Koazervation

Synonym

• Koazervierung

Definition

• Entmischung einer stark solvatisierten Kolloidlösung durch partielle Desolvatation (Verringerung der Löslichkeit) in 2 flüssige voneinander abgegrenzte Phasen, von denen die eine viel, die andere wenig oder gar keine Kolloidteilchen enthält.

Bemerkungen

• Die kolloidreiche Phase mit den dicht zusammengedrängten Teilchen, das Koazervat, kann in der Folge ein Gel ausbilden.
• Die partielle Desolvatation wird durch Zugabe von Elektrolyten (Salze), Nichtelektrolyten (z.B. Alkohole, "Nicht-Lösungsmittel", hydrophile Polymere), durch pH- oder Temperaturänderung erreicht.
  • Beim letztgenannten Punkt kommt es durch das Absenken der Temperatur des erwärmten Sols, zu einer thermischen Sol-Gel-Umwandlung.
• Auch Viskosität und Oberflächenspannung spielen eine wichtige Rolle.
• Man unterscheidet die einfache Koazervation und die komplexe Koazervation.
• Beide dienen meist dazu einen in einer Phase dispergierten Stoff zu umhüllen; so wird die Koazervation als Standardverfahren für die Herstellung von Mikrokapseln eingesetzt.

Einfache Koazervation

• Bei der einfachen Koazervation findet die Koazervatbildung aus konzentrierten Lösungen makromolekularer Substanzen, meist natürlicher oder synthetischer Polymere, heraus statt, die nur ein Polymer enthalten. Dementsprechend ist auch das Koazervat nur aus einer Substanz aufgebaut.
  • Ein einfaches Koazervat bildet sich z.B. aus einem anionischen Celluloseacetatphthalat-Sol durch Zugabe von Dinatriumhydrogenphosphat und anschließend Natriumsulfat.
• Neben der gerade beschriebenen Art der Koazervatbildung durch Aussalzen eines geladenen Polymers, kann die Koazervation auch durch Änderung der Temperatur, des pH-Wertes oder der Löslichkeit (z.B. durch Zugabe eines Nichtlösungsmittels) initiiert werden. 
  • Zur Herstellung von Mikrokapseln durch Koazervation wird zunächst die zu umhüllende Substanz im Sol der Hüllensubstanz dispergiert.
  • Anschließend wird durch eines der eben aufgeführten Verfahren die Löslichkeit der Hüllensubstanz im Sol so weit verringert, bis diese schließlich präzipitiert und sich als Wandmaterial in flüssiger Form abscheidet. Die Abscheidung erfolgt dabei bevorzugt auf der Oberfläche der dispergierten Teilchen, so dass diese zunehmend umhüllt und nach und nach verkapselt werden.
  • Durch ständiges Rühren wird eine Agglomeration der noch unfertigen gequollenen Mikrokapseln verhindert.
  • Zur Verfestigung der neu gebildeten Mikrokapseln muss nun noch entweder die Temperatur der gebildeten Dispersion unter die Sol-Gel-Umwandlungstemperatur des Hüllmaterials abgesenkt werden oder aber das Hüllmaterial durch Zusatz geeigneter Substanzen (z.B. Formaldehyd beim Einsatz von Gelatine) chemisch verfestigt werden.
  • Nach der Aushärtung können die neu gebildeten Mikropartikel abfiltriert, getrocknet und weiterverwendet werden. 
• Ein weiteres konkretes Beispiel für die Herstellung sei nachfolgend genannt: 
  • Zunächst wird eine warme hochkonzentrierte wässrige Gelatinelösung hergestellt, wobei man den pH-Wert der Lösung auf den isoelektrischen Punkt der Gelatine einstellt (geringste Löslichkeit). Setzt man nun warmen Ethanol hinzu, so mischt sich dieser mit dem Wasser, wodurch die Löslichkeit der Gelatine in der wässrigen Phase herabgesetzt wird. Schließlich präzipitiert die Gelatine und scheidet sich Form mikroskopisch kleiner Tröpfchen aus der Lösung ab. Diese lagern sich nun bevorzugt an Grenzfläche zwischen wässriger Phase und dem dispergierten zu verkapselnden Material ab, das so eine Gelatinehülle bekommt.

Komplexe Koazervation

• Bei der komplexen Koazervation werden zwei verdünnte Polymerlösungen mit zwei verschiedenen Polymeren verwendet. Die Polymere der einen Lösung weisen überwiegend positive, die der anderen überwiegend negative Ladungen auf.
• Werden die beiden Kolloidlösungen nun zusammengegeben, (z.B. Gelatine-Sol mit positiver, Gummi-arabicum-Sol mit negativer Ladung), so entsteht durch Vermischen unter Ladungsausgleich eine kolloidreiche Phase, das Koazervat.
• Ein komplexes Koazervat erhält man auch z.B. durch Mischen von Gelatinelösungen Typ A mit Typ B.
  • Unter pH 4,7 sind beide Gelatine-Typen positiv geladen.
  • Erst nach dem Alkalisieren auf pH über 5 beginnt sich Typ B negativ aufzuladen, was zum Ladungsausgleich und zum Koazervat führt.
  • Dehydratisierende Stoffe (konzentrierte Alkohole) entwässern die Gelatinehülle.
  • Eine nachträgliche Härtung (meist mit Formaldehyd) führt zu einer verzögerten Wirkstofffreigabe.

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