MXPA97002309A - Materiales activos encapsulados y metodo para prepararlos - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método para encapsular un material activo, que es una urea o un imidazol que tiene un punto de fusión en la escala de 70§C a 200§C, en un material de recubrimiento inmiscible con el mismo, el material de recubrimiento que tiene un punto de fusión por arriba de la temperatura ambiente, el método comprende los pasos de:a) dispersar el material activo en el material de recubrimiento a una temperatura suficiente para fundir el material de recubrimiento;b) formar gotas de material activo intercaladas con el material de recubrimiento;c) enfriar las gotas para solidificar el material de recubrimiento;y d) poner en contacto las gotas con un solvente que disuelva el material activo, pero que no disuelve el material de recubrimiento, para remover material activo de la superficie del material de recubrimiento.
Description
MATERIALES ACTIVOS ENCAPSULADOS Y MÉTODO PARA PREPARARLOS
Esta invención se refiere a un método para encapsular un material activo en un material de recubrimiento protector inmiscible con el mismo, y al material activo encapsulado de este método. El recubrimiento o la microencapsulación de materiales activos se hace comúnmente para proteger estos materiales del medio ambiente, o para controlar su liberación o mejorar su manejo. Se han descrito en este campo muchas técnicas de recubrimiento o de microencapsulación. Por ejemplo, Somerville (Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 3,015,128) describe un aparato de encapsulación centrífuga que produce cantidades en masa de cápsulas individuales relativamente pequeñas de un material activo sólido o líquido, que puede tener características sustancialmente uniformes y previamente determinadas . En una patente posterior (Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 3,310,612), Somerville describe un método y aparato para formar centrífugamente cápsulas de alta calidad que tienen un diámetro tan grande como de 1,500 mieras. Johnson y colaboradores (J. of Gas Chromatography, 345, (1965)) describe un método para recubrir granulos de vidrio con una mezcla de fases líquidas y partículas de tierra diatomásea, que se puede reproducir y mejora la eficiencia de la columna. Harlowe ("Scale-Up Problems Associated with Microencapsulated Systems" The Arden House Conference, páginas 1-2, 13-18 de febrero de 1983), describe tanto un dispositivo de boquilla sumergida, que se puede utilizar para producir cápsulas de entre 1,200 y 2,500 mieras, como un aparato de extrusión centrífuga, que puede producir cápsulas en la escala de 500 a 1,000 mieras. Anderson y colaboradores (Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,764,317) resuelve el problema del rompimiento de la cápsula, debido en gran medida a la colisión de las cápsulas, al proporcionar un sistema de recolección continuo para microcápsulas con un relleno líquido que protege a las cápsulas y reduce el rompimiento de las cápsulas. Sparks y colaboradores (Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,675,140) describe un método y aparato para recubrir o microencapsular tanto partículas sólidas como gotitas líquidas viscosas, el cual hace posible que cuando menos una mayoría de las partículas se recubran individualmente o por separado, más bien que en grupos, mientras que simultáneamente se proporciona un medio mejorado para separar el material de recubrimiento líquido indeseado y no utilizado de las partículas recubiertas. El proceso se controla para producir una predominancia de gotitas de exceso de material de recubrimiento líquido de un tamaño previamente determinado, que son más pequeñas que los componentes en masa individuales recubiertos . Uratsuka (Descripción de Patente Pública Japonesa, Boletín Número 2-292324) describe un acelerador de endurecimiento de tipo de urea de tipo de microcápsula encerrado en una resina termoplástica con un punto de remblandecimiento de 40°C a 200°C. Las esferas o microcápsulas recubiertas formadas mediante procesos tales como los referidos anteriormente, pueden sufrir de la presencia de u? material activo sobre la superficie del material de recubrimiento, negando de esta manera las ventajas buscadas por el recubrimiento o la microencapsulación. Por consiguiente, es un objeto de esta invención formar esferas recubiertas de material activo, cuya superficie externa esté exenta de material activo. La presente invención es un método para encapsular un material activo en un material de recubrimiento inmiscible con el mismo teniendo el material de recubrimiento un punto de fusión mayor que la temperatura ambiente, comprendiendo el método los pasos de: a) dispersar el material activo en el material de recubrimiento a una temperatura suficiente para fundir el material de recubrimiento;
b) formar gotitas de material activo intercaladas con el material de recubrimiento; c) enfriar las gotitas para solidificar el material de recubrimiento; y d) poner en contacto las gotitas con un solvente que disuelva el material activo, pero que no disuelva el material de recubrimiento, para remover el material activo de la superficie del material de recubrimiento. Un aspecto adicional de la presente invención es una microesfera que comprende un material activo microencapsulado adentro de un material de recubrimiento, en donde la superficie del material de recubrimiento se pone en contacto con solvente para liberarse del material activo con un solvente para el material activo. La presente invención resuelve un problema de la técnica de recubrimiento o microencapsulación, al remover el material activo residual de la superficie del material de recubrimiento . El método de la presente invención requiere de 4 pasos: a) dispersar el material activo en el material de recubrimiento a una temperatura suficiente para fundir el material de recubrimiento; b) formar gotitas de material activo intercaladas con el material de recubrimiento; c) enfriar las gotitas para solidificar el material de recubrimiento; y d) poner en contacto las gotitas con un solvente que disuelva el material activo, pero que no disuelva el material de recubrimiento, para remover el material activo de la superficie del material de recubrimiento. La siguiente es una descripción detallada de cada uno de los cuatro pasos. En un primer paso del método de encapsular un material activo en un material de recubrimiento, se forma una mezcla heterogénea del material activo y un material de recubrimiento, a temperaturas suficien emente mayores que la temperatura ambiente, para fundir el material de recubrimiento sin descomponer o volatilizar ya sea el material de recubrimiento o el material activo. El material activo y el material de recubrimiento se seleccionan para ser insolubles (o inmiscibles) uno con el otro. El material de recubrimiento de preferencia tiene un punto de fusión en la escala de 40°C a 200°C. El material de recubrimiento más preferiblemente es una cera de hidrocarburo de alcano derivada de petróleo, una cera de polietileno, un copolímero de polietileno-alqueno, una cera de hidrocarburo oxidado que contiene grupos hidroxilo o carboxilo, un poliéster, una poliamida, o una combinación de los mismos. Más preferiblemente, el material de recubrimiento es una cera de hidrocarburo de alcano derivada de petróleo, un copolímero de polietileno-alqueno, o una cera de polietileno. De una manera más preferible, el material de recubrimiento es una cera de polietileno. Las ceras de polietileno preferidas de preferencia tienen un peso molecular promedio en peso en la escala de 500, más preferiblemente de 1,000 a 3,000, y muy preferiblemente de 2,000 dáltones. Estas ceras son ejemplificadas por PolywaxMR 500, PolywaxMR 1,000, y PolywaxMR 2,000, o mezclas de las mismas, más preferiblemente una mezcla de 75:25 de PoliwaxMR 1,000 y PoliwaxMR 2,000. (Polywax es una marca comercial registrada de Petrolite Corporation) . El material activo puede ser un líquido o un sólido a la temperatura ambiente, pero de preferencia es un sólido a la temperatura ambiente. De una manera más preferible, el material activo tiene un punto de fusión mayor que la temperatura ambiente, pero menor que una temperatura de descomposición o volatilización del material de recubrimiento. Por consiguiente el punto de fusión del material activo puede mayor que, menor que, o igual al punto de fusión del material de recubrimiento. En cualquier caso, se prefiere en el primer paso del método, que el material activo se disperse en el material de recubrimiento a una temperatura mayor que el punto de fusión de tanto el material de recubrimiento como el material activo, sin descomponer al material de recubrimiento ni al material activo. El material activo puede ser cualquier material que forme una pasta heterogénea con el material de recubrimiento, y que se disuelva en un solvente que no disuelva el material de recubrimiento. Por ejemplo, el material activo puede ser un fármaco utilizado para aplicaciones de liberación sostenida, un insecticida, un herbicida, un compuesto saborizante, un colorante, un catalizador, o un curativo. El material activo de preferencia es un curativo, más preferiblemente un acelerador de endurecimiento que tenga un punto de fusión o una temperatura de transición de vidrio (Tg) de 70°C a 200°C. El acelerador de endurecimiento es de preferencia una urea o un imidazol. Las ureas preferidas incluyen 3-fenil-1, 1-dimetilurea; 3- (4-clorofenil) -1, 1-dimetilurea; 3-(3,4-diclorofenil) -1, 1-dimetilurea ; 1, 1' - (4-metil-m-fenilen)bis (3, 3 ' -dimetilurea) ; 3-isometildimetilurea-3 , 5, 5-trimetilciclohexildimetilurea; ó 4 , 4 ' metilenbis- (fenildimetilurea) . La urea más preferida es 3-fenil-l,l-dimetilurea (PDMU) . Los imidazoles preferidos incluyen alquil- o aril-imidazoles, tales como 2-metilimidazol, 2-undecilimidazol, 2-heptadecilimidazol, 2-fenilimidazol, 2-etilimidazol, 2-isopropilimidazol, y 2-fenil-4-metilimidazol; derivados de 1-cianoetilo, tales como l-cianoetil-2-metilimidazol, 1-cianoetil-2-fenilimidazol, l-cianoetil-2-undecilimidazol, yl-cianoetil-2-isopropilimidazol ; y sales carboxílicas, tales como l-cianoetil-2-etil-4-metilimidazol-trimelitato. El imidazol más preferido es 2-metilimidazol . Los aceleradores de endurecimiento también pueden ser un conjugado de urea-imidazol, tal como 2-metil-N-fenil-1H-imidazol-1-carboxamida, que se puede preparar, mediante la reacción de imidazoles con isocianatos orgánicos. Como se mencionó anteriormente, la pasta heterogénea se forma a una temperatura elevada. Para los propósitos de esta especificación, una temperatura elevada es una temperatura suficientemente mayor que la temperatura ambiente, para fundir el material de recubrimiento, más preferiblemente para fundir el material de recubrimiento y el material activo pero suficientemente baja para prevenir la descomposición térmica o la volatilización ya sea del material de recubrimiento o del material activo. La concentración del material activo de preferencia es del 1 por ciento en peso, más preferiblemente del 10 por ciento en peso, más preferiblemente del 25 por ciento en peso, hasta de preferencia del 60 por ciento en peso, más preferiblemente hasta el 45 por ciento en peso, y muy preferiblemente hasta el 35 por ciento en peso, basándose en el peso total del material activo y el material de recubrimiento. El segundo paso del método de la presente invención requiere de la formación de gotitas. Aunque se pueden emplear gotitas de cualquier tamaño, la invención es particularmente útil para microesferas del material activo intercaladas con el material de recubrimiento. Para los propósitos de esta invención, las microesferas son partículas esféricas que tienen un diámetro de 500 mieras o menor. Los tamaños de partículas preferidos variarán dependiendo de la aplicación, pero de preferencia son desde 300, más preferiblemente desde 200 mieras, y muy preferiblemente desde 150 mieras de diámetro; hasta 10, más preferiblemente 30, y muy preferiblemente 50 mieras de diámetro. De una manera similar, los términos "microencapsular" y "microencapsulación" se utilizan para describir el encierro del material activo por el material de recubrimiento en microesferas. Como se notó anteriormente, la formación de microesferas del material activo intercalado con el material de recubrimiento, se puede realizar en una variedad de maneras. En un método preferido para formar microesferas de material activo intercalado con material de recubrimiento, la pasta heterogénea del primer paso se vierte a temperaturas elevadas suficientes para fundir el material de recubrimiento, más preferiblemente a temperaturas suficientes para fundir el material de recubrimiento y el material activo, sobre un disco giratorio. La rotación hace que la intercalación de material recubierto/activo se lance hacia afuera del disco como microesferas, las cuales se solidifican por el efecto enfriador del aire (el tercer paso) . La velocidad del disco giratorio, la temperatura del disco, la velocidad de la cual se vierte la pasta sobre el disco, y el tipo de aparato utilizado, determinan el tamaño de las microesferas formadas. En el cuarto paso, las gotitas solidificadas, de preferencia las microesferas solidificadas de material de recubrimiento intercalado con el material activo, se recolectan y se ponen en contacto con un solvente que disuelva el material activo, pero que no disuelva el material de recubrimiento . De preferencia, el solvente es polar, ya que los materiales de recubrimiento preferidos son ceras poliméricas no polares, y los materiales activos preferidos son comparativamente polares. Más preferiblemente, el solvente es volátil, es decir, se remueve fácilmente por evaporación. De una manera más preferible, el solvente tiene un punto de ebullición menor de 100°C. Los ejemplos de los solventes preferidos incluyen agua, alcoholes, tales como metanol, etanol, e isopropanol; cetonas, tales como acetona y cetona metiletílica,-hidrocarburos clorados, tales como cloruro de metileno; y solventes apróticos polares tales como acetonitrilo. Los solventes más preferidos son agua, metanol, etanol, isopropanol, y acetona. Los solventes más preferidos son acetona y metanol . La cantidad de material activo encapsulado en el material de recubrimiento después del lavado con solvente se puede determinar, por ejemplo, mediante análisis termogravimétrico (TGA) , dado que el material activo y el material de recubrimiento se volatilizan a diferentes temperaturas. En el método de análisis termogravimétrico, se coloca una muestra en una charola de platino unida a una microbalanza, luego se calienta para volatilizar el material activo y el material de recubrimiento. Ya que el material activo y el material de recubrimiento se volatilizan a diferentes temperaturas, la composición se puede determinar fácilmente midiendo la pérdida de peso como una función de la temperatura . El método de la presente invención proporciona gotitas de material activo encapsulado en un material de recubrimiento, de preferencia microesferas de material activo encapsuladas en un material de recubrimiento, que exhiben estabilidad a largo plazo en formulaciones adhesivas, y no obstante, que también exhiben una alta reactividad ("curado sobre demanda") bajo condiciones térmicas moderadas. En una aplicación preferida, las ureas o los imidazoles microencapsulados en ceras basadas en polietileno, se pueden almacenar a 40°C o menos durante meses en una composición que contenga una resina epóxica y una diciandiamida. Cuando la composición se calienta a una temperatura suficientemente alta para fundir la cera, se libera el acelerador de endurecimiento, promoviendo de esta manera la reacción entra la resina epóxica y la diciandiamida. (Ver, por ejemplo, la Descripción de Patente Pública Japonesa, Boletín Número 2-2923324, 3 de diciembre de 1990) .
Ejemplo 1; Preparación de Granulos Microencapsulados Enjuagados con Solvente de 3-fenil-l,l- di etilurea recubiertos con una Cera de Polietileno de Bajo Peso Molecular. La 3-fenil-l, 1-dimetilurea (PDMU) (300 gramos) se dispersó en 75/25 de PolywaxMR 1, 000/PolywaxMR 2,000 fundida (una mezcla del 75:25 por ciento en peso de PolywaxMR 1,000 y PolywaxMR 2,000) (700 gramos). Luego se calentó la mezcla hasta que se fundió 3-fenil-l, 1-dimetilurea, y luego se vertió a una velocidad de 500 gramos por minuto sobre el centro de un disco mantenido a 140°C y girando a 6,500 rpm. Las microesferas de 3-fenil-l, 1-dimetilurea intercaladas con la PolywaxMR, se lanzaron del disco giratorio y hacia un cono de recolección. Las microesferas sólidas resultantes (1,000 gramos) , con un diámetro en la escala de 50 a 300 mieras, se remojaron en acetona (1,000 mililitros) durante 5 minutos, y luego se enjuagaron 4 veces adicionales con acetona (500 mililitros cada vez) para remover la 3-fenil-l, 1-dimetilurea de la superficie de la PolywaxMR. Los granulos se secaron al aire, y luego se almacenaron hasta que se necesitó utilizarlos para formular el adhesivo.
Ejemplo 2 Comparación de Estabilidad de Microesferas Lavadas con Solvente Contra Microesferas no Encapsuladas La microesferas lavadas con solvente del Ejemplo 1 se mezclaron en resina epóxica líquida D.E.R.MR 331 (Marca Comercial Registrada The Dow Chemical Company) en dos partes de material activo (3-fenil-l, 1-dimetilurea) por 100 partes de resina epóxica, y se almacenaron a 43°C. La formulación permaneció fluida durante 6 meses. En comparación, una formulación que contenía 3-fenil-1, 1-dimetilurea no encapsulada, se gelifico dentro de 10 días.
Ejemplo 3; Una Formulación Adhesiva Preparada Utilizando Microesferas Lavadas con Solvente. Se preparó una formulación adhesiva como sigue: 6 mezclaron resina epóxica líquida TacticsMR 123 (247.5 gramos) ; resina epóxica líquida D.E.R.MR 755 (247.5 gramos) ; una resina epóxica modificada con hule acrílico (495 gramos) ; polvo de aluminio (310 gramos, Reynolds A-200) , Sílice vaporizada Cab-0-SilMR M-5 (50 gramos) ; amida de ácido policarboxílico BykMR R-605 (15 gramos) ; diciandiamida (50 gramos) , y la microesferas lavadas con solvente preparadas como en el Ejemplo 1 (70 gramos) , en una mezcladora para trabajo pesado para formar una pasta adhesiva. El adhesivo se aplicó a trozos de prueba de acero laminados en frío de 812. 8 mieras de espesor, con un espesor de enlace de 127 mieras, y se curó durante 30 minutos a 177°C. Se descubrió que el adhesivo exhibe una resistencia al desgarre del traslape por tracción mayor de 140.6 Kg/cm2, y una resistencia a la separación en T mayor de 3.572 kilogramos/cen ímetro lineal. (nota: Tactics es una Marca Comercial Registrada de The Dow Chemical Company; Cab-O-Sil es una Marca Comercial Registrada de Cabot Corporation,- Byk es una Marca Comercial Registrada de Byk Chemie.) .
Ejemplo 4: Preparación de Granulos Microencapsulados Enjuagados con Solvente de 2-metilimidazol con una Cera de Polietileno de Bajo Peso Molecular. Se dispersó 2-metilimidazol (2-MI) (900 gramos) en
75/25 de PolywaxMR 1, 000/PolywaxMR 2,000 fundida (una mezcla al 75:25 en peso de PolywaxMR 1,000 (1,575 gramos) y PolywaxMR 2,000 (525 gramos)) . Luego la mezcla se calentó hasta que se fundió el 2-metilimidazol (180°C) , y luego se vertió a la velocidad de 300 gramos por minuto sobre el centro de un disco mantenido a 150°C y girando a 10,000 rpm. Las microesferas de 2-metilimidazol intercalado con Polywax se lanzaron del disco giratorio y hacia una cámara de recolección. Las muestras de microesferas no lavadas (90 gramos) se mantuvieron en retención, y como una comparación para las microesferas lavadas . Las microesferas (2,500 gramos) , con un diámetro en la escala de 30 a 150 mieras, se remojaron en isopropanol
(3,000 mililitros) durante 5 minutos, y luego se enjuagaron 4 veces adicionales con acetona (1,500 mililitros cada vez), para remover el 2-me ilimidazol de la superficie de la
Polywax. La microesferas lavadas finales (aproximadamente
2,300 gramos) se secaron al aire y luego se almacenaron hasta que se necesitaron para utilizarse en una formulación. Tuvieron un contenido de 2-metilimidazol activo del 24 por ciento en peso.
Ejemplo 5 : Comparación de Estabilidad de Microesferas Lavadas con Solvente Contra Microesferas no Lavadas. Las microesferas lavadas con solvente del Ejemplo 4 se mezclaron en resina epóxica líquida D.E.RMR 331 en una parte de 2-metilimidazol activo por 100 partes de resina epóxica líquida, y se almacenaron a la temperatura ambiente (nominalmente 21°C) . La formulación permaneció fluida durante más de 6 meses. En comparación, las formulaciones que contenían 2-metilimidazol no encapsulado y microesferas no lavadas, se gelificaron dentro de 2 y 3 semanas, respectivamente .
Claims (12)
1. Un método para encapsular un material activo en un material de recubrimiento inmiscible con el mismo teniendo el material de recubrimiento un punto de fusión mayor que la temperatura ambiente, comprendiendo el método los pasos de: a) dispersar el material activo en el material de recubrimiento a una temperatura suficiente para fundir el material de recubrimiento; b) formar gotitas de material activo intercaladas con el material de recubrimiento,- c) enfriar las gotitas para solidificar el material de recubrimiento,- y d) poner en contacto las gotitas con un solvente que disuelva el material activo, pero que no disuelva el material de recubrimiento, para remover el material activo de la superficie del material de recubrimiento.
2. El método de la reivindicación 1, en donde, en el paso a) el material activo se dispersa en el material de recubrimiento a una temperatura suficiente para fundir el material activo, y en los pasos b) , c) , y d) , las gotitas son microesferas .
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el material de recubrimiento es una cera de hidrocarburo de alcano derivado de petróleo, una cera de polietileno, una cera de copolímero de polietileno-alqueno, una cera de hidrocarburo oxidada que contiene grupos hidroxilo 0 carboxilo, un poliéster, o una poliamida.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el material activo es una urea o un imidazol que tiene un punto de fusión en la escala de 70°C a 200°C.
5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el solvente es agua, o una alcohol, o una cetona que tiene un punto de ebullición menor de 100°C.
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el material activo es 3-fenil-l, 1-dimetilurea,-3- (4-clorofenil) -1, 1-dimetilurea; 3- (3, 4-diclorofenil) -1, 1-dimetilurea,- 1, 1' - (4-metil-m-fenilen) bis (3,3 ' -dimetilurea) ; 3-isometildimetilurea-3 , 5 , 5-trimetilciclohexildimetilurea,- 4, 4'metilenbis (fenildimetilurea) ,- 2-metil-N-fenil-1H-imidazol- 1-carboxamida, ó 2-metilimidazol .
7. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el acelerador de endurecimiento es 3-fenil- 1, 1-dimetilurea o 2-metilimidazol .
8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el material de recubrimiento es una cera de polietileno que tiene un peso molecular en la escala de 1,000 a 2, 000 dáltones.
9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el solvente es agua, acetona, metanol, etanol, 0 isopropanol .
10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el solvente es acetona.
11. Una microesfera que comprende un material activo microencapsulado adentro de un material de recubrimiento, y la superficie del material de recubrimiento se pone en contacto con solvente para liberarse del material activo, con un solvente para el material activo.
12. La microesfera de la reivindicación 11, en donde el material activo es 3-fenil-l, 1-dimetilurea ó 2-metilimidazol, y el material de recubrimiento es una cera de polietileno que tiene un peso molecular en la escala de 1,000 a 2,000 dáltones.
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