KR19990067609A - 이염 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매트릭스가 착색된 레이크 또는 염료의 주변 매질로의 용해 또는 블리딩을 감소시키는 착색된 레이크 또는 염료의 매트릭스 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 치약 제형에 특히 유용하다.

Description

이염 방법

수용성 염료는 일반적으로 액체, 또는 용액으로 사용되는 가용성 고체이다. 안료는 일반적으로 고체이며, 통상적으로 안료가 사용되어 있는 매질중에서 불용성이다. 수용성 염료가 비누 및 치약에 사용되는 경우에는 예를 들어, 피부, 옷감을 착색시킬 수 있으며, 단백질성 재료에 결착할 수 있다는 큰 단점을 가지고 있다. 또한, 비누 및 치약이 반복적으로 물과 접촉하게 됨에 따라 수용성 염료가 흘러나와 싱크대, 욕조 등을 착색시킬 수 있다. 그러므로, 안료는 일반적으로 색 전이(color migration) 또는 블리딩(bleeding)이 바람직하지 않는 경우에 염료 대신에 사용된다.

레이크 및 염료의 블리딩 또는 착색을 감소시켜 주변으로 색이 전이되는 것을 방지하기 위해 여러 방법이 제안되어 왔다. 이와 같이 제조된 제품은 예를 들어 비누, 치약 및 기타 화장품과 같은 가사 및 욕실 용품에 사용된다.

매질, 즉, 무색의 알루미나, 지르코니아 또는 티타니아의 기재 상으로의 레이크의 흡수는 미국 특허 제 4,444,746호에 기재되어 있다. 알루미나, 지르코니아 또는 티타니아는 이들 표면상으로 안료를 흡수시키는 데 사용되어 수용성 염료를 용해시키지 않고 치분(dentifrice) 매질을 통해 색을 분산시키는 수단을 제공한다.

수불용성 안료 및 이들의 제조는 미국 특허 4,769,080호에 기재되어 있으며, 여기서 적층된 음이온 교환 물질은 수불용성 안료가 얻어지는 조건하에서 염료와 접촉한다. 수용성 염료 및 적층된 음이온 교환 물질은 염료가 용해된 액체 매질과 함께 접촉한다. 적층된 음이온 교환 물질은 바람직하게는 적층된 알루미네이트이다.

영국 특허 제 1,319,991호에는 치약에 사용하기 위한 물 불침투성 가교 합성 수지로서 비독성 수용성 염료를 가지는 착색된 수지의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 과정에서 사용되는 중합된 수지는 물에 가용성이고, 수용액중에서 불용성 수지로 중합될 수 있는 단량체를 갖는다. 이 문헌에서 사용되는 수지는 오랫동안 접촉하여도 상당량의 물을 흡수하지 않는다. 구체적으로, 우레아 포름알데히드, 멜라민 포름알데히드, 멜라민-우레아 포름알데히드 및 페놀 포름알데히드 수지와 같은 저분자량 수용성 수지가 기재되어 있다.

미국 특허 제 4,129,638호, 미국 특허 제 4,202,878호, 및 영국 특허 제 1,319,992호에는 모두 안료를 용융 왁스 또는 겔화제 중에서 분산시켜 입자 크기를 200 내지 500 미크론으로 감소시키므로써 집적 형태로 안료를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 안료 입자는 그 자체로 색견뢰성이어야 하며, 수용성이어야 하며, 본 발명에서는 사용될 수 없다. 그러나, 이 내용은 상기 영국 특허 제 1,319,991호에서와 같이 색견뢰성이 있는 염색된 열경화성 수지 입자의 사용을 설명하는 것이다.

미국 특허 제 4,069,311호에는 작은 반점을 열가소성 수지, 왁스 또는 고분자량 에스테르(예를 들어, 글리세랄 트리스테아레이트)과 같은 생리적으로 허용되는 유기 결합제를 용융시키므로써 제조되는 종래 기술의 절차가 기재되어 있다. 이에 따라 형성된 외관 및 크기가 다소 불규칙한 입자를 0.05 내지 1㎜의 입자로 전환시키는 상기 종래 기술의 방법은 지루하고, 비용이 많이 드는 스크리닝(screeing) 또는 시이빙(seiving)을 통해 얻어질 수 있다. 불규칙한 형상 및 스크리닝을 피하기 위해 상기 특허는 작은 반점 물질의 고전단 교반 및 열가소성 수지, 검, 겔, 파라핀, 왁스, 중합체 및 고급 지방산 및 이들의 염과 같은 결합제를 사용하면서 이들 결합제와 염료의 용융된 혼합물을 물과 같은 분산매로 분산시켜 냉각시 소구체 및 입자를 형성하는 것이 기재되어 있다.

비독성 수용성 염료를 사용하는 또 다른 방법이 미국 특허 4,533,484호에 기재되어 있으며, 여기서 수불용성 안료는 수용성 염료를 알킬-2-옥사졸리디논 부분을 포함하는 중합체와 접촉시키므로써 제조된다. 이는 중합체의 불용성 특성과 염료의 색 특성을 가지는 안료 입자가 생성되도록 한다. 안료화된 중합체는 중합체를 중합체가 적어도 부분적으로 용해될 수 있는 수성 매질에 접촉시키므로써 제조된다. 이 용액에 염료가 과량으로 첨가된다. 온도는 상승되고, 고도로 착색된 침전물이 생성되며, 이는 여과되거나 건조될 수 있다. 중합체 염료는 3℃를 넘는 온도에서 수성 액체중에서 불용성인 안료를 얻는다. 안료는 일반적으로 사용 표준 조건하에서 수성 매질중에서 불용성이다.

종래 기술의 방법은 제품, 특히 입자 크기가 작고, 주변 매질로 색 전이되는 것을 효과적으로 방지하는 제품을 제조하는 데 실패하였다. 본 발명은 상업적으로 실행할 수 있으며 유용한 방법으로서 이러한 방법을 제공하여 제조된 매트릭스 입자가 가용성 염료의 모든 레이크에 대해 유용하여 잔류하는 비처리된 것들이 수중 또는 기타 용매중에 용해될 수 있도록 한다.

발명의 요약

본 발명은 착색된 레이크 또는 염료의 매트릭스 입자를 제조하여 매트릭스가 착색된 레이크 또는 염료의 주변 매질로의 용해 및 블리딩을 감소시키는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일면은 기재, 및 규칙적 형상을 가지며 이들 성분이 기재에 대해 0.5 내지 9% 레이크의 비율로 존재하는 착색된 레이크 또는 염료로 이루어진 매트릭스 입자에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 일면은 화장품 또는 욕실 용품에서, 또는 제약용 정제 등의 코우팅에 사용하는 매트릭스 입자의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 착색된 레이크(lake) 및 염료를 물에 불침투성인 염료 입자를 형성하는 물질로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 실질적으로 물 또는 기타 선택된 용질에 불침투성인 입자를 형성하는 고밀도 폴리에틸렌 물질과 같은 기재내에 착색된 레이크를 캡슐화시키는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 형성된 매트릭스 제형으로부터 착색된 물질의 이염을 상당히 감소시키도록 한다. 선택적으로, 광유와 같은 또 다른 물질 또는 유사한 물질의 2차 코우팅제가 매트릭스 입자에 도포될 수 있으며, 이로써 이염이 상당히 제거된다.

기재 또는 캡슐화 물질은 적합하게는 고밀도 폴리에틸렌이나, 카르나우바 왁스(Carnauba Wax) 또는 미소결정질 왁스(Mekon White(등록 상표명) Wax)와 같은 천연 및 합성 왁스가 사용될 수 있다. 본 과정에서 유용할 수 있는 기타 적합한 중합체 및 왁스에는 기타 다양한 밀도의 폴리에틸렌 또는 산화된 탄화수소(페트로나우바(Petronauba:등록 상표명))가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 기재로서 성공적으로 사용되기 위해, 시제는 약 80℃ 내지 약 130℃의 분명한 융점을 가져야 한다. 또한, 용융 상태로 상당히 얇은 액체이어야 하며, 분무 노즐로부터 분무되는 경우, 미세한 점적을 형성할 수 있어야 한다. 바람직하게는 실온에서는 고체이며, 가열시 파괴되지 않고 액화된다. 상기 물질은 소수성인 것이 바람직하다. 상기 물질은 물, 또는 조미료, 글리세린, 소르비톨, 계면활성제와 같은 기타 성분중에서 안정하며, 이러한 기타 물질은 치분 또는 약제용 정제에 기준량으로 존재한다. 상기 물질은 적합한 용질 또는 크림 등 중에서 분산될 수 있어 적합한 레이크를 갖는 매트릭스 분자로 제조될 수 있는 물질이다. 끝으로, 상기 물질은 바람직하게는 "선명한", 즉 고도로 한정된 응고점을 갖는다.

캡슐화 물질은 폴리에틸렌, 카르나우바 왁스, 또는 메콘 화이트(등록 상표명)가 바람직하다. 고밀도 폴리에틸렌 물질이 보다 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 폴리에틸렌(실시예 1 참조)은 페트롤라이트(Petrolite)사로부터의 폴리왁스(등록상표명) 500이다. 이 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌이나, 하기 또 다른 실시예에서 기재된 바와 같이 "제트 밀(Jet Mill)" 공정에서 사용되는 폴리에틸렌 만큼 고밀도는 아니다. 폴리왁스(등록상표명) 500은 86 내지 88℃의 선명한 융점을 갖는 완전히 결정성인 물질이다. 본원에서는 실시예 2에서와 같이, 기재 폴리에틸렌이 페트롤라이트사로부터의 폴리왁스(등록 상표명) 500로서 사용된다. 또 다른 구체예에서, 기재 폴리에틸렌이 폴리왁스(등록상표명) 2000으로서 사용될 수 있으며, 이 기재는 약 130 내지 135℃에서 완전히 용융되며, 특정 용융점은 약 126℃이다.

본원에서 사용되는 용어 "염료"는 수성 매질에서 본질적으로 수성인 유기 종이며, 이러한 염료는 화학적으로 안정하게 존재한다. 적합하게는, 이는 약제 및 화장품(디 앤 씨)용 색으로서 지정된 색이며, 본원에서 참고 문헌으로 인용된 안내서(U.S. Colorants for Foods, Drugs, and Cosmetics, D.M.Marmion, Wiley-Interscience Publication)에 기재되어 있는 레이크이며, 음식, 약제 및 화장품(에프디 앤 씨:FD & C) 레이크 또는 색으로서 지정된 것이다. 다르게는 본원에서 디 앤 씨 염료 및 에프디 앤 씨 레이크의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 매트릭스 입자는 착색된 레이크로 형성된다. 바람직한 레이크에는 에프디 앤 씨 블루 넘버 1, 블루 넘버 2, 그린 넘버 3, 그린 넘버 6, 레드 넘버 3, 레드 넘버 10, 레드 넘버 30, 옐로우 넘버 5, 옐로우 넘버 6, 옐로우 넘버 7, 옐로우 넘버 8,및 옐로우 넘버 10이 포함되나, 이에 한정되지는 않는다. 본원에 사용하기 적합한 염료 및 레이크, 이들의 구조 및 특성은 당업자들에게는 널리 공지되어 있다. 추가 정보는 본원에서 참고문헌으로 인용되는 문헌에서 입수할 수 있다[참조예: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Volume 6, pg. 561-596]. 바람직한 레이크에는 에프디 앤 씨 블루 넘버 1 레이크, 에프디 앤 씨 그린 넘버 3 레이크 및 디 앤 씨 옐로우 넘버 10 레이크가 포함된다.

본 발명의 일 구체예에서, 기재 레이크 혼합물은 분무 응결 방법을 사용하므로써 매트릭스 입자로 형성된다. 분무 응결은 제트 분쇄(jet milling)에 대안되는 것으로, 분쇄에 형성된 매트릭스의 입자 크기를 감소시킬 필요가 없기 때문에 전반적으로 낮은 재료 비용, 보다 낮은 에너지 집중 과정을 제공하고, 매우 환경적으로 안전하며 효과적인 공정이다. 이 공정에 의해 형성된 매트릭스 입자로, 목적하는 입자 크기에 해당되지 않는 입자들은 단순히 공정에 재사용되거나, 재순환될 수 있다. 결과적으로 처리해야 할 방출물 또는 세척물이 없다. 당업계에 널리 공지된 바와 같이, 블루 레이크의 이동을 방지하기는 매우 어려우며, 이것이 또한 이를 상용으로 취급하기 어렵게 한다. 따라서, 본 발명은 주변 매질로의 블리딩 또는 용해가 감소된, 효율적이고, 상업적으로 실용적이며 환경 친화적인 매트릭스 입자, 특히 블루 매트릭스 입자를 제조하는 방법을 제공한다.

이에 따라 본 방법에 의해 제조된 입자는 작으며, 양호하게 캡슐화되어 있으며, 분쇄 공정이 요구되는 경우에 필요하게 되는 추가의 세척 단계가 요구되지 않는다. 형성된 입자는 또한 입자 크기를 감소시키기 위한 분쇄 공정을 필요로 하지 않는다. 바람직한 입자 크기(2 내지 65, 바람직하게는 5 내지 40 미크론)는 본원에서 입증되는 바와 같이 펌프율, 압력 및 노즐 크기를 조합하여 결정된다.

분무 응결시, 호퍼, 공급라인 및 분무 건조기상의 노즐은 바람직하게는 예열된다. 분무화 공기 압력은 바람직하게는 35psi 내지 75 psi로 조정된다. 분무화 압력이 높아지면 높아질수록, 입자 크기는 미세하게 된다. 일반적으로, 이용할 수 있는 최대 유체 캡과 최고 공기 압력으로 분무하고, 미세 입자 분포를 유지시킬 수 있으며, 건조기의 냉각 용량내에 존재하도록 하는 것이 바람직하다.

팬(fan)(또는 플랫) 분무 노즐은 또한 미세 입자를 발생시킬 수 있다. 그러나, 이러한 구성은 외부 혼합 공기 캡을 사용하기 때문에, 팽창 냉각 효과로 인해 노즐 플러깅(plugging)을 유도하기 매우 쉽다. 둥근 분무 노즐은 상당히 덜 플러깅되기 쉬우나 미세한 입자 크기를 달성하기 위해서는 보다 높은 분무화 압력(55 내지 75psi)이 일반적으로 요구된다.

예를 들어, 초음파 노즐을 사용하여 매우 미세한(5 미크론 미만) 입자를 생성할 수 있다. 보다 작은 입자 크기, 즉 "초미세" 입자는 사용되는 목적하는 최종 생성물에 적합한 색을 제공하기 위해 보다 많은 염료를 필요로 할 수 있다. 보다 작은 입자 크기의 캡슐화된 염료는 또한 가능하게는 덜 효율적인 캡슐화 및 보다 노출된 표면적으로 인해 더 이동하기 쉬워진다.

폴리에틸렌 염료 혼합물의 유량은 펌프율, 분무 노즐의 유체 캡의 크기 및 공기 분무화 압력의 양에 의해 제어될 수 있다. 75psi에서 전형적인 노즐 배치(분무 시스템, 유체 캡 60100, 공기 캡 120에 의한 구성 #4)의 경우, 적합한 생성물의 유량은 약 1.5 내지 2.5㎏/시간이다. 제조 조절시, 30 내지 90㎏/시간의 분무량이 달성될 수 있다.

분무 응결 공정은 매우 유용하지만 100% 효과적인 것은 아니라는 점을 유의해야 한다. 표면 또는 표면 인접부 상에 작은 비율의 염료가 시간이 경과함에 따라 여전히 이동할 수 있다. 따라서, 상황 및 최종 용도에 따라 이염을 완전히 제거하기 위해 배리어 코우트(barrier coat)로 언급되는 2차 코우팅제가 요구될 수 있다. 배리어 코우트는 약제 분야에 널리 공지되어 있다. 따라서, 기술자들은 배리어 코우트로서 유드라지트(Eudragit:등록 상표명) 시리즈의 코우팅제, HPMC 또는 PVP를 적합하게 사용할 것이다.

적합한 2차 코우팅제에는 광유, 식물유, 코코넛유, 광물유, 디메티콘(dimethicone) 및 약제 코우팅제(예를 들어, 에틸 셀룰로오스 또는 유드라지트 시리즈의 코우팅제)이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 이들 코우팅제는 2차 코우팅제로서 폴리에틸렌 캡슐화된 입자에 성공적으로 도포되었다. 코우팅제는 광유 및 광물유 또는 디메티콘이 바람직하다. 광유 및 광물유는 둘다 모두 효과적이며, 가격이 저렴하다. DC 실리콘 플루이드(Silicone Fluid:등록 상표명, 다우 코닝사)는 치약과 같은 특정 제품중에 지나치게 많이 사용되는 경우에 발포 특성에 영향을 미칠 수 있다. 유드라지트(등록상표명) 코우팅제와 같은 약제 코우팅제의 사용은 비용을 증가시키고, 또 다른 분무 건조 단계 또는 이러한 코우팅제에 대한 유동층 코우팅 단계를 필요로 할 것이기 때문에 덜 바람직하다. 일반적으로, 바람직한 코우팅제는 약 15% 매트릭스 입자 대 85% 광유, 50% 매트릭스 입자 대 50% 광물유 및/또는 광물유 및 광유와 매트릭스 입자와의 배합물로 제조된다.

분무 응결시 입자 응결은 문제가 될 수 있다. 제조된 모든 배치중 65 내지 100 미크론 범위에서 적은 비율(0.5% 내지 3%)의 응결된 입자가 존재한다. 이들 큰 입자는 겔과 같은 최종 생성물중에서 염료 반점으로 나타날 수 있다. 바람직하게는, 이들 응결물은 이들의 내포에 의해 영향을 받게 되는 최종 생성물에 첨가되기 전에 제거된다. 적합한 제거 수단은 당업자들에게 널리 공지된 메카니즘인 공기 분리기의 사용 또는 여과에 의한다.

폴리에틸렌 캡슐화된 염료로 색을 맞추는 것은 가용성 염료로 하는 것보다 어렵다. 동일 염료 대 폴리에틸렌 비율로 시작하는 경우, 색의 강도와 음영은 공정 매개 변수에 의존하여 다양하게 변할 수 있다. 생성물 공급 속도, 유체 캡의 유형, 공기 캡의 유형 및 분무화 공기 압력과 같은 공정 매개 변수는 모두 캡슐화된 염료 분말의 최종 색에 영향을 미칠 수 있다. 동일 염료 대 폴리에틸렌 비에 있어서, 색 강도 및 음영에서의 차이는 입자 크기 분포의 차이의 원인이 될 수 있다. 작은 입자(5 미크론 미만)는 또한 공기 분리기로 또는 염료 제조 동안에 공기 압력을 조절하므로써 제거될 수 있다.

폴리에틸렌과 같은 레이크 대 기재의 비율은 약 0.5% 내지 약 9%, 바람직하게는 2% 내지 6%이다. 캡슐화된 레이크가 "그 자체로", 즉, 2차 코우팅 없이 사용되는 경우, 폴리에틸렌 비율에 대해 4% 레이크가 보다 우수한 캡슐화를 제공한다. 2차 광유 코우팅제가 캡슐화된 입자에 도포되는 경우, 이후 폴리에틸렌비에 대해 보다 높은 레이크가 사용될 수 있다. 하기 기재되는 바와 같이, 기재과 함께 하나 이상의 레이크를 첨가한 후 분무 응결하여 목적하는 최종 생성물을 얻을 수 있다.

드롭인(drop-in) 균질화기 또는 기타 여러 적합한 고전단 혼합기가 착색된 레이크를 용융된 폴리에틸렌으로 분산시키는 데 요구된다. 모든 염료 응결물은 양호한 캡슐화를 위해 분쇄되어 분산될 필요가 있다.

폴리에틸렌 염료 혼합물의 온도를 서서히 약 125℃로 증가시키고, 분무 건조기가 재료를 수용하려고 할 때까지 일정하게 교반하면서 상기 온도로 유지시킨다.

공급 탱크, 공급 라인 및 분무 건조기상의 노즐은 바람직하게는 예열된다. 반드시 모든 경우에 필요한 것은 아니지만, 선택되는 기재에 따라 제조 및 세척을 용이하게 하는 데 바람직할 수 있다. 장비가 125 내지 135℃로 예열되는 경우, 폴리에틸렌 레이크 혼합물을 공급 탱크에 붓는다. 냉각 공기 및 분무화 공기를 나오게 하여, 혼합물에 분무 응결이 시작된다.

분무화 공기 압력은 35 psi 내지 75 psi로 조정된다. 분무화 압력은 변할 수 있지만 바람직하게는 약 60psi 내지 75psi이다. 폴리에틸렌 염료 혼합물의 유속은 75psi에서 일반적인 노즐 배치(분무 시스템, 유체 캡 60100, 공기 캡 120에 의한 구성 #4)의 경우, 약 1.5 내지 2.5㎏/시간으로 측정되는 생성물 유량을 유도한다. 파일롯 유닛(Pilot Unit)용 펌프율은 일반적으로 약 25 내지 약 40㎖/분, 바람직하게는 약 25 내지 약 30㎖/분이다.

용융된 폴리에틸렌 염료 혼합물이 분무 노즐에 의해 분무화되므로써, 미소구체 점적이 냉각실내에 형성된다. 예를 들어, 폴리왁스(등록상표명) 500 폴리에틸렌은 86℃에서 매우 뚜렷한 응결점을 가지며 전형적인 응결 곡선을 따른다. 폴리에틸렌 염료 방울은 약 125℃에서 냉각실에 유입된다. 이 방울은 약 86℃의 응결점(상기 예에서)으로 냉각된다. 응결은 일정 온도에서 일어나며 결정화열을 방출한다. 입자가 응결된 후, 입자들이 약 40℃에서 냉각실로부터 방출되므로써 냉각은 계속된다. 전체 냉각-응결-냉각 사이클은 수초내에 일어난다.

상기 언급된 바와 같이, 본원에서 제조된 매트릭스 입자는 샤워젤, 양치액, 치약 또는 기타 치분과 같은 화장품 또는 욕실 용품에, 정제의 코우팅에 사용하거나 목적하는 색을 갖는 정제를 제조하는 데, 즉 제약 분야에 사용할 수 있다. 바람직한 용도는 치약, 양치액, 치분 영역 또는 구강 보호이다.

매트릭스 입자의 치약 제형과 같은 목적하는 생성물로의 혼입은 "그 자체"로서, 즉, PEG 400과 같은 치약 제형으로 이미 공지된 계면활성제로 분산될 수 있거나 드럽인 균질화제 또는 콜로이드 밀(colloid mill)로 분산될 수 있는 미세 분말로서 사용될 수 있다. 매트릭스 입자, PEG 및 검은 배칭 공정의 개시 단계에서 배치로 첨가될 수 있다. 매트릭스 입자는 또한 소량의 나트륨 라우릴 술페이트 및 콜로이드 밀을 사용하여 소르비톨로 분산될 수 있다. 이후, 공정의 종료 바로 전에 첨가될 수 있다. 또한 사전 혼합된 조미료와 함께 첨가될 수 있으며, 배치 말단에 첨가될 수 있다.

매트릭스 입자가 광유 2차 코우팅제로 코우팅되는 경우, 매트릭스 입자는 착색된 페이스트의 형태이다. 착색된 페이스트는 모든 농후제(예를 들어, 제오프리(Zeofree))가 배치에 충전된 후에 농후 단계에서 배치에 첨가될 수 있다. 염료 페이스트는 15 내지 25%의 매트릭스 입자, 10 내지 20%의 광물유 및 약 60 내지 75%의 광유를 함유할 수 있다. 레이크 혼입율이 상이한 두개의 별개의 매트릭스 입자가 사용되는 경우, 착색된 페이스트는 입자의 존재하는 % w/w를 달리하여 목적하는 색효과는 얻는다. 예를 들어, 염료의 농도는 0.75 블루 염료 페이스트 및 0.25% 옐로우 염료 페이스트일 수 있다.

미세 분말 형태의 염료가 매우 소수성이며 액체 매질중에서 용이하게 분산되지 않기 때문에 매트릭스 입자를 사용하는 데는 약간의 공정상 문제가 있는 것으로 인지된다. 많은 혼합 에너지가 염료를 PEG 400 또는 소르비톨중에서 분산시키는 데 요구된다. 지나치게 많은 열이 분산 공정에서 발생되는 경우(65℃를 초과하는 경우), 폴리에틸렌 코우팅제는 부드러워져 자체가 큰 입자로 집적될 수 있다. 염료를 분산시키는 데 사용되는 콜로이드 밀은 바람직하게는 빙수로 냉각되어 55℃미만으로 분산액을 유지시킨다. 염료의 페이스트는 형태는 소수성으로 인해 자체 공정상의 문제를 유발할 수 있으며, 충분한 전단력을 갖는 혼합기가 충분한 혼합을 위해 필요할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현은 하기 설명되는 바와 같이 분무 응결 이외의 수단에 의해 제조된 매트릭스 입자가 본원에서 기술된 바와 같은 2차 코우팅제로 코우팅되어 블리딩이 상당히 감소된 매트릭스 입자를 제조할 수 있다는 발견이다. 당업자들에게 널리 공지되어 있는 입수할 수 있는 메카니즘이면 충분하겠지만, 이들 입자는 에프디 앤 씨 블루 넘버 1 레이크 또는 디 앤 씨 옐로우 넘버 10 레이크와 같은 착색된 레이크와 함께 고밀도 폴리에틸렌과 같은 적합한 기재를 사용하여 제조되어, 바람직하게는 제트 밀에 의해 미세한 분말, 바람직하게는 5 내지 10 미크론으로 분쇄될 수 있다. 미세 분말은 이후, 세척되고, 분쇄시키므로써 노출되는 염료가 제거된다. 다르게는, 광유의 2차 코우팅제를 도포하여 표면을 피복하여 코우팅제의 균열을 밀봉시키므로써 세척 공정을 생략시킬 수 있다.

중합체 매트릭스 입자를 형성하기 위해, 먼저 기재 물질을 용융시킨다. 고밀도 폴리에틸렌 수지의 경우에는 약 225℉에서 용융시킨다. 레이크 입자를 수지내로 교반시켜 형성된 혼합물이 균질하도록 한다. 적합하게는 이는 드롭인 균질화기에 의해 수행되나, 당업자들은 널리 공지된 적합한 수단을 사용할 수도 있다. 상기 혼합물을 금속 트레이와 같은 적합한 표면에 붓고, 바람직하게는 실온에서 경화시킨다. 냉각된 후, 염색된 폴리에틸렌을 트레이로부터 쉽게 떼어낸다.

응고된 혼합물을 피츠밀(Fitzmill)과 같은 적합한 밀에 공급할 수 있도록 작은 조각으로 분쇄시켜 약 80 내지 800 미크론 크기의 조분말을 생성한다. 이후, 조분말을 제트밀에 공급하여 약 5 내지 10 미크론 크기의 입자를 얻는다.

맹물 또는 이외의 물 및 필터 패드(filter pads)를 사용하여, 입자를 세척하여 밀링 공정 동안에 노출되는, 존재하는 모든 레이크 염료 분자를 제거한다. 이러한 세척 공정이 4 또는 5회 필요할 것이다. 이후, 착색된 폴리에틸렌 입자를 건조시키고, 적합하게는 공기 건조시킨다. 형성된 생성물은 입자 크기가 약 5 내지 8 미크론인 무수, 비유동 건조된 입자이다.

미분쇄 및 세척 공정은 초기 염료의 약 절반을 세척해낼 수 있으며, 이에 따라 이러한 인자는 고려되어야 하는 것으로 인지된다. 매트릭스 입자의 미세 입자 크기올의 제트 분쇄는 염료 표면을 노출시켜 폴리에틸렌 매트릭스내 균열을 일으킨다. 입자는 세척되어 노출된 입자를 모두 제거해야 한다. 광유, 식물유, 코코넛유, 또는 실리콘 유체와 같은 적합한 물질의 2차 코우팅제를 폴리에틸렌 캡슐화된 입자에 도포하므로써 세척 필요성을 없앨 수 있다. 코우팅제는 효과적인 표면 밀봉제로서 작용하여 노출된 염료 표면을 피복하고 입자 표면의 균열을 밀봉한다. 2차 코우팅제를 도포하기 위해서는 균질화기 또는 콜로이드 밀을 사용하여 액화된 광유중에 제트 분쇄된 입자를 분산시키는 것이 바람직할 수 있다. 미세하게 분산된 캡슐화된 레이크 입자를 가지는 소수성의 착색된 페이스트는 실온으로 냉각된 후 형성된다. 이들 입자는 본원에서 기술된 바와 같은 적용에 모두 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법으로 제조된 입자는 본원의 분무 응결 방법에 의해 제조된 것과 같은 입자의 균일한 구형을 가지지 않음을 유의한다. 그러나, 방취제 또는 비누에서의 반점과 같은 작은 균일한 형상이 요구되지 않는 특정 적용에 대해, 이러한 방법은 적합한 제품을 제조할 수 있다. 분무 응결 방법으로 기재 레이크는 재생 가능하다.

하기 실시예는 본 발명을 예시하고자 하는 것이며, 이의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 실시예에서 모든 부 및 %는 다르게 명시되지 않는 한, 중량부이다.

실시예 1

분무 응결

구체적으로 에프디 앤 씨 블루 넘버 1 알루미늄 레이크 및 폴리에틸렌(폴리왁스(등록상표명) 2000, 페트롤라이트사)을 사용하고, 상기 기재된 조건들과 유사한 조건을 이용하여, 하기 과정을 수행한다:

폴리에틸렌을 먼저 자동 온도 조절기가 구비된 글라스-콜 히팅 맨틀(Glas-col Heating Mantle)을 사용하여 용융시켰다. 폴리에틸렌이 완전히 용융될 때, 즉, 약 130 내지 135℃에서, 알루미늄 레이크를 실버손(Silverson) 균질화기와 같은 고전단 균질화기의 보조로 액체 폴리에틸렌중에 분산시켰다. 이 분산이 약 15분 걸렸다. 이후, 분산액을 추가 30분 동안 균질화시켜 레이크가 폴리에틸렌중에서 균일하게 분산되도록 하였다. 혼합물을 항상 약 125 내지 135℃에서 유지시켰다. 균일한 분산액을 얻은 후, 혼합물을 적합한 공급 유니트에 충전시키고, 선택된 특정 기재에 대해 최적화하였다. 이 경우에, 탱크 온도는 약 280℉이고, 호스 온도는 약 310℉이며, 상부 온도는 약 330℉이고, 펌프율은 약 7 내지 10%이며, 분무화 압력은 약 68 내지 75psi이다.

이후, 상기 물질을 수집하고, 수율을 기록하였다. 이후, 미정제 물질을 공기 분류시켜 목적하는 또는 이용할 수 있는 분획(이 경우 약 5 내지 15㎛)을 얻었다.

상기 실험 절차를 사용하여 제조된 분무 집적된 염료 색은 블루와 물색이었다. 블루는 에프디 앤 씨 블루 넘버 1 알루미늄 레이크를 얻었다. 한 실험에서는 블루 레이크의 비율이 6%였다.

물색을 위해, 블루 넘버 1 알루미늄 레이크와 디 앤 씨 옐로우 넘버 10 알루미늄 레이크의 혼합물을 사용하였다. 블루 레이크의 %는 2.28%였고, 옐로우 레이크는 1.72%였다.

동일한 조건을 사용하는 추가 실험에서는 블루 넘버 1 레이크의 %를 2.28에서 8.49%로 변화시켰다. 유사하게, 매트릭스 입자를 1.24% 내지 2.91%의 옐로우 넘버 10 염료를 사용하여 얻었다. 탱크 온도를 280℃에서 300℃로 변경하고, 호스 온도를 300℃에서 310℃로 변경하고, 상부 온도를 약 310℉의 초기 온도에서 335℉로 변경하고, 펌프율은 약 7.5% 내지 30%이고, 분무화 압력(psi)은 15/20 내지 70/76이었다.

실시예 2

기재를 페트롤라이트사로부터의 폴리왁스(등록상표명) 500과 에프디 앤 씨 블루 넘버 1 레이크 12%를 사용하는 것을 제외하고 상기 기재된 방법과 유사한 방법을 사용하였다. 다르게는 또 다른 실시예로 디 앤 씨 레드 넘버 10 레이크 18%를 사용하여 수행하였다. 블루 레이크 및 레드 레이크를 모두 함께 폴리에틸렌에 첨가하고 분무 응결시켜 목적하는 색을 얻을 수 있지만, 이 실험에서는 두개의 색을 이 실험에서 분리하여 유지시켰다.

본원에서 사용된 분무 건조기는 용량이 2 내지 5㎏/시간이다[일반적으로, 배치 크기는 약 1㎏이며, 건조기내 작동 시간은 약 30분이다].

이 실험에서 폴리에틸렌 염료 혼합물의 온도를 약 125℃로 서서히 증가시키고, 분무 건조기가 물질을 수용하게 될 때까지 일정하게 교반하면서 이 온도를 유지시켰다.

공급 탱크, 공급 라인 및 분무 건조기상의 노즐을 예열하였다. 장비가 125 내지 135℃로 예열되었을 때, 폴리에틸렌 레이크 혼합물을 공급 탱크에 부었다. 냉각 공기 및 분무화 공기를 나오게 하여, 혼합물에 분무 응결이 개시시켰다.

분무화 공기 압력을 35 psi 내지 75 psi로 조정하였다. 폴리에틸렌 염료 혼합물의 유량은 75psi에서 일반적인 노즐 배치(분무 시스템, 유체 캡 60100, 공기 캡 120에 의한 구성 #4)에서, 약 1.8㎏/시간으로 측정되었다. 펌프율은 30㎖/분으로 조정하였다(Cole-Parmer, MasterFlex peristack pump, size 25, silicone tubing).

용융된 폴리에틸렌 염료 혼합물을 분무 노즐에 의해 분무시키므로써, 미소구체 점적을 냉각실내에 형성하였다. 폴리에틸렌 염료 방울을 약 125℃에서 냉각실에 유입하였다. 이 방울을 약 86℃의 응결점(상기 예에서)에서 냉각시켰다. 응고가 일정 온도에서 일어나며 결정화열을 방출하였다. 입자가 응고된 후, 입자를 약 40℃에서 냉각실로부터 방출시키므로써 냉각을 지속하였다. 전체 냉각-응결-냉각 사이클은 수초내에 일어난다.

가열된 트레이스 라인(tracedline) 및 노즐 뿐만 아니라 고온 플레이트상의 공급 포트(pot)를 사용하는 또 다른 실험에서는 폴리에틸렌(폴리왁스(등록상표명) 500)을 3.6%의 블루 및 1.2%의 옐로우 착색된 레이크의 배합물, 3.6% 블루 및 0.6% 옐로우 착색된 레이크의 배합물, 및 0.435%의 블루 및 0.065%의 옐로우 착색된 레이크의 배합물을 사용하였다.

또 다른 폴리에틸렌 기재, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌(Acumis C, Allied Signal) 등급을 3.6% 블루 및 0.6% 옐로우 착색된 레이크의 배합물을 사용하였다.

폴리에틸렌 이외에, 메콘 화이트 왁스(Mekon White Wax:상표명, Microcrystalline Wax)를 3.6% 블루 및 0.6% 옐로우 착색된 레이크의 배합물과 함께 사용하였다. 또한, 3.6% 블루 및 0.6% 옐로우 착색된 레이크의 배합물, 1.8% 블루 및 0.3% 옐로우 착색된 레이크의 배합물, 및 6.9% 블루 및 0.6% 옐로우 착색된 레이크의 배합물로 천연 카르나우바 왁스(Carnauba Wax)를 성공적으로 제조하였다. 합성 카르나우바 왁스는 또한 기재(페트로나우바)로서 3.6% 블루 및 0.6% 옐로우 착색된 레이크의 배합물을 사용하였다. 앞서 기술된 바와 같이, 레이크를 목적하는 색을 얻기 위해 고온 용융 상태로 배합하였다.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 기재 배합물은 다양한 %의 블루 레이크를 사용하였다: 폴리에틸렌 및 카르나우바 왁스(당량)과 3% 블루 레이크; 4:1 비의 폴리에틸렌 대 메콘 와이트(상표명) 왁스와 3% 블루 레이크, 및 4:1 비의 폴리에틸렌 메콘 화이트(상표명) 왁스와 2% 블루 레이크; 9:1 비의 폴리에틸렌 메콘 화이트(상표명) 왁스와 3% 블루 레이크; 메콘 화이트(상표명) 단독과 3% 블루 레이크; 및 폴리에틸렌 단독과 1.5% 레이크.

실시예 3

매트릭스 입자의 2차 코우팅

실시예 1로부터 상기 제조된 매트릭스 입자를 사용하여, 수소화된 식물유(Creamtex, Van den Berg)의 2차 코우팅제를 도포하였다. 이 물질로 제조된 배치는 1차 색만으로 제조된 입자들보다 블리딩 또는 용해에 대해 어느 정도 개선된 것으로 나타났다.

또 다른 실험에서 코우팅된 매트릭스 입자 약 15% w/w는 85% w/w 광유로 코우팅하였다. 매트릭스 입자를 3.6% 블루/0.6% 옐로우를 갖는 폴리왁스(등록상표명) 500, 상기 실시예 2에서 제조된 것과 같은 고밀도 폴리에틸렌(Acumist C Grade), 및 또한 상기 실시예 2에서 제조된 세개의 천연 카르나우바 왁스 기재로 코우팅하였다.

또 다른 실험에서 폴리에틸렌 매트릭스 입자상에 광물유 및 DOW 실리콘 유체 코우팅제를 형성하였다.

실시예 3(ii)

50g의 케이돌(Kaydol:상표명) 광물유를 비이커내에서 50g의 매트릭스 입자와 혼합하고, 약 5 분 동안 압설기로 혼합하여 크림 혼합물을 형성하였다. 매트릭스 입자를 본원의 방법에 따라 제조하였으며, 800g의 폴리왁스(등록상표명) 500, 17g의 12% 블루 레이크, 5g의 블루 레이크(40%) 및 2g의 옐로우 레이크를 함유하였다.

실시예 3(iii)

50g의 디메티콘(다우 코닝사, 200 플루이드) 및 상기 실시예 3(ii)에서 기재된 바와 같은 50g의 매트릭스 입자를 혼합하였다.

실시예 3(iv)

1200g의 광유 대 150g의 스노우 화이트 광물유의 비로 광유와 광물유의 배합물을 사용하여, 함께 혼합하고, 52℃로 가열한 후 300g의 매트릭스 입자(실시예 3(ii)에서 기술된 바와 같음))를 충전하고 약 30분 동안 균질화기에서 2차 코우팅제로 혼합하고, 실온으로 냉각시켰다.

실시예 4

치약 가공

상기 상세한 설명 및 실시예 3에서 언급된 절차를 사용하여 전체 0.7% 매트릭스 입자에 대해 블루 매트릭스 입자(약 0.53%) 및 옐로우 매트릭스 입자(0.17%)를 사용하는 로스(Ross) 혼합기 및 나우타(Nauta) 혼합기를 둘다 모두에서 페이스트를 제조하였다.

페이스트를 일반적인 치약 제형(예를 들어, 와슨(Wason)의 1982년 7월 20일자 공고된 미국 특허 제 4,340,583호 및 마자노빌(Mazzanobile)등의 1992년 3월 10일자로 공고된 미국 특허 제 5,094,843호에 공지되어 있다)에 매트릭스 입자 페이스트를 검 성분에 혼입에 의해 첨가한 후 일반적으로 혼합하였다. 일반적인 제형은 하기에 기재되어 있다.

원료	범위(% w/w)
소르비톨 70%, USP	20 내지 50
글리세린 99.5%, USP	00 내지 30
연마재	10 내지 20
농후 실리카, FCC	10 내지 20
폴리에틸렌 글리콜, NF	0 내지 5
플루오라이드 이온 공급원	0.2 내지 0.85
세제	1 내지 3
향미료	0.5 내지 1.5
감미료	0.15 내지 0.25
농후제	0.8 내지 1.5
방부제	0.1 내지 0.2
분무 응결된 염료	0.01 내지 0.10
염료/염료들	0.001 내지 0.01
탈이온수	100.00이 되도록 하는 양

당업자들에 의해 인지되는 바와 같이, 본원에서 사용되는 적합한 연마재는 탄산칼슘, 인산이칼슘 2수화물 또는 실리카이고, 본원에서 사용하기 적합한 플루오라이드 이온 공급원은 나트륨 모노플루오로포스페이트 또는 염화나트륨이고, 적합한 감미료는 나트륨 사카린이고, 적합한 세제는 나트륨 라우릴 술페이트이고, 적합한 방부제는 나트륨 벤조에이트이다.

상기 내용은 바람직한 구체예를 포함하는 본 발명을 완전히 기술한 것이다. 본원에서 구체적으로 기술된 구체예의 변경 및 개선은 하기 청구범위의 범위내에서 이루어진다. 더 고심하지 않고도, 당업자들은 상기 설명을 이용하여 본 발명을 완전하게 사용할 수 있는 것으로 여겨진다. 그러므로, 본원에서 실시예는 단지 예시적인 것이며, 어떠한 식으로든 본 발명의 범위을 제한하고자 하는 것은 아니다. 독특한 특성 또는 권리가 청구되는 본원 발명의 구체예는 하기 청구범위에서 정의된다.

Claims (21)

1. a) 기재를 가열하여 용융된 액체 상태로 되게 하는 단계,

   b) 하나 이상의 착색된 레이크 또는 염료를 용융된 액체에 첨가하는 단계 및

   c) 기재와 레이크의 혼합물의 온도를 유지시키고, 혼합물을 분무 응결시켜 냉각시에 매트릭스 안료 입자의 미세한 입자 분포를 수득하는 단계를 포함하여, 매트릭스 안료 입자를 형성시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 착색된 레이크 또는 염료를 가열하여 용융된 액체 상태로 만들기 전에 기재에 첨가하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 레이크 대 기재의 비율이 약 0.5 내지 9%인 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 레이크 대 기재의 비율이 약 1 내지 6%인 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 기재와 레이크의 혼합물을 냉각실에 공급하고, 분무화 공기를 첨가하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 냉각실이 매트릭스 안료 입자를 수집하기 위한 사이클론내로 공급되는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 매트릭스 안료 입자를 필터 백에서 추가로 수집하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 입자를 공기 분류시키는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 안료 입자의 크기가 약 5 내지 35 미크론인 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 매트릭스 안료 입자의 크기가 약 5 내지 15 미크론인 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 기재가 폴리에틸렌, 경질 미소결정질 왁스 또는 카르나우바 왁스인 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 폴리에틸렌이 폴리왁스(등록상표명) 500, 폴리왁스 650, 폴리왁스 2000 또는 폴리왁스 3000인 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 착색된 레이크가 에프디 앤 씨(FD & C) 블루 넘버 1, 옐로우 넘버 10 또는 레드 넘버 10인 방법.
14. 제 1 항에 따라 제조된 매트릭스 안료 입자.
15. 제 14 항에 있어서, 레이크 대 기재의 비율이 약 0.5 내지 9%인 매트릭스 안료 입자.
16. 제 14 항에 있어서, 기재가 폴리에틸렌, 경질 미소결정질 왁스 또는 카르나우바 왁스인 매트릭스 안료 입자.
17. 제 14 항에 있어서, 폴리에틸렌이 폴리왁스(등록상표명) 500, 폴리왁스 650, 폴리왁스 2000 또는 폴리왁스 3000인 매트릭스 안료 입자.
18. 제 15 항에 있어서, 착색된 레이크가 에프디 앤 씨 블루 넘버 1, 옐로우 넘버 10 또는 레드 넘버 10인 매트릭스 안료 입자.
19. 제 14 항에 있어서, 크기가 약 5 내지 35 미크론인 매트릭스 안료 입자.
20. 제 15 항에 있어서, 2차 코우팅제로 코우팅된 매트릭스 안료 입자.
21. 제 20 항에 있어서, 2차 코우팅제가 광유, 광물유, 식물유, 코코넛유 또는 실리콘 유체인 매트릭스 안료 입자.