DE102010045479A1

DE102010045479A1 - Verfahren zur Mikroverkapselung, Herstellung von festen Formen mehrphasiger mischbarer und nichtmischbarer Materialien und Methode zur Herstellung vorgenannter Systeme

Info

Publication number: DE102010045479A1
Application number: DE102010045479.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Brandau; Jens Schwinn; Margaret T. Virgallito
Original assignee: BRACE CAPITAL GmbH
Current assignee: BRACE CAPITAL GmbH
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2014-10-30
Also published as: WO2012036953A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Einkapselungssystem basierend auf physikalischen Messungen der Grenzflächenspannung, der Dichte und der Viskosität von zwei oder mehreren mischbaren oder unmischbaren Phasen. Durch Nutzung der physikalischen Messungen von zwei oder mehreren Phasen ist es möglich, die bevorzugte Phasenbildung von den zwei oder mehreren Phasen vorherzusagen. In Übereinstimmung mit der bevorzugten Phasenbildung können Dareichungsformen bestehend aus nahtlosen Mikrokapseln, Mikrokugeln, Extrudaten, Agglomeraten, Partikeln, Makrokapseln, Makrokugeln, Filmen, Filamenten und verschiedenen anderen Formen von Mikrokapseln und Mikrokugeln hergestellt werden.

Description

Feld der Erfindung
Die vorstehende Erfindung beschreibt ein Mikroverkapselungssystem das für einen weiten Anwendungsbereich mit unterschiedlichen Formulierungen Systeme aus zwei oder mehr Phasen mischbarer oder nichtmischbarer Systeme, sowie den Prozess zur Herstellung von Partikeln, Filmen, Extrudaten, Agglomeraten, Fäden oder anderen festen Formen genutzt werden kann. Das Einkapselungssystem umfasst nicht nur eine Formulierung sondern auch eine Methode zur Auswahl derselben, durch Messung mit gängigen Methoden der physikalischen Daten der zur verkapselnden Systeme.
Unter Nutzung der physikalischen Messungen der Phasen wird die vorteilhafte Phasenbildung von den zwei oder mehr Phasen vorausgesagt. Die vorteilhafte Phasenbildung wird korreliert um die stabile Formulierung zu erhalten.
Diese Formulierung wird dann zur Herstellung der festen Formen der Einkapselungssyteme benutzt. In diesem System können die zu kombinierenden Phasen mischbar, nicht mischbar oder in beliebiger Kombination teilmischbar sein.
Hintergrund der Erfindung
Es ist eine große Anzahl an Verfahren bekannt, die zur Einkapselung von zwei oder mehr Phasen verwendet werden. Diese Verfahren umfassen Sprühtrocknung, Koazervation, Emulsions-Evaporation, Vertropfung, Extrusion und weitere Verfahren. All diese Verfahren haben gemeinsam, dass das Einkapselungssystem erst durch Ausprobieren festgelegt werden kann, was das Verfahren teuer und ermüdend macht. Ein erfahrener Fachmann ist erforderlich, um ein optimales System zu entwickeln, der oft nur durch Intuition – und nicht durch wissenschaftliche Methoden – den besten Startpunkt festlegen kann.
Obwohl Methoden zur Messung der detaillierten physikalischen Eigenschaften existieren – unter ihnen sind Oberflächenspannung, Viskosität, Dichte, Polarität etc. und schon allgemein bekannt sind, werden diese Daten isoliert und nicht in Relation zu anderen Materialien oder Wechselwirkungen mit solchen betrachtet.
Um solche physikalischen Eigenschaften zu bestimmen werden wohlbekannte Methoden verwendet. Zum Beispiel sind Messungen der Viskosität und der Dichte wohl bekannt und auch verstanden. Sie können exakt mit manuellen oder automatischen Methoden, die im Markt verfügbar sind, gemessen werden. Zum Beispiel kann die Dichte mit einem DensityPro Messgerät von Thermo (http://www.thermoscientific.com) und die Viskosität mit einem DV-III + Ultra Digital Rheometer von Brookfield (http://brookfield-gmbh.de) gemessen werden. Diese Werte geben eine Grundlage für die Prozessierbarkeit in einem bestimmten Prozess. Für Vertropfungsprozesse ist es zum Beispiel nötig die Viskosität unterhalb von 10 Pa·s zu halten, vorzugsweise im Bereich von 0.1–2 Pa·s.
Für die Oberflächenspannung sind eine Reihe von Methoden bekannt und zugänglich. Allerdings basieren diese Methoden auf einer Messung gegen Luft. Dies ist für ein einphasiges System völlig ausreichend. Für mehrphasige Systeme wie in der hier vorgestellten Erfindung sind diese Messmethoden nur von geringem Wert. Für mehrphasige Systeme ist es notwendig die Oberflächenspannung an der Grenzfläche der Phasen zu kennen.
Die Grenzphasenspannung, Oberflächenspannung oder präziser die Oberflächenenergie, wird allgemein als Wirkung der atomaren oder molekularen Wechselwirkungen der Grenzfläche angesehen. Oberflächenenergie existiert zwischen jeder Grenzphase im makroskopischen Sinne, möglich zwischen gasförmigem flüssigem, festem oder einem anderen makroskopischen Zustand in jeder beliebigen Kombination. Die Grenzphasenenergie wird als Ergebnis der van-der-Waals Wechselwirkung, der Polarität der Moleküle und auch der Wechselwirkungen der freien Gibbs Energie, Enthalpie und Entropie betrachtet.
Die Oberflächenenergie spielt eine wichtige Rolle in einer Reihe von industriellen Gebieten zur Bestimmung der Effizienz der Adhäsion, der Qualität von Beschichtungen und Drucken, der Effizienz von Benetzungen, der Reinigungswirkung, der Stabilität von Partikeldispersionen, der Mischbarkeit, der Streichbarkeit von Stoffen oder der Trennung oder Agglomeration von Pulvermischungen. Es ist somit für die Qualität von Produkten in einer Reihe von technischen Anwendungen wie der Herstellung und Anwendung von Farben, Lacken, Pharmazeutika, Beschichtungen, Klebstoffen, Lebensmitteln, Ölen, medizinischen und textilen Produkten unerlässlich diese physikalischen und chemischen mikroskopischen Wechselwirkungen zu verstehen und genau zu messen. Diese Anwendungen schließen unterschiedliche Prozesse wie Emulgieren, Flotation, Beschichten, Verflüssigen, Lösen, Schmieren, Dispergieren etc. ein und beziehen sich auf unterschiedliche Phasen.
Die Mischbarkeit zweier Substanzen ist ein wichtiger Faktor in der Formulierung über alle chemischen Bereiche. Der Grund für die Mischbarkeit oder Nichtmischbarkeit ist nicht ausschließlich die Polarität zweier Substanzen, sondern auch die Oberflächenenergie zwischen diesen beiden, hier als Oberflächenspannung bezeichnet. Bei mischbaren Materialien sind die Kräfte in den einzelnen Phasen zwischen den Phasen in alle Richtungen gerichtet, d. h. wenigstens ein Teil der Kräfte ist in die andere Phase gerichtet, mit einem Anteil der korreliert nun Gesamtmischbarkeitsverhältnis der beiden Phasen ist. Für unmischbare Substanzen sind die Kräfte nicht in die andere Phase gerichtet. Das heißt, dass die Kraft nur entlang der Phasengrenzfläche auftritt und die eine Phase aus der anderen heraus drängt. Makroskopisch kann man diesen Effekt bei der Bildung von Öltröpfen in Wasser schon, wo die Oberflächenspannung des Wassers das Öl in eine Kugelform presst und somit die Ölphase durch das optimale Oberfläche/Volumenverhältnis die niedrigste potentielle Energie aufweist.
Die Oberflächenspannung kann in der Form einer reinen Oberflächenspannung (typischerweise gegen Luft) oder als Grenzphasenspannung zwischen zwei Phasen gemessen werden, üblicherweise ausgedrückt als Energie/Fläche Korrelation. Übliche Einheiten für die Oberflächenenergie sind dynes/cm oder mN/m, die identisch sind.
Wenn zwei flüssige Phasen gegeneinander gemessen werden, wird dies üblicherweise als Grenzflächenspannung bezeichnet, die sich aber vom Prinzip her nicht von der Oberflächenspannung gegen ein Gas oder Feststoff unterscheiden. Es ist daher richtiger jegliche Messung von Oberflächeninteraktionen als Oberflächenenergie zu beschreiben. Bei flüssig-flüssig Messungen werden die beiden Flüssigkeiten artifiziell in eine „schwere” und eine „leichte” Phase unterteilt (1).
Bei der Untersuchung einer Verkapselungsformulierung, zum Beispiel für eine Mikrokapsel, bestimmt die Oberflächenenergie beider Phasen die Verkapselbarkeit dieser beiden Materialien. Bei einem Überschuss der Oberflächenenergie bei der Wechselwirkung der beiden Phasen kann die innere Phase aus der äußeren herausgedrängt werden, und zwar zu wechselnden Anteilen. Daher kann die Kompatibilität zweier Phasen durch den Anteil der Überschussenergie an der Grenzfläche bestimmt werden.
Ein scharfer Übergang existiert dabei nicht. Die Qualität der Verkapselung variiert mit dem Anteil der Überschussenergie bis ein „Übergangspunkt” erreicht wird, ab dem eine Verkapselung nicht mehr möglich ist. Wie in dieser Erfindung gezeigt wird, kann die Optimierung der Überschussenergie zwischen zwei Phasen so austariert werden, dass eine optimales Verkapselungssystem erhalten wird, ermöglicht durch die Messung der Überschussenergie der beiden Phasen. Wie die vorliegende Erfindung zeigt, ist dies nicht auf Kern-Hülle-Verkapselungen beschränkt (Mikrokapseln), sondern gilt auch für viele andere Formen der Verkapselung wie Filme, Strips, Partikel, Pellets, Sprühungen, Extrudate, Mikrokugeln, Emulsionen, Suspensionen und andere Formen von Verkapselungssystemen.
Ein direkter Weg die Überschussenergie zu messen ist die Generierung und Analyse der Form und des Aussehens eines Flüssigkeitstropfens in einer zweiten Flüssigkeit, also die Herstellung einer flüssig-flüssig-Interaktion, die dann die Oberflächenenergie direkt quantifizierbar macht. Die Oberflächenenergie kann mit den folgenden Formeln berechnet werden: γ = ΔρgR₀ ²/β wobei

γ: = Oberflächenspannung
Δρ: = Dichteunterschied der Flüssigkeiten an der Grenzfläche
g: = Erdbeschleunigungskonstante
R₀: = Tropfenradius am Apex
β: = Formfaktor

β, der Formfaktor kann mit der Young-Laplace-Gleichung aus drei dimensionlosen Gleichungen erster Ordnung berechnet werden, wie in folgender Abbildung dargestellt:
Die Young-Laplace-Gleichung kann für β mit modernen rechnergestützten iterativen Methoden berechnet werden. Für die Methode des hängenden Tropfens (Pendant-Drop-Mehode) bei bekannter Dichte zweier in Kontakt stehender Flüssigkeiten kann die Oberflächenspannung als eine Lösung der Young-Laplace-Gleichung gemessen und berechnet werden. Dies stellt eine signifikante Verbesserung von traditionellen Methoden dar. Zusätzlich ist es möglich sehr kleine Volumina zu benutzen, niedrige Oberflächenenergien zu messen, wie auch Schmelzen und andere Flüssigkeitsformen oder verflüssigbare Materialien. Es gibt eine Reihe von kommerziell erhältlichen Apparaten die diese Methode verwenden, z. B. das video-basierte Kontaktwinkelmeßgerät OCA 20 von Data Physics GmbH (http://www.dataphysics.de).

Ein weiter Bereich von Flüssigkeiten kann mit so einem Apparat gemessen werden. Eine Auswahl von Grenzflächenspannungen von Flüssigkeiten bei 20°C ist in folgender Tabelle aufgelistet:

Flüssigkeit	γ/(mN m^–1)	Flüssigkeit	γ/(mN m^–1)
Wasser gegen:		Quecksilber gegen:
Benzol	35	Aceton	390
Trichlormethan	45	Benzol	357
Chloroform	28	Chloroform	357
Di-ethylether	10	Di-ethylether	379
Heptylsäure	7	n-Heptan	379
n-Heptan	51	Ölsäure	322
n-Octan	51
Olivenöl	20
Paraffinöl	48

Die Oberflächenenergie ist hier nicht nur ein Teilaspekt, sondern gibt auch ein Maß für die Polarität zwischen den beiden Phasen an. Polaritätsmessungen sind keine Standardmethode, auch wenn kommerzielle Geräte dafür erhältlich sind. Da die Polarität auf der Ladungsseparation basiert, die bei einem Molekül mit einem Dipol existiert, können polare Moleküle durch Dipol-Dipol intermolekulare Wechselwirkungen zwischen einem Molekül (und Teil von einen großem Molekül) mit einer asymetrischen Ladungsverteilung gebunden werden. Die molekulare Polarität hängt dabei von den Unterschieden der Elektronegativität zwischen den Atomen einer Verbindung und der Verbindungstruktur ab. Ein Molekül umgeben von gleichen Molekülen in allen Richtungen wird keine Oberflächenenergie addieren aufgrund der Polarität, allerdings können andere Effekte wie Siede- oder Schmelzpunktserhöhungen durch Veränderungen der van-der-Waals Wechselwirkungen zwischen polaren Gruppen und Salzlöslichkeit auftreten. Diese haben natürlich auch eine Auswirkung auf die Stabilität des Verkapselungssystems. Den stärksten Effekt auf die Oberflächenenergie wird ein polares Molekül an der Phasengrenzfläche entfalten, wo die Kräfte nach Innen und in die Grenzfläche selber gerichtet sind. Je höher die Polarität ist, desto höher wird üblicherweise die resultierende Oberflächenspannung sein.
Wie in obiger Tabelle zu erkennen ist, können auch schwache polare Gruppen, die eine Flüssigkeit noch nicht als „polar” klassifizieren, einen großen Einfluss auf die Oberflächenenergie zweier Flüssigkeiten haben. Olivenöl ist zum Beispiel sicherlich als urpolar einzustufen, die Oberflächenenergie zwischen Wasser und Olivenöl ist jedoch nicht einmal halb so groß, wie zwischen Paraffinöl und Wasser. Der Wert der Oberflächenenergie ist üblicherweise nicht sehr hoch, da er aber über mehrere Größenordnungen laufen kann, hat er einen großen Einfluss auf die Verkapselbarkeit.
Polarität wird üblicherweise als Verhältnis der Dielektrizitätskonstante eines Moleküls gemessen. Das ist keine exakte Korrelation, aber es gibt einen guten Hinweis auf die Polarität. Stoffe mit einem Wert unterhalb 15 werden üblicherweise als nicht polar bezeichnet. Technisch zeigt die Dielektrizitätskonstante die Fähigkeit eines Lösungsmittels zur Reduzierung der Feldstärke eines elektrischen Feldes welches ein geladenes Teilchen umgibt, das im Lösungsmittel enthalten ist. Folgende Tabelle zeigt einige Beispiele von Dielektrizitätskonstanten und Dipolmomenten:
Die Oberflächenspannung ist eine intrinsische Eigenschaft von Substanzen. Sie kann jedoch durch die Verwendung von oberflächenaktiven Substanzen stark verändert werden. Dafür gibt es keine lineare Korrelation, es kommt aber auf die Stärke der intramolekularen Wechselwirkungen in den Phasen an. Eine polare Flüssigkeit – hier Lösungsmittel genannt – kann ein Salz, das aus positiv und negativ geladenen Tonen aufgebaut ist, lösen. Diese Ionen „lagern” sich an die positiven oder negativen Molekülteile des Lösungsmittel an. Dadurch werden die Wechselwirkungen mit anderen Lösungsmittelmolekülen blockiert, also reduziert. Der makroskopische Effekt ist eine Änderung in der Polarität und letztendlich resultiert eine Schmelzpunktserniedrigung auf Grund der Änderung der Oberflächenenergie. Dieser Effekt zeigt sich im Winter bei der Salznutzung um den Schmelzpunkt von Wasser zu erniedrigen, wodurch Schnee und Eis schmelzen.
Grundsätzlich resultiert bei mischbaren Phasen eine Änderung der Oberflächenenergie, unabhängig davon ob es sich um eine Mischbarkeit auf molekularer Ebene (mikroskopisch eine Lösung), ein Sol oder Gel, oder eine Suspension (makroskopische Mischung) handelt. Die vorliegende Erfindung zeigt, dass durch die Wahl des richtigen oberflächenaktiven Materials, z. B. Salze, Lösungsvermittler, Additiven oder sogar dem zu verkapselnden Aktivstoff, die Eigenschaften der Oberflächenspannung soweit angepasst werden können, dass ein Verkapselungssystem vollständig die gewünschten Eigenschaften erfüllt.
Neben diesen chemischen Einflüssen spielt auch die Temperatur eine wichtige Rolle, nicht nur bei der Einstellung von Viskosität und Dichte, sondern auch bei der Oberflächenspannung, da die Brownsche Molekularbewegung mit steigender Temperatur zunimmt und die Oberflächenspannung schwächt. Dies kann makroskopisch beim Sieden einer Flüssigkeit beobachtet werden – hier ist die Oberflächenspannung nicht groß genug um die Moleküle in der Flüssigkeit fest zu halten, so dass die Moleküle in die Gasphase eintreten.
Ausgestattet mit dem so präparierten optimierten Verkapselungssystem können die Phasen in Partikel umgeformt werden, wie in dieser Erfindung gezeigt, zur Anwendung mit den präzisen Eigenschaften die notwendig sind für die beste Performance.
Das U.S. Pat. No. 4,251,195 beschreibt einen Apparat um Minikapseln herzustellen, wobei die Kapselgenerierung durch Koaxialdüsen hergestellt wird. Die innere Phase wird durch eine Innendüse, die umhüllende Phase durch eine konzentrisch darum angebrachte Düse geleitet. Die resultierende zweiphasige Mischung wird durch eine weitere Öffnung geführt, die eine Kühlflüssigkeit hinzufügt. Sowohl die Kühlflüssigkeit, die äußere Phase und die innere Phase werden durch eine Leitung geleitet. Durch Schwingungsanregung in der Kühlflüssigkeit werden die beiden inneren Phasen in einzelne Tropfen zerteilt. Die Tropfen werden als Minikapseln verfestigt.
Das US-Patent No. 4,695,466 zeigt eine Erfindung zur Herstellung von Mikrokapseln. Diese Kapseln werden üblicherweise durch zeitgleiche Extrusion zweier Phasen in eine Kühlflüssigkeit hergestellt. Beim Herabsinken des Flüssigkeitsstroms werden die beiden Phasen in einzelne Tropfen unterteilt. Die beiden nichtmischbaren Phasen benötigen eine bestimmte Oberflächenenergie um einen stabilen Tropfenstrom zu erzeugen.
US-Patent No. 5,595,757 beschreibt eine Methode und einen Apparat für die Herstellung von Mikrokapseln die Mikrokapseln mit gleicher Größe und Form herstellen kann, wenn als Schalenmaterial Kohlenhydrate verwendet werden.
Das US-Patent No.6,780,507 zeigt eine Methode Mikrokapseln herzustellen, welche im Kern eine flüssige Komposition umgeben von einer Polymerschale, einer Menbran oder eine Beschichtung besitzen. Die Mikrokapseln werden hergestellt, indem man das Kernmaterial mit einer polymerisierbaren Flüssigkeit durch Ringspaltdüsen extrudiert um konzentrisch angeordnete Tropfen aus zwei Flüssigkeit herzustellen. Durch Energieeintrag durch Hitze oder Licht wird die Hülle polymerisiert. Die resultierenden Mikrokapseln können eine Reihe von flüssigen Materialien enthalten, von wässrigen bis komplett wasserfreien Materialien.
Die US-Patente 4,473,438 und 4,171,243 zeigen eine Methode solche Flüssigkeiten durch Sprühtrocknung in den Kontakt mit einem Trocknungsgas zu bringen, bei dem das Wasser aus den Flüssigkeiten entzogen wird und einen trockenen Partikel erzeugt. Diese Sprühtrocknungsapparatur besteht aus einem Sprühturm mit einem Einlass für die zu trocknenden Flüssigkeit, einem Auslass für das getrocknete Produkt, einem Einlass für das Trocknungsgas, einem Auslass für das Trocknungsgas, einem Erhitzer für die Temperierung des Trocknungsgases – wobei der Erhitzer Einlässe für den Wärmeträger und Luft enthält, sowie einen Auslass für das erhitzte Gas.
Partikel wie Mikrokapseln, Mikrokugeln, Extrudate, Filme, Filamente etc. die Aktivsubstanzen enthalten sind wohlbekannt. Solcherlei Mikrokapseln werden für verschiedene Anwendungen wie z. B. Atemerfrischern, Aromen, pharmazeutisch aktive Komponenten, Nahrungsergänzungsmittel, Klebstoffe, Textilsysteme, Latentwärmespeicher etc. verwendet. Sie bestehen üblicherweise aus einem zweiphasigen System, wobei die äußere Phase hauptsächlich, aber nicht nur, aus wasser- und nicht-wasserlöslichen Polymeren, Weichmachern, Wachsen und Fetten, Emulgatoren etc. als Hüllmaterial besteht Die Auswahl eines bestimmten Hüllsystems und Weichmachers basiert auf den benötigten Wandeigenschaften der Kapseln. Es ist üblich ein wasserlösliches Polymer zu verwenden, das ein starkes Gel mit guten mechanischen Eigenschaften auszubilden vermag. Weichmacher werden zur Steigerung der Elastizität und Biegsamkeit zugefügt. Die Kernmaterialien müssen den Eigenschaften der Wand insofern entsprechen, dass die Grenzphasenspannung die Bildung einer Mikrokapsel unterstützt. Die innere Phase kann Öle, nicht-wasserlösliche Flüssigkeiten, Lösungsmittel, Wasser, wasserlösliche Materialien, Polymere, Metalle, Keramiken und andere enthalten.
All diese Prozessen haben den Nachteil, dass es sich um nicht-deterministische Entwicklungszyklen handelt Jedes System muss getestet und optimiert werden, was ein langer und zeitraubender Versuch-und-Irrtum Prozess ist. Durch den in dieser Erfindung beschriebenen Prozess kann ein Verkapselungssystem durch den zuvor beschriebenen Prozess in eine feste Form umgewandelt werden. Die Prozesse, die die feste Form herstellen, können unterschiedlicher Natur sein, wie ein oder Mehrdüsenprozesse, aber sie müssen in der Lage sein die Viskosität und Oberflächenspannung des Verkapselungssystem durch nicht chemische Methoden zu variieren. Es ist auch möglich eine darüberhinausgehende zusätzliche Phase aufzubringen, die die Oberflächenenergie der äußeren Phase modifiziert um die Grenzphasenenergie auf den gewünschten Wert zu bringen.
Die vorliegende Erfindung zeigt ein neues Verkapselungssystem, deren Komponenten durch die Messung von physikalischen Stoffeigenschaften und einen deterministischen Ansatz gewählt werden, sowie einen neuen Typus fester Formen Aktivkomponenten vorteilhaft zu verkapseln. Darüber hinaus beschreibt die Erfindung einen vielseitigen und anpassungsfähigen Prozess, um eine große Anzahl alter und neuer Probleme oder Verkapselungsaufgaben schnell, günstig und effizient zu lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
Einerseits wird in der vorliegenden Erfindung eine Methode beschrieben, mit der die Grenzflächenspannung einer oder mehrerer nichtmischbarer oder teilweise mischbarer Phasen beschrieben, die insbesondere bei der Herstellung von Tropfen mit nicht-mischbaren oder teilweise mischbaren Phasen verwendbar ist. Dabei werden stabile Formulierungen zur Tropfenbildung aus zwei oder mehreren nicht-mischbaren oder teilweise mischbaren Phasen erhalten. Die nicht-mischbaren oder teilweise mischbaren Phasen bestehen aus flüssigen oder festen Materialien als Kernphase, welche von einer Trägermaterialhülle umrundet sind. Ein anderer Aspekt der Erfindung ist die Offenlegung einer Anzahl von Verkapselungssystemen mit einzigartigen Eigenschaften in den Anwendungen. Insbesondere die Auswahl der Rohstoffe im Zusammenhang mit den zu verkapselnden Materialien stellt die Basis der Erfindung dar.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, dass die Verkapselungssysteme für eine große Anzahl industrieller Prozesse verwendet werden können, solche die bereits weit verbreitet sind als auch solche die noch in den Anfangsstadien stehen, wie zum Beispiel: Emulsionsprozesse, Flotation, Beschichtung, Verflüssigung, Schmierung, Pulverdispersion, Koazervation, Phasentrennung und Mikroverkapselung. Es wird beschrieben wie diese Verkapselungssysteme bei solchen industriellen Prozessen angewendet werden um neue und vorteilhafte Produkte zu erzeugen.
Im Speziellen und wie in dieser Erfindung beschrieben werden diese neuartigen Verkapselungssysteme für Mikrokapseln, Filme und Extrudate verwendet um eine Reihe von aktiven Materialien zu liefern wie zum Beispiel Atemerfrischungsagentien, Aromen, pharmazeutische Aktivkomponenten, Nährstoffe, Klebesysteme, Textiladditive, Latentwärmespeicher (PCMs) etc.
Dem Antragssteller ist keine Vorveröffentlichung bekannt, die Verfahren zur Mikroverkapselung, Herstellung von festen Formen mehrphasiger mischbarer und nichtmischbarer Materialien und Methode zur Herstellung vorgenannter Systeme basierend auf der Auswahl von kompatiblen Hüll- und Kernmaterialien durch Messung der Oberflächenspannung, der Dichte und Viskosität und der Nutzung der physikalischen Messungen von zwei oder mehr Phasen vornimmt, um eine vorteilhafte Bildung von zwei oder mehr Phasen und deren Korrelation für die Herstellung von Liefersystemen und Darreichungsformen zu erzielen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das Einkapselungssystem dieser Erfindung enthält zumindest zwei Phasen, wobei die innere Phase als Kernphase betrachtet wird. Die Kernphase kann eine flüssige oder feste Zusammensetzung besitzen. Die Kernphase kann ein oder mehrere Lösungsmittel und oder ein oder mehrere Aktivsubstanzen enthalten.
Als verwendbare Lösungsmittel kommen in Betracht: Pflanzenöl, Olivenöl, Mineralöl, Safloröl, Sesamöl, Maisöl, Sojaöl, gehärtetes Pflanzenöl, Monoglyceride, Triglyceride, Rapsöl, Silikonöl, Baumwollöl, Leinöl, Palmöl, Erdnußöl, Rizinusöl, tierische Wachse, Pflanzenwachse, synthetische Wachse, petrochemische Wachse, Wasser, organische Lösungsmittel wie Alkohole, Säuren, schmelzbare Verbindungen, Dispersionen, Emulsionen oder andere, allgemein flüssige Materialien mit einem begrenzten Viskositätsbereich von 0,1 bis 10.000 mPa·s. Eine ausführliche Liste befindet sich im Anhang als Liste 1.
Das oberflächenaktive Material kann jedes Material sein welches die gewünschte Eigenschaft besitzt, z. B. ein Duftstoff, ein Parfum, ein Therapeutikum, ein Katalysator, ein reaktives Agens oder ein anderes Material aus Liste 1.
Jedes bekannte Verfahren kann für die Mikroeinkapselung der Kernphase in die Trägerphase benutzt werden. Die Mikrokapselproduktion kann mit physikalischen Methoden wie Sprühtrocknung, zentrifugalen und Fluidisierungbetten durchgeführt werden. Es ist jedoch wünschenswert für die Optimierung der Produktqualität, ein Düsenvertropfungsverfahren mit oder ohne Vibrationsunterstützung zu verwenden.
Das Mikroeinkapselungsmaterial kann durch jede anwendbaren Verkapselungschemie präpariert werden. Alle wohlbekannten chemischen Techniken können benutzt werden, wie die Dispersion von Tropfen der geschmolzenen Kernphase in einer wässrigen Lösung und der Bildung der Hüllwände um die Tropfen herum mittels einfacher oder komplexer Koazervation, Grenzphasenpolymerisation und in situ Polymerisation. Zum Beispiel können die bekannten Methoden zur Herstellung von Gelatinekapseln durch Koazervation, die von Polyurethan- oder Polyharnstoffkapseln durch Grenzflächenpolymerisation sowie die Herstellung von Harnstoff-Formaldehyd-, Harnstoff-Resorcin-Formaldehyd- und Melanin-Formaldehyd-Kapseln durch in situ Polymerisation angewendet werden.
Die äußere Phase kann eine oder mehrere Phasen mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz aus Liste 1 enthalten, vorzugsweise einem Hydrokolloid. Sehr gute Resultate werden mit Formulierungen, die Gelatine, Agar, Pullulan, Alginat, Stärke, Polyethylenglykol und Natriumchlorid in variierenden Mengen enthalten.
Für die Herstellung von festen Formen dieses Einkapselungssystems wird vorzugsweise ein Vibrationsdüsenprozess wie von BRACE GmbH, Deutschland, angewendet. Bei diesem werden die innere Phase und die äußere Phase in einem laminarem Strom durch Einzel- oder Multidüsen (Ringspaltdüsen) unter Vibration in Resonanz koextrudiert. Die Vibration wird an den Düsen, der Düsenplatte oder in der Flüssigkeit selbst angelegt.
Der resultierende Tropfen ist schon eine rund geformte Precursorkapsel welche dann abhängig von der äußeren Phase in kaltem Gas, in kalter Flüssigkeit mittels Reaktion in der Gas- oder Flüssigphase verfestigt wird. Für ein Agar-Pullulan-System z. B. wird kaltes Öl, für ein Alginat-Pektin-System eine Kalziumchlorid- oder eine Kalziumlaktatlösung benutzt.
Für einige Anwendungen war es von Vorteil, ein zusätzliches Beschichten des Einkapselungssystems mit Materialien wie Ethylcellulose, Gelatine, Pullulan, Guargum, Gellangum, verschiedene Polykationen oder Polyanionenverbindungen wie Poly-L-Lysin oder andere durchzuführen. Ethylcellulose, Alginat und Gelatine werden für viele breit anwendbaren Prozesse benutzt.
Die Mikrokapseln besitzen typischerweise einen relativ hohen Kernanteil von 10% bis zu 90%. In dieser Einkapselung ist das Kernmaterial mit 70 bis 80 Gew.-% vorhanden. Das Kernmaterial kann ein oder mehrere aktive Materialien in einem oder mehreren Kernlösungsmitteln enthalten wie vor beschrieben.
Die Größe der Mikrokugeln oder Mikrokapseln liegt typischerweise im Bereich von 10 bis 10.000 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 6000 Mikrometer. Die Kapselgröße wird je nach Anwendungsbereich ausgewählt. Z. B. Aromamikrokapseln der Größe 800–1200 Mikrometer werden in Kaugummiprodukten, Mikrokapseln von 30–1000 Mikrometer mit Latentwärmespeichermaterialien oder Antifäulnisagentien werden im Bausektor als Zusatzstoffe verwendet. In Textilien werden Mikrokapseln von 500 Mikrometer in Antiallergiemittel eingesetzt. Andere Anwendungen umfassen Nahrungsmittel wie probiotische Mikrokapseln oder Fermentationsagentien bei der Champagnerherstellung.
Die Wanddicke der Mikrokapseln kann mit verschiedenen Dicken hergestellt werden. Typischerweise sollte die Wanddicke hoch genug sein, um die gewünschten Eigenschaften des eingeschlossenen Kernmaterials zu gewährleisten. Dies kann, ist aber nicht beschränkt auf den Schutz gegenüber der Umgebung, vollem Einschluß ohne Lecks oder Diffusion aus der Kapsel heraus, langsame Diffusion, getriggerte Freisetzung, unterstützende oder kontrollierte Freisetzung etc. sein.
Die Wanddicke liegt bei 0,1 bis 500 Mikrometer. In einem Beispiel kann die Wanddicke von 0,2 bis 0,6 Mikrometer mit einer mittleren Wanddicke von circa 0,4 Mikrometer liegen. Abhängig von der Anwendung kann das Hüllmaterial so gewählt werden, dass es einem Bruch bei hohem Druck widersteht oder schon unter minimalem Druck aufbricht, dass es sich löst bei Änderung des pH-Wertes, bei Anwesenheit von Feuchtigkeit oder anderen Lösungsmitteln oder dass eine Langzeitauflösung eingestellt wird.
Dem Fachmann ist bekannt, dass die Kapselgröße und die Wanddicke mit vielen bekannten Methoden variiert werden kann, z. B. mit der Höhe der Mischenergie angewendet auf die Materialien kurz bevor die Ausbildung der Hülle beginnt. Die Kapselwanddicke ist von vielen Variablen abhängig, eingeschlossen die typischen Verfahrensparameter wie, jedoch nicht begrenzt auf, Fließrate, Frequenz der Tropfenbildung, Amplitude, Temperatur, Viskosität, Geschwindigkeit, die benutzte Mischeinheit des Einkapselungsverfahrens. Andere bekannte Mikroeinkapselungsverfahren können angewendet werden, soweit sie passend für die Erfindung sind.
Wie im U.S.-Patent No. 6.703.127 und 5.41522 offenbart, kann eine Mehrzahl von mikroeingekapselten PCMs (Latentwärmespeichermaterialien) mit derselben oder verschiedenen Einkapselungen in einer ”Makrokapsel” enthalten sein, die in ihrer Gesamtheit eingeschlossen sind. Makrokapseln können dann während des Heiz- oder Kühlprozesses wärmeeffizienter speichern und wieder freigeben als einzelne eingekapselte PCMs.
Beispiele
Beispiel 1
Polymerlösung I und Ölproben wurden analysiert auf die physikalischen Parameter Dichte und Viskosität der Ölproben. Die Grenzflächenspannung zwischen der Polymerlösung und den Ölmischungen wurde bei einer Temperatur von 68°C mit der „Pendant-Drop-Methode” bestimmt. Die Polymerlösung I wurde als Lösung aus deionisiertem Wasser, einer Mischung von wasserlöslichem Agar und Pullulan und Glyzerin als Weichmacher hergestellt.
Tabelle 1 listet die Meßwerte für die Dichte und Viskosität der Ölproben auf. Tabelle 1

Probe Nr. Probe Dichte (g/ml) Viskosität (Pa·s)

1 Pflanzenöl 0.9 59

2 Olivenöl 0.89 45

3 Maisöl 0.9 56

4 Rapsöl 0.9 55

5 Mineralöl 0.9 50

6 Mittelkettiges Triglyceridöl 0.9 20

Tabelle 2 zeigt die Messungen der Grenzflächenspannung zwischen der Polymerlösung I und den Ölmischungen bei einer Temperatur von 68°C mit der ”Pendant-Drop-Methode”. Tabelle 2

Probe Nr.	Probe	Grenzflächenspannung (dynes/cm) des Öls mit Polymerlösung I
1	Pflanzenöl	26.8
2	Olivenöl	23.8
3	Maisöl	19.6
4	Canola Öl	21.5
5	Mineralöl	21.2
6	Mittelkettiges Triglycerid	28.7

Nr. 6 der Tabelle 2 stammt von einer Triglycerid Kernphase gesammelt in einer Polymerlösung I Trägerphase.
Verwendete Instrumente:

Data Physics videobasiertes optisches Kontakt-Winkelmessgerät OCA 20 mit Software SCA20, 22

Experimentelles Verfahren:

1. Für die Messung der Grenzflächenspannung wurde die Polymerlösung in eine auf 71,8 ±0.1°C, geheizte Spritze gefüllt, eine optische Glaszelle mit der Ölprobe gefüllt und in die Heizkammer des OCA bei einer Temperatur von 68,5.5 ± 0.5°C gestellt.
2. Für die Messung wurden mit einer Spritzennadel von 1.9 mm Durchmesser ein Tropfen von ca. 30 Mikroliter mit einer Dossierrate von 30 Mikroliter/sec. erzeugt.
3. Mit einer automatischen Videoeinrichtung wurde die Vertropfung aufgezeichnet.
4. Die Grenzflächenspannung wurde automatisch für jede Aufnahme mit der Young-Laplace-Gleichung berechnet. In Tabelle 2 sind die Anfangs-Grenzflächenspannungen für jede Messung aufgeführt.

zeigt ein Beispiel des gebildeten Tropfens während Grenzflächenanalyse.
Mikrokapseln wurden mit dem BRACE System mit konzentrischen Multidüsensystem mit Innen- und Außendüse hergestellt. Die Innendüse hatte einen Durchmesser von 0,07 cm und die Außendüse einen Durchmesser von 0,16 cm. Die Polymerlösung I wurde als Trägerlösung in einem Behälter bei 60°C vorgehalten. Diese Polymerlösung hatte eine Viskosität von 85 mPa·s bei 60°C und eine Dichte von 1,00 g/ml.
Die Mischung wurde dann als Hüllmaterial zu der Außendüse transferiert bei einer Temperatur von 60°C und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min. Das Triglyceridöl als Kernmaterial mit der Dichte von 0,9 g/ml wurde bei Raumtemperatur und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min zur Innendüse geführt. Das Hüll- und das Kernmaterial wurde simultan von den Außen- und Innendüsen extrudiert. Der koaxiale Strahl floss 10 cm durch Luft und zerteilte sich in Tropfen unter Mikrokapselbildung. Dann fielen die Kapseln in ein gekühltes Mineralölbad. Die erhaltenen Mikrokapseln hatten einen Durchmesser von 4,5 mm. Mit einer anschließenden Beschichtung in einem Ethanol-Ethylcellulosebad (5% Ethylcellulose) wurden die Kapseln fertig produziert und in einem Rotationstrockner getrocknet.
Beispiel 2:

Polymerlösung I und Ölproben wurden analysiert auf die physikalischen Parameter Dichte und Viskosität der Ölproben, die Grenzflächenspannung zwischen der Polymerlösung und den Ölmischungen wurde bei einer Temperatur von 68°C mit der „Pendant-Drop-Methode” bestimmt. Die Polymerlösung I wurde als Lösung aus deionisiertem Wasser, einer Mischung von wasserlöslichem Agar und Pullulan und Glyzerin als Weichmacher hergestellt. Menthol wurde als oberflächenaktives Agens benutzt. Tabelle 3 zeigt die Meßergebnisse der Dichte und der Viskosität der Ölmischungen und der oberflächenaktiven Agentien. Tabelle 3

Probe Nr.:	Probe:	Dicke (g/ml)	Viskosität (Pa·s)
1	70% Pflanzenöl/30% Menthol	0.9	32
2	80% Pflanzenöl/20% Menthol	0.9	34
3	90% Pflanzenöl/10% Menthol	0.9	36
4	70% Triglycerid/30% Menthol	0.9	23
5	80% Triglyccrid/20% Menthol	0.9	17
6	90% Triglycerid/10% Menthol	0.9	26

Tabelle 4 listet die Messungen der Grenzflächenspannung zwischen Polymerlösung I und Ölmischungen bei einer Temperatur von 68°C mit der ”Pendant-Drop-Methode” auf. Tabelle 4

Probe Nr.:	Probe:	Grenzflächenspannung (dynes/cm) des Öls mit Polymerlösung I
1	70% Pflanzenöl/30% Menthol	12.7
2	80% Pflanzenöl/20% Menthol	14.6
3	90% Pflanzenöl/10% Menthol	16
4	70% Triglycerid/30% Menthol	15.1
5	80% Triglycerid/20% Menthol	17.8
6	90% Triglycerid/10% Menthol	20

Verwendete Instrumente:

Data Physics videobasiertes optisches Kontakt-Winkelmessgerät OCA 20 mit Software SCA20, 22.

Experimentelles Verfahren:

1. Für die Messung der Grenzflächenspannung wurde die Polymerlösung in eine auf 71,8 ±0.1°C, geheizte Spritze gefüllt, eine optische Glaszelle mit der Ölprobe gefüllt und in die Heizkammer des OCA bei einer Temperatur von 68,5.5 ± 0.5°C gestellt.
2. Für die Messung wurden mit einer Spritzennadel von 1.9 mm Durchmesser ein Tropfen von ca. 30 Mikroliter mit einer Dosierrate von 30 Mikroliter/sec erzeugt.
3. Mit einer automatischen Videoeinrichtung wurde die Vertropfung aufgezeichnet.
4. Die Grenzflächenspannung wurde automatisch für jede Aufnahme mit der Young-Laplace-Gleichung berechnet In Tabelle 4 sind die Anfangs-Grenzflächenspannungen für jede Messung aufgeführt.

zeigt einen gebildeten Tropfen während der Grenzflächenspannungsanalyse von Probe No. 5 aus Tabelle 4 mit 80% MCT-Öl (Triglyceride), 20% Menthol und Polymerlösung I. Bei höheren Mentholkonzentrationen im Triglycerid konnte keine stabile runde Tropfenform während der Grenzflächenspannungsanalyse erhalten werden. Die Tropfen hatten eine rechteckige Form.
zeigt die Tropfenbildung während der Grenzflächenspannungsanalyse von Probe 2 der Tabelle 4 mit 80% Pflanzenöl, 20% Menthol und Polymerlösung I. Bei höherer Mentholkonzentration im Pflanzenöl konnten stabile sphärische Tropfen während der Grenzflächenspannungsanalyse erzielt werden. Die gebildeten Tropfen waren sphärisch in der Form wie in gezeigt.
Mikrokapseln wurden mit dem BRACE System mit konzentrischem Multidüsensystem mit Innen- und Außendüse hergestellt. Die Innendüse hatte einen Durchmesser von 0,07 cm und die Außendüse einen Durchmesser von 0,16 cm. Die Polymerlösung I wurde als Trägerlösung in einem Behälter bei 60°C vorgehalten. Diese Polymerlösung hatte eint Viskosität von 85 mPa·s bei 60°C und eine Dichte von 1,00 g/ml.
Die Mischung wurde dann als Hüllmaterial bei einer Temperatur von 60°C und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min transferiert. Das Triglyceridöl mit 20% Menthol als Kernmaterial mit der Dichte von 0,9 g/ml wurde bei Raumtemperatur und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min zur Innendüse geführt. Das Hüll- und das Kernmaterial wurde simultan von den Außen- und Innendüsen extrudiert. Der koaxiale Strahl floß 10 cm durch Luft und zerteilte sich in Tropfen unter der Mikrokapselbildung. Dann fielen die Kapseln in ein gekühltes Mineralölbad. Die erhaltenen Mikrokapseln hatten einen Durchmesser von 4,5 mm und bestanden nur aus Hüllmaterial.
Mit dem BRACE System mit konzentrischem Multidüsensystem mit Innen- und Außendüse wurden Mikrokapseln hergestellt. Die Innendüse hatte einen Durchmesser von 0,07 cm und die Außendüse einen Durchmesser von 0,16 cm. Die Polymerlösung I wurde als Trägerlösung in einem Behälter bei 60°C vorgehalten. Diese Polymerlösung hatte eine Viskosität von 85 mPa·s bei 60°C und eine Dichte von 1,00 g/ml.
Die Mischung wurde dann als Hüllmaterial bei einer Temperatur von 60°C und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min zur Außendüse transferiert. Als Kernmaterial wurde eine Mischung von 80% Pflanzenöl und 20% Menthol mit der Dichte von 0,9 g/ml bei Raumtemperatur und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min zur Innendüse geführt. Das Hüll- und das Kernmaterial wurde simultan von den Außen- und Innendüsen extrudiert. Der koaxiale Strahl floß 10 cm durch Luft und zerteilte sich in Tropfen unter der Mikrokapselbildung. Dann fielen die Kapseln in ein gekühltes Mineralölbad. Die erhaltenen Mikrokapseln hatten einen Durchmesser von 4,5 mm wie in gezeigt. Mit einer anschließenden Beschichtung in einem Carboxymethyl-Cellulosebad (2,5% Carboxymethylcellulose) wurden die Kapseln fertig produziert und in einem Rotationstrockner getrocknet.
Beispiel 3:
Für die innere Phase wurde eine Mischung von Triglyceride (MCT) und als oberflächenaktives Agens Orangenöl verwendet. Als externe Phase kam eine Lösung von Alginat (1%) und Pektin (1,5%) mit einem Zusatz von Polyethylenglykol 1500 (0,5%) zum Einsatz. Bei Raumtemperatur konnte mit der „Pendant-Drop-Methode” ein gut ausgebildeter sphärischer Tropfen erzeugt werden.
Es wurden Mikrokapseln mit dem konzentrischem Multidüsensystem mit Innen- und Außendüsen hergestellt. Die Innendüse hatte einen Durchmesser von 0,07 cm und die Außendüse hatte einen Durchmesser von 0,16 cm. Die Polymerlösung I wurde als Trägerlösung in einem Behälter bei 60°C vorgehalten. Diese Polymerlösung hatte eine Viskosität von 85 mPa·s bei 60°C und eine Dichte von 1,00 g/ml.
Die Mischung wurde dann als Hüllmaterial bei einer Temperatur von 60°C und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min zur Außendüse transferiert. Das Triglyceridöl mit 20% Menthol als Kernmaterial mit der Dichte von 0,9 g/ml wurde bei Raumtemperatur und einer volumetrischen Fließrate von 5 ml/min zur Innendüse geführt. Das Hüll- und das Kernmaterial wurde simultan von den Außen- und Innendüsen 10 cm durch Luft extrudiert. Der koaxiale Strahl zerteilte sich in Tropfen unter der Mikrokapselbildung. Dann fielen die Kapseln in ein gekühltes Mineralölbad. Die erhaltenen Mikrokapseln hatten einen Durchmesser von 4,5 mm und bestanden nur aus Hüllmaterial.
Mikrokapseln wurden mit dem BRACE System mit einem 36-fach konzentrischen Multidüsensystem mit Innen- und Außendüse hergestellt. Die Innendüse hatte einen Durchmesser von 0,2 mm und die Außendüse einen Durchmesser von 0,3 mm. Die Außen- und Innenphasen wurden beide bei Raumtemperatur gehalten.
Mit einer Fließrate von 144 ml/min für die innere Phase und von 420 ml/min für die äußere Phase wurden Tropfen von 600 μm produziert. Diese Tropfen wurden in einer 4%igen CaCl₂-Lösung gehärtet. Nach einer Härtungszeit von 5 Minuten wurden sie gesammelt, mit demineralisiertem Wasser gewaschen und in einem Trommeltrockner 30 Minuten getrocknet. Alle Kapseln waren mit einem zentriertem Kern gefüllt. Die Kernladung betrug 90% der inneren Phase. Die Druckhärte betrug 12 ± 5 N.
Bei einer Variation des vorgehenden Versuches wurden die Kapseln nach einer Härtung von 5 Minuten in CaCl₂-Lösung gesammelt und in eine 1%ige Alginat-Lösung transferiert. Danach wurden die Kapseln gewaschen und in einem Trommeltrockner getrocknet. Es entstanden Kapseln mit einer 88%igen Kernladung und einer Druckhärte von 15 ± 3 N.
Beispiel 4:
Polymerlösung II und Pfefferminzölproben mit oberflächenaktiven Agentien wurden analysiert auf die physikalischen Parameter Dichte und Viskosität der Pfefferminzölproben mit oberflächenaktiven Agentien. Die Grenzflächenspannung zwischen der Polymerlösung und den Ölmischungen wurde bei einer Temperatur von 68°C mit der „Pendant-Drop-Methode” bestimmt. Die Polymerlösung II wurde als Lösung aus deionisiertem Wasser, einer Mischung von Tapiokastärke, Tapiokadextrin und wasserlöslicher Gelatine unter Zusatz von Sorbitol als Weichmacher hergestellt. Als oberflächenaktives Agens wurde Coolact 10 verwendet.
Tabelle 5 listet die Meßwerte für die Dichte und Viskosität der Ölmischungen und dem oberflächenaktiven Agens auf. Tabelle 5

Probe Nr.: Probe: Dichte (g/ml) Viskosität (Pa·s)

1 Pfefferminzöl mit 5% Coolact 10 0.8 21

2 Pfefferminzöl mit 0,5% Coolact 10 0.9 38
Tabelle 6 zeigt die Meßwerte der Grenzflächenspannung zwischen Polymerlösung II und den Ölmischungen bei einte Temperatur von 68°C und der ”Pendant-Drop-Methode”. Tabelle 6

Probe Nr.: Probe: Grenzflächenspannung (dynes/cm) des Öls mit Polymerlösung I

1 Pfefferminzöl mit 5% Coolact 10 3.6

2 Pfefferminzöl mit 0,5% Coolact 10 9.2
Verwendete Instrumente:

Experimentelles Verfahren:

1. Für die Messung der Grenzflächenspannung wurde die Polymerlösung in eine auf 71,8 ± 0.1°C, geheizte Spritze gefüllt, eine optische Glaszelle mit der Ölprobe gefüllt und in die Heizkammer des OCA gestellt bei einer Temperatur von 68,5.5 ± 0.5°C.
2. Für die Messung wurden mit einer Spritzennadel von 1.9 mm Durchmesser ein Tropfen von ca. 30 Mikroliter mit einer Dosierrate von 30 Mikroliter/sec erzeugt.
3. Mit einer automatischen Videoeinrichtung wurde die Vertropfung aufgezeichnet.
4. Die Grenzflächenspannung wurde automatisch für jede Aufnahme mit der Young-Laplace-Gleichung berechnet. In Tabelle 3 sind die Anfangs-Grenzflächenspannungen für jede Messung aufgeführt.

Der Monolayer Film mit Pfefferminzöl und oberflächenaktivem Agens wurde wie folgt hergestellt:
Polymer Lösungen
Stärke Lösung:
10 g Tapioka Stärke und 10 g Tapioka Dextrin wurden zu 180 ml deionisiertem Wasser gegeben und gerührt bis eine klare Lösung entstanden war.
Protein Lösung:
20 g Schweinegelatine wurden zu 180 ml deionisiertem Wasser gegeben und gerührt bis eine klare Lösung entstanden war.

Stärkelösung 35,5 g

Proteinlösung 50,0 g

75%ige Sorbitollösung 4,0 g

Polysorbat 80 0,5 g

Pfefferminzduft 10,0 g
Die Stärkelösung, Sorbitollösung und Polysorbat 80 wurden zusammengegeben und gerührt bis eine homogene Lösung entstand. Dann wurde die Proteinlösung zugegeben und bis zur Homogenität gerührt. Das Pfefferminzöl wurde anschließend bis zur Klumpenfreiheit in die Mischung einemulgiert.
Beschichtung
Die Beschichtung wurde auf ein polyethylenbeschichtetem Antihaftpapier aufgerollt. Nach der Trocknung des beschichteten Papiers hatte sich eine Filmmatrix gebildet.
Die Filmmatrix hatte eine waferartige Beschaffenheit. Stücke wurden dann in der Mundhöhle auf sensorische Wirkung der Aromafreisetzung getestet. Die Filme lösten sich schnell im Mund und ergaben Aromastöße in der Mundhöhle.
Liste 1: Oberflächenaktive Substanzen
Oberflächenaktive Substanzen sind die folgenden Beispiele, jedoch nicht begrenzt auf diese Aufzählung:
Salts, sugars, amino-acids, polysaccharides, enzymes, peptides, proteins or carbohydrates, food supplements, food additives, hormones, bacteria, plant extracts, medicaments, drugs, nutrients, chemicals for agro-chemical or cosmetic applications, carotenoids, vitamins, antioxidants, monosaccharides, disaccharides and polysaccharides such as xylose, ribose, glucose (dextrose), mannose, galactose, fructose (levulose), sucrose (sugar), maltose, water soluble artificial sweeteners such as the soluble saccharin salts, i. e., sodium or calcium saccharin salts, cyclamate salts dipeptide based sweeteners, such a L-aspartic acid derived sweeteners, such as L-aspartyl-L-phenylalaine methyl ester (aspartame), dextromethorphan, dextromethorphan hydrobromide, noscapine, carbetapentane citrate, and chlophedianol hydrochloride, synthetic flavor oils and flavoring aromatics, and/or oils, oleo resins and extracts derived from plants, leaves, flowers, fruits and so forth, and combinations thereof as well as spearmint oil, cinnamon oil, peppermint oil, clove oil, bay oil, thyme oil, cedar leaf oil, oil of nutmeg, oil of sage, and oil of bitter almonds, natural or synthetic fruit flavors such as vanilla, chocolate, coffee, cocoa and citrus oil, including lemon, orange, grape, lime and grapefruit and fruit essences including apple, pear, peach, strawberry, raspberry, cherry, plum, pineapple, apricot, 2-methyl pyrazine, acetophenone extra, alcohol C6, alcohol C8, aldehyde C7 heptylic, aldehyde C8, aldehyde C9, allyl caproate, amyl butyrate, anisicaldehyde, benzaldehyde, benzyl acetate, benzyl alcohol, benzyl butyrate, benzyl formate, benzyl iso-valerate, benzyl propionate, butyl acetate, camphor, cinnamic aldehyde, cis-3-hexenol, cis-3-hexenyl acetate, cis-3-hexenyl formate, cis-3-hexenyl propionate, citronellal, citronellol, cuminic aldehyde, damascenone, damascone alpha, damascone beta, diethyl malonate, dimethyl anthranilate, dimethyl benzyl carbinyl acetate, estragole, ethyl acetate, ethyl aceto acetate, ethyl benzoate, ethyl heptoate, ethyl salicylate, ethyl-2-methyl butyrate, eucalyptol, eugenol, fenchyl acetate, fenchyl alcohol, methyl-2-octynoate, 2-sec-butylcyclohexanone, styralyl acetate, hexyl acetate, ionone alpha, iso-amyl acetate, iso-butyl acetate, iso-menthone, jasmone cis, lacvo carvone, linalool, linalool oxide, melonal, menthol, menthone, methyl acctophenone, methyl amyl ketone, methyl benzoate, methyl heptenone, methyl hexyl ketone, methyl para cresol, methyl phenyl acetate, methyl salicylate, neral, nerol, para cresol, para cresyl acetate, para tolyl aldehyde, phenyl acetaldehyde, phenyl ethyl acetate, phenyl ethyl butyrate, phenyl ethyl formate, phenyl ethyl iso-butyrate, phenyl ethyl propionate, phenyl propyl acetate, phenyl propyl aldehyde, 4-methyl-2-(2-methyl-1-propenyl)tetrahydropyran, styralyl propionate, terpineol, terpinolene, trans-2-hexenal, hexyl cinnamic aldehyde alpha, oxacycloheptadec-10-en-2-one, linalyl benzoate, cedrol, benzyl cinnamate, linalyl cinnamate, phenyl ethyl cinnamate, para cresyl phenyl acetate, benzyl salicylate, hexyl salicylate, phenyl ethyl salicylate, and oxacyclohexadecan-2-one, Antihistamines, such as chlorpheniramine maleate, phenindamine tartrate, pyrilamione malcate, doxylamine succinate, and phenyltoloxamine citrate, natural perfumes which originate from natural plants and animals and whose aromatic ingredients are collected therefrom by physical and chemical treatments such as steam distillation, extraction and the like, chemical substances derived from resources such as coal, petroleum, natural gas, oils and fats, and perfumes prepared through chemical reactions of the natural perfumes and isolated perfumes, such as of oxidation, reduction, condensation, hydrolysis, substitution, addition and transition as musk oil, civet, castreum, ambergris, plant perfumes such as sandalwood oil, neroli oil, bergamot oil, lemon oil, lavender oil, sage oil, rosemary oil, peppermint oil, eucalyptus oil, menthol, camphor, verbena oil, citronella oil, cauout oil, salvia oil, clove oil, chamomille oil, sandalwood oil, costus oil, labdanum oil, broom extract, carrot seed extract, jasmine extract, minmosa extract, narcissus extract, olibanum extract, rose extract and the like, and chemical substances such as acetophenonene, dimethylinadane derivatives, naphthaline derivatives, allyl caprate, ☐-amylcinnamic aldehyde, anethole, anisaldehyde, benzyl acetate, benzyl alcohol, benzyl propionate, borncol, cinnamyl acetate, cinnamyl alcohol, citral citronnellal, cumin aldehyde, cyclamen aldehyde, decanol, ethyl butyrate, ethyl caprate, ethyl cinnamate, ethyl vanillin, eugenol, geraniol, hexenol, ☐-hexylcinnamic aldehyde, hydroxycitrolnellal, indole, iso-amyl acetate, iso-amyl acetate, iso-amyl iso-valcratek iso-cugenol, linalol, linalyl acetate, p-methylacetophenone, methyl anthranilate, methyl dihydroasmonate, methyl eugenol, methyl-☐-naphthol ketone, methylphenylcarbinyl acetate, musk ketol, musk xylol, 2,56-nanodinol, γ-nanolactone, phenylacetoaldehydodimethyl acetate, ☐-phenylethyl alcohol, 3,3,5-trimethylcyclohexanol, γ-undecalactone, undecenal, vanillin and mixtures thereof, glycerin, polyglycerin, sorbite, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, ethylene oxide/propylene oxide copolymer, oligosaccharide, sugar ester, glyceride, sorbitan ester, lecithin, stearates, ester derivatives of stearates, palmitates, ester derivatives of palmitates, olcates, ester derivatives of oleates, glycerides, ester derivatives of glycerides, sucrose polyesters, polyglycerolesters, and animal waxes, vegetable waxes, synthetic waxes, petroleum, colorants, pigments, TiO2, natural food colors and dyes (known as FD&C dyes and lakes), including water and non-water soluble colorants as disodium salt of 5,5-indigotindisulfonic acid, monosodium salt of 4-[4-N-ethyl-p-sulfobenzylamino) diphenyl-methylene]-[1-N-ethyl-N-p-sulfonium benzryl)-2,5-cyclo-hexadienimine], chlorophyll etc. Typical shell materials being gelatin, agar, pullulan, gellan gum, alginate, pectin, hydrocarbon waxes, hydrocarbon polymer, alkyl cellulose, water-soluble polymers such as hydroxyalkyl cellulose, water-soluble polyvalent alcohols or water-soluble derivatives thereof such as polyglycerin, sorbitol, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, oligosaccharide, sugar ester, glyceride, sorbitan ester, com starch, potato starch, rice starch, tapioca starch, maize starch, sorghum starch, sago starch wheat starch or sodium starch glycolate; or any native starch that has been chemically modified, e. g. acid-modified, and natural and synthetie gums methyl celluloses and mixed ethers thereof such as hydroxyethyl methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxybutyl methyl cellulose, ethyl methyl cellulose, and carboxymethyl methyl cellulose; ethyl cellulose and mixed ethers thereof such as ethyl hydroxyethyl cellulose; hydroxyalkyl cellulose ethers such as hydroxy ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl hydroxypropyl cellulose, and carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, animal waxes, vegetable waxes, synthetic waxes, petroleum, and mixtures thereof.
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4171243	Spray drying method
4251195	Multiple soft capsules and production thereof
4426337	Method for producing seamless material-filled capsule and miniature capsules
4473438	Spray drying method
4695466	Apparatus for making
5172460	Method of making lead-free capsule for wine bottles
5415222	Micro-climate cooling garment
5420086	Method for producing stabilized zirconium oxide powder
5472648	Process and plant for the production of spherical alginate pellets
5595757	Seamless capsules
5650232	Method for making seamless capsules
6197073	Process for producing aluminium oxide beads
6703127	Macrocapsules containing microencapsulated phase change materials
6780507	Hydro capsules and method of preparation thereof

WO2005021635	COVERTNG MATERIAL FOR SEAMLESS CAPSULES,
( WO/2009/004318 )	CONTINUOUS INK JET PRINTING OF ENCAPSULATED DROPLETS
( WO/2005/044174 )	SEAMLESS CAPSULE MANUFACTURING METHOD, SEAMLESS CAPSULE MANUFACTURING DEVICE, AND SEAMLESS CAPSULE
( WO/2008/012329 )	SEAMLESS CAPSULES CONTAINING HIGH AMOUNTS OF POLYUNSATURATED FATTY ACIDS AND A FLAVOURING COMPONENT

EP 0585264 131	Process for producing powder from partially stabilized zirconium oxide.
EP1917003	SEAMLESS COATED SPHERICAL FILLED CAPSULES
EP1990045	Polysaccharide capsules and methods of preparation

EP1157691

JP2009118811	GELATIN-CONTAINING FOOD, AND CAPSULE
JP2009120571	MULTINUCLEAR SEAMLESS CAPSULE AND PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING MULTINUCLEAR SEAMLESS CAPSULE
JP2009051748	METHOD FOR PRODUCING SEAMLESS CAPSULE
JP2008127309	METHOD FOR PRODUCING MULTILAYER-STRUCTURED SOFT CAPSULE
JP2008011765	PRODUCTION APPARATUS OF SEAMLESS CAPSULE AND PRODUCTION METHOD

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims

Ein Einkapselungssystem dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Grenzflächenspannung, der Dichte und der Viskosität einer äußeren und einer inneren Phase für eine vorteilhafte Phasenbildung, abgestimmt auf die vorteilhafte Phasenbildung zur Herstellung von Dareichungsformen bestehend aus nahtlosen Mikrokapseln, Mikrokugeln, Extrudaten, Agglomeraten, Partikeln, Makrokapseln, Makrokugeln, Filmen, Filamenten und verschiedenen anderen Formen von Mikrokapseln und Mikrokugeln verwendet wird. Die Phasen enthalten: eine Kernphase bestehend aus einer oder mehreren Phasen, eine äußere Phase bestehend aus einer oder mehreren Phasen; wobei beide Phasen eine oberflächenaktive Substanz enthalten, die eine Grenzflächenspannung von 1 bis 50 mN/m, vorzugsweise 8,5 bis 35,30, ein Viskositätsverhältnis der zwei Phasen von kleiner 1000:1, vorzugsweise 10:1 bis 1:1 und ein Dichteverhältnis der zwei Phasen von 1:1 bis 1:10, vorzugsweise von 1:1 bis 1:4 aufweisen.
Ein System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass innere und äußere Phase eine charakteristische Grenzflächenschicht zwischen innerem Phase (bestehend aus einer oder mehr Phasen) und äußere Phase (bestehend aus einer oder mehr Phasen) aufweisen.
Ein System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die innere Phase mit der äußeren Phase eine makroskopische oder mikroskopische homogene Phase bildet.
Ein System nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Schichten auf die geformten Partikel mittels Beschichtungstechniken aufgebracht werden.
Die Systeme nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Grenzflächenspannung eines Tropfens der einen Phase eingebunden in der anderen Phase während seiner Bildung mit der Pendant-Drop-Methode zur Herstellung des Einkapselungssystems angewendet wird; und abgestimmt auf die vorteilhafte Tropfenausbildung zu Dareichungsformen bestehend aus: Nahtlosen Mikrokapseln, Mikrokugeln, Extrudaten, Agglomeraten, Partikeln, Makrokapseln, Makrokugeln, Filmen, Filamenten und verschiedenen anderen Formen von Mikrokapseln und Mikrokugeln.
Ein System nach dar Ansprüchen 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Substanz oder Substanzen in einer oder allen Phasen aus Duftstoffen, Aromen, Aromaprecursern oder therapeutischen Wirkstoffen, Geschmacksverstärkern, Filmbildnern, Farbstoffen, Füllstoffen oder anderen Materialien, geeignet für die Beeinflussung der Oberflächenaktivität gemäß Liste 1, vorzugsweise Agar und Pullulan, Gelatine, Alginat oder Alginat und Pektin für zumindest eine der äußeren Phasen und der hydrophoben inneren Phase, verwendet werden.
Ein System nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass in der Form einer nahtlosen Kapsel eines Granulates, eines Partikels, eines Filamentes oder eines Filmes die folgenden Schritte eingeschlossen werden: Ein System mit einer oder mehreren Dosen bestehend aus mindestens einer Innen- und keiner oder mehreren Außendüsen, ein Innenphasenmaterial zur Innendüse und ein oder mehrere Außenphasenmaterialien zur Innendüse oder Außendüse liefernd; das Innen- und Außenphasenmaterial simultan durch die Düsen extrudierend, und dass dabei ein Strahl gebildet wird, der das Außenphasenmaterial homogen mit dem Innenphasenmaterial vermischt oder das Innenphasenmaterial mit einer Zwischenschicht bedeckt, wobei der Strahl in individuelle Tropfen unter Zuhilfenahme einer Vibration der Flüssigkeit oder des Düsenkopfes zerteilt wird; die Härtung zumindest einer der Phasen in einem Gas oder einem Flüssigkeitsstrom oder einer Kombination von beiden vorgenommen wird; wobei beide geheizt, gekühlt oder auf Raumtemperatur gehalten werden; und dass die Natur des Gases oder des Flüssigkeitsstromes zumindest eine der Phasen verfestigt durch physikalische Reaktion wie Ausfrieren, Phasenänderung, Koazervation oder chemische Reaktion wie Präzipitation, Vernetzung, Komplexierung oder Ähnlichem.
Ein System nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Außenphase oder der Härtungsstrom als Trägermedium dient und dass bei der Justierung der Fließrate der Querschnitt des Strahles geändert wird, so dass Extrudate mit einem Durchmesser von 1/20 bis ½ des Düsendurchmessers erhalten werden.