CN107847407A - Uv防护组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了UV防护组合物，其包含溶胀聚合物基质大粒子和多个无机UV防护剂纳米粒子，所述溶胀聚合物基质大粒子包含经至少一种溶胀剂溶胀的热塑性聚合物，所述无机UV防护剂纳米粒子包含至少一种固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，其中所述无机纳米粒子分散并嵌入所述溶胀聚合物基质大粒子中。本发明还提供了此类组合物的制备和使用方法。

Description

UV防护组合物

技术领域

本公开涉及紫外线辐射防护领域，且更具体地，涉及包含由分散并嵌入呈大粒子形式的聚合物基质中的固体无机晶体组成的UV防护剂纳米粒子的UV防护组合物，涉及其制备和使用方法。

背景技术

紫外线(UV)辐射是无所不在的，太阳虽然不是唯一来源但却是最常见的UV辐射源。因为UV辐射可以对人、动物和物体造成损伤，所以提供UV辐射防护的组合物是有用的。

在生物学背景下，UV防护组合物(即减少或阻断UV射线透射的组合物)常用于防止晒伤。晒伤是因过度暴露于紫外线(UV)辐射而引起的辐射灼伤形式，紫外线(UV)辐射通常来自太阳，但也可来自人造来源，如美黑灯(tanning lamp)、焊接电弧和紫外线杀菌性照射。

人和其它动物晒伤的正常症状包括皮肤变红、全身疲劳和轻度眩晕。在极端情况下，过量的UV辐射可危及生命。过度UV辐射被认为是非恶性皮肤肿瘤的主要原因，以及增加某些类型的皮肤癌的风险。

防晒组合物常用于预防晒伤并且被认为会防止鳞状细胞癌和黑色素瘤。此外，已经报道其会延缓皱纹和另外的年龄相关性皮肤病状的发展。

具体地，防晒组合物是局部用组合物，其包括吸收和/或反射暴露于阳光的皮肤区域上的至少一些太阳UV辐射，并因此减少UV辐射对皮肤的影响的UV防护剂。根据其作用模式，通常将其分为化学或物理防晒霜。

化学防晒组合物包含吸收UV辐射以减少达到皮肤的UV辐射的量的有机化合物。化学防晒组合物对于可见光是透明的且因而在施加至皮肤时是不可见的，所以化学防晒组合物被普遍使用。然而，已经发现化学防晒组合物中使用的一些有机化合物会产生可造成皮肤损伤、刺激和皮肤加速老化的自由基。此外，有机物质可以被吸收到皮肤内，导致长期的有害健康影响。化学防晒组合物可能需要添加光稳定剂。

物理防晒组合物反射并吸收UV辐射。已知的物理防晒组合物包含无机物(主要是氧化钛和/或氧化锌)的粒子。为了在整个UVA和UVB范围内获得紫外线辐射的吸收和/或反射，使用了相对较大的粒子。由于粒度大，此类防晒组合物为粘性的且不透明的并且往往会在皮肤上留下白色脱落物。

许多防晒组合物防护引起晒伤的280-315纳米(nm)范围内的UV辐射(UVB辐射)，但不防护315-400nm范围内的UV辐射(UVA辐射)，这并不主要导致晒伤，但可以增加黑色素瘤和光照性皮炎的比率。

通常优选在皮肤上透明的防晒组合物。为了使物理防晒组合物透明，无机物粒子应该呈纳米粒子的形式，其吸收和/或散射UV光而非可见光，致使其在皮肤上基本上透明。然而，使用纳米粒子降低了无机物吸收的波长范围。因此一些已知的防晒组合物通过使用各自阻断UV光谱有限范围内的辐射的不同UV吸收或散射材料(通常称为UV防护剂)的组合来阻断UVA和UVB辐射。

类似地，UV防护组合物可使可能受UV辐射不利影响的惰性材料或物体受益。例如，UV辐射可减少材料(例如，天然和合成聚合物)的寿命，并且可改变物体的颜色，尤其是在经受长期太阳暴露的制品中，例如建筑物或交通工具。

已知各种涂料会通过阻断或减少UV射线透射而提供对UV辐射的防护。使用此类涂料可转而减少UV辐射对活体动物的有害影响。例如，在光学透镜上使用所述涂料，从而减少UV辐射的透射，可降低UV诱导的光学病症如白内障的发病率。用于制造掺入或涂有合适的UV防护剂的窗户的材料可减少UV辐射向用此类窗户遮蔽的受试者、植物、表面或物体的透射。

本申请人2016年3月24日提交的国际专利申请PCT/IB2016/051701；2016年4月6日提交的GB 1605857.0；及2016年5月5日提交的GB 1607831.3公开了包含无机纳米粒子的UV防护组合物。然而，基于纳米范围内的粒子所带来的潜在风险的公众认知，已经存在关于此类纳米粒子应用于人类皮肤时的安全性的监管问题。

期望具有安全有效的UV防护组合物，尤其是提供广谱防护。

概述

在至少一些实施方案中，本公开提供了安全有效的紫外线(UV)防护组合物，例如施加至表面时提供UV辐射防护的防晒组合物，其在一些实施方案中具有广谱UV防护活性。

虽然在以下内容中，通常将所述组合物描述为用于活体受试者中，但并不意图限制，因为此类组合物可同样适用于无生命物体(例如，时常暴露于UV辐射的制品的UV防护涂料)。

根据一些实施方案的一个方面，本公开涉及UV防护组合物，且更具体地，涉及一种UV防护组合物，其包含：溶胀聚合物基质大粒子，其包含经至少一种溶胀剂溶胀的热塑性聚合物；和多个纳米粒子，其包括UV防护剂的无机纳米粒子，无机纳米粒子中的每一个包含至少一种掺杂或无掺杂的固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，其中所述无机纳米粒子分散并嵌入所述基质大粒子中。

溶胀聚合物基质大粒子下文可简称为基质大粒子或基质元素，每个此类离散大粒子或元素可具有任何合适的形状。由溶胀热塑性聚合物制成并且具有相对平坦的板样或薄片样形状的基质大粒子或基质元素也可称为基质薄片。

在一些实施方案中，至少一种无机UV防护剂的无机纳米粒子分散并嵌入溶胀聚合物基质薄片中，其中溶胀聚合物基质薄片中的每个薄片具有薄片长度(Lf)、薄片宽度(Wf)和薄片厚度(Tf)，所述溶胀聚合物基质薄片具有以下定义的无量纲薄片长宽比(Rf)：

Rf＝(Lf·Wf)/(Tf)²

其中，关于所述溶胀聚合物基质薄片的代表组，平均Rf为至少5；

其中代表组中的所述多个纳米粒子的平均粒度(D_N50)为至多100nm；

并且其中所述无机UV防护剂表现出以下硬度特性中的至少一种且通常两种或三种：

在140至1600范围内的努氏硬度值(KHN)；

在130至1500范围内的维氏硬度值(VHN₁₀₀)；

在3.5至8范围内的莫氏硬度值。

在一些实施方案中，可通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)聚焦离子束(FIB)，和/或通过共焦激光扫描显微技术来估计各种粒子(纳米粒子、大粒子、薄片等)的尺寸。例如，扫描电子显微术可用于评估平面尺寸，而粒子的厚度或长度可通过聚焦离子束FIB技术测定。

在选择可精确表征粒子群的各种特性的代表性粒子或一组代表性粒子时，将认识到更具统计学意义的方法仍可更精确地表征此类特性。因此，在本公开的一些实施方案中，各种尺寸特性，包括粒子的无量纲长宽比，可通过整体分析相关图像捕捉仪器的代表性视野(例如，SEM-FIB)来测定。此类视野也可称为“仪器视野”。通常，调节任何适当仪器(例如，显微镜、DLS)的放大倍数，使得至少10个粒子、至少20个粒子或至少50个粒子置于单个仪器视野内。举例而言，一组粒子的无量纲薄片长宽比可以是体积平均的、表面积平均的或数量平均的。

如本文在说明书及后面的权利要求书部分中所用，术语“粒长”、“薄片长度”或“Lf”通常(且尤其是在“无量纲薄片长宽比”的上下文中)用于指粒子在其纵向上的最大长度。垂直于Lf(诸如此类)测量“粒宽”、“薄片宽度”或“Wf”。可由合适的图像捕捉仪器，如SEM-FIB的视野图像(例如，由薄片或粒子的“轨迹”)定量评价Lf、Wf等。

如本文在说明书及后面的权利要求书部分中所用，术语“薄片厚度”或“(Tf)”，至少在“无量纲薄片长宽比”或“(Rf)”的上下文中，是指粒子在其横向上，并且与各自定义粒长或薄片长度(Lf)及粒宽或薄片宽度(Wf)的两条线正交的最大厚度，通常在合适的图像捕捉仪器如SEM-FIB的视野中看到。

如本文在说明书及后面的权利要求部分中所用，术语“长度尺寸”是指在图像捕捉仪器如SEM-FIB的视野中看到的粒子(如聚合物薄片或无机纳米粒子)的最大长度尺寸。

在一些实施方案中，正如可通过本领域技术人员已知的各种仪器(例如化学和/或物理)和计算技术测定那样，按重量、体积、横截面积和/或数量计，至少一种无机UV防护剂的无机纳米粒子构成了纳米粒子总量的至少20％、至少35％、至少50％、至少65％、至少80％、至少90％或基本上全部。

热塑性聚合物如果可以吸收并保持溶胀液体，相对于其呈天然形式时的自身质量或体积引起重量增加和/或体积增加，则被称为“可溶胀”。溶胀程度指聚合物链间的密度，较软的“低密度”聚合物通常具有较高的吸收能力，使其溶胀达到比较硬“高密度”聚合物更大的程度。

虽然各种可溶胀聚合物在油的存在下可以令人满意地溶胀以便使得能够掺入固体粒子或纳米粒子(例如，UV防护剂的)，但是在约50℃的温度下浸入油中长达4天时显示出至少20％的重量增加和/或体积增加的热塑性聚合物被适宜地视为可经油“溶胀”。然而可溶胀聚合物经油溶胀可以在各种溶胀条件下进行，高温(即，高于50℃，例如在60℃或更高，在75℃或更高或甚至在90℃或更高)通常加速溶胀过程。溶胀聚合物均匀混合在溶胀液体中也可缩短溶胀期。

虽然上述溶胀聚合物可优选用于制备基质大粒子，但热塑性聚合物不一定需要溶胀至其最大可能程度以根据本教导使用。如本文中所用，关于聚合物的术语“溶胀”是指聚合物，也称为溶胀聚合物基质，与所述溶胀之前的聚合物重量相比，在选择的溶胀条件下显示出至少10％的重量增加。据信实际溶胀程度可利于聚合物基质尺寸减小为基质元素。为了这个目的，热塑性聚合物需要充分溶胀(即软化)以容许将聚合物揉捏成单个元素，但不能太软以致所得元素会失去形状(例如流动并合并到相邻元素中)。适当的溶胀也可利于所加粒子的稍后渗透及其在与溶胀基质共同研磨期间的分散，同时确保UV防护剂固体纳米粒子在溶胀基质元素中的相对固定，这个过程中实际吸收和/或保持的油量可能另外取决于生产条件。

聚合物“合适的软化”/溶胀可取决于生产条件。在一些优选实施方案中，热塑性聚合物的软化点或熔点不低于60℃，使得在通常使用所述组合物的温度范围施加至表面时，所述组合物不会过度软化(例如如果向人类受试者涂覆时，在约37℃的体温下不会熔融)。如果使用聚合物的组合和/或聚合物和溶胀剂的混合物(下文称为“溶胀混合物”)包含或还包含可以影响所得基质元素的此类软化特性的流变改性剂(例如，增塑剂)，则另外且可选地，对于溶胀混合物而言，聚合物和/或改性剂的此类混合物应优选展示不低于50℃的组合软化点。

在这种情况下需要注意的是，一些油可以对于一些聚合物充当部分增塑剂。在此类情况下，用于使聚合物溶胀，可以使溶胀混合物的组合软化点降至低于50℃的第一种油，仍然可用于在低于组合软化温度的温度条件下研磨溶胀聚合物与纳米粒子。在一些实施方案中，无机纳米粒子可添加到溶胀聚合物基质中，同时分散在第二种油中，第二种油降低了研磨混合物的软化点(或在第一种油展示出增塑效果的情况下进一步降低软化点)。然而，一旦获得了基质大粒子，就可用第三种油至少部分替换这第一种油或第二种油，第三种油不会将聚合物的软化点降至低于50℃的任选预期阈值。在一些实施方案中，第三种油不能使聚合物基质元素溶胀，若有，任选地在第一种油和第二种油的残留量内，仅用作此类大粒子(现包括UV防护剂纳米粒子)的载体。

具有太高软化点或熔点的聚合物被认为不太合适，因其将倾向于不可溶胀。通常，合适的热塑性聚合物的软化点和熔点中的至少一个不超过200℃，或者可能不高于150℃。

有利的是，分散的UV防护剂纳米粒子基本上不会迁移出溶胀聚合物基质大粒子。在此类情况下，也可以说UV防护剂纳米粒子嵌入基质中。此类情形可通过不含有大粒子载体中纳米粒子而容易地确定，正如可通过常规方法所测量或测定的那样。

在一些实施方案中，UV防护剂的固体无机晶体是掺杂的。在一些实施方案中，固体无机晶体无掺杂。晶体可以呈现提供所寻求的UV防护能力的任何合适结构。例如，二氧化钛可以是金红石型或锐钛型，即使其各自的活性可以不同。

在一些实施方案中，无机UV防护剂表现出以下硬度特性中的至少一种且通常两种或三种：

a)在140至1600范围内的努氏硬度值(KHN)；

b)在130至1500范围内的维氏硬度值(VHN₁₀₀)；

c)在3.5至8范围内的莫氏硬度值。

通常，KHN为至少150、至少160、至少175、至少200或至少250，并且在一些情况下，为至少350、至少425、至少500或至少600。KHN可为至多1500、至多1250、至多1000或至多800。在一些实施方案中，固体无机UV防护剂的努氏硬度值介于约300和约1000之间。

通常，VHN₁₀₀为至少140、至少150、至少160、至少175、至少200或至少250，并且在一些情况下，为至少350、至少425、至少500或至少600。VHN₁₀₀可为至多1400、至多1250、至多1000或至多800。

通常，莫氏硬度值为至少3.75、至少4、至少4.5或至少5，并且在一些情况下，为至少5.5、至少6或至少6.5。莫氏硬度值可为至多7.5或至多7。

在一些实施方案中，UV防护剂选自由UVA防护剂和UVB防护剂组成的组。在一些实施方案中，UV防护剂结合了UVA和UVB防护活性。

在一些实施方案中，固体无机晶体选自由以下组成的组：掺杂和无掺杂金属氧化物晶体，包括钡化合物、铋化合物、钛化合物和锌化合物；氧化物，其呈一氧化物、二氧化物、三氧化物或四氧化物的形式，氧化物还任选地呈含氧阴离子的形式。

在一些实施方案中，固体无机晶体选自由以下组成的组：钛酸钡(BaTiO₃)、氧化铋(Bi₂O₃)、钒酸铋(BiVO₄)、钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂)、二氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)和钛酸锌(ZnTiO₄)晶体，其中任一种可掺杂或无掺杂。

在一些实施方案中，固体无机晶体包含掺杂金属氧化物，任选地其中掺杂物是选自由铁、铜、锰和镧的金属阳离子组成的组。在金属阳离子任选地取代所述至少一种无机晶体的原子的情况下，形成所谓的“掺杂”金属氧化物。

在一些实施方案中，固体无机晶体包含掺杂镧的钛酸铋(Bi_(4-x)La_(x)Ti₃O₁₂，其中x介于0.1和1.5之间)，其可任选地进一步掺杂铁。

在一些实施方案中，固体无机晶体包含掺杂氧化锌，其包含约90％或甚至95％至约99.9％摩尔百分比的氧化锌和约0.1％至约5％或甚至10％摩尔百分比的锰或铜。

在一些实施方案中，按照数量，至少50％或至少55％或至少60％或至少65％或至少70％或至少75％或至少80％或至少85％或至少90％或至少95％或至少97.5％或至少99％的UV防护剂无机纳米粒子具有长达约100nm，或长达约90nm，或长达约80nm，或长达约70nm，或长达约60nm的长度尺寸(或长度)。可以评估此类尺寸，例如，通过用合适的显微技术和放大倍数获得的至少一个仪器视野的图像分析，所述至少一个视野包含至少10个纳米粒子，长度尺寸是这样分析的纳米粒子长度的平均值。

其中纳米粒子的厚度、长度和宽度可近似于流体动力学直径的DLS技术，在适当的时候，可利于对较大纳米粒子样品的分析。在一些实施方案中，按数量、体积或表面积计，至少50％、或至少55％、或至少60％、或至少65％、或至少70％、或至少75％、或至少80％、或至少85％、或至少90％、或至少95％、或至少97.5％、或至少99％的UV防护剂无机纳米粒子具有多达约100nm，或多达约90nm，或多达约80nm，或多达约70nm，或多达约60nm的累积流体动力学直径。

对于50％的无机纳米粒子而言可获得的特征大小或尺寸，按数量由纳米粒子的长度或流体动力学直径计算，下文称为“平均粒度”，也表示为D_N50。

在一些实施方案中，所述纳米粒子由具有相同化学式的掺杂或无掺杂固体无机晶体组成。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子以热塑性聚合物的约0.1至约60％重量/重量(w/w或wt.％)，或约1至约40％(w/w)，或约2至约30％(w/w)，或约4至约25％(w/w)的浓度，任选地以热塑性聚合物的约5％(w/w)或约10％(w/w)或约25％(w/w)的浓度存在于溶胀聚合物基质大粒子中。

因为UV防护剂无机晶体通常具有高于热塑性聚合物密度的密度，所以按体积/体积(v/v)计纳米粒子的相对比例可相应地减小。为了参考，本文公开的UV防护剂的密度，可进一步受掺杂的存在和程度而影响，其范围为约3g/cm³(例如，对于二氧化钛而言为约4.23g/cm³)至约10g/cm3(例如，对于钛酸铋而言为约9.03g/cm³)，而热塑性聚合物可具有约1g/cm³的密度(例如，对于699而言为约0.94g/cm³)。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子以聚合物的约0.01至约20％(v/v)，或约0.1至约15％(v/v)，或约1至约10％(v/v)的浓度，任选地以聚合物的约4％(v/v)或约6％(v/v)的浓度存在于溶胀聚合物基质大粒子中。

在一些实施方案中，其中固体无机晶体为二氧化钛晶体，UV防护剂纳米粒子以热塑性聚合物的约5.6％(v/v)的浓度存在于溶胀聚合物基质大粒子中。在一些实施方案中，其中固体无机晶体为钒酸铋晶体，UV防护剂纳米粒子以热塑性聚合物的约3.9％(v/v)的浓度存在于溶胀聚合物基质大粒子中。

在一些实施方案中，嵌入了UV防护剂纳米粒子的溶胀聚合物大粒子以不超过本文公开的总UV防护组合物的30％(w/w)或不超过20％(w/w)的浓度存在。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子以UV防护组合物的约0.01至约40％(w/w)，或总UV防护组合物的约0.1至约30％(w/w)，或约1至约20％(w/w)，或约1至约10％(w/w)的浓度存在。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子以UV防护组合物的约0.01至约20％(v/v)，或总UV防护组合物的约0.01至约15％(v/v)，或约0.1至约10％(v/v)，或约0.5至约5％(v/v)的浓度存在。

在一些实施方案中，本文公开的UV防护组合物总体上不含有和/或通常没有机紫外线吸收剂，所述组合物任选地含有少于5wt.％、少于4wt.％、少于3wt.％、少于2wt.％、少于1wt.％、少于0.5wt.％、少于0.1wt.％或少于0.05wt.％的有机紫外线吸收剂。

在一些实施方案中，掺杂或无掺杂的固体无机晶体构成了本文公开的UV防护组合物中唯一的紫外线吸收剂。

在一些实施方案中，所述至少一种溶胀剂包含油。

在一些实施方案中，油以热塑性聚合物的约5至约50％(w/w)，或在10-35％(w/w)、或10-30％(w/w)、或12-25％(w/w)、或15-25％(w/w)范围内的浓度，任选地以溶胀聚合物基质的约30％(w/w)或约20％(w/w)或约10％(w/w)的浓度存在于溶胀聚合物基质(及其大粒子)中。

在一些实施方案中，油以热塑性聚合物的约5至约65％(v/v)，或在12-45％(v/v)、或12-40％(v/v)、或16-32％(v/v)、或20-30％(v/v)范围内的浓度，任选地以溶胀聚合物基质的约40％(v/v)或约25％(v/v)或约15％(w/w)的浓度存在于溶胀聚合物基质(及其大粒子)中。

在一些实施方案中，油选自由矿物油、天然油、植物油、合成油及其组合组成的组。油的任何组合只要其形成与所设想的用途(从聚合物溶胀至施加到目标表面，通过掺入纳米粒子和研磨形成溶胀聚合物基质大粒子)相容的均匀的完全可混溶的混合物就是合适的。

在一些实施方案中，热塑性聚合物是油可溶胀的热塑性均聚物或共聚物，任选地为清澈、透明和/或无色的。

在一些优选实施方案中，热塑性聚合物是包含粒子亲和性官能团和非亲和性单体单元的功能化聚合物。例如，官能团可为酸性单体，而非亲和性基团可为乙烯。在一些实施方案中，热塑性聚合物包含至少一种乙烯聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)聚合物、乙烯-甲基丙烯酸(EMMA)聚合物、乙基乙酸乙烯酯(EVA)聚合物、其经取代或改性形式、其离聚物及其组合。

在一些实施方案中，热塑性聚合物包含至少一种乙烯-丙烯酸聚合物，任选地其中所述乙烯-丙烯酸聚合物包含约5至约30％(w/w)丙烯酸单体。在一些实施方案中，所述乙烯-丙烯酸聚合物选自乙烯-甲基丙烯酸聚合物和乙烯-丙烯酸共聚物。

在一些实施方案中，至少50％数量的溶胀聚合物基质大粒子的长度尺寸(例如，薄片长度Lf，这是薄片平面尺寸的特征)长达约50微米(μm)，或不超过25μm，或不超过10μm，或不超过5μm；和/或宽度(例如，薄片宽度Wf)不超过50μm，或不超过25μm，或不超过10μm，或不超过5μm；和/或厚度(例如，薄片厚度Tf)不超过1μm，或不超过500nm，或不超过250nm。

虽然溶胀聚合物基质大粒子可以呈现各种形状，但据信应该优选相对平坦的形状(例如，薄片样、板样，具有通常规则或不规则轮廓等)。此类形状通常用其长宽比来表征，即平面维度的特征尺寸(例如，薄片的最大长度或平面最大长度和最大宽度之间的平均值)与其高度的特征尺寸(例如，薄片的平均厚度)之间的比例关系。通常，如果其长宽比为至少3:1，或至少5:1，或至少10:1，或至少20:1，或甚至至少50:1，则可认为几何形状相对平坦。

在一些实施方案中，溶胀聚合物基质大粒子包含溶胀聚合物基质薄片，基质薄片的特征平面尺寸(或一群基质大粒子的平均尺寸)为至多50μm、至多25μm、至多10μm或至多5μm且特征厚度(或平均厚度)为至多1μm、至多900nm、至多750nm、至多650nm、至多600nm、至多550nm、至多500nm、至多450nm、至多400nm、至多350nm、至多300nm或至多250nm。

在一些实施方案中，基质薄片具有不规则轮廓，包括例如从相对较宽的主体延伸或突出的相对狭窄的附件，例如触角。此类基质薄片也可称为“触角状”，下面将参考图10对其进行进一步描述。

在一些实施方案中，所述组合物还包含银粒子，任选地长度尺寸达约50nm的银纳米粒子。在一些实施方案中，银纳米粒子分散并嵌入基质元素中。

在一些实施方案中，组合物中存在的至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少97.5％或甚至至少99％数量和/或体积的银纳米粒子具有长达约50nm的长度尺寸或累积流体动力学直径。

在一些实施方案中，其中所述组合物包含银纳米粒子，所述组合物不含有另外的紫外线吸收剂。

在一些实施方案中，如果真的存在，则银粒子以在总组合物的约0.01％至约10％(w/w)范围内的浓度存在于组合物。

在一些实施方案中，所述组合物还包含载体、赋形剂、添加剂及其组合中的一种或多种，每种所述化合物均与所用聚合物、UV防护剂、分散剂和油在化学上相容。优选在美容、皮肤学或药学上可接受的载体、赋形剂和添加剂用于活体受试者中，但对于在无生命受试者表面上使用，可以不需要此类监管批准。虽然此类赋形剂或添加剂通常在制备包含无机UV防护剂的基质元素并将其任选转移至载体之后添加到组合物中，但这不是必要的。任何此类化合物均可掺入基质元素生产过程中所涉及的任何液体或混合物中。在此类情况下，所述化合物可能需要另外与所述过程和将其引入的步骤相容。例如，防腐剂，如果在热塑性聚合物溶胀期间添加，则可具有比由于低温储存而在载体中添加的防腐剂更强的耐热性。

在一些实施方案中，所述至少一种溶胀剂(例如，油)、热塑性聚合物、载体、赋形剂和添加剂在美容上可接受。

在一些实施方案中，所述组合物呈选自由气溶胶、乳膏、乳剂、凝胶、洗剂、摩丝、糊剂、液体涂料和喷雾组成的组的形式。

在一些实施方案中，将UV防护组合物配制成以下的一种：(a)用于施加至人类或非人类动物皮肤的护肤组合物；(b)用于施加至人类或非人类动物毛发的护发组合物；或(c)用于施加至无生命的表面的涂料组合物。

另一方面，本公开的实施方案提供了包含经至少一种溶胀剂(例如，油)溶胀的热塑性聚合物和UV防护剂纳米粒子的前述溶胀聚合物基质大粒子(任选地薄片或触角状)用于制备保护目标表面，例如活体受试者和/或无生命物体的表面免受UV辐射的有害影响的组合物的用途，每个所述纳米粒子包含至少一种掺杂或无掺杂固体无机晶体和与晶体缔合的分散剂，其中所述纳米粒子分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中。包含有效量的UV防护剂纳米粒子的组合物可以配制为适于施加至预期表面，此类制剂为相关配方的技术人员所知。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了一种制备根据本文公开的任何实施方案的UV防护剂的方法，所述方法包括(a)将热塑性聚合物与所述至少一种溶胀剂组合；(b)混合热塑性聚合物与至少一种溶胀剂的所述组合以提供聚合物基质的均匀糊剂，其中所述热塑性聚合物经所述至少一种溶胀剂溶胀；(c)向均匀糊剂添加UV防护剂纳米粒子，所述纳米粒子分散在可与步骤a)的所述至少一种溶胀剂相同或不同的油中，并且(d)研磨纳米粒子和溶胀聚合物的混合物，以便使所述聚合物基质尺寸减小为溶胀聚合物基质大粒子，同时使UV防护剂纳米粒子掺入和/或分散在溶胀聚合物基质大粒子中。

在一些实施方案中，步骤(a)的组合和/或步骤(b)的均匀糊剂包含至少约65％(w/w)的油和至多约35％(w/w)的热塑性聚合物。

根据步骤(d)，可经油稳定分散的UV防护剂纳米粒子一起研磨的溶胀聚合物的量可取决于所用研磨系统(越高能的研磨系统通常产生越高的聚合物浓度)和研磨条件(例如，温度、研磨介质的类型、珠粒类型、速度及类似因素)。在一些实施方案中，根据步骤(d)的研磨，与纳米粒子一起研磨的均匀糊剂的聚合物以不超过混合物的25％(w/w)的浓度存在。

根据其化学和/或物理性质，本领域技术人员已知且由其供应商鉴别为此的热塑性聚合物，可通过其熔点(也称为熔融温度)或通过其软化点(也称为软化温度)来表征。此值通常由聚合物供应商提供并且可根据标准程序，通常使用差示扫描量热法(DSC)测定。

在一些实施方案中，步骤(b)的混合物在将所述组合物加热至高于热塑性聚合物熔点或软化点约0℃至约20℃、约0℃至约30℃、或约0℃至约40℃的温度(任选地称为溶胀温度)时进行。可选地，任选加热在组合聚合物和/或其与油或充当热塑性聚合物的增塑剂的任何其它试剂的混合物的软化温度下或高于软化温度下进行，此类组合构成或形成溶胀混合物的一部分。此类溶胀聚合物或溶胀混合物的软化温度可通过常规实验根据本领域技术人员已知的方法，例如通过DSC来评估。

在一些实施方案中，将步骤(b)中获得的聚合物基质的均匀糊剂冷却至低于热塑性聚合物和/或溶胀混合物的熔点或软化点中的最低温度(如有不同)。在一些实施方案中，将均匀糊剂在合适条件下冷却至室温(约23℃)或甚至更低的温度。例如，为了避免在冷却至室温以下时水冷凝，可以使用氩气气氛。通常，均匀糊剂冷却到的温度应高于聚合物的玻璃转变温度以便保持其结构完整性。

冷却可任选地在连续混合经油溶胀的热塑性聚合物的均匀糊剂期间进行。

在一些实施方案中，在将混合物保持在低于热塑性聚合物和/或溶胀混合物的熔点或软化点中的最低温度(如有不同)的温度下进行向步骤(c)的均匀糊剂添加UV防护剂和/或其根据步骤(d)的共同研磨。

在一些实施方案中，步骤(c)的纳米粒子分散在油或油的混合物中，(第二种油)可与热塑性聚合物在其中被溶胀的所述至少一种溶胀剂相同或不同，溶胀剂也任选地为油或油的混合物(第一种油)。若不同，所述油或其组合应全部形成均匀且稳定的混合物。

在一些实施方案中，通过在油中研磨相同的固体无机晶体而单独地制备步骤(c)的纳米粒子，所述研磨步骤是在分散剂的存在下进行。研磨技术是已知的，并且技术人员可选择提供所需尺寸(例如，D_N50≤100nm)的无机纳米粒子的研磨条件。

图11中示意性说明了此类步骤，其中步骤(a)和(b)合并成S101，溶胀聚合物基质的任选冷却用S102表示，向步骤(c)的均匀糊剂中添加UV防护剂无机纳米粒子用S103表示，其根据步骤(d)的共同研磨用S104表示。

合适的UV防护剂无机纳米粒子，如果可商购获得或在除油以外的介质中制备，则可通过能够保持纳米粒子所需粒度和分散性的任何相容性方法转移至油媒介物中。例如，如果在水性介质中提供，则可通过蒸发去除介质或可冷冻干燥纳米粒子或使用技术人员已知的任何其它此类方法，只要干燥的纳米粒子可容易地重新分散在所需的油中。任选地，UV防护剂纳米粒子重新分散在目标油(或油混合物)中可以在添加油相容性分散剂之后进行，并且分散或尺寸减小步骤的执行减少了可在介质更换期间形成的团块的量。

值得注意的是，掺入粗糙的无机UV防护剂，而不是先前所述的纳米粒子，并且与溶胀聚合物基质一起直接共同研磨这些粗糙的UV防护剂可产生令人不满意的结果。例如，因为此类无机UV防护剂具有相对较高的硬度(例如，至少3.5或至少4的莫氏硬度)，在热塑性聚合物的存在下使其尺寸减小为纳米粒子(例如，具有至多100nm、至多80nm或至多60nm的D_N50)可对基质元素产生不利影响。另外，聚合物基质薄片的长宽比可明显受损，并且还可降低其嵌入无机纳米粒子的能力。

在一些实施方案中，用于通过在油中直接研磨或通过供给或制备的纳米粒子重新分散在除油以外的介质中制备经油分散的由至少一种固体无机晶体组成的UV防护剂纳米粒子的分散剂，是亲水-亲脂平衡(HLB)值不超过9或不超过6或甚至不超过3的油相容性分散剂。

在一些实施方案中，用于制备经油分散的UV防护剂纳米粒子的分散剂是组合物的唯一分散剂。在一些实施方案中，未添加另外的分散剂或在本文公开的方法的任何其它步骤中不包括另外的分散剂。具体而言，当基质大粒子具有触角状薄片形状时，认为从薄片中伸出的“触角”在空间上阻碍相邻薄片之间的侵入，从而利于粒子分离和分散。

在一些实施方案中，所述方法还包括，继(c)之后，向溶胀聚合物的均匀糊剂中添加UV防护剂无机纳米粒子，所述纳米粒子在与热塑性聚合物的溶胀剂相同或相容的油中，(d)研磨糊剂以提供长度尺寸(例如，薄片长度，Lf)长达约50μm的溶胀聚合物基质大粒子(任选为薄片或触角状薄片)。在一些实施方案中，继根据步骤(d)的研磨之后，至少50％数量的溶胀聚合物基质大粒子的长度尺寸或Lf长达约50μm。

在一些实施方案中，UV防护组合物生产和配制为用于施加至人类或非人类活体受试者的皮肤或毛发的防晒组合物。在一些实施方案中，所述组合物生产和配制为用于施加至无生命物体的表面的组合物。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了根据本文公开的任一实施方案，用于保护受试者免受紫外线辐射的有害影响的防晒组合物。

根据一个实施方案，提供了如本文所述，用于保护受试者皮肤免受紫外线辐射的有害影响的组合物。在一些此类实施方案中，所述组合物呈局部用组合物的形式。在此类实施方案中，所述组合物可以呈适于护肤产品，例如面部护理产品、化妆产品、身体护理产品、手部护理产品和/或足部护理产品的任何形式。此类护肤产品可通过任何常规方法施加至受试者的皮肤上和/或持续本文无需详述的任何持续时间。

根据另一个实施方案，提供了如本文所述，用于保护受试者的毛发免受紫外线辐射的组合物。

在一些此类实施方案中，所述组合物任选地呈选自由以下组成的组的护发产品的形式：洗发剂、护发素和发膜。此类护发产品可通过任何常规方法施加至受试者的毛发上和/或持续本文无需详述的任何持续时间。

在本文公开的方法的一些实施方案中，受试者为人类受试者。在所述组合物的用途的替代性实施方案中，受试者为非人类动物。

在所述组合物的用途的一些实施方案中，目标表面是无生命受试者，例如物体或材料的表面。在一些此类实施方案中，所述组合物呈涂料(包括液体涂料例如清漆、漆或乳剂，和非液体涂料例如糊剂、凝胶或摩丝)的形式。虽然适用于无生命物体表面的UV防护组合物本文称为“涂料”，但是易于理解此类组合物也可至少在某种长度上渗透、浸渍或以其它方式嵌入受保护的物体表面。此类涂料产品可通过本文无需详述的任何常规方法施加至无生命物体的表面。

在一些实施方案中，防护紫外线辐射包括防护紫外线A辐射和紫外线B辐射的有害影响。

如本文中所用，术语“纳米粒子”是指任何合适形状的UV防护剂粒子，其中长度尺寸的大小为100nm或更小，90nm或更小，80nm或更小，70nm或更小，或甚至60nm或更小。

在一些实施方案中，纳米粒子的长度尺寸为至少约10nm，至少约15nm或至少约20nm。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子的尺寸或溶胀聚合物基质大粒子的尺寸通过如本领域已知的显微技术测定。如果需要评估各群纳米粒子或大粒子，则对许多粒子重复此类显微测量。某些显微镜并入了能够容易地提供与相关视野中捕获的该群粒子的相关性的度量的图像分析仪。根据显微技术、放大倍数和所研究的粒子的尺寸，视野可包括至少5个粒子、至少10个粒子或至少20个粒子；且任选地，至多200个粒子或至多100个粒子或至多50个粒子。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子的尺寸或溶胀聚合物基质大粒子的尺寸通过动态光散射法(DLS)测定。在DLS技术中，不管是在亚微米的“纳米范围”内还是在高于微米的“宏观范围”内，粒子均近似于等效行为的球形并且依照流体动力学直径提供尺寸。DLS还允许容易地评估一群粒子的尺寸分布。此类方法，虽然不是专用的，但优选用于评估粒子的尺寸分布是否基本上为单峰(即，具有单个或高度突出的峰)。

依据粒子的数量(表示为D_N)或体积(表示为D_V)，可以按照给定百分比的累积粒度分布的流体动力学直径来表示分布结果，并且通常针对10％、50％和90％的累积粒度分布而提供。例如，D50是指视情况而定，在其之下存在50％的样品体积或粒子数量的最大流体动力学直径，并且可替代地分别称为中位直径/体积(D_V50)或中位直径/数量(D_N50)。

在一些实施方案中，根据本公开的UV防护剂纳米粒子具有150nm或更小的D90，或150nm或更小的D95，或150nm或更小的D97.5或150nm或更小的D99的累积粒度分布，即90％、95％、97.5％或99％样品体积或数量的粒子，如果适用，具有至多150nm或甚至至多100nm的流体动力学直径。

不管是依据粒子的数量还是样品的体积，纳米粒子群具有90％或95％或97.5％或99％的累积粒度分布的流体动力学直径，下文可称为“最大直径”，即群中存在的粒子在各累积尺寸分布下的最大流体动力学直径。

还应理解，术语“最大直径”并不意图将本教导的范围限制为具有完美球形的纳米粒子。如本文中所用的该术语涵盖纳米粒子在为该群分布的至少90％，例如90％、95％、97.5％或99％或任何其它中间值的累积粒度分布下的任何代表性尺寸。

在一些实施方案中，纳米粒子具有单峰粒度分布。在替代性实施方案中，纳米粒子具有至少双峰分布，其具有代表第一群粒子的第一峰(重量/面积)和代表第二群粒子或后续粒子群的第二峰或后续峰，其中所述第一峰比所述第二峰和任选的后续峰更大。

根据一些实施方案，纳米粒子具有标准偏差为至多75nm、至多60nm、至多50nm、至多40nm、至多35nm、至多30nm或至多25nm的粒度分布(按体积计)。

根据一些实施方案，纳米粒子具有标准偏差为至多100％、至多80％、至多60％、至多50％、至多40％或至多30％的粒度分布(按体积计)。

根据一些实施方案，纳米粒子具有标准偏差为至多60nm、至多50nm、至多40nm、至多35nm、至多30nm、至多25nm或至多20nm的粒度分布(按数量计)。

根据一些实施方案，纳米粒子具有标准偏差为至多80％、至多60％、至多50％、至多40％、至多30％、至多25％或至多20％的粒度分布(按数量计)。

虽然不是必需的，但纳米粒子可优选为均一形状和/或在相对于所述群体的中值的对称分布内和/或在相对较窄的尺寸分布内。

如果以下情况中的至少一个适用，则称粒度分布相对较窄：

A)90％纳米粒子的流体动力学直径和10％纳米粒子的流体动力学直径之间的差异等于或小于150nm，或等于或小于100nm，或甚至等于或小于50nm，在数学上可表示为：(D90-D10)≤150nm等等；和/或

B)a)90％纳米粒子的流体动力学直径和10％纳米粒子的流体动力学直径之间的差异与b)50％纳米粒子的流体动力学直径之间的比率，不超过2.0，或不超过1.5或甚至不超过1.0，在数学上可表示为：(D90-D10)/D50≤2.0等等；和/或

C)粒子的多分散指数等于或小于0.4，或等于或小于0.2，或甚至等于或小于0.1，在数学上可表示为：PDI＝σ²/d²≤0.4等等，其中σ是纳米粒子分布的标准偏差并且d是纳米粒子的平均尺寸。

在一些实施方案中，本文公开的组合物人眼基本上不可见，尤其是施加至受试者时。

在一些实施方案中，所述组合物施加至受试者或物体的表面时，人眼可见。在一些此类实施方案中，所述组合物可以提供颜色，其有益于制备需要此类颜色的产品，例如化妆产品如胭脂或用于施加至无生命物体表面的有色涂料。例如，掺铁钛酸锌粒子提供在一些此类化妆产品中可能需要的浅红色。

如本文中所用，术语“紫外线防护剂”是指如本领域中所用的吸收和/或反射和/或散射暴露于阳光或任何其它UV来源的表面上的UV辐射，以便减少UV辐射对表面的影响的试剂。所述表面可以是受试者，例如人类受试者或非人类动物的皮肤和/或毛发。所述表面也可以是无生命物体的表面(例如，外面)。

另一方面，本公开的实施方案提供了制备前述组合物的方法。

再一方面，本公开的实施方案提供了前述组合物用于制备能够减少UV辐射对活体受试者和无生命物体表面的影响的UV防护组合物的用途。

一些已知的UV防护组合物通过利用不同UV防护剂的组合来阻断UVA和UVB辐射，每种UV防护剂阻断UV光谱有限范围内的辐射。

如本文中所用，关于紫外线吸收剂的术语“广谱UV吸收”是指其中根据280nm至400nm范围内的波长通过所述试剂的UV吸收形成的曲线下面积(AUC)(AUC_280-400)是相同试剂在相同浓度下在280nm至700nm范围内形成的AUC(AUC_280-700)的至少75％的情形。类似地，本文这样提到时，关于UV吸收剂的术语“广谱UV吸收”和“最广谱UV吸收”分别指其中根据280nm至400nm范围内的波长通过所述试剂的吸收形成的曲线下面积(AUC)(AUC_280-400)是相同试剂在相同浓度下在280nm至700nm范围内形成的AUC(AUC_280-700)的至少85％或95％的情形。

在一些实施方案中，根据280nm至400nm范围内的波长通过所述组合物的UV吸收形成的曲线下面积(AUC)(AUC_280-400)是相同组合物在280nm至700nm范围内形成的AUC(AUC_280-700)的至少75％、至少85％或至少95％。

如本文中所用，术语“临界波长”定义为290nm吸收光谱下的面积为290nm至400nm吸收光谱积分的90％时的波长。

在一些实施方案中，所述组合物的临界波长为至少370nm，例如371nm、372nm、373nm、374nm、375nm、376nm、377nm、378nm、379nm、380nm、381nm、382nm、383nm、384nm、385nm、386nm、387nm、388nm、389nm、390nm、391nm、392nm或大于392nm。

如本文中所用，术语“紫外线吸收剂”是指以总组合物的50％(w/w)存在于组合物中时，提供在290nm至400nm波长范围内至少50％的紫外光吸收的试剂。

如本文中所用，术语“总体上不含有有机紫外线吸收剂”、“相当不含有有机紫外线吸收剂”、“显著不含有有机紫外线吸收剂”、“基本上不含有有机紫外线吸收剂”、“本质上不含有有机紫外线吸收剂”、“实质上不含有有机紫外线吸收剂”和“不含有有机紫外线吸收剂”分别指组合物中吸收UV的有机材料(若有)以提供290nm至400nm波长内的紫外光不超过20％、不超过15％、不超过10％、不超过5％、不超过2％、不超过1％或不超过0.5％的吸收的浓度存在于组合物中。

如本文中所用，术语“总体上不含有另外的紫外线吸收剂”、“相当不含有另外的紫外线吸收剂”、“显著不含有另外的紫外线吸收剂”、“基本上不含有另外的紫外线吸收剂”、“本质上不含有另外的紫外线吸收剂”、“实质上不含有另外的紫外线吸收剂”和“不含有另外的紫外线吸收剂”分别指不含有一定浓度的除具体公开为存在于组合物中以外的UV吸收材料的任何UV吸收材料的组合物(如果在组合物中包括)，其提供290nm至400nm波长内的紫外光不超过20％、不超过15％、不超过10％、不超过5％、不超过2％、不超过1％或不超过0.5％的吸收。

在本文公开的组合物、用途或方法的一些实施方案中，所述组合物含有少于5wt.％的有机UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物含有少于4wt.％、3wt.％、2wt.％或1wt.％的有机UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物很大程度上不含有机紫外线吸收剂，即所述组合物含有少于0.5wt.％的有机UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物大部分不含有机UV吸收剂，即所述组合物含有少于0.1wt.％的有机UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物主要不含有机紫外线吸收剂，即所述组合物含有少于0.05wt.％的有机UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物根本不含有机UV吸收剂，即所述组合物含有少于0.01wt.％的有机UV吸收剂。在本文公开的组合物、用途或方法的一些实施方案中，所述组合物总体上不含有有机紫外线吸收剂，相当不含有有机紫外线吸收剂，显著不含有有机紫外线吸收剂，基本上不含有有机紫外线吸收剂，本质上不含有有机紫外线吸收剂，实质上不含有有机紫外线吸收剂或不含有有机紫外线吸收剂。

在本文公开的组合物、用途或方法的一些实施方案中，所述组合物含有少于10wt.％的另外的UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物含有少于5wt.％、4wt.％、3wt.％、2wt.％或1wt.％的另外的UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物很大程度上不含另外的紫外线吸收剂，即所述组合物含有少于0.5wt.％的另外的UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物大部分不含另外的UV吸收剂，即所述组合物含有少于0.1wt.％的另外的UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物主要不含另外的紫外线吸收剂，即所述组合物含有少于0.05wt.％的另外的UV吸收剂。在一些实施方案中，所述组合物根本不含另外的UV吸收剂，即所述组合物含有少于0.01wt.％的另外的UV吸收剂。在本文公开的组合物、用途或方法的一些实施方案中，所述组合物总体上不含有另外的紫外线吸收剂，相当不含有另外的紫外线吸收剂，显著不含有另外的紫外线吸收剂，基本上不含有另外的紫外线吸收剂，本质上不含有另外的有机紫外线吸收剂，实质上不含有另外的有机紫外线吸收剂或不含有另外的紫外线吸收剂。

在本文公开的组合物、用途或方法的一些实施方案中，无机UV吸收剂或此类试剂的混合物是组合物中唯一的紫外线吸收剂。

虽然对于活体受试者的保护通常需要，但对于无生命物体的UV保护而言不一定需要广谱UV吸收。一些物体可受益于主要在UVB范围内有效的UV防护剂。

本公开的各方面和实施方案在下文的说明书和所附权利要求书中有描述。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本公开所属领域中的普通技术人员通常所理解的相同含义。如有冲突，则以包括定义在内的说明书为准。

如本文中所用，术语“包含”、“包括”、“具有”及其语法变型被视为说明规定特征、整数、步骤或组分，但不排除增加一个或多个另外的特征、整数、步骤、组分或其组分。这些术语涵盖术语“由……组成”和“基本上由……组成”。

如本文中所用，除非上下文另外明确指出，否则不定冠词“一”和“一种(个)”意指“至少一个/种”或“一个/种或多个/种”。例如，热塑性聚合物可包括聚合物的混合物，油可包括油的混合物，UV防护剂可包括如本文所公开的UV防护剂的混合物，等等。

在讨论中，除非另有规定，否则修饰本技术实施方案的一个或多个特征的条件或关系特征的形容词如“基本上”和“约”，应理解为意指将条件或特征定义在对于预期应用而言实施方案操作可接受的公差范围内。具体而言，当数值前有术语“约”时，术语“约”旨在指示所提到的值的+/-10％或+/-5％或+/-2％。

本公开另外的目的、特征和优点将在以下的详细描述中进行阐明，并且部分地对于本领域技术人员将是从说明书显而易见的或将通过实践如在书面描述及其权利要求书以及附图所述的公开内容认识到。可采用本公开实施方案的各种特征和子组合，无需参考其它特征和子组合。

应理解前面的总体描述和以下的详细描述，包括材料、方法和实施例，仅为本公开的示例，并且旨在提供理解所要求保护的本公开特性和特征的概述或框架，而非旨在必要性限制。

附图概述

本文参考附图描述本公开的一些实施方案。描述，连同附图一起，使得对于本领域的普通技术人员而言可以如何实践本公开的一些实施方案显而易见。附图是为了说明性讨论而未试图以比基本理解本公开所必需的那样更详细地显示实施方案的结构细节。为了清晰起见，附图中描绘的一些物体不按比例。

在图中：

图1是显示研磨后Isopar^TML中钒酸铋和二氧化钛纳米粒子的表示为数量百分比的粒度分布(PSD)的线形图；

图2是显示研磨后溶胀聚合物基质大粒子的表示为数量百分比的粒度分布(PSD)的线形图；

图3是显示单独的钒酸铋和二氧化钛纳米粒子，在其掺入到本公开的溶胀聚合物基质大粒子之前的吸光度的线形图，参考物包含在其中进行研磨以产生纳米粒子的介质，即C12-15油和分散剂，以Isopar^TML作为稀释剂；

图4是显示掺入本公开的溶胀聚合物基质大粒子中的钒酸铋和二氧化钛纳米粒子的吸光度的线形图，以单独的聚合物基质和单独的支撑载玻片为对照；

图5是具有分散的二氧化钛纳米粒子的一部分溶胀聚合物基质大粒子的高分辨率扫描电子显微镜(HR-SEM)图像；

图6是如图5的HR-SEM图像所示的溶胀基质元素大粒子的放大形式；

图7是具有分散的钒酸铋纳米粒子的一部分溶胀聚合物基质大粒子的HR-SEM图像；

图8是如图7的HR-SEM图像所示的溶胀聚合物基质大粒子的放大形式；

图9A示意性说明了常规制备的UV防护聚合物实例的表面上的横断面视图；

图9B示意性说明了如图9A所示包埋在聚合物中的UV防护粒子可以如何留在目标表面上的顶部透视图；

图9C示意性说明了嵌入溶胀聚合物基质大粒子如薄片中的UV防护剂粒子可以如何施加至目标表面的横断面视图；

图9D提供了如图9C所示嵌入并分散在溶胀聚合物基质大粒子中的UV防护粒子的示意性、顶部透视图；

图10示意性说明了具有触角薄片形状的溶胀聚合物基质大粒子的横断面视图和顶视图；并且

图11提供了根据本教导的一种方法的流程图。

详述

本公开，在至少一些实施方案中，提供了用于防护紫外线辐射的UV防护组合物如防晒组合物，此类组合物的用途和制备此类组合物的方法。

本文公开的UV防护组合物包含：溶胀聚合物基质大粒子(任选为薄片)，其包含经至少一种溶胀剂(任选为油)溶胀的热塑性聚合物；和多个纳米粒子，其包括至少一种UV防护剂的无机纳米粒子，每个无机纳米粒子包含至少一种固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，其中所述无机纳米粒子分散并嵌入所述溶胀聚合物基质大粒子中。

除非上下文另外明确指出，否则所述多个纳米粒子，包括UV防护剂的无机纳米粒子，包含UV防护剂的固体无机晶体和与之缔合的分散剂的无机纳米粒子，下文可简称为无机纳米粒子或UV防护剂的无机纳米粒子或无机UV防护剂的无机纳米粒子及类似变型。此类无机纳米粒子可以呈现多种形状，如球样、棒样或板样，只要如本文所详述，此类纳米粒子的平均粒度不超过100nm。

如本文中所用，术语“分散”指UV防护剂纳米粒子“很好地分散”和/或“均匀分布”在溶胀聚合物基质大粒子中。“很好地分散”的纳米粒子是预计具有与相同粒子经油分散时在其掺入到基质元素之前的吸光度高度相似的吸光度，即排除了溶胀聚合物中不期望形成的纳米粒子团块的相似光谱的单独粒子。预计“均匀分布”的纳米粒子以相似数量存在于相同尺寸的视野单元内，所述单元是捕获一部分代表性基质大粒子的显微视野的细分部分。根据放大倍数，可将视野分成不同数量的相同面积的非重叠单元。对至少三个此类单元中的粒子计数并且不同单元之间每个单元的粒子数量变化应不超过30％，优选对类似厚度的视野单元进行此类测量。在这种情况下应注意到一些显微分析表明粒子集群的存在，然而这可代表留在指定基质大粒子不同深度的单独粒子。

如本文中所用，术语“嵌入”指UV防护剂纳米粒子固定地掺入溶胀聚合物基质大粒子中。使用术语“嵌入”以排除UV防护剂基本上专门涂布聚合物芯或以其它方式与聚合物芯外部缔合的情形。

本申请人已经惊人地发现，虽然已知无机UV吸收剂的粒度减小为纳米尺寸(例如，低于1微米(μm)，通常低于100nm)已知会显著地减小被粒子有效吸收的光(包括UV光)的最大波长，根据本教导的包含研磨为纳米粒子尺寸的固体无机材料的掺杂或无掺杂晶体的UV防护组合物仍然提供对280nm(或甚至更短波长)至约400nm波长的UV辐射的大量吸收，从而即使在没有另外的紫外线吸收剂的情况下，也提供对UVA和UVB辐射的广谱防护。

本申请人先前确定包含研磨至纳米粒子尺寸的掺杂或无掺杂的固体无机材料，如钛酸钡、氧化铋、钒酸铋、钛酸铋、二氧化钛、氧化锌或钛酸锌的UV防护组合物，仍然提供对波长至少280nm直到至少400nm的UV辐射的大量吸收，从而即使在没有另外的紫外线吸收剂的情况下，也提供对UVA和UVB辐射的广谱防护。然而，存在一些大体上关于纳米粒子及其应用，例如对于人类受试者皮肤或毛发的应用的关注，其应用已经被认为可能与某些有害影响相关。

本申请人已经惊人地发现本文描述的组合物，在一些实施方案中，提供了对UVA和UBV辐射的广谱防护，同时与包含在没有聚合物基质的情况下包含固体无机晶体的UV防护剂纳米粒子的组合物相比，具有更低的潜在毒性。在一些实施方案中，所述组合物在施加至表面如活体受试者的皮肤或毛发时具有低能见度。

因此，在一些实施方案中，本文公开的UV防护组合物包含UV防护剂纳米粒子，其包含至少一种分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子(如薄片)中的固体无机晶体，如钡化合物(例如钛酸钡)、铋化合物(例如，钒酸铋、氧化铋或钛酸铋)、钛化合物(例如二氧化钛)或锌化合物(例如，氧化锌或钛酸锌)。

在一些实施方案中，依据粒子的数量或体积，至少50％或至少55％或至少60％或至少65％或至少70％或至少75％或至少80％或至少85％或至少90％或至少95％、至少97.5％或甚至至少99％的UV防护剂无机纳米粒子的长度尺寸不超过100nm。

在一些实施方案中，UV防护剂无机纳米粒子的平均粒度(D_N50)高达约100nm、90nm、80nm、70nm或甚至高达60nm。在一些实施方案中，纳米粒子的D_N50在约10nm至约80nm、约10至约70nm、约20至约70nm或约20至约60nm的范围内。在一些实施方案中，无机纳米粒子的平均粒度是按数量计，50％粒子长度的平均值。在一些实施方案中，无机纳米粒子的平均粒度是按数量计，50％粒子的累积流体动力学直径。

在一些实施方案中，前面提到的特征尺寸或尺寸范围，其源自无机纳米粒子的长度或流体动力学直径，适用于至少55％、或至少60％、或至少65％、或至少70％、或至少75％、或至少80％、或至少90％、至少95％、或至少97.5％或至少99％数量的无机纳米粒子。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子的平均粒度以通过DLS技术测量的流体动力学直径表示。在一些实施方案中，纳米粒子的群体分布，根据样品中粒子的数量，以累积粒度分布表示，该群体的任何指定累积百分点下的流体动力学直径也称为累积流体动力学直径。

在一些实施方案中，对于依据粒子数量及其百分比测量的群体分布而言，评估纳米粒子的最大直径(即该群粒子至少90％的流体动力学直径)。

在一些实施方案中，分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的UV防护剂无机纳米粒子，尤其是在施加至受试者的皮肤或毛发时，由于其不具有可见范围内的吸光度，而对人眼不可见。

在一些实施方案中，分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的UV防护剂无机纳米粒子掺混入有色组合物中并且不需要大体上透明和/或不可见，例如用于施加至受试者的皮肤时略微带色的化妆产品如粉底中时或用于要施加至(例如)类似颜色的无生命的表面的带色涂料中时。

在一些实施方案中，无机UV防护剂纳米粒子以热塑性聚合物的0.1至约60％(w/w)，例如约0.5至约50％(w/w)、约1至约40％(w/w)、约2至约30％(w/w)或约4至25％(w/w)的重量/重量浓度存在于溶胀聚合物基质大粒子中。在一些实施方案中，无机纳米粒子以热塑性聚合物的约5％(w/w)、约10％(w/w)、约20％(w/w)或约25％(w/w)的浓度存在于溶胀聚合物基质大粒子中。

在一些实施方案中，无机UV防护剂纳米粒子以高达总组合物的约40％(w/w)，例如高达总UV防护组合物的约30％，高达约25％，高达约20％或甚至高达约10％(w/w)的浓度存在。

在一些实施方案中，无机UV防护剂纳米粒子以最终UV防护组合物的约0.01％(w/w)至约40％(w/w)、约0.1％(w/w)至约30％(w/w)、约1％(w/w)至约20％(w/w)或甚至约1％(w/w)至约10％(w/w)的浓度存在于所述组合物中。在一些实施方案中，UV防护剂无机纳米粒子以最终组合物的约4％(w/w)的浓度存在。

合适的热塑性聚合物是可溶胀(任选油可溶胀)的热塑性均聚物或共聚物，优选为清澈、透明和/或无色的。热塑性聚合物优选为包含粒子亲和性官能团和非亲和性单体单元的功能化聚合物。携带粒子亲和性官能团的单体单元和非粒子亲和性单体单元可组装为共聚物，包括无规共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物或接枝共聚物，并且其中所述共聚物可为直链、支链或接枝的。

例如，官能团可为酸性单体，而非亲和性基团可为乙烯。在一些实施方案中，热塑性聚合物包含至少一种乙烯聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)聚合物、乙烯-甲基丙烯酸(EMMA)聚合物、乙基乙酸乙烯酯(EVA)聚合物、其经取代或改性形式、其离聚物及其组合。在一些实施方案中，离聚物选自镁、钠和锌。在一些实施方案中，乙烯-丙烯酸聚合物包含约5至约30％(w/w)的丙烯酸单体。

在一些实施方案中，热塑性聚合物是选自由以下组成的组的至少一种聚合物：酸改性的乙烯丙烯酸酯树脂、马来酸酐改性的乙烯共聚物、酸酐改性的乙烯乙酸乙烯酯、酸/丙烯酸酯改性的乙烯乙酸乙烯酯、酸酐改性的乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯和丙烯酸的共聚物(及其锌离聚物)、乙烯和甲基丙烯酸的共聚物(及其锌离聚物)、低密度聚乙烯(任选经酸酐改性)、乙烯、丙烯酸酯和马来酸酐的三元共聚物，及乙烯-甲基丙烯酸酯-马来酸酐的三元共聚物。

此类聚合物可商购获得，例如，作为2022、4157、CXA2002、CXAE214、CXA 3036、CXA 3048、CXA 3095、CXA 3101、CXA 4109、CXA 41E687、CXA E-326、CXA E-369、CXA E-374、460、550、650、660、760、770、0407、0609、699、0903、0908、0910、925、1202、2940、30707、31001、1554、1652、1702、1801和9910，可从E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,Delaware,USA.获得；及作为2308、2400、3200、3210、3300、3410、6200、8200和TX 8030，可从Arkema,France获得。

在一些实施方案中，所述至少一种溶胀剂包含油。

油通常定义为在室温(大约23℃)和大气压力下基本上与水不混溶并且通常，但不一定为液体的物质。其中可通过油的来源、饱和/不饱和度、脂肪酸类型和/或其相对含量、碳链长度及类似典型参数来表征油。前面提到的化学特征可影响物理特性，例如油或其混合物的熔点和/或软化点和/或在目标温度下的粘度和/或挥发性(例如，对于研磨或基质制备期间的配制过程、施加过程、预期用途等)。正如所提到的，油另外可影响热塑性聚合物或其组合的熔点和/或软化点。

在一些实施方案中，油选自由矿物油、天然油、植物油、精油、合成油、矿物油及其组合组成的组。在一些实施方案中，油是常规用于制备个人护理产品的美容上可接受的油。

合适的矿物油是清澈且无味的石油衍生物/馏出物。

合成油的非限制性实例包括合成异链烷烃(例如，可作为Isopar^TML、Isopar^TMM和Isopar^TMV从Exxon Mobil Chemical购买获得)及C12-C15醇和苯甲酸的反应产物，即C12-C15苯甲酸烷基酯(可作为256从Phoenix Chemical购买获得)、异壬酸异壬酯(可从ALZO International,Inc.购买获得)、C12-C15乙基己酸烷基酯(可从InnospecPerformance Chemicals购买获得)。

合适的植物油的非限制性实例包括摩洛哥坚果油(argan oil)、花楸果(籽)油、鳄梨油、杏仁油、桃(仁)油、芥花油、黑草种子油、南瓜子油、野玫瑰(籽)油、石榴籽油、荷荷巴油、可可油、小麦胚芽油、椰子油、红花油、玉米油、亚麻荠油、亚麻籽油、澳洲坚果油、树莓籽油、白芒花籽油、西番莲籽油、扁桃仁油、印度楝树油、辣木油、琉璃苣油、橄榄油、花生油、榛子油、胡桃油、棕榈油、番木瓜籽油、欧芹籽油、沙棘油、蓖麻油、米糠油、芝麻油、牛油树脂、向日葵油、大豆油、琼崖海棠油、月见草油、葡萄籽油、蔓越莓籽油。

精油的非限制性实例包括琼脂油、藏茴香油(ajwain oil)、当归根油、茴香油、阿魏、秘鲁香脂、罗勒油、月桂油、香柠檬油、黑胡椒油、布枯油、桦木油、樟脑、大麻花精油、苋蒿子油、小豆蔻籽油、胡萝卜籽油、香柏油、春黄菊油、菖蒲根油、肉桂油、岩蔷薇油、柠檬油、香茅油、香鼠尾草油、丁香叶油、咖啡油、芫荽油、艾菊油、木香根油、蔓越莓籽油、荜澄油、枯茗油、柏树油、咖喱叶油、印蒿油、莳萝油、土木香油、桉油、小茴香油、胡芦巴油、冷杉油、蓝丹油、高良姜油、白松香油、姜油、一枝黄花油、葡萄柚油、指甲花油、蜡菊油、山核桃油、辣根油、海索草油、爱达荷州艾菊油、茉莉油、杜松子油、月桂油、熏衣草油、杜香油、柠檬油、柠檬草油、白柠檬油、山苍子油、沉香油、橘皮油、马郁兰油(maijoram oil)、蜂花油、薄荷油、辣木油、山香薄荷油、艾草油、芥子油、没药油、桃金娘油、印度楝树油、橙花油、肉豆蔻油、橙油、牛至油、鸢尾油、圣木(palo santo oil)油、欧芹油、广藿香油、紫苏子油、胡薄荷油、薄荷油、橙叶油、松油、罗文沙叶油、红杉木油、罗马洋甘菊油、玫瑰油、蔷薇油、迷迭香油、玫瑰木油、鼠尾草油、檀香油、洋檫木油、香薄荷油、五味子油、留兰香油、甘松油、云杉油、八角茴香油、红桔油、龙蒿油、茶树油、百里香油、铁杉油、姜黄油、缬草油、香根草油、西红杉油、冬青油、西洋蓍草油、依兰油和蓬莪术油。

在一些实施方案中，油以基质的约10％(w/w)至约50％(w/w)，例如约10至约40％(w/w)或约20至约40％(w/w)的浓度存在。在一些实施方案中，油以基质的约30％(w/w)的浓度存在。

在一些实施方案中，至少50％的溶胀聚合物基质大粒子具有长达约4微米(μm)、长达约5μm或长达约6μm、长达约10μm、长达约20μm、长达约30μm、长达约40μm或甚至长达约50μm的长度尺寸(例如，薄片长度Lf)。可以认识到薄片的宽度不超过其长度，薄片的宽度可为至多50μm、至多40μm、至多30μm、至多20μm、至多6μm或至多4μm，只要Wf≤Lf。

应当指出的是，为了UV防护剂纳米粒子成功地分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中，基质大粒子的最小尺寸(例如，薄片厚度Tf)应优选比UV防护剂无机纳米粒子的长度长至少两倍、四倍、六倍、八倍或甚至一个数量级。

溶胀聚合物基质大粒子可具有任何合适的长宽比，即介于从粒子上突出的最大平面上的最长尺寸和与所述平面正交的方向上的最小尺寸之间的无量纲比。

可以通过本领域已知的方法，例如显微镜术，尤其包括通过扫描电子显微镜SEM(对于平面尺寸而言优选)和通过聚焦离子束FIB(对于厚度和长度尺寸而言优选)对许多代表性大粒子评估此类尺寸。几乎呈球形的大粒子的特征在于长宽比为约1:1，而薄片样粒子可具有100:1或更大的长宽比(例如，其长度与其厚度之间，ASP＝Lf/Tf)。虽然没有限制，但根据本教导的溶胀聚合物基质大粒子可具有约100:1或更小、约75:1或更小、约50:1或更小、约25:1或更小或甚至约10:1的长宽比(或考虑一群基质薄片则为平均长宽比，ASP_avg＝Lf_avg/Tf_avg)。在一些实施方案中，根据本教导的基质薄片可具有至少3:1、至少5:1、至少10:1、至少25:1、至少40:1或至少70:1的长宽比(或平均长宽比)。根据本教导的大粒子可以是长宽比(或平均长宽比)在2:1至500:1、4:1至500:1、8:1至500:1、20:1至500:1、20:1至300:1、20:1至250:1、20:1至200:1或20:1至100:1范围内的薄片。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子均匀分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中，使得每个此类纳米粒子的表面积完全包裹在溶胀聚合物基质大粒子中。优选地，UV防护剂纳米粒子充分地分散在溶胀聚合物基质大粒子以便防止或减少纳米粒子凝块或团块的形成。

当预计确保纳米粒子掺入到基质聚合物中并且后者尺寸减小为基质大粒子的研磨过程会使纳米粒子至少进一步分散时，据信在嵌入聚合物基质之前良好分散的一群纳米粒子也将至少保持良好分散在基质元素中。因此预计满足前面部分中详述的至少一个或多个尺寸和/或尺寸分布标准的UV防护剂纳米粒子当存在于经油分散的原料中时，会适宜地分散在基质大粒子中，在其中提供寻求的“均匀分散”。

根据一些实施方案，分散剂可以是增加UV防护剂纳米粒子在至少一种添加到溶胀聚合物基质中以便共同研磨的经油分散的原料中和在溶胀聚合物基质大粒子中的分散性的任何添加剂。在一些实施方案中，分散剂包含作用以与纳米粒子表面的氧化物相互作用的羧酸和烃部分，致使纳米粒子可混溶于大粒子中。在一些优选实施方案中，分散剂包含脂肪酸或其聚合物。

在一些实施方案中，分散剂的亲水-亲脂平衡(HLB)值不超过9、不超过6或甚至不超过3。在一些实施方案中，分散剂的HLB为约2.5。

在一些实施方案中，分散剂和随其分散的纳米粒子的重量/重量比介于2:1和1:2之间。在一个特定实施方案中，分散剂与UV防护剂纳米粒子的重量/重量比为约1:1。

在一些实施方案中，分散剂包含聚羟基硬脂酸(可从Innospec PerformanceChemicals以商品名Dispersun DSP-OL100和DSP-OL300购买获得)。

合适的分散剂的其它、非限制性实例包括可从Phoenix Chemicals,OverlandPark,Kansas,USA购买获得的任何Pelemol酯类：BIP-PC(丁基邻苯二甲酰亚胺和异丙基邻苯二甲酰亚胺)；C25EH(C12-15乙基己酸烷基酯)；CA(乙酸鲸蜡醇酯)；899(异壬酸异壬酯和异壬酸乙基己酯)；168(乙基己酸鲸蜡醇酯)；256(C12-C15苯甲酸烷基酯)；89(异壬酸乙基己酯)；3G22(聚甘油-3山嵛酸酯)；D5R1(异壬酸乙酯和鲸蜡基聚二甲基硅氧烷)；D5RV(丙二醇二辛酸酯/癸酸酯和二异硬脂醇苹果酸酯)；D899(PPG-26二聚亚油酸酯共聚物及异壬酸异壬酯和异壬酸乙基己酯)；DD(二聚亚油醇二聚亚油酸酯)；DDA(己二酸二乙基己酯)；DO(油酸癸酯)；DP-72(四山嵛酸二季戊四醇酯/聚羟基硬脂酸酯-羊毛脂酸取代物)；EE(芥酸辛基十二醇酯)；G7A(三乙酸甘油-7酯)；GMB(山嵛酸甘油酯)；GMR(蓖麻醇酸甘油酯)；GTAR(蓖麻醇酸甘油三乙酰基酯):GTB(三山嵛精)；GTHS(三羟基硬脂精)；GTIS(三异硬脂精)；GTO(三异辛酸甘油酯)；ICB(山嵛酸异鲸蜡醇酯)；II(异硬脂酸异硬脂醇酯)；IN-2(异壬酸异壬酯)；ISB(山嵛酸异硬脂醇酯)；ISHS(羟基硬脂酸异硬脂醇酯)；ISNP(新戊酸异硬脂醇酯)；JEC(三异硬脂精/山嵛酸甘油酯)；MAR(蓖麻酸甲基乙酰酯)；NPGDD(新戊二醇/二癸酸酯/二辛酸酯)；OL(乳酸油醇酯)；OPG(壬酸乙基己酯)；P-49(四异壬酸季戊四醇酯)；P-810(二辛酸丙二醇酯/癸酸丙二醇酯)；P-1263(聚甘油-10六油酸酯和聚甘油-6聚蓖麻酸酯)；PHS-8(聚羟基硬脂酸)；PTIS(四异硬脂酸季戊四醇酯)；PTL(四月桂酸季戊四醇酯)；PTO(四乙基己酸季戊四醇酯)；SPO(乙基己酸鲸蜡醇酯)；TDE(芥酸十三烷醇酯)；TGC(柠檬酸三辛基十二烷醇酯)；TMPIS(三异硬脂酸三羟甲基丙烷酯)；TMPO(三乙基己酸三羟甲基丙烷酯)；TT(三山嵛精和辛酸/癸酸甘油三酯)；VL(二聚亚油醇二聚亚油酸酯和三异硬脂精)。

在一些实施方案中，分散剂为油酸、聚羟基硬脂酸(例如可作为Dispersun DSP-OL300从InnoSpec或作为PHS-8从Phoenix Chemicals商购获得)或辛基十二烷醇/PPG-3肉豆蔻醚二聚亚油酸酯(例如可作为PolyEFA从Croda Inc.商购获得)。

在一些实施方案中，与无机晶体纳米粒子缔合以确保在其掺入到聚合物基质之前充分分散在液态油中的分散剂是所述组合物中使用的唯一分散剂。据信基质大粒子的形状可影响在相同或不同步骤中，包括另外的分散剂或更多量的分散剂的需要。申请人发现具有触角状薄片形状的基质大粒子松散絮凝，使得有利的是在由此类基质元素组成的组合物中不需要另外的分散剂。

根据一些实施方案，固体无机晶体掺杂有例如金属阳离子掺杂物，例如铁、铜、锰或镧。

正如本文中所用，术语“掺杂物”是指少量引入到晶体结构中的阳离子，例如金属阳离子。

在一些实施方案中，掺杂固体无机晶体包含约90％或甚至95％至约99.9％摩尔百分比的固体无机材料和约0.1％至约5％或甚至10％摩尔百分比的作为掺杂物的金属阳离子。

在一些实施方案中，所述组合物还包含金属银粒子。在一些实施方案中，银粒子分散在基质元素中。

在一些实施方案中，金属银粒子作为纳米粒子存在于组合物中。在一些实施方案中，银纳米粒子的长度长达约50nm。在一些实施方案中，银纳米粒子的长度长达约40nm。在一些实施方案中，银纳米粒子的长度长达约30nm。在一些实施方案中，银纳米粒子的长度在约10nm至约50nm的范围内。

在一些实施方案中，前面提到的尺寸或尺寸范围适用于至少50％、或至少55％、或至少60％、或至少65％、或至少70％、或至少75％、或至少80％、或至少90％、至少95％或至少97.5％或至少99％的所述银纳米粒子群。

在一些实施方案中，前述银纳米粒子长度是基于通过DLS技术测量的粒子流体动力学直径估计的。在一些实施方案中，银纳米粒子的群体分布以根据样品中粒子的数量的累积粒度分布表示。在一些实施方案中，银纳米粒子的群体分布以粒子样品体积的累积粒度分布表示。

在一些实施方案中，银纳米粒子以在总组合物的约0.01％至约10％(w/w)的范围内的浓度存在于所述组合物中。在一些实施方案中，银纳米粒子以在总组合物的约0.01％至约5％(w/w)、约0.05％至约5％(w/w)或约0.1％至约2％(w/w)的范围内的浓度存在于所述组合物中。在一些优选实施方案中，银纳米粒子以总组合物的约1％(w/w)或约2％(w/w)的浓度存在于所述组合物中。

在一些实施方案中，UV防护组合物包括局部用组合物。局部用组合物可任选地呈选自由乳膏、乳剂、凝胶、洗剂、摩丝、糊剂和喷雾组成的组的形式提供。若需要，也可将所述组合物配制成化妆品，例如粉底、腮红等。

在一些实施方案中，局部用UV防护组合物还包含皮肤学或美容或药学上可接受的载体。

在一些实施方案中，局部用UV防护组合物还包含一种或多种皮肤学或美容或药学上可接受的添加剂或赋形剂，例如着色剂、防腐剂、香料、保湿剂、润肤剂、乳化剂、防水剂、表面活性剂、增稠剂、粘度调节剂、消泡剂、调节剂、抗氧化剂等。此类添加剂或赋形剂及其各自可有效地实现其各自功能的浓度，为相关领域的技术人员已知且无需进一步详述。

在一些实施方案中，将所述组合物配制用于施加至无生命物体，例如物体或材料的表面。在一些此类实施方案中，所述组合物呈涂料(包括液体涂料例如清漆、漆或乳剂，和非液体涂料例如糊剂、凝胶或摩丝)的形式。

在本公开的另一方面中，提供了制备本文公开的组合物的方法。

在一些实施方案中，所述方法包括将热塑性聚合物与溶胀剂(例如油)组合；混合热塑性聚合物和溶胀剂的组合以提供聚合物基质的均匀糊剂，其中所述热塑性聚合物经溶胀剂溶胀；向所述均匀糊剂添加UV防护剂纳米粒子，所述无机纳米粒子分散在可以与先前与热塑性聚合物组合的溶胀剂相同或不同的油中；并且研磨经油分散的纳米粒子和溶胀聚合物的混合物，以便使所述聚合物基质尺寸减小为溶胀聚合物基质大粒子，同时使UV防护剂纳米粒子分散并嵌入所述溶胀聚合物基质大粒子中。

在一些实施方案中，已用于分散纳米粒子(或任何前述液体的混合物)的溶胀剂和/或第一种油至少部分用不同的第二种油替换。在此类情况下，与溶胀剂和/或第一种油缔合时具有第一软化温度的基质元素可特制为在此类部分替换之后具有不同的第二软化点。优选地，第二软化点高于第一软化点，并且任选地高于50℃。为此，可选择替换油以满足以下条件中的至少一项：a)不能使考虑中的热塑性聚合物溶胀(例如，引起增重小于1wt.％)；并且b)对考虑中的热塑性聚合物不充当增塑剂(例如，不降低聚合物的软化点)。此类至少部分替换可以通过蒸发嵌入基质元素中的液体来进行(例如，对于挥发性油而言在真空下)。由部分消除原始液体而引起的至少部分失重可以通过添加第二种油来补偿，第二种油可用于重新分散因此具有更高软化点的相对干燥的基质元素。此类任选步骤在图11中用S105表示。

在一些实施方案中，UV防护剂纳米粒子在其添加到聚合物糊剂之前经研磨。UV防护剂纳米粒子在油中尺寸减小，所述油可以和与热塑性聚合物组合以提供均匀糊剂的溶胀剂相同或不同。在一些实施方案中，UV防护剂粒子，任选地在分散剂的存在下研磨，以便形成纳米粒子。可选地，添加的UV防护剂纳米粒子可作为纳米粒子商购获得或将在其添加到油-聚合物糊剂之后尺寸减小变成纳米粒子。

在一些实施方案中，热塑性聚合物和溶胀剂(例如油)的混合在将所述组合加热至高于所述热塑性聚合物的熔点或软化点约0℃至约20℃，或视情况而定，高于热塑性聚合物的熔点或软化点约30℃或约40℃的温度时进行。

在一些实施方案中，将溶胀聚合物的均匀糊剂冷却低于热塑性聚合物的熔点或软化点。

在一些实施方案中，在添加UV防护剂纳米粒子之前使溶胀剂-聚合物糊剂(亦称，聚合物基质或溶胀聚合物基质)冷却至环境温度(约23℃)或更低。

在一些实施方案中，均匀糊剂与UV防护剂纳米粒子的研磨是在保持混合物低于热塑性聚合物的熔点或软化点时进行。

在一些实施方案中，所述方法还包括，继添加UV防护剂纳米粒子之后，研磨所述糊剂以提供长度或薄片长度(Lf)长达约50μm的溶胀聚合物基质大粒子。

溶胀聚合物基质大粒子可具有任何合适的形状，并且例如可呈薄片、棒或球体形式。

在一些优选实施方案中，至少50％的溶胀聚合物基质大粒子为薄片。据信薄片施加至表面时提供更好的包装和覆盖以保护表面免受UV照射的有害影响。

如本文中所用，术语“薄片”是指粒子，尤其是大粒子，其具有薄片长度(Lf)、薄片宽度(Wf)和薄片厚度(Tf)，其中薄片长宽比(Rf)定义为：

Rf＝(Lf·Wf)/(Tf)²

并且其中Rf为至少5、至少10、至少15、至少20、至少25、至少30、至少50、至少100、至少150、至少250或至少500，且任选地，至多2000、至多1500或至多1000。可以对一组代表性薄片测定所述薄片长宽比，该组由至少10个薄片组成。

根据一些实施方案，薄片长宽比(Rf)在5至2000、10至1000、12至500、12至200或15至100的范围内。

根据一些实施方案，大粒子的薄片厚度(Tf)为至多400nm、至多350nm、至多300nm、至多275nm、至多250nm或至多225nm。

图10示意性地说明了基质薄片并且在薄片的横断面视图和俯视图上示出了此类特征量度。该图所示的示例性薄片说明了具有由其延伸出更窄附件的“芯”体的触角状薄片的特定情况。

有利的是，根据本教导的方法可以提供呈薄片形式的溶胀聚合物基质大粒子，此类薄片任选地为触角状薄片。不希望受任何特定理论约束，据信嵌入形如薄片的聚合物基质大粒子中并且优选地均匀分散在其中的UV防护剂纳米粒子，如果仅包埋在非晶形聚合物块中或外部涂布此类聚合物芯时可以提供比类似粒子明显更好的防护。

这在图9中有说明，其中图A示意性地显示目标表面上常规制备的UV防护聚合物的实例的横断面视图。在这个实例中，UV防护剂粒子，即使通过典型搅拌技术以某种方式包埋在聚合物中，通常也存在于相对较大的非晶形聚合物块中。通过此类方法UV防护剂粒子不可能均匀分散在聚合物基质中。而且，预计常规的块由于其不利的形状，不会均匀散布在要保护的表面上。因此，正如图B的顶部透视图中示意性说明的那样，粒子将作为不规则分布式集群留在目标表面上。可以理解地，此类分布留下不受保护的区域并且甚至在带有一些UV防护剂的区域中，可由UV防护剂粒子集群引起的散射也可另外降低所述组合物的功效。

图9C示意性说明UV防护剂粒子可以如何嵌入和分布在溶胀聚合物基质大粒子，如薄片中并且后者依靠其相对平坦的形状，可以如何适当地施加至目标表面。其顶部示意图，图9D，显示了预计本发明的组合物如何提供以下的至少一个：UV防护剂纳米粒子在基质元素中更均匀地分布，目标表面被溶胀聚合物基质大粒子更均匀地覆盖，UV防护剂纳米粒子在目标表面上更均匀地分布，减少光散射和提高UV辐射防护。

另外，如图10中提供的俯视图所说明的那样，薄片基质元素上存在一个或多个触角，可以利于通过本方法产生的基质元素的重新分散。同样，基质元素可足够大以倾向于随时间推移与其载体分离，元素延伸物的存在可用于增加相邻大元素之间的位阻，使得此类元素的任何组件将在轻微搅动之后松散并易于分散在单独元素中。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了如本文所公开的UV防护组合物，用于保护受试者，例如人类受试者免受紫外线辐射的有害影响，在一些实施方案中提供了对紫外线A和紫外线B辐射的广谱防护。

在一些实施方案中，所述组合物用于保护受试者的皮肤免受紫外线辐射的有害影响，在一些实施方案中提供了对紫外线A和紫外线B辐射的广谱防护。

在一些实施方案中，所述组合物用于保护受试者例如人类受试者的毛发免受紫外线辐射的有害影响，在一些实施方案中提供了对紫外线A和紫外线B辐射的广谱防护。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了如本文所公开的UV防护组合物，用于保护无生命物体免受紫外线辐射的有害影响，在一些实施方案中提供了对紫外线A和紫外线B辐射的广谱防护。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种保护表面免受UV辐射的方法，其包括将如本文所述的UV防护组合物按足以实现此类保护的量施加至需要此类保护的表面。在一些实施方案中，所述表面为人类皮肤。在一些实施方案中，所述表面为非人类皮肤，即动物皮肤。在一些实施方案中，所述表面为毛发。在一些实施方案中，所述毛发为人类毛发。在一些实施方案中，所述毛发为非人类毛发，即动物毛发。在一些实施方案中，所述表面为无生命物体的表面。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了一种保护受试者的皮肤免受紫外线辐射的方法，所述方法包括将有效量的UV防护组合物施加至受试者的皮肤，所述UV防护组合物包含：溶胀聚合物基质大粒子(任选为薄片)，所述聚合物基质大粒子包含经至少一种溶胀剂例如油溶胀的热塑性聚合物；和多个无机UV防护剂纳米粒子，每个纳米粒子包含至少一种固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，所述无机纳米粒子分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中。

在一些此类实施方案中，UV防护组合物可以呈适于施加至皮肤和/或至少暂时保留在其上的护肤产品的形式。根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了一种保护受试者的毛发免受紫外线辐射的方法，所述方法包括将有效量的如本文所公开的UV防护组合物施加至受试者的毛发。在一些此类实施方案中，UV防护组合物可以呈适于施加至毛发和/或至少暂时保留在其上的护发产品的形式。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了一种保护无生命物体的表面免受紫外线辐射的方法，所述方法包括将有效量的如本文所公开的UV防护组合物施加至物体表面。在一些此类实施方案中，UV防护组合物可以呈适于施加至无生命的表面和/或至少暂时保留在其上的涂料产品的形式。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了溶胀聚合物基质大粒子(任选为薄片)和多个无机UV防护剂纳米粒子在生产用于保护受试者的皮肤和/或毛发免受紫外线辐射的组合物中的用途，所述溶胀聚合物基质大粒子包含经至少一种溶胀剂例如油溶胀的热塑性聚合物的；每个纳米粒子包含至少一种固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，所述无机纳米粒子分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中。

根据本公开一些实施方案的另一方面，提供了溶胀聚合物基质大粒子(任选为薄片)和多个无机UV防护剂纳米粒子在生产用于保护无生命物体的外部表面免受紫外线辐射的组合物中的用途，所述溶胀聚合物基质大粒子包含经至少一种溶胀剂例如油溶胀的热塑性聚合物的；每个纳米粒子包含至少一种固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，所述无机纳米粒子分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中。所述外部表面可包含任何材料的表面，包括但不限于玻璃、织物、皮革、木材、纸板、金属、塑料、橡胶、陶瓷和其它结构材料。

在一些实施方案中，受试者为人类受试者。

皮肤可以是面部、臂部、腿部、颈部或躯干，或可以暴露于UV辐射的身体任何其它区域的皮肤。

在一些实施方案中，在暴露于UV辐射之前或期间将本文所公开的防晒组合物施加至受试者的皮肤。有利的是，所述组合物至少暂时性保留在其上。在一些实施方案中，在暴露于UV辐射期间每10小时、每9小时、每8小时、每7小时、每6小时、每5小时、每4小时、每3小时、每2小时或每小时再次施加所述组合物。

在一些实施方案中，用于保护受试者的毛发免受紫外线辐射的防晒组合物呈选自由乳膏、乳剂、凝胶、洗剂、摩丝、糊剂和喷雾组成的组的形式提供。在一些实施方案中，所述组合物呈洗发剂、护发素和发膜的形式提供。

在一些实施方案中，在冲洗之前的固定时间段(例如长达1分钟、长达2分钟、长达3分钟、长达4分钟或长达5分钟、长达10分钟、长达15分钟、长达20分钟、长达25分钟或甚至长达30分钟)将所述组合物施加至毛发。在一些实施方案中，护发素或发膜用于施加至毛发而无需冲洗，使得护发素或发膜留在毛发上。

实施例

材料和方法

材料

A-无机材料

锐钛型二氧化钛购自Sigma-Aldrich。

钛酸钡购自Sigma-Aldrich。

氧化铋购自Sigma-Aldrich。

钒酸铋(BiVO4,黄L 1600)购自BASF SE,Ludwigshafen,Germany。

掺锰(掺杂5％)的氧化锌如PCT/IB2016/051701中所公开的那样制备。

金红石二氧化钛购自Tayca Corporation,Chuo-ku,Osaka,Japan。

氧化锌购自Sigma-Aldrich。

B-有机材料

2022、4157、CXA2002、CXA E214、CXA3036、CXA 3048、CXA 3095、CXA 3101、CXA 4109、CXA 41E687、CXA E-326、CXA E-369、CXA E-374、460、550、650、660、760、770、0407、0609、699、0903、0908、0910、925、1202、2940、30707、31001、1554、1652、1702、1801和9910，全部热塑性聚合物，购自E.I.du Pont deNemours and Company、Wilmington、Delaware、USA。

DSP-OL300(聚羟基硬脂酸)购自InnoSpec Performance Chemicals。

油酸购自Sigma-Aldrich。

L(CAS 64742-48-9异链烷烃流体)购自Parchem,New Rochelle,NewYork,USA。

全部热塑性聚合物2308、2400、3200、3210、3300、3410、6200、8200和TX 8030购自Arkema,France。

256(C12-15苯甲酸烷基酯)油购自Phoenix Chemicals,OverlandPark,Kansas,USA。

PHS-8(植物来源的聚酯)分散剂购自Phoenix Chemicals,OverlandPark,Kansas,USA。

PolyEFA(辛基十二醇/PPG-3肉豆蔻醚二聚亚油酸酯)分散剂购自Croda Inc。

设备

Nanolab Technologies,Albany,New York,USA生产的高分辨率扫描电子显微镜Magellan XHR 400L FE-SEM。

Malvern Instruments,Malvern,UK生产的粒度分析仪(光散射)Zen 3600Zetasizer。

烘箱，Vulcan-Hart 3-1750多级可编程箱式炉。

MRC,Hampstead,London,UK生产的温度可控循环水浴，BL-30L9升1/3HP。

UnionInc.,Akron,Ohio,USA生产的HD-01型磨碎机。

Mettler-Toledo International Inc.,Columbus,Ohio,USA生产的分析天平XSE。

Fritsch,Idar-Oberstein,Germany生产的研钵研磨机PULVERISETTE 2。

Charles Ross&Son Company,Hauppauge,New York,USA生产的双行星搅拌机。

PingXiang Lier Ceramic Co.,Ltd.,PingXiang Park Road,China生产的氧化锆珠粒。

Glen Mills Inc.,Clifton,New Jersey,USA生产的氧化锆氧化钇3/16”珠粒

实施例1：UV防护剂纳米粒子的制备

分别由二氧化钛或钒酸铋原料粉末制备包含至少一种固体晶体(二氧化钛或钒酸铋晶体)的UV防护剂纳米粒子。通常，此类原料粉末含有尺寸大于约5μm的粒子，并且下文可称为粗粉。如下在磨碎机中使用200g的批量大小，以10％(20g)固体载量研磨粗粉。

全部材料使用分析度盘称取。称取20g分散剂(除非另有说明，否则为PHS-8)并分散在约100ml去离子水中。称取20g二氧化钛或钒酸铋粗粉并引入含分散剂的液体中以提供1:1(w/w)的分散剂:无机材料比率，产生无机材料浆料。添加160g作为油的C₁₂-C₁₅苯甲酸烷基酯。添加水以完成200g的批量大小，从而无机材料构成了样品的约10wt.％。

然后将固体无机晶体于油中的浆料放在具有2300g直径2mm的氧化锆研磨珠粒的氧化锆锅内。将锅放入研磨机中，并且研磨机在25℃下以700RPM启动100小时。值得注意的是，本文考虑到的无机UV防护剂全部分类为相对较硬的材料，莫氏硬度不小于约4(例如钒酸铋)且多达至少约7(例如，二氧化钛)。这些材料显示出介于300和1000之间的硬度值时，可选地此类硬度水平可按努氏量表提供。

研磨100小时后，使用Zen 3600Zetasizer粒度分析仪，通过动态光散射测定纳米粒子的流体动力学直径。为了进行此类测量，经研磨的纳米粒子样品进一步稀释于L中以形成固体无机浓度为约0.1wt.％的悬浮液。

图1中呈现了代表性结果，显示了流体动力学直径在1-1000nm范围内的二氧化钛或钒酸铋粒子的数量百分比。

如图1所示，悬浮液中固体无机晶体纳米粒子的流体动力学直径多达约100nm。大多数钒酸铋纳米粒子的流体动力学直径在约20nm和多达约80nm的尺寸范围内，主峰在约30nm左右。大多数二氧化钛纳米粒子的流体动力学直径在约30nm和多达约100nm的尺寸范围内，主峰在约50nm左右。在下面表1中，依据粒子数量百分比，提供了如本文所述制备的纳米粒子的粒度分布结果，即群体一定百分比的最大流体动力学直径。

表1

正如表1中可见，至少95％二氧化钛纳米粒子的流体动力学直径(因此特征尺寸)为至多100nm，而至少99％钒酸铋纳米粒子的流体动力学直径不超过100nm。此类结果说明粒子制剂，在当前情况下通过其流体动力学直径评估的平均粒度远低于100nm，当前样品甚至包含至少90％不超过80nm的纳米粒子。

根据相同方法，用下面表2所示的油和/或分散剂制备另外的纳米粒子，其中所得粒子的尺寸分布(按纳米给出的尺寸，以及峰的标准偏差)依据UV防护剂粒子数量的百分比提供。多分散指数(PDI)(其是粒度分布的宽度的度量)无单位，指数小于0.4视为合适，指数小于0.2或甚至0.1指特别窄的纳米粒子“单分散”群体。

表2

实施例2：可溶胀聚合物的选择

为了评估热塑性聚合物受目标溶胀剂的溶胀性，称取已知量的聚合物(通常呈珠粒形式，如供应商所提供的)，浸入过量油中并在任何所需温度下温育预定持续时间。使优选包括溶胀聚合物的所得混合物通过网孔过滤以去除未被聚合物吸收的过量油。称取这样分离的聚合物基质，并且通常按原始重量的百分比，计算增重量。

在一个实验中，将30g聚合物浸入约100ml的Isopar^TML(高纯度合成异链烷烃流体)中并让其在50℃下温育4天。下面表3中报告了增重(天然聚合物重量的％)，以及供应商基于热分析所提供的，按摄氏度计的熔融温度(T_m)和/或软化温度(T_s)。报告的熔点通常是根据ASTM D3418测定的并且报告的软化点是根据ASTM D1525。

表3

正如从上表可见，各种热塑性聚合物可溶胀，即在当前实验条件下增重至少20％，油Isopar^TML仅仅是此类溶胀剂的一个实例。

优选地溶胀聚合物基质一旦与可用作聚合物增塑剂的油组合，就应该保持足够高的软化点和/或熔点。溶胀性聚合物混合物或溶胀的聚合物基质的软化和/或熔融温度可通过DSC通过常规程序测定。

包括溶胀到699聚合物中的约22wt.％油的聚合物基质的软化点是在TA仪器的DSC Q2000中在25至150℃范围以10℃/分钟的速率通过热分析测定的。虽然天然聚合物对照显示出约88℃的爆发转变温度(set-off transition temperature)，峰为约100℃(供应商提供的T_m为约94℃)，但是溶胀基质显示出约74℃(对于爆发转变而言)和约90℃(对于峰而言)的更低温度，表明Isopar^TML充当了这种聚合物的增塑剂。

实施例3：溶胀聚合物基质大粒子的制备

将25g699聚合物珠粒(乙烯和甲基丙烯酸的共聚物，熔点为94℃，软化点为65℃并且已经根据实施例2发现可溶胀)添加到75g Isopar^TML(高纯度合成异链烷烃流体)中以提供聚合物珠粒于油中的悬浮液。将悬浮液放入双行星搅拌机中并用热水浴循环器加热至约100℃的温度，并且混合约4小时，直至获得经油溶胀的聚合物的均匀柔软的白色糊剂。然后持续混合，使糊剂在室温下冷却12小时。如实施例4所述，进一步加工所得糊剂。

实施例4：包含溶胀聚合物基质大粒子和UV防护剂纳米粒子的组合物的制备

4重量份如实施例3所述制备(由699和Isopar^TML组成)的溶胀聚合物基质与1重量份如实施例1所述制备的UV防护剂无机纳米粒子混合，所述纳米粒子用分散剂分散于油中。将50-100g Isopar^TML添加到溶胀聚合物基质和无机纳米粒子的混合物中以产生200g的最终重量。

将200g所得混合物放入氧化锆锅内，将2,500g的氧化锆3/32”直径珠粒添加到锅内，并将锅放入研磨机内。

锅的温度保持在25℃下，同时将研磨机设置为以700rpm研磨锅的内容物12小时，产生根据本文教导的包含分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的UV防护剂无机纳米粒子的组合物。

如上所述测定所得大粒子的流体动力学直径。图2中呈现了流体动力学直径在1-50μm范围内的溶胀聚合物基质大粒子的百分比(按数量计)。如图2所示，通过这种方法获得的基质大粒子的流体动力学直径达约10μm。大多数溶胀聚合物基质大粒子的流体动力学直径在约3μm和达约10μm的尺寸范围内，主峰在约4μm左右。下面详述的显微镜分析确定所得基质元素的形状为薄片样。

实施例5：油分散的二氧化钛和钒酸铋纳米粒子的吸光度

使用具有石英比色杯(10mm光路)的Cary 300UV-Vis分光光度计测量二氧化钛和钒酸铋纳米粒子在200-800nm波长范围的吸光度。如实施例1所述，在其中研磨无机材料的流体载体(即C12-C15油和分散剂)稀释至与纳米粒子相同的程度(例如，以提供0.1wt.％的固体浓度)。将不含纳米粒子的稀释流体载体包括在内，作为用于比较目的的参照物。结果呈现于图3中。

如图3中所见，显示了二氧化钛和钒酸铋在280-400nm波长范围内的吸光度，图案明显不同于在该波长范围内无显著吸光度的参照物。

实施例6：分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的二氧化钛和钒酸铋纳米粒子的 吸光度

因为根据实施例4制备的组合物不再适合作为稀释悬浮液用于吸光度评估，所以如下制备所述组合物的干燥薄膜。提供标准玻璃显微镜载玻片作为支架。将载玻片放在平坦的聚四氟乙烯表面并用50微米厚的胶带的条带遮盖载玻片的两端。用玻璃棒将200mg基质元素粒子均匀地涂抹在两条胶带之间的载玻片上。将具有涂抹的基质元素粒子的载玻片放入烘箱中，将烘箱保持在50℃下4小时，之后去除两条胶带。然后将载玻片放在(组合物侧朝上)温度为100℃的热板上30秒，然后将第二张载玻片放在热软化的组合物上。使载玻片冷却至室温，之后去除盖玻片，暴露所研究的组合物的干燥薄膜。在此类样品制备条件下，嵌入基质元素中的UV防护剂纳米粒子在其各自的基质内保持相对固定。通过这种方法制备的薄膜通常具有正如通过LEXT共焦激光扫描显微镜(Olympus Corporation)测量的约6μm的均匀厚度。

通过将涂有组合物薄膜的载玻片放在Cary 300UV-Vis分光光度计中测量分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的二氧化钛和钒酸铋纳米粒子在200-800nm波长范围的吸光度。将无涂层的载玻片和仅涂有基质元素粒子而不含有无机纳米粒子的载玻片包括在内，作为用于比较目的的参照物。结果呈现于图4中。

如图4中所见，显示了分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子内的二氧化钛和钒酸铋纳米粒子在280-400nm波长范围的吸光度，对于玻璃参照物或对于单独的溶胀聚合物基质大粒子而言在该波长范围内无吸光度。因为约1的吸光度值表示至少约90％的UV阻隔，可见在当前实验中包含二氧化钛纳米粒子的溶胀聚合物基质大粒子组合物可有效地阻隔达约370nm的UV辐射，而包含钒酸铋纳米粒子的基质元素粒子组合物可阻隔约450nm的辐射，完全覆盖UV范围。即使在2的吸光度值下，表示阻隔达99％的辐射，包含钒酸铋纳米粒子的溶胀聚合物基质大粒子组合物也可阻隔达约360nm的辐射，即整个UVB范围和部分UVA范围。

如果在液态油介质中(其中此类粒子分散并自由地进行布朗运动)或在基质元素薄膜中(其中此类粒子是固定的)测量，则本文举例说明的两种UV防护剂纳米粒子的吸光度模式，虽然不相同，但高度相似。重要的是，与油分散体相比基质大粒子中实质性不含有红移表明嵌入聚合物基质中的纳米粒子相对于其原始分散体并未聚集。粒子的此类聚集会引起更高散射及吸光度曲线超更高波长移动，其程度对于特定应用而言可能是不期望的，其中所述组合物应优选在目标表面上不可见。当前发现表明纳米粒子很好地分散在根据本公开的组合物的基质大粒子中。

实施例7：扫描电子显微镜研究

也通过高分辨率扫描电子显微镜术(HR-SEM)研究如实施例4制备的分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的钒酸铋和二氧化钛纳米粒子。

图5和6显示了分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的二氧化钛纳米粒子的图像，其中图6是如图5所示基质元素的放大型式。

图7和8显示了分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子中的钒酸铋纳米粒子的图像，其中图8是如图7所示基质元素的放大形式。

如图所示，获得具有球体形状且直径小于约100nm，大体上小于约70nm的纳米粒子。实际上，明显更大的集群未聚集，并且归因于存在置于基质元素不同深度的单个、分离的纳米粒子。呈悬浮液和呈干燥形式测量时无机纳米粒子直径之间的良好相关性确认了上述方法制备特征尺寸(例如流体动力学直径)达约100nm的无机材料纳米粒子的适用性。

可进一步分析此类显微视野以评估纳米粒子相对均匀地分散。图8画出了三个相同尺寸的视野单元，对每个单元内的粒子数量计数，计算每个单元的平均数量并且与每个单元的测量值做比较。选定视野单元内的纳米粒子数量与所有单元的平均数相差小于30％。

实施例8：临界波长的测定

基于实施例5和6中测定的吸收光谱，计算TiO₂(D95约94nm)和BiVO₄(D95约49nm)纳米粒子在掺入到溶胀聚合物基质大粒子中之前或之后的临界波长。

简言之，为了量化UV防护的幅度，将防晒组合物的吸光度从290nm至400nm进行积分，达到的总和定义UV防护组合物在UV区域的总吸光度的100％。总吸光度达到90％吸光度时的波长被确定为‘临界波长’，其提供了对UV防护幅度的度量。

临界波长λ_c根据以下方程式定义：

其中：

λ_c为临界波长；

T(λ)为每个波长的平均透射率；并且

Dλ为测量的波长间隔。

所计算的临界波长呈现于下面的表4中。

表4

正如上表可见，分散并嵌入溶胀聚合物基质大粒子以形成根据本教导的组合物的无机材料纳米粒子允许保持粒子的UV防护作用，正如在所述掺入之前和之后高度相似的临界波长所表示的那样。

虽然本公开已经结合其具体实施方案进行了描述，但是显然许多改变、修改和变化对本领域的技术人员显而易见。因此，其意图是涵盖属于所附权利要求书范围的所有此类改变、修改和变化。

本申请中对任何参考文献的引用或鉴别均不应解释为承认此类参考文献可用作本公开的现有技术。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种UV防护组合物，其包含：

溶胀聚合物基质薄片，其包含经油溶胀的热塑性聚合物；和

多个纳米粒子，其包括至少一种无机UV防护剂的无机纳米粒子，所述无机纳米粒子中的每一个包含至少一种固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，其中所述无机纳米粒子分散并嵌入所述溶胀聚合物基质薄片中；

其中所述溶胀聚合物基质薄片中的每个薄片具有薄片长度(Lf)、薄片宽度(Wf，其中Wf≤Lf)和薄片厚度(Tf，其中Tf＜Lf)，所述溶胀聚合物基质薄片具有以下定义的无量纲薄片长宽比(Rf)：

Rf＝(Lf·Wf)/(Tf)²

其中，关于含有至少10个所述溶胀聚合物基质薄片的代表组，平均Rf为至少5；

其中所述无机UV防护剂的莫氏硬度值在3.5至8的范围内；

并且其中所述代表组中的所述多个无机纳米粒子的平均粒度(D_N50)为至多100nm。

2.根据权利要求1所述的UV防护组合物，其中所述薄片长度(Lf)和所述薄片宽度(Wf)中的至少一个为至多50μm、至多25μm、至多10μm或至多5μm。

3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的UV防护组合物，其中所述薄片厚度(Tf)为至多1000nm、至多900nm、至多750nm、至多650nm、至多600nm、至多550nm、至多500nm、至多450nm、至多400nm、至多350nm、至多300nm或至多250nm。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的UV防护组合物，其中所述薄片长宽比(Rf)在5至2000、10至1000、12至500、12至200或15至100的范围内。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的UV防护组合物，其中所述代表组置于仪器视野中。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的UV防护组合物，所述无机纳米粒子具有以下的至少一种：

(i)单峰粒度分布；和

(ii)至少双峰分布，其具有第一峰和至少第二峰，所述第一峰代表具有第一平均尺寸的第一群粒子且所述第二峰代表至少具有超过所述第一平均尺寸的第二平均尺寸的至少第二群粒子，其中所述第一峰下的面积超过所述至少第二峰下的累积面积。

7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的UV防护组合物，所述纳米粒子具有所述D_N50和按粒子数计的粒度分布(PSD)，所述PSD的标准偏差为至多60nm、至多50nm、至多40nm、至多35nm、至多30nm、至多25nm或至多20nm，和/或所述PSD的标准偏差为至多80％、至多60％、至多50％、至多40％、至多30％、至多25％或至多20％。

8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的UV防护组合物，其中在所述溶胀聚合物基质薄片中，相对于所述热塑性聚合物，所述油的浓度：

(a)按重量/重量(w/w)计，在10至50％、10至35％、10至30％、12至25％或15至25％的第一范围内，和/或

(b)按体积/体积(v/v)计，在6至65％、12至45％、12至40％、16至32％或20至30％的第二范围内。

9.根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的UV防护组合物，其中所述固体无机晶体包含掺杂或无掺杂金属氧化物晶体。

10.根据权利要求9所述的UV防护组合物，其中所述金属氧化物选自由BaTiO₃、Bi₂O₃、BiVO₄、TiO₂、ZnO、ZnTiO₄和Bi₄Ti₃O₁₂组成的组。

11.根据权利要求9或权利要求10中任一项所述的UV防护组合物，其中所述金属氧化物掺杂有选自由铜、铁、锰和镧组成的组的金属阳离子。

12.根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的UV防护组合物，其中，关于所述溶胀聚合物基质薄片的所述代表组，所述D_N50为至多90nm、至多80nm、至多70nm或至多60nm。

13.根据权利要求1或权利要求12所述的UV防护组合物，其中所述多个纳米粒子中的至少60％、至少75％或至少90％的累积粒度(相应地，D_N60、D_N75和D_N90)为至多100nm、至多90nm、至多80nm、至多70nm或至多60nm。

14.根据权利要求1至权利要求13中任一项所述的UV防护组合物，其中相对于所述热塑性聚合物，所述无机纳米粒子的浓度：

(a)按重量/重量计，在0.1至60％、1至40％、2至30％或4至25％的范围内，和/或

(b)按体积/体积计，在0.01至20％、0.1至15％或1至10％的范围内。

15.根据权利要求1至权利要求14中任一项所述的UV防护组合物，其中相对于所述UV防护组合物，所述无机纳米粒子的浓度：

(a)按重量/重量计，在0.01至40％、0.1至30％、1至20％或1至20％的范围内，和/或

(b)按体积/体积计，在0.01至20％、0.01至15％、0.1至10％或0.5至5％的范围内。

16.根据权利要求1至权利要求15中任一项所述的UV防护组合物，其中所述热塑性聚合物包含至少一种乙烯聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)聚合物、乙烯-甲基丙烯酸(EMMA)聚合物、乙基乙酸乙烯酯(EVA)聚合物、其经取代或改性形式及其离聚物，所述热塑性聚合物或其组合优选软化点和熔点中的至少一个不超过200℃，所述软化点或熔点任选地为至少60℃。

17.根据权利要求1所述的UV防护组合物，其中所述分散剂的亲水-亲脂平衡(HLB)值为至多9、至多6、至多4或至多3。

18.根据权利要求1至权利要求17中任一项所述的UV防护组合物，所述组合物含有按重量/重量计总浓度为至多5％、至多4％、至多3％、至多2％、至多1％、至多0.5％、至多0.1％、至多0.05％的有机紫外线吸收剂，或基本上不含有所述有机紫外线吸收剂。

19.根据权利要求1至权利要求18中任一项所述的UV防护组合物，所述组合物含有按重量/重量计总浓度为至多5％、至多4％、至多3％、至多2％、至多1％、至多0.5％、至多0.1％、至多0.05％的另外的无机紫外线吸收剂，或基本上不含有所述另外的无机紫外线吸收剂。

20.根据权利要求1至权利要求19中任一项所述的UV防护组合物，其配制为：(a)用于施加至人类或非人类动物皮肤的护肤组合物；(b)用于施加至人类或非人类动物毛发的护发组合物；或(c)用于施加至无生命的表面的涂料组合物。

21.根据权利要求1至权利要求20中任一项所述的UV防护组合物，其用于保护受试者或无生命受试者免受紫外线辐射的有害影响。

22.一种制备UV防护组合物的方法，所述组合物根据权利要求1至权利要求21中任一项所述，所述方法包括：

(a)将所述热塑性聚合物与第一种油组合，所述第一种油与所述油相同或不同；

(b)混合步骤(a)的热塑性聚合物与第一种油的所述组合以获得聚合物基质的均匀糊剂，其中所述热塑性聚合物经所述第一种油溶胀；

(c)向步骤(b)的所述均匀糊剂添加所述多个无机UV防护剂的无机纳米粒子，所述无机纳米粒子经所述分散剂分散在第二种油中，所述第二种油与所述第一种油相同或不同；并且

(d)研磨步骤(c)中获得的无机纳米粒子和聚合物基质的混合物，以便使所述聚合物基质尺寸减小为溶胀聚合物基质薄片，同时使所述多个无机UV防护剂的纳米粒子分散并嵌入所述溶胀聚合物基质薄片中。

23.根据权利要求22所述的方法，其中步骤(b)的所述混合在将所述组合加热至高于所述热塑性聚合物的熔融温度或软化温度0℃至20℃、0℃至30℃或0℃至40℃的溶胀温度时进行。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中将步骤(b)中获得的所述均匀糊剂冷却至低于所述热塑性聚合物的熔融温度或软化温度及所述均匀糊剂的熔融温度或软化温度中的最低值的温度，所述冷却在步骤(c)之前或步骤(d)之前进行。

25.根据权利要求22至权利要求24中任一项所述的方法，其中步骤(d)的所述研磨在将所述混合物保持在低于所述热塑性聚合物的熔融温度或软化温度及步骤(b)的所述均匀糊剂的熔融温度或软化温度中的最低值的温度下时进行。

26.根据权利要求22至权利要求25中任一项所述的方法，其中继步骤(d)之后任选地用第三种油部分替换所述第一种油和所述第二种油中的任一种，第一种油、第二种油和任选第三种油的组合构成所述UV防护组合物的所述溶胀聚合物基质薄片的油。

27.根据权利要求22至权利要求26中任一项所述的方法，其还包括向所述溶胀聚合物基质薄片添加载体、添加剂和赋形剂中的至少一种，其各自独立地适于形成局部用UV防护组合物。

Claims (27)

1.一种UV防护组合物，其包含：

溶胀聚合物基质薄片，其包含经油溶胀的热塑性聚合物；和

多个纳米粒子，其包括至少一种无机UV防护剂的无机纳米粒子，所述无机纳米粒子中的每一个包含至少一种固体无机晶体和与所述晶体缔合的分散剂，其中所述无机纳米粒子分散并嵌入所述溶胀聚合物基质薄片中；

其中所述溶胀聚合物基质薄片中的每个薄片具有薄片长度(Lf)、薄片宽度(Wf)和薄片厚度(Tf)，所述溶胀聚合物基质薄片具有以下定义的无量纲薄片长宽比(Rf)：

Rf＝(Lf·Wf)/(Tf)²

其中，关于所述溶胀聚合物基质薄片的代表组，平均Rf为至少5；

其中所述无机UV防护剂的莫氏硬度值在3.5至8的范围内；

并且其中所述代表组中的所述多个无机纳米粒子的平均粒度(D_N50)为至多100nm。

2.根据权利要求1所述的UV防护组合物，其中所述薄片长度(Lf)和所述薄片宽度(Wf)中的至少一个为至多50μm、至多25μm、至多10μm或至多5μm。

3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的UV防护组合物，其中所述薄片厚度(Tf)为至多1000nm、至多900nm、至多750nm、至多650nm、至多600nm、至多550nm、至多500nm、至多450nm、至多400nm、至多350nm、至多300nm或至多250nm。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的UV防护组合物，其中所述薄片长宽比(Rf)在5至2000、10至1000、12至500、12至200或15至100的范围内。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的UV防护组合物，其中所述代表组置于含有至少10个所述溶胀聚合物基质薄片和任选几百个所述无机纳米粒子的仪器视野中。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的UV防护组合物，所述无机纳米粒子具有以下的至少一种：

(i)单峰粒度分布；和

(ii)至少双峰分布，其具有第一峰和至少第二峰，所述第一峰代表具有第一平均尺寸的第一群粒子且所述第二峰代表至少具有超过所述第一平均尺寸的第二平均尺寸的至少第二群粒子，其中所述第一峰下的面积超过所述至少第二峰下的累积面积。

7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的UV防护组合物，所述纳米粒子具有按粒子数计的粒度分布(PSD)，所述PSD的标准偏差为至多60nm、至多50nm、至多40nm、至多35nm、至多30nm、至多25nm或至多20nm，和/或所述PSD为至多80％、至多60％、至多50％、至多40％、至多30％、至多25％或至多20％。

8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的UV防护组合物，其中在所述溶胀聚合物基质薄片中，相对于所述热塑性聚合物，所述油的浓度：

(a)按重量/重量(w/w)计，在10至50％、10至35％、10至30％、12至25％或15至25％的第一范围内，和/或

(b)按体积/体积(v/v)计，在6至65％、12至45％、12至40％、16至32％或20至30％的第二范围内。

9.根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的UV防护组合物，其中所述固体无机晶体包含掺杂或无掺杂金属氧化物晶体。

10.根据权利要求9所述的UV防护组合物，其中所述金属氧化物选自由BaTiO₃、Bi₂O₃、BiVO₄、TiO₂、ZnO、ZnTiO₄和Bi₄Ti₃O₁₂组成的组。

11.根据权利要求9或权利要求10中任一项所述的UV防护组合物，其中所述金属氧化物掺杂有选自由铜、铁、锰和镧组成的组的金属阳离子。

12.根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的UV防护组合物，其中，关于所述溶胀聚合物基质薄片的所述代表组，所述D_N50为至多90nm、至多80nm、至多70nm或至多60nm。

13.根据权利要求1或权利要求12所述的UV防护组合物，其中所述多个纳米粒子中的至少60％、至少75％或至少90％的累积粒度(相应地，D_N60、D_N75和D_N90)为至多100nm、至多90nm、至多80nm、至多70nm或至多60nm。

14.根据权利要求1至权利要求13中任一项所述的UV防护组合物，其中相对于所述热塑性聚合物，所述无机纳米粒子的浓度：

(a)按重量/重量计，在0.1至60％、1至40％、2至30％或4至25％的范围内，和/或

(b)按体积/体积计，在0.01至20％、0.1至15％或1至10％的范围内。

15.根据权利要求1至权利要求14中任一项所述的UV防护组合物，其中相对于所述UV防护组合物，所述无机纳米粒子的浓度：

(a)按重量/重量计，在0.01至40％、0.1至30％、1至20％或1至20％的范围内，和/或

(b)按体积/体积计，在0.01至20％、0.01至15％、0.1至10％或0.5至5％的范围内。

16.根据权利要求1至权利要求15中任一项所述的UV防护组合物，其中所述热塑性聚合物包含至少一种乙烯聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)聚合物、乙烯-甲基丙烯酸(EMMA)聚合物、乙基乙酸乙烯酯(EVA)聚合物、其经取代或改性形式及其离聚物，所述热塑性聚合物或其组合优选软化点和熔点中的至少一个不超过200℃，所述软化点或熔点任选地为至少60℃。

17.根据权利要求1所述的UV防护组合物，其中所述分散剂的亲水-亲脂平衡(HLB)值为至多9、至多6、至多4或至多3。

18.根据权利要求1至权利要求17中任一项所述的UV防护组合物，所述组合物含有按重量/重量计总浓度为至多5％、至多4％、至多3％、至多2％、至多1％、至多0.5％、至多0.1％、至多0.05％的有机紫外线吸收剂，或基本上不含有所述有机紫外线吸收剂。

19.根据权利要求1至权利要求18中任一项所述的UV防护组合物，所述组合物含有按重量/重量计总浓度为至多5％、至多4％、至多3％、至多2％、至多1％、至多0.5％、至多0.1％、至多0.05％的另外的无机紫外线吸收剂，或基本上不含有所述另外的无机紫外线吸收剂。

20.根据权利要求1至权利要求19中任一项所述的UV防护组合物，其配制为：(a)用于施加至人类或非人类动物皮肤的护肤组合物；(b)用于施加至人类或非人类动物毛发的护发组合物；或(c)用于施加至无生命的表面的涂料组合物。

21.根据权利要求1至权利要求20中任一项所述的UV防护组合物，其用于保护受试者或无生命受试者免受紫外线辐射的有害影响。

22.一种制备UV防护组合物的方法，所述组合物根据权利要求1至权利要求21中任一项所述，所述方法包括：

(a)将所述热塑性聚合物与第一种油组合，所述第一种油与所述油相同或不同；

(b)混合步骤(a)的热塑性聚合物与第一种油的所述组合以获得聚合物基质的均匀糊剂，其中所述热塑性聚合物经所述第一种油溶胀；

(c)向步骤(b)的所述均匀糊剂添加所述多个无机UV防护剂的无机纳米粒子，所述无机纳米粒子经所述分散剂分散在第二种油中，所述第二种油与所述第一种油相同或不同；并且

(d)研磨步骤(c)中获得的无机纳米粒子和聚合物基质的混合物，以便使所述聚合物基质尺寸减小为溶胀聚合物基质薄片，同时使所述多个无机UV防护剂的纳米粒子分散并嵌入所述溶胀聚合物基质薄片中。

23.根据权利要求22所述的方法，其中步骤(b)的所述混合在将所述组合加热至高于所述热塑性聚合物的熔融温度或软化温度0℃至20℃、0℃至30℃或0℃至40℃的溶胀温度时进行。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中将步骤(b)中获得的所述均匀糊剂冷却至低于所述热塑性聚合物的熔融温度或软化温度及所述均匀糊剂的熔融温度或软化温度中的最低值的温度，所述冷却在步骤(c)之前或步骤(d)之前进行。

25.根据权利要求22至权利要求24中任一项所述的方法，其中步骤(d)的所述研磨在将所述混合物保持在低于所述热塑性聚合物的熔融温度或软化温度及步骤(b)的所述均匀糊剂的熔融温度或软化温度中的最低值的温度下时进行。

26.根据权利要求22至权利要求25中任一项所述的方法，其中继步骤(d)之后任选地用第三种油部分替换所述第一种油和所述第二种油中的任一种，第一种油、第二种油和任选第三种油的组合构成所述UV防护组合物的所述溶胀聚合物基质薄片的油。

27.根据权利要求22至权利要求26中任一项所述的方法，其还包括向所述溶胀聚合物基质薄片添加载体、添加剂和赋形剂中的至少一种，其各自独立地适于形成局部用UV防护组合物。