EP3408015B1

EP3408015B1 - Verfahren zum herstellen von emulsionen

Info

Publication number: EP3408015B1
Application number: EP17706142.1A
Authority: EP
Inventors: Bernd BAUMSTÜMMLER; Hermann Schirra; Akif Emre TÜRELI
Original assignee: Instillo GmbH
Current assignee: Instillo GmbH
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: CN108495708B; CN108495708A; ES2893124T3; EP3408015A1; JP2019508233A; DK3408015T3; US20190030497A1; JP7031103B2; KR20180101573A; DE102016101232A1; WO2017129177A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Emulsionen.
Unter Emulsionen werden nachfolgend sowohl kolloide Emulsionen als auch technische Emulsionen verstanden, wobei letztere sich von den kolloiden Emulsionen durch erheblich größere Partikeldimensionen im Mikrometerbereich unterscheiden.
Eine Vielzahl von Industriezweigen, beispielsweise die Nahrungsmittelindustrie, die Pharmaindustrie und die Kosmetikindustrie, verzeichnen einen hohen Bedarf an der Verkapselung, dem Schützen oder zielgerichteten Freisetzen hydrophober Substanzen, wie bioaktiven Lipiden, Geruchsstoffen, Antioxidantien und Pharmaka.
Emulsionen werden gebildet, wenn zwei oder mehr unmischbare Flüssigkeiten miteinander vermischt werden. Eine dieser Flüssigkeiten ist in der Regel wasserlöslich und die andere ist eine lipophile Flüssigkeit, die nicht mit Wasser mischbar ist. Je nach den Mischverhältnissen und dem verwendeten Oberflächenmodifikator können entweder Wasser-in-Öl-Emulsionen oder Öl-in-Wasser-Emulsionen hergestellt werden. Ein Nachteil von Emulsionen ist ihre Instabilität, die auf physikochemischen Mechanismen, wie Schwerkrafttrennung, Flockenbildung, Koaleszenz und Ostwald-Reifung beruht. In Öl-in-Wasser-Emulsionen ist der häufigste Grund für die Instabilität die Schwerkrafttrennung in Form des Auscremens ("Creaming"), die aufgrund der niedrigeren Dichte der Ölpartikel auftritt.
Es gibt verschiedene konventionelle Verfahren zum Herstellen von Emulsionen. Diese Verfahren sind insbesondere Mischen mit hohen Scherkräften ("high shear mixing", Rotor/Stator-Systeme), Hochdruckhomogenisation ("high pressure homogenization"), Mikrofluidisierung ("microfluidization"), Ultraschallhomogenisation ("ultrasonic homoginazation") oder Membranemulsifikation ("membrane emulsification"). Die meisten dieser Verfahren erfordern einen hohen Energieeintrag in das System, um die Tröpfchengröße der gebildeten Öltröpfchen zu kontrollieren. Dieser Energieeintrag kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Erhitzen, Scherkräfte, Druckerhöhung oder Druckabsenkung. Die Stabilität der Emulsion erhöht sich mit sinkender Tröpfchengröße. Emulsionen mit einer Öltröpfchengröße von mehr als 10 µm tendieren dazu, in kurzer Zeit in zwei getrennte Phasen überzugehen, während bei einer Öltröpfchengröße von weniger als 1 µm sich die Stabilität der Emulsion mit sinkender Öltröpfchengröße erhöht. Allerdings wird bei einer Öltröpchengröße von weniger als 1 µm ein viermal größerer Energieeintrag notwendig ist, um die Öltröpfchengröße um 50 % zu reduzieren, was die erreichbare minimale Öltröpfchengröße beschränkt. Zudem besteht aufgrund des Energieeintrags die Gefahr eines Temperaturanstiegs auf Temperaturen über 70°C, bei denen eine Zerstörung der Emulgatoren eintreten kann.
Bei einer weiteren Technik, der Membranemulsikation ("membrane emulsification") sind die limitierenden Faktoren die Porengröße der verwendeten Membranen und der Druck, der sich aufgrund der Viskosität der Ölphase ergibt.
Bei der Mikrofluidisierung sind auch unter Hochdruckbedingungen mehrere Durchläufe erforderlich, um die Öltröpfchengröße unter 1 µm zu bringen. Da die Emulsionsbildung in Mikrokanälen erfolgt, ist das Blockieren dieser Mikrokanäle eines der häufigsten Probleme bei dieser Methode.
In der DE 10 2009 008 478 A1 wird ein Verfahren beschrieben, in dem eine Solvent-/Anti-Solvent-Fällung in Anwesenheit von oberflächenaktiven Molekülen erfolgt, wobei ein Mikrojetreaktor entsprechend der EP 1 165 224 B1 zum Einsatz kommt. Ein solcher Mikrojetreaktor weist mindestens zwei sich gegenüberliegende Düsen mit jeweils zugeordneter Pumpe und Zuführleitung zum Spritzen jeweils eines flüssigen Mediums in einen von einem Reaktorgehäuse umschlossenen Reaktorraum auf einen gemeinsamen Kollisionspunkt auf, wobei eine erste Öffnung in dem Reaktorgehäuse vorgesehen ist, durch die ein Gas, eine verdampfende Flüssigkeit, eine kühlende Flüssigkeit oder ein kühlendes Gas zur Aufrechterhaltung der Gasatmosphäre im Reaktorinneren, insbesondere im Kollisionspunkt der Flüssigkeitsstrahlen, bzw. zur Kühlung der entstehenden Produkte einleitbar ist, und eine weitere Öffnung zum Entfernen der entstehenden Produkte und von überschüssigem Gas aus dem Reaktorgehäuse vorgesehen ist. Es wird also über eine Öffnung in den Reaktorraum ein Gas, eine verdampfende Flüssigkeit oder ein kühlendes Gas zur Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre im Reaktorinneren, insbesondere im Kollisionspunkt der Flüssigkeitsstrahlen, bzw. zur Kühlung der entstehenden Produkte eingeleitet und die entstehenden Produkte und überschüssiges Gas durch eine Öffnung aus dem Reaktorgehäuse durch Überdruck auf der Gaseintrittsseite oder durch Unterdruck auf der Produkt- und Gasaustrittsseite entfernt. Wenn in einem solchen Mikrojetreaktor eine Solvent/Nonsolvent-Fällung, beispielsweise wie in der EP 2 550 092 A1 beschrieben, durchgeführt wird, erhält man eine Dispersion der gefällten Partikel. Mit einem solchen Reaktor gelingt es, besonders kleine Partikel zu generieren. Unter einer Solvent/Nonsolvent-Fällung versteht man in diesem Zusammenhang, daß ein Stoff in einem Solvent gelöst und als Flüssigkeitsstrahl mit einem zweiten Flüssigkeitsstrahl kollidiert, wobei der gelöste Stoff wieder gefällt wird. Nachteilig bei Solvent/Nonsolvent-Fällungen ist die Tatsache, daß sich der gelöste und wieder gefällte Stoff nach der Fällung partikulär in dem Solvent-Nonsolvent-Gemisch befindet. Dabei bewirkt der Solventanteil, daß sich bei vielen Partikeln zeitabhängig eine Ostwald-Reifung einstellt, die ein Wachstum der Partikel bewirkt.
Aus der DE 10 2009 036 537 B3 ist eine Vorrichtung zum Emulgieren von mindestens zwei Flüssigkeiten bekannt, die einen Emulsionsreaktor umfaßt, der einen Auslaß zur Entnahme der bei der Mischung der Flüssigkeiten entstehenden Emulsion und in dem eine Mehrzahl von zum Einspritzen auf im Wesentlichen einen gemeinsamen Kollisionspunkt ausgerichteten Düsen vorgesehen ist, wobei jeder Düse jeweils eine Zufuhrleitung und eine Pumpe zugeordnet ist, die jeweils eine Flüssigkeit aus einem zugeordneten Tank durch die Zuführleitung in den Emulsionsreaktor pumpt.
Die WO 99/28020 A1 beschreibt eine Vorfahren zum Herstellen von hitzeempfindlichen Emulsionen oder Dispersionen, wobei die Komponenten unter Druck gesetzt werden, eine erste Hochdruckmischzone durchlaufen, dann in einem Wärmetauscher abgekühlt werden und anschließend eine zweite Hochdruckmischzone durchlaufen.
Die DE 26 04 610 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem Öl und Wasser aus getrennten Behältern im gewünschten Volumenverhältnis angesaugt und als Gemisch unter hohem Druck in einem Rohr-Düsensystem in kurzen Abständen mehrmals von einer etwa gleich bleibenden geringen Grundgeschwindigkeit auf eine etwa zehn- bis zwanzigfache Fließgeschwindigkeit beschleunigt und verzögert wird und danach zum Verbrennen unmittelbar in den Brennraum gesprüht wird. Der Druck bei Grundfließgeschwindigkeit beträgt 130 bis 180 bar. Die GB 331 928 A beschreibt eine Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen oder Dispersionen durch gegeneinander Sprühen der Komponenten. Der Druck der Flüssigkeitsstrahlen wird hier nicht spezifiziert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein neues Verfahren zum Herstellen von Emulsionen zu schaffen, das auch die Herstellung asymmetrischer Emulsionen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt mindestens eine Voremulsion aus mindestens zwei miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten erzeugt wird und dann in einem zweiten Schritt in einem Mikrojetreaktor mindestens zwei Flüssigkeitsströme der mindestens einen Voremulsion durch getrennte Düsen mit definiertem Durchmesser gepumpt werden, wobei der Druck der Flüssigkeitsstrahlen zwischen 5 und 500 bar beträgt, um Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströme von mehr als 10 m/s zu erreichen und daß die Flüssigkeitsströme an einem Kollisionspunkt in einem Raum aufeinandertreffen, wobei der Raum mit Gas gefüllt bzw. beaufschlagt wird und der Gasdruck in dem Raum 0,05 bis 30 bar, bevorzugt 0,2 bis 10 bar und besonders bevorzugt 0,5 bis 5 bar beträgt.
Gas, insbesondere Inertgas oder Inertgasmischungen, aber auch Reaktivgas kann durch einen Gaseinlaß in dem Raum zugeführt werden.
Da bei einer Vielzahl von Emulsionen, nämlich den asymmetrischen Emulsionen, bei denen die Öl- und die Wasserphase nicht im Verhältnis 1:1 vorliegen, hat es sich im Rahmen der Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, zunächst aus der Öl- und der Wasserphase eine Voremulsion herzustellen. Dies kann beispielsweise über normale Rührprozesse, Ultraschallbehandlung, Ultraturrax, eine Dissolverscheibe, etc. erfolgen. Diese Voremulsion wird dann in Form von zwei Flüssigkeitsströmen in eine Vorrichtung eingeführt, in der beide Flüssigkeitsströme an einem Kollisionspunkt in einem Raum aufeinandertreffen, beispielsweise einen Mikrojetreaktor.
Ein solcher Mikrojetreaktor ist aus der EP 1 165 224 B1 bekannt.
Durch die im Mikrojetreaktor angewandte Methode der Kollision der Strahlen unter erhöhtem Druck ist die Tropfengröße der Emulsion abhängig vom System und Betriebsparametern, insbesondere der Düsengröße im Mikrojetreaktor und dem Pumpendruck der fördernden Pumpen für die beiden Flüssigkeitsströme. Im Gegensatz zu der üblichen Anwendung von Mikrojetreaktoren werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Kollisionsenergie in dem Mikrojetreaktor keine Fällungsreaktionen hervorgerufen, sondern es werden Emulsionen ausgebildet.
Durch die Kollision der Flüssigkeitsströme mit hohen Fließgeschwindigkeiten, bei denen sich eine tellerförmige Kollisionsplatte im Kollisionspunkt ausbildet, wird aufgrund der kinetischen Energie eine homogene Emulsion mit einer Öltröpfchengröße von weniger als 1 µm erreicht, die entsprechend auch sehr stabil ist. Es wird hierzu kein weiterer Energieeintrag, wie z.B. Scherkräfte benötigt. Es kann in wässriger Phase bei Temperaturen zwischen 0°C und 100°C gearbeitet werden, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 70°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 50°C. Der Druck der Flüssigkeitsstrahlen beträgt zwischen 5 und 5.000 bar, vorzugsweise zwischen 10 und 1.000 bar und besonders bevorzugt zwischen 20 und 500 bar.
Da die Kollision in dem Raum erfolgt, besteht nicht die Gefahr eines Blockierens, wie dies der Fall bei Mikrokanälen ist. Über den Durchmesser der Düsen, die
Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströme und die Temperatur kann die Öltröpfchengröße in der Emulsion beeinflußt werden. Die entstehende Emulsion wird durch den Auslaß aus dem Raum abgeleitet. Es liegt somit ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren vor. Um möglichst kleine Öltröpfchengrößen zu erhalten, ist es möglich, eine bereits erhaltene Emulsion nochmals unter den gleichen Bedingungen durch beide Einlässe in den Raum zu leiten, was gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden kann.
Es besteht auch die Möglichkeit, den Auslaß des Raumes mit dem Gaseinlaß eines zweiten Raumes zu verbinden, in dem weitere Flüssigkeitsströme in die gebildete Emulsion eingeleitet werden, beispielsweise um die Oberflächeneigenschaften der Emulsion zu verändern. Kollidieren zwei Flüssigkeitsströme, so schließen sie vorzugsweise einen Winkel von 180° ein, bei drei Flüssigkeitsströmen beträgt der Winkel vorzugsweise 120°, usw. Bei drei Flüssigkeitsströmen sind zwei Flüssigkeiten nicht miteinander mischbar, usw.
Es wird gemäß der Erfindung bevorzugt, daß der Durchmesser der Düsenidentisch oder unterschiedlich ist und 10 bis 5.000 µm, vorzugsweise 50 bis 3.000 µm und besonders bevorzugt 100 bis 2.000 µm beträgt. Es ist möglich, mit Düsen unterschiedlichen Durchmessers zu arbeiten, beispielsweise auf einer Seite einer Düse mit einem Durchmesser von 100 µm und auf der anderen Seite einer Düse mit einem Durchmesser von 300 µm. Selbstverständlich können auch die Durchmesser der Düsen auf beiden Seiten gleich sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeitsströme nach der Düse identisch oder unterschiedlich sind und mehr als 20 m/s, bevorzugt mehr als 50 m/s und besonders bevorzugt mehr als 100 m/s beträgt.
Auch hier kann einer der Flüssigkeitsströme eine höhere Fließgeschwindigkeit als der andere Flüssigkeitsstrom aufweisen, beispielsweise einerseits 50 m/s und andererseits 100 m/s. Auch hier ist es möglich, daß die Fließgeschwindigkeiten beider Flüssigkeitsströme gleich groß sind.
Die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströme nach der Düse kann 500 m/s oder auch 1.000 m/s erreichen.
Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den Düsen weniger als 5 cm, vorzugsweise weniger als 3 cm und besonders bevorzugt weniger als 1 cm.
Es wird bevorzugt, daß der Gasdruck in dem Raum 0,2 bis 10 bar und bevorzugt 0,5 bis 5 bar beträgt.
Auch über den Gasdruck kann die Tröpfchengröße beeinflußt werden.
Es kann sinnvoll sein, das Gas vor seinem Eintritt in den Raum zu erhitzen oder abzukühlen, um die Temperatur in dem Raum zu beeinflussen.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß ein Lösemittel durch einen weiteren Einlaß in den Raum eingeleitet wird.
Beispielsweise kann Propylenglykol als weiteres Lösemittel durch den weiteren Einlaß in den Raum eingeleitet werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß während der Kollision in dem Raum ein Druck von weniger als 100 bar, bevorzugt von weniger als 50 bar und besonders bevorzugt von weniger als 20 bar herrscht.
Es ist auch möglich, die Flüssigkeitsströme und/oder die entstehende Emulsion durch einen Wärmetauscher zu führen, um die Temperatur der Flüssigkeitsströme vor der Kollision bzw. die der Emulsion nach der Kollision zu kontrollieren.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch, daß in einem weiteren Schritt die hergestellte Emulsion verkapselt wird.
Ebenfalls liegt es im Rahmen der Erfindung, daß in einem weiteren Schritt die hergestellte und eventuell verkapselte Emulsion mit einer Oberflächenmodifikation versehen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Beispiele 1 bis 4 zeigen die Auswirkungen der Variation einzelner Parameter, während die Beispiele 5 bis 21 Beispiele für mögliche Verkapselungsverfahren enthalten.

Beispiel 1: Auswirkung des Gasdrucks

Die Auswirkung des Gasdrucks wurde untersucht, indem ein Flüssigkeitsstrom von Öl und ein Flüssigkeitsstrom von Wasser, welches Lecithin enthält, unter verschiedenen Gasdrücken miteinander in einem Raum zur Kollision gebracht wurden, in dem über einen Gaseinlaß Gas mit unterschiedlichen Gasdrücken eingebracht wurde. Das Öl wurde mit einer Flußrate von 50 ml/min und die wässrige Phase mit einer Flußrate von 250 ml/min gepumpt. Die Öltröpfchengröße wurde über DLS bestimmt. In allen Fällen wurde eine Öltröpfchengröße von weniger als 500 nm erreicht. Die Ergebnisse zeigen, daß die Öltröpfchengröße mit zunehmendem Gasdruck abnimmt.

Druck (bar) Öltröpfchengröße (nm)

1 455

1,5 368

2 294

2,5 274

3 268
Es kann daraus gefolgert werden, daß der über den Gaseinlaß auf das System wirkende Druck einen direkten Einfluß auf die Öltröpfchengröße hat.

Beispiel 2: Auswirkung der Flußrate

Die Auswirkung der Flußrate wurde untersucht, indem verschiedene Flußraten für die Ölphase und die Wasserphase bei gleichbleibendem Verhältnis der Flußraten verwendet wurden. Ein Druck in dem Raum von 2 bar wurde bei allen Versuchen verwendet.

Ölflußrate (ml/min) Wasserflußrate (ml/min) Öltröpfchengröße (nm)

10 50 596

20 100 427

30 150 348

50 250 294

100 500 257
Die Öltröpfchengröße innerhalb der gebildeten Emulsion verringert sich somit mit steigenden Flußraten.

Beispiel 3: Durchmesser der Düsen

Der Einfluß des Durchmessers der Düsen wurde bestimmt, indem verschiedene Düsendurchmesser getestet wurden, während eine Ölflußrate von 50 ml/min und eine Wasserflußrate von 250 ml/min verwendet wurde und der Gasdruck 2 bar betrug.

Düsendurchmesser (µm) Öltröpfchengröße (nm)

200 294

300 318

400 567

500 785
Je kleiner der Düsendurchmesser ist, desto kleiner ist die Öltröpfchengröße innerhalb der gebildeten Emulsion.

Beispiel 4: Zahl der Zyklen

Die Öl- und die Wasserphase wurden voremulgiert und durch die beiden Einlässe in einen geschlossenen Zyklus gepumpt, um den Einfluß der Zahl der Zyklen auf die Öltröpfchengröße innerhalb der Emulsion zu ermitteln. Eine Flußrate von 250 ml/min und ein Gasdruck von 2 bar herrschten hierbei in dem Raum.

Zyklenzahl Öltröpfchengröße (nm)

1 650

2 540

3 420

4 355
Die Öltröpfchengröße innerhalb der Emulsion nimmt somit auch mit der Zyklenzahl ab.

Verkapselung über einen Solvent/Non-Solvent-Prozeß: Beispiele 5 bis 8

Beispiel 5: Koazervation

Ein zu verkapselndes ätherisches Öl wird mit einer Flussrate von 67 g/min im Mikrojetreaktor mit einer wässrigen Na-Caseinat-Lösung (22,4 mg/ml) mit einer Flussrate von 200 g/min im Mikrojetreaktor emulgiert. Im nächsten Schritt wird diese Emulsion mit einer Flussrate von 200 g/min gegen eine wässrige Xanthan-Lösung (0,25%) mit 25 g/min prozessiert. In diesem Schritt lagern sich die gegenläufig geladenen Seitengruppen des Proteins und des Polysaccharids aneinander. Durch pH-Absenkung auf pH 4 mit 10%iger Zitronensäure wird dieses Interaktion verstärkt, wodurch Mikrokapseln entstehen. Die Mikrokapseln sind 50-100 µm groß.

Beispiel 6: Trocknung

Ein zu verkapselndes ätherisches Öl wird mit einer Flussrate von 50 g/min im Mikrojetreaktor in eine wässrige Molkenproteinisolat-Lösung mit einer Flussrate von 200 g/min emulgiert. Nach der Zugabe von 20 % Maltodextrin als Trägermaterial wird die Emulsion sprühgetrocknet. Durch die Trocknung entsteht ein Pulver, welches mikroverkapseltes ätherisches Öl enthält.

Beispiel 7: Schmelzdispersion/Matrixverkapselung

Ein zu verkapselnder Duftstoff (15-30 %) wird bei 85 °C in geschmolzenem Compritol AO 888 gelöst. Diese Ölphase wird mit 68 ml/min in eine 20 °C kalte wässrige Tween 20-Lösung (0,5-1,5 %) mit 200 ml/min emulgiert. Durch die rasche Abkühlung des Fetts kommt es direkt bei Emulsionsbildung zur Partikelbildung und somit Matrixverkapselung des Dufstoffs. Die Mikrokapseln sind im Durchschnitt 5 µm (0,5 % Tween 20) bzw. 2 µm (1,5 % Tween 20).

Beispiel 8: Schmelzdispersion mit modifizierter Oberfläche

Ein zu verkapselnder Duftstoff (15-30 %) wird bei 85 °C in geschmolzenem Compritol AO 888 gelöst. Diese Ölphase wird mit 68 ml/min in eine 20 °C kalte Gummi Arabicum-Lösung (2,5 %; 200 ml/min) emulgiert. Durch die rasche Abkühlung des Fetts kommt es direkt nach der Emulsionsbildung zur Partikelbildung.
Eine Modifizierung dieser Mikrokapseln wird vorgenommen, indem diese Schmelzdispersion (200 ml/min) im Mikrojetreaktor gegen eine 50°C warme Gelatine-Lösung (2,5 %; 150 g/min) prozessiert wird. Durch pH-Absenkung auf pH 4 mit 10%iger Zitronensäure werden die ionischen Wechselwirkungen verstärkt und durch Abkühlung geliert.

Reaktivverkapselung: Beispiele 9 bis 18

Beispiel 9:

Ein zu verkapselnder hydrophiler Polyalkohol (Aktivstoff) wird zu einer wässrigen Ammoniaklösung (1%) gegeben (Wasserphase) und im MJR - Reaktor gegen eine emulgatorhaltige (Polyethyeralkyl-polymethylsiloxan) 1% Verkapselungslösung (TEOS) in Isoparaffin (Ölphase) prozessiert. Bei gleicher Flussrate der beiden Lösungen (50:50) wird ein Prozessdruck vor den Düsen von 40 bar eingestellt.
Es entsteht eine stabile Emulsion, an deren Phasengrenzfläche sich das Verkapselungsmaterial durch Hydrolyse der Vorstufen ausbildet. Die Kapseln können durch einfache Sedimentation oder Zentrifugation abgetrennt werden und sind zwischen 5 und 10 µm groß.

Beispiele 10 und 11:

Das in 1 angegebene Verfahren wird auf die Verkapselungsstoffe OTMS, PTMS angewendet. Bei gleichbleibender Flussrate besitzen die erhaltenen Mikrokapseln etwa gleiche Eigenschaften bei reduzierter Reaktionszeit.

Beispiele 12, 13, und 14:

Das in 1 angegebene Verfahren wird auf variable Flussraten angewendet. Durch Variation der Flussrate können Verhältnisse von disperser Phase (Aktivstoff) zu Ölphase von 30:70, 40:60 und 60:40 realisiert werden. Die Größe der erhaltenen Mikrokapseln steigt mit wachsendem Anteil an disperser Phase (Aktivstofflösung).

Beispiele 15 und 16.

Das in 1 angegebene Verfahren wird auf eine TEOS haltige Verkapselungslösung angewendet mit der Abwandlung, dass die Konzentration des eingesetzten Emulgators auf 50% bzw. 25% der Ursprungskonzentration reduziert wurde. Die erhaltenen Mikrokapseln sind größer als wie sie nach Beispiel 1 erzielt werden.

Beispiel 17:

Das in 1 angegebene Verfahren wird auf eine andere Verkapselungschemie angewendet. Eine 20% Lösung eines zu verkapselnden wässrigen Aktivstoffs, die 10 meq NH2 der Verkapselungskompente HMDA enthält wird im MJR gegen eine 1% Emulgatorlösung in Isoparaffin prozessiert. Die so erhaltene Emulsion wird durch Zugabe von 40 meq COCl einer 20% Trimesoyl chlorid - Lösung in Isopar ausgehärtet. Die erhaltenen Kapseln sind 2 bis 30 µm groß.

Beispiel 18:

Das in Beispiel 17 angegebene Verfahren wird angewendet mit der Abwandlung, dass die Kapselhärtung mittels Trimesoylchlorid-Lösung in situ durch kontinuierlichen Eintrag der Lösung in die Reaktorkammer über die fünfte Öffnung des MJR - Reaktors erfolgt. Die erhaltenen Kapseln haben in etwa die gleichen Eigenschaften wie sie nach Beispiel 9 erhalten wurden.

Öllösliche Aktivstoffe: Beispiele 19 bis 20

Beispiel 19:

Das in Beispiel 5 angegebene Verfahren wird auf öllösliche Verkapselungsstoffe angewendet. Eine zu verkapselnder öllöslicher Aktivstoff wird in eine 20% Lösung des Verkapselungsmaterials (OTMS) in Isoparaffin gegeben und bei Raumtemperatur für 5 min durch Rühren gemischt. Die so erhaltene Lösung wird im MJR - Reaktor bei einem Prozessdruck von 40 bar gegen eine 2% wässrige Emulgatorlösung prozessiert. Es entsteht eine stabile homogene Emulsion, die durch Zugabe des Katalysators Dibutylzinnlaurat (0.5%) erfolgt die Härtung der Kapseln die nach Aushärtung mittels Zentrifugation oder Sedimentation abgetrennt werden können.

Beispiel 20:

Das in Beispiel 19 angegebene Verfahren wird angewendet mit der Abwandlung, dass die Kapselhärtung mittels Dibutylzinnlaurat in situ durch kontinuierlichen Eintrag der Lösung in die Reaktorkammer über die fünfte Öffnung des MJR - Reaktors erfolgt. Die erhaltenen Kapseln haben in etwa die gleichen Eigenschaften wie sie nach Beispiel 19 erhalten wurden.
Schmelzdispersion/Matrixverkapselung: Beispiel 21

Beispiel 21:

Schritt 1:

Aufschmelzen eines Polymeres (z.B. PEGs, Wachse, Fette, ...) Durch Wahl des aufzuschmelzenden Stoffes kann somit entweder eine hydrophile oder eine oleophile Schmelze generiert werden.

Schritt 2a:

Einrühren der festen Aktivstoffe in die Schmelze (z.B. Tenside, Peroxo-Verbindungen, Enzyme, ...)

Schritt 2b (als Alternative zu Schritt 2a):

Einrühren der flüssigen Aktivstoffe in die Schmelze

Schritt 3a:

Überführen der modifizierten Schmelze in den MJR-Prozess unter Verwendung eines kalten Non-Solvents als zweiter Flüssigkeitsstrom unter Präzipitation von beladenen polymeren Mikrokugeln

Schritt 3b (als Alternative zu Schritt 3a):

Mischen der modifizierten Schmelze mit einem warmen Non-Solvent (Voremulsion). Diese Voremulsion wird rechts und links mit einem Flussratenverhältnis von 1:1 in den MJR eingebracht. Unter Verwendung der kühlenden Wirkung des inerten Trägergases wird das beladene Polymer mikroskalig ausgefällt.

Schritt 3c (als Alternative zu Schritt 3a oder Schritt 3b):

Die modifizierte Schmelze wird zur Verringerung der Schmelzviskosität mit einem Teil des erwärmten Non-Solvents gemischt. Die Mischung wird mit dem kalten Rest-Non-Solvent im MJR-Prozess unter Ausfällung der Polymer-Kügelchen ausgefällt.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Emulsionen, wobei in einem ersten Schritt mindestens eine Voremulsion aus mindestens zwei miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten erzeugt wird und dann in einem zweiten Schritt in einem Mikrojetreaktor mindestens zwei Flüssigkeitsströme der mindestens einen Voremulsion durch getrennte Düsen mit definiertem Durchmesser gepumpt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Flüssigkeitsstrahlen zwischen 5 und 500 bar beträgt, um Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströme von mehr als 10 m/s zu erreichen und daß die Flüssigkeitsströme an einem Kollisionspunkt in einem Raum aufeinandertreffen, wobei der Raum mit Gas gefüllt bzw. beaufschlagt wird und der Gasdruck in dem Raum 0,05 bis 30 bar beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Düsen identisch oder unterschiedlich ist und 10 bis 5.000 µm, vorzugsweise 50 bis 3.000 µm und besonders bevorzugt 100 bis 2.000 µm beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströme identisch oder unterschiedlich ist und mehr als 20 m/s, bevorzugt mehr als 50 m/s und besonders bevorzugt mehr als 100 m/s beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Düsen weniger als 5 cm, vorzugsweise weniger als 3 cm und besonders bevorzugt weniger als 1 cm beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck in dem Raum 0,2 bis 10 bar und bevorzugt 0,5 bis 5 bar beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vor seinem Eintritt in den Raum erhitzt oder abgekühlt wird, um die Temperatur in dem Raum zu beeinflussen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lösemittel durch einen weiteren Einlaß in den Raum eingeleitet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kollision in dem Raum ein Druck von weniger als 100 bar, bevorzugt von weniger als 50 bar und besonders bevorzugt von weniger als 20 bar herrscht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströme und/oder die entstehende Emulsion durch einen Wärmetauscher geführt werden, um die Temperatur der Flüssigkeitsströme vor der Kollision bzw. die der Emulsion nach der Kollision zu kontrollieren.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Schritt die hergestellte Emulsion verkapselt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Schritt die hergestellte und eventuell verkapselte Emulsion mit einer Oberflächenmodifikation versehen wird