DE1939066A1

DE1939066A1 - Mikrokapsel und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1939066A1
Application number: DE19691939066
Authority: DE
Inventors: Bixler Harris Jacob; Michaels Alan Sherman; Shmuel Sternberg
Original assignee: Amicon Corp
Current assignee: Amicon Corp
Priority date: 1968-08-08
Filing date: 1969-07-31
Publication date: 1970-02-12
Also published as: JPS507033B1; CH522436A; SE377662B; US3639306A; GB1232153A

Description

Amicon Corporation, Lexington (Mass., USA)

Mikrokapsel und Verfahren su ihrer Herstellung

Bekanntlich besteht für Hohlpartikel, welche geeignet sind, ein chemisch aktives Agens einzuschliessen und danach dieses entweder mit einstellbarer Geschwindigkeit durch die Partikeloberfläche hindurch oder bei Einwirkung äusserer Kräfte spoiitan unter Aufsprengen der Partikel wieder freizusetzen, eine beträchtliche Anzahl- bereits vorhandener oder noch zu erschliessender AnweridungsmQglichkeiten. Zu der erstgenannten Gruppe, das heiss-t zu Anwendungen, bei denen der wirksame Bestandteil· mit einstellbarer Geschwindigkeit abgegeben wird₃ zählen solche, bei. denen aktive Substanzen, beispielsweise Medikamente, Duftstoffe, Insektizide, Pestizide, Herbizide oder Düngemittel, -eingekapselt und über eine längere Zeitspanne hinweg, freigesetzt werden..""Auf diese Weise wird eine grössere und anhaltendere Wirksamkeit der aktiven Substanz,erzielt. Zu diesen Anwendungsarten zählen beispielsweise-.solche* bei denen die äussere Haut der Membran als mikroporöses-Sieb, welches bestimmte Moleküle aufgrund ihrer Grosse und Gestalt zurückhält oder ausschliesst, wirkt.

Zu der zweiten Gruppe zählen solche Anwendungen, bei denen

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die Abgabe der aktiven Substanz bei"Einwirkung von Kraft auf die die aktive Substanz umschliessende Partikel spontan erfolgt. Als Beispiele hierfür sind zu nennen: "Kohlenstoffreie" Kohlepapiere, bei denen die aktive Substanz eine Tinte oder eine Druckfarbe ist, oder Klebstoffe auf der Basis von Epoxydharzen, bei denen das Vernetzungsmittel die in

die Partikel eingeschlossene aktive Komponente ist. Bei Belastung der Partikel, beispielsweise durch Druck, kommt es dann zu einer spontanen Abgabe des Farbstoffes bzw.- des Vernetzungsmittels.

Die eingeschlossenen bzw. eingekapselten Substanzen werden im folgenden allgemein als "Kernmaterialien" (im englischen: core materials) bezeichnet.

Seit geraumer Zeit, besteht nun eine beträchtliche Nachfrage nach Kapselmaterialien mit verbesserten Eigenschaften sowie nach geeigneten Verfahren zur Herstellung derartiger Kapseln. Bei den bisher bekannten Materialien hat sich insbesondere deren Zerbrechlichkeit als problematisch erwiesen. Obgleich es beispielsweise' gelungen war, brauchbare Materialien für Anwendungen herzustellen, bei denen.die'Materialien während der Lagerung und der Handhabung vor dem eigentlichen Gebrauch nru/ leichten Drücken ausgesetzt sind - "kohlenstoffreies" Kohlepapier ist hierfür als Beispiel zu nennen - bestand ein Bedarf an Kapselmaterialien, welche eine grössere Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Abnutzung besitzen.

Ein weiteres■---Problem Ist darin..zu sehen, dass einige der bisher hierfür verwendeten Kapselmaterialien sehr empfindlich gegenüber der Quellwirkung zahlreicher organischer Lösungsmittel sowie von Wasser sind.

Es besteht deshalb der Wunsch, Materialien herzustellen, bei denen eine vergrösserte Widerstandsfähigkeit gegenüber mechan-i-.. scher Abnutzung mit einer Zunahme der Widerstandsfähigkeit gegen

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die Quellwirkung einer Vielzahl von Lösungsmitteln verbunden ist, Auseerdem besteht der Wunsch kleine" hohle mikroporöse Partikel herzustellen, in die das ,aktive Material eindrincen kann, dort für einen bestimmten Zweck festgehalten wird und danach mit einer bestimmten Geschwindigkeit wieder entweicht. In diesen Fällen kann die eingekapselte Substanz, das heisst aas Kernmatorial, - -ein chemisches Reagenz, ein katalytisch wirkendes Mittel oder ein selektives Lösungsmittel sein, welches aur eine in das eingeschlossene (eingekapselte) Volumen eindrincende chemische Verbindung in beliebiger V/eise einzuwirken ver. ug. So kann das Kernmaterial z.B. eine chemische Aenderung des eindringenden ■Materials bev.'irken. (Beispiel: ein Enzyrij das durch seine Mole- ^ külgrösse daran gohindert wird, aus der Kapsel zu entweichen, kann eine andere Verbindung, Vielehe dem Enzym in der Kapsel ausgesetzt wird, modifizieren.) Ferner kann das Kcrnmaterial eine in die Kapsel eingedrungene Verbindung zurückhalten (Beispielϊ ein selektives Lösungsmittel hält eine Komponente einer Mischung" für eine bestimmte Vieile fest, während die andere selektiv zurückgedrängt wird. Auf diese Weise r.elingt s.E. die chronatographische Trennung von zwei Materialien, wclcho verschiedene Affinitäten gegenübor den cingeschloßccncn Lösungsmittel "uesjt",on.')■"■■ Darüberhinaus lässt sich «Hein aufgrund der l^ikroporositLi; eine Abtrennung klein or F.ol-cküDe von 'groscon erreici:o:i, indem man ' | diese Materialien als vcrh'il-tnisirüicsig tillige "olokularciebe •einsetzt.

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Herstellung anisotroper,mikroporöser, flüssigkeitsdurchlassiger ^; Partikel^ ausgehend von einer Lösung eines Polymers in einem organischen Lösungsmittel. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösung des Polymers in Tropfchenform überführt . und die Tröpfchen mit einem Verdünnungsmittel in Berührung bringt, welches mit dem Lösungsmittel in hohem Masse verträglich ist, mit dem in Lösung'befindlichen Polymer dagegen nur eine geringe Verträglichkeit aufweist, sodass das Polymer unmittelbar beim Zusammenbringen mit dem Verdünnungsmittel aus der Lösung ausgefällt wird und dass man das Verdünnungsmittel so lange mit den ausgefälltenTropfehen in Berührung lässt, bis praktisch das ge-IP samte-Lösungsmittel durch das Verdünnungsmittel verdrängt ist«

Obgleich die im Inneren der Kapsel befindliche makroporöse Struktur nur einen sehr geringen Teil des Gesamtvolumens einnimmt, sodass das für die Aufnahme des Kernmaterials verbleibende Leervolumen sehr gross ist, verleiht sie den einzelnen Teilchen eine gute Stabilität und verhindert so eine vorzeitige Zerstörung oder ein Auspressen des Kernmaterials. Darüberhinaus bildet die makroporöse Trägerstruktur mit der mikroporösen Aussenhaut eine einheit, das heisst sie stellt eine kontinuierliche Phase dar.

Wie festgestellt v/erden konnte, gelingt es durch geeignete Aus- ^ ι wahl der Reakt ions teilnehmer und Reaktionsbedingungen der Aussen-Γ haut eine bestimmte vorgegebene Durchlässigkeit oder Mikroporös!- '_t tat zu verleihen, je nach dem "für welche speziellen Anwendungszwecke die Kapsel vorgesehen sind. Ein weiteres wichtigesMerkmal der erfindungsgemässen Kapsel, welches insbesondere die praktische Anwendung dieser kugelförmigen Gebilde für zahlreiche ■ '■ ' Trennprozesse ermöglicht, ist die Tatsache, dass die Uebergangszone zwischen den makroporösen und den mikroporösen Bereichen innerhalb der Partikel ausserordentlieh geringe geometrische Abmessungen aufweist. Ueblicherweise beträgt der Abstand zwischen * diesen Bereichen, von denen angenommen werden kann, dass sie¹ körn ■ zentrisch angeorndet sind, etwa 0,5/i oder weniger. Die Par-

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tikel wirken daher nicht wie leicht verstopfende Schichtfilter und zeichnen sich durch eine annehmbare Lebensdauer aus.

Demzufolge bilden die erfindungsgemässen Kapseln eine Art von besonderer Ultrafiltration-Membran, wobei die Aussenhaut die "Membran" bzw. die Trennschicht darstellt, während die innere makroporöse Schicht eine zweifache Punktion ausübt; nämlich indem _; sie einerseits einen Behälter für das Kernmaterial bildet und andererseits eine wirksame Stütze gegen das Zusammenpressen der Partikel darstellt. Barüberhinaus erlaubt der scharfe Uebergang zwischen den makroporösen und den mikroporösen Bereichen sowie die ausserordentlich geringe Schichtdicke der mikroporösen Schichten die Herstellung ausserordentlich kleiner Partikel, " wodurcn die Möglichkeit gegeben ist, grössere wirksame Filter- ~ ^ien In einem gegebenen Volumen zu schaffen als dies auf andere Weise erwartet werden könnte.

Die erfindungsgemässen Kapseln besitzen eine stark anisotrope Aussenhaut mit mikroskopisch kleinen Poren und werden aus organischen filmbildenden Polymeren mit guter mechanischer Beständigkeit hergestellt. Als besonders vorteilhaft haben sich kristalline und/oder glasige thermoplastische Polymere wie sie zum Stande' der Technik gehören erwiesen. Unter kristallinen und/oder glasigen Polymeren werden solche Materialien verstanden, bei » denen der kristalline Anteil, durch PiÖntgenbeugung ermittelt, _: etwa 5 bis 90 Gew,$ beträgt und/oder welche eine Glastemperatur (Tg) von "wenigstens 20⁰C aufweisen. Als besonders vorteilhaft sind Polymere anzusehen, denen ein geringes Absorptionsvermögen ^ für Wasser eigen ist, wodurch ermöglicht wird, das Material wäh- I rend der Lagerung trocknen zu lassen ohne dass es dabei zu· einer Zerstörung der günstigen mechanischen und verfahrenstechnischen Eigenschaften der daraus gebildeten mikroporösen Aussenbaut kommt.

Die Brauchbarkeit der erfindungsgemässen Kapseln hängt jedoch V

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nicht notwendig von dem dem Polymer eigenen Wasserabsorptionsvermögen ab, vielmehr besitzen zahlreiche ausserordentlich brauchbare Polymere ein Wasserabsorptionsvermögen von weniger als etwa 10 Gew.>i Feuchtigkeit bei 25°C und einer relativen Feuchtigkeit von 100 ^.

Die erfindungsgemassen Mikrokapseln, welche von innen her verstärkte Partikel darstellen, werden wir folgt hergestellt:

1. Man stellt eine Lösung eines Polymers in einem organischen Lo- · sungsmittel herj;

2, führt diese Lösung in Tropfenform überj

>. bringt anschließend diese Tropfen mit einem Verdünnungsmittel in Berührung, welches mit dem genannten organischen Lösungsmittel in hohem Masse mischbar ist und mit dem Fällgut eine ausreichend geringe verträglichkeit aufweist, um eine rasche Ausfällung des Polymers ζu bewirken* und

4. lässt das Verdünnungsmittel solange mit den ausgefällten Partikeln zusammen, biL das gesamte Lösungsmittel durch das Ver~ ' dünnungsmittel verdrängt ist.

Die erfindungsgemassen Mikrokapseln, welche anisotrope Partikel mit submikroskopisch kleinen Poren darstellen, bestehen aus einem makroskopischen Teilchen aus einem porösem polymeren Material. Die äussere Oberfläche des einzelnen Partikels wird durch eine ausserordentlich dünne jedoch relativ dichte kontinuierliche Grenzschicht "Hauif aus einem mikroporösen Polymeren gebildet. Die Schicht dicker der Haut beträgt etwa 0,1 bis 5, Ojujf der durchschnittliche Porendurehmesser im mikroporösen Teil liegt im mu Bereich z.B. im Bereich von 1,0 bis 500 mu, das heisst der Porendurchmesser liegt in der Grössenordnung von 1/10 bis l/lOO der Schichtdicke der Aussenhaut. Die die erfindungsgemässe Milccokapsel bildende Partikel umschliesst in ihrer Gesamtheit ausserdem eine Trägerstrulctur aus eineni wesentlich grobporigeren polymeren Ma-* terial, durch welches sich eine Flüssigkeit praktisch urigehinderi; hindurchbewegen kann, das heisst die Beschaffenheit der Trägerstruktur ist derart, dass sie der Flüssigkeit keinen merklich grösseren . §09 887/1193

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hydraulischen Widerstand entgegensetzt als die Grenzschicht. Wird eine derartige Partikel als "Molekularfilter" verwendet und mit * einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in Berührung gebracht, so wird der tatsächliche Widerstand, den die Flüssigkeit beim Einbzw. Austritt" zu überwinden hat, praktisch vollständig durch die "Haut" bedingt. Moleküle oder andere dispergierue Teilchen, deren Abmessungen grosser sind als die Poren in der Haut, können innerhalb der Partikelstruktur zurück gehalten werden. Da die durch die Haut gebildete Grenzschicht wie bereits erwähnt eine ausserordentlich geringe Schichtdicke aufweist, ist der von der Flüssigkeit beim Durchtritt durch die Aussenhaut zu überwindende hydraulische Gesamtwiderstand sehr gering; das heisst die Haut zeigt eine überraschend hohe Permeabilität für Flüssigkeiten. Darüberhinaus ist die Anfälligkeit der Partikelhäut für Verstopfung oder Verschmutzung durch Moleküle oder andere dispergierte Teilchen überraschend gering.

Die Entdeckung, dass man derartige anisotrope Membranstrukturen in Form von Mikrokapseln herstellen kann, indem man Lösungen polymerer Materialien mit entsprechend gewählter Zusammensetzung unter kontrollierten Bedingungen einem Fällungs- und Auslaugungsprozess unterwirft, dürfte die Folge eines ungewöhnlichen Zusammenwirkens von Diffusions- und Polymer-Fallungserscheinungen sein, Vielehe während des Ausiaugungsprozesses bei Einhaltung bestimmter Bedingungen auftreten.

Es konnte festgestellt werden, dass bei geeigneter Auswahl von Lösungs- und Verdünnungsmitteln für ein gegebenes Polymer eine Vielzahl von Polymer-Gelstrukturen einstellbarer Porosität und Porenfeinheit hergestellt werden kann. In den Fällen, in denen es nicht gelingt für das Polymer ein einzelnes Lösungsmittel aufzufinden, welches den zur Erlangung der gewünschten Gelstruktur erforderlichen Verträglichkeitsgrad mit dem Polymer aufweist/ besteht die Möglichkeit, Mischungen von mischbaren Lösungsmitteln

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unterschiedlicher -Verträglichkeit mit dem Polymer zu verwenden, um "·"■ die gewünschte Ge!struktur zu erhalten. (Da&ei. sollen beide Lösungsmittel mit dem Verdünnungsmittel mischbar sein*}

Um annähernd' kugelförmige Teilchen zu erhalten, was üblicherweise im Hinblick auf die Möglichkeit Paräfel mit guten Packungseigenschaften für die "Verwendung In dichtgepackten Säulen zu erhalten, als auch im Hinblick auf ihre gute Handhabung: und die fehlerfreie Ausbildung der Aussenhaut dei¹ Partikel bevorzugt wird, ist es vorteilhaft, die aus der Polymerlösung gebildeten Tröpfchen mit ausreichend grosser Geschwindigkeit einzubringen* um so die Oberflächenspannung; des Verdünnungsmittels zu überwinden. Durch diese Vorsichtsmassnahme wird ein Abflachen der Partikel verhinder-t. Ausserdem besteht die Möglichkeit oberflächenaktive Mittel zuzusetzen, um? s© die Oberflächenspannung des Verdünnungsmittels zu^erniedrigen und! dent Optimalwert der Auftreffgeschwindigkeit herabzusetzen. Falls die Partikel die Tendenz zeigen*ifti Verdünnungsmittel zu schwimmen, so- empfiehlt es sich^-äas Verdünnungsmittel in Be-'wegung zu versetzen, da praktisch das gesamte Lösungsmittel von den Partikeln, entfernt werden muss, um sicher zu gehen, dass die Partikel nicht, während der Lagerung wie zurückgebliebenes Lösungsmittel aufgevireieht werden. . .-..-'·

Die innere Struktur der kugelförmigen Teilchen kann durch TemperaturäEiderungen stark beeinflusst werden. Bei zu hoher Badtemperatur, beispielsweise in einem siedenden Wasserbad, kommt es innerhalb der makroporösen Trägerstruktur zur Ausbildung eines, in der Mitte gelegenen offenen Kernes oder eines hohlen Abschnittes. Im Wasser von Raumtemperatur dagegen erhält der in der Mitte gelegene Kern ein mehr schwamraähnliches Aussehen.

Als Beispiele für geeignete filmbildende Polymere.sind die folgenden Materialien zu nennen: * Polycarbonate,-'das,-heisst lineare Polyester von Carbonsäuren, In denen sich Carbonatgruppen in der polymeren Kette wiederholen,

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wie sie durch Behandeln von aromatischen Dihydroxyverbindungen, z.B. Bisphenol-A, mit Phosgen erhalten·werden.. Derartige Materialien werden unter dem Namen "Lexan" von der General Electric Company in den Handel gebracht. .

Polyvinylchloride; ein derartiges Material wird unter der Bezeichinung "Geon 121" von der B.F. Goodrich Chemical Company- vertrieben.

Polyamide wie Polyhexamethylenadipinsäureamid .und andere Polyamide wie sie unter der Bezeichnung "Nylon" bekannt sind..

Methacrylc©polymerey wie die unter dem Namen "Dynel" im Handel befindlichen Polymerisate, welche aus Polyvinylchlorid'(6o %) und Acrylnitril (40 fo) erhalten werdön. Ferner Styrol-Acryl säure- . und ähnliche Materialien<, . ·■"

Polysulfone, z.B. solche, die sich durch Diphenylensulfongrüppen in der linearen Kette auszeichnen, sind ebenfalls brauchbar. Derartige Materialien können von der Union-Carbide Corporation unter der Bezeichnung "P-17OO" erhalten werden. .

Des weiteren eignen siah halogenierte Polymeres z.B. Polyvinylidenfluorid, das unter dem Namen "Kynar¹¹ von der Pennsält Chemical Corporation* in den Handel gebracht wird; Polyvinylfluorid, welches unter der Bezeichnung "Tedlar" von der EoI<> Dupönt de Nemours &-Co. vertrieben wird, sowie der unter dem Nanieh "Aclar" von der \ Allied Chemical Corporation in den Händel gebrachte Polyfluorhalooenkohlenstoff. -.-".., . ..;" · '

Polychloräther, z.B. das unter dem Namen "Penton" von der Hercules Incorporated in den Hande^gebrachte Produict sowie andere thermoplastische Polyäther. .

Acetalpolymere wie der unter dem Namen "Delrin" von E.I. Dupont de Nemours & Co. in den Handel gebrachte Polyförmaldehyd und dergleichen. .

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Acryl säureharze z.B. Polyaorylnifcril-polymethyl-m:etiiaGrylafc, ' ' Poly-n~.butyl-methacrylat und dergleichen. .

Ausserdern können die anderen Polymere wie .Polyurethan, Polyimide, Polybenzimidazole/ Polyvinylacetat, sowie aromatische und 'aliphatische Polyäther zur Anwendung gelangen.

Ferner kann zur Herstellung der erfindungsgemässen Mikrokapseln .-die grosse Anzahl von Copolymeren eingesetzt werden, welche durch Umsetzung der Monomeren, aus denen die vorstehend genannten Polymere aufgebaut sind, in unterschiedlichen Mischungsverhält~ φ nissen erhältlich sind. . .- -

Wie durch Ueberprüfung der verstehend aufgeführten Polymere deutlich wird, gilt als allgemeine Regeln dass verhaltnisraässig polare polymere Materilien zu bevorzugen sind« Dies stimmt grundsätzlich, da es einfacher istj geeignete Systeme von ungefährlichen Lösungsmitteln, "Mit-Lösungsmitteln und wirtschaftlichen Waschflüssigkeit en auszuwählen, wenn polare Polymere eingesetzt werden. Tm allgemeinen erfordern nichtpolare Polymere wie z*B. Polyäthylen ausgefallenere Systeme von Lösungsmitteln und eignen sich dementsprechend nicht sonderlieh gut für eine wirtschaftliche und sieiiere Durchführung des Verfahrens. Nichtsdestoweniger können sie zur^; Herstellung ' ™ der erfindungsgemässen Mikrokapseln verv/endet werden, wenn Partikel mit besonderen Eigenschaften erhalten werden sollen.

Im allgemeinen v/erden solche Polymere bevorzugt, die bei Raumten>peratur eine massige Kristallinität zeigen, z.B. solche, bei denen der kristalline Anteil 5 bis 90 ^ (bestimmt durch Röntsenbeugangsanalyse) beträgt und/oder solche, deren Glastemperatür bei mindestens 20 C, Vorzugsweise aber bei höheren Temperaturen, liegt. Im allgemeinen ergeben Polymere, die diesen Anforderungen genügen, Mikrokapseln, die sich durch eine gute ine chanische Festigkeit · sowie durch eine langdauernde Stabilität bei erhöhten Temperaturen auszeichnen. .

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₍FUr dieAuswahl bestimmter Lösungsmittelsysteme für bestimmte ; Polymere sind der Fachliteratur zahlreiche gut brauchbare Hinweise zu entnehmen; so enthält beispielsweise das von Brandrup und * Immergut herausgegebene Polymer-Handbuch(John Wiley and Sons, New York I966) zahlreiche besonders nützliche Kapitel. Besondere Aufmerksamkeit ist den folgenden Kapiteln zu widmen:

"Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel für Polymere" von Klaus Meyerson und "Werte für Löslichkeitsparameter" von H. Burell und B. Immergut im Zusammenhang mit einer grossen Anzahl anderer Daten, welche im Abschnitt TV dieses" Werks aufgeführt sind. Als weitere Hilfsmittel zur Auswahl geeigneter Polymer-Lösungsmittel-Gemische sind die folgenden Aufsätze zu nennen?

"Eine dreidimensionale Näherung für die Löslichkeit" von Crowley und Mitarbeitern in Journal of Paint Technology, Band 3>8, Mai 1966 und "Dreidimensionale Löslichkeit-Parameter-Schlüssel für die Affinitäten von Aristrichkomponent'en" von Hansen in Journal of Paint Technology, Band 39, Nr. 505/ Fabruar 1967.

Das Studium dieser Veröffentlichungen gibt einem Fachmann die Möglichkeit,für ein gegebenes Polymer-System eine Vielzahl von Lösungsmittel; auszuwählen, die im Hinblick auf die Beziehung Kohä- | sionskraft-Dichte (durch den sogenannten Löslichkextspararnster definiert), das Bindungsνermögen für Wasserstoff und die Polarität geeignet erscheinen. Allgemein kann festgestellt werden, dass bei Partikeln, welche aus einer Polymerlösung gegebener Konzentration erhalten werden, ein um 50 höherer Hassetransport durch die Grenzschicht der Partikel erreichbar ist, je höher dr-s Lösunssvermögen eines bestimmten Lösungsmittelsystenis für ein gegebenes Polymer

Aus derVielzahl der für die Herstellung der erfindungsgemässen Mikrokapsel geeieneteri Polymer-Lösungsrnittel- Systeme sind die folgenden besonders hervorzuheben*

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TA BE L LE

System
Nr.

Polymer

Lösungsmittel

Acrylnitril (4-O)-Vinylchlorid (60)-Copolymer "Dynel"

Acrylnitril (4o)~Vinylchlorid (βθ)-Copolymer

•Acrylnitril (40)-Vinylchlorid (50)~Copoly?ier "

4	Ac ry lni t rl 1.(40)·- Vinyl chlor i d
	(50)-Copolymer
5	Polyacrylnitril
6	Polyacrylnitril,
T	Polysülfon
8	Polysulfon
9	Polyvinylchlorid
10	Polyvinylchlorid -
11	Polyvinylidenchlorid
12	Polycarbonat
13	Polystyrol
14	Poly-butyl-methacrylat
15	Polymethylmethacrylat "

N,N'-Dimethylformamid

Dimethylsulfoxyd

N-Methyl-pyrrolidon

Di me thyla c e tarn id

N, N^f-Dimethylformamid Dirnethylacetamid N-Methyl-pyrrolidon N, "N' - Dimethyl- propionarnid N,:-lf' -Dimethylformamid Dimethylacetamid N,N'-Dimethylformamid ΝλΝ¹-Dimethylformamid N,N¹-Dimethylformamid N,N'-Dimethylformamid N,N'-Dimethylformamid *. -

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TABELLEI (Fortsetzung)

System Nr..	Polymer
16	Polysulfon
17	"Polymer 3βθ"
18	- "Polymer 3βθ'\
19	"Polymer 360"
20	Polyacrylnitril
21	• Polycarbonat
22	Polycarbonat
23	Polycarbonat
24	Polycarbonat
25	Polycarbonat
26	Polyvinylchiori
27	Polyvinylchlori
28	"Polymer 360"
29	■"Dynel"\
30	"Dynel"
31	"Dynel"
32	¹¹ Dynel ¹^

Lösungsmittel

Cyclohexanon Dlmethylacetamid N,N'-Dimethylformamid.

Diiiiethylsulf oxyd 70 % ZnGl₂ (wässrig).

DimethylsuXfoxyci ' Dimethylacetamid Tetrahydrothiophen n-ButyrolaGton .N, N'-Diäthylf ormamld N'li-Diäthylpropionamid n-Butyrolacton Tetrahydrothlophen Aethylencarbonat N'^'-Diäthylpropionainid Tetrahydrpthiophen N^rN'-Diäthylformamid

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Als weitere brauchbare Systeme sind beispielsweise zu nennen:

Nylon in Lösung mit Phenol, Öresol oder Ameisensäurej Polyphenylenoxyd in Dimethylformamid; Polycarbonat in Aethylencarbonat; Polyvinylfluorid in Butyrolacton; Polyurethan in Dimethylacetamid.

Im allgemeinen kann eine weitere Modifizierung der Porenstruk-. tür der Mikrokapsel erreicht werden, indem man der Lösung ein Mittel zur Modifizierung der Löslichkeit, im Folgenden als "Modifizierungsmittel" bezeichnet, zugibt. Eine weitere Möglichkeit zur Modifizierung der Porenstruktur besteht in einer massigen Steigerung der Temperatur während der Fällungs- und Waschvorgänge. Schliesslich besteht noch die Möglichkeit die Konsentration des Polymers in Fällgut zu verändern. Die drei genannten Mögliehkeiten können entweder einzeln oder miteinander zur Anwendung gelangen. ^:

In den Fällen in denen im System ein besonderes Kernmaterial zur Einkapselung in die Partikel zugegeben wird> ist selbstverständlich darauf zu achten, dass durch die einzukapselnde Substanz keine Störungen bei der Bildung einer geeigneten Polrnerlösung verursacht werden. So stört z.B. V/intergrünöl die Bildung einer Lösung von Polycarbonat in Dimethylformamid .während es die Bildung geeigneter Lösungen von "Dynel" in Dimethylformamid zulässt; . ;

Die oben genannten Polymer-Lösungsmittel-Systeme ergeben, wenn sie in Konzentrationen von 5 bis J50 Gew.^ Polymer eingesetzt werden und in Wasser als Verdünnungsmittel ausgefällt v/erden.

Der Bereich der für die Herstellung der erfindungsgeraässen Kapsel brauchbarer Polymerkonzentrationen variiert etwas mit den einseinen zur Anwendung gelangenden Polymerlösungen und von der für eine bestimmte Anwendungsart notwendigen Porosität. So wurde beispielsweise beim System "Dynel"-Dimethylsulfoxyd festgestellt, dass bei Verwendung einer Polymerlösung mit einem Gehalt von 5 Oew./& in Wasser-als Verdünnungsmittel kugelförmige Partikel '■

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• erhalten werden, dass aber bei mehrstündigem Stehenlassen das Wasser ein'wolkiges Aussehen bekommt, was auf eine Zerstörung der ausserordDntlich zerbrechlichen Festkörper hindeutet. Kugelförmige Partikel, welche aus 6 ^igen Lösungen erhalten worden waren, zeigten keine derartige Uolkenbildung..

Häufig werden der Lösung mit Vorteil Modifizierungsmittel zugesetzt, um tiie Solvatationswirkung des Gesamtlösungsmittelsystcms auf das Polymer zu vergrössern. Die Verwendung eines derartigen !■lodifikatidnsmitteüs für die Lösung führt zu einer Auflockerung der Aussenhaut, das heisst diese wird für grössere Holelcülo durchlässig und gestattet deren Durchgang durch die Aussenhaut in beiden Richtungen. Unter "Erhöhung der Solvatationswirkung" let die Zunahme der Verträglichkeit bzw. der Grad der Annäherung an die Bildung einer idealen Lösung zu verstehen.

Wird demgegenüber ein Modifizierungsmittel für die Lösung verwendet, welches die Solvytationswirkung des Gesamtlösungsmittel r.;yüte'm3 herabsetzt, so kommt es zu einer Ilerabsetsung der Durchlässigkeit der Aussenhaut der -Partikel, das heisst zu einer Abnahme der Molekülgrösse, bei welcher ein Eintritt durch die Aussenhaut noch, möglich ist.

Dieser Sachverhalt soll anhand der Herstellung von "Dynel"-Kapseln unter Verwendung von Dimethylformamid als primäres Lösungsmittel und Wasser als Verdünnungsmittel veranschaulicht werden:"'

Dimethylformamid besitzt einen Löslichkeitparameter von 12,1 (cal/

3 1/2

cm) ' ,ist ein stark wasserstbffbindcr-ües Lösungsmittel und besitzt ein Dipolmoment von 2. Wasser besitzt einen LÖsliehkeitsparameter von 2j5,^, ist ein stark wasserstoff bindendes Lösungsmittel und weist ein Dipolmoment von etwa 1,8 auf. Wird nun bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ein Lösungs-Modifizierungsmittel zugesetzt, welches einen Löslichkeitsparameter von 10, 0, jiie Tendenz Wasserstoff zu binden und ein Dipolmoment von 2,9 aufweist, so ist eine Abnahme der Solvatations- ·"

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wirkung auf "Dyne 1." zu erwarten, was zu einer "Verdichtung" der Aussenhaut der "Dynel-Partikel" führt. Diese Wirkung tritt bei' Verwendung von /aceton als Modifikationsmittel ein, wenn dieses beispielsweise in einer Menge von 5 Gew.£ ,,bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels,eingesetzt wird. Tetrahydrofuran ist ein weiteres Beispiel für ein derartiges Modifikationsmittel.

Wird demgegenüber ein Modifikationsmittel für die Lösung verwendet, welches annähernd das gleiche Dipolmoment wie Dimethylformamid aufweist und eine starke Affinität zu Wasser besitzt, so ist dessen Wirkungsweise mehr mit derjenigen anorganischer Salze vom Zinkchloridtyp zu vergleichen. Ein derartiges Modifikationsmittel besitzt eine grössere Verträglichkeit mit Wasser als DimethylforrD~ amid und führt zu einer Auflockerung der Aussenhaut, das heisst es kommt zueiner Zunahme des Massentransports durch die Aussenhaut unter gegebenen Verhältnissen. Dies ist beispielsweise der Fall,, wenn Formamidals Modifizierungsmittel für die Lösung, z.B. in einer Menge von 5 Gew.fa bezogen auf die Gesamtlänge Lösungsmittel, verwendet wird.» Dieser- Sachverhalt steht im Gegensatz dazu, dass der blosse Hinweis auf denLöslichkeitsparameter von Formamid zu der Vermutung Anlass gibt, dass seine Verwendung eine Herabsetzung der Löslichkeit von "Dynel" bedingen würde und als Folge davon. Partikel erhalten wurden, deren Aussenhaut kleinere Mikroporen aufweist.

In allgemeinen kann eine Vielzahl derartiger Modifizierungsmittel für die Lösung für ein gegebenes Polymer-Lösungsmittel-System gewählt werden. Dabei können nicht allein die bekannten organischen Lösungsmittel herangezogen werden, sondern auch feste organische Verbindungen, die in dem primären Lösungsmittel gelöst werden.

Eine weitere Gruppe von Modifisierungsmitteln sind anorganische Elektrolyten, welche in organischen Losungen, dissozierbar sind, z.B. zahlreiche Halogenide oder Nitrate. Von diesen Verbindungen sink; beispielsweise zu nennen:

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,. ■;■ 1339066

FeCU, LiBr, LiCl, Al(NO.,)-,, Cu(NO-J₀ und NaCNS sowie ähnliche Verbindungen. Diese Materialien üben in Lösungen eine solvatisierende Wirkung auf polare Polymere aus und neigen zu einer Vergrösserung der Durchflussrate durch die aus den mit den genannten Modifizierungsmitteln versetzten Polymerlösungen erhältlichen Kapseln. Einige von diesen anorganischen Elektrolyten stellen besonders geeignete ,Modifizierungsmittel für die in Tabelle I aufgeführten Systeme dar; ein Teil dieser Verbindungen sind in der unten stehenden Tabelle II aufgeführt.

TABELLE II

System Modifizierungsmittel System Modifizierungsmittel

1	ZnCl₂	2 .·
1	PeCl₃
1	'-LiBr	6 V
1		11
1	NaCNS.	12
1	Cu(NO,)_o

ZnCl₀

ei

LiCl

ZnCl₂

ZnCU

VJerden diese Salze, die im vorliegenden Fall die Solvatislerung der Polymeren unterstützen, dem Verdünnungsmittel einverleibt., so ist ihre Wirkung üblicherweise entgegengesetzt.

In der unten stehenden Tabelle III sind Beispiele für organische und andere flüssige Modifizierungsmittel aufgeführt, weiche für die in Tabelle I genannten System besonders geeignet sind.

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T A BELLE III

System Modifizierungsmittel

1 Weinsäure

1 H₂O

1 HCOiJH₂

1 ■ ■ . Dioxan

Wie bereits früher erwähnt, soll das Verdünnungsmittel mit dem primären Lösungsmittel und dem Modifizierungsmittel, Vielehe'' zusammen das durch Auslaugen von Niederschlag zu entfernende Gesamtlösungsmittelsystem darstellen, verträglich sein* Das geeignetste Verdünnungsmittel ist Wasser-, welches normalerweise in allen Systemen, für die es brauchbar ist, eingesetzt wird. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, ein Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel als Verdünnungsmittel zu verwenden; in diesen Fällen kann das organische Lösungsmittel das gleiche sein, wie das Modifizierungsmittel oder das primäre φ Lösungsmittel, oder kann eine /Mischung dieser beiden darstellen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich für einzelne Polymerlösungen, z.B. solche die "Nylon" enthalten, organische Lösungsmittel besser zum Auswaschen eignen. Als Beispiele für derartige Lösungsmittel sind Methanol, Fuselöl oder Benzin zu nennen. Polymerlösungen, welche in Methylisobutylketon gelöstes PoIy₇ vinylchlorid enthalten, können mit Petroleum (Naphtha) ausgewaschen werden. '

In zahlreichen Fällen ist es möglich, mit Hilfe einer qualitatlven Schnellanalyse zu entscheiden, ob ein bestimmtes Verdünnungsmittel zur Verwendung mit einer bestimmten Polymericsung oder mit einem bestimmten gelösten Polymerkernmaterial geeignet ist:

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Gibt man zu dor in Frage stehenden Lösung einige Tropfen des vorgesehenen Verdünnungsmittels hinzu und stellt die augenblickliche Ausfällung des Polymers fest, so kann im allgemeinen damit gerechnet werden, dass damit gut ausgebildete Mikrokapseln erhalten werden. .-,-.-

Die Polymerlösungen besitzen vorteilhafterweise o-i-ie Viskosität von 50 bis 500 cP. Falls Modifizierungsmittel für die Lösung zur Anwendung kommen, sollen sie im allgemeinen in Konzentrationen bis zu etwa 10 ^,bezogen auf das Gemisch aus Polymer und Lösungsmittel, vorliegen. Im allgemeinen beträgt die Konzentration 1 bis ~ _

Die Selektivität der Aussenhaut der erfindungsgemässen Mikrokapsel kann durch eine Nachbehandlung der Kapsel in einem Bad bei erhöhter Temperatur erreicht werden. Die Nachbehandlung wird zweckmässig bei 'Temperaturen im Bereich von 50 bis 90⁰C durchgeführt, obgleich bei einigen Polymeren die gewünschten Ergebnisse durch Anwendung · höherer Temperaturen erzielt worden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis ¹I erläutert.

In Pig. 1 ist eine zur Herstellung der erfindungsgemässen Microkapsel brauchbare Apparatur schemaLisch dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Mikrokapsel in schematischer Darstellung.

Fig. 3 zeigt eine Kapsel, Vielehe eine nichtporöse Aussenhaut aufweist, durch welche der Materialfluss im wesentlichen durch chemisch aktivierte Diffusionsprozesse erfölen muss. ' \ ■■■

In Fig. 4 ist eine UV-Absorptionskurve dargestellt, Vielehe von einem aus einer chromatographischen Säule ausfliessenden Material- gemisch unter Verwendung einer mit den erfindungsgemässen Mikro-

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kapseln beschickten chromatographischen Trennsäule erhalten vmrde. Ausserdem sind in Fig. 4 die UV-Absorptionskurven der einzelnen Komponenten dargestellt.

In Pig. 1 ist eine zur Herstellung der Tröpfchen geeignete Vorrichtung 9 dargestellt. Wie daraus ersichtlich, wird ein Vorratsbehälter 12" mit einer Polymerlösung 10 beschickt. Dies gelangt dann in eine Austragsleitung 15 sin welcher ein Draht 16 zentrisch angeordnet ist. Dieser Draht 16 bildet einen feststehenden zentral angeordneten Kern, an viel ehern sich die Tropfen aus der Poly« merlösung bilden können. Der Vorratsbehälter 12 ist von einem Luftmantel "17 umgeben, welcher es ermöglichlicht ein aus Polymerlösung 10 bestehendes Tröpfchen 18 mit geeigneter Grosse wegzublasen. Die Tropfengrösse und damit die Grbsse der herzustellß nden Mikrokapseln kann eingestellt werden, indem man die Strömungßgcschviindigkeit der Luft und die Geschwindigkeit der Zufuhr der . Lösung einander abstimmt. Die Leitung l4 ist zweekmässigerw.eise eine Injektionsnadel für Einspritzungen unter die Haut, wobei durch den eingebauten Draht 16 ermöglicht wird, dass die Tröpfchen» grösse primär von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch den Lufrnantel 17 abhängt und weniger vom Oeffnungsquerschnitt der Leitung l4. .

In Fig. 2 ist eine Mikrokapsel 51 dargestellt, welche eine dünne mikroporöse Aussenhaut ;50 mit den Mikroporen ^2 aufweist. Das innere Volumen der Mikrokapsel besteht aus grossen und kleinen Leerräumen J54, die geeignet sind,, das Kernmaterial aufzunehmen. Die im Inneren angeordnete Trägerstruktur j56 gewährleistet eine hohe Wiäerstandsfähigkeit der Membran gegen von aussen einvrirkende Drücke. Diese Art'von Mikrokapseln ist ausserordentlich vielseitig verv/endbar und kann für eine Vielzahl verschiedener Verfahren eingesetzt werden.

In Fig. 3 ist eine Mikrokapsel 4-0 von anderer Beschaffenheit dargestellt. Diese Kapsel weist eine dünne Aussenhaut 42 auf, weiche

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praktisch frei von Poren ist. In diesem Pali sind"-zwei Möglichkeiten gegeben :(1) Es findet ein auf Diffusionsvorgängen beruhender Materialtransport statt, z.B. durch Pick'sehe Diffusion oder ahnliehe Vorgänge; oder (2) es findet praktisch kein Materialtransport durch die Membrane hindurch statt. Im letztgenannten Fall ; erfordert die Freisetzung des Kernmaterials eine Zerstörung der Aussenhaut durch physikalische oder chemische Einwirkung·» Die Frei-." setzung kann beispielsweise durch Einwirkung von Scherkräften, welche von einer Mischvorrichtung in einem' chemischen Reaktor (z.B. einen Banbury Mixer) oder durch die Anwendung von reaktiven Flüssigkelten, z.B. Magensaft, herbeigeführt werden. "* \

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung und beschreiben einerseits die neuen erfindungsgemässen Produkte und andererseits Verfahren zu deren Herstellung . Die meisten \ Beispiele beziehen sich auf.Mikrokapseln deren Aussenhaut.Poren in der Grosse zwischen 10 und 500 mil aufweisen. Diese Porengrösse ..^r" ist besonders vorteilhaft für Kapseln, welche zur langsamen Abgäbe des Kernmateri^ls vorgesehen sind, ferner für Kapseln für : makromolekulare Trennvorgänge sowie für Verfahren zur-chemischen Modifizierung, bei denen eine chemische-Verbindung der Einwirkung einer anderen in die Kapsel einschlossenen Verbindung -ausgesetzt wird. ■_. ■ > '■:'."-. ;

Obgleich die Beispiele dafür vorgesehen sind,; den durch die Erfindung zu erreichenden technischen Fortsehritt zu veranschaulichen/ dürfte es für einen Fachmann auf dem Gebiet der Polymerchemie ur~ schwer möglich sein, auf der Basis dieser Beispiele--"die geeignet... Polymere, Lösungsmittel, Modifizierungsmittel, Verdünnungsmittel und Kernmaterialicn zur Herstellung der in ihrem Inneren verstärkten Mikrokapseln so auszuwählen, dass Partikel erhalten werden, die den Anforderungen in Bezug auf chemische Beständigkeit, Retentionsvermögen und Fliesseigenschaften für die jeweiligen Anwendungszwecke genügen.

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" .----.·. Beispiel 1 '-_---'- -'■'.:-'.-]. - /■ -Man stellt bei etwa 25⁰C eine l6 $ige Lösung eines Polysulfonpolymers, wie es von der j5M-Company unter der Bezeichnung "Polymer in den Handel gebracht wird, in Dirnethylsulf oxyd her, Diese Lösung wird mit in Schweröl gelöstem Tilrkisch-Rot gefärbt. Die gefärbte Lösung --wird dann tropfenweise mittels einer Injektionsnadel in ein Viasserbad eingeführt. Es bilden sich kleine rosa gefärbte Kugeln (mit einem mittleren Durchmesser 2 mm)> die man 12 .Stunden, lang im Wasser bei 25 C auslaugt und anschliessend trocknet.

Von diesen Kugeln nimmt man zwei quantitativ gleiche Proben^urid unterwirft diese den folgenden Untersuchungen: . ■-.-.. Die Kugeln der Probe 1werden in annähernd gleiche Halbkugeln zerschnitten und in ein vorgegebenes Volumen Petroleum gebrächt. Die Kugeln der Probe 2-.-.werden unzerstört in ein gleiches Volumen Petroleum gebracht. Die Kugeln der Probe 1 nehmen im Laufe von -etwa 5 bis 8 Stunden eine "lellrote Färbung an. Die Kugeln der ; Probe 2 erreichen die gleiche Färb intensität ,'nur sehr langsam,, das heisst diese wird innerhalb von etwa 120 Stunden noch nicht erreicht. Dies deutet darauf.'hin,-, dass die Aüsserihaut dieser Mikrokapseln eine "wirksame,,, den Durchgang verzögernde mikroporöse Trennschicht für den Durchgang des Farbstoffes darstellt.

Der gleiche Vorgang kann beispielsweise in der Landwirtschaft angewendet werden, um eine langsame Freisetzung von Pflanzennährstoffen zu bewirken. Bei Anwendung in der Medizin gelingt es auf diese Weise' eine Depotwirkung: zu erzielen^ das heisst die langsame Abgabe von Arzneimitteln zu ermöglichen. Schriesslich kann dieser Vorgang auch auf anderen Gebieten, auf denen die langsame Freisetzung von Materialien erwünscht"ist,"-Anwendung" finden, z.B. für die langsame Abgabe von Geschüiack- oder Duftstoffen, sowie von .. Komponenten und anderen Substanzen, die die Neigung: besitzen zu rasch aus der Umgebung, in der sie ihre Wirkung entfalten sollen, zu entweichen. ' ■

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Beispiel 2 . ' ■

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird wiederholt mit der Ausnahme., dass kein Farbstoff verwendet wird' und dass die Verfahrensbedinguncen derart abgeändert werden, dass die Temperatur des Wasserbades etwa 100 C beträgt. Auf diese .V/eise werden Partikel erhalten, welche im Inneren einen ziemlich Glossen Hohlraum aufweisen und bei denen das mikroporöse schwamnartice Material weitgehend auf den der sehr dichten Aussenhaut benachbarten Innenraum beschränkt.

Beispiel 2

^s wird eine Lösung von 4l g "Dynel" in 1^0" cm IT, 1:'-Dimethylformamid hergestellt. Die resultierende Lösuns' wird mit dem gleichen Volumen Wintergrünöl (Methyl-o-salicylate Molekulargewicht 152,14) verdünnt. Diese Lösung wird dam) bei 25°C mit Hilfe einer Injektionsnadel (Nr. 21) tropfenweise in eine 20-f.'ige wässrige Kochsalzlösung eingebracht und unter Rühren mehrere Stunden bei 25 C stellen gelassen.

Die auf diese Weise erhaltenen Partikel oder "Perlen" sind hart, _;; transparent und enthalten "J6 Gew.£· Methyl-o-salicylat.

' Beispiel 4

Eine Menge von 0,59 5 Katalase, ein Enzym, werden in 5,9 G Wasser gelöst; anschliessend fügt man 54 cnr⁵ N,N'-Dimethylformamid hinzu um ein brauchbares Lösungsmittel zu erhalten, indem man 6 g "Dynel" auflöst. Die resultierende Lösung wird", tropfenweise in 2000 era? Wasser, welches etwa 0,5 cm eines oberflächenaktiven Mittels enthält,¹ eingeführt. Als oberflächenalctives Mittel verwendet man ein von Rch:n und Haas unter der Bezeichnung "Triton X-100" gebrachtes Produkt. Die auf diese Weise erhaltenen Partike*!

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BAD

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mit einem mittleren Durchmesser von etwa 2 bis 5 mm werden an~ schliessend 4 Stunden lang; in der Badflüssigkeit gequirlt* Während dieser Zeit gehen die Partikel in harte weisse kugelförmige Gebilde über.

Diese Kügelchen gibt man in eine 5 $ige wässrige Lösung von-Wasserstoffperoxyd. Während mehrerer Stunden wird die Entwicklung von Gasblasen beobachtet. Daraus ist ersichtlich, dass das in die Kapseln (die kugelförmigen Gebilde) eingeschlossene Enzym als Katalysator wirkt und die Zersetzung des in die Kapseln eindringenden Wasserstoffperoxyds vorbeiführt. Diese Zersetzung

I :

verläuft entsprechend der folgenden Reaktionsgleiehunc:

21^O₂ O₂ + 2H₂O

Der Sauerstoff kann dabei selbstverständlichdurch die Aussen-haut der Kapseln entweichen.

Da das Enzym in den Kapseln festgehalten wird, kann es selbst nicht entvielchr^n; demzufolge ist seine Wirksamkeit verlängert. Derartige Katalase einschliessende Kapselmaterialien können in physiologischen Systemen eingesetzt v/erden, in denen eine uner-■vfünschte Bildung von Wasserstoffperoxyd stattfindet, ohne dass befürchtet vierden muss, dass das Enzym Teile des Systems erreicht, in welchen es eine Zerstörung bewirken könnte. Derartige Kapseln können beispielsv/eise zur Bekämpfung von Strahlungsschäden (radiation siclmess) verwendet wurden.

Beispiel 5

Die nachfolgenden Systeme vmrden zur Herstellung von Partikeln " mit eineranisotropen Aussenhaufc verwendet. Derartige Partikel sind für die Trennung makromolekularer Materialien geeignet, wenn man sie zur Füllung von "chromatographisehen Säulen¹*

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Polyraer, ^-Lösung Lösungsmittel Verdünnungsmittel

Form der Partikel

a) Polysulfon (10

b) "Dynel" (10

c) "Nomex"' ** (5

N, N'-Dimethyl- -Wasser·* Aceton
formamid ·

Dimethylsulfoxyd

K,N¹-Dimethyl formamid*

Wasser-Seife

Wasser-"Tribon X-IOO"

harte weisse Kugeln, Durchmesser 2 bis 5 Kim

harte weisse Kugeln, Durchmesser 2 bis 3 nmr

Rauhere Aussen- .-haut als bei a) und b)

* enthält 2,5 % Lithiumchlorid

.** Handelsname einer Paser.aus aromatischem Polyamidpolymer} Hersteller: E.I. DuPont de Nemours and Co., Inc.

Beispiel 6

Es werden" zwei getrennte Mengen von kugelförmigen Gebilden hergestellt, indem man für die erste Menge eine 6 ^ige Lösung von "Dynel" in Dimethylsulfoxyd verwendet, während man für die zweite Menge eine 5 $ige Lösung von "Dynel" Dirnethy1 salfoxyd einsetzt. In beiden Fällen werden die kugelförmigen Gebilde unter Verwendung von Wasser als Verdünnungsmittel erhalten; der durchschnittliche Partilceldurchmesser betrug in beiden Fällen etwa 2 mm. Die so erhaltenen Proben v/erden dann getrennt in leere Säulen gebracht., Vielehe einen Durchmesser von 1,5 cm und eine Länge von 15 cm besitzen. Anschliessend wurden diese Säulen so verbunden, dass sie nachein--' ander durchschlossen werden, wobei sie auf der 6 ^igen "Dynel"-Lösung hergestellten kugelförmigen Gebilde in, der aufsteigenden Säule untergebracht wurden. . - ·.

Danach wurde eine Standardlösung mit den folgenden Bestandteilen ,

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BAD ORIGINAL

Gammaglobulin (PI.S.) " 1 Volumenteil

Albumin - 1 Volumenteil . ;

Ovalbumin . ■_■ 1 Volurnenteil

Phenylalanin . " 1 Volumenteil

Cytochrom C , . 1 Volumenteil '

Phosphatpuffer (pH 7,4) - 95 Volumenteile

hergestellt und eine Probe von 0.5 ml dieser Lösung in die aufsteigende Säule gebracht. Dann wurde eine Pufferlösung (ein Teil 0,1 molare Phosphatpuffer und 9 Teile physiologische Kochsalzlösung mit einem pH-Wert von 7,¹I-) in Umlauf gesetzt. Die Durchflussgesehwindigkeit in der Säule wurde dabei auf 12 ml pro Stunde eingestellt. -

Das die absteigende Säule verlassende Material wurde anschliesserid mit Hilfe eines UV-Spektrometers analysiert. Es konnte festgestellt werden, dass trotz der sehr geringen Länge der verwendeten Säule ' und des verhältnismässig kleinen "chromatographisch" wirksamen Bereiches (es wurden verhältnismässig grosse Partikel verv/endet) eine weitgehende Abtrennung von Gammaglobulin und Albumin stattgefunden hatte.

In Fig. 4 ist die erhaltene UV-Absorptionskurve dargestellt. Maximum A entspricht dabei dem Gammaglobulin, Maximum B dein Albumin.

Aus dem vorhergehenden ist ersichtlich, dass die obere Grenze für die Grosse der Moleküle, welche die Partikel durchdringen können, durch die Porenstruktur der Aussenhaut der Kapseln bestimmt"wird. Die tatsächliche Zeitspanne, die ein Molekül bestimmter Grosse benötigt,' um eine Säule mit gegebener Packung zu durchwandern, entspricht der Summe aus der zum Durchwandern der Säule benötigten Zeit, falls ein Eindringen der Moleküle indie Kapseln unmöglich wäre, und der Verweilzeit der Moleküle in der Kapsel, falls das Molekül in die Kapseln eindringen kann. Bei Molekülen,, die nicht in die Kapseln eindringen können, wird die Wanderungsgesehwindigkeit lediglich durch das Volumen der Säule abzüglich des Kapselvolumens

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BAD ORIGINAL

bestimmt. Die Tatsache, dass Materialien,--welche die Äussenhaut der Kapseln durchdringen können,eine längere Verweilzeit in derf , Säule besitzen, v/eiche von der Grosse und den Diffusionseigenschaften des Materials abhängt, ermöglicht die Trennung derartiger Materialien in .Abhängigkeit von ihrer Grosse und ihren Diffusionseigenschaften. Dabei ist zubemerken, dass diese Effekte merklich vergrössert werden können, wenn das Polymer, aus dem die Kapseln gebildet werden, dem Jeweiligen Verwendungszweck angepasst ist. So können beispielsweise die Partikel aus lonenaustauscherharzen, z.B. aminiertem Polyvinylchlorid, PdlyelGktrolyt-Komplexharzen mit einem grossen lieber schuss an anionischen oder kationischen Gruppen oder ähnlichen Materialien hergestellt ^ sein.

Beispiel 7

3 g einer unter dem Hamen "Orion" befindlichen Polyacrylnitril- faser (Hersteller E.I. DuPont de Nemours and Co., Inc.) wurden in 50 g einer wässrigen. Lösung, welche- 70 Gew.£ Zinkchlorid enthielt, aufgelöst. Nach dem Losen wurde auf etwa 25°C abgekühlt und der Lösung 0,2 g des Enzyms Katalase zugesetzt. Danach wurde die Lösung tropfenwcise mit Hilfeeiner Injektionsnadel (Nr. 21) in ein Acetonbad eingetragen, wo es zur Bildung der Partikel (Mikrokapsel) kam. Nach etwa 30 Minuten dauerndem Rühren in Aceton, wurden die Partikel entfernt und in ein"-Wasserbad'gebracht«. Dort wurden-die Partikel etwa 4 Stunden lang bei Raumtemperatur belassen um das restliche Aceton und das noch vorhandene Salz aufzulaugen.

Die zurückbleibenden Partikel wurden in verdünnte Wasserstoffperoxydlösung gebracht und begannen nach einigen Stunden zu schwimmen, was auf die Entwicklung von Sauerstoff im Inneren und an der Oberfläche der das Enzym einschliessendei Partikel zurückzuführen ist.

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-■■-■■■ Beispiel 8 : . . " ". \

Das Verfahren nach 'Beispiel J5 wurdewiederholt mit der Ausnahme, dass das als Modifizierungsmittel im Verdünnungsmittel verwendete Salz weggelassen wurde und dass an dessen Stelle der Polymerlösung 10 Gev.^T..fi"'"I-JatriuiTiGhlorid einverleibt wurden.

Die auf diese Weise erhaltenen Mikrokapseln.waren stärker durchlässig,, als die nach dem Verfahren nach Beispiel 3> hergestellten, wodurch ein schnelleres Auswandern des in die Partikeln eingeschlossenen. "Uintergrünö'ls ermöglicht wurde.

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Claims

Pa t en ta ns ρ r ü. e he ; _

1. Mikrokapsel bestehend aus einer kontinuierlichen Phase organischen polymeren Materials., d.adurch gekennzeichnet, dass sie'eine ■ Aussenhaut mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 5 π und eine makroporöse Trägerstruktur im Innern aufweist, wobei die Träfverstruktur unter der Aussenhaut liegt und diese unterstützt, und dass das Leervolumen der Mikrokapsel mindestens 25 £ des Gesa rat ν öl umens der Kapsel betragt.. -

2. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die makroporöse Trägerstruktur im wesentlichen über das gesamte Innen- ." " volumen der Kapsel verteilt ist. ·.

;5. Mik.rokaps.el nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die makroporöse Trägerstruktur im wesentlichen auf den der Aussenhaut benachbarten Teil des Innenvolumens der Kapsel beschränkt ist.

4. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leervolumen der Kapsel mit einem chemischen Reagenz gefüllt ist.

5. Mikrokapsel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Reagenz ein Enzym ist. · j

6.-Mikrokapsel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Reagenz ein Vernetzungsmittel i

7. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leervolumen der Kapsel mit einem Düngemittel gefüllt ist, welches die Aussenhaut durchdringen kann. ■-,--■" ' '

8. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische polymere Material ein Polymer ist, welches eine Glastemperatur oberhalb 20°C besitzt und bei 25°C und einer relativen Feuchtigkeit von 100 fo weniger als 10 % Feuchtigkeit absorbiert.

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9· Verfahren zur Herstellung anisotroper, mikroporöser, flüsslgkeitsdurchlässiger Partikel au.:; einer Lösung eines Polymers in einem organischen Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösung in Tröpfchenform überführt und die Tröpfchen mit einem VerdünnunGsmittel in Berührung bringt, welches mit dem organischen Lösungsmittel in hohem Masse verträglich ist, und dessen Verträglichkeit mit der Lösung des Polymers so gering ist, dass das Polymer unmittelbar bei Berührung mit dem Verdünnungsmittel

us der Lösung ausgefällt wird, und dass man das Verdünnungsmitte so lange ,mit den ausgefällten Tröpfchen in Berührung hält bis das gesamte Lösungsmittel durch das Verdünnungsmittel verdrängt

ist.: - ...■■.. .■■■. - ■■ -. ' ■■■-■ V ■■■.

10. Verfahren nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer ein Pclyearbonat, Polyviriylch,lorid, ein Copolymer von Acrylnitril und Polyvinylchlorid, ein PolysulfQn, Polymethylmethacrylat, Pols'"(n-butyl-methaerylat) und "Polymer >βθ", verwendet und dass man als Lösungsmittel Dimethylformamid, Olßet'nrjlsulfoxyd, Dimethyläcetamid, N^N'-Diäthylformamid/ Diäthylpropionamid, n-Butyrolacton, ^ethylencarbonat, Tetrahydrothiophen, ~- Dirnethylpropionamid, Cyclohexanon, N-Methyl-pyrrolidon, Tetrahydrofuran, öder Dio3can; Gemische von wenigstens einem der oben genannten -Losungsmittel mit nichtpolaren Aethern; Mischungen von wenigstens einem der oben genannten Lösungsmittel mit Alkylketonen, welche weniger als 4 Kohlenstoffatome■■-aufweisen;, oder Mischungen von vienigstens zv/ei der oben genannten Lösungsmittel wählt. .' . ■ . . - . - ' :_ - ,"■■

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeiclinet, dass man als Verdünnungsmittel Wasser, ein Gemisch aus Wasser und wenigstens einem organischen Lösungsmittel oder eine Lösung eines anorganischen Salzes in Wasser verwendet.