Способ выделения микрокапсул из водных дисперсий

 

Изобретение относится к технологии микрокапсулирования мелких частиц целевых веществ и композиций, а конкретнее к способам выделения из водных дисперсий микрокапсул с размером частиц не более 1 мкм с оболочками, не содержащими посторонних примесей, например деэмульгаторов. Такие микрокапсулы необходимы для изготовления цветных фотоматериалов, систем регистрации и обработки информации, печатных красок со специфическими оптическими эффектами. Основная задача изобретения заключалась в повышении степени чистоты оболочек микрокапсулированных веществ. Согласно предлагаемому способу расслоение дисперсии микрокапсул осуществляют не за счет деэмульгаторов органического происхождения, а за счет растворов минеральных солей - карбоната натрия и сульфата цинка при хемосорбционном, а затем и химическом взаимодействии которых на оболочках микрокапсул в результате обменной реакции образуется нерастворимое в воде покрытие из карбоната цинка. Путем фильтрации микрокапсулы отделяют от дисперсионной среды и непосредственно на фильтре для удаления карбоната цинка промывают слабым (0,5-1%) раствором серной кислоты, после чего сушат при 40^oC в течение 1 ч. Полученные микрокапсулы совместимы с различными связующими и могут быть использованы по назначению.

Изобретение относится к технологии микрокапсулирования, то есть к процессам заключения мелких частиц вещества в тонкую оболочку из пленкообразующего материала. А более конкретно его следует отнести к способам выделения из водных дисперсий микрокапсул, содержащих растворители, масла, медицинские препараты, фотохромные соединения, термочувствительные, фотополимеризующиеся и другие композиции.

Основной областью применения заявляемого технического решения является производство микрокапсулированных веществ с размером частиц не более 1 мкм с оболочками, не содержащими посторонних примесей. Такие микрокапсулы необходимы для изготовления цветных фотоматериалов, систем регистрации и обработки оптической информации, печатных красок со специфическими оптическими эффектами.

Выделение микрокапсулированных частиц вещества из дисперсий является важным этапом общего процесса их получения (Солодовник В.Д. Микрокапсулирование, М. Химия, 1980). Существуют различные способы выделения микрокапсул из дисперсных сред. Широко известны способы, основанные на применении деэмульгирующих соединений (SV, Авт. св. 1636035, кл. B 01 J 13/02, 1991; EP, 0377477, кл. B 01 J 13/12, 1990). В заявке описан способ получения микрокапсул, согласно которому процесс их выделения из дисперсии осуществляют добавлением деэмульгатора, взаимодействующего с эмульгатором ионного или полярного типа по кулоновскому и (или) хемосорбционному механизму. При этом дисперсия расслаивается на водную фазу и фазу, обогащенную микрокапсулами, разделяемыми затем традиционными методами (фильтрацией, центрофугированием). (EP, Заявка, 0376605, кл. B 01 J 13/20, 1990).

Наиболее близким к заявляемому способу является техническое решение, изложенное в патенте на "Способ выделения микрокапсул и их использование для изготовления печатных красок" (прототип), в котором в качестве эмульгатора дисперсии используют химические вещества ионогенные или полимерного типа с гидроксильными, карбоксильными, сульфокислотными, фосфорнокислыми или аминогруппами, а в качестве деэмульгатора в систему вводят соли металла катионного, анионного или неионогенного полимера. Под влиянием деэмульгатора происходит разделение дисперсии на водную фазу и концентрированную фазу микрокапсул. Последние отделяют от водной фазы фильтрованием. (US, Патент 5069831, кл. B 01 J 13/20, 1991).

Главным и общим недостатком изложенных технических решений в аналогах и прототипе является то, что они не обеспечивают возможности получения особо чистых микрокапсул. Выделенные микрокапсулы, как правило, содержат в своих оболочках остатки эмульгаторов и деэмульгирующих соединений, последующее удаление которых практически невозможно.

Основная задача изобретения состоит в повышении степени чистоты оболочек микрокапсулированных веществ. Положительный результат достигается тем, что в предлагаемом способе расслоение дисперсии осуществляют не за счет деэмульгаторов органического происхождения, а за счет растворов минеральных солей. После образования на частицах капсулированного вещества оболочки из водного раствора пленкообразующего (в частности, желатины) и ее отверждения в полученную дисперсию при перемешивании вводят из расчета на 100 мас.ч. 10 мас. дисперсии, 56-60 мас. ч. 10 мас. раствора карбоната натрия, а затем 56-60 мас. ч. 10 мас. раствора сульфата цинка. Дисперсию тщательно перемешивают и выдерживают в течение 2 ч для созревания. При этом карбонат-анионы (CO^-₃^-) концентрируются на положительно заряженных центрах оболочек (в случае желатины на аминогруппах). Выбор карбоната натрия объясняется тем, что он не является коацервирующим агентом желатины, которая находится в дисперсии. Коацервация это явление фазового разделения на обогащенный и обедненный коллоидным веществом слой в дисперсной системе. Сульфат цинка является коацервирующим агентом, но в растворе он прежде всего вступает в обменную реакцию с карбонатом натрия и образует на оболочках нерастворимое в воде покрытие из карбоната цинка. Вследствие чего плотность микрокапсул увеличивается при незначительном возрастании вязкости системы, что не препятствует ее расслоению фазы. Путем фильтрации полученные микрокапсулы отделяют от дисперсионной среды и непосредственно на фильтре промывают слабым (0,5-1,0 мас.) раствором серной кислоты для удаления с оболочек карбоната цинка. Далее микрокапсулы, содержащие оболочку только из пленкообразователя, сушат при 40^oC в течение 1 ч.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Предлагаемый способ был использован для получения микрокапсул, содержащих 0,15 мас. раствор электронно-донорного цветообразующего компонента в смеси касторового масла, ксилола и диметилформамида, взятых в соотношении 5:3:2 (по массе). В качестве цветообразующего компонента была использована бесцветная лейкоформа красителя-6'-нитро-1,3,3-триметилспиро-[(2'H-1'-бензпиран)-2,2'-индолин] В 1024 мас. ч. (2 мас.) малеинатного производного желатины добавляли ледяную уксусную кислоту до создания pH среды 4,3 и 147 мас.ч. 0,15 мас. раствора лейкоформы красителя, а также 1,1 мас.ч. поверхностно-активного вещества неонола П 1214-10. Смесь эмульгировали с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-1 Т (интенсивность акустического поля составляла 100 Вт/см²) при 60^oC в течение 15 мин. Полученную эмульсию медленно охлаждали при комнатной температуре (22^oC) до 25^oC, а затем быстро (скорость охлаждения 1,5 ос/мин) до 10^oC. После чего в дисперсию вводили 76 мас.ч. 37 мас. водного раствора формальдегида и повышали pH среды 10 мас. раствором едкого натра (NaOH) (200 мас.ч.) до 9 и выдерживали ее при комнатной температуре 12 ч. При этом формальдегид взаимодействовал с аминогруппами желатины, образуя поперечные метиленовые мостики, которые предотвращали растворение желатины в воде. Таким образом получили 10 мас. дисперсию микрокапсул с раствором лейкоформы красителя.

К 100 мас.ч. полученной дисперсии приливали при постоянном перемешивании 56 мас.ч. 10 мас. раствора карбоната натрия, а через 5 мин приливали 56 мас. ч. 10 мас. раствора сульфата цинка. Еще через 5 мин прекращали перемешивание и дисперсию выдерживали при комнатной температуре в течение 2 ч для созревания.

В результате происходило расслаивание системы на водную фазу и микрокапсулы, покрытые карбонатом цинка. Водную фазу отделяли от микрокапсул фильтрованием. Оставшиеся на фильтре микрокапсулы для удаления с них карбоната цинка промывали 0,5 мас. раствором серной кислоты, а затем водой и сушили при 40^oC 1 ч.

Полученные микрокапсулы, содержащие раствор цветообразующего компонента без посторонних примесей, использовали для приготовления состава и нанесения теплочувствительного покрытия на бумагу. В теплочувствительный состав кроме микрокапсул с цветообразователем (5 мас. ч. ) входили цветопроявитель (бисфенол A,1 мас.ч.) и активатор (салицилат цинка,1 мас.ч.).

Температура начала цветообразователя теплочувствительной бумаги составляла 90±5^oC. На месте контакта термоисточника с бумагой появлялась коричневая окраска. В случае использования штампа или точечного термоисточника, способного перемещаться, можно на таких бумагах получать различные изображения, осуществлять запись информации. Применение полученных по предлагаемому способу микрокапсул обеспечивает изготовление теплочувствительной бумаги, отличающейся при сравнении с бумагой, в которой использованы обычные микрокапсулы, стабильными колористическими характеристиками.

Использование предлагаемого способа выделения микрокапсул из водных дисперсий обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: 1. позволяет получать оболочки капсулируемых веществ, не загрязненные остатками деэмульгаторов органического происхождения, что является важным, когда микрокапсулы предназначаются для производства цветных фотоматериалов, систем регистрации и обработки оптической, а также других видов информации; 2. кроме того, вследствие синтеза покрытия непосредственно на оболочках микрокапсул, имеющих диаметр не более 1 мкм, и тем самым увеличения их плотности создается возможность их выделения из дисперсии простыми традиционными методами (фильтрацией или центрифугированием).

Формула изобретения

Способ выделения микрокапсул из водных дисперсий, основанный на разделении фаз при воздействии деэмульгатора и последующем отделении микрокапсул после расслоения дисперсии путем фильтрования, отличающийся тем, что в качестве деэмульгатора используют карбонат цинка, который синтезируют на оболочках микрокапсул путем последовательного добавления при перемешивании к 100 мас.ч. 10%-ной дисперсии 56 60 мас.ч. 10%-ного раствора карбоната натрия и 56 60 мас.ч. 10%-ного раствора сульфата цинка, после фильтрования покрытие удаляют с микрокапсул промывкой их на фильтре 0,5 10%-ным раствором серной кислоты.