DE2010115A1 - Verfahren zur Herstellung von Mikrogranulaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von MikrogranulatenInfo
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Description
LE VE RKU S E N - Beyerwerk Patent-Abteilung
G/O
. 2, März 197Ö
Verfahren zur Herstellung von Mikrogranulaten
Kapselungsverfahren zur Umhüllung von hydrophoben oder hydrophilen
Substanzen mit hydrophoben oder hydrophilen Hüllen haben in den letzten Jahren großes Interesse gefunden, da für viele
Zwecke die gekapselten Stoffe gezielt freigesetzt werden sollen.
Hydrophobe Substanzen lassen sich ζ. B. in·wäßrigem Medium
leicht mit Gelatine-koazervaten umhüllen. Für die Einkapselung mit hydrophoben Polymerhüllen können Grenzflächenreaktionen
ausgenützt werden, wobei das, zu umhüllende Kernmaterial mit
einer Komponente A vermischt und in einer Komponente B bzw.
deren Lösung dispergiert wird, wobei an der Grenzfläche z.B. eine Kondensations- oder Additionsreaktion stattfindet, die
zur Bildung unlöslicher Hüllen führt. Der Nachteil dieses Verfahrens
liegt in der Verunreinigung des Kernmäterials mit der
Komponente A (Derwent 17008/67, Jap, Veröff«,)·
Hydrophile Substanzen lassen sich in hydrophobe Hüllen einkapseln, wenn man sie oder ihre Lösungen in der Lösung, eines kapselbildenden Polymeren dispergiert und ein zweites°"Lösungsmittel zufügt, welches die Löslichkeit des Polymeren so herabsetzt,
daß sich eine polymerreiche Phase (Koazervat) bildet. Dieses Koazervat umhüllt die dispergierten Teilchen bzw. Tropfen, so
daß nach Isolierung und Trocknung Kapseln mit hydrophoben Hüllen
vorliegen. In der britischen Patentschrift 931 148 sind sol-
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109834/0428' bad
ehe Lösungsmittelpaare, kombiniert mit verschiedenen Polymeren,
beschrieben. Das Arbeiten mit solchen Lösungsmittelgemischen ist jedoch sehr unrationell und verursacht hohe Prozeßkosten. Es
ist auch bekannt, die einzuhüllenden Substanzen in der Lösung eines hüllenbildenden Polymeren zu dispergieren und diese Dispersion
in einer zweiten Flüssigkeit zu verteilen. Die erste Flüssigkeit (Lösungsmittel für das Polymere) soll mit der zweiten
Flüssigkeit mischbar sein; das Polymere soll sich jedoch nicht in der zweiten Flüssigkeit lösen, so daß beim Verteilen
der Polymerlösung, die das Kernmaterial dispergiert enthält, in der zweiten Flüssigkeit das Polymere ausfällt und sich an der
Oberfläche der einzuhüllenden Teilchen niederschlägt (Niederländische Offenlegungsschrift 6 811 852). Praktisch mischen sich
™ die beiden Lösungsmittel so rasch, daß das Polymer ausfällt
und für eine Umhüllung der dispergierten Partilei nicht mehr zur Verfügung steht. Wie die Beispiele der niederländischen Auslegeschrift
6 811 852 zeigen, kann man dies teilweise verhindern, wenn man in der zweiten Flüssigkeit eine Substanz z.B. auch ein
Polymer löst, die mit dem hüllenbildenden Polymeren in der ersten Flüssigkeit eine Grenzflächenreaktion eingehen kann.
Dann vermischen sich die beiden Lösungsmittel langsamer und eine brauchbare Kapselbildung v/ird möglich. Bei diesem Verfahren
fallen als Nebenprodukte Lösungsmittelgemische an, die durch die hüllenbildenden Polymeren verunreinigt sind. Ihre Aufarbeitung
ist schwierig.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von festen, rieselfähigen, kugelförmigen Mikrogranulaten aus einer
Polymermatrix, die feste oder flüssige Teilchen eines Kernmaterials eingebettet enthält.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man
1) eine Lösung des hüllenbildenden Polymeren in einem mit Wasser
bei 200C zu höchstens 15 Gew.-% löslichen Lösungsmittel herstellt,
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2) in dieser Lösimg ein festes oder flüssiges Kernmaterial löst
oder dispergiert. . ■ '
3) die erhaltene Lösung oder Dispersion ("Organische Phase A")
in einer mit dem organischen Lösungsmittel nicht mischbaren
wäßrigen Flüssigkeit (wäßrige Phase 3) dispergiert.
4) das organische lösungsmittel langsam und gesteuert -aus der
organischen Phase A austreten läßt und in die wäßrige Phase
überführt, so daß das gelöste Polymer an der Oberfläche der in der wäßrigen Phase B dispergierten Teilchen sieh .abscheidet und
5) die verfestigten Teilchen, d.h., das Misehgranulat, abtrennt
und ggf. trocknet.
Der langsame Übergang des- organischen :Lösungsmittels aus der
suspendierten Organischen Phase A in die wäßrige Phase B wird
durch die Auswahl des organischen -Lösungsmittels und der wäßrigen Phase A sichergestellt,.
Das organische Lösungsmittel darf in.Wasser bei 20° G ;zu höchstens 15 Gew.—% löslich sein.
Die wäßrige Phase B daaf zunächst Jöas organische Lösungsmittel
nicht aufnehmen, was dadurch erreicht wird,, ^daß ^nan Nasser onit
dem 0rganisc?hen losungsiaittetL sättigt «©^er ;Sslze darin -auif^
ixJstiiKiddifiBe ^Lösungen als -.wässrige iBhase B «inset-zt,. ¥ähre;nü
des iprozesseSi, Ä,h. inachdem die OiTganisöhe !Phase A in tier
wäßrigen ^Phase ;B dispeärgiert worden is?^, -^wird ,nun -das da-nggaäi·*-
sehe Lösungsmittel aus den dispergierten ;Pafrtikeln der organisehen
-Phase A in die wäßrige Phase übe^rführ-t, indem man langsam
reines Wasser ode*r einen Lösungsveirmittleir iür das organische
^Lösungsattittel in Wasser unter iBu^hmischen .zufügt.
Wetin der iltoe;i?gang -des 'Lösungsmirttels im 43ie wäßrige jEhase B
so iweit förtgeschritten 3&%, äaS jststbiae iHuHen >um die iPaintikel
^ebüdet ^wcräeti siiniäs, ^können diese abjge?trenrifef ^gewaschen und
getrocknet werden, wiobsi ;anha;ftendes Mass^r und
^ ;Bie 1Erößkeni>emperÄtiiren -sind dabei s
?ifeete;riaa. :CSiedepunkt, Schmelzpunkt) abzustimmen,.
bad
Es war überraschend, daß bei langsamer, gesteuerter Überführung des Lösungsmittels von der organischen Phase (A) in die wäßrige
Phase (B) runde Mikrogranulate mit einer festen Hülle gebildet werden. Läßt man nämlich den Übergang rasch erfolgen, d.h^ verteilt
man die organische Phase (A) in reinem Wasser, so geht das Lösungsmittel rasch in das Wasser über. Es werden keine runden
Partikel erhalten, sondern das Polymere fällt in Form von Fäden, Fladen bzw. dünnen Schichten aus und setzt das Kernmaterial
zum Teil frei. Das gleiche tritt in verstärktem Maße ein, wenn die Löslichkeit des organischen Lösungsmittels in Wasser
über 15% liegt; dann läßt sich auch nach Salzzugabe kein ge- ^ steuerter Übergang mehr erreichen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Lösungsmittel sind z.B. aliphatische Alkohole und Ketone, wie Butanol-1, Butanol-2,
2-Methylpropanol-1, 2-Methyl-butanol-2, Butanon, Diäthylketon, Methyl-Propylketon, Methylisopropylketon.
Als Polymere, welche für die Hüllenbildung bzw. die Matrixbildung aus Alkoholen oder Ketonen in Frage kommen seien beispielhaft
genannt: Äthylcellulose mit 2,0 - 2,6 Äthoxylgruppen pro Anhydroglucoseeinheit sowie Äthylhydroxyäthylcellulose mit Viskositäten
(genessen in Gemischen aus 80 Gew.-% Toluol und 20 Gew.-% Äthanol mit 5%igen Lösungen) zwischen 3 und 200 cP;
A für die Hüllenbildung aus Lösungen der erfindungsgemäßen Ketone eignen sich auch: Poly(meth-)acrylester, Polyvinylacetat,
Acetylcellulose.
Lösungsvermittler, welche den Übergang des Lösungsmittels in die wäßrige Phase beschleunigen, sind z.B. wasserlösliche niedere
Alkohole bzw. Ketone wie Methanol, Äthanol, Propanol, Aceton.
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Geeignete neutrale Salze sind z.B. Alkalisalze von starken anorganischen Säuren wie NaCl, Na^SO^, KgSO^, KCl. ·
Als für das vorliegende Verfahren geeignete einzubettende bzw.
zu umhüllende Substanzen kommen feste oder flüssige, hydrophon
be oder hydrophile anorganische oder organische Substanzen in ■Frage. Aus der Vielzahl der Möglichkeiten seien folgende Substanzgruppen
genannt: Pflanzenschutzmittel, Pharmazeutika, Nahrungs- und Genußmittel (z.B. Gewürze, Aromastoffe), Farbstoffe
(z.B. anorganische oder organische Pigmente, Farbstofflösungen)
Chemikalien, Schmier- und Gleitmittel, wie z.B. Öle, Klebstoffe, Haftmittel usw. Es können auch Gemische von solchen
Substanzen wie z.B. wasserunlöslichen Wirkstoffen und Emulgatoren
umhüllt werden.
Die zu umhüllenden bzw. einzubettönden Substanzen werden in
der organischen Lösung des Polymeren, Phase (A), gelöst bzw. . dispergiert, wobei die üblichen Durchmischungsgeräte, bei der
Herstellung von Dispersionen auch Vibratoren, Schnellrührer usw.
eingesetzt werden.
Die Konzentration an hüllenbildenden Polymeren in der Phase (A)
kann zwischen 2 und 20 Gew.-% liegen, die Menge an zu umhüllenr
der Substanz, d. h. Kernsubstanz, bezogen auf die Polymerlösung,
zwischen 2 und 50 %, Im allgemeinen hängen die gewählten Mengenverhältnisse von dem gewünschten Mengenverhältnis zwischen
Hüllenmaterial und umhüllten Kernmaterial ab, wobei die üblicherweise verwendete Matrixmenge zwischen 10 - 70 $>
bezogen auf die Mikrogranulate, liegt.
Außer hydrophoben Kernsubstanzen können auch hydrophile, z.T.
auch wasserlösliche Substanzen in der Polymerlösung dispergiert bzw. gelöst werden. Der Uebergang des Lösungsmittels in die
wäßrige Phase und damit die Hüllenbildung, müssen dann allerdings rascher vorgenommen werden.
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Das Dispergieren der Phase (A), welche das Kernmaterial gelöst bzw. dispergiert enthält, erfolgt in der wäßrigen Phase (B),
ebenfalls mit den üblichen Mischgeräten wie Schnellrührern, Vibrationsmischern oder auch durch Eindüsen, wobei die dabei
erzielten Teilchengrößen neben der Konzentration der Phase (A) · für die Teilchengröße der erfindungsgemäßen Mikrogranulate
be s t immend s ind.
Zur Erleichterung der Verteilung von Phase (A) in Phase (B) können hochmolekulare Suspendierhilfsmittel in Phase (B) in
geringen Mengen eingesetzt werden wie z.B. Cellulosederivate (Carboxymethylcellulose, Hydroxyäthylcellulose u.a.), Alginate,
£ Polyäthylenoxid, modifizierte Maleinsäureanhydridcopolymerisate usw.; ferner auch die üblichen Emulgatoren.
Die Geschwindigkeit des Übergangs des Lösungsmittels von Phase (A) in die wäßrige Phase bestimmt die Beschaffenheit der Oberfläche
der Mikrogranulate. Nimmt man den Lösungsmittelübergang innerhalb von 3-15 Minuten vor, d.h. erfolgt die Zugabe des
Wassers oder des Lösungsvermittlers innerhalb dieses Zeitraumes, so werden Mikrogranulate mit rauher, poröser Hülle erhalten.
Läßt man das Lösungsmittel langsamer austreten, d.h. innerhalb eines Zeitraumes von 15-60 Minuten, so werden glatte, dichte
Hüllen erhalten. Grundsätzlich kann man die Hüllenbildung somit in einem Zeitraum von z.B. 3 Minuten bis 10 Stunden vornehmen.
W Diese untere Grenze sollte nicht unterschritten werden. Die obere Grenze ist nicht kritisch und nur durch wirtschaftliche
Überlegungen gegeben.
Die Wassermenge, die man zum Entzug des organischen Lösungemittels
zugeben kann, liegt zwischen 50 und 500%, bezogen auf die Dispersion der Phase A in der Phase B. Sie kann in vielen Fällen
unterschritten oder überschritten werden. Der Lösungsvermittler wird meist in Mengen von 10 bis 100% bezogen auf die Dispersion
der Phase A in der Phase B angewendet.
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'.■■■/■ ;
Der Übergang des Lösungsmittels in Phase (B) in der oben beschriebenen
Weise erfolgt ebenfalls unter Durchmischen der Dispersion, Allgemein tritt die Hüllenbildung schon nach Übergang ,
von 20 ~ 30% des organischen Lösungsmittels in die wäßrige Phase ein, so daß die Mikrogranulate abgetrennt und getrocknet werden
können. Im technischen Maßstab arbeitet man meist im Fließbett. Man kann auch größere Mengen des organischen Lösungsmittels in
die wäßrige Phase übertreten lassen. Dies bringt jedoch meistens keinen Vorteil, zumal man einen großen Teil des Lösungsmittels
aus den Mikrogranulaten bei der Trocknung rein wiedergewinnen kann.
Die Trocknung kann im Vakuum oder bei Normaldruck, meist bei
Temperaturen zwischen 50 und 150 C erfolgen. Die getrockneten. *
Mikrogranulate enthalten die Kernsubstanzen in Form von kleinen
Tröpfchen oder Partikeln eingebettet-o.der auch zum Teil gelöst
in der Polymermatrix. Die Größe der Mikorgranulate sowie der eingebetteten-Partikel bzw« Tropfen können in weiten Grenzen
variiert werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Mikrogranulate besitzen erhebliche Bedeutung für die verzögerte Freigabe von Substanzen
(z.B. Pharmazeutika) sowie für die Freigate von Substanzen unter besonderen Bedingungen wie z.B. Druck, Temperatur, Lösungsmittelzugabe. . .
In 96 Teilen n-Butanol wurden 5 Teile Aethylcellulose gelöst
(Aethoxylgruppengehalt: H-7 $>, Viskosität einer 5 #igen Lösung
in Toluol mit 20 Gew.-^Methanol 10 cP). Mit einem Schnellrühr er
wurden in diese Lösung 8 Teile Paraffinöl emulgiert. Diese Emulsion wurde in 500 Teilen Wasser, die mit n-Butanol gesättigt waren,
bei 15 ° C mit Hilfe eines Plügelrührer verteilt, so daß 200 500
/u große Tropfen in der wäßrigen Phase dispergiert waren.
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Innerhalb 30 Minuten wurden unter weiterem Rühren IGOO Teile
reines Wasser zugegeben. Die Tröpfchen umhüllten sich allmählich mit einer festen Hülle. Nach 40 * wurden die kugeligen
Partikel abgesiebt und im Luftstrom bei 30 ° getrocknet. Es wurden
13 Teile eines schüttbaren Mikrogranulates mit einem Teilchendurchmesser
von ca. 100 - 300 /U erhalten; die Partikel besaßen
eine dichte Hüle.Im Innern waren die Paraffinöltröpfchen
durch Wände aus Aethylcellulose getrennt', wie elektronenmikroskopische
Aufnahmen zeigten.
In l80 Teilen n-Butanol--2 wurden 12 Teile Aethylcellulose gelöst
(Aethoxylgruppengehalt 46 %, Viskosität einer 5 $igen Lösung in
Toluol mit 20 Gew.-% Aethanol 50 cP). In dieser Lösung wurden
18 Teile der Phosphorverbindung
S CN
(C2H5O)2P-O-N=C-/
(C2H5O)2P-O-N=C-/
gelöst.
Die resultierende Lösung wurde,in 900 Teilen Wasser, die mit
ButandL-2gesättigt waren, bei 150C mit einem intensiven Rührer
dispergiert, so daß 200 - 400 /u große Tropfen der Lösung in der wäßrigen kontinuierlichen.Phase vorlagen. Bei 150C wurden
1200 Teile Wasser innerhalb 25 Minuten zugefügt, worauf sich die
Tröpfchen mit einer festen Hülle überzogen. Die Mikrokapseln wurden abgetrennt und bei 40 ° C im Luftstrom getrocknet.
Das rieselfähige Mikrogranulat hatte einen Teüchendurchmesser
von 80 - 300 /U. Es wurden 30 Teile Mikrogranulat erhalten.
Die Kapseln enthielten im Innern Tröpfchen der Phsophorverbindung,die in der Polymermatrix eingebettet waren.
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5 Teile Aethylcellulose (Aethoxylgruppengehalt 4? %, Viskosität
einer 5 $igen Lösung in Toluol mit 20 Gew.-^ Aethanol 10 cP)
wurden in 80 Teilen 2-Methylpropanol-1 gelöst. In dieser Lösung
wurden 10 Teile der Phosphorverbindung
Cl
gelöst. Bei 20 ° C wurde die nun erhaltene Lösung in 300 Teilen
Wasser, die mit Kochsalz gesättigt waren,, dispergiert. Innerhalb 25 Minuten wurden 1000 Teile Wasser unter Rühren zugefügt,
wobei sich die Tröpfchen mit einer festen Hülle.überzogen.
Nach der Abtrennung erfolgte die Trocknung bei 4-0 ° C in einem
Luftstrom. Es wurden I5 Teile eines Mikrogranulates mit-Teilchengrößen
-von durchschnittlich 200 /U und einer festen Hülle erhalten.
7 Teile Aethylhydroxyäthyl cellulose. (Viskosität einer 5
Lösung in Toluol mit 20 $ Aethanol. 55 cP) wurden in 90 Teilen
Butanon gelöst. 12 Teile Titandioxid (Teilchengröße 50 - 100-/U-) wurden in dieser Lösung dispergiert. Die Dispersion wurde in 200 Teilen.Wasser, die mit Butanon gesättigt
waren, verteilt. Die Hüllenbildung der Tröpfchen wurde durch Zugabe von 300 Teilen Wasser innerhalb 20 Minuten erzielt.
Die abgetrennten Partikel wurden bei 60 ° C im Vakuum getrocknet
. Es wurden 19 Teile Mikrogranulat mit einem Teilchendurchmesser von J50Q - 500 /u erhalten. Im Innern der Teilchen sind
die TiO2-Partikel von Polymerwänden umhüllt.
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Beispiel 5 ^A*
7 Teile Äthylcellulose (wie in Beispiel 2) wurden in 110 Teilen n-Butanol-1 gelöst. In dieser Lösung wurden 10 Teile Orangenöl
bei 10 C dispergiert. Die erhaltene Dispersion wurde in 200 Teilen V/asser, die mit Kochsalz gesättigt waren, bei 5 - 1O0C dispergiert.
Der Übergang des n-Butanols in die Wasserphase und damit die Hüllenbildung wurde durch Zugabe von 300 Teilen Wasser
innerhalb 25 Minuten bewirkt. Die Partikel wurden abgetrennt und im Luftstrom bei 350C getrocknet. Die Ausbeute an Mikrogranulat
mit dem Teilchendurchmesser 150 - 350/U betrug 17 Teile.
Im Innern der Kapseln waren einzelne Orangenöltropfen in der Polymermatrix eingebettet.
Der Kapselungsversuch von Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch
wurden anstelle von n-Butanol als Lösungsmittel Pentanon-j5
sowie in einem Parallel versuch 2 -Methyl -butanon-3 eingesetzt.
Das Paraffinöl wurde in dergleichen Weise emulgiert, jedoch wurden die beiden Emulsionen in gesättigte Kochsalzlösung
bei 15°C eingerührt (Teilchengröße 200 - 5OO /u).
Durch Zugabe derselben Wassermenge wurden Kapseln erhalten, die getrocknet jeweils 13 Teile Mikrogranulat mit Teilchengrößen
von 100 - 300 /u ergaben, die im Innern Paraffinöltröpfchen
aithieLten . Unterschiede zwischen den beiden Lösungsmitteln
konnten praktisch nicht festgestellt werden.
Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde die Paraffinölemulsion
in Wasser verrührt, welches kein Butanol enthüfe. Die
Emulsion Jtteß sich nicht in Tröpfchenform in Wasser dispergieren,
da das Polymere flockig bzw. in Form von Fladen ausfiel.
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Vergleichsversuch 2 *?*
Beispiel 5 wurde wiederholt, anstelle-von n-Butanol wurde
n-Propanol als Lösungsmittel,eingesetzt. Beim Verteilen der
Orangenölemulsion in der Kochsalzlösung entstanden'keine
Tröpfchen, das Polymere fiel in Form von Klumpen und Fäden
aus. Mikrogranulate konnten auch bei verbesserter Rührung
nicht erhalten werden.
Tn 110 Teilen Butanon wurden 5 Teile Aethylcellulose (s. Beispiel l) gelöst, dazu wurden 5 Teile Acetylsalicylsaure ge- _
löst. Diese Lösung wurde in 200 Teilen Wasser, die mit" Butanon
gesättigt waren, mit Hilfe eines Schnellrührers dispergiert
bei 5 - 10 ° C. Durch Zugabe von 5OO Teilen Wasser ..
innerhalb 25 - J>§ Minuten wurde die Kapselbildung durchgeführt.
Nach Trocknen im Luftstrom bei .40 ° C wurden 10 Teile
Mikrogranulat mit J>QO - 5OO /u Teilchengröße erhalten, die
im Innern feine Kristalle der Acetylsalicylsaure, eingebettet
in Polymermatrix, enthjiäien. Die'Hülle war glatt und dicht.
Bei Zugabe des Wassers zur Ueberführung des Butanons in die
wäßrige Phase innerhalb von 10 Minuten wurden Mikrogranulate
mit rauher, poröser Oberfläche erhalten.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von festen, rieselfähigen, kugelförmigen
Mikrogranulaten aus einer Polymermatrix, die feste oder flüssige Teilchen eines Kernmaterials eingebettet enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß man
1) eine Lösung des hullenbildenden Polymeren in einem mit
Wasser bei 20° C zu höchstens 15 Gew.-% löslichen Lösungsmittels
herstellt,
2) in dieser Lösung ein festes oder flüssiges Kernmaterial löst oder dispergiert,
3) die erhaltene Lösung oder Dispersion ("organische Phase A") in einer mit dem organischen Lösungsmittel nicht rdschbaren
wäßrigen Flüssigkeit (wäßrige Phase B)suspendiert,
4) das organische Lösungsmittel langsam und gesteuert aus der organischen Phase A austreten läßt, so daß das gelöste
Polymer sich an der Oberfläche der in der wäßrigen Phase B dispergierten Teilchen abscheidet und
5) die verfestigten Teilchen, d.h. das Ilikrogranulat,abtrennt
.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als wäßrige Phase B mit Lösungsmittel gesättigtes Wasser oder
Wasser, welches Salze gelöst enthält, einsetzt, die organische Phase A in Phase B dispergfert und den gesteuerten,langsamen
Austritt des organischen Lösungsmittels aus den Partikeln des Phase A dadurch herbeiführt, daß man der dispergierten
Phase A in Phase B reines Wasser oder einen Lösungsvermittler für das organische Lösungsmittel in V/asser zufügt.
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1971
- 1971-02-09 US US00114044A patent/US3737337A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| US3737337A (en) | 1973-06-05 |
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