CN113454146A - 复合粒子、复合粒子组合物及复合粒子组合物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

复合粒子组合物的制造方法具备以下工序:获得微细纤维的分散液的第一工序;在所述分散液中,利用所述微细纤维将聚合性单体或聚合物液滴的表面覆盖,以乳液的形式使其稳定化的第二工序;将所述聚合性单体或所述聚合物液滴聚合,获得聚合物被所述微细纤维覆盖而成的复合粒子的第三工序;以及使与所述微细纤维所具有的离子性官能团成对地发生离子键合的化合物吸附在所述复合粒子的表面的所述微细纤维上的第四工序。

Description

复合粒子、复合粒子组合物及复合粒子组合物的制造方法
技术领域
本发明涉及微细纤维/聚合物复合粒子、复合粒子组合物及复合粒子组合物的制造方法。本申请基于在2019年02月19日于日本申请的特愿2019-027817号主张优先权,将其内容援引至此。
背景技术
近年来活跃地进行着以下的尝试:将木材中的纤维素纤维或甲壳素纤维微细化至其结构的至少一边达到纳米级别,作为新型的功能性材料进行利用。
例如,如专利文献1所示那样公开了:通过对木材纤维素反复进行利用搅拌机或研磨机的机械处理,可获得微细化纤维素纤维,即纤维素纳米纤维(以下也称作CNF)。有报告指出,通过该方法获得的CNF的短轴直径达到10~50nm、长轴直径达到1μm~10mm。该CNF以钢铁的1/5的重量拥有5倍以上的强度、具有250m2/g以上的庞大的比表面积,因此期待作为树脂强化用填充物或吸附剂的利用。
另外还活跃地进行着以下的尝试:为了易于对木材中的纤维素纤维进行微细化而预先进行了化学处理后,通过家庭用混合机程度的低能量机械处理进行微细化来制造CNF。上述化学处理的方法并无特别限定,优选是在纤维素纤维中导入阴离子性官能团、从而易于进行微细化的方法。通过对纤维素纤维导入阴离子性官能团,溶剂因渗透压效果而易于渗入到纤维素微原纤结构间,可以大幅度地减少纤维素原料的微细化所需要的能量。作为上述阴离子性官能团的导入方法并无特别限定,例如非专利文献1中公开了使用磷酸酯化处理、选择性地对纤维素的微细纤维表面进行磷酸酯化处理的方法。另外,专利文献2中公开了通过在高浓度碱水溶液中使纤维素与单氯乙酸或单氯乙酸钠反应来进行羧甲基化的方法。另外,还可以使在高压灭菌器中气化了的马来酸或苯二甲酸等的羧酸酐系化合物与纤维素直接反应来导入羧基。
另外,还报告了使用作为较为稳定的N-氧基化合物的2,2,6,6-四甲基哌啶基-1-氧自由基(TEMPO)作为催化剂、选择性地将纤维素的微细纤维表面氧化的方法(例如参照专利文献3)。使用TEMPO作为催化剂的氧化反应(TEMPO氧化反应)可以实施在水系、常温、常压下进行的环保型的化学改性,在应用于木材中的纤维素时,在晶体内部、反应不会进行,可以选择性地仅将晶体表面的纤维素分子链所具有的醇性伯碳转换成羧基。
通过伴随着因TEMPO氧化而选择性被导入至晶体表面的羧基之间的电离的渗透压效果,在溶剂中分散成一根根的纤维素微原纤单元,可以获得纤维素单一纳米纤维(以下也称作CSNF)。CSNF显示源自表面羧基的高分散稳定性。有报告指出,由木材通过TEMPO氧化反应获得的木材来源的CSNF是具有短轴直径达到3nm前后、长轴直径达到数十nm~数μm的高长宽比的结构体,其水分散液及成形体具有高透明性。另外,专利文献4报告了涂布干燥CSNF分散液所获得的层叠膜具有阻气性。
这里,为了CNF的实用化,所得CNF分散液的固体成分浓度低达0.1~5%左右成为课题。例如,在想要输送微细化纤维素分散液时,由于等同于输送大量的溶剂,因此具有导致输送费用高涨、可行性明显受损的问题。另外,在作为树脂强化用的添加剂进行使用时,也有因固体成分低所导致的添加效率恶化、作为溶剂的水与树脂不相容时复合化变难的问题。另外,在以含水状态进行处理时,由于还有腐败的可能,因此需要冷藏保管或防腐处理等对策,还有成本增加的可能。
但是,如果单纯地利用热干燥等将微细化纤维素分散液的溶剂除去,则微细化纤维素之间会发生凝聚、角质化或者膜化,难以表现出作为添加剂的稳定功能。进而,由于CNF的固体成分浓度低,因此利用干燥进行的溶剂除去工序本身就需要大量的能量,这也成为损害可行性的原因之一。
如此,由于以分散液的状态对CNF进行处理本身就成为损害可行性的原因,因而强烈期望提供能够容易地处理CNF的新型处理方式。
另一方面,探讨了对CNF或CSNF赋予进一步的功能性。例如,利用CSNF表面的羧基的进一步的功能性赋予也是可能的。专利文献5中公开了通过在金属离子吸附于CSNF表面的羧基的状态下使金属还原析出、从而使金属纳米粒子担载于CSNF而成的复合体(金属纳米粒子担载CSNF)。该专利文献5中公开了使用金属纳米粒子担载CSNF作为催化剂的例子,报告了由于能够以高比表面积状态使金属纳米粒子分散稳定化、因而催化剂活性提高。
如此,关于以作为碳中性材料的CNF或CSNF为代表的、对微细化纤维素赋予新型功能性的高功能构件开发,进行了各种探讨。
另外,专利文献6中公开了获得一根根分散的微细化甲壳素纤维(甲壳素纳米纤维)的甲壳素纳米纤维的制造方法。甲壳素纳米纤维也与纤维素纳米纤维同样,强烈期望能够容易处理的新型处理方式或赋予新型功能性。
另一方面,一直以来作为各种领域中的功能性材料,实用化了各种微粒子或微胶囊。通常微粒子是由各种聚合物形成的微米尺寸级别的粒子,作为填充材料、隔离物、研磨剂等被利用。另外,尝试了通过制成以微粒子为芯物质、利用壁膜将粒子表面覆盖而成的微胶囊结构以赋予和表现出进一步的功能性。具体地说,通过在芯物质内装入磁性体、药品、农药、香料、粘接剂、酶、颜料、染料等功能性材料后制成微胶囊,该功能性材料的保护或者释放行为的控制等变得可能。还可以进一步对覆盖芯物质的壁膜本身赋予功能性材料。
这里,微米尺寸级别的微粒子由于高比表面积,因此一般来说易于凝聚,分散稳定性成为课题。另外,根据用途,还要求生物降解性或生物体亲和性。
如此,也同样地强烈期望提供能够容易处理微粒子的新型处理方式。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-216021号公报
专利文献2:国际公开第2014/088072号
专利文献3:日本特开2008-001728号公报
专利文献4:国际公开第2013/042654号
专利文献5:国际公开第2010/095574号
专利文献6:日本特开2010-180309号公报
非专利文献
非专利文献1:Noguchi Y,Homma I,Matsubara Y.Complete nanofibrillationof cellulose prepared by phosphorylation.Cellulose.2017;24:1295.10.1007/s10570-017-1191-3
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明鉴于上述事实而作出,其目的在于提供对纤维素纳米纤维或甲壳素纳米纤维赋予新型的功能性、同时处理容易的新型处理方式。
用于解决技术问题的手段
为了解决上述技术问题,本发明提出了以下手段。
本发明第一方式的复合粒子是包含含至少一种聚合物的芯粒子、且在所述芯粒子的表面具有由微细纤维构成的微细纤维层的复合粒子,其中,所述芯粒子与所述微细纤维发生结合而为不可分的状态,所述复合粒子所具有的离子性官能团的含量相对于所述复合粒子的干燥重量为0.0002mmol/g以上且0.5mmol/g以下。
本发明第二方式的复合粒子组合物中,在复合粒子的表面上吸附有与所述微细纤维所具有的所述离子性官能团成对地发生离子键合的化合物。
本发明第三方式的复合粒子组合物的制造方法具备以下工序:获得微细纤维的分散液的第一工序;在所述分散液中,利用所述微细纤维将聚合性单体或聚合物液滴的表面覆盖,以乳液的形式使其稳定化的第二工序;将所述聚合性单体或所述聚合物液滴聚合,获得聚合物被所述微细纤维覆盖而成的复合粒子的第三工序;以及使与所述微细纤维所具有的离子性官能团成对地发生离子键合的化合物吸附在所述复合粒子的表面的所述微细纤维上的第四工序。
发明效果
根据本发明的复合粒子的一方式,可以提供在对纤维素纳米纤维或甲壳素纳米纤维赋予新型功能性的同时、处理容易的新型处理方式。
附图说明
图1为本发明第一实施方式的复合粒子的概略图。
图2为使用了本发明第一实施方式的微细纤维的O/W型皮克林乳液和将乳液内部的单体聚合而进行固体化的复合粒子的制造方法的概略图。
图3为将使用了本发明第一实施方式的微细纤维的O/W型皮克林乳液内部的有机溶剂除去后将溶解聚合物进行固体化的复合粒子的制造方法的概略图。
图4为使用了本发明第一实施方式的微细纤维的O/W型皮克林乳液和将乳液内部的熔融聚合物进行固体化的复合粒子的制造方法的概略图。
图5为表示亚甲蓝的化学结构的图及表示使亚甲蓝吸附于复合粒子时的吸附量的图表。
图6为表示在pH不同的缓冲液中亚甲蓝在复合粒子上的吸附解吸行为的反复性的图表。
图7A为利用共聚焦激光显微镜观察吸附于复合粒子的吖啶橙的图像。
图7B为放大了图7A所示复合粒子的图像。
图8A为表示pH不同导致的药物释放量差异的图表,为表示雷尼替丁释放量的图表。
图8B为表示pH不同导致的药物释放量差异的图表,为表示丝裂霉素C的释放量的图表。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下使用附图说明本发明的第一实施方式。但是,对于以下说明的各附图,相互间对应的部分带有同一符号,就重复部分而言,适当省略后述中的说明。另外,本实施方式是对用于具体化本发明技术思想的构成进行示例,并非将各部分的材质、形状、结构、配置、尺寸等特别限定于下述记载。本发明的技术思想在权利要求书所记载的权利要求规定的技术范围内可以加以各种变更。
<复合粒子5>
首先,对本发明第一实施方式的微细纤维/树脂粒子的复合粒子5进行说明。此外,将树脂也称作聚合物。图1为使用了微细纤维1的O/W型皮克林乳液和将乳液内部的聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2(以下也仅称作“液滴2”)进行固体化而获得的复合粒子5的概略图。
复合粒子5是如下的复合粒子:包含具有至少一种树脂(聚合物)的芯粒子3,在芯粒子3的表面具有由微细纤维1构成的微细纤维层10,芯粒子3与微细纤维1发生结合而处于不可分的状态。
复合粒子5的制造方法并无特别限定,可以使用公知的方法。例如,可举出由聚合性单体在聚合过程中进行粒子形成的聚合造粒法(乳液聚合法、悬浮聚合法、种子聚合法、放射线聚合法等)、由经过微小液滴化的聚合物溶液进行粒子形成的分散造粒法(喷雾干燥法、液中固化法、溶剂蒸发法、相分离法、溶剂分散冷却法等)。制造方法的详细情况在后叙述。
例如,通过微细纤维1吸附在分散于亲水性溶剂4的芯粒子3的液滴2的界面上,O/W型皮克林乳液发生稳定化,通过维持着稳定化状态将乳液内部的液滴2进行固体化,从而可以制作以乳液为模板的复合粒子5。
此外,将聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2进行固体化包括:(1)将聚合性单体液滴聚合;(2)将聚合物液滴进行固体化;(3)将聚合性单体液滴及聚合物液滴进行固体化。
这里所说的“不可分”是指即便反复进行以下操作后,微细纤维1与芯粒子3也不会分离,而保持芯粒子3被微细纤维1覆盖的状态,所述操作为对包含复合粒子5的分散液进行离心分离处理,将上清除去,进而添加溶剂,进行再分散,从而对复合粒子5进行纯化、洗涤的操作,或者为通过使用膜滤器的过滤洗涤,反复利用溶剂进行洗涤的操作。覆盖状态的确认可以通过利用扫描型电子显微镜观察复合粒子5的表面来确认。复合粒子5中,微细纤维1与芯粒子3的结合机制虽不确定,但推测由于复合粒子5是以被微细纤维1稳定化了的O/W型乳液作为模板来制作,因此是在微细纤维1接触于乳液内部的液滴2的状态下进行液滴2的固体化,因而物理地使微细纤维1固定在进行固体化的液滴2上,最终芯粒子3与微细纤维1达到不可分的状态。
这里,O/W型乳液也称作水包油型(Oil-in-Water),以水作为连续相,油以油滴(油粒子)的形式分散在其中。
另外,由于复合粒子5是以被微细纤维1稳定化了的O/W型乳液作为模板制作的,因此复合粒子5的形状的特征是成为O/W型乳液来源的正球状。详细地说,成为在正球状的芯粒子3的表面上以比较均匀的厚度形成有由微细纤维1构成的微细纤维层10的样式。微细纤维层10的平均厚度可以如下算出:利用切片机对用包埋树脂固定的复合粒子5进行切削,进行扫描型电子显微镜观察,在图像上随机测定100处的图像中复合粒子5的截面图像中的微细纤维层10的厚度,取平均值,从而算出。另外,复合粒子5的特征是被比较一致厚度的微细纤维层10均匀地覆盖,具体地说,上述微细纤维层10的厚度值的变异系数优选为0.5以下、更优选为0.4以下。
另外,复合粒子5优选离子性官能团的含量相对于复合粒子5的干燥重量为0.0002mmol/g以上且0.5mmol/g以下。这里所示的离子性官能团的含量表示以水为分散介质、使用搅拌器等在不改变复合粒子的物理结构的条件下使复合粒子5分散时所检测到的离子性官能团量。离子性官能团的含量为该范围时,可根据pH控制化合物的吸附量。复合粒子5的单位干燥重量的离子性官能团量可以使用电导率滴定法如下地求得。称取以固体成分重量计为0.5g的所得复合粒子5,以1%浓度分散在水中,添加盐酸使pH为2.5。之后,以0.01ml/30秒注入0.001M氢氧化钠水溶液,每30秒测定电导率和pH,持续测定至pH11。由所得的电导率曲线求得氢氧化钠的滴定量,由对应的区域算出离子性官能团量。
此外,优选:本实施方式中的微细纤维1为微细化纤维素(以下也称作纤维素纳米纤维、CNF或纤维素),晶体表面具有阴离子性官能团,该阴离子性官能团的含量是每1g纤维素为0.1mmol以上且5.0mmol以下。阴离子性官能团的含量可以获得粒径统一的分散性高的复合粒子5。
进而,本实施方式的微细纤维1优选是微原纤结构来源的纤维形状。具体地说,优选:微细纤维1为纤维状,数均短轴直径为1nm以上且1000nm以下,数均长轴直径为50nm以上,且数均长轴直径为数均短轴直径的5倍以上。另外,微细纤维1的晶体结构优选是纤维素I型。
<复合粒子5的制造方法>
接着,对本实施方式的复合粒子5的制造方法进行说明。本实施方式的复合粒子5的制造方法是具备以下工序的复合粒子5的制造方法:在溶剂中将微细纤维原料解纤,获得微细纤维1的分散液4的工序(第一工序);在微细纤维1的分散液4中,利用微细纤维1将聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2的表面覆盖,以乳液的形式使其稳定的工序(第二工序);将液滴2进行固体化,获得芯粒子3被微细纤维1覆盖而成的复合粒子5的工序(第三工序);以及使与微细纤维1所具有的离子性官能团成对地发生离子键合的化合物吸附在复合粒子5的表面的微细纤维1上的工序(第四工序)。
图2为使用了微细纤维1的O/W型皮克林乳液和将乳液内部的单体聚合而进行固体化的复合粒子5的制造方法的概略图。
图3为将使用了微细纤维1的O/W型皮克林乳液内部的有机溶剂除去后将溶解聚合物进行固体化的复合粒子5的制造方法的概略图。
图4为使用了微细纤维1的O/W型皮克林乳液和将乳液内部的熔融聚合物进行固体化的复合粒子5的制造方法的概略图。
以下对各工序详细地进行说明。作为一实施方式,以使用微细化纤维素作为微细纤维1的情况为例进行说明。
(第一工序)
第一工序是在溶剂中将微细纤维原料(纤维素原料)解纤而获得分散液4的工序。首先,将各种纤维素原料分散在溶剂中,制成悬浮液。作为悬浮液中的纤维素原料的浓度,优选为0.1%以上且小于10%。小于0.1%时,由于溶剂变得过多、损害生产率,因此不优选。当为10%以上时,伴随着纤维素原料的解纤,悬浮液急剧地增粘,难以进行均匀的解纤处理,因而不优选。作为悬浮液制作中使用的溶剂,优选包含50%以上的水。悬浮液中的水的比例为50%以下时,后述的在溶剂中将纤维素原料解纤而获得微细纤维1的分散液4的工序中,微细纤维1的分散受到阻碍。另外,作为水以外包含的溶剂,优选亲水性溶剂。亲水性溶剂并无特别限定,优选甲醇、乙醇、异丙醇等醇类;四氢呋喃等环状醚类。还可以根据需要,为了提高纤维素或所生成的微细纤维1的分散性而进行悬浮液的pH调节。作为pH调节所使用的碱水溶液,可举出氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液、四乙基氢氧化铵水溶液、四丁基氢氧化铵水溶液、苄基三甲基氢氧化铵水溶液等有机碱等。从成本等方面出发,优选氢氧化钠水溶液。
接着,对悬浮液实施物理性解纤处理,将纤维素原料进行微细化。作为物理性解纤处理的方法,并无特别限定,可举出高压匀浆机、超高压匀浆机、球磨机、辊磨机、切碎机、行星式磨机、喷磨机、磨碎机、研磨机、榨汁机、均质混合机、超声波匀浆机、微射流均质机Nanogenizer、水中对向冲撞等机械处理。通过进行这种物理性解纤处理,可以将悬浮液中的纤维素原料微细化,获得其结构的至少一边被微细化至纳米级别的微细纤维1的分散液4。另外,可以通过此时的物理性解纤处理的时间或次数来调整所得微细纤维1的数均短轴直径及数均长轴直径。
如上所述,可获得其结构的至少一边被微细化至纳米级别的微细纤维1的分散液(微细化纤维素的分散液)4。所得的分散液4可以直接或者进行稀释、浓缩等后、作为后述的O/W型乳液的稳定化剂进行使用。
另外,微细纤维1的分散液4还可根据需要在不损害本发明效果的范围内含有除纤维素及用于pH调节的成分以外的其它成分。作为上述其它成分,并无特别限定,可以根据复合粒子5的用途等从公知的添加剂中适当选择。具体地说,可举出烷氧基硅烷等有机金属化合物或其水解物、无机层状化合物、无机针状矿物、消泡剂、无机系粒子、有机系粒子、润滑剂、抗氧化剂、防静电剂、紫外线吸收剂、稳定剂、磁性粉、取向促进剂、增塑剂、交联剂、磁性体、药品、农药、香料、粘接剂、酶、颜料、染料、除臭剂、金属、金属氧化物、无机氧化物等。
通常,由于微细纤维1是微原纤结构来源的纤维形状,因此作为本实施方式的制造方法中使用的微细纤维1,优选是处于以下所示范围的纤维形状者。即,作为微细纤维1的形状,优选为纤维状。另外,纤维状的微细纤维1只要是就短轴直径而言、数均短轴直径为1nm以上且1000nm以下即可,优选为2nm以上且500nm以下即可。这里,数均短轴直径小于1nm时,无法获得高结晶性的刚直的微细化纤维素纤维结构,无法实施乳液的稳定化和以乳液为模板的聚合反应。另一方面,超过1000nm时,为了使乳液稳定化而使得尺寸变得过大,因此难以控制所得复合粒子5的尺寸或形状。另外,就数均长轴直径而言并无特别限定,优选只要是数均短轴直径的5倍以上即可。数均长轴直径小于数均短轴直径的5倍时,由于无法充分地控制复合粒子5的尺寸或形状,因此不优选。
此外,微细化纤维素纤维的数均短轴直径通过透射型电子显微镜观察及原子力显微镜观察测定100根纤维的短轴直径(最小径)、作为其平均值求得。另一方面,微细化纤维素纤维的数均长轴直径是通过透射型电子显微镜观察及原子力显微镜观察测定100根纤维的长轴直径(最大径)、作为其平均值求得。
可以作为微细纤维1的原料使用的纤维素的种类或晶体结构也无特别限定。具体地说,作为由纤维素I型晶体形成的原料,例如除了木材系天然纤维素之外,还可以使用棉短绒、竹、麻、甘蔗渣、洋麻、细菌纤维素、海鞘类纤维素、法囊藻纤维素等非木材系天然纤维素。进而,还可以使用以由纤维素II型晶体形成的人造丝纤维、铜氨纤维为代表的再生纤维素。由于材料供应的容易,优选以木材系天然纤维素为原料。作为木材系天然纤维素,并无特别限定,可以使用针叶树纸浆或阔叶树纸浆、废纸浆等通常在纤维素纳米纤维的制造中使用的材料。由于纯化及微细化容易,因此优选针叶树纸浆。
进而,优选微细化纤维素原料经过化学改性。更具体地说,优选在微细化纤维素原料的晶体表面导入有阴离子性官能团。
其原因在于,通过在纤维素晶体表面导入有阴离子性官能团,利用渗透压效果,溶剂易于渗入纤维素晶体之间,纤维素原料的微细化变得易于进行。
导入至纤维素的晶体表面的阴离子性官能团的种类或导入方法并无特别限定,优选羧基或磷酸基。由于易于选择性导入至纤维素晶体表面,因此优选羧基。
将羧基导入至纤维素的纤维表面的方法并无特别限定。具体地说,例如可以通过在高浓度碱水溶液中使纤维素与单氯醋酸或单氯醋酸钠反应来进行羧甲基化。另外,还可以在高压灭菌器中使已经气化的马来酸或苯二甲酸等的羧酸酐系化合物与纤维素直接反应来导入羧基。进而,还可以利用在水系的较温和条件下,在尽量地保持结构的同时,在对醇性伯碳的氧化的选择性高的以TEMPO为首的N-氧基化合物的存在下,使用共氧化剂的手法。为了羧基导入部位的选择性及环境负荷减少,更优选使用了N-氧基化合物的氧化。
这里,作为N-氧基化合物,可举出TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶基-1-氧自由基)、2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧基、4-甲氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧基、4-乙氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧基、4-乙酰胺-2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧基等。其中,优选反应性高的TEMPO。N-氧基化合物的使用量是作为催化剂的量即可,并无特别限定。通常,相对于进行氧化处理的木材系天然纤维素的固体成分,为0.01~5.0质量%左右。
作为使用了N-氧基化合物的氧化方法,例如可举出使木材系天然纤维素分散在水中、在N-氧基化合物的共存下进行氧化处理的方法。此时,优选与N-氧基化合物一起并用共氧化剂。此时,在反应体系内,N-氧基化合物依次被共氧化剂氧化,生成氧代铵盐,通过上述氧代铵盐,纤维素被氧化。通过该氧化处理,即便是在温和的条件下氧化反应也会顺畅地进行,羧基的导入效率提高。当在温和的条件下进行氧化处理时,易于维持纤维素的晶体结构。
作为共氧化剂,只要是卤素、次卤酸、亚卤酸或高卤酸、或者它们的盐、卤素氧化物、氮氧化物、过氧化物等能够推进氧化反应者,则可以使用任一种氧化剂。从获得容易或反应性出发,优选次氯酸钠。上述共氧化剂的使用量是能够促进氧化反应的量即可,并无特别限定。通常,相对于进行氧化处理的木材系天然纤维素的固体成分,为1~200质量%左右。
另外,还可以与N-氧基化合物及共氧化剂一起进一步并用选自溴化物及碘化物中的至少一种化合物。由此,可以使氧化反应顺畅地进行,可以改善羧基的导入效率。作为这种化合物,优选溴化钠或溴化锂,从成本或稳定性出发,更优选溴化钠。化合物的使用量是能够促进氧化反应的量即可,并无特别限定。通常,相对于进行氧化处理的木材系天然纤维素的固体成分,为1~50质量%左右。
氧化反应的反应温度优选为4~80℃、更优选为10~70℃。小于4℃时,试剂的反应性降低、反应时间延长。超过80℃时,副反应被促进,试样发生低分子化,高结晶性的刚直的微细化纤维素纤维结构破坏,无法作为O/W型乳液的稳定化剂使用。
另外,氧化处理的反应时间可以考虑反应温度、所希望的羧基量等适当设定,并无特别限定,通常为10分钟~5小时左右。
氧化反应时的反应体系的pH并无特别限定,优选为9~11。pH为9以上时,可以效率良好地进行反应。pH超过11时,有副反应发生、促进试样分解的可能。另外,在氧化处理中,随着氧化进行而生成羧基,因此体系内的pH会降低,因而在氧化处理中优选将反应体系的pH保持在9~11。作为将反应体系的pH保持在9~11的方法,可举出对应于pH的降低而添加碱水溶液的方法。
作为碱水溶液,可举出氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液、四乙基氢氧化铵水溶液、四丁基氢氧化铵水溶液、苄基三甲基氢氧化铵水溶液等有机碱等。从成本等方面出发,优选氢氧化钠水溶液。
利用N-氧基化合物进行的氧化反应可以通过在反应体系中添加醇而使其停止。此时,优选反应体系的pH保持在上述范围内。作为所添加的醇,由于会迅速地使反应结束,因此优选甲醇、乙醇、丙醇等低分子量的醇,由于因反应所生成的副产物的安全性等,特别优选乙醇。
氧化处理后的反应液可以直接供至微细化工序,但为了将N-氧基化合物等催化剂、杂质等除去,优选将反应液中包含的氧化纤维素回收、并利用洗涤液进行洗涤。氧化纤维素的回收可以通过使用玻璃过滤器或20μm孔径的尼龙筛的过滤等公知方法来实施。作为氧化纤维素的洗涤中使用的洗涤液,优选纯水。
当对所得TEMPO氧化纤维素进行解纤处理时,可获得具有3nm的均匀纤维宽度的纤维素单一纳米纤维(CSNF)。将CSNF作为复合粒子5的微细纤维1的原料进行使用时,由于其均匀的结构,所得的O/W型乳液的粒径也易于变得均匀。
如上所述,本实施方式中使用的CSNF可以通过将纤维素原料氧化的工序和进行微细化而制成分散液的工序来获得。另外,作为导入至CSNF中的羧基的含量,优选为0.1mmol/g以上且5.0mmol/g以下、更优选为0.5mmol/g以上且2.0mmol/g以下。这里,当羧基量小于0.1mmol/g时,由于在纤维素微原纤间、由渗透压效果带来的溶剂进入作用不发挥,因此难以将纤维素微细化而难以均匀地使其分散。另外,超过5.0mmol/g时,由于伴随着化学处理的副反应,纤维素微原纤发生低分子化,因而无法获得高结晶性的刚直的微细化纤维素纤维结构,无法作为O/W型乳液的稳定化剂使用。
(第二工序)
第二工序是在微细纤维1的分散液4中,利用微细纤维1将聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2的表面覆盖,以乳液的形式使其稳定化的工序。
具体地说,如图2~图4所示,是在第一工序中获得的微细纤维1的分散液4中添加聚合性单体及/或聚合物液,进而使聚合性单体及/或聚合物液以液滴2的形式分散在微细纤维1的分散液4中,进而利用微细纤维1将液滴2的表面覆盖,制作被微细纤维1稳定化了的O/W型乳液的工序。聚合物液并无特别限定,可以通过将聚合物熔融或者溶解在溶剂来获得。
作为制作O/W型乳液的方法,并无特别限定,可以使用一般的乳化处理、例如各种匀浆机处理或机械搅拌处理,具体地说可举出高压匀浆机、超高压匀浆机、万能匀浆机、球磨机、辊磨机、切碎机、行星式磨机、喷磨机、磨碎机、研磨机、榨汁机、均质混合机、超声波匀浆机、微射流均质机Nanogenizer、水中对向冲撞、涂料搅拌器等机械处理。另外,还可以组合使用多个机械处理。
例如使用超声波匀浆机时,在第一工序中获得的微细纤维1的分散液4中添加聚合性单体及/或聚合物液制成混合溶剂,在混合溶剂中插入超声波匀浆机的前端,实施超声波处理。作为超声波匀浆机的处理条件并无特别限定,例如频率一般为20kHz以上,输出功率一般为10W/cm2以上。处理时间并无特别限定,通常为10秒钟~1小时左右。
通过上述超声波处理,聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2分散在微细纤维1的分散液4中,乳液化进行,进而,微细纤维1选择性地吸附在液滴2与微细纤维1的分散液4的液/液界面上,从而形成液滴2被微细纤维1覆盖、作为O/W型乳液稳定的结构。如此,固体物吸附在液/液界面上而稳定化的乳液在学术上被称作“皮克林乳液”。如上所述,通过微细化纤维素纤维形成皮克林乳液的机制虽不确定,但认为是纤维素在其分子结构中具有羟基来源的亲水性位点和烃基来源的疏水性位点,因而显示双亲性,由于该双亲性而吸附在疏水性单体与亲水性溶剂的液/液界面上。
O/W型乳液结构可以通过光学显微镜观察进行确认。O/W型乳液的粒径尺寸并无特别限定,通常为0.1μm~1000μm左右。
O/W型乳液结构中,形成于液滴2表层的微细纤维层10的厚度并无特别限定,通常为3nm~1000nm左右。微细纤维层10的厚度例如可以使用Cryo TEM进行测量。
作为能够在图2所示的第二工序中使用的聚合性单体的种类,只要是聚合物的单体,且其结构中具有聚合性官能团、常温下为液体、是与水不相溶、通过聚合反应可形成聚合物(高分子聚合物)的单体,则无特别限定。聚合性单体具有至少1个聚合性官能团。具有1个聚合性官能团的聚合性单体也称作单官能单体。另外,具有2个以上聚合性官能团的聚合性单体也称作多官能单体。作为聚合性单体的种类并无特别限定,例如可举出(甲基)丙烯酸系单体、乙烯基系单体等。
另外,还可以使用具有环氧基或氧杂环丁烷结构等环状醚结构的聚合性单体(例如ε-己内酯等)。
此外,“(甲基)丙烯酸酯”的表述表示包括“丙烯酸酯”和“甲基丙烯酸酯”这两者。
作为单官能(甲基)丙烯酸系单体,例如可举出(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰基吗啉、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸鲸蜡酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸3-甲氧基丁酯、乙基卡必醇(甲基)丙烯酸酯、磷酸(甲基)丙烯酸酯、环氧乙烷改性磷酸(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苯氧酯、(甲基)丙烯酸环氧乙烷改性苯氧酯、(甲基)丙烯酸环氧丙烷改性苯氧酯、壬基苯酚(甲基)丙烯酸酯、环氧乙烷改性壬基苯酚(甲基)丙烯酸酯、环氧丙烷改性壬基苯酚(甲基)丙烯酸酯、甲氧基二乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基丙二醇(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-2-羟基丙基邻苯二甲酸酯、2-羟基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基氢化邻苯二甲酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基丙基氢化邻苯二甲酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基丙基六氢邻苯二甲酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基丙基四氢邻苯二甲酸酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸三氟乙酯、(甲基)丙烯酸四氟丙酯、(甲基)丙烯酸六氟丙酯、(甲基)丙烯酸八氟丙酯、(甲基)丙烯酸八氟丙酯、由2-金刚烷及金刚烷二醇衍生的具有1价单(甲基)丙烯酸酯的金刚烷基丙烯酸酯等金刚烷衍生物单(甲基)丙烯酸酯等。
作为二官能的(甲基)丙烯酸系单体,例如可举出乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化己二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化己二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、羟基新戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯等二(甲基)丙烯酸酯等。
作为三官能以上的(甲基)丙烯酸系单体,例如可举出三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三(2-羟基乙基异氰脲酸酯)三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯等三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)三(甲基)丙烯酸酯等三官能(甲基)丙烯酸酯化合物,或者季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)六(甲基)丙烯酸酯等三官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯化合物,或者将这些(甲基)丙烯酸酯的一部分用烷基或ε-己内酯取代了的多官能(甲基)丙烯酸酯化合物等。
作为单官能的乙烯基系单体,例如优选乙烯基醚系、乙烯酯系、芳香族乙烯基系、特别是苯乙烯及苯乙烯系单体等在常温下与水不相溶的液体。
作为单官能乙烯基系单体中的(甲基)丙烯酸酯,可出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸三氟乙酯、(甲基)丙烯酸七氟癸酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基氧基乙酯、(甲基)丙烯酸三环癸酯等。
另外,作为单官能芳香族乙烯基系单体,可举出苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙烯基甲苯、异丁基甲苯、叔丁基苯乙烯、乙烯基萘、乙烯基联苯、1,1-二苯基乙烯等。
作为多官能的乙烯基系单体,可举出二乙烯基苯等具有不饱和键的多官能性乙烯基系单体。优选常温下与水不相溶的液体。
例如,作为多官能性乙烯基系单体,具体地可举出(1)二乙烯基苯、1,2,4-三乙烯基苯、1,3,5-三乙烯基苯等二乙烯基类,(2)乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丙二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-六亚甲基二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、2,2-双(4-甲基丙烯酰氧基二乙氧基苯基)丙烷等二甲基丙烯酸酯类,(3)三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟乙基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯类,(4)乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1,3-二丙二醇二丙烯酸酯、1,4-二丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、2,2-双(4-丙烯酰氧基丙氧基苯基)丙烷、2,2-双(4-丙烯酰氧基二乙氧基苯基)丙烷等二丙烯酸酯类,(5)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟乙基乙烷三丙烯酸酯等三丙烯酸酯类,(6)四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯类,(7)其它的例如四亚甲基双(乙基富马酸酯)、六亚甲基双(丙烯酰胺)、三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯。
例如作为官能性苯乙烯系单体,具体地可举出二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基萘、二乙烯基二甲苯、二乙烯基联苯、双(乙烯基苯基)甲烷、双(乙烯基苯基)乙烷、双(乙烯基苯基)丙烷、双(乙烯基苯基)丁烷等。
另外,除这些之外,还可以使用具有至少1个以上聚合性官能团的聚醚树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、螺缩醛树脂、聚丁二烯树脂、聚巯基聚烯树脂等,并不特别限定该材料。
上述聚合性单体可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
第二工序中能够使用的微细纤维1的分散液4与聚合性单体的重量比并无特别限定,优选相对于微细化纤维素纤维100质量份、聚合性单体为1质量份以上且50质量份以下。聚合性单体为1质量份以下时,由于复合粒子5的收量降低,因此不优选;超过50质量份时,难以用微细纤维1将聚合性单体液滴2A均匀地覆盖,不优选。
另外,聚合性单体中也可预先包含聚合引发剂。作为一般的聚合引发剂,可举出有机过氧化物或偶氮聚合引发剂等自由基引发剂。
作为有机过氧化物,例如可举出过氧缩酮、过氧化氢、二烷基过氧化物、二酰基过氧化物、过氧碳酸酯、过氧酯等。
作为偶氮聚合引发剂,例如可举出ADVN、AIBN。
例如可举出2,2-偶氮双(异丁腈)(AIBN)、2,2-偶氮双(2-甲基丁腈)(AMBN)、2,2-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)(ADVN)、1,1-偶氮双(1-环己烷碳腈)(ACHN)、2,2-偶氮双异丁酸二甲酯(MAIB)、4,4-偶氮双(4-氰基戊酸)(ACVA)、1,1-偶氮双(1-乙酰氧基-1-苯基乙烷)、2,2-偶氮双(2-甲基丁基酰胺)、2,2-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、2,2-偶氮双(2-甲基脒基丙烷)二盐酸盐、2,2-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]、2,2-偶氮双[2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺]、2,2-偶氮双(2,4,4-三甲基戊烷)、2-氰基-2-丙基偶氮甲酰胺、2,2-偶氮双(N-丁基-2-甲基丙酰胺)、2,2-偶氮双(N-环己基-2-甲基丙酰胺)等。
第二工序中,若使用预先包含聚合引发剂的状态的聚合性单体,由于在形成O/W型乳液时在乳液粒子内部的聚合性单体液滴中包含聚合引发剂,因此在后述的第三工序中使乳液内部的单体聚合而进行固体化时、聚合反应变得易于进行。
第二工序中能够使用的聚合性单体与聚合引发剂的重量比并无特别限定,通常,优选相对于聚合性单体100质量份、聚合引发剂为0.1质量份以上。聚合引发剂小于0.1质量份时,聚合反应不会充分地进行、复合粒子5的收量降低,因此不优选。
另外,如图3所示,作为第二工序中能够使用的液滴2,也可以使用用各种溶剂使已有聚合物溶解而成的溶解聚合物液滴2B。例如优选:利用在微细纤维1的分散液4中的相容性低的溶剂使已有的聚合物溶解而制成溶解液,如上所述一边施加利用超声波匀浆机等的机械处理一边将该溶解液添加在分散液4中,从而在分散液4中将聚合物液滴以O/W型乳液的形式稳定化。
作为具体的聚合物,例如可举出纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、纤维素乙酸丙酸酯等纤维素乙酸酯衍生物,甲壳素、壳聚糖等多糖类,聚乳酸、乳酸与其它羟基羧酸的共聚物等聚乳酸类;聚琥珀酸丁二醇酯、聚琥珀酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯等二元酸聚酯类,聚己内酯、己内酯与羟基羧酸的共聚物等聚己内酯类,聚羟基丁酸酯、聚羟基丁酸酯与羟基羧酸的共聚物等聚羟基丁酸酯类,聚羟基丁酸、聚羟基丁酸与其它羟基羧酸的共聚物等脂肪族聚酯类,聚氨基酸类、聚酯聚碳酸酯类,松香等天然树脂等,这些物质可以使用1种或者并用使用2种以上。
虽无特别限定,但聚合物优选生物降解性聚合物。生物降解性是指在土壤或海水中等地球环境中发生分解而消亡的聚合物或/及在生物体内发生分解而消亡的聚合物。一般来说,在土壤或海水中,通过微生物所具有的酶,聚合物被分解;而在生物体内则不需要酶,通过物理化学性的水解被分解。
聚合物的分解是聚合物发生低分子化或水溶性化而使形态消失。聚合物的分解并无特别限定,通过主链、侧链、交联点的水解或者主链的氧化分解来发生。
生物降解性聚合物有天然来源的天然高分子、或合成高分子。
作为天然高分子,例如可举出植物生产的多糖(纤维素、淀粉、海藻酸等)、动物生产的多糖(甲壳素、壳聚糖、透明质酸等)、蛋白质(胶原、明胶、白蛋白等)、微生物生产的聚酯(聚(3-羟基链烷酸酯))、多糖(透明质酸等)等。
作为合成高分子,例如可举出脂肪族聚酯、多醇、聚碳酸酯等。
作为脂肪族聚酯,例如可举出二醇/二羧酸缩聚系(聚琥珀酸乙二醇酯、聚琥珀酸丁二醇酯等)、聚丙交酯类(聚乙醇酸、聚乳酸等)、聚内酯类(β-己内酯、ε-己内酯等)、其它(聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸酯等)。
作为多醇,例如可举出聚乙烯醇等。
作为聚碳酸酯,例如可举出聚酯碳酸酯等。
另外,聚酸酐、聚氰基丙烯酸酯、聚原酸酯、聚磷腈等也是生物降解性的合成高分子。
另外,作为使所述聚合物溶解的溶剂,优选在微细纤维1分散液4中的相容性低的溶剂。当在水中的溶解度高时,由于溶剂易于从溶解聚合物液滴层向水相溶解,因此乳液化变难。另一方面,为在水中没有溶解性的溶剂时,由于溶剂无法从溶解聚合物液滴相向微细纤维1的分散液相移动,因此无法获得复合粒子。另外,所述溶剂优选沸点为90℃以下。
沸点高于90℃时,微细纤维1的分散液4比所述溶剂更早地蒸发,无法获得复合粒子。作为可以使用的溶剂,具体地可举出二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、苯等。
进而,如图4所示,在第二工序中也可不使用溶剂,而是使用使聚合物本身熔融而成的熔融聚合物液滴2C。例如优选:使在常温下为固体的聚合物熔融而制成液体,如上所述一边施加利用超声波匀浆机等的机械处理,一边将该熔融液添加至已加热到能够维持聚合物熔融状态的分散液4中,从而在分散液4中使聚合物液滴以O/W型乳液的形式稳定化。
作为第二工序中能够使用的熔融聚合物液滴2C,优选在微细化纤维素水分散液中的溶解性低者。在水中的溶解度高时,由于聚合物易于从熔融聚合物液滴层向水相溶解,因此乳液化变难。另外,熔融聚合物优选熔点为90℃以下。熔点高于90℃时,微细化纤维素分散液中的水会蒸发,乳液化变难。具体地说,可以使用季戊四醇四硬脂酸酯、季戊四醇二硬脂酸酯、季戊四醇三硬脂酸酯、硬脂酸硬脂酯、硬脂酸鲨肝酯、硬脂酸硬脂酯、肉豆蔻酸十四烷基酯、棕榈酸鲸蜡酯、二硬脂酸乙二醇酯、山嵛醇、微晶蜡、石蜡、烃基蜡、脂肪酸烷基酯、多醇脂肪酸酯、脂肪酸酯与蜡的混合物、脂肪酸酯的混合物、甘油单棕榈酸酯(/硬脂酸单甘油酯)、甘油单/二硬脂酸酯(/甘油硬脂酸酯)、甘油单乙酰单硬脂酸酯(/甘油脂肪酸酯)、琥珀酸脂肪族单甘油酯(/甘油脂肪酸酯)、柠檬酸饱和脂肪族单甘油酯、山梨糖醇酐单硬脂酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、山梨糖醇酐三山嵛酸酯、丙二醇单山嵛酸酯(/丙二醇脂肪酸酯)、己二酸季戊四醇聚合物的硬脂酸酯、季戊四醇四硬脂酸酯、二季戊四醇六硬脂酸酯、枸橼酸硬脂酯、季戊四醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、超淡色松香、含松香二醇、超淡色松香金属盐、氢化石油树脂、松香酯、氢化松香酯、特殊松香酯、酚醛清漆树脂、结晶性聚α烯烃、聚烷二醇、聚烷二醇酯、聚氧化烯醚、聚乳酸、乳酸与其它羟基羧酸的共聚物等聚乳酸类;聚琥珀酸丁二醇酯、聚琥珀酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯等二元酸聚酯类、聚己内酯、己内酯与羟基羧酸的共聚物等聚己内酯类、聚羟基丁酸酯、聚羟基丁酸酯与羟基羧酸的共聚物等聚羟基丁酸酯类、聚羟基丁酸、聚羟基丁酸与其它羟基羧酸的共聚物等脂肪族聚酯类、聚氨基酸类、聚酯聚碳酸酯类、松香等天然树脂等。
另外,聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2中还可以预先包含聚合引发剂以外的其它功能性成分。具体地说,可举出磁性体、药品、农药、香料、粘接剂、酶、颜料、染料、除臭剂、金属、金属氧化物、无机氧化物等。聚合性单体中预先包含聚合引发剂以外的其它功能性成分时,可以使作为复合粒子5形成时的粒子内部含有上述功能性成分,可以表现出对应于用途的功能。
进而,还可以将聚合性单体及溶解/熔融聚合物并用使用来形成液滴2,进行乳液化。另外,选择生物降解性树脂作为成为本复合粒子的芯的聚合物种时,所得复合粒子5通过由内部芯的生物降解性树脂及外部壳的纳米纤维构成,也可作为具有生物降解性材料的环保性高的复合粒子来提供。
(第三工序)
第三工序是将聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2进行固体化,获得芯粒子3被微细纤维1覆盖而成的复合粒子5的工序。
将聚合性单体液滴进行固体化的方法并无特别限定,可以根据所用聚合性单体的种类及聚合引发剂的种类来适当选择,例如可举出悬浮聚合法。
对于具体的悬浮聚合的方法并无特别限定,可以使用公知的方法实施。例如,可以通过一边对在第二工序中制作的包含聚合引发剂的单体液滴被微细纤维1覆盖而稳定化了的O/W型乳液进行搅拌、一边进行加热来实施。搅拌的方法并无特别限定,可以使用公知的方法,具体地可以使用分散器或搅拌棒。另外,也可不进行搅拌而仅进行加热处理。另外,关于加热时的温度条件,可以根据聚合性单体的种类及聚合引发剂的种类适当设定,优选为20度以上且150度以下。小于20度时,聚合的反应速度下降,因此不优选,超过150度时,由于有微细纤维1发生改性的可能性,因此不优选。供至聚合反应的时间可以根据聚合性单体的种类及聚合引发剂的种类适当设定,通常为1小时~24小时左右。另外,聚合反应也可通过作为电磁波一种的紫外线照射处理来实施。另外,除了电磁波以外,还可以使用电子束等粒子射线。
另外,将聚合物液滴进行固体化的方法并无特别限定。例如在利用使用了溶剂的溶解聚合物液滴2B时,可以在微细纤维1的分散液4中形成O/W型乳液之后,如上所述通过在水中的溶解性低的溶剂经时地向水相扩散,溶解聚合物析出,以粒子的形式使其固体化。另外,例如在利用加热聚合物而进行了液体化的熔融聚合物液滴2C时,可以在微细纤维1的分散液4中形成O/W型乳液之后,通过冷却该乳液,将熔融聚合物液滴2C以粒子的形式进行固体化。
经过上述工序,可以制作芯粒子3被微细纤维1覆盖的正球状的复合粒子5。
此外,液滴2的固体化处理刚刚结束后的状态成为大量的水和对复合粒子5的微细纤维层10的形成无用的游离微细纤维1在复合粒子5的分散液中混存的状态。因此,有必要对所制作的复合粒子5进行回收、纯化,作为回收、纯化方法,优选利用离心分离的洗涤或过滤洗涤。作为利用离心分离的洗涤方法,可以使用公知的方法,具体地说,可以反复进行通过离心分离使复合粒子5沉降、将上清除去、再分散于水-甲醇混合溶剂中的操作,将残留溶剂从最终通过离心分离获得的沉降物中除去,从而将复合粒子5回收。对于过滤洗涤,也可以使用公知的方法,例如可以使用孔径0.1μm的PTFE膜滤器,利用水和甲醇反复进行抽滤,从最终残留在膜滤器上的糊状物中进一步将残留溶剂除去,从而将复合粒子5回收。
经过第三工序获得的复合粒子5的平均粒径优选为0.05μm以上且1000μm以下。复合粒子5的粒径可反映在第二工序中获得的乳液液滴的液滴尺寸。乳液液滴的液滴尺寸可以通过制作O/W型乳液的制作方法或制作条件、形成芯粒子3的聚合性单体或聚合物的种类、微细纤维1的种类、或者它们的组合来决定。
通过上述制造方法获得的复合粒子5以分散液的形式获得。通过进一步将溶剂除去,以干燥固体物的形式获得。溶剂的除去方法并无特别限定,例如可以通过离心分离法或过滤法将多余的水分除去,进而利用烘箱进行热干燥,从而以干燥固体物的形式获得。此时,所得的干燥固体物不会成为膜状或凝聚体状,而是以表面细腻的粉体的形式获得。作为其理由虽不确定,但通常认为在将溶剂从微细化纤维素的分散液中除去时,微细纤维1之间牢固地凝聚、膜化。另一方面,在为包含复合粒子5的分散液时,由于是微细纤维1被固定化在表面上的正球状的复合粒子,因此即便将溶剂除去,微细纤维1之间也不会凝聚,复合粒子之间仅靠点与点进行接触,因而认为其干燥固体物以表面细腻的粉体的形式获得。如此,由于本发明的复合粒子可以以表面细腻的粉体的形式进行利用,因此例如适于面向粉末型粉底的组合物等化妆品用途或医疗用途。另外,由于没有复合粒子5之间的凝聚,因此也易于再次将以干燥粉体的形式获得的复合粒子5再分散于溶剂中,在再分散后也会显示源自结合于复合粒子5表面的微细纤维1的分散稳定性。此时,当在所用微细纤维1的晶体表面导入有阴离子性官能团时,通过将阴离子性官能团选择性地配置于复合粒子的表面上,利用渗透压效果,溶剂易于侵入复合粒子之间,分散稳定性进一步提高,因此优选。
此外,复合粒子5的干燥粉体是以基本不含溶剂、能够进一步再分散于溶剂为特长的干燥固体物,具体地可以使固体成分率为80%以上,进而可以为90%以上,进而可以为95%以上。由于能够将溶剂基本除去,因此从运输费的削减、防腐、添加率提高等观点出发,获得优选的效果。此外,通过干燥处理使固体成分率达到80%以上时,由于微细纤维1易于吸湿,因此有可能吸附空气中的水分而使固体成分率经时地降低。但是,如果考虑到复合粒子5的特长是易以干燥粉体的形式获得、可以进一步再分散的本发明技术思想,只要是包含使包含复合粒子5的干燥粉体的固体成分率达到80%以上的工序的干燥固体物,则定义为包含在本发明的技术范围内。
(第四工序)
第四工序是使与微细纤维1所具有的离子性官能团成对地发生离子键合的化合物(药剂等)吸附在复合粒子5表面的微细纤维1上的工序。本实施方式中,使药剂吸附在微细纤维1上。可以将药剂水溶液混合在第三工序后所得的复合粒子5的分散液中。或者,可以使在第三工序后所得的复合粒子5担载于基材等上,使药剂水溶液与复合粒子接触,从而使药剂吸附在微细纤维1上。
作为所使用的药剂,优选与微细纤维1所具有的离子性官能团发生离子键合的化合物,优选在水溶液中发生离子化的物质。作为可以采取这种结构的药剂,例如染料中可举出三芳基甲烷系、甲川系、花青系、偶氮系、二芳基甲烷系、醌亚胺系、喹啉系、蒽醌系、硝基系、酞菁系、二吡咯甲川系、呫吨系等。作为药品等中使用的药剂,可举出具有脂肪酸、饱和脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸酯、磷脂、乙酸酯、甜菜碱、甘氨酸盐、咪唑啉、丙酸酯等结构的化合物等。作为水溶液,只要不会导致化合物的变质等则无限定,例如除了水之外,还可以使用醇类、醚类、酯类、酮类、烃类等,也可以将2种以上的物质混合。
微细纤维1为阴离子性时,复合粒子5通过提高pH,微细纤维1所具有的离子性提高,易于吸附发生离子键合的化合物。作为pH的范围,优选在不发生复合粒子5或化合物的变质的范围内进行调整,优选在pH1~pH7的范围内控制吸附和释放。在吸附化合物时,优选达到pH4以上、更优选达到pH5以上。或者,微细纤维1为阳离子性时,复合粒子5通过降低pH,微细纤维1所具有的离子性提高,易于吸附发生离子键合的化合物。此时,作为pH的范围,优选在pH1~pH7的范围内控制吸附和释放。在吸附化合物时,优选达到pH4以下、更优选达到pH3以下。
使用图5~图8B说明使用所制作的复合粒子5评价的pH响应性、吸附解吸行为及其反复特性。这里,所使用的复合粒子5的离子性官能团量为0.028mmol/g。作为比较样品复合粒子5-0,利用浓硫酸对复合粒子5进行处理,表面的离子性官能团量少于0.0002mmol/g,为检测限以下。
图5为表示使亚甲蓝吸附在由微细纤维1具有阴离子性的微细化纤维素所构成的复合粒子5上时的吸附量的图表。横轴表示平衡浓度(添加复合粒子5、在药剂的吸附解吸达到平衡状态时的水溶液浓度)。吸附量是预先制作在缓冲液中平衡浓度不同的药剂水溶液,混合复合粒子5之后,测定水溶液的吸光度,取得差分,从而测定的。如图5所示,水溶液的pH为7.0时,与pH为2.5时相比,亚甲蓝的吸附量更多。在微细纤维1上的吸附具有pH依赖性,水溶液的pH为7.0时,亚甲蓝更易吸附在微细纤维1上。此外,同样地使亚甲蓝吸附在作为比较样品的复合粒子5-0上时,不依赖于药剂水溶液浓度,吸附量为0.01mg/g以下。
图6为表示反复实施使亚甲蓝吸附在复合粒子5上、在pH不同的缓冲液中使其解吸的一系列吸附解吸工序时的吸附量的图表。实施10个循环的下述工序:在pH7.0下使亚甲蓝吸附后(循环1)、利用各pH7.0或pH2.5的缓冲液进行充分洗涤(循环2)、再次在pH7.0下使其吸附,结果显示了依赖于pH的解吸行为。进而,确认了该吸附解吸行为的良好的重现性。这表示,即便反复洗涤,微细纤维1也不会从复合粒子5上脱落,从物理上来说是稳定的。同样,对作为比较样品的复合粒子5-0处理了亚甲蓝,但没有对pH的依赖性,吸附量为0.01mg/g以下。
图7A为利用共聚焦激光显微镜观察吸附于复合粒子5的吖啶橙的图像。图7B为放大图7A的复合粒子5的图像。观测到分子是仅吸附于复合粒子5的样子。
药剂担载量根据复合粒子5所具有的离子性官能团的含量或复合粒子5的粒径等而变化。例如,复合粒子5所具有的离子性官能团的带电量越多,则药剂担载量越多。另外,复合粒子5的粒径越小,则由于复合粒子的每单位体积的比表面积增大,因此药剂担载量增多。
此外,药剂在微细纤维1上的吸附不仅通过上述离子键发生,通过范德华力也会发生。药剂因与微细纤维1之间起作用的范德华力而吸附在微细纤维1的表面上。通过范德华力吸附在复合粒子5上的药剂不依赖于pH,可以根据需要使用易于与药剂相容的溶剂等进行冲洗。
(药剂释放)
将表面吸附有药剂的复合粒子5暴露在与第三工序中调节过的pH不同pH的缓冲液(0.1M)中。缓冲液例如为醋酸缓冲液、磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液、磷酸柠檬酸缓冲液、甲酸缓冲液等。药剂在微细纤维1上的吸附由于有pH依赖性,因此通过经调节的pH,所吸附的药剂从复合粒子5中释放出。
图8A及图8B是表示因pH不同所导致的药物的释放量差异的图表。图8A为表示雷尼替丁的释放量的图表。图8B为表示丝裂霉素C的释放量的图表。根据pH环境,观测到不同的药剂释放行为。
吸附有药剂的复合粒子5可以利用因pH环境导致的不同药剂释放行为而用于例如在胃等的酸性条件下选择性地释放药剂的用途中。另外,可以期待在pH依赖性药物传递中的利用。
本实施方式的复合粒子5是具有源自复合粒子5表面的微细纤维1的、生物体亲和性高、即便在溶剂中也不会凝聚的良好分散稳定性的新型复合粒子。
另外,包含本实施方式的复合粒子5的干燥固体物以表面细腻的粉体的形式获得,由于没有粒子之间的凝聚,因此也易于再次将以干燥粉体形式获得的复合粒子5再分散于溶剂中,再分散后也会显示结合于复合粒子5表面的CNF1的覆盖层来源的分散稳定性。
另外,包含本实施方式的复合粒子5的干燥固体物以表面细腻的粉体的形式获得,由于没有粒子之间的凝聚,因此也易于再次将以干燥粉体的形式获得的复合粒子5再分散于溶剂中,通过调节溶剂的pH,可以将吸附于微细纤维1的药剂等化合物释放到溶剂中。
以上,参照附图详细叙述了本发明的第一实施方式,但具体的构成并不限于该实施方式,也包含不脱离本发明主旨的范围的设计变更等。另外,上述第一实施方式及变形例中所示的构成要素也可适当组合来构成。
(第二实施方式)
对本发明第二实施方式进行说明。在以下的说明中,对与已经说明过的共同的构成,带有相同的符号并将重复的说明省略。本实施方式在微细纤维为微细化甲壳素的方面与第一实施方式是不同的。
本实施方式中,微细纤维1为甲壳素纳米纤维(微细化甲壳素),是将从蟹壳等采集的甲壳素/壳聚糖粉碎成极细纤维的纳米纤维。微细纤维1具有生物降解性。
虽无特别限定,优选微细纤维1包含离子性官能团。优选微细纤维1所具有的离子性官能团为阳离子性的。构成微细纤维层10的微细纤维1所具有的离子性官能团含量优选相对于构成微细纤维层10的微细纤维1的干燥重量为0.1mmol/g以上且3.0mmol/g以下。微细纤维1的离子性官能团含量为该范围时,可以获得粒径一致的分散性高的复合粒子5。
另外,构成微细纤维层10的微细纤维1所具有的离子性官能团含量相对于复合粒子5的干燥重量,优选为0.0002mmol/g以上且0.2mmol/g以下。
进而,微细纤维1优选为微原纤结构来源的纤维形状。
具体地说优选:微细纤维1为纤维状,数均短轴直径为1nm以上且1000nm以下,数均长轴直径为50nm以上,且数均长轴直径为数均短轴直径的5倍以上。微细纤维1的结晶化度优选为50%以上。
此外,微细纤维1的数均短轴直径通过透射型电子显微镜观察及原子力显微镜观察测定100根纤维的短轴直径(最小径)、作为其平均值求得。另一方面,微细纤维1的数均长轴直径通过透射型电子显微镜观察及原子力显微镜观察测定100根纤维的长轴直径(最大径)、作为其平均值求得。
特别是,微细纤维1优选由N-乙酰化度为60%以上且85%以下的α-甲壳素构成。N-乙酰化度为该范围时,可以获得数均短轴直径为5nm以上且50nm以下、数均长轴直径为300nm以上且5μm以下的一根根分离的细幅的纳米纤维。
聚合物并无特别限定,例如可举出丙烯酸系聚合物、环氧系聚合物、聚酯系聚合物、氨基系聚合物、有机硅系聚合物、氟系聚合物、氨基甲酸酯-异氰酸酯系聚合物等。
虽无特别限定,但优选聚合物为生物降解性聚合物。生物降解性是指在土壤或海水中等地球环境中发生分解而消亡的聚合物或/及在生物体内发生分解而消亡的聚合物。一般来说,在土壤或海水中,通过微生物所具有的酶,聚合物被分解;而在生物体内则不需要酶,通过物理化学性的水解被分解。
生物降解性聚合物是天然来源的天然高分子或合成高分子,作为天然高分子,例如可举出植物生产的多糖(纤维素、淀粉、海藻酸等)、动物生产的多糖(甲壳素、壳聚糖、透明质酸等)、蛋白质(胶原、明胶、白蛋白等)、微生物生产的聚酯(聚(3-羟基链烷酸酯))、多糖(透明质酸等)等。对生物降解性聚合物在后叙述。
<复合粒子5的制造方法>
接着,对本实施方式的复合粒子5的制造方法进行说明。本实施方式的复合粒子5的制造方法具备以下工序:将甲壳素及/或壳聚糖原料在溶剂中解纤,获得微细纤维1的分散液的工序(第1B工序);在微细纤维1的分散液中,将聚合性单体液滴及/或聚合物液滴2的表面用微细纤维1覆盖,以乳液的形式使其稳定化的工序(第二工序);将液滴2进行固体化,获得芯粒子3被微细纤维1覆盖而成的复合粒子5的工序(第三工序);以及使与微细纤维1所具有的离子性官能团成对地发生离子键合的化合物吸附在复合粒子5的表面的微细纤维1上的工序(第四工序)。
通过上述制造方法获得的复合粒子5以分散体的形式获得。进而,通过将溶剂除去,以干燥固体物的形式获得。溶剂的除去方法并无特别限定,例如可以通过离心分离法或过滤法将多余的水分除去,进而利用烘箱进行热干燥,以干燥固体物的形式获得。此时,所得干燥固体物不会成为膜状或凝聚体状,而是以表面细腻的粉体的形式获得。作为其理由并不确定,但已知通常将溶剂从微细纤维1的分散体中除去时,微细纤维1之间会牢固地发生凝聚、膜化。另在为包含复合粒子5的分散液时,由于是微细纤维1固定化在表面上的正球状的复合粒子,因此即便除去溶剂,微细纤维1之间也不会凝聚,复合粒子之间仅靠点与点进行接触,因而其干燥固体物以表面细腻的粉体的形式获得。如此,由于本发明的复合粒子可以以表面细腻的粉体的形式利用具有生物降解性及生物相容性的微细化甲壳素,因此适于面向粉末型粉底的组合物等化妆品用途或医疗用途。
另外,由于没有复合粒子5之间的凝聚,因此也易于再次将以干燥粉体的形式获得的复合粒子5再分散于溶剂中,在再分散后也会显示源自结合于复合粒子5表面的微细纤维1的分散稳定性。此时,当在所用微细纤维1的晶体表面导入有离子性官能团时,通过将离子性官能团选择性地配置于复合粒子的表面上,利用渗透压效果,溶剂易于侵入复合粒子之间,分散稳定性进一步提高,因此优选。
此外,复合粒子5的干燥粉体是以几乎不含溶剂、进而能够再分散于溶剂为特长的干燥固体物,具体地可以使固体成分率为80%以上、进而可以为90%以上、进一步可以为95%以上。由于能够将溶剂基本除去,因此从运输费的削减、防腐、添加率提高等观点出发,获得优选的效果。此外,通过干燥处理使固体成分率达到80%以上时,由于微细纤维1易于吸湿,因此有吸附空气中的水分、固体成分率经时地降低的可能性。但是,如果考虑到复合粒子5的特长是易以干燥粉体的形式获得、可以进一步再分散的本发明技术思想时,只要是包含使包含复合粒子5的干燥粉体的固体成分率达到80%以上的工序的干燥固体物,则定义为包含在本发明的技术范围内。
以下对各工序详细地进行说明。
(第1B工序)
第1B工序是将甲壳素及/或壳聚糖原料在溶剂中解纤,获得微细纤维1的分散液的工序。虽无特别限定,但通过下面的方法可以获得包含一根根分离的甲壳素纳米纤维的分散液。通过使用这种甲壳素纳米纤维,可以获得分散性良好、粒径一致的复合粒子5。
具体地说,通过(1)甲壳素及/或壳聚糖原料的纯化和离子性官能团的导入、(2)浸渍处理、(3)解纤处理的工序,制作微细纤维1的分散液。
(1)甲壳素及/或壳聚糖原料的纯化和离子性官能团的导入
首先,准备甲壳素及/或壳聚糖原料。例如,可以使用在蟹、虾等甲壳类中可见的反向平行链的α-甲壳素、在乌贼的甲壳等中发现的平行链的β-甲壳素。
甲壳素及/或壳聚糖是分子结构类似于纤维素的多糖类。在吡喃糖环的2位的碳上,为纤维素时键合有羟基、为甲壳素时键合有N-乙酰基、为壳聚糖时键合有氨基,其它部分为相同的结构。甲壳素及/或壳聚糖并不是说N-乙酰基及氨基100%键合在吡喃糖环的C2位上,一般来说是混存的。
甲壳素及/或壳聚糖原料是如蟹、虾等甲壳类或昆虫、蜘蛛等节肢动物或乌贼的肌腱那样支撑动物的身体、用于保护的直链状结构多糖,具有结晶性(具有分子规则地排列的部分)、且一部分与蛋白质结合。甲壳素是以N-乙酰基葡糖胺为主要构成糖的多糖。当对甲壳素及/或壳聚糖原料进行分离-纯化时,几乎没有100%由N-乙酰基葡糖胺形成的纯化甲壳素,获得一部分包含葡糖胺作为构成成分的甲壳素及/或壳聚糖。
例如,可以使用将干燥状态的帝王蟹的壳粉碎至5mm左右的原料a和将湿润状态的枪乌贼的软甲粉碎至1cm左右的原料b这2种作为甲壳素及/或壳聚糖原料。
甲壳素及/或壳聚糖原料可以通过以下的方法纯化。首先,对甲壳素及/或壳聚糖原料进行脱脂,接着脱矿物质后,反复数次进行脱蛋白处理、漂白处理,最后进行洗涤。
甲壳素及/或壳聚糖原料为了进行脱脂,浸渍在氯仿/甲醇(2/1)溶液中一天。
接着,被脱脂的原料为了进行脱矿物质,利用1M盐酸进行3小时处理。被处理的原料为了进行脱蛋白,在进行了氮气吹扫的10%氢氧化钠水溶液中处理一晩。之后,将被处理的原料浸渍于0.3%亚氯酸钠水溶液中,在设定为70℃的油浴中使用磁力搅拌器搅拌4小时,从而进行漂白。
反复进行4次的脱矿物质、脱蛋白及漂白的一系列处理之后,用1M氢氧化钠水溶液洗涤被脱脂的原料,对表面的氨基进行脱质子化,之后用水进行洗涤。
所导入的离子性官能团并无特别限定,可以使用公知的方法。例如,可以导入氨基、羧基等。特别是,利用部分脱乙酰化处理导入氨基的方法由于安全,因此适于在化妆品或医疗用途中使用。
对将干燥状态的帝王蟹的壳粉碎至5mm左右的原料a(α-甲壳素)进行上述纯化处理后的产物在上述纯化处理之后,优选保持在0℃以上且140℃以下、更优选保持在87℃~99℃,优选在20%以上且50%以下的氢氧化钠水溶液中浸渍优选0.5小时以上且58小时以下、更优选1小时以上且5小时以下,来进行部分脱乙酰化处理。之后,进行了部分脱乙酰化处理的原料a通过过滤-水洗涤,充分洗涤至滤液达到中性。原料a通过部分脱乙酰化,N-乙酰化度降低,成为适于纳米纤维化的状态。原料a所含的甲壳素通过部分脱乙酰化,一部分变为壳聚糖结构而具有氨基。
另一方面,对湿润状态的枪乌贼的软甲粉碎至1cm左右的原料b(β-甲壳素)进行上述纯化处理后的产物通过上述纯化处理,足够的氨基露出至甲壳素晶体表面,因此并不一定要进行部分脱乙酰化处理。
(2)浸渍处理
接着,将上述(1)工序中获得的经纯化的甲壳素及/或壳聚糖浸渍于调节了pH的液体中。通过浸渍于适合所导入的离子性官能团的pH的液体中,由于甲壳素微原纤之间的电荷排斥,解纤变得易于进行。
通过部分脱乙酰化处理导入有氨基时,优选将经纯化的甲壳素及/或壳聚糖浸渍在将pH调节至5以下的酸性液体中。
作为酸性液体,只要是可获得所希望范围的pH,则可以使用任意的酸。即,酸可以是有机酸,也可以是无机酸,并无特别限定。
另外,酸性液体的溶剂也无特别限定,可以使用水以外的溶剂。
作为有机酸,例如可举出甲酸、乙酸、柠檬酸、苹果酸、草酸、水杨酸、抗坏血酸、酒石酸、葡糖酸、乳酸、富马酸、琥珀酸、琥珀酸钠、植酸、己二酸、丙酸、乙醛酰、丙酮酸、乙酰乙酸、乙酰丙酸、庚酸、辛酸、癸酸、月桂酸、乙醇酸、甘油酸、丙烯酸、苯甲酸、对硝基苯甲酸、对甲苯磺酸、苦味酸、马来酸等。作为无机酸,可举出磷酸、盐酸、硫酸、硝酸、焦磷酸二氢二钠等。
但是,在将所得甲壳素纳米纤维用于医疗、食品、药剂等摄入到生物体中的用途时,优选使用乙酸或柠檬酸、苹果酸等供食用的酸、溶剂使用水。其原因在于,纳米纤维制作中使用的酸或溶剂的除去是不需要的或者极其容易的,从安全性方面来说也是有效的。
本实施方式中,酸性液体的pH调节是极为重要的。酸性液体的pH超过5时,即便进行解纤处理,也难以将甲壳素纳米原纤维一根根地分离。认为其原因在于,对构成α-甲壳素的葡糖胺的电荷赋予变得不足,甲壳素微原纤之间的电荷排斥不足。
另外,浸渍有经纯化的甲壳素的酸性液体中的固体成分浓度优选为5%以下。这是因为要避免对葡糖胺的电荷赋予变得不足。
(3)解纤处理
接着,将浸渍有经纯化的甲壳素的液体供至解纤处理。通过该解纤处理,获得一根根分离的甲壳素纳米纤维的分散液。该分散液所含的甲壳素纳米纤维是由未化学改性的甲壳素形成、宽度为5nm~50nm、且具有在以甲壳素为原料的纳米纤维中目前仍未实现的300nm以上长度的甲壳素纳米纤维。
解纤处理可以使用家庭用搅拌机(螺旋桨式搅拌机、切碎搅拌机)、超声波施加装置、超声波匀浆机、高压匀浆机、二轴混炼机等解纤、粉碎装置来进行。另外,还可以组合多个利用这些装置的解纤处理。例如,在利用家庭用搅拌机的解纤处理后,还可以进行利用超声波施加装置的解纤处理。
本实施方式中,由于利用甲壳素纳米原纤维间的电荷排斥来进行纳米纤维化,因此可以将解纤处理中赋予至经纯化的甲壳素的能量抑制为较低。因此,即便是家庭用搅拌机等简单的装置,也可充分地进行应用。另外,由于解纤处理的时间也是数分钟就可以,因此能够以极优异的效率制造纳米纤维。
此外,进行解纤处理时,也可以对浸渍有经纯化的甲壳素的酸性液体进行稀释。通过解纤处理将纯化α-甲壳素进行纳米纤维化时,成为高粘度的分散液,因此优选预先通过稀释来降低固体成分浓度。由此可以顺畅地进行解纤处理中的搅拌。作为稀释后的固体成分浓度,优选为1%以下、更优选为0.5%以下、进一步优选为0.2%以下。
在稀释时,将水等溶剂或酸溶液添加在酸性液体中。添加溶剂时,虽然酸性液体的pH上升,但在浸渍处理中,只要对经纯化的甲壳素的葡糖胺成分充分地赋予电荷,则几乎不会影响解纤处理的合格率。另外,还可以包含水以外的溶剂。作为水以外的溶剂,优选亲水性溶剂。亲水性溶剂并无特别限定,优选甲醇、乙醇、异丙醇等醇类;四氢呋喃等环状醚类。
另外,优选根据需要利用过滤、离心分离等将在解纤处理中未分散而残留的经纯化的甲壳素除去。
通过以上的(1)~(3)的工序,将甲壳素及/或壳聚糖原料在溶剂中解纤,获得微细纤维1的分散液。
特别是,对经纯化的甲壳素进行部分脱乙酰化处理以使N-乙酰化度降低,将其浸渍在进行了pH调节的酸性液体中之后,利用解纤处理这一极简单的工序即可获得包含一根根分离的甲壳素纳米纤维的分散液。通过使用这种甲壳素纳米纤维,可以获得分散性良好、粒径一致的复合粒子5。
所得的甲壳素纳米纤维由未化学改性的甲壳素及/或壳聚糖形成,由于不需要安全性确认,因此特别是在食品、医疗、药剂、保健领域等摄入到体内进行使用的用途中的应用开展变得格外容易。另外,对于通过上述工序获得的甲壳素纳米纤维分散液,是透明的高粘度的液体,根据所添加的酸的种类,也是可以以原样的状态用于食品或医疗材料中。
另外,微细纤维1的分散体也可以根据需要在不损害本发明效果的范围内含有其它成分。作为上述其它成分并无特别限定,可以根据复合粒子5的用途等从公知的添加剂中适当选择。具体地说,可举出烷氧基硅烷等有机金属化合物或其水解物、无机层状化合物、无机针状矿物、消泡剂、无机系粒子、有机系粒子、润滑剂、抗氧化剂、防静电剂、紫外线吸收剂、稳定剂、磁性粉、取向促进剂、增塑剂、交联剂、磁性体、药品、农药、香料、粘接剂、酶、颜料、染料、除臭剂、金属、金属氧化物、无机氧化物等。
(第二工序)
第二工序与第一实施方式同样。
(第三工序)
第三工序与第一实施方式同样。
优选调节所回收的复合粒子5的pH,使其易于分散。使用具有氨基的微细纤维1时,通过醋酸等将pH调节至2~7的范围。通过使所添加的酸与微细纤维1的表面的氨基发生离子键合,氨基易于保持正的电荷,复合粒子5之间变得易于分散。特别是,通过将pH调节至3.3左右,可以优选地使复合粒子5分散。
(第四工序)
第四工序是使与微细纤维1所具有的离子性官能团成对地发生离子键合的化合物(药剂等)吸附在复合粒子5的表面的微细纤维1上的工序。本实施方式中,使药剂吸附在微细纤维1上。可以将药剂水溶液混合在第三工序后获得的复合粒子5的分散液中。或者,可以使第三工序后获得的复合粒子5担载于基材等上,使药剂水溶液与复合粒子接触,从而使药剂吸附在微细纤维1上。
作为所使用的药剂,可以使用与在第一实施方式中叙述的相同的药剂。
复合粒子5通过降低pH、微细纤维1所具有的离子性提高,变得易于吸附发生离子键合的化合物。此时,作为pH的范围,优选pH1~pH7的范围。
药剂担载量根据复合粒子5所具有的离子性官能团的含量或复合粒子5的粒径等而变化。例如,复合粒子5所具有的离子性官能团的带电量越多,则药剂担载量变得越多。另外,复合粒子5的粒径越小,则复合粒子的每单位体积的比表面积越增大,因此药剂担载量增多。
此外,药剂在微细纤维1上的吸附不仅通过上述离子键合发生、通过范德华力也会发生。药剂因与微细纤维1之间起作用的范德华力而吸附在微细纤维1的表面上。通过范德华力吸附在复合粒子5上的药剂不依赖于pH,可以根据需要使用易于与药剂相容的溶剂等进行冲洗。
(药剂释放)
将表面吸附有药剂的复合粒子5暴露在与第三工序中调节的pH不同pH的缓冲液(0.1M)中。缓冲液例如为醋酸缓冲液、磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液、磷酸柠檬酸缓冲液、甲酸缓冲液等。药剂在微细纤维1上的吸附由于有pH依赖性,因此根据经调节的pH,吸附的药剂从复合粒子5中释放。
本实施方式的复合粒子5是具有源自复合粒子5表面的微细纤维1的、生物体亲和性高、即便在溶剂中也不会凝聚的良好分散稳定性的新型复合粒子。
另外,包含本实施方式的复合粒子5的干燥固体物以表面细腻的粉体的形式获得,没有粒子之间的凝聚,因此再次将以干燥粉体的形式获得的复合粒子5再分散于溶剂也是很容易的,根据溶剂的pH环境,可以将吸附在微细纤维1上的药剂等化合物释放到溶剂中。
以上参照附图详细地叙述了本发明的第二实施方式,但具体构成并不限于该实施方式,也包含不脱离本发明主旨的范围的设计变更等。另外,上述实施方式所示的构成要素也可以适当地组合来构成。
符号说明
1微细纤维
10微细纤维层
2液滴
2A液滴(单体液滴)
2B液滴(溶解聚合物液滴)
2C液滴(熔融聚合物液滴)
3芯粒子(聚合物、树脂)
4分散液
5复合粒子

Claims (13)

1.一种复合粒子,其为包含含至少一种聚合物的芯粒子、且所述芯粒子的表面具有由微细纤维构成的微细纤维层的复合粒子,其中,
所述芯粒子与所述微细纤维发生结合而为不可分的状态,
所述复合粒子所具有的离子性官能团的含量相对于所述复合粒子的干燥重量为0.0002mmol/g以上且0.5mmol/g以下。
2.根据权利要求1所述的复合粒子,其中,所述离子性官能团被导入至所述微细纤维中。
3.根据权利要求1或2所述的复合粒子,其中,所述微细纤维为微细化纤维素。
4.根据权利要求1或2所述的复合粒子,其中,所述微细纤维为微细化甲壳素。
5.根据权利要求3所述的复合粒子,其中,构成所述微细纤维层的所述微细纤维所具有的离子性官能团的含量相对于构成所述微细纤维层的所述微细纤维的干燥重量为0.1mmol/g以上且5.0mmol/g以下。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的复合粒子,其中,所述芯粒子是将具有聚合性官能团的聚合性单体聚合而获得的。
7.根据权利要求6所述的复合粒子,其中,所述聚合性单体为二乙烯基苯。
8.根据权利要求1~5中任一项所述的复合粒子,其中,所述芯粒子为生物降解性聚合物。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的复合粒子,其中,所述复合粒子的平均粒径为0.05μm以上且1000μm以下。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的复合粒子,其中,所述复合粒子的固体成分率为80%以上。
11.一种复合粒子组合物,其中,在权利要求1~10中任一项所述的复合粒子的表面上吸附有与所述微细纤维所具有的所述离子性官能团成对地发生离子键合的化合物。
12.一种复合粒子组合物的制造方法,其具备以下工序:
获得微细纤维的分散液的第一工序;
在所述分散液中,利用所述微细纤维将聚合性单体或聚合物液滴的表面覆盖,以乳液的形式使其稳定化的第二工序;
将所述聚合性单体或所述聚合物液滴聚合,获得聚合物被所述微细纤维覆盖而成的复合粒子的第三工序;以及
使与所述微细纤维所具有的离子性官能团成对地发生离子键合的化合物吸附在所述复合粒子的表面的所述微细纤维上的第四工序。
13.根据权利要求12所述的复合粒子组合物的制造方法,其中,所述第四工序中对pH进行控制。
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