitor is the hydrochloride salt of a base, and the conjugate acid of this base has a pKa of 1 to 15 (eg, 5 to 15, 10 to 15, etc.). For example, the hydrochloride salt may not be a salt that reacts violently with an amine. The splitting inhibitor component may be present in an amount of at least 10 wt%, at least 31 wt%, at least 40 wt%, at least 50 wt%, at least 60 wt%, at least 65 wt%, and the like relative to the total weight of the hydrophilic component. For example, the amount of the splitting inhibitor component present in the emulsion system is 10 wt% to 100 wt% (e.g., 20 wt% to 100 wt%, 25 wt% to 100 wt%, 25 wt%) relative to the total weight of the hydrophilic component. % To 90 wt%, 30 wt% to 100 wt%, 35 wt% to 100 wt%, 40 wt% to 100 wt%, 50 wt% to 100 wt%, 60 wt% to 100 wt%, etc.) have.

점도 조절제는 300 내지 600 킬로달톤(예를 들어, 400 내지 600 킬로달톤, 450 내지 550 킬로달톤 등)의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리아이소부틸렌이다. 예시적인 실시형태에서, 에멀젼 시스템은 분산상에서 분할 억제제로서 적어도 구아니디늄 클로라이드(GuHCl) 및 연속상에서 점도 조절제로서 폴리아이소부틸렌(PIB)의 혼입을 포함한다. 점도 조절제는 탄화수소 성분 및 점도 조절제 성분의 총 중량을 기준으로 적어도 1 w%, 적어도 2 wt%, 적어도 3 wt%, 적어도 4 wt%, 적어도 10 wt% 등의 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 에멀젼 시스템에 존재하는 점도 조절제의 양은 탄화수소 성분 및 점도 조절제 성분의 총 중량 대비 1 wt% 내지 50 wt%(예를 들어, 4 wt% 내지 50 wt%, 1 wt% 내지 40 wt%, 4 wt% 내지 40 wt%, 1 wt% 내지 30 wt%, 4 wt% 내지 30 wt%, 1 wt% 내지 20 wt%, 4 wt% 내지 20 wt%, 1 wt% 내지 15 wt%, 4 wt% 내지 15 wt%, 1 wt% 내지 13 wt%, 4 wt% 내지 13 wt%, 4 wt% 내지 12 wt%, 10 wt% 내지 12 wt% 등)일 수 있다. The viscosity modifier is a polyisobutylene having a weight average molecular weight of 300 to 600 kilodaltons (eg, 400 to 600 kilodaltons, 450 to 550 kilodaltons, etc.). In an exemplary embodiment, the emulsion system comprises the incorporation of at least guanidinium chloride (GuHCl) as a splitting inhibitor in the dispersed phase and polyisobutylene (PIB) as a viscosity modifier in the continuous phase. The viscosity modifier may be present in an amount of at least 1 w%, at least 2 wt%, at least 3 wt%, at least 4 wt%, at least 10 wt%, etc. based on the total weight of the hydrocarbon component and the viscosity modifier component. For example, the amount of the viscosity modifier present in the emulsion system may be 1 wt% to 50 wt% (e.g., 4 wt% to 50 wt%, 1 wt% to 40 wt%) relative to the total weight of the hydrocarbon component and the viscosity modifier component. , 4 wt% to 40 wt%, 1 wt% to 30 wt%, 4 wt% to 30 wt%, 1 wt% to 20 wt%, 4 wt% to 20 wt%, 1 wt% to 15 wt%, 4 wt% to 15 wt%, 1 wt% to 13 wt%, 4 wt% to 13 wt%, 4 wt% to 12 wt%, 10 wt% to 12 wt%, etc.).

점도 조절제로서 GuHCl 및 PIB와 같은 분할 억제제의 조합은 몇 주 동안(예를 들어, 대략 3 주 동안) 안정적인 형태를 갖는 강력한 에멀젼을 생성할 수 있다. 구아니디늄 클로라이드와 같은 분할 억제제는 친수성 페이로드에 통합되어, 예를 들어 연속상에서의 분산을 최소화하기 위해 분할 억제제로서 작용할 수 있다. 에멀젼 액적은 캡슐화된 아민 및 선택적으로 첨가된 아이소시아네이트 중 일부의 계면 중합(예를 들어, 쉘 형성과 관련하여)용 캡슐화 주형으로서 작용할 수 있으며, 이는 적어도 연속상 및 캡슐화된 분산상을 형성하기 위해 에멀젼 시스템의 가공의 일부일 수 있다. 분산상 및 연속상 양쪽 모두에서 중합체 용질을 사용한 물리적 특성 최적화는 에멀젼 안정성을 향상시키고 점도를 조절할 수 있다. 그러한 시스템의 예시적인 다이어그램은 다음과 같다:The combination of splitting inhibitors such as GuHCl and PIB as viscosity modifiers can produce strong emulsions with stable morphology for several weeks (eg, approximately 3 weeks). A splitting inhibitor such as guanidinium chloride can be incorporated into the hydrophilic payload and act as, for example, a splitting inhibitor to minimize dispersion in the continuous phase. Emulsion droplets can serve as an encapsulation template for interfacial polymerization (e.g., with respect to shell formation) of some of the encapsulated amines and optionally added isocyanates, which at least to form a continuous phase and an encapsulated dispersed phase. It may be part of the machining of the system. Optimizing physical properties with polymer solutes in both the dispersed and continuous phases can improve emulsion stability and control viscosity. An exemplary diagram of such a system is as follows:

Figure pct00002
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예시적인 실시형태에 따르면, 쉘 벽 형성은 연속상을 통해 전달되는 가교제로서 아이소시아네이트 및 액적 코어로부터의 폴리아민의 계면 중합에 의해 달성될 수 있다. 실험 목적을 위해, 실시형태가 다른 아민 및 알코올과 같은 다양한 친수성 페이로드와 관련이 있다고 하더라도 다이에틸렌트라이아민(DETA)은 페이로드로 사용된다. DETA-로딩된 마이크로 캡슐은 양호한 수율로 단리될 수 있으며, 반응성 에폭시 수지에 분산된 경우에도 연장된 저장 수명을 갖는 높은 열적 및 화학적 안정성을 나타낸다. 폴리아민상은 다양한 염기성 및 친수성 활성제와 상용성일 수 있다.According to an exemplary embodiment, shell wall formation can be achieved by interfacial polymerization of polyamines from the droplet core and isocyanates as crosslinking agents that are transferred through the continuous phase. For experimental purposes, diethylenetriamine (DETA) is used as the payload, although the embodiments relate to various hydrophilic payloads such as other amines and alcohols. DETA-loaded microcapsules can be isolated in good yield and exhibit high thermal and chemical stability with extended shelf life even when dispersed in a reactive epoxy resin. The polyamine phase can be compatible with a variety of basic and hydrophilic actives.

에멀젼 시스템은 하나 이상의 소수성으로 개질된 점토 및 선택적으로 하나 이상의 중합체 계면활성제를 포함하는 유화제 현탁액 성분을 더 포함한다. 하나 이상의 소수성으로 개질된 점토는 에멀젼 시스템의 총 중량을 기준으로 1 wt% 내지 10 wt%(예를 들어, 1 wt% 내지 8 wt%, 1 wt% 내지 5 wt%, 1 wt % 내지 4 wt %, 1 wt% 내지 3 wt%, 2 wt% 내지 3 wt%)의 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 소수성으로 개질된 점토는 에멀젼 시스템의 총 중량을 기준으로 2.0 내지 2.5 wt%의 양으로 존재할 수 있다.The emulsion system further comprises an emulsifier suspension component comprising at least one hydrophobically modified clay and optionally at least one polymeric surfactant. The one or more hydrophobically modified clays are 1 wt% to 10 wt% (e.g., 1 wt% to 8 wt%, 1 wt% to 5 wt%, 1 wt% to 4 wt%, based on the total weight of the emulsion system) %, 1 wt% to 3 wt%, 2 wt% to 3 wt%). For example, the one or more hydrophobically modified clays may be present in an amount of 2.0 to 2.5 wt% based on the total weight of the emulsion system.

점토 광물은 이들의 구성 층과 양이온의 조합에 따라 달라질 수 있다. 소수성으로 개질된 점토는 점토 개질제(예컨대, 계면 활성제, 실란, 또는 당 업계에 공지된 다른 개질제)를 사용하여 (예를 들어, 에멀젼 시스템에 첨가되기 전에) 이의 표면 화학이 개질된 점토를 의미한다. 예시적인 실시형태에서, 소수성으로 개질된 점토는 장쇄 알킬암모늄 이온, 예를 들어, 모노- 또는 다이-C12-C22 알킬암모늄 이온과 같은 장쇄 알킬기를 포함하는 계면활성제와의 교환에 의해 개질되며, 여기서 하이드록실 또는 카르복실과 같은 극성 치환기는 장쇄 알킬에 부착되지 않는다. 예시적인 실시형태에서, 점토는 벤토나이트와 같은 실리케이트 점토이다. 예시적인 실시형태에서, 소수성으로 개질된 점토는 벤토나이트를 갖는 비스(수소화 탈로우 알킬) 디메틸 염, 벤토나이트를 갖는 2-에틸헥실(수소화 탈로우 알킬)디메틸 염, 및/또는 벤토나이트를 갖는 다이(수소화 탈로우 알킬)메틸을 포함한다. Clay minerals can vary depending on the combination of their constituent layers and cations. Hydrophobically modified clay refers to a clay whose surface chemistry has been modified (e.g., prior to being added to an emulsion system) using a clay modifier (e.g., surfactant, silane, or other modifier known in the art). . In an exemplary embodiment, the hydrophobically modified clay is modified by exchange with a surfactant comprising long chain alkylammonium ions, e.g., mono- or di-C 12 -C 22 alkylammonium ions, and , Wherein polar substituents such as hydroxyl or carboxyl are not attached to the long chain alkyl. In an exemplary embodiment, the clay is a silicate clay such as bentonite. In an exemplary embodiment, the hydrophobically modified clay is a bis (hydrogenated tallow alkyl) dimethyl salt with bentonite, a 2-ethylhexyl (hydrogenated tallow alkyl) dimethyl salt with bentonite, and/or a di (hydrogenated tallow alkyl) dimethyl salt with bentonite. Tallow alkyl)methyl.

소수성으로 개질된 점토는 강화, 상승적 난연성, CLTE, 장벽 특성과 같은 쉘 형성의 다양한 물리적 특성을 개선시키고/시키거나 굽힘 또는 인장 모듈러스를 향상시킬 수 있다. 또한, 실시예에 나타낸 바와 같이, 소수성으로 개질된 점토는 에멀젼 시스템에서 양호한 분산을 제공하고/하거나 열가소성 시스템과의 혼화성을 제공할 수 있다.Hydrophobically modified clays can improve various physical properties of shell formation, such as reinforcement, synergistic flame retardancy, CLTE, barrier properties, and/or improve bending or tensile modulus. In addition, as shown in the examples, the hydrophobically modified clay can provide good dispersion in emulsion systems and/or miscibility with thermoplastic systems.

도 1을 참조하면, 에멀젼 시스템에서 캡슐화된 친수성 재료를 형성하기 위한 비 수성 캡슐화 공정인 경우, 먼저 탄화수소 성분, 친수성 성분, 분할 억제제 성분, 점도 조절제 성분, 및 유화제 현탁액 성분을 포함하는 혼합물이 형성된다. 성분은 다양한 순서로 첨가 및 혼합될 수 있으며, 예를 들어, 첫번째 분산상용 성분이 첨가 및 혼합될 수 있고, 두번째 연속상용 성분이 첨가 및 혼합될 수 있으며, 세번째 유화제가 첨가 및 혼합될 수 있다. 에멀젼 시스템의 성분들이 에멀젼 혼합물에 함께 첨가된 후, 혼합물이 처리된다. Referring to Figure 1, in the case of a non-aqueous encapsulation process for forming an encapsulated hydrophilic material in an emulsion system, a mixture comprising a hydrocarbon component, a hydrophilic component, a splitting inhibitor component, a viscosity modifier component, and an emulsifier suspension component is first formed. . The components may be added and mixed in various orders, for example, the first dispersion component may be added and mixed, the second continuous phase component may be added and mixed, and a third emulsifier may be added and mixed. After the components of the emulsion system are added together to the emulsion mixture, the mixture is processed.

처리는 혼합물을 초음파 처리에 노출시키는 단계(예를 들어, 적어도 300 W와 같은 높은 와트 수에서 혼합물 중 입자를 교반하기 위해 사운드 에너지를 적용하는 단계)를 포함한다. 처리는 예를 들어, 에멀젼 혼합물을 초음파 처리에 노출시킨 후 에멀젼 혼합물에 하나 이상의 아이소시아네이트를 첨가하는 단계를 더 포함한다. 아이소시아네이트는 방향족 또는 지방족 아이소시아네이트, 예컨대 다이아이소시아네이트일 수 있다. 방향족 아이소시아네이트는 방향족기에 직접 부착된 N=C=O기를 갖는 아이소시아네이트를 의미한다. 지방족 아이소시아네이트는 방향족기에 직접 부착된 N=C=O기를 갖지 않는 아이소시아네이트를 의미한다. 예시적인 실시형태에서, 적어도 하나의 아이소시아네이트는 지방족 아이소시아네이트(예컨대, 입체 장애 지방족 아이소시아네이트)일 수 있다. 예시적인 입체 장애 지방족 아이소시아네이트는 4,4'-메틸렌 다이사이클로헥실 다이아이소시아네이트 및 테트라메틸자일렌 다이아이소시아네이트(TMXDI)를 포함한다. 에멀젼 혼합물의 공정은 계면 중합, 예를 들어 분산상 주위에 쉘 형성을 형성할 수 있도록 한다. 또한, 처리는 연속상으로부터 분리 가능한 캡슐화된 친수성 재료를 형성하기 위해 연속상으로부터 분산된 상을 단리할 수 있도록 한다(예를 들어, 쉘 형성에 의해 분리됨). 단리된 캡슐화된 친수성 재료는 연속상으로부터 분리되어 다른 시스템에서, 예를 들어, 후술하는 바와 같이 캡슐화된 성분으로서 사용될 수 있다.The treatment includes exposing the mixture to sonication (eg, applying sound energy to agitate the particles in the mixture at a high wattage number, such as at least 300 W). The treatment further includes, for example, adding one or more isocyanates to the emulsion mixture after exposing the emulsion mixture to sonication. The isocyanate may be an aromatic or aliphatic isocyanate, such as a diisocyanate. An aromatic isocyanate means an isocyanate having an N=C=O group attached directly to an aromatic group. Aliphatic isocyanate refers to an isocyanate that does not have an N=C=O group attached directly to an aromatic group. In an exemplary embodiment, the at least one isocyanate may be an aliphatic isocyanate (eg, sterically hindered aliphatic isocyanate). Exemplary hindered aliphatic isocyanates include 4,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate and tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI). The processing of the emulsion mixture allows the formation of interfacial polymerization, for example shell formation around the dispersed phase. In addition, the treatment makes it possible to isolate the dispersed phase from the continuous phase to form an encapsulated hydrophilic material separable from the continuous phase (e.g., separated by shell formation). The isolated encapsulated hydrophilic material can be separated from the continuous phase and used in other systems, for example as an encapsulated component, as described below.

실시형태에 따른 에멀젼 시스템은 아민 및 알코올과 같은 소수성 재료의 비 수성 캡슐화를 수행하는 데 사용될 수 있다. 에멀젼 시스템은 연속상으로부터 분리될 수 있고 에폭시 및/또는 폴리우레탄 시스템과 같은 다른 시스템에서 사용될 수 있는 아민-로딩된 마이크로 캡슐 및/또는 알코올-로딩된 마이크로 캡슐을 생성할 수 있다. 아민-로딩된 마이크로 캡슐 및/또는 알코올-로딩된 마이크로 캡슐이 다른 시스템에서 사용될 경우, 이들은 시스템의 지연 방출 및/또는 제어 방출로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 아민 및/또는 알코올은 일정 시간 후(예컨대, 쉘 형성의 용해를 통해) 및/또는 기계적 힘(예컨대, 전단력의 사용을 통해)의 사용시 방출될 수 있다. 따라서, 이 비 수성 캡슐화 시스템은 아민-로딩된 마이크로 캡슐 또는 알코올-로딩된 마이크로 캡슐을 제조하는 데 사용될 수 있으며, 이는 폴리우레탄 또는 에폭시 수지와 같은 다른 수지와의 접촉 하에 장기간 동안 양호한 차단 특성(예컨대, 유의한 점도 증가가 없음)을 나타낼 수 있다. Emulsion systems according to embodiments can be used to effect non-aqueous encapsulation of hydrophobic materials such as amines and alcohols. The emulsion system can be separated from the continuous phase and can produce amine-loaded microcapsules and/or alcohol-loaded microcapsules that can be used in other systems such as epoxy and/or polyurethane systems. When amine-loaded microcapsules and/or alcohol-loaded microcapsules are used in other systems, they can function as delayed and/or controlled release of the system. For example, amines and/or alcohols can be released after a period of time (eg, through dissolution of shell formation) and/or upon use of mechanical forces (eg, through use of shear forces). Thus, this non-aqueous encapsulation system can be used to prepare amine-loaded microcapsules or alcohol-loaded microcapsules, which have good barrier properties for long periods of time under contact with other resins such as polyurethane or epoxy resins (e.g. , There is no significant increase in viscosity).

일 실시예에서, 아민-로딩된 마이크로 캡슐은 에폭시 시스템용 하나 이상의 아민 경화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아민-로딩된 마이크로 캡슐은 에폭시 시스템용 하나 이상의 아민 경화제를 포함할 수 있다. 쉘 형성을 통한 방출을 허용하기 위해 당 업계에 공지된 전단, 열 또는 다른 기법의 적용은 아민 경화제가 쉘 형성으로부터 방출되도록 하여 이후 아민 경화제가 에폭시 시스템에 대한 경화제로서 작용할 수 있도록 한다. In one embodiment, the amine-loaded microcapsules may contain one or more amine curing agents for an epoxy system. For example, an amine-loaded microcapsule may contain one or more amine curing agents for an epoxy system. Application of shear, heat or other techniques known in the art to allow release through shell formation allows the amine hardener to be released from the shell formation so that the amine hardener can then act as a hardener for the epoxy system.

다른 실시예에서, 아민-로딩된 마이크로 캡슐은 폴리우레탄 시스템용 하나 이상의 아민 촉매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아민 촉매는 폴리우레탄 시스템에 사용하기 위해(예를 들어, 폴리우레탄 시스템의 제형화된 폴리올 시스템에 사용하기 위해) 당 업계에 공지된 것일 수 있다. 쉘 형성을 통한 방출을 허용하기 위해 당 업계에 공지된 전단, 열 또는 다른 기법의 적용은 아민 촉매가 쉘 형성으로부터 방출되도록 하여 이후 아민 촉매가 폴리우레탄 중합체의 형성용 촉매로서 작용할 수 있도록 한다. 예시적인 실시형태에서, 아민 촉매의 방출을 위한 전단, 열 또는 유사한 방법은 아민-로딩된 마이크로 캡슐을 포함하고, 아이소시아네이트 성분과 혼합되어 폴리우레탄 중합체를 형성하는 제형화된 폴리올 시스템 전에 수행될 수 있다.In another embodiment, the amine-loaded microcapsules may contain one or more amine catalysts for polyurethane systems. For example, amine catalysts can be those known in the art for use in polyurethane systems (eg, for use in formulated polyol systems of polyurethane systems). The application of shear, heat or other techniques known in the art to allow release through shell formation allows the amine catalyst to be released from the shell formation so that the amine catalyst can then act as a catalyst for the formation of the polyurethane polymer. In an exemplary embodiment, shear, heat, or similar methods for release of the amine catalyst may be performed prior to the formulated polyol system comprising amine-loaded microcapsules and mixed with the isocyanate component to form a polyurethane polymer. have.

다른 실시예에서, 폴리올-로딩된 마이크로 캡슐은 폴리우레탄 시스템용 하나 이상의 폴리올을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리올은 폴리우레탄 시스템에 사용하기 위해(예를 들어, 폴리우레탄 시스템의 제형화된 폴리올 시스템에 사용하기 위해) 당 업계에 공지된 것일 수 있다. 당 업계에 공지된 전단, 열 또는 다른 기법의 적용은 폴리올이 쉘 형성으로부터 방출되도록 하여 이후 폴리올이 폴리우레탄 중합체의 형성용 아이소시아네이트와 반응할 수 있도록 한다. 예시적인 실시형태에서, 폴리올의 방출을 위한 전단, 열 또는 유사한 방법은 폴리올-로딩된 마이크로 캡슐을 포함하고, 아이소시아네이트 성분과 혼합되어 폴리우레탄 중합체를 형성하는 제형화된 폴리올 시스템 전에 수행될 수 있다.In another embodiment, the polyol-loaded microcapsules may contain one or more polyols for polyurethane systems. For example, polyols can be those known in the art for use in polyurethane systems (eg, for use in formulated polyol systems of polyurethane systems). Application of shear, heat or other techniques known in the art allows the polyol to be released from the shell formation so that the polyol can then react with the isocyanate for the formation of the polyurethane polymer. In an exemplary embodiment, shear, heat, or similar methods for release of the polyol may be performed prior to the formulated polyol system comprising polyol-loaded microcapsules and mixed with the isocyanate component to form a polyurethane polymer. .

캡슐화로부터 아민 및/또는 알코올을 방출하기 위한 잠재적인 접근법은 쉘 형성으로부터 아민/알코올이 방출되도록 쉘 형성이 분해되도록 하기 위해 열을 사용 또는 가하는 것이다. 열의 예시적인 일 적용에서, 캡슐화된 아민/알코올을 포함하는 조성물은 100℃에서 고온 기판 상에 분무되는 반면, 쉘 형성과 고온 기판의 접촉은 쉘을 분해하고 아민/알코올의 방출을 허용하는 것으로 여겨진다. 캡슐화로부터 아민/알코올을 방출하기 위한 다른 잠재적인 접근법은 전단력을 사용하는 것이다. 전단의 예시적인 일 적용에서, 캡슐화된 아민/알코올을 포함하는 조성물은 고압/고 전단 스프레이 건을 사용하여 분무되고, 쉘은 분무 공정 동안 및/또는 기판과의 충격시 파손될 수 있다. A potential approach to releasing amines and/or alcohols from encapsulation is to use or apply heat to cause the shell formation to decompose so that the amine/alcohol is released from the shell formation. In one exemplary application of heat, it is believed that the composition comprising the encapsulated amine/alcohol is sprayed onto a hot substrate at 100° C., while the shell formation and contact of the hot substrate degrade the shell and allow the release of the amine/alcohol. . Another potential approach to releasing amine/alcohol from encapsulation is to use shear forces. In one exemplary application of shear, the composition comprising the encapsulated amine/alcohol is sprayed using a high pressure/high shear spray gun, and the shell may break during the spraying process and/or upon impact with the substrate.

아민 및/또는 알코올-로딩된 마이크로 캡슐 및/또는 폴리올-로딩된 마이크로 캡슐을 사용하여 형성된 에폭시 및/또는 폴리우레탄 재료는 다양한 열경화 시스템에 유용한 캡슐화 기법일 수 있다. 에멀젼 시스템은 코팅, 접착제 및/또는 밀봉제를 제조하는 데 사용될 수 있다. 마이크로 캡슐은 하이브리드 폴리우레탄 코팅을 제조하기 위한 2-성분 시스템의 필요성을 제거할 수 있으며, 이는 2-성분 시스템을 혼합하는 동안 화학 물질의 운송을 단순화하고 잠재적인 위험(pitfall)을 감소시킨다. Epoxy and/or polyurethane materials formed using amine and/or alcohol-loaded microcapsules and/or polyol-loaded microcapsules can be useful encapsulation techniques for a variety of thermosetting systems. Emulsion systems can be used to make coatings, adhesives and/or sealants. Microencapsulations can eliminate the need for a two-component system to make a hybrid polyurethane coating, which simplifies the transport of chemicals and reduces potential pitfalls while mixing the two-component system.

실시예Example

달리 지시되지 않는 한 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다. 달리 지시되지 않는 한 모든 분자량 값은 중량 평균 분자량을 기준으로 한다. 다양한 실시예, 비교예, 및 실시예 및 비교예에 사용된 재료에 관하여 대략적인 성질, 특성, 파라미터 등이 하기에 제공된다.All parts and percentages are by weight unless otherwise indicated. All molecular weight values are based on weight average molecular weight unless otherwise indicated. Approximate properties, properties, parameters, etc. with respect to the various examples, comparative examples, and materials used in the examples and comparative examples are provided below.

재료material

모든 재료와 시약은 별도로 명시되지 않는 한 직접 사용하기 위해 상업용 공급 업체로부터 구입한다. 다이에틸렌트라이아민(DETA), 폴리에틸렌이민(PEI, 분지형, 25,000의 Mw), 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 구아니디늄 클로라이드(GuHCl), 플루오레세인 아이소티오시아네이트 이성질체 I, 헥사데칸, 데칼린, 폴리아이소부틸렌(500 킬로달톤의 Mw), 4,4'-다이페닐메탄 다이아이소시아네이트(MDI), 폴리메틸렌 폴리페닐 아이소시아네이트(PMPPI, MW 약 340), 아이소포론 다이아이소시아네이트(IPDI), 헥사메틸렌 다이아이소시아네이트(HDI), 4,4'-메틸렌 다이사이클로헥실 다이아이소시아네이트(H12MDI) 및 테트라메틸자일렌 다이아이소시아네이트(TMXDI)는 Sigma Aldrich에서 입수 가능하다. 나프탈렌 1,5-다이아이소시아네이트는 TCI America로부터 구매했다. 소수성으로 개질된 점토 Cloisite® 20 나노-플레이틀릿(platelet)은 BYK Additives & Instruments에서 입수 가능하다. 에폭시 수지 D.E.R. 331은 Olin Corporation에서 입수 가능하다.All materials and reagents are purchased from commercial suppliers for direct use unless otherwise specified. Diethylenetriamine (DETA), polyethyleneimine (PEI, branched, Mw of 25,000), pentaethylenehexamine (PEHA), guanidinium chloride (GuHCl), fluorescein isothiocyanate isomer I, hexadecane, Decalin, polyisobutylene (500 kilodaltons Mw), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), polymethylene polyphenyl isocyanate (PMPPI, M W about 340), isophorone diisocyanate (IPDI) , Hexamethylene diisocyanate (HDI), 4,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate (H 12 MDI) and tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI) are available from Sigma Aldrich. Naphthalene 1,5-diisocyanate was purchased from TCI America. Hydrophobically modified clay Cloisite ® 20 nano-platelets are available from BYK Additives & Instruments. Epoxy resin DER 331 is available from Olin Corporation.

분석analysis

일반 계측 정보. 마이크로 캡슐-에폭시 복합체의 점도는 50000 cps 미만의 점도에 대해 0.2 Hz 및 더 높은 점도에 대해 0.0167 Hz에서 64# 스핀들을 갖는 Brookfield DV-I PRIME 점도계를 사용하여 모니터링된다. TGA 시험은 TA 기기 Q50을 사용하여 수행된다. 형광 스펙트럼은 41025 Piston GFP 필터 세트가 있는 Zeiss Observer Z1 형광 현미경을 사용하여 얻는다. 마이크로 캡슐의 의도적인 파열 및 페이로드 방출은 167 Hz에서 180 초 동안 10 mm X 95 mm 톱니(Fine) Generator Probe가 있는 OMNI GLH 균질기를 사용하여 달성된다. 1H NMR 스펙트럼은 일리노이 대학의 VOICE NMR 실험실에서 Varian 500 MHz 분광계를 사용하여 얻는다. General measurement information. The viscosity of the microcapsule-epoxy composite is monitored using a Brookfield DV-I PRIME viscometer with 64# spindle at 0.2 Hz for viscosities less than 50000 cps and 0.0167 Hz for higher viscosities. The TGA test is performed using a TA instrument Q50. Fluorescence spectra are obtained using a Zeiss Observer Z1 fluorescence microscope with a 41025 Piston GFP filter set. Intentional rupture and payload release of the microcapsules is achieved using an OMNI GLH homogenizer with a 10 mm X 95 mm Fine Generator Probe for 180 seconds at 167 Hz. 1 H NMR spectra are obtained using a Varian 500 MHz spectrometer at the University of Illinois' VOICE NMR laboratory.

GC-MS에 의한 페이로드 분할 특성화. 탄화수소 용매에서 DETA 농도의 보정 곡선이 전개된다. 보정 곡선에 대해, DETA를 10분 동안 초음파 처리하여 탄화수소 용매(데칼린 또는 DH 용매, < 12 mg/mL)에 용해시킨다. 1 mL DETA-탄화수소 용액을 내부 기준으로서 20 μL 도데칸과 혼합한 다음 GC-MS(Agilent GC 7820A 및 Agilent MSD 5977 E)에 적용한다. 보정 곡선은 아래에 도시된 바와 같이 DETA 농도와 DETA/도데칸의 적분 비율 사이의 선형 상관 관계를 기반으로 한다. GC-MS의 보정 곡선은 DETA 농도와 DETA/도데칸의 적분 비율 사이의 선형 상관 관계를 기반으로 한다. Payload segmentation characterization by GC-MS. A calibration curve of DETA concentration in hydrocarbon solvents is developed. For the calibration curve, DETA is sonicated for 10 minutes to dissolve in a hydrocarbon solvent (decalin or DH solvent, <12 mg/mL). 1 mL DETA-hydrocarbon solution is mixed with 20 μL dodecane as an internal reference and then applied to GC-MS (Agilent GC 7820A and Agilent MSD 5977 E). The calibration curve is based on the linear correlation between the DETA concentration and the integral ratio of DETA/dodecane as shown below. The calibration curve of GC-MS is based on the linear correlation between the DETA concentration and the integral ratio of DETA/dodecane.

Figure pct00003
Figure pct00003

상기를 참조하면, (A)는 데칼린에 대한 보정 곡선이고 (B)는 DH 용매에 대한 보정 곡선이다.Referring to the above, (A) is a calibration curve for decalin and (B) is a calibration curve for DH solvent.

DETA 분할 농도를 정량적으로 측정하기 위해, 2그램의 다이에틸렌트라이아민(DETA)을 특정 양의 첨가제와 혼합하여 투명한 용액을 형성한 후, 6그램의 탄화수소 용매로 격렬하게 교반하여 분할 평형을 확보한다. 5시간 동안 침전시킨 후, 200 μL의 탄화수소 용액 상을 GC-MS 시험에 대한 내부 기준으로서 0.8 mL THF 및 20 μL 도데칸으로 희석한다. DETA는 체류 시간 4.36분에서, 도데칸은 5.89분에서 관찰된다.To quantitatively measure the DETA split concentration, 2 grams of diethylenetriamine (DETA) is mixed with a specific amount of an additive to form a clear solution, and then vigorously stirred with 6 grams of a hydrocarbon solvent to secure split equilibrium. . After precipitation for 5 hours, 200 μL of the hydrocarbon solution phase is diluted with 0.8 mL THF and 20 μL dodecane as an internal reference for the GC-MS test. DETA is observed at a retention time of 4.36 minutes and dodecane at 5.89 minutes.

접촉각. 깨끗한 유리판은 가열 건에 의해 연속 가열하에 용융 코팅된 폴리스타이렌(MW, 약 3000 내지 4000)의 얇은 층으로 코팅되고, 코팅층은 실온으로 냉각시 형성된다. 10 μL DETA-GuHCl 용액의 액적을 마이크로 피펫으로 폴리스타이렌 표면으로 옮기고 액적 형상은 고해상도 카메라로 즉시 기록한다. 폴리스타이렌 표면상의 액적의 이미지는 Image J(미국 국립 보건원)의 액적 형상 분석 플러그-인(LB-ADSA)에 의해 처리된다. 물은 이 PS 표면에서 86.9 ± 1.6°의 접촉각을 나타내어 PS 코팅층의 비극성 및 소수성 표면을 나타낸다. Contact angle. A clean glass plate is coated with a thin layer of melt-coated polystyrene (M W , about 3000 to 4000) under continuous heating by a heating gun, and the coating layer is formed upon cooling to room temperature. A droplet of 10 μL DETA-GuHCl solution is transferred to the polystyrene surface with a micropipette and the droplet shape is immediately recorded with a high-resolution camera. Images of droplets on the polystyrene surface are processed by Image J (National Institutes of Health) droplet shape analysis plug-in (LB-ADSA). Water exhibited a contact angle of 86.9 ± 1.6° on this PS surface, indicating the non-polar and hydrophobic surface of the PS coating layer.

삼상 다이어그램. GuHCl-DETA-DH의 삼상 다이어그램은 구성 요소의 중량비에 기초하여 구성된다. 상이한 성분 비율을 갖는 일련의 샘플을 분석 저울에서 정밀하게 칭량한 다음 1분 동안 격렬한 소용돌이 교반을 거친다. 그런 다음 샘플은 비혼화성 평가를 위해 침전하도록 한다. 2개의 상의 명확한 경계가 2분 내에 나타나면, 고속 상 분리(도 2d에서 고속 PS)로 표지된다. 샘플이 명확한 상 분리를 나타내는 데 2분 초과하여 소요되면, 이는 저속 상 분리(도 2(d)에서 저속 PS)로 표지된다. Three phase diagram. The three-phase diagram of GuHCl-DETA-DH is constructed based on the weight ratio of the components. A series of samples with different component proportions are precisely weighed on an analytical balance and then subjected to vigorous vortex agitation for 1 minute. The sample is then allowed to settle for evaluation of immiscibility. If the clear boundaries of the two phases appear within 2 minutes, they are labeled as fast phase separation (fast PS in Figure 2d). If it takes more than 2 minutes for the sample to show clear phase separation, it is labeled as slow phase separation (slow PS in Figure 2(d)).

표면 및 계면 장력 . 표면 및 계면 장력은 양쪽 모두 펜던트 액적 방법을 통해 측정된다. 주사기 펌프와 조합된 Nordman Optimum® 정밀 팁(Φ = 1.83 mm인 #14 Gauge)은 펜던트 액적을 생성하는 모세관 장치로 사용된다. 각각의 액적은 0.2 mL이다. 표면 장력의 측정을 위해, 액적의 이미지는 1분 동안 평형 상태에 도달하도록 대기한 후 고해상도 카메라에 의해 기록된다. 계면 장력의 측정은 증가된 점도로 인해 평형에 도달하는 데 더 오랜 시간(5분)이 걸릴 수 있다. Surface and interfacial tension . Both surface and interfacial tensions are measured through the pendant droplet method. A Nordman Optimum ® precision tip (#14 Gauge with Φ = 1.83 mm) in combination with a syringe pump is used as a capillary device to generate pendant droplets. Each droplet is 0.2 mL. For the measurement of the surface tension, the image of the droplet is recorded by a high-resolution camera after waiting to reach equilibrium for 1 minute. The measurement of the interfacial tension may take a longer time (5 minutes) to reach equilibrium due to the increased viscosity.

COSMOtherm 시뮬레이션. 유중유 에멀젼에서의 상 분리의 이론적 검증은 COSMOtherm X(COSMOlogic GmbH & Co. KG, Leverkusen, 독일)에서 구현된 COSMO-RS 이론을 사용하여 가능하다. 간단히 말해서, COSMO-RS 이론은 상이한 분자들 사이의 전자 구조 상호작용의 통계적 열역학에 의해 용액 내 분자의 화학적 전위를 계산한다. 스크리닝 전하 밀도는 TURBOMOLE로 설정된 TZVP 기초를 사용하여 기하 최적화된 화학 구조로부터 생성된다. COSMOtherm simulation. The theoretical verification of phase separation in oil-in-oil emulsions is possible using the COSMO-RS theory implemented in COSMOtherm X (COSMOlogic GmbH & Co. KG, Leverkusen, Germany). In simple terms, the COSMO-RS theory calculates the chemical potential of a molecule in solution by the statistical thermodynamics of the electronic structure interactions between different molecules. The screening charge density is generated from the geometrically optimized chemical structure using the TZVP basis set to TURBOMOLE.

겹침 농도(overlap concentration) 추정. PIB의 겹침 농도는 η sp 는 비점도이고, c는 PIB 농도이며 Km은 일관성(consistence)인 마틴 방정식 log(η sp /c) = log[η] + K m [η]c에 기초하여 추정된다. 이를 위해, [η]는 절편에서 구한다. PIB wt%가 반희석-농도 요법(semidilute-concentration regime)에 있으므로 Huggins 및 Kraemer 방정식은 이 추정에 적합하지 않을 수 있다. Estimation of overlap concentration. The overlapping concentration of PIB is estimated based on Martin's equation log(η sp /c) = log[η] + K m [η]c , where η sp is the specific viscosity , c is the PIB concentration, and Km is the consistency. . To do this, [ η ] is obtained from the intercept. The Huggins and Kraemer equations may not be suitable for this estimation as the PIB wt% is in the semi-dilute-concentration regime.

캡슐화 절차Encapsulation procedure

실시예 1의 에멀젼 시스템은 하기 절차를 사용하여 제조된다: 1.26 그램의 다이에틸렌트라이아민(DETA), 0.63 그램의 펜타에틸렌-헥사민(PEHA), 0.30 그램의 폴리에틸렌이민(PEI, 분지형, Mw 약 25,000), 및 0.81 그램의 구아니디늄 클로라이드(GuHCl)가 완전히 혼합되어 분산상으로 사용된다(DPPG-4213). 이어서, 2.64 그램의 헥사데칸, 2.64 그램의 데칼린, 및 0.72 그램의 폴리아이소부틸렌(PIB, Mw 약 500,000)을 혼합하고 연속상(DHP-012)으로 사용한다. 또한, 0.09 그램의 소수성으로 개질된 점토 나노-플레이틀릿(Cloisite® 20)을 1.71 그램의 DHP-012에 분산시키고 유화제 현탁액으로 사용한다. 분산상(DPPG-4213, 3.0 그램), 연속상(DHP-012, 6.0 그램) 및 유화제 현탁액(1.8 그램)을 유리 바이알에 혼합한 다음 풀 사이즈 프로브(직경 1.27 cm)를 구비한 Sonics VCX 500 Watt 초음파 처리를 사용하여 60% 전력에서 75 초 동안 초음파 처리(각 5 초 초음파 처리 후 1 초간 멈춤)하여 비 수성 피커링 에멀젼을 생성한다.The emulsion system of Example 1 was prepared using the following procedure: 1.26 grams of diethylenetriamine (DETA), 0.63 grams of pentaethylene-hexamine (PEHA), 0.30 grams of polyethyleneimine (PEI, branched, Mw. About 25,000), and 0.81 grams of guanidinium chloride (GuHCl) are thoroughly mixed and used as the dispersed phase (DPPG-4213). Then 2.64 grams of hexadecane, 2.64 grams of decalin, and 0.72 grams of polyisobutylene (PIB, Mw about 500,000) are mixed and used as the continuous phase (DHP-012). In addition, 0.09 grams of hydrophobically modified clay nano-platelets (Cloisite ® 20) are dispersed in 1.71 grams of DHP-012 and used as an emulsifier suspension. Disperse phase (DPPG-4213, 3.0 grams), continuous phase (DHP-012, 6.0 grams) and emulsifier suspension (1.8 grams) were mixed in a glass vial followed by Sonics VCX 500 Watt ultrasound with full size probe (1.27 cm diameter). Treatment is used to sonicate for 75 seconds at 60% power (pause for 1 second after each 5 seconds sonication) to produce a non-aqueous pickering emulsion.

이어서, 에멀젼 시스템을 30 mL DHP-012로 희석하고 16.7 Hz에서 20분 동안 교반한다. 이어서, 0.6 그램의 가교제 테트라메틸자일렌 다이아이소시아네이트(TMXDI)를 6 mL DHP-012에 용해시키고 0.5 mL/h의 첨가 속도로 에멀젼(8 Hz에서 교반)에 첨가한다. 아이소시아네이트 첨가가 완료된 후, 캡슐화 현탁액을 50℃로 천천히 가열하고(0.5℃/분) 3시간 동안 교반한다. 실온으로 냉각시킨 후, 캡슐 현탁액을 150 mL 헥산으로 희석하고 1시간 동안 침강시킨다. 상청액을 조심스럽게 따라 내고, 잔여 고체를 20 mL 헥산으로 5회 더 세척한다. 생성된 캡슐을 시계 유리로 옮기고 흄 후드에서 공기 건조시킨다. 단리 수율은 실시예 1에 대해 대략 70 wt%이다. The emulsion system is then diluted with 30 mL DHP-012 and stirred at 16.7 Hz for 20 minutes. Then, 0.6 grams of the crosslinking agent tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI) is dissolved in 6 mL DHP-012 and added to the emulsion (stirring at 8 Hz) at an addition rate of 0.5 mL/h. After the isocyanate addition is complete, the encapsulated suspension is slowly heated to 50° C. (0.5° C./min) and stirred for 3 hours. After cooling to room temperature, the capsule suspension is diluted with 150 mL hexane and allowed to settle for 1 hour. The supernatant is carefully decanted and the remaining solid is washed 5 more times with 20 mL hexane. The resulting capsule is transferred to a watch glass and air dried in a fume hood. The isolated yield is approximately 70 wt% for Example 1.

도 1은 각각의 주요 단계 동안 대표적인 현미경 이미지를 갖는 일반적인 캡슐화 절차의 예시적인 공정을 도시한다: 동일한 캡션 영역 상의 광학 이미지(a)(c), SEM 이미지(e) 및 상응하는 형광 이미지(b)(d)(f). (스케일 바: 40 μm).Figure 1 shows an exemplary process of a typical encapsulation procedure with representative microscopic images during each major step: optical images (a) (c), SEM images (e) and corresponding fluorescence images (b) on the same caption area. (d)(f). (Scale bar: 40 μm).

상 분리 스크리닝은 하기와 같이 수행된다:Phase separation screening is carried out as follows:

예시적인 실시형태에서, 에멀젼 시스템의 극성상은 적어도 35 wt% 내지 50 wt% DETA, 15 wt% 내지 35 wt% 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 5 wt% 내지 20 wt%의 분지형 폴리에틸렌이민(PEI, MW 약 20 kDa), 및 15 wt% 내지 40 wt% GuHCl를 포함한다. 조성물에 대하여, PEHA 및 PEI는 배리어 성능을 향상시키기 위해 후속 계면 중합에서 가교제로서 작용할 수 있는 것으로 여겨진다. 이 이론에 구속되지 않으면서, 극성상의 예시적인 실시형태를 위한 양호한 조성물은 하기 논의에서 DPPG-4213(DETA-PEHA-PEI-GuHCl, 4:2:1:3 중량비)로 지칭되는 대략 43 wt% DETA, 20 wt% 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 10 wt% 분지형 폴리에틸렌이민(PEI, MW 약 20 kDa), 및 27 wt% GuHCl인 것으로 여겨진다. In an exemplary embodiment, the polar phase of the emulsion system is at least 35 wt% to 50 wt% DETA, 15 wt% to 35 wt% pentaethylenehexamine (PEHA), 5 wt% to 20 wt% branched polyethyleneimine (PEI , M W about 20 kDa), and 15 wt% to 40 wt% GuHCl. For the composition, it is believed that PEHA and PEI can act as crosslinking agents in subsequent interfacial polymerization to improve barrier performance. Without wishing to be bound by this theory, a preferred composition for an exemplary embodiment of a polar phase is approximately 43 wt%, referred to in the discussion below as DPPG-4213 (DETA-PEHA-PEI-GuHCl, 4:2:1:3 weight ratio) It is believed to be DETA, 20 wt% pentaethylenehexamine (PEHA), 10 wt% branched polyethyleneimine (PEI, M W about 20 kDa), and 27 wt% GuHCl.

DH로부터 DETA의 상 분리는 COSMOtherm X에서 액체 추출 모듈을 사용하여 이론적으로 평가된다.21 이 모듈은 반복 분할 및 용해도 계산을 수행하여 양쪽 상에서 각 화합물의 최종 농도를 제공한다. DH상으로부터의 최종 DETA 농도는 DETA의 연속상으로의 이론적으로 예측된 분할로 간주된다. DETA의 분할에 미치는 다양한 억제제의 영향은 동일한 공정을 사용하여 평가된다. 실험 및 이론 결과는 절대적 기준으로 정확하게 일치하지는 않지만, 이론적 예측은 상관 계수 R 2 = 0.75를 갖는 관찰된 실험 경향(도 2b)과 매우 밀접하게 일치하였다. 이 이론적 분할 분석은 추가의 관심있는 페이로드에 대한 다른 적합한 용매 시스템 및 분할 억제제의 식별을 돕는 데 유용하다.The phase separation of DETA from DH is theoretically evaluated using a liquid extraction module in COSMOtherm X. 21 This module provides the final concentration of each compound in both phases by performing iterative resolution and solubility calculations. The final DETA concentration from the DH phase is considered the theoretically predicted partition of DETA into the continuous phase. The effect of various inhibitors on the splitting of DETA is evaluated using the same process. Experimental and theoretical results are not exactly consistent on an absolute basis, but the theoretical predictions coincided very closely with the observed experimental trend (Fig. 2b) with a correlation coefficient R 2 =0.75. This theoretical splitting analysis is useful to aid in the identification of splitting inhibitors and other suitable solvent systems for additional payloads of interest.

연속상의 점도는 에멀젼 액적의 안정성에 유의하게 영향을 미친다. 중합체성 탄화수소 첨가제 PIB(Mw 약 500 kDa)는 이의 상용성 및 상업적 이용 가능성으로 인해 점도 조절제로서 선택된다. 도 5a를 참조하면, 탄화수소상의 점도 η는 3 cP(PIB 없음) 내지 4085 cP(12 wt% PIB)로 증가하고, PIB wt% 및 log η 사이의 선형 상관관계가 관찰된다. 개선된 점도는 광학 현미경에 의해 시각화된 바와 같이 개선된 에멀젼 안정성을 초래한다(도 5a). 예시적인 실시형태에서, PIB가 4 wt% 초과(η 약 200 cP) 일 때 안정한 에멀젼이 형성되고 더 적은 PIB는 에멀젼 액적의 빠른 응집을 초래한다. 이 이론에 구속되지 않으면서, 연속상에서의 PIB 함량은 후속 계면 중합을 위한 강력한 에멀젼 주형을 유지하기 위해 10 wt%(η 약 2000 cP)를 초과할 수 있다. PIB는 0.5 g·dL-1(약 0.6 wt%)의 추정 겹침 농도를 갖는 용액의 반희석 요법에서 관찰된다. PIB는 2개의 에멀젼 상(도 5a, 실선) 사이의 연속상(도 5a, 점선)의 표면 장력 또는 계면 장력 γ에 큰 영향을 미치지 않는 것을 알게 되는데, 이는 PIB가 주로 계면 에너지를 방해하지 않으면서 점도 조절제로서 작용하는 것을 시사한다.The viscosity of the continuous phase significantly affects the stability of the emulsion droplets. The polymeric hydrocarbon additive PIB (M w about 500 kDa) is chosen as a viscosity modifier due to its compatibility and commercial availability. 5A, the viscosity η of the hydrocarbon phase increases from 3 cP (no PIB) to 4085 cP (12 wt% PIB), and a linear correlation between PIB wt% and log η is observed. The improved viscosity results in improved emulsion stability as visualized by light microscopy (FIG. 5A ). In an exemplary embodiment, a stable emulsion is formed when PIB is greater than 4 wt% ( η about 200 cP) and less PIB results in rapid aggregation of the emulsion droplets. Without wishing to be bound by this theory, the PIB content in the continuous phase can exceed 10 wt% ( η about 2000 cP) to maintain a strong emulsion template for subsequent interfacial polymerization. PIB is observed in a semi-dilution regimen of a solution with an estimated overlap concentration of 0.5 g·dL -1 (about 0.6 wt%). It is found that PIB does not significantly affect the surface tension or interfacial tension γ of the continuous phase (Fig. 5a, dotted line) between the two emulsion phases (Fig. 5a, solid line), which means that PIB mainly does not interfere with the interfacial energy. It suggests acting as a viscosity modifier.

도 5b를 참조하면, 증가된 점도는 또한 유사한 형태 및 크기로 온전한 에멀젼 액적을 유지하면서, 5분(4 wt% PIB)에서 21일(12 wt% PIB)로 에멀젼의 저장 수명을 연장시켰다. 이 이론에 구속되지 않으면서, 향상된 저장 수명은 부분적으로 에멀젼 액적의 감소된 확산 계수로 인한 것일 수 있다. 스톡스-아인슈타인(Stokes-Einstein) 방정식에 따르면, 확산 계수는 PIB를 0에서 12 wt%로 첨가하면 103의 인자만큼 감소된다. 이러한 점성 용매는 액적 확산 속도를 늦추고 에멀젼의 응집을 감소시킴으로써 에멀젼 안정성을 향상시켰다.Referring to Figure 5b, the increased viscosity also extended the shelf life of the emulsion from 5 minutes (4 wt% PIB) to 21 days (12 wt% PIB), while maintaining intact emulsion droplets in a similar shape and size. Without wishing to be bound by this theory, the improved shelf life may be due in part to the reduced diffusion coefficient of the emulsion droplets. According to the Stokes-Einstein equation, the diffusion coefficient is reduced by a factor of 10 3 by adding PIB from 0 to 12 wt%. These viscous solvents improved emulsion stability by slowing the droplet diffusion rate and reducing the agglomeration of the emulsion.

증가된 점도는 또한 후속 계면 중합의 수송 특성 및 반응 동역학에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 연속 분산 동안 계면으로의 안정적이고 비-난류 반응물 전달은 대부분의 계면 중합이 양호한 배리어 특성을 갖는 쉘 재료를 형성하도록 할 수 있다. 레이놀즈 수가 낮은(Re < 200) 안정적인 층류는 전이 및 난류 흐름(Re > 2000)과 비교하여 계면 중합에 이상적일 것으로 여겨진다. 분산 공정의 효율 및 동역학은 대류 방법(교반, 혼합, 및 분산)과 확산 양쪽 모두에 의해 결정된다. 가장 일반적으로 사용되는 교반 장치에 대해 500 내지 1000 rpm의 통상적인 교반 속도로, 연속상의 점도 범위는 소정의 층류를 유지하기 위해 2000 내지 4000 cP(10 내지 12 wt% PIB)로 조정될 수 있으며, 이 점도 범위는 또한 안정한 에멀젼을 생성하는 데 적합하다. 따라서, 예시적인 실시형태는 DHP-012(DH-PIB, 12 wt%)로 지칭되었던 약 12 wt% PIB 및 88 wt% DH(1:1 wt/wt)를 함유하는 최적화된 연속상을 포함한다.The increased viscosity can also affect the transport properties and reaction kinetics of the subsequent interfacial polymerization. For example, stable and non-turbulent reactant transfer to the interface during continuous dispersion can allow most interfacial polymerizations to form shell materials with good barrier properties. Stable laminar flows with a low Reynolds number ( R e <200) are believed to be ideal for interfacial polymerization compared to transitional and turbulent flows ( R e> 2000). The efficiency and kinetics of the dispersion process are determined by both the convection method (stirring, mixing, and dispersion) and diffusion. With a typical stirring speed of 500 to 1000 rpm for the most commonly used stirring devices, the viscosity range of the continuous phase can be adjusted to 2000 to 4000 cP (10 to 12 wt% PIB) to maintain a desired laminar flow, The viscosity range is also suitable for producing stable emulsions. Thus, an exemplary embodiment includes an optimized continuous phase containing about 12 wt% PIB and 88 wt% DH (1:1 wt/wt), which was referred to as DHP-012 (DH-PIB, 12 wt%). .

또한, 극성 유기 페이로드는 양쪽 상 모두에서 분할되어 후속 캡슐화 화학 작용을 잠재적으로 방해할 수 있다. 폴리아민인 다이에틸렌트라이아민(DETA)은 데칼린:헥사데칸(DH)의 1:1(wt:wt) 혼합물과 혼화성인 것으로 결정된다. 특히, 이 혼합물은 상기 논의된 바와 같이 GC-MS에 의해 연속상에서 검출된 11.3 mg·mL-1의 농도로 0.044의 분할 계수 D np-p(비극성-극성상)(도 2c 참조)를 갖는 것으로 결정된다. In addition, polar organic payloads can split in both phases and potentially interfere with subsequent encapsulation chemistry. The polyamine, diethylenetriamine (DETA), is determined to be miscible with a 1:1 (wt:wt) mixture of decalin:hexadecane (DH). In particular, this mixture was found to have a dividing factor D np-p (non-polar-polar phase) of 0.044 with a concentration of 11.3 mg mL -1 detected in the continuous phase by GC-MS as discussed above (see Figure 2c). Is determined.

분할 억제제 스크리닝은 하기와 같이 수행된다.Split inhibitor screening is performed as follows.

유기산을 우선 DETA가 탄화수소상으로 분산되는 것을 최소화하기 위해 분할 억제제로서 시험하였다. 도 2a를 참조하면, 비극성 DH상에서 DETA 분할 농도는 다양한 첨가제 및 농도에 대해 도시되며, 제어예는 무 분할 억제제의 사용을 나타낸다. 아세트산(HOAc)과 같은 약 유기산은 DETA 분할을 약간 감소시키는 것을 알게 되었다. 폴리아민상으로의 이온의 도입은 산성 첨가제를 대체하는 하나의 접근법이다. 그러나, 가장 일반적으로 사용되는 나트륨, 칼륨 및 암모늄 염은 아민 및 가능한 알코올에 대부분 불용성인 것으로 여겨진다. 예를 들어, 암모늄 헥사플루오로포스페이트(NH4PF6) 및 구아니디늄 클로라이드(GuHCl)는 DETA에 가용성이다. 특정 농도에서 트라이플루오로 아세트산(TFA), 에탄술폰산(EtSO3H), NH4PF6, 및 GuHCL과 같은 강 유기산이 연속상에서 DETA의 농도를 낮추는 데 비교적 더 나은 효과가 있음도 알게 되었다(도 1a). 또한, 65 wt%의 TFA(100 wt%의 DETA 대비 첨가된 TFA의 중량 퍼센트가 DETA 첨가의 총량의 65%인 경우)는 DETA가 비극성상으로 분산되는 것을 필수적으로 억제하였던 반면에, 강 유기산은 DETA와 격렬하고 발열적으로 반응하여 페이로드에서 약 30 mol%의 활성 아미노기를 양성자화하였다. TFA와 유사하게, EtSO3H는 또한 아민과 격렬하게 반응하는 것을 알게 되었다. 또한, NH4PF6과 비교하여, GuHCl은 비교적 더 경제적이고 DETA에 대해 대부분 비 반응성인 것으로 여겨진다. 이들 유기산은 알코올에 대하여 유사한 방식으로 거동할 것으로 여겨진다.The organic acid was first tested as a splitting inhibitor to minimize the dispersion of DETA into the hydrocarbon phase. Referring to FIG. 2A, the DETA split concentration on the non-polar DH phase is plotted for various additives and concentrations, and the control example shows the use of a splitless inhibitor. It has been found that weak organic acids such as acetic acid (HOAc) slightly reduce the DETA resolution. The introduction of ions onto polyamines is one approach to replacing acidic additives. However, the most commonly used sodium, potassium and ammonium salts are believed to be mostly insoluble in amines and possible alcohols. For example, ammonium hexafluorophosphate (NH 4 PF 6 ) and guanidinium chloride (GuHCl) are soluble in DETA. It was also found that at certain concentrations, strong organic acids such as trifluoroacetic acid (TFA), ethanesulfonic acid (EtSO 3 H), NH 4 PF 6 , and GuHCL have a relatively better effect in lowering the concentration of DETA in the continuous phase (Fig. 1a). In addition, 65 wt% of TFA (when the weight percent of TFA added relative to 100 wt% of DETA is 65% of the total amount of DETA added) essentially inhibited the dispersion of DETA into the nonpolar phase, whereas strong organic acids It reacted violently and exothermicly with DETA to protonate about 30 mol% of active amino groups in the payload. Similar to TFA, EtSO 3 H was also found to react violently with amines. In addition, compared to NH 4 PF 6 , GuHCl is considered to be relatively more economical and mostly non-reactive to DETA. It is believed that these organic acids will behave in a similar way for alcohols.

도 2c를 참조하면, Dnp-p는 DETA 분할의 효율적인 억제를 나타내는 65 wt% GuHCl(도 2c)의 첨가로 0.044에서 0으로(< 0.010, GC-MS에서 검출 불가능) 감소된다. 도 2d를 참조하면, GuHCl-DETA-DH의 삼상 다이어그램이 도시되는데, 여기서 PS는 강한 폴리아민/탄화수소 상 분리 시스템의 완전한 개요를 얻도록 구성된 상 분리를 지칭한다.Referring to Fig. 2c, D np-p is reduced from 0.044 to 0 (<0.010, undetectable in GC-MS) with the addition of 65 wt% GuHCl (Fig. 2c), which indicates efficient inhibition of DETA splitting. 2D, a three-phase diagram of GuHCl-DETA-DH is shown, where PS refers to the phase separation configured to obtain a complete overview of the strong polyamine/hydrocarbon phase separation system.

전해질을 아민 상으로 도입하면 접촉각의 측정 및 상 다이어그램의 구성에 의해 실험적으로 밝혀진 바와 같이 상 분리 거동이 유의하게 변경하였다. 소수성 폴리스타이렌 표면 상에 증가된 접촉각(θ)으로 표시된 바와 같이 GuHCl을 첨가함으로써 극성상의 친수성이 향상된다(도 2c, 상향 경사진 라인). 예를 들어, GuHCl 및 DETA의 비(R G-D, wt/wt)가 0에서 0.65로 증가될 경우, θ는 48.7°에서 71.9°로 변경된다. Introduction of the electrolyte into the amine phase significantly altered the phase separation behavior as experimentally revealed by the measurement of the contact angle and the configuration of the phase diagram. The hydrophilicity of the polar phase is improved by adding GuHCl as indicated by the increased contact angle ( θ ) on the hydrophobic polystyrene surface (FIG. 2C, a line inclined upward). For example, when the ratio of GuHCl and DETA ( R GD , wt/wt) is increased from 0 to 0.65, θ is changed from 48.7° to 71.9°.

도 2d에 도시된 바와 같이, GuHCl은 R G-D > 1일 때(상부 영역) 이의 용해 한계에 도달했다. R G-D < 1 경우, 극성(DETA-GuHCl)상과 비극성(DH)상 사이에 강한 상 분리가 있다. 일반적으로, 더 많은 GuHCl(R G-D > 0.5)은 더 빠른 상 분리를 초래하였다(도 2d, 중간 영역). GuHCl 로딩이 감소되면(R G-D < 0.5), 상 분리 속도가 감소되고 2분 초과하여 소요된다(도 2d, 하부 영역). 페이로드 분할을 완전히 억제하기 위한 최소 R G-D는 대략 0.6 인 것으로 여겨진다. 광범위한 실험을 통해, 그리고 이 이론에 구속되지 않으면서, 극성상의 양호한 조성물은 대략 43 wt% DETA, 20 wt% 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 10 wt% 분지형 폴리에틸렌이민(PEI, MW 약 20 kDa), 및 27 wt% GuHCl인 것으로 여겨지며 하기 논의에서 DPPG-4213(DETA-PEHA-PEI-GuHCl, 4:2:1:3 중량비)로 지칭될 것이다. PEHA 및 PEI는 배리어 성능을 향상시키기 위해 후속 계면 중합에서 가교제로서 작용하였다.As shown in FIG. 2D, GuHCl reached its dissolution limit when R GD >1 (upper region). For R GD <1, there is a strong phase separation between the polar (DETA-GuHCl) phase and the non-polar (DH) phase. In general, more GuHCl ( R GD > 0.5) resulted in faster phase separation (Figure 2d, middle region). When the GuHCl loading is reduced ( R GD <0.5), the phase separation rate is reduced and takes more than 2 minutes (Fig. 2D, lower region). It is believed that the minimum R GD to completely inhibit payload segmentation is approximately 0.6. Through extensive experimentation, and not wishing to be bound by this theory, a good composition in the polar phase is approximately 43 wt% DETA, 20 wt% pentaethylenehexamine (PEHA), 10 wt% branched polyethyleneimine (PEI, M W about 20). kDa), and 27 wt% GuHCl and will be referred to in the discussion below as DPPG-4213 (DETA-PEHA-PEI-GuHCl, 4:2:1:3 weight ratio). PEHA and PEI acted as crosslinking agents in subsequent interfacial polymerization to improve barrier performance.

도 3a는 상이한 양의 GuHCl과 혼합될 때 탄화수소상에 존재하는 GC 미량의 DETA를 도시한다. 더 많은 GuHCl이 존재하면, 4.34에서 피크에서 더 작은 피크 면적으로 표시되는 더 적은 DETA가 탄화수소상에 존재한다. 이 데이터는 도 2a에서 정량화된다.3A shows the DETA of GC traces present in the hydrocarbon phase when mixed with different amounts of GuHCl. If more GuHCl is present, less DETA is present in the hydrocarbon phase, represented by a smaller peak area at the peak at 4.34. This data is quantified in Figure 2A.

도 3b는 65 wt% GuHCl의 존재 및 부재 하의 DETA의 NMR 피크를 도시한다l. GuHCl이 존재하면, 피크는 더 높은 ppm으로 이동하는데, 이는 더 높은 극성 및 GuHCl과 DETA의 상호작용을 나타낸다.3B depicts the NMR peaks of DETA with and without 65 wt% GuHCl. When GuHCl is present, the peak shifts to higher ppm, indicating higher polarity and interaction of GuHCl with DETA.

에멀젼 안정제(유화제) 스크리닝은 하기와 같이 수행된다:Emulsion stabilizer (emulsifier) screening is carried out as follows:

중합체성 계면활성제 Brij® 93(HLB 4), Span® 80(HLB 4.3), Span® 85(HLB 1.8) 및 Tween® 0(HLB 16.7)은 다양한 교반 방법 하에서 유중유 에멀젼의 생성 또는 안정화를 촉진할 수 없는 것을 알게 된다. 특히, 실시예의 경우, 이들 중 어느 것도 초음파 처리, 균질화 및 고속 교반을 포함하는 다양한 교반 방법 하에서 안정한 에멀젼 액적을 형성하지 않았다. Polymeric surfactants Brij® 93 (HLB 4), Span® 80 (HLB 4.3), Span® 85 (HLB 1.8) and Tween® 0 (HLB 16.7) can promote the formation or stabilization of oil-in-oil emulsions under various stirring methods. You know you can't. In particular, for the examples, none of them formed stable emulsion droplets under various stirring methods including sonication, homogenization and high speed stirring.

실시예에 대하여, 피커링 입자로서 소수성으로 관능화된 점토(Cloisite® 20)는 예를 들어 비교적 큰 크기에 기초하여 안정한 유중유 에멀젼의 생성을 가능하게 한다. 특히, 소수성으로 관능화된 점토는 예를 들어 높은 안정성 및 비교적 큰 크기에 기초하여 적합한 유화제이다. With respect to the embodiments, in a Pickering particles functionalized with hydrophobic clay (Cloisite ® 20), for example based on a relatively large size enables the generation of stable organic oil-in-water emulsion. In particular, hydrophobically functionalized clays are suitable emulsifiers based on, for example, high stability and relatively large size.

도 4a를 참조하면, 소수성으로 관능화된 점토의 조합으로, 4개의 중합체 계면활성제 중 Span® 85는 균일한 형태를 갖는 안정한 에멀젼 액적을 생성한다. 특히, 도 4a는 소수성으로 관능화된 점토(Cloisite® 20) 및 중합체 계면활성제 Span® 85의 다양한 조합과의 에멀젼 안정성의 비교를 도시한다. 다른 3개의 중합체 계면활성제(Brij® 93, Span® 80 및 Tween® 20)는 비 수성 에멀젼을 안정화시킬 수 없는 것을 알게 된다. 도 4a에 도시된 바와 같이(40 μm의 스케일 바), 에멀젼 안정성과 입자 크기는 Span® 85의 양에 따라 달라질 수 있다. 3 wt% Cloisite® 20을 사용하면, Span® 85가 줄어 에멀젼 안정성이 향상된다(b-c). 6 wt% Span® 85를 사용하면, 시스템은 어떠한 액적도 형성되지 않으면서 에멀젼을 안정화시키지 못한다. 감소된 양의 Span® 85를 사용하면, 형태가 큰 에멀젼이 나타나지만, 후속 계면 반응 중에 파열되는데, 이는 불안정한 에멀젼이 형성되었음을 나타낸다.Referring to FIG. 4A, with the combination of hydrophobically functionalized clay, Span® 85 of the four polymer surfactants produces stable emulsion droplets with a uniform shape. In particular, Figure 4a shows a comparison of the stability of the emulsion and functionalized with various combinations of hydrophobic clay (Cloisite ® 20) and a polymer surfactant Span® 85. It is found that the other three polymeric surfactants (Brij® 93, Span® 80 and Tween® 20) cannot stabilize non-aqueous emulsions. As shown in Figure 4a (scale bar of 40 μm), emulsion stability and particle size can vary depending on the amount of Span® 85. Using 3 wt% Cloisite ® 20 reduces Span® 85 and improves emulsion stability (bc). With 6 wt% Span® 85, the system does not stabilize the emulsion without forming any droplets. With a reduced amount of Span® 85, an emulsion of large morphology appears, but bursts during the subsequent interfacial reaction, indicating that an unstable emulsion was formed.

도 4b를 참조하면(40 μm의 스케일 바), 소수성으로 관능화된 점토에 대한 비는 또한 다른 중합체 계면활성제를 사용하지 않고 평가된다. 더 많은 양의 소수성으로 관능화된 점토는 향상된 안정성으로 더 작은 크기의 에멀젼 액적을 생성한다. 2 wt% Cloisite® 20의 첨가로, 추가적인 액적 크기 감소가 시각적으로 관찰되지 않으며, 에멀젼은 후속 계면 반응에서 생존하기에 충분히 안정한 것을 알게 된다. 이 이론에 구속되지 않으면서, 필요 이상으로 첨가하지 않기 위한 목적으로 소수성으로 관능화된 점토 Cloisite® 20의 양호한 양은 총 에멀젼 시스템의 총 중량을 기준으로 대략 2.0 wt% 내지 2.5 wt%인 것으로 여겨진다. 따라서, 소수성으로 관능화된 점토는 향상된 안정성을 갖는 더 작은 크기의 에멀젼 액적을 생성하는 것을 알게 된다. 또한, 2 wt% 이상의 Cloisite® 20을 첨가하면 액적 크기는 대략 6 μm 정도로 유지된다. Referring to Figure 4b (scale bar of 40 μm), the ratio to the hydrophobically functionalized clay is also evaluated without the use of other polymeric surfactants. Clays functionalized with a greater amount of hydrophobicity produce smaller sized emulsion droplets with improved stability. With the addition of 2 wt% Cloisite ® 20, no further droplet size reduction is observed visually, and the emulsion is found to be sufficiently stable to survive the subsequent interfacial reaction. If it is not bound by this theory, it is believed to be the functionalized clay Cloisite ® 20 hydrophobic in order to not add more than necessary the preferred total amount of about 2.0 wt% to 2.5 wt% based on the weight of the total emulsion system. Thus, it is found that the hydrophobically functionalized clay produces smaller sized emulsion droplets with improved stability. In addition, when 2 wt% or more of Cloisite ® 20 is added, the droplet size is maintained at approximately 6 μm.

아이소시아네이트 스크리닝은 하기와 같이 수행된다: Isocyanate screening is carried out as follows:

방향족 아이소시아네이트는 대체적으로 지방족 아이소시아네이트보다 더 빠르게 반응한다. 실시예에 대하여; 그러나, 나프탈렌 1,5-다이아이소시아네이트(NDI), 4,4'-다이페닐메탄 다이아이소시아네이트(MDI) 및 폴리메틸렌 폴리페닐 아이소시아네이트(PMPPI)와 같은 시판중인 방향족 아이소시아네이트의 대부분은 연속상 DHP-012에서 용해도 문제가 있다. 유일한 혼화성 방향족 아이소시아네이트는 불안정한 마이크로 캡슐만을 생성하는 톨루엔 다이아이소시아네이트(TDI)였다. TDI는 반응성이 뚜렷한 2개의 NCO기(1-NCO 및 4-NCO)를 함유하는 고반응성의 방향족 아이소시아네이트이다. 입체 장애가 적은 4-NCO는 1-NCO에 비해 비교적 높은 반응성을 나타낸다. 일단 4-NCO가 아미노기와 반응하면, 전자-공여 특징을 갖는 생성된 우레아 생성물은 1-NCO의 반응성을 추가로 감소시켜 가교 효율을 감소시키는데, 이는 쉘 벽의 장벽 특성을 더 감소시킨다.Aromatic isocyanates generally react faster than aliphatic isocyanates. About the examples; However, most of the commercially available aromatic isocyanates such as naphthalene 1,5-diisocyanate (NDI), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and polymethylene polyphenyl isocyanate (PMPPI) are continuous phase DHP- There is a solubility problem at 012. The only miscible aromatic isocyanate was toluene diisocyanate (TDI), which produced only unstable microcapsules. TDI is a highly reactive aromatic isocyanate containing two highly reactive NCO groups (1-NCO and 4-NCO). 4-NCO with less steric hindrance exhibits a relatively high reactivity compared to 1-NCO. Once the 4-NCO reacts with the amino group, the resulting urea product with electron-donating characteristics further reduces the reactivity of 1-NCO to reduce the crosslinking efficiency, which further reduces the barrier properties of the shell wall.

지방족 아이소시아네이트는 방향족 아이소시아네이트와 비교하여 반응성이 적으며, 더 양호한 운동 제어를 위한 좋은 후보이다. 시판중인 지방족 아이소시아네이트의 대부분은 아이소포론 다이아이소시아네이트(IPDI) 및 HDI-올리고머를 제외하고 비극성상 DHP-012와 혼화될 수 있었다. 일반적으로 사용되는 3개의 지방족 아이소시아네이트 중에서, 헥사메틸렌 다이아이소시아네이트(HDI)는 불안정한 마이크로 캡슐만 생성하였다; 4,4'-메틸렌 다이사이클로헥실 다이아이소시아네이트(H12MDI) 및 테트라메틸자일렌 다이아이소시아네이트(TMXDI)는 양호한 단리 효율로 안정한 마이크로 캡슐을 생성하였다. H12MDI 및 TMXDI는 양쪽 모두 입체 장애 지방족 아이소시아네이트이며, 1차 NCO기을 갖는 덜 방해되는 HDI와 비교하여 더 낮은 반응성을 나타낸다. 적당한 중축합 동역학을 유지하기 위해 적절한 반응성을 갖는 아이소시아네이트는 마이크로 캡슐의 장벽 특성을 달성하는 것이 바람직하다. H12MDI 및 TMXDI와 같은 입체 장애 지방족 아이소시아네이트는 적합한 계면 가교제인 것을 알게 된다. Aliphatic isocyanates are less reactive compared to aromatic isocyanates and are good candidates for better motion control. Most of the commercially available aliphatic isocyanates were miscible with DHP-012 in the non-polar phase, except for isophorone diisocyanate (IPDI) and HDI-oligomer. Of the three commonly used aliphatic isocyanates, hexamethylene diisocyanate (HDI) produced only unstable microcapsules; 4,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate (H 12 MDI) and tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI) produced stable microcapsules with good isolation efficiency. Both H 12 MDI and TMXDI are sterically hindered aliphatic isocyanates and exhibit lower reactivity compared to less hindered HDIs with primary NCO groups. It is preferable that an isocyanate having an appropriate reactivity in order to maintain an appropriate polycondensation kinetics achieves the barrier properties of the microcapsules. Hindered aliphatic isocyanates such as H 12 MDI and TMXDI are found to be suitable interfacial crosslinking agents.

공정의 평가는 하기와 같이 수행된다:The evaluation of the process is carried out as follows:

실시예 1에 대하여(상기 기재된 캡슐화 절차 참조), 전체 캡슐화 공정의 형태는 광학 현미경에 의해 모니터링된다. 초기 에멀젼 액적의 크기 분포는 6.0 ± 1.5 μm이다. 강력한 에멀젼 액적은 계면 중합을 통해 형태를 유지하였다. 단리된 DETA-로딩된 마이크로 캡슐은 순수한 헥산으로 세척한 후 약간의 형태 변형으로 10.2 ± 2.6 μm의 증가된 크기 분포를 나타낸다.For Example 1 (see the encapsulation procedure described above), the shape of the entire encapsulation process is monitored by an optical microscope. The size distribution of the initial emulsion droplets is 6.0 ± 1.5 μm. The strong emulsion droplet retained its shape through interfacial polymerization. The isolated DETA-loaded microcapsules show an increased size distribution of 10.2 ± 2.6 μm with slight shape modification after washing with pure hexane.

DETA-로딩된 마이크로 캡슐의 열 안정성은 동적 열 중량 분석(TGA)에 의해 평가된다. 건조된 마이크로 캡슐을 100℃로 가열하고 이 온도에서 3시간 동안 유지하여 이의 열 안정성을 검사한다. 마이크로 캡슐은 비등점이 높은 용매 잔류물로 인한 약간의 중량 손실만 있으면서 100℃에서 안정한 중량을 유지하며, 이는 양호한 열 안정성과 제한된 투과성을 나타낸다. 이후, 도 6a의 상향 경사진 라인을 참조하여, 온도는 10℃/분의 가열 속도로 650℃로 상승하였다. 예를 들어, 아마도 쉘 형성의 열적 분해로 인해 150℃ 부근에서 급격한 중량 손실이 나타난다(도 6a의 하향 경사진 라인 참조).The thermal stability of DETA-loaded microcapsules is assessed by dynamic thermogravimetric analysis (TGA). The dried microcapsules are heated to 100° C. and held at this temperature for 3 hours to check their thermal stability. The microcapsules maintain a stable weight at 100° C. with only slight weight loss due to the high boiling point solvent residue, which shows good thermal stability and limited permeability. Thereafter, referring to the upwardly inclined line of FIG. 6A, the temperature rose to 650° C. at a heating rate of 10° C./min. For example, there is a rapid weight loss around 150° C. probably due to thermal decomposition of the shell formation (see the downwardly inclined line in Fig. 6A).

DETA-로딩된 마이크로 캡슐은 또한 액체 에폭시 수지에서 장기간 화학적 안정성을 나타냈다. 캡슐화되지 않은 액체 DPPG-4123과 에폭시 수지(DER-331)의 혼합물은 실온에서 2 시간 내에 고화되어 수 주에 걸쳐 점도 증가를 나타낸다. 도 6b를 참조하면, DPPG-4123(제1 라인) 또는 DPPG-4123 캡슐(제2 라인)을 함유하는 DER-331 에폭시 수지 제형의 정규화된 점도. 40일에서 적색 곡선에서의 점도의 증가는 160 Hz에서 120 초 동안 균질화에 제제를 노출시킨 후였다. 이 이론에 구속되지 않으면서, DPPG-4213-로딩된 마이크로 캡슐이 에폭시 수지에 현탁될 때, 에폭시 수지의 정규화된 점도는 순수한 페이로드와 에폭시 수지 사이의 2 시간 경화와 비교하여 40일 저장 동안 약 4배 증가하는데, 이는 에폭시 수지에서 DETA-로딩된 마이크로 캡슐의 안정성이 유의하게 향상되었음을 나타내는 것으로 여겨진다. 이 안정성은 또한 이전에 보고된 수계 DETA 캡슐 시스템보다 개선된다. 40일 동안 에폭시에서 마이크로 캡슐을 저장한 후 마이크로 캡슐 현탁액에 고 전단력을 가한다. 빠른 급격한 점도 증가는 아민 페이로드가 여전히 화학적으로 활성이며 시스템이 전단에 의해 경화하도록 촉발되었음을 나타낸다.The DETA-loaded microcapsules also showed long-term chemical stability in liquid epoxy resins. A mixture of unencapsulated liquid DPPG-4123 and epoxy resin (DER-331) solidified within 2 hours at room temperature, showing an increase in viscosity over several weeks. 6B, the normalized viscosity of the DER-331 epoxy resin formulation containing DPPG-4123 (first line) or DPPG-4123 capsule (second line). The increase in viscosity in the red curve at day 40 was after exposing the formulation to homogenization at 160 Hz for 120 seconds. Without wishing to be bound by this theory, when the DPPG-4213-loaded microcapsules are suspended in an epoxy resin, the normalized viscosity of the epoxy resin is about 40 days of storage compared to a 2 hour cure between the pure payload and the epoxy resin. Increased by a factor of 4, which is believed to indicate a significant improvement in the stability of the DETA-loaded microcapsules in the epoxy resin. This stability is also improved over the previously reported water-based DETA capsule system. After storing the microcapsules in epoxy for 40 days, a high shear force is applied to the microcapsule suspension. The rapid rapid increase in viscosity indicates that the amine payload is still chemically active and the system is triggered to cure by shear.

예시적인 폴리우레탄 시스템의 경우, 캡슐화된 다이에틸톨루엔다이아민은 비스무트/아연 네오데카노에이트 혼합물의 존재 하에 ISONATE™ 50 O,P(MDI의 2,4 이성질체와 4,4 이성질체의 혼합물) 및 VORAPEL™ D3201 폴리올과 VORANOL™ 360의 95:5 중량비의 블렌드를 사용하여 제조된 예비중합체에 첨가될 수 있다. 캡슐화된 다이에틸톨루엔다이아민을 갖는 생성된 예비중합체는 40℃에서 6개월 저장 수명 안정성(점도의 유의한 증가 없음)을 나타내는 것으로 여겨진다. For exemplary polyurethane systems, the encapsulated diethyltoluenediamine is ISONATE™ 50 O,P (mixture of the 2,4 and 4,4 isomers of MDI) and VORAPEL in the presence of a bismuth/zinc neodecanoate mixture. ™ D3201 polyol and VORANOL™ 360 in a 95:5 weight ratio blend to be added to the prepared prepolymer. The resulting prepolymer with encapsulated diethyltoluenediamine is believed to exhibit 6 month shelf life stability (no significant increase in viscosity) at 40°C.

상기에 대하여, 친수성 페이로드의 비 수성 캡슐화에 적합한 효율적인 폴리아민/탄화수소계 무수 에멀젼 시스템이 입증되었다. GuHCl과 같은 분할 억제제 및 PIB와 같은 점도 조절제의 혼입을 포함하는 에멀젼 시스템을 사용함으로써 양호한 캡슐화가 해제된다. 전체 캡슐화 공정의 형태 모니터링은 이 비 수성 캡슐화 기법의 높은 효율 및 타당성을 보여줄 수 있다. 또한, DETA-로딩된 마이크로 캡슐은 100℃의 높은 온도에서 열적 안정성과 최대 4 주의 저장 수명이 연장된 에폭시 수지에서 화학적 안정성을 나타낸다. 비 혼화성 폴리아민/탄화수소 용매 쌍은 아민/알코올 캡슐화에 유용한 플랫폼 무수 에멀젼 시스템을 예시한다.For the above, an efficient polyamine/hydrocarbon based anhydrous emulsion system suitable for non-aqueous encapsulation of hydrophilic payloads has been demonstrated. Good encapsulation is released by using an emulsion system that includes the incorporation of a splitting inhibitor such as GuHCl and a viscosity modifier such as PIB. The morphology monitoring of the entire encapsulation process can show the high efficiency and feasibility of this non-aqueous encapsulation technique. In addition, the DETA-loaded microcapsules exhibit thermal stability at high temperatures of 100°C and chemical stability in epoxy resins with extended shelf life of up to 4 weeks. The immiscible polyamine/hydrocarbon solvent pair exemplifies a platform anhydrous emulsion system useful for amine/alcohol encapsulation.

다른 친수성 재료의 캡슐화.Encapsulation of other hydrophilic materials.

예시적인 실시형태에 따르면, 다른 친수성 재료는 본원에 기재된 방법을 사용하여 캡슐화될 수 있다. 도 7의 이미지를 참조하면, DETA가 1.26 그램의 1,5-다이아자바이사이클로[4.3.0]논-5-엔(DBN), 트라이(에틸렌 글리콜), 글리세롤, 피리딘, 1-메틸이미다졸, 또는 아닐린으로 대체된 것을 제외하고는, 상기 기재된 캡슐화 절차에 따라 에멀젼 시스템을 제조한다. 이들 제형 모두는 캡슐화된 친수성 재료를 형성하였고, 적어도 20시간 동안 안정하였다.According to an exemplary embodiment, other hydrophilic materials can be encapsulated using the methods described herein. Referring to the image of Figure 7, DETA is 1.26 grams of 1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene (DBN), tri(ethylene glycol), glycerol, pyridine, 1-methylimidazole The emulsion system is prepared according to the encapsulation procedure described above, except that, or has been replaced by aniline. All of these formulations formed an encapsulated hydrophilic material and were stable for at least 20 hours.

Claims (10)

캡슐화된 친수성 재료를 형성하기 위한 비 수성 캡슐화 방법으로서,
하나 이상의 탄화수소를 포함하는 탄화수소 성분,
하나 이상의 아민 및 하나 이상의 알코올로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 친수성 성분,
염기의 짝산이 1 내지 15의 pKa를 갖는 염기의 하이드로클로라이드 염을 포함하는 분할(partitioning) 억제제 성분,
300 내지 600 킬로달톤(kilodalton)의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리아이소부틸렌 중합체를 포함하는 점도 조절제 성분, 및
하나 이상의 소수성으로 개질된 점토를 포함하는 유화제 성분을 포함하는 에멀젼 시스템을 제공하는 단계; 및
적어도 연속상 및 캡슐화된 분산상을 형성하기 위해 에멀젼 시스템을 처리하는 단계를 포함하며, 상기 캡슐화된 분산상은 그 안에 동봉된 친수성 성분을 포함하고;
상기 캡슐화된 분산상은 연속상으로부터 분리되어 캡슐화된 친수성 재료를 형성하는, 비 수성 캡슐화 방법.
A non-aqueous encapsulation method for forming an encapsulated hydrophilic material, comprising:
A hydrocarbon component comprising one or more hydrocarbons,
A hydrophilic component comprising at least one selected from one or more amines and one or more alcohols,
A partitioning inhibitor component comprising a hydrochloride salt of a base whose conjugate acid of the base has a pKa of 1 to 15,
A viscosity modifier component comprising a polyisobutylene polymer having a weight average molecular weight of 300 to 600 kilodalton, and
Providing an emulsion system comprising an emulsifier component comprising at least one hydrophobically modified clay; And
Treating the emulsion system to form at least a continuous phase and an encapsulated dispersed phase, the encapsulated dispersed phase comprising a hydrophilic component enclosed therein;
The non-aqueous encapsulation method, wherein the encapsulated dispersed phase is separated from the continuous phase to form an encapsulated hydrophilic material.
제1항에 있어서, 상기 탄화수소 성분은 0.5:2.0 내지 2.0:0.5의 중량비로 존재하는 환형 탄화수소 및 선형 탄화수소를 적어도 포함하는, 비 수성 캡슐화 방법. The method of claim 1, wherein the hydrocarbon component comprises at least cyclic hydrocarbons and linear hydrocarbons present in a weight ratio of 0.5:2.0 to 2.0:0.5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄화수소 성분 및 상기 친수성 성분은 0.5:2.0 내지 2.0:0.5의 중량비로 존재하는, 비 수성 캡슐화 방법. The non-aqueous encapsulation method according to claim 1 or 2, wherein the hydrocarbon component and the hydrophilic component are present in a weight ratio of 0.5:2.0 to 2.0:0.5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 억제제 성분은 상기 친수성 성분 대비 적어도 40 wt%의 양으로 존재하는, 비 수성 캡슐화 방법.The non-aqueous encapsulation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the splitting inhibitor component is present in an amount of at least 40 wt% relative to the hydrophilic component. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점도 조절제 성분은 상기 탄화수소 성분 및 상기 점도 조절제 성분의 총 중량을 기준으로 적어도 1 wt%의 양으로 존재하는, 비 수성 캡슐화 방법.5. The method of any one of claims 1 to 4, wherein the viscosity modifier component is present in an amount of at least 1 wt% based on the total weight of the hydrocarbon component and the viscosity modifier component. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 소수성으로 개질된 점토는 상기 에멀젼의 총 중량을 기준으로 1 wt% 내지 10 wt%의 양으로 존재하는, 비 수성 캡슐화 방법.The method of any one of claims 1 to 5, wherein the at least one hydrophobically modified clay is present in an amount of 1 wt% to 10 wt% based on the total weight of the emulsion. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에멀젼 시스템을 처리하는 단계는 상기 에멀젼에 하나 이상의 입체 장애 지방족 아이소시아네이트를 첨가하는 단계를 포함하는, 비 수성 캡슐화 방법.7. The method of any one of claims 1-6, wherein treating the emulsion system comprises adding at least one sterically hindered aliphatic isocyanate to the emulsion. 하나 이상의 에폭시 수지 및 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서 청구된 방법에 따라 제조된 캡슐화된 친수성 재료를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 친수성 성분은 상기 하나 이상의 아민을 포함하는, 경화성 에폭시 조성물의 제조 방법.A curable epoxy comprising the step of providing at least one epoxy resin and an encapsulated hydrophilic material prepared according to the method claimed in any one of claims 1 to 7, wherein the hydrophilic component comprises the at least one amine. Method of making the composition. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서 청구된 방법에 따라 제조된 캡슐화된 친수성 재료를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 친수성 성분은 상기 하나 이상의 아민을 포함하는, 폴리우레탄 형성용 조성물의 제조 방법.The preparation of a composition for forming a polyurethane comprising the step of providing an encapsulated hydrophilic material prepared according to the method claimed in any one of claims 1 to 7, wherein the hydrophilic component comprises the one or more amines. Way. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서 청구된 방법에 따라 제조된 캡슐화된 친수성 재료를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 친수성 성분은 상기 하나 이상의 알코올을 포함하는, 폴리우레탄 형성용 조성물의 제조 방법.The preparation of a composition for forming a polyurethane comprising the step of providing an encapsulated hydrophilic material prepared according to the method claimed in any one of claims 1 to 7, wherein the hydrophilic component comprises the at least one alcohol. Way.
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