DE102004004107A1 - Micro-encapsulation of hydrophilic or water-sensitive solid particles, e.g. catalysts or other modifiers for use in paint, involves forming the capsule wall from amino resin precondensate in an aqueous-organic solvent mixture - Google Patents
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- B01J13/06—Making microcapsules or microballoons by phase separation
- B01J13/14—Polymerisation; cross-linking
- B01J13/18—In situ polymerisation with all reactants being present in the same phase
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mikroverkapselung von partikulären Feststoffen mit hydrophilen und/oder wassersensitiven Eigenschaften. Hierzu zählen solche partikulären Feststoffe, die in wässrigen Umgebungsmedien partiell in Lösung gehen, zur Wasseraufnahme neigen bzw. durch Wasseraufnahme quellen oder mit Wasser reagieren können. Ebenso betrifft die Erfindung mikroverkapselte partikuläre Feststoffe aus hydrophilen und/oder wassersensitiven Feststoffkernen und Kapselwänden aus hydrophoben Aminoharz.The The invention relates to a process for the microencapsulation of particulate solids with hydrophilic and / or water-sensitive properties. For this counting such particulate Solids that are in aqueous Ambient media partially in solution tend to tend to absorb water or swell by water absorption or react with water. Likewise, the invention relates to microencapsulated particulate solids from hydrophilic and / or water-sensitive solid cores and capsule walls hydrophobic amino resin.
Umhüllte mikropartikuläre Feststoffe werden in vielen Industrie- und Konsumerprodukten eingesetzt. Bekannt sind Applikationen in der Land- und Forstwirtschaft, in Produkten der Nahrungs-, Kosmetik-, Verpackungs-, Bau- sowie Lack- und Farbenindustrie, bei der Kunststoffadditivierung, usw. Ihr Einsatz erfolgt als Dispersionen, freifließende Pulver oder auch durch direkte Einarbeitung in andere Materialien, insbesondere in diverse thermoplastische, elastische und duromere Polymerwerkstoffe.Enveloped microparticulate solids are used in many industrial and consumer products. Known are applications in agriculture and forestry, in products the food, cosmetics, packaging, construction, paints and coatings industries, in plastic additives, etc. They are used as dispersions, free flowing Powder or by direct incorporation into other materials, especially in various thermoplastic, elastic and thermosets Polymer materials.
Die Mikroverkapselung mit polymeren Materialien ist z.B. aus Encyclopedia of Polymer Science, J. Wiley & Sons, 1968, Vol. 8, S. 719–7361 W. Sliwka, Angew. Chem. Internat. Edit. 14 (8)1975, S. 539 ff., Acta Polymerica 40 (1989)4, S. 243 ff; Drugs Pharm. Sci. 73 (1996) Microencapsulation 1–19 und Encyclopedia of Chemical Processing and Design (J.J. McKetta, Microencapsulation von R.E. Sparks) S. 162–180 bekannt.The Microencapsulation with polymeric materials is e.g. from Encyclopedia of Polymer Science, J. Wiley & Sons, 1968, Vol. 8, pp. 719-7361 W. Sliwka, Angew. Chem. Boarding school. Edit. 14 (8) 1975, p. 539 et seq., Acta Polymerica 40 (1989) 4, p 243 ff; Drugs Pharm. Sci. 73 (1996) Microencapsulation 1-19 and Encyclopedia of Chemical Processing and Design (J.J. McKetta, Microencapsulation from R.E. Sparks), pp. 162-180 known.
Auch
die Mikroverkapselung mittels Aminoharzen ist aus der wissenschaftlichen
und Patentliteratur bekannt. Insbesondere erfolgt der Einsatz von mit
Aminoharzen mikroverkapselten Substanzen im Bereich der Herstellung
von Durchschreibepapieren (vgl.
Schwerpunkt
dieser Verfahren bilden vielfach spezifische Modifizierungen des
wandbildenden Aminoharzes, die vorrangig kernmaterialbezogen vorgenommen
werden (vgl. beispielsweise
In der Regel werden laut Literaturangaben vorrangig flüssige Komponenten mikroverkapselt und dies trifft im Besonderen auf reaktive Verkapselungsprozesse zu, bei denen Aminoharze als Wandmaterialien eingesetzt werden.In According to the literature, the rule is usually liquid components microencapsulated and this applies in particular to reactive encapsulation processes in which amino resins are used as wall materials.
Ein
besonderes Verfahren mit organolöslichen
Aminoharzen wird in den Patentschriften
In
weiteren Verkapselungsprozessen werden Aminoharze als Cokomponenten
für die
Vernetzung hochfunktionalisierter linearer Polymere ebenfalls mehrfach
beschrieben (
Probleme bei der Mikroverkapselung fester Stoffe mittels reaktiver oder nichtreaktiver Dispergierverfahren unter Einsatz hochscherender Rührer bereiten deren hydrodynamisches Verhalten, insbesondere wenn es sich um unregelmäßige Formen oder geometrisch stark anisotrope, kristalline Produkte handelt. An den exponierten Stellen dieser Stoffe (Nadelspitzen, schar fe Kanten an Kristallen, Hohlräume bzw. Poren o.ä.) bilden sich hohe Strömungsgeschwindigkeiten und Strömungswirbel aus, die eine ausreichende Beschichtung des Kernmaterials in diesen Bereichen häufig begrenzen oder verhindern. Durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden die sich durch Absenkung der Löslichkeit anlagernden Präpolymerkolloide schnell wieder abgetragen. Eine Minderung der Strömungsgeschwindigkeit ist in der Regel nicht möglich, da dann verstärkt Agglomeration, Aggregation und Koaleszenz zu beobachten sind.issues in the microencapsulation of solid substances by means of reactive or non-reactive Prepare dispersing process using high-shear stirrers their hydrodynamic behavior, especially when dealing with irregular shapes or geometrically highly anisotropic, crystalline products. In the exposed areas of these substances (needle points, sharp fe Edges on crystals, cavities or pores or similar) form high flow rates and eddies made a sufficient coating of the core material in these Areas frequently limit or prevent. Due to the high flow rates by lowering the solubility accumulating prepolymer colloids quickly eroded again. A reduction in the flow rate is usually not possible because then reinforced Agglomeration, aggregation and coalescence are observed.
Zur
Mikroverkapselung von Feststoffen benutzt man deshalb meist Coating-Verfahren,
die vorrangig auf physikalischen Prinzipien beruhen, wie z.B. die
Wurster-Technik und andere Spühcoating-, Dragier-
oder Granulierverfahren ( vgl. B. H. Kaye "Microencapsulation" KONA 10 (1992) 65), oder es werden
auch technologisch und apparativ aufwendige Verfahren unter Verwendung überkritischer
Lösemittel
angewandt (
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Mikroverkapselung hydrophiler partikulärer Feststoffe zu entwickeln, mit dem partiell wasserlösliche, in Wasser quellende, Ionen abgebende, mit Wasser reagierende oder auch durch Salzbildung während des Verkapselungsprozesses in Lösung gehende Kernmaterialien effizient und artefaktfrei mit einer Aminoharzwand umhüllt werden können.Based on this, it was an object of the present invention to develop a process for the microencapsulation of hydrophilic particulate solids ckeln, with the partially water-soluble, water-swelling, ion-releasing, water-reacting or even by salt formation during the encapsulation process going into solution core materials can be coated efficiently and artifact-free with an amino resin wall.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die mikroverkapselten partikulären Feststoffen mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. In Anspruch 20 wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.These The object is achieved by the method having the features of the claim 1 and by the microencapsulated particulate solids having the characteristics of claim 17 solved. In claim 20, the use of the method according to the invention described. The other dependent claims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Mikroverkapselung von partikulären Feststoffen mit hydrophilen und/oder wassersensitiven Eigenschaften bereitgestellt, bei dem in einem wässrig-organischen Lösungsmittelgemisch als kontinuierlicher Phase auf den partikulären Feststoffen ausgehend von mindestens einem Aminoharzvorkondensat in Form eines partikulären Festharzes eine Kapselwand abgeschieden wird.According to the invention is a Process for the microencapsulation of particulate solids with hydrophilic and / or water-sensitive properties, in which in an aqueous-organic solvent mixture as a continuous phase on the particulate solids starting from at least one amino resin precondensate in the form of a particulate solid resin a capsule wall is deposited.
Überraschenderweise gelang es, die für den Mikroverkapselungsprozess relevanten thermodynamisch und kinetisch gesteuerten Prozesse der Kapselwandbildung mit Aminoharzen zu kombinieren. Diese Kombination gelingt durch den Einsatz eines wässrig-organischen Mediums als kontinuierlicher Phase im Verkapselungsprozess und den Einsatz eines unveretherten Aminoharzvorkondensats als Wandmaterial.Surprisingly succeeded in that for the microencapsulation process relevant thermodynamically and kinetically to combine controlled processes of capsule wall formation with amino resins. These Combination succeeds through the use of an aqueous-organic medium as continuous phase in the encapsulation process and the use of a unetherified amino resin precondensate as wall material.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ausbildung der Partikelwand durch die Kinetik der Aminoharzkondensation und die Thermodynamik der Aminoharzabscheidung durch die folgenden Parallel- und Folgeprozesse gesteuert:
- • Verlangsamte Auflösung des Festharzes im wässrig/organischen Medium
- • Einwirkung der organischen Komponenten auf den zu verkapselnden Wirkstoff durch hydrophob/hydrophob-Wechselwirkung mit Reduktion der Accessibilität des Wirkstoffs für Wasser
- • Langsame Belegung der Oberfläche der Wirkstoff partikel mit dem gelösten Anteil des Festharzes
- • Thermisch oder acid iniziierte Polykondensation der auf den Wirkstoffpartikeln abgeschiedenen Aminoharzanteile unter Bildung räumlicher Aminoharznetzwerke.
- • Slowed dissolution of the solid resin in the aqueous / organic medium
- • Influence of the organic components on the active substance to be encapsulated by hydrophobic / hydrophobic interaction with reduction of the accessibility of the active substance for water
- • Slow occupancy of the surface of the active ingredient particles with the dissolved portion of the solid resin
- Thermally or acidically initiated polycondensation of the amino resin portions deposited on the active ingredient particles to form spatial amino resin networks.
Vorzugsweise sind die partikulären Feststoffe zumindest partiell wasserlöslich, durch Wasseraufnahme quellende und/oder in wässriger Phase reaktive Verbindungen. Bevorzugt ist es dabei, dass die partikulären Feststoffe eine kristalline oder amorphe Struktur besitzen. Entscheidend für eine erfolgreiche Verkapselung ist nämlich nicht die chemische Struktur des Aminoharzes, sondern seine Morphologie. Eine artefaktfreie Umhüllung des hydrophilen oder partiell löslichen Feststoffs und Bildung singulärer Partikel ist möglich, wenn das Aminoharz als partikuläres Festharz eingesetzt werden kann und direkt in Form eines Pulvers dem Verkapselungsprozess zugeführt wird. Eine vorherige Auflösung des Harzes in der kontinuierlichen Phase führt zu dem im Stand der Technik beschriebenen Problem, vor allem unvollständige Umhüllung, Generierung nicht weiter einsetzbarer großer Partikel, die Bildung von Agglomeraten ect. Aus diesem Grunde ist es besonders vorteilhaft, direkt aus dem zu verkapselnden Kernmaterial und dem Festharz ein Pulvergemisch herzustellen und dieses einzusetzen bzw. die Produkte innerhalb eines begrenzten Zeitfensters dem Medium zuzuführen.Preferably are the particular Solids at least partially soluble in water, by water absorption swelling and / or in aqueous Phase reactive compounds. It is preferred that the particulate solids have a crystalline or amorphous structure. Decisive for a successful encapsulation is that not the chemical structure of the amino resin, but its morphology. A Artifact-free serving of the hydrophilic or partially soluble Solid and formation of singular particles is possible, when the amino resin is particulate Solid resin can be used and directly in the form of a powder supplied to the encapsulation process becomes. A previous resolution of the resin in the continuous phase leads to that in the prior art described problem, especially incomplete wrapping, generation no further usable large Particles, the formation of agglomerates ect. That's why it is particularly advantageous directly from the core material to be encapsulated and the solid resin to produce a powder mixture and use this or the products within a limited time window the medium supply.
Das Lösungsmittelgemisch besteht vorzugsweise aus Wasser und mindestens einem hydroxyl- oder ketogruppenhaltigen organischen Lösungsmittel, das mit Wasser mischbar ist. Es ist dabei besonders bevorzugt, dass die zugefügten organischen Lösungsmittelkomponenten mit Wasser in den prozessrelevanten Konzentrationsbereichen unbegrenzt mischbar sind.The Solvent mixture is preferably water and at least one hydroxyl or keto-containing organic solvent containing water is miscible. It is particularly preferred that the added organic Solvent components with water in the process-relevant concentration ranges infinitely miscible are.
Als organische Lösungsmittelkomponente für die kontinuierliche Phase sind vor allem aliphatische Verbindungen mit Hydroxy- oder Ketogruppe, wie Alkohole (Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-2-propanol, Methylbutanole, 2-Propen-1-ol) und Ketone (2-Propanon, 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentanon, 2-Butanon u. a.) einsetzbar, wobei in Abhängigkeit von der Siedetemperatur des jeweiligen Lösungsmittels eine dementsprechende Reaktionstemperatur zu wählen ist. Bei ausgewählten Applikationen kann sich der Einsatz von Ketonen nachteilig auswirken, in anderen Fällen allerdings auch wieder von Vorteil sein, da ein partieller Einbau von Lösungsmittelmolekülen in die Aminoharzwand nachgewiesen werden konnte, was zu einer Minderung der Vernetzungsdichte und damit Erhöhung der Flexibilität der Wandstruktur führte.When organic solvent component for the continuous Phase are especially aliphatic compounds with hydroxy or Keto group, such as alcohols (methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, methylbutanols, 2-propen-1-ol) and ketones (2-propanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, 2-butanone, and the like) can be used, depending on from the boiling temperature of the respective solvent a corresponding Reaction temperature is to choose. At selected Applications may be detrimental to the use of ketones, in other cases However, again be beneficial because a partial installation of solvent molecules in the Amino resin wall could be detected, resulting in a reduction the crosslink density and thus increased flexibility of the wall structure led.
Es wurde gefunden, dass das Mischungsverhältnis von Wasser und organischer Komponente von entscheidender Bedeutung für eine erfolgreiche Anwendung des Verfahrens ist. Die optimale Zusammensetzung der kontinuierlichen Phase wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, wobei Hydrophilie des Kernmaterials, Reaktivität des Harzes und seine Grenzflächenaktivität als prozessdeterminierende Parameter dominieren. Reaktivität der Aminoharzkondensation sowie Hydrophobierung der Feststoffoberfläche erfordern eine sorgfältige Abstimmung der Zusammensetzung, wobei bestimmte Mindestmengen an Wasser bzw. organischer Phase nicht unterschritten werden können. Die Abscheidung der Aminoharzstrukturen an hydrophil/hydrophob-Phasengrenzen wird durch das organische Lösungsmittel nicht beeinflusst, wenn die von der Harzstruktur abhängigen Mindestmengen an organischer Phase nicht unterschritten werden. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Lösungsmittelgehalt von > 18 Vol.-% viele erfindungsgemäße Kernmaterialien mit kommerziellen Festharzen problemlos verkapselt werden können.It has been found that the mixing ratio of water and organic component is of crucial importance for a successful application of the process. The optimum composition of the continuous phase is determined by several factors, with hydrophilicity of the core material, reactivity of the resin and its interfacial activity dominating as process determining parameters. Reactivity of the amino resin condensation and hydrophobing of the solid surface require careful coordination of the composition, wherein certain minimum amounts of water or organic phase is not below can be taken. The deposition of the amino resin structures at hydrophilic / hydrophobic phase boundaries is not affected by the organic solvent, if the minimum of organic phase dependent on the resin structure is not exceeded. It has been found that with a solvent content of> 18% by volume many core materials according to the invention can be easily encapsulated with commercial solid resins.
Über die eingesetzte Menge an Festharz ist die Dicke der Kapselwand in relativ weiten Grenzen von 20–80 nm steuerbar. Die Festharzmenge richtet sich dabei nach der eingesetzten Menge an zu verkapselndem Wirkstoff und dessen Feinteiligkeit bzw. dessen spezifischer Oberfläche. Je feiner die Wirkstoffpartikelpopulation ist, desto höher muss die Einsatzmenge an Festharz gewählt werden. Im üblichen Einsatzfall liegt die obere Grenze der einzusetzenden Festharzmenge bei 30 Masse-%, bezogen auf das Kernmaterial. Höhere Einsatzmengen bedingen partikuläre Anteile von reinen Aminoharzmaterial im Finalprodukt. Die untere Grenze liegt im Bereich von 5 Masse-% Festharz, bezogen auf die Kernmaterialmasse. Zu niedrige Einsatzmengen führen zu unvollständigen Verkapselungen bzw. Artefakten in der Kapselwand.About the used amount of solid resin is the thickness of the capsule wall in relative wide limits of 20-80 nm controllable. The amount of solid resin depends on the used Amount of drug to be encapsulated and its fineness or its specific surface. The finer the drug particle population is, the higher it must be the amount of solid resin chosen become. In the usual application if the upper limit of the amount of solid resin to be used is 30% by mass, based on the core material. higher Amounts require particulate Proportions of pure amino resin material in the final product. The lower one Limit is in the range of 5 mass% of solid resin, based on the Nuclear material mass. Insufficient amounts lead to incomplete encapsulations or artifacts in the capsule wall.
In Abhängigkeit vom eingesetzten Kernmaterial und dem organischen Lösungsmittel ist eine entsprechende Reaktionstemperatur zu wählen, die in der Regel im Bereich von 50 bis 100°C liegt. Vorteilhaft aber nicht zwingend notwendig arbeitet man im Bereich der Siedetemperatur des Lösungsmittelgemisches mit Hilfe eines Rückflusskühlers. Die Aminoharzvorkondensate polymerisieren unter diesen Bedingungen thermisch. Zur Beschleunigung des Prozesses ist auch der Einsatz acider Katalysatoren möglich. Hierzu sind vorrangig organische und anorganische Säuren oder deren Abmi schungen geeignet, die das Verkapselungssystem merklich abpuffern, um die Abscheidung zu steuern und die Bildung von reinen Aminoharzpartikeln zu vermeiden. Geeignet sind Essigsäure, Ameisensäure, Zitronensäure, Ascorbinsäure, Amidosulfonsäure, Polymethacrylsäure u. a. oder deren Mischungen, wobei ein pH-Wert im Bereich von 2,5 bis 6,0, bevorzugt von 3,5 bis 5,0 eingestellt werden sollte.In dependence of the core material used and the organic solvent is to choose an appropriate reaction temperature, which is usually in the range from 50 to 100 ° C lies. Advantageous but not necessarily working in the Range of the boiling temperature of the solvent mixture using a reflux condenser. The Amino resin precondensates polymerize thermally under these conditions. To accelerate the process, the use of acidic catalysts is also possible. For this are primarily organic and inorganic acids or their Abmi mixtures suitable, which buffer the encapsulation system noticeably to the Control deposition and the formation of pure amino resin particles to avoid. Suitable are acetic acid, formic acid, citric acid, ascorbic acid, sulfamic acid, polymethacrylic u. a. or mixtures thereof, wherein a pH in the range of 2.5 to 6.0, preferably from 3.5 to 5.0 should be set.
Die Reaktionszeiten ergeben sich aus der angewandten Reaktionstemperatur und dem eventuellen Katalysatoreinsatz und liegen im Bereich von 30 min und 24 h. Beispielsweise wird bei einer Reaktionstemperatur von 60°C ohne Katalysatoreinsatz eine Mindestreaktionszeit von 60 min benötigt. Unter gleichen Bedingungen verringert sich die Reaktionszeit bei Katalysatorzusatz auf 35 min.The Reaction times arise from the reaction temperature used and the eventual catalyst use and are in the range of 30 minutes and 24 hours. For example, at a reaction temperature from 60 ° C requires a minimum reaction time of 60 minutes without the use of a catalyst. Under same Conditions reduces the reaction time at catalyst addition to 35 min.
Unabhängig von der Reaktion in der Mischphase im flüssigen Medium ist bei allen Aminoharzverkapselungen eine thermische Nachvernetzung bei Temperaturen im Bereich von 110 bis 180°C möglich, sofern die Kernmaterial- bzw. Wirkstoffkomponente dies erlaubt.Independent of the reaction in the mixed phase in the liquid medium is at all Aminoharzverkapselungen a thermal post-crosslinking at temperatures in the range of 110 to 180 ° C possible, if the nuclear material or drug component allows this.
Das Verfahren ist für die Mikroverkapselung wassersensitiver partikulärer Feststoffe einzusetzen, wobei die Art der Wechselwirkung mit Wasser unwesentlich ist. Die Inhaltsstoffe können in Wasser quellen, sich partiell in Wasser lösen oder auch mit Wasser unter Bildung störender gasförmiger, flüssiger oder fester Produkte reagieren. Die breite Variabilität des Mischungsverhältnisses ermöglicht eine einfache Adaption der Parameter des Verkapselungsprozesses an die Sensitivität gegenüber Wasser bzw. die Intensität der Wechselwirkung mit Wasser. Je sensitiver auf bzw. intensiver mit Wasser eine Wirksubstanz reagiert, desto höher ist die Hydrophobie des Verkapselungsmediums einzustellen.The Procedure is for to use the microencapsulation of water-sensitive particulate solids, wherein the nature of the interaction with water is immaterial. The ingredients can swell in water, partially dissolve in water or with water Education disturbing gaseous, liquid or solid products. The wide variability of the mixing ratio allows a simple adaptation of the parameters of the encapsulation process to the sensitivity across from Water or the intensity the interaction with water. The more sensitive to or more intense With water, an active substance reacts, the higher the hydrophobicity of the Set encapsulation medium.
Als wassersensitive Kernmaterialien sind aus den verschiedensten anwendungsspezifischen Gründen Kunststoffadditive, wie phosphorbasierte Flammschutzmittel oder Stabilisatoren, wassersensitive Komponenten von Reaktivharzsystemen, kontrolliert freizusetzende Katalysatoren oder Polymerisationsinitiatoren, etc. mit Melaminharzen nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise verkapselbar.When Water-sensitive core materials are plastic additives for a wide variety of application-specific reasons. such as phosphorus-based flame retardants or stabilizers, water-sensitive Components of reactive resin systems, controlled release Catalysts or polymerization initiators, etc. with melamine resins according to the procedure according to the invention verkapselbar.
Die nachfolgenden Beispiele sollen das Wesen der Erfindung aufzeigen, diese jedoch nicht einschränken.The The following examples are intended to show the essence of the invention, but do not restrict them.
Die
Verfahrensweise gestaltet sich wie folgt:
Die Reaktionskomponenten
werden in einem Reaktionsgefäß mit Rückflusskühlung eingetragen.
Dabei ist die Einhaltung einer bestimmten Reihenfolge nicht zwingend
notwendig. Es ist jedoch vorteilhaft, um Verklebungen und Verklumpungen
oder Anhaftungen im Reaktor zu vermeiden, die pulverförmigen Komponenten
in die flüssige
Phase einzutragen. Anschließend
wird auf Siedetemperatur erwärmt
und die Reaktion unter moderater Rührung durchgeführt. Danach
wird auf Raumtemperatur abgekühlt
und die Dispersion einer Fest-Flüssig-Trennung
(Filternutsche, Separator o. ä.)
zugeführt.
Je nach Applikation kann eine Wäsche
erforderlich werden, wobei es dann vorteilhaft ist, erst kurz mit
Wasser und anschließend
mit dem eingesetzten organischen Lösungsmittel oder auch mit einem
niedrig siedenden Alkohol (Methanol, Ethanol) zu waschen.The procedure is as follows:
The reaction components are introduced in a reaction vessel with reflux cooling. In this case, the observance of a certain order is not absolutely necessary. However, it is advantageous to avoid sticking and lumping or adhesion in the reactor, to enter the powdery components in the liquid phase. It is then heated to boiling temperature and the reaction is carried out under moderate stirring. It is then cooled to room temperature and the dispersion of a solid-liquid separation (filter chute, separator o. Ä.) Is supplied. Depending on the application, a wash may be required, in which case it is advantageous first to wash briefly with water and then with the organic solvent used or else with a low-boiling alcohol (methanol, ethanol).
Die Produkte können als frei fließende Pulver, Pasten oder Dispersionen formuliert werden.The Products can as free-flowing Powders, pastes or dispersions are formulated.
Beispiel 1example 1
In einen mit Heizung, Rührwerk, Rückflusskühlung und geeigneter Messtechnik versehenen Reaktor werden 45 ml Wasser und 55 ml Methanol vorgelegt und auf 50°C erwärmt. In dieses Lösungsmittelgemisch wird eine pulverförmige Mischung aus 40 g N-Phenylthioharnstoff, 0,5 g Amidosulfonsäure und 7 g Melamin-Formaldehyd-Festharz (Lamelite 200) eingetragen und bis zum Sieden erwärmt. Nach einer Reaktionszeit von 120 min kühlt man auf Raumtemperatur ab und filtriert über eine Filternutsche ab. Nach der Wäsche mit 50 ml Wasser und 50 ml Methanol wird das abgetrennte Produkt 20 h bei 50°C im Umlufttrockenschrank getrocknet. Man erhält 44,2 g eines feinteiligen Pulvers. Aus der Schwefelbestimmung ergibt sich ein Thioharnstoffgehalt von 37,4 g. Das FTIR-Spektrum zeigt neben dem Kernmaterial die typischen Banden für vernetzte Melaminharze.In one with heating, agitator, Reflux cooling and 45 ml of water and water Submitted to 55 ml of methanol and heated to 50 ° C. In this solvent mixture becomes a powdery Mixture of 40 g of N-phenylthiourea, 0.5 g of amidosulfonic acid and 7 g of melamine-formaldehyde solid resin (Lamelite 200) and heated to boiling. After a Reaction time of 120 min cools to room temperature and filtered through a suction filter. To the laundry with 50 ml of water and 50 ml of methanol is the separated product 20 h at 50 ° C dried in a convection oven. This gives 44.2 g of a finely divided Powder. The determination of sulfur results in a thiourea content of 37.4 g. The FTIR spectrum shows the typical material next to the core material Gangs for crosslinked melamine resins.
Beispiel 2Example 2
In das Reaktionsgefäß aus Beispiel 1 werden 35 ml Wasser und 65 ml 2-Propanol eingebracht und auf 60°C erwärmt. Darin löst man 0,5 g einer 20 Masse-%igen wässrigen Lösung von Polymethacrylsäure und versetzt mit 5 ml einer 2 N wässrigen Zitronensäurelösung. Danach trägt man 10 g Melamin-Formaldehyd-Festharz (Lamelite 200) ein und erhitzt auf Siedetemperatur. Während des Aufheizens werden dem Verkapselungsansatz 55 g 1,4-Diazabicyclo-[2,2,2]-octan zugefügt. Man belässt 35 min bei Siedetemperatur, kühlt langsam auf Raumtemperatur ab und filtriert das verkapselte Pro dukt ab. Nach der Wäsche mit 2-Propanol und anschließender milder Trocknung bei 30°C erhält man 58,8 g eines feinteiligen frei fließenden Pulvers. Das FTIR-Spektrum zeigt deutlich die Banden des vernetzten Melaminharzes.In the reaction vessel from Example 1, 35 ml of water and 65 ml of 2-propanol are introduced and heated to 60.degree. In this you solve 0.5 g of a 20% by mass aqueous solution of polymethacrylic acid and mixed with 5 ml of a 2 N aqueous Citric acid solution. After that you wear 10 g of melamine-formaldehyde solid resin (Lamelite 200) and heated at boiling temperature. While of the heating, the encapsulation are 55 g of 1,4-diazabicyclo [2,2,2] octane added. You leave 35 min at boiling temperature, cool slowly to room temperature and filter the encapsulated product from. After the wash with 2-propanol and subsequent mild drying at 30 ° C receives 58.8 g of a finely divided free-flowing powder. The FTIR spectrum clearly shows the bands of the crosslinked melamine resin.
Beispiel 3Example 3
In einen mit Heizung, Rührwerk, Rückflusskühlung und geeigneter Messtechnik versehenen Reaktor werden 45 ml Wasser und 55 ml Methanol vorgelegt und auf 50°C erwärmt. In dieses Lösungsmittelgemisch wird eine pulverförmige Mischung aus 40 g N-Phenylthioharnstoff, 0,5 g Amidosulfonsäure und 7 g eines Melamin-Benzoguanamin-[Formaldehyd-Festharz (Benzoguanamingehalt: 30 Mol%) eingetragen und bis zum Sieden erwärmt. Nach einer Reaktionszeit von 120 min kühlt man auf Raumtemperatur ab und filtriert über eine Filternutsche ab. Nach der Wäsche mit 50 ml Wasser und 50 ml Methanol wird das abgetrennte Produkt 20 h bei 50°C im Umlufttrockenschrank getrocknet. Man erhält 47,0 g eines feinteiligen Pulvers. Aus der Schwefelbestimmung ergibt sich ein Thioharnstoffgehalt von 38,0 g.In one with heating, agitator, Reflux cooling and 45 ml of water and water Submitted to 55 ml of methanol and heated to 50 ° C. In this solvent mixture becomes a powdery Mixture of 40 g of N-phenylthiourea, 0.5 g of amidosulfonic acid and 7 g of a melamine-benzoguanamine [formaldehyde solid resin (benzoguanamine content: 30 mol%) and heated to boiling. After a reaction time from 120 min cools to room temperature and filtered through a suction filter. To the laundry with 50 ml of water and 50 ml of methanol is the separated product 20 h at 50 ° C dried in a convection oven. This gives 47.0 g of a finely divided Powder. The determination of sulfur results in a thiourea content of 38.0 g.
Beispiel 4Example 4
In einen mit Heizung, Rührwerk, Rückflusskühlung und geeigneter Messtechnik versehenen Reaktor werden 45 ml Wasser und 55 ml Methanol vorgelegt und auf 50°C erwärmt. In dieses Lösungsmittelgemisch wird eine pulverförmige Mischung aus 40 g N-Phenylthioharnstoff, 0,5 g Amidosulfonsäure und 7 g eines Melamin-Dicyandiamid-Formaldehyd-Festharz (Dicyandiamidgehalt: 20 Mol-%) eingetragen und bis zum Sieden erwärmt. Nach einer Reaktionszeit von 120 min kühlt man auf Raumtemperatur ab und filtriert über eine Filternutsche ab. Nach der Wäsche mit 50 ml Wasser und 50 ml Methanol wird das abgetrennte Produkt 20 h bei 50°C im Umlufttrockenschrank getrocknet. Man erhält 43,1 g eines feinteiligen Pulvers. Aus der Schwefelbestimmung ergibt sich ein Thioharnstoffgehalt von 39,4 g.In one with heating, agitator, Reflux cooling and 45 ml of water and water Submitted to 55 ml of methanol and heated to 50 ° C. In this solvent mixture becomes a powdery Mixture of 40 g of N-phenylthiourea, 0.5 g of amidosulfonic acid and 7 g of a melamine-dicyandiamide-formaldehyde solid resin (Dicyandiamidgehalt: 20 mol%) is added and heated to boiling. To a reaction time of 120 min is cooled to room temperature and filtered over a filter slide off. After washing with 50 ml of water and 50 ml of methanol, the separated product for 20 h at 50 ° C in a convection oven dried. You get 43.1 g of a finely divided powder. From the determination of sulfur results a thiourea content of 39.4 g.
Beispiel 5Example 5
In einen geeigneten Rührreaktor mit Rückflusskühler werden 28 l Wasser und 12 l 2-Methyl-2-propanol eingebracht und auf 80°C erwärmt. Anschließend trägt man eine Mischung von 6 kg 2-Phenylimidazol und 1,8 kg Melamin-Formaldehyd-Festharz ein und belässt den Ansatz 180 min bei dieser Temperatur. Danach wird auf Raumtemperatur langsam abgekühlt, filtriert, mit Methanol gewaschen und anschließend bei 60°C im Umlufttrockenschrank bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Man erhält ein frei fließendes Pulver von mikroverkapseltem Benzimidazol.In a suitable stirred reactor be with reflux condenser 28 l of water and 12 l of 2-methyl-2-propanol introduced and heated to 80 ° C. Then you wear one Mixture of 6 kg of 2-phenylimidazole and 1.8 kg of melamine-formaldehyde solid resin and leaves the approach 180 min at this temperature. Then it is slow to room temperature cooled, filtered, washed with methanol and then at 60 ° C in a convection oven until dried to constant weight. This gives a free-flowing powder of microencapsulated benzimidazole.
Mit Epoxidharzen wurde ein Einkomponenten-System zubereitet, das eine gute Stabilität aufwies und erst bei Temperaturen oberhalb 120°C aktiviert wurde.With Epoxy resins, a one-component system was prepared, the one good stability and was activated only at temperatures above 120 ° C.
Beispiel 6Example 6
In einen Rührreaktor entsprechend Beispiel 3 werden 28 l Wasser und 12 l 2-Propanon auf 80°C erwärmt. Anschließend trägt man eine Mischung von 6 kg 2-Phenylimidazol und 1,8 kg Melamin-Formaldehyd-Festharz ein und belässt den Ansatz 180 min bei dieser Temperatur. Nach Aufarbeitung analog Beispiel 3 erhält man ein frei fließendes Pulver von mikroverkapseltem 2-Phenylimidazol mit vergleichbaren Katalysa toreigenschaften für Einkomponenten-Epoxidsysteme.In a stirred reactor according to Example 3, 28 l of water and 12 l of 2-propanone Heated to 80 ° C. Then you wear one Mixture of 6 kg of 2-phenylimidazole and 1.8 kg of melamine-formaldehyde solid resin and leaves the Batch for 180 min at this temperature. After working up analogously to Example 3 receives a free-flowing one Powder of microencapsulated 2-phenylimidazole with comparable Catalyst properties for One-component epoxy systems.
Beispiel 7Example 7
In einen entsprechend Beispiel 3 ausgerüsteten Rührreaktor legt man 25 l Wasser und 10 l Methanol vor, erwärmt auf 60°C und trägt nach der Erwärmung ein Gemisch aus 20 kg Ammoniumpolyphosphat und 2 kg Melamin-Formaldehyd-Festharz ein, heizt weiter bis zum Siedebeginn und belässt 120 min bei dieser Temperatur. Danach kühlt man unter rühren auf Raumtemperatur ab, filtriert die Dispersion und wäscht mit 5 l Methanol nach. Nach Trocknung bei 110°C im Umlufttrockenschrank erhält man 20,8 kg feinteiliges Produkt mit nur entsprechend der Melaminharzbeladung vermindertem Phosphorgehalt. Die analytischen Daten ergaben einen Wandanteil von 6,7 Masse-%.In a stirrer reactor equipped according to Example 3, 25 l of water and 10 l of methanol are added, heated to 60 ° C. and, after heating, a mixture of 20 kg of ammonium polyphosphate and 2 kg of melamine-formaldehyde solid resin is introduced, heating continues until the start of boiling and leaves 120 minutes at this temperature. It is then cooled with stirring to room temperature, the dispersion is filtered and washed with 5 l of methanol. After drying at 110 ° C in a convection oven to obtain 20.8 kg of finely divided product with only according to the Melaminharzbeladung reduced phosphorus content. The analytical data showed a wall content of 6.7 mass%.
Derart mikroverkapseltes Ammoniumpolyphosphat ist für die Flammfestausrüstung von Raumtextilien sowie die Kunststoffcompoundierung geeignet. Es zeigt bei der Textilausrüstung aus wässrigen Dispersionen nicht die für unverkapseltes Material übliche Quellung und der pH-Wert bleibt auch bei hoher Verdünnung im Bereich von 5,5 bis 6,5.so microencapsulated ammonium polyphosphate is for the flameproofing of Room textiles and plastic compounding suitable. It shows at the textile equipment from aqueous dispersions not the for uncapsulated material usual Swelling and the pH remains at high dilution in the Range from 5.5 to 6.5.
Verkapseltes Ammoniumpolyphosphat ist thermisch bis 240°C belastbar und stabil gegenüber Scherbeanspruchung. Die thermische und mechanische Stabilität der Aminoharzwand ist Voraussetzung für eine problemlose Compoundierung von Polyolefinen und PA 6 mit Ammoniumpolyphosphat im Doppelschneckenextruder. Mikroverkapseltes Ammoniumpolyphosphat besitzt infolge der Melaminharzwand hohe Kompatibilität zu diversen thermoplastischen und duromeren Kunststoffmatrices.encapsulated Ammonium polyphosphate is thermally stable up to 240 ° C and stable against shear stress. The thermal and mechanical stability of the amino resin wall is a prerequisite for trouble-free Compounding of polyolefins and PA 6 with ammonium polyphosphate in twin-screw extruder. Microencapsulated ammonium polyphosphate possesses high compatibility to various due to the melamine resin wall thermoplastic and duromeric plastic matrices.
Beispiel 8Example 8
Analog Beispiel 5 werden 15 kg feinteiliger roter Phosphor mit Melamin-Formaldehyd-Festharz verkapselt. Nach Trocknung bei 110°C im Umlufttrockenschrank erhält man 15,5 kg feinteiliges Produkt mit nur entsprechend der Melaminharzbeladung vermindertem Phosphorgehalt. Die analytischen Daten ergaben einen Wandanteil von 4,6 Masse-%.Analogous Example 5, 15 kg of finely divided red phosphorus are encapsulated with melamine-formaldehyde solid resin. After drying at 110 ° C received in the convection oven 15.5 kg of finely divided product with only according to the Melaminharzbeladung reduced phosphorus content. The analytical data yielded one Wall proportion of 4.6% by mass.
Derart mikroverkapselter roter Phosphor ist wie mikroverkapseltes Ammoniumpolyphosphat für die Flammtestausrüstung von Heim- und Fahrzeugtextilien sowie die Kunststoffcompoundierung geeignet. Infolge der Dichte der Kapselwand zeigt er bei der Textilausrüstung aus wässrigen Dispersionen nicht die für unverkapseltes Material übliche Phosphinbildungsrate. Die thermische und mechanische Stabilität der Aminoharzwand ist Voraussetzung für eine problemlose Compoundierung von Polyolefinen und PA 6 mit rotem Phosphor.so microencapsulated red phosphorus is like microencapsulated ammonium polyphosphate for the Flame test equipment of home and vehicle textiles as well as plastic compounding suitable. Due to the density of the capsule wall it shows at the textile equipment aqueous Dispersions are not those for uncapsulated material usual Phosphinbildungsrate. The thermal and mechanical stability of the amino resin wall is a prerequisite for a easy compounding of polyolefins and PA 6 with red phosphorus.
Beispiel 9Example 9
Analog Beispiel 5 werden 15 kg Mahlschwefel mit Melamin-Formaldehyd-Festharz verkapselt. Die schwefelhaltigen Mikropartikel werden abgetrennt und in filterfeuchtem Zustand in analoger Weise ein zweites Mal verkapselt. Nach Trocknung bei 110°C und thermischer Nachhärtung bei 180°C im Umlufttrockenschrank erhält man 17 kg feinteiliges Produkt mit einem Wandanteil von 11,9 Masse-%.Analogous Example 5, 15 kg of ground sulfur with melamine-formaldehyde solid resin encapsulated. The sulfur-containing microparticles are separated and in filter-moist condition in a similar manner a second time encapsulated. After drying at 110 ° C and thermal post-curing at 180 ° C in a convection oven receives 17 kg of finely divided product with a wall content of 11.9% by mass.
15 kg der doppelt verkapselten Schwefelpartikel werden in filterfeuchtem Zustand mit 600 g Paraffinwachs, gelöst in 10 l Benzin, bei 70°C beschichtet.15 kg of the double-encapsulated sulfur particles are in filter-moist Condition with 600 g paraffin wax, dissolved in 10 l gasoline, coated at 70 ° C.
Derart mikroverkapselter Mahlschwefel wird zur Heißvulkanisation von Synthese- und Naturkautschuken eingesetzt. Durch die Verkapselung erhält man einen bis 120°C stabilen Schwefel, der erst bei Temperaturen über 150°C kontrolliert durch Zerstörung der Kapselwand freigesetzt wird.so microencapsulated millbase is used for hot vulcanization of synthetic and natural rubbers used. The encapsulation gives you one up to 120 ° C stable sulfur, which is controlled only at temperatures above 150 ° C by destroying the Capsule wall is released.
Beispiel 10Example 10
Zur Verbesserung der Redispergierbarkeit werden 5 kg analog Beispiel 7 mikroverkapseltes Ammoniumpolyphosphat in filterfeuchtem Zustand mit 800 g Polyethylenglykol (Molmasse 2000), gelöst in 2 l Methanol, bei Raumtemperatur beschichtet. Nach Trocknung bei 110°C im Umlufttrockenschrank erhält man 5,4 kg feinteiliges Produkt mit nur entsprechend der Melaminharz- und Polyethylenglykolbeladung vermindertem Phosphorgehalt. Die analytischen Daten ergaben einen Anteil an beschichteter Wand von 8,6 Masse-%.to Improvement of redispersibility are 5 kg analogously to Example 7 micro-encapsulated ammonium polyphosphate in filter-moist state with 800 g of polyethylene glycol (molecular weight 2000), dissolved in 2 l of methanol, at room temperature coated. After drying at 110 ° C in a convection oven to obtain 5.4 kg of finely divided product with only according to the melamine resin and Polyethylene glycol loading reduced phosphorus content. The analytical Data showed a share of coated wall of 8.6 mass%.
Beispiel 11Example 11
Zur Verbesserung der Kompatibilität zu hydrophoben Kunststoffmatrices werden 5 kg analog Beispiel 7 mikroverkapseltes Ammoniumpolyphosphat in filterfeuchtem Zustand mit 400 g Paraffinwachs, gelöst in 5 l Benzin, bei Raumtemperatur beschichtet. Nach Lufttrocknung erhält man 5,2 kg feinteiliges Produkt mit nur entsprechend der Melaminharz- und Wachsbeladung vermindertem Phosphorgehalt. Die analytischen Daten ergaben einen Anteil an beschichteter Wand von 7,6 Masse-%.to Improvement of compatibility to hydrophobic Kunststoffmatrices be 5 kg analogously to Example 7 microencapsulated ammonium polyphosphate in filter-moist condition with 400 g paraffin wax, dissolved in 5 liters of petrol, coated at room temperature. After air drying receives 5.2 kg of finely divided product with only the melamine resin and wax loading reduced phosphorus content. The analytical Data showed a share of coated wall of 7.6% by mass.
Erfindungsgemäß werden ebenso mikroverkapselte partikuläre Feststoffe aus hydrophilen und/oder wassersensitiven Feststoffkernen und Kapselwänden aus hydro phoben Aminoharz bereitgestellt. Diese weisen vorzugsweise Kapselwände mit einer Dicke zwischen 20 und 80 nm auf. Besonders bevorzugt ist es, dass die mikroverkapselten partikulären Feststoffe durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 herstellbar sind.According to the invention likewise microencapsulated particulate Solids of hydrophilic and / or water-sensitive solid cores and capsule walls provided from hydrophobic amino resin. These are preferably capsule walls with a thickness between 20 and 80 nm. Particularly preferred it that the microencapsulated particulate solids through the process according to one of the claims 1 to 16 can be produced.
Verwendung findet das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Initiatoren, Katalysatoren, Brandschutzmitteln, Modifizierungsmitteln für polymere Endprodukte in Form von Werkstücken und Folien, Modifizierungsmittel, Vernetzer und ähnliches in Farben und Lacken, wie z. B. die Herstellung von Einkomponentensystemen bei Epoxidharzen.use finds the method according to the invention for the preparation of initiators, catalysts, fire retardants, Modifiers for polymers End products in the form of workpieces and films, modifiers, crosslinkers and the like in paints and varnishes, such as B. the production of one-component systems in epoxy resins.
Claims (20)
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- 2004-01-27 DE DE200410004107 patent/DE102004004107A1/en not_active Ceased
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