DE2746489C2

DE2746489C2 - Verfahren zum Herstellen von Mikrokapseln mit Flüssigkeits- und/oder mit Feststoff-Füllungen durch Sprühtrocknung unter Verwendung einer Dreifachdüse

Info

Publication number: DE2746489C2
Application number: DE19772746489
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 3300 Braunschweig Junginger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-15
Filing date: 1977-10-15
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE2746489A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Mikrokapseln mit Flüssigkeits- und/oder mit Feststoff-Füllungen, die als Lösung vorliegen, durch Sprühtrocknung unter Verwendung einer aus drei konzentrischen Rohren gebildeten Dreifachdüse. Die zu verkapselnde Flüssigkeit oder der in Lösung vorliegende zu verkapselnde Feststoff wird während des Zerstäubungsvorgangs durch die Düse gleichzeitig in die die Hüllmembran gelöst enthaltende Flüssigkeit emulgiert. Bei der Mikroverkapselung von Flüssigkeiten umschließt — nach der anschließenden Entfernung des Lösungsmittels der Hüllmembran durch Verdampfen — die nunmehr feste Hüllmembran die zu verkapselnde Flüssigkeit. Bei der Mikroverkapselung von Feststoffen werden bei dem sich anschließenden Trocknungsvorgang gleichzeitig das Lösungsmittel des zu verkapselnden Feststoffs und das der Hüllmembran entfernt.

Zur Mikroverkapselung von Flüssigkeiten mittels Sprühtrocknung sind eine Reihe von Verfahren bereits bekanntgeworden. Zur Mikroverkapselung von Flüssigkeiten durch Sprühtrocknung wurden bisher mit Emulgatoren stabilisierte Emulsionen, die die zu verkapselnde Flüssigkeit als innere Phase und das Wandmaterial gelöst in der äußeren Phase enthalten, mit einfachen Preßluft-Zerstäubungsdüsen (Zweistoff-Düsen) sprühgetrocknet (US-PS 28 05 977, US-PS 30 16 308, Pharm. Acta HeIv. 36, 1961, S. 322). Diese Verfahren haben den Nachteil, daß zur Herstellung der Emulsionen Emulgatoren verwendet werden müssen, um eine Stabilisierung der dispersen Phase zu erreichen. Diese Emulgatoren reduzieren, da sie in der. meisten Fällen ebenfalls Flüssigkeitscharakter besitzen, den maximal zu verkapselnden Flüssigkeitsanteil. Weiterhin besitzen die dazu verwendbaren Emulgatoren keine Geschmacksneutralität, sondern einen seifigen Geschmack, was von Nachteil für eine orale Anwendung der Mikrokapseln ist. Außerdem ist die Bandbreite der Korngröße der hergestellten Mikrokapseln groß, da die primär in der Emulsion vorhandenen Tröpfchen polydispers sind. Dabei sind ihre Dimensionen durch das angewendete Emulgierverfahren determiniert Bei geringem Emulgatorenanteil ist die hergestellte Emulsion instabil und zerfällt, bevor das System zerstäubt wird. Eine weitere Dispergierung der zu verkapselnden Flüssigkeit während des Zerstäubungsvorgangs erfolgt bei der Verwendung einer Zweistoffdüse nicht

Bei weiteren bekannten Verfahren, die zur Mikroverkapselung von Flüssigkeiten durch Sprühtrocknung angewendet werden können (DE-OS 22 33 428, FR-PS ίο 13 81811, FR-PS 14 70 103, FR-PS 15 81 989, C. Voellung: Dissertation Nr. 5387 ETH Zürich 1975), werden die Hilfsstoffe für die Wandmaterialien erst während des Sprühtrocknungsprozesses durch Polyaddition oder Polykondensation aus reaktiven Monomeren hergestellt. Der zu umhüllende Stoff befindet sich dabei innerhalb einer Suspension oder Emulsion, bei der Wasser die äußere Phase darstellt. Als Filmbildner werden grenzflächenaktive, reaktive Monomere oder deren Oligokondensate verwendet. Unter dem Wärmeeinflüß während des Sprühtrocknungsprozesses polykondensieren oder polymerisieren diese sofort, wobei das Verdampfen der äußeren wässerigen Phase eine Anreicherung der Filmmaterialien an der Oberfläche des zu verkapselnden Stoffes bewirkt. Die Ausgangsmonomeren polymerisieren dabei innerhalb weniger Sekunden zu einem makromolekularen Film.

Bei diesen Verfahren ist die exakte Steuerung der Polymerisation äußerst schwierig. Außerdem sind die Wechselwirkungen reaktiver, nicht polymerisierter μ Monomerer mit dem zu verkapselnden Stoff problematisch. Der Anwendungsbereich dieses Verfahrens ist daher auf einige wenige Monomere, die zu einer thermoinduzierten Filmbildung geeignet sind, beschränkt. Generell ist festzustellen, daß die bekannten *"> Verfahren zum Mikroverkapseln mitteis Sprühtrocknung sich nur für Flüssigkeiten als Füllmaterial eignen, während Feststoffe derart bisher nicht mikroverkapselt werden konnten.

Ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Mikro- «o kapseln unter Verwendung einer aus drei konzentrischen Rohren gebildeten Dreifachdüse, jedoch nicht durch Sprühtrocknung, ist aus der DE-OS 23 23 384 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden außer dem flüssigen Kapselfüllmaterial und der Lösung ■*■> des Hüllmaterials, die in die inneren Rohre der Dreifachdüse eingeleitet werden, zwei weitere Lösungen benötigt, und zwar eine dem äußeren Düsenrohr zugeführte wasserunlösliche Lösung und eine strömende Härtelösung, in die die erstgenannten Lösungen in Form einer kontinuierlichen Strömung mit einem gemeinsamen Kegel eingeleitet werden und in der zunächst die wasserunlösliche Lösung sich zu einer die beiden anderen Lösungen umschließenden Kapsel ausbildet. Diese Kapsel muß anschließend wieder zerstört werden, damit die dort solförmige Lösung des Hüllmaterials mit der Härtelösung reagieren kann, um einen wasserunlöslichen Überzug der kugelförmigen Oberfläche des Kapselfüllmaterials zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Mikroverkapselung von Flüssigkeiten und/oder von Feststoffen zu entwickeln, welches gegenüber den bekannten Verfahren einfacher, flexibler und universeller anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Sie bewirken, daß bei dem Zerfall von Flüssigkeitsstrahlen in Preßluft-Zerstäuber-Düsen durch die auftretenden Wechselwirkungen zwischen Zerstäubergas und dem zu

zerstäubenden Stoff auch gleichzeitig eine Emulgierung zweier nur begrenzt miteinander mischbarer Flüssigkeiten bei geeigneter Zufuhr dieser beiden Flüssigkeiten in der Düse stattfindet Dabei entsteht während des Zerstäubungsvorgangs eine Emulsion. Werfen Zerstäubung eines Flüssigkeitsstrahles und gleichzeitige Emulgierung zweier Flüssigkeiten in einer Düse kombiniert, so erhält man bei gleichzeitiger Zuführung von zwei miteinander nur begrenzt mischbaren Flüssigkeiten an den Zerstäuberkanten primär eine Emulgierung der zu verkapselnden Flüssigkeit in die das Wandmaterial gelöst enthaltende Flüssigkeit Sekundär erfolgt sofort anschließend die Zerstäubung zu feinen Emulsionströpfchen.

Die Bildung der Emulsionströpfchen wird dadurch erreicht, daß die Zerstäuberluft den gesamten Flüssigkeitsquerschnitt der Düse in feine Tröpfchen zerstäubt, wobei bei gleichzeitigem Vorhandensein von zwei miteinander nur begrenzt mischbaren Flüssigkeiten eine Emulgierung der einen Phase in die andere erfolgt. Die äußere Phase bildet stets diejenige Phase, die im Volumenüberschuß in der Zerstäubungszone vorhanden ist. Dabei ist es gleichgültig, ob die zu verkapselnde Flüssigkeit und/oder der gelöste Feststoff in der äußeren oder inneren Zuleitung der Düse an die Zerstäuberkanten zugeführt werden, da bei vertauschter Phasenzuführung in der Düse unter sonst identischen Bedingungen gleichwertige Produkte erhalten werden. Das Volumen der äußeren Phase, die das Wandmaterial in gelöster Form enthält, kann durch entsprechende Lösungsmittelmengen in beliebiger Größe variiert werden. Bei der Mikroverkapselung von Flüssigkeiten verdampft die Flüssigkeit der äußeren Phase nach der Zerstäubung beim Kontakt mit der Warmluft des Trockenturmes innerhalb von Sekundenbruchteilen unter Ausbildung einer Hüllwand um das Flüssigkeitströpfchen, wodurch eine Phasentrennung ausgeschlossen wird. Bei der Mikroverkapselung von Feststoffen werden gleichzei;ig das Lösungsmittel der äußeren Phase und das der inneren Phase durch Verdampfen entfernt.

Prinzipiell lassen sich hierbei einerseits lipophile Stoffe, die mit einer wässerigen Lösung des Hüllmaterials nicht mischbar sind, ebenso mikroverkapseln wie wässerige Flüssigkeiten, die in Lösungen von Wandmaterialien emulgiert sind, die mit Wasser nicht mischbar sind. Ebenso lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Feststoffe, die in lipophilen Lösungsmitteln löslich und mit einer wässerigen Lösung des Hüllmaterials nur begrenzt mischbar sind, mikroverkapseln. Das Gleiche gilt für wasserlösliche Feststoffe, wenn ihre wässerige Lösung mit den lipophilen Lösungsmitteln für die entsprechenden Hüllmaterialien nur begrenzt mischbar ist.

Um eine solche Mikroverkapselung von Flüssigkeiten und/oder von Feststoffen durch das Verfahren der Sprühtrocknung zu erreichen, wird eine Dreifachdüse zur Zerstäubung mit Preßluft verwendet, die so konstruiert und dimensioniert ist, daß eine Zerstäubung des gesamten Flüssigkeitsquerschnitts durch die tangential eintretende Zerstäuberluft gewährleistet ist.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Mikroverkapselung durch Sprühtrocknung unter Verwendung einer geeigneten Dreifachdüse eine überaus einfache, kontinuierlich arbeitende Methode darstellt, die in allen Sprühtrocknungsanlagen angewendet werden kann. Weiterhin bietst dieses Verfahren den Vorteil, daß die Verarbeitung ailer in irgendeinem Lösungsmittel löslichen Stoffe, die sich für eine Mikroverkapselung von Flüssigkeiten und/oder von Feststoffen eignen, für die Mikroverkapselung einer Vielzahl von Stoffen, die sich zerstäuben lassen, möglich ist. Dabei gelingt sowohl die Verkapse'ung lipophiler als auch hydrophiler Flüssigkeiten und/oder der darin gelösten Feststoffe.

Das beschriebene Verfahren ist besonders geeignet Ό zur Herstellung von Mikrokapseln entsprechender Größe, die sich mit den dazu passenden Düsen und Sprühtrocknungsanlagen anfertigen lassen. Die gewünschte Korngröße kann dabei durch die Variation der Düsenparameter eingestellt werden. Das Verhältnis Wandmaterial zu verkapselnder Flüssigkeit und/oder Feststoff ist durch einfache Regulierung der Zulaufgeschwindigkeiten der Phasen innerhalb weiter Grenzen steuerbar.

Als weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist zu nennen, daß es sich der Zerstäubungstrocknung bedient, die als außerordentlich schonendes Trocknungsverfahren gilt. Somit gelingt es mit dem hier beschriebenen Verfahren, auch thermolabile, leicht flüchtige und/oder oxidationsempfindliche Stoffe zu mikroverkapseln. Zur Mikroverkapselung von Stoffen sind nach diesem Verfahren keine weiteren Hilfsstoffe, wie Emulgatoren oder Härtungsmittel, notwendig, so daß weder schädliche Wechselwirkungen mit dem zu verkapselnden Material noch Geschmacksbeeinträchtigungen auftre-³⁽¹ ten.

Dieses Verfahren ist somit zur Mikroverkapselung aller geeigneten Flüssigkeiten und/oder Feststoffe verwendbar, wobei es aufgrund seiner Einfachheit den anderen Verfahren überlegen ist und/oder nicht deren Nachteile besitzt. Die erhaltenden Produkte besitzen im allgemeinen Kugelform, so daß sich dadurch günstige technologische Eigenschaften, wie gute Fließfähigkeit, ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer ⁴⁽¹ schematischen Darstellung des Funktionsprinzips der verwendeten Dreifachdüse und anhand von Beispielen mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es sei zunächst die schematische Darstellung des Zerstäubungsvorgangs und der damit gleichzeitig erreichbaren Emulgierung anhand von Fig. 1 beschrieben. Die verwendete Dreifachdüse verfügt über drei Zuleitungen. Der zu verkapselnde Stoff wird der Dreifachdüse in dem innen verlaufenden Rohr 1 zugeführt; das in einem Lösungsmittel gelöste Wandma-⁵⁽¹ terial wird dann in dem konzentrisch zu Rohr 1 verlaufenden Rohr 2 zugeführt. Der zu verkapselnde Stoff kann aber auch in dem Rohr 2 zugeführt werden, wobei dann das in einem Lösungsmittel gelöste Wandmateria) in dem Rohr 1 zugeführt wird. Der Durchmesser von Rohr 2 ist so dimensioniert, daß eine Zerstäubung über den gesamten Rohrquerschnitt durch die tangential in die Einlaßöffnung 4 eintretende Zerstäuberluft gewährleistet wird. Die beiden die Flüssigkeiten führenden Rohre 1 und 2 sind konzen^fa0 trisch in die Düse so eingefügt, daß beide Rohre kurz außerhalb des Luftaustrittsspaltes enden. Bei Zufuhr von zwei miteinander nur begrenzt mischbaren Flüssigkeiten in den Rohren 1 und 2 erfolgt durch die in die Ei..trittsöffnung 4 zugeführte und durch den Kanal 3 ^h5 geleitete Zerstäuberluft eine Zerstäubung der beiden Flüssigkeiten an den Zerstäuberkanten der Rohre 1 und 2 unter gleichzeitiger Emulgierung der beiden Flüssigkeiten ineinander. Die äußere Phase der Emulsions-

tröpfchen bildet diejenige Phase, die mit dem größeren Volumen pro Zeiteinheit gegenüber der anderen Phase dem Düsenmund zugeführt wird. Die Trennung der gebildeten Emulsion in einzelne Emulsionströplchen ist schematisch durch den kugelförmigen Bereich 5 angegeben. Die Zone des Trocknungsbeginns der äußeren Phase unter Ausbildung einer Feststoffhülle um die zu verkapselnde Flüssigkeit und/oder den Feststoff ist schematisch durch den Bereich 6 angegeben. Ein Gewinde 7 am Rohr 1 ermöglicht eine variierbare Austrittshöhe des Austrittsrohres 1 gegenüber Rohr 2. Es ist auch das verkapselte Material 8 nach dem Austritt aus der Dreifachdüse dargestellt. Die äußere Phase 9 der Mikrokapseln vor der vollständigen Trocknung der Hüllmembran ist auch sichtbar. Eine Mikrokapsel zeigt die Hüllmembran 10 nach ihrer vollständigen Trocknung.

Im folgenden seien je ein Beispiel für die Mikroverkapselung einer Flüssigkeit und für die Mikroverkapselung eines Feststoffes in verschiedene Hüllmaterialien unter Verwendung der zuvor beschriebenen Dreifachdüse und Anwendung der Zerstäubungstrocknung aufgeführt. Dabei wurden identische Produkte für die beiden Fälle erhalten, daß im ersten Fall der zu verkapselnde Stoff in Rohr 1 der Düse zugeleitet wurde, bei Zuleitung des gelösten Wandmaterials in Rohr 2 und daß im zweiten Fall der zu verkapselnde Stoff in Rohr 2 der Düse zugeführt wurde, bei gleichzeitiger Zuleitung des gelösten Wandmaterials in Rohr 1.

1. Mikroverkapselung von dünnflüssigem
Paraffin in Gelatine

50,0 g Gelatine wurden unter Erwärmen in 500 ml dest. Wasser gelöst und die warme Lösung mit einer Zulaufgeschwindigkeil von 30 ml/min der Dreifachdüse zugeführt. 65,6 g dünnflüssiges Paraffin wurden der Dreifachdüse mit einer Zulaufgeschwindigkeit von 4 ml/min zugeführt.

Paraffingehalt des Endproduktes: 57 Gewichts-Prozent; Druck der Zerstäuberluft: 1,5 bar. Eingangstemperatur der Trocknungsluft: 180⁰C; Austrittstemperatur der Abluft: 72°C. Ausbeute ca. 30 g. Charakterisierung des Produktes: trockenes, leicht fließfähiges Pulver.

2. Mikroverkapselung von Kochsalz in
Methylzellulose

65,0 g Kochsalz wurden in 200 mi dest. Wasser gelöst, die Lösung filtriert und der Düse mit einer Zulaufgeschwindigkeit von 4,9 ml/min zugeführt. 65,0 Methylzellulose wurden unter Rühren in einer Mischung aus 1600 g Chloroform und 400 g Methanol gelöst und diese Lösung nach der Filtration der Dreifachdüse mit einer Zulaufgeschwindigkeit von 45 ml/min zugeführt.
Kochsalzgehalt des Endproduktes: 50 Gewichts-Prozent. Druck der Zerstäuberluft: 1,8 bar. Eingangstemperatur der Trocknungsluft: 180°C; Ausgangstemperatur der Abluft: ca. 75°C. Ausbeute ca. 80 g.
Charakterisierung des Produktes: trockenes, leicht fließfähiges Pulver.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Mikrokapseln mit Flüssigkeits- und/oder mit Feststoff-Füllungen durch Sprühtrocknung unter Verwendung einer aus drei konzentrischen Rohren gebildeten Dreifachdüse (konzentrische Dre-fachdüse), dadurch gekennzeichnet, daß die in die inneren Rohre (1, 2) eingeleiteten, nur begrenzt miteinander mischbaren Flüssigkeiten des zu verkapselnden Stoffes und der Lösung des Hüllmaterials an den Zerstäuberkanten der Düse mittels Zerstäuberluft aus dem äußeren Rohr (3) ineinander emulgiert und anschließend in einzelne Emulsionströpfchen zerstäubt werden und daß danach durch Einwirkung von Warmluft der Flüssigkeitsanteil der äußeren Phase der Emulsionströpfchen verdampft wird, derart, daß dm spontane Ausbildung einer Hüllwand um den zu verkapselnden Stoff erfolgt.

2. Verwendung einer konzentrischen Dreifachdüse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der das innere Rohr (1) gegenüber dem mittleren Rohr (2) in der Austrittshöhe verstellbar angeordnet ist.