CN101874049B - 两亲共聚材料 - Google Patents

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Abstract

一种两亲聚合材料，其具有直链或支链聚合物骨架和多条连接至该骨架的亲水侧链，其中所述骨架为至少一种烯键式不饱和脂肪族烃单体和马来酸酐的共聚物，或者为马来酸酐、乙烯和另一种烯键式不饱和单体的三元共聚物。还提供了一种合成所述聚合材料的方法，以及含有两亲聚合材料的口香糖胶基、组合物和乳剂。

Description

两亲共聚材料
本发明涉及一种新的两亲共聚材料，所述材料为一种含有马来酸酐与烯键式不饱和单体的骨架、同时具有多条与该骨架相连的侧链的共聚物。所述新材料可用于降低掺入有该材料的组合物、尤其是口香糖组合物的胶粘性或粘着性。
口香糖的胶粘性引起人们对环境的极大关注。
在咀嚼常规的口香糖制剂之后，会余留下不溶于水的部分，其通常被称为“咀嚼物”。咀嚼物的主要成分是原始的口香糖胶基。尽管咀嚼物原则上容易处理，但是在不负责任地将其丢弃时，它会造成诸多环境问题，最突出的便是从公共场所除去咀嚼物所必需的花费。
WO2006/016179公开了粘着性降低的新聚合材料。所述新聚合材料被证明会减小掺入有该聚合材料的口香糖组合物的胶粘性。该聚合材料具有直链或支链碳-碳聚合物骨架和多条与该骨架相连的侧链。侧链来源自烷基甲硅烷基聚氧化烯或聚氧化烯，例如经由接枝的马来酸/酸酐单元连接至该骨架。
马来酸酐与烯键式不饱和单体的共聚物为本领域所熟知，并且可以商购获得。例如，聚(乙烯-交替-马来酸酐)和聚(异丁烯-交替-马来酸酐)可以从Sigma-Aldrich商品目录购买。
聚(乙二醇)与某些聚(单体-交替-马来酸酐)聚合物的骨架偶联。例如，Eckert等人在Macromolecules(1996)，29，560-567描述了聚(苯乙烯-交替-马来酸酐)与单甲氧基聚(乙二醇)的部分接枝。所得产物交联形成水凝胶微球。EP0945501描述了接枝有聚乙二醇的苯乙烯-酸酐共聚物。类似地，Liming等人在Chinese Journal of Polymer Science(1995)，13(3)，264-272中报道了聚(乙二醇)单甲醚于聚(乙烯基甲基醚-交替-马来酸酐)的骨架之上的接枝。US2006/0057209描述了基于酸酐的共聚物以及使这些聚合物官能化的方法。在一个实施例中，聚(苯乙烯-共-马来酸酐)与含有氨基的亲核试剂反应，该亲核试剂可以是例如氨基官能化的PEG衍生物。将该聚合物涂覆在表面上，从而改变该表面的亲水性。
制备含基于酸酐的接枝共聚物的组合物的无溶剂方法是已知的。例如，EP0945473描述了这样一种方法，其涉及将烯键式不饱和单体、酸酐单体、以及具有一个羟基或氨基末端基团的单官能聚乙二醇或多官能聚乙二醇和自由基引发剂混合形成混合物。将该混合物加热形成聚乙二醇和烯键式不饱和单体的接枝共聚物材料的混合物，该混合物含有接枝共聚物产物，可用作洗涤制剂中的去污剂。
本发明方法与EP0945473的公开内容的不同之处在于，EP0945473中的方法得到了多种不同的产物。本发明中所使用的方法通过使预先形成的聚合物骨架与侧链前体反应从而避免了这一问题。
需要提供粘着性降低并且可以经济有效地合成的其他新聚合材料。
本发明的第一方面提供了一种通式(I)的两亲聚合材料：
B-(OR)x    (I)
其中B为直链或支链的聚合物骨架，所述聚合物骨架为至少一种含有至少三个碳原子的烯键式不饱和脂肪族烃单体与马来酸酐的共聚物，并且各OR是与所述骨架相连的亲水侧链，其中x代表侧链的数目，范围为1至5000。
本发明的第二方面提供了一种生产本发明第一方面的两亲聚合材料的方法，其中至少一种烯键式不饱和脂肪族烃单体和马来酸酐组成的共聚物原料与通式(III)HO-R的侧链前体反应，得到通式(I)的两亲聚合材料。
本发明的第三方面提供了一种具有直链或支链聚合物骨架以及多条与所述骨架相连的亲水侧链的两亲聚合材料，其中所述骨架为马来酸酐、乙烯和另一种烯键式不饱和单体的三元共聚物。
本发明的第四方面提供了一种产生两亲聚合材料的方法，所述两亲聚合材料含有本发明第三方面范围内的直链或支链三元共聚物骨架。
本发明的第五方面提供了一种口香糖胶基，其含有具有直链或支链聚合物骨架和多条与所述骨架相连的亲水侧链的两亲聚合材料，其中所述骨架为至少一种烯键式不饱和单体和马来酸酐的共聚物。
本发明的第六方面提供了一种咀嚼组合物，其含有本发明第五方面定义的两亲聚合材料和一种或多种甜味剂或增香剂。
本发明的第七方面提供了一种乳剂，其含有本发明第一方面和第三方面定义的两亲聚合材料。
本发明聚合材料的骨架是有柔性的，并且与WO2006/016179中的聚合物(其骨架中没有马来酸酐)相比，其提供了更多的侧链连接点。通过改变不同的化学官能度并通过改变马来酸酐的比例，所述新的聚合材料可以具有多种不同的聚合物骨架。因此，通过侧链，可以比在WO2006/016179的聚合物中更为精准地控制衍生度。这使得可以更好地控制新聚合材料的物理性质。三元共聚物骨架中的乙烯共聚单体有助于提高该骨架的化学稳定性。
“两亲”是指聚合材料具有不同的亲水部分和疏水部分。“亲水”通常是指与水和其他极性分子进行分子内相互作用的部分。“疏水”通常是指优先与油或脂肪而不是水性介质发生相互作用的部分。通常，这一差异由侧链和骨架(侧链是亲水的，而骨架是疏水的)来提供。骨架的疏水度可通过改变骨架中马来酸酐的比例或者共聚单体的性质而改变。侧链和聚合物骨架可以是离子型的或非离子型的。
“侧链前体”为成为聚合材料中的侧链的侧链原料。“共聚物原料”为马来酸酐与一种或多种其他单体的共聚物，其与侧链前体反应并成为聚合材料中的骨架。类似的，“三元共聚物原料”为马来酸酐、乙烯和另一种烯键式不饱和单体的三元共聚物，其与侧链前体反应成为聚合材料中的骨架。三元共聚物是由三种不同单体聚合形成的共聚物。因此，术语“三元共聚物”落入术语“共聚物”的范围之中。在使用“共聚物”时，发明人是指本发明的第一方面，在使用术语“三元共聚物”时，发明人是指本发明的第三方面。但是，本发明的第一方面也包括三元共聚物。可以理解的是，原料中可以有多条共聚物/三元共聚物的链。类似地，聚合材料中也可以有与侧链相连的多条聚合物骨架链。
聚合材料中的侧链通常经由源自马来酸酐的单元连接至聚合物骨架。
在述及骨架中的马来酸酐时，应注意，发明人述及的是存在于共聚物或三元共聚物中的源自马来酸酐的单元。在聚合材料中，“骨架”包括源自马来酸酐的单元以及源自聚合形成聚合材料的骨架的其他单体的单元。“侧链”包括侧链前体在与共聚物或三元共聚物原料反应之后的剩余结构。
当骨架为共聚物时，通式(I)的聚合材料每个骨架包含1至5000条侧链，优选1至1000，更优选1至500或1至300，甚至更优选1至150、1至100或1至50。可以理解的是，所需的接枝到骨架上的侧链数目取决于骨架的分子量以及所得聚合材料的所需性质。在一些实施方案中，骨架中的源自马来酸酐的单元并非都与侧链连接。每一个源自马来酸酐的单元均可以与一条或者两条侧链相连。
当聚合材料的骨架为三元共聚物时，多条亲水侧链与骨架相连。通常，每个骨架连接有1至5000条侧链，优选1至1000、1至500或1至300，甚至更优选1至150、1至100或1至50。
两亲聚合材料的侧链通常是亲水的。在通式(I)的聚合材料中，各侧链由式OR表示。在具有三元共聚物骨架的两亲聚合材料中，侧链可以经由氮原子或氧原子连接至骨架。因此，该两亲聚合材料可以由通式(IV)表示，
B1-(YR1)x1  (IV)
其中B1为直链或支链聚合物骨架，并且各YR1为连接至该骨架的亲水侧链，其中Y为氧(O)或NR5，其中R5为H或C1-4烷基，并且x1表示侧链数目，并且其范围为1至5000。
Y优选为氧自由基O。
不囿于理论地，当将该材料掺入组合物、例如胶基中时，亲水侧链会显著降低处于干态的胶基的流动性，使得被丢弃的咀嚼物在变干之后更硬，并容易从表面除去。此外，亲水侧链使唾液在咀嚼时可充当弹性体增塑剂，使口香糖更有嚼头。
亲水侧链使聚合材料具有表面活性。在胶基中，具有亲水侧链的聚合材料在咀嚼期间于表面上富集，得到不与疏水表面、如沥青和沾有油脂的铺路石结合的亲水层。在存在水的情况下，聚合材料可以很容易从最常见的表面上除去。
聚合材料的亲水侧链优选源自聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(乙烯醇)、聚(苯乙烯磺酸)钠、多缩水甘油基、蛋白/多肽、多糖(如糖类和淀粉类)或聚(丙烯酸)；最优选聚(环氧乙烷)。连接至骨架之前的侧链可以具有末端羟基基团，以与马来酸酐单体形成酯键。聚(环氧乙烷)牢固地结合至简单的阴离子型表面活性剂，如在洗发香波和洗涤液中使用的那些阴离子型表面活性剂，从而形成电解质。在存在所述阴离子型表面活性剂和水的情况下，该聚合材料受到许多常见阴离子表面(包括氧化物表面、棉布和头发)的排斥。这有利于通过用肥皂水洗涤来除去含有所述新聚合物的胶基，所述新聚合物具有含相当百分比的聚(环氧乙烷)的接枝。
通常，加入充足的侧链前体，从而使得具有足以使每个马来酸酐单元接枝两条侧链的比率。更通常地，使充足的侧链前体反应从而确保1-100重量％的马来酸酐单元被侧链衍生化，更通常2-50％，大多数情况下为2-30％。但是，在本发明的一些实施方案中，加入充足的侧链前体以使骨架中100％的马来酸酐单元被衍生化。在另一个实施方案中，可以加入充足的侧链前体以使两条或者一至两条侧链前体与每个马来酸酐单元反应。
在聚合材料中，优选地，侧链OR或OR1优选具有式II
——O——(YO)a——(ZO)b——R3   (II)
其中Y和Z各自独立地为具有2-4个碳原子的亚烷基基团，并且R3为H或者具有1-12个碳原子的任选被取代的烷基基团，或者经由酰基基团连接的另一条聚合物链；
并且a和b各自独立地为1-200之间的整数，条件是a+b的和具有1-250范围内的值。
两种单体YO和ZO可以聚合形成嵌段共聚物(例如，通过将所述单体相继加入该体系中)，或者可以形成统计共聚物、无规共聚物或交替共聚物。其他实施方案可以具有含第三种单体的侧链。
a+b的和优选在5-200范围内，更优选为20-120。
通常，在式II的化合物中，亚烷基基团Y和Z均为-CH2-CH2。在一个实施方案中，式II中的基团R3为H。
在另一个实施方案中，R3为-CH3或另一种低级烷基(最多4个碳原子)基团。
在本发明的第一方面，聚合物骨架为至少一种含有至少三个碳原子的烯键式不饱和脂肪族烃单体与马来酸酐的共聚物。该共聚物通常为二元共聚物，即含有两种不同的单体(马来酸酐和一种烯键式不饱和单体)。所述烃单体仅含有碳原子和氢原子。最优选地，所述烯键式不饱和单体选自异丁烯、1，3-丁二烯、异戊二烯和十八碳烯。优选地，所述烯键式不饱和脂肪族烃单体具有3-5个碳原子。与具有在其骨架中含有多于5个碳原子的烃单体的聚合材料相比，这样的聚合材料通常具有更大的亲水程度。
或者，所述烯键式不饱和单体含有7个或更多碳原子。例如，它可以具有8-30个碳原子。所述聚合材料中碳原子数目的增加使所述骨架具有更大的疏水程度，从而使得该材料更适合某些应用。通常，该共聚物含有1-75重量％的马来酸酐，优选1-50％或5-50％、甚至更优选10-50％。
在本发明的第三方面，所述聚合物骨架为马来酸酐、乙烯和另一种烯键式不饱和单体的三元共聚物。所述另一种烯键式不饱和单体被冠以“另一种”以使其与乙烯(同样也是一种“烯键式不饱和单体”)区分。
通常，所述另一种烯键式不饱和单体为丙烯酸烷基酯，例如，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸丁酯。
在一个不同的实施方案中，所述另一种烯键式不饱和单体为乙酸烯基酯，优选乙酸乙烯酯。或者，它可以是乙烯基醚。
特别优选的三元共聚物骨架为乙烯-共-丙烯酸丁酯-共-马来酸酐和乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-马来酸酐。
烯键式不饱和单体和马来酸酐的共聚物可以为无规共聚物、统计共聚物、交替共聚物或嵌段共聚物，如A-B或A-B-A嵌段共聚物。在一个实施方案中，所述共聚物为一种交替共聚物。在另一个实施方案中，所述聚合物为一种无规(或统计)共聚物。类似地，所述三元共聚物C-D-E可以是一种无规聚合物或一种嵌段共聚物(其中C为乙烯，D为马来酸酐，并且E为所述另一种烯键式不饱和单体)。
——(C)X——(D)Y——(E)Z——
通常，C的存在范围为25-95重量％。D通常的存在范围为1-50重量％。E通常的存在范围为5-70重量％。
本发明中所述的三元共聚物原料通常含有1-50重量％的源自马来酸酐的单元，更通常1-30％、甚至更通常1-15重量％的源自马来酸酐的单元。
在与侧链前体反应之前，共聚物/三元共聚物原料的分子量的范围通常为1000-1,000,000，该范围更通常为2000-100,000。各侧链前体的分子量通常为200-100,000，更通常为450-100,000，优选500-50,000，最优选1,000-10,000。
在产生本发明第一方面的聚合材料的方法中，所述侧链前体的末端为羟基基团HO-R。在产生通式(IV)B1-(YR1)x1的两亲聚合材料的方法中，使马来酸酐、乙烯和另一种烯键式不饱和单体组成的三元共聚物原料与通式(V)H-YR1的侧链前体反应，从而得到通式(IV)的两亲聚合材料。因此，在这个实施方案中，所述侧链前体的末端或者为羟基基团，或者为胺基团。在一般情况下，食品工业普遍认为，羟基官能化的材料以中等量进行食用时是安全的。但是，通常，末端为胺基团的侧链前体更容易与骨架前体反应，从而可使更多的侧链前体与每个骨架前体反应。
作为聚醚胺的合适侧链前体可以商购获得；一些环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)的单官能化和双官能化的胺聚合物由Huntsman以商品名为Jeffamine销售。胺官能化的聚合物与单个马来酸酐单元之间的反应例如可形成以下三种不同的结构之一：
标记为C的结构可通过使A发生分子内反应、同时除去H2O而形成，并且更易于在催化作用(如通过加入酸)的辅助下发生。单官能、双官能、三官能和四官能的胺聚合物均可以在本发明中使用，其中的一些可以购自Hunstman。根据反应条件，亲水双官能胺侧链前体的使用可得到交联的两亲聚合材料或者链加长的两亲聚合材料。或者，可将单官能和双官能的侧链前体结合，从而将所得聚合材料的性质改变成所需的性质。Jeffamine M-1000和M-2070的结构和性质对于侧链前体而言特别优选。
Figure GPA00001140871400072
[x＝6；y≈35，其中，对于(EO)单元，R为H的混合物，或者对于(PO)单元，R为CH3]
Jeffamine M-1000为这样一种单胺聚醚，其EO∶PO比为19∶3，分子量约为1000，M-2070为这样一种单胺聚醚，其EO∶PO比为31∶10，分子量约为2000。由于环氧乙烷单元在这些聚合物中的比率相对较高，因此它们被认为是亲水材料。已发现，M-1000和M-2070两者均可与PIP-g-MA有效地反应。
通常，所述侧链前体的一个末端为醇单元，另一个末端为烷氧基基团。MeO-PEO-OH为一个优选侧链前体的实例。在形成聚合材料的方法中，所述侧链经由酸酐的醇解与源自马来酸酐的单元反应，从而得到羧酸酯和羧酸。
马来酸酐与醇的反应是一种醇解反应，会形成酯和羧酸。该反应也被称为酯化反应。所述反应相对较快，并且无需催化剂，但也可以使用酸催化剂或碱催化剂。
该净反应可表示如下。Px和Pγ表示共聚物/三元共聚物的剩余部分，ROH为代表性侧链前体。
Figure GPA00001140871400081
在该方法中，ROH所表示的两个侧链前体可以与同一马来酸酐单体反应，得到以下通式的化合物。
Figure GPA00001140871400082
或者，每个马来酸酐单体仅与一个侧链前体反应。这使得源自马来酸酐的单元具有一个游离的羧酸基团，该羧酸基团可以在此方法的后一步中衍生化。所述基团还可以脱质子以得到聚合材料中的离子型骨架。
侧链前体不必与骨架中源自马来酸酐的单元直接反应。例如，可进行这样一个预先步骤，其中，使一个连接体与源自马来酸酐的单元反应。该连接体可以为例如其任一端由合适的反应性基团官能化的短链烃，所述合适的反应性基团例如为可与马来酸酐反应的醇，以及可与PEG的羟基基团发生碱催化反应的卤化物。然后在后一步反应中使侧链前体与连接体反应。反应可以在溶液中进行，或者由反应物之一例如由PEG作为溶剂来进行。
在本发明的方法中，侧链前体可以在其每一末端均具有羟基，并且每个末端均可与不同骨架中的源自马来酸酐的单元反应，形成交联的聚合材料。
在侧链前体与共聚物或三聚物原料反应之后，骨架中所有未反应的源自马来酸酐的单元均可以被开环。这可通过水解或使用碱进行。所得产物可以被离子化。该进一步反应步骤在骨架例如交替共聚物中具有高比例的马来酸酐时特别有用。
由于本发明的方法适合生产本发明的新聚合材料，因此上文所述聚合材料的各个优选特征同样适用于由该方法生产的聚合材料。
生产两亲聚合材料的替代方法包括这样一种方法：使侧链前体与马来酸酐单体反应，然后在后续步骤中使该生成物与烯键式不饱和单体聚合形成聚合材料。
聚合物原料可以从合适的化学试剂商例如Sigma-Aldrich公司购得。例如，Sigma-Aldrich和Kuraray有限公司均提供聚(异丁烯-交替-马来酸酐)，其在Kuraray有限公司的商品名为ISOBAM。
对于聚(马来酸酐-交替-1-十八碳烯)，Chevron Philips ChemicalCompany有限责任公司制备了一系列作为其PA18聚酐树脂系列的合适的材料。
聚(乙烯-共-丙烯酸丁酯-共-马来酸酐)材料可以由Arkema购得，并且以商品名Lotader(如2210、3210、4210和3410级)销售。也可以获得其中丙烯酸丁酯由其他丙烯酸烷基酯(包括丙烯酸甲酯[3430、4404和4503级]和丙烯酸乙酯[6200、8200、3300、TX 8030、7500、5500、4700和4720级])代替的共聚物，并且也以Lotader系列销售。
很多Orevac材料(9309、9314、9307Y、9318、9304、9305级)都是合适的乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物。
类似地，合适的侧链前体如单甲氧基聚(乙二醇)(MPEG)聚(乙烯醇)，和聚(丙烯酸)可以例如购自Sigma-Aldrich公司。
侧链前体与共聚物/三元共聚物原料反应，如实施例部分所详述。对于这一反应而言，通常将共聚物/三元共聚物原料和侧链前体溶解于合适的溶剂中。例如，DMF和甲苯的混合物通常是合适的。然后将混合物在惰性氛围下加热——优选加热至回流温度(约110至120℃)——24小时左右。优选地，所述惰性氛围由惰性气体例如氮气或氩气提供。水可以使用蒸馏法、例如使用共沸蒸馏法从反应中除去。这在共聚物/三元共聚物原料和侧链前体为无水时是不必要的。将所得聚合材料冷却，然后与溶剂溶液分离。沉淀、过滤和干燥是常规的回收步骤。
或者，可以在不存在溶剂的情况下使共聚物/三元共聚物原料和侧链前体反应，例如，所述反应可通过在合适的温度(即最优选在100-200℃)下将共聚物/三元共聚物原料和侧链前体的熔融混合物一起搅拌而进行。在另一个实施方案中，所述方法可通过将共聚物/三元共聚物原料和侧链前体同时或者分别地加入热挤出机中、由此通过反应性挤出而进行。通常有利的是在惰性气体(例如氮气)或真空中进行这些反应，从而防止聚合物的降解。
在反应结束时，反应混合物通常包含未反应原料，所述未反应原料可包括游离的侧链前体和骨架前体。如果在反应中使用了催化剂，那么还可能会有一些残留的催化剂。该反应通常不产生副产物。该两亲聚合材料不必从反应混合物中纯化，因为在最终的组合物中具有游离的侧链前体是有利的。游离的侧链前体可以与两亲聚合材料相互作用，由此改进其性能。
最优选地，如本发明第六方面所定义的，将所述两亲聚合材料掺入口香糖组合物。在这一方面，两亲聚合材料具有直链或支链聚合物骨架和多条与所述骨架相连的亲水侧链。该骨架为至少一种烯键式不饱和单体和马来酸酐的共聚物。术语共聚物涵盖了二元共聚物和三元共聚物。优选地，该单体为烃单体。术语“烯键式不饱和可聚合烃单体”是指含有至少一个碳-碳双键的可聚合烃，其能够聚合形成具有碳-碳聚合物骨架的直链或支链烃聚合物。根据一个优选的实施方案，所述烯键式不饱和可聚合烃单体含有4或5个碳原子，且为例如异丁烯(2-甲基丙烯)。或者，所述烯键式不饱和单体为共轭二烯烃单体，尤其是含有4或5个碳原子的共轭二烯烃单体，例如1，3-丁二烯或异戊二烯。该骨架可以为三元共聚物，如本发明第三方面所述。或者，该烯键式不饱和单体可以为1-十八碳烯。
在本发明的这一方面，烯键式不饱和单体可以是芳香族的，并且/或者含有除氢和碳之外的原子。合适的烯键式不饱和单体包括苯乙烯和乙烯基甲基醚。
侧链通常是亲水的。侧链前体可与共聚物/三元共聚物原料反应，其末端或者为羟基，或者为氨基。特别优选的两亲聚合材料具有通式B2-(Y2R2)x2，其中B2为直链或支链聚合物骨架，所述骨架为至少一种烯键式不饱和单体和马来酸酐的共聚物，或如上文所述的三元共聚物，Y2为O或NR5，x2为侧链数目，并且范围在1至1000之间。R5为H或C1-4烷基，并且各Y2R2均为亲水侧链。
一般的共聚物原料含有1至50重量％的马来酸酐。
优选地，聚合材料如本发明第一方面或第三方面所述。
由于口香糖制剂的性质，其具有胶粘状的品质。口香糖组合物通常含有水溶性主体部分、可咀嚼的非水溶性胶基和增香剂。胶基通常含有弹性体、乙烯基聚合物、弹性体增塑剂(或溶剂)、乳化剂、填充剂和软化剂(增塑剂)的混合物。已知弹性体、蜡、弹性体增塑剂和乙烯基聚合物全部都有助于胶基的胶粘性。
可以将两亲聚合材料掺入根据本领域已知的标准技术制备的口香糖胶基中，所述标准技术还描述于WO2006/016179中。或者，可以将两亲聚合材料独立于口香糖胶基掺入口香糖组合物中。在本发明的一个优选实施方案中，两亲聚合材料存在于胶基和口香糖组合物两者中。
将聚合材料以及部分或全部蜡、弹性材料和/或弹性体溶剂掺入胶基内，或者将聚合材料代替部分或全部蜡、弹性材料和/或弹性体溶剂掺入胶基内可降低胶基的胶粘性，并可以更容易地将咀嚼物从表面上除去。因此，所述胶基可有利地通过在水或者温和的洗涤溶液中洗涤而除去。另外，与现有的胶基不同的是，该胶基的硬度可通过聚合材料的溶剂化(增塑作用)而非仅仅通过在口内温度的升高而改变。胶基的组分可根据本发明而变化，从而得到多种适合自然界中的多种表面和环境条件的胶基和组合物。
当然，胶基的所有化合物必须都是可为人类所食用的，如必须是食品或药品级的。
通常，聚合材料含有3-90重量％、优选3-15重量％的口香糖胶基。聚合材料可以作为胶基中有助于胶粘性的部分或者全部成分的替代物。
口香糖胶基可含有0至6重量％的蜡。可存在于胶基中的蜡的实例包括微晶蜡、天然蜡、石油蜡、石蜡，及其混合物。蜡通常除了有助于控制香料的释放速度之外，还有助于使胶基固化，以及提高保存期和质地。还发现蜡会软化胶基混合物并改善咀嚼期间的弹性。
优选地，胶基基本不含蜡，这些性质由聚合材料提供。
弹性材料不仅可作为主体成分，还可以提供所需的弹性和质地性能。合适的弹性材料包括合成橡胶和天然橡胶。更具体而言，弹性材料选自丁二烯-苯乙烯共聚物、聚异丁烯和异丁烯-异戊二烯共聚物。业已发现，如果弹性材料的总量太低，则胶基会缺乏弹性、咀嚼质地和粘着性，而如果该含量过高，则胶基会很硬并呈橡胶状。一般的胶基含有10-70重量％的弹性材料。通常，在口香糖胶基中，聚合材料构成至少1重量％、优选至少10重量％、更优选至少50重量％的弹性材料。在一些实施方案中，聚合材料完全替代了口香糖胶基中的弹性材料。
弹性体增塑剂有助于软化弹性材料，其包括松香或改性松香(例如氢化、二聚化或聚合的松香或其混合物)的甲基甘油酯或季戊四醇酯。适用于本发明口香糖胶基的弹性体增塑剂的实例包括部分氢化的木松香的季戊四醇酯、木松香的季戊四醇酯、部分二聚化的松香的甘油酯、聚合松香的甘油酯、浮油松香的甘油酯、木松香和部分氢化的木松香的甘油酯以及松香的部分氢化的甲基酯；萜烯树脂，包括多萜和α-蒎烯或β-蒎烯的聚合物及其混合物。可使用的弹性体增塑剂最多达胶基的30重量％。但是，弹性体溶剂的优选范围为2至18重量％。优选地，其小于15重量％。或者，不使用弹性体溶剂。
优选地，弹性体加聚合材料与弹性体增塑剂的重量比的范围为(1至50)∶1，优选为(5至25)∶1。
口香糖胶基优选含有无毒的乙烯基聚合物。所述聚合物对水具有亲和力，并包括聚(乙酸乙烯酯)、乙烯/乙酸乙烯酯和月桂酸乙烯酯/乙酸乙烯酯的共聚物。优选地，该无毒的乙烯基聚合物为聚(乙酸乙烯酯)。优选地，该无毒的乙烯基聚合物以口香糖胶基的15-45重量％存在。该无毒的乙烯基聚合物的分子量应当为至少2000。
口香糖胶基优选还含有填充剂。填充剂用于改变胶基的质地，并有助于其加工。常规的填充剂的实例包括碳酸钙、滑石、无定形二氧化硅和磷酸钙。优选地，填充剂为二氧化硅。填充剂颗粒的尺寸会影响复合的胶基的粘结性、密度和加工特性。已发现，较小的填充剂颗粒会降低胶基的胶粘性。
优选地，口香糖胶基含有软化剂。软化剂用于调节粘着性，改变质地，并在咀嚼产品期间引发急剧的熔化转变。软化剂确保了胶基的彻底混合。软化剂的一般实例为氢化的植物油、羊毛脂、硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钾和甘油。软化剂通常的用量为口香糖胶基的约15％至约40重量％，优选其量为口香糖胶基的约20％至约35％。
优选的口香糖胶基含有乳化剂。乳化剂有助于将口香糖组合物中不混溶的组分分散于单一稳定系统之中。合适的实例有卵磷脂、甘油、单油酸甘油酯、脂肪酸乳酰酯、甘油和丙二醇的乳酰化脂肪酸酯、单硬脂基乙酸酯、二硬脂基乙酸酯和三硬脂基乙酸酯、柠檬酸单甘油酯、硬脂酸、硬脂基柠檬酸单甘油酯、硬脂基-2-乳酸(lactylic acid)、三乙酰甘油、柠檬酸三乙酯和聚乙二醇。乳化剂通常占口香糖胶基的约2％至约10％，优选约4％至约6％。
口香糖组合物含有口香糖胶基和一种或多种甜味剂以及增香剂。口香糖组合物还可以含有生物学活性成分。所述两亲聚合材料可控制该活性成分自口香糖组合物中的释放。
所述生物学活性成分为可改变人体或动物体内的化学或物理过程的任何物质。优选地，其为药物活性成分，选自例如抗血小板凝集药物、勃起机能障碍药物、非甾类消炎药(NSAID’s)、咽峡炎的一氧化氮供体、非阿片类镇痛药、抗细菌药、抗酸药、利尿药、止呕药、抗组织胺类、消炎药、镇咳药、抗糖尿病药(例如胰岛素)、阿片类药物、激素，及其结合物。优选地，所述活性成分为兴奋剂如咖啡因或尼古丁。或者，所述活性成分为镇痛药。活性成分的另一个实例是胰岛素。
在本发明的一个实施方案中，生物活性成分为非甾类消炎药(NSAID)，如双氯芬酸、酮洛芬、布洛芬或阿司匹林。或者，所述活性成分为对乙酰氨基酚(其通常不归为NSAID)。
在本发明的一个不同的实施方案中，所述生物活性物质为维生素、矿物质或其他营养补充剂。
该生物活性成分可以为止呕药，例如多拉司琼。或者，所述生物活性成分为勃起机能障碍药物，如枸橼酸西地那非。
通常，口香糖组合物含有0.01-20重量％的活性成分，更通常为0.1-5重量％。口香糖组合物可以为适合口服的单位剂型。优选地，单位剂型的质量范围为0.5-4.5g，例如1g左右。通常，口香糖组合物含有1-400mg生物活性成分，更通常为1-10mg，这取决于活性成分。例如，当活性成分为尼古丁时，口香糖组合物通常含有1-5mg尼古丁。当活性成分为非甾类消炎药如布洛芬时，组合物通常含有10-100mg活性成分。
通常，口香糖组合物将被咀嚼最长达一个小时，但是更常见的是最长达30分钟。优选地，在咀嚼30分钟之后，至少40％、更优选至少45％、最优选至少50％存在于口香糖组合物中的活性成分已被释放到口腔内。根据活性成分的性质及其拟定用途，释放可经过相对较长或者较短的一段时间进行。例如，对于一些活性成分而言，优选缓慢地持续释放，因为这可以减少活性成分的副作用。对于枸橼酸西地那非而言，情况就是如此，如US 6,592,850所述。在这种情况下，优选的是，在咀嚼15分钟之后，不高于50％的活性成分被释放，并且优选在开始咀嚼之后的15至30分钟期间，活性成分的释放一直持续。
或者，优选更快速地释放。例如，采用尼古丁替代疗法的吸烟者更喜欢更快地递送尼古丁从而满足其对尼古丁的渴求。在这种情况下，优选的是，咀嚼10分钟之后25-100％的活性成分被释放。更普遍的是，在咀嚼10分钟之后35-65％的活性成分被释放。在合理的咀嚼时间之后递送总释放量高的尼古丁的快速释放口香糖组合物的优势在于，消费者仅需购买和咀嚼较少的口香糖(即较少的口香糖块，或者质量较小的口香糖块)，而对制造商的优势在于，仅需将较少的活性成分加入口香糖组合物。
甜味剂可选自多种材料，包括水溶性人造增甜剂、基于水溶性试剂和二肽的增甜剂，包括其混合物。增香剂可选自合成增香液和/或源自植物、叶、花、果实(等)的油及其结合物。合适的甜味剂和增香剂还描述于US4,518,615。
除了口香糖胶基、甜味剂和增香剂之外，本发明的口香糖组合物还可含有另外的两亲聚合材料(即除了可存在于口香糖胶基中的聚合材料之外的两亲聚合材料)。优选地，如果存在这一另外的聚合材料，则其占口香糖组合物的1-20重量％，更优选3-15重量％。其可以溶于水，也可以不溶于水。
形成口香糖组合物的方法通常包括将胶基与生物活性成分和甜味剂及增香剂混合。生产口香糖组合物的标准方法描述于Formulation andProduction of Chewing and Bubble Gum.ISBN：0-904725-10-3中，其包括具有包衣和具有液体中心的口香糖的制备。
通常，口香糖组合物的制备通过将胶基与甜味剂及增香剂以熔融形式混合，然后冷却该混合物而进行。
适用于形成口香糖胶基和组合物的装置包括能够在较高温度下将各组分混合在一起的装置。所述混合物可被预热，但是最常见的是，使用混合罐或混合腔周围的夹套加热混合器。在实验室中，HAAKE MiniLabMicro Compounder(Thermo Fisher Corporation)可用来形成胶基和口香糖组合物。在工业规模上，合适的螺杆(或螺旋)式、曲拐式或双弓式(double sigma blade)混合装置特别适合。
就胶基而言，通常通过在80-120℃、通常100℃范围的温度下将各成分分批加入而将其混合在一起。在胶基形成之后，将该材料挤出Minilab。
口香糖组合物可能需要加热至100℃左右(例如，80-120℃的范围内)的温度，以均匀地混合组分。在生物活性成分存在于口香糖组合物中并且对温度敏感、即在所述高温下不稳定时，可能存在问题。如果活性成分对温度敏感，则优选将口香糖胶基与一种或者多种甜味剂和/或增香剂混合，并加热至80-120℃范围的温度(优选100℃)。通常将混合物冷却至40-80℃、优选50-70℃的温度。然后将混合物冷却至活性成分稳定的温度，并将该活性成分(任选与一种或者多种其他的甜味剂和增香剂一起)加入该冷却的混合物中，从而形成口香糖组合物。上述本发明第一方面定义的两亲聚合材料既可以在形成胶基的步骤加入，也可以在形成口香糖组合物的步骤(ii)中加入。聚合材料可以在这两个步骤期间均加入。
混合完成后，将口香糖组合物挤出。
口香糖组合物的单位剂型可通过挤出口香糖并将挤出物成形为所需形式来形成。通常，单位剂型的质量范围为0.5-2.5g，通常为1g左右。剂型单元的形式可以为圆柱体或球体或片。
通常，口香糖组合物含有5-95重量％、优选10-50重量％、更优选15-45％的口香糖胶基。也可以加入其他聚合材料，以形成口香糖组合物，所述其他聚合材料的加入量为使其占口香糖组合物的1-15％，更优选3-15％。
形成口香糖组合物的步骤可以在同一装置内相继进行，也可以在不同的位置进行，在这两种情况下，均可以间歇地进行冷却步骤和加热步骤。
尽管新聚合材料的有益性质对于口香糖胶基特别明显，但是应理解，新聚合物也可以将其有益性质赋予需要减少胶粘性或改变亲水/疏水平衡的其他组合物。由于新聚合物被认为无毒，因此可以将其掺入与人体接触使用的组合物中。
新聚合材料可具有个人护理应用，例如，用于洁身和/或洗发产品、化妆品、护肤品和防晒品中。该聚合材料还可以用作食品中的乳化剂。该聚合材料的一个特别优选的用途是在化妆品中作为乳化剂、分散剂或佐剂，或者作为稳定剂。或者，该聚合材料可以具有家庭护理应用，例如用于洗涤剂、地毯、织物、窗户、浴室、厨房和多功能清洁剂中。该聚合材料还可以用作个人或者家庭护理应用中的表面活性剂或清洁剂。
已表明，该新的聚合材料会影响水与表面的作用。这意味着该聚合材料可用于涂覆织物、玻璃和建筑表面。此外，该聚合材料还可用于防雾涂料组合物。
上述接枝共聚物的涂层被证明可用于保护多种表面，例如人行道、道路、建筑表面如水泥、混泥土、玻璃、金属、砖块、石头、花岗岩、瓷砖以及其他砌石和构造。
在另一个实施方案中，新聚合材料被用作例如隐形眼镜表面上的润湿剂，或者用作农业喷雾助剂(或叶片的润湿剂)。
本发明的第六方面提供了一种乳剂，其含有如上关于口香糖组合物所述的两亲材料，其中所述两亲材料通常用作乳化剂。该乳剂可以是水包油或油包水型的乳剂。该乳剂可用于化妆品或者家居产品如涂料之中。该两亲聚合材料可作为表面活性剂来稳定所述乳剂。
在这一实施方案中，特别优选的是，在制备该聚合材料的方法过程中，骨架中所有未反应的马来酸酐均被开环(例如通过水解或者使用碱)。在该乳剂中，聚合材料通常含有0.1至10重量％、优选约1重量％的油相，但是也可改变此量从而改变乳剂的稳定性。在本文中，油是指与水不相混溶的相对疏水的液体。所述油可以为例如硅油或者甲苯。水和油的比例通常会随应用而异，并且可以在主要基于水和主要基于油之间改变。聚合材料在水和一种或多种油之中的溶解性决定乳剂的制备方法及结构。通常，使用可溶于油相的乳化剂来稳定的乳剂得到油包水乳剂，而使用水溶性材料形成的乳剂得到水包油乳剂。如上所述，对聚合物骨架的选择会决定其亲水性以及可用亲水侧链衍生的程度。具有更多疏水骨架(或更少亲水侧链)的那些聚合材料倾向于稳定油包水乳剂，而更多的亲水骨架(或者具有更多侧链的聚合材料)倾向于稳定水包油乳剂。
聚合材料的HLB值很好地指示了材料作为乳化剂的能力。HLB值更为详尽地描述于Colloid & Surface Chemistry，Duncan J.Shaw，第4版，ISBN：0750611820。通常，如果聚合材料的HLB值范围在3至6之间，则其会产生油包水乳剂，而如果HLB值范围在8至15之间，则所述聚合材料会产生水包油乳剂。
本发明还提供了如上有关口香糖组合物所述的两亲聚合材料作为清洁用表面活性剂的用途。优选地，在这一实施方案中，骨架中所有未反应的马来酸酐均通过使用碱、例如NaOH开环，如上所述。最优选地，该两亲聚合材料为钠盐或钾盐。
现在将通过参照图1-3的以下实施例来阐释本发明，其中：
图1示出各种接枝共聚物的接触角测量结果；
图2示出肉桂醛自口香糖释放的情况；和
图3示出布洛芬自样品释放的情况。
参照实施例1.0-聚合物骨架
1.1马来酸酐共聚物
聚(异丁烯-交替-马来酸酐)：
两种分子量(Mn：6000，60000g mol-1，由供应商注明)，两者均获自Sigma-Aldrich公司。
聚(马来酸酐-交替-1-十八碳烯)：
分子量30-50000g mol-1(由供应商注明)，获自Sigma-Aldrich公司。
1.2乙烯-马来酸酐三元共聚物
这些为乙烯、马来酸酐和另一种单体的无规共聚物。
聚(乙烯-共-丙烯酸丁酯-共-马来酸酐)
此为乙烯(91重量％)、N-丙烯酸丁酯(6％)和马来酸酐(3％)的共聚物。该材料获自Sigma-Aldrich(未公开分子量，正规信息)。
聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-马来酸酐)
此为乙烯、乙酸乙烯酯和马来酸酐的共聚物。该聚合物获自Arkema，并以商品名Orevac(使用9304级)销售。
参照实施例2.0-侧链前体
在所有的情况下，接枝均为甲氧基聚(乙二醇)(MPEG)，也称为聚(乙二醇)甲基醚(PEGME)。材料获自两个供应商，Sigma-Aldrich公司和Clariant(商品名Polyglykol M 2000S)。对于这两种聚合物而言，所售的聚合物分子量均为2000，并且认为它们具有非常相似的化学结构和性质。聚合物1、3-5和7(表1)使用Aldrich的材料合成，其他的使用Clariant的材料合成。
参照实施例3.0-接枝共聚物
“接枝共聚物”表示“聚合材料”，并且这两个术语可以互换使用。
通过将MPEG接枝至参照实施例1和2所述的骨架，合成了多种接枝共聚物。
  聚合物样品编号   骨架   骨架Mn   接枝物   接枝物Mn   骨架MA负载量(重量％)   靶向MA(mol％)c
  1   P(IB-交替-MA)   6000   MPEG   2000   64a   10
  2   P(IB-交替-MA)   6000   MPEG   2000   64a   28
  3   P(IB-交替-MA)   60000   MPEG   2000   64a   10
  4   P(MA-交替-O)   30-50000   MPEG   2000   28a   11
  5   P(MA-交替-O)   30-50000   MPEG   2000   28a   11
  6   P(MA-交替-o)   30-50000   MPEG   2000   28a   100
  7   P(E-共-BA-共-MA)   未知   MPEG   2000   3   100
  8   P(E-共-VA-共-MA)   未知   MPEG   2000   3b   50
  910   P(E-共-VA-共-MA)P(IB-交替-MA)   未知6000   MPEGJM-1000d   20001000   3b64a   100100
表1-所检测的聚合物。a＝聚合物为约50摩尔％的MA，重量％的值取决于单体的式量；b＝在1.6-3.2％之间的骨架负载量，数值使用3.2％计算；c＝可用的反应靶向的MA百分比；d＝Huntsman制备的JeffamineM-1000。
“骨架MA负载量”是指由MA构成的骨架的摩尔质量百分比。“靶向的MA”是指预计可与加入反应混合物中的MPEG反应的骨架中的MA的总摩尔数。就该值为100的聚合物而言，加入充足的MPEG，从而将PEG链接枝至骨架上的每一个MA单元。
从表1可以明显看出，通常并非所有的MA都是反应靶标。例如，对于聚合物样品1-5而言，仅一部分交替共聚物骨架中的马来酸酐发生反应。这使得很多马来酸酐的环存在于骨架之上，这些环本身可通过开环反应被利用(参见乳化章节)。可以注意到，在一些情况下，并非所有旨在与MPEG反应的靶向马来酸酐都发生了反应。
3.1接枝共聚物的合成
聚合物1：
在反应烧瓶中，将聚(异丁烯-共-马来酸酐)(Mn：6000g mol-1，40g)和聚(乙二醇)甲基醚(Mn：2000g mol-1，50g)溶于DMF(100ml)和甲苯(100ml)的混合物中。氮气氛围下于回流温度将该烧瓶加热24小时，所存在的所有水均通过共沸蒸馏并收集至Dean-Stark装置内而从反应中除去。将所得聚合物溶液冷却，并加入乙醚中沉淀，将聚合物过滤回收，并干燥以除去痕量溶剂。采用Bruker分光光度计使用红外光谱法，通过观察与马来酸酐单元有关的区域1700-1850cm-1中的变化来确认MPEG于骨架之上的接枝情况。
首先，通过将样品溶解于氯仿之中，并在1830和1790cm-1下测量透光率以确定骨架中马来酸酐(MA)的浓度。对于纯溶剂，通常在所述波长点观察到大约83％的透光率。MA的存在使这两个点处红外辐射的透光率减少，这一减少与聚合物中MA的浓度成正比。由于MA的浓度因接枝过程而降低，因此预计透光率会再增加。因此，通过比较反应前后这两个点的透光率，可以估计接枝过程是否成功。
聚合物2：
使用聚(乙二醇)甲基醚(Mn：2000g mol-1，110g)作为接枝物，以与聚合物1相同的方式合成聚合物2。反应持续进行总共36小时。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
聚合物3：
使用聚(异丁烯-交替-马来酸酐)(Mn：60000g mol-1，40g)作为骨架，以与聚合物1相同的方式合成聚合物3。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
聚合物4：
使用聚(马来酸酐-交替-1-十八碳烯)(Mn：30-50000g mol-1，50g)作为骨架，聚(乙二醇)甲基醚(Mn：2000g mol-1，30g)作为接枝物，以与聚合物1相同的方式合成聚合物4。使用甲苯(200ml)作为反应溶剂；在这种情况下，聚合物溶液用水沉淀。所得接枝共聚物的两亲性导致低产率(理论值的25％)。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
聚合物5：
以与聚合物4相同的方式合成聚合物5，不同的是，聚合物溶液不用水沉淀，而是将反应溶剂通过真空除去。因此，该材料与聚合物4相比以更高的产率分离，并且适合终产物中的过量PEG并不是重要问题的应用。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
聚合物6：
使用聚(马来酸酐-交替-1-十八碳烯)(Mn：30-50000g mol-1，20g)和作为接枝物的聚(乙二醇)甲基醚(Mn：2000g mol-1，136g)，以与聚合物4相同的方式合成聚合物6。使用甲苯(500ml)作为反应溶剂；聚合物溶液用己烷沉淀。反应持续进行总共36小时。以与聚合物1相同的方式表征该聚合物。过量的PEG可通过渗析或类似方法除去。
聚合物7：
使用聚(乙烯-共-丙烯酸丁酯-共-马来酸酐)(40g)作为骨架，聚(乙二醇)甲基醚(Mn：2000g mol-1，30g)作为接枝物，以与聚合物1相同的方式合成聚合物7。使用二甲苯(100ml)和甲苯(100mL)的混合物作为反应溶剂；在这种情况下，聚合物溶液用乙醇沉淀。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
聚合物8：
使用聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-马来酸酐)(40g)作为骨架，聚(乙二醇)甲基醚(Mn：2000g mol-1，13g)作为接枝物，以与聚合物1相同的方式合成聚合物8。使用二甲苯(125mL)和甲苯(125mL)的混合物作为反应溶剂；在这种情况下，聚合物溶液用乙醇沉淀。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
聚合物9：
使用聚(乙二醇)甲基醚(Mn：2000g mol-1，39g)作为接枝物，以与聚合物8相同的方式合成聚合物9。将聚合物在过滤后使用更多的乙醇彻底洗涤，以从该聚合物中除去PEG。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
聚合物10：
使用(异丁烯-交替-马来酸酐)(Mn：6000g mol-1，20g)和作为接枝物的Jeffamine M-1000(胺官能化的聚醚，Mn：1000g mol-1，129g)，以与聚合物1相同的方式合成聚合物10。反应持续进行总共24小时，并使用甲苯(200ml)作为溶剂。将所得聚合物溶液冷却，并在0℃用己烷沉淀。所述聚合物以与聚合物1相同的方式进行表征。
实施例4：应用测试
在除测试2(粘附测试4.2)之外的所有情况下，所有的测试都围绕由接枝共聚物的两亲性所引起的性质进行。
4.1聚合物作为乳化剂/表面活性剂的用途-测试1
4.1.1目的
测量聚合物作为两种不混溶液体的乳液中的乳化剂(表现出表面活性)的能力。由于两亲聚合材料是作为表面活性剂(表面活性试剂)，因此其将存在于两相之间的界面处。亲水部分(PEG)和可能水解的MA单元将位于或邻近水相，而聚合物的烃骨架部分将与油(其通常与水不完全混溶)相伴随。
4.1.2方法
材料
2M NaOH溶液：将NaOH(8g，Aldrich，ACS级)溶于水(100mL)。
硅油：Dow Corning Corporation
Figure GPA00001140871400211
流体，粘度为5cSt(25℃)。
油包水乳剂
其在接枝共聚物可溶于油(此处用甲苯示例)、但在水中的溶解性较低或者不显著(在某种程度上，除实施例6之外的实施例中所述的所有接枝共聚物均为此溶解模式)的情况下适用，以聚合物9示例。不囿于理论地，认为油和水所形成的胶体混合物以油作为分散介质，并以水作为分散相；并因此被描述为油包水乳剂。通常认为，其中乳化剂(表面活性剂)溶解度更高的相倾向于成为分散介质(这一归纳也称为Bancroft规则)。因此，油包水乳液通常在将水加入相对疏水或不溶于水的表面活性剂的油溶液中而成功地形成乳液时形成，在此处情况就是如此。有关乳剂中的分散介质是油还是水的信息，本领域技术人员可通过多种方式获得。例如，它们描述于Introduction to Colloid & Surface Chemistry(Duncan J.Shaw，第4版，ISBN：0750611820)中。所描述的一个适合的方法包括将水和油(或油混合物)加入两份不同的乳液等分试样中。如果乳剂可容易地与油混合(即不形成单独的油层)，那么分散介质为油，该乳剂为油包水结构；如果乳剂可与水混合，那么分散介质为水，该乳剂为水包油。
将聚合物9(0.44g)和甲苯(44g，50ml)称取至100ml烧杯中，并将所述聚合物在80℃下于水浴中加热溶解。将处于另外的烧杯中的去离子水(50ml)在同一水浴中加热。然后将两者均从水浴中取出，并将由顶置式搅拌器驱动的桨式搅拌杆置于所述溶液内。在两者都还是热的同时，将所述去离子水逐渐加入剧烈搅拌的甲苯溶液中。一旦添加结束(约2分钟)，使用Silverson实验室乳化器剪切搅拌乳剂1分钟。然后再开始用桨式搅拌杆搅拌，直至乳剂达到室温。然后将乳剂样品放入密封的螺旋口瓶，并在设定的时间间隔(1小时、24小时、1周)肉眼监测。
将乳液的一个等分试样与甲苯混合，一个与水混合。该乳液易于与甲苯混合，而不易于与水混合，所述水形成了一个单独的层。因此认为所得胶体混合物为油包水乳剂，其中表面活性剂为总乳剂的0.5重量％。
水包油乳剂
其在接枝共聚物未经进一步修饰的情况下基本溶于水(此处用甲苯示例)、但在油中的溶解性较低(如在本情况中)或不显著的情况下适用。不囿于理论地，认为油和水形成的胶体混合物以水作为分散介质，以油作为分散相；并因而称为水包油乳剂。当通过将油加入相对亲水的表面活性剂的水溶液而形成乳剂时，通常产生这种结构。
将聚合物6(2g)和去离子水(50ml)加入100ml的烧杯中，并将聚合物通过使用磁力从动件对混合物进行搅拌而溶解。然后使用Silverson实验室乳化器剪切搅拌聚合物溶液，同时向其中逐渐加入硅油(50ml)。一旦添加结束(约2min)，将乳剂样品放入密封的螺旋口瓶中，并在设定的时间间隔(1小时、24小时、1周)肉眼监测。
将乳剂的一个等分试样与硅油混合，一个与水混合。该乳剂易于与水混合，而不易于与硅油混合，所述硅油形成了一个单独的层。因此认为所得胶体混合物为水包油乳剂，其中表面活性剂为总乳剂的约2重量％。
使用开环接枝共聚物的水包油乳剂
在这些情况下，所述接枝共聚物尽管具有两亲性，但是其水溶性并不足以使其以适合使用的浓度溶解从而作为乳化剂。因此，可使存在于骨架上的未反应的马来酸酐通过水解(最优选借助于碱)开环。开环的酸或者盐基团有助于接枝共聚物的溶解。不囿于理论地，认为油和水所形成的胶体混合物以水作为分散介质，以油作为分散相，因此可被描述为水包油乳剂。
将聚合物3(2g)和2M NaOH溶液(50mL)加入100ml烧杯中，并使所述聚合物通过使用磁性从动件对混合物进行搅拌而溶解。然后将聚合物溶液使用Silverson实验室乳化器进行剪切搅拌，同时向其中逐渐加入硅油(50mL)。一旦添加结束(约2分钟)，将乳剂样品放入密封的螺旋口瓶中，并在设定的时间间隔(1小时、24小时、1周)肉眼监测。
将乳剂的一个等分试样与硅油混合，一个与水混合。所述乳剂易于与水混合，而不易于与硅油混合，所述硅油形成了一个独立的层。因此认为所得胶体混合物为水包油乳剂，其中表面活性剂为总乳剂的约2重量％。
4.1.3结果
通过所述三种不同的方法制备乳剂。油包水乳剂用聚合物9稳定，水包油乳剂用聚合物6稳定。对于聚合物3而言，所述接枝聚合物通过使用碱使聚合物骨架中的残留马来酸酐开环而溶解。所述乳剂表现出可稳定一个星期，对于聚合物6的乳剂而言，这段时间之后观察到有少量分层，所述分层通过用手轻晃所述混合物而立即容易地再分散。乳剂的稳定性取决于很多因素，包括表面活性剂(乳化剂)的浓度，因此可通过改变表面活性剂的浓度而在某种程度上改变乳剂的稳定性。可预计使用更多的乳化剂增加乳剂的稳定时长。在一些情况下，另一种表面活性剂(例如离子型表面活性剂如十二烷基硫酸钠，或者非离子型表面活性剂如醇乙氧基化物(alcohol ethoxylate))的使用可用于增加含有这些表面活性剂的乳剂的稳定性。可理解的是，在工业应用或消费者使用中，乳剂可用多种其他成分改善，所述其他成分包括专门针对其应用的功能性或活性成分，以及稳定剂、防腐剂、颜料和着色剂、香料、增稠剂、消泡剂、成膜剂等其他成分。接枝共聚物的两亲性使其具有表面活性以及作为乳化剂的活性。由于聚合材料的亲水性可变化，因此它们有潜力用于稳定多种油和水的乳剂，所述乳剂具有水包油和油包水两种结构。
4.1.4结论
可使用所述接枝共聚物作为油和水的乳剂的表面活性剂。所述聚合物可不经修饰地使用，或以开环形式使用。具有较高PEG接枝程度的接枝共聚物在水中与在油中相比通常具有更好的溶解性。因此更可能用作水包油乳化剂。相反，亲水物质接枝程度较低的接枝共聚物则更可能用作油包水乳剂的表面活性剂。在这些情况下，聚合物在水中的溶解性可通过使残留的马来酸酐开环而增加，从而使所得材料用作水包油乳化剂。
实施例4.2.0粘附测试-测试2
4.2.1目的
检测接枝共聚物薄膜用于降低粘性物质(商购的口香糖)粘到基底的能力、由此形成不粘表面的能力。
4.2.2方法
圆盘的制备
通过将尼龙棒、PTFE棒、黄铜棒和不锈钢棒切割成合适的大小来形成直径为5cm且厚度为3mm的一系列光滑圆盘。然后制备用于测试的聚合物溶液。将聚合物1溶于THF(5重量％溶液)，3溶于THF(3.3重量％溶液)，6溶于THF(2.5重量％溶液)，聚合物2、7、8和9溶于甲苯(5重量％溶液)，并将4溶于乙酸乙酯(2.5重量％溶液)。然后借助于小刷子将仍旧温热的溶液小心地涂到圆盘上，使每一种基底各自涂覆每一种溶液。将圆盘放置至少30分钟以干燥，然后再次涂覆。涂层总数根据溶液浓度来调整，从而使得例如对于5重量％的溶液，总共涂覆了四个涂层，对于2.5重量％的溶液，总共涂覆了八个涂层。将圆盘在通风橱中放置过夜，直至完全干燥。
测试条件
将口香糖块(商标为Wrigley’Extra，薄荷口味)咀嚼5分钟，并将刚咀嚼过的口香糖块敷在每一个干燥的圆盘。然后将一片方形的PTFE薄膜置于口香糖之上，并将由装有1L水的1L玻璃瓶构成的重物置于该PTFE方片之上。
将该样品放置三晚，之后取下重物，然后用手小心地剥下PTFE方片(附着有口香糖咀嚼物)，以测量咀嚼物粘到圆盘表面的力。使用PTFE的原因在于其会形成薄的惰性层，从而容易取下。
4.2.3结果
在四种基底上测试了九种聚合物，并以1-5级评估口香糖与圆盘的粘附情况，一级表示口香糖咀嚼物和基底表面之间粘附性极弱，五级表示两者之间的粘附极强(表2)。同时还进行了不存在聚合物涂层的对照实验，目的是确定与未经保护的基底相比，所述涂层在降低粘附性中的作用。
  聚合物   尼龙   PTFE   黄铜   不锈钢
  1   1   3   2   1
  2   1   3   1   1
  3   1   5   1   1
  4   1   1   2   1
  6   1   1   3   1
  7   3   5   2   1
  8   1   2   1   1
  9   1   1   1   3
  对照   3   5   4   5
表2-口香糖与聚合物薄膜的粘附测试结果
从对照中清楚地观察到，在四种基底与口香糖咀嚼物之间通常存在较高的粘着性。接枝共聚物均适用于减少表面的胶粘性。在所有情况下，仅除了聚合物7之外，接枝共聚物均在尼龙上形成不粘表面；除聚合物3和7之外，它们均在PTFE圆盘上形成不粘表面或者粘性降低的表面。所有的接枝共聚物均在两种金属表面形成不粘表面或粘性降低的表面。
4.2.4结论
接枝共聚物适用于降低表面的粘着性。一般而言，它们会减少金属表面的胶粘性，并且在几乎所有的情况下，会减少口香糖与聚合物基底的胶粘性。
实施例4.3.0接触角测量-测试3
4.3.1目的
使用具有不同亲水性的接枝共聚物来制备斥水表面或帮助表面润湿，以测量该材料调节表面性能的能力。
4.3.2方法
通过将玻璃棒切割成合适的大小来制备直径为5cm、厚度为3mm的光滑玻璃圆盘。使用与测试2(4.2.2)相似的方式制备的溶液涂覆这些圆盘。所有的溶液浓度均为2.5重量％，聚合物1-3和6溶于THF；4溶于乙酸乙酯，7-9溶于甲苯。
在所有的情况下，借助于小刷子将仍然温热的溶液小心地涂在玻璃圆盘上。将圆盘放置至少30分钟以干燥，然后再次涂覆。涂层的总数根据溶液浓度来调整，从而使得例如对于5重量％的溶液，总共涂覆了四个涂层，对于2.5重量％的溶液，总共涂覆了八个涂层。将圆盘在通风橱中放置过夜，直至完全干燥。
随后，在每个圆盘上滴上一滴水，并使用Kruss Drop Shape Analysis接触角测角器(型号DSA 10-Mk2)测量水和基底之间的接触角。
4.3.3结果
针对聚合物薄膜和未涂覆的玻璃对照物，每30秒钟测量一次水滴的接触角，持续10分钟。在一些情况下，水滴的接触角快速减小，从而使得无法在整个10分钟期间测量其数值。在这样的情况下，尝试测量初始的接触角。
Figure GPA00001140871400271
表3-不同接枝共聚物的初始接触角和最终接触角
接触角数据可最容易地从图1中比较和看出。
据观察，水与玻璃在0分钟后形成约42°的接触角，4分钟之后形成约35°的接触角。图1示出水与用多种不同聚合物涂覆的圆盘的接触角。尽管在圆盘上出现了些许润湿的表面，但是可以看出，接枝共聚物增加了水与圆盘的接触角，这表明它们会提供给表面某种程度的斥水性。聚合物7、8和9提供了最大程度的斥水性，这可能是因为这些材料具有相当低的PEG负载量从而具有高的疏水性。一般而言，疏水性低的材料具有较小的接触角。尽管样品P3和P4具有相似的PEG负载量，但是P4中的PEG具有长链烷基十八碳烯基，其会影响接枝头聚物的整体亲水/亲脂平衡(HLB)，这解释了在P3的薄膜上观察到较小接触角的原因。因此，无论两亲共聚物更亲水还是更疏水，接枝共聚物之后的性质均可通过按需改变骨架和PEG的负载量而改变。在2分钟之后，在涂覆有P6的圆盘上记录到接触角0°(图1中未示出)。这据推测(不囿于理论地)是因为水溶性聚合物在此阶段已经溶解，或者已吸收了水。可以注意到，P4和P6的骨架是相同的，唯一不同的是PEG的负载量(P6中的要高出5倍)。这表明可调整接枝共聚物的亲水性，以使其作为润湿剂或者斥水剂。
4.3.4结论
接枝共聚物的两亲性是可调的，这意味着水与涂覆有该接枝共聚物的表面的相互作用可通过改变骨架和两亲物质在骨架上的接枝程度而改变。
实施例4.4.0两亲接枝共聚物用于调节化学物质自口香糖中的释放 的用途
4.4.1目的
证明所述接枝聚合物用于调节口香糖中化学物质(此处为市售的香料肉桂醛)的释放的用途。
4.4.2方法
化学品
碳酸钙(CaCO3)、甘油松香酯、氢化植物油(HVO，氢化大豆油)、聚异丁烯(PIB，分子量为51,000)、聚(乙酸乙烯酯)(PVAc，分子量为26,000)、单硬脂酸甘油酯(GMS)、微晶蜡(熔点为82-90℃的微晶蜡)、山梨糖醇液体和山梨糖醇固体均为获自Gum Base公司的食品级材料。肉桂醛(98+％)获自Fisher-Scientific UK。
口香糖的制备
口香糖胶基具有下表所示的组成：
表4-制备胶基的配方：X为一种新的接枝共聚物，或对于S3对照物而言为微晶蜡，HVO＝氢化植物油，PVAc＝聚(乙酸乙烯酯)。
将胶基材料在Thermo Electron公司制造的Haake Minilab微型混合器中混合，该微型混合器为小规模的实验室混合器/挤出机。在四个步骤中将各成分混合在一起，仅在最后一步之后挤出胶基。胶基在100℃混合。
根据下表混合口香糖。
Figure GPA00001140871400292
表5-口香糖的成分：X为一种新的接枝共聚物，或对于S3对照物而言为微晶蜡。
口香糖使用与混合胶基相同的设备进行混合，并在最后一步之后挤出。所述口香糖在60℃混合。在步骤1中，先将山梨糖醇液体和粉末预混合，然后再将其加入口香糖。
实验方法
在咀嚼之前，将每一块预成型的口香糖称重，并记录重量，以评估每一块中的药物总量。
使用AB FIA的“ERWEKA DRT-1”咀嚼装置，该装置通过在两个网栅之间交替地挤压和扭曲该口香糖来操作。将水温设为37℃的水夹套用于将咀嚼室内的温度调节为体内咀嚼时的预期温度，并将咀嚼速率设定为每分钟“咀嚼”40次。颚间隙设定为1.6mm。
将40mL人造唾液(由各种盐的水溶液构成，pH约为6——见下表6)加入咀嚼室，然后在其底部放置一张塑料网。将一块重量已知的口香糖放置在网中心，并将另一张网置于顶部。
表6：人造唾液制剂
分析口香糖中活性成分释放曲线的方法
咀嚼过程中始终使用表7中的参数，另有说明的除外。
  参数   数值
  温度   37℃
  颚之间的间隙   1.6mm
  扭曲角度   20°
  咀嚼频率   40次击打/分钟
表7：咀嚼参数
在每一次运行开始时，将装有人造唾液和口香糖的咀嚼室放置5分钟，以使系统可平衡至37℃。然后咀嚼口香糖。随后，在释放过程运行期间周期性地(5、10、15、20、25，30、40、50和60分钟)从测试室取出0.5mL的样品体积。
然后将所有样品使用常规的Perkin Elmer HPLC Series 200系统通过HPLC进行分析，所述系统装配有自动进样器、泵和二极管阵列检测器。数据处理和仪器控制由Totalchrom v 6.2软件提供。
将口香糖(大约1g的已知重量块)置于两个塑料网之间，并在人造唾液中机械地进行咀嚼。它们均使用HPLC装置进行分析。所述设备的详细信息如下：
常规的Perkin Elmer HPLC系统-数据处理和仪器控制经由Totalchrom v 6.2进行，系统基于Series 200的，装配有自动进样器、泵和二极管阵列检测器。
在所述情况下，使用HPLC分析了通过咀嚼释放的游离肉桂醛溶液。用于肉桂醛的条件设定如下：
柱：Varian Polaris 5u C18-A 250x4.6m
流动相：乙腈/0.05％正磷酸(60/40)
流速：1ml/min
检测：UV 250nm
注入体积：5μL
将唾液中的样品通过10mm的PTFE Acrodisc针头式过滤器过滤，然后直接注入。
将样品与涵盖了0.02-1.00mg/mL范围的标准品(在人造唾液中制备)进行比较。设备上测定的肉桂醛的保留时间为4.9分钟，因此将该保留时间处的峰用于检测所释放的肉桂醛。将样品咀嚼两次或三次，在所有情况下均产生两条吻合的释放曲线。将所有样品在HPLC装置上运行两次，从而表明了结果具有高的重现性。
4.4.3结果
口香糖使用聚合物1-4和6-9制备，并在人造唾液中进行咀嚼。所释放的肉桂醛通过HPLC进行分析。还制备了其中接枝共聚物用微晶蜡替代的对照物(S3)，并以相同方式进行分析(图2)。
据观察，对照物(S3)相当稳定地释放出了肉桂醛，60分钟之后的累积释放量为约60％。尽管两种(P8和P9)含有接枝共聚物的口香糖的释放曲线与微晶蜡材料相似，但是大多具有更快的、最大值更高的或者更慢的、最大值更低的肉桂醛释放曲线。例如，聚合物8在60分钟之后仅释放出口香糖中40％的肉桂醛，相比较而言，对照物释放出50％。相对而言，使用P4制备的口香糖的肉桂醛释放显示出在30分钟之前就已达到约70％肉桂醛释放量的平台期。含有P3的口香糖的释放速率较低，但是最大释放量相当或者略高。
4.4结论
通过改变骨架以及两亲物质的接枝程度(由此可改变亲水性)，可以改变口香糖中化学物质的释放曲线，此处用肉桂醛示例。释放速率看上去由许多能引起唾液和口香糖中其他组分的相互作用发生变化的因素决定，所述因素包括骨架的化学性质以及接枝程度。因此，公开了潜在地可用于配入口香糖中的具有一系列不同释放速率的接枝共聚物体系。
4.5.0两亲接枝共聚物用于调节活性成分的释放的用途
4.5.1目的
说明两亲接枝共聚物用于送递和释放活性成分的用途，所述用途通过考察聚合物和布洛芬的固体混合物——即布洛芬已经被包胶——中的布洛芬的释放情况而示明。包胶是指活性成分被物理地包覆、或包封在接枝共聚物内。
4.5.2方法
材料
布洛芬(40级)获自Albemarle。
聚合物和布洛芬的固体混合物的形成
将制成粉末的接枝共聚物和布洛芬称重并添加至一个烧杯中，以确保含有的布洛芬为1重量％。将所述两种物质用刮勺预混合，以形成大致均匀的混合物，然后使用Haake Minilab微型混合器在60℃混合并挤出。对于聚合物2，使用3.96g的聚合物和布洛芬(0.04g)，对于聚合物3，使用2.97g的聚合物和布洛芬(0.03g)。
测试方法
将被包胶的布洛芬样品(大约1g的已知重量的材料)置于两个塑料网之间，并在人造唾液中机械地咀嚼。被包胶布洛芬的咀嚼的具体情况与使用肉桂醛口香糖(4.4.2)时相同，采样在5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、40分钟、50分钟和60分钟之后进行。之后，将它们通过用一个10mm的PTFE Acrodisc针头式滤器过滤进行准备以用于HPLC分析。样品分析使用上文(4.4.2)描述的HPLC设备并使用以下的实验具体参数：
布洛芬HPLC的具体参数：(柱：Hypersil C18 BDS，150x4.6mm；流动相：比例为60/40的乙腈/0.05％正磷酸水溶液，1mL/min；UV检测器，波长220nm)。
将被包胶的布洛芬样品咀嚼两次或三次，所有的情况下均产生两条吻合的释放曲线。将所有样品在HPLC装置上运行两次，从而表明了结果具有高的重现性。
4.5.3结果
使用两种不同的聚合物来包胶布洛芬，对两者均进行咀嚼，并通过HPLC监测释放曲线(图3)。
聚合物/布洛芬混合物均在咀嚼期间将布洛芬释放到溶液中，并且向唾液中释放了相近总量的布洛芬，即总量最大值的约60％，此时在所测试的两个实例中，释放量似乎进入平台期。令人感兴趣的是，聚合物2的布洛芬释放比聚合物3的快得多。尽管两种聚合物有着化学方面相似的骨架，但是对于2而言，接枝至骨架上的MPEG的量要高得多。因此，一个可能的解释是增加聚合物的亲水性有助于包胶样品的崩解，使其在咀嚼/碾磨(聚合物为硬质固体)期间快速释放。
4.5.4结论
布洛芬使用两种接枝共聚物样品进行包胶，并通过在人工唾液中对样品进行咀嚼而释放。接枝共聚物2与接枝共聚物3相比更快地释放布洛芬；接枝共聚物2还含有更多的PEG，并且更亲水。看来可以通过调节两亲接枝共聚物的亲水性以改变布洛芬的释放速率。

Claims (21)

1.一种通式(I)的两亲聚合材料：
B-(OR)x    (I)
其中B为直链或支链聚合物骨架，所述聚合物骨架为至少一种含有至少三个碳原子的烯键式不饱和脂肪族烃单体与马来酸酐的共聚物，并且各OR是与所述骨架相连的亲水侧链，其中x代表侧链的数目，范围为1至5000，基团R具有通式(II)
——(YO)a——(ZO)b——R3    (II)
其中Y和Z各自独立地为具有2-4个碳原子的亚烷基基团，并且R3为H或者具有1-12个碳原子的任选被取代的烷基基团；
并且各a和b独立地为1-200的整数，条件是a+b的和具有1-250范围内的值。
2.权利要求1的两亲聚合材料，其中所述烯键式不饱和烃单体选自异丁烯、1，3-丁二烯、异戊二烯和十八碳烯。
3.权利要求1或2的两亲聚合材料，其中所述侧链OR与骨架中的马来酸酐相连。
4.权利要求1的两亲聚合材料，其中x的范围是1至300。
5.权利要求1的两亲聚合材料，其中x的范围是1至150。
6.权利要求1的两亲聚合材料，其中各侧链的分子量的范围是800-10,000。
7.权利要求1的两亲聚合材料，其中所述骨架的分子量的范围是1,000-10,000。
8.权利要求7的两亲聚合材料，其中式II中的所述亚烷基基团Y和Z均为-CH2CH2-。
9.权利要求7的两亲聚合材料，其中式II中的所述基团R3为H或CH3。
10.权利要求7的两亲聚合材料，其中式II中的和b+c具有20至120范围内的值。
11.权利要求1的两亲聚合材料，其中所述骨架含有1-50重量％的马来酸酐。
12.一种生产权利要求1的两亲聚合材料的方法，其中至少一种烯键式不饱和脂肪族烃单体和马来酸酐组成的共聚物原料与通式(III)——即HO-R——的侧链前体反应，得到通式(I)的两亲聚合材料。
13.权利要求12的方法，其中所述骨架的马来酸酐部分与所述侧链前体反应，得到通式(I)的两亲聚合材料。
14.一种组合物，仅由以下物质组成：(i)权利要求1的两亲聚合材料；(ii)至少一种烯键式不饱和脂肪族烃单体和马来酸酐组成的共聚物原料；和(iii)权利要求12中定义的通式(III)的侧链前体。
15.一种口香糖胶基，含有权利要求1的两亲聚合材料。
16.一种口香糖组合物，含有权利要求1的两亲聚合材料；
和一种或多种甜味剂或增香剂。
17.权利要求16的口香糖组合物，其还含有生物活性成分。
18.一种乳剂，含有权利要求1的两亲聚合材料。
19.权利要求18的乳剂，其为油包水乳剂或水包油乳剂。
20.权利要求1中定义的两亲聚合材料作为乳化剂的用途。
21.权利要求1中定义的两亲聚合材料作为清洁用表面活性剂的用途。
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