Brevet FR2028013A1 — publié le 19701002

i 20280t3 On sait, que l'on peut préparer des mierocapsules par coacervation complexe. Ces capsules contiennent des liquides, des solides, des émulsions ou des suspensions et portent une enveloppe en matière à haut poids mcfl'écUlaire. La matière présente 5 à 11 intérieur des microcapsules est en général désignée ci-après sous le nom' de matière de coeur ou, substance,-de coeur, et la matière de l'enveloppe est désignée sous le nom de matière ou substance de l'enveloppe„ On peut préparer des microcapsules de ce type par déposition de la substance de lrenveloppe à partir ]_q d'une solution aqueuse qui peut être colloïdale, sur la matière de coeur dispersée dans cette solution. A cet effet, on prépare d'abord une dispersion (par exemple une émulsion ou une aïspension) à partir de la matière de coeur voulue et d'une solution colloïdale de la substance d'en-15 veloppe. La coacervation est ensuite déclenchée, et le coacervat, c'est-à-dire la phase riche en colloïde ou la substance d'enveloppe, est précipité de ,;la phase continue de là dispersion et déposée autour de la phase non continue, c'est-à-dire la matière de coeur. La déposition du coacervat autour de la phase non- conti-20 nue es^ toujours due au fait que les particules individuelles constituent dans la phase continue de la solution colloïdale des hétérogénéités et agissent en conséquence comme des germes de condensation à l'égard de la précipitation de la phase riche en colloïde, le coacervat. La formation autour des particules indivi-25 duelles d'une enveloppe de coacervat continue ou non dépend de la teneur en humidité et/ou de la température du coacervat précipité, Une forte teneur en eau et/ou une forte température confèrent au coacervat une fluidité qui lui permet de s'écouler autour du germe de condensation, c'est-à-dire d'envelopper la matière de 30 coeur dispersée. En d'autres termes, la matière de coeur dispersée est toujours plus facile à encapsuler à température élevée. Il en résulte que les procédés classiques pour enrober une matière de coeur par coacervation complexe diffèrent surtout entre eux par lés techniques utilisées pour provoquer la coacervation de la dispersion du mélange de la matière de coeur et de la solution colloïdale hydrophile. 70 00754 2 2028013 On s'ait que 1 ' on peut préparer des émulsions ou des suspensions à partir de matières de coeur quelconques," par' exemple d'une huile ou d'un pigment, et d'une solution colloïdale d'un polymère à une concentration suffisamment forte pour que la dilu-5 tion par l'eau favorise la coacervation des colloïdes hydrophiles contenus dans la phase continue de 1*émulsion ou suspension, provoquant la déposition du coacervat autour de la phase dispersée. Pour parvenir à ce résultat, il faut effectuer la dilution à température élevée. La concentration en colloïde pour laquelle la 10 coacervation se produit par dilution est extrêmement faible.i)ans3e cas du système gélatine/gomme arabique, elle est d'environ 1$; au-delà de 2%, la coacervation peut fort bien ne pas se produire., On sait également qu'on peut préparer une émulsion ou suspension à partir de la matière de coeur voulue» par exemple 15 une huile ou un pigment, et d'une solution colloïdale de la substance d'enveloppe, en présence de bases» Lorsqu'on abaisse le pH par addition d'un acide, les colloïdes hydrophiles se déposent de la phase continue de 1'émulsion ou de la suspension autour de la phase dispersée, sous forme de coacervats qui enrobent la phase 20 dispersée, avec formation de capsules dont, à l'origine les pardis sont encore liquides! le liquide en équilibre est une solution aqueuse saline à faible teneur en colloïde. Dans les procédés classiques, l'enrobage de la phase dispersée par le coacervat est d'autant plus efficace que le passage 25 du système dans les conditions favorables à la formation du coacervat est plus lent et plus uniforme, c'est-à-dire que la diminution de pH ou la dilution est plus lente. En conséquence, il existe des procédés spéciaux de préparation de microcapsules par coacervation complexe qui consistent uniquement en une diminution uniforme et 30 progressive du pH par addition d'un acide ou en'une dilution uniforme et progressive par l'eau (en une période de 2 heures par exemple), le mélange étant soumis pendant toute l'opération à une agitation intensive'(cf. brevet allemand n° 1 122 ^95)» La demanderesse a maintenant trouvé un procédé pour préparer des microcgpsules dans lequel les microcapsules consistent 35 en une matière de coeur enrobée et en une enveloppe d'un coacervat complexe des 70 00754 3 2028013 (A) un polymère soluble dans l'eau contenant des groupes acides et basiques. (B) un polymère soluble dans l'eau contenant des groupes carbo-xyle ou carboxylate, 5 procédé selon lequel on fait passer une solution aqueuse de (a) et/eu ue solution aqueuse de (B) sur un échangeur d'ions ou un mélange . d * échangeurs d'ions, on disperse la matière de coeur dans la solution de (a) ou (B) avant ou après ce traitement, après quoi on mélange les solutions. 10 On peut donc éviter le passage pénible et long à l'état convenant à la coacervation et réaliser une coacervation spontanée conduisant à un enrobage de la phase dispersée. Les solutions peuvent être mises en contact séparément ou en mélange avec les échan-geurs d'ions. Les anions et/ou les cations et même, dans certairs 15 cas, des sels étrangers présents dans les solutions, sont remplacés par des ions H ou OH, et l'on obtient des solutions des composants (A) et (B) pratiquement exemptes de sel. Si on utilise un excès d'échangeurs d'anions et de cations, c'est-à-dire si les échangeurs sont présents en quantité telle que leur capacité d'échan-20 £e est supérieure à celle correspondant aux ions présents dans les s.olutions, chaque solution est automatiquement réglée à un pH constant qui lui est spécifique. Une solution d'un ampholyte hydrophile, par exemple la gélatine, est ainsi réglée spontanément à son point isoélectrique et une solution d'anolyte ou de catholyte à la valeur 25 de pH à laquelle les molécules possèdent une vitesse maximale de migration dans un champ électrique. On peut également régler de manière reproductible à toute autre valeur de pH voulue par un choix approprié du type de 1'échangeur d'ions et de sa quantité. ^0 Ces solutions, pratiquement exemptes de sel donnent lieu particulièrement facilement à la coacervation. Si on combine par exemple une solution de gélatine qu'on a déminéralisée par des échangeurs d'ions avec une solution de gomme arabique qui a été également déminéralisée par des échangeurs d'ions, il se produit 25 une coacervation spontanée, même si les solutions sont très concentrées. Les solutions peuvent présenter une concentration en polymère allant par exemple jusqu'à 10$,c'est-à-dire que leur concentration est de l'ordre de grandeur auquel habituellement on fait démar 70 00754 4 2028013 rer la coacervation par une dilution progressive (à une concentration d'environ 1 à 2$) sous agitation continue (coacervation par dilution). Dans le procédé selon "1'invention, l'enveloppe est formée 5 par réaction de deux composants macromoléculaires en solution aqueuse, l'un des composants (A) étant un polymère soluble dans l'eau contenant des groupes acides et basiques et l'autre (B) étant un polymère soluble dans l'eau, synthétique ou naturel, qui contient des groupes carboxyle et/ou carboxylate. Les polymères amphotères comme les pro-10 téines, par exemple la caséine, l'albumine, et de préférence la gélatine, conviennent tout particulièrement à l'utilisation comme polymère soluble dans l'eau (A) contenant des groupes acides et basiques. Parmi les polymères synthétiques et solubles dans l'eau 15 (B) qui conviennent, on citera les produits de réaction des copoly-mères de l'anhydride maléique contenant par exemple comme comono-mère de l'éthylène, du styrène, de 11 isobutylène, de l'éther viny-lique, et des copolymères de l'acide acrylique et de l'acide métha-crylique avec l'acrylamide ou des esters acryliques ou méthacryli-20 ques comme comonomère, leur» sels, la carboxyméthylcellulose„ Les produits de réaction de copolymères de l'anhydride maléique sont des produits du type obtenu par réaction du groupe anhydride avec l'eau, l'ammoniaque, des aminés ou les diamines contenant un groupe amino tertiaire, des aminoalcools ou des hydroxydes métalliques, etc. 25 Comme exemples de polymères naturels solubles dans l'eau (B) contenant des groupes carboxyle ou carboxylate, on citera la gomme arabique l'acide alginique, les alginates et les pectines. En général, les substances organiques ou minérales solides ou liquides hydrophobes et à l'état de fine division conviennent 30 à l'utilisation comme matières de coeur dans le procédé selon l'invention. Parmi les nombreuses possibilités, on citera les suivantes, à titre purement illustratif s des produits pharmaceutiques et des agents de protection des végétaux, des produits alimëntaires et des additifs alimentaires (par exemple des épiees, des substances aroma-35 tiques), des colorants (par exemple des pigments organiques et[minéraux), des produits chimiques, dès lubrifiants et d'autres huiles. Les matières de coeur peuvent également être èncapsulées à l'état de solutions organiques. On peut également encapsuler des 70 00754 5 2028013 matières de coeur hydrophiles à condition qu'elles, aient été dispersées dans un milieu hydrophobe. D'une manière générale, le solvant utilisé pour les matières d'enveloppe est l'eau; cependant on peut aussi utiliser des 5 mélanges d'eau et d'alcools ou d'acétone. Les composants (A) et (B) utilisés pour.la coacervation sont mis en oeuvre à des concentrations■de 1 à 10$, par rapport aux solutions aqueuses. On utilise de 0,1 à 2 parties de la matière-d'enveloppe 10 pour 1 partie de la matière de coeur, selon la dimension de particule de la matière de coeur et l'épaisseur voulue pour l'enveloppe. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de plusieurs manières. Ainsi, on peut disperser la matière de coeur dans la solution du composant (A) ou dans la solution correspondante 15 du composant (B), soit avant, soit après traitement des solutions par les échangeurs d'ions. Selon le type de matière de coeur utilisée, il peut être nécessaire d'ajouter des produits facilitant la dispersion par exemple les agents dispersants ou émulsifiants et stabilisants classiques. D'une manière générale, cependant, les matières 20 de coeur peuvent être dispersées facilement dans les solutions de (A) et/ou (B) en l'absence de produits auxiliaires. Pour le traitement par les échangeurs d'iong les solutions des composants (A) et (B) ou leur mélange si on le désire» contenant la matière de coeur à l'état dispersé, doivent être à des tempéra-25 tures correspondant à des solutions fluides.. En règle générale, on opère à des températures de 10 à 80°C. Le traitement par les échangeurs d'ions s'effectue en général de la manière habituelle, c'est-à-dire par passage des solutions sur des colonnes contenant des résines échangeuses d'ions. 30 Dans le cas présent, on utilise de préférence des échangeurs d'ions solides résineux, de préférence des échangeurs d'ions fortement acides ou fortement basiques dérivés de polymères. Les polystyrènes réticulés contenant des groupes acide sulfonique ou des groupes ami-no tertiaires ou ammonium quaternaires conviennent tout par.ticuliè-35 rement. En d'autres termes, on peut utiliser à la fois des échangeurs d'anions et de cations, plus spécialement des. échangeurs fortement acides ou fortement basiques. Ôn les utilise en général sous les formes hydrogène ou hydroxyle. En principe, on peut utiliser tous 70 00754 6 2028013 les échangeurs d'ions fortement basiques et fortement acides, y compris ceux qui dérivent de produits de condensation» Mais on peut même utiliser des échangeurs d'ions liquides» • - D'une manière générale, les échangeurs dçions sont uti-5 lisés en " couche mélangée"» Dans ce cas, on laisse écouler la solution à traiter sur un mélange d'un échangeur de cations fortement acide et d'un échangeur d'anions fortement basique» Les proportions relatives de ces'deux échangeurs dans le mélange peuvent être réglées selon des exigences particulières. 10 On utilise une couche mélangée de ce type en particulier pour le traitement du composant (A) et pour le traitement de mélanges des solutions des composants (A) et (B). Les solutions du compo- \ * sant (B) seul peuvent également être traitées sur couche mélangée. Cependant, en particulier lorsqu'on utilise des polymères synthé-15 tiques, par exemple du type contenant des groupes carboxylate, l'utilisation d'un échangeur de cations seulement peut suffire. Dans le cas de polymères synthétiques contenant des groupes carboxyle, on peut également supprimer le traitement par les échangeurs de cations à condition que le pH de ces solutions, aussitôt 20 après préparation, soit dans la gamme favorable à la coacervation. La coacervation se produit spontanément lorsqu'on mélange les solutions des composants (A) et (B) contenant la matière de coeur et traitées par les échangeurs d'ions. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre 25 d'une manière particulièrement aisée en faisant passer l'une des deux solutions de la matière d'enveloppe, si on le désire après traitement dans la colonne d'échangeur d'ions, et conjointement à la matière de coeur à disperser, dans une machine à former les dispersions à la sortie de laquelle on exploite la grande vitesse d'écou-30 lement de la dispersion pour réaliser le mélange avec la solution du second composant de la matière d'enveloppe. Pour obtenir une bonne émulsion, il peut être souhaitable d'ajouter à la matière de coeur des agents émulsifiants ou des produits auxiliaires d'émul-sification ou des solutions aqueuses de tels produits. 35 Cependant, on peut aussi mettre en contact en continu la dispersion et la solution du second composant de la matière d'enveloppe, par exemple par envoi des deux solutions dans une pompe qui provoque leur mélange intensif..En principe, cependant, on peut exploiter tout autre type de mélange intensif. 70 00754 i 2028013 La combinaison des deux solutions de polymères A et B peut être effectuée à une température quelconque appropriée, de préférence à une température d'environ 0 à 100°C, plus spécialement de 10 à 40°C. 5 Le mélange qui, en réalité, commence à subir la coacer vation dès la mise en contact, peut ensuite être envoyé par exemple dans une colonne garnie et chauffée à température modérée» La coacervation est complète au bout de quelques minutes seulement, au point que les microcapsules peuvent.être soumises 10 lorsqu'on le désire à un traitement subséquent dans les solutions aqueuses qui les contiennent à l'état dispersée Une colonne garnie convient tout spécialement pour le contrôle efficace dé la température des solutions dans la gamme convenant pour la coacervation,, A cet égard, lorsqu'on parle d'un "traitement subséquent", on içj entend par exemple un durcissement des microcapsules par exploitation des réactions couramment utilisées dans le durcissement de la gélatine, par exemple une réticulation à l'aide de formaldé-hyde, de dialdéhydes ou d'autres agents réticulants, ou à l'aidé d'ions polyvalents. On peut également appliquer sur les microcap-20 suies une seconde enveloppe, par exemple dans une opération subséquente de coacervation. Les dimensions de particule des microcapsules sont très largement fonction du degré de dispersion de la matière de coeur et par conséquent, dans le cas de matières solides, de la dimension de particule de ces dernières, et dans le cas de 25 matières liquides, de la dimension de gouttelette qui est réglée au moment de la dispersion dans la solution de (A) ou (B) ou (A) et (B). Par conséquent, on peut faire varier les dimensions de particule des microcapsules dans des limites étendues; cependant, normalement, les dimensions de particule vont de 5 à 200 microns. 20 Les dimensions cfe particule des microcapsules sont également fonction du rapport entre la matière dkiveloppe et la matière de coeur ou de sa surface. Pour isoler les microcapsules, on dilue le milieu de réaction si on le désire, on le refroidit et on le sépare des micro-^ capsules par filtration, centrifugation, ou à l'aide d'un séparateur cyclone. Les microcapsules peuvent ensuite être lavées, et séchées par des techniques classiques dans des séchoirs-atomiseurs ou dans des séchoirs à détente, en couche fluidlsée et, lorsqu'on le désire, sous pression réduite. 70 00754 8 2028013 Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter; dans ces-exemples» les indications de parties et de pourcent s'entendent en poids, sauf indications contraires. E3ŒMPLE_1 5 On prépare une solution aqueuse à 5$ de gélatine à l'aide d'une gélatine obtenue à partir de peau de porc pelanée à l'alcali» Cette solution présente un pH de 5,7 et une conductivité de 1 6;KyuS, On fait passer cette solution sur une colonne d'échangeurs d'ions chauffée à 60°C et contenant une partie en volume d'un échangeur de 10 cations fortement acide (copolymère d'un styrène et de 8% de divi-nylbenzène portant des groupes acide sulfonique) et deux parties en volume d'un échangeur d®anions fortement basique (copolymère de styrène et de 8$ de divinylbenzène portant des groupes ammonium quaternaires) respectivement sous les formes H-et 0H„ A la sortie 15 de la colonne» la solution présente un pH de 8,6 et une conductivité de 7,5 /us et elle est évacuée par un conduit chauffé. On prépare également une solution aqueuse à 5# de gomme arabique. Cette solution présente un pH de 5,1 et une conductivité de 860 yuS. Onlafôit passer également sur une colonne d'échan-20 geurs d'ions contenant une partie en volume de l'échangeur de cations mentionné ci-dessus et une partie en volume de l'échangeur dfanions, ici encore sous les formes respectives H et OH. A la sortie de la colonne, la solution présente un pH de 2,4 et une conductivité de 150 ^uS. 25 On émulsifie en continu dans la solution de gomme arabi que sortant de la colonne, à l'aide d'une machine à émulsifier telle qu'une pompe Bosch ou une machine Supraton» de l'huile de polybutène (de viscosité 60 cP) en quantité telle qu'il se forme une émulsion à 40$ d'huile dans l'eau. Cette émulsion est à une 20 température de 60°C. L'émulsion sortant en continu de la machine à émulsifier est introduite dans le même conduit d'évacuation que la solution de gélatine, chauffé à 60°C. Lorsque les deux solutions se combinent, il se forme des enveloppes de coacervat autour .des gouttelettes de l'huile de polybutadiène. 25 Le courant de liquide sortant du conduit d'évacuation et qui contient de l'huile encapsulée est refroidi dans une colonne garnie maintenue à 20°C où les enveloppes se solidifient; celles-ci peuvent ensuite être soumises à un traitement chimique subséquent, 70 00754 9 2028013 par exemple un durcissement- Après séchage; on obtient une poudre qui consiste en particules d'un diamètre de 50 à 100 microns. Si l'on répète la même opération mais en supprimant le stade de déminéralisation, il ne se produit pas de coacervation. 5 ?XEMPLE_2 On prépare à nouveau des solutions identiques à celles de l'exemple 1 et on les traite de la même manière par des échangeurs d'ions. Dans ce cas cependant, on émulsifie 50$ en volume d'essence de citron dans le courant de gélatine sortant de la colon-10 ne, après quoi on introduit les deux courants de liquide dans le conduit d'évacuation communj les gouttelettes d'essence de citron sont alors recouvertes d'une enveloppe de coaeervat. EXEMPtE_2 On prépare une solution aqueuse à 10$ de gélatine à ]_5 l'aide d'une gélatine obtenue à partir de peau de pore pelanéf? à l'acide. La solution présente un pH de 6,2 et une conductivité de 825yuS. On fait passer cette solution sur une colonne garnie chauffée à 60°C comme décrit dans l'exemple 1. A la sortie de la colonne, elle présente un pH de 4,9, correspondant à son point isoélec-20 trique, et une conductivité de 3,5 ^uS. La solution de gélatine sortant de la colonne est mélangée avec une dispersion à 30$ de TiOg dans l'huile de silicone, de sorte qu'il se forme une émulsion aqueuse à 25$ avec l'huile de silicone contenant le pigment* Cette solution est ensuite introduite dans une solution 25 aqueuse à 2$ d'acide polygalacturonique chauffée à 60°C. Après refroidissement, un passage sur une colonne garnie donne un produit encapsulé possédant des diamètres sphériques de 20 à 120 microns. E]ffiMPIE_4 20 On fait passer une solution, aqueuse à 2$ d'acide poly- manuronique sur des échangeurs d'ions en couche mélangée chauffés à 45°C, à raison d'une partie en volume de l'échangeur de cations déjà mentionné dans l'exemple 1 et d'une partie en volume de l'échan-geur d'anions du même exemple; la solution est ensuite combinée en 25 continu avec l'émulsion d'huile de silicone contenant un pigment préparée comme décrit dans l'exemple 3. Ici encore, il se forme un produit encapsulé qui peut être soumis à un traitement subséquent et revêtu si on le.désire d'une seconde enveloppe entièrement séparée de la première. 70 00754 10 2028013 EXEMPLE_5 On prépare une solution aqueuse contenant 5$ de gélatine et 5$ de gomme arabique. On disperse dans cette solution 10$ d'oxyde de fer et on la fait passer sur une couche mélangée d1échangeurs 5 d'ions chauffée à JO°C comme décrit dans l'exemple 1 (proportions en volume s 1 s l). La coacervation commence dans la colonne et les particules individuelles de pigment sont encapsulées,, Le pH de la suspension pâteuse de capsules qui sort de la colonne est de 3*9 et sa conductivité de 2,3 ^uS„ Le produit sortant de la 10 colonne est introduit dans l'eau à 20°C où les enveloppes se solidifient. Il se forme des particules pigmentaires de 0,5 à 5 microns de diamètre. Pour durcir l'enveloppe, on mélange les particules avec 1% de formaldéhyde en solution et on agite le mélange pendant 2 heures. On sépare ensuite les capsules par centrifugation et on 15 les sèche à 60°C. On obtient une poudre pigmentaire qui s'écoule librement. EXEMPLE_6 On prépare une solution à 1% d'un copolymère éthylène/acide maléique par agitation de ce copolymère (de poids moléculaire 300 000) 20 dans l'eau à 95°C jusqu'à formation d'une solution limpide (environ 1 heure). On disperse dans 100 parties de cette solution, sous agitation, à 20°C, 10 parties d'huile de ricin il se forme des gouttelettes de 20 à 50 microns de diamètre. On fait passer par ailleurs une solution à 7$ de gélatine sur une couche mélangée d'échai-25 geurs d'ions comme décrit dans l'exemple 1. On chauffe les deux solutions à 50°C et on pulvérise des parties égales de la dispersion d'huile dans la solution de gélatine de manière à réaliser un mélange rapide. La coacervation commence immédiatement et les gouttelettes d'huile se recouvrent d'une enveloppe. On fait passer le liquide 20 de réaction sur une colonne garnie maintenue à 30°Co La durée de passage moyenne dans la colonne est de 3 mn. Le milieu de réaction sortant de la colonne est mélangé avec 1% de formaldéhyde et, au bout de 20 mn, refroidi à 10°C. Les microcapsules sont séparées par centrifugation et séchées à 50°C. On obtient une poudre qui s'écoule 25 librement (diamètre des capsules ;40 à 80 microns). 70 00754 ii 2028013 revendications 1. Procédé ùer préparation de microeapsules consistant en une matière de coeur enrobée et en une enveloppe d'un coacervat complexe de; " (A) un polymère soluble dans l'eau contenant des groupes 5 ^acides et basiques, (B) un polymère soluble dans l1eau contenant des groupes carboxyle ou carboxylate, procédé selon lequel on fait passer une solution aqueuse de (A) et/ou une solution aqueuse de (B) sur un échangeur d'ions ou un 10 mélange d'échangeurs d'ions, on disperse la matière de coeur dans la solution de (A) ou (B) avant ou après ce traitement, et on mélange les solutions ensemble. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme solution (A) une solution de gélatine, 15 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met les solutions des composants (A) et (B) en contact séparément avec une couche mélangée d'échangeurs d'ions, après quoi on disperse la matière de coeur dans la solution de (A) ou (B) et on mélange les solutions (A) et (B). 20 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en contact la solution du composant (A) avec une couche mélangée d'échangeurs d'ions et on la mélange ensuite avec une solution du composant (B), la matière de coeur ayant été dispersée dans la solution du composant (A) ou (B), et en ce que l'on 25 utilise comme composant (B) une substance macromoléculaire contenant principalement des groupes carboxyle. 5. Microcapsules dont les enveloppes consistent en coa-cervats complexes, préparées par le procédé selon les revendications 1 à 4.