Als langjähriger Spezialist auf dem Gebiet der Mikroverkapselung für die Herstellung von Selbstdurchschreibepapieren beschäftigt sich Koehler intensiv mit der Weiterentwicklung dieser
Technologie.
Seit Beginn der Produktion eigener Mikrokapseln im Jahr 1974 findet ein ständiger Optimierungsprozess
der Kapselherstellung und der hierfür benötigten Anlagen statt. Eigene Patente im Bereich
Mikroverkapselung und mehr als 40 Jahren Erfahrung haben uns zum führenden
Hersteller von Selbstdurchschreibepapieren in Europa gemacht. Mit dieser Kenntnis
der Verfahrensentwicklung und der großtechnischen Produktion konzentrieren wir
uns auf das Machbare, um die kundenspezifische Fragestellungen zielgerichtet
umzusetzen
Beim Prozess der Mikroverkapselung werden kleinste Öltropfen oder feste Partikel gleichmäßig mit einem polymeren Material umhüllt. Der Kapselinhalt wird durch die
mechanische Zerstörung der Kapselwand oder andere Öffnungsmechanismen wie pH,
Temperatur oder Strahlung wieder freigesetzt.
Die Mikroverkapselung ist eine vielseitig nutzbare Technologie. Sie bietet Lösungen für zahlreiche Innovationen - von der Papierindustrie bis hin zu Haushaltsprodukten erhöht die Mikroverkapselung die Funktionalität unterschiedlichster aktiver Substanzen. Verkapselte Aktivstoffe können wirtschaftlicher eingesetzt werden und verbessern die Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit vieler Produkte. Einsatzbereiche dieser funktionalen Produkte finden Sie in den folgenden Anwendungsbeispielen.
Neben der Nutzung von Mikrokapseln in der Papierbranche, setzen innovative
Marketingkonzepte auf mikroverkapselte Duftstoffe zur gezielten Kundengewinnung.
Mikrokapseln sind schon längst Teil des alltäglichen Lebens, ohne dass es uns gleich bewusst ist:
Bei Phase Change Materials handelt es sich um Kälte-Wärme-Speicherstoffe, die durch Umwandlung des Aggregatzustandes Energie speichern und wieder freigeben. Bei dieser Anwendung findet keine Freisetzung des Kernmaterials statt.
Die Aufzählung in diesem Bereich scheint endlos, deshalb nennen wir hier nur einige Anwendungen:
Die Einsatzmöglichkeiten von verkapselten Pflege- oder Duftstoffen auf diesem Gebiet sind sehr vielseitig – hier nur einige Beispiele:
Mikroverkapselung ist ein Oberbegriff für verschiedene Verfahren um Substanzen im Mikrometerbereich mit einer Hülle zu umschließen. Ziel ist es diese häufig als Wirkstoffe bezeichneten Aktivkomponenten zu schützen und zu einem bestimmten Zeitpunkt gezielt freizusetzen. Es kann sich bei diesen Kernmaterialien um Flüssigkeiten, Feststoffe oder Gase handeln. Im Bereich > 100 µm werden einzelne Partikel mit verschiedenen Sprühtechnologien beschichtet, Flüssigkeiten hingegen werden über Vertropfungsverfahren eingekapselt. Für Mikrokapseln mit einem Durchmesser unter 100 µm, gelingt eine Verkapselung jedoch nur durch Abscheiden sogenannter Wandbildner an einer Phasengrenzfläche. Im hierfür industriell genutzten Herstellungsverfahren wird eine Emulsion oder Suspension des hydrophoben Kernmaterials in Wasser erzeugt. Die in der äußeren Phase befindlichen Monomere lagern sich in einer Schicht um die Emulsionstropfen oder die dispergierten Feststoffpartikeln und polymerisieren zu einer kompakten Schale. Je nach Wandmaterial und Vernetzungsgrad können so individuelle Eigenschaften der Mikrokapseln erzielt werden.
Die sowohl chemisch als auch mechanisch stabilen Kapseln basieren auf Aminoplastharzen. Neben der hohen Dichtigkeit der Kapselhülle ist die Wand sehr beständig gegenüber reaktiven Chemikalien. Durch Druck und Scherung kann die Kernflüssigkeit wieder gezielt freigesetzt werden. Mikrokapseln können darüber hinaus aus Acrylatmonomeren, Polyharnstoffen oder auch Biopolymeren wie Gelatine und anderen Proteinen oder anorganischen Wandmaterialien hergestellt werden.
Verzögerte Freisetzung
Die Eigenschaften der Polymerschale
einer Mikrokapsel können über die Dicke und den Vernetzungsgrad definiert
werden. Die diffusionsgesteuerte Freisetzung des Kernmaterials kann so beeinflusst
werden. In der Agrochemie nutzt man die langsame Abgabe von Nährstoffen für
Langzeitdünger mit Depotwirkung. Die verzögerte Freisetzung von
mikroverkapselten Bioziden als Antifoulingwirkstoffe findet Anwendungen in
vielen technischen Produkten wie Farben für Außenfassaden oder Schiffslacken.
Gezielte Freisetzung
Die gezielte Freisetzung
eines Stoffes durch einen Trigger, der zu einem definierten Zeitpunkt in der
Anwendung die Schale öffnet, um das Kernmaterial freizusetzen, ist eine sehr
komplexe Aufgabenstellung. Eine industrielle Anwendung findet dieses Prinzip
bei der vorapplizierten Schraubensicherung. Der Klebstoff wird zusammen mit
einem mikroverkapselten Initiator auf das Schraubengewinde aufgetragen. Beim
Eindrehen werden die Kapseln zerstört und die Schraube mit dem Gewinde verklebt
und gleichzeitig abgedichtet.
Je nach Kapselaufbau sind verschiedene Öffnungsmechanismen wie Temperatur, UV-Licht,
enzymatische Aktivität oder pH Wertänderungen denkbar. Die spezifische Anpassung
von Wandmaterial und Öffnungsmechanismus ist meistens eine kundenspezifische Einzellösung,
die im Rahmen eines Entwicklungsprojektes realisiert werden können.
Freisetzung nach Bedarf
Druck und Reibung sind die am häufigsten in der industriellen Anwendung von Mikrokapseln genutzten Öffnungsmechanismen.
Weichspüler mit langanhaltendem Frischeduft ist heute „State of the Art“ in der Wasch- und Reinigungsmittelindustrie. Mikrokapseln mit einem Durchmesser von 20-30 µm, gefüllt mit Duftöl, verteilen sich gleichmäßig auf der Wäsche und haften am Gewebe. Beim Tragen der Kleidung zerplatzen die Kapseln durch die auftretende Reibung und geben den Duftstoff auf einmal frei. Mit jeder weiteren Bewegung wiederholt sich dieser Vorgang und sorgt für langanhaltenden Frischeduft.
Für grifftrocknende Schmierstofflösungen ist der Einsatz von
Mikrokapseln eine elegante Lösung. Die Freisetzung von verkapselten Ölen bei
Bedarf sorgt für eine effiziente Schmierung und damit eine längere Lebensdauer
des Gleitlackes.
Selbstheilende Lacke können auf Basis von Mikrokapselsystemen für verschiedene
Anwendungen genutzt werden. Bei jeder Verletzung der Lackschicht werden
reaktive Monomere aus dem Kapselinneren freigesetzt, die den Untergrund wieder
autonom versiegeln. Zusammen mit Korrosionsinhibitoren und –indikatoren lässt
sich der Korrosionsschutz erhöhen und die Standzeiten von technischem Gerät
deutlich verlängern.
Mikroverkapselung macht aus konventionellen Lacken Smart
Coatings.
Permanente Kern/Schale-Kapseln
PCM`s (Phase Change Materials) speichern die latente Wärme, die einen Phasenwechsel von fest zu flüssig bewirken. Bei Abkühlung der Umgebung wird die gespeicherte Wärmeenergie wieder abgegeben. Die dafür optimierte permanente Schale der Mikrokapseln muss dicht aber trotzdem flexibel sein, um den dauerhaften Phasenwechsel
des eingekapselten Wachses und die Funktion der Kapsel zu garantieren.
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