Die Erfindung betrifft Mikropartikel mit aktiven

Wirkstoffen, die in einer Matrix einer wachsartigen Substanz gebunden und mit einer polymeren Hüllmembran überzogen sind. Die Erfindung betrifft auch ein Ver¬ fahren zu ihrer Herstellung, ihre Verwendung zur Prä- paration von Pflanzenschutzmitteln für die Land- und Forstwirtschaft, Hygieneprodukten und Produkten der Nahrungs-, Verpackungs-, Bau- und Kosmetikindustrie sowie wäßrige Spritzbrühen, Suspensionen oder andere übliche Zubereitungen, enthaltend diese erfindungs- gemäßen Mikropartikel.

Die Mikroenkapsulierung von Wirkstoffen in polymeren Materialien ist bekannt und kann nach verschiedenen Verfahren, wie z.B. in der "Excyclopedia of Polymer

Science", J. Wiley Sons, 1968, Vol. 8, beschrieben, mit verschiedenen Polymeren durchgeführt werden.

Einige beispielhafte Methoden für Enkapsulierungen sind: Koazervation, Grenzflächenpolymerisation oder

-polykondensation an Flüssig/flüssig-Grenzen oder zum Beispiel an einer festen Phasengrenze. Neben diesen chemischen Verfahren kommen noch physikalische Ver¬ fahren in Betracht, wie z.B. die Mikroenkapsulierung von Aerosolen. Als polymere Umhüllungsmaterialien für Mikropartikel, die beispielsweise Agr©Chemikalien enthalten, werden häufig Aminopräkondensate verwen¬ det. Zum Beispiel wird in Acta Polymerica 40, 1989, 4 S.243-251, eine Übersicht über das breite Ein- satzgebiet dieser Präkondensate bei der Mikroverkap- selung gegeben.

An die Freisetzungseigenschaften von insbesondere aktiven, speziell leicht flüchtigen Wirkstoffen wer- den besondere Anforderungen gestellt. Ein wichtiges Kriterium für eine angestrebte Langzeitwirkung, wie dies besonders bei Repellenzien (Ablenkstoffen) ge¬ wünscht wird, ist die gleichmäßige Wirkstoffabgäbe über einen langen Zeitraum.

In Acta Polymerica 40, 1989, 5 S.325-331, werden Her¬ stellung und Eigenschaften von Mikropartikeln be¬ schrieben, die mit selbstvernetzenden Aminoharz-Prä- kondensaten hergestellt wurden.

In der EP 0 379 379 wird eine StoffZusammensetzung beansprucht, bei deren Herstellung die Mikropartikel mittels Coazervation mindestens zweier wasserlösli¬ cher Polymere hergestellt werden.

Ein Nachteil literaturbekannter Verfahren zur Retar¬ dierung von insbesondere leicht flüchtigen Werkstof¬ fen unterschiedlicher Provenienz und Einsatzgebiete ist deren in der Regel zu schnelle, teilweise unkon- trollierte Freisetzung mit anfänglich sehr hohen Freisetzungsraten, Hier schaffen auch "multi- coating"-Systeme keine ausreichende Abhilfe.

Nachteilig ist bei dieser relativ schnellen Freiset- zung der Wirkstoffe auch eine hohe unerwünschte Wit¬ terungsunabhängigkeit, wobei die Freisetzungsrate nahezu ausschließlich durch den Dampfdruck innerhalb der Partikel und die Durchlässigkeit der Hüllmembran bestimmt wird, d.h. die Partikel geben z.B. auch dann den Wirkstoff noch ab, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist und beispielsweise bei vielen Insekten keine Aktivität zu beobachten ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Mi- kropartikel und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die eine kontrolllierte Freisetzung des Wirkstoffes ermöglicht, insbesondere bei längerfri¬ stiger Anwendung.

Die Erfindung wird in bezug auf die Mikropartikel durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruches 13 gelöst. Erfindungsgemäße Verwendun¬ gen sind durch die Merkmale der Ansprüche 18 und 20 gekennzeichnet. Die Unteransprüche zeigen vorteilhaf¬ te Weiterbildungen auf.

Es wurde gefunden, daß sich die Nachteile mangelnder Langzeitwirkung und unkontrollierter Freisetzung vor- nehmlich leichtflüchtiger Wirkstoffe wesentlich

verbessern lassen, wenn die Mikropartikel in ihrem Kern den Wirkstoff, eingebettet in einer Matrix eines wachsartigen Materials, enthalten. Die Matrix steuert zum einen die Diffusion des Wirkstoffes bei Tempera- turen unterhalb des Schmelzebereiches und gestattet zum anderen auch die Einstellung eines Temperaturgra¬ dienten durch den Einsatz wachsartiger Materialien mit definierten Schmelzebereichen, dem jeweiligen Applikationsfall entsprechend. Werden beispielsweise zur Bekämpfung des Borkenkäfers bzw. zur Vermeidung des Befalls von Holzpoldern durch ihn u.a. Terpende- rivate in mikroverkapselter Form als Repellenzien eingesetzt, so ist die Wirksamkeit bereits nach 2 bis 5 Tagen je nach Wetterlage abgeklungen. Die zu schüt- zenden Objekte müssen des öfteren und in hoher Dosie¬ rung besprüht werden, um einen sicheren Schutz zu ge¬ währleisten. Dabei muß weiterhin noch berücksichtigt werden, daß die Insekten erst bei einer Temperatur über 20 bis 25 °C aktiv werden. Bei diesen Temperatu- ren besteht bereits eine enorme Flüchtigkeit der Ter- penderivate. Löst man nach dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren allerdings die Terpenderivate z.B. in einem Paraffin/Paraffinwachs-Gemisch mit einem Schmelzebe¬ reich von 25 bis 30 °C und dispergiert diese Lösung in Wasser, das ein hüllbildendes Polymer oder Oligo- mer enthält, welches an den Grenzphasen sich nie¬ derschlägt oder vernetzt und so eine Wand um den un¬ ter den Präparationsbedingungen flüssigen Kern bil¬ det, so daß eine Suspension feinteiliger Mikroartikel entsteht, die nach Separation und Trocknung in eine Pulverformulierung überführt oder als Suspension di¬ rekt für eine spezielle Anwendung formuliert werden kann, und trägt man derartige Formulierungen dann auf die zu schützenden Objekte in geeigneter Weise auf, beobachtet man eine wesentlich moderatere Freiset-

zung, die erst bei höheren Temperaturen beschleunigt wird. Steigen nämlich die Umgebungstemperaturen auf Werte im Bereich des Schmelzpunktes der wachsartigen Substanz, entstehen im Partikelinneren homogene flüε- sige Lösungen des Wirkstoffes, in diesem Fall des Terpenderivates, die eine wesentlich beschleunigte Liberation des Wirkstoffes zur Folge haben. Dieser Prozeß ist reversibel, d.h. bei Temperatur-Erniedri¬ gung verfestigt sich der Partikelinhalt wieder, die Freisetzung wird verzögert. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Tages- und Wetterrythmen einstel¬ len: kaltes Wetter, kühle Abende, Nächte und Morgen¬ stunden - es findet nur eine beschränkte Freisetzung statt. Mit steigender Temperatur und steigender Akti- vität der Insekten erfolgt auch eine gesteigerte

Freisetzung des Ablenkstoffes. Durch wahlweise Ein¬ stellung des Schmelzpunktes lassen sich Wirkstoffsy¬ steme gezielt herstellen, z.B. für bestimmte Insek¬ tenarten in der Land- und Forstwirtschaft und Hygie- ne, für den Nahrungsgüterbereich, die VerpackungsIn¬ dustrie und Vorratshaltung sowie den Bausektor.

Im gleichen Sinne kann eine temperaturinduzierte Freisetzung von Duftstoffen und Parfümölen, Lockstof- fen (Pheromonen) und anderen Wirkstoffen durch das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden.

Ein Gegenstand der Erfindung sind daher Mikropartikel vom Kern-Schale-Typ, bestehend aus einem Wirkstoff, gelöst in einer Wachsmatrix als Kernmaterial, bei denen ein hydrophobes wachsartiges Material eine Ma¬ trix bildet, in der der Wirkstoff bevorzugt homogen gelöst ist, diese Lösung in flüssiger oder fester Form den Kern der Mikropartikel bildet, der dann von einer polymeren Kapselwand umhüllt ist.

Die in der Regel meist sphärischen Mikropartikel wei¬ sen bevorzugt einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 100 μm auf, besonders bevorzugt beträgt der mittlere Durchmesser 0,5 bis 50 μm, ganz besonders bevorzugt 1 bis 10 μm.

Das polymere Wandmaterial weist bevorzugt 3 bis 40 % des Gesamtgewichtes der Mikropartikel auf, wobei Wanddicken von 20 bis 500 nm erreicht werden.

Das polymere Wandmaterial kann aus einem Polyacryl- säureester, Polyurethan, Polyester oder Aminoplast gebildet sein.

Bevorzugt handelt es sich um ein Aminoplast-Präkon¬ densat, insbesondere um Präkondensate auf der Basis von Melamin-Formaldehyd, ganz oder teilweise ver- ätherten Melamin-Formaldehyd-Reaktionsprodukten, Harnstoff-Formaldehyd oder Harnstoff-Glutardialdehyd- Produkten oder deren Mischkompositionen sowie Reak¬ tionsprodukten auf der Basis von Acrylamid oder Ben- zoguanamin mit Aldehyden.

Die molaren Verhältnisse Melamin zu Formaldehyd kön- nen 1:3,5 bis 1:8, bevorzugt 1:4 bis 1:6 betragen.

Der Verätherungsgrad dieser Harze kann durch das mo¬ lare Verhältnis von Melamin zu Methanol eingestellt werden und liegt z.B. bei 1:10 bis 1:20, bevorzugt bei 1:15 bis 1:18.

Die molaren Verhältnisse von Harnstoff zu Formaldehyd können 1:2,5 bis 1:3,5, bevorzugt 1:2,7 bis 1:3,2 betragen.

Wird anstelle von Formaldehyd Glutardialdehyd verwen¬ det, so können die molaren Verhältnisse 1:1,5 bis 1:2,5 bevorzugt 1:1,8 bis 1:2,2.

Für die Bildung von Mikropartikeln geeignete Amino- harze finden sich z.B. in Kirk Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", 3. Ausg., Bd. 2, S.440-469.

Bevorzugt ist als Wirkstoff ein Ablenkstoff (Repel- lent) , ein Lockstoff (Attraktiv) , ein Pestizid, ein Duftstoff oder ein Wildverbißmittel. Beispiele für derartige Wirkstoffe sind Terpenderivate (Verbenon, Limonen u.a.) ätherische Öle und Parfümöle, Pyrethroide, Pheromone, Fruchtester, Phosphorsäure- ester u.a.

Als hydrophobes Wachs kann ein Naturwachs, modifi¬ ziertes Naturwachs, teilsynthetisches oder vollsythe- tisches Wachs eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich um ein Pflanzenwachs, tierisches Wachs, Montan¬ wachs, Paraffinwachs oder Amidwachs.

Besonders bevorzugt handelt es sich um ein makro- oder mikrokristallines Paraffinwachs oder ein Poly- ethylenwachs.

Das Wachs weist bevorzugt einen Schmelzpunkt zwischen 30° und 90°C auf. Der Schmelzpunkt kann durch defi¬ nierte Zugabe von flüssigem Paraffin noch weiter ge- senkt werden.

In einer bevorzugten Zusammensetzung liegt das Wachs vor in einer Menge von 10 bis 80 %, besonders bevor¬ zugt von 15 bis 50 %, bezogen auf den Wirkstoff bzw. das Wirkstoffgemisch im Kernmaterial.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfah¬ ren zur Enkapsulierung von Wirkstoffen in Form von im wesentlichen sphärischen Mikropartikeln, umfassend die Verfahrensschritte a) Herstellung einer wäßrigen Präpolymer-Lösung von grenzflächenaktiven Stoffen, Katalysatoren, Mo¬ nomeren, Präpolymeren oder Polymeren, die zur Bildung einer Kapselwand geeignet sind, b) Herstellung einer homogenen Lösung des Wirkstof- fes in einer Wachsschmelze, c) Bildung einer Emulsion oder Dispersion des was¬ serunlöslichen, im Wachs gelösten Wirkstoffes oder Wirkstoffgemisches in der Lösung a) durch Einbringen derselben unter hoher Scherkraft.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich, wenn man sowohl den Wirkstoff als auch das Wachs aufschmilzt und die vermischte Coschmelze der Polymerlösung zugibt.

Besonders bevorzugt schmilzt man das Wachs und den Wirkstoff oder das Wirkstoffgemisch zusammen auf und gibt diese Coschmelze bei einer Temperatur zu, die höher ist als die der Präpolymerlösung a) .

An die Schmelze muß die Anforderung gestellt werden, daß im Gegensatz zu anderen Anwendungen aktiver Wirk¬ stoff und Wachs bei der jeweiligen Temperatur ge¬ schmolzen vorliegen und eine homogene Lösung bilden. Phasentrennungen können während des Abkühlungsprozes¬ ses auftreten, müssen jedoch bei erneutem Übergang in den Schmelzezustand verschwinden, so daß im flüssigen Zustand immer eine homogene Lösung vorliegt.

Die wäßrige Lösung kann zusätzlich zu den Monomeren, Präpolymeren oder Polymeren, die die Kapselwand bil¬ den, ein oder mehrere wasserlösliche Monomere, oligo¬ mere oder Polymere als Emulgatoren, Dispergatoren oder Schutzkolloide enthalten. In Betracht kommen anionische, kationische oder nichtionische Stoffe. Die in der Formulierungstechnik gebräuchlichen Stoffe sind beispielsweise in folgenden Publikationen be¬ schrieben:

"Mc Cutcheon's Detergents and Emulsifiers Annual", Mc Publishing Corp., Glen Rock, NJ (USA) 1988, H. Stäche "Tensid-Taschenbuch", 2. Aufl., C. Hanser Verlag, München, 1981, M. and J. Ash "Encyclopedia of Surfactants", Vol. I- III, Chemical Publishing Co., NY, 1980-1981.

Bevorzugt handelt es sich um Polyethylenglykole, Po- lyethylenglykolmonoalkylether, Polyethylenglykol-Po- lypropylenglykol-Copolymere, Polyvinylalkohole, Poly- vinylpyrolidone und Acrylsäure-Acrylsäureamid-Copoly- mere.

Verfahren zur Erzeugung hoher Scherkräfte sind an sich bekannt, bevorzugt wird ein Hochgeschwindig- keitsrührer oder ein Umlaufhomogenisator verwendet.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der Mikropartikel zur Bekämpfung von Pflanzen-, Lebensmittel- und Hygieneschädlingen oder Tierparasiten u.a., wobei man erfindungsgemäße Mi¬ kropartikel in einer wirksamen Konzentration in Was¬ ser suspendiert und diese Suspension auf die Schäd¬ linge oder ihren Lebensraum appliziert oder geeignete Köder präpariert.

Ebenfalls ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikropartikel zur Herstellung eines Mittels zur Bekämpfung obenge¬ nannter Schädlinge sowie wasserdispergierbare Pulver, wasserdispergierbare Granulate oder wäßrige Spritz¬ brühen, enthaltend diese Mikropartikel.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele zur Herstellung der Präkondensate

Beispiel AI:

Herstellung eines modifizierten Melamin-Formaldehyd-

Präkondensates

28 g Melamin (0,22 mol) werden unter Rühren in 124 ml 30-Gew.%iger wäßriger Formaldehydlösung eingetragen, das Reaktionsgemisch mit wäßriger lN-Natronlauge auf pH9 eingestellt und auf 94°C erwärmt. Dabei löst sich das Melamin unter Reaktion mit dem Aldehyd. Danach wird auf 62°C abgekühlt, 120 ml Methanol (3,75 mol) und 7 ml 15-Gew.%ige wäßrige Salzsäure zugegeben und bei 62°C die Reaktion während 30 Minuten durchge¬ führt. Es werden 2,8 g Triethanolamin zugesetzt und unter Vakuum das azeotrope Methanol-Wasser-Gemisch abdestilliert. Man stellt auf einen Feststoffgehalt von ca. 40 bis 60 Gew.% ein. Anschließend wird die Lösung mit 6 g Harnstoff versetzt und auf Raumtempe¬ ratur abgekühlt.

Beispiel A2 :

Herstellung eines Harnstoff-Glutaraldehyd-Präkonden- sates

60 g Harnstoff (1 mol) werden unter Rühren in 800 g 25-Gew.%iger wäßriger Glutardialdehydlösung (2 mol) gelöst. Nach Einstellung des pH-Wertes mit IN wäßri¬ ger Natronlauge auf pH7 bis pH8 wird die Lösung auf eine Temperatur von 70°C erwärmt und 40 Minuten bei dieser Temperatur gerührt. Anschließend wird auf Raumtemperatur abgekühlt.

Beispiel zur Herstellung der Mikropartikel

Beispiel Bl:

In einem temperierbaren Gefäß werden 60 ml Wasser und 3 g des nach Beispiel AI hergestellten Präkondensates sowie 0,15 ml Polyäthylenglykol (Molekulargewicht 300) vorgelegt, das Reaktionsgemisch auf 70°C erwärmt und anschließend mit 2,1 ml einer 2N wäßrigen Zitro¬ nensäurelösung versetzt. 6,3 g S(-)-Limonen und 6,3 g Paraffinwachs (Schmelzpunkt 53°C) werden gemeinsam aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Schmelze wird rasch unter Rühren (Ultraturrax, 12000 RPM) in das

Reaktionsgemisch eingetragen und 10 Minuten bei die¬ ser Geschwindigkeit gerührt. Anschließend wird mit einem Propellerrührer bei 500 RPM 120 Minuten bei 60°C weitergerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine Suspension feinteiliger sphärischer Partikel mit

Teilchendurchmessern von 1 bis 10 μm. Die Suspension kann für eine Formulierung direkt weiter verwendet werden, oder die Partikel können zu einem fließfähi¬ gen Pulver getrocknet werden. Elektronenmikroskopi- sehe Aufnahmen zeigen, daß ein homogener Wachskern

vorhanden ist, der von einer 30-nm-Wand aus Amino¬ plast umgeben ist. Das Freisetzungsverhalten des Li- monens ist in Fig. 1 dargestellt.

Beispiel B2:

Es wird wie im Beispiel Bl verfahren. Als Wirkstoff- Wachs-Gemisch werden 6,3 g Verbenon und 6,3 g Paraf¬ finwachs gemeinsam aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Weiterverarbeitung erfolgt ebenfalls nach Bei- spiel Bl. Das Freisetzungsverhalten des Verbenons ist in Fig. 1 dargestellt.

Beispiel B3:

Es wird wie im Beispiel Bl verfahren. Als Wirkstoff- Wachs-Gemisch werden 9 g Verbenon und 3 g Paraffin¬ wachs (Schmelzpunkt 35 bis 40°C) gemeinsam aufge¬ schmolzen und homogenisiert. Die Weiterverarbeitung erfolgt ebenfalls nach Beispiel Bl.

Beispiel B4:

Es wird wie im Beispiel Bl verfahren. Als Wirkstoff- Wachs-Gemisch werden 6,3 g Kiefernöl und 6,3 g Paraf¬ finwachs gemeinsam aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Weiterverarbeitung erfolgt ebenfalls nach Bei- spiel Bl.

Beispiel B5:

Es wird wie im Beispiel Bl verfahren. Als Wirkstoff- Wachs-Gemisch werden 10 g Parfümöl und 3 g Paraffin- wachs gemeinsam aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Weiterverarbeitung erfolgt ebenfalls nach Beispiel Bl.

Vergleichsbeispiel:

Es wird wie im Beispiel Bl verfahren. Anstelle des Limonen-Paraffinwachs-Gemisches werden 12 g S(-)-Li- monen ohne Wachszusatz eingesetzt. Die Verarbeitung erfolgt nach Beispiel Bl. Das Freisetzungsverhalten ist in Fig. 1 dargestellt.