Mikroverkapselung

Als langjähriger Spezialist auf dem Gebiet der Mikroverkapselung ist Koehler auch mit der Anpassung dieser Technologie für andere Industrien vertraut, insbesondere für die Herstellung von Duftkapseln. 

Seit Beginn der Produktion eigener Mikrokapseln im Jahr 1974 wurde die Technologie regelmäßig weiterentwickelt und die eigene Produktionsanlage entsprechend angepasst. 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 auch externe Kunden als Lohnhersteller zu unterstützen.

Mikrokapsel durchs Mikroskop

Beim Prozess der Mikroverkapselung werden kleinste Öltropfen oder feste Partikel gleichmäßig mit einem polymeren Material umhüllt. Der Kapselinhalt wird meistens durch mechanische Zerstörung der Kapselwand gezielt wieder freigesetzt.

 

Anwendungsbereich der Mikroverkapselung

Die Mikroverkapselung ist eine vielseitig nutzbare Technologie. Sie bietet Lösungen für zahlreiche Innovationen - von der Papierindustrie bis hin zu Home Care Produkten 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.

Kapseln für den Bereich Papier und Druck

Papier, Verpackung, Print

Neben der Nutzung von Mikrokapseln in der Papierbranche, setzen innovative Marketingkonzepte auf mikroverkapselte Duftstoffe in Duftlacken zur gezielten Kundengewinnung.

Mikrokapseln für den Bereich PCM

Weitere Industrieanwendungen

Umfassen unter anderem Phase Change Materialien (Latentwärmespeicher) z. B. für die Bauchemie, 2K-Klebstoffe für Schraubensicherungen und die Verkapselung von Healing Agents für selbst heilende Lacke. 

Mikrokapseln für Haushaltsprodukte

Home Care Produkte

Mikrokapseln sind schon längst Teil des alltäglichen Lebens, ohne dass es uns gleich bewusst ist, unter anderem als Duftkapseln in Weichspülern und Waschmitteln. 

 

Technologie der Mikroverkapselung

Mikroverkapselung ist ein Oberbegriff für verschiedene Verfahren um Substanzen im Mikrometerbereich mit einer Hülle zu umschließen. Ziel ist es häufig Wirkstoffe zu schützen und zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Anwendung gezielt freizusetzen. 

Die sowohl chemisch als auch mechanisch stabilen Kapseln basieren auf zum Beispiel 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 aber auch aus Biopolymeren hergestellt werden, die nach Anwendung eine biologische Abbaubarkeit gewährleisten. 

Kapselaufbau

Aufbau einer Mikrokapsel
Darstellung Wandbildung um Kernmaterial
Darstellung Wandbildung um Kernmaterial
 
 
 

Allgemeines Schema zur Mikroverkapselung über In-Situ-Polymerisation

Allgemeines Schema zur Mikroverkapselung über In-Situ-Polymerisation

1. Emulgieren des Kernmaterials in der wässrigen Phase:

  • Wasser
  • Hydrophobes Kernmaterial
  • Schutzkolloid
Allgemeines Schema zur Mikroverkapselung über In-Situ-Polymerisation

2. Zugabe des Wandbildners

  • Kondensation und Phasentrennung durch pH-Absenkung
Allgemeines Schema zur Mikroverkapselung über In-Situ-Polymerisation

3. Wandbildung


  • Umhüllen der Emulsionstropfen mit Wandbildner
Allgemeines Schema zur Mikroverkapselung über In-Situ-Polymerisation

4. Vernetzung des Wandmaterials

  • Zugabe Vernetzer zur Aushärtung
 

Funktionalität der Mikrokapsel

Freisetzungsprofile verschiedener Kapseln

Freisetzungsprofile verschiedener Mirkokapseln
Verzögerte Freisetzung

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

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

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.

 
Permanente Kapsel

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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