C OPOL YMERE S CATIONIQUES STATISTIQUES, LEUR PROCEDE DE SYNTHESE ET LEUR UTILISATION POUR L'ENCAPSULATION D'INGREDIENTS

Domaine de l'invention

La présente invention concerne le domaine de la microencapsulation d'ingrédients. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de synthèse de copolymères cationiques statistiques, comprenant les étapes suivantes :

mélange de monomères dans un solvant,

polymérisation radicalaire à un pH compris entre 3 et 10,

caractérisé en ce que ledit mélange comprend entre 30 et 75% (m/m) de monomères de diméthylaminopropyl méthacrylamide (DMAPMA) ou ses dérivés, entre 10 et 45% (m/m) d'hydroxyéthyl méthacrylate (HEMA) ou ses dérivés et entre 10 et 50% (m/m) de monomères d'aminoéthyl méthacrylate (AEMA) ou ses dérivés.

L'invention concerne également les copolymères obtenus par un tel procédé et leur utilisation comme polymères cationiques pour la microencapsulation d'ingrédients par coacervation complexe.

Arrière plan de l'invention

L'encapsulation peut être définie comme le processus de formation de couches continues de composés d'enrobage, notamment de polymères ou de complexes protéine-polysaccharide, autour d'ingrédients à encapsuler qui peuvent être par exemple des particules solides, des gouttelettes de liquide, du gaz ou encore des cellules microbiennes. Les domaines d'applications industrielles de l'encapsulation sont multiples. On peut citer par exemple l'industrie pharmaceutique, cosmétique, agro-alimentaire, l'industrie des encres mais aussi les biotechnologies et plus récemment l'industrie textile. Les systèmes d'encapsulation sont aussi variés que leurs multiples applications : séparer des substances chimiques incompatibles, améliorer la biodisponibilité des ingrédients, masquer les goûts ou les odeurs désagréables.

Dans le domaine cosmétique ou dans le domaine pharmaceutique, l'encapsulation ou la microencapsulation est utilisée autant pour obtenir un aspect esthétique dans les formulations que pour confiner ou protéger les ingrédients et/ou maîtriser leur libération.. L'encapsulation peut concerner une grande variété d'ingrédients allant de molécules très simples à très complexes (arômes, médicaments, ADN, virus entiers, etc.).

Le domaine de l'invention est plus particulièrement la microencapsulation qui est une technique d'enrobage de microparticules de solides finement divisées, de gouttelettes de liquides ou de composés gazeux. Les microparticules présentent une taille comprise entre environ 1 μιη et 1 mm. Les composés enrobants peuvent être des polymères d'origine naturelle ou synthétique, ou des protéines ou polysaccharides, ou encore des lipides. Dans le cadre de l'invention, l'enrobage est plus particulièrement réalisé à l'aide d'une couche continue de polymèressynthétiques .

Le procédé de microencapsulation doit être adapté à la taille et aux propriétés physico- chimiques à la fois des ingrédients à encapsuler et des polymères formant la couche continue d'enrobage.

Il existe différents types de techniques de microencapsulation, par exemple la gélifïcation, le priling, la nébulisation, la coacervation, l'émulsion-évaporation, l'émulsion-extraction, ainsi que leurs variantes à partir d'émulsions doubles eau/huile/eau.

La présente invention concerne un procédé de microencapsulation par coacervation complexe qui implique l'utilisation d'un polymère anionique et d'un polymère cationique.

L'ingrédient à encapsuler se trouve dans une phase discontinue émulsifïée en fines gouttelettes dans une phase continue.

Le principe de la coacervation complexe repose sur la séparation de phase liquide-liquide résultant de la formation d'interactions complexes électrostatiques entre les polymères.

L'agrégation de ces complexes initialement solubles, induite par l'addition d'un agent de coacervation des polymères, conduit à la formation de gouttelettes liquides appelées

« coacervats » ou « agrégats ». Les coacervats soumis à la pesanteur floculent et coalescent pour aboutir à une séparation de phase macroscopique.

L'agent de coacervation des polymères peut être un sel ou un solvant mais il peut aussi consister en la modification du pH ou de la température. L'agent de coacervation peut être ajouté avant, pendant ou après l'étape d'émulsification.

Les coacervats se déposent progressivement à la surface de chaque gouttelette comprenant l'ingrédient, jusqu'à former une couche continue.

Enfin, l'ajout d'un durcisseur ou d'un agent de réticulation permet la réticulation et donc le durcissement de la couche continue de coacervats de polymères autour de la gouttelette comprenant l'ingrédient à encapsuler.

Les polymères sont généralement des protéines d'origine animale pour le polymère cationique et des polysaccharides pour le polymère anionique. Les paramètres influençant les interactions entre les polymères et donc la formation des coacervats sont, d'une part, des paramètres physico-chimiques tels que le pH, la force ionique, la masse molaire des polymères, la densité de charge des polymères, le ratio massique entre les polymères et la concentration totale en polymères et, d'autre part, des paramètres physiques mettant en jeu un ensemble de forces pouvant influencer la structure et la stabilité des coacervats, tels que la température, la pression, la vitesse et le temps d'agitation.

Une étape essentielle de la coacervation est la formation initiale de coacervats de polymères par l'intermédiaire d'interactions électrostatiques entre les polymères chargés. Généralement, l'établissement de liaisons électrostatiques entraîne une diminution de l'énergie libre électrostatique du système par diminution de la mobilité et de la flexibilité des polymères. Deux types de coacervats peuvent être obtenus par la mise en jeu d'interactions électrostatiques. D'une part, des coacervats solubles lorsque le nombre de charges entre les polymères interagissant ne s'équilibrent pas entièrement, la charge globale portée pas le coacervat obtenu permettant alors à celui-ci de rester soluble en interagissant avec les molécules de solvants. D'autre part, des coacervats insolubles ou précipités lorsque la neutralisation des charges portées par les deux polymères est totale, la charge totale du complexe obtenu étant nulle. D'autres types d'interactions interviennent dans la formation des coacervats, notamment des liaisons hydrogènes ou des interactions hydrophobes.

Des liaisons hydrophobes s'établissent généralement lors de modifications de la conformation et de la structure des polymères. Ces modifications permettent aux zones hydrophobes des polymères d'entrer en contact et d'interagir. Dans certains cas, les interactions hydrophobes peuvent être le moteur de la coacervation des polymères, même si les deux polymères sont chargés de manière opposée, tandis que dans d'autres cas, l'intensité des interactions hydrophobes peut être telle qu'elle contrebalance les interactions électrostatiques, limitant ou supprimant alors le phénomène de coacervation complexe.

La microencapsulation par coacervation complexe permet d'obtenir à faible coût des microcapsules de tailles variées comprises entre 5 et 1000 μιη, ce qui en fait une méthode de choix très utilisée dans l'industrie, par exemple l'industrie agroalimentaire, pharmaceutique, ou encore cosmétique.

Dans l'art antérieur, les microcapsules sont classiquement obtenues selon le procédé de coacervation complexe et utilisent le plus souvent comme polymère cationique la gélatine d'origine porcine ou marine, et comme polymère anionique la gomme d'acacia, la pectine, le chitosan, ou encore l'agar.

La gélatine est un polymère issu de l'hydrolyse du collagène, globalement chargé positivement à un pH inférieur à son pH isoélectrique. Elle est communément utilisée pour la coacervation en combinaison avec des polymères anioniques tels que la pectine, l'alginate, la gomme arabique, les carboxyméthylcelluloses (CMC). La gélatine, dont le poids moléculaire est compris entre 100 et 300 kDa, possède de nombreuses propriétés avantageuses pour le procédé de coacervation complexe : elle est hydroso lubie, présente des propriétés émulsifîantes grâce à son caractère amphotère, possède de nombreuses fonctions chimiquement réticulables notamment ses fonctions aminés et hydroxyles, ou ionisables et enfin a une conformation stérique variable.

Bien que la gélatine présente l'avantage d'être parfaitement biocompatible et biodégradable, son utilisation est de plus en plus controversée en raison des risques sanitaires que représente son origine animale. Ainsi, elle nécessite une purification plus approfondie pour être débarrassée de ses impuretés et des endotoxines qui pourraient engendrer des pathologies. Par ailleurs, selon ses origines variables, la gélatine peut présenter des problèmes de stabilité et de reproductibilité.

II est donc souhaitable de proposer des alternatives à l'usage de la gélatine dans le procédé de microencapsulation par coacervation.

Dans ce contexte, l'albumine de sérum bovin (BSA) et la bêta-lactoglobuline (BLG) ont été proposées comme alternatives à la gélatine. Cependant, l'origine bovine de ces protéines ne résout pas le problème des risques sanitaires. Plus généralement, l'ensemble des polymères naturels décrits à l'heure actuelle dans la littérature pour remplacer la gélatine ne permettent pas d'obtenir des microcapsules stables, reproductibles et de taille contrôlable.

Par ailleurs, certains polymères synthétiques ont été proposés pour la microencapsulation par coacervation, comme par exemple, l'alcool polyvinylique (PVA) (Bachtsi A.R. et al., J.

Control. Release, (1996), 38, 49-58). Néanmoins, le PVA est un polymère très instable et très sensible aux variations de température et à la quantité de sel ajouté lors de l'encapsulation.

D'autre part, le contrôle du taux de réticulation du PVA se révèle très délicat lorsque l'on veut reproduire ce protocole à grande échelle.

Considérant ce qui précède, un problème que se propose de résoudre la présente invention est de remplacer la gélatine dans le procédé de microencapsulation par coacervation complexe.

Ainsi, les inventeurs ont mis en évidence, que des nouveaux copolymères statistiques comprenant entre 30 et 75% (m/m) de monomères de DMAPMA ou ses dérivés, entre 10 et

45% (m/m) d'HEMA ou ses dérivés et entre 10 et 50%> (m/m) de monomères d'AEMA ou ses dérivés, peuvent être efficacement utilisés en tant que polymères cationiques pour l'encapsulation d'ingrédients.

Les copolymères statistiques sont des polymères synthétisés par copolymérisation radicalaire, dans lesquels les unités monomériques constitutives du copolymère sont réparties dans la chaîne de façon aléatoire.

Les copolymères statistiques ont été exploités pour de nombreuses applications, par exemple comme vecteurs de molécules pharmacologiquement actives, en tant que particules colloïdales fonctionnelles pour des applications biomédicales, pour la préparation de particules de polyaniline stériquement stabilisées, pour la préparation de latex cationiques, pour la synthèse de vésicules de polypeptides et de micelles, ou encore pour la biominéralisation localisée du carbonate de calcium et de la silice (Mortada S. A. M. et al., J. Microencapsulation, (1987), 4, 23-37. ; Peters H. j. W. et al, Drug Dev. Ind. Pharm., (1992), 18, 123-134).

Cependant, personne n'a, jusqu'à ce jour, décrit l'utilisation des copolymères statistiques de synthèse contenant des fonctions aminés, en particulier des copolymères cationiques statistiques comprenant entre 30 et 75% (m/m) de monomères de DMAPMA ou ses dérivés, entre 10 et 45% (m/m) d'HEMA ou ses dérivés et entre 10 et 50% (m/m) de monomères d'AEMA ou ses dérivés pour la microencapsulation d'ingrédients par coacervation.

L'invention et les avantages qui en découlent seront mieux compris à la lecture de la description et des exemples de modes de réalisation qui suivent, donnés à titre illustratif, au regard des figures annexées:

Figure 1 : exemples de monomères utilisés dans le procédé de synthèse des copolymères cationiques statistiques ;

Figure 2 : représentation schématique du processus de coacervation ;

Figure 3 : schéma du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple 1 ;

Figure 4 : schéma du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) obtenu selon l'exemple 2 ;

Figure 5 : schéma du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenu selon l'exemple 3 ; Figure 6 : analyse par résonance magnétique nucléaire (RMN) du carbone du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple 1 ;

Figure 7 : analyse par résonance magnétique nucléaire (RMN) du carbone du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) obtenu selon l'exemple 2 ;

Figure 8 : évaluation de la turbidité en fonction du pH et du ratio de polymères ;

Figure 9 : évaluation du potentiel zêta en fonction du pH et du ratio de polymères ; et

Figure 10 : évaluation de la turbidité en fonction de la concentration en NaCl

Exposé de l'invention

La présente invention a pour premier objet un procédé de synthèse de copolymères cationiques statistiques, comprenant les étapes suivantes :

mélange de monomères dans un solvant,

polymérisation radicalaire à un pH compris entre 3 et 10, caractérisé en ce que ledit mélange comprend entre 30 et 75% (m/m) de monomères de diméthylaminopropyl méthacrylamide (DMAPMA) ou ses dérivés, entre 10 et 45% (m/m) d'hydroxyéthyl méthacrylate (HEMA) ou ses dérivés et entre 10 et 50% (m/m) de monomères d'aminoéthyl méthacrylate (AEMA) ou ses dérivés.

Dans la suite de la description, on se réfère par « DMAPMA » aux monomères de diméthylaminopropyl méthacrylamide ou aux monomères dérivés de diméthylaminopropyl méthacrylamide de formule générale (I) :

dans laquelle

Ri peut être indifféremment un hydrogène ou un méthyle;

P ₂ peut être indifféremment un méthylène ou une chaîne alkyle de formule -(CH ₂ ) _n - dans laquelle n est compris entre 1 et 10, comportant ou non des hétéro éléments, par exemple l'aminoéthoxyethyl méthacrylate, ou l'aminoéthoxypropyl méthacrylate;

P 3 peut être indifféremment un hydrogène, un méthyle, un éthyle, un isopropyle, un propyle ou encore un groupement tertiobutyle.

Par exemple, le DMAPMA est préférentiellement :

le diméthylaminoéthyl méthacrylamide dans lequel Ri = CH ₃ , R2 = CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 3 et R3 = (CH ₃ ) ₃ , ou

le tertiobutyl aminoéthylméthacrylamide dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ quand n = 2 et R ₃ = (CH ₃ ) ₃ , ou

le méthylaminobutylméthacrylamide dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 4 et R ₃ = CH ₃ , ou

l'aminopropylméthacrylamide dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 3 et R ₃ = H, ou

l'aminopropylméthacrylamide dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 3 et R ₃ = H, ou l'aminoéthylniéthacrylamide dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ quand n = 2 et R ₃ = H.

Dans la suite de la description, on se réfère par « HEMA » aux monomères de l'hydroxyéthyl méthacrylate ou aux monomères dérivés d'hydroxyéthyl méthacrylate de formule générale (II) :

dans laquelle

Ri peut être indifféremment un hydrogène ou un méthyle;

R ₂ peut être indifféremment un méthylène, ou une chaîne alkyle de formule -(CH ₂ ) _n - dans laquelle n est compris entre 1 et 10, comportant ou non des hétéro éléments, par exemple l'aminoéthoxyethyl méthacrylate, ou l'aminoéthoxypropyl méthacrylate;

R ₃ peut être indifféremment un hydrogène, un méthyle, un éthyle, un isopropyle, un propyle ou encore un groupement tertiobutyle.

Par exemple, ΓΗΕΜΑ est préférentiellement :

le tertiobutoxy éthylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ quand n = 2 et R ₃ = (CH ₃ ) ₃ , ou

le méthoxybutylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 4 et R ₃ = CH ₃ , ou

- l'hydroxypropylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 3 et R ₃ = H, ou

- l'hydroxypropylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 3 et R ₃ = H, ou

l'hydroxy éthylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ quand n = 2 et R ₃ = H.

Dans la suite de la description, on se réfère par « AEMA » aux monomères d'aminoéthyl méthacrylate et aux monomères dérivés d'AEMA de formule générale (III) :

dans laquelle

Ri peut être indifféremment un hydrogène ou un méthyle;

R ₂ peut être indifféremment un méthylène, ou une chaîne alkyle de formule -(CH ₂ ) _n - dans laquelle n est compris entre 1 et 10, comportant ou non des hétéro éléments, par exemple l'aminoéthoxyethyl méthacrylate, ou l'aminoéthoxypropyl méthacrylate;

R ₃ peut être indifféremment un hydrogène, un méthyle, un éthyle, un isopropyle, un propyle ou encore un groupement tertiobutyle.

Par exemple, ΓΑΕΜΑ est préférentiellement

le tertiobutyl aminoéthylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ quand n = 2 et R ₃ = (CH ₃ ) ₃ , ou

le méthylaminobutylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 4 et R ₃ = CH _3, ou

l'aminopropylméthacrylate dans lequel Ri CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n = 3 et

R ₃ = H, ou

l'aminopropylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ quand n R ₃ = H, ou

Γ aminoéthylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ quand n = 2 et R ₃

Dans la suite de la description, on se réfère par « MAA » aux monomères d'acide méthacrylique ou aux monomères dérivés de monomères d'acide méthacrylique de formule générale (IV) :

dans laquelle Ri peut être indifféremment un hydrogène ou un méthyle. Par exemple, le MAA est préférentiellement :

- l'acide méthacrylique dans lequel Ri = CH ₃ , ou

■· l'acide acrylique dans lequel Ri = H.

Dans la suite de la description, on se réfère par « MMA » aux monomères de méthyle méthacrylate ou aux monomères dérivés de méthyle méthacrylate de formule générale (V) :

dans laquelle

Ri peut être indifféremment un hydrogène ou un méthyle;

R ₂ peut être indifféremment un méthylène, ou une chaîne alkyle de formule -(CH ₂ ) _n - dans laquelle n est compris entre 1 et 10, comportant ou non des hétéro éléments, par exemple l'aminoéthoxyethyl méthacrylate, ou Γ aminoéthoxypropyl méthacrylate. Par exemple, le MMA est préférentiellement :

- le méthylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₃ quand n = 1, ou

- le butylméthacrylate dans lequel Ri = CH ₃ , R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ quand n = 4, ou

- le propylacrylate dans lequel Ri = H, R ₂ = CH ₂ CH ₂ CH ₃ quand n = 3. Les monomères utilisés comprennent tous une fonction méthacrylate ou acrylate ou méthacrylamide ce qui permet avantageusement d'utiliser un seul amorceur radicalaire pour effectuer la polymérisation.

Dans la suite de la description, on se réfère par « copolymères cationiques statistiques » aux copolymères selon l'invention obtenus par polymérisation radicalaire, par exemple aux copolymères de poly(DMAPMA-HEMA-AEMA), aux copolymères de poly(DMAPMA-

HEM A- AEM A-M AA-MM A) , ou aux copolymères de poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-

MMA).

Avantageusement, les monomères utilisés pour synthétiser les copolymères cationiques statistiques selon l'invention ont été choisis de manière à obtenir non seulement des copolymères ayant une masse molaire et un indice de polymolécularité proches de ceux de la gélatine, mais également des copolymères aptes à former des coacervats et à réticuler pour stabiliser les microcapsules lors du procédé d'encapsulation d'ingrédients. En conséquence, les microcapsules obtenues auront une stabilité et une force de rupture acceptables au regard des applications envisagées.

Par « force de rupture des microcapsules » on entend la force maximale que peuvent supporter les microcapsules lors de l'application d'une contrainte mécanique mesurée en Newton par unité de poids (N.g ^"1 ).

Ce sont les évaluations de la stabilité des capsules dans le Sodium Dodécyl Sulfate (SDS) et de la force de rupture qui contribuent à valider un polymère apte à remplacer la gélatine dans le procédé d'encapsulation par coacervation complexe. En fonction des applications envisagées, les microcapsules devront répondre à des critères de force de rupture et de stabilité différents. Il est généralement admis dans le domaine de l'encapsulation d'ingrédients, que les microcapsules doivent présentert une force de rupture supérieure à 3 N.g ^"1 et une stabilité dans le SDS supérieure à lh. Pour certaines applications, par exemple, dans l'alimentaire ou certaines crèmes cosmétiques, une force de rupture supérieure à 3 N.g ^"1 et une stabilité dans le SDS supérieure à 10 h sont requises. Pour d'autres applications, dans des milieux concentrés en agents tensioactifs, par exemple des shampoings, une force de rupture minimale acceptable est de 6 N.g ^_1 et une stabilité acceptable est une stabilité dans le SDS supérieure à 12h. Avantageusement, les différents monomères utilisés ontdes structures chimiques comparables à certains acides aminés contenus dans la gélatine. En effet, on retrouve la fonction aminé tertiaire du DMAPMA dans la proline. L'HEMA est semblable à l'hydroxyproline par sa fonction hydroxyle. L'AEMA apporte une fonction aminé primaire comme la lysine et également l'arginine.

Dans la première étape du procédé de synthèse, ledit mélange comprend entre 30 et 75%

(m/m) de monomères de DMAPMA, entre 10 et 45% (m/m) d'HEMA et entre 10 et 50% (m/m) de monomères d'AEMA.

Dans la première étape du procédé de synthèse, ledit mélange comprend en particulier entre 10 et 50% (m m) de monomères d'AEMA, de préférence entre 25 et 33% (m/m) de monomères d'AEMA. Les monomères d'AEMA portent des fonctions aminés primaires qui sont chargées positivement lorsque le pH de la solution est inférieur au pH isoélectrique (pHi) soit 4,5. Ces fonctions aminés primaires sont également réactives avec des agents réticulants utilisés en encapsulation dans l'étape de stabilisation des microcapsules, pour former des liaisons covalentes intermoléculaires. Il est essentiel pour réaliser l'invention que le ratio d'AEMA mis en présence dans la première étape du procédé selon l'invention soit inférieur à 50% (m/m) car un ratio supérieur à 50%) (m/m) entraîne l'obtention de copolymères qui précipitent et donc des copolymères non aptes à permettre une encapsulation. Un ratio d'AEMA dans le copolymère compris entre 33% et 50%) (m/m) permet d'obtenir un copolymère apte à encapsuler mais trop peu solubles dans le milieu réactionnel. Un ratio d'AEMA dans le copolymère compris entre 10 et 33% (m/m) et préferentiellement entre 25 et 33% (m/m), permet avantageusement d'obtenir des copolymères solubles et aptes à encapsuler.

La proportion d'HEMA est également essentielle et doit être choisie de façon à maintenir le niveau de liaisons hydrogène à un niveau suffisant pour éviter la précipitation des coacervats de polymères et pour favoriser l'adsorption des coacervats à l'interface des deux phases non miscibles émulsifïées lors de Γ encapsulation d'ingrédients.

Dans la première étape du procédé de synthèse, ledit mélange comprend entre 10 et 45% (m/m) d'HEMA et de préférence entre 25 et 40% (m/m) d'HEMA.

L'HEMA permet la formation des liaisons hydrogènes ce qui apporte aux copolymères une hydrophobie suffisante pour permettre l'adsorption des coacervats autours des gouttelettes d'huile lors de Γ encapsulation d'ingrédients. En l'absence d'interactions hydrophobes, les coacervats ne s'adsorberaient pas.

Dans la première étape du procédé de synthèse, ledit mélange comprend entre 30 et 75% (m/m) de monomères de DMAPMA, de préférence au maximum 50% (m/m) de monomères DMAPMA.

La présence de DMAPMA dans le polymère permet d'accroître non seulement la solubilité du copolymère dans l'eau mais également de former des liaisons covalentes lors de l'étape de réticulation.

Ces deux monomères, HEMA et DMAPMA, permettent de combiner dans le copolymère un ensemble d'interactions favorables à la coacervation.

Avantageusement, la proportion de 30 à 75% (m/m) de DMAPMA dans le copolymère permet de conférer au copolymère un caractère hydrophile suffisant pour permettre aux agrégats de polymères formés dans l'étape de coacervation d'interagir de manière efficace avec la phase aqueuse lors de l'étape d'émulsion.

Les propriétés des aminés primaires de ΓΑΕΜΑ associées aux propriétés du DMAPMA et du HEMA permettent d'obtenir des copolymères cationiques statistiques selon l'invention, aptes à être utilisés pour Γ encapsulation d'ingrédients. Dans la première étape du procédé de synthèse, ledit mélange comprend des monomères de DMAPMA et HEMA et AEMA.

Dans un premier mode de réalisation préféré du procédé de synthèse, dans la première étape, ledit mélange comprend au maximum 50% de DMAPMA ou ses dérivés, entre 25 et 40% d'HEMA ou ses dérivés, entre 25 et 33% d'AEMA ou ses dérivés.

Dans un autre mode de réalisation préféré du procédé de synthèse, dans l'étape de mise en présence, dans un solvant de monomères, les monomères comprennent 33% (m/m) de monomères d'AEMA, 33% (m/m) de monomères d'HEMA, et 33% (m/m) de monomères de DMAPMA.

Dans des modes de réalisation particulièrement avantageux du procédé de synthèse, dans le but d'accroître la stabilité des microcapsules, les inventeurs ont cherché à intégrer dans les copolymères des fonctions acides carboxyliques afin de mimer l'acide glutamique ou encore des fonctions alkyles pour mimer la glycine de la gélatine par l'intermédiaire respectivement d'acide méthacrylique (MAA) ou de méthyle méthacrylate (MMA).

La présence dans certaines proportions de MMA introduit des fonctions neutres et la présence de MAA introduit des fonctions anioniques. Avantageusement, les proportions de MAA et de MMA des copolymères statistiques selon l'invention permet de diminuer la charge positive des polymères synthétisés et ainsi de former des microcapsules plus stables que celles obtenues avec le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA).

Ainsi, dans un deuxième mode de réalisation du procédé de synthèse, Dans l'étape de mise en présence dans un solvant de monomères, les monomères comprennent en outre de 1 à 40% de monomères de MMA et/ou 1 à 20% de monomères de MAA.

Le MMA rend les parois des capsules imperméables à l'eau grâce à son caractère hydrophobe dû à la présence de chaînes alkyles. Le MMA permet également d'accroître la stabilité du copolymère dans le SDS car il n'interagit pas avec les détergents anioniques tels que le SDS.

Le MAA permet de stabiliser la structure du copolymère par interactions électrostatiques intramoléculaires entre les fonctions anioniques du MAA et les fonctions cationiques de l' AEMA et du DMAPMA.

De préférence, dans la première étape du procédé de synthèse, ledit mélange comprend de

10 à 40% de monomères de MMA et/ou 1 à 10% de monomères de MAA.

Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du procédé de synthèse, dans l'étape de mise en présence, dans un solvant de monomères, les monomères comprennent 27,2% (m/m) de monomères DMAPMA, 27,2% (m/m) de monomères d'HEMA, 27,2% (m/m) de monomères d'AEMA, et 18,4% (m/m) de monomères MMA, et le pH de la réaction de polymérisation est compris entre 3 et 10, de préférence le pH de la synthèse est compris entre 3,5 et 5,5, de préférence encore le pH est 4.

Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré du procédé de synthèse, dans la première étape du procédé de synthèse, ledit mélange comprend 30% (m/m) de monomères DMAPMA, 30% (m/m) de monomères d'HEMA, 26,7% (m/m) de monomères d'AEMA, 6,7% (m/m) de monomères MAA, et 6,6% (m/m) de monomères MMA, et le pH de la réaction de polymérisation est compris entre 3 et 10, de préférence le pH de la synthèse est compris entre 3,5 et 5,5, de préférence encore le pH est 4. Pour la mise en œuvre du procédé de synthèse, dans la première étape de mise en présence des monomères, tout solvant connu de l'homme du métier pour dissoudre les monomères peut être utilisé.

Dans des modes particuliers de mise en œuvre du procédé de synthèse selon l'invention, les solvants sont choisis parmi l'eau, l'éthanol, le méthanol, l'isopropanol, le propanol ou tout mélange de ces solvants, préférentiellement parmi l'eau, l'isopropanol et l'éthanol ou un mélange de ces solvants.

L'utilisation de ces solvants, en particulier de l'eau, permet d'obtenir un taux de conversion élevé de monomères en copolymères et une bonne répétabilité des poids moléculaires.

Dans des modes de réalisation particuliers du procédé de synthèse selon l'invention, le solvant est un mélange d'isopropanol et d'eau dans un ratio compris entre 10:90 à 90: 10.

Dans un mode particulièrement préféré, le solvant est un mélange d'isopropanol et d'eau dans un ratio de 80:20.

Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré, le solvant est un mélange d'isopropanol et d'eau dans un ratio de 50:50.

Un premier mode de réalisation du procédé exploite les caractères hydrophiles ou hydrophobesdifférenciés des monomères en présence; les monomères de DMAPMA et d'AEMA, plus hydrosolubles que ΓΗΕΜΑ sont initialement dissouts dans un solvant ou un mélange de solvants dans le réacteur, puis les monomères d'HEMA, qui apportent un caractère hydrophobe au copolymère en cours de synthèse sont ajoutés en continu sur une durée de 3 à 6 heures. Cette méthode d'addition permet ainsi de maîtriser la solubilité du copolymère tout au long du processus de synthèse et d'obtenir un copolymère hydrosoluble ayant un Ip compris entre 5 et 6. Les copolymères obtenus sont aptes à former des microcapsules ayant une force de rupture de l'ordre de 3. Un deuxième mode de réalisation du précédé basé quant à lui sur les différentes cinétiques de polymérisation des monomères. Les monomères de DMAPMA sont initialement dissouts dans un solvant ou un mélange de solvants dans le réacteur, puis les monomères d'HEMA et d'AEMA sont ajoutés en continu sur une durée de 3 à 6 heures.

L'HEMA et ΓΑΕΜΑ ont une vitesse de polymérisation très proche. Ce deuxième mode d'addition des monomères comprend l'ajout en continu et en quantité contrôlée sur une durée de 3 à 6 heures, de préférence 4 heures, du mélange des monomères le plus réactifs (AEMA et HEMA), grâce à leurs fonctions méthacrylates ou acrylates, sur un monomère moins réactif (DMAPMA) composé d'une fonction méthacrylamide.

Avantageusement ce mode opératoire permet la synthèse de copolymères ayant un Ip compris entre 3,5 et 4, plus faible que celui des copolymères obtenus par le mode d'addition précédent. D'autre part, les copolymères obtenus sont aptes à former des microcapsules ayant une force de rupture comprise entre 3,5 et 4,5.

Dans un troisième mode de réalisation du procédé de l'invention, un tiers de la quantité totale de chacun des monomères sont initialement mis en solution dans le réacteur et les deux tiers restants de la quantité totale de chacun des monomères sont ajoutés en continu sur une durée de 3 à 6 heures.

De préférence, dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, la réaction de polymérisation est effectuée à une température comprise entre à 80°C et 100°C.

Avantageusement, ce mode d'addition des monomères permet :

- la synthèse de copolymères ayant un Ip compris entre 3 et 3,5, soit plus faible que celui des copolymères obtenus par les modes d'addition précédents, et

- l'obtention de copolymères aptes à former des microcapsules avec une force de rupture comprise entre 4 et 5 et ayant une grande stabilité dans le SDS.

Ce dernier mode d'addition est particulièrement avantageux car il permet d'obtenir des copolymères aptes à former des microcapsules plus stables dans le SDS et ayant une force de rupture plus élevée que dans les deux modes de réalisations précédents

Le procédé selon l'invention comprend ensuite une étape de polymérisation radicalaire réalisée à un pH compris entre 3 et 10.

Par polymérisation radicalaire, on désigne un type de technique de synthèse de polymères qui englobe plusieurs techniques dont la polymérisation radicalaire non contrôlée et la polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d'atomes (Atom transfer radical polymerization ou « ATRP »). Dans des modes de mise en œuvre particulièrement préférés de ce procédé de synthèse, le la réaction de polymérisation est effectuée en milieu acide à un pH compris entre 3,5 et 5,5.

En milieu basique, dans des conditions de synthèse standard, la fonction aminé de ΓΑΕΜΑ est très nucléophile. Au cours de la polymérisation, la fonction aminé de ΓΑΕΜΑ est ainsi soumise secondairement à des réactions d'amidation intramoléculaires ou intermoléculaires, ou encore à une réaction de saponification non souhaitées.

Les inventeurs ont montré, en comparant la synthèse des copolymères statistiques aminés à différents pH, que lorsque le procédé de synthèse est réalisé en milieu acide, cela permet de réduire avantageusement le taux de saponification de ΓΑΕΜΑ, qui est alors proche de 0. Ainsi, en milieu acide, les fonctions aminés de ΓΑΕΜΑ ne sont avantageusement pas engagées dans une réaction de saponification et sont disponibles pour réagir avec un agent réticulant lors du procédé d' encapsulation des ingrédients.

Dans des modes de mise en œuvre particulièrement préférés de ce procédé de synthèse, la réaction de polymérisation est effectuée en milieu acide à pH 4.

Avantageusement, le procédé de synthèse des copolymères statistiques aminés en milieu acide, et plus particulièrement à pH 4, permet d'obtenir un copolymère dont le pourcentage de modification par saponification est inférieur à 10% (m/m), et de préférence inférieur à 1%.

De manière préférée, le procédé de synthèse selon l'invention se fait à une température comprise entre 50 et 100°C, et de manière encore plus préférée à une température comprise entre 70 et 85°C.

Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, la polymérisation par voie radicalaire est une polymérisation par voie radicalaire non contrôlée, c'est-à-dire que les copolymères obtenus ont une variabilité importante en terme de masses molaires donc un indice de polymolécularité élevé. La polymérisation radicalaire non contrôlée est la technique la plus ancienne, la moins complexe à mettre en œuvre et la moins coûteuse. Comparativement, l'ATRP nécessite en plus de l'utilisation d'un agent d'amorçage, l'utilisation conjointe d'un agent de transfert qui est généralement un métal de type cuivre. Cette technique exige de réaliser en fin de réaction de synthèse une étape additionnelle de purification pour éliminer le métal potentiellement toxique et allérgisant avant d'utiliser les polymères en encapsulation. Ces étapes représentent un coût additionnel.

Pour l'amorçage de la réaction de polymérisation radicalaire les amorceurs radicalaires de la réaction sont de préférence choisis parmi les amorceurs azoïques ou les peroxydes. Dans un mode de mise en œuvre particulièrement préféré, l'amorceur radicalaire est le (2,2'-Azobis(2-méthylbutyronitrile), disponible commercialement par exemple sous le nom VAZO™ 67 ou l'Azobisisobutyronitrile, nommé également AIBN.

Dans des modes de mise en œuvre alternatifs, l'amorceur radicalaire de la réaction est le peroxyde de benzoyle.

Préférentiellement, on utilise les amorceurs azoïques, tel que le VAZO™ 67 qui est un amorceur classiquement utilisé pour réaliser la polymérisation dans l'eau. Les amorceurs azoïques permettent des réactions plus rapides qu'avec les peroxydes.

De plus, les amorceurs de la réaction utilisés dans le procédé selon l'invention, en particulier le VAZO™ 67 ou le peroxyde de benzoyle, sont peu onéreux, ne nécessitent pas de purification intense à la fin de la réaction, et présentent de faibles risques de toxicité.

L'étape de propagation est l'étape d'allongement de la chaîne macromoléculaire par additions successives d'unités monomériques sur le « macro-radical » en croissance. Dans le cas des copolymères statistiques, l'addition successive de monomères se fait en fonction du ratio de concentration et de la cinétique de polymérisation de chaque type de monomère de façon aléatoire.

La terminaison de la réaction se fait de manière non contrôlée en fonction du temps et des conditions de la réaction. Dans le procédé selon l'invention, le temps de réaction est de 6 à 15 heures de réaction selon la température et le solvant utilisés. Au bout de ce temps de réaction, la réaction de polymérisation est considérée comme terminée, car le taux résiduel de chacun des monomères est inférieur à 1%.

Les copolymères cationiques statistiques obtenus par le procédé selon l'invention, comprennent chacun des monomères de départ, dans un ratio massique équivalent au ratio massique des monomères mis en présence dans la première étape du procédé. Cela est du au taux de polymérisation qui est proche de 100 % (au moins égal ou supérieur à 99%). Par exemple, lorsqu'on dans l'étape de mise en présence, dans un solvant de monomères, les monomères comprennent 33% (m/m) de monomères d'AEMA, 33% (m/m) de monomères d'HEMA, et 33% (m/m) de monomères de DMAPMA on obtient par le procédé selon l'invention un copolymère cationique statistique comprenant 33% (m/m) de monomères d'AEMA, 33% (m/m) de monomères d'HEMA, et 33% (m/m) de monomères de DMAPMA.

Les copolymères cationiques statistiques obtenus par le procédé selon l'invention ont une masse molaire moyenne comprise entre 30 000 et 150 000 g.mol ^"1 , de préférence entre 35 000 et 100 000 g.mol ^"1 , et l'Ip est compris entre 3 et 10, de préférence entre 4 et 9.

Les copolymères statistiques obtenus par le procédé selon l'invention sont des copolymères cationiques avec des caractéristiques physico-chimiques proches de celles de la gélatine, par exemple la masse molaire, ou l'indice de polymolécularité, ce qui leur confèrent un comportement similaire lors de l'encapsulation.

Parmi les avantages du procédé de l'invention, on peut citer les avantages suivants :

à la fin de la polymérisation, le taux résiduel en monomères est inférieur au seuil toléré pour les monomères méthacryliques (seuil : < lOOmg.kg ^"1 de monomère résiduel) et pour les monomères methacrylamides (seuil : < 2000 mg.kg ^"1 de monomère résiduel), lorsqu'ils sont mesurés par chromatographie. Par conséquent, les copolymères statistiques obtenus sont conformes aux exigences réglementaires et toxicologiques, sans qu'il soit nécessaire de réaliser des étapes supplémentaires de purification, ce qui est un avantage majeur dans l'industrie cosmétique, pharmaceutique ou encore alimentaire;

les copolymères statistiques aminés selon l'invention permettent une encapsulation réalisée dans des conditions standards, comprenant à la fois la réalisation efficace des étapes de coacervation et de réticulation ; et

- les microcapsules formées après encapsulation avec les copolymères selon l'invention présentent une stabilité ainsi qu'une force de rupture satisfaisantes ; par exemple, une force de rupture de 3 à 12 N.g ^"1 , une stabilité dans l'eau supérieure à 24h, et une stabilité dans le SDS supérieure à 10 heures.

La présente invention a pour deuxième objet un copolymère cationique statistique susceptible d'être obtenu par le procédé de synthèse par polymérisation radicalaire selon l'invention.

Les copolymères obtenus par le procédé selon l'invention ont une masse molaire moyenne en poids comprise entre 30 000 et 150 000 g.mol ^"1 , de préférence entre 35 000 et 100 000 g.mol ^"1 , et l'indice de polymolécularité (Ip) est compris entre 3 et 10, de préférence entre 4 et 9.

Par exemple, le tableau 1 montre les masses molaires en poids, l'indice de polymolécularité (Ip) de trois types de copolymères cationiques statistiques selon l'invention et la force de rupture des microcapsules formées par ces trois types de copolymères :

Copolymères Masse molaire Indice de p Force de rupture des cationiques moyenne (g.mol ^"1 ) microcapsules statistiques (Newton.g ^-1 )

Poly(DMAPMA- 60000-120000 4-9 3-6

HEMA-AEMA)

Poly(DMAPMA- 35000-45000 3-5 5-6 HEMA-AEMA- MAA)

Poly(DMAPMA- 35000-55000 9-10 4,5-5

HEMA-AEMA-

MMA-MAA)

Tableau 1

La présente invention a pour troisième objet l'utilisation d'un copolymère cationique statistique comprenant entre 30 et 75% (m/m) de monomères de DMAPMA ou ses dérivés, entre 10 et 45% (m/m) d'HEMA ou ses dérivés et entre 10 et 50% (m/m) de monomères d'AEMA ou ses dérivés obtenu par polymérisation radicalaire, préférentiellement comprenant moins de 50% de monomères DMAPMA ou ses dérivés, entre 25 et 40% de monomères d'HEMA ou ses dérivés, entre 25 et 33% de monomères d'AEMA ou ses dérivés, pour la microencapsulation d'ingrédients par coacervation complexe.

Dans un mode particulièrement préféré, le copolymère cationique statistique comprend 33% (m/m) de DMAPMA, 33% (m/m) d'HEMA, et 33% (m/m) d'AEMA.

Ce type de copolymères a une masse molaire moyenne comprise entre 60000 et 120000 g.mol ^"1 et d'Ip compris entre 4 et 9, aptes à former des microcapsules ayant une force de rupture comprise entre 3 et 6 Newton.g ^"1 .

Dans un autre mode particulièrement préféré, le copolymère cationique statistique comprend 30% (m/m) de DMAPMA, 30% (m/m) d'HEMA, 26,7% (m/m) d'AEMA, 6,7% (m/m) de MAA, et 6,6% (m/m) de MM A.

Ces copolymères ont une masse molaire moyenne comprise entre 35000 et 55000 g.mol ^"1 et un Ip compris entre 9 et 10. De plus, ces copolymères sont aptes à former des microcapsules ayant une force de rupture élevée, d'environ 4,5 à 5 Newton.g ^"1 .

Dans un autre mode particulièrement préféré, le copolymère cationique statistique comprend 27,2% (m/m) de DMAPMA, 27,2% (m/m) d'HEMA, 27,2% (m/m) d'AEMA, et 18,4% (m/m) de MMA.

Ce dernier type de copolymères a une masse molaire moyenne comprise entre 35000 et 45000 g.mol ^"1 et un Ip compris entre 3 et 5. De plus, ces copolymères sont aptes à former des microcapsules ayant une force de rupture plus élevée, d'environ 5 à 6 Newton.g ^"1 que les copolymères précédents.

La présente invention se rapporte plus particulièrement à des copolymères cationiques statistiques aptes à permettre la microencapsulation par coacervation. Le terme « microencapsulation » selon l'invention englobe l'ensemble des techniques de microencapsulation et d'encapsulation connues de l'homme du métier.

Par « microcapsules » on entend des capsules qui présentent une taille comprise entre environ 1 μιη et 1 mm et contiennent entre 5 et 90 % d'ingrédients encapsulés.

Par « ingrédients » on entend des molécules ou des complexes moléculaires ou fluides d'intérêt qui peuvent être liquides ou solides, hydrophiles ou hydrophobes. Par exemple des molécules actives en cosmétique ou en pharmacologie ou encore des pigments ou additifs ou encore tout composé déjà connu pour son intérêt à être encapsulé.

L'utilisation de la microencapsulation, et plus particulièrement des copolymères cationiques statistiques selon l'invention pour la microencapsulation d'ingrédients, est avantageuse pour un large éventail de produits.

Parmi les ingrédients pouvant être encapsulés par les copolymères cationiques statistiques selon l'invention on peut citer :

les ingrédients utiles en biomédecine, notamment les molécules pharmacologiquement actives, les vitamines, les stéroïdes, les acides aminés, les peptides, les protéines, les vaccins, les gènes, les bactéries et les virus, les cellules vivantes, les enzymes actives, les agents de contraste ingérables pour les diagnostics médicaux (par exemple la magnétite et le baryum sulfate), etc.. Parmi les molécules actives pharmaceutiques on peut citer les antibiotiques, les anti-inflammatoires, les agents anti-psoriasis, les agents anti-séborrhéiques, les inhibiteurs d'enzymes par exemple un inhibiteur de la phospholipase A2, un agent antifongique, un agent anticancéreux, un agent antiviral ; les ingrédients utiles en agroalimentaire, notamment les additifs alimentaires, par exemple les vitamines, les minéraux, les huiles, les arômes, les agents de goût, les édulcorants, les agents sucrants, les colorants, les conservateurs, les antioxydants, les nutriments, les bactéries probiotiques et les acides aminés ;

- les ingrédients utiles dans le domaine agricole, par exemple pour les fertilisants, les herbicides, les pesticides, les biopesticides (toxines naturelles), les insecticides, les fongicides, les agents anti-salissures, les produits insectifuges;

- les ingrédients utiles dans le domaine cosmétique, notamment, les ingrédients tels que les enzymes ou les vitamines (on peut citer le cas de la vitamine F qui sera avantageusement encapsulée pour masquer son odeur), les émollients, substances actives pour le bronzage de la peau, pour l'hydratation de la peau, et pour la dépigmentation de la peau, les produits pour le soin des cheveux, vernis à ongles, dissolvants pour les ongles et produits démaquillants, les compositions cosmétiques colorantes (par exemple les pigments), les filtres solaires (on peut citer : octyl methoxycinnamate, methylbenzylidene camphoreux, isoamylmethoxy-cinnamate, PABA, octyl salicylate), les enzymes (par exemple, pour les crèmes dépilatoires les protéases ou les kératinases pour les protéger de l'inactivation qui pourrait être causée par des agents actifs de surface tels que le sodium stéarate ou le sodium lauryl sulfate), les huiles (par exemple huiles minérales, l'huile de ricin, l'huile de jojoba, huiles végétales, octyl hydroxystéarate, benzoates, isopropyl palmitate, isopropyl myristate), les acides aminés (tels que la glycine, des antioxydants tel que le tocophérol). Ces ingrédients encapsulés sont susceptibles d'être incorporés dans un grand nombre de préparations cosmétiques, tels que les produit de soin de la peau, les crèmes protectrices vis-à-vis des UV, les crèmes dépilatoires, les crèmes nettoyantes, les déodorants et parfums, les poudres pour le bain, les crèmes pour les cheveux et onguents, les shampoings, les lotions de protection des UV, les rouges à lèvres, les blush et ombres à paupières, les poudres pour le visage, les lotions nettoyantes pour la peau;

- les ingrédients utiles dans le domaine de l'imprimerie, de l'enregistrement du son et de l'image, par exemple de précurseur des couleurs, des huiles photodurcissables ;

- les ingrédients utiles dans le domaine des pigments et des agents de charge, par exemple des pigments organiques et inorganiques et des agents de charge ou de remplissage, notamment pour des applications dans la production de plastiques, d'encres, de revêtements et de matériaux magnétiques;

- les ingrédients utiles dans le domaine des lessives et des produits nettoyants, des parfums, etc. ;

- les ingrédients utiles dans le domaine des adhésifs, par exemples adhésifs à base de polymères naturels ou synthétiques mélangés à un agent de polymérisation, à un initiateur de polymérisation, à des solvants et d'autres additifs ;

- les ingrédients utiles dans le domaine textile pour l'application durable de parfums et d'adoucissants. D'autres ingrédients encapsulés dans ce domaine sont par exemple les teintures, les ingrédients cosmétiques, les répulsifs, les insecticides, les matériaux polychromiques et thermochromiques, les retardateurs de flammes (organiques, par exemple les dérivés phosphorés, ou minéraux, par exemple les silices), les vitamines, les agents antimicrobiens, et les matériaux de changement de phase.

Ainsi, l'invention concerne l'utilisation de copolymères cationiques statistiques selon l'invention, pour la microencapsulation d'ingrédients dans le domaine cosmétique. L'invention concerne encore l'utilisation des copolymères cationiques statistiques selon l'invention et, pour la microencapsulation d'ingrédients dans le domaine pharmaceutique et biomédical.

L'invention concerne encore l'utilisation des copolymères cationiques statistiques selon l'invention, pour la microencapsulation d'ingrédients dans le domaine de l'hygiène de la maison.

L'invention concerne encore l'utilisation des copolymères cationiques statistiques selon l'invention, pour la microencapsulation d'ingrédients dans le domaine des textiles.

L'invention concerne encore l'utilisation des copolymères cationiques statistiques selon l'invention, pour la microencapsulation d'ingrédients dans le domaine des compléments nutritionnels.

La présente invention a pour quatrième objet un procédé de microencapsulation d'ingrédients par coacervation complexe comprenant les étapes suivantes :

- préparation de deux phases, une phase hydrophile et une phase lipophile, lesdites phases n'étant pas miscibles entre elles,

dissolution d'au moins un polymère cationique et d'au moins un polymère anionique dans la phase hydrophile,

ajustement du pH et addition d'un agent de coacervation des polymères, - dissolution de l'ingrédient dans la phase hydrophile ou dans la phase lipophile, dispersion de la phase comprenant l'ingrédient dans l'autre phase, par émulsification,

agitation modérée pendant un temps compris entre 30 min à 3 h permettant l'adsorption des agrégats autour des gouttelettes de l'émulsion, à l'interface entre les deux phases, et

- réticulation des microcapsules,

caractérisé en ce que ledit polymère cationique est un des copolymères cationiques statistiques selon l'invention.

La présente invention concerne un procédé de microencapsulation par coacervation complexe. La coacervation est une méthode physico-chimique de constitution et de stabilisation des microcapsules. La coacervation complexe, est un procédé d'encapsulation qui implique l'utilisation d'un polymère anionique et d'un polymère cationique dans des conditions de pH telles que les deux polymères sont de charge opposée ce qui permet leur association en co-agrégats. On désigne indifféremment par « co-agrégats » et « coacervats » les agrégats de polymères cationiques et de polymères anioniques qui se forment à l'étape de coacervation.

Dans le cadre de l'invention, « l'encapsulation » peut être définie comme le processus de formation d'une couche continue de polymères cationiques et de polymères anioniques autour d'ingrédients à encapsuler.

Les inventeurs ont développé un nouveau procédé de microencapsulation utilisant un copolymère cationique statistique selon l'invention, comme polymère cationique.

Le copolymère cationique statistique utilisé peut être obtenu selon une technique standard de polymérisation radicalaire connue dans le domaine, par exemple, par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d'atomes (Atom transfer radical polymerization ou « ATRP »). Dans ce cas, le copolymère devra être purifié pour éliminer les métaux résiduels avant l'encapsulation.

Dans des modes de réalisation particulièrement préférés de réalisation du procédé d'encapsulation selon l'invention, le copolymère cationique statistique est un copolymère produit par le procédé de polymérisation radicalaire non contrôlée.

Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le copolymère cationique statistique comprend 33% (m/m) de DMAPMA, 33% (m/m) d'HEMA, et 33% (m/m) d'AEMA.

Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le copolymère cationique statistique comprend 27,2% (m/m) de DMAPMA, 27,2% (m/m) d'HEMA, 27,2% (m/m) d'AEMA, et 18,4% (m/m) de MMA.

Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré, le copolymère cationique statistique comprend 30% (m/m) de DMAPMA, 30% (m/m) d'HEMA, 26,7% (m/m) d'AEMA, 6,7% (m/m) de MAA, et 6,6% (m/m) de MMA.

Le polymère anionique peut être tout polymère anionique connu de l'homme du métier dans le domaine de l'encapsulation par coacervation complexe.

Dans des modes de réalisation particuliers, les polymères anioniques utilisés sont choisis parmi le Carboxyméthylcellulose (CMC) ou la gomme arabique.

Dans des modes de réalisation particuliers, les ratios massiques entre le copolymère cationique statistique selon l'invention et le polymère anionique sont compris entre 1/0,1 et 1/2.

Dans une première étape, deux phases, une phase hydrophile et une phase lipophile, non miscibles entre elles sont préparées. La phase hydrophile peut être un solvant polaire protique, par exemple l'eau, l'éthanol, le méthanol, ou un solvant polaire aprotique, par exemple l'acétone, l'acétate d'éthyle. De préférence, la phase hydrophile est l'eau.

La phases lipophile peut être une huile, par exemple une huile minérale, l'huile d'olive, l'huile de colza, ou l'huile de tournesol ou un solvant organique, par exemple le chloroforme, l'acétate d'éthyle, l'hexane, l'heptane.

Dans une deuxième étape, le copolymère cationique statistique selon l'invention et le polymère anionique sont dissouts dans la phase hydrophile.

Une étape suivante consiste à dissoudre l'ingrédient à encapsuler dans la phase qui sera dispersée dans la phase continue par émulsifïcation de manière à former des gouttelettes dispersées. En fonction de la nature hydrophile ou lipophile ou encore de particules insolubles de l'ingrédient, la phase dispersée sera la phase hydrophile ou lipophile. L'ingrédient se trouve toujours dans la phase dispersée.

Le procédé d'encapsulation selon l'invention est adapété à l'encapsulation d'un ingrédient unique ou de plusieurs ingrédients.

Ainsi, trois modes particuliers de réalisation de l'étape de dissolution de l'ingrédient à encapsuler du procédé selon l'invention sont possibles en fonction de la nature insoluble, hydrophile ou lipophile de l'ingrédient à encapsuler.

Lorsque l'ingrédient à encapsuler est de nature insoluble, un mode de réalisation du procédé d'encapsulation selon l'invention comprend alors les étapes de :

- dissolution d'au moins un polymère cationique et d'au moins un polymère anionique dans la phase hydrophile,

- dispersion de l'ingrédient dans l'une des phases hydrophile ou lipophile, ledit ingrédient restant à l'état solide,

- émulsifïcation de façon à obtenir une émulsion de type « huile-dans-eau » ou « eau-dans- huile » d'une des phases dans l'autre.

Si l'ingrédient est dispersé dans la phase hydrophile, on fait une émulsion de type « eau- dans-huile », tandis que si l'ingrédient est dispersé dans la phase lipophile, on fait une émulsion de type « huile-dans-eau ».

Lorsque l'ingrédient à encapsuler est de nature lipophile, un autre mode de réalisation du procédé d'encapsulation selon l'invention comprend alors les étapes de :

- dissolution d'au moins un polymère cationique et d'au moins un polymère anionique dans la phase hydrophile,

- dissolution de l'ingrédient dans la phase lipophile, - émulsifïcation de la phase lipophile dans la phase hydrophile de façon à obtenir une émulsion de type « huile-dans-eau ». Après cette étape, les gouttelettes de solution lipophile contenant l'ingrédient sont dispersées dans la phase hydrophile contenant les polymères dissouts.

Lorsque l'ingrédient à encapsuler est de nature hydrophile, un mode de réalisation du procédé d'encapsulation selon l'invention comprend alors les étapes de :

- dissolution d'au moins un polymère cationique et d'au moins un polymère anionique dans la phase hydrophile,

- dissolution de l'ingrédient dans la même phase hydrophile,

- émulsifïcation de la première phase hydrophile dans la phase lipophile de façon à obtenir une émulsion de type « eau-dans-huile ». Après cette étape, les gouttelettes de solution hydrophile contenant l'ingrédient et les polymères dissouts sont dispersés dans la phase lipophile.

L'étape d' émulsifïcation a pour but de former des gouttelettes et ainsi, le cœur des microcapsules comprenant l'ingrédient à encapsuler. Cette étape est réalisée par émulsion ou par microémulsion sous agitation. La vitesse d'agitation et l'angle d'inclinaison de l'agitateur sont choisis en fonction de la taille souhaitée des microcapsules.

La microencapsulation peut être faite indifféremment par émulsifïcation huile-dans-eau ou eau-dans-huile en fonction de la nature des ingrédients à encapsuler.

Les émulsions et les microémulsions, sont une forme particulière de mélange de deux phases liquides non miscibles. L'émulsifïcation est une dispersion par faible cisaillement de la phase contenant l'ingrédient à encapsuler dans une autre solution non miscible.

Après émulsifïcation, la solution contenant l'ingrédient à encapsuler doit se trouver sous forme de gouttelettes dispersées dans la phase continue non miscible. L' émulsion peut être stabilisée par un agent tensioactif. La microémulsion suit le même principe mais ne nécessite pas de forces de cisaillement pour se former et se forme par simple mélange. La microémulsion est une fine dispersion essentiellement basée sur les propriétés interfaciales, stabilisées par un surfactant, pour former des gouttelettes de dimensions comprises entre 1 μιη et 1 mm.

Tout surfactant ou agent tensioactif connu dans le domaine peut être utilisé de manière à stabiliser Γ émulsion. Toutefois, avantageusement, l'utilisation des copolymères cationiques statistiques selon l'invention, permet de stabiliser l'émulsion grâce aux interactions électrostatiques entre les fonctions aminés primaire des polymères dissouts dans la phase, en jouant le rôle d'un surfactant. Dans des modes de réalisation particuliers, l'émulsion est réalisée à une température comprise entre 25°C et 80°C.

Dans une autre étape, le pH est ajusté et la coacervation est optionnellement induite par addition d'un agent de coacervation des polymères.

Il est possible que l'ajustement du pH suffise à provoquer la coacervation. Dans ce cas l'addition d'un agent de coacervation distinct n'est pas nécéssaire.

Le pH doit être ajusté de manière à ce qu'il soit inférieur au point isoélectrique du copolymère cationique statistique selon l'invention, et supérieur au pH isoélectrique du polymère anionique utilisé de sorte que ceux-ci soient tous deux sous forme ionique de charge inversée ce qui permet la formation de coacervats. Les interactions mises en jeu entre les deux polymères lors de la formation des coacervats sont de nature électrostatique, hydrogène ou encore hydrophobe.

Dans des modes de réalisation particuliers, le pH est ajusté à un pH compris entre 3 et 6, de préférence encore à pH 4,5. Avantageusement, ce pH correspond au pH d'obtention des coacervats solubles dans le milieu réactif et qui ne précipitent pas.

Dans un mode de réalisation particulier, les capsules ont été obtenues après la formation des coacervats à pH 4,5 en présence d'un copolymère cationique statistique selon l'invention et de CMC dans un ratio massique de 1/0,4 à 50°C.

L'étape de coacervation peut être indifféremment réalisée avant, pendant ou après l'étape d'émulsifïcation. La coacervation se réfère ici au processus de formation des microcapsules suite à l'addition d'un agent de coacervation des polymères. Cette étape se fait préférentiellement sous agitation, ce qui permet avantageusement de répartir de manière uniforme les coacervats autour des gouttelettes comprenant l'ingrédient.

Le principe de la coacervation repose sur la désolvatation ménagée d'une solution contenant un ou plusieurs polymères dissouts dans une solution et un ou plusieurs ingrédients à encapsuler, induite par addition d'un agent de coacervation des polymères.

L'agent de coacervation des polymères cationiques et anioniques, peut être par exemple la modification du pH ou de la température, l'ajout de sels ou de solvants.

Avantageusement, dans le procédé de coacervation de l'invention, la modification du pH suffit à induire la coacervation.

L'addition d'un agent de coacervation des polymères cationiques et anioniques engendre alors des forces d'attraction électrostatique entre molécules, supérieures aux forces de liaison molécule-solvant. Ce déséquilibre entre les forces aboutit à la formation d'agrégats de polymères cationiques et anioniques, que l'on nomme coacervats. La solubilité des polymères dans la phase hydrophile est abaissée et il se forme des coacervats de polymères dans la phase hydrophile qui devient trouble. Avantageusement, les interactions électrostatiques engendrées par les fonctions aminés du copolymère selon l'invention, chargées positivement lorsque le pH de la solution est inférieur au pH isoélectrique du polymère cationique, favorisent la formation des agrégats et permettent la formation des parois des microcapsules.

Les agrégats de polymères se déposent progressivement à l'interface des deux phases non miscibles à la surface des gouttelettes contenant l'ingrédient à encapsuler, jusqu'à former une couche continue de polymères autour de la gouttelette.

Une dernière étape de réticulation, comprend l'ajout d'un durcisseur ou d'un agent de réticulation qui permet la formation d'un film continu de polymères autour de l'ingrédient à encapsuler. L'agent de réticulation est choisi parmi les agents de réticulation connus de l'homme du métier, par exemple du glutaraldéhyde, de l'éthylène glycol diglycidil éther, de la transglutaminase, et du tripolyphosphate de sodium. Dans des modes préférés de réalisation, l'agent de réticulation utilisé est le glutaraldéhyde.

La réticulation consiste à rigidifïer la capsule formée par la formation de liaisons covalentes entre les fonctions aminés primaires ou secondaires coacervats de polymères et la fonction aldéhyde de l'agent de réticulation.

Préférentiellement, l'agent de réticulation est additionné à basse température, entre 5 et

10°C, afin de rigidifïer les membranes des microcapsules.

Avantageusement, les fonctions aminés des monomères d'AEMA compris dans le copolymère cationique statistique selon l'invention sont très réactives avec le glutaraldéhyde.

Le procédé d'encapsulation selon l'invention permet d'obtenir des microcapsules de 5 à 1500 μιη, plus particulièrement de 100 à 900 μιη, encore plus particulièrement de 500 à 800 μιη.

Le procédé d'encapsulation d'ingrédients permet d'obtenir des microcapsules biocompatibles, stables et de tailles reproductibles. Ainsi, un quatrième objet de l'invention est des microcapsules obtenues par un procédé de microencapsulation selon l'invention, ayant préférentiellement une taille de 5 à 1500 μιη, plus particulièrement de 100 à 900 μιη, encore plus particulièrement de 500 à 800 μιη.

D'autres modes de réalisation particuliers de ce procédé de synthèse des copolymères cationiques statistiques selon l'invention et de l'utilisation de copolymères cationiques statistiques selon l'invention pour l'encapsulation d'ingrédients résultent également de la description précédente. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture des exemples donnés à titre illustratif et non limitatif.

Exemple 1 : synthèse du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) Les monomères de DMAPMA, d'HEMA et d'AEMA sont disponibles dans le commerce par exemple selon les références fournies dans la figure 1.

Le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) synthétisé comprend 33% (m/m) DMAPMA, 33% (m/m) HEMA, 33% (m/m) AEMA. 50 g (294 mmol) de DMAPMA, 50 g (384 mmol) de HEMA et 50 g (301 mmol) de chlorhydrate d'aminoéthyl méthacrylate (AEMA) sont utilisés dans cette synthèse.

Dans un réacteur de 1 L, à température ambiante, environ 1/3 de chacun des réactifs, c'est- à-dire : (16,6 g (88 mmol) de DMAPMA, 16,6 g (115 mmol) de HEMA, 16,6 g (90 mmol) d'AEMA) sont mis en solution en présence de 162 g d'isopropanol et 137 g d'eau distillée.

Le pH de la solution est ajusté à pH 4 en utilisant de l'acide acétique à 99%.

La solution est chauffée et maintenue à 83°C, les 2/3 restants des monomères (33,4 g (205 mmol) de DMAPMA, 33,4 g (269 mmol) de HEMA, 33,4 g (211 mmol) d'AEMA) sont mis en solution avec 35 g d'eau distillée et ajoutés en continu dans le milieu réactionnel à l'aide d'un pousse seringue sur une durée de 4 heures (débit de 35 g/ h).

L'amorceur radicalaire VAZO™ 67 (1,25 g ; 6,5 mmol) est ajouté à intervalle de temps régulier, toutes les heures, par 10 fractions égales (0,125 g ; 0,65 mmoles) au cours des 9 premières heures.

A la fin de cette période, le mélange réactionnel est agité à 83°C pendant une heure supplémentaire puis le chauffage et les injections d'amorceur sont arrêtés.

La solution finale comprenant les copolymères cationiques statistiques obtenus ne nécessite alors aucune purification.

Le polymère synthétisé en 10 h a une masse molaire moyenne de 23300 g.mol ^"1 et un indice de polymolécularité (Ip) de 3,1.

La figure 3 illustre la formule générale du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon cet exemple. Dans cette figure 3, les indices « m », « o » et « p » représentent respectivement le nombre d'unités de DMAPMA, d'HEMA et d'AEMA constitutives de cette chaîne, indépendamment de l'ordre d'enchaînement de ces unités dans la chaîne. L'indice « * » désigne la répétition statistique du motif polymérique. Exemple 2 : synthèse du (DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA)

Le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) synthétisé comprend 30% (m/m) DMAPMA, 30% (m/m) HEMA, 26,7% (m/m) AEMA, 6,7% (m/m) MAA, 6,6% (m/m) MMA. Le tableau 2 ci-dessous montre les quantités de monomères utilisés dans cet exemple de synthèse.

Tableau 2 : ratios des monomères utilisés pour la synthèse du poly(DMAPMA-HEMA-

AEMA-MAA-MMA)

Dans un réacteur de 1 L, à température ambiante, 1/3 de chacun des réactifs, sont mis en solution en présence de 162 g d'isopropanol et 132 g d'eau distillée.

Le pH de la solution est ajusté à pH 4 en utilisant de l'acide acétique à 99%.

La solution est chauffée et maintenue à 83°C, les 2/3 restants des monomères sont mis en solution avec 40 g d'eau distillée et ajoutés en continu dans le milieu réactionnel à l'aide d'un pousse seringue sur une durée de 4 heures (débit de 35 g/ h).

L'amorceur radicalaire VAZO™ 67 (1,25 g ; 6,5 mmol) est ajouté à intervalle de temps régulier, toutes les heures, par 10 fractions égales (0,125 g ; 0,65 mmoles) au cours des 9 premières heures.

A la fin de cette période, le mélange réactionnel est agité à 83°C pendant une heure supplémentaire puis le chauffage et les injections d'amorceur sont arrêtés.

La solution finale comprenant les copolymères cationiques statistiques obtenus ne nécessite alors aucune purification.

Le polymère synthétisé en 10 h a une masse molaire moyenne de 48735 g.mol ^"1 et un indice de polymolécularité (Ip) de 5,5.

La figure 4 illustre la formule générale du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) obtenu selon cet exemple. Dans cette figure 4, les indices «m' », « o' », « p' », « q » et « r » représentent respectivement le nombre d'unités de DMAPMA, d'HEMA, d'AEMA, de MAA et de MMA constitutives de cette chaîne, indépendamment de l'ordre d'enchaînement de ces unités dans la chaîne. L'indice « * » désigne la répétition statistique du motif polymérique.

Exemple 3 : synthèse du (DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA)

Le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) synthétisé comprend 27,2% (m/m) DMAPMA, 27,2% (m m) HEMA, 27,2% (m/m) AEMA, 18,4% (m/m) MMA. Le tableau 3 ci-dessous montre les quantités de monomères utilisées dans cet exemple de synthèse.

Tableau 3 : ratios des des monomères utilisés pour la synthèse du poly(DMAPMA-

HEMA-AEMA-MMA)

Dans un réacteur de 1 L, à température ambiante, 1/3 de chacun des réactifs, sont mis en solution en présence de 162 g d'isopropanol et 132 g d'eau distillée.

Le pH de la solution est ajusté à pH 4 en utilisant de l'acide acétique à 99%.

La solution est chauffée et maintenue à 83°C, les 2/3 restants des monomères sont mis en solution avec 40 g d'eau distillée et ajoutés en continu dans le milieu réactionnel à l'aide d'un pousse seringue sur une durée de 4 heures (débit de 35 g/ h).

L'amorceur radicalaire VAZO™ 67 (1,25 g ; 6,5 mmol) est ajouté à intervalle de temps régulier, toutes les heures, par 10 fractions égales (0,125 g ; 0,65 mmoles) au cours des 9 premières heures.

A la fin de cette période, le mélange réactionnel est agité à 83°C pendant une heure supplémentaire puis le chauffage et les injections d'amorceur sont arrêtés.

La solution finale comprenant les copolymères cationiques statistiques obtenus ne nécessite alors aucune purification. Le polymère synthétisé en 10 h a une masse molaire moyenne de 28935 g.mol ^"1 et un indice de polymolécularité (Ip) de 2,8.

La figure 5 illustre la formule générale du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenu selon cet exemple. Dans cette figure 5, les indices « m"» », « o" », « p" », « r' » représentent respectivement le nombre d'unités de DMAPMA, d'HEMA, d'AEMA et de MMA constitutives de cette chaîne, indépendamment de l'ordre d'enchaînement de ces unités dans la chaîne. L'indice « * » désigne la répétition statistique du motif polymérique.

Exemple 4 : analyse du taux de monomères résiduels par Chromatographie en phase gazeuse Objectif : le taux résiduel de monomères en fonction du temps a été quantifié par

Chromatographie en phase gazeuse (CPG)et comparerpour chacun des procédés de synthèse selon les exemples 1, 2 et 3.

Protocole :

Les chromatographies en phase gazeuse sont réalisées sur un appareil AGILENT® 7890 A (Agilent, France), sur une colonne AGILENT® Capillary DB-624 de silice fondue de 30 m de long, de diamètre interne 0,53 mm et d'épaisseur de film 3,0 μιη. L'élution est assurée par un flux d'hélium et la détection est réalisée par un détecteur à ionisation de flamme (FID).

L'injecteur est à une température constante de 250°C en mode split avec un ratio 5: 1. La température du four est initialement de 80°C, puis une rampe de température est réalisée (5°C.min ¹ ) jusqu'à 130°C. Ce palier est maintenu pendant 40 minutes à cette température. Enfin, la rampe de température (5°C.min ¹ ) est augmentée à 250°C puis est maintenue pendant 15 minutes.

Le gaz vecteur utilisé est l'hélium à une pression de 4,4 psi et un débit constant de 33 ml.min ^"1 . Enfin, la température de détection (FID) est de 250°C. Le volume de l'échantillon à analyser est de 2 μί.

Résultats :

Dans le cas du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) de l'exemple 1, le niveau résiduel de monomères est égal à 1500 mg.kg ^"1 , 80 mg.kg ^"1 et de 40 mg.kg ^"1 respectivement de DMAPMA, d'HEMA, et d'AEMA.

Dans le cas du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) de l'exemple 2, le niveau résiduel de monomères est égal à 1890 mg.kg ^"1 , 30 mg.kg ^"1 , 40 mg.kg ^"1 , 30 mg.kg ^"1 et de 40 mg.kg ^"1 respectivement de DMAPMA, d'HEMA, d'AEMA, de MAA et de MMA. Dans le cas du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA- MMA) de l'exemple 3, le niveau résiduel de monomères est égal à 1700 mg.kg ^"1 , 30 mg.kg ^"1 , 40 mg.kg ^"1 , et de 50 mg.kg ^"1 respectivement de DMAPMA, d'HEMA, d'AEMA et de MMA.

Conclusions :

Le taux de conversion des monomères en polymères est supérieur à 99% (m/m).

Dans les exemples 1, 2 et 3, le taux résiduel de monomères méthacryliques est inférieur à < lOOmg.kg ^"1 et celui de monomères méthacrylamides est inférieur à < 2000mg.kg ^~1 , ce qui est acceptable du point de vue de la réglementation en vigueur dans l'industrie pour de tels résidus. Exemple 5 : analyse du taux de conversion par résonnance magnétique nucléaire (RMN) du carbone

Objectif : vérifier qu'au cours du procédé de synthèse des copolymères selon l'invention, les fonctions aminés des monomères ne subissent pas de modifications, par exemple de type saponification.

Protocole :

La pureté des échantillons a été vérifiée par RMN du carbone ¹³ C. Une solution de chaque polymère à 20% (m/m) a été préparée dans du D ₂ 0. Cette concentration a été utilisée afin d'obtenir un rapport signal / bruit optimal, ce qui permet également de diminuer le nombre d'accumulations nécessaires. L'appareil utilisé est un spectromètre à haute résolution BRUKEPv® AM400 équipé d'une interface informatique Aspect. Le spectre RMN obtenu résulte de l'accumulation de 1024 spectres réalisés avec découplage du carbone à 400,13 MHz. La séquence de mesure était constituée d'une série d'impulsions à 90° espacées de 2,5 s. La référence externe est un sel sodique de l'acide (3-(triméthylsilyl-2, 2, 3, 3) propionique, la résonance du méthyle se trouvant à un déplacement chimique de 0 ppm.

Résultats :

Dans le cas du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple 1, l'analyse RMN ¹³ C (à 25°C, dans le D ₂ 0 avec une RMN de 400,13 MHz) par l'interprétation des déplacements chimiques représentés sur la figure 6, montre l'ensemble des fonctions du polymère.

Dans le cas du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) obtenu selon l'exemple 2, l'analyse RMN ¹³ C (à 25°C, dans le D ₂ 0 avec une RMN de 400,13 MHz) a permis de mettre en évidence les déplacements chimiques représentés sur la figure 7, et montre l'ensemble des fonctions du polymère. Le profil est sensiblement le même que celui du poly(DMAPMA- HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple 1 (figure 6) à l'exception de l'absence des pics 34 et 33.

Conclusion :

Après synthèse en milieu acide, l'ensemble des fonctions aminés libres des copolymères obtenus selon l'exemple 1 ou 2 restent intègres, c'est-à-dire ne subissent pas de modifications structurales et donc conservent leur réactivité.

Exemple 6 : évaluation des ratios optimaux de copolymères par mesure de la turbidité en fonction du pH

Objectif : évaluer le rendement de formation de coacervats de polymères pour différents ratios de copolymères selon les exemples 1 à 3 et de CMC par mesure de la turbidité en fonction du pH et déterminer le ratio de polymère et le pH optimal pour obtenir un rendement maximal en coacervats solubles.

Principe :

Lors du procédé d'encapsulation par coacervation complexe, les coacervats formés créent un trouble dans la solution. L'intensité de ce trouble est directement corrélée à la quantité de coacervats formés et peut être quantifié à l'aide d'un turbidimètre. Le rendement de formation des coacervats à partir d'un polymère anionique et d'un polymère cationique peut ainsi être évalué en fonction du pH.

Protocole :

L'évaluation de la turbidité en fonction du pH et de différents ratios de polymères a été réalisée à température ambiante, à une concentration de 5% (m/m), pour les polymères suivants :

a) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple let le CMC, b) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) obtenu selon l'exemple 2, et le CMC, et

c) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenu selon l'exemple 3 et le

CMC.

Les polymères cationiques et anioniques sont placés en solution en milieu acide à pH 3. Puis la solution est alcalinisée par l'ajout de soude à 0,01 N. Des échantillons sont prélévés à intervalle régulier et la turbidité est mesurée en fonction du pH tout au long de l'essai.

Une analyse par centrifugation permet de compléter l'analyse turbidimètrique et de différencier les précipités de coacervats insolubles et les coacervats solubles. Résultats :

Tels que représentés figure 8, quel que soit le polymère étudié par turbidimétrie, il apparaît deux pH remarquables notés pHl et pH2, pour lesquels la mesure de la turbidité est maximale. Le pHl est le pH de formation de coacervats solubles, les coacervats formés restent en suspension dans la solution. Lorsque l'on augmente le pH, on observe une baisse de la turbidité qui devient proche ou égale à zéro, ce qui correspond à l'absence de formation de coacervats, les deux polymères restant dissouts dans le milieu. Lorsque l'on augmente encore le pH, on note l'appartition d'un deuxième pic de trubidité, dont le maximum est appelé pH2. Le pH2 est le pH de formation de complexes insolubles, c'est-à-dire que les coacervats formés précipitent.

Pour les trois copolymères cationiques statistiques obtenus selon les exemples 1 à 3 étudiés, on observe que le ratio de polymères cationiques et anioniques permettant d'obtenir une valeur maximale de turbidité est 1/0,4.

Pour un ratio de 1/0,8, pour les trois copolymères selon l'exemple 1 à 3 le rendement de formation de coacervats solubles est plusfaible comparé à celui des deux ratios précédents. En particulier, le rendement est très faible pour le copolymère cationique selon l'exemple 1, dans ce cas la diminution du rendement de coacervats correspond à l'absence de formation de coacervats, les deux polymères restant dissouts dans le milieu.

À un pH basique, on observe dans l'ensemble des conditions et pour les trois copolymères, que les coacervats formés sont insolubles et précipitent, restant en suspension dans la cuve et donnant des mesures de turbidité élevée.

La centrifugation permet de compléter l'analyse turbidimètrique et de confirmer les observations de l'analyse de la turbimétrie.

Conclusions :

Le ratio optimal des polymères qui permet un rendement de formation de coacervats solubles maximal est un ratio de 1/0,4.

De plus, les différentes analyses de turbidité montrent que l'excès d'un polymère par rapport à l'autre peut influencer la solubilisation des coacervats entraînant la formation de précipités, ce qui empêche la formation des parois des microcapsules lors de l'encapsulation.

Le pH permettant la formation de coacervats solubles aptes à encapsuler est un pH acide compris entre pH 4 et 6. En milieu basique, à un pH compris entre 8 et 10, on observe uniquement un phénomène de précipitation des coacervats insolubles. Exemple 7 : évaluation du pH d'équivalence électrique (PEE) par analyse du potentiel Zêta des coacervats formés à partir de copolymères cationiques statistiques obtenus selon les exemples 1 à 3 et de CMC

Objectif : évaluation du potentiel Zêta en fonction du pH pour différents ratios de copolymères cationiques statistiques selon les exemples 1 à 3 par rapport au CMC, polymère anionique, de manière à déterminer le PEE des coacervats formés. L'évaluation du potentiel zêta en fonction du pH nous informe de la densité de charge à la surface des coacervats issus de deux polymères et donc permet de déterminer la valeur du pH d'équivalence électrique (ou PEE). Le PEE est le pH où la densité de charge positive du polymère cationique et la densité de charge négative du polymère anionique se neutralisent formant ainsi des coacervats de densité de charge nulle. Le PEE est également le pH pour lequel l'intensité d'interaction électrostatique entre les polymères est maximale. Dans le cas de polymères synthétiques, les coacervats formés précipitent, alors que dans le cas de polymère naturel, les coacervats restent solubles.

Protocole :

Les solutions ont été préparées à une concentration totale de polymères de 5% (m/m) avec différents ratios de polymères cationique / anionique (1/0,8 ; 1/0,6 ; 1/0,4 ; 1/0,2).

a) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple let le CMC, b) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MAA-MMA) obtenu selon l'exemple 2, et le CMC, et

c) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenu selon l'exemple 3 et le

CMC.

Les polymères cationiques et anioniques sont placés en solution en milieu acide à pH 3. Puis la solution est alcalinisée par l'ajout de soude à 0,01 N. Des échantillons sont prélévés à intervalle régulier et le potentiel zêta est mesuré en fonction du pH tout au long de l'essai.

Le PEE des coacervats formés est le pH mesuré lorsque le potentiel zêta est nul.

Résultats :

La figure 9 montre les résultats de l'évaluation du potentiel zêta en fonction du pH et de différents ratios de polymères.

Les résultats montrent que lorsque le ratio de copolymère cationique selon les exemples

1 à 3 / CMC augmente, le pH d'équivalence électrique augmente et la densité de charge des coacervats diminue.

On observe pour les trois copolymères cationiques statistiques obtenus selon l'exemple 1 à 3 analysés que le PEE se situe entre 9 et 10. Le PEE correspond au pH2 detérminé par les analyses de tubidimétrie de l'exemple 6. On a donc confirmé par l'analyse du potentiel zêta la valeur du PEE.

Conclusions :

Dans le cas où la formation des microcapsules se fait à un pH inférieur au PEE, les microcapsules formées seront chargées positivement ; a contrario, si la formation des capsules se fait à un pH supérieur au PEE, les microcapsules formées seront chargées négativement. La charge globale des microcapsules est importante notamment pour ajuster le pH en fonction des applications envisagées pour les microcapsules.

Au PEE, les coacervats précipitent. Ainsi, pour optimiser le rendement de formation des coacervats tout en ayant des coacervats solubles, qui ne précipitent pas et donc qui sont aptes à former des microcapsules en encapsulation, il faut réaliser le procédé d'encapsulation à un pH inférieur au PEE donc à un pH compris entre pH 3 et 10.

Dans le cas des copolymères cationiques statistiques selon les exemples 1 à 3 / CMC avec un ratio de 1/0,4 (m/m) à un pH de 4,5, les coacervats se forment avec un rendement optimal par l'intermédiaire de la densité de charges des polymères.

Exemple 8 : évaluation de la turbidité en fonction de la force ionique des coacervats formés à partir de copolymères cationiques statistiques obtenus selon les exemples 1 à 3 et de CMC

Objectif : la mesure de la turbidité en fonction de la force ionique permet de suivre le rendement de formation des coacervats en fonction de la densité de charge électrique du milieu.

La densité de charge a une influence directe sur la solubilisation des polymères et ce faisant sur la formation des coacervats. Lorsque la densité de charge devient trop importante, les coacervats précipitent, ne permettant plus Γ encapsulation.

La mesure de la turbidité en fonction de la densité de charge permet ainsi de déterminer la densité de charge optimale pour la formation de coacervats solubles.

Protocole :

Les mesures ont été effectuées sur les trois copolymères synthétisés selon les exemples 1 à 3. De manière à se placer dans des conditions d'encapsulation optimales, chaque polymère a été mis en présence de CMC dans un ratio de 1/0,4 (m/m) et le mélange a été solubilisé au pH de formation de coacervats solubles mesuré dans l'exempleô .

La force ionique ou densité de charge est obtenue en augmentant la concentration en

NaCl. Résultats :

La figure 10 montre l'évaluation de la turbidité en fonction de la concentration en NaCl pour un ratios de polymères de 1/0,4 a) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple let le CMC, b) pour le poly(DMAPMA-HEMA- AEMA-MAA-MMA) obtenu selon l'exemple 2, et le CMC et c) pour le poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenu selon l'exemple 3 et le CMC.

Dans le cas du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA) obtenu selon l'exemple let du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenu selon l'exemple 3 la turbidité est maximale sans ajout de NaCl, puis elle diminue progressivement quand la concentration en NaCl augmente. Il est probable qu"en augmentant la concentration en NaCl, les charges des polymères sont écrantées ce qui empêche alors la formation et la solubilisation des coacervats.

Dans le cas du poly(DMAPMA-HEMA- AEMA-MAA-MMA) obtenu selon l'exemple 2, l'ajout de 5 g.l ^"1 de NaCl permet d'obtenir un rendement maximal de coacervation.

La comparaison de ces trois polymères, montreque seul le poly(DMAPMA-HEMA-

AEMA-MAA-MMA) contient du MAA. La présence d'acide méthacrylique nécessite d'ajouter une certaine quantité de sel afin d'écranter les interactions formées avec le DMAPMA et le AEMA qui engendreraient la précipitation du polymère et donc empêcheraient d'accroître la quantité de coacervats formés. Cependant, de fortes concentrations de sel produisent l'effet inverse car les ions présents entrent alors en compétition avec lespolymères, pouvant aller jusqu'à supprimer totalement la coacervation complexe.

Conclusion :

Les analyses de la turbidité des coacervats de polymères en fonction de la force ionique (concentration en NaCl) ont permis de déterminer la quantité de sel optimales pour observer la coacervation. Pour les copolymères obtenus selon les exemples 1 et 3, il n'est pas nécessaire d'augmenter la force ionique en plus de l'ajustement du pH pour avoir un rendement maximal de formation de coacervats solubles, tandis que pour le copolymère obtenu selon l'exemple 2 en plus de l'ajustement du pH, on augmente le rendement de formation de coacervats solubles en ajoutant une quantité de sel en tant qu'agent de coacervation. Exemple 9 : évaluation en encapsulation du copolymère obtenu selon l'exemple 3 avec le

CMC

Objectif : Analyser la capacité du poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenus selon l'exemple 3 à encapsuler, et évaluation des microcapsules obtenues.

La figure 2 illustre schématiquement certaines étapes du processus d' encapsulation par coacervation complexe.

Dans l'étape a) le polymère cationique statistique obtenu selon l'exemple 3 et le CMC sont dissous dans la phase continue, l'ingrédient est contenu dans la phase discontinue qui est émulsifïée dans la phase continue ; l'étape b) illustre la formation des coacervats de polymères par ajustement du pH et/ou adition d'un agent de coacervation ; l'étape c) illustre l'adsorption des coacervats a la surface des gouttelettes de phase discontinue ; l'étape d) montre la formation de la couche uniforme de polymères autour des gouttelettes, cette couche étant rigidifïée par réticulation ce qui permet d'obtenir des microcapsules.

Protocole :

Dans cette étude, 2,5 g de CMC en tant que polymère anionique permettent de former des complexes avec 6,6 g des poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenus selon l'exemple 3 dissouts dans 330 g d'eau distillée à 45°C en présence de 0,2 g de soude (NaOH à 20% (m/m)) sous vive agitation.

Dès que les polymères sont totalement solubilisés, nous ajustons le pH à l'aide d'acide acétique à 20% (m/m) à pH = 4,75 déterminé par analyse de la turbidité comme étant le pH optimal d'obtention des coacervats.

Une fois les coacervats observés au microscope, on ajoute 100 g de phase lipophile qui est constituée d'huile minérale dans laquelle est dissout un ingrédient, ici 0,1 % de pigment coloré (green dry).

Afin d'obtenir une formation de gouttelettes homogènes et suffisamment stables pendant l'étape de coacervation complexe, une pâle avec un angle d'agitation de 15° par rapport à la verticale est utilisée. La température doit être proche de 45°C et la vitesse de rotation doit passer de 120 rpm à 170-180 rpm.

Après émulsifïcation, on observe au microscope (objectif X5) l'adsorption des coacervats autour des gouttelettes d'huile, qui forment une couche continue d'agrégats de polymères. Il est nécessaire d'ajouter autant d'acide acétique qu'il est utile pour observer de fines parois sur les coacervats. Il est nécessaire de laisser l'agitation pendant 2 heures à température ambiante afin de permettre aux coacervats de s'adsorber et de former les parois. Dès que les parois sont formées, la réaction est refroidie progressivement à une température de 10°C.

2 g de glutaraldéhyde sont ajoutés puis la réaction est laissée toute une nuit sous agitation à température ambiante. Après décantation, les coacervats en excès n'ayant pas réagi précipitent et les microcapsules présentes dans le surnagent sont filtrées à l'aide d'un filtre plastique de porosité 60 μιη.

Par la suite, les microcapsules sont rincées à l'eau trois fois puis filtrées pour retirer l'agent de réticulation n'ayant pas réagit.

Enfin, les microcapsules sont placées dans une solution comprenant un conservateur. La structure des capsules obtenues par les complexes de (DMAPMA-HEMA-AEMA-

MMA) obtenu selon l'exemple 3/ CMC est étudiée avec un microscope binoculaire. L'observation des dispersions a été réalisée en plaçant 500 μΐ de mélange sur une lame en utilisant un microscope optique NIKON ECLIPSE® 200 (Nikon, Japon) muni d'un dispositif en lumière directe à LED 41 W (halogen model 6V20W/6V30W, Compilant multi-voltage (100 V-240 V)) et d'un appareil photo NIKON® spécialement adapté à la lumière artificielle.

Les microcapsules formées sont analysées par rapport à différents paramètres : leur taille, leur force de rupture, leur stabilité dans l'eau et le SDS.

La force de rupture est mesurée sur 10 capsules différentes par un analyseur de texture LFRA (Brookfîeld Viscosimeter, Royaume unie). Il permet d'exposer les capsules à une force comprise entre 0 et 100 g. Les mesures sont effectuées avec une incertitude de 0,1% de la masse exercée.

La taille et la distribution de microcapsules ont été mesurées par diffusion statique de la lumière en milieu aqueux dilué à 0,1% (m/v). Le granulomètre utilisé était un MALVERN MASTERSIZER® 2 000 équipé d'un laser rouge d'une puissance de 5 mW émettant à une longueur d'onde de 632,8 nm. L'absorbance se fait de 470 nm à 632 nm et la lecture se fait par transformée de Fourier.

Résultats : Les microcapsules formées ont une stabilité dans l'eau supérieure à 24h, et une stabilité dans le dodécylsulfate de sodium (SDS) supérieure à 12 heures.

Les microcapsules formées ont une force de rupture de 5 à 6 N.g ^"1 et une taille comprise entre 500 μιη et 800 μιη.

Conclusion :

poly(DMAPMA-HEMA-AEMA-MMA) obtenus selon l'exemple 3 permet une encapsulation efficace d'ingrédients et d'obtenir des microcapsules ayant une force de rupture et une stabilité satisfaisantes pour les applications envisagées.