SI26119A - Biorazgradljive mikrokapsule osnovane na kompozitnem materialu in postopek sinteze - Google Patents
Biorazgradljive mikrokapsule osnovane na kompozitnem materialu in postopek sinteze Download PDFInfo
- Publication number
- SI26119A SI26119A SI202000236A SI202000236A SI26119A SI 26119 A SI26119 A SI 26119A SI 202000236 A SI202000236 A SI 202000236A SI 202000236 A SI202000236 A SI 202000236A SI 26119 A SI26119 A SI 26119A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- microcapsules
- biodegradable
- oil
- reactants
- envelope
- Prior art date
Links
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 title claims abstract description 150
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 53
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 20
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 74
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000008177 pharmaceutical agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 37
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 claims description 26
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 24
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 23
- -1 paraffins Substances 0.000 claims description 21
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 20
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000001993 wax Substances 0.000 claims description 16
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 claims description 15
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 10
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 9
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 claims description 9
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 claims description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 9
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 claims description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 9
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 8
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 8
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 8
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 8
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 8
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 8
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 8
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 6
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 6
- 229920002396 Polyurea Polymers 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 6
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000005354 coacervation Methods 0.000 claims description 5
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 5
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 5
- VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 1-monostearoylglycerol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(O)CO VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 4
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 claims description 4
- 239000000341 volatile oil Substances 0.000 claims description 4
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 3
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical class O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000007720 emulsion polymerization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000002917 insecticide Substances 0.000 claims description 3
- 244000215068 Acacia senegal Species 0.000 claims description 2
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 claims description 2
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000084 Gum arabic Polymers 0.000 claims description 2
- 241000721662 Juniperus Species 0.000 claims description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019482 Palm oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000019486 Sunflower oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 244000126014 Valeriana officinalis Species 0.000 claims description 2
- 235000013832 Valeriana officinalis Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000205 acacia gum Substances 0.000 claims description 2
- 235000010489 acacia gum Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010619 basil oil Substances 0.000 claims description 2
- 229940018006 basil oil Drugs 0.000 claims description 2
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004359 castor oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000019438 castor oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000003240 coconut oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000019864 coconut oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000019383 crystalline wax Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001941 cymbopogon citratus dc and cymbopogon flexuosus oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000010642 eucalyptus oil Substances 0.000 claims description 2
- 229940044949 eucalyptus oil Drugs 0.000 claims description 2
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 2
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 2
- YQEMORVAKMFKLG-UHFFFAOYSA-N glycerine monostearate Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC(CO)CO YQEMORVAKMFKLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SVUQHVRAGMNPLW-UHFFFAOYSA-N glycerol monostearate Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(O)CO SVUQHVRAGMNPLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N glycerol triricinoleate Natural products CCCCCC[C@@H](O)CC=CCCCCCCCC(=O)OC[C@@H](COC(=O)CCCCCCCC=CC[C@@H](O)CCCCCC)OC(=O)CCCCCCCC=CC[C@H](O)CCCCCC ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N 0.000 claims description 2
- 229940015043 glyoxal Drugs 0.000 claims description 2
- 239000000171 lavandula angustifolia l. flower oil Substances 0.000 claims description 2
- 150000002734 metacrylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004006 olive oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000008390 olive oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002540 palm oil Substances 0.000 claims description 2
- 125000000864 peroxy group Chemical group O(O*)* 0.000 claims description 2
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims description 2
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000136 polysorbate Polymers 0.000 claims description 2
- 229940068965 polysorbates Drugs 0.000 claims description 2
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010666 rose oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000019719 rose oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 150000003871 sulfonates Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002600 sunflower oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000016788 valerian Nutrition 0.000 claims description 2
- 244000166675 Cymbopogon nardus Species 0.000 claims 1
- 235000018791 Cymbopogon nardus Nutrition 0.000 claims 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 34
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 30
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 30
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 7
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 6
- 231100000209 biodegradability test Toxicity 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 5
- DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N toluene 2,4-diisocyanate Chemical compound CC1=CC=C(N=C=O)C=C1N=C=O DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 4
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 4
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 4
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 4
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 4
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- ZIZJPRKHEXCVLL-UHFFFAOYSA-N 1,3-bis(6-isocyanatohexyl)-1,3-diazetidine-2,4-dione Chemical compound O=C=NCCCCCCN1C(=O)N(CCCCCCN=C=O)C1=O ZIZJPRKHEXCVLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002816 CELVOL ® 205 Polymers 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000005056 polyisocyanate Substances 0.000 description 3
- 229920001228 polyisocyanate Polymers 0.000 description 3
- 239000013558 reference substance Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical compound C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N Guanidine Chemical compound NC(N)=N ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005057 Hexamethylene diisocyanate Substances 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000005913 Maltodextrin Substances 0.000 description 2
- 229920002774 Maltodextrin Polymers 0.000 description 2
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 2
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 2
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N Xylitol Natural products OCCC(O)C(O)C(O)CCO TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 description 2
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011243 crosslinked material Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000002979 fabric softener Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N hexamethylene diisocyanate Chemical compound O=C=NCCCCCCN=C=O RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 2
- 229940035034 maltodextrin Drugs 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N meso ribitol Natural products OCC(O)C(O)C(O)CO HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N pentaerythritol Chemical compound OCC(CO)(CO)CO WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 2
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 2
- 235000019333 sodium laurylsulphate Nutrition 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 239000000811 xylitol Substances 0.000 description 2
- HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N xylitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N 0.000 description 2
- 229960002675 xylitol Drugs 0.000 description 2
- 235000010447 xylitol Nutrition 0.000 description 2
- NMGPHUOPSWFUEB-UHFFFAOYSA-N 2-(butylamino)ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCNCCOC(=O)C(C)=C NMGPHUOPSWFUEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N Cyanamide Chemical compound NC#N XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical class OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 1
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N N-methyl-guanidine Natural products CNC(N)=N CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- PWAXUOGZOSVGBO-UHFFFAOYSA-N adipoyl chloride Chemical compound ClC(=O)CCCCC(Cl)=O PWAXUOGZOSVGBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 125000005399 allylmethacrylate group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- NSPSPMKCKIPQBH-UHFFFAOYSA-K bismuth;7,7-dimethyloctanoate Chemical compound [Bi+3].CC(C)(C)CCCCCC([O-])=O.CC(C)(C)CCCCCC([O-])=O.CC(C)(C)CCCCCC([O-])=O NSPSPMKCKIPQBH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N butane-1,1-diol Chemical compound CCCC(O)O CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010632 citronella oil Substances 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012936 correction and preventive action Methods 0.000 description 1
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 125000004386 diacrylate group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012973 diazabicyclooctane Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 125000005442 diisocyanate group Chemical group 0.000 description 1
- SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N dimethylaminoamidine Natural products CN(C)C(N)=N SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003974 emollient agent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229960002089 ferrous chloride Drugs 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- IVJISJACKSSFGE-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;1,3,5-triazine-2,4,6-triamine Chemical compound O=C.NC1=NC(N)=NC(N)=N1 IVJISJACKSSFGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 238000004442 gravimetric analysis Methods 0.000 description 1
- ACCCMOQWYVYDOT-UHFFFAOYSA-N hexane-1,1-diol Chemical compound CCCCCC(O)O ACCCMOQWYVYDOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- NIMLQBUJDJZYEJ-UHFFFAOYSA-N isophorone diisocyanate Chemical compound CC1(C)CC(N=C=O)CC(C)(CN=C=O)C1 NIMLQBUJDJZYEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000007764 o/w emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 1
- UWJJYHHHVWZFEP-UHFFFAOYSA-N pentane-1,1-diol Chemical compound CCCCC(O)O UWJJYHHHVWZFEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 description 1
- 229940127557 pharmaceutical product Drugs 0.000 description 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 125000003170 phenylsulfonyl group Chemical group C1(=CC=CC=C1)S(=O)(=O)* 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 229920000162 poly(ureaurethane) Polymers 0.000 description 1
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 1
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 1
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- VPJDULFXCAQHRC-UHFFFAOYSA-N prop-2-enylurea Chemical compound NC(=O)NCC=C VPJDULFXCAQHRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M sodium octadecanoate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000013097 stability assessment Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- IMNIMPAHZVJRPE-UHFFFAOYSA-N triethylenediamine Chemical compound C1CN2CCN1CC2 IMNIMPAHZVJRPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
- B01J13/06—Making microcapsules or microballoons by phase separation
- B01J13/14—Polymerisation; cross-linking
- B01J13/16—Interfacial polymerisation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N25/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests
- A01N25/26—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests in coated particulate form
- A01N25/28—Microcapsules or nanocapsules
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
- A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
- A61K9/5005—Wall or coating material
- A61K9/5021—Organic macromolecular compounds
- A61K9/5026—Organic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polyvinyl pyrrolidone, poly(meth)acrylates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
- B01J13/06—Making microcapsules or microballoons by phase separation
- B01J13/08—Simple coacervation, i.e. addition of highly hydrophilic material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Pest Control & Pesticides (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
Abstract
Izum se nanaša na biorazgradljive mikrokapsule, ki imajo steno tvorjeno iz biorazgradljivega kompozitnega materiala in na njihovo sintezo. Biorazgradljiva mikrokapsula po izumu je sestavljena iz jedrnega materiala, ki vključuje vsaj eno tekočo aktivno komponento, ki se ne meša z vodo in ovojnice, ki obdaja jedrni material, pri čemer je ovojnica sestavljena iz kompozitnega materiala, ki vključuje nosilno polimerno ogrodje, in vsaj enega polnila vgrajenega v pore in odloženega na površino nosilnegapolimernega ogrodja, pri čemer je nosilno polimerno ogrodje izvedeno iz vsaj enega polimera in je polnilo liofilna biorazgradljiva organska spojina, ki je pri sobni temperaturi v trdnem stanju in ima temperaturo tališča nad 40 stopinj Celzija, pri čemer je ovojnica debeline med 20-200 nm in je premer mikrokapsule od 1 do 50 mikrometrov. Biorazgradljive mikrokapsule po izumu se v obliki vodnih disperzij uporablja kot dodatek v mehčalcih, detergentih, pesticidih, farmacevtskih učinkovinah, barvilih,kozmetičnih izdelkih in podobno.
Description
BIORAZGRADLJIVE MIKROKAPSULE OSNOVANE NA KOMPOZITNEM MATERIALU IN POSTOPEK SINTEZE
Izum se nanaša na biorazgradljive mikrokapsule, ki imajo steno tvorjeno iz biorazgradljivega kompozitnega materiala in na njihovo sintezo. Biorazgradljive mikrokapsule po izumu se v obliki vodnih disperzij uporablja kot dodatek v mehčalcih, detergentih, pesticidih, farmacevtskih učinkovinah, barvilih, kozmetičnih izdelkih in podobno.
Stanje tehnike
Mikroenkapsulacija je uveljavljen proces pri katerem se aktivno učinkovino obda z membrano oz. steno. Primarni namen je zaščita aktivnih komponent v jedru pred zunanjimi dejavniki in podaljšano sproščanje ali tarčno sproščanje le teh. Končni produkt mikroenkapsulacije predstavljajo mikrokapsule, sestavljene iz jedra, ki vsebuje vsaj eno aktivno komponento, in stene. Tipično so mikrokapsule velikosti med 10‘6 in 104 m.
Polisečninske, poliakrilatne, poliuretanske in sorodne mikrokapsule so znane ter na široko uporabljene na številnih področjih, med katerimi prevladujejo farmacevtska industrija ter industrija dišav in izdelkov za osebno nego. Procesi in tehnologije za sintezo mikrokapsul se razlikujejo, katere uporabimo je odvisno od materiala, iz katerega želimo imeti steno, od učinkovine v jedru ter končne aplikacije. V osnovi lahko tehnike mikroenkapsulacije ločimo na fizikalne in kemijske. Zavoljo enostavnosti bomo podali le kratek pregled metod povezanih z izumom, in sicer postopke sinteze mikrokapsul iz emulzij.
Pogosta je sinteza mikrokapsul iz emulzije s tako imenovano medfazno polimerizacijo. Z uporabo površinsko aktivnih snovi (PAS) se tvori stabilna emulzija iz dveh med sabo nemešljivih tekočin, pri kateri je ena faza dispergirana v drugi. Kadar se uporablja vodna in organska faza se tvorijo W/O (angl. »water in oil«) ali O/W (angl. » oil in water«) emulzije. V izumu se bomo osredotočili na O/W emulzije, ker bomo opisovali enkapsulacijo organskih aktivnih komponent. Poleg površinsko aktivnih snovi so pomembni tudi monomeri, s katerimi se tvori končna polimerna stena mikrokapsul. Značilnost medfazne polimerizacije je tvorba polimerne stene na fazni meji kapljic, kar se doseže z dodajanjem ene zvrsti monomerov v vsako fazo. Po tvorbi emulzije se sproži polimerizacijo in posamezne zvrsti monomerov na fazni meji reagirajo do končnega polimera.
Opisan postopek se pogosto uporablja za enkapsulacijo dišav, saj omogoča počasno sproščanje aktivne učinkovine in posledično dolgotrajen vonj (US20150044262A1), hkrati se zaščiti dišavo pred oksidacijo in prepreči prekomerno izhlapevanje. V intenzivnem kmetijstvu enak postopek omogoča dolgoročno delovanje pesticidov in insekticidov ter jih hkrati zaščiti pred UV-razgradnjo (EP2403333A1, US5160529A, US4956129A). V opisanih primerih se večinoma uporabljajo polisečninske ali melaminformaldehidne mikrokapsule. Zlasti uporaba zadnjih je v preteklih letih omejena, saj vsebujejo sledi formaldehida, kije toksičen.
Tehnike, ki omogočajo sintezo sorodnih mikrokapsul so suspenzijska polimerizacija in koacervacija. Suspenzijska polimerizacija se prav tako izvaja iz emulzije, le da vodna faza ne vsebuje monomerov, ampak vodotopni iniciator, ki sproži polimerizacijo na medfazni površini emulzije. Primer suspenzijske polimerizacije je sinteza poliakrilatnih mikrokapsul.
S koacervacijo se tvorijo mikrokapsule v koloidnih sistemih s fazno separacijo. V ravnotežju sta faza, ki je revna s koloidom in faza bogata s koloidnim materialom (koacervat). S spremembo parametrov kot sta pH in temperatura ali dodajanjem koagulantov se zmanjša hidratacijski ovoj pri čimer pride do obarjanja koloidov. Ovojnico se lahko še dodatno kemijsko zamreži.
Pomembno je dejstvo, da imajo mikrokapsule pridobljene z različnimi tehnikami drugačne lastnosti. Kemijske tehnike enkapsulacije, kot je medfazna in suspenzijska polimerizacija, omogočajo tvorbo veliko bolj odpornih mikrokapsul, saj je večina polimernih materialov neobčutljivih na zunanje dejavnike, hkrati pa so bolj zaprte, saj se jih lahko poljubno zamreži. Takšne kapsule se uporabljajo predvsem pri hlapnih komponentah, kot so dišave in eterična olja. V primeru fizikalnih ali fizikalno-kemijskih tehnik, kot je koacervacija, pa membrane niso tako zamrežene ter odporne, saj je v večini primerov zaželeno, da se membrane počasi razgradijo in sprostijo aktivno učinkovino. Te membrane so osnovane na naravnih polimerih kot so polisaharidi in/ali proteini. Slednje tehnike so zastopane v farmaciji in živilski industriji, kjer morajo biti materiali biokompatibilni in biorazgradljivi. Prednostno so biorazgradljive mikrokapsule po izumu sintetizirane po postopkih iz emulzij.
Z vidika trajnostnega razvoja in naravo varstva je problematika nerazgradljive mikroplastike zelo aktualna. Predvsem mikrokapsule iz zamreženih polimerov, ki so prisotne v kozmetičnih izdelkih in izdelkih za osebno nego so problematične, saj se spirajo in končajo v morjih in oceanih. Tam počasi razpadajo stoletja, v naj slabšem primeru pa se akumulirajo v živih organizmih.
Čeprav obstajajo biorazgradljive mikrokapsule iz naravnih materialov, slednje za številne aplikacije niso primerne. Zaradi nizkega deleža zamreženega materiala ne uspejo zadržati hlapnih komponent. Slabša je tudi mehanska odpornost in stabilnost v različnih detergentih in mehčalcih, ki so bazični.
Naveden tehnični problem je rešen z mikrokapsulami iz kompozitnega materiala po izumu, ki so mehansko odporne in dolgoročno stabilne v številnih bazičnih detergentih in mehčalcih, kljub nizkemu deležu zamreženega materiala. S standardnim testom za dokazovanje hitre biorazgradljivost OECD 301 test v zaprtem respirometru z merjenjem porabe kisika smo dokazali, da so mikrokapsule iz kompozitnega materiala biorazgradljive.
PODROBEN OPIS IZUMA
Predloženi izum se nanaša na enkapsulacijo tekočih organskih snovi ali raztopin, ki se ne mešajo z vodo, torej na postopek sinteze biorazgradljivih mikrokapsul v obliki vodne disperzije in na biorazgradljive mikrokapsule. Slednje so primerne predvsem za uporabo v mehčalcih, detergentih, izdelkih za osebno nego in farmacevtskih izdelkih. Izum ni omejen samo na zgornje aplikacije, ampak je primeren za enkapsulacijo poljubne aktivne učinkovine, katere lastnosti to omogočajo. Postopek po izumu omogoča ujetje širokega nabora tekočih organskih spojin v mikrokapsule iz kompozitnega materiala, ki je biorazgradljiv.
Izum je podrobneje opisan v nadaljevanju in predstavljen na slikah, ki prikazujejo:
Slika 1 prikazuje SEM fotografijo prečnega prereza biorazgradljive mikrokapsule po izumu
Slika 2 prikazuje SEM fotografijo primerjave biorazgradljivih mikrokapsul po izumu (spodaj) in klasičnih polimernih mikrokapsul (zgoraj)
Slika 3 prikazuje SEM fotografijo morfologije biorazgradljivih mikrokapsul po izumu
Slika 4 prikazuje SEM fotografijo por biorazgradljivih mikrokapsul po izumu, ki so zapolnjene z voskom
Slika 5 prikazuje SEM fotografijo staljenega voska na nosilnem polimernem ogrodju mikrokapsule
Slika 6 prikazuje biorazgradljive mikrokapsule z voskom po izumu (zgoraj) in brez voska (spodaj) v bazi za mehčalce po 7 dneh
Slika 7 prikazuje hitri test biorazgradljivosti z respirarometrijo
Slika 8 prikazuje biorazgradljivosti v odvisnosti od časa.
Biorazgradljiva mikrokapsula po izumu je sestavljena iz
-jedrnega materiala, ki vključuje vsaj eno tekočo aktivno komponento, ki se ne meša z vodo in
- ovojnice, ki obdaja jedmi material, pri čemer je ovojnica sestavljena iz kompozitnega materiala, ki vključuje nosilno polimerno ogrodje, in vsaj enega polnila vgrajenega v pore in odloženega na površino nosilnega polimernega ogrodja, pri čemer je nosilno polimerno ogrodje izvedeno iz vsaj enega polimera in je polnilo liofilna biorazgradljiva organska spojina, ki je pri sobni temperaturi v trdnem stanju in ima temperaturo tališča nad 40°C, pri čemer je ovojnica debeline med 20-200 nm in je premer mikrokapsule od 1 do 50 pm.
Delež jedrnega materiala je od 20 ut.% do 40 ut. % v končnem produktu, ki je vodna disperzija mikrokapsul oziroma od 75 ut. % do 95 ut. % v suhi mikrokapsuli.
Delež polnila glede na nosilno polimerno ogrodje v ovojnici je med 5 do 95 ut. %, prednostno med 50 do 90 ut. %.
Ker sinteza biorazgradljivih mikrokapsul po izumu poteka po postopkih polimerizacije v emulziji, je zaželeno, da ima aktivna komponenta določene lastnosti, in sicer:
- z vodo se ne meša, pri čemer je porazdelitveni koeficient logP vseh sestavin v jedrnem materialu večji od 2;
- omogoča topnost polnila v aktivni komponenti pri povišani T in je hkrati inertna na polnilo, torej aktivna komponenta ne sme reagirati s polnilom;
- omogoča topnost vstopnih reagentov potrebnih za polimerizacijo in je hkrati inertna na vstopne reagente, torej aktivna komponenta ne sme reagirati z vstopnimi reagenti;
- obstojnost vsaj do 100 °C, saj postopek sinteze poteka pri povišani temperaturi.
Primerne aktivne komponente so izbrane izmed dišav, pigmentov, insekticidov, farmacevtskih učinkovin, fazno spremenljivih materialov, eteričnih olj, kot na primer evkaliptusovo olje, sivkino olje, vrtnično olje, baldrijanovo olje, bazilkino olje, brinovo olje, citronela, olje limonske trave, in druge, drugih olj, kot na primer palmovo olje, kokosovo olje, ricinusovo olje, sončnično olje, olivno olje, mineralno olje in fotokromnih materialov.
Aktivna komponenta je v jedrnem materialu lahko prisotna samostojno, lahko pa je aktivna komponenta raztopljena v ustreznem organskem topilu. Primerna organska topila so netopna v vodi, kar izražamo z logP vrednostjo, ki mora biti večja od 2. Topilo mora biti kompatibilno z aktivno komponento, kakor tudi z vstopnimi reaktanti, kar pomeni, da topilo ne sme reagirati ne z aktivno komponento kot tudi ne z vstopnimi reagenti.
Primerni polimeri so izbrani izmed polisečnin, poliuretanov, poliakrilatov, poliamidov, poliestrov in želatine ali drugih polimerov, ki so primerni za polimerizacije v emulziji.
Pri izbiri primernih polnil je ključnega pomena biorazgradljivost polnila in topnost polnila v različnih organskih topilih, pri čemer je zaželeno, daje topnost vsaj tolikšna, da omogoča dobro mešanje polnila z jedrnim materialom pri visokih temperaturah, in sicer višjih od 40 °C, medtem ko se polnila pri sobni temperaturi ne raztapljajo v jedrnem materialu, zato da je mogoča kristalizacija polnila v čim večji meri pri temperaturah kontroliranega ohlajanja pod 40 °C. Primemo polnilo je izbrano izmed voskov, parafinov, maščobnih kislin, polietilen glikolov z visoko temperaturno odvisnostjo topnosti. Najbolj primerna polnila so visoko kristalinični voski s temperaturo tališča nad 40 °C.
Sinteza vodne disperzije biorazgradljivih mikrokapsul po izumu iz emulzij vključuje sledeče stopnje:
a) priprava oljne faze, pri čemer se jedmi material, ki se ga enkapsulira, torej aktivna komponenta in organsko topilo, če se ga uporablja, zmeša s polnilom in z vstopnimi reaktanti primernimi za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja ovojnice, pri temperaturi med 40 - 70 °C, pri čemer so vstopni reaktanti kemikalije, ki se mešajo z jedrnim materialom in tekom polimerizacije reagirajo in tvorijo nosilno ogrodje, izvedeno iz vsaj enega polimera;
b) priprava vodne faze na temperaturi višji od 40 °C, ki vključuje vodno raztopino biorazgradljivih površinsko aktivnih snovi;
c) priprava stabilne emulzije pri temperaturi med 40 - 70 °C, pri čemer se oljna faza emulgira v vodni fazi, pri čemer se formirajo dispergirane ali emulgirane kapljice v velikosti mikrokapsul, ki se jih formira;
d) tvorba nosilnega polimernega ogrodja ovojnice iz vsaj enega polimera, pri čemer se v stabilno emulzijo doda vodotopne reaktante, ki na fazni meji sprožijo tvorbo nosilnega polimernega ogrodja ovojnice okoli dispergiranih kapljic in s tem nastanek vodne disperzije mikrokapsul;
e) kontrolirano ohlajanje vodne disperzije mikrokapsul na temperaturo med 10 °C in 25 °C, pri čemer se polnilo izloči in vgradi v pore in odloži na površino nosilnega polimernega ogrodja ovojnice in se tvori končna vodna disperzija biorazgradljivih mikrokapsul z masnim deležem med 25 in 50 %.
Opcijsko sinteza vodne disperzije biorazgradljivih mikrokapsul vključuje korak f), kjer se v vodno disperzijo mikrokapsul doda stabilizator z namenom preprečitve separacije mikrokapsul in vodne faze v vodni disperziji mikrokapsul, in/ali dodatek preostanka reaktantov za dokončanje polimerizacije ali eliminacijo prebitnih reaktantov, in/ali dodatek pH regulatorjev za korigiranje pH vodne disperzije na želeno vrednost, običajno zaradi boljše stabilnosti vodne disperzije, ali lažje uporabe vodne disperzije v končnem izdelku.
Korak f) lahko sledi koraku d) torej, da se navedeni dodatki dodajo v vodno disperzijo pred kontroliranim ohlajanjem, lahko pa korak f) sledi koraku e).
Z izbiro polnila z ustrezno temperaturo tališča vplivamo na njegovo kristalizacijo med ohlajanjem. V kolikor raztopino ohladimo pod temperaturo tališča polnila, imajo polnila visoko tendenco tvorjenja kristalov {angl, self nucleating properties), kar privede do izločanja polnila iz topila oljne faze. Lastnost izkoristimo pri sintezi biorazgradljivih mikrokapsul. Po končani reakciji polimerizacije se vodna disperzija biorazgradljivih mikrokapsul počasi ohladi na temperaturo med 10 °C in 25 °C, pri čemer se polnilo izloči iz jedrnega materiala in se vgradi v pore in odloži na površino nosilnega polimernega ogrodja ovojnice, s čimer se poveča trdota kot se tudi zmanjša prepustnost mikrokapsul. Rezultat sinteze je stabilna vodna disperzija mikrokapsul z masnim deležem med 25 in 50 %.
Izbira vstopnih reaktantov, ki se jih doda v oljno fazo, in vodotopnih reaktantov, ki se jih doda v vodno fazo, je odvisna od izbire polimera, iz katerega je izvedeno nosilno polimerno ogrodje.
Za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja iz polisečnin in poliuretanov so primerni vstopni reaktanti izbrani izmed izocianatov, in sicer aromatskih ali alifatskih izocianatov z vsaj dvema funkcionalnima skupinama. Prednostno so vstopni reaktanti izbrani izmed aromatskih ali alifatskih izocianatov, kot so toluen diizocianata (TDI), heksametilen diizocianata (HDI), izoforon diizocianata (IPDI), metilen difenil diizocianta (MDI) in njihovih oligomerov. Primerni vodotopni reaktanti so polioli in amini. Primerni polioli so polioli z vsaj dvema funkcionalnima skupinama, kot na primer etilen glikoli, pentaeritritol, sorbitol, butandiol, heksandiol, pentandiol, kaprolakton dioli. Primerni amini so dietilen triamin, etilen diamin, melamin, heksanetilen diamin, hitosan, želatina, polietilen imini, guanidin.
Za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja iz poliakrilatov so primerni vstopni reaktanti izbrani izmed akrilatov in iniciatoijev, prednostno so vstopni reaktanti izbrani izmed večfunkcionalnih akrilatov ali metakrilatov, kot so alilmetakrilati, dimetakrilati, diakrilati, butilaminoetil metakrilat. Primerni vodotopni reaktanti so iniciatorji, kot so peroksi iniciatorji, na primer benzoil peroksid in amonijev persulfat.
Za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja iz poliamidov ali poliestrov so primerni vstopni reaktanti izbrani izmed kislinskih kloridov, prednostno so vstopni reaktanti izbrani izmed dikloridov kot so sebakoil diklorid, adipoil diklorid, benzensulfonil diklorid. Primerni vodotopni reaktanti so dioli ali polioli za sintezo poliestrov (kot so opisani zgoraj) in diamini in ter poliamini za sintezo poliamidov (kot so opisani zgoraj).
Za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja s koacervacijo, so primerni vstopni reaktanti želatina ali drugi primerni polimeri, kot so hitosan ali etilceluloza. Primerni vodotopni reaktanti so glutaraldehid, karbodiamid, glioksal.
Površinsko aktivne snovi preprečujejo ponovno združevanje kapljic pri pripravi stabilne emulzije. Primerne površinsko aktivne snovi so izbrane izmed anionskih, kationskih in neionskih emulgatorjev ter stabilizatorjev. Primerni anionski emulgatorji so sulfati, sulfonati, fosfati in karboksilati, kot so natrijev lauril sulfat, natrijev dodecil sulfat, natrijev stearat, akrilati. Kationski emulgatorji so lahko kvartarne amonijeve soli. Primerni neionski emulgatoiji so vsi emulgatorji s HLB vrednostjo višjo od 7. Poleg emulgatoijev lahko uporabimo še stabilizatorje vodne faze, ki so raztopljeni v vodni fazi in sterično ovirajo združevanje kapljic oljne faze. Primerni stabilizatorji so karboksimetil celuloze, polivinil alkoholi, polisorbati, polietilenimini, gum arabika, glicerol monostearata in podobni.
Za pripravo emulzije se uporabi homogenizator ali mehansko mešalo pri visokih obratih.
Na fazni meji kapljic, kjer pridejo v stik reaktanti iz oljne in vodne faze, se tvori tanka plast polimera, ki ujame del polnila in hkrati tvori nosilno polimerno ogrodje za kasnejše vgrajevanje polnila v pore nosilnega polimernega ogrodja ovojnice, to je v pore med polimernimi verigami nosilnega polimernega ogrodja in odlaganje polnila na površino nosilnega polimernega ogrodja.
Opcijsko se lahko, glede na izbiro polimera, v stopnji tvorbe nosilnega ogrodja ovojnice, torej pri polimerizaciji, doda katalizator. Na primer pri tvorbi ovojnice iz poli(sečninauretanov), kjer so v oljni fazi vstopni reagenti diizocinati in polikaprolakton polioli, v vodni fazi pa so vodotopni reagenti polioli in polifunkcionalni amini, se kot katalizator uporabi bizmutov neodekanoat ali DABCO. Pri nizki temperaturi z diizocianati reagirajo samo amini, z dodatkom katalizatorja in s segrevanjem reakcijske zmesi do 80 °C se zagotovi tudi reakcija s polioli, tako da se tvori nosilno polimerno ogrodje ovojnice iz poli(sečninauretanov).
Polimerizacija poteka pri povišani temperaturi do 150 minut, potek reakcije pa spremljamo z IR spektroskopijo.
Uporaba polnil pri pripravi oljne faze, torej pri mešanju polnil z jedrnim materialom, to je z vsaj eno aktivno komponento, ima vpliv tudi na sam potek polimerizacije. Pri nekaterih aktivnih komponentah, predvsem pri dišavah in eteričnih oljih, zaradi interakcij med reaktanti in jedrnim materialom, polimerizacija poteče slabo ali sploh ne, kar zmanjša uporabnost tehnike enkapsulacije. Kadar se takšni aktivni komponenti doda polnilo, je rezultat mikroenkapsulacije bistveno boljši. Polnilo ima dobre lastnosti za stabilizacijo emulzije in tudi enkapsulacijo, saj z njim razredčimo jedmi material in povečamo difuzijo reaktantov na medfazno mejo, kjer se tvori nosilno polimerno ogrodje ovojnice. Poleg biorazgradljivosti, stabilnosti in krhkosti mikrokapsul polnilo prispeva tudi k robustnosti same metode.
Na sliki 1, ki prikazuje prečni prerez mikrokapsule po izumu, notranji premer R2 predstavlja debelino polimerne plasti (nosilnega polimernega ogrodja), zunanji premer R1 predstavlja debelino celotne ovojnice mikrokapsule, torej z vključeno tanko plastjo polnila deponiranega na nosilno polimerno ogrodje in v pore med polimernimi verigami nosilnega polimernega ogrodja. Debelina ovojnice je v tem primeru okvirno med 110 in 120 nm.
Iz slike 2, ki prikazuje površino mikrokapsul s klasično polimerno ovojnico (zgoraj) in biorazgradljivih mikrokapsul po izumu (spodaj), je že na prvi pogled opazna razlika v površini obeh mikrokapsul. Klasične mikrokapsule so zelo robustne in inertne, biorazgradljive pa v celoti obdane s polnilom, kar dokazuje prisotnost polnila po celotni površini mikrokapsul in s tem tudi kompozitno, nerazdružljivo sestavo ovojnice in polnila. Iz slike je tudi razvidno, da se polnilo (vosek), dejansko v veliki meri izloči iz oljne faze in v njej ni prisoten v večjih količinah ter da nikakor ne reagira z aktivno učinkovino.
Na sliki 3, ki prikazuje morfologijo mikrokapsul po izumu, je viden vosek, ki kot prevleka obdaja celotno površino mikrokapsul in so mikrokapsule preko njega celo spojene v večje aglomerate.
Na sliki 4, ki prikazuje pore biorazgradljivih kapsul po izumu, je vidno, da se na območju por vosek naloži v še večji meri.
S fokusiranjem elektronskega žarka na razpoko v mikrokapsuli se je material segrel do te mere, da seje vosek utekočinil. Vosek je v tekočem stanju prepusten za elektrone in možno je opaziti polimerno ogrodje mikrokapsule pod plastjo voska. Tako je dokazano vgrajevanje voska v pore, kot tudi odlaganje voska na samo površino mikrokapsule (Slika 5). Prav tako je mogoče določiti okvirno debelino plasti voska, kije v konkretnem primeru med 50 in 60 nm.
Z opisanim postopkom je možno sintetizirati nabor biorazgradljivih mikrokapsul z različnimi lastnostmi, saj so te odvisne od sestave ovojnice in vrste ter količine uporabljenega polnila. Od uporabe je odvisno katere vrste biorazgradljivih mikrokapsul se sintetizira. V primeru enkapsulacije dišav za uporabo v mehčalcih in detergentih so zaželene krhke in bolj neprepustne biorazgradljive mikrokapsule, da se dišava sprosti šele ob drgnjenju perila. Pri klasičnih mikrokapsulah se željen efekt doseže z debelejšo in kemijsko bolj zamreženo ovojnico. Izum omogoča sintezo biorazgradljivih mikrokapsul s tanjšo ovojnico, saj krhkost in neprepustnost ovojnice zagotavlja polnilo in ne nosilno polimerno ogrodje. Pri mikrokapsulah po izumu ima ovojnica namreč bistveno nižjo stopnjo zamreženosti (med 0% do 20%) in posledično večjo stopnjo biorazgradljivosti. Ravno z uporaba polnila dosežemo, da lahko zamreženje znižamo na minimum ali celo popolnoma odstranimo. Če je zamreženje 0 %, je ob uporabi bio polimerov (kot recimo želatina) stopnja biorazgradljivosti 100%.
Izvedbeni primeri
1. Sinteza biorazgradljivih mikrokapsul v disperziji s poli(sečnina-uretan) polimernim ogrodjem
V reaktor dodamo 300 g vode, 6 g polivinil alkohola (PVA) (Celvol205) in 3.6 g karboksimetil celuloze (CMC) (Carbofix5A), vklopimo mešalo in segrejemo na 80 °C, mešamo 1 uro pri 80 °C, da se PVA in CMC raztopita. Zmes ohladimo na 40 °C. V čaši segrejemo 150 g dišave (različni proizvajalci) na 40 °C, sledi dodatek 20 g parafinskega voska s tališčem pri 44°C, 1.5 g toluen diizocianata, 1.5 g poliizocianata Desmodur N3400 in 1 g CAPA 3031. Pripravljeno mešanico dišave vlijemo v reaktor in povečamo obrate mešanja. Mešamo toliko časa, da dobimo emuzijo z željeno velikostjo kapljic med 10 in 40 pm. Ko imamo emulzijo željene velikosti dodamo 10 g zmesi sestavljene iz 5 g kationskega surfaktanta (Lupasol PS) in 5 g 10% raztopine dietilentriamina. Zmes pustimo mešati 10 min nakar dodamo 10 g 50 % vodne raztopine ksilitola/sorbitola/maltodekstrina. Sledi dodatek katalizatoija BorchiKat 315 in segrevanje na 80 °C za 2.5 h. Zmes nato ohladimo na sobno temperaturo. Dobljen produkt je vodna disperzija mikrokapsul z naslednjo sestavo: 63 ut.% vodne raztopine emulgatorjev in stabilizatorjev ter 37 ut.% mikrokapsul z jedrnim materialom in ovojnico. Delež dišave v produktu je 30 ut%, v suhi mikrokapsuli pa 84 ut.%. Delež ovojnice mikrokapsule znaša 16 ut.% v suhi mikrokapsuli.
2. Sinteza biorazgradljivih mikrokapsul v disperziji s poli(sečnina-uretan) polimernim ogrodjem in z drugačnim razmerjem surfaktantov
V reaktor dodamo 230 g vode, 6 g PVA (Celvol205) in 3,6 g CMC (Carbofix5A), vklopimo mešalo in segrejemo na 80 °C, mešamo 1 uro pri 80 °C, da se PVA in CMC raztopita. Zmes ohladimo na 40 °C. V čaši segrejemo 150 g dišave (različni proizvajalci) na 40 °C, sledi dodatek 20 g parafinskega voska s tališčem pri 44°C, 2.5 g toluen diizocianata in 2.5 g poliizocianata Desmodur N3400. Pripravljeno mešanico dišave vlijemo v reaktor in povečamo obrate mešanja. Mešamo toliko časa, da dobimo emulzijo z željeno velikostjo kapljic med 10 in 40 pm. Ko imamo emulzijo želj ene velikosti dodamo 10 g zmesi sestavljene iz 4 g kationskega surfaktanta (Lupasol PS) in 15 g 10% raztopine dietilentriamina. Zmes pustimo mešati 10 min nakar dodamo 8 g 50 % raztopine sorbitola. Sledi dodatek katalizatorja BorchiKat 315 in segrevanje na 80 °C za 2.5 h. Zmes nato ohladimo na sobno temperaturo. Dobljen produkt je vodna disperzija mikrokapsul z naslednjo sestavo: 56 ut.% vodne raztopine emulgatorjev in stabilizatoijev ter 44 ut.% mikrokapsul z jedrnim materialom in ovojnico. Delež dišave v produktu je 34 ut.%, v suhi mikrokapsuli pa 84 ut.%. Delež ovojnice mikrokapsule znaša 16 ut.% v suhi mikrokapsuli.
3. Sinteza mikrokapsul za uporabo v detergentih
V reaktor dodamo 309,6 g vode, 6g PVA (Celvol205) in 3,6g CMC (Carbofix5A), vklopimo mešalo in segrejemo na 80 °C, mešamo 1 uro pri 80 °C, da se PVA in CMC raztopita. Zmes ohladimo na 40 °C. V čaši segrejemo 150 g dišave (različni proizvajalci) na 40 °C, sledi dodatek 30 g parafinskega voska s tališčem 42 °C, 2.5 g toluen diizocianata in 1.5 g poliizocianata Desmodur N3400. Pripravljeno mešanico dišave vlijemo v reaktor in povečamo obrate mešanja. Mešamo toliko časa, da dobimo emulzijo z željeno velikostjo kapljic med 10 in 20 pm. Ko imamo emulzijo želj ene velikosti dodamo 5 g 20% raztopine dietilentriamina. Zmes pustimo mešati 10 min nakar dodamo 1,5 g pentaeritritola v prahu in katalizator BorchiKat 315. Sledi nagrevanje reakcijske zmesi na 80 °C za 1 h, nakar dodamo 3 g ksilitola/sorbitola/maltodekstrina in nadaljujemo s segrevanjem še 1 h. Zmes nato ohladimo na sobno temperaturo. Dobljen produkt je vodna disperzija mikrokapsul z naslednjo sestavo: 65 ut.% vodne raztopine emulgatorjev in stabilizatoijev ter 35 ut.% mikrokapsul z jedrnim materialom in ovojnico. Delež dišave v produktu je 30 ut.%, v suhi mikrokapsuli pa 84 ut.%. Delež ovojnice mikrokapsule znaša 16 ut.% v suhi mikrokapsuli.
4. Sinteza biorazgradljivih mikrokapsul v disperziji z želatinskim polimernim ogrodjem in z 21 ut.% deležem jedrnega materiala
V reaktor damo 300 g vode in 12,4 g želatine, mešamo in segrejemo na 50 °C. Dolijemo posebej pripravljeno raztopino dišave (150 g) in parafinskega voska s tališčem 44 °C (10 g), ki smo jo predhodno segreli na 50 °C. Obrate mešanja povečamo ali uporabimo mešalo z visokimi obrati, da nastanejo homogene kapljice oljne faze, velikosti 10-20 pm. Dolijemo 8 g karboksimetil celuloze. Nato po kapljicah dodajamo 10 ut. % raztopino ocetne kisline do pH=4,0. Mešamo 1 uro ter počasi hladimo do 10 °C, po 15 minutah pa ponovno segrejemo na 20 °C. Dodamo 1,9 g 50 ut. % vodne raztopine glutaraldehida in mešamo še 45 minut. Dobljeni produkt je vodna disperzija mikrokapsul z naslednjo sestavo: 74 ut.% vode ter 26 ut.% mikrokapsul. Delež dišave v produktu je 21 ut.%, delež dišave v suhi mikrokapsuli je 88 ut.%. Delež ovojnice v suhi kapsuli znaša 12 ut. %.
Mikrokapsule po izumu ohranjajo vse bistvene lastnosti klasičnih mikrokapsul, oziroma se lastnosti, kot so na primer stabilnost mikrokapsul v mehčalcih in vrednotenje enkapsulacije aktivne komponente, bistveno ne spremenijo, hkrati pa so biorazgradljive.
Analize mikrokapsul
Postopek določitve stabilnosti mikrokapsul v mehčalcih:
V standardno bazo za mehčalce brez dišave primešamo 1 ut. % disperzije mikrokapsul in jih damo na temperaturo 40 °C za pospešeno staranje. Vzorec mehčalca z mikrokapsulami se pogleda pod mikroskopom 1. dan in nato vsakih 7 dni do izteka 4 tednov. Glede na mikroskopsko sliko se poda ocena stabilnosti mikrokapsul, pri čemer ocena 5 pomeni, da so mikrokapsule polne, brez udrtin in vidnih poškodb, ocena 1 pa pomeni, da so mikrokapsule povsem prazne, brez jedra in popolnoma poškodovane.
Rezultati so podani v tabeli 1. Vzorci od 1 do 4 se nanašajo na mikrokapsule po izumu sintetizirane po postopkih opisanih v izvedbenih primerih. Pri klasičnih polimernih mikrokapsulah je bila ovojnica sestavljena samo iz nosilnega ogrodja, in sicer iz zamreženega poli(urea-uretana).
Tabela 1
| Vzorec | Ocena stabilnosti | |||
| 1. dan | 7. dan | 14. dan | 1 mesec | |
| klasične | 5 | 5 | 4 | 3 |
| 1 | 5 | 5 | 5 | 4 |
| 2 | 5 | 5 | 4 | 4 |
| 3 | 5 | 4 | 4 | 4 |
| 4 | 5 | 4 | 3 | 3 |
Kot je razvidno iz tabele mikrokapsule po izumu ohranjajo visoko stopnjo stabilnosti, kije primerljiva s klasičnimi mikrokapsulami.
Najpomembnejši kazalnik kakovosti enkapsulacije je končna aplikacija. Za vrednotenje enkapsulacije dišave se uporablja angl. Scratch andsniff tehnika, pri kateri se nanese vodno disperzijo mikrokapsul na želj eno površino in se jo posuši. V primeru uspele enkapsulacije se močan vonj pojavi ob drgnjenju površine.
Za določanje kvalitete mikrokapsul v smislu intenzitete dišave smo uporabili bazo za mehčalce brez dišave, v katero smo primešali 1 ut% disperzije mikrokapsul. Brisače smo oprali v pralnem stroju pri 40 °C in po sušenju ocenili intenzivnost vonja po drgnenju brisače. Rezutat podamo z oceno od 1 do 5, kjer 5 pomeni največja zaznana intenziteta vonja.
Rezultati so podani v tabeli 2. Vzorci od 1 do 4 se nanašajo na mikrokapsule po izumu sintetizirane po postopkih opisanih v izvedbenih primerih. Pri klasičnih polimernih mikrokapsulah je bila ovojnica sestavljena samo iz nosilnega ogrodja, in sicer iz zamreženega poli(urea-uretana).
Tabela 2
| Vzorec | Intenzivnost |
| klasične | 5 |
| 1 | 5 |
| 2 | 5 |
| 3 | 3 |
| 4 | 3 |
Kot je razvidno iz tabele mikrokapsule po izumu ohranjajo intenzivnost, kije primerljiva s klasičnimi mikrokapsulami.
Za dodatno potrditev, da mikrokapsule po izumu kljub bistveno tanjši debelini polimernega ogrodja v primerjavi s klasičnimi mikrokapsulami, dobro zadržujejo jedmi material, smo vzporedno sintetizirali dva tipa mikrokapsul s primerljivo debelino ovojnice, in sicer klasičnih polimernih z visoko stopnjo zamreženja in biorazgradljivih mikrokapsul po izumu. Pri klasičnih polimernih mikrokapsulah je bila ovojnica sestavljena samo iz nosilnega ogrodja, in sicer iz zamreženega poli(urea-uretana), pri čemer je bila debelina ovojnice okvirno med 100 in 150 nm, mikrokapsule po izumu pa so bile sintetizirane po postopku opisanem v izvedbenem primeru lz debelino ovojnice 110-120 nm. Iz gravimetrične analize pri 50 °C je opazno, da pri mikrokapsulah po izumu pada masa veliko počasneje in se ustali prej kot pri analognih mikrokapsulah brez polnila, kar potijuje, daje ovojnica po izumu manj porozna oziroma manj propustna za dišavo.
Rezultate so potrdili tudi testi dolgotrajne stabilnosti v bazi za mehčalce. Mikrokapsule brez polnila zelo slabo zadržujejo jedmi material in so v roku 7 dni že povsem prazne (Slika 6), v nasprotju mikrokapsule s polnilom vsebujejo velik delež jedrnega materiala še po 28 dneh.
Hitri testi biorazgradljivosti z respiratorimetrijo
Izvedli so se primeijalni, respirometrični testi v reagenčnih steklenicah po protokolu Standardnih metod 5210 BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND (BOD) (2017). Testi so potekali v mineralnem substratu: 250 ml deionizirane vode z dodanimi hranili:
1. BPK1 (fosfatni pufer)
KH2PO4 8,5 mg/1
K2HPO4 21,75 mg/1
Na2HPO4x7H2O 33,4 mg/1
NH4C11,7 mg/1
2. BPK2 (magnezijev sulfat) MgSO4x7H2O 22,5 mg/1
3. BPK3 (kalcijev klorid)
CaC12 27,5 mg/1
4. BPK4 (železov klorid)
FeC13x6H2O 0,25 mg/1
V klasičnem respirometričnem testu je kot pozitivna kontrola uporabljena GGA (300 mg/1) mešanica glukoze in glutaminske kisline. Kot inokulum je bila uporabljena mešanica algnobakterijske kulture iz laboratorija.
Potek testa
Mikrokapsule v disperziji smo predhodno mehansko poškodovali v mlinu, odparili dišavo in ostanek vzorca prenesli v vodo. Količina uporabljen disperzije mikrokapsul je bila preračunana tako, daje volumen dodane disperzije ustrezal 100 mg polimernega vzorca, in sicer smo uporabili:
Disperzijo mikrokapsul pripravljenih po postopku opisanemu v primeru 1 : 0,12 mL
Inokulum: 10 mL
- D(H2O): 238,88 mL
- BPK: 0,25 pL.
Iz hitrih testov biorazgradljivosti z respirometrijo (slika 7) je razvidno, da mikrokapsule z biorazgradljivim polnilom (kapsule z voskom) razpadajo zelo hitro v primerjavi s standardnimi kapsulami. Hitrost biorazgradnje je večja od pozitivne kontrole vzorca z glukozo (GGA).
Test biorazgradljivosti po OECD 301
Za potrditev biorazgradljivosti se je na vzorcu pripravljenem po postopku opisanemu v primeru 1 izvedel test za hitro biorazgradljivost OECD 301 - Ready biodegradability, manometric respirometry (Določanje lahke biorazgradljivost: 0ECD3O1 v zaprtem respirometru z merjenjem porabe kisika). Test je Evropska agencija za kemikalije (ECHA) uvrstila na seznam primernih metod za testiranje biorazgradljivosti mikroplastike.
a) Potek testa
Priprava vzorca mikrokapsul je potekala tako, da smo vzorec disperzije mikrokapsul iz primera 1 filtrirali in sprali vodo, da smo odstranili vodotopne komponente (emulgatoije, nezreagirane reaktante). Sledilo je sušenje mikrokapsul na 80 °C, s čimer smo odstranili tudi aktivno komponento iz jedra. Preostanek mikrokapsul je bila samo membrana, ki smo jo nadalje uporabili za test biorazgradljivosti.
Za test smo uporabili aktivno blato iz komunalne čistilne naprave. Blato smo zajeli dan pred testom biorazgradljivosti, ga najmanj 5-krat sprali z vodovodno vodo in mu določili koncentracijo (mgMLVSS/L) s filtracijo 20 mL suspenzije aktivnega blata čez filter papir črni trak. Nato smo blato postavili v termostatiran prostor (22 ± 2 °C), kjer smo ga mešali in prezračevali do uporabe v testu.
Izvedeni test je eden izmed izbirnih testov za določanje lahke biorazgradljivosti (0. nivo večstopenjske sheme testiranja biorazgradljivosti kemikalij in pripravkov). Temelji na merjenju porabe kisika v zaprtem respirometru, kjer smo merili biorazgradnjo posredno preko porabe kisika pri konstantni temperaturi 20 ± 1 °C 40 dni. Koncentracija aktivnega blata v testu je bila 30 mg/L. pH pred testom ni bilo potrebno uravnavati, ker je bil pH testne mešanice 7,8 ± 0,0 (dovoljeno območje je med 6-8). Vzporedno smo izvedli še test z referenčno snovjo (natrijev acetat), s čemer smo potrdili aktivnost mikroorganizmov in regularne pogoje za biorazgradnjo ves čas testa. Vzorcu smo določili tudi abiotsko razgradnjo tako, da v mešanico nismo dodali aktivnega blata, obenem smo mešanico še kemijsko sterilizirali z dodatkom HgC12. Koncentracija vzorca v testu je je bila 0,18 vol% (KPK = 100 mg/L). Z enako koncentracijo vzorca smo izmerili tudi abiotsko razgradnjo. Vsak test smo izvedli v 2 paralelkah.
Vzporedno smo z enako koncentracijo vzorca izvedli še test z dodano aliltiosečnino - ATU (4 mL/L) kot inhibitorjem nitrifikacije. Tako je bila izmerjena poraba kisika dokazano posledica (bio)razgradnje vzorca in ne nitrifikacije.
b) Rezultati testa
Določili smo povprečno vrednost kemijske potrebe po kisiku (KPK). pH vzorca je bil 7,5 ± 0,1.
Ponovitev
KPK (mg/L)
Povprečje
53.925
63.481
57.318
50.076
56.200
Vzporedno smo merili porabo kisika v slepem vzorcu, testu z referenčno snovjo (natrijev acetat), vzorcu ter v abiotskem vzorcu. Preverili smo tudi porabo kisika v slepem vzorcu in vzorcu z dodano ATU, da bi se prepričali, da v vzorcu ne poteka tudi nitrifikacija (oksidacija amonija, kar ni (bio)razgradnja vzorca) in posledično poraba kisika. Začetne rednosti pH zmesi so bile v okviru vrednosti (7,7 ±0,1), priporočenih v standardu in zato pH vzorca ni vplival na biorazgradnjo. Rezultati, prikazani na sliki 8, so pokazali, da se referenčna snov dobro razgrajuje. Že po 5 dnevih seje razgradilo več kot 60%. S tem smo potrdili aktivnost mikroorganizmov in ustreznost izvedbe testa ter veljavnost rezultatov. Tudi vzorec se je v testu dobro razgrajeval. V 40 dnevih testa je prišlo do več kot 80% razgradnje vzorca (85 ± 3%). Ta delež razgradnje je vzorec dosegel že 17. dan testa, po 3-dnevni zakasnitveni (lag) fazi. Dobro razgradnjo vzorca smo potrdili tudi v vzorcu z dodano ATU (dodano za preprečitev nitrifikacije in posledično porabe kisika), saj smo v tem primeru dosegli popolno razgradnjo vzorca (99 ± 2%). Ker je razgradnja v vzorcu z dodano ATU primerljiva s tisto v vzorcu brez dodane ATU in je od nje višja, lahko sklepamo, da je razlika med obema krivuljama posledica eksperimentalne napake oziroma principa testa ter da v vzorcu ni potekla nitrifikacija in je izmerjen delež razgradnje pravilen, torej 85%. Iz grafa je razvidno, daje potekla minimalna abiotska razgradnja (6 ± 0%) ter daje razgradnja v naj večji meri posledica delovanja mikroorganizmov.
Claims (15)
- Patentni zahtevki1. Biorazgradljiva mikrokapsula osnovana na kompozitnem materialu, označena s tem, da je sestavljena iz:-jedrnega materiala, ki vključuje vsaj eno tekočo aktivno komponento, ki se ne meša z vodo, in- ovojnice, ki obdaja jedmi material, pri čemer je ovojnica sestavljena iz kompozitnega materiala, ki vključuje nosilno polimerno ogrodje, in vsaj enega polnila vgrajenega v pore in odloženega na površino nosilnega polimernega ogrodja, pri čemer je nosilno polimerno ogrodje izvedeno iz vsaj enega polimera in je polnilo liofilna biorazgradljiva organska spojina, ki je pri sobni temperaturi v trdnem stanju in ima temperaturo tališča nad 40°C, pri čemer je premer mikrokapsule od 1 do 50 pm, debelina ovojnice je med 20-200 nm.
- 2. Biorazgradljiva mikrokapsula po zahtevku 1, označena s tem, daje delež polnila glede na nosilno polimerno ogrodje v ovojnici med 5 do 95 ut. %, prednostno med 50 in 90 ut. %.
- 3. Biorazgradljiva mikrokapsula po zahtevkih 1 in 2, označena s tem, da je aktivna komponenta izbrana izmed dišav, pigmentov, insekticidov, farmacevtskih učinkovin, fazno spremenljivih materialov, eteričnih olj, kot na primer evkaliptusovo olje, sivkino olje, vrtnično olje, baldrijanovo olje, bazilkino olje, brinovo olje, citronela, olje limonske trave, in druge, drugih olj, kot na primer palmovo olje, kokosovo olje, ricinusovo olje, sončnično olje, olivno olje, mineralno olje in fotokromnih materialov.
- 4. Biorazgradljiva mikrokapsula po zahtevkih 1 in 2, označena s tem, da je aktivna komponenta v jedrnem materialu prisotna samostojno ali je aktivna komponenta raztopljena v organskem topilu, pri čemer je organsko topilo netopno v vodi in kemijsko ne reagira z aktivno komponento in z vstopnimi reaktanti.
- 5. Biorazgradljiva mikrokapsula po zahtevkih 1 in 2, označena s tem, daje polimer izbran izmed polisečnin, poliuretanov, poliakrilatov, poliamidov, poliestrov in želatine ali drugih polimerov, ki so primerni za polimerizacije v emulziji.
- 6. Biorazgradljiva mikrokapsula po zahtevkih 1 in 2, označena s tem, daje polnilo izbrano izmed voskov, parafinov, maščobnih kislin, polietilen glikolov z visoko temperaturno odvisnostjo topnosti.
- 7. Biorazgradljiva mikrokapsula po zahtevku 6, označena s tem, da so polnila prednostno visoko kristalinični voski s temperaturo tališča nad 40 °C.
- 8. Postopek sinteze vodne disperzije biorazgradljivih mikrokapsul po zahtevkih od 1 do 7 iz emulzij vključuje sledeče stopnje:a) priprava oljne faze, pri čemer se jedmi material, ki se ga enkapsulira, zmeša s polnilom in z vstopnimi reaktanti primernimi za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja ovojnice, pri temperaturi med 40 - 70 °C, pri čemer so vstopni reaktanti kemikalije, ki se mešajo z jedrnim materialom in tekom polimerizacije reagirajo in tvorijo nosilno ogrodje, izvedeno iz vsaj enega polimera;b) priprava vodne faze na temperaturi višji od 40°C, ki vključuje vodno raztopino biorazgradljivih površinsko aktivnih snovi;c) priprava stabilne emulzije pri temperaturi med 40 - 70 °C, pri čemer se oljna faza emulgira v vodni fazi, pri čemer se formirajo dispergirane ali emulgirane kapljice v velikosti mikrokapsul, ki se jih formira;d) tvorba nosilnega polimernega ogrodja ovojnice iz vsaj enega polimera, pri čemer se v stabilno emulzijo doda vodotopne reaktante, ki na fazni meji sprožijo tvorbo nosilnega polimernega ogrodja ovojnice okoli dispergiranih kapljic in s tem nastanek vodne disperzije mikrokapsul;e) kontrolirano ohlajanje vodne disperzije mikrokapsul na temperaturo med 10 °C in 25 °C, pri čemer se polnilo izloči in vgradi v pore in odloži na površino nosilnega polimernega ogrodja ovojnice in se tvori končna vodna disperzija biorazgradljivih mikrokapsul z masnim deležem med 25 in 50 %.
- 9. Postopek sinteze po zahtevku 8, označen s tem, postopek opcijsko vključuje korak f), kjer se v vodno disperzijo mikrokapsul doda stabilizator z namenom preprečitve separacije mikrokapsul, in/ali dodatek preostanka reaktantov za dokončanje polimerizacije ali eliminacijo prebitnih reaktantov, in/ali dodatek pH regulatorjev, pri čemer korak f) sledi koraku d) torej, da se navedeni dodatki dodajo v vodno disperzijo pred kontroliranim ohlajanjem, ali pa korak f) sledi koraku e).
- 10. Postopek sinteze po zahtevkih 8 in 9, označen s tem, da so za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja iz polisečnin in poliuretanov vstopni reaktanti izbrani izmed aromatskih ali alifatskih izocianatov z vsaj dvema funkcionalnima skupinama, in so vodotopni reaktanti izbrani izmed poliolov z vsaj dvema funkcionalnima skupinama in aminov.
- 11. Postopek sinteze po zahtevkih 8 in 9, označen s tem, da so za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja iz poliakrilatov vstopni reaktanti izbrani večfunkcionalnih akrilatov ali metakrilatov in so vodotopni reaktanti peroksi iniciatorji, na primer benzoil peroksid in amonijev persulfat.
- 12. Postopek sinteze po zahtevkih 8 in 9, označen s tem, da so za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja iz poliamidov ali poliestrov vstopni reaktanti izbrani izmed kislinskih dikloridov in so vodotopni reaktanti izbrani izmed diolov ali poliolov za sintezo poliestrov in diaminov in poliaminov za sintezo poliamidov.
- 13. Postopek sinteze po zahtevkih 8 in 9, označen s tem, da so za tvorbo nosilnega polimernega ogrodja s koacervacijo vstopni reaktanti izbrani izmed želatine, hitosana ali etilceluloze in so vodotopni reaktanti izbrani izmed glutaraldehidov, karbodiamidov ali glioksala.
- 14. Postopek sinteze po zahtevkih od 8 do 13, označen s tem, da so površinsko aktivne snovi izbrane izmed anionskih, kationskih in neionskih emulgatorjev ter stabilizatorjev, pri čemer so anionski emulgatorji izbrani izmed sulfatov, sulfonatov, akrilatov, fosfatov in karboksilatov, kationski emulgatorji so kvartarne amonijeve soli, neionski emulgatorji so vsi emulgatoiji s HLB vrednostjo višjo od 7, stabilizatorji so izbrani izmed karboksimetil celuloze, polivinil alkoholov, polisorbatov, polietileniminov, gum arabike in glicerol monostearata.
- 15. Postopek sinteze po zahtevkih od 8 do 14, označen s tem, da se opcijsko, glede na izbiro polimera, v stopnji tvorbe nosilnega ogrodja ovojnice, torej pri polimerizaciji, doda katalizator.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI202000236A SI26119A (sl) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Biorazgradljive mikrokapsule osnovane na kompozitnem materialu in postopek sinteze |
| EP21709503.3A EP4259323A1 (en) | 2020-12-14 | 2021-01-11 | Biodegradable microcapsules based on composite material and synthesis process |
| PCT/SI2021/050001 WO2022132056A1 (en) | 2020-12-14 | 2021-01-11 | Biodegradable microcapsules based on composite material and synthesis process |
| US18/267,442 US20240050916A1 (en) | 2020-12-14 | 2021-01-11 | Biodegradable microcapsules based on composite material and synthesis process |
| CN202180092690.6A CN117279710A (zh) | 2020-12-14 | 2021-01-11 | 基于复合材料的可生物降解微胶囊和合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI202000236A SI26119A (sl) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Biorazgradljive mikrokapsule osnovane na kompozitnem materialu in postopek sinteze |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI26119A true SI26119A (sl) | 2022-06-30 |
Family
ID=74853700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI202000236A SI26119A (sl) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Biorazgradljive mikrokapsule osnovane na kompozitnem materialu in postopek sinteze |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240050916A1 (sl) |
| EP (1) | EP4259323A1 (sl) |
| CN (1) | CN117279710A (sl) |
| SI (1) | SI26119A (sl) |
| WO (1) | WO2022132056A1 (sl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115141394B (zh) * | 2022-07-12 | 2023-06-27 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种利用碳纳米管介电微胶囊制备聚氨酯复合膜的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NZ286779A (en) * | 1996-06-10 | 1997-02-24 | Bracco Research Sa | Solid microcapsules with a gaseous core encapsulated in a biodegradable membrane (made from water insoluble, solid lipids); use as ultrasonic contrast agents |
| JP2008520783A (ja) * | 2004-11-16 | 2008-06-19 | ユニベルシテ・ド・リエージュ | ヒドロゲルマトリックスおよびマイクロキャリアを含む活性物質供給システム |
| CN104334032B (zh) * | 2012-05-24 | 2017-09-15 | 弗门尼舍有限公司 | 混合凝聚胶囊 |
| EP2951256B1 (en) * | 2013-02-01 | 2019-12-18 | Carolyn M. Dry | Adhesive beads |
| KR101779846B1 (ko) * | 2015-08-31 | 2017-10-10 | 주식회사 티케이케미칼 | 나노다공성을 갖는 서방성 미분말과 그 제조방법 |
| EP3799953A4 (en) * | 2018-07-03 | 2021-07-21 | LG Household & Health Care Ltd. | ORGANIC / INORGANIC HYBRID MICROCAPSULE PREPARATION PROCESS |
| CN108624388A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-10-09 | 佛山陵朝新材料有限公司 | 一种冠形盖切边防锈油的制备方法 |
-
2020
- 2020-12-14 SI SI202000236A patent/SI26119A/sl active IP Right Grant
-
2021
- 2021-01-11 EP EP21709503.3A patent/EP4259323A1/en active Pending
- 2021-01-11 CN CN202180092690.6A patent/CN117279710A/zh active Pending
- 2021-01-11 WO PCT/SI2021/050001 patent/WO2022132056A1/en active Application Filing
- 2021-01-11 US US18/267,442 patent/US20240050916A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4259323A1 (en) | 2023-10-18 |
| US20240050916A1 (en) | 2024-02-15 |
| CN117279710A (zh) | 2023-12-22 |
| WO2022132056A1 (en) | 2022-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7482796B2 (ja) | 有機・無機ハイブリッドマイクロカプセルの製造方法 | |
| US20230028683A1 (en) | Biodegradable microcapsule systems | |
| DE3037309C2 (sl) | ||
| WO2020195132A1 (ja) | 香料マイクロカプセル、香料マイクロカプセル組成物、柔軟剤及び洗剤 | |
| CA2167346C (en) | Microcapsules having walls made of polyisocyanate/guanidine reaction products | |
| KR20170003945A (ko) | 마이크로캡슐의 제조 방법 | |
| US20140066357A1 (en) | Heat-stable microencapsulated fragrance oils | |
| SI26119A (sl) | Biorazgradljive mikrokapsule osnovane na kompozitnem materialu in postopek sinteze | |
| WO2019174978A1 (en) | Improvements in or relating to organic compounds | |
| KR20200004152A (ko) | 유무기 하이브리드 마이크로캡슐의 제조방법 | |
| US20130313734A1 (en) | Method of preventing agglomeration during microencapsulation of fragrance oils | |
| CA3192738A1 (en) | Amine modified polysaccharide urethane/urea microcapsules | |
| WO1996025457A1 (en) | Gel network containing a reactive material | |
| JP6986070B2 (ja) | 有機化合物におけるまたは関連する改良 | |
| CN112567012A (zh) | 包含增白剂的液体织物处理组合物 | |
| JP2021053594A (ja) | マイクロカプセル、マイクロカプセル組成物及びその製造方法、並びに、柔軟剤及び洗剤 | |
| JP5139764B2 (ja) | 蓄熱材マイクロカプセル | |
| CA1079585A (en) | Microcapsule with a liquid or solid core and a polycarbodiimide shell | |
| JPH09234360A (ja) | ビウレツトポリイソシアネート類とグアニジン類の反応生成物で出来ている壁を有するミクロカプセル | |
| JP2021178949A (ja) | マイクロカプセル | |
| Mohamad | Control Release of Encapsulation Citronella Oil by Complex Coacervation in Simulated Clean Floor Solution | |
| JP3711798B2 (ja) | 感圧記録紙 | |
| JPS6336819B2 (sl) | ||
| WO2023002028A1 (en) | Environmentally friendly microcapsules and a method for the production thereof | |
| CN113019272A (zh) | 香精胶囊及其制备方法和洗护用品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20220705 |