MICROINCAPSULAZIONE
MICROINCAPSULAZIONE
Tecnica con cui si ottengono le cosiddette microcapsule, consistente nel rivestire minute goccioline di liquidi o bollicine gassose o minute quantità di solidi con una sottile pellicola, di solito costituita da polimeri naturali o sintetici. Le microcapsule così ottenute sono di forma sferica, di diametro da 1 a 100 μm (se di diametro superiore si indicano come macrocapsule; quando contengono solidi hanno la forma del solido che rivestono). La m. consente di maneggiare e trattare i liquidi o i gas racchiusi come fossero dei solidi; il contenuto delle microcapsule può essere messo in libertà al momento desiderato rompendo, meccanicamente o chimicamente, l'involucro superficiale, oppure può essere conservato a lungo per proteggerlo da alterazioni (a opera degli agenti atmosferici) o per proteggere chi deve manipolarlo.
Pur essendosi sviluppata solo di recente, questa tecnologia è già entrata in numerosi campi di applicazione (industria farmaceutica, cartaria, alimentare, chimica, agraria, ecc.) diffondendosi largamente. Un'indagine di alcuni anni addietro faceva ascendere il valore dei prodotti microincapsulati (su scala mondiale) a circa 5 miliardi di dollari (4,2 miliardi spettavano alle carte copiative; 0,1 ai prodotti per agricoltura come pesticidi, ecc.; 0,2 ai profumi e cosmetici; 0,1 ai prodotti chimici, e il rimanente a prodotti diversi); l'incremento annuo del fatturato risulterebbe del 5÷7%.
I prodotti incapsulati appartengono a classi diverse (sostanze odorose, prodotti di bellezza, plastificanti, prodotti farmaceutici, acidi, basi, solventi, coloranti, ecc.); i prodotti usati per le pellicole di rivestimento sono invece costituiti da gomme naturali, da alginati, da amido, da stearina, da metilcellulosa, da polimeri reticolabili, ecc.
Numerosi sono i fattori dei quali occorre tenere conto nella scelta dei rivestimenti: la sostanza da incapsulare deve risultare bagnabile dal polimero, ma non solubile in esso, né alterabile al suo contatto, né solubile nel solvente usato per sciogliere il polimero; questo solvente dev'essere facile da eliminare. La pellicola di rivestimento, oltre a essere impermeabile ai liquidi e ai gas, dev'essere sottile ed elastica per poter sopportare le varie manipolazioni senza deformarsi permanentemente o rompersi.
L'operazione d'incapsulamento si effettua con sistemi diversi a seconda della natura, stato fisico, ecc., delle sostanze da rivestire e di quelle per il rivestimento, e a seconda delle caratteristiche che le microcapsule debbono presentare.
I sistemi più usati sono quelli di coacervazione, di polimerizzazione in situ, di spray-drying e in letto fluido.
La coacervazione si usa per sostanze organiche liquide o solide, non solubili in acqua, che vengono finemente disperse per agitazione in una soluzione calda di gelatina; alla dispersione viene poi aggiunta lentamente acqua e gomma arabica. Gelatina e gomma arabica si vengono raccogliendo e depositando sulla superficie delle goccioline o delle particelle della sostanza da rivestire. Una volta deposta, la pellicola di gelatina-gomma arabica viene prima fatta gelificare mediante abbassamento di temperatura e poi indurita aggiungendo un reticolante (formaldeide, glutaraldeide, ecc.); le microcapsule consolidate si possono poi separare facilmente.
La formazione in situ di una pellicola di polimero sintetico si può realizzare in diversi modi: per es. una fase acquosa, immiscibile in un solvente organico, viene emulsionata con questo solvente addizionata di un polimero (per es. derivati di cianoacrilati) che si distribuisce all'interfaccia acqua-solvente, dove poi polimerizza formando una pellicola insolubile.
I sistemi più largamente usati sono quelli per spray-drying o per fluidizzazione. Nel primo, la sostanza da incapsulare viene finemente dispersa in una soluzione concentrata di gelatina o di derivati dell'amido, il tutto addizionato con piccole percentuali di emulsionanti. L'emulsione così ottenuta viene spruzzata in una camera di essiccazione, riscaldata in modo tale che l'acqua presente sulle goccioline immesse venga rapidamente evaporata lasciando un prodotto polverulento formato da sferette di piccolo diametro (qualche μm o poche decine di μm). Il sistema, con varie modifiche, si presta alla m. a costi relativamente bassi, fornendo un prodotto asciutto, con granulometrie abbastanza ristrette le cui dimensioni, a parità di altri fattori, dipendono dal sistema e dalle modalità adottate per spruzzare l'emulsione.
Il sistema a letto fluido è particolarmente adatto a incapsulare particelle solide (polveri, microcristalli, ecc.). Queste ultime (v. fig.) vengono mantenute in sospensione da una corrente d'aria e circolano in una camera contenente nella zona inferiore, centrale, uno spruzzatore liquido costituente la sostanza generatrice della pellicola (polimeri solubili, cere, idrocolloidi, ecc.). Le particelle solide che si sono rivestite, nella zona inferiore, di un velo di soluzione, trasportate dalla corrente d'aria lasciano evaporare rapidamente il solvente. Anziché una soluzione di polimero se ne può usare uno che fonde a bassa temperatura e che solidifica a contatto dell'aria di trascinamento.
I vantaggi offerti dalla m. spiegano la larga diffusione di questa tecnologia; si possono in tal modo conservare sostanze, altrimenti alterabili a contatto dell'aria (vitamine, sostanze proteiche, lipidi) o dell'umidità (sostanze igroscopiche) ovvero pericolose o facilmente volatili. La m. serve inoltre a mascherare odori o sapori sgradevoli dei prodotti farmaceutici o a consentire la fuoriuscita dei farmaci integri solo in zone predeterminate dell'organismo laddove la loro azione risulta elettiva. Così sostanze alterabili nell'ambiente acido dello stomaco, se rivestite opportunamente, possono attraversarlo inalterate per raggiungere l'intestino dove vengono messe in libertà a opera di enzimi o di sostanze alcaline in grado di attaccare il rivestimento. Principi attivi facilmente alterabili all'aria, inglobati in microcapsule, possono essere dispersi per es. in creme di bellezza consentendo che la loro azione si esplichi solo al momento dell'uso, quando sono messi in libertà dalla rottura della pellicola protettiva operata da una leggera pressione delle dita nell'azione di spandimento del cosmetico.
L'uso maggiore è quello dell'industria cartaria nella preparazione di carte copiative a ricalco ''senza carta carbone'' (carbonless), cioè senza l'uso di strati pigmentati cerosi o grassi. Tali carte si usano per moduli o bollettari a ricalco formati da due o più fogli sovrapposti: il foglio superiore porta sul retro un sottile strato di microcapsule contenenti un leucocolorante (cioè una sostanza incolore che diviene colorata, per es., a contatto di una sostanza acida); il foglio inferiore porta sulla sua faccia superiore (quella che viene a trovarsi a contatto con le microsfere di leucocolorante) una patina a base argillosa, acida. La pressione esercitata sul foglio superiore dai tasti di una macchina per scrivere o dagli aghi di una stampante o da una penna a sfera basta a provocare la rottura delle microsfere, cosicché il leucocolorante, messo in libertà e venendosi a trovare a contatto con l'acido presente nella patina argillosa del foglio sottostante, diventa da incolore colorato, mettendo in risalto, sul secondo foglio, la traccia impressa sul foglio superiore. È possibile sovrapporre più fogli; in questo caso ciascun foglio successivo al primo dovrà portare alternativamente sulla faccia superiore la patina di natura acida e su quella inferiore lo strato contenente le leucomicrosfere, e così via.
Bibl.: R. E. Sparks, Microencapsulation, in Kirk-Othmer encyclopedia chemical technology, 15, New York 19803; C. Thies, Microencapsulation, in Encyclopedia of polymer science and engineering, ivi 19872; C. A. Finch, Microencapsulation, in Ullman's encyclopedia of industrial chemistry, Weinheim 1990.