核-殼粒子及其制備方法

專利名稱：核-殼粒子及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種含有粒子的顆粒組合物，粒子有一個位于包含了膜的殼內的疏水聚合物核心，以及制備所述粒子的方法。本發明還涉及聚合物粒子的穩定、均勻的分散體和制備所述分散體的方法。本發明還進一步涉及到控制活性物質從粒子中逸出的方法。
制備具有核殼結構的粒子的方法是公知的。一種方法涉及到在核心周圍讓聚合物團聚。在例如EP-A-356239和WO-A-92/20771中，敘述了一種由包圍著水性核心的聚合物溶液形成團聚涂層的方法，該方法適于制造可包含在洗滌劑濃縮液中的微膠囊。通過這種技術難以獲得其中的酶能令人滿意地保留在粒子中及濃縮液中、而在濃縮液被稀釋為洗滌用水時能可靠地從粒子中逸出的產品。
WO-A-97/24179描述了一種含有粒子的顆粒組合物，所述粒子有一個位于包含了膜的殼內的親水核心，包含以下(a)與(b)的締合產物，(a)一種由帶有至少兩個第一縮合基團的第一IFC反應物與帶有至少兩個第二縮合基團的第二IFC反應物之間的反應形成的IFC縮合產物，(b)一種聚集在油/水界面處的帶有與第二縮合基團締合的再生疏水基團以及再生反應性親水基團的兩親聚合穩定劑。
US-A-4708816描述了一種制備微膠囊的方法，該微膠囊之所以穩定，是因為微膠囊的密度被調節得與其所要分散于其中的水性漂白液十分接近。微膠囊包含一個內核和一個聚合物外殼，該外殼被用來改變密度以使其與用來分散粒子的液體介質相匹配。因而該方法需要殼壁被精確合成以使微膠囊的密度與給定的液體介質相匹配。事實上，通過僅靠外殼中的密度調節用聚合物的量來確定微膠囊密度的微膠囊方法，可能難以始終如一地制備出具有精確密度的微膠囊。因此載體相必然比成壁物質的密度更大。
US-A-3676363描述了一種通過在膠囊材料中混入細分的加重化合物來制備加重的微膠囊的方法。所混入的加重化合物的量將取決于由液體比重決定的膠囊所需的重量。該參考文獻似乎專門涉及增加粒子的密度以用于諸如鹽水的高密度液體。
US-A-5723059描述了通過改變液體的密度以使其與被分散粒子的密度相匹配，從而對微膠囊相改變物質在聚α烯烴電子冷卻液中的分散體進行改進。這僅適用于油基連續相的密度可變的體系。
制備具有預定密度的微粒以在烴類液體中形成均勻的分散體是已知的。
然而，現在需要一種可以在液體中容易地、始終如一地形成均勻分散體的粒子。還需要一種形成此種分散體的改進方法，其中粒子或微膠囊均勻分布，并能避免粒子的表面分層、“形成乳狀液”，還能避免粒子的沉積。尤其對于在非水性液體、特別是烴類中的分散體而言更需要滿足這些。
此外還需要對含有活性物質的粒子加以改進，并改進釋放所述活性物質的方法。
按照本發明的第一方面，我們提供了一種含有粒子的顆粒組合物，粒子有一個位于殼內的含有疏水聚合物的核心，其特征在于外殼含有一種半透膜。
核心至少含有一些疏水聚合物對于本發明粒子的功能而言是重要的。在本發明的一種形式中，核心含有一種水性液體，它包含了散布于其中的疏水聚合物粒子。在另一種形式中，核心可以含有疏水聚合物粒子的附聚物。在另一種形式中，核心含有疏水聚合物的基體。在本發明的所用這些形式中，核心被認為是一種疏水聚合物核心。
粒子可以含有一種核心，其本質上是一個獨立而完整的聚合物核心物質的基體。或者，核心物質含有遍布于基體聚合物中的空隙或空穴。此外，核心還有可能含有其它成分，例如它們遍布于疏水聚合物核心中。
理想的是，疏水聚合物核心是任何能夠吸收、浸透或溶解在疏水的或與水不混溶的液體中的適宜物質。
在本發明的一種形式中，核心也含有疏水的液體。理想的是，疏水液體已被疏水聚合物核心物質所吸收或浸透。
本發明的優選形式涉及到以下粒子，該粒子包含一個含有被吸收或浸透的疏水液體的核心和一個半透膜外殼，其中核心含有i)含有分散的疏水聚合物粒子的水性液體，ii)疏水聚合物粒子的附聚物，或iii)疏水聚合物基體。在每種情形中，疏水液體優選被疏水聚合物吸收或浸透在疏水聚合物中。本發明的這種優選形式可以這樣獲得將粒子分散到所述的疏水液體中足夠長的時間，以使疏水液體穿過半透膜并進入疏水聚合物核心。
在一種優選形式中，粒子含有活性物質。活性物質可以是任何按照受控釋放機理的作用而緩慢釋放、或者保留在粒子中執行某些功能的活性成分。留在粒子中的此種活性物質可以是顏料、染料或成色劑，而且粒子可以被用于成色應用中。一般，活性物質可以是選自芳香油、潤滑油、精油、蠟抑制劑、防腐劑、著色劑、氧清除劑、抗氧劑和維生素的任何物質。
疏水聚合物核心物質可以是任何表現出疏水特性的聚合物。可以是天然聚合物，但優選是合成的聚合物。理想的聚合物可以是縮聚物，例如聚酯或聚酰胺。聚合物可以是甲醛的縮聚物，例如酚醛樹脂。其它適宜的聚合物包括聚氨酯。優選地，疏水聚合物核心由烯屬不飽和單體或這些單體的混合物聚合形成。通常，單體或單體混合物是疏水的，但可以包括一些親水單體，只要所得的聚合物是疏水的即可。“疏水”是指疏水單體在100cm325℃的去離子水中的水中溶解度小于5g。“親水單體”是指該親水單體在100cm325℃的去離子水中的水中溶解度至少為5g。一般，單體包括不具有離子型或親水性官能團的單體。適宜的單體例如是丙烯腈、烯屬不飽和羧酸酯、苯乙烯、不飽和羧酸的乙烯基酯(例如醋酸乙烯酯)。優選地，疏水聚合物核心由包含烯屬不飽和羧酸的C4-C30烷基酯、更優選(甲基)丙烯酸的C4-C30烷基酯的疏水性單體或單體混合物形成。特別理想的單體包括丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸異丁酯，或這些單體的混合物。單體混合物還可以包含用于交聯聚合物核心物質的多烯屬不飽和單體。或者，理想的是用包含兩個或多個官能團的其它交聯劑進行交聯，所述官能團可以橋接兩個或多個聚合物鏈。然而優選的是，在使用交聯劑時，它們是與單體混合物相容的、在聚合期間引起交聯的多烯屬不飽和單體。適宜的交聯單體包括二乙烯基苯，二丙烯酸乙二醇酯或三丙烯酸季戊四醇酯等。疏水聚合物在25℃的去離子水中不溶解或膨脹。
聚合物核心物質可以通過任何適宜的產生疏水聚合物粒子的聚合方法來形成。疏水聚合物粒子可以通過如EP-A-697423或US-A-5070136所述的水乳液聚合而方便地制備。在典型的聚合方法中，將單體或單體混合物添加到含有適量乳化劑的水相中。一般，乳化劑可以是任何市售的適于形成水乳液的乳化劑。理想的是這些乳化劑在水相中比在與水不混溶的單體相中更易溶，因而表現出較高的親水親油平衡(HLB)。乳液聚合的機理涉及到單體經水相轉移而在膠束中聚合，因此乳化不是很關鍵。然后通過使用(如果合適)引發劑體系，如UV引發劑或熱引發劑，聚合反應得以進行。引發聚合反應的適宜的技術有，將單體水乳液的溫度升高至70或80℃以上，然后根據單體的重量，加入50-1000ppm的過硫酸銨。
或者，疏水聚合物核心也可以從市售商品中獲得，如Alcomer 274(CibaSpecialty Chemicals的商標)。
理想地，疏水聚合物呈聚合物粒子分散在液體介質中的形式，其中聚合物粒子的平均粒徑分布小于10微米。優選平均粒徑分布小于2微米。一般，平均粒徑高于100nm，往往介于200nm與1微米之間，如500-750納米的范圍內。
本發明的粒子可被制成任何適宜的尺寸。然而通常粒子的平均粒徑小于30微米，經常在0.5-30微米的范圍內。優選粒子的粒徑小于10或20微米，如750納米到2微米的范圍內，最優選的是1微米左右。
本發明的組合物可以通過在疏水聚合物核心物質周圍形成殼來制備，其中殼包含一種半透膜。優選地，殼通過界面縮聚反應形成。該反應可以這樣進行將第一界面縮聚反應物混入疏水聚合物粒子在第一液體介質中的分散體中，然后形成第一液體的分散體，使所述的聚合粒子包含在與第一液體不混溶的第二液體介質中。界面縮聚反應可以這樣進行加入能與第一反應物反應的第二界面縮聚反應物來進行界面縮聚反應。所形成的殼基本上由包裹著核心物質的單層膜構成，或者可以由數層界面縮聚產物形成，而且可以呈較堅固的聚合物殼的形式。對于本發明而言必需的是殼含有一種半透膜。優選的是，整個殼是一種半滲透阻擋層，并可以被稱為半透膜。
半滲透阻擋層或半透膜是指小分子可以通過并能阻止大分子通過的阻擋層或膜。因而在本發明中，較小的分子，例如油和其它疏水液體可以通過半滲透阻擋層進入核心，但聚合物核心材料卻被防止脫逸。因而本發明設想出這樣的粒子，它含有被半滲透殼包圍的疏水核心，其中疏水液體溶劑對聚合物核心有高的滲透勢。即使浸透了較大量的疏水液體時，滲透勢優選仍應當較高。因而在一個更優選的形式中，半滲透殼允許小分子(如疏水液體)通過，而阻止核心物質的損失，也起到了限制核心所能溶脹和膨脹的量的物理阻擋層的作用。因此在這種情形下，粒子被認為是充分脹滿的。
也可以預計到，疏水聚合物核心物質可以包含不止一種的特定聚合材料。一種實現方法是，在包囊過程中使用不同的水乳液疏水聚合物的混合物。這樣乳液聚合物的混合物可以包含一種、兩種或多種不同的疏水聚合物，因而疏水核心物質含有不同的疏水聚合物的混合物。可以對包含在核心中的不同疏水物的選擇進行設計，以使不同疏水液體的混合物可以被浸透。這對于諸如精油、石油、柴油和原油的疏水液體而言可能是重要的。因此可以選擇特定疏水聚合物質的混合體以給特定的疏水液體混合物提供最大的吸收容量。對特定核心物質的選擇及其比例取決于有待吸收的疏水液體的組成和特性。
按照本發明的第二方面，我們提出了制備粒子的方法，該粒子有一個位于殼內的含有疏水聚合物的核心，其中殼含有一種半透膜。該方法主要包括以下步驟a)將疏水聚合物的水乳液分散到含有乳化劑的與水不混溶的液體中，形成由包含疏水聚合物的水分散相構成的逆相乳液，b)誘發至少一種界面縮聚反應物進行界面縮聚反應以形成包圍著疏水聚合物的聚合殼，從而形成粒子的分散體，c)非必需地將粒子的分散體脫水以除去粒子中殘留的水。
這樣，當不采用脫水步驟(c)時，這樣形成的粒子將包含一個包裹著水性液體核心的殼，水性液體中分散有疏水聚合物粒子。通常水乳液聚合物導致平均粒徑低于1微米，例如50-750nm，通常100-600nm，優選200-500nm，尤其是300-400nm。通常，包含在核心中的疏水聚合物粒子具有相同的平均粒徑。
當采用脫水步驟(c)時，水性液體可以被部分地或基本上除去。由于除去了水，疏水聚合物粒子會聚結為一個基本完整的疏水基體核心。或者，疏水聚合物粒子可以部分地聚結或粘在一起形成疏水聚合物粒子的一個或多個附聚物。附聚物的主要粒子通常具有與由水乳液聚合生成的粒子相同的尺寸。疏水聚合物可以依據是否需要固態的基體或附聚物來選擇。因此，具有較高軟化溫度的疏水聚合物傾向于形成附聚物，而具有較低軟化溫度的疏水聚合物傾向于基本上完全聚結為一個單獨的完整基體。
在本發明的一個可替換方式中，活性成分存在于本發明的第二方面所述的與水不混溶的液體中。在本發明的這種方式中，含有活性成分的與水不混溶的液體被吸收或浸透入疏水聚合物中。因此，殼在含有與水不混溶的液體和活性成分的疏水聚合物周圍形成。殼壁形成以后，可以采用脫水步驟，其中水被從核心脫除，產生了含有完整的疏水聚合物基體或疏水聚合物的附聚粒子的核心，其中核心含有活性成分。
在該可替換方式中，活性成分可以溶解在與水不混溶的液體中，這種情況下活性成分也可以被浸透入疏水聚合物中，導致活性成分遍布于疏水聚合物中。而活性成分也可以分散在而非溶解在與水不混溶的液體中。在這種情形下，活性成分可以是溶于水的，因此將不會被疏水聚合物吸收，而是傾向于被殼所環繞的核心中的疏水聚合物捕獲。這種水溶性活性成分反而會溶解在疏水聚合物水乳液的水相中。因此當實施脫水步驟時活性成分會沉淀，因而活性成分被捕獲在疏水聚合物粒子之間的空隙中。當疏水聚合物核心形成一個固態基體時，水溶性活性成分遍布于基體中，例如作為被疏水聚合物物理束縛的固體。
本發明的第二方面的一個優選方式中，殼由基本油溶性的帶有至少兩個第一縮合基團的第一界面縮聚反應物與基本水溶性的帶有至少兩個第二縮合基團的第二界面縮聚反應物的界面縮聚反應形成，該方法包括在實施步驟(a)之前，將第二界面縮聚反應物與疏水聚合物水乳液混合，然后再混入到第一界面縮聚反應物中以誘發步驟(b)的界面縮聚反應，并使第一與第二界面縮聚反應物之間發生反應以形成殼。
理想的是，與水不混溶的液體是適于乳液聚合的油。優選的與水不混溶的液體是一種烴。典型的液體例如可以是EP-A-150933中所述的那些。然而，理想的是使用特別純的與水不混溶的液體。理想的是使用高純度的醫用級白油。特別優選的一種醫用級白油是Kristol M 14(RTM)。選擇與水不混溶的液體以使其容易被疏水聚合物所吸收。然而，較有利的是在成殼階段疏水聚合物吸收或浸透與水不混溶的液體。
正如對本發明第一方面進行的討論，疏水聚合物核心物質可以是任何具有疏水特性的聚合材料。理想的是，疏水聚合物核心能夠吸收疏水液體。通常，單體或單體混合物是疏水的，但也可以包括一些親水的單體，只要最終的聚合物是疏水的即可。通常，單體包括不具有離子型或親水性官能團的單體。適宜的單體例如有丙烯腈、烯屬不飽和羧酸酯、苯乙烯、不飽和羧酸的乙烯基酯(例如醋酸乙烯酯)。優選地，疏水聚合物核心由以下的疏水性單體或單體混合物形成，所述的單體或單體混合物包含烯屬不飽和羧酸的C4-C30烷基酯，更優選的是(甲基)丙烯酸的C4-C30烷基酯。特別理想的單體包括丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸異丁酯，或這些單體的混合物。疏水聚合物中所含單體的選擇和比例應使聚合物吸收某一種疏水液體比吸收別的疏水液體更容易。
該方法中步驟(a)中所用的乳化劑可以是任何合適的乳化劑，特別是通常用于逆相乳液聚合反應中的乳化劑。優選的乳化劑是同時帶有親水部分和親油部分的聚合乳化穩定劑，以使其與界面締合，幫助穩定分散相，防止粒子的附聚。特別優選的聚合乳化劑是油溶性或油溶脹性的兩親聚合穩定劑。
除了穩定分散相和防止粒子附聚外，理想的是穩定劑實際參與成殼過程。這種反應性穩定劑含有能使其參與界面縮聚反應、同時又不損害其作為穩定劑的功能的活性基團。因此乳化劑可以是一種穩定劑，它包含再生疏水基團和再生反應性親水基團，這些基團在第一界面縮聚反應物與第二界面縮聚反應物混合之前，與第二界面縮聚反應物的第二縮合基團締合。
第一界面縮聚反應物應當以任何允許形成膜而不損害穩定性的適宜方法混入分散體中。這可以通過混合第一界面縮聚反應物來實現，方法是將分散體與第一界面縮聚反應物在分散體與第一界面縮聚反應物的重量比在混合過程中基本保持恒定的條件下混合。在該方法中，成殼過程傾向于恒定，其傾向于產生尺寸更一致的粒子和可避免發生附聚的更穩定的體系。非常理想的是，本發明的粒子保持單個的自由分散粒子的形式，該粒子含有包裹著核心的完整的殼。
在本發明的其它優選方法中，對所得的粒子在水不混溶性液體中的分散體進行以下處理向分散體中加入水混溶性有機液體(例如可以是表面活性劑)，將水不混溶性液體蒸餾掉，從而形成粒子在水混溶性有機液體中的分散體。假如需要，在水不混溶性液體和/或水混溶性液體中的分散體可以被蒸餾，以使其基本無水。
本發明的方法、尤其是那些使用乳化劑(它是一種聚合穩定劑，它在第一與第二反應物之間發生反應之前以某種方式與第二反應物締合)的方法，可以制備出濃度令人滿意的更均勻的粒子，尤其是可以制備出基本穩定的小膠囊化粒子的分散體(至少有90重量％低于30μm)。它們可以通過界面縮聚而有利地影響殼的制備。例如，通過對聚合物穩定劑及其量進行優化來降低獲得具有指定特性的殼所需的一種或兩種反應物的量。另外，使用穩定劑制備的粒子可以穩定地分散在別的液體中。
本發明的方法可以包含以下后續步驟從核心成分中蒸餾掉大部分或所有的水，直至粒子包含一種基本無水的包裹在界面縮聚聚合物外殼內的疏水聚合物核心。蒸餾步驟優選在減壓條件下進行。這種蒸餾通常稱為共沸蒸餾，因為一些有機液體往往與水一起蒸餾掉，盡管水與有機液體不必形成一種共沸物。
優選的是將本發明用于制備微粒子，通常至少90重量％的粒子的干尺寸低于30μm。本發明不僅允許制備較高濃度(例如終產物的25-50重量％)的這種粒子，也允許制備呈基本獨立的形式并基本穩定地分散在與水不混溶的液體中的粒子。
關于粒子的干尺寸，是指分散體蒸餾后所測量的粒子尺寸，蒸餾是為了產生基本無水的核心，例如總含水量(基于粒子的總重)低于20重量％，通常低于10重量％。但是如果在某些特殊過程中無法干燥分散體，那么干尺寸可以通過測量濕尺寸而推測出來。
本發明的方法適于制備任何尺寸適當的粒子。然而通常粒子的平均粒徑低于30微米，經常在0.5-30微米的范圍內。優選地，粒子的粒徑低于10或20微米，例如在750納米到2微米的范圍內，最優選的是1微米左右。
我們所說的“粒子基本上獨立且穩定地分散在水不混溶性液體中”是指大于30微米的粒子的總數(包括附聚粒子)低于10重量％，粒子優選不發生沉降，但如果發生，那么沉降的粒子通過輕微的攪拌就可以很容易地再分散。優選地，至少80重量％(優選至少90％)的粒子的干尺寸低于15微米或20微米，這樣尺寸大于15微米或20微米的附聚體的數目也應當低。優選地，至少70重量％(優選至少80重量％或90重量％)的粒子的干尺寸低于10微米。粒子可以小到，例如有50重量％低于1微米，但優選至少有50重量％、更優選至少有70重量％的尺寸在1-5微米范圍內。
另一種定義尺寸的方法是平均粒徑(基于重量平均)優選低于20微米，最優選低于10微米，經常是在1-5微米的范圍內。
粒子必須最初被制成處在水不混溶性液體中的油包水型分散體。這種液體優選不含鹵代烴(例如氯仿)，并且優選是一種烴。
當開始制備具有一個含有分散的疏水聚合物粒子的含水核心的粒子時，將用于提供核心物質的水性組合物分散在水不混溶性的非水性液體中。向分散體中加入一種低油溶性或非油溶性的基本為水溶性的界面縮聚反應物。在某些情況下，有待添加到粒子的殼或核心中的某些成分(例如某些IFC反應物或pH調節劑)可以在膠囊化之前、之中或之后加入。如需要，基本為水溶性的反應物可以在分散到水不混溶性液體之前混入水性核心組合物中。
反應物以及非必需的其它合適成分(例如pH調節劑，如氫氧化鈉)可以混入到預先形成的水性組合物在水不混溶性液體中的分散體中。在某些情況下，界面縮聚反應物可以是水性核心組合物中的水。在某些情況下，成殼可以通過兩個或多個連續反應來完成。
通常優選的是，水溶性反應物在油相中應當具有足夠的溶解度，以使其少部分溶于油相，或者使其至少遷移至油相與水相間的界面處。這促進了所希望的穩定劑與基本為水溶性的反應物間的締合。
優選地，水溶性界面縮聚反應物是胺，油溶性界面縮聚反應物是酸或酸的衍生物，而縮聚物為聚酰胺。更優選地，水溶性界面縮聚反應物是二亞乙基三胺。
優選的油溶性界面縮聚反應物是對苯二酰氯。在另一個優選的體系中，該方法中包括帶有側羧基的聚合乳化劑，水溶性的第二界面縮聚反應物是胺。
通常，當乳化劑為聚合物時，其優選是由烯屬不飽和親水單體和烯屬不飽和疏水單體的混合物經共聚反應生成的無規共聚物。特別理想的是，聚合乳化劑是至少一種離子型烯屬不飽和單體與至少一種非離子型水不溶性烯屬不飽和單體的無規共聚物。理想的是，離子型單體可以是選自丙烯酸、甲基丙烯酸和馬來酸(或酸酐)的陰離子型單體。非離子型單體可以是水不溶性的或相對不溶于水的單體，優選選自苯乙烯類和烯屬不飽和羧酸的脂肪族烷基酯。
特別有益的聚合乳化劑是與粒子的外表面共價鍵合的一種。因此對于這種聚合穩定劑而言，含有適宜的反應基團是重要的。通常這種聚合乳化劑可以含有選自環氧化物或羥基且共價鍵是醚的反應基團，或者反應基團是氨基且共價健是酰胺，或者反應基團是游離羧酸或酸酐或酰基鹵(或鹽)且共價鍵是酯或酰胺。
聚合乳化劑可以是含有二羧酸酐單元的親水性單體單元與疏水性單體單元的共聚物。通常，聚合乳化劑是疏水性單體單元與親水性單體單元的加聚物，其中疏水性單體單元含有游離羧酸或羧酸鹽單元以及選自縮水甘油基單體單元和酐單體單元的反應性單體單元。
本發明的第三方面涉及一種粒子均勻地分布在第一疏水液體中的穩定分散體，其中粒子包含位于殼內的核心，核心含有浸透了第二疏水液體的疏水聚合物，其特征在于殼含有一種半透膜。
現已發現，浸有第二疏水液體的本發明第一方面的粒子能夠在第一疏水液體中形成粒子被均勻分散的穩定分散體。已經發現，當粒子含有浸透的疏水液體、尤其當粒子呈脹滿的膠囊形式時，能夠形成長時間內不會附聚或沉降的穩定分散體。粒子可以具有任何適宜的尺寸，但優選的是粒子的平均粒徑小于30微米，經常在0.5-30微米的范圍內。更優選的是粒子的粒徑低于10或20微米，例如在750nm至2微米的范圍內，最優選的是1微米左右。
當第一與第二液體具有大致相同的密度時，可以按照本發明的該第三方面形成特別穩定的分散體。優選的是第一與第二疏水液體相同。
本發明的這方面特別用于液基體系，對于這種體系而言粒子的穩定均勻分布是重要的。例如存在許多應用，其中粒子或膠囊在液體介質中被用作活性物質的載體。因此在本發明的一種優選方式中，提供了一種含有活性物質的粒子的穩定分散體。
活性物質可以是任何活性成分，它們或者按照受控釋放機理的作用緩慢釋放，或者保留在粒子中執行某些功能。留在粒子中的這種活性物質可以是顏料、染料或成色劑，而且粒子可以被用于成色應用中。通常，活性物質例如包括芳香油、潤滑油、精油、成色化學物質、香味化學物質、化學信息素、除草劑、殺蟲劑、抗菌劑和催化劑。可以包含用于無炭復印紙的印刷和成像活性物質，例如油墨、色調劑和著色劑。其它活性物質包括工業粘合劑、密封劑、填料、涂料、催化劑、發泡劑、溶劑。適宜的活性物質還包括抗氧劑和/或氧清除劑。一種專用于潤滑油的特別適合的抗氧劑為Irganox L57(RTM)。另一種活性物質是染料傳遞催化劑或漂白促進劑，例如用于洗滌劑組合物。農用化學品，例如除草劑、殺蟲劑、防污劑、驅避劑、肥料也可以使用該技術膠囊化。食物和飼料活性物質如芳香劑、調味劑、防腐劑、營養素也可以進行膠囊化，用于以后的控釋。本發明也適用于藥物的膠囊化和可控釋放，以便維持或延長藥物的釋放或疫苗的釋放。本發明可以適用于化妝品以及各種健康和美容產品，也可適用于日用品例如肥皂、洗滌劑和增亮劑的生產。
當活性成分為著色劑時，可以是任何著色劑，例如染料、顏料或色淀。通常，合適的著色劑包括CTFA和FDA許可用于化妝品的任何有機或無機顏料或著色劑，例如色淀、氧化鐵、二氧化鈦、硫化鐵或其它用于化妝配方的常用顏料。顏料的例子包括無機顏料，例如碳黑、D & CRed7、鈣色淀、D & CRed30、滑石色淀、D & C Red 6、鋇色淀、紅褐色氧化鐵、黃色氧化鐵、褐色氧化鐵、滑石、高嶺土、云母、云母鈦、紅色氧化鐵、硅酸鎂和氧化鈦；有機顏料，例如Red No 202、Red No 204、Red No 205、Red No 206、Red No 219、RedNo 228、Red No 404、Yellow No 205、Yellow No 401、Orange No 40l和BlueNo 404。油溶性的染料的例子包括Red No 505、Red No 501、Red No 225、YellowNo 404、Yellow No 405、Yellow No 204、Orange No 403、Blue No 403、GreenNo 202和Purple No 201。還原染料的例子為Red No 226、Blue No 204和BlueNo 201。色淀染料的例子包括各種與鋁、鈣或鋇沉淀的酸性染料。
也可以使用傳統染料，而且可以是油溶性的或水溶性的。優選的著色劑是水溶性染料的水溶液。本發明適用的染料包括FD & C Blue No 11，FD & C BlueNo 12，FD & C Green No 13，FD & C Red No 13，FD & C Red No 140，FD & CYellow No.15，FD & C Yellow No.16，D & C Blue No.14，D & C Blue No.19，D & C Green No.15D & C Green No.16，D & C GreenNo.18，D & C Orange No.14，D & C Orange No.15，D & C Orange No.110，D & C Orange No.111，D & COrange No.117，FD & C Red No.14，D & C Red No.16，D & C Red No.17，D &C Red No.18，D & C Red No.19，D & C Red No.117，D & C Red No.119，D & CRed No.121，D & C Red No.122，D & C Red No.127，D & C Red No.128，D & CRed No.130，D & C Red No.131，D & C Red No.134，D & C Red No.139，FD &C Red No.140，D & C Violet No.12，D & C Yellow No.17，Ext.D & C Yellow No.17，D & C Yellow No.18，D & C Yellow No.111，D & C Brown No.11，Ext.D &C Violet No.12，D & C Blue No.16和D & C Yellow No.110。這些染料是已知的、市售的材料，它們的化學結構例如在21 C.F.R.Part 74(1988.04.01修訂)以及由Cosmetics，Toiletry and Fragrancy Association，Inc.出版的CTFA化妝品成分手冊(1998)中已加以闡述。本文引用這些出版物。
正如本發明第一方面所討論的，疏水聚合物核心物質可以是任何具有疏水特性的聚合材料。理想的是疏水聚合物核心能夠吸收疏水液體。通常，單體或單體混合物是疏水的，但也可以包括一些親水的單體，只有所得聚合物是疏水的即可。通常，單體包括不具有離子型或親水性官能團的單體。適宜的單體例如有丙烯腈、烯屬不飽和羧酸酯、苯乙烯、不飽和羧酸的乙烯基酯(例如醋酸乙烯酯)。優選地，疏水聚合物核心由包含烯屬不飽和羧酸的C4-C30烷基酯、更優選包含(甲基)丙烯酸的C4-C30烷基酯的疏水性單體或單體混合物形成。特別理想的單體包括丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸異丁酯，或這些單體的混合物，。
本發明的組合物可以通過在疏水聚合物核心材料周圍形成殼來制備，其中殼包含了一種半透膜。優選地，殼通過界面縮聚反應形成。這優選通過本發明的第二方面來實現。
在本發明這方面的一種優選方式中，粒子具有與第一疏水液體基本相同的密度。
如前所述，我們還考慮到疏水聚合物核心物質可以含有不止一種的特定聚合物。因此在本發明的這種方式中，提供了一種粒子的穩定分散體，該粒子含有經選擇的至少兩種不同的核心聚合物的核心，其中核心物質的數量及種類的選擇應使其可以吸收含有兩種或多種成分的疏水液體成分。因此含有一系列不同的(甲基)丙烯酸C6-C10烷基酯聚合物的粒子容易吸收石油液體的所有成分。因此吸收了所述石油液體的粒子可以容易地在石油中形成粒子均勻分布的穩定分散體。
具體核心物質的選擇和比例取決于有待被吸收的疏水液體的組成和特性以及用來分散粒子的疏水液體的組成和特性。
按照本發明的第四方面，提供了一種粒子均勻分布于第一疏水液體中的穩定分散體的制備方法，包括以下步驟，(a)形成一種含有粒子的顆粒組合物，其中粒子有一個位于殼內的包含疏水聚合物的核心；(b)將粒子分散到第二疏水液體中，其中疏水聚合核心是可溶解或可溶脹的，其密度與第一疏水液體大致相同；(c)經足夠長的時間以使第二疏水液體浸透入核心中的疏水聚合物中；(d)將步驟(c)中形成的含有第二疏水液體的粒子轉移到第一疏水液體中，其特征在于殼含有一種半透膜。優選的是第一與第二液體是基本相同的物質。
按照本發明的第五方面，提供了一種控制活性物質釋放的方法，包括向活性物質有待釋放入的基質或環境中加入一種含有粒子的顆粒組合物，所述粒子有一個位于殼內的包含疏水聚合物的核心，所述核心含有該活性物質，其特征在于殼含有一種半透膜。
理想的是，活性物質可選自任何前述的活性物質。
在本發明的一種方式中，活性物質被溶解或分散在一種疏水液體中，而且疏水液體和活性物質都被核心所吸收。因此在該情形下，疏水液體應當選擇得與活性物質相匹配。根據具體活性物質及應用的不同，有可能需要選擇一種能增強或阻止活性物質釋放的、具有特定揮發性的疏水液體。在本發明的另一種方式中，活性物質是一種疏水液體。
在本發明的一種優選方式中，核心所含的疏水聚合物可以含有不止一種的特定聚合物。因此在本發明的這種方式中，提供了一種穩定的粒子分散體，所述粒子含有一個由經選擇的至少兩種不同的核心聚合物構成的核心，其中核心物質的數量及種類的選擇應使其能夠吸收含有兩種或多種成分的疏水液體成分。因此含有一系列不同的(甲基)丙烯酸C3-C10烷基酯聚合物的粒子容易吸收精油的所有成分。因此吸收了所述精油的粒子可用于特定的基質，并能以可控的方式釋放。具體核心物質的選擇及其比例取決于有待被吸收的疏水液體的組成和特性以及活性成分的組成和特性。
以下是用于說明本發明的實施例。
實施例1通過用44.5份的去離子水稀釋5.9份市售的42.6％的聚(丙烯酸-2-乙基己酯)的膠乳來制備水相。向該水性混合物中加入1.0份的二亞乙基三胺(DETA)。
另制備一種含有5份20％的兩親穩定劑和145份非揮發性油的油相。
在高剪切的Silverson混合器中將水相緩慢加入油相中，使混合物均勻化，形成平均水滴尺寸為5微米的油包水型乳液。
在該油包水型乳液中加入溶解在44g非揮發性油中的1.0g對苯二酰氯(TPC)，通過界面聚合反應形成聚酰胺囊殼。將所得的微膠囊混合物再機械攪拌60分鐘以完成囊壁形成反應。
然后，將油中的微膠囊轉移到蒸餾燒瓶中，加入40g揮發性溶劑。對混合物進行真空蒸餾以除去水/揮發性溶劑混合物。在蒸餾過程中，起始溫度為25℃，升高到最高溫度100℃。在除去所有揮發性溶劑后，最終產物是一種微膠囊在非揮發性油中的懸浮液。該微膠囊由含有浸透了油的溶脹的聚合物核心和外部的聚酰胺殼構成。
實施例2重復實施例1，區別在于用聚(甲基丙烯酸月桂酯)的乳液聚合物代替聚(丙烯酸-2-乙基己酯)的乳液聚合物。
實施例3重復實施例1，區別在于用聚(甲基丙烯酸十八酯)的乳液聚合物代替聚(丙烯酸-2-乙基己酯)的乳液聚合物。
實施例4本實施例說明了當將實施例1-3的微膠囊加入石蠟油(Kristol M14油)中并儲存一段時間后，微膠囊通過自動調節其密度而分散并懸浮在油中。
對上述實施例1-3的每一個進行單獨測試。
在試管內，將0.1g微膠囊加入到10g Kristol M14油中，并混合至均勻。
在室溫下儲存一個月，監測裝有微膠囊的試管對沉降或乳化液分層的穩定性，從而監測其密度自動調節性。
在此期間，微膠囊的大部分還保持懸浮在液體油介質中。而且，每個樣品都用光學顯微鏡進行了觀察，證實了存在不連續的溶脹的微膠囊。
實施例5本實施例說明了微粒狀物質被捕獲在疏水粒子的核心中。C-749是一種用于洗滌劑組合物的曼陀羅堿(錳氧化)催化劑。
將C-749催化劑(5.0g)分散在含有45.5g 35％的Alcomer 274和45.5g水的乳液聚合物的含水混合物中。通過加入1.0M氫氧化鈉溶液將形成的混合物的pH值調節到10.0。
然后，在高剪切的Silverson攪拌器中，將以上水性混合物加入到含有10g兩親性穩定劑和290g Isopar G溶劑的油混合物中。將所得混合物均化10分鐘，以制備平均水滴尺寸為5微米的穩定的油包水型乳液。
將所得的乳液轉移到裝有機械槳式攪拌器的樹脂燒瓶中。向其中加入1.3g二亞乙基三胺，即第一成壁單體。將乳液混合物攪拌10分鐘后，加入溶解在100gIsopar G溶劑中的1.3g對苯二酰氯，即第二成壁單體。然后將所形成的膠囊混合物加熱到30℃并攪拌2小時以完成成壁反應。
然后對微膠囊混合物進行真空蒸餾以除去水。
最終產物是微膠囊在油中的懸浮液。該聚酰胺殼微膠囊有一個包有固體C-749催化劑的疏水聚合物核心。
權利要求
1.一種含有粒子的顆粒組合物，其中粒子有一個位于殼內的核心，該核心包含一種疏水聚合物，其特征在于殼含有一種半透膜。
2.一種如權利要求1所述的組合物，其中核心所含的疏水聚合物能夠吸收疏水液體。
3.一種如權利要求1或2所述的組合物，其中核心中的疏水聚合物含有疏水液體。
4.一種如權利要求2或3所述的組合物，其中疏水液體含有活性物質。
5.一種如權利要求1-4中任一項所述的組合物，其中活性物質選自芳香油、潤滑油、精油、蠟抑制劑、防腐劑、著色劑、維生素、抗氧劑和染料轉移催化劑。
6.一種如權利要求1-5中任一項所述的組合物，其中核心含有一種由疏水性單體或單體混合物形成的疏水聚合物，所述的疏水性單體或單體混合物包括烯屬不飽和羧酸的C4-C30烷基酯，優選(甲基)丙烯酸的C4-C30烷基酯。
7.一種如權利要求1-6中任一項所述的組合物，其中核心含有至少兩種不同的聚合物。
8.一種如權利要求1-7中任一項所述的組合物，其中殼是通過界面縮聚反應形成的。
9.一種如權利要求1-8中任一項所述的組合物，其中粒子的平均粒徑為0.5-30微米。
10.一種通過以下步驟制備粒子的方法，該粒子具有一個位于殼內的、含有疏水聚合物的核心，a)將疏水聚合物的水乳液分散到含有乳化劑的與水不混溶的液體中，形成一種由含有疏水聚合物的水分散相構成的逆相乳液，b)誘發至少一種界面縮聚反應物的界面縮聚反應，形成環繞疏水聚合物的聚合殼，從而形成粒子的分散體，c)任選地對粒子的分散體進行脫水，以從粒子中除去任何殘留的水，其特征在于殼含有一種半透膜。
11.一種如權利要求10所述的方法，其中，步驟a)中的水乳液或與水不混溶的液體中含有活性成分，而且與水不混溶的液體被疏水聚合物所吸收，所得的粒子含有被捕獲在核心中的活性成分。
12.一種如權利要求10或11所述的方法，其中殼是由基本油溶性的帶有至少兩個第一縮合基團的第一界面縮聚反應物與基本水溶性的帶有至少兩個第二縮合基團的第二界面縮聚反應物的界面縮聚反應形成的，該方法包括在實施步驟(a)之前將第二界面縮聚反應物與疏水聚合物的水乳液混合，然后再混入第一界面縮聚反應物中，從而誘發步驟(b)的界面縮聚反應，使得在第一與第二界面縮聚反應物之間發生反應以形成殼。
13.一種如權利要求10-12中任一項所述的方法，其中核心含有一種由疏水性單體或單體混合物形成的疏水聚合物，所述的疏水性單體或單體混合物包括烯屬不飽和羧酸的C4-C30烷基酯，優選(甲基)丙烯酸的C4-C30烷基酯。
14.一種如權利要求10-13中任一項所述的方法，其中核心含有至少兩種不同的聚合物。
15.一種如權利要求10-14中任一項所述的方法，其中乳化劑是油溶性或油溶脹性的兩親聚合穩定劑。
16.一種如權利要求10-15中任一項所述的方法，其中乳化劑是聚合物，并含有在與第一界面縮聚反應物混合之前與第二界面縮聚反應物的第二縮合基團締合的再生疏水基團和再生反應性親水基團。
17.一種如權利要求10-16中任一項所述的方法，其中第一界面縮聚反應物這樣進行混合將分散體與第一界面縮聚反應物在分散體與第一界面縮聚反應物的重量比在混合過程中基本保持恒定的條件下混合。
18.一種如權利要求10-17中任一項所述的方法，其中與水不混溶的液體是烴類液體，基本上不含鹵代烴。
19.一種如權利要求10-18中任一項所述的方法，其中水溶性界面縮聚反應物是胺，油溶性界面縮聚反應物是酸或酸的衍生物，而縮聚物是聚酰胺。
20.一種如權利要求10-19中任一項所述的方法，其中水溶性界面縮聚反應物是二亞乙基三胺。
21.一種如權利要求10-20中任一項所述的方法，其中油溶性界面縮聚反應物是對苯二酰氯。
22.一種如權利要求10-21中任一項所述的方法，其中粒子的平均粒徑為0.5-30微米。
23.一種如權利要求10-22中任一項所述的方法，其中乳化劑是聚合物，并帶有側羧基，第二界面縮聚反應物是胺。
24.一種如權利要求10-23中任一項所述的方法，其中乳化劑是由烯屬不飽和親水單體與烯屬不飽和疏水單體的混合物共聚形成的無規共聚物。
25.一種如權利要求10-24中任一項所述的方法，其中乳化劑是由至少一種離子型烯屬不飽和單體與至少一種非離子型水不溶性烯屬不飽和單體的無規共聚物。
26.一種如權利要求25所述的方法，其中離子型單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸和馬來酸(或酸酐)，非離子型單體選自苯乙烯和烯屬不飽和羧酸的脂肪族烷基酯。
27.一種如權利要求10-26中任一項所述的方法，其中乳化劑與粒子的外表面共價健合。
28.一種如權利要求27所述的方法，其中乳化劑含有的反應基團是環氧化物或羥基且共價鍵是醚，或者反應基團是氨基且共價鍵是酰胺，或者反應基團是游離羧酸或酸酐或酰基鹵(或鹽)且共價鍵是酯或酰胺。
29.一種如權利要求10-28中任一項所述的方法，其中乳化劑是含有二羧酸酐單元的親水性單體單元與疏水性單體單元的共聚物。
30.一種如權利要求10-29中任一項所述的方法，其中乳化劑是親水性單體單元與疏水性單體單元的加聚物，其中疏水性單體單元包括游離羧酸或酸鹽單元以及選自縮水甘油基單體單元和酸酐單體單元的反應性單體單元。
31.一種如權利要求10-30中任一項所述的方法，其中疏水聚合物核心能夠吸收疏水液體。
32.一種粒子均勻分布在第一疏水液體中的穩定分散體，其中粒子包含一個位于殼內的核心，且該核心含有浸透了第二疏水液體的疏水聚合物，其特征在于殼含有一種半透膜。
33.一種如權利要求32所述的分散體，其中第一與第二液體具有大致相同的密度。
34.一種如權利要求32或33所述的分散體，其中粒子含有活性物質。
35.一種如權利要求34所述的分散體，其中活性物質選自芳香油、潤滑油、精油、蠟抑制劑、著色劑、防腐劑、維生素、無炭復印紙的印刷和成像活性物質、工業粘合劑、密封劑、填料、涂料、催化劑、發泡劑、溶劑、農用化學品、食物和飼料活性物質、藥物、抗氧劑、染料轉移催化劑和化妝品。
36.一種如權利要求32-35中任一項所述的分散體，其中第二疏水液體含有兩種或多種成分，且核心含有至少兩種不同的疏水聚合物。
37.一種如權利要求32-36中任一項所述的分散體，其中粒子由權利要求10-31中任一項的方法形成。
38.一種制備粒子均勻分布于第一疏水液體中的穩定分散體的方法，包括以下步驟，(a)形成一種含有粒子的顆粒組合物，所述粒子有一個位于殼內的包含疏水聚合物的核心；(b)將粒子分散到第二疏水液體中，其中疏水聚合物是可溶解或可溶脹的，其密度與第一疏水液體大致相同；(c)經足夠長的時間以使第二疏水液體被浸透入核心中的疏水聚合物中；(d)將步驟(c)中形成的包含第二疏水液體的粒子轉移到第一疏水液體中，其特征在于殼含有一種半透膜。
39.一種如權利要求38所述的方法，其中第一與第二液體是基本相同的物質。
40.一種控制活性物質釋放的方法，包括向活性物質有待釋放入的基質或環境中加入一種含有粒子的顆粒組合物，所述粒子有一個位于殼內的包含疏水聚合物的核心，所述疏水核心物質含有所述活性物質，其特征在于殼含有一種半透膜。
全文摘要
一種含有粒子的顆粒組合物，所述粒子有一個位于殼內的、包含疏水聚合物的核心，其特征在于殼含有一種半透膜。顆粒組合物可被用于制備粒子均勻分布于第一疏水液體中的穩定分散體，其中粒子包含一個位于殼內的核心，且核心含有一種浸透了第二疏水液體的疏水聚合物。組合物可用于將活性物質膠囊化，也可用于持續釋放機理。
文檔編號C08F2/00GK1471429SQ01818190
公開日2004年1月28日 申請日期2001年10月23日 優先權日2000年11月6日
發明者K·K·米斯特里, J·A·普雷斯頓, K·C·西梅斯, K K 米斯特里, 普雷斯頓, 西梅斯 申請人:西巴特殊化學水處理有限公司