本发明涉及利用压缩气体或气体混合物使载体基质被固体和/或 液体化合物浸渍的方法，和以此方式浸渍的材料。

过去20年中，用压缩气体作溶剂在工业中已得到很大发展。在 1980s主要担当的任务是提取天然物质例如移出咖啡因的过程，在 1990s压缩气体的潜在应用已转向“材料科学”.超临界气体目前在化 学过程用于降低溶液粘度或生产超细粉粒等。预计在不远的将来超临 界气体将越来越多地在化学工艺过程中使用。

因其惰性、毒物学安全性、易得性及物理和物化性质，二氧化碳 在涉及一般工艺过程的超临界溶剂领域扮演很重要的角色(McHugh & Krukonis，Supercritical Fluid Extraction，2nd Edition， Butterworth-Heinemann，Boston，1994)。

使用超临界状态气体的重要动机通常在于其粘度明显低于“液态” 溶剂而且可通过改变工艺压力在宽范围内连续地控制所述超临界状态 的密度。简化地说：由于超临界气体的密度与其溶解能力相关，这为 进行选择性萃取或分离提供了理想先决条件。现有技术中，描述了许 多工艺过程实例，其中萃取选择性特别是在天然物质的情况下起着关 键作用，它证明使用超临界气体是经济的(Stahl等人的Verdichtete Gase zur Extraktion und Raffination(用于萃取和精制的压缩气体)， Springer，Heidelberg，1987)。

鉴于上述性质，压缩状态的气体不仅可用于选择性萃取物质即用 于分离过程，而且可用于浸渍过程即将所谓的“浸渍材料”沉积在载 体基质上。这里，超临界气体的极高扩散性(因其粘度低)即其极易渗透 至“致密”而不易到达的基质中的能力也起重要作用。可通过对溶液 性质的目标控制使浸渍材料以指定方式沉积至载体基质中。

现有技术中，例如根据DE2127642，先从茶叶中提取和收集芳香 物质，随即从茶叶中移出咖啡因，然后把所述芳香物质返还给脱咖啡 因的茶叶(“通过浸渍返还”)。这里是使用干燥二氧化碳来提取芳香物 质，而用水作夹带剂来提取咖啡因。将所述芳香物质施加于茶叶基质 的工艺较简单，因为所述芳香物馏分在二氧化碳中有极高的溶解度而 易于到达茶叶基质。此外，所述芳香物质渗入基质的“深度”无关紧 要，因为相当均匀地分布在各茶叶粒子上就足够了。

如以上实例所述，现有技术中有用超临界气体使浸渍材料沉积至 载体基质上的方法，假定所述浸渍材料在所述气体中有适当的溶解度 而且所述载体基质较易到达，也可引入载体基质中。但如果所述浸渍 材料在所述气体中的溶解度低而且所述载体基质的可及性有限，例如 因所述浸渍材料在气体和载体基质之间的分布系数相反，则没有适宜 的方法能经济地将所述浸渍材料引入载体基质中。低溶解度的意思具 体是指溶解1份浸渍材料需要30至100份溶剂(微溶)、100-1000份溶 剂(难溶)或1000或更多份、特别是高达10000份溶剂(极难溶)。

因此，本发明的目的是开发一种利用压缩气体使载体基质被固体 和/或液体化合物浸渍的方法，其中所述浸渍材料可有效地从各载体基 质表面转移至内部，在此情况下将覆盖尽可能宽的施加范围。

根据本发明通过以下手段实现此目的：在至少2、优选至少3、更 优选至少5、特别优选至少10次不对称压力变化循环(脉冲)条件下用 气体密度至少0.15至1.3kg/l的压缩气体(混合物)将所述固体和/或液体 化合物(浸渍材料)与不溶性载体基质接触，每次脉冲时间周期为至少 5s至60min、优选至少50s至20min、特别优选至少100s至10min， 各个达到压力最大值的时间周期大于压力降至最小值的时间周期。

此方法利用浸渍材料在近临界区内不同密度压缩气体中的不同溶 解度使浸渍材料从载体基质外部活性转移至内部。所述近临界区的定 义一般是压缩气体的对比温度在0.9至1.5的范围内和对比压力在0.8 至5的范围，这些所述的每个比值量是操作温度和操作压力分别与临 界温度和临界压力之比。

出乎意料的是，通过本发明方法特别是所述脉冲过程，可利用动 态溶解作用达到将所述浸渍材料从载体基质外部向内部活性材料转移 的目的：在超临界状态提高压力时，气体的密度增加，从而使其对浸 渍材料的溶解能力增加。从低气体密度开始向更高密度进展，这导致 所述气体流向载体基质中，超临界状态气体体系的高扩散性特别有利。 此外，已发现：由于气体密度增加，同时使所述浸渍材料更好地溶于 所述气体并与流入气流一起转移至基质中。若排除基质内的吸附和质 量分配效应，则气体密度减小即压力降低时，所述浸渍材料将再与流 出气流一起从基质中排出。然而，出乎意料的是，通过减压的时间周 期比升压的时间周期短能基本上避免此情况。这是因为在短膨胀时间 内，所要材料不可逆地淀析于基质内，而在前面较慢的升压过程中， 留有足够长时间使所述浸渍材料溶于所述气体(混合物)并与之一起转 移至基质内。这些效应不能这样明确地预测。

压力脉冲的次数、脉冲循环的时间及压力和密度差一般分别取决 于所述浸渍材料、要浸渍的载体基质、所述设备特定的先决条件、和 要浸渍材料在基质内分布的目标程度。

本发明所考虑的因素中最基本的一点是每次脉冲中达到各最大峰 值的时间周期(tto max)大于压力降至最小峰值的时间周期(tto min)：tto max ＞tto min。根据生产设备的尺寸，各脉冲的持续时间为至少5s至60min、 优选至少50s至20min、特别优选至少100s至10min。已证明就所述 方法而言，如果tto max＞＞tto min、尤其是tto max比tto min大5至30倍、 优选9至25倍是合适的，因为这样可最有效地抑制所述浸渍材料从载 体基质中的反向转移。然而，由于快速密度变化导致载体基质变得“不 稳定”即损坏、特别是“崩溃”的事实也会限制压力和密度降的最小 时间周期。但可根据经验设置所述工艺过程来排除所述基质损坏的现 象。

本发明方法可用于生产有浸渍材料引入载体基质中的多种产品和 中间产品，其中。已证明适用的典型浸渍材料是所有生物活性化合物 如药物、农用化学和化妆用活性化合物，工艺用物质例如表面活性或 表面改性组合物(疏水或亲水)，或有机金属化合物。用于本发明的化合 物尤其是维生素、营养素(nutraceutical)、植物处理组合物、杀虫剂、 杀真菌剂、除草剂(即一般所述杀生物剂)、植物激素例如细胞分裂素， 还包括芳香物质、颜料和有另外功能的其它浸渍材料如分散剂、乳化 剂或化学反应性化合物例如表面反应性化合物。本发明内容中也可在 将载体基质中引入浸渍材料之后，在工艺现场引发化学反应，例如通 过升高温度或加入反应引发剂，以使所述浸渍材料化学结合在载体基 质上。

适合用作浸渍材料的唯一先决条件是其在所述压缩气体(混合物) 中的溶解能力。

优选的代表性载体基质是所有生物来源的材料，例如食品、饲料、 种子原料和其它有机和无机载体基质，优选其具有大和/或不易到达的 内表面积。这还包括在所述工艺条件下增大体积的载体基质，一般通 过溶胀实现，从而使所述外表面积及其内表面积增加。

特别适用于按本发明的化合物是合成、半合成和天然有机聚合物， 例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚乙醇酸(例如聚乳酸-乙醇酸，PLGA) 或碳水化合物如淀粉和环糊精，加上无机载体材料，特别是有较大内 表面积的那些，例如二氧化硅像沉淀或热解法硅酸或硅胶、硅铝酸盐， 或其它催化剂基料例如沸石、氧化铝、活性炭、二氧化钛和膨润土， 全部可以化学或物理改性形式使用。具有开或闭孔内部结构的载体基 质可以是(预)溶胀的，或者是挤出或发泡的基质。

实际上，本发明方法中，可利用很大密度范围的压缩气体或气体 混合物，即近临界或超临界的；本发明的极限值基本是至少0.15至 1.3kg/l，优选至少0.4至1.0kg/l，特别优选至少0.5至0.9kg/l。为能通 过工艺过程建立这些密度，按本发明的工艺压力应至少在5到800巴 的范围内改变，优选压力在至少30、特别是至少50到500巴的范围 内。优选所述工艺温度应高于所用气体或气体混合物的临界温度，特 别是至少31℃至200℃、优选至少40℃至150℃、特别优选至少50℃ 至100℃。

适用气体或适用气体混合物的选择也主要根据要引入载体基质内 的浸渍材料或不同浸渍材料的混合物。因而，所考虑气体/气体混合物 基本上是临界状态参数在工业可行限度内的气体体系。其中所述气体 体系的临界温度特别重要，在过度值下可能导致浸渍材料和载体基质 热损伤。因此已证明适用于本发明方法的气体是二氧化碳、丙烷、丁 烷、乙烷、乙烯、二甲醚、氨、卤代烃包括氟代、氯代、溴代和碘代 支链或无支链C1-C4烃特别是部分或全氟代烃或其混合物。

可实施本发明方法的先决条件是浸渍材料在压力最大峰值时，其 在所述气体(混合物)中的溶解度部分地比在压力最小谷值的溶解度明 显更高。相反，浸渍基质即载体基质在给定工艺条件下必须既不溶于 近临界状态气体(混合物)也不溶于超临界状态气体(混合物)。在此情况 下绝对压力最小值由气体(混合物)对浸渍材料的最小溶解能力决定， 且所述绝对压力最大值由浸渍材料在压缩气体(混合物)中的最大溶解 度决定。

从绝对压力最小值至绝对压力最大值的压力范围是原则上可进行 操作的范围，但未必完全使用。

优选一个脉冲过程的最大压力值压力是最小压力值压力的1.1倍、 更优选1.3倍、还更优选1.5倍、还更优选2倍、最优选5倍。此外， 最大压力值压力优选设置为能使其比最小压力值压力高至少1巴、优 选至少5巴、更优选至少10巴、最优选至少20巴。在此情况下，最 大压力值中气体(混合物)溶解能力优选比最小压力值中气体溶解能力 好至少2倍、优选至少10倍。

为实现所述浸渍材料从载体基质表面向内部的最有效的传质，各 脉冲过程中密度差应尽可能大。当所述气体或气体混合物对所述浸渍 材料不再有任何溶解能力时，存在一个能有适宜实际操作的最小密度 值下限。对于所述方法的密度而言，最大峰值原则上没有上限。但由 于所述方法是基于在不同密度下载体基质内气体流入或流出的传递原 理，采用多于10倍的相应气体或气体混合物的超临界压力实际上不再 合适，一般也不经济，因为所述密度将经历比在所述气体体系的近临 界状态范围内明显更低的变化。

对总是由升压和减压的两个时间周期之和构成的各脉冲来说，本 发明设想其周期可彼此不同。即各脉冲的时间周期可比前面和/或后面 脉冲更短或更长，单次脉冲持续至少5s至60min、优选至少50s至 20min、特别优选至少100s至10min。

但在某些变通方法中，也可能需要不同单次脉冲循环内各时间周 期彼此不同，仅仅是指脉冲的升压时间周期和/或减压时间周期彼此不 同。但甚至在这些情况下，重要的一点是每单次脉冲中升压时间周期 始终大于减压时间周期。在各单次脉冲中也可选择不同的最小压力值 和/或最大压力值。

但是也可将液体助剂尤其是能改善所述浸渍材料溶解度的液体助 剂加入所述近临界气体或气体混合物中，特别优选在常压下进行。适 用的此类助剂为例如水或选自有支链或无支链的、链长为C1-C10、优 选C1-C8、特别优选C2-C3的和/或有表面活性的短链醇、酮和酯的有 机溶剂，一般可按高达20％(重)、优选1至10％(重)、特别优选2至 5％(重)的浓度使用。但原则上也可使用夹带剂，例如在过程气体中设 置适合的pH环境。特别适用于此的是有机胺，例如三乙胺或氨，它 们还能改善所述浸渍材料的溶解度。

在此情况下，也可将所述的优选助剂和/或夹带剂且还有所有其它 适用的助剂和/或夹带剂加入所述浸渍材料中，也优选在常压下操作。 不仅可用作实际浸渍材料而且可用作助剂的其它物质是表面活性物 质，因为它们本身在超临界气体(混合物)中有良好的溶解度(称为“亲 气体表面活性剂”)。使用表面活性剂不仅能改善某些浸渍材料在气体 (混合物)中的溶解度(在此情况下所述表面活性剂起助剂的作用)，它们 还能促使所述浸渍材料渗透到载体基质内，因为通过降低表面张力而 使所述浸渍材料/气体(混合物)的物料体系的扩散能力提高。但若“亲 气体表面活性剂”用作实际浸渍材料，则所述浸渍过程的目的是改变 载体基质的表面性质，例如改善或降低它们的水湿性和相关性质。

关于本发明方法的具体实施方案，因本发明方法通常限于浸渍材 料向载体基质中的转移，未申请将浸渍材料沉积在载体基质表面上的 方式，因而可有多种变通方案。

典型地，所述方法在高压釜中进行，优选以不连续的分批方式进 行。

在一个具体变通方案中，本发明方法设有准备阶段，在准备阶段 中，高压釜装入载体基质和浸渍材料之后，用适合的气体(混合物)将 设备系统达到浸渍材料呈现上述溶解行为的相应压力。然后将超临界 状态的气体或气体混合物循环以使浸渍材料分布在载体基质上而且载 体基质床中活性化合物的浓度梯度达到可接受的最小值。然后降低所 述工艺压力从而降低气体体系的密度使浸渍材料沉降(沉淀；沉积)在 载体基质的表面上。虽然在此步骤中，由于气体(混合物)在超临界状态 的良好扩散能力，一些活性化合物可能已经渗透至载体基质内部，但 大部分总是留在载体基质的表面上，因为此部分浸渍材料与粒间体积 的气相分离开来。然后如前面所述，实施本发明所必需的实际脉冲过 程以实现从载体基质外部至内部的转移。

从实际、特别是经济方面出发，一种替代方法也是适用的，尤其 是若浸渍材料甚至在超临界状态的气体(混合物)中的溶解度也很低， 将气体或气体混合物在高压釜中循环以得到理想分布的载体基质填充 床，即填充床中的浓度梯度最小化所需的时间很长时。在这些情况下， 本发明通过传统技术特别是如已知的喷涂方法尤其是在流化床中或熔 融涂布法用浸渍材料预涂所述载体基质。在此情况下，浸渍材料涂于 载体基质颗粒的外表面上，浸渍材料基本不能以任何速率渗透到所述 基质颗粒的内部区域。然后将如此制备的材料同样经过本发明必需的 脉冲过程进行浸渍，结果使浸渍材料仅在此刻才转移至载体基质的内 部。此方法可有巨大的经济效益，因为溶于气体(混合物)中的浸渍材料 必须克服的实际转移路程极短，即仅从基质颗粒的表面移至其内部。 此外，通过此过程，可控制和更好地确保浸渍材料在基质颗粒上单一 负载量。

因此，本发明方法有很大的潜力，尤其是用于制备缓释活性化合 物生产所要求的将药物活性化合物引入有较大内表面积的适合载体基 质中。

另一应用实例是浸渍种子原料或给种子原料灭菌，本发明方法的 关键优点在于所述植物处理组合物不象迄今的现有技术那些仅保留在 种子颗粒的外部区域，而可引入种子的内部区域。对于某些应用来说， 这可导致效果改善同时剂量降低。

最后，所用浸渍材料还可以是要引入基质中的有机金属物质，尤 其是生产负载型催化剂中常用的有机金属物质。

除含优选各种方案的本发明方法之外，本发明还涉及用此方法生 产的所有浸制物质。

以下实施例用于举例说明本发明方法及所生产物质的优点。

实施例

实施例1：用亲脂性浸渍材料(β-胡萝卜素作为标记物)浸渍致密的 植物原料(稻谷)

1.1不对称脉冲循环(本发明)：

室温下，在搅拌罐中用细喷嘴将100ml含约3％(重)β-胡萝卜素的 植物油(浸渍材料)喷在2kg作为载体基质的市购脱壳稻谷(堆积密度约 0.6kg/l)上，同时将罐内物料彻底混合约30分钟。这使有色油均匀施 加在稻谷的表面上。用光学显微镜研究单个谷粒的横截面，显示只有 横截面的边缘区域被色料染红。然后将如此预处理的原料引入一个顶 部和底部用烧结金属板封闭的嵌入容器(容积3.5L)中。将装满稻谷的 嵌入容器嵌入高压萃取系统的高压釜中。先用二氧化碳将高压釜在50 ℃(通过夹套加热方法设定)下达到150巴的压力(最小压力值)。然后用 高压泵经5分钟的时间使压力缓慢地升至500巴(最大压力值)，然后 通过压力控制阀经15秒迅速降回到100巴。此脉冲操作以相同方式重 复20次。系统膨胀至常压之后，取出稻谷，将浸渍结果与原料对比。 所述染红的色素带已从边缘区域消失，在光学显微镜中观察到所述稻 谷整个横截面的淀粉体被β-胡萝卜素均匀染色。

1.2对称脉冲循环(对比)：

以与实施例1.1类似的方式对稻谷进行预处理，实际浸渍用20次 脉冲在相同的压力范围内对称地进行，即压力升至最大值的时间与压 力降到最小值的时间相同，即均为2.5分钟。

通过光学显微镜研究稻谷的横截面，显示只有边缘区域有不清楚 的洗掉的色素带，而色素β-胡萝卜素未分布在谷粒的整个横截面上。

实施例2：用药物活性化合物(酮丙酸)浸渍多孔无机载体基质 (Endobon)

使5g酮丙酸溶于150ml甲醇，将所述溶液与15g Endobon(Merck；多孔性羟磷灰石颗粒；2.8至5.6mm)一起移至圆 底烧瓶中。在搅拌下于旋转蒸发器上减压除去溶剂。

将如此预处理的原料引入顶部和底部用烧结金属板密封的嵌入容 器(容积0.5l)中。将嵌入容器嵌入高压萃取系统的高压釜中。先用含 有1％(重)甲醇作为夹带剂的二氧化碳将高压釜在50℃(通过夹套加热 设定)下达到100巴的压力(最小压力值)。然后用高压泵经3分钟的时 间使压力缓慢地升至250巴(最大压力值)，然后通过压力控制阀经20 秒迅速降回至100巴。此脉冲操作以相同方式重复10次。系统膨胀至 常压之后，取出浸渍的载体基质。

为表征，在溶出试验中测定所述载体基质上酮丙酸的释放速率， 与未经脉冲浸渍的起始原料和用对称脉冲循环(升压和减压均为1.5分 钟)处理的试样对比。实施例2(本发明)的试样显示出最长的释放曲线， 然后是对称脉冲处理的材料(对比)；未经压力处理的预涂起始原料显 示出最短的释放曲线。

实验结果表明(以酮丙酸为例)从内表面释放最慢(持续释放)，用本 发明方法可最有效地使活性化合物转移至载体基质的内表面。

实施例3：用硅油浸渍多孔有机载体聚合物(Accurel)

将20g Accurel颗粒(Akzo；高孔隙率聚丙烯)加入顶部和底部用 烧结金属板密封的嵌入容器(容积0.5l)中。将所述嵌入容器嵌入高压 萃取系统的高压釜中。先用丙烷使所述高压釜在96℃(通过夹套加热设 定)下达到100巴的压力。然后在高压釜上游泵入10g硅油(粘度为10 000mPa.s的二甲基聚硅氧烷)，恒温恒压下与1kg丙烷一起循环，以 使硅油均匀分布在Accurel载体基质填充床中。然后将压力降至43巴， 使硅油在丙烷中的溶解度下降。

然后在8次脉冲循环中，使压力从43巴(最小压力值)至70巴(最 大压力值)升高(升压时间：2分钟)和降低(降压时间：5秒)。然后使 系统达到常压，评价浸渍结果。

按本发明脉冲处理之前从高压釜中取出的Accurel试样表面明确 粘附硅油，与此相反，按实施例3浸渍的试样中硅油实际上已完全从 聚丙烯基质表面消失而转移至聚合物载体的内部。为进行对比，相同 的压力范围内进行对称脉冲循环(升压和降压时间均为1分钟)时结果 明显较差。

因此本发明具体涉及一种利用压缩气体使载体基质被固体和/或 液体化合物浸渍的方法，其特征是在至少2次不对称压力变化循环(脉 冲)下用气体密度为至少0.15和1.3kg/l之间的压缩气体(混合物)将固 体和/或液体化合物(浸渍材料)与不溶性载体基质接触，使持续时间在 5s和60min之间的每次脉冲中，压力达到最大值的时间周期大于压力 降至最小值的时间周期，绝对压力最小值由浸渍材料在气体(混合物) 中的最小溶解能力决定，绝对压力最大值由浸渍材料在压缩气体(混合 物)中的最大溶解度决定。所述方法的特征是不仅可使用多种浸渍材料 例如生物活性化合物、工业物质或有机金属化合物，而且可使用生物 来源和有机或无机物的载体基质，它们都有较大和/或不易到达的内表 面积。用此方法，优选用压缩的二氧化碳、丙烷、丁烷、乙烷或氨进 行，不仅可处理未处理过的载体材料，而且可处理已经预涂的材料。 结果是其内表面基本均匀地涂上浸渍材料，尤其可用于药物、农用化 学、化妆和技术领域。