含有熱調節材料的組合物的制作方法
【專利說明】含有熱調節材料的組合物
[0001] 相關申請的奪叉引用 本申請要求來自于2013年2月27日提交的美國臨時申請號61/769, 783的優先權。
[0002] 發明背景。 發明領域
[0003] 本發明涉及化妝品組合物。更具體而言，本發明涉及含有組分的此類組合物，所述 組分能夠控制皮膚溫度，使得組合物在極端溫度環境下保持使用舒適。
[0004] 現有技術描述 可以控制皮膚上的過度熱的化妝品和皮膚護理產品是期望的，特別在運動及其他體育 運動期間，并且甚至在炎熱和/或潮濕環境中的日常活動過程期間。化妝品（且尤其是粉 底）在此類條件下不能持久且保持清爽外觀。使用化妝品的女性的常見抱怨是它可以感覺 像面具，特別是在炎熱和/或潮濕氣候中。另外，當她出汗時，粉底可以變成條紋狀且因此 不均勻，所以皮膚看起來吸引力較低。許多女性出于這些原因而不使用粉底。
[0005] 使得皮膚在體育活動期間和在炎熱和/或潮濕天氣中感覺更清爽且更舒適的化 妝品組合物由例如美國專利號6, 306, 497和6, 596, 286已知。所述專利公開了用于對皮膚 局部應用的化妝品，其含有纖維組分，包括芯吸（wicking)和/或蒸發纖維，用于促進不需 要的水分和油從皮膚表面逐出。然而，此類產品不能控制在面部和頸部皮膚的微環境中的 溫度波動。
[0006] 在極端溫度環境中保持穿著者舒適的高科技運動服裝也是已知的。此類服裝在 其中摻入含有相變材料（PCM)的熱可逆纖維。PCM是作為具有高熔化熱的物質的潛熱存儲 (latentheatstorage，LHS)單位，其在基本上恒定的溫度下恪融且凝固，并且能夠吸收、 儲存且釋放以熱形式的大量能量。當材料從固體變成液體時，熱被吸收或釋放，并且反之亦 然。服裝材料可以涂布到衣服上或以其他方式整合到衣服內，以響應于體溫且使此類衣服 的穿著者保持舒適-不會太熱也不會太冷。
[0007] 在外套服裝中使用的一個PCM實例是在耐熱性塑料的微球中封裝的石蠟樣物質。 PCM通過經由熔融和凝固而維持窄溫度范圍的中點；儲存且排放熱能來起作用。例如，在滑 雪夾克中使用的PCM可以保留在約27°C(80. 6°F)至38°C(100. 4°F)，其在具有約32°C 溫度的氣候中穿著，以便感覺舒適貼身。PCM的特異性范圍由構成材料的烴分子長度決定。 當夾克的穿著者穿上它時，PCM顆粒中的一些吸收體熱且部分熔融。在重體力作業期間，穿 著者的身體生成過量熱，其熔融剩余PCM。因為熱被熔融材料吸收而不是反射回身體，所以 夾克內部的溫度保持相對穩定。當夾克的穿著者冷卻下來時，夾克和身體之間的（環境） 溫度下降，PCM再凝固（例如再冷凍），并且在該過程中，將其儲存的潛熱釋放至身體。熱循 環可以無限期地繼續。
[0008] 雖然此類纖維可用于將身體的皮膚保持在舒適溫度下，但通常在日常活動執行期 間，并且特別當此類活動在炎熱和潮濕的環境中進行時，它們不用于面部區域中。因此仍存 在管理尤其是在面部皮膚上的溫度變化的需要，而無需穿著或具有針對面部皮膚的衣服。
[0009] 迄今為止，先前未提出盡管極端環境溫度，仍用于維持使用者的皮膚舒適的皮膚 化妝品，類似于將衣服置于皮膚附近的利益。消費者應當欣賞含有PCM的此類化妝品，其可 以使此類產品的使用者的皮膚維持在舒適溫度下，只要產品用在皮膚上。本發明滿足了以 下需求：以與粉底或其他皮膚護理產品的正常日常使用一致的方式，控制皮膚且特別是面 部和頸部皮膚上的極端溫度波動，以便使得化妝品在任何氣候中更舒適使用。此類化妝產 品必須配制為感覺輕松和自然，并且在皮膚上看起來良好，同時行使其所需功能。
[0010] 發明概述 本發明涉及用于局部應用于皮膚的化妝品組合物，其包含與化妝品相容載體組合的至 少一種相變材料（PCM)，其中所述PCM存在于化妝品組合物中，其量足以使得只要使用組合 物，化妝品組合物的使用者的皮膚就維持在舒適溫度下。組合物管理在面部和頸部皮膚的 微環境中的溫度變化，允許來自身體的熱被連續吸收、儲存且釋放，以便將化妝品使用者的 皮膚維持在舒適溫度下。皮膚感覺更清爽，并且摻入PCM或在摻入PCM的皮膚護理產品上 使用的粉底也保持外觀中的均勻和干凈。
[0011] 本發明還涉及使皮膚維持在舒適溫度下的方法。該方法包括對皮膚應用包含與化 妝品相容載體組合的相變材料（PCM)的組合物。組合物在皮膚上感覺且看起來自然，同時 甚至在劇烈的體力活動或極端溫度環境中，無論是極冷還是炎熱和/或潮濕，也使皮膚維 持舒適。
[0012] 本發明的優選實施方案的詳述 本發明提供了用于局部應用于皮膚且包含一種或多種PCM的化妝品組合物。化妝品組 合物中的PCM根據使用者皮膚的需要吸收、儲存且釋放熱，以使得使用者的皮膚維持在舒 適溫度下，并且盡管環境溫度中的變化，也維持粉底在皮膚上的清爽外表。
[0013] 當材料從一種狀態轉換為另一種狀態時，這個過程被稱為相變。通常，相變材料 (PCM)可以包含任何物質（或物質混合物），其具有吸收或釋放熱能以降低或消除在溫度穩 定范圍或其內的熱流量；即具有熱可逆特性的物質。溫度穩定范圍可以包含特定轉變溫度 或轉變溫度范圍。當出現溫度上升時，PCM通過吸收熱且將該能量儲存在液化PCM中而發 生反應。當溫度再次下降時，儲存的熱能被釋放，并且PCM再次凝固。相變材料并不新奇， 且存在于自然界中。實例是水，當它從液體變成固體冰時，其在〇°C下結晶。相變還在水加 熱至100°C的溫度時出現，在所述點下它變成蒸汽。除水之外，數百種天然和合成PCM是已 知的。這些材料在其相變溫度范圍及其儲熱容量中彼此不同。PCM能夠抑制當相變材料吸 收或釋放熱的時間期間的熱能流動，通常當相變材料經歷在兩種狀態（例如液態和固態、 液態和氣態、固態和氣態、或兩種固態）之間的轉變時。這種作用通常為瞬時的，例如將發 生，直到相變材料的潛熱在加熱或冷卻過程期間被吸收或釋放。在熔融過程期間，PCM以及 其周圍區域的溫度保持幾乎恒定。結晶過程也是如此。PCM可以在固相和液相之間反復轉 換，以利用其熔化潛熱在此類相轉換期間吸收、儲存且釋放熱或冷。相變材料通常可以通過 熱源或冷源有效再補充。
[0014] 在本發明的組合物和方法中最有用的PCM是在正好高于和低于人皮膚溫度的 溫度范圍內改變相的那些。人體的總體皮膚溫度從在49°F(9. 5°C)的環境溫度下的約 83°F(28. 2°C)至在％°F(35°C)的環境溫度下的約98°F(37. 2°C)不等。經73至 94°F(23至35°C)的環境溫度范圍，頭部的溫度特別從約93至97°F(34至36°C)不等。 用于本發明中的優選PCM在約80 °F至約110°F(約26. 7°C至約43. 3°C)的溫度范圍內改 變相。
[0015] 可以與本發明的各個實施方案結合使用的相變材料包括各種有機和無機物質。相 變材料的實例包括烴（例如直鏈烷烴或石蠟烴、支鏈烷烴、不飽和烴、鹵代烴和脂環烴）、水 合鹽（例如氯化鈣六水合物、溴化鈣六水合物、硝酸鎂六水合物、硝酸鋰三水合物、氟化鉀 四水合物、銨明礬、氯化鎂六水合物、碳酸鈉十水合物、磷酸氫二鈉十二水合物、硫酸鈉十水 合物和乙酸鈉三水合物）、蠟、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酯、1-鹵化物、伯醇、 仲醇、叔醇、芳香族化合物、籠形包合物、半籠形包合物、氣體籠形包合物、酸酐（例如硬脂 酸酐）、碳酸乙烯酯、多元醇（例如2, 2-二甲基-1，3-丙二醇、2-羥甲基-2-甲基-1，3-丙二 醇、乙二醇、聚乙二醇、季戊四醇、二季戊四醇、戊甘油、四羥甲基乙烷、新戊二醇、四羥甲基 丙烷、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇、單氨基季戊四醇、二氨基季戊四醇、和三（羥甲基）乙 酸）、聚合物（例如聚乙烯、聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚丙烯、聚丙二醇、聚四亞甲基二醇、聚 丙烯丙二酸酯、聚癸二酸新戊二醇酯、聚戊烷戊二酸酯、聚肉豆蔻酸乙烯酯、聚硬脂酸乙烯 酯、聚月桂酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸十六烷基酯、聚甲基丙烯酸十八烷基酯、通過二醇（或 其衍生物）與二元酸（或它們的衍生物）的縮聚反應產生的聚酯、和諸如聚丙烯酸酯或聚 (甲基）丙烯酸酯與烷基烴側鏈或與聚乙二醇側鏈的共聚物、和共聚物包括聚乙烯、聚乙二 醇、聚環氧乙烷、聚丙烯、聚丙二醇或聚四亞甲基二醇）、金屬及其混合物。
[0016] 可用于本發明中的具有通式CnH2n+2的石蠟（疏水線性烴）是無毒和廉價的，并且取 決于其碳原子數目，具有廣泛范圍的熔融溫度。通過選擇烴原子數目，可以對于具體應用定 制相變溫度。例如，正二十烷具有在約人體溫度下的熔融溫度。聚乙二醇（PEG)，商業石蠟 也是有用的，因為它是廉價的，具有適度的儲熱密度，和廣泛范圍的熔融溫度（當分子量低 于20, 000時，與分子量成正比例）。PEG的重復單位為氧乙烯（-0-CH2-CH2-)n，其中鏈的任 一末端包含羥基。在本發明的組合物中有用的脂肪酸和酯具有通式（CH3(CH2)2nC00H，并且 包括例如癸酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸及其混合物。用于本發明中的一些優選石蠟烴包括 正二十八烷、正二十七烷、正二十六烷、正二十五烷、正二十四烷、正二十三烷、正二十二烷、 正二i^一烷、正二十烷、正十九烷、正十八烷、正十七烷、正十六烷、正十五烷、正十四烷和正 十三烷。
[0017] 合適的無機PCM物質包括具有通式ΜηΗ20的鹽水合物。水合鹽是用于熱能存儲的 有吸引力的材料，這是由于其高容積存儲密度，相對高的導熱性和適度成本。基于鹽的PCM 溶液必須進行封裝，以防止熱蒸發或攝取。非限制性實例為Na2S04.H20和Μη(N03) 2. 6H20)。
[0018] PCM可以是兩種或更多種物質（例如上文討論的示例性相變材料中的兩種或更多 種）的混合物。通過選擇兩種或更多種不同物質（例如兩種不同的石蠟烴）且形成其混合 物，溫度穩定范圍可以在廣泛范圍上進行調整，用于任何所需應用。作為進一步實例，PCM可 以包含兩種或更多種物質（例如上文討論的示例性PCM中的兩種或更多種）的共聚物。將 期望提供PCM或者兩種或更多種PCM來響應于不斷改變的環境條件。低水平的熱保留通常 在溫暖天氣下是期望的，而高水平的熱保留通常在寒冷天氣下是期望的。
[0019] 根據本發明的一些實施方案的相變材料可以具有范圍為約-40°C至約 50°C(約-40 °F至約122°F)的轉變溫度，諸如約0°C至約50°C(約32 °F至約122°F)， 例如約20°C至約45°C(約68 °F至約113°F)，以及兩者之間的所有值，諸如約26. 7°C至約 43. 3°C(約80 °F至約110°F)。根據本發明的一些實施方案的相變材料可以具有潛熱，其 為至少約40J/g，諸如，例如至少約50J/g、至少約60J/g、至少約70J/g、至少約80J/g、 至少約90J/g、或至少約100J/g，諸如約400J/g以及兩者之間的所有值。
[0020] 根據本發明的一些實施方案，為了防止PCM在其液態時的溶解，PCM可以包括封 裝、含有、圍繞、吸收PCM或與PCM反應的外殼結構。因此，PCM可以封入直徑僅幾微米的小 塑料球體中。封裝的PCM可以直接用于本發明的化妝品制劑中，或可以分散在熔融聚合物 中且形成為合成纖維，例如其隨后可以摻入化妝品組合物內。外殼結構可以作用以降低或 防止相變材料泄漏到化妝品制劑內。
[0021]在實施本發明中有用的封裝PCM可以具有1至30Mm(微米）的近似直徑。通過 用保護涂層涂布微觀大小的PCM，顆粒可以懸浮于化妝品粉底或其他皮膚護理制劑的連續 相（例如水相或非水相）內。雖然PCM可以采取各種形式，諸如熔融形式，溶解于溶劑中等 等，但一旦涂布或封裝，PCM即可以以散裝形式、粉末、團塊、顆粒劑、絮片等等提供。
[0022] 封裝的PCM可以例如包含限定內腔的空心殼體，其中PCM包含在內腔中。此類微 膠囊應當對機械作用、熱和大多數類型的化學品是耐受的。當溫度由于更高的環境溫度而 上升時，封裝的PCM通過吸收熱來發生反應。膠囊中的PCM熔融。它們從其周圍環境中吸 取熱且儲存剩余能量。當溫度由于更低的環境溫度而下降時，膠囊釋放儲存的熱。封裝的 PCM提供通過PCM的熱吸收引起的冷卻效應，通過PCM的熱發射的發熱效應，起因于PCM的 循環熱吸收和熱發射的熱調節和熱屏障效應。
[0023] 通常，空心殼體可以以各種規則或不規則形狀（例如球形、橢圓形等等）和大小形 成。根據本發明的一些實施方案，空心殼體可以具有范圍為約〇.〇1至約500Mffl(微米）的 最大線性尺度（例如直徑），包括兩者之間的值。優選地，對于在本發明的組合物中的使用， 空心殼體基本上為球體，并且具有小于約100Mm(微米），例如約0. 5至約3Mm(微米）的 直徑。
[0024]PCM可以使用任何已知方法進行封裝。例如，PCM可以作為一個（或多個）粒顆 或一個（或多個）小滴提供，并且顆粒或小滴可以經由界面聚合法在顆粒或小滴的外表面 處封裝，以形成封入顆粒或小滴的空心殼體。作為另一個實例，顆粒或小滴可以用液體形式 (例如熔融形式）的聚合物材料涂布，并且涂布顆粒或小滴的聚合物材料然后可以固化，以 形成封入顆粒或小滴的空心殼體。關于示例性封裝方法的進一步細節描述于美國專利號 5, 589, 194 ;美國專利號5, 433, 953 ;美國專利號4, 708, 812 ;和美國專利號4, 505, 953,所 述專利的公開內容以其整體通過引入并入本文。
[0025] 封裝材料通常根據用于空心殼體的一種或多種期望物理特性進行選擇。示例性期 望物理特性包括但不限于機械特性（例如高耐久性、高柔韌性或低孔隙率）、熱特性（例如 高熱穩定性）、和化學特性（例如相對于封閉PCM的低化學反應性）。因此，封裝材料應當 良好導熱，并且應當能夠經受住當相變發生時的頻繁體積變化。其還應當限制化妝品制劑 中存在的水或其他媒介物/溶劑通過封裝材料壁，使得PCM既不干透也不吸收水或其他媒 介物/溶劑。另外，封裝材料應當顯示與PCM的化學相容性（即不與之反應）。封裝材料還 必須抵抗泄漏和降解。
[0026] 示例性封裝材料是無毒的（即，對在人皮膚上的使用安全），并且可以包括但不限 于脂肪醇（例如天然和合成脂肪醇）、脂肪酸、脂肪酯、蠟（例如天然蠟、合成蠟和改性蠟）、 聚合材料（例如聚酰胺、聚胺、聚酰亞胺、聚丙烯酸化物、聚碳酸酯、聚二烯、聚環氧化物、聚 酯、聚醚、多氟經、天然聚合物、聚丙稀、聚稀經、聚苯撐（polyphenylenes)、含娃聚合物、聚 氨酯、聚乙烯、聚縮醛、聚芳酯、共聚物及其混合物）、及其混合物。優選實例包括聚丙烯和 聚烯烴。封裝結構的其他實例可以包括二氧化硅顆粒（例如沉淀二氧化硅顆粒、煅制二氧 化硅顆粒及其混合物）、沸石顆粒、碳顆粒（例如石墨顆粒、活性炭顆粒及其混合物）、和吸 收性材料（例如吸收性聚合材料、超吸收性材料、纖維素材料、聚（甲基）丙烯酸酯材料、聚 (甲基）丙烯酸酯材料的金屬鹽及其混合物）。
[0027] -旦形成，封裝的PCM就可以直接摻入本發明的化妝品制劑內，或用于任何已知 方法，諸如熔融紡絲方法、擠出方法或注塑成型方法，以形成具有可逆熱特性的物品。如果 是后者，則封裝的PCM可以與一種或多種聚合材料混合，以形成摻合物，并且所得到的摻合 物然后可以進行加工，以形成例如但不限于合成纖維（例如尼龍纖維、聚酯纖維、聚乙烯纖 維、聚丙烯纖維和多組分纖維）、半合成纖維諸如人造絲（即，粘膠人造絲或再制造的纖維 素）、薄膜、泡沫、丸劑、顆粒劑，其可以摻入根據本發明的化妝品粉底或其他化妝品制劑內。
[0028] 作為一個實例，封裝的PCM可以摻入纖維內，所述纖維可以表現出在不斷改變的 環境條件下不同水平的熱保留。化妝品粉底可以用以下進行配制：摻入具有不同特性的兩 種或更多種PCM的纖維，或摻入第一類PCM的第一組纖維，和摻入第二類PCM的第二組纖 維，以便提供在溫暖天氣下的低水平的熱保留和在寒冷天氣下的高水平的熱保留，因此在 不斷改變的天氣條件下維持期望舒適水平。通過纖維本身的高水平的水分吸收性也可以作 用以降低皮膚水分量，例如由于出汗。另外，由纖維吸收的水分可以增強纖維的導熱性。因 此，例如，當摻入根據本發明的化妝品制劑內時，纖維可以作用以降