JP2018535829A - ダブルエマルジョンによってマイクロカプセルを作製するための方法 - Google Patents

ダブルエマルジョンによってマイクロカプセルを作製するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、固体マイクロカプセル(20)を作製するための方法に関し、前記方法は、a)少なくとも1種類の活性物質を含む組成物C1を、架橋性液体組成物C2に混合下で添加して、組成物C2中に分散された組成物C1の液滴(1)を含む第一のエマルジョンを得る工程であって、前記活性物質は、潤滑剤、燃料、若しくはビチューメン産業に、又は掘削汚泥若しくは泥水に用いられる添加剤でも、又は石油探査/採油に用いられる添加剤でもなく、組成物C1及び組成物C2は互いに不混和性である、工程、b)工程a)で得られた前記第一のエマルジョンを、液体組成物C3に混合下で添加して、組成物C3中に分散された液滴(5)を含む第二のエマルジョンを得る工程であって、組成物C3及び組成物C2は互いに不混和性である、工程、c)工程b)で得られた前記第二のエマルジョンを、1000s−1〜100000s−1の均一な制御されたせん断速度を前記第二のエマルジョンに適用するミキサーに充填して、組成物C3中に分散された液滴(10)を含む第三のエマルジョンを得る工程、及び、d)工程c)で得られた前記液滴(10)を架橋して、組成物C3中に分散された固体マイクロカプセル(20)を得る工程、を含む。

Description

本発明は、固体マイクロカプセルを製造するための方法、及び前記方法によって得られた前記マイクロカプセルに関する。
活性物質の性能を改善する目的で周囲環境から活性物質を単離するという問題は、多くの産業にとって比較的新しい分野である。ほとんどの非バイオ産業では、加水分解、熱分解、酸化、及び交差反応性などの因子に伴う性能の喪失は、前記活性物質の濃度を高めて所望されるレベルの性能を達成することによって対処されているが、このことは、コストを上昇させ、そのような不要な反応から形成される生成物に伴うさらなる問題も生ずる。
しかし、化学産業、塗料産業、農薬産業を含む多くの産業において、活性物質を周囲環境から単離することが、加水分解、熱分解、酸化、交差反応性、及び前記物質の性能を低下させ得る他の方法から前記物質を保護するために必要とされる。
したがって、場合によっては、活性物質をマイクロカプセル中にカプセル化することが有利である。
加えて、多くの用途において、そうして製造されたマイクロカプセルは、その全体としての性能をより良好に制御すること、その分散を改善すること、及びより均一なコーティングを生成することを目的として、小さいサイズ及び/又は狭いサイズ範囲(すなわち、良好なサイズ単分散度)を有することも必要である。
近年、数多くのカプセル化法が開発され、文献に報告されており、数ある中でもスプレー乾燥、液中乾燥、界面重合、及び遠心押出しが挙げられる。しかし、工業スケールでのカプセル化法では、バッチ乳化法を例とする乳化法が主体であり、それは、工業的に必要とされる大量の需要を満たすことができるからである。そのような方法は、水性連続相中に分散された疎水性の油相又はワックス相のエマルジョン(又は、別の選択肢として、疎水性の油又はワックス連続相中に分散された水相のエマルジョン)を形成する工程に依存している。これら2つの相は、ホモジナイザー、又はバッフルを備えた撹拌容器のいずれかを用いて乳化され、界面活性剤又は乳化剤を用いて安定化される。別の選択肢として、これら2つの相間の界面での反応が、ポリマーシェルの形成のために用いられる。
しかし、上記で述べた工業的スケールの乳化法では、多分散であり、及び/又は非常に大きい(10μm超の平均サイズ)エマルジョンが、及びその後マイクロカプセルが製造される。
さらに、前記方法では、上記で述べた相のうちの一方を形成するために水が、またエマルジョンを安定化させるために界面活性剤又は乳化剤が必要であり、これらは、カプセル化された活性物質と反応する可能性があり、及び/又は各相中で汚染物質をもたらす可能性があり、したがって、活性物質の性能を低下させる恐れがある。
これらの方法のさらなる制限は、エマルジョンの粘度、及びカプセル化された前記活性物質の化学的性質に応じて、エマルジョンの液滴寸法、及びその後のマイクロカプセルの寸法が大きく変動することである。
したがって、本発明の目的は、活性物質をカプセル化する単分散マイクロカプセルを、特に、5μm未満の平均サイズを有する単分散マイクロカプセルを製造し、同時に、マイクロカプセルの寸法を精密に制御及び調節することができる方法も有する方法を提供することである。
本発明の別の目的は、前記製造方法において、活性物質に有害な影響を与え得る水の必要性を排除する方法を提供することである。
本発明の別の目的は、前記製造方法において、活性物質及びその周囲環境に有害な影響を与え得る界面活性剤又は乳化剤の必要性を排除する方法を提供することである。
したがって、本発明は、マイクロカプセル中にカプセル化された活性物質の化学的特性に関わらず、マイクロカプセルの径、シェルの厚さ、化学的官能性、及び/又は放出トリガーを、その用途での必要条件を満たすように容易に調節することができるマイクロカプセルを製造するための方法に関する。
加えて、本発明は、水の非存在下で行うことができるマイクロカプセルを製造するための方法に関する。
加えて、本発明は、界面活性剤及び/又は乳化剤の非存在下で行うことができるマイクロカプセルを製造するための方法に関する。
本発明は、好ましくは5μm未満の平均サイズを有する固体マイクロカプセルの単分散集団を、ダブルエマルジョン技術を用いて製造するための工業的スケールの方法に関する。
本発明の目的は、したがって:
a)少なくとも1種類の活性物質を含む組成物C1を、架橋性液体組成物C2に撹拌下で添加して、組成物C2中に分散された組成物C1の液滴を含む第一のエマルジョンを得る工程であって、
前記活性物質は、潤滑剤、燃料、若しくはビチューメン産業に、又は掘削汚泥若しくは泥水に用いられる添加剤でも、又は石油探査/採油に用いられる添加剤でもなく、組成物C1及び組成物C2は互いに不混和性である、工程、
b)工程a)で得られた前記第一のエマルジョンを、液体組成物C3に撹拌下で添加して、組成物C3中に分散された液滴を含む第二のエマルジョンを得る工程であって、組成物C3及び組成物C2は互いに不混和性である、工程、
c)工程b)で得られた前記第二のエマルジョンを、1000s−1〜100000s−1の均一な制御されたせん断速度を前記第二のエマルジョンに適用するミキサーに充填して、組成物C3中に分散された液滴を含む第三のエマルジョンを得る工程、及び、
d)工程c)で得られた前記液滴を架橋して、組成物C3中に分散された固体マイクロカプセルを得る工程、
を含む、固体マイクロカプセルを製造するための方法である。
本発明の方法は、前記第二のエマルジョンの前記液滴に高せん断速度γを均一に施す均一に制御された高せん断(1000s−1超)混合工程を実行し、それによって、前記第二のエマルジョンの多分散集団の液滴を破砕して、二重液滴の単分散集団(第三のエマルジョン)とする。
続いて、第三のエマルジョンの中間相(組成物C2)が重合されて固体シェルを形成し、いかなる合着及び成長も最小限に抑えられる。
本発明は、カプセル化された前記活性物質と有害な相互作用を起こす可能性があり、及び/又は前記周囲媒体(組成物C3)中に汚染物質を誘導する可能性がある水、界面活性剤、及び/又は乳化剤の非存在下で作製することができるマイクロカプセルを作製するためのダブルエマルジョン法を解決するものである。
本発明の方法は、固体マイクロカプセルを作製するための連続法であっても、又はバッチ法であってもよい。
1つの実施形態によると、本発明の方法は、バッチ法である。
工程a)
工程a)の過程では、組成物C1が、架橋性液体組成物C2に添加され、前記添加は、撹拌下で行われるが、このことは、組成物C1と組成物C2との混合物を乳化する目的で組成物C1が添加される間、前記組成物C2が典型的には機械的に撹拌されることを意味する。
組成物C1の組成物C2への添加は、典型的には、滴下によって行われる。
工程a)では、組成物C1は、0℃〜100℃、好ましくは、10℃〜80℃、最も優先的には、15℃〜60℃の温度である。工程a)で、組成物C2は、0℃〜100℃、好ましくは、10℃〜80℃、最も優先的には、15℃〜60℃の温度である。
工程a)の添加の条件では、組成物C1及び組成物C2は、互いに不混和性であり、このことは、組成物C2中に溶解可能である組成物C1の量(質量基準)が、組成物C2の全質量に対して5%以下、好ましくは1%以下、優先的には0.5%以下であること、及び組成物C1中に溶解可能である組成物C2の量(質量基準)が、組成物C1の全質量に対して5%以下、好ましくは1%以下、優先的には0.5%以下であることを意味する。
したがって、撹拌下で組成物C2と接触した状態となると、組成物C1は、液滴の形態で分散される(一重液滴とも称される)。
組成物C1と組成物C2との間の不混和性はまた、活性物質が組成物C1から組成物C2へ移動することも防止する。
組成物C1の添加時、組成物C2は、組成物C2中に分散された組成物C1の液滴(一重液滴)を含む液/液エマルジョン(第一のエマルジョン、又はC2中C1エマルジョン、又はC1/C2エマルジョンとも称される)を形成する目的で撹拌される。
図1は、本発明の方法を模式的に表しており、特に、組成物C1を組成物C2へ添加することによって工程a)で得られた液滴1を模式的に表している。
工程a)を実行する目的で、エマルジョンを作製するために通常用いられるいかなる種類の撹拌器が用いられてもよく、オーバーヘッドスターラー(100rpm〜2000rpmの混合速度)、ローターステーターミキサー(100rpm〜5000rpmの混合速度)、又はコロイダルミル(1000rpm〜10000rpmの混合速度)などである。別の選択肢として、超音波ホモジナイザー、膜ホモジナイザー(membrane homogenizer)、又は高圧ホモジナイザーが用いられてもよい。
組成物C1は、少なくとも1つの活性物質を含み、それは、潤滑剤、燃料、若しくはビチューメン産業に、又は掘削汚泥若しくは泥水に用いられるべき添加剤でも、又は石油探査/採油に用いられるべき添加剤でもない。
本発明の1つの実施形態によると、組成物C1は、単相液体組成物であり、これは、活性物質が純粋な形態で存在するか、又は組成物C1中に溶解されていることを意味する。
この実施形態の変型例によると、活性物質は組成物C1中に溶解されている。
この変型例によると、組成物C1は、活性物質の有機溶媒又は有機溶媒の混合物溶液から成っていてよい。
この変型例によると、組成物C1は、活性物質の水及び最終的には親水性である有機溶媒を含む水相の溶液から成っていてもよい。
この実施形態によると、組成物C1中の活性物質の含有量は、組成物C1の総重量に対して重量基準で、典型的には1%〜99%、好ましくは5%〜95%、優先的には10%〜90%、20%〜80%、30%〜70%、又は40%〜60%を含む。
この実施形態の別の変型例によると、活性物質は、組成物C1中に純粋な形態で存在し、これは、組成物C1が活性物質から成ることを意味する。
本発明の別の実施形態によると、組成物C1は、二相組成物であり、これは、活性物質が、液体の形態又は固体の形態のいずれかで、組成物C1中に分散されており、組成物C1中に完全には溶解されていないことを意味する。
前記実施形態の変型例によると、活性物質は、固体粒子の形態で組成物C1中に分散されている。
この変型例によると、組成物C1は、活性物質の固体粒子の有機溶媒又は有機溶媒の混合物への分散物から成っていてよい。
この変型例によると、組成物C1は、前記活性物質の固体粒子の水及び最終的には親水性である有機溶媒を含む水相への分散物から成っていてもよい。
この実施形態の別の変型例によると、活性物質は、液滴の形態で組成物C1中に分散されている。
この変型例によると、組成物C1は、有機溶媒又は有機溶媒の混合物に分散された活性物質の液滴のエマルジョンから成っていてよい。
この変型例によると、組成物C1は、水及び最終的には親水性である有機溶媒を含む水相に分散された活性物質の液滴のエマルジョンから成っていてもよい。
この実施形態によると、組成物C1中の活性物質の含有量は、組成物C1の総重量に対して重量基準で、典型的には1%〜99%、好ましくは、5%〜95%、優先的には、10%〜90%、20%〜80%、30%〜70%、又は40%〜60%を含む。
活性物質が組成物C1中で粒子の形態である場合、1nm〜1000nmの範囲内のサイズを有していてよい球状又は非球状のナノ粒子の形態であることが好ましい。
1つの実施形態によると、前記活性物質は、以下から成る群より選択される:
−エラストマー配合物、ゴム配合物、塗料配合物、コーティング配合物、接着剤配合物、又はシーラント配合物の重合のための架橋剤、硬化剤、有機触媒、及び金属系触媒(例えば、白金、パラジウム、チタン、モリブデン、銅、又は亜鉛の有機複合体及び無機複合体);
−インク、パーソナルケア製品、エラストマー配合物、ゴム配合物、塗料配合物、コーティング配合物、接着剤配合物、シーラント配合物、又は紙配合物のための染料、着色剤、顔料;
−洗剤、家庭掃除用製品、パーソナルケア製品、テキスタイル(いわゆるスマートテキスタイル)、コーティング配合物のための香料。本発明にとって有用である香料は、国際香粧品香料協会(IFRA)によって公開され、更新されている標準のリストに属する化合物のいずれかである;
−飼料及び食品のための芳香剤、香味剤、ビタミン、アミノ酸、タンパク質、必須脂質、プロバイオティックス、抗酸化剤、保存剤;
−洗剤及びパーソナルケア製品のための布地用柔軟剤及びコンディショナー。
本発明にとって有用である化合物としては、限定されないが、米国特許第6335315号及び米国特許第5877145号の特許文献に列挙されている化合物が挙げられる;
−パーソナルケア製品、テキスタイル(いわゆるスマートテキスタイル)のための酵素、ビタミン、タンパク質、植物抽出物、保湿剤、消毒剤、殺菌剤、日焼け止め剤、薬物などの生物活性化合物。これらの化合物としては、限定されないが、ビタミンA、ビタミンB、ビタミンC、ビタミンD、ビタミンE、パラアミノ安息香酸、アルファヒドロキシ酸、カンファー、セラミド、エラグ酸、グリセリン、グリシン、グリコール酸、ヒアルロン酸、ヒドロキノン、イソプロピル、イソステアレート、パルミチン酸イソプロピル、オキシベンゾン、パンテノール、プロリン、レチノール、パルミチン酸レチニル、サリチル酸、ソルビン酸、ソルビトール、トリクロサン、チロシンが挙げられる;並びに
−農業用化学薬品のための肥料、除草剤、殺虫剤、駆除剤、殺真菌剤、忌避剤、及び消毒剤。
本発明にとって有用である殺虫剤としては、限定されないが:
O,O−ジエチルO−2−イソプロピル−6−メチルピリミジン−4−イルホスホロチオエート、
O,O−ジエチルS−2−エチルチオエチルホスホロジチオエート、
S−クロロメチルO,O−ジエチルホスホロジチオエート、
O−エチルS,S−ジプロピルホスホロジチオエート、
O,O−ジエチルS−エチルチオメチルホスホロジチオエート、
S−tert‐ブチルチオメチルO,O−ジエチルホスホロジチオエート(S-tertiobutylthiomethyl O,O-diethyl phosphorodithioate)、
O,O−ジエチル−O−4−メチルスルフィニルフェニルホスホロチオエート、
O−(4−ブロモ−2−クロロフェニル)O−エチル−S−プロピルホスホロジチオエート、
S−1,2−ジ(エトキシカルボニル)エチルO,O−ジメチルホスホロジチオエート、
O,O,O’,O’−テトラエチル−S,S’−メチレンジ(ホスホロジチオエート)、
O−(4−ブロモ−2,5−ジクロロフェニル)O,O−ジエチルホスホロチオエート、
S−4−クロロフェニルチオメチルO,O−ジエチルホスホロジチオエート、
O−2,5−ジクロロ−4−(メチルチオ)フェニルO,O−ジエチルホスホロジチオエート、
O−4−シアノフェニルO,O−ジメチルホスホロチオエート、
O,O−ジメチルO−2−メチルチオエチルホスホロチオエート、
O,O−ジエチルO−2−エチルチオエチルホスホロチオエート、
O−2,4−ジクロロフェニルO,O−ジエチルホスホロチオエート、
O−2,4−ジクロロフェニルO−エチルフェニルホスホロチオエート、
1,3−ジ(メトキシカルボニル)−1−プロペン−2−イルジメチルホスフェート、
2−クロロ−1−(2,4−ジクロロフェニル)ビニルジエチルホスフェート、
O,O−ジメチル−O−4−ニトロ−m−トリルホスホロチオエート、
O,O−ジメチル−O−4−メチルチオ−m−トリルホスホロチオエート、
O−(5−クロロ−1−イソプロピル−1,2,4−トリアゾリル−3−イル)O,O−ジエチルホスホロチオエート、
S−2−イソプロピルチオエチルO,O−ジメチルホスホロジチオエート、
4−(メチルチオ)フェニルジプロピルホスフェート、
1,2−ジブロモ−2,2−ジクロロエチルジメチルホスフェート、
O,O−ジエチル−アルファ−シアノベンジリデンアミノ−オキシホスホロチオエート、
O,O−ジエチルO−4−ニトロフェニルホスホロチオエート、
O−2−ジエチルアミノ−6−メチルピリミジン−4−イルO,O−ジエチルホスホロチオエート、
O−2−ジエチルアミノ−6−メチルピリミジン−4−イルO,O−ジメチルホスホロチオエート、
O,O,O’,O’−テトラエチルジチオピロホスフェート、
O,O,O’,O’−テトラメチル−O,O’−チオジ−p−フェニレンジホスホロチオエート、
S,S’−(1,4−ジオキサン−2,3−ジイル)O,O,O’,O’−テトラエチルジ(ホスホロジチオエート)、
S−2−エチルチオエチル−O,O−ジメチルホスホロジチオエート、
3−フェノキシベンジル−(+−)−cis−transクリサンテメート、
ピレトリン−2−(2−ブトキシエトキシ)エチルチオシアネートイソボルニル−チオシアノアセテート、
二硫化炭素 2−(4−tert−ブチルフェノキシ)シクロヘキシルプロパ−2−イニルサルファイト(carbon disulfide 2-(4-tertio-butylphenoxy)cyclohexyl prop-2-ynyl sulphite)、
4−6−ジニトロ−6−オクチルフェニルクロトネート、
エチル4,4’−ジクロロベンジレート、
O,O−ジエチル−O−1−フェニル−1,2,4−トリアゾール−3−イルホスホロチオエート、
O−エチルO−2,4,5−トリクロロフェニルエチルホスホノチオエート、
(+−)−3−アリル−2−メチル−4−オキソシクロペンタ−2−エニル−(+)−cis,trans−クリサンテメート、及び
(+−)−3−アリル−2−メチル−4−オキソシクロペンタ−2−エニル−(+)−trans−クリサンテメート
が挙げられる。
本発明にとって有用である殺真菌剤としては、限定されないが:
銅ナフテネート、
5−エトキシ−3−トリクロロメチル−1,2,4−チアジアゾール、及び
O−エチルS,S−ジフェニルホスホロジチオエート
が挙げられる。
本発明にとって有用である忌避剤としては、限定されないが:
6‐ブトキシカルボニル−2,3−ジヒドロ−2,2−ジメチルピラン−4−オン、
N,N−ジエチル−m−トルアミド、
ジブチルフタレートジブチルスクシネート、
1,5a,6,9,9a,9b−ヘキサヒドロ−4a(4H)−ジベンゾフランカルボキシアルデヒド、及び
ジプロピルピリジン−2,5−ジカルボキシレート
が挙げられる。
本発明にとって有用である除草剤としては、限定されないが:
2−(1,2−ジメチルプロピルアミノ)−4−エチル−アミノ−6−メチルチオ−1,3,5−トリアジン−2−エチル−5−メチル−5−(2−メチルベンジルオキシ)−1,3−ジオキサン、
S−エチル−N−シクロヘキシル−N−エチルチオカルバメート、
S−2,3−ジクロロアリルジ−イソプロピルチオカルバメート、
S−プロピルブチルエチルチオカルバキセート(S-propyl butylethylthiocarbaxate)、
S−2,3,3−トリクロロアリルジイソプロピルチオカルバメート、
S−エチルジプロピルチオカルバメート、
S−4−クロロベンジルジエチルチオカルバメート、
S−エチルジイソブチルチオカルバメート、
S−ベンジルジ−secブチルチオカルバメート、
S−プロピルジプロピルチオカルバメート、
S−エチルヘキサヒドロ−1H−アゼピン−1−カルボチオエート、
N,N−ジアリルクロロアセタミド、
N−ブトキシメチル−アルファ−クロロ−2’,6’−ジエチルアセトアニリド、
N−(2−メルカプトエチル)ベンゼンスルホンアラニド(N-(2-mercaptoethyl)benzenesulfonarnide)のS−(O,O−ジイソプロピルホスホロジチオエート)エステル、
アルファ−クロロ−6’−エチルN−(2−メトキシ−1−メチル]エチル)−アセタミド、
N−ベンジルN−イソプロピルトリメチルアセタミド、及び
2−クロロアリルジエチルジチオカルバメート
が挙げられる。
前記活性物質は、エネルギー貯蔵材料のための、相変化時に熱を吸収及び放出することができる相変化物質(PCM)として本技術分野において知られる活性剤であってもよい。
PCM及びその用途については、例えば、“A review on phase change energy storage: materials and applications”, Farid et al., Energy Conversion and Management, 2004, 45(9-10), 1597-1615に記載されている。
PCMの例としては、限定されないが:リン酸アルミニウム、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸セシウム、硫酸セシウム、クエン酸カルシウム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、リン酸カルシウム、サッカリン酸カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸セリウム(cerium phosphaten) リン酸鉄(iron phosphaten) 炭酸リチウム、硫酸リチウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン、酢酸カリウム、炭酸カリウム、塩化カリウム、リン酸カリウム、炭酸ルビジウム、硫酸ルビジウム、四ホウ酸二ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、クエン酸ナトリウム、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、硝酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、過硫酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、亜セレン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、テルル酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロリン酸ストロンチウム、酢酸亜鉛、塩化亜鉛、チオ硫酸ナトリウム、及びこれらの混合物の溶融塩;飽和パラフィン系炭化水素、ポリエチレングリコール、ワックス、及びこれらの混合物などの有機化合物が挙げられる。
活性物質はまた、人間又は環境にとって危険、毒性、又は有害であるとして定められ、このため、取扱い及び貯蔵において完全な封じ込めを必要とする廃棄物質から選択されてもよい。
そのような廃棄物質の例としては、限定されないが、毒性の重金属及び放射性化合物が挙げられる。
組成物C2は、架橋性液体組成物であり、これは、前記組成物が、重合(架橋)して本発明の前記固体マイクロカプセルの重合シェルを形成する固体物質を得ることができる組成物であることを意味する。
組成物C2は、典型的には、重合して固体物質とすることができるプレポリマー配合物である。
本発明の1つの実施形態によると、組成物C2は、少なくとも1つのモノマー又はポリマー、少なくとも1つの架橋剤、及び少なくとも1つの重合開始剤を含む。
この実施形態によると、組成物C2は、典型的には、組成物C2の総重量に対して、50重量%〜95重量%のモノマー若しくはポリマー、又はモノマー若しくはポリマーの混合物を含む。
この実施形態によると、組成物C2は、典型的には、組成物C2の総重量に対して、1重量%〜20重量%の架橋剤、又は架橋剤の混合物を含む。
この実施形態によると、組成物C2は、典型的には、組成物C2の総重量に対して、0.1重量%〜5重量%の開始剤、又は開始剤の混合物を含む。
「モノマー又はポリマー」とは、単独で、又は他のモノマー若しくはポリマーと組み合わせて、重合によって固体物質を形成するのに適するいずれかのビルディングブロックであると理解されるべきである。
モノマーは、アクリレート;メタクリレート;ビニルエーテル;N−ビニルエーテル;メルカプトエステル;チオレン;シロキサン;エポキシ;オキセタン;ウレタン;イソシアネート;及びペルオキシドから成る群より選択される少なくとも1つの反応性官能基を有するモノマーから選択されてよい。
特に、モノマーは、上記の反応性官能基の少なくとも1つに加えて、一級、二級、及び三級アルキルアミン;四級アミン;サルフェート;スルホネート;ホスフェート;ホスホネート;ヒドロキシル;カルボキシレート;及びハロゲンから成る群より選択される1又は複数の官能基も有するモノマーから選択されてもよい。
ポリマーは、ポリエーテル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリスルフィド、及びポリジメチルシロキサンから選択されてよく、ポリマーは、アクリレート;メタクリレート;ビニルエーテル;N−ビニルエーテル;メルカプトエステル;チオレン;シロキサン;エポキシ;オキセタン;ウレタン;イソシアネート;及びペルオキシドから成る群より選択される少なくとも1つの反応性官能基を有する。
そのようなポリマーの例としては、限定されないが:2−(1−ナフチルオキシ)−エチルアクリレート、2−(2−ナフチルオキシ)−エチルアクリレート、2−(2−ナフチルオキシ)−エチルメタクリレート、ソルビトールジメタクリレート、アクリルアミド、2−プロペンアミド、2−(1−ナフチルオキシ)エタノール、2−(2−ナフチルオキシ)エタノール、1−クロロ−2,3−エポキシプロパン、ポリ(n−ブチルイソシアネート)、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(N−ビニルピロリドン)、ポリ(p−ベンズアミド)、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリ(p−メチルスチレン)、ポリ(p−フェニレンオキシド)、ポリ(p−フェニレンスルフィド)、N−(メタクリロキシエチル)スクシンイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリブタジエン、ブチレンテレフタレート、ポリクロラール、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリヒドリドシルセスキオキサン、ポリ(m−フェニレンイソフタルアミド)、メチル2−アクリルアミド−2−メトキシアセテート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、モノ−ブチルマレエート、ブチルメタクリレート、N−tert−ブチルメタクリルアミド、N−n−ブチルメタクリルアミド、シクロヘキシルメタクリルアミド、m−キシレンビスアクリルアミド 2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、N,N−ジメチルメタクリルアミド、n−ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、4−シクロヘキシルスチレン、シクロールアクリレート、シクロールメタクリレート、ジエチルエトキシメチレンマロネート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、1,1,1−トリメチロールプロパントリメタクリレート、メタクリレート、N,N−ジメチルアニリン、ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジン、イソフタル酸、ジメチルベンジルケタール、エピクロロヒドリン、エチル−3,3−ジエトキシアクリレート、エチル−3,3−ジメチルアクリレート、エチルビニルケトン、ビニルエチルケトン、ペンテン−3−オン、ホルムアルデヒドジアリルアセタール、フマロニトリル、グリセリルプロポキシトリアクリレート、グリセリルトリメタクリレート、グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン、グリシジルアクリレート、n−ヘプチルアクリレート、アクリル酸n−ヘプチルエステル、n−ヘプチルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピオニトリル、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、N−(メタクリルオキシエチル)フタルイミド、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、N−(n−プロピル)アクリルアミド、オルソ−フタル酸、イソ−フタル酸、1,4−ベンゼンジカルボン酸、1,3−ベンゼンジカルボン酸、フタル酸、モノ−2−アクリロキシエチルエステル、テレフタル酸、無水フタル酸、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、イソプロピルアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ビニルブロモアセテート、ポリクロロプレン、ポリ(ジ−n−ヘキシルシリレン)、ポリ(ジ−n−プロピルシロキサン)、ポリジメチルシリレン、ポリジフェニルシロキサン、ビニルプロピオネート、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリス−tert−ブトキシシラン、ビニルブチラール、ビニルアルコール、ビニルアセテート、エチレン−コ−ビニルアセテート、ビスフェノール−A ポリスルホン、1,3−ジオキセパン、1,3−ジオキソラン、1,4−フェニレンビニレン、ポリ(2,6−ジメチル−1A−フェニレンオキシド)、ポリ(4−ヒドロキシ安息香酸)、ポリ(4−メチルペンテン−1)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリメチルアクリロニトリル、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリメチルシルメチレン、ポリメチルシルセスキオキサン、ポリ(フェニルシルセスキオキサン)、ポリ(ピロメリトイミド−1,4−ジフェニルエーテル)、テトラヒドロフラン、ポリチオフェン、ポリ(トリメチレンオキシド)、ポリアクリロニトリル、エーテルスルホン、エチレン−コ−ビニルアセテート、パーフルオロエチレンプロピレン、ポリ(パーフルオロアルコキシアルカン)、ポリ(スチレン−アクリロニトリル)が挙げられる。
「架橋剤」とは、重合時に、モノマー若しくはポリマー、又はモノマー若しくはポリマーの混合物を架橋するのに適する少なくとも2つの反応性官能基を有するいずれかの化合物であるとして理解されるべきである。
架橋剤は、アクリレート;メタクリレート;ビニルエーテル;N−ビニルエーテル;メルカプトエステル;チオレン;シロキサン;エポキシ;オキセタン;ウレタン;イソシアネート;及びペルオキシドから成る群より選択される少なくとも2つの官能基を有する分子から選択されてよい。
「開始剤」とは、エネルギー源によって励起された場合に分解されることができるいずれかの化合物であるとして理解されるべきである。
好ましくは、組成物C2は、光架橋性液体組成物であり、前記開始剤は、したがって、重合のための光開始剤である。
開始剤は:
− 2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−プロパノンなどのα−ヒドロキシケトン;
− 2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1などのα−アミノケトン;
− ベンジルジメチルケタールなどのα−ジカルボニル誘導体;
− ビス−アシルホスフィンオキシドなどのアシルホスフィンオキシド;
− ベンゾフェノンなどの芳香族ケトン;
− フェニルグリオキシル酸メチルエステルなどのフェニルグリオキシレート;
− [1−(4−フェニルスルファニルベンゾイル)へプチリデンアミノ]ベンゾエートなどのオキシムエステル;
− スルホニウム塩、
− ヨードニウム塩、及び
− オキシムスルホネート
から成る群より選択されてよい。
本発明の変型例によると、組成物C2はまた、マイクロカプセルシェルの特性を向上させることができる、及び/若しくはマイクロカプセルシェルを外側トリガーに対して応答性とするなど、マイクロカプセルセルに新規な特性を付与することができる追加のモノマー又はポリマーも含んでいてよい。
そのような追加のモノマー又はポリマーは、pH感受性基、温度感受性基、UV感受性基、又はIR感受性基を有するモノマー又はポリマーであってよい。
これらの追加のモノマー又はポリマーは、pH、温度、UV、又はIRの外側トリガーによって刺激された場合、固体マイクロカプセルの破裂、及び続いてのその内容物の放出を誘導し得る。
追加のモノマー又はポリマーは、アクリレート;メタクリレート;ビニルエーテル;N−ビニルエーテル;メルカプトエステル;チオレン;シロキサン;エポキシ;オキセタン;ウレタン;イソシアネート;及びペルオキシドから成る群より選択される少なくとも1つの反応性官能基を有し、さらに以下の群のいずれか1つも有するモノマー又はポリマーから選択されてよい:
− フッ素化基などの疎水性基、例えば、トリフルオロエチルメタクリレート、トリフルオロエチルアクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、ペンタフルオロプロピルアクリレート、ヘキサフルオロブチルアクリレート、又はフルオロフェニルイソシアネート;
− 一級、二級、若しくは三級アミン、カルボン酸、ホスフェート、サルフェート、ナイトレート、又はカーボネートなどのpH感受性基;
− アゾベンゼン、スピロピラン、2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン、o−ニトロベンジル、チオール、若しくは6‐ニトロ−ベラトロイロキシカルボニルなどのUV感受性又はUV開裂性基(フォトクロミック基とも称される)、例えば、ポリ(エチレンオキシド)−ブロック−ポリ(2−ニトロベンジルメタクリレート)、及び例えばLiu et al., Polymer Chemistry 2013, 4, 3431-3443に記載のような他のブロックコポリマー;
− o−ニトロベンジル若しくは2−ジアゾ−1,2−ナフトキノンなどのIR感受性又はIR開裂性基、例えば、Liu et al., Polymer Chemistry 2013, 4, 3431-3443に記載のポリマー;並びに
− ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)などの温度感受性基。
別の選択肢として、組成物C2は、アクリレート;メタクリレート;ビニルエーテル;N−ビニルエーテル;メルカプトエステル;チオレン;シロキサン;エポキシ;オキセタン;ウレタン;イソシアネート;及びペルオキシドから成る群より選択される少なくとも1つの反応性官能基を表面に有するナノ粒子も含んでいてよい。これらのナノ粒子は、外側電磁場によって刺激されると、熱を発生させることができ、前記固体マイクロカプセルの破裂、続いてのその内容物の放出が誘導される。
適切なナノ粒子は、金、銀、及び二酸化チタンナノ粒子(IR場に反応する)、並びに酸化鉄ナノ粒子(磁場に反応する)から選択されてよい。
1つの実施形態によると、組成物C2の25℃での粘度は、500mPa・s〜100000mPa・sである。
組成物C2の25℃での粘度は、好ましくは1000mPa・s〜50000mPa・s、優先的には5000mPa・s〜25000mPa・sであり、例えば、10000mPa・s〜20000mPa・sである。
好ましくは、組成物C2の粘度は、組成物C1の粘度よりも高い。
この実施形態によると、活性物質の粘度又は化学的特性に関わらず、第一のエマルジョンの液滴の速度論的不安定化は非常に遅く、このことが、マイクロカプセルのシェルの工程d)の過程での重合を可能とし、速度論的不安定化が生じ得る前に、熱力学的安定化をもたらしている。
したがって、組成物C2の相対的に高い粘度により、工程a)で得られる第一のエマルジョンの安定性が確保される。
この実施形態は、カプセル化における活性剤を変えた場合に通常発生するマイクロカプセル特性の大きい変動に伴う制限を解決するものである。
組成物C1と組成物C2との間の界面張力は、低いことが好ましい。適切な界面張力は、典型的には0mN/m〜50mN/m、好ましくは0mN/m〜20mN/mの範囲内である。
組成物C1と組成物C2との間の界面張力が低いことは、工程a)で得られる第一のエマルジョンの安定性も有利に確保する。
1つの実施形態によると、組成物C1の体積の組成物C2の体積に対する比は、1:10〜10:1である。
好ましくは、前記比は1:3〜5:1、優先的には1:2〜4:1である。
前記比は、得られるマイクロカプセルの重合シェルの厚さを制御するために、これらの範囲に従って調節されてもよい。
工程b)
工程b)では、工程a)で得られた第一のエマルジョンが、液体組成物C3に添加され、添加は撹拌下で行われる。これは、組成物C1、組成物C2、及び組成物C3の混合物を乳化するために、第一のエマルジョンが添加される間、組成物C3が、典型的には機械的に撹拌されることを意味する。
第一のエマルジョンの組成物C3への添加は、典型的には、滴下によって行われる。
工程b)で、第一のエマルジョンは、典型的には15℃〜30℃を含む温度である。工程b)で、組成物C3は、典型的には15℃〜30℃を含む温度である。
工程b)の添加の条件では、組成物C2及び組成物C3は互いに不混和性であり、これは、組成物C3中に溶解可能である組成物C2の量(質量基準)が、組成物C3の全質量に対して5%以下、好ましくは1%以下、優先的には0.5%以下であること、及び、組成物C2中に溶解可能である組成物C3の量(質量基準)が、組成物C2の全質量に対して5%以下、好ましくは1%以下、優先的には0.5%以下であることを意味する。
したがって、撹拌下で組成物C3と接触した状態となると、第一のエマルジョン(C2中C1又はC1/C2)は、液滴の形態で分散され(二重液滴とも称される)、連続相C3中のこれらの第一のエマルジョンの液滴の分散体は、第二のエマルジョンと称される。
典型的には、工程b)で形成される二重液滴は、上記で述べた組成物C1の一重液滴が、一重液滴を完全にカプセル化する組成物C2のシェルで囲まれている状態に相当する。
工程b)で形成される二重液滴はまた、上記で述べた組成物C1の一重液滴を少なくとも2つ含んでいてもよく、一重液滴は一重液滴を完全にカプセル化する組成物C2の1つのシェルによって囲まれている。
したがって、二重液滴は、組成物C1の一重液滴の1又は複数から成るコア、及びコアを囲んでいる組成物C2の層を含む。
得られる第二のエマルジョンは、一般的に、多分散ダブルエマルジョン(C3中C2中C1又はC1/C2/C3エマルジョン)であり、これは、二重液滴が、第二のエマルジョン中でシャープなサイズ分布を有していないことを意味する。
図1は、本発明の方法を模式的に表しており、特に、工程b)において組成物C2に分散された液滴1の第一のエマルジョンを、組成物C3に添加することによって得られた多分散液滴5を模式的に表している。
組成物C2の組成物C3との不混和性により、組成物C2の層が組成物C3と混合することが防止されることによって、第二のエマルジョンの安定性が確保される。
組成物C2の組成物C3との不混和性はまた、組成物C1中の活性物質が液滴のコアから組成物C3へ移動することも防止する。
工程b)を実行するために、エマルジョンを作製するために通常用いられるいかなる種類の撹拌器が用いられてもよく、オーバーヘッドスターラー(100〜2000rpmの混合速度)、ローターステーターミキサー(100〜5000rpmの混合速度)、又はコロイダルミル(1000〜10000rpmの混合速度)などである。別の選択肢として、超音波ホモジナイザー、膜ホモジナイザー、又は高圧ホモジナイザーが用いられてもよい。
1つの実施形態によると、組成物C3は疎水性相である。
前記実施形態によると、組成物C3は、典型的には、エラストマー若しくは樹脂配合物、塗料、コーティング、シーラント、接着剤、又は炭化水素油(パラフィン系油、ナフテン系油、植物油、鉱油、ヒマシ油、トウモロコシ油、落花生油、ホホバ油、アルキルアジペート、アルキルパルミテート、アルキルオキシステアレート油、グリセロールトリアセテート、又はイソプロピルミリステートなど)を含む。
別の実施形態によると、組成物C3は親水性相である。
前記実施形態によると、組成物C3は、典型的には、デキストラン、アルギネート、セルロース及びセルロース誘導体(メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキプロピルセルロース、セチルヒドロキシエチルセルロースなど)、グアーガム、キサンタンガム、ゼラチン、デンプン、カンテン、カラゲナン 加水分解コラーゲン、ヒアルロン酸、ペクチン、アクリレートポリマー及びコポリマー、ポリアクリル酸、カルボマー、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、又はポリビニルアセテートなどの増粘剤を含む水性組成物である。
1つの実施形態によると、組成物C3の25℃での粘度は、工程a)で得られる第一のエマルジョンの25℃での粘度よりも高い。
組成物C3は、典型的には25℃で500mPa・s〜100000mPa・sの粘度を有する。
組成物C3の25℃での粘度は、好ましくは1000mPa・s〜50000mPa・s、優先的には5000mPa・s〜25000mPa・sであり、例えば、10000mPa・s〜20000mPa・sである。
この実施形態によると、第一のエマルジョンと比較して連続相(組成物C3)の粘度が高いことから、二重液滴(第二のエマルジョン)の速度論的不安定化は非常に遅く、このことが、速度論的不安定化が生じ得る前に、熱力学的安定化をもたらしている。
したがって、組成物C3の相対的に高い粘度により、工程b)で得られる第二のエマルジョンの安定性が確保される。
組成物C2と組成物C3との間の界面張力は低いことが好ましい。
組成物C2と組成物C3との間の界面張力が低いことからも、工程b)で得られる前記第二のエマルジョンの安定性が確保される。
1つの実施形態によると、工程b)で、第一のエマルジョンの体積の組成物C3の体積に対する比は、1:10〜10:1である。
前記比は、好ましくは1:9〜3:1、優先的には1:8〜1:1であり、例えば、1:6〜1:2である。
前記比は、得られる重合マイクロカプセルの集団におけるカプセル化された活性物質の全体としての含有量を制御するために、前記範囲に従って調節することができる。
工程c)
工程c)では、連続相中に分散された多分散液滴から成る工程b)で得られた第二のエマルジョンが、1000s−1〜100000s−1を含む均一な制御されたせん断速度を適用するミキサー中でせん断処理される。
驚くべきことに、本発明者らは、この乳化プロセスが、破砕機構を通して、サイズ変動が改善されたダブルエマルジョン、すなわち、単分散二重液滴から成るダブルエマルジョン(第三のエマルジョンとも称される)を作り出すことを見出した。
混合装置中では、せん断速度は、せん断速度の時間の変動に関わらず、エマルジョン中の場所によって異なり得る任意の瞬間に、エマルジョンのあらゆる部分において同じ最大値を経る場合、均一であり制御されているとされる。混合装置の厳密な構成は本発明においてそれほど重要ではなく、この装置から排出される時点で、前マルジョン全体が同じ最大せん断を受けていればよい。工程c)を行うための適切なミキサーは、特に、米国特許第5938581号に記載されている。
第二のエマルジョンは、
− 2つの同心回転シリンダー(クエット型ミキサー(Couette-geometry mixer)とも称される)、
− 2つの平行な回転ディスク、又は
− 2つの平行な振動プレート
によって形成されるセルを通る循環時に、均一な制御されたせん断を受け得る。
第二のエマルジョンに適用されるせん断速度は1000s−1〜100000s−1、好ましくは1000s−1〜50000s−1、優先的には2000s−1〜20000s−1を含む。
工程c)では、第二のエマルジョンはミキサーに導入され、次にせん断応力が掛けられ、その結果、第三のエマルジョンが形成される。第三のエマルジョンは、化学的には第二のエマルジョンと同じであるが、単分散二重液滴から成っており、一方第二のエマルジョンは、多分散二重液滴から成っていた。第三のエマルジョンは、典型的には組成物C1の1又は複数の一重液滴から成るコア、及びコアを取り囲む組成物C2の層を含む二重液滴の分散物から成り、二重液滴は組成物C3中に分散されている。
第二のエマルジョンと第三のエマルジョンとの間の相違は、二重液滴のサイズのばらつきであり:第二のエマルジョンの液滴ではサイズが多分散であるが、一方第三のエマルジョンの液滴は、上記で述べた破砕機構により単分散である。
好ましくは、第二のエマルジョンは連続的にミキサーに導入され、これは、ミキサーの入口部に導入されるダブルエマルジョンの量が、ミキサーの出口部から排出される第三のエマルジョンの量と同じであることを意味する。
第三のエマルジョンの液滴のサイズは、重合後の固体マイクロカプセルのサイズに引き続き相当するので、液滴サイズの低下とせん断速度の増加との強い相関により、工程c)の過程でのせん断速度を調節することによって、マイクロカプセルのサイズ及びシェル厚さを調節することが可能である。
このことにより、得られるマイクロカプセルの寸法を、工程c)で適用されるせん断速度を変動させることによって調節することが可能となる。
好ましい実施形態によると、工程c)で用いられるミキサーは、内半径Rの外側シリンダー及び外半径Rの内側シリンダーの2つの同心シリンダーを備えるクエット型ミキサーであり、外側シリンダーは固定されており、内側シリンダーは角速度ωで回転する。
本発明の方法に適するクエット型ミキサーは、フランスのT.S.R社から購入可能である。
1つの実施形態によると、クエット型ミキサーの回転する内側シリンダーの角速度ωは、30rad・s−1以上である。
例えば、回転する内側シリンダーの角速度ωは、約70rad・s−1である。
クエット型ミキサーの固定された外側シリンダーの寸法は、回転する内側シリンダーと固定された外側シリンダーとの間の間隔(d=R−R)を調整するように選択されてよい。
1つの実施形態によると、クエット型ミキサーの2つの同心シリンダー間の間隔d=R−Rは、50μm〜1000μm、好ましくは100μm〜500μmであり、例えば、200μm〜400μmである。
例えば、2つの同心シリンダー間の間隔dは、100μmである。
クエット型ミキサーを用いる本発明の実施形態によると、工程c)で、第二のエマルジョンは、典型的にはポンプによってミキサーの入口部に導入され、2つの同心シリンダー間のギャップに向かう。外側シリンダーは固定されており、内側シリンダーは角速度ωで回転している。
第二のエマルジョンには、こうしてせん断応力が掛けられ、その結果、ミキサーの出口部において第三のエマルジョンが形成される。第三のエマルジョンは、化学的には第二のエマルジョンと同じであるが、単分散二重液滴から成っており、一方第二のエマルジョンは、多分散二重液滴から成っていた。第三のエマルジョンは、典型的には、組成物C1の1又は複数の一重液滴から成るコア、及びコアを取り囲む組成物C2の層を含む二重液滴の分散物から成り、二重液滴は組成物C3中に分散されている。
第二のエマルジョンと第三のエマルジョンとの間の相違は、二重液滴のサイズのばらつきであり;第二のエマルジョンの液滴ではサイズが多分散であるが、一方第三のエマルジョンの液滴は、上記で述べた破砕機構により単分散である。
好ましくは、第二のエマルジョンは連続的にミキサーの入口部に導入され、これは、ミキサーの入口部に導入されるダブルエマルジョンの量が、ミキサーの出口部から排出される第三のエマルジョンの量と同じであることを意味する。
ダブルエマルジョンが2つのシリンダー間のギャップにある場合、エマルジョンに適用されるせん断速度γは、以下の式で与えられ:
式中、ωは回転する内側シリンダーの角速度であり、Rは固定された外側シリンダーの内半径であり、Rは回転する内側シリンダーの外半径である。
クエット型ミキサーのパラメーター(すなわち、角速度及びシリンダー間の間隔)は、せん断速度γが1000s−1〜20000s−1となるように調節される。
第三のエマルジョンの液滴のサイズは、重合後の固体マイクロカプセルのサイズに引き続き相当することから、液滴サイズの低下とせん断速度の増加との強い相関により、工程c)でのせん断速度γを調節することによって、マイクロカプセルのサイズ及びシェルの厚さを調節することが可能である。
このことにより、得られるマイクロカプセルの寸法を、回転するシリンダーの角速度、又は固定された外側シリンダーの内半径、又は両方を変動させることによって調節することが可能となる。
図1は、本発明の方法を模式的に表しており、特に、工程c)で得られた単分散液滴10を模式的に表している。
図2は、本発明の方法の好ましい実施形態に適するクエット型ミキサーを模式的に表しており、特に、第二のエマルジョンの多分散液滴5が、外半径Rの回転する内側シリンダー55と内半径Rの固定された外側シリンダー60との間のギャップに入口部50から導入され、それによって第三のエマルジョンの単分散液滴10が出口部65を通して排出されて得られることを模式的に表している。
工程d)
工程d)では、第三のエマルジョンの二重液滴が架橋されて、活性物質をカプセル化しているマイクロカプセルが得られる。
より詳細には、架橋性組成物C2から成るこれらの二重液滴のシェルは架橋され、それによって、活性物質をカプセル化して機械的トリガーの非存在下での放出から保護する粘弾性ポリマーシェルマトリックスに変換される。
マイクロカプセルの重合シェルの機械的特性は、初期組成物C2におけるモノマー又はポリマーの架橋剤に対する比を改変することによって調節することができる。
工程d)後に得られた、組成物C3に分散された本発明のマイクロカプセルを含む組成物は、すぐに使用することができ、洗浄する必要はなく、いかなる後処理の必要もない。
本発明の方法に従って得られた固体マイクロカプセルは、0.1μm〜10μm、好ましくは0.2μm〜5μmを含むことが好ましい平均径(光学顕微鏡画像又は透過型電子顕微鏡画像の画像解析によって測定)を有する。
本発明の方法に従って得られた固体マイクロカプセルの前記重合シェルの厚さは、典型的には10nm〜2.5μm、好ましくは100nm〜1000nmである。
1つの実施形態によると、工程d)において、架橋は、工程c)で得られた二重液滴への、組成物C2の架橋を開始することができる光源からの、好ましくは、UV光源からの照射によって行われる。
好ましくは、UV光源は100nm〜400nmの範囲内の光を発する。
工程c)で得られた二重液滴は、典型的には1分間〜15分間にわたって光源から照射される。
この実施形態によると、架橋性組成物C2は光架橋性であり、よって、重合は光によって開始される。
図1は、本発明の方法を模式的に表しており、特に、工程d)において、組成物C2のシェルの重合後に得られた単分散重合マイクロカプセル20を模式的に表している。
本発明の方法は、高い汎用性を可能とするものであり、したがって、様々な活性物質のカプセル化に、その粘度又は化学的特性に関わらず適している。
本発明の方法は、工程a)における組成物C1の組成物C2に対する比を、及び/又は工程c)におけるクエット型ミキサーによって適用されるせん断速度を調節することによって、マイクロカプセルのシェルの厚さ及び/又はサイズの調節を可能とする。
本発明の方法は、工程b)における第一のエマルジョンの組成物C3に対する比を調節することによって、工程d)後に得られる組成物中の活性物質の全体としての含有量の調節を可能とする。
本発明の方法は、組成物C2における架橋剤の含有量を調節することによって、固体マイクロカプセル(特にシェル)の機械的感受性、柔軟性、及び/又は脆弱性の調節を可能とする。
マイクロカプセル及び組成物
本発明の方法は、活性物質を含む組成物C1から成るコアを含み、コアは、重合された組成物C2の固体(重合又は架橋されている)シェルによってカプセル化されている、固体マイクロカプセルの作製を可能とするものである。
マイクロカプセルのコアは、組成物C1の単一の液滴又は複数の液滴から成っていてよい。
マイクロカプセルのコアは、水性若しくは油性の液体溶液、液/液エマルジョン、又は液体組成物中の(ナノ)粒子の分散物であってもよい。
本発明のマイクロカプセルは、連続液体組成物C3に分散されている。
本発明の方法は、工程c)で上述した特定の破砕機構により、単分散固体マイクロカプセルの作製を可能とする。
本発明の1つの目的はまた、一連の固体マイクロカプセルであり、マイクロカプセルは、上記で定める本発明の方法によって得ることができ、各マイクロカプセルは:
− 上記で定める通りの少なくとも1つの活性物質を含む組成物を含むコア、及び
− コアを取り囲む固体架橋シェル
を含み、マイクロカプセル径分布の標準偏差は、25%未満、又は1μm未満である。
本発明の一連の固体マイクロカプセルは、マイクロカプセルの単分散集団である。
マイクロカプセルの集団は、光学顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて画像化されてよく、続いて、前記画像はマイクロカプセル径分布を得るために、したがってマイクロカプセルの集団の単分散度を特定するために、画像解析ソフトウェアを用いて処理されてよい。
別の選択肢として、光散乱、ふるい、又は遠心分離に基づく技術が用いられてもよい。
1つの実施形態によると、本発明の一連の固体マイクロカプセルは、25%未満又は300nm未満のマイクロカプセルシェルの厚さ分布の標準偏差を有する。
1つの実施形態によると、一連の固体マイクロカプセルは、固体マイクロカプセルの平均径Dが、10μm以下、好ましくは0.1μm〜5μm、より好ましくは0.3μm〜1μmであることを特徴とする。
1つの実施形態によると、本発明の固体マイクロカプセルは界面活性剤を含まない。
1つの実施形態によると、本発明の固体マイクロカプセルは水を含まない。
本発明の方法は、10μm未満の平均サイズを有するそのようなマイクロカプセル、特に、単分散のマイクロカプセルの作製を可能とする。
本発明のマイクロカプセル、及びマイクロカプセルが分散される連続相は、有利なことに、界面活性剤、乳化剤、又は未反応モノマーなどのいかなる汚染物質も含まない。
本発明の1つの目的はまた、連続液体相中に分散されている上記で定める通りの一連の固体マイクロカプセルを含む組成物である。
連続液体相は、典型的には組成物C3に対応する。
本発明の目的はまた、本発明の一連の固体マイクロカプセルを含む組成物である。
本発明の目的はまた、上記で定める通りの一連の固体マイクロカプセルを含む組成物に機械的せん断応力を適用する工程を含む、活性物質を放出するための方法である。
[実施例1−カプセル化法の汎用性]
以下の物質を、組成物C1として問題なく用いた:
組成物C2は、以下の通りとした:
− 89% CN981(Sartomer、Arkema)
− 10% ヘキサンジオールジアクリレート
− 1% Darocure 1173
組成物C3は、ExxonMobil PAO 100とした。
工程a) 組成物C1を、組成物C2に、C1:C2=1:4の比に到達するまで一定の混合下で滴下した。この工程後、エマルジョンC2中C1が形成された。
工程b) 前記C2中C1エマルジョンを、組成物C3に、C2中C1:C3=1:4の比に到達するまで一定の混合下で滴下した。この工程後、ダブルエマルジョンC3中C2中C1が形成された。
工程c) 前記ダブルエマルジョンC3中C2中C1を、2.083s−1のせん断速度に相当する100rpmの回転速度及び8mL/分の流速で、クエット型ミキサーに通した。この工程後、単分散ダブルエマルジョンC3中C2中C1が形成された。
注記:ワックスの場合、工程a)、b)、及びc)を、40℃で行った。
工程d) 前記得られた単分散ダブルエマルジョンに、365nmで出力光強度0.1W/cmのDymax Light Box ECE 2000を用い、6分間にわたってUV放射線を照射して、マイクロカプセルを重合した。
得られた固体マイクロカプセルの画像を、JEOL JEM 2010F透過型電子顕微鏡で取得したところ、規則的な球形状マイクロカプセルが示された。
この実施例は、広範な粘度及び化学的特性を有する様々な物質を、本発明の方法に従ってカプセル化することができることを実証するものである。
[実施例2 − カプセル化法のロバスト性]
実施例1で作製したマイクロカプセルのTEM画像に対して画像解析を行った(Image Jソフトウェア使用)。結果(マイクロカプセルの平均径及びシェル厚さの分布、及び標準偏差)を以下の表に示す。
この実施例は、様々な物質を、マイクロカプセルのサイズ及びシェルの厚さにほとんどばらつきがなく、本発明に従ってカプセル化することができることを実証するものである。
[実施例3 − マイクロカプセルの完全な封入]
この実施例では、Dow Corningから市販されている2成分キット「Sylgard 184シリコンエラストマー」を用いた。A及びBと称する2つの成分は、それぞれ、シロキサンモノマー組成物及びシロキサン架橋剤組成物である。A:B=10:1の重量比で一緒に混合されると、これら2つの成分は、室温では24時間以内に、90℃では2時間以内に、架橋された固体エラストマーを形成する。
カプセル化は、組成物C1として成分Bを、組成物C3として成分Aを用いて行った。
組成物C2は、以下の通りとした:
− 89% CN981(Sartomer、Arkema)
− 10% ヘキサンジオールジアクリレート
− 1% Darocure 1173(光開始剤)
マイクロカプセル作製:
三枚羽根プロペラを備えたオーバーヘッドスターラー(Heidolph RZR 2021)を用いてエマルジョンを作製した。混合速度は、1000rpmに設定した。すべての工程は、室温で行った。
工程a) 組成物C1を、組成物C2に、C1:C2=1:6の比に到達するまで一定の混合下で滴下した。この工程後、エマルジョンC2中C1が形成された。
工程b) 前記C2中C1エマルジョンを、組成物C3に、C2中C1:C3=1:4の比に到達するまで一定の混合下で滴下した。この工程後、ダブルエマルジョンC3中C2中C1が形成された。
工程c) 前記ダブルエマルジョンC3中C2中C1を、9373s−1のせん断速度に相当する450rpmの回転速度及び8mL/分の流速で、クエット型ミキサーに通した。この工程後、単分散ダブルエマルジョンC3中C2中C1が形成された。
工程d) 得られた単分散ダブルエマルジョンに、365nmで出力光強度0.1W/cmのDymax Light Box ECE 2000を用い、6分間にわたってUV放射線を照射して、マイクロカプセルを重合した。
マイクロカプセルの平均径の分布は、346nm±80nmであり、マイクロカプセルの平均シェル厚さの分布は、62nm±19nmであった。
マイクロカプセルの安定性:
工程d)から得られたマイクロカプセル分散体の粘度を、レオメーターHAAKE Rheostress(商標)600を用い、60日間にわたって25℃で測定した。
粘度の変動は観察されず、前記カプセルからの成分Bが漏出していないことが示された。
トリガーによる放出:
60日後、固体マイクロカプセル分散体を、17200s−1のせん断速度に相当する680rpmの回転速度及び0.5mL/分の流速で、クエット型ミキサー中でせん断処理し、続いて90℃で2時間放置した。
この時点で、せん断処理されたマイクロカプセル分散体は重合して固体エラストマーとなっていたために、粘度を測定することは不可能であった。このことは、カプセルがせん断下で破裂して、その内容物を放出したことを示している。
この実施例は、架橋剤を含有し、架橋性マトリックス中に分散されているマイクロカプセルの製造を実証するものである。得られたマイクロカプセルの分散体は、少なくとも60日間にわたって重合することなく安定である。この分散体をせん断処理すると、マイクロカプセルの破裂が起こり重合が誘発される。
[実施例4 − 異なる方法の比較 − 単分散度の特性決定]
固体マイクロカプセルを、以下の組成物C1、C2、及びC3を用いて作製した:
− 組成物C1:ExxonMobil PAO 40(25℃での粘度が892mPa・sであるポリアルファオレフィン)
− 組成物C2:
・ 89% CN981(Sartomer、Arkema)
・ 10% ヘキサンジオールジアクリレート
・ 1% Darocure 1173(光開始剤)
− 組成物C3:ExxonMobil PAO 100(25℃での粘度が2989mPa・sであるポリアルファオレフィン)
三枚羽根プロペラを備えたオーバーヘッドスターラー(Heidolph RZR 2021)を用いてエマルジョンを作製した。混合速度は1000rpmに設定した。すべての工程は、25℃で行った。
工程a): 組成物C1を、組成物C2に、C1:C2=1:4の比に到達するまで一定の混合下で滴下した。この工程後、エマルジョンC2中C1が形成された。
工程b]: 工程a)で得られたC2中C1エマルジョンを、組成物C3に、C2中C1:C3=1:4の比に到達するまで一定の混合下で滴下した。この工程後、ダブルエマルジョンC3中C2中C1が形成された。
[混合工程]:次に、ダブルエマルジョンC3中C2中C1を、異なる種類のミキサーでせん断処理した:
− 三枚羽根プロペラを備えたオーバーヘッドスターラー(Heidolph RZR 2021)、混合速度1000rpm、
− Ika T25 Ultra−Turraxミキサー、24000rpmで5分間、又は
− クエット型ミキサー、9373s−1のせん断速度に相当する450rpmの回転速度及び8mL/分の流速(均一な高せん断混合、本発明の方法の工程c)の条件に相当)
工程d):次に、365nmで出力光強度0.1W/cmのDymax Light Box ECE 2000を用い、エマルジョンに6分間にわたってUV放射線を照射してマイクロカプセルを重合した。続いて、得られた一連の固体マイクロカプセルを、UPlanSApo 100×/1.4対物レンズを備えたOlympus IX71顕微鏡、及びJEOL JEM 2010F透過型電子顕微鏡を用いて撮像した。得られた画像を、Image Jソフトウェアを用いて処理して、カプセル径分布を得た。
一連のカプセルの分布を、図3(カプセル径の分布)及び図4(シェルの厚さの分布)に示す。「−−−」のプロットラインは、オーバーヘッドスターラーに対応し、「...」のプロットラインは、Ultra−Turraxミキサーに対応し、実線のプロットラインは、クエット型ミキサーに対応する。
オーバーヘッドスターラー(標準的な乳化)で行った混合工程から得られた一連の固体マイクロカプセルは9.05μmの平均径を有し、分布の標準偏差は8.16μm又は90%である。平均シェル厚さは2.32μmであり、分布の標準偏差は、2.01μm又は87%である。
この結果は、標準的なミキサーでは、そのように非常に広いサイズ分布を有する固体カプセルが得られることを示している。
不均一な高せん断混合を提供するIka T25 Ultra−Turraxミキサーで行った混合工程から得られた一連の固体マイクロカプセルは、5.18μmの平均径及び4.35μm又は84%の標準偏差を有する。シェルの厚さの平均は1.50μmであり、分布の標準偏差は1.38μm又は92%である。
この結果は、Ika T25 Ultra−Turraxなどのミキサーでは、ダブルエマルジョンに適用される高せん断のために、カプセルの平均サイズを低下させることは可能であるが、依然として非常に広いサイズ分布が得られることを示している。
対照的に、クエット型ミキサーで行った混合工程から得られる本発明の方法に従って得られた一連の固体マイクロカプセルは、0.13μmの平均径及び0.03μm又は23%の標準偏差を有する。
この結果は、カプセルの小サイズ及び狭い分布の料率を得るためには、クエット型ミキサーが妥当であることを実証するものである。

Claims (19)

  1. a)少なくとも1種類の活性物質を含む組成物C1を、架橋性液体組成物C2に混合下で添加して、組成物C2中に分散された組成物C1の液滴(1)を含む第一のエマルジョンを得る工程であって、
    前記活性物質は、潤滑剤、燃料、若しくはビチューメン産業に、又は掘削汚泥若しくは泥水に用いられる添加剤でも、又は石油探査/採油に用いられる添加剤でもなく、組成物C1及び組成物C2は互いに不混和性である、工程、
    b)工程a)で得られた前記第一のエマルジョンを、液体組成物C3に混合下で添加して、組成物C3中に分散された液滴(5)を含む第二のエマルジョンを得る工程であって、組成物C3及び組成物C2は互いに不混和性である、工程、
    c)工程b)で得られた前記第二のエマルジョンを、1000s−1〜100000s−1の均一な制御されたせん断速度を前記第二のエマルジョンに適用するミキサーに充填して、組成物C3中に分散された液滴(10)を含む第三のエマルジョンを得る工程、及び、
    d)工程c)で得られた前記液滴(10)を架橋して、組成物C3中に分散された固体マイクロカプセル(20)を得る工程、
    を含む、固体マイクロカプセル(20)を作製するための方法。
  2. 前記活性物質が、組成物C1中に溶解されている、請求項1に記載の方法。
  3. 前記活性物質が、固体粒子の形態で組成物C1中に分散されている、請求項1に記載の方法。
  4. 組成物C2が、少なくとも1種類のモノマー又はポリマー、少なくとも1種類の架橋剤、及び少なくとも1種類の重合開始剤を含む、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 組成物C2の25℃での粘度が、500mPa・s〜100000mPa・sである、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 組成物C2の粘度が、組成物C1の粘度よりも高い、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 工程a)において、組成物C1の体積の組成物C2の体積に対する比が、1:10〜10:1である、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 組成物C3の25℃での粘度が、工程a)で得られる前記第一のエマルジョンの25℃での粘度よりも高い、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 工程b)において、前記第一のエマルジョンの体積の組成物C3の体積に対する比が、1:10〜10:1である、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 工程c)で用いられる前記ミキサーが、内半径Rの外側シリンダーと外半径Rの内側シリンダーとの2つの同心シリンダーとを備え、外側シリンダーは固定され、内側シリンダーは角速度ωで回転する、クエット型ミキサーである請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記回転する内側シリンダーの前記角速度ωが、30rad・s−1以上である、請求項10に記載の方法。
  12. 前記2つの同心シリンダー間の間隔d=R−Rが、50μm〜1000μmである、請求項10又は請求項11に記載の方法。
  13. 工程d)において、前記架橋が、工程c)で得られた二重液滴(10)への、組成物C2の前記架橋を開始することができる光源、好ましくはUV光源からの照射によって行われる、請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の方法。
  14. − 請求項1に記載の少なくとも1種類の活性物質を含有する組成物を含むコア、及び、
    − 前記コアを取り囲む固体架橋シェル、
    を各々のマイクロカプセル(20)が含み、径分布の標準偏差が25%未満又は1μm未満である、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の方法によって得られる一連の固体マイクロカプセル(20)。
  15. 前記マイクロカプセル(20)の平均径が、10μm以下である、請求項14に記載の一連の固体マイクロカプセル(20)。
  16. 各マイクロカプセル(20)が、界面活性剤を含まない、請求項14又は請求項15に記載の一連の固体マイクロカプセル(20)。
  17. 各マイクロカプセル(20)が、水を含まない、請求項14〜請求項16のいずれか一項に記載の一連の固体マイクロカプセル(20)。
  18. 請求項14〜請求項17のいずれか一項に記載の一連の固体マイクロカプセル(20)を含む組成物。
  19. 請求項14〜請求項17のいずれか一項に記載の一連の固体マイクロカプセル(20)を含む組成物に、機械的せん断応力を適用する工程を含む、活性物質を放出するための方法。
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