Beschreibung
Das F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde an der Bauhaus-Universität Weimar plant die Anschaffung eines Verkapselungsgeräts, um sowohl Mikrokugeln (200-1000 µm) als auch Mikrokapseln (400-1000 µm) im Labormaßstab (100-1000 mL/h) herzustellen. Optional soll es möglich sein, Kapseln im Bereich 1 bis 2 mm herzustellen.
Da nicht jedes Kapselmaterial ähnlich stabil ist, müssen sowohl Kugeln als auch Kapseln in variierbarer Größe herstellbar sein. Dies soll entweder ohne Umbaumaßnahmen oder mit einfachen Umbaumaßnahmen möglich sein. Für leicht lösliche Inhaltsstoffe wäre es wichtig, diese auch als Kugeln durch Matrixverkapselung aus der Schmelze herstellen.
Die erdachte Anwendung ist die funktionalisierte Verkapselung von Betonzusatzmitteln, um entweder eine verzögerte Zugabe der Zusatzmittel zu ermöglichen oder die Freigabe bedarfsgerecht zu steuern durch einen externen Trigger. Dabei müssen die Kugeln oder Kapseln robust genug sein, damit sie nicht durch die spezifischen Misch- und Verarbeitungsprozesse von Mörteln und Betonen zerstört werden. Da die Zusatzmittel sich später möglichst effektiv im Beton oder Mörtel verteilen sollen, müssen sie als Flüssigkeit in den Kapseln/Kugeln vorliegen.
Dadurch, dass parallel verschiedene Anwendungen untersucht werden sollen, wird ein Verkapselungsgerät benötigt, welches die Verwendung von einer Vielzahl von verschiedenen Verkapselungsmaterialien erlaubt. Es werden Materialien gesucht, die sich unter anderem aufgrund von unterschiedlichen Stimuli, wie pH-Wert-Änderung oder anderen Faktoren, von selbst öffnen. Hierbei werden vorrangig Alternativen aus nachwachsenden Rohstoffen, u.a. wie Agarose, Alginate, Chitosan, Gelatine, Pektine, Polylactide oder Zellulose betrachtet, jedoch sollen auch weitere Materialien wie u.a. Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder verschiedene Wachse untersucht werden können.
Weil die Kapseln und Kugeln nicht nur im Labormaßstab, sondern auch im kleintechnischen Maßstab untersucht werden sollen, muss zum einen eine Mindestproduktionsgeschwindigkeit (100-1000 mL/h) erreicht werden, um genügend Material für die Versuche herzustellen. Zum anderen bedarf es einer hohen Reproduzierbarkeit der Versuche sowie einer genauen Steuerung der einstellbaren Parameter, um größere Mengen an Mustern herstellen zu können. Zudem wird eine enge Partikelgrößenverteilung benötigt, um die Freisetzungseffizienz der Wirkstoffe in Abhängigkeit der Partikelgrößen zu bestimmen.
Es soll möglich sein, die Partikelgröße bei Kugeln zwischen 200-1000 µm und bei Kapseln 400-1000 µm beliebig herzustellen, um die Auswirkungen der Größe auf die Stabilität der Partikel untersuchen zu können. Die Herstellung der Kugeln und Kapseln soll ohne die Verwendung von Ölen, organischen Lösemitteln oder perfluorierten Alkylsubstanzen möglich sein, damit ein direkter Einsatz der Partikel möglich ist.
Das Gerät muss auf eine übliche Laborbank passen und außer der üblichen Laborversorgung, wie Strom und Druckluft, keine weiteren Anforderungen an das Labor stellen. Die Notwendigkeit einer eigenen Absaugung oder eines Standortes in einem Laborabzug bei der Arbeit mit unbedenklichen Betriebsstoffen (bspw. Gelatine oder Alginaten mit Betonzusatzmitteln) ist nicht erwünscht.