KR20170030092A

KR20170030092A - 에틸셀룰로오스 분산물 및 필름

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Publication number: KR20170030092A
Application number: KR1020177003239A
Authority: KR
Inventors: 트루 엘. 로저스; 스테이시 엘. 딘; 제이슨 제이. 폴켄로스; 데이비드 엘. 맬롯키; 샤리 엘 워켄타인
Original assignee: 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-03-16
Also published as: EP3169314A1; WO2016010741A1; JP2017522321A; BR112017000295A2; CN106488778A; US20170209385A1

Abstract

(a) 1종 이상의 에틸셀룰로오스 폴리머를 포함하는 분산된 입자, 및 (b) 220 g/mol 미만의 분자량, 11 MPa¹ ^/2 초과 내지 17.9 MPa¹ ^/2 미만의 한센 수소 결합 파라미터, 22 MPa¹ ^/2 초과의 한센 전체 용해도 파라미터, 및 25℃에서 2 g/L 초과의 수중 용해도를 갖는 1종 이상의 첨가제를 포함하는 수성 조성물이 제공된다. 또한, 코팅을 갖는 입자를 포함하는 조성물로서, 상기 코팅이 상기 코팅의 중량을 기준으로 하여 0 내지 5 중량%의 물을 포함하고, 상기 코팅이 구성성분 (a) 및 구성성분 (b)를 추가적으로 포함하는 조성물이 제공된다.

Description

에틸셀룰로오스 분산물 및 필름{ETHYLCELLULOSE DISPERSION AND FILM}

에틸셀룰로오스 폴리머를 함유하는 필름을 제조하는 것이 종종 요망된다. 이러한 필름은 예를 들어, 다른 필름에 또는 다중미립자(multiparticulate)에 적용되는 코팅으로서 유용하다. 일부 경우에, 비드(bead)의 집합(collection)은 약물을 함유하며, 이러한 비드들 각각은 이후에 에틸셀룰로오스 폴리머를 함유한 필름으로 코팅된다. 에틸셀룰로오스 폴리머를 함유한 필름은 비드들이 위장관의 환경과 같은 수성 환경에 배치될 때, 약물의 변형된 방출을 제공할 수 있다. 또한, 필름이 높은 인장 강도, 높은 인장 신율, 및 표면 거칠기와 같은 양호한 기계적 성질을 갖는 것이 요망된다. 양호한 기계적 성질은 필름이 통상적인 기계적 응력을 견디는 각 비드 주변에 배리어(barrier)를 제공하는 강력한 가요성 코팅을 형성시킬 수 있게 한다.

과거에, 양호한 기계적 성질들을 갖는 필름을 제조하는 통상적인 방법은 에틸셀룰로오스 폴리머가 유기 용매에 용해된 용액과 비드들을 접촉시키는 것이었다. 유기 용매는 유해한 환경 및 건강 효과로 인하여 요망되지 않는다. 에틸셀룰로오스 폴리머를 함유하고 고품질의 필름을 제조할 수 있는 수성 조성물을 제공하는 것이 요망된다. 추가적으로, 과거에, 에틸셀룰로오스 폴리머를 1종 이상의 가소제와 혼합하는 것이 일반적이다. 통상적인 가소제는 220 g/mol 보다 높은 분자량의 비-폴리머 유기 에스테르이다. 에틸셀룰로오스 폴리머를 함유하고, 이러한 가소제를 필요로 하지 않으면서 고품질의 필름을 제조할 수 있는 수성 조성물을 제공하는 것이 요망된다.

문헌[ Tarvainen, 등 ("Enhanced film-forming properties for ethyl cellulose and starch acetate using n-alkyl succinic anhydrides as novel plasticizers," European Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 19 (2000), pages 363-371]에는 Aquacoat™ 분산물(FMC Corporation)(에틸셀룰로오스 폴리머 수성 분산물)이 모두가 비교적 고분자량인 여러 가소제와 혼합된 조성물이 교시되어 있다. 220 g/mol 보다 낮은 분자량의 화합물을 사용하여 조성물을 제공하는 것이 요망된다.

하기는 본 발명의 서술(statement)이다.

본 발명의 제1 양태는 (a) 1종 이상의 에틸셀룰로오스 폴리머를 포함하는 분산된 입자, 및 (b) 220 g/mol 미만의 분자량, 11 MPa¹ ^/2 초과 내지 17.9 MPa¹ ^/2 미만의 한센 수소 결합 파라미터, 22 MPa¹ ^/2 초과의 한센 전체 용해도 파라미터, 및 25℃에서 2 g/L 초과의 수중 용해도를 갖는 1종 이상의 첨가제를 포함하는 수성 조성물이다.

본 발명의 제2 양태는 코팅을 갖는 입자를 포함하는 조성물로서, 상기 코팅은 상기 코팅의 중량을 기준으로 하여 0 내지 5 중량%의 물을 포함하며, 상기 코팅이 (a) 1종 이상의 에틸셀룰로오스 폴리머 및 (b) 220 g/mol 미만의 분자량, 11 MPa¹ ^/2 초과 내지 17.9 MPa¹ ^/2 미만의 한센 수소 결합 파라미터, 22 MPa¹ ^/2 초과의 한센 전체 용해도 파라미터, 및 25℃에서 2 g/L 초과의 수중 용해도를 갖는 1종 이상의 첨가제를 추가적으로 포함하는 조성물이다.

하기는 본 발명의 상세한 설명이다.

본원에서 사용되는 하기 용어들은 문맥이 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 명시된 정의들을 갖는다.

한센 전체 용해도 파라미터(Hansen total solubility parameter)는 분자의 널리 공지된 특징이다. 이는, 예를 들어, 문헌[Hansen solubility parameters: A User's Handbook, by Charles M. Hansen, CRC Press, 1999]에서 정의되어 있다. 한센 전체 용해도 파라미터는 일반적으로 소문자 그리스 문자 델타(δ)에 의해 표현되며, 이는 MPa^1/2의 단위로 보고된다. 한센 전체 용해도 파라미터는 하기와 같은 세 개의 다른 파라미터로부터 유도된다:

상기 식에서, δ_h는 수소 결합 파라미터이며, δ_p는 쌍극자 파라미터이며, δ_d는 분산 파라미터이다. 파라미터 δ_h, δ_p, 및 δ_d는 또한, MPa¹ ^/2의 단위로 보고된다.

여러 화합물에 대하여, 한센 전체 용해도 파라미터 및 수소 결합 파라미터의 수치들은 문헌[Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook, by Charles M. Hansen, CRC Press, 1999; CRC Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameters, second edition, by Allan F. M. Barton, CRC Press, 1991; 및 Polymer Handbook, by J. Brandrup, Wiley Interscience, 2003]을 포함하는 한센 용해도 파라미터의 1종 이상의 공개된 표로부터 얻어질 수 있다. 한센 전체 용해도 파라미터 또는 한센 수소 결합 파라미터의 상이한 수치들이 하나 초과의 공개된 문헌에 나타나는 경우에, 가장 최근의 문헌은 본원에서 최종적인 것으로 여겨진다.

화합물은 또한 파라미터 logP에 의해 특징되는데, 이러한 파라미터는 옥탄올-물 분배 계수의 비율의 밑이 10인 로그(base-10 logarithm)이다. 다양한 화합물에 대한 logP의 수치는 인터넷 사이트[P http://nanobionano.unibo.it/ChOrgInquinanti/media/OctanolWaterPartition_16_04_86.pdf 및 http://www.crcnetbase.com/doi/abs/10.1201/b10501-92]에서 표로 작성되어 있다. logP 파라미터의 상이한 수치들이 하나 초과의 공개된 문헌에 나타나는 경우에, 가장 최근의 문헌은 본원에서 최종적인 것으로 여겨진다.

본원에서 사용되는 수성 조성물은 조성물의 중량을 기준으로 하여 30 중량% 이상의 물을 갖는다. 본원에서 사용되는 분산물(dispersion)은 25℃에서 액체인 연속 매질을 함유하고 연속 액체 매질 전반에 걸쳐 분산된 물질의 별개의 입자들(본원에서 "분산된 입자"로 불리워짐)을 함유한 조성물이다. 본원에서 사용되는, 수성 분산물은 연속 액체 매질이 연속 액체 매질의 중량을 기준으로 하여 50 중량% 이상의 물을 함유한 분산물인 수성 조성물이다. 연속 액체 매질에 용해된 물질들은 본원에서 연속 액체 매질의 일부인 것으로 여겨진다. 분산된 입자들 모두의 집합(collection)은 본원에서 분산물의 "고체상(solid phase)"으로서 알려져 있다. 본원에서 사용되는 용어 "분산물" 및 "에멀젼(emulsion)"은 동의어이다.

본원에서 사용되는 분산제는 분산물 중 분산된 입자가 분산되고/거나(즉, 연속 액체 매질 전반에 걸쳐 분산되는) 25℃에서의 저장, 25℃ 내지 45℃의 온도에서의 저장에 노출, 전단에 노출, 또는 이들의 조합에 노출 시에 분산된 상태로 잔류하는 능력을 개선시키는 조성물이다.

본원에서 사용되는 수성 조성물의 "고형물 함량(solid content)"은 수성 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 물 및 150℃ 이하의 비등점을 갖는 화합물이 제거될 때 잔류하는 물질의 중량 기준의 양이다.

본원에서 사용되는 용어 고 내부상 에멀젼(high internal phase emulsion)은 에멀젼의 총 중량을 기준으로 하여 74 중량% 이상의 분산상을 갖는 에멀젼을 지칭한다.

본원에서 사용되는 에틸셀룰로오스 폴리머는 반복 글루코오스 단위 상의 히드록실 기들 중 일부가 에틸 에테르 기로 변환된 셀룰로오스의 유도체를 의미한다. 에틸 에테르 기의 수는 다양할 수 있다. 에틸 에테르 함량에 대한 USP 단행본 요건(monograph requirement)은 44 내지 51%이다.

본원에서 사용되는 에틸셀룰로오스 폴리머의 점도는 용액의 중량을 기준으로 하여, 용매 중의 에틸셀룰로오스 폴리머의 5 중량% 용액의 점도이다. 용매는 용매의 중량을 기준으로 하여, 80 중량% 톨루엔 및 20 중량% 에탄올의 혼합물이다. 용액의 점도는 25℃에서 우벨로데 점도계(Ubbelohde viscometer)에서 측정된다.

본원에서 사용되는 지방산은 카복실 기 및 지방 기를 갖는 화합물이다. 지방 기는 8개 이상의 탄소 원자를 함유한 서로 연결된 탄소 원자의 선형 또는 분지쇄이다. 탄화수소 지방 기는 단지 탄소 원자 및 수소 원자를 함유한다.

본원에서 사용되는 화합물의 "수중 용해도(solubility in water)는 용액 1 리터 당 화합물의 그램으로서 보고된, 25℃에서 수중에서 용해될 수 있는 화합물의 최대 양이다.

본원에서 사용되는 "이온성 기"는 화합물에 부착된 화학적 기이다. 이온성 기를 함유한 화합물이 25℃에서 수중에 배치될 때, 이온성기 중 50 mol% 이상이 이온 상태로 존재하는 몇 몇 pH 수치의 범위("이온성 pH 범위")가 존재하며, 이온성 pH 범위 중 일부 또는 전부는 3 내지 11의 pH 범위 내에 속한다.

본원에서 사용되는 "다중미립자(multiparticulate)"는 복수의 입자이다. 입자는 25℃에서 고체이다. 입자는 구형이거나 거의 구형이다. 입자가 구형이 아닌 경우에, 이의 직경은 본원에서 동일한 부피를 갖는 구체의 직경인 것으로 얻어진다.

임의 에틸셀룰로오스 폴리머는 본 발명에서 사용될 수 있다. 에틸셀룰로오스 폴리머의 에틸 에테르 함량은 44% 이상; 바람직하게, 46% 이상; 더욱 바람직하게, 48% 이상이다. 에틸셀룰로오스 폴리머의 에틸 에테르 함량은 51% 이하; 바람직하게, 50% 이하이다.

에틸셀룰로오스 폴리머는, 바람직하게, 2 mPa-s 이상; 더욱 바람직하게, 5 mPa-s 이상; 더욱 바람직하게, 10 mPa-s 이상; 더욱 바람직하게, 15 mPa-s 이상의 점도를 갖는다. 에틸셀룰로오스 폴리머는 바람직하게, 120 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 100 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 80 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 60 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 40 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 30 mPa-s 이하의 점도를 갖는다.

본 발명에서 사용될 수 있는 에틸셀룰로오스 폴리머의 상업적으로 입수 가능한 형태는 예를 들어, The Dow Chemical Company로부터 상표명 ETHOCEL™으로 입수 가능한 것을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 에틸셀룰로오스 폴리머는 48.0 내지 49.5%의 에틸 에테르 함량을 갖는 ETHOCEL™ Standard 4, ETHOCEL™ Standard 10, ETHOCEL™ Standard 20, ETHOCEL™ Standard 45, 또는 ETHOCEL™ Standard 100으로서 The Dow Chemical Company로부터 상업적으로 입수 가능하다. 본 발명의 구현예에서 유용한 다른 상업적으로 입수 가능한 에틸셀룰로오스 폴리머는 Ashland, Inc.로부터 입수 가능한 특정 등급의 AQUALON™ 에틸셀룰로오스, 및 Asha Cellulose Pvt.Ltd.로부터 입수 가능한 특정 등급의 ASHACEL™ 에틸셀룰로오스 폴리머를 포함한다.

선택적으로, 비-수용성 셀룰로오스 유도체 폴리머가 에틸셀룰로오스 폴리머에 추가하여 사용될 수 있다.

본 발명은 수성 분산물을 포함한다. 바람직하게, 연속 액체 매질은 연속 액체 매질의 중량을 기준으로 하여, 60 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 70 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 80 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 90 중량% 이상의 양의 물을 함유한다.

바람직하게, 수성 분산물 중 분산된 입자는 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여, 45 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 50 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 55 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 60 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 65 중량% 이상의 양의 에틸셀룰로오스 폴리머를 함유한다. 바람직하게, 수성 분산물 중 분산된 입자는 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여, 95 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 90 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 85 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 80 중량% 이하의 양의 에틸셀룰로오스 폴리머를 함유한다.

바람직하게, 본 발명의 조성물은 1종 이상의 분산제를 함유한다. 바람직한 분산제는 지방산인데, 이는 포화되거나 불포화된 것일 수 있다. 불포화 지방산이 더욱 바람직하다. 지방산의 지방 기는 선형 또는 분지형일 수 있으며, 선형이 바람직하다. 지방산의 지방 기는 탄화수소 지방 기일 수 있거나, 수소 또는 탄소 이외의 1종 이상의 치환체를 가질 수 있으며, 탄화수소 지방 기가 바람직하다. 불포화 지방산들 중에서, 미리스톨레산, 팔미톨레산, 사피엔산, 올레산, 리놀레산, 및 아라키돈산이 바람직하다. 포화 지방산들 중에서, 카프릴산, 카프르산, 라우르산, 팔미트산, 미리스트산, 스테아르산, 및 아라키드산이 바람직하다. 바람직하게, 분산제는 올레산을 함유한다.

분산제가 존재할 때, 분산제의 양은 바람직하게, 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여, 2 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 7 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 8 중량% 이상의 양이다. 분산제가 존재할 때, 분산제의 양은 바람직하게, 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여, 20 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 18 중량% 이하이다.

본 발명의 조성물은 1종 이상의 첨가제 (b)를 함유한다. 첨가제 (b)는 하기 기준 모두를 충족시키는 화합물이다: 220 g/mol 미만의 분자량; 11 MPa¹ ^/2 초과 내지 17.9 MPa¹ ^/2 미만의 한센 수소 결합 파라미터; 22 MPa¹ ^/2 초과의 한센 전체 용해도 파라미터; 및 25℃에서 2 g/L 초과의 수중 용해도. 바람직하게, 첨가제 (b)는 50 g/mol 초과; 더욱 바람직하게, 80 g/mol 초과; 더욱 바람직하게, 100 g/mol 초과의 분자량을 갖는다. 바람직하게, 첨가제 (b)는 40 MPa¹ ^/2 미만; 더욱 바람직하게, 24.5 MPa^1/2 미만의 한센 전체 용해도 파라미터를 갖는다. 바람직하게, 첨가제 (b)는 150 g/L 미만; 더욱 바람직하게, 90 g/L 미만; 더욱 바람직하게, 55 g/L 미만; 더욱 바람직하게, 50 g/L 미만의 수중 용해도를 갖는다.

바람직하게, 첨가제 (b)는 2 미만; 더욱 바람직하게, 1.8 미만의 logP 수치를 갖는다. 바람직하게, 첨가제 (b)는 0 이상; 더욱 바람직하게, 0.5 이상; 더욱 바람직하게, 0.8 이상; 더욱 바람직하게, 1.0 이상의 log P 수치를 갖는다.

바람직하게, 첨가제 (b)는 1종 이상의 방향족 고리를 함유한다. 바람직하게, 첨가제 (b)는 카복실 기를 함유하지 않으며; 더욱 바람직하게, 첨가제 (b)는 이온성 기를 함유하지 않는다. 바람직하게, 첨가제 (b)는 지방족 탄소 원자 또는 방향족 탄소 원자 중 어느 하나에 부착된 펜던트(pendant) OH 기를 함유한다. 바람직하게, 첨가제 (b)는 알코올 또는 에스테르 또는 이들의 혼합물이며; 더욱 바람직하게, 첨가제 (b)는 알코올 및 에스테르를 함유한다.

첨가제 (b)의 양은, 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게, 5 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 10 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 15 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 20 중량% 이상이다. 첨가제 (b)의 양은, 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게, 50 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 40 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 35 중량% 이하이다.

선택적으로, 본 발명의 조성물은 트리글리세라이드, 220 초과의 분자량을 갖는 유기 에스테르, 및 알킬 카복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 가소제를 함유한다. 이러한 가소제의 양은 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여 0 중량% 내지 35 중량%일 수 있다. 바람직하게, 이러한 가소제의 양은, 고체상의 건조물 총 중량을 기준으로 하여, 0이거나 5 중량% 미만이며; 더욱 바람직하게, 0이거나 1 중량% 미만이며; 더욱 바람직하게, 0이거나 0.1 중량% 미만이다.

본 발명의 수성 조성물을 제조하는 바림직한 방법은 하기와 같다. 본 방법은 에틸셀룰로오스 폴리머 및 분산제를 압출기의 용융 및 혼합 구역에 공급하되, 에틸셀룰로오스 폴리머 및 분산제가 함께 용융되고 혼합되어 용융물을 형성시키고; 용융물을 압출기의 에멀젼화 구역으로 이송시키되, 여기에서 온도 및 압력이 제어되고; 염기 및 물을 에멀젼화 구역에 공급하되, 용융물이 분산되어 고 내부상 에멀젼을 형성시키고; 에멀젼을 압출기의 희석 및 냉각 구역으로 이송시키고; 물을 희석 및 냉각 구역에 공급하여 고 내부상 에멀젼을 희석시키고, 이에 의해 수성 분산물을 형성시키는 것을 포함한다. 본 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있는 일반적인 공정 조건 및 장비는 미국특허번호 제5,539,021호 및 제5,756,659호에 기술되어 있다.

본 발명의 수성 조성물은 바람직하게, 12 이하; 더욱 바람직하게, 11 이하; 더욱 바람직하게, 10 이하의 pH를 갖는다. 본 발명의 수성 조성물은 바람직하게, 7 이상; 더욱 바람직하게, 8 이상의 pH를 갖는다.

본 발명의 수성 조성물 중 분산된 입자는 바람직하게, 1.1 마이크로미터 이하; 더욱 바람직하게, 1.0 마이크로미터 이하; 더욱 바람직하게, 0.9 마이크로미터 이하; 더욱 바람직하게, 0.8 마이크로미터 이하의 부피-평균 입자 직경을 갖는다. 본 발명의 수성 조성물 중 분산된 입자는 바람직하게, 80 nm 이상; 더욱 바람직하게, 90 nm 이상의 부피-평균 입자 직경을 갖는다. 입자 직경은 레이저 회절에 의해 측정된다. 적합한 기기는 Coulter™ LS-230 입자 크기 분석기(Beckman Coulter Corp.)이다.

본 발명의 수성 조성물은 바람직하게, 수성 조성물의 중량을 기준으로 하여, 5 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 10 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 15 중량% 이상; 더욱 바람직하게, 20 중량% 이상의 고형물 함량을 갖는다. 본 발명의 수성 조성물은 바람직하게, 수성 조성물의 중량을 기준으로 하여, 55 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 50 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 45 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 40 중량% 이하; 더욱 바람직하게, 35 중량% 이하의 고형물 함량을 갖는다.

본 발명의 수성 조성물의 점도는 25℃에서 50 rpm의 RV2 스핀들(spindle)을 이용하는 브룩필드 RV-II 점도계를 사용하여 측정된다. 바람직하게, 수성 조성물의 점도는 250 mPa-s 이하; 100 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 80 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 60 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 40 mPa-s 이하; 더욱 바람직하게, 20 mPa-s 이하이다. 바람직하게, 수성 조성물의 점도는 1 mPa-s 이상이다.

본 발명의 수성 조성물에 대한 바람직한 용도는 필름을 생성시키기 위한 것이다. 본 발명의 수성 조성물은 선택적으로, 추가 구성성분들과 혼합되며, 본 발명의 수성 조성물의 층이 표면에 적용되며, 물이 제거된다. 얻어진 필름은 바람직하게, 필름의 중량을 기준으로 하여, 0 내지 5 중량%; 더욱 바람직하게, 0 내지 2 중량%; 더욱 바람직하게, 0 내지 1 중량%; 더욱 바람직하게, 0 내지 0.5 중량%의 양의 잔류 수(residual water)를 함유한다.

얻어진 필름은 임의 목적을 위하여 사용될 수 있다. 바람직한 목적은 약제학적 코팅 또는 식품 코팅으로서이며, 약제학적 코팅이 더욱 바람직하며; 변형-방출(modified-release) 약제학적 코팅이 더욱 바람직하다. 변형-방출 약제학적 코팅을 제조하는 바람직한 방법은 약물을 함유한 다중 미립자를 제공하고 입자 상에 필름의 코팅을 적용하는 것이다. 바람직한 다중 미립자는 표면에 층으로서 적용되거나 표면 상에 분무된 약물을 갖는 당 또는 미정질 셀룰로오스이다. 대안적으로, 다중 미립자는, 예를 들어, 다중 미립자가 압출, 이후 다중 미립자로 제조되는 물질과 함께 약물의 혼합물의 회전타원체화(spheronization)에 의해 제조되는 경우에, 입자의 내부에 위치된 약물을 함유할 수 있다. 본 발명의 수성 조성물로부터 제조된 필름에 의해 형성된 코팅은 바람직하게, 입자의 50% 이상(수 기준) 상에 완전한 코팅 층을 형성하며; 더욱 바람직하게, 코팅은 입자의 75% 이상(수 기준) 상에 완전한 코팅 층을 형성한다. 바람직하게, 입자의 90% 이상(수 기준) 상에, 코팅은 각 입자의 표면적의 75% 이상을 덮는다.

하기는 본 발명의 실시예이다.

에틸셀룰로오스 폴리머의 수성 분산물을 하기와 같이 형성시켰다.

에틸셀룰로오스 폴리머는 ETHOCEL™ Std 20 에틸셀룰로오스로서, 이는 18 내지 22 mPa-s의 점도 및 48 내지 49.5%의 에틸 에테르 함량을 갖는 것이다.

450 rpm으로 회전하는 Berstorff ZE25 트윈 스크류 압출기를 사용하여 폴리머 상을 수상과 합하여 에틸셀루룰로오스 분산물을 생성시켰다. 압출기는 25 mm 스크류 직경 및 36의 직경에 대한 길이(L/D) 비율을 갖는다.

폴리머 상은 에틸셀룰로오스 및 올레산을 함유하였다. 에틸셀룰로오스 폴리머를 Schenck Mechatron 중량 감속식 공급기(loss-in-weight feeder)에 의해 압출기 공급 쓰로트(feed throat)로 전달하였다. 올레산을 Isco 시린지 펌프에 의해 혼합 및 이송 구역 주입기로 전달하였다.

폴리머 상을 이후에 용융시키고 압출기 배럴(barrel) 아래로 에멀젼화 구역으로 이송시켰으며, 여기서, 이는 고 내부상 에멀젼을 형성시키기 위해 초기 양의 물 및 염기와 합하였다. 모든 본 발명의 예에 대해 사용되는 염기는 28 중량%의 암모니아(NH₃으로서)이다. 에멀젼을 이후에 압출기 배럴 아래로 희석 및 냉각 구역으로 이송시켰다. 초기 물, 염기, 및 희석수 각각을 Isco 시린지 펌프로 압출기로 별도로 공급하였다.

에틸셀룰로오스 폴리머 대 올레산의 비는 74 중량부의 에틸셀룰로오스 폴리머 대 9 중량부의 올레산이다.

에틸셀룰로오스 분산물은 pH=9.02; 분산물의 총 중량을 기준으로 하여 26.53 중량%의 고형물 함량; 25 mPa-s의 점도(25℃에서 50 rpm에서 RV2 스핀들을 구비한 브룩필드 RV-II 점도계에 의해 측정함); 및 0.183 마이크로미터의 부피-평균 입자 직경(Coulter LS230 입자 크기 분석기로 측정함)을 갖는다.

본 발명의 수성 조성물(실시예 1 내지 실시예 4, 및 실시예 9)을 제조하기 위하여, 에틸셀룰로오스 분산물을 첨가제 (b)와 합하여, 첨가제 (b)의 첨가 전 분산물의 고형물 함량을 기준으로 하여 27 중량%의 첨가제 (b)의 양을 제공하였다. 즉, 각 수성 조성물은 27 중량부의 첨가제 (b), 89.2 중량부의 에틸셀룰로오스 폴리머, 및 10.8 중량부의 올레산을 갖는다. 혼합물을 45 내지 60분 동안 오버헤드 프로펠러로 교반하였다.

첨가제 (b) 대신에 가소제를 사용하는 비교 조성물(비교예 5C 및 비교예 6C)을 제조하기 위하여, 에틸셀룰로오스 분산물을 가소제와 합하여 분산물의 고형물 함량을 기준으로 하여 27 중량%의 가소제의 양을 제공하였다. 혼합물을 10분 동안 균질기로 교반하였다. 오버헤드 프로펠러를 사용하여 에틸셀룰로오스 분산물 및 가소제의 균일한 혼합물을 달성하기 위한 시도가 실패하는 경우에, 회전자-고정자 균질기를 필요로 하였다.

트리에틸 시트레이트의 양이 분산물의 고형물 함량을 기준으로 하여 27 중량%인 10% 전체 고형물을 갖는 분산물을 제조하기 위해 트리에틸 시트레이트를 Aquacoat™ 분산물(FMC) 에 첨가하여 비교예 7C를 제조하였다.

수성이지 않은 비교 조성물(비교예 8C)을 제조하기 위하여, Ethocel™ Standard 20 Premium 에틸셀룰로오스 폴리머, 올레산, 및 디부틸 세바케이트를 유기 용매에 용해시켰다. 유기 용매는 용매의 총 중량을 기준으로 하여, 80 중량% 톨루엔 및 20 중량% 에탄올이었다. 고형물의 중량비는 75 부의 에틸셀룰로오스 폴리머; 8.75 부의 올레산, 및 22.6 부의 디부틸 세바케이트이다. 용액의 총 고형물 함량은 30 중량%이었다.

필름을 BYK 4측 드로우 다운 바(BYK four sided draw down bar)를 이용하여 사전세정된 유리판 상에서 0.5 mm(20 mil)의 두께로 캐스팅하였다. 필름을 덮고 60℃까지 설정된 오븐으로 옮겨서 2시간 동안 경화시켰다. 필름의 수분 함량을 평형 상태로 만들기 위하여 필름을 이후에 조절된 습도방(55% 상대 습도, 22℃)에서 적어도 12시간 동안 배치시켰다.

필름을 인장 측정 이전에 기판으로부터 제거하였다. 인장 측정을 적어도 3개의 상이한 필름으로부터 절단된 10개 이상의 샘플 스트립에서 수행하였다. 각 샘플 스트립의 두께를 Mitutoya Digimatic Indicator를 이용하여 3개의 포인트를 따라 측정하고 평균 두께를 얻음으로써 결정하였다. 응력/변형 곡선의 선형 구역에서 포인트를 피팅함으로써 영률을 측정하였다. 최대 응력(인장 강도로서 보고됨) 및 파단시 변형률(신율(%)로서 보고됨)을 응력/변형 곡선으로부터 수치를 판독함으로써 수작업으로 결정하였다.

인장 측정을 매끄러운 고무 그립(smooth rubber grip)이 장착된 50N 정적 로드 셀(static load cell)(11 lb)을 이용하여 Instron™ 프레임 4201 인장 시험기를 이용하여 수행하였다. 분석 전에, 필름을 조절된 습도방(22℃, 50%RH)에서 유지시키고, 최소 12시간 동안 평형상태로 만들었다. 분석 직전에, 필름을 유리판의 표면으로부터 필름을 들러올리고 박리시키기 위해 직선 블레이드를 사용하여 유리 기판으로부터 제거하였다. 필름을 ASTM D638 타입 V(dog bone) 다이를 이용하여 공기 프레스(pneumatic press)를 이용하여 펀칭하였다. 각 필름 타입을 적어도 세 개의 상이한 필름으로부터 절단된 10개의 샘플을 사용하여 분석하였다. 두께를 Mitutoya Digimatic™ Indicator를 이용하여 필름 스트립의 중앙의 3개의 포인트를 따라 측정하고 평균 처리함으로써 결정하였다. 스트립을 0.508 cm/min(0.2 in/min)으로 끌어당겼다.

자체적으로 서 있는 필름이 유기 용매로부터 캐스팅되는 것을 제외하고, 모든 데이타에 대하여 유리 기판에 여전히 부착되어 있는 필름의 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy; AFM) 데이타를 수집하였다. 최대 힘 탭핑 원자력 현미경(Peak Force Tapping Atomic Force Microscopy; PFT-AFM) 이미지는 Nanoscope V 제어기(소프트웨어 v 8.10)를 이용한 Veecon Icon 상에서 얻어졌다. Mikromasch NSC11 Side A 캔틸레버(cantilever)를 사용하였다. 높이 센서(Height Sensor), 피크 힘 오차, DMTModulus, LogDMTModulus, 접착력, 변형, 소산(Dissipation), & InPhase 추적 이미지를 포착하고 수집하였다. 스캐닝 조건은 0.15V의 최대 힘 인게이지 설정값, 및 0.15 V(샘플 3) 및 0.24 V(샘플 4)의 최대 힘 설정값이며, 스캔 각도는 0°이며, 스캔 속도는 0.997 Hz이다. 이미지를 512 스캔/이미지의 해상도 및 10×10 ㎛의 스캔 크기로 획득하였다.

표면 거칠기 측정을 Image Metrology SPIP 소프트웨어 v.5.1.11을 이용하여 가 샘플에 대한 모두 세 개의 높이 이미지에 대해 계산하였다. AFM에 의해 수득된 이미지의 모든 처리를 0까지 설정된 평균 z 높이로 피팅하는 2차 다항 면(second-order polynomial plane)을 이용하여 수행하였다. 처리를 거칠기 계산을 수행하기 전에 높이 이미지 상에서 수행하였다. 각 샘플에 대해 보고된 거칠기 수치는 샘플 당 세 개의 이미지로부터 계산된 평균을 기초로 한 것이다.

실시예 1: 인장 시험 및 표면 거칠기

시험 결과는 하기와 같다:

표 1: 인장 성질

표 2: 표면 거칠기

비교예 5C 및 비교예 6C(Ethocel™ 에틸셀룰로오스와 전통적인 가소제 TEC 및 DBS의 에멀젼)는 본 발명의 모든 실시예 보다 유의미하게 나쁜, 적절치 않은 인장 강도를 갖는다. 비교예 7C(Aquacoat™ 분산물 및 TEC)는 불량한 인장 신율 및 허용되지 않게 높은 표면 거칠기를 갖는다.

실시예 9(PEA와 BA의 블렌드)는 인장 성질의 특히 요망되는 균형을 갖는다: 8 MPa 보다 높은 인장 신율 및 20% 보다 높은 신율.

실시예 2: 스크리닝

실시예 1 내지 4, 5C, 6C, 및 9를 제조하기 위해 상술된 바와 같은 필름을 제조함으로써 다양한 첨가제를 시험하였다. 상술된 샘플을 제외한 필름들을 인장 성질에 대해 시험하였지만, 병합된 필름(coalesced film)이 형성되었는 지를 결정하기 위해 시각적으로 관찰하였고 수작업으로 조작하였다. "병합된" 것으로 여겨지게 하기 위하여, 필름을 기판 상의 무손상 필름을 형성하였고, 또한, 크랙형성 또는 부스러짐(shattering) 없이 수작업에 의해 기판으로부터 제거 시에 손상되지 않게 유지되었다. 결과는 하기와 같다. 사용되는 약어는 하기와 같다:

MW = 분자량 (g/mol)

필름? = 샘플이 병합된 필름을 형성하였는가?(예 또는 아니오)

δ_h= 한센 수소 결합 파라미터(MPa¹ ^/2)

δ = 한센 전체 용해도 파라미터(MPa¹ ^/2)

W.Sol. = 25℃에서의 수중 용해도(g/L)

logP = 물-옥탄올 분배 계수의 로그(단위 없음)

ND = 알려지지 않음

[0065]

[0066]

Claims

수성 조성물로서,
(a) 1종 이상의 에틸셀룰로오스 폴리머를 포함하는 분산된 입자, 및
(b) 220 g/mol 미만의 분자량, 11 MPa¹ ^/2 초과 내지 17.9 MPa¹ ^/2 미만의 한센(Hansen) 수소 결합 파라미터, 22 MPa¹ ^/2 초과의 한센 전체 용해도 파라미터, 및 25℃에서 2 g/L 초과의 수중 용해도(solubility in water)를 갖는 1종 이상의 첨가제를 포함하는, 수성 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물이 분산제를 추가로 포함하는, 수성 조성물.
제1항에 있어서, 상기 첨가제가 2 미만의 logP를 갖는, 수성 조성물.
제1항에 있어서, 상기 첨가제가 1종 이상의 벤젠 고리를 포함하는, 수성 조성물.
제1항에 있어서, 상기 첨가제가 벤질 알코올, 페닐에틸 알코올, 프로필 갈레에이트, 페녹시 에탄올, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 수성 조성물.
제1항에 있어서, 상기 첨가제가 벤질 알코올 및 프로필 갈레에이트를 포함하는, 수성 조성물.
제1항의 수성 조성물의 층을 상기 입자들 각각에 적용하는 것을 포함하는, 복수의 입자의 코팅 방법.
코팅을 갖는 입자를 포함하는 조성물로서,
상기 코팅이 상기 코팅의 중량을 기준으로 하여 0 내지 5 중량%의 물을 포함하며,
상기 코팅이,
(a) 1종 이상의 에틸셀룰로오스 폴리머, 및
(b) 220 g/mol 미만의 분자량, 11 MPa¹ ^/2 초과 내지 17.9 MPa¹ ^/2 미만의 한센 수소 결합 파라미터, 22 MPa¹ ^/2 초과의 한센 전체 용해도 파라미터, 및 25℃에서 2 g/L 초과의 수중 용해도를 갖는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는, 코팅을 갖는 입자를 포함하는 조성물.
제8항에 있어서, 상기 첨가제가 벤질 알코올, 페닐에틸 알코올, 프로필 갈레에이트, 페녹시 에탄올, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 코팅을 갖는 입자를 포함하는 조성물.
제8항에 있어서, 상기 첨가제가 벤질 알코올 및 프로필 갈레에이트를 포함하는, 코팅을 갖는 입자를 포함하는 조성물.