Mikrokapseln finden in der Industrie immer häufiger Anwendung
Winzige Kügelchen speichern Wirkstoffe

Winzige Kapseln speichern Aromen, Medikamente oder Sonnenschutzmittel und geben die Inhalte gezielt ab. Solche Mikrokapseln sind zwar schon länger bekannt, erobern nun aber neue Anwendungen.

BERLIN/DÜSSELDORF. In alten Backsteinhäusern bleibt es auch an hitzigen Sommertagen angenehm kühl - dank der dicken Mauern. Durch die Technologie der Mikroverkapselung gelang es Forschern des Unternehmens BASF, diesen Effekt nun auch bei dünneren Wänden zu erzielen. Mikroskopisch kleine mit Wachs gefüllte Kapseln werden in den Wandputz eingearbeitet. Wenn die Raumtemperatur über 24 Grad steigt, schmilzt der Wachs, Energie wird verbraucht und somit gekühlt. "Die Anwendung des Latentwärmeschutzes steht kurz vor der Vermarktung", sagt BASF-Forscher Ekkehard Jahns über den Stand der Entwicklung.

Immer neue Anwendungsarten von Mikrokapseln werden derzeit getestet. Dabei gibt es die Verfahrenstechnik, Stoffe in winzigen Kugeln zu verpacken, schon seit gut 40 Jahren. Mit dem Durchschreibpapier erzielten US-Forscher schon in den 50er-Jahren einen durchschlagenden Erfolg. Heutige Anwendungen sind um einiges raffinierter: Aromen, Hautpflegemittel, Medikamente oder sogar Mikroorganismen werden eingeschlossen. Mit bloßem Auge sind die mikro- bis nanometergroßen Kapseln nicht zu erkennen. In großen Mengen ähneln sie Mehlstaub oder feinem Pulver.

Herstellkosten oft noch zu hoch

"Der Markt für Mikrokapseln wächst", sagt Gerald Rafler, Leiter des Forschungsbereichs Synthese- und Polymertechnik am Fraunhofer Institut Angewandte Polymerforschung (IAP) in Golm bei Potsdam. Immer mehr Industrieunternehmen seien an der Technik interessiert und fragten die IAP-Forscher um Rat, wie sie bestimmte Stoffe verkapseln könnten. Nach Angaben einer Fraunhofer-Studie soll das jährliche Marktvolumen von 5 Mrd. Dollar in den nächsten Jahren mit 5 bis 7% jährlich wachsen.

Mitte der 90er-Jahre ist es gelungen, Mikrokapseln herzustellen, die ihre Stoffe stufenweise freisetzen, so genannte "control release"-Anwendungen zu realisieren. Besonders im Bereich der Pharmazie und der Kosmetikindustrie wurden die Kapseln immer beliebter. Doch auf Grund hoher Produktionskosten wurden viele mögliche Anwendungen bislang nicht vermarktet. Im Bereich der Pflanzenschutzmittel konnten sich Mikrokapseln kaum durchsetzen.

Das Credo der Forschergemeinde lautet heute: Es gibt fast nichts, was wir nicht verkapseln können. So hat beispielsweise Kosmetikhersteller Merck seinen Sonnenschutz in Glasperlen verpackt - UV-Filter sind hier in kleinen Glaskügelchen untergebracht, die zusammen mit einer Creme auf der Haut aufgetragen werden können. "Die Glaskügelchen sind nur ein Hundertstel eines Haardurchmessers groß und bilden einen schützenden Film auf der Haut", erläutert Klaus Bischoff, Leiter des weltweiten Kosmetikgeschäfts bei Merck.

Glaskügelchen schützen vor Sonnenbrand

Da der UV-Filter in den Kügelchen bleibt, biete er einen optimalen Schutz, ohne selbst in die Haut einzudringen. Daher sei dieser Sonnenschutz selbst für Allergiker oder Menschen mit empfindlicher Haut geeignet. Das Verfahren zur Mikroverkapselung hat das Darmstädter Chemieunternehmen gemeinsam mit dem isrealischen Unternehmen Sol-Gel Ltd. -Technologies in Bet Shemes entwickelt. Sol-Gel beherrscht eine Technik, mit der Siliziumglas bei Raumtemperatur hergestellt werden kann. Normales Glas wird bei 1000 Grad Celsius produziert, bei dieser Temperatur wäre der Lichtschutzfilter längst zerstört.

Die größte Herausforderung besteht jedoch darin, die Eigenschaften der Kapseln für die jeweilige Anwendung maßzuschneidern. Zusammen mit dem Braunschweiger Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik arbeiten die Potsdamer Wissenschaftler an der galvanischen Beschichtung von Metallen und Kunststoffen. Eine Anwendung hier: Mit Öl gefüllte Mikrokapseln sollen als Notschmiermittel dienen und beigemischte Aromastoffe durch einen charakteristischen Geruch Alarm auslösen.

Viele der neuen Ideen sind bisher nur im Labor verwirklicht. Der breite Einsatz wirft noch viele Fragen auf: Vor allem die thermische Stabilität der Kapseln beim Fertigungsprozess von Produkten sei nach den Worten von IAP-Entwickler Rafler ungenügend. Auch die mechanische Stabilität stellt die Forscher vor Probleme. Die Mikrokapseln bestehen nur zu 5aus Hülle - der Rest ist Kern. "Eine Hauptaufgabe der nächsten Jahre wird sein, gezieltere Öffnungsmechanismen zu finden", sagt BASF-Forscher Jahn.

Mit neuen Eigenschaften wie optische Transparenz wollen die IAP-Forscher neue Anwendungen erschließen. In transparenten Hüllen sollen Farbstoffe gespeichert werden, die auf Folien in besonderer Art das Sonnenlicht brechen und so für besseres Wachstum der Pflanzen sorgen. Die Phantasie der Forscher ist auch nach über 40 Jahren ungebrochen.

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