PT1527125E - Contas porosas e método para a sua produção - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "CONTAS POROSAS E MÉTODO PARA A SUA PRODUÇÃO" A presente invenção diz respeito a contas porosas e a métodos para a sua produção, em particular a um método de produção de contas poliméricas hidrófilas mediante liofilização de uma goticula contendo um material polimérico numa fase continua de uma emulsão de óleo-em-água (0/A).

Os materiais poliméricos porosos têm sido usados numa variedade de aplicações e têm comprovado a sua utilidade no campo biomédico, por exemplo, como marcador ou suporte de dispositivo sensores, agentes de cromatografia por afinidade, para a imobilização de enzimas e na libertação de medicamentos. Certos materiais poliméricos porosos podem ser produzidos usando emulsões de fase interna elevada (HIPEs), que são emulsões onde a percentagem de volume da fase interna é tipicamente maior do que 74,05% (P. Hainey, et ai, Macromolecules 1991, 24, 117; N. R. Cameron, et al. Adv.

Polym. Sei. 1996, 126, 163; A. Barobtainta, et ai.:, Chem Commun., 2000, 221). As Patentes norte-americanas números 6,048,908, 6,100,306, 6,218,440 apresentam a sintese directa de microcontas de HIPE mediante a polimerização das suspensões de goticulas de HIPE. A estrutura produzida por uma HIPE, é frequentemente referida como uma 'estrutura modelo. Uma desvantagem geral deste método é que as partículas são produzidas com numa gama de tamanhos relativamente ampla. Além desta desvantagem, a emulsão pode vir a ser separada em fases durante o período relativamente longo da polimerização da suspensão. Não é também possível produzir materiais solúveis 2 em água através deste método porque os produtos são altamente reticulados e portanto insolúveis em água.

Um método alternativo para se produzir materiais porosos a partir de emulsões é congelar a emulsão muito rapidamente e "prender" sua estrutura. Mediante o uso de um homogeneizador, as emulsões podem ser produzidas com um solvente polar disperso em um solvente não polar com um polímero dissolvido e estas emulsões podem ser moldadas por despejar dentro de um molde. Mediante o contacto do molde com o azoto líquido, a emulsão é congelada e depois exposta a vácuo. Após a liofilização os materiais porosos secos podem ser recolhidos. A Patente norte-americana número 5,723,508 apresenta um método de fabricação de corpos suportes secos por congelamento da emulsão mediante a introdução da emulsão num molde que é depois submetido ao congelamento e etapas de liofilização. Os suportes podem ser utilizados na engenharia de tecido, tal como na preparação de partículas ósseas desmineralizadas (Khang et al., Korea Polymer Journal, 2001, 9, 267). Um método alternativo de produção de suportes temporários na engenharia de tecido é pela utilização de um método denominado 'lixiviação de gelo', que usa partículas de gelo como um material porogénico. Por exemplo, a liofilização de uma suspensão de gelo leva em conta a geração de materiais moldados de gelo porosos (Chen et al., Materials. Science <£ Engineering C, 2001, 17, 63) . A Patente norte-americana número 3,932,943 apresenta um método de preparação de produtos biológicos liofilizados mediante a pulverização de soluções ou suspensões coloidais contendo componentes biologicamente activos num banho em movimento de fluorocarbono refrigerante e liofilização das gotículas congeladas resultantes. A Patente norte-americana 3 número 4,848,094 ainda apresenta um método e mecanismo para gerar goticulas congeladas essencialmente esféricas de uma composição liquida biológica ou orgânica.

Um método para a produção de contas poliméricas esféricas com controlo muito preciso do tamanho da conta é pela polimerização de sedimentação (E. Ruckenstein, et al., Polymer, 1995, 36, 2857; E.Ruckenstein et al.., J. Appl Polynz. Sei., 1996, 61, 1949). Neste processo, as goticulas monoméricas são parcialmente polimerizadas durante a sedimentação através de um meio imiscivel. A distribuição de tamanho das contas assim produzidas pode ser muito rigorosa porque as goticulas são espacialmente isoladas umas das outras durante a sedimentação. A Patente norte-americana 6,277,932 apresenta um processo de formação de contas de fase reversa. Mais uma vez, nenhum destes métodos pode produzir materiais solúveis em água porque os polímeros são quimicamente reticulados em alto grau. É um objectivo da presente invenção fornecer contas altamente porosas com propriedades desejáveis tais como volumes de intrusão elevados (ou, inversamente, densidades baixas de massa), distribuição de tamanho uniforme, distribuição de forma uniforme e, dependendo do uso final das contas, solubilidade em água. É um outro objectivo da invenção fornecer um método simples e eficaz para a produção de tais contas.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecida uma população de contas poliméricas porosas hidrófilas, cada conta na população compreendendo uma rede de célula aberta tridimensional de um material polimérico solúvel em água, tendo a rede uma estrutura porosa que fornece em cada conta um volume de intrusão de pelo menos cerca de 3 ml/g, tendo cada 4 conta na população uma distribuição de forma e tamanho substancialmente uniforme.

Também fornecido de acordo com a invenção é uma conta polimérica porosa hidrófila que compreende uma rede de célula aberta tridimensional de um material polimérico solúvel em água, tendo a rede uma estrutura porosa que fornece na conta um volume de intrusão de pelo menos cerca de 3 ml/g.

Preferivelmente, o volume de intrusão em cada conta é pelo menos cerca de 3,5 ml/g, mais preferivelmente pelo menos cerca de 4 ml/g, ainda mais preferivelmente pelo menos cerca de 4,5 ml/g, e o mais preferível pelo menos cerca de 5 ml/g. Por exemplo, o volume de intrusão pode ser de cerca de 3 ml/g a cerca de 20 ml/g, preferivelmente de cerca de 3,5 ml/g a cerca de 18,0 ml/g, mais preferivelmente de cerca de 4 ml/g a 17 ml/g, ainda mais preferivelmente de cerca de 4,5 ml/g a cerca de 16,5 ml/g e o mais preferível de cerca de 5 ml/g a cerca de 16 ml/g. Os volumes de intrusão de contas particularmente preferidas de acordo com a invenção são de cerca de 4 ml/g a cerca de 7 ml/g, ainda mais preferivelmente de cerca de 4 ml/g a cerca de 6,5 ml/g e o mais preferível de cerca de 5 ml/g a cerca de 6 ml/g.

As contas de acordo com o primeiro aspecto da invenção são hidrófilas, sendo a estrutura polimérica formada a partir de um material polimérico solúvel em água. No entanto, num outro aspecto da invenção, a população de contas é tratada com um agente de reticulação química para fornecer contas covalentemente reticuladas que são insolúveis em água e de resistência mecânica acentuada, mas de outra maneira mantêm as mesmas características ou similares de volume de intrusão, distribuição de forma e distribuição de tamanho como as contas não reticuladas. 5 A conta hidrófila porosa da invenção pode ser formada a partir de uma emulsão, preferivelmente de uma emulsão com uma fase interna na gama de cerca de 50% a cerca de 80%. A densidade de massa da conta da invenção está preferivelmente na gama de cerca de 0,05 a cerca de 1,0 g/cm3, mais preferivelmente de cerca de 0,1 a cerca de 0,75 g/cm3, e o mais preferível de cerca de 0,2 a cerca de 0,5 g/cm3.

As contas da invenção podem ser obtidas de uma emulsão mediante um processo que será descrito mais adiante. Estas contas geralmente apresentam mais do que um tipo distinto de poro, pelo menos um tipo de poro que se origina da evacuação de um componente aquoso da emulsão a partir da rede da conta e pelo menos um outro tipo de poro que se origina da evacuação de um componente orgânico da emulsão a partir da rede da conta. Os tipos de poro podem diferir quanto à forma, tamanho ou outras características. Frequentemente, a emulsão de partida compreenderá um emulsionante tensioactivtensioactivo, em cujo caso a rede da conta pode ainda compreender resíduos tensioactivos. Tais resíduos tensioactivos podem estar distribuídos por toda a rede, e podem estar química ou fisicamente ligadas a ela.

Preferivelmente, as contas da invenção são pelo menos substancialmente esféricas.

Consequentemente, numa modalidade preferida da invenção é fornecida uma pluralidade de contas hidrófilas porosas, cada conta tendo uma estrutura modelo, interligada com os resíduos tensioactivos, tendo as contas uma distribuição de tamanho substancialmente uniforme, um volume de intrusão dentro da gama de 5 a 6 ml/g, uma densidade de massa dentro da gama de 0,2 a 0,5 g/cm , e cada conta sendo formada a partir de uma emulsão tendo uma fase interna na gama de 50% a 80%. 6

As contas poliméricas hidrófilas porosas da presente invenção possuem muitas das propriedades desejáveis das contas poliméricas da técnica anterior, tais como porosidade padrão de HIPE e distribuição de tamanho padrão, além de serem hidrófilas por natureza. As contas podem ser produzidas a partir de emulsões de fase interna elevada (HlPEs) ou a partir de emulsões onde o volume de fase interna é mais baixa do que o limite da HIPE de 74,05%. Especificamente, as contas poliméricas hidrófilas podem ser dissolvidas facilmente em solventes tais como água e podem libertar quaisquer substâncias activas contidas dentro da estrutura muito rapidamente. As contas poliméricas hidrófilas contêm uma estrutura macro-porosa que pode auxiliar a dissolução das contas em uso. As contas assim obtidas são altamente porosas com poros regulares. Os poros são preferivelmente interligados e abertos na superfície. As contas podem ser esféricas e o tamanho de partícula das contas pode ser controlado muito estritamente, ao contrário dos outras contas porosas com base na HIPE, as contas da presente invenção não necessitam ser reticuladas, embora para certas aplicações, pode ser desejável quimicamente reticular o componente polimérico por um agente de reticulação. Numa modalidade preferida da invenção a morfologia da conta inclui resíduos tensioactivos e o tensioactivo é integrado através da estrutura da conta. Será evidente que a morfologia da conta proporcionará a si mesma várias aplicações nos campos biomédicos e químicos tais com marcações, suportes de dispositivo sensores, agentes de cromatografia por afinidade, de imobilização de enzimas, de libertação de medicamentos e de limpeza por exemplo. 7

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para a produção de contas poliméricas hidrófilas porosas que compreende as etapas de: a) fornecer uma emulsão compreendendo uma fase aquosa, uma fase orgânica e um material polimérico hidrófilo; b) fornecer um meio fluido a uma temperatura eficaz para o congelamento da emulsão; c) colocar em contacto as goticulas da emulsão com o meio fluido por um período eficaz para formar goticulas congeladas; d) isolar as goticulas congeladas; e e) secar por congelamento as goticulas para formar contas.

Adicionalmente, o método acima para a produção de contas poliméricas hidrófilas porosas pode também incluir uma etapa de reticulação em que as contas são quimicamente reticuladas por um agente de reticulação. As contas porosas podem ser reticuladas após a liofilização de modo a intensificar sua resistência mecânica ou mudar suas características de solubilidade. A escolha do agente de reticulação variará com o material polimérico. A quantidade do agente de reticulação pode também variar com a quantidade do material polimérico presente nas contas e o nível de reticulação desejada, vários agentes de reticulação química bem conhecidos são disponíveis para uso na etapa de reticulação. Um agente de reticulação pode por exemplo ser seleccionado de diaminas e poliaminas que reticulam as porções de hidroxilo e/ou carboxílicas ao longo da cadeia principal polimérica. Os agentes de reticulação preferidos incluem compostos de diisocianato, que podem ser alifáticos, cicloalifáticos ou aromáticos. Os agentes de reticulação particularmente preferidos incluem diisocianato de 8 2,4-tolileno, diisocianato de 4,4-difenil metano e diisocianato de 1,4-fenileno.

Preferivelmente, a emulsão compreende um emulsionante. A emulsão pode compreender uma fase aquosa continua com o material polimérico hidrófilo nela dissolvido e uma fase orgânica descontinua. A emulsão pode também compreender uma emulsão de fase interna elevada de óleo em água. Alternativamente, a emulsão pode compreender uma emulsão de fase interna elevada de água em óleo. Além disso, o emulsionante pode ser seleccionado de um ou mais dos seguintes tensioactivos; tensioactivos não iónicos, catiónicos, aniónicos ou anfotéricos. Os tensioactivos podem ser removidos após a formação de contas por lavagem ou por calcinação (no caso de compósitos orgânicos/inorgânicos).

Será evidente para aqueles qualificados na técnica que as substâncias que são conhecidas em promover a formação de uma emulsão estável, especialmente uma HIPE óleo/água estável, podem também ser usadas. 0 emulsionante preferido é sulfato de dodecilo sódico. É preferível que o emulsionante esteja presente na fase contínua numa concentração de cerca de 1% a cerca de 60% em peso. Mais preferivelmente, o emulsionante está presente na fase contínua n uma concentração de cerca de 2% a cerca de 40% em peso e uma concentração ainda mais preferida é de cerca de 5% a cerca de 25% em peso.

De acordo com mais um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para a produção de contas poliméricas hidrófilas porosas como anteriormente descrito, em que o material polimérico é seleccionado de um ou mais dos seguintes grupos de polímeros, poli(álcool vinílico), poli(etileno glicol), poli(óxido de etileno), poli(vinil pirrolidona), poli(ácido acrílico), sal sódico de poli(ácido acrílico), 9 poli(acrilamida), poli (sulfonato de estireno sódico), poli(ácido 2-acrilamido-2-metil-l-propanossulfónico) e polissacarideos. A intensidade, hidrofilia ou outras propriedades das contas podem ser ajustadas mediante a escolha dos polímeros diferentes, concentrações poliméricas diferentes, ou uma relação de volume diferente da fase interna. 0 polímero pode ser seleccionado de uma ampla gama de polímeros solúveis em óleo, por exemplo, poliestireno, policarbonatos, poliacrilatos, ácido poliláctico, ácido poliglicólico e policaprolactona. A dissolução das contas compósitas pode dar origem a uma dispersão aquosa ou 'látex' do polímero solúvel em óleo na água. Preferivelmente, o material polimérico está presente na fase contínua a uma concentração de cerca de 1 % a 50 % em peso. Ainda mais preferivelmente, o material polimérico está presente na fase contínua a uma concentração de cerca de 3 % a 10 % em peso.

Outro aspecto da presente invenção fornece um método para a produção de contas poliméricas hidrófilas porosas como anteriormente descrito em que a fase orgânica descontínua compreende um solvente orgânico. O solvente orgânico pode ser seleccionado de um ou mais do seguinte grupo de solventes orgânicos; heptano, n-hexano, isooctano, dodecano, decano, tolueno, xileno, ciclo-hexano, óleo mineral, diclorometano, dicloroetano e tetracloroetano. Preferivelmente, o solvente orgânico compreende de cerca de 20 % a cerca de 95 % v/v da emulsão, mais preferivelmente de cerca de 50 % a cerca de 90 %. Por exemplo, o solvente orgânico pode estar presente n uma quantidade de cerca de 50 % v/v ou mais na emulsão. Mais preferivelmente, o solvente orgânico está presente n uma quantidade de cerca de 74 % v/v ou mais na emulsão. O solvente orgânico na fase terminal pode incluir pigmento pigmento 10 solúvel em óleo e/ou outras moléculas solúveis em óleo. Preferivelmente, diclorometano é usado como um solvente devido ao seu ponto de ebulição baixo e pressão de vapor elevado. Um outro solvente preferido é ciclo-hexano quando o ponto de fusão do ciclo-hexano for mais elevado do que aquele da água e a capacidade térmica especifica para o ciclo-hexano for muito mais baixa do que aquela da água. Isto induz o congelamento rápido das goticulas de emulsão. Por causa do ponto de fusão mais elevado do ciclo-hexano, as goticulas de emulsão congeladas podem ser liofilizadas em várias temperaturas dentro da gama de cerca de -196°C a cerca de -10°C.

De acordo com mais outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para a produção de contas poliméricas hidrófilas porosas em que a fase aquosa pode incluir sais inorgânicos ou colóides de sílica. Alternativamente, a fase aquosa pode incluir pigmento solúvel em água ou outras moléculas solúveis em água ou nanopartícuias de metal. Se as nanopartículas forem adicionadas à solução aquosa, contas de nanopartículas/compósito polimérico podem ser obtidas. Se as nanopartículas forem subsequentemente extraídas de modo selectivo, as células de tamanho nano são deixadas dentro da estrutura de poro padronizada. Alternativamente, as nanopartículas de metal podem ser re-dispersas numa solução aquosa mediante a dissolução rápida da conta polimérica porosa.

Pode ser desejável no uso final das contas incorporar um ingrediente activo na estrutura porosa da conta. Isto pode ser feito fornecendo um ou mais de tais aditivos numa ou mais da solução aquosa, do solvente orgânico, da emulsão ou do meio de congelamento. Tais aditivos podem incluir, por exemplo, agentes farmacêuticos, enzimas, pigmentos, agentes de limpeza, 11 agentes branqueadores, agentes amaciadores de tecido, agentes de tratamento de roupas, agentes oxidantes, agentes redutores, aromatizantes, fragrâncias, nanopartículas de metal, vitaminas e produtos nutricionais. Será evidente para aqueles qualificados na técnica que outros aditivos nos campos biológicos e químicos podem também ser utilizados no presente método.

Preferivelmente, a concentração do aditivo é de cerca de 1 % a cerca de 50 % em peso da solução aquosa, do solvente orgânico, da emulsão ou do meio de congelamento, conforme for, e ainda mais preferivelmente de cerca de 10 % a cerca de 30 % em peso destes. Se as enzimas forem usadas como um aditivo, elas podem ser adicionadas ou na solução aquosa ou na fase oleosa. As enzimas ficarão aprisionadas dentro da matriz polimérica das contas porosas obtidas e a actividade da enzima deve ser retida após o congelamento e liofilização.

Um aditivo inorgânico ou orgânico substancialmente solúvel em água pode ser dissolvido na fase continua aquosa de modo a intensificar a resistência das contas poliméricas ou formar um esqueleto inorgânico altamente poroso após subsequentes calcinações a temperaturas elevadas. Os aditivos estruturais hidrossolúveis podem incluir, mas não são limitados a eles: precursores de sílica parcialmente hidrolisados (isto é, um 'sol' de sílica), outros sóis de alcóxido e silicato de sódio. Alternativamente, um aditivo solúvel em água pode ser adicionado com o propósito de libertar este aditivo numa solução aquosa após dissolução da conta. O aditivo solúvel em água pode ser seleccionado a partir de uma gama muito ampla de compostos substancialmente solúveis em água tais como, ingredientes activos farmacêuticos, pigmentos, agentes oxidantes, agentes redutores, aromatizantes, fragrâncias e 12 vitaminas ou produtos nutricionais. Os aditivos solúveis em água podem ser usados isoladamente ou como misturas.

Alternativamente, um aditivo inorgânico ou orgânico substancialmente insolúvel em água pode ser disperso na fase continua aquosa de modo a intensificar a resistência das contas poliméricas ou para formar um suporte inorgânico altamente poroso após a calcinação. Um aditivo estrutural insolúvel em água pode incluir, nanoparticulas de silica, nanoparticulas de metal, dispersões de argila, e outras dispersões de cargas inorgânicas particuladas.

Alternativamente, um aditivo insolúvel em água pode ser adicionado com o propósito de dispersar este aditivo numa solução aquosa após dissolução da conta. 0 aditivo insolúvel em água pode ser seleccionado de uma gama muito ampla de compostos substancialmente insolúveis em água que podem ser dispersos na fase aquosa da emulsão. Um tal aditivo insolúvel em água pode ser seleccionado a partir de um ou mais do grupo que segue; ingredientes activos farmacêuticos insolúveis em água, pigmentos insolúveis em água, agentes oxidantes insolúveis em água, agentes redutores insolúveis em água, aromatizantes insolúveis em água e fragrâncias insolúveis em água.

Um aditivo inorgânico ou orgânico substancialmente solúvel em óleo pode ser dissolvido na fase descontinua oleosa com o propósito de libertar este aditivo numa solução aquosa após dissolução da conta. 0 aditivo solúvel em óleo pode ser depositado como partículas finas dentro da estrutura porosa da conta após liofilização. 0 aditivo solúvel em óleo pode ser seleccionado a partir de uma gama muito ampla de compostos substancialmente solúveis em óleo e pode ser seleccionado de um ou mais do grupo que segue; activos farmacêuticos, 13 pigmentos, agentes oxidantes, agentes redutores, aromatizantes, fragrâncias, nanopartículas de metal solúveis em água e vitaminas ou produtos nutricionais. Alternativamente, a fase oleosa em si pode ser um liquido de ponto de ebulição elevado seleccionado com o propósito de libertar este óleo em goticulas finas numa solução aquosa após a dissolução da conta.

Um aditivo inorgânico ou orgânico substancialmente insolúvel em óleo pode ser disperso na fase descontinua com o propósito de libertar este aditivo numa solução aquosa após dissolução da conta (por exemplo, óleos vegetais, óleos comestíveis, óleos aromáticos). 0 aditivo insolúvel em óleo pode ser depositado como partículas finas dentro da estrutura porosa da conta após a liofilização. 0 aditivo insolúvel em óleo pode ser seleccionado de uma gama muito ampla de compostos substancialmente insolúveis em óleo e pode compreender um ou mais do seguinte grupo; activos farmacêuticos insolúveis em óleo, pigmentos insolúveis em óleo, agentes oxidantes insolúveis em óleo, agentes redutores insolúveis em óleo, aromatizantes insolúveis em óleo e fragrâncias insolúveis em óleo.

No processo da invenção o meio fluido é preferivelmente inerte no material polimérico. Preferivelmente, o meio fluido está a uma temperatura abaixo do ponto de congelamento dos vários componentes da emulsão e está preferivelmente a uma temperatura muito mais baixa para facilitar o congelamento rápido. 0 meio fluido é preferivelmente uma substancialmente liquidificada que é um gás ou vapor em temperatura e pressão padrão. É desejável que o meio fluido seja mantido a uma temperatura na gama de -10°C a -196°C. 0 meio fluido pode ser seleccionado de um ou mais do seguinte grupo; azoto líquido, 14 amónia líquida, gás nobre liquidificado tal como árgon, hidrocarboneto clorado liquidificado tal como tricloroetileno, clorofluorocarbono, freon, hexano, dimetilbuteno, isoeptano ou cumeno. Às contas congeladas podem ser directamente secadas quando colocadas em contacto com o azoto líquido. Além disso, as contas congeladas podem ser colocadas em contacto com um vácuo enquanto são directamente secadas. Alternativamente, as contas congeladas podem ser transferidas para dentro de um secador por congelamento para secagem. Devido à temperatura de ebulição muito baixa, inércia, facilidade de expulsão e economia, o azoto líquido é o meio fluido preferido.

As emulsões são tipicamente preparadas sob intensas condições de cisalhamento mediante o uso de uma barra de agitação magnética, um homogeneizador, ou um agitador mecânico rotativo. As propriedades das contas porosas da presente invenção, tais como tamanho de poro, distribuição do tamanho de poro e número de aberturas, podem ser influenciadas pelos métodos de agitação ou velocidades de agitação usadas para se preparar as emulsões, e pela concentração de tensioactivo.

Após a emulsão ter sido preparada, é injectada ou pulverizada em um meio fluido de congelamento. Uma pulverização de tais gotículas pode ser formada numa maneira conhecida, por exemplo, mediante a passagem da emulsão através de um atomizador de disco giratório, um esguicho vibratório acusticamente modulado, um esguicho de sopro concêntrico ou um mecanismo alimentador por gotejamento de gravidade simples. Quando se usa um esguicho vibratório acusticamente modulado, as gotículas são preferivelmente desviadas de lado pela carga electrostática para impedir a colisão das gotas. Em um processo preferido da invenção, a emulsão é injectada em um recipiente de vidro verticalmente montado contendo meio de 15 congelamento fluido. A injecção é executada continuamente através de uma agulha usando uma bomba de seringa. 0 tamanho da gotícula pode ser variado mediante a variação do diâmetro da agulha. A taxa de injecção pode ser ajustada para se obter contas individuais bem definidas. 0 diâmetro médio da conta é preferivelmente de 0,2 a 5 mm, mais preferivelmente de 0,5 a 4 mm, o mais preferível de 0,5 a 3 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta é preferivelmente de 0,2 a 15%, mais preferivelmente de 0,5 a 10%, o mais preferível de 1 a 3%.

Na presente invenção, um recipiente termoestático é cheio com um meio fluido. Um recipiente de vidro menor é colocado dentro deste recipiente termoestático. O recipiente de vidro pequeno é cheio com meio fluido. A emulsão é depois injectada ou pulverizada dentro do recipiente de vidro pequeno. Logo que a emulsão é injectada no azoto líquido as gotículas flutuam por um tempo curto sobre o menisco do líquido em ebulição. Após ser completamente congelada, as gotículas afundam no meio líquido até o fundo do recipiente de vidro pequeno.

As contas congeladas podem ser liofilizadas mediante a exposição do recipiente de vidro pequeno a vácuo elevado enquanto ainda se esfria o recipiente equipado com termostato circunjacente. Alternativamente, as contas congeladas podem ser liofilizadas em um secador por congelamento comercial em várias temperaturas por transferir as contas congeladas do recipiente de vidro pequeno. A etapa de liofilização pode ser executada por cerca de 72 horas de modo a se obter contas porosas secas.

As contas porosas produzidas geralmente compreendem dois tipos de poros. Um é da sublimação do gelo sólido. Esta estrutura de poro pode ser variada mediante a variação do polímero, o peso molecular polimérico, a concentração 16 polimérica, a natureza da fase interna, a temperatura de congelamento, ou a temperatura de liofilização. Outra espécie de estrutura de poro resulta da estrutura da emulsão congelada modelo. Estas estruturas podem ser variadas mediante o controle da estrutura da emulsão modelo, como descrito acima.

Existem dois tamanhos de poros sobre a superfície da conta, um dos quais resulta da emulsão modelo, o outro resulta da sublimação do gelo sólido. Os poros não são apenas interconectados dentro da estrutura da conta mas também conectados na superfície porosa aberta.

Na ausência de reticulação química após a secagem, as contas hidrófilas altamente porosas podem se dissolver muito rapidamente (< 1 segundo) em água na temperatura ambiente. Isto pode ser útil para a libertação rápida dos aditivos aprisionados dentro da estrutura de poro, exemplos específicos dos quais são descritos acima.

As contas porosas compósitas inorgânicas/poliméricas (incluindo sais inorgânicos ou sílica coloidal) podem ser calcinadas após a liofilização para remover a fase orgânica. As contas inorgânicas porosas do esqueleto são obtidas a partir deste processo. Usos adequados incluem armazenagem e transporte de produtos químicos; aplicação de suporte, por exemplo, reacções catalíticas ou meio de filtro; e aplicações de isolamento e separação. 0 método para a produção de contas porosas de acordo com a presente invenção, agora será mais particularmente descrito, por meio de Exemplo somente, com referência aos Exemplos e imagens que acompanham. A Figura 1, mostra uma imagem de microscópio ótico das contas produzidas no Exemplo 1. 17 A Figura 2, mostra uma micrografia electrónica de ampliação elevada (x 4000) da superfície de uma conta produzida no Exemplo 1. A Figura 3, mostra uma micrografia electrónica de ampliação baixa (x 1500) da estrutura interna de uma conta produzida no Exemplo 1. A Figura 4, mostra uma micrografia electrónica de ampliação baixa (x 1000) da interface da superfície de uma conta seccionada produzida no Exemplo 1. A Figura 5, mostra uma série de imagens de microscópio ótico do lapso de tempo monitorizando o processo de dissolução de uma conta isolada como produzida no Exemplo 1. A Figura 6, mostra uma micrografia electrónica de ampliação elevada (x 2500) da estrutura interna de uma conta seccionada produzida no Exemplo 2. A Figura 7, mostra uma micrografia electrónica de ampliação baixa (x 1250) da estrutura interna de uma conta seccionada produzida no Exemplo 3. A Figura 8, mostra uma micrografia electrónica de ampliação elevada (x 2500) da estrutura interna de uma conta seccionada produzida no Exemplo 3. A Figura 9, mostra uma imagem óptica de ampliação baixa das contas produzidas no Exemplo 5. A Figura 10, mostra uma imagem das contas embebidas em óleo produzidas no Exemplo 5 se dissolvendo em um tubo de água destilada. A Figura 11, mostra uma micrografia electrónica de ampliação baixa (x 1000) da estrutura interna de uma conta produzida no Exemplo 6. A Figura 12, mostra uma imagem das contas produzidas no

Exemplo 7. 18 A Figura 13, mostra uma micrografia electrónica de ampliação baixa (x 200) da estrutura interna de uma conta produzida no Exemplo A Figura 14, 8. mostra uma micrografia electrónica de ampliação baixa (x 500) da estrutura interna de uma conta produzida no Exemplo 9. A Figura 15, mostra uma imagem das contas produzidas no Exemplo 11. A Figura 16, mostra uma imagem de grade da microscopia electrónica de transmissão de nanoparticulas de metal libertadas a partir da dissolução de uma conta produzida no Exemplo 11 após a solução ter sido evaporada. A Figura 17, mostra uma imagem das contas produzidas no Exemplo 13. A Figura 18, mostra uma imagem das contas produzidas no

Exemplo 18. A Figura 19, mostra uma micrografia electrónica de ampliação baixa (x 100) da estrutura interna de uma conta produzida no Exemplo 20. A Figura 20, mostra uma micrografia electrónica de ampliação elevada (x 2000) da estrutura interna de uma conta produzida no Exemplo 23. A Figura 21, mostra uma imagem de um látex aquoso de partículas PS libertadas a partir da dissolução das contas produzidas no Exemplo 23. A Figura 22, mostra uma micrografia electrónica de partículas PS depositadas em um fragmento de alumínio após a evaporação do látex mostrado na Figura 21. A Figura 23, mostra uma micrografia electrónica de partículas de Poli(DL-lactídeo-co-glicolídeo) (PLGA) 19 depositadas em um fragmento de alumínio após a evaporação do látex formado no Exemplo 25. A formação de imagem das contas por microscopia óptica foi executada usando ampliação baixa (geralmente x 10) . Todas as contas nos Exemplos foram observadas serem bastante uniformes e esféricas.

As micrografias electrónicas de varredura das contas foram feitas em um microscópio electrónico de varredura de máquina Hitachi. As contas não foram tratadas de qualquer maneira à parte do revestimento com aproximadamente 10 nm de ouro antes de observar as superfícies da conta por SEM. De modo a observar a estrutura porosa interna, as contas foram cortadas ao meio com uma lâmina de barbear. A densidade de massa da conta, volume de poro e diâmetro médio de poro foram determinados por porosimetria de mercúrio. As amostras foram primeiro desprovidas de gás por pelo menos 24 h em um vácuo elevado em temperatura ambiente. As medições foram registadas em um porosímetro de mercúrio Autopore 9500 fabricado por Micrometrics.

Exemplo 1

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PVA com uma fase interna de 75%, As contas porosas poliméricas hidrófilas foram preparadas mediante a injeção da emulsão no azoto líquido. A emulsão compreendia uma fase contínua aquosa (contendo o polímero) e uma fase descontínua oleosa. Os componentes e quantidades neste estudo são indicados na Tabela 1.

Tabela 1

Solução aquosa a 5% em peso de PVA: 2,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,31 g

Diclorometano: 6,0 ml 20

Poli(álcool vinílico) (PVA, PM = 9.000-10.000 g/mol, 80% hidrolisado) foi primeiro adicionado a água desionizada para produzir uma solução a 5% em peso de PVA. Durante agitação com um agitador de pás tipo RWll Basic IKA, o tensioactivo e diclorometano foram adicionados para formar uma emulsão interna de fase elevada (HIPE).

Um frasco de fundo redondo pequeno foi colocado em um recipiente termoestático e azoto liquido foi depois despejado em ambos recipientes. A emulsão foi depois injectada no azoto liquido do frasco pequeno usando uma bomba de seringa A-99 FZ Razel através de uma agulha de 0,6 mm x 25 mm. A injecção foi ajustada de modo a se obter conta separadas.

Após a injecção, o recipiente pequeno foi conectado directamente a um sistema de vácuo enquanto se mantém o azoto liquido no recipiente termoestático. A liofilização durou pelo menos 72 h e resultou em contas brancas secas produzidas com um rendimento de 100%. A Figura 1 mostra uma imagem de microscópio ótico das contas produzidas. O diâmetro médio da conta foi observado ser 2,52mm e o desvio modelo no diâmetro da conta foi 2,83%. A densidade de massa foi 0,0754g/cm3. A Figura 2 mostra a superfície de uma conta em ampliação elevada. A Figura 3 mostra a estrutura interna de uma conta seccionada, também em ampliação elevada. A Figura 4 mostra a interface da superfície de uma conta seccionada. Fica claro a partir destes resultados que os poros da conta são interconectados e abertos na superfície.

Quando estas contas foram deixadas cair em água destilada a 25°C, elas foram observados dissolver muito rapidamente sem agitação deixando uma solução homogénea transparente. A Figura 5 mostra uma série de imagens de microscópio óptico de lapso 21 de tempo monitorizando o processo de dissolução para uma única conta. A primeira imagem (t = 0 seg) corresponde ao tempo em que a água primeiramente entra em contacto com a conta e a última imagem (t = 3,8 seg) mostra que a conta está quase completamente dissolvida. 0 processo de dissolução muito rápido resulta de uma combinação da estrutura porosa particular, o grande volume de poro, e o fato que os poros são interconectados e abertos na superfície da conta. As amostras comparáveis com níveis mais baixos de porosidade se dissolvem muito mais lentamente (ver os Exemplos 2 e 3).

Outras experiências foram conduzidas resultando nos Exemplos de 2 a 22. Cada experiência foi conduzida com o mesmo tamanho de agulha e a mesma bomba de seringa.

Exemplo 2

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PVA com uma fase interna de 50%. A Tabela 2 mostra os componentes nesta experiência. PVA (PM = 9.000-10.000 g/mol, 80% hidrolisado). (O mesmo grau de PVA é usado em todos os Exemplos que seguem, a não ser que de outra maneira indicado.) O mesmo procedimento como descrito no Exemplo 1 foi usado para se preparar as contas.

Tabela 2

Solução aquosa a 5% em peso de PVA: 4,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,60 g

Diclorometano: 4,0 ml A Figura 6 mostra a estrutura interna de uma conta seccionada. Duas espécies de poros foram observadas. A estrutura de poro semelhante a espinha de peixe de tamanho pequeno surgiria a partir da sublimação do gelo sólido e este aspecto foi também observado nas amostras preparadas sem a fase de emulsão (ver o Exemplo 3) . As estruturas esféricas 22 maiores se resultam da padronização das goticulas de emulsão congeladas.

Exemplo 3 (Comparativo)

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PVA sem um modelo de emulsão. Uma solução aquosa de PVA (9.000-10.000 g/mol, 10% em peso) foi preparada e a solução foi injectada directamente no azoto líquido. Nenhuma fase de emulsão estava presente na experiência. Após liofilização, contas de PVA uniformes brancas foram obtidas. Mais uma vez, as contas puderam se dissolver em água a 25°C, mas a dissolução foi significativamente mais lenta do que as contas padronizadas de emulsão mais altamente porosas formadas no Exemplo 1. A Figura 7 é uma imagem de microscópio electrónico de varredura de ampliação baixa, que mostra uma ordem de poros alinhados nas contas produzidas nesta experiência. A Figura 8, ainda mostra a estrutura porosa semelhante a espinha de peixe com maiores detalhes. Este tipo de porosidade é distinta das estruturas padronizadas de emulsão observadas no Exemplos 1 e 2 e surge a partir da sublimação de cristais de gelo congelados nos materiais durante a liofilização.

Exemplo 4

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PEG com uma fase interna de 50%. A Tabela 3 mostra os componentes e quantidades usadas nesta experiência. Poli(etileno glicol) (PEG, PM médio = 8.000 g/mol) foi dissolvido em água desionizada para se preparar uma solução a 15,35% em peso. Esta solução foi emulsionada com diclorometano, usando o procedimento anterior como antes, e injectada no azoto líquido.

Tabela 3 23

Solução aquosa a 15,35% em peso de PEG: 4,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98 %) : 0,60 g

Diclorometano: 4,0 ml

As contas congeladas foram liofilizadas por levá-los em contacto com azoto líquido por 48 h, seguido por outra liofilização em gelo seco por mais 48 h. A temperatura foi depois deixada se elevar para a temperatura ambiente sob um vácuo. Contas brancas secas uniformes foram produzidas.

As contas dissolveram-se muito facilmente em água destilada a 25°C. A estrutura interna das contas continha duas espécies de poros similares às estruturas observadas na amostra descrita no Exemplo 2. Foi também observado que os poros na superfície foram interconectados com a estrutura interna. O tamanho médio da conta era de 2,51 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta era de 6,57%. A densidade de massa foi 0,182 g/cm3.

Exemplo 5

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PEG com uma fase interna de 80% e encapsular pigmento solúvel em água dentro da conta. O procedimento do Exemplo 1 foi seguido e a tabela 4 mostra os componentes e quantidades usadas nesta experiência.

Tabela 4

Solução aquosa a 15,35% em peso de PEG: 2,0 ml

Laranja de metilo: 0,006 g

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,30 g

Diclorometano: 8,0 ml

Foi adicionado pigmento solúvel em água, laranja de metilo, à solução aquosa. A adição gradual de diclorometano à solução aquosa enquanto se agita resultou na formação de uma 24 emulsão amarela estável. A emulsão foi depois injectada lentamente no azoto líquido. A liofilização das contas congeladas em contacto com azoto líquido resultou em contas amarelas claras uniformemente classificadas por tamanhos secos com um rendimento de 100%. A Figura 9 mostra uma imagem óptica de ampliação baixa das contas. Observou-se que as contas foram se dissolvem rapidamente em água para dar uma solução laranja brilhante homogénea. Não se observou serem solúveis as contas em solventes orgânicos, por exemplo, tolueno, diclorometano. Uma amostra das contas foi pesada. As 8 contas pesavam 0, 0058 g e as contas foram depois colocadas em óleo mineral leve. Após embeber por 30 minutos, as contas foram removidas do óleo e o óleo em excesso foi limpo das superfícies da conta com papel de seda. As contas foram depois pesadas mais uma vez e a massa das contas embebida com óleo era de 0,0416 g. Isto corresponde a um aumento de massa de 717%, demonstrando que o material que compreende as contas era um absorvente muito capaz.

As contas embebidas em óleo foram depois colocadas em 2 ml de água destilada a 25°C. As contas foram observadas se dissolverem muito rapidamente, libertando tanto o pigmento solúvel em água quanto a fase oleosa para formar uma solução amarela, como mostrado na Figura 10. O óleo não foi observado separar-se como uma fase separada e parecia formar uma suspensão de óleo em água altamente dispersa que era estável sem agitação. O poli(etileno glicol) dissolvido pode actuar como um tensioactivo. Foi postulado que o facto de o óleo ter encapsulados domínios modelo de emulsão do tamanho da ordem dos mícrones dentro da estrutura da conta pode auxiliar na libertação do óleo como uma dispersão fina após a dissolução. 25

Este Exemplo demonstra a libertação simultânea de um aditivo hidrófilo e um hidrofóbico de uma conta compósita porosa. 0 tamanho médio da conta era de 2,56 mm. 0 desvio modelo no diâmetro da conta foi 2,93%. A densidade de massa foi 0,079 g/cm3. O volume de intrusão é 8,96 ml/g.

Exemplo 6 (Comparativo)

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PE-PEO sem um modelo de emulsão. Em principio, um copolímero de bloco anfifilico pode ser usado tanto como um tensioactivo (para estabilizar a emulsão) quanto como a matriz polimérica propriamente dita. Poli(etileno-b-óxido de etileno) (teor de 01 50%, PM 1.400 g/mol) foi dissolvido em água para formar uma solução saturada a 15 °C. Esta solução foi injectada directamente no azoto liquido (sem uma fase modelo de emulsão). Após liofilização, contas uniformes brancas foram obtidas. A Figura 11 mostra a estrutura interna da conta. A estrutura foi observada ser muito diferente daquela das contas de PVA preparados sob condições similares.

Exemplo 7

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PVA/PAA-Na com fase interna de 50%. A Tabela 5 mostra os componentes e quantidades usadas nesta experiência.

Tabela 5

Solução a 10% em peso de sal sódico de poli(ácido acrilico): 2,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,40 g

Solução a 5% em peso de PVA: 2,0 ml

Solução de Dispersion Red 1/Diclorometano: 4,0 ml

Uma solução de pigmento solúvel em óleo, Disperse Red 1, foi preparada em diclorometano (0,11% em peso de pigmento). 26

Uma solução de PVA (5% em peso, 2,0 ml) foi misturada com sulfato de dodecilo sódico (0,40 g) e solução de poli(acrilato de sódio) (2 ml, 10% em peso em água, PM = 5.100 g/mol) . A solução de diclorometano de cor vermelho escuro foi usada como a fase interna, e uma emulsão vermelha escura foi obtida mediante mistura. A emulsão foi injectada lentamente no azoto liquido e a estrutura da emulsão foi presa por congelamento rápido. Após liofilização, contas vermelhas uniformes foram obtidas. A Figura 12 mostra uma imagem óptica destas contas.

Uma conta depois foi colocada em água a 25°C, resultando na dissolução da conta muito rapidamente. O pigmento insolúvel em água foi dispersa na água como partículas muito finas que não se estabeleceram dentro de uma hora.

Uma outra conta foi depois colocada em diclorometano a 25°C, que resultou na conta que não se dissolve. A conta foi observada ter uma tendência a flutuar sobre o menisco de diclorometano. A superfície da conta tornou-se rapidamente vermelha muito carregada após o contacto com o solvente orgânico. A cor vermelha difundiu-se com o tempo através do diclorometano, eventualmente para dar uma solução vermelha homogénea. O tamanho médio da conta foi 2,38 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta foi 4,67%. A densidade de massa foi 0,1316 g/cm3.

Exemplo 8

Uma experiência foi conduzida de modo a avaliar a estrutura interna das contas de sílica porosa quanto injectadas no azoto líquido. Uma solução de sílica coloidal LUDOX (teor de sílica = 50%) foi injectada directamente no azoto líquido. Após liofilização, contas brancas uniformes foram obtidas. A estrutura interna é mostrada na Figura 13. 27

Observou-se as contas serem insolúveis em água. A área superficial das contas era de 119 m /g, similar àquela observada com relação a silica coloidal (-140 m2/g). O tamanho médio da conta era de 2,92 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta era de 7,54%, A densidade de massa era de 0,65 g/cm3.

Exemplo 9

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas compósitas de PVA/ Zn(N03)2 com fase interna de 66%. A Tabela 6 mostra a composição da emulsão neste Exemplo.

Tabela 6

Solução aquosa a 5% em peso de PVA: 1,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,30 g

Solução a 20% em peso de Zn(N03) 2,6 H20: 1,0 mm

Ciclo-hexano: 4,0 ml

As contas compósitas porosas inorgânicas/poliméricas foram preparadas pela padronização de emulsão, como descrito nos Exemplos anteriores. Ciclo-hexano foi usado como uma fase interna devido ao seu ponto de fusão elevado (6,5°C). Por causa disto, a emulsão contendo gotículas foi observada congelar mais rapidamente do que as amostras preparadas usando diclorometano. Além disso, o processo de liofilização pode também ser conduzido em temperaturas mais elevadas usando uma unidade de liofilização comercial. A Figura 14 mostra a estrutura interna das contas, que é uma réplica da estrutura da emulsão antes do congelamento. O tamanho médio da conta era de 2,36 mm. O desvio modelo era de 5,61%. A densidade de massa era de 0,159 g/cm3.

Exemplo 10

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PVP com fase interna de 75%. A Tabela 7 mostra a composição da emulsão neste Exemplo. 28

Tabela 7

Solução a 10%) em peso de polivinilpirrolidona: 2,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,30 g

Ciclo-hexano: 6,0 ml

Um outro polímero solúvel em água, polivinilpirrolidona (PVP K12, PM = 3.500 g/mol) foi usado para produzir contas porosas, usando o mesmo processo como delineado nos Exemplos anteriores. A emulsão foi injectada no azoto líquido e depois transferida durante o congelamento para um liofilizador a -60°C. Contas porosas uniformes brancas foram obtidas por este método. 0 diâmetro médio da conta era de 2,64 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta era de 4,10%. A densidade de massa era de 0,061 g/cm3.

Exemplo 11

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas compósitas de PEG/nanopartícula de metal. As contas compósitas de nanopartícula de ouro/poli(etileno glicol) foram preparadas nesta experiência. As nanoparticulas de outro (50 mg) foram dissolvidas em 10 ml de água desionizada. A cor resultante da solução foi vermelha escura. Poli(etileno glicol) (250 mg, PM = 8.000 g/mol) foi depois dissolvido em 4 ml desta solução de nanoparticulas. Esta solução foi injectada directamente no azoto líquido e depois transferida para dentro de um secador por congelamento.

As contas secas recolhidas eram de cor púrpura. Esta cor sugeriu que as nanoparticulas não foram agregadas dentro da estrutura. A Figura 15 mostra uma imagem das contas cor púrpura e ilustra que a cor era consistentemente dispersa através das contas, o que sugeriu que as nanoparticulas de 29 ouro e o poli(etileno glicol) foram também consistentemente misturados através da conta. Uma única conta foi dissolvida em metanol e uma solução vermelha clara resultante foi evaporada numa grade de microscópio electrónico de transmissão (TEM). A Figura 16 mostra um imagem de TEM obtida a partir desta grade, demonstrando que as partículas foram re-dispersadas a partir da conta na solução sem agregação. 0 diâmetro médio da nanopartícula era ao redor de 10 nm. Estas contas compósitas dissolveram-se facilmente em água. O diâmetro médio da conta era de 3,13 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta era de 4,51%. A densidade de massa era de 0,060 g/cm3.

Exemplo 12

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas compósitas de partícula de PVA/sílica com fase interna de 50%. A Tabela 8 mostra a composição da emulsão usada nesta experiência.

Tabela 8

Solução a 5% em peso de PVA: 2,5 ml + 2,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,45 g Sílica coloidal LUDOX: 0,5 ml

Ciclo-hexano: 6,0 ml

Numa solução aquosa de PVA (5% em peso, 2,5 ml), 0,45 g de sulfato de dodecilo sódico e 0,5 ml de solução de sílica coloidal LUDOX (Si02, 50%) foram dissolvidos. A solução resultante tinha a aparência de uma pasta. Mais 2,0 ml da solução de PVA (5% em peso) foram depois adicionados à solução. Nesta solução, ciclo-hexano (6,0 ml) foi emulsionado por agitação para formar uma emulsão branca estável. A emulsão foi injectada no azoto líquido e as contas congeladas transferidas para dentro de um liofilizador. A análise de imagens SEM mostrou que a estrutura de emulsão foi 30 padronizada na conta . As contas dissolveram-se rapidamente em água para libertar as partículas de sílica coloidal. 0 diâmetro médio da conta era 2,58 mm. 0 desvio modelo no diâmetro da conta foi 4,89%. A densidade de massa foi 0,108 g/cm3.

Exemplo 13

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de partículas de sílica com fase interna de 75%. A Tabela 9 mostra a composição da emulsão usada nesta experiência.

Tabela 9 Água desionizada: 2,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%) : 0,30 g Sílica coloidal LUDOX: 0,2 ml

Ciclo-hexano: 7,0 ml

Uma solução de sílica coloidal LUDOX (Si02, 50%) foi adicionada a uma solução de SDS/água. A solução resultante tinha uma aparência azul. Esta solução foi emulsionada com ciclo-hexano, como delineado no Exemplo 12. A emulsão foi injectada no azoto líquido e as contas congeladas transferidas para dentro de um liofilizador. A Figura 17 mostra uma imagem óptica das contas recolhidas. Outra análise mediante o uso de um SEM mostrou que a estrutura de emulsão foi padronizada para formar um material altamente poroso. Estas contas foram também observadas a dissolverem rapidamente em água para libertar a sílica coloidal. O diâmetro médio da conta era de 3,04 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta era de 4,14%. A densidade de massa era de 0,047 g/cm3, O volume de intrusão é 16,03 ml/g.

Exemplo 14 31

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de partículas de PVA/sílica com fase interna de 75%. A Tabela 10 mostra a composição da emulsão usada nesta experiência.

Tabela 10 Água desionizada: 1,5 ml Sílica coloidal LUDOX: 0,2 ml

Solução a 5% em peso de PVA: 0,5 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,30 g

Ciclo-hexano: 7,0 ml

Contas brancas uniformes foram recolhidas. A estrutura de emulsão foi padronizada para formar contas altamente porosas. Observou-se serem insolúveis estas contas em água. O tamanho médio da conta era de 2,50 mm. O desvio modelo no diâmetro da partícula era de 5,21%. A densidade de massa era de 0,078 g/cm3. O volume de intrusão é 9,78 ml/g.

Exemplo 15

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de pva/ Zn(N03)2 com fase interna de 75%. A Tabela 11 mostra a composição da emulsão produzida nesta experiência.

Tabela 11

Solução a 5% em peso de PVA: 1,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,30 g

Solução a 20% em peso de Zn(NC>3)2,6 H20: 1,0 ml

Ciclo-hexano: 7,0 ml A emulsão foi injectada no azoto líquido e as contas congeladas depois transferidas para dentro de um liofilizador.

As contas recolhidas eram brancas e apresentaram uma estrutura interna padronizada da emulsão porosa aberta com muitos poros abertos na superfície da conta. As contas foram observadas se dissolverem facilmente em água. 32 0 diâmetro médio da conta era de 2,15 mm. 0 desvio modelo no diâmetro da conta era de 7,01%. A densidade de massa era de 0,159 g/cm3.

Exemplo 16

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PVA/PAA-Na com fase interna de 80%. A Tabela 12 mostra a composição da emulsão neste Exemplo.

Tabela 12

Solução a 5% em peso de PVA: 1,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,30 g

Solução a 10% em peso de sal sódico de Poli(ácido acrílico) (PM = 5.100 g/mol): 1,0 ml

Ciclo-hexano: 8,0 ml A emulsão foi injectada no azoto liquido e as contas congeladas transferidas para dentro de um liofilizador. As contas recolhidas eram brancas e apresentaram uma estrutura interna padronizada da emulsão porosa aberta com muitos poros abertos na superfície da conta. As contas foram também observadas a dissolverem facilmente em água. O diâmetro médio da conta era de 2,70 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta era de 4,96%. A densidade de massa era de 0,071 g/cm3.

Exemplo 17

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PAA, Na com fase interna de 80%. A Tabela 13 mostra a composição da emulsão neste Exemplo.

Tabela 13

Agua desionizada: 1,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,30 g

Solução a 10% em peso de sal sódico de Poli(ácido acrílico) 1,0 ml (PM = 5.100 g/mol): 33

Ciclo-hexano: 8,0 ml A emulsão foi injectada no azoto líquido e as contas congeladas transferidas para dentro de um liofilizador. As contas recolhidas eram brancas e apresentavam uma estrutura interna padronizada da emulsão porosa aberta com muitos poros abertos na superfície da conta. As contas dissolveram-se facilmente em água. O diâmetro médio da conta era de 2,79 mm. O desvio modelo no diâmetro da conta era de 3,22%. A densidade de massa era de 0,046 g/cm3. O volume de intrusão é 17,24 ml/g. Exemplo 18 (Comparativo)

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PSS sem modelo de emulsão. Uma solução aquosa de poli (sódio-4-estirenossulfonato) (PSS, 20% em peso na água) foi injectada directamente no azoto liquido. As contas foram recolhidas após liofilização. A Figura 18 mostra uma imagem óptica das contas. A estrutura interna das contas é similar àquela das contas de PVA preparadas no Exemplo 3 mas um tanto menos porosa. As contas eram mecanicamente rígidas e dissolveram-se lentamente na água. O diâmetro médio da conta era de 2,74 mm, O desvio modelo no diâmetro da conta era de 4,07%). A densidade de massa era de 0,247 g/cm3.

Exemplo 19

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PSS com fase interna de 80%. A Tabela 14 mostra a composição da emulsão neste Exemplo.

Tabela 14

Agua desionizada: 1,0 ml Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,20 g Solução a 20% em peso de PSS: 1,0 ml Ciclo-hexano: 8,0 ml 34 A emulsão foi preparada de acordo com a Tabela 14. A emulsão foi muito estável e tinha uma aparência amarela muito clara. A emulsão foi injectada no azoto liquido e as contas congeladas foram depois liofilizadas em um liofilizador comercial. Contas uniformes foram recolhidas com uma estrutura

padronizada de emulsão porosa. As contas foram observadas se dissolverem muito facilmente em água. 0 diâmetro médio da conta era de 2,93 mm. 0 desvio modelo era de 6,23%. A densidade de massa era de 0,049 g/cm3. O volume de intrusão é 15,94 ml/g.

Exemplo 20

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas a partir de uma solução de tetraetilortossilicato (TEOS). A Tabela 15 mostra a composição da emulsão neste Exemplo.

Tabela 15 Água desionizada: 1,0 ml Brometo de hexadeciltrimetilomônio: 0,12 g Sol de TEOS: 1,0 ml Ciclo-hexano: 7,0 ml

Uma solução de TEOS foi preparada por um método de sonicação e armazenada em um congelador em cerca de -20°C. Uma quantidade pequena de solução de HC1 foi adicionada durante a preparação da emulsão. A emulsão foi observada de ter uma estabilidade limitada e apenas algumas contas foram preparadas por este método. A estrutura interna das contas após liofilização é mostrada na Figura 19.

Exemplo 21

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas de PVA/Na2Si03 com fase interna de 75%. A Tabela 16 mostra a composição da emulsão produzida neste Exemplo.

Tabela 16 35 35 1,0 ml 0. 20 g 1, 0 ml 1, 0 ml 9, 0 ml

Agua desionizada:

Sulfato de dodecilo sódico (98%): Solução de Na2Si03:

Solução a 5% em peso de PVA: Ciclo-hexano: A solução de Na2Si03 foi usada como recebida da Aldrich. Uma emulsão estável foi preparada de acordo com a receita mostrada na Tabela 16. Quando injectada no azoto liquido, a emulsão contendo goticulas foi congelada muito rapidamente. Após liofilização, contas brancas uniformes foram recolhidas. As estruturas internas e superficiais eram similares aos Exemplos anteriores, embora se observou serem insolúveis as contas em água. O diâmetro médio da conta era de 2,71 mm. O desvio padrão no diâmetro da conta era de 4,67%. A densidade de massa era de 0,104 g/cm3. O volume de intrusão é de 7,09 ml/g.

Exemplo 22

Uma experiência foi conduzida de modo a desenvolver um Processo de Reticulação para as contas porosas de PVA e PEG. A maioria das contas preparadas por este método tinha uma resistência mecânica relativamente baixa e eram altamente solúveis em água. Mediante a reticulação química do polímero, a resistência mecânica pode ser aumentada e os materiais se tornaram insolúveis.

Uma amostra das contas de PVA porosas preparada no Exemplo 1 (0,0815 g) foi adicionada ao tolueno (50 ml). Um reticulador, 2,4-diisocianato de tolileno, foi adicionado (0,7236 g) com um catalisador (trietilamina, 0,0188 g). A solução foi submetida a refluxo a 85°C por 3 dias. As contas de PVA foram recuperadas por filtração, lavadas com tolueno e secadas sob vácuo. As contas reticuladas foram observadas 36 terem resistência mecânica melhorada e também se observou serem insolúveis em água. Tanto a forma esférica quanto a estrutura porosa interna foram mantidas após a reticulação. Os poros abertos na superfície da conta foram também mantidos.

Uma amostra das contas porosas de PEG amarelas, preparada no Exemplo 5 (0,0634 g) foi adicionada ao tolueno (50 ml). Um reticulador, 2,4-diisocianato de tolileno, foi adicionado (0,60 g) com um catalisador (trietilamina, 0,0188 g) . A solução foi submetida a refluxo em 85°C por 3 dias. As contas amarelas foram depois recuperadas por filtração, lavados com tolueno e secados sob vácuo. As contas reticuladas foram observadas terem resistência mecânica melhorada e foram também observadas serem insolúveis em água. Tanto a forma esférica quanto a estrutura porosa interna foram mantidas após a reticulação. Os poros abertos na superfície da conta foram também mantidos.

Exemplo 23

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas compósitas de PVA/PS. A Tabela 17 mostra a composição da emulsão usada nesta experiência.

Tabela 17

Solução a 5% em peso de PVA: 3,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,40 g

Solução de PS/Ciclo-hexano: 3,0 ml

Uma solução de poliestireno (PS, Mw = 30.000 g/mol) foi preparada em ciclo-hexano para dar uma concentração de PS de 13,25% em peso. Esta foi emulsionada com uma solução a 5% em peso de PVA de acordo com a Tabela 17. A emulsão foi injectada no azoto líquido e as contas congeladas foram depois liofilizadas em um liofilizador comercial. Contas secas brancas uniformes foram recolhidas após liofilização. 37 A Figura 20 revela uma micrografia de electrões da estrutura interna das contas compósitas. A'+os liofilização o PS foi depositado a partir da fase ciclo-hexano sob a forma de partículas finas na estrutura porosa de PVA. Constatou-se que as contas se dissolvia rapidamente em água destilada a 25°C. Esta operação libertoui partículas PS precipitadas da matriz PVA para formar um látex PS uniforme, opaco, branco, como se mostra na Firuga 21. Observou-se que este látex era estável sem formar depósito durante pelo menos 24 h. Este é um exemplo de precipitação polimérica dentro da estrutura porosa da conta de PVA seguida de libertação posterior em água para formar um látex estável, do tipo que pode ser utilizado para revestimentos ou outras aplicações idênticas. O látex manteve-se estável ao longo de vários dias mas observou-se a formação de depósito ao fim de muitos dias. Uma quantidade pequena deste látex foi evaporada em um fragmento de alumínio. A Figura 22 mostra uma imagem SEM da película formada a partir deste látex. Foram observadas partículas de poliestireno com tamanho da ordem dos micrómetros com um diâmetro médio de cerca de 2 mm. Fica assim demonstrada uma estrutura hierárquica complexa formada no processo de produção de contas em uma fase.

Exemplo 24

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas compósitas de PVA/poli(DL-lactídeo-co-glicolídeo) (PLGA). A Tabela 18 mostra a composição da emulsão usada nesta experiência

Tabela 18

Solução a 5% em peso de PVA: 3,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%): 0,42 g

Solução de PLGA/C2C12: 3,5 ml 38

Uma solução de poli(DL-lactídeo-co-glicolídeo) (PLGA, 50/50, Birmingham Polymers, Inc.) foi preparada em CH2C12 para dar uma concentração de PLGA de 24,04 % em peso. Esta solução foi depois emulsionada com uma com uma solução a 5% em peso de PVA de acordo com a Tabela 18. A emulsão foi injectada no azoto liquido e as contas secas brancas uniformes foram recolhidas após liofilização.

Os resultados SEM revelam que ocorreu alguma separação de fases no interior das contas. Observou-se que as partículas de PLGA se encontravam incorporadas na matriz de PVA porosa. As contas dissolveram-se rapidamente em água para formar látex PLGA em água que exibia uma estabilidade limitada. Evaporou-se uma pequena quantidade deste látex num pedaço de alumínio. Foram observadas partículas de PLGA com tamanho da ordem dos micrómetros por análise SEM. Assim fica demonstrada a formação de uma estrutura hierárquica complexa formada no processo de produção de contas em uma fase.

Exemplo 25

Uma experiência foi conduzida de modo a produzir contas porosas compósitas de PVA/poli(DL-lactídeo-co-glicolídeo) (PLGA) com um pigmento. A Tabela 19 mostra a composição da emulsão usada nesta experiência Tabela 19

Solução a 5% em peso de PVA: 3,0 ml

Sulfato de dodecilo sódico (98%) : 0,42 g

Solução de PLGA/C2C12: 2,0 ml

Foi preparada uma solução de Disperse Red 1 em CH2C12. Foi adicionado a esta solução poli(DL-lactídeo-co-glicolídeo) (PLGA, 50/50, Birmingham Polymers, Inc.) para produzir uma concentração de 13,40 % em peso. Formou-se uma emulsão com a solução aquosa de PVA como anteriormente e foi congelada para 39 formar contas. Após a liofilização, foram recolhidas contas vermelhas.

Quando se dissolveram as contas em água, observou-se um látex vermelho. Evaporou-se uma pequena quantidade deste látex num pedaço de alumínio. Foram observadas partículas de PLGA com tamanho da ordem dos micrómetros por análise SEM e ficou demonstrada a formação de uma estrutura hierárquica complexa formada no processo de produção de contas em uma fase. A Figura 23, apresenta uma imagem SEM das partículas de látex libertadas das contas por meio de dissolução do PVA.

Claims (15)

1. 40 REFERÊNCIA COTADAS NA DESCRIÇÃO A presente lista de referência citada pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões. Documentos de patente referidos na descrição • US 6048908 A [0002] • US 6100306 A [0002] • US 6218440 B [0002] • US 5723508 A [0003] • US 3932943 A [0004] • US 4848094 A [0004] • US 6277932 B [0005] Literatura não relacionada com patentes referida na descrição • P. Hainey et al. Macromolecules, 1991, vol. 24, 117 [0002] • N. R. Cameron et al. Adv. Polym. Sei., 1996, vol. 126, 163 [0002] • A. Barobtainta et al. Chem Commun., 2000, 221 [0002] • Khang et al. Korea Polymer Journal, 2001, vol. 9, 267 [0003] • Chen et al. Materials. Science & Engineering C, 2001, vol. 17, 63 [0003] • E. Ruckenstein et al. Polymer, 1995, vol. 36, 2857 [0005] • E. Ruckenstein et al. J. Appl. Polym. Sei., 1996, vol. 61, 1949 [0005] 1 REIVINDICAÇÕES 1. Conta polimérica porosa hidrófila, caracterizada por compreender uma rede de célula aberta tridimensional, de um material polimérico solúvel em água, tendo a rede uma estrutura porosa que fornece à conta um volume de intrusão de pelo menos cerca de 3 ml/g. 2. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o volume de intrusão ser de pelo menos cerca de 3,5 ml/g. 3. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o volume de intrusão ser de pelo menos cerca de 4 ml/g. 4. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por o volume de intrusão ser de pelo menos cerca de 4,5 ml/g. 5. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o volume de intrusão ser de pelo menos cerca de 5 ml/g. 6. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por ser formada a partir de uma emulsão • 7. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por a emulsão possuir uma fase interna na gama de cerca de 50% a cerca de 80%.
2. 8. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada por a rede compreender mais do que um tipo de poro distinto.
3. 9. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada por a 2 conta compreender resíduos tensioactivas dispersos em toda a rede.
4. 10. Conta polimérica porosa hidrófila de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizada por um inqrediente ativo ser disposto na rede.
5. 11. População de contas poliméricas porosas hidrófilas de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizada por ter uma distribuição de tamanho substancialmente uniforme.
6. 12. Método para produzir uma população de contas poliméricas hidrófilas porosas de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender as etapas de: a) fornecer uma emulsão compreendendo uma fase aquosa, uma fase orgânica e um material polimérico hidrófilo; b) fornecer um meio fluido a uma temperatura eficaz para o congelamento da emulsão; c) injectar a emulsão no meio fluido para formar gotículas congeladas; d) isolar as goticulas; e e) liofilizar as goticulas para formar contas,
7. 13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por as contas serem quimicamente reticuladas por um agente de reticulação após a liofilização.
8. 14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou reivindicação 13, caracterizado por a emulsão compreender um emulsionante.
9. 15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 14, caracterizado por a emulsão compreender uma fase aquosa continua com o material polimérico hidrófilo dissolvido nela e uma fase orgânica descontinua. 3
10. 16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 15, caracterizado por o material polimérico ser seleccionado de um ou mais do seguinte grupo de polímeros; poli(álcool vinílico), poli(etileno glicol), poli(óxido de etileno), poli(vinil pirrolidona), poli(ácido acrílico), sal sódico de poli(ácido acrílico), poli(acrilamida), poli(sulfonato de estireno sódico), poli(ácido 2-acrilamido-2-metil-l-propanossulfónico) e polissacarídeos.
11. 17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 16, caracterizado por a fase orgânica compreender um solvente seleccionado de um ou mais de; heptano, n-hexano, isooctano, dodecano, decano, tolueno, xileno, ciclo-hexano, óleo mineral, diclorometano, dicloroetano e tetracloroetano.
12. 18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 17, caracterizado por a fase aquosa compreender um ingrediente activo para a incorporação nas contas.
13. 19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 18, caracterizado por a fase orgânica compreender um ingrediente activo hidrofóbico para incorporação nas contas.
14. 20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 19, caracterizado por o meio de congelamento compreender um ingrediente activo para incorporação nas contas.
15. 21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 18 a 20, caracterizado por o ingrediente activo ser seleccionado de um ou mais do seguinte grupo: ingredientes activos farmacêuticos, sais farmacêuticos, enzimas, pigmentos, agentes oxidantes, agentes de limpeza, amaciadores de tecido, agentes de tratamento de roupas, branqueadores, agentes redutores, aromatizantes, fragrâncias, nanopartículas de metal, vitaminas e produtos nutricionais. 1/7

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