Desarrollo de microcápsulas de fragancias con materiales de alta disponibilidad comercial para su uso en detergencia

Abstract

En el transcurso de esta tesis doctoral se ha llevado a cabo la investigación y desarrollo de distintos sistemas de encapsulación de fragancias con polímeros de alta disponibilidad comercial. El objetivo principal fue la adaptación de estos sistemas a la encapsulación de fragancias CARINSA® para su posterior aplicación en el mercado de la detergencia. Las técnicas de encapsulación desarrolladas son: • Polimerización in-situ (reacción de monómeros en la fase acuosa) • Polimerización interfacial (reacción de condensación de monómeros hidrofóbicos /hidrofílicos) • Coacervación compleja (interacción electroestática de biopolímeros) Todas las técnicas desarrolladas están basadas en emulsiones aceite-en-agua (O/W) y sin uso de disolventes orgánicos, siendo la fragancia el propio disolvente en casos como la polimerización interfacial. La primera técnica presentada, la polimerización in-situ, fue desarrollada para conseguir cápsulas similares a las que se encuentran actualmente en el mercado y que sirvieron como referencia para comparar con el resto de cápsulas desarrolladas. Además, CARINSA creyó oportuno desarrollar esta tecnología para tenerla en su portfolio. La técnica de polimerización interfacial continúa una línea de investigación iniciada en un proyecto previo de la empresa. Esta metodología permite la síntesis de microcápsulas de fragancia mediante un proceso de bajo gasto energético y de periodos de tiempo relativamente cortos. Los principales objetivos en este caso fue la reducción del tamaño de microcápsulas y una mejora de la estanqueidad, todo ello sin afectar al rendimiento del producto final. Por último se desarrolló la técnica de coacervación compleja, en la cual se parte de dos biopolímeros hidrosolubles para la generación de una corteza sólida alrededor de las fragancias. Esta metodología no implica reacciones químicas y en la mayoría de los casos no requiere del uso de tensioactivos. Estas características la hacen una técnica muy atractiva ya que cumplen con la tendencia actual de mercado como es el uso de materiales respetuosos con el medio ambiente. Para la investigación y desarrollo de cada tipo de microcápsulas se han seguido una serie de pautas similares para obtener una sólida comparativa de las condiciones y del producto final. Estas pautas han sido: • Búsqueda bibliográfica y estado del arte • Síntesis de cápsulas de aceite, optimización y caracterización • Síntesis de cápsulas de fragancias simples, optimización y caracterización • Síntesis de cápsulas de fragancia compleja (fragancia objetivo) , optimización y caracterización • Escalado de los procesos optimizados para la encapsulación de la fragancia objetivo • Estudios de estabilidad para su aplicación en detergencia • Estudio de productos de mercado Como se puede apreciar el trabajo realizado ha sido muy extenso, abarcando desde procesos sintéticos de base hasta un nivel de prototipaje casi apto para su producción.

In this doctoral thesis the research and development work was oriented to the encapsulation of fragrances using commercially available polymers and different encapsulation methods. The main objective was to adapt each method for the encapsulation of CARINSA® fragrance formulations. The developed encapsulation techniques were: • In- situ polymerization (monomer reaction in water phase) • Interfacial Polymerization (polycondensation reaction between hydrophobic/hydrophilic monomers) • Complex coacervation (electrostatic interaction between biopolymers) All the methodologies developed are based on oil-in-water emulsions (O/W) and avoiding the use of any additional organic solvent. In fact, the fragrance acts as the only solvent for the hydrophobic monomers (in interfacial polymerization). The first method presented is the in-situ polymerization, which was developed in order to obtain similar microcapsules as the ones that are nowadays in the market. CARINSA was very interested in developing this kind of technology for being included in its portfolio. This microcapsules, based on melamine formaldehyde resins, were taken as reference for the comparison with the rest of microcapsules synthesized. The interfacial polymerization technique followed a previous work based on polyamide microcapsules developed in a previous project. This method allows the formation of fragrance microcapsules in short reaction times and at room temperature, decreasing the amount of energy applied. The main objectives in this case was reducing the size of the microcapsules and increasing their tightness. The last method developed was complex coacervation where two hydrosoluble biopolymers interact in specific conditions generating coacervates, which end up forming a shell around fragrance droplets. In this process there are no chemical reactions implied and there’s no use of surfactants. This features make this method very attractive because it follows the actual trends focused on eco-friendly systems. For the research and development fn each kind of microcapsules a sequential method was followed: • Bibliography and state of the art • Synthesis of oil microcapsules optimization and characterization. • Synthesis of simple fragrance microcapsules, optimization and characterization. • Synthesis of complex fragrance (fragrance of interest), optimization and characterization • Scale-up of the optimized synthesis. • Stability studies for detergency applications • Benchmarking. The work developed in this project was very extensive, starting from the synthesis of different microcapsules and ending up with preliminary applications and scale-up processes.