CN106574056A - 乙基纤维素分散液和粉末 - Google Patents
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Abstract
提供一种水性组合物,其pH为8或更高并且包含(i)包含分散的粒子的固相,所述分散的粒子包含乙基纤维素聚合物,(ii)脂肪酸,其中25摩尔%到100摩尔%的所述脂肪酸呈离子形式,(iii)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到0.1重量%的胶体稳定剂,(iv)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到7重量%的塑化剂,和(v)一种或多种碱金属阳离子或碱土金属阳离子,其中所述阳离子与所述脂肪酸的当量比为0.1:1到2:1。还提供一种喷雾干燥水性组合物的方法和一种粉末组合物。
Description
技术领域
常常期望制备含有乙基纤维素聚合物的膜。此类膜适用作例如施用到其它膜或施用到珠粒的涂层。在一些情况下,珠粒的集合含有药物,并且然后那些珠粒中的每个涂覆有含有乙基纤维素聚合物的膜。当将珠粒放入如可在人体中发现的水性环境中时,含有乙基纤维素聚合物的膜可提供药物的控制释放。还期望膜具有良好机械特性,如高拉伸强度、高拉伸伸长率和表面光滑度。在过去,制备此类膜的常见方法为使珠粒与其中乙基纤维素聚合物溶解于有机溶剂中的溶液接触。由于环境和健康影响,有机溶剂是不希望的。期望提供含有乙基纤维素聚合物并且能够生产高品质膜的水性涂料组合物。此类水性涂料组合物的一种期望形式为水性乙基纤维素聚合物分散液,其为其中乙基纤维素聚合物的粒子分散于连续水性介质中的形式。
背景技术
重要问题是乙基纤维素聚合物的贮存和运输。举例来说,如果水性分散液在一个场所制备,然后存储,然后运输到新场所,并且然后在新场所处再次存储,那么将需要存储和运输的方法容纳相对大体积的水和乙基纤维素聚合物。期望提供水分散性粉末,其为含有乙基纤维素聚合物并且当与水接触时形成水性乙基纤维素聚合物分散液的粉末。然后,可在不需要存储和运输水的情况下对粉末执行贮存和运输操作。美国专利6,169,130描述了可再分散粉末。
进一步期望提供可例如通过喷雾干燥而被干燥的水性组合物以形成水分散性粉末。期望的是可再分散粉末具有少量的胶体稳定剂和/或塑化剂。
发明内容
以下为发明内容。
本发明的第一方面为一种水性组合物,其pH为8或更高并且包含
(i)包含分散的粒子的固相,所述分散的粒子包含一定量的乙基纤维素聚合物,
(ii)以固相的总干重计,0.5重量%到7重量%的脂肪酸,其中25摩尔%到100摩尔%的所述脂肪酸呈离子形式,
(iii)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到0.1重量%的胶体稳定剂,
(iv)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到7重量%的塑化剂,和
(v)一种或多种碱金属阳离子或碱土金属阳离子,其中所述阳离子与所述脂肪酸的当量比为0.1:1到2:1。
本发明的第二方面为一种制备粉末的方法,其包含喷雾干燥第一方面的水性组合物。
本发明的第三方面为一种粉末组合物,其包含
(a)以所述粉末组合物的重量计,0重量%到2重量%的水,
(b)粒子,其包含
(I)一定量的乙基纤维素聚合物,
(II)以所述粉末组合物的重量计,0.5重量%到7重量%的脂肪酸,其中25摩尔%到100摩尔%的所述脂肪酸呈碱金属盐或碱土金属盐的形式,
(III)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到0.1重量%的胶体稳定剂,
(IV)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到7重量%的塑化剂。
具体实施方式
以下为具体实施方式。
如本文所用,除非上下文另作明确指示,否则以下术语具有所指定的定义。
如本文所用,以组合物的重量计,水性组合物具有30重量%或更多的水。如本文所用,分散液为含有在25℃下为液体的连续介质并且含有在整个连续液体介质中分布的物质的离散粒子(本文被称作“分散的粒子”)的组合物。如本文所用,水性分散液为其中连续液体介质含有以连续液体介质的重量计50重量%或更多水的分散液的水性组合物。溶解于连续液体介质中的物质在本文被认为是连续液体介质的一部分。所有分散的粒子的集合在本文中被称为分散液的“固相”。如本文所使用,术语“分散液”和“乳液”同义。
如本文所用,分散剂为提高分散的粒子在分散液中变分散(即,在整个连续液体介质中分布)和/或在暴露在25℃下贮存、暴露于高于25℃的温度、暴露于剪切或其一组合时保持分散能力的组合物。
如本文所用,水性组合物的“固含量”为当水和沸点为150℃或更低的化合物已经被去除时剩余的材料的量,所述量基于水性组合物的总重量按重量计。
如本文所用,术语高内相乳液是指具有以乳液的总重量计等于或大于74wt%分散相的乳液。
如本文所用,乙基纤维素聚合物意指其中在重复葡萄糖单元上的羟基中的一些转化成乙醚基团的纤维素衍生物。乙醚基团的数量可变化。USP专论要求乙醚含量为44%到51%。
如本文所用,乙基纤维素聚合物的粘度为以溶液的重量计5重量%乙基纤维素聚合物的溶液在溶剂中的粘度。以溶剂的重量计,溶剂为80重量%甲苯和20重量%乙醇的混合物。溶液的粘度以乌氏粘度计在25℃下测量。
如本文所用,脂肪酸为具有羧基和脂肪基的化合物。脂肪基为含有8个或更多个碳原子的彼此连接的碳原子的直链或支链。烃脂肪基仅含有碳原子和氢原子。
当本文所述组合物含有“极少量或无”一种成分时,意指以乙基纤维素聚合物的干重计所述成分的量为零或为0.1重量%或更少。当本文所述组合物含有“极少量或无”成分列表时,意指以乙基纤维素聚合物的干重计那些成分的量的总和为零或0.1重量%或更少。“极少或无”的这些定义适用于任何含有乙基纤维素聚合物的组合物,无论组合物为水性组合物还是不为水性组合物。
如本文所用,塑化剂为不是脂肪酸的化合物,其与乙基纤维素聚合物可混溶,并且当与乙基纤维素聚合物混合时其降低乙基纤维素聚合物的玻璃化转变温度。
如本文所用,胶体稳定剂为数均分子量为500或更高并且其可溶于水的聚合物。如果2克或更多的聚合物可在25℃下溶解在100克的水中,那么聚合物在本文中被认为可溶于水。
当本文陈述比率为X:1或更大时,意指比率为Y:1,其中Y等于或大于X。举例来说,如果陈述某一比率为0.2:1或更大,那么比率可为0.2:1或0.5:1或100:1,但是比率不为0.1:1或0.02:1。类似地,当本文陈述比率为W:1或更小时,意指比率为Z:1,其中Z等于或小于W。举例来说,如果陈述某一比率为5:1或更小,那么所述比率可为5:1或4:1或0.1:1,但是所述比率不为6:1或10:1。
如本文所用,短效碱为碱化合物。当含有短效碱的水性组合物被干燥时,当以干燥组合物的重量计,剩余的干燥组合物具有5重量%或更少水时,以在干燥工艺之前存在于水性组合物中的短效碱的重量计,在干燥水性组合物中剩余的短效碱的量为5重量%或更少。当水性组合物经历干燥工艺时,非短效碱不脱离水性组合物。即,当含有非短效碱的水性组合物被干燥时,当以干燥组合物的重量计,剩余的干燥组合物具有5重量%或更少水时,以在干燥工艺之前存在于水性组合物中的非短效碱的重量计,在干燥水性组合物中剩余的非短效碱的量为80重量%或更多。
任何乙基纤维素聚合物可用于本发明。乙基纤维素聚合物的乙醚含量为44%或更多;优选地47%或更多;更优选地48%或更多乙基纤维素聚合物的乙醚含量为51%或更少;优选地50%或更少。
乙基纤维素聚合物的粘度优选地为2mPa-s或更高;更优选地为5mPa-s或更高;更优选地为12mPa-s或更高;更优选地为16mPa-s或更高。乙基纤维素聚合物的粘度优选地为120mPa-s或更低;更优选地为100mPa-s或更低;更优选地为80mPa-s或更低;更优选地为60mPa-s或更低;更优选地为40mPa-s或更低;更优选地为30mPa-s或更低。
可用于本发明的乙基纤维素聚合物的市售形式包括例如以名称ETHOCELTM购自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的那些乙基纤维素聚合物。用于本发明实例的乙基纤维素聚合物可以ETHOCELTM标准10、ETHOCELTM标准20或ETHOCELTM标准100购自陶氏化学公司,其中乙醚含量为48.0%到49.5%。用于本发明的实施例的其它市售乙基纤维素聚合物包括可购自亚什兰公司(Ashland,Inc.)的某些等级的AQUALONTM乙基纤维素,和可购自Asha Cellulose Pvt.有限公司(Asha Cellulose Pvt.Ltd.)的某些等级的ASHACELTM乙基纤维素聚合物。
任选地,任何非水溶性纤维素衍生物聚合物可用于添加到乙基纤维素聚合物。
本发明涉及水性分散液。优选地,以连续液体介质的重量计,连续液体介质含有量为60重量%或更多;更优选地70重量%或更多;更优选地80重量%或更多;更优选地90%或更多的水。
优选地,以固相的总干重计,在水性分散液中的分散粒子含有量为60重量%或更多;更优选地70重量%或更多;更优选地80重量%或更多;更优选地85重量%或更多的乙基纤维素聚合物。优选地,以固相的总干重计,在水性分散液中的分散粒子含有量为99重量%或更少;更优选地98重量%或更少的乙基纤维素聚合物。
本发明的组合物含有一种或多种脂肪酸,其可为饱和的或不饱和的。更优选的为不饱和脂肪酸。脂肪酸的脂肪基可为直链或支链;优选的为直链。脂肪酸的脂肪基可为烃脂肪基或可具有除氢或碳之外的一种或多种取代基;优选的为烃脂肪基。在不饱和脂肪酸中,优选的为肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、油酸、亚麻油酸和二十碳四烯酸。在饱和脂肪酸中,优选的为辛酸、癸酸、月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、硬脂酸和花生酸。优选地,分散剂含有油酸。优选地,当水性组合物的pH足够高使得50摩尔%的脂肪酸具有呈羧酸根阴离子的形式的羧基时,脂肪酸在水性组合物中充当分散剂。
在其中使用油酸的实施例中,“纯”和“工业级油酸”可作为油酸使用。纯油酸被理解为意指含有大于98wt.%的油酸的组合物。“工业级油酸”被理解为意指含有到98wt.%或更少的范围的油酸的组合物。以工业级油酸的总重量计,此类工业级油酸含有例如在60wt.%到75wt.%范围内的油酸、在5wt.%到20wt.%范围内的亚麻油酸和在0wt.%到5wt.%范围内的硬脂酸,重量百分比的总和为100。工业级油酸可从动物脂肪(例如牛脂)获得。可同样地采用具有较高含量的油酸的工业级油酸,例如在每种情况下以总组合物计,具有80wt.%到95wt.%,优选地85wt.%到95wt.%并且此外优选地90wt.%到95wt.%的油酸的工业级油酸。以总脂肪酸组合物计,具有96wt.%到98wt.%的油酸的工业级油酸为非常特别优选的。以其它工业级油酸的总重量计,另一种工业级油酸具有大致80wt.%到90wt.%的油酸、2wt.%到10wt.%的亚麻油酸、2wt.%到6wt.%的硬脂酸和2wt.%到6wt.%的棕榈酸,重量百分比的总和为100。此类另一种工业级油酸例如以“高油酸”葵花油或HO葵花油出售。
以固相的总干重计,脂肪酸的量优选地为0.5重量%或更多;更优选地1重量%或更多;更优选地2重量%或更多。以固相的总干重计,脂肪酸的量优选地为7重量%或更少;更优选地为6重量%或更少。
本发明的水性组合物含有一种或多种碱金属阳离子或一种或多种碱土金属阳离子或其混合物。优选地,本发明的水性组合物含有一种或多种碱金属阳离子;更优选地钠阳离子或钾阳离子或其混合物。
(一或多种)碱金属阳离子和/或(一或多种)碱土金属阳离子的量的特征在于,在水性组合物中所有碱金属阳离子和碱土金属阳离子的总当量的总和与在水性组合物中附接至脂肪酸分子的所有羧基的总当量的比率(“当量比”)。优选地,所述当量比为0.5:1或更高;更优选地为0.75:1或更高;更优选地为0.9:1或更高。优选地,所述当量比为2:1或更低;更优选地为1.75或更低;更优选地为1.5:1或更低。
优选地,本发明的水性组合物或不含有铵离子或含有一定量的铵离子使得在水性组合物中铵离子的当量与附接至脂肪酸分子的所有羧基的总当量的比率为0.01:1或更低。
在含有乙基纤维素聚合物的除本发明以外的一些组合物中,存在相对大量的胶体稳定剂。常用的胶体稳定剂包括例如聚乙烯醇(PVA)、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)和为纤维素衍生物的水溶性聚合物。与那些其它组合物相比,本发明的组合物优选地含有极少或不含PVA。更优选地,本发明的组合物含有极少或不含PVA或聚(N-乙烯基吡咯烷酮)。更优选地,本发明的组合物含有极少或不含PVA、聚(N-乙烯基吡咯烷酮),或为纤维素衍生物的水溶性聚合物。更优选地,本发明的组合物含有极少或不含胶体稳定剂。
在含有乙基纤维素聚合物的除本发明以外的一些组合物中,存在相对大量的塑化剂。典型的塑化剂为分子量为200或更高的有机酯和分子量为200或更高的聚乙二醇。常用的塑化剂包括例如柠檬酸三乙酯(TEC)、癸二酸二丁酯(DBS)、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、分子量为200或更高的聚乙二醇和分子量为200或更高的甘油三酯。
与那些其它组合物相比,本发明的组合物优选地或不含塑化剂或含有一定量的塑化剂,以乙基纤维素聚合物的干重计,7重量%或更少;更优选地3重量%或更少;更优选地1重量%或更少;更优选地0.3重量%或更少;更优选地0.1重量%或更少。优选地,本发明的组合物含有极少或不含柠檬酸三乙酯(TEC)或癸二酸二丁酯(DBS)。更优选地,本发明的组合物含有极少或不含TEC、DBS、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、分子量为200或更高的聚乙二醇或分子量为200或更高的甘油三酯。更优选地,本发明的组合物含有极少或不含分子量为200或更高的聚乙二醇或分子量为200或更高的有机酯。更优选地,本发明的组合物含有极少或不含塑化剂。
用于制备本发明的水性组合物的优选的方法如下。所述方法包含将乙基纤维素聚合物和分散剂进料到挤出机的熔融和混合区中,其中加热在乙基纤维素聚合物和分散剂(包括一种或多种脂肪酸)并将其混合在一起以形成熔融物;将熔融物传送到挤出机的乳化区,在其中控制温度和压力;将碱和水进料到乳化区中,在其中分散熔融物以形成高内相乳液;将乳液传送到挤出机的稀释和冷却区;和将水进料到稀释和冷却区中以稀释高内相乳液从而形成水性分散液。可用于执行所述方法的通用方法条件和设备公开于美国专利第5,539,021号和美国专利号第5,756,659号中。
挤出机可具有若干区,包括混合和传送区域、乳化区以及稀释和冷却区。在进料端(其包含于混合和传送区中)处的流压力通过在乳化区之前放置捏合块和泡罩元件以建立熔融密封来控制。在出口(其包含于稀释和冷却区中)处的流压力通过使用背压调节器来控制。将基础聚合物(即,乙基纤维素)进料到挤出机的进料口中并且流入混合和传送区中。也将(一或多种)液体分散剂(包括一种或多种脂肪酸)进料到混合和传送区中并且可分别或共同进料。如果分散剂为固体,那么分散剂可任选地通过挤出机进料口进料到挤出机中。聚合物相(其包括基础聚合物和分散剂)在混合和传送区中熔融并且沿挤出机的机筒向下传送到乳化区。
在乳化区中,聚合物相与初始量的水和碱结合以建立高内相乳液。然后乳液沿挤出机向下传送并且在稀释和冷却区中与更多水结合以形成具有低于或等于60wt.%固体的水性分散液,例如分散的聚合物相。
优选地,进料到乳化区中的碱为非短效碱。优选的碱为KOH、NaOH或其混合物的水溶液。优选地,进料到挤出机的碱的每分钟摩尔数与进料到挤出机的脂肪酸的每分钟摩尔数的比率为0.5:1或更高;更优选地为0.9:1或更高。优选地,进料到挤出机的碱的每分钟摩尔数与进料到挤出机的脂肪酸的每分钟摩尔数的比率为2:1或更低;更优选地为1.75:1或更低。
本发明的水性组合物的pH优选地为12或更低;更优选地为11或更低;更优选地为10或更低。本发明的水性组合物的pH为8或更高。
在本发明的水性组合物中的分散粒子的体积平均粒径优选地为1.1微米或更少;更优选地为1.0微米或更少;更优选地为0.9微米或更少;更优选地为0.8微米或更少。在本发明的水性组合物中的分散粒子的体积平均粒径优选地为80nm或较高;更优选地为90nm或较高。粒度使用激光衍射测量。合适的仪器为COULTERTMLS-230或COULTERTMLS-13-320粒度分析器(贝克曼库尔特公司(Beckman Coulter Corporation))。
以水性组合物的重量计,本发明的水性组合物的固含量优选地为5重量%或更多;更优选地为10重量%或更多;更优选地为15重量%或更多;更优选地为20重量%或更多。以水性组合物的重量计,本发明的水性组合物的固含量优选地为55重量%或更少;更优选地为50重量%或更少;更优选地为45重量%或更少;更优选地为40重量%或更少;更优选地为35重量%或更少。
本发明的水性组合物的粘度在25℃下使用具有以50rpm旋转的RV2或RV3转子的布氏RV-II粘度计测量。选择转子以得到最接近粘度计扭矩范围中心的扭矩信号。优选地,水性组合物的粘度为100mPa-s或更低;更优选地为80mPa-s或更低;更优选地为60mPa-s或更低;更优选地为40mPa-s或更低;更优选地为30mPa-s或更低。优选地,水性组合物的粘度为1mPa-s或更高。
还考虑的是在本文被称作“混合碱”实施例的本发明的水性组合物的实施例。在混合碱实施例中,非短效碱的阳离子与在脂肪酸上的羧基的当量比为0.5:1到1:1。在混合碱实施例中,水性组合物还含有一种或多种短效碱。在混合碱实施例中,优选的短效碱为氨。在混合碱实施例中,短效碱的阳离子与在脂肪酸上的羧基的优选的当量比为0.5:1到1:1。
预期由其中脂肪酸仅用短效碱中和的水性组合物制成的涂层将为极疏水性涂层。还预期由其中脂肪酸仅用非短效碱中和的水性组合物制成的涂层将为小的多的疏水性涂层。另外预期由其中脂肪酸用短效碱部分中和并且用非短效碱部分中和的水性组合物制成的涂层将具有中等疏水性。
虽然本发明不受任何理论限制,但是预期,当涂层用作屏障涂层以控制有效成分到水性环境中的释放速率时,疏水性对释放速率具有影响。预期极疏水性的涂层将具有最慢的释放速率;具有中等疏水性的涂层将具有中等释放速率;并且最小疏水性的涂层将具有最高释放速率。因此,预期通过改变短效碱和非短效碱的相对量,将可能调节涂层的疏水性因此调节涂层的释放速率。
制备此类水性组合物的一种方法将提供其中脂肪酸用短效碱完全中和的第一水性组合物,提供其中脂肪酸用非短效碱完全中和的第二水性组合物,并且共混两种水性组合物。
对于本发明的水性组合物优选的用途为通过从水性组合物去除水而生产粉末。去除水的优选方法为通过喷雾干燥。在喷雾干燥的工艺中,水性组合物穿过一个或多个雾化器或喷嘴以生产水性组合物的液滴。在水性组合物的液滴形成期间或在其之后,液滴与加热的气体(优选空气)接触。与加热的气体接触从水性组合物的液滴去除大多数或所有水。
当干燥本发明的水性组合物以生产粉末时,以粉末的重量计,所得粉末的水的量优选地为0重量%到2重量%;更优选地为0重量%到1重量%;更优选地为0重量%到0.5重量%。
预期本发明的水性组合物的固相变成干燥组合物的粉末。本文中以上所描述的关于本发明的水性组合物的内容物的成分和量还应用到粉末。举例来说,因为以固相的总干重计,以上本文陈述本发明的水性组合物优选地含有量为60重量%或更多的乙基纤维素聚合物,所以应理解以粉末的总干重计,粉末优选地含有量为60重量%或更多的乙基纤维素聚合物。
期望在粉末中的每种粒子为分散于水性介质中的许多粒子的聚结。期望粉末的重量平均粒径为10微米到500微米。
(一或多种)碱金属阳离子和/或(一或多种)碱土金属阳离子存在于粉末中。粉末的优选的组合物和等效比率与本文中以上所描述的对于水性组合物的那些相同。
预期(一或多种)碱金属阳离子和/或(一或多种)碱土金属阳离子中的一些或全部和一种或多种脂肪酸中的一些或全部呈一种或多种盐的形式存在于粉末中。举例来说,如果钠存在于粉末中并且油酸也存在,那么钠中的一些或全部和油酸中的一些或全部以油酸的钠盐存在。
优选地,25摩尔%到100摩尔%的所有脂肪酸呈碱金属盐或碱土金属盐的形式;更优选地50摩尔%到100摩尔%。
优选地,本发明的粉末为水分散性的。即,当在25℃下,以27份或更少份的粉末与100份水的重量比,粉末与pH 7.5或更低的水接触,并且搅动(例如,通过搅拌)所得混合物时,混合物将形成水性分散液。分散的粒子将含有乙基纤维素聚合物。预期在形成粉末的干燥工艺之前,分散的粒子将具有与本发明的水性组合物相同的组合物和粒度分布。
预期由本发明的粉末制成的水性分散液(即,“再分散的”分散液)将以与通过挤出直接制备的分散液(即,“原始”分散液)将适用的相同的方式适用。
举例来说,此类分散液的优选的用途为形成制药涂层或食品涂层;更优选的为药物涂层;更优选的为缓释药物涂层。制备缓释药物涂层的优选方法为提供多个粒子,其中每个粒子含有药物并且将膜的涂层施用在粒子上。优选的粒子为药物自身的纯或接近纯粒子或为在聚合基质内含有药物的聚合物粒子。还考虑非药物物质的粒子涂覆有药物并且粒子通过滚圆与药物混合。优选的粒子的重量平均直径为100μm到1mm。优选地,水性分散液涂布每个粒子,并且当干燥时,留下覆盖或几乎覆盖每个粒子的膜。
当水性分散液用于制备在多个粒子上的涂层时,常常期望在水性分散液与多个粒子接触之前将塑化剂增加到分散液。常见塑化剂为柠檬酸三乙酯(TEC)和癸二酸二丁酯(DBS)。当在刚接触多个粒子之前将塑化剂添加到分散液时,分散液可为原始分散液或再分散的分散液。
当组合物形成在多个粒子上的涂层时,期望涂层具有良好膜特性,如相对高杨氏模量、拉伸强度和最大伸长率的值。预期这些特性可通过制备游离膜(即,未附接至任何基板的膜)和测试游离膜的拉伸特性来测试。预期作为游离膜的具有可接受特性的膜将还具有当形成为在粒子上的涂层时可接受的特性。
以下是本发明的实例。
实例1:制备水性分散液
分散体分散液使用在450rpm下旋转,具有25mm螺杆直径和长度直径比为36的BerstorffTMZE25双螺杆挤出机制备。材料如下:
EthocelTMSTD20乙基纤维素(陶氏化学公司)
油酸
氢氧化钾(KOH),30重量%的水溶液
乙基纤维素使用配备有大管和大开放式螺管的定体积进料器递送。然后聚合物相被熔融并且沿挤出机机筒向下传送到乳化区,其中聚合物相与初始量的水和碱结合以建立高内相乳液。然后乳液沿挤出机机筒向下传送到稀释和冷却区。将初始水、碱和稀释水各自分别地供应到具有IscoTM注射泵的挤出机。油酸使用IscoTM注射泵递送,垂直进入熔融区中。机筒首先设定成145℃。在运行期间在出口管道上的前部末端加热器和背压调节器保持打开并且设定成180℃。打开初始水加热器以在大约140℃下递送。将稀释水加热器设定成120℃。调节油酸和KOH的相对进料比率以提供1:1的当量比。挤出机出口温度为140℃。
在调节进料比率以得到95:5的乙基纤维素与油酸的质量比下运行挤出机,以生产实例1-1。然后调节进料比率以得到97:3的乙基纤维素与油酸的质量比,以生产实例1-2。结果如下:
(1)以分散液的总重量计,在分散液中的固体材料的量使用微波固体分析器或红外线固体分析器测定。使用的一种分析器为OHAUSTMMB45红外线水分分析器(可购自奥豪斯公司(Ohaus Corporation))。
(2)布氏RV粘度计,转子#3,50rpm,25℃
(3)体积平均粒径,通过使用COULTERTMLS-230或COULTERTMLS-13-320粒度分析器(贝克曼库尔特公司(Beckman Coulter Corporation))测定。
比较实例C2:制备用氨中和的水性分散液
乙基纤维素的水性分散液如在实例1中制备,具有以下不同:
中和碱:28wt.%氨(如NH3)的水溶液
乙基纤维素与油酸的重量比:89.1:10.9
氨与油酸的当量比:1.4:1
结果如下:
(1)如在实例1中
(2)布氏RV,2号转子,50rpm
(3)如在实例1中
比较实例C3:制备具有胶体稳定剂的含水分散液
比较实例C3的水性分散液通过添加胶体稳定剂、聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡咯啶酮(PVP)改性。在搅动下将10wt%水溶液的胶体稳定剂增加到乙基纤维素分散液中。使用的PVA为来自可乐丽公司(Kuraray Co)的MOWIOLTM488PVA,具有31kg/mol的平均分子量。使用的PVP购自西格玛奥德里奇(Sigma Aldrich),平均分子量为10kg/mol。使用的量如下,基于乙基纤维素聚合物和油酸的干重的总和按重量计:
比较实例 | 胶体稳定剂 | 胶体稳定剂的量 |
C3-1 | PVA | 8重量% |
C3-2 | PVP | 8重量% |
实例4:含水分散液的喷雾干燥和再分散
喷雾干燥含水分散液以生产干粉。喷雾干燥在氮气下用双流体喷嘴雾化器在Mobile MinorTM喷雾干燥器上进行。然后如下测试干粉的再分散性:喷雾干燥的粉末的再分散性基于分散于水中的喷雾干燥的粉末的粒度与起始分散液的原始粒度的比较评估。将喷雾干燥的粉末以1%固体分散于去离子水水中并且使其涡旋30秒两次。接着通过库尔特LS13 320激光衍射粒度分析器测量再分散液的粒度。乙基纤维素聚合物分散液的期望粒度低于1μm。再分散性“产率”定义为在再分散液中小于1μm的粒子的体积百分比。举例来说,如果再分散液示出了20体积%的粒子小于1μm,此粉末的再分散性产率为20%。
在干粉中的水分为基于粉末的重量按重量计水的量。“na”意指未分析。对于实例1,V平均通过在去离子水中再分散干粉生产的分散液测量(通过上文所描述的方法)。结果如下。符号“<20%”意指“低于20%”。
实例1 | 比较实例C3-1 | 比较实例C3-2 | 比较实例C3-3 | |
乙基纤维素:油酸的重量比 | 95:5 | 89.1:10.9 | 89.1:10.9 | 89.1:10.9 |
胶体稳定剂 | 无 | PVA | PVP | none |
碱 | KOH | 氨 | 氨 | 氨 |
喷雾干燥器入口 | 135℃ | 140℃ | 120℃ | 135℃ |
喷雾干燥器出口 | 50℃ | 39℃ | 47℃ | 42℃ |
在粉末中的水分 | 1.75% | 1.60% | 1.14% | 1.24% |
再分散性产率 | 100% | <20% | <20% | <20% |
再分散粉末的V平均 | 129nm | 10.2μm | 6.8μm | 8.2μm |
比较实例C3-1、比较实例C3-2和比较实例C3-3使用氨作为碱并且示出在去离子水中差的再分散性。三个全部示出极低的再分散性产率,并且三个全部示出超过实例1的V平均的50倍的再分散的V平均。
比较实例C5:当使用氨时改变油酸的量
比较实例C5-1为比较实例C2的重复。如在比较实例C2中,氨被用作碱。在比较实例C2的条件下收集样品分散液(以生产比较实例C5-1)之后,以在步骤中改变的乙基纤维素与油酸的比率继续挤出以降低油酸的相对量。V平均如上测量。结果如下:
比较实例C5表明,当氨用作碱时,需要大于7.5%的油酸以生产有用的分散液。为了适用,分散液粒度应显著低于1μm。
实例6:膜特性
以水性分散液的总固体重量计,将柠檬酸三乙酯、塑化剂添加到每种水性分散液以得到27重量%的塑化剂。然后,膜由含水分散液如下流延:膜使用毕克(BYK)四边刮涂棒润湿到预清洁的玻璃板上以0.5mm(20密耳)的厚度流延。覆盖膜并且将其传送到设定成60℃的烘箱以固化2h。然后将膜放入控制湿度室(55%相对湿度,22℃)至少12hr用于膜的水分含量平衡。
含水分散液为“原始的”或“再分散的”,如下定义:
原始的:通过挤出机生产,然后与塑化剂混合,然后流延为膜的水性分散液。
再分散的:通过挤出机生产,然后喷雾干燥,然后再分散在水中以得到27%固含量,然后与塑化剂混合,然后流延为膜的水性分散液。
实例C6-1和实例C6-2为比较实例。含水分散液如下:
实例 | 分散体分散液 | EC:OA (4) | 碱 | 类型 | V平均 (5) |
C6-1 | C6-1a(6) | 89.1:10.9 | 氨 | 原始的 | 0.208μm |
C6-2 | C6-1a(6) | 89.1:10.9 | 氨 | 再分散的 | 10.2μm(7) |
6-3 | 实例1 | 95:5 | KOH | 原始的 | 0.136μm |
6-4 | 实例1 | 95:5 | KOH | 再分散的 | 0.138μm |
(4)乙基纤维素与油酸的重量比
(5)在添加塑化剂之后测量
(6)重复比较实例C2
(7)再分散性产率=<20%
膜在拉伸测量之前从基板去除。拉伸测量在从至少三种不同膜切割的10个或更多个样品带上进行。每个样品带的厚度通过使用Mitutoya Digimatic指示器沿三个点测量并且求平均值来测定。杨氏模量通过拟合在应力/应变曲线的线性区中的点来测量。最大应力(报告为拉伸强度)和在断裂时的应变(报告为伸长率%)通过将光标放置在曲线上并且读取值来手动测定。结果如下:
实例 | 杨氏模量 | 最大伸长率 | 拉伸强度 |
C6-1 | 23MPa | 39% | 1.3MPa |
C6-2 | 39MPa | 18% | 1.4MPa |
6-3 | 78MPa | 7.3% | 3.0MPa |
6-4 | 60MPa | 9.6% | 2.9MPa |
比较实例C6-2示出最大伸长率低于比较实例C6-1的最大伸长率的一半。此结果示出,当分散液用氨制备、喷雾干燥,并且然后再分散时,所得分散液不可制备与由未被喷雾干燥和再分散的分散液制成的膜一样良好的膜。相比之下,实例6-3和实例6-4具有彼此类似的特性,并且所述结果示出喷雾干燥和再分散工艺未降低本发明分散液形成良好膜的能力。
Claims (9)
1.一种水性组合物,其pH为8或更高并且包含
(i)包含分散的粒子的固相,所述分散的粒子包含一定量的乙基纤维素聚合物,
(ii)以所述固相的总干重计,0.5重量%到7重量%的脂肪酸,其中25摩尔%到100摩尔%的所述脂肪酸呈离子形式,
(iii)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到0.1重量%的胶体稳定剂,
(iv)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到7重量%的塑化剂,和
(v)一种或多种碱金属阳离子或碱土金属阳离子,其中所述阳离子与所述脂肪酸的当量比为0.1:1到2:1。
2.根据权利要求1所述的水性组合物,其中以所述固相的干重计,所述乙基纤维素聚合物的量为45重量%到90重量%。
3.根据权利要求1所述的水性组合物,其中所述乙基纤维素粉末的粘度为16mPa-s至30mPa-s,其中所述乙基纤维素粉末的粘度被定义为以所述溶液的重量计5重量%所述乙基纤维素聚合物的溶液在溶剂中的粘度,其中所述溶剂为以所述溶剂的重量计80重量%甲苯和20重量%乙醇的混合物。
4.根据权利要求1所述的水性组合物,其中所述阳离子与所述脂肪酸的当量比为0.5:1到2:1。
5.根据权利要求1所述的水性组合物,
其中所述阳离子与所述脂肪酸的当量比为0.2:1到1:1。
其中所述水性组合物另外包含一种或多种短效碱,并且其中所述短效碱的阳离子与所述脂肪酸的当量比为0.2:1到1:1。
6.一种制备粉末的方法,其包含喷雾干燥根据权利要求1所述的水性组合物。
7.一种粉末组合物,其包含
(a)以所述粉末组合物的重量计,0重量%到2重量%的水,
(b)粒子,其包含
(I)一定量的乙基纤维素聚合物,
(II)以所述粉末组合物的重量计,0.5重量%到7重量%的脂肪酸,其中25摩尔%到100摩尔%的所述脂肪酸呈碱金属盐或碱土金属盐的形式,
(III)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到0.1重量%的胶体稳定剂,
(IV)以所述乙基纤维素聚合物的干重计,0重量%到7重量%的塑化剂。
8.根据权利要求7所述的粉末,其中以所述粉末的干重计,所述乙基纤维素聚合物的量为45重量%到90重量%。
9.根据权利要求7所述的粉末组合物,其中所述乙基纤维素粉末的粘度为16mPa-s至30mPa-s,其中所述乙基纤维素粉末的粘度被定义为以所述溶液的重量计5重量%所述乙基纤维素聚合物的溶液在溶剂中的粘度,其中所述溶剂为以所述溶剂的重量计80重量%甲苯和20重量%乙醇的混合物。
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