Mikroverkapselung

Als langjähriger Spezialist auf dem Gebiet der Mikroverkapselung für die Herstellung von Selbstdurchschreibepapieren beschäftigt sich Koehler intensiv mit der Weiterentwicklung dieser
Technologie für verschiedene Einsatzbereiche.

Seit Beginn der Produktion eigener Mikrokapseln im Jahr 1974 findet ein ständiger Optimierungsprozess
der Kapselherstellung und der hierfür benötigten Anlagen statt. Mit eigenen Patenten im Bereich
Mikroverkapselung und mehr als 40 Jahren Erfahrung sind wir heute der führende Hersteller von
Selbstdurchschreibepapieren in Europa.

Mikrokapsel durchs Mikroskop

Beim Prozess der Mikroverkapselung werden kleinste Öltropfen oder feste Partikel gleichmäßig mit einem polymeren Material umhüllt.

 

Anwendungsbereich der Mikroverkapselung

Die Mikroverkapselung ist eine vielseitig nutzbare Technologie, die in unterschiedlichen Anwendungen zu finden ist. Von der Papierindustrie bis zu Haushaltsprodukten finden sich vielfältige Einsatzbereiche dieser innovativen Technologie.

Kapseln für den Bereich Papier und Druck

Papier, Verpackung, Print

Im Papiersegment werden Mikrokapseln hauptsächlich für Selbstdurchschreibepapiere verwendet. Die Entwicklung der reacto Selbstdurchschreibepapiere war der Start eines kontinuierlichen Ausbaus der Mikrokapseltechnologie bei Koehler.

  • Selbstdurchschreibepapiere
  • Duftlacke
  • Sratch and Sniff Werbebeilagen in Magazinen
  • Flüssigkristalle – color changing labels
Mikrokapseln für Haushaltsprodukte

Haushaltsprodukte

Mikrokapseln sind schon längst Teil des alltäglichen Lebens, ohne dass es uns gleich bewusst ist:

  • Parfumölkapseln im Weichspüler
  • Duftzusatz für Waschmittel
  • Reinigungsmittel
Mikrokapseln für den Bereich PCM

Phase Change Materials (PCM)

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.

  • Textilien
  • Matratzen
  • Baumaterial
Mikrokapseln für die Chemieindustrie

Chemieprodukte

Die Aufzählung in diesem Bereich scheint endlos, deshalb nennen wir hier nur einige Anwendungen:

  • Flammschutzmittel
  • Schmiermittel
  • Klebstoffe
  • Farben und Lacke
  • Fracking Flüssigkeit
Mikrokapseln für den Bereich Personal Care

Personal Care

Die Einsatzmöglichkeiten von verkapselten Pflege- oder Duftstoffen auf diesem Gebiet sind sehr vielseitig – hier nur einige Beispiele:

  • Deodorant
  • Bad- und Duschgel
  • Shampoo
  • Gesichtscreme
 

Technologie der Mikroverkapselung

Mikroverkapselung ist ein Oberbegriff für verschiedene Technologien die Flüssigkeiten, Gase oder Feststoffe im Mikrometer (µm) Bereich mit einer Hülle einschließen, mit dem Ziel diese Inhaltsstoffe zu schützen und gezielt wieder freizusetzen. Während im Bereich > 100 µm noch einzelne Partikel beschichtet werden können, ist eine Verkapselung von Produkten < 100 µm in der Regel nur mit Flüssigkeiten oder Suspensionen möglich.  Der gebräuchlichste Prozess für organische Lösungen und Lipide ist die Herstellung einer Emulsion. Durch Zugabe eines in der äußeren Phase löslichen Polymers bildet sich eine Schicht an der Phasengrenzfläche, die zu einer stabilen Schale vernetzt wird. Je nach Polymer und Vernetzungsgrad können so individuelle Kapseleigenschaften erzielt werden.

Kapselaufbau

Aufbau einer Mikrokapsel
Darstellung Wandbildung um Kernmaterial
Darstellung Wandbildung um Kernmaterial
 

Allgemeines Schema zur Mikroverkapselung über In-Situ-Polymerisation

Allgemeines Schema zur Mikroverkapselung

Funktionalität der Mikrokapsel

Freisetzungsprofile verschiedener Kapseln

Freisetzungsprofile verschiedener Mirkokapseln
Verzögerte Freisetzung

Verzögerte Freisetzung

Die stabile Polymerschale der Mikrokapsel wird definiert vernetzt, so dass sich der Inhaltstoff im Kern je nach Vernetzungsgrad und Wandaufbau kontinuierlich über die Zeit freisetzen lässt. In der Agrarindustrie z.B. wird die langsame Abgabe von Nährstoffen für Langzeitdünger genutzt. Die verzögerte Freisetzung von Aktivstoffen durch Mikroverkapselung findet weitere technische Anwendungen z.B. bei Farben und Lacken für den Korrosionsschutz und den Schiffsanstrichfarben (Anti-Fouling).


 
Gezielte Freisetzung

Gezielte Freisetzung

Die definierteFreisetzung eines Stoffes erfordert einen Trigger, der je nach Anwendung die Schale öffnet und den gesamten Aktivstoff freisetzt. Mit einem entsprechenden Kapselaufbau kann dieser Mechanismus durch Temperatur, UV-Licht, enzymatische Aktivität oder auch eine Änderung des pH-Wertes ausgelöst werden.


 
Freisetzung nach Bedarf

Freisetzung nach Bedarf

Mechanische Kräfte in Form von Druck, Reibung und Scherung zerstören die Kapselschale unter definierten Bedingungen und setzten den Inhalt schlagartig frei. Mikrokapseln in Kosmetik- und Haushaltsprodukten lagern sich durch ihre sehr geringe Größe auf Haut oder Textilien ab und werden z. B. durch Reibung nach und nach zerstört, wodurch Duft oder pflegende Stoffe freigesetzt werden. Selbstheilende Lacke werden auf Basis von Mikrokapselsystemen z. B. für den Automobilbereich genutzt, um bei Verletzung der Lackoberfläche durch Abgabe des vernetzenden Kernmaterials den Kratzer wieder automatisch zu verschließen.


 
Permanente Kapsel

Permanente Kern/Schale-Kapseln

PCM`s (Phase Change Materials) speichern die latente Wärme, die den 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 die dauerhafte Funktion der Kapsel zu garantieren. Diese Kapseln werden für Textilien, Haushaltsprodukte aber auch in der Baustoffindustrie verwendet.

 

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Papierfabrik August Koehler SE
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