L
a micro-encapsulación es el proceso de encerrar una substancia dentro de una cápsula en
miniatura. Gotitas extremadamente pequeñas, o partículas de material líquido o sólido, son
empacadas dentro de un segundo material o son revestidas con una película continua de material
polimérico para el propósito de proteger el ingrediente activo del ambiente que lo rodea.
Estas cápsulas, que varían en tamaño desde un micrón hasta siete milímetros, liberan sus
contenidos en un tiempo posterior por los medios apropiados a la aplicación. Los ingredientes que
se van a revestir son referidos como el núcleo, la fase interna (IP), y el encapsulado o llenado,
mientras que los términos aplicados al revestimiento de las micro-cápsulas incluyen la pared, la
concha, y la fase externa o membrana.
Todos los tres estados de la materia, o sea, sólidos, líquidos y gaseosos, pueden ser
encapsulados, y afectan el tamaño y la forma de las cápsulas. Si un sólido o un material cristalino
es usado como el núcleo, la cápsula resultante puede tener una forma irregular. Sin embargo, si el
material del núcleo es un líquido, se pueden formar cápsulas simplemente esféricas, que contienen
una sola gota del encapsulado.
Las partículas encapsuladas producen su efecto requerido cuando el material del núcleo es
liberado. Hay cuatro mecanismos típicos por medio de los cuales se libera el material del núcleo de
una micro-cápsula:
• Ruptura mecánica de la pared de la cápsula.
• Disolución de la pared.
• Derretimiento de la pared.
• Difusión a través de la pared.
La ténica de micro-encapsulación fue utilizada por primera vez en 1940 por B.K. Green, para
la producción de Papel Sin Carbono (NCR). Más tarde, en 1942, Green ingeniosamente combinó dos
técnicas contemporáneas para la preparación de esferas de gelatina sólida y la inclusión de una
fase de aceite dentro de un coacervato de gelatina, y preparó así las primeras cápsulas de
gelatina.
Esta técnica requirió nueve años para su desarrollo desde el laboratorio hasta su uso
comercial, y un nuevo sistema de estampación fue introducido con la inclusión de una base de teñido
sin color, contenida dentro de la fase de aceite, mientras que la segunda faja de papel fue
revestida con arcilla acídica, la cual podía reaccionar con la base colorante en la parte superior
para producir un color.
Vista seccional (a través) de una micro-cápsula.
Ventajas de la encapsulación
La encapsulación de ingredients activos se lleva a cabo para lograr uno o más de los
propósitos siguientes:
• La conversión de líquidos en polvos, para prevenir el agrupamiento y
mejorar el mezclado.
• La protección de los ingredientes activos de la oxidación, el calor, la
acidez, la alcalinidad, la humedad y la evaporación.
• Prevenir que los ingredientes interactúen con otros compuestos en el
sistema, lo que resulta en su degradación o polimerización.
• El disfrazado de los savores u olores desagradables.
• Mejorar el manejo de un ingrediente antes del procesamiento.
• La liberación de ingredientes activos de una manera controlada o
planeada.
• La protección de los trabajadores o los usuarios finales de su
exposición a substancias peligrosas.
Selección de encapsulación
La selección de la técnica de encapsulación depende de factores tales como:
• La funcionabilidad que la cápsula necesita proveer en el producto
acabado.
• El tipo de material de revestimiento, o sea, que el material de
revestimiento no debe reaccionar, ya sea con el ingrediente que va ser encapsulado, o la
formulación en la cual el encapsulado va a ser agregado.
• Las condiciones de procesamiento que el encapsulado debe sobrevivir
antes de la liberación de su contenido.
• La concentración del material del núcleo en la micro-cápsula.
• El mecanismo de liberación el agente activo de la micro-cápsula, o sea,
la agitación, el pH, la presión, la solubilidad, el tiempo, etc.
• El tipo de liberación (planeado, sostenible o controlado) del
ingrediente activo.
• Los requerimientos del tamaño, densidad y estabilidad de la particular
para el ingrediente activo.
• El costo de las cápsulas y el costo de la formulación o aplicación en o
dentro del producto final.
Poliéster sin tratar.
Poliéster tratado con micro-cápsulas repelentes a los mosquitos.
Técnicas de encapsulación
Muchas técnicas están comercialmente disponibles para el proceso de micro-encapsulación, y
las mismas se pueden clasificar generalmente como sigue:
1. Método de revestimiento por rociado.
a. Revestimiento del compartimiento
b. Revestimiento del lecho del fluido
c. Revestimiento de suspensión de aire Wurster.
2. Deposición de pared desde solución
a. Coacervación compleja
b. Coacervación de separación de la fase orgánica
c. Encapsulación de la hidroxipropilcelulosa
d. Encapsulación de úrea-formaldehido (3M)
3. Reacción interfacial
a. Policondensación interfacial. Proceso de isocianato
c. Condensación del radical libre Parylene (Union Carbide)
d. Membrana de polielectrólito aloginato (Damon)
e. Polimerización directa de la olefina (National Lead)
f. Entrecruzado del surfactante (Champion)
g. Paredes complejas de hidroxi-arcilla (Ryan)
h. Entrecruzado de proteína (Frippak)
4. Procesos físicos
a. Metalización al vacío
b. Anular – encapsulación por chorro (SWRI, 3M)
c. Membranas líquidas (Exxon)
d. Cápsulas llenas de gas (Materials Technology)
e. Proceso de contacto rápido (Washington University)
5. Solidificación de matrix
a. Secado por rociado
b. Enfriamiento por rociado
c. Solidificación de derretido emulsificado. Evaporación de solvente
(Fuji, Southern RI)
e. Procesos basados en almidón (USDA)
f. Formación de nanopartículas (Speiser, Krauter)
g. Partículas de acetato de celulosa (Moleculon)
Algunos procesos
•
Revestimiento por rociado: Esta técnica, en la que las partículas son revestidas
por polímeros disueltos o derretidos, suspendidos en una coriente de aire que se mueve hacia arriba
en un equilibrio inestable, es usada para la encapsulación de partículas muy finas. El proceso
simultáneamente aplica y endurece los materiales de pared a las partículas.
•
Deposición de pared desde la solución: El material del núcleo es suspendido
primero en una solución del material de pared, y la pared es inducida a separarse como una fase de
líquido viscosa. Este proceso es llamado también el proceso de coacervación y es usado para
encapsular líquidos insolubles en agua, sóidos o dispersiones. La coacervación es reconocida por la
apariencia de turbulencia, la formación de gotitas, o la separación real de las capas de líquido.
•
Reacción interfacial: Este proceso involucra la policondensación o polimerización
interfacial clásica, que es ampliamente usada para producir fibras y láminas sintéticas tales como
poliéster, nylon y poliuretano.
•
Procesos físicos: Este proceso requiere el bombeo del material de núcleo fluido a
través de un tubo central, al mismo tiempo que el material de pared licueficado es bombeado a
través de un espacio anular que lo circula. Una membrana de material de pared es formada a través
de un orificio circular en el extremo de la tobera, y el material de núcleo fluye en la membrana,
causando la extrusión de una varilla de material. Las gotitas se separan del material y se produce
el endurecimiento en el paso a través de un intercambiador de calor.
•
Solidificación de matrix: La micro-encapsulación se logra usando técnicas de
secado por rociado, atomizando una solución combinada de material de núcleo y de pared. Las gotitas
atomizadas son secadas en la corriente de aire caliente. Cuando el material de pared es un
derretido o una grasa, las gotitas son solificadas usando una coriente de aire enfriada y el
proceso es llamado enfriamiento or rociado.
Uso en Textiles
La industria textil, que fue inicialmente lenta en explotar la tecnología de la
micro-encapsulación, ha producido ahora una amplia variedad de innovaciones que utilizan los
principios básicos de la planeación, la liberación lenta y la protección de las partículas de
substancias química sensitivas, que luego son usadas para dar un efecto pronunciado al tejido. Las
propiedades impartidas al tejido por la encapsulación no se pueden encontrar en tejidos normales.
La micro-encapsulación puede lograr varios efectos:
•
Tejidos antimicrobianos: Estos acabados son usados para la prevención de ataques
microbianos al tejido. El biocido es el ingrediente activo en este caso, y es liberado por los
medios apropiados.
•
Tejidos repelentes a los insectos: El repelente de insectos es el material de
núcleo y es encapsulado y más tarde es aplicado al tejido.
•
Tejidos frescos: Esto imparte un tacto más fresco y placentero al tejido.
•
Cosmeto-textiles: El aloe vera u otros productos son encapsulados para
proporcionar humedad a la piel o para dar una sensación personal de bienestar.
•
Textiles fotocrómicos: Los colorantes fotocrómicos, que cambian color en respuesta
a la luz ultravioleta, son incorporadas dentro de las micro-cápsulas. Aplicaciones incluyen
el etiqueteado de productos, y otras.
•
Textiles termocrómicos: Los colorantes encapsulados cambian su color en respuesta
a la temperatura.
Micro-encapsulación para textiles
La industria textil, que fue inicialmente lenta en explotar la tecnología de la
micro-encapsulación, ha producido ahora una amplia variedad de innovaciones que utilizan los
principios básicos de la planeación, la liberación lenta y la protección de las partículas de
substancias química sensitivas, que luego son usadasa para dar un efecto pronunciado al tejido. Las
propiedades impartidas al tejido por la encapsulación no se pueden encontrar en tejidos normales.
La micro-encapsulación puede lograr varios efectos:
•
Tejidos antimicrobianos: Estos acabados son usados para la prevención de ataques
microbianos al tejido. El biocido es el ingrediente activo en este caso, y es liberado por los
medios apropiados para lograr el acabado antimicrobiano deseado.
•
Tejidos repelentes a los insectos: El repelente de insectos es el material de
núcleo y es encapsulado y más tarde es aplicado al tejido. El tejido repele a los insectos cuando
las micro-cápsulas son rotas y el núcleo es liberado durante el uso.
•
Tejidos frescos: Esto imparte un tacto más fresco y placentero al tejido.
•
Cosmeto-textiles: El aloe vera u otros productos son encapsulados para
proporcionar humedad a la piel o para dar una sensación personal de bienestar.
•
Textiles fotocrómicos: Los colorantes fotocrómicos, que cambian color en respuesta
a la luz ultravioleta, son incorporadas dentro de las micro-cápsulas. Esto encuentra aplicación en
el etiqueteado de productos, etc.
•
Textiles termocrómicos: Los colorantes encapsulados cambian su color en respuesta
a la temperatura. En la actualidad, es posible producir formulaciones de cambio de color en la gama
de -250 °C a 660 °C.
Repelencia a mosquitos
La empresa Sarex, de la India, ha usado la técnica de micro-encapsulación para impartir a
sus tejidos un acabado repelente a los mosquitos. Los detalles del proceso y los resultados de los
ensayos se describen a continuación:
• Material: tejidos de algodón 100%, poliéster/viscosa y poliéster 100%
• Aplicación: Método Pad-dry (secado en fulard), usando fulardeado
mangleado neumático en el laboratorio (80% de absorción) y una mini-rama de laboratorio
• Receta: Para algodón 100%: Saraguard MOSQ (30 g/l) + aglutinante (50
g/l) + Saraprint AC (5 g/l). Para poliéster/viscosa: Saraguard MOSQ (50 g/l) + Saraprint AC (5
g/l). Para poliéster 100%: Saraguard MOSQ (50 g/l)
• Evaluación: La repelencia a los mosquitos fue evaluada usando el método
modificado WHO/CTD/ WHO/PES/IC/96.1. Clases de la especie Culex de mosquito, incubadas en el
laboratorio, fueron liberadas en una cámara Excito Repellency, conteniendo tejidos acabados y sin
acabar, para observar cualquier cambio en el comportamiento, en la forma de alejarse del tejido
tratado y de acercarse al tejido sin tratar. Las observaciones fueron registradas durante un
periodo de 10 minutos y después de ? hora.
• Análisis SEM: Los tejidos fueron llevados para un análisis posterior
usando un Microscopio Electrónico de Escaneo (SEM) (Philiphs XL-30) para verificar realmente la
presencia de micro-cápsulas. La máquina SEM funcionó a 10 kv, con el especimen.volteado a 45°. Los
resultados aparecen en la Tabla 1 y se pueden ver en las Figuras 3 y 4.
Los resultados obtenidos indican claramente una repelencia de un 100%, lo que es equivalente
al porcentaje de la protección, impartida por el tejido para el tejido de algodón 100%; de 70% en
el caso del tejido de poliéster/viscosa; u de 60% en el tejido de poliéster 100%.
La presencia de las micro-cápsulas fue comprobada aún más por los estudios de análisis con
el microscopio SEM, efectuados en el poliéster tratado (Fig. 4) y sin tratar (Fig. 3). El tejido
tratado, cuando se ve a través de un microscopio electrónico de escaneo, muestra claramente la
presencia de las micro-cápsulas bondeadas a la superficie de la fibra.
Se están efectuando desarrollos adicionales en el laboratorio de Sarex para productos
encapsulados tales como fragancia, agentes antimicrobianos, retardantes a la llamas, y acabados
para el cuidado de la salud, con el objetivo de una aplicación rápida y fácil del componente en
cuestión durante el acabado del tejido.
Estos acabados de micro-encapsulación son muy interesantes, pero no se han usado
extensamente en la industria textil debido a los altos costos involucrados. La firma Sarex clama
haber desarollado su propia técnica de micro-encapsulación y, como resultado, puede ofrecer estos
productos tratados a un costo que es menos de un 50% menor que los actuales costos de la
micro-encapsulación.
Enero-Febrero de 2009
