WO2024115821A1 - Procédé de fabrication d'une matrice polymère chargée d'actifs au moyen d'un gaz, produit et utilisation associée - Google Patents

Procédé de fabrication d'une matrice polymère chargée d'actifs au moyen d'un gaz, produit et utilisation associée Download PDF

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WO2024115821A1
WO2024115821A1 PCT/FR2023/000180 FR2023000180W WO2024115821A1 WO 2024115821 A1 WO2024115821 A1 WO 2024115821A1 FR 2023000180 W FR2023000180 W FR 2023000180W WO 2024115821 A1 WO2024115821 A1 WO 2024115821A1
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incorporation
matrix
active ingredient
gas
polymer
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PCT/FR2023/000180
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Gabriel DALLOUX
Adrien THEZ
David N'GUYEN
Arnaud Vilbert
Aurélien COURAUD
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Ab7 Sante
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    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/08—Copolymers of ethene

Definitions

  • TITLE Process for manufacturing a polymer matrix loaded with active ingredients using a gas, product and associated use.
  • the present invention relates to the field of polymer matrices loaded with active ingredients and in particular to the processes making it possible to obtain said matrices.
  • the invention relates to a process for manufacturing a polymer matrix loaded with active ingredients using a gas, the use of the latter as well as the product resulting from this process.
  • the process according to the invention aims to produce matrices loaded with active ingredients intended for various applications, in humans or in the veterinary field where plasticsurgical processes are often used for the production of diffusion devices.
  • diffusion devices often take the form of necklaces or bracelets for topical application for antiparasitic or insecticidal purposes and can also allow the diffusion of other active ingredients such as essential oils.
  • Extrusion is a continuous transformation process.
  • the polymer is in the form of granules or powder and is introduced into a heated sheath fitted with an endless screw in the case of a single-screw extruder or two counter-rotating or co-rotating screws in the case of a twin-screw extruder. screw.
  • the material is conveyed, homogenized and plasticized and passes through a die of the desired shape.
  • injection molding is a manufacturing process in which molten material is injected into a mold prepared in advance and then left to cool. As it cools, the material solidifies and then takes the shape of the mold, before being ejected.
  • thermoplastics can be classified into two categories. We distinguish between thermoplastics and thermosets.
  • Thermoplastics comprise linear macromolecular chains made up of monomers, capable of inducing a reversible physical state depending on the heating or cooling of the material. They exist in two forms, an amorphous form or a semi-crystalline form.
  • the amorphous form is characterized by the glass transition temperature (T g ), in fact when the temperature of the thermoplastic polymer is below this temperature, then the latter is more brittle, we then say that it is vitreous.
  • T g glass transition temperature
  • the temperature of the thermoplastic polymer is above the T g , the macromolecular chains are more mobile and the material is in a rubbery state.
  • Thermosets are characterized by a three-dimensional network. We then find polycondensed, polymerized or even crosslinked macromolecular patterns which mean that when the material is in its final form, it is in an irreversible state.
  • the polymers of interest within the meaning of the invention are chosen from thermoplastic polymers.
  • the term “matrix” as an element capable of receiving or being impregnated with a substance and of diffusing it over time.
  • the polymer matrix constitutes, within the meaning of the invention, a reservoir of active ingredient and will be able to release it over a prolonged period.
  • active agent reservoir we mean the polymer matrix loaded with active ingredient, in which the active ingredient is distributed homogeneously during the incorporation process. It should therefore be understood that the invention does not include compartmentalization of the asset within the matrix.
  • thermosensitive active ingredients within a polymer matrix.
  • a process is proposed consisting of heating polymers from 1°C to 5°C above their glass transition temperature in order to incorporate a composition of thermosensitive active ingredients at room temperature.
  • the polymers disclosed are copolymers of ethylene and vinyl acetate (EVA) or polyether block amides (PEBA) and the latter are described as having glass transition temperatures (T g ) of between 20°C and 80° vs.
  • EVA ethylene and vinyl acetate
  • PEBA polyether block amides
  • T g glass transition temperatures
  • PEBA polystyrene-maleic anhydride copolymer
  • this type of polymer gives too much flexibility to the device obtained, is not compatible with the majority of desired uses and its cost is extremely high.
  • FR2901172 does not describe any process involving a gas, nor does it suggest the use of it to assist in the incorporation of active ingredients.
  • US4598006 describes a process for impregnating a thermoplastic polymer using a gas as a volatile blowing agent. However, the process consists of a first step of dissolving an active ingredient in said volatile blowing agent under supercritical conditions or close to these conditions. The thermoplastic of interest is then brought into contact with the volatile blowing agent containing the active ingredient to be incorporated at very high pressures (2500psi or 173 Bar).
  • the volatile blowing agent serves both to dissolve the active and to swell the thermoplastic for incorporation, which is only carried out under supercritical or near-supercritical conditions.
  • This document also only describes a process in which the incorporation into the polymer is carried out simultaneously with its impregnation and under conditions of very high pressure and therefore complex implementation, because it requires particular equipment to generate and support such pressures.
  • the incorporation rates with this type of process remain very low, we find less than 6.5% of active ingredient in the finished product resulting from this process using supercritical CO2 or close to a supercritical state. This process does not offer solutions making it possible to improve the incorporation of active ingredients using a gas under non-supercritical pressure conditions.
  • Their objective is to be able to use a single-step process, using carbon dioxide to produce in situ, a 3D polymer structure by injection of said polymer in the form of an expanded foam.
  • Their objective is to obtain a highly porous structure within which they can incorporate an active ingredient.
  • Their process leads to the desired structure using a pressure of 50 bar and a temperature for gas incorporation of at least 45 degrees. Unlike this prior art and all those which define porous structures obtained by impregnation with a gas, the process of the present invention does not lead to obtaining an expanded foam or any other porous structure.
  • the process according to the present invention carries out the impregnation of the gas in the polymer at a temperature strictly lower than 40 degrees, therefore much lower than the temperature of the prior art, and at a pressure lower than 35 bar.
  • the pressure of 50 bar used according to the prior art requires sophisticated equipment and more drastic safety conditions than in the case of the pressures used according to the present invention.
  • Tests described in Example 12 show scanning microscopy analyzes on the polymer matrix impregnated according to the invention and no porosity is observed. None in the prior art documents suggests the process according to the invention, nor describes the matrix obtained by the process according to the present invention.
  • This document does not describe a process for improving the incorporation of an active ingredient into a polymer by means of a gas, the impregnation of which takes place preferably at 25°C and at a pressure lower than 35 bar, and whose release extends for as long as possible over time.
  • US20210269607 describes a process for incorporating active ingredients into a polymer, limited to polybutylsuccinate (PBS), said process having to provide a structure having pores or cavities in order to be able to carry out the incorporation. Said porous structure is obtained on the one hand by the obligatory presence of an additive modifying the structure of the polymer, on the other hand by a gas impregnation step carried out with CO2 under supercritical conditions (100bar / 40°C) . US20210269607, therefore does not describe the use of a process at non-supercritical temperatures or pressures, nor does it suggest the possibility of incorporating an active ingredient without requiring a structure having pores or cavities.
  • PBS polybutylsuccinate
  • WO2014146864 describes a method of mixing a starch-based product, with a phenolic derivative, a solvent and a buffer and exposing said mixture to a fluid at a sufficiently high, but "subcritical" temperature and pressure to cause a reaction chemical and lead to a product based on modified starch.
  • the fluids used are limited to liquids such as water or any other aqueous ionic liquid.
  • the temperature at which the process takes place is 100°C.
  • WO2014146864 in no way describes the incorporation of a gas within a polymer whose objective is to improve the incorporation of an active ingredient.
  • An aim of the invention is thus to provide a process for incorporating an active ingredient into a polymer matrix by means of a gas which is not in a supercritical fluid state making it possible to improve the maximum incorporation of 'a polymer or to accelerate the incorporation process or to make incorporation possible.
  • the invention also relates to the product obtained by this process and the use of a gas to improve the rate of incorporation of a polymer matrix.
  • the supercritical conditions of a fluid or gas are well known to those skilled in the art and are defined by precise pairs of temperature and pressure. They correspond, particularly for carbon dioxide, to the precise temperature/pressure couple of 31°C/73 Bar, i.e. very high pressure conditions.
  • the applicant has been able to develop a process for impregnating a gas, which is not in a state of supercritical fluid, giving the impregnated matrix improved properties for incorporating active ingredients and maintaining these capacities in the weather. More particularly, the applicant proposes a new process for incorporating an active ingredient in two successive steps: a step of impregnating the polymer matrix using a gas which is not in a supercritical fluid state followed by a step of incorporating the active ingredient into the impregnated polymer matrix.
  • the process according to the invention makes it possible, on the one hand, to obtain a polymer matrix which has a better active ingredient incorporation capacity, and on the other hand, said polymer matrix retains its incorporation capacity even after storage. There is thus an effective and sustainable increase over time in the increase in incorporation capacity thanks to the process according to the invention.
  • the applicant therefore proposes, through the present invention, to respond to the problems of improving the maximum incorporation rate of active ingredients in a polymer matrix, or to accelerate its incorporation, or to make incorporation possible, and this over several types of polymers thanks to a prior step of treating the polymer with a gas in the non-supercritical state.
  • the process for incorporating an active ingredient into a polymer matrix using a gas according to the invention comprises the following successive steps: a) Impregnation of a polymer using a gas in the non-supercritical state, b) Incorporation of assets.
  • successive steps according to the invention we mean that the steps of impregnating the gas a) and incorporating the active ingredient b) are not simultaneous.
  • the incorporation can be carried out either immediately after the gas impregnation step, after a few hours or after several days, or even weeks after said impregnation step.
  • the applicant proposes a new process for incorporating at least one active ingredient within a polymer matrix in two successive steps, comprising a first step of impregnating the matrix with a gas which is not in a state of supercritical fluid, followed by a second step of incorporation of said active ingredient within the impregnated matrix.
  • the notion of succession of the two stages is an important characteristic of the process according to the invention because it presents several advantages. Indeed, surprisingly, the applicant has shown that carrying out the impregnation of the gas and the incorporation of the active ingredient, when carried out simultaneously, did not make it possible to obtain incorporation of the active ingredient within the polymer.
  • the applicant was able to observe that when the impregnation was carried out in the absence of active ingredients, upstream of an incorporation step, this made it possible to obtain an incorporation rate of the matrix higher than traditional processes. Even more surprisingly, the applicant was also able to demonstrate that the use of an impregnation step with a non-supercritical fluid allowed a gain in the incorporability of the polymer, and that this polymer retained its greater capacity to incorporation over time. Indeed, it was observed a lasting effect of the modification generated by the impregnation of the gas on the polymer which makes it possible to shift in time the step of incorporation of the active ingredient from the first step of impregnation of the matrix by the gas, without altering its improved incorporation properties.
  • the process thus advantageously makes it possible to preserve or store the impregnated matrices before subjecting them to incorporation subsequently when necessary.
  • the present invention therefore relates to a process for incorporating an active ingredient into a polymer matrix using a gas which comprises the following successive steps: a) Impregnation of a polymer using a gas in the state non-supercritical, b) Incorporation of the active ingredient, the first impregnation step of which gives the impregnated polymer matrix improved properties for incorporating active ingredients and maintaining these capacities over time.
  • impregnating means the step of impregnating a polymer using a fluid, preferably a gas, in the non-supercritical state; by incorporation, we mean the step of incorporating an active ingredient into the polymer matrix.
  • a fluid preferably a gas
  • incorporation we mean the step of incorporating an active ingredient into the polymer matrix.
  • polymer will refer to the polymers of interest cited above, namely thermoplastics in an undifferentiated manner.
  • the polymers constituting the solid matrix are chosen in particular from non-biodegradable thermoplastic polymers, chosen from the group formed by:
  • Polyolefins and their derivatives chosen from polyethylenes (PE), polypropylenes (PP), copolymers of ethylene and vinyl acetate (EVA), ethylenebutyl acrylates,
  • vinyl polymers such as poly(vinyl chloride (PVC) or styrenics and their derivatives chosen from polystyrene-copolymers poly(ethylene-butylene)-polystyrenes (SEBS), polystyrene-polyisoprene-polystyrene copolymers (SIS), polystyrene-polybutadiene-polystyrene copolymers (SBS).
  • PVC poly(vinyl chloride
  • SEBS poly(ethylene-butylene)-polystyrenes
  • SIS polystyrene-polyisoprene-polystyrene copolymers
  • SBS polystyrene-polybutadiene-polystyrene copolymers
  • thermoplastic elastomers such as thermoplastic polyurethane (TPU), amide block ethers (PEBA), ethylene-propylene-diene (EPDM) or their derivatives (PP/EPDM).
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • PEBA amide block ethers
  • EPDM ethylene-propylene-diene
  • PP/EPDM polypropylene-diene
  • Polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT) or polytrimethylene terephthalate (PTT).
  • the polymer constituting the solid matrix is a biosourced and/or biodegradable thermoplastic polymer which can be:
  • polyester or copolyester chosen from polycaprolactones, polylactides (PLA), polyesteramides, aliphatic and aromatic copolyesters, an agropolymer chosen from polysaccharides, starch and its derivatives, cellulose compounds and their derivatives, derivatives of milk proteins or a mixture of all these polymers.
  • polymers resulting from microbial synthesis such as polyhydroxyalkanoates (PHA), poly( ⁇ -hydroxybutyrate) (PHB) or all their derivatives.
  • the polymers capable of being used as a matrix in the invention are preferably chosen from ethylene vinyl acetate (EVA), polyamides, polyethers block amides (PEBA), polypropylenes (PP) , polyethylenes (PE), thermoplastic polyurethanes (TPU), polyvinyl chlorides (PVC), polystyrenes such as polystyrene-b-polybutadiene-b-polystyrene (SEBS) or polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene (SIS), polyesters, polylactic acids (PLA) or even biodegradable polymers, agropolymers, bioplastics or biosourced thermoplastics, biopolyesters and their derivatives.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PEBA polyamides
  • PP polypropylenes
  • PE polyethylenes
  • TPU thermoplastic polyurethanes
  • PVC polyvinyl chlorides
  • SEBS polysty
  • the active ingredients used for the invention are active ingredients in powder or liquid form.
  • the active ingredients are lipophilic in nature.
  • lipophilic active ingredients we mean that the active ingredients may have been previously solubilized or dispersed in a fatty or oily phase, or that the latter have an affinity with fatty or oily phases.
  • the active ingredients capable of being incorporated within the polymer matrix according to the process of the invention can be chosen from active ingredients known to those skilled in the art such as chemical pharmaceutical active ingredients or active ingredients of natural origin, essential oils , or their mixture.
  • the assets usable according to the invention may have different indications, particularly in the veterinary field, such as insecticides or repellents, antiparasitics, painkillers, sedatives or anti-stress.
  • the pharmaceutical active ingredients can be chosen from active ingredients known to those skilled in the art which can be used in the veterinary field.
  • the insecticidal or repellent pharmaceutical active ingredients can be chosen from vegetable pyrethrum, pyrethroids, pyrethrins and their derivatives, carbamates, formamidines, carboxylic esters, N,N-diethyl-3-methylbenzamide (DEET), icaridin , phenylpyrazoles, organophosphorus compounds, organohalogen compounds, neonicotinoids, avermectins and their derivatives, spinosyns, nootkatone and its derivatives, isoxazolines or their mixture.
  • DEET N,N-diethyl-3-methylbenzamide
  • icaridin phenylpyrazoles, organophosphorus compounds, organohalogen compounds, neonicotinoids, avermectins and their derivatives, spinosyns, nootkatone and its derivatives, isoxazolines or their mixture.
  • Antiparasitics can be chosen from anthelmintics, endectocides, isoxazolines or their mixture. Although having a systemic action against parasites, certain endectocides can also have an insecticidal effect.
  • the painkillers or calming agents can be chosen from active ingredients known to those skilled in the art for these activities, and can in particular be chosen from cannabinoid derivatives devoid of tetrahydrocannabinol (THC), such as for example cannabidiol (CBD). ) devoid of THC or cannabigerol (CBG) devoid of THC or their mixture.
  • THC tetrahydrocannabinol
  • CBD cannabidiol
  • CBG cannabigerol
  • Anti-stress agents can be chosen from cannabinoid derivatives mentioned above, but also from pheromones or essential oils.
  • the essential oils which can be used as an active ingredient according to the present invention, can have multiple indications and properties.
  • essential oil a plant extract concentrated in volatile aromatic compounds such as, but not exclusively, geraniol, limonene, menthol, linalool, citriodiol, citronellal, lactones without prejudice to the presence of other constituents of essential oils or their mixture.
  • the essential oil is preferably chosen from the essential oil of lavandin, lavender, orange, margosa, eucalyptus, lemongrass, lavender, neem, peppermint, spearmint, pennyroyal, field mint, wintergreen, basil, rosemary, cedar, lemongrass, cloves, geranium, thyme or their mixture.
  • the active ingredients cited may be the subject of a mixture within the framework of a particular formulation and that the applicant does not intend to limit itself to only one of these categories. It is also understood that the asset used can also be a mixture of assets and in particular a mixture of the assets previously mentioned.
  • the active ingredients can also be ingredients, of the additive type, which those skilled in the art wish to introduce into the polymer matrix for their activity within the composition.
  • the process according to the invention has the advantage of allowing easier incorporation or in larger proportions of these ingredients.
  • an additive that can be incorporated as an active ingredient according to the invention, we can cite a plasticizer, perfume, perfume carrier, preservative, coloring, anti-oxidant, anti-UV.
  • the applicant has proven that the incorporation of a perfume support on a polymer matrix is improved using the process according to the present invention.
  • the perfume carrier used is monopropylene glycol.
  • the active ingredient comprises at least one essential oil.
  • the active also includes an auxiliary oil.
  • auxiliary oil is meant for example a vegetable oil which can preferentially but not exclusively be chosen from almond oil, linseed oil, rapeseed oil, macadamia oil or even coconut oil. hemp, or CBD, devoid of THC.
  • the active ingredient is a mixture comprising at least one essential oil, an auxiliary oil, optionally with an active ingredient of plant or chemical origin and any other additional active ingredient desired to confer the desired properties to the polymer matrix.
  • the first step of the process according to the invention is thus that of the impregnation of the polymer matrix with a non-supercritical fluid.
  • impregnation as the fact of a polymer being subjected to the pressure of a fluid, under particular pressure and temperature conditions, these conditions allowing it to enter within the polymer network.
  • the non-supercritical fluid is a gas in the non-supercritical state, such as compressed air, carbon dioxide (CO2) or dinitrogen (N2), preferably carbon dioxide (CO2). or dinitrogen (N 2 ) in the non-supercritical state.
  • CO2 carbon dioxide
  • N2 dinitrogen
  • the applicant does not exploit the capacity of these gases in the supercritical state, namely their solvent property, given that this impregnation step according to the present invention does not serve to solubilize the active ingredient.
  • this solvent effect of the supercritical fluid on the active ingredient would only be obtained in a process where the impregnation would be simultaneous with the incorporation but the applicant has noted that the simultaneous impregnation of the incorporation of liquid active ingredients in the matrix did not succeed in solving the problem posed in the present invention.
  • improving the incorporation of the active ingredient into the matrix requires carrying out the impregnation in a step upstream of the incorporation, and in values of temperature and pressure of the gas below those known from the supercritical state.
  • the polymers are placed in a hermetic, pressure-resistant reactor equipped with an opening flange.
  • This opening flange is itself connected to a gas admission valve allowing gas inlets to be managed within the reactor.
  • the entire assembly is then connected to a gas source and includes means for controlling pressure, temperature and evaluating other necessary physico-chemical variables known to those skilled in the art.
  • the polymers used during the impregnation step in the invention are in the form of granules, beads, powders or even any forms known to those skilled in the art suitable for agitation in an incorporation tank. Impregnation according to the process of the invention is not carried out on molded or already formed parts. As such, it is also appropriate to exclude any form of blowing of the material with the gas of the impregnation step, there is therefore no volatile blowing agent and the invention does not have either intended to foam the matrix.
  • the applicant was able to determine that the improvement in the rate of incorporation of the matrix and the modifications caused by the non-supercritical fluid were obtained from a gas pressure used during the impregnation step, equivalent to 5 bar.
  • a pressure range in which the gas makes it possible to increase the maximum incorporation into the matrix could thus be evaluated.
  • the applicant was able to demonstrate that by impregnating the gas in a pressure range between 5 and 50 bar, preferably between 5 and 35 bar, the maximum incorporation of the polymer increased as a function of the pressure. The Applicant has determined that beyond 35 bar, the effect on incorporation seems to reach a plateau and that between 1 bar (atmospheric pressure) and 5 bar, the changes on incorporation are not significant.
  • the pressure ranges that can be used during the impregnation step of the process can be between 5 and 35 bar, preferably between 20 and 35 bar, more preferably at a pressure of 30 bar.
  • This gas filling temperature can be defined as the temperature at which the matrix is placed in the presence of gas in the reactor. It is also understood that the gas or pressurization temperatures are defined as the temperature applied to the entire system formed by the polymer matrix and the gas within the reactor.
  • the applicant was able to demonstrate that the pressurization temperatures had to be relatively low temperatures for a polymer.
  • the temperatures likely to be used during the impregnation step of the process are strictly lower than 50°C, preferably strictly lower than 40°C, preferably between 15 and 35°C, more preferably between 20°C. C and 30°C, the best results being obtained at 25°C. Consequently, surprisingly, the effect of the pressurization temperature on the maximum incorporation rate of the matrix is all the more significant as said temperature is low.
  • the impregnation time can be between 150 min and 5 min respectively.
  • the second step of the process is a step of incorporation of the polymer matrix.
  • impregnation as a pre-treatment step of the matrix before its incorporation.
  • the impregnated matrix is placed in a stirring tank having a heating means known to those skilled in the art.
  • the applicant found that the rate of incorporation of the previously impregnated matrix was always higher than this same unimpregnated matrix, and this independently of the incorporation temperature.
  • the matrix can be defined as an incorporated matrix, or loaded with active ingredients, ready for shaping according to known plastics processing techniques.
  • incorporation temperatures depend on the nature of the polymers, and more particularly on the active-matrix couples, but it is appropriate for the polymers of the invention to work at an incorporation temperature higher than the T g but nevertheless lower than the melting temperature of the polymer. Those skilled in the art will be able to adapt the incorporation temperature to the nature of the polymer matrix and the active ingredient(s) chosen. Taking these parameters into consideration, the best results for active ingredient incorporation within the polymers tested according to the invention were obtained for an incorporation temperature ranging from 30°C to 100°C, preferably from 35°C to 65°C. °C.
  • the use of the step of prior impregnation of the matrix using the gas in the non-supercritical state of the invention makes it possible to improve the maximum incorporation of the matrix independently of the incorporation temperature. There is therefore a possibility of reducing the incorporation temperature for a determined and known incorporation rate using the process according to the invention. On an industrial scale, such a process would then be less costly in energy thanks to the matrices impregnated according to the process of the invention.
  • these difficult matrices can for example belong to the class of polypropylenes (PP) or polyethylenes (PE).
  • the loaded matrix can be subjected to shaping by means known to those skilled in the art in order to form an active object of desired shape ready for use.
  • the polymer matrix can be obtained in the form of granules, said granules can then be subjected to injection on a press or other means of injection or extrusion in order to give the matrix the desired shape.
  • the devices resulting from the charged matrix obtained by the method according to the invention can be used in the form of necklaces, bracelets, harnesses, ear tags or any other form of active diffusion device, preferably for animals.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain such a matrix incorporated in at least one active ingredient in a homogeneous manner.
  • the present invention therefore relates to a process for manufacturing a polymer matrix loaded with at least one lipophilic liquid active ingredient using a gas characterized in that it comprises the following successive steps: a) Impregnation of the polymer with said gas in the non-supercritical state at a temperature strictly below 40°C and at a pressure between 5 and 35 bar; b) Incorporation of the active ingredient at a temperature between 30°C and 100°C.
  • the invention also relates to the process characterized in that the non-supercritical gas of the impregnation step is chosen from carbon dioxide (CO2) or dinitrogen (N2) and in that the step of impregnating the gas is preferably carried out at a temperature between 15°C and 35°C, preferably between 20°C and 30°C, preferably for a period of between 5 min and 150 min.
  • the non-supercritical gas of the impregnation step is chosen from carbon dioxide (CO2) or dinitrogen (N2) and in that the step of impregnating the gas is preferably carried out at a temperature between 15°C and 35°C, preferably between 20°C and 30°C, preferably for a period of between 5 min and 150 min.
  • the invention therefore relates to the process described above, characterized in that the polymer is a thermoplastic, preferably chosen from ethylene-vinyl acetate (EVA), polyamides, polyether block amides (PEBA), polypropylenes (PP), polyethylenes (PE), thermoplastic polyurethanes (TPU), polyvinyl chlorides (PVC), polystyrenes such as polystyrene-b-polybutadiene-b-polystyrene (SEBS) or polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene ( SIS), polyesters, polylactic acids (PLA) or even biodegradable polymers, agropolymers, bioplastics or biosourced thermoplastics, biopolyesters.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • PEBA polyamides
  • PP polyether block amides
  • PE polypropylenes
  • PE polyethylenes
  • TPU thermoplastic polyurethanes
  • the process according to the invention is characterized in that the active ingredient incorporated within the polymer matrix is chosen from chemical pharmaceutical active ingredients, active ingredients of natural origin, essential oils, vegetable oils or their mixture.
  • the invention also relates to the polymer matrix loaded with at least one lipophilic liquid active ingredient obtained according to the process according to the invention characterized in that the rate of incorporation of said active ingredient is increased by at least 15% compared to the incorporation of said active ingredient carried out in said matrix according to a process without an impregnation phase with a gas.
  • the present invention also relates to the use of a gas in the non-supercritical state to impregnate a polymer matrix characterized in that said gas is impregnated at a temperature strictly below 40°C and at a pressure between 5 and 35 bar, to increase the quantity of active ingredient incorporated within said polymer matrix.
  • the gas is chosen from carbon dioxide (CO2) or dinitrogen (N2).
  • non-biodegradable polymers were tested in particular, such as EVA, polyamide, polyethylene, polypropylene, polyester or biodegradable polymers, such as biopolyester or polymer derived from casein.
  • - insecticidal or repellent chemical active ingredients such as pyrethroids, pyrethrins and their derivatives, organophosphorus compounds, in particular icaridin, permethrin, phenotrin, diazinon, insecticidal compounds of plant origin, such as plant pyrethrum, vegetable oils, known to be difficult to incorporate such as Neem oil, sweet almond oil, essential oils such as lavandin oil, peppermint oil or cedar oil, mixtures composed of essential oils, auxiliary oil and/or plant or chemical active ingredients, such as mixtures of linseed oil, vegetable pyrethrum and lavandin essential oil (referred to as Active A in the examples below) , or mixture of sweet almond oil, peppermint essential oil and cedar essential oil (called Active B in the examples below) or mixture of lavandin, geraniol and pyrethrum (called Active C in the examples below) or mixture of icaridin, lavandin essential oil, geraniol, coconut oil (called Active D in
  • perfume carriers such as monopropylene glycol (called Active E in the examples below).
  • FIG 1 shows the result of comparative tests of the process according to the invention with a conventional incorporation process for several active-matrix pairs, as described in Example 2.
  • FIG 2 shows the result of the maximum incorporable active ingredient tests as a function of the impregnation pressure, as described in Example 3
  • FIG 3 shows the comparative test between the process of the invention and a conventional process for active ingredients known to be difficult to incorporate, as described in Example 4.
  • FIG 4 shows the maintenance over time of the incorporation rate of the matrix after impregnation as described in Example 5.
  • FIG 5 shows the study of the influence of CO2 on the maximum incorporation as a function of the incorporation temperature, as described in example 6.
  • FIG 6 shows the maximum incorporation obtained with a biopolyester matrix, with different active ingredients, with or without CO2 treatment, as described in Example 7.
  • FIG 7 shows the maximum incorporation obtained with different insecticidal active ingredients for different polymer matrices, with or without CO2 treatment, as described in Example 8.
  • FIG 8 shows the cumulative quantity of active ingredient A released over time by an EVA matrix obtained by a process with or without CO2 treatment, as described in Example 9.
  • FIG 9 shows the cumulative quantity of active ingredient B released over time by a polyamide matrix obtained by a process with or without CO2 treatment, as described in Example 10.
  • FIG 10 shows the scanning microscopy image of the polymer matrix obtained according to the method of the invention as described in Example 12.
  • FIG 1 1 shows the scanning microscopy image of the polymer matrix without impregnation by gas as described in Example 12.
  • FIG 12 shows the maximum incorporation for an essential oil alone on an EVA matrix with or without CO2 treatment as described in example 13.
  • Example 1 Progress of the process according to the invention on an EVA polymer matrix.
  • EVA granules devoid of active ingredients are placed in an impregnation reactor powered by a CO2 source.
  • the temperature is set at 25°C and the pressure applied to the granules is 30 bar.
  • the granules are then maintained at these conditions for a period of 120 min, before being subjected to the incorporation step.
  • the granules are placed in an incorporation reactor in the presence of the active ingredient at a fixed temperature of 61°C.
  • This reactor is subjected to stirring for an incorporation period of 2h30 at the end of which we then obtain granules loaded with active ingredient, said granules at the end of this step then constitute the loaded or incorporated matrix.
  • Said granules can then be subjected to injection on a press or other means known to those skilled in the art in order to form an active object of desired shape ready for use.
  • Kinetic and dosage studies on a standardized form then make it possible to compare the effects of the process according to the invention on the incorporation of the active ingredient within the matrix.
  • Example 2 Comparative tests of the process according to the invention with a conventional incorporation process for several active-matrix pairs.
  • the incorporation rate was evaluated by a weighing calculation, it corresponds to the ratio between the added asset mass and the sum of the total masses (matrix and asset). It is determined from the embedded matrix.
  • active ingredient A includes linseed oil, vegetable pyrethrum and lavandin essential oil.
  • Active ingredient B includes sweet almond oil, peppermint essential oil and cedarwood essential oil.
  • Active/matrix couple active A, EVA.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/matrix couple active B, Polyamide.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/matrix couple active A, Polyethylene.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/matrix couple active E, biodegradable polymer based on casein.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/matrix couple active A, PEBA. Impregnation parameters: CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/matrix couple active A, Polypropylene.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/matrix couple active A, Polyester.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/matrix couple active A, Polyethylene.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Example 3 Analysis of the impregnation pressure on the maximum incorporation. Several tests were carried out in order to be able to measure the maximum amount of active ingredient that could be incorporated into the impregnated polymer matrix, as a function of the impregnation pressure.
  • the impregnation process is that as described in Example 1, carried out with a gas pressure applied to the granules varying from atmospheric pressure (1 bar), i.e. no pressure applied, at a pressure of 35 bar during phase d. 'impregnation.
  • Fig.2 shows that from a gas impregnation pressure of 5 bar, the maximum incorporation already reaches a value higher than that obtained during the classic process without impregnation step (see table in Figure 1) .
  • the applicant was able to demonstrate that by impregnating the gas in a pressure range between 5 and 35 bar, the maximum incorporation of the polymer increased as a function of the pressure.
  • the Applicant has determined that beyond 35 bar, the effect on incorporation seems to reach a plateau and that between 1 bar (atmospheric pressure) and 5 bar, the changes on incorporation are not significant.
  • the pressure chosen in the other examples of the process according to the invention is preferably set at 30 bar.
  • Example 4 Comparative tests of the process according to the invention with a conventional incorporation process with active ingredients that are difficult to incorporate
  • the active ingredients are chosen from neem oil, Icaridin or sweet almond oil (HAD).
  • HAD sweet almond oil
  • the temperature, pressure and time parameters used are as follows:
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • Active/polymer couple sweet almond oil / EVA
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
  • the quantity of active ingredient incorporated, using the process according to the invention is increased by at least 20% compared to the quantity of active ingredient incorporated using a process without step d.
  • CO2 impregnation Example 5: Maintenance over time of the incorporation rate of the matrix after impregnation according to the process according to the invention
  • the impregnation step is carried out with carbon dioxide (CO2) or nitrogen (N2) at a temperature of 25°C and a pressure of 30 bar.
  • the quantity of active ingredient incorporated is measured. This test is repeated once a week over a period of 4 to 5 weeks, each time taking a new fraction of matrix from the open container serving as storage.
  • the applicant was thus able to demonstrate that once the matrix is impregnated, its incorporation capacities remain unchanged and remain improved compared to a conventional process. Indeed, we can observe a linearity on the different incorporation tests for different active-matrix couples.
  • the impregnated matrices can thus be stored and preserved at the end of this first impregnation step, without incorporated active ingredient, and will maintain improved incorporability over time until at least 30 days after the impregnation step.
  • Example 6 Study of the influence of the CO2 impregnation step as a function of the incorporation temperature.
  • the maximum quantity of active ingredient incorporated was evaluated as a function of temperature and 4 tests were carried out at respective temperatures of 35°C, 40°C, 50°C and 63°C. These 4 tests were carried out on a matrix impregnated with COs and on a non-impregnated matrix in order to study the influence of CO2 on the incorporation of the active ingredient.
  • FIG 5 shows that impregnation of the matrix with CO2 makes it possible to improve the quantity of active ingredient incorporated, whatever the incorporation temperature.
  • the process therefore makes it possible to incorporate numerous active ingredients which are sensitive to heat and/or volatile, without risk of degradation or evaporation.
  • heating at a lower temperature saves time in carrying out the process as a whole. Which is an advantage at the industrial level.
  • Example 7 Study of the process according to the invention on the maximum incorporation of different active ingredients on a biodegradable type polymer.
  • the impregnation conditions are those of Example 2.
  • the incorporation parameters for all the active ingredients tested are: temperature of 70°C, incorporation time 6 hours.
  • the biopolymer used is a biopolyester and the active ingredients tested are active ingredients A, C and D described previously.
  • the applicant sought to demonstrate the effectiveness of the process with different types of chemical pharmaceutical active ingredients on different polymer matrices.
  • the polymers used are of the non-degradable type, namely EVA and a polyamide, and of the biodegradable type, with a biopolyester.
  • the active ingredients tested are different insecticidal or repellent active ingredients such as pyrethroids or organophosphorus molecules.
  • the impregnation conditions are those of example 1.
  • the conditions for incorporation of the assets are as follows:
  • the polymer matrices obtained according to the process of the invention are used for the treatment of a subject in need, by placing said incorporated impregnated polymer matrix in contact with said subject so that it releases and diffuses the incorporated active ingredients over time.
  • Measurements of the cumulative quantity of active ingredient released by the matrix obtained by the process according to the invention were carried out over the time between day 1 (D1) and day 180 (D180), and are compared to those obtained with an incorporated polymer matrix, produced by direct incorporation of active ingredient without an impregnation step.
  • the polymer used here is EVA and the incorporated active ingredient is active ingredient A as defined previously.
  • the matrix produced by direct incorporation without an impregnation step made it possible to incorporate a maximum of 19% of active ingredient A (as described in the table in Figure 1).
  • the matrix obtained made it possible to advantageously incorporate up to 31% of the active ingredient A within the EVA matrix (as described in the table in Figure 1).
  • Figure 8 shows the cumulative quantity of active ingredient released as a function of time, by the two matrices produced.
  • the matrix obtained by the process according to the invention allows from J1 to release a larger quantity than the matrix obtained by the conventional process without a prior impregnation step with gas.
  • the cumulative quantity of active ingredient released remains greater over a long period for the matrix obtained according to the invention. Indeed, after 20 days we see that the matrix obtained by the process according to the invention has released approximately 3700 mg of active ingredient compared to 2000 mg with the conventional process. On D153, the matrix obtained by the process according to the invention released another 6793 mg compared to approximately 4000 mg with the conventional process.
  • the matrix obtained according to the process of the invention therefore not only allows improved incorporation of active ingredient but it allows the release of said active ingredient in larger quantities over a period of up to several months. We do not observe any phenomenon of sequestration of the active by said matrix, the said active is well released. We can therefore conclude that the polymer matrix impregnated and incorporated according to the process according to the invention allows long-term treatment with greater quantities of active ingredients released. Thus the matrix obtained according to the process of the invention makes it possible to obtain a more efficient diffusion device.
  • the polymer matrices obtained according to the process of the invention are used for the treatment of a subject in need, by bringing said incorporated impregnated polymer matrix into contact with said subject so that it releases and diffuses the incorporated active ingredients over time.
  • the matrix produced by direct incorporation without an impregnation step made it possible to incorporate a maximum of 16% of active ingredient B (as described in the table in Figure 1).
  • the matrix obtained made it possible to advantageously incorporate up to 22% of active ingredient B within the polyamide matrix (as described in the table in Figure 1).
  • Figure 9 shows the cumulative quantity of active ingredient released as a function of time, by the two matrices produced.
  • the matrix obtained by the process according to the invention allows from day 1 to release a greater quantity than the matrix obtained by the conventional process without a prior impregnation step with gas.
  • the quantity of active ingredient released remains greater over a long period. Indeed, at 30 days we see that the matrix obtained by the process according to the invention still releases 1450 mg per day compared to around 680 mg with the conventional process.
  • the matrix obtained according to the process of the invention therefore not only allows improved incorporation of active ingredient but it allows the release of said active ingredient in larger quantities over a period of up to several months. We do not observe any phenomenon of sequestration of the active ingredient by the matrix, the said active ingredient is well released. We can therefore conclude that the polymer matrix impregnated and incorporated according to the process according to the invention leads to long-term treatment with greater quantities of active ingredient released. Thus the matrix obtained according to the process of the invention therefore makes it possible to obtain a more efficient diffusion device.
  • Example 11 Comparison of the process according to the invention in 2 successive steps with the one-step process.
  • Example 12 Scanning microscopy analyzes on the polymer matrix obtained according to
  • Example 13 Comparative tests of the process according to the invention with a conventional incorporation process with an EVA polymer and an essential oil.
  • Active/matrix couple Lavandin essential oil, EVA.
  • Impregnation parameters CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.

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Abstract

La présente invention se rapporte au domaine des matrices polymères chargées en actifs et notamment aux procédés permettant d'obtenir lesdites matrices chargées Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'incorporation d'actif dans une matrice polymère au moyen d'un gaz qui comprend les étapes successives suivantes : a) Imprégnation d'un polymère à l'aide d'un gaz à l'état non supercritique, b) Incorporation de l'actif. La présente invention se rapporte au procédé, à la matrice incorporée issue de ce procédé et à l'utilisation du procédé.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de fabrication d’une matrice polymère chargée d’actifs au moyen d’un gaz, produit et utilisation associée.
La présente invention se rapporte au domaine des matrices polymères chargées en actifs et notamment aux procédés permettant d’obtenir lesdites matrices.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une matrice polymère chargée d’actifs au moyen d’un gaz, l’utilisation de ce dernier ainsi que le produit issu de ce procédé.
Le procédé selon l’invention vise à produire des matrices chargées en actifs destinées à diverses applications, chez l’homme ou encore dans le domaine vétérinaire où il est souvent fait appel à des procédés plasturgiques pour la production des dispositifs de diffusion.
Ces dispositifs de diffusion revêtent souvent la forme de colliers ou de bracelets pour une application topique à visée antiparasitaire ou insecticide et peuvent également permettre la diffusion d’autres actifs comme les huiles essentielles.
Au sein des procédés plasturgiques employés pour la création de ces dispositifs de diffusion, on retrouve notamment mais non exclusivement les procédés d’extrusion et d’injection moulage.
L’extrusion est un procédé de transformation en continu. Le polymère est sous forme de granulé ou de poudre et est introduit dans un fourreau chauffé muni d’une vis sans fin dans le cas d’une extrudeuse mono-vis ou de deux vis contrarotatives ou corotatives dans le cas d’une extrudeuse bi-vis. La matière est acheminée, homogénéisée et plastifiée et passe à travers une filière de forme souhaitée.
Généralement, le moulage par injection est un procédé de fabrication dans lequel un matériau fondu est injecté dans un moule préparé à l’avance, puis laissé à refroidir. Au cours de son refroidissement, le matériau se solidifie et prend alors la forme du moule, avant d’être éjecté.
De manière générale, les polymères peuvent être classés selon deux catégories. On distingue les thermoplastiques, les thermodurcissables.
Les thermoplastiques comportent des chaînes macromoléculaires linéaires constituées de monomères, susceptible d’induire un état physique réversible en fonction du chauffage ou du refroidissement de la matière. Ils existent sous deux formes, une forme amorphe ou une forme semi-cristalline. La forme amorphe se caractérise par la température de transition vitreuse (Tg), en effet lorsque la température du polymère thermoplastique est en dessous de cette température, alors ce dernier est plus cassant, on dit alors qu’il est vitreux. A l’inverse, lorsque la température du polymère thermoplastique est au-dessus de la Tg, les chaînes macromoléculaires sont plus mobiles et le matériau est dans un état caoutchoutique.
Concernant la forme semi-cristalline, lorsqu’un tel polymère est chauffé, sa structure va se désorganiser et le matériau devient fluide. Ce phénomène s’appelle la fusion et la température de fusion (Tf) est associée à cet état. Pour les polymères semi-cristallins, des zones cristallines coexistent avec des zones amorphes.
Les thermodurcissables sont quant à eux caractérisés par un réseau tridimensionnel. On retrouve alors des motifs macromoléculaires polycondensés, polymérisés ou encore réticulés qui font que lorsque le matériau est dans sa forme finale, ce dernier est dans un état irréversible.
Les polymères d’intérêt au sens de l’invention sont choisis parmi les polymères thermoplastiques.
Il convient au sens de l’invention de comprendre le terme « matrice » comme un élément susceptible de recevoir ou d’être imprégné d’une substance et de diffuser celle-ci au cours du temps. De ce fait, la matrice polymère constitue au sens de l’invention un réservoir d’actif et va pouvoir le libérer de manière prolongée.
On entend par réservoir d’actif la matrice polymère chargée en actif, dans laquelle l’actif est réparti de manière homogène lors du procédé d’incorporation. Il faut comprendre ainsi que l’invention ne comprend pas de compartimentation de l’actif au sein de la matrice.
On peut définir le terme incorporation au sens de l’invention comme le fait d’incorporer ou de faire entrer un actif liquide ou solide au sein d’une matrice polymère telle que définie ci-dessus.
On peut également associer de manière indifférenciée les termes diffusion, migration, libération ou relargage qui se rapportent à la sortie de l’actif hors de la matrice polymère, de l’intérieur vers l’extérieur de cette dernière. Dans la suite de la demande on emploiera indifféremment les termes matrice, matrice polymérique, matrice polymère, matrice solide, matrice thermoplastique, ou encore polymère pour définir la matrice polymère selon l’invention. ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaît de l’art antérieur, FR2901172, qui décrit un procédé d’incorporation d’actifs au sein d’une matrice polymère. Ce procédé traite du problème de l’incorporation d’actifs thermosensibles au sein d’une matrice polymère. Dans cette optique, il est proposé un procédé consistant à chauffer des polymères de 1 °C à 5°C au-dessus de leur température de transition vitreuse afin d’incorporer une composition d’actifs thermosensibles à température ambiante. Les polymères divulgués sont les copolymères d’éthylène et d’acétate de vinyle (EVA) ou les polyéthers block amides (PEBA) et ces derniers sont décrits comme ayant des températures de transition vitreuse (Tg) comprises entre 20°C et 80°C. Cependant ce procédé ne permet pas d’obtenir des conditions d’incorporations du niveau du procédé selon l’invention. Le test numéro 5 de l’exemple 2 (Fig. 1 ) montre, entre autres, les résultats comparatifs d’incorporation d’actifs entre une matrice en PEBA et EVA, sans imprégnation de CO2 tel que décrit dans l’art antérieur et avec incorporation de CO2 utilisant le procédé décrit selon la présente invention. Les résultats montrent une supériorité du procédé selon l’invention. En effet, les polymères types EVA et PEBA ont des Tgtrès basses et négatives, et il n’est pas possible d’incorporer des actifs efficacement dans les proportions indiquées, en reprenant les étapes du procédé tel que décrit dans l’art antérieur. On peut également rajouter à cela que ce procédé de l’art antérieur n’est pas facilement extensible à d’autres couples matrices-actifs, c’est-à-dire que la reproductibilité de ce procédé d’incorporation sur d’autres polymères ou avec d’autres actifs n’est pas garantie. De plus, l’utilisation des PEBA n’est pas une solution envisageable d’un point de vue industriel, ce type de polymère confère une trop grande souplesse au dispositif obtenu, non compatible avec la majorité des utilisations recherchées et son coût est extrêmement élevé. Il existe également d’autres problématiques inhérentes à l’emploi de ces matrices polymères. On peut citer à ce propos celle de l’efficacité dans le temps du produit. En effet, il convient d’avoir un produit stable et d’efficacité prolongée, qui ne perd pas sa capacité d’incorporation dans le temps et qui puisse relarguer des quantités plus importantes d’actifs sur une durée d’utilisation plus longue. Pour finir, FR2901172 ne décrit aucun procédé mettant en jeu un gaz, ni ne suggère l’utilisation de celui-ci pour aider à l’incorporation des actifs.
De nombreux documents de l’art antérieur décrivent l’utilisation d’un fluide, pour imprégner un polymère mais les conditions de températures et de pression sont celles d’un état supercritique, donc dans des conditions de pression et/ou de températures très élevées. US4598006 décrit un procédé d’imprégnation de polymère thermoplastique via l’utilisation d’un gaz, en tant qu’agent gonflant volatil. Cependant le procédé consiste en une première étape de dissolution d’un actif dans ledit agent gonflant volatil dans des conditions supercritiques ou proches de ces conditions. Le thermoplastique d’intérêt est alors mis en contact avec l’agent gonflant volatil contenant l’actif à incorporer à des pressions très élevées (2500psi soit 173 Bar). L’agent gonflant volatil sert à la fois à dissoudre l’actif et à gonfler le thermoplastique pour l’incorporation, qui est uniquement réalisée dans des conditions supercritiques ou proches de l’état supercritique. Ce document ne décrit en outre qu’un procédé dans lequel l’incorporation au sein du polymère est effectuée en simultanée de son imprégnation et dans des conditions de pression très élevée donc de mise en œuvre complexe, car nécessite un appareillage particulier pour générer et supporter de telles pressions. De plus, tel qu’indiqué dans les exemples, les taux d’incorporation avec ce type de procédé restent très faibles, on retrouve moins de 6,5 % d’actif au sein du produit fini issu de ce procédé utilisant le CO2 supercritique ou proche d’un état supercritique. Ce procédé ne propose pas de solutions permettant d’améliorer l’incorporation d’actifs à l’aide d’un gaz dans des conditions de pression non supercritique.
Concernant l’emploi de gaz sur des polymères, l’art antérieur recense de nombreux documents sur les techniques de moussage ou d’expansion de thermoplastiques dans le but d’alléger le matériau final. Mais ces documents ne concernent pas le domaine de la présente invention ni les problématiques d’incorporation d’actifs qui y sont liées.
En effet, Duarte et al. mentionne dans deux publications (« Subcritical carbon dioxide foaming of polycaprolactone for bone tissue regeneration », The Journal of Supercritical Fluids, Volume 140, October 2018, Pages 1 -10 ; et « PDLLA enriched with ulvan particles as a novel 3D porous scaffold targeted for bone engineering » The Journal of Supercritical Fluids, Volume 65, May 2012, Pages 32-38), l’utilisation d‘un procédé utilisant l’incorporation de CO2 mais dans des domaines très éloignés de la présente invention et pour des objectifs très différents. En effet, Duarte et al. cherchent à réaliser des ossatures/ structure de soutien en 3D de polycaprolactone ou PDLLA/Ulvan dans le domaine de régénération osseuse in situ. Leur objectif est de pouvoir utiliser un procédé en une seule étape, mettant en œuvre le dioxyde de Carbone pour réaliser in situ, une structure en 3D de polymère par injection dudit polymère sous forme d’une mousse expansée. Leur objectif est d’obtenir une structure hautement poreuse au sein de laquelle ils peuvent incorporer un actif. Leur procédé conduit à la structure recherchée en utilisant une pression de 50bar et une température pour l’incorporation du gaz d’au moins 45 degrés. A la différence de cet art antérieur et de tous ceux qui définissent des structures poreuses obtenues par imprégnation d’un gaz, le procédé de la présente invention ne conduit pas à l’obtention d’une mousse expansée ou toute autre structure poreuse. De plus, le procédé selon la présente invention réalise l’imprégnation du gaz dans le polymère à une température strictement inférieure à 40 degrés donc très inférieure à la température de l’art antérieur, et à une pression inférieure à 35 bar. De plus la pression de 50 bar utilisée selon l’art antérieur nécessite un appareillage sophistiqué et des conditions de sécurité plus drastiques que dans le cas des pressions utilisées selon la présente invention. Des tests décrits à l’exemple 12 montrent des analyses de microscopie à balayage sur la matrice polymère imprégnée selon l’invention et aucune porosité n’est observée. Rien dans les documents de l’art antérieur ne suggère le procédé selon l’invention, ni ne décrit la matrice obtenue par le procédé selon la présente invention.
Powel et al. dans sa publication (Chemotherapeutic implants via subcritical CO2 modification, Biomaterials. 2007 Dec;28(36):5562-9) mentionne un procédé d’incorporation d’un traitement de chimiothérapie au sein d’un polymère résorbable en PLA utilisant du CO2 comprimé à 45 bar à une température de 40°C. L'étape d’imprégnation du CO2 dans le polymère nécessite un chauffage à 40°C contrairement au procédé selon l’invention, réalisé préférentiellement à 25°C. De plus l’actif chargé dans le polymère est relargué rapidement en 2 jours. Ce document ne décrit pas de procédé d’amélioration d’incorporation d’un actif au sein d’un polymère au moyen d’un gaz, dont l’imprégnation se déroule préférentiellement à 25°C et à une pression inférieure à 35 bar, et dont le relargage s’étend le plus longtemps possible dans le temps.
US20210269607 décrit un procédé d’incorporation d’actifs au sein d’un polymère, limité au polybutylsuccinate (PBS), ledit procédé devant conférer une structure présentant des pores ou cavités afin de pouvoir réaliser l’incorporation. Ladite structure poreuse est obtenue d’une part par la présence obligatoire d’un additif modifiant la structure du polymère, d’autre part par une étape d’imprégnation du gaz réalisée avec du CO2 dans des conditions supercritiques (100bar / 40°C). US20210269607, ne décrit donc pas l’utilisation d’un procédé à des températures ou pressions non supercritiques, ni ne suggère la possibilité d’incorporation d’actif sans exiger une structure présentant des pores ou cavités.
WO2014146864 décrit un procédé consistant à mélanger un produit à base d’amidon, avec un dérivé phénolique, un solvant et un tampon et à exposer ledit mélange à un fluide à une température et pression suffisamment élevée, mais « sous critique » pour provoquer une réaction chimique et conduire à un produit à base d’amidon modifié. Les fluides utilisés sont limités à des liquides tels que l’eau ou tout autre liquide ionique aqueux. Par ailleurs, la température à laquelle le procédé se déroule est de 100°C. WO2014146864 ne décrit en aucun cas l’incorporation d’un gaz au sein d’un polymère dont l’objectif est l’amélioration de l’incorporation d’un actif. PRESENTATION DE L’INVENTION
Il existe donc un besoin de fournir un procédé, réalisable à des températures et des pressions qui ne correspondent pas à des conditions supercritiques, permettant d’obtenir une augmentation de la quantité d’actif incorporable au sein d’une matrice polymère de manière stable et prolongée qui puisse s’affranchir des inconvénients mentionnés, peu importe la nature de la matrice ou des actifs employés. Il existe également un besoin dans certains cas, d’accélérer le processus d’incorporation d’actifs au sein des matrices. Par ailleurs, dans certains cas, l’incorporation d’actif se révèle impossible, soit par la nature de la matrice polymère, soit par la nature de l’actif. Il existe donc également une nécessité de rendre ladite incorporation réalisable.
On peut définir les termes incorporabilité maximum, maximum d’incorporation, taux d’incorporation maximum, augmentation de la quantité d’actif incorporable dans la matrice, quantité d’actif incorporée augmentée, comme étant équivalents et se rapportant à la capacité d’une matrice selon l’invention à incorporer une certaine proportion de composés actifs. Il faut comprendre à cela une notion de maximum atteignable.
Un but de l’invention est ainsi de fournir un procédé d’incorporation d’un actif dans une matrice polymère au moyen d’un gaz qui n’est pas dans un état de fluide supercritique permettant d’améliorer le maximum d’incorporation d’un polymère ou d’accélérer le processus d’incorporation ou de rendre l’incorporation possible. L’invention a aussi pour objet le produit obtenu par ce procédé et l’utilisation d’un gaz pour améliorer le taux d’incorporation d’une matrice polymère. Les conditions supercritiques d’un fluide ou d’un gaz sont bien connues de l’homme de l’art et sont définis par des couples précis de température et de pression. Elles correspondent, notamment pour le dioxyde de carbone, au couple précis température / pression de 31 °C / 73 Bar, soit des conditions de pression très élevées. Pour l’azote, les conditions supercritiques correspondent à un couple précis température / pression de -147°C / 34 bar, soit des températures extrêmes. Par gaz à l’état non supercritique ou « sous-critique », utilisable selon l’invention, on entend donc un gaz dont les couples de valeurs de température et pression utilisés sont inférieurs, en dessous des seuils desdits couples de valeurs connus de l’homme de l’art définissant leur point critique, en termes de température et/ou de pression.
De plus, l’utilisation d’un gaz à l’état non supercritique est un avantage non négligeable quant à la facilité de réalisation du procédé. En effet, l’industrie reste réticente à l’utilisation de procédé à très haute pression tel qu’utilisé dans des technologies utilisant des gaz dans des conditions supercritiques. Ces procédés requièrent des équipements sophistiqués et souvent onéreux. Par ailleurs ces très hautes pressions restent des paramètres délicats dans la prise en compte de la sécurité des utilisateurs.
La demanderesse a pu mettre au point un procédé d’imprégnation d’un gaz, qui n’est pas dans un état de fluide supercritique, conférant à la matrice imprégnée des propriétés améliorées d’incorporation d’actifs et de maintien de ces capacités dans le temps. Plus particulièrement, la demanderesse propose un nouveau procédé d’incorporation d’actif en deux étapes successives : une étape d’imprégnation de la matrice polymère au moyen d’un gaz qui n’est pas dans un état de fluide supercritique suivi d’une étape d’incorporation de l’actif au sein de la matrice polymère imprégnée.
Le procédé selon l’invention permet d’une part l’obtention d’une matrice polymère qui détient une meilleure capacité d’incorporation d’actif, et d’autre part, ladite matrice polymère conserve sa capacité d’incorporation même après stockage. Il y a ainsi une augmentation effective et durable dans le temps de l’augmentation de la capacité d’incorporation grâce au procédé selon l’invention. La demanderesse propose donc par la présente invention, de répondre à aux problématiques d’amélioration du taux d’incorporation maximum d’actifs dans une matrice polymère, ou d’accélérer son incorporation, ou de rendre l’incorporation possible, et cela sur plusieurs types de polymères grâce à une étape préalable de traitement du polymère avec un gaz à l’état non supercritique.
Le procédé d’incorporation d’actif dans une matrice polymère au moyen d’un gaz selon l’invention comprend les étapes successives suivantes : a) Imprégnation d’un polymère à l’aide d’un gaz à l’état non supercritique, b) Incorporation de l’actif.
Par étapes successives selon l’invention, on entend que les étapes d’imprégnation du gaz a) et de l’incorporation de l’actif b) ne sont pas simultanées. L’incorporation peut être réalisée indifféremment, immédiatement après l’étape d’imprégnation du gaz, après quelques heures ou après plusieurs jours, voire semaines après ladite étape d’imprégnation.
Ainsi la demanderesse propose un nouveau procédé d’incorporation d’au moins un actif au sein d’une matrice polymère en deux étapes successives, comprenant, une première étape d’imprégnation de la matrice avec un gaz qui n’est pas dans un état de fluide supercritique, suivie d’une seconde étape d’incorporation dudit actif au sein de la matrice imprégnée. La notion de successivité des deux étapes est une caractéristique importante du procédé selon l’invention car elle présente plusieurs avantages. En effet, de manière surprenante, la demanderesse a montré que la réalisation de l’imprégnation du gaz et de l’incorporation de l'actif, quand réalisées en simultanée, ne permettaient pas d’obtenir une incorporation de l’actif au sein du polymère. De plus, de manière surprenante, la demanderesse a pu constater que lorsque l’imprégnation était effectuée en l’absence d’actifs, en amont d’une étape d’incorporation, celle-ci permettait d’obtenir un taux d’incorporation de la matrice plus élevé que les procédés classiques. De manière encore plus surprenante, la demanderesse a également pu mettre en évidence que l’emploi d’une étape d’imprégnation avec un fluide non supercritique permettait un gain sur l’incorporabilité du polymère, et que ce polymère gardait sa plus grande capacité d’incorporation dans le temps. En effet, il a été observé un effet durable de la modification engendrée par l’imprégnation du gaz sur le polymère qui permet de décaler dans le temps l’étape d’incorporation de l’actif de la première étape d’imprégnation de la matrice par le gaz, sans en altérer les propriétés d’incorporation améliorées. Le procédé permet ainsi avantageusement de conserver ou de stocker les matrices imprégnées avant de les soumettre à l’incorporation ultérieurement quand nécessaire.
La présente invention, concerne donc un procédé d’incorporation d’actif dans une matrice polymère au moyen d’un gaz qui comprend les étapes successives suivantes : a) Imprégnation d’un polymère à l’aide d’un gaz à l’état non supercritique, b) Incorporation de l’actif, dont la première étape d’imprégnation confère à la matrice polymère imprégnée des propriétés améliorées d’incorporation d’actifs et de maintien de ces capacités dans le temps.
Dans la suite de la présente description, par « imprégnation », on entend l’étape d’imprégnation d’un polymère à l’aide d’un fluide, préférentiellement un gaz, à l’état non supercritique ; par incorporation, on entend l’étape d’incorporation d’un actif au sein de la matrice polymère. Dans la suite de la présente description, il sera entendu que le terme « polymère » se rapportera aux polymères d’intérêts cités précédemment, à savoir les thermoplastiques de manière indifférenciée.
Les polymères constituant la matrice solide sont choisis notamment parmi les polymères thermoplastiques non biodégradables, choisis dans le groupe formé par :
Les polyoléfines et leurs dérivés choisis parmi les polyéthylènes (PE), les polypropylènes (PP), les copolymères d’éthylène et d’acétate de vinyle (EVA), les éthylènebutyl acrylates,
Les polyamides, les copolyamides et leurs dérivés.
Les autres polymères vinyliques tels que le poly (chlorure de vinyl (PVC) ou les styréniques et leurs dérivés choisis parmi les copolymères polystyrène- poly(éthylène-butylène)-polystyrènes (SEBS), les copolymères polystyrène- polyisoprène-polystyrène (SIS), les copolymères polystyrène- polybutadiène- polystyrènes (SBS).
Les autres élastomères thermoplastiques tels que les polyuréthane thermoplastiques (TPU), éthers bloc amides (PEBA), les éthylène -propylène-diène (EPDM) ou leurs dérivés (PP/EPDM).
Les polyesters tels que le polytéréphtélate d’éthylène (PET), polytéréphatlate de butylène (PBT) ou le polytéréphtalate de triméthylène (PTT).
Alternativement, le polymère constituant la matrice solide est un polymère thermoplastique biosourcé et/ou biodégradable qui peut être :
- un polyester ou copolyester, choisi parmi les polycaprolactones, les polylactides (PLA), les polyesteramides, les copolyesters aliphatiques et aromatiques, un agropolymère choisi parmi les polysaccharides, l’amidon et ses dérivés, les composés cellulosiques et leurs dérivés, les dérivés des protéines de lait ou un mélange de tous ces polymères. les polymères issus d’une synthèse microbienne tels que les polyhydroxyalcanoates (PHA), le poly(β-hydroxybutyrate) (PHB) ou tous leurs dérivés.
Dans une variante préférée, les polymères susceptibles d’être utilisés en tant que matrice dans l’invention sont préférentiellement choisis parmi les éthylène-acétate de vinyle (EVA), les polyamides, les polyéthers bloc amides (PEBA), les polypropylènes (PP), les polyéthylènes (PE), les polyuréthanes thermoplastiques (TPU), les polychlorures de vinyles (PVC), les polystyrènes tels que les polystyrène-b-polybutadiène-b-polystyrène (SEBS) ou les polystyrène-b-polyisoprène-b-polystyrène (SIS), les polyesters, les acides polylactiques (PLA) ou encore les polymères biodégradables, les agropolymères, les bioplastiques ou les thermoplastiques biosourcés, les biopolyesters et leurs dérivés.
Les actifs utilisés pour l’invention sont des actifs sous forme de poudre ou liquides. De manière préférentielle, les actifs sont de nature lipophile.
Par actifs lipophiles, on entend que les actifs puissent avoir été préalablement solubilisés ou dispersés dans une phase grasse ou huileuse, ou encore que ces derniers aient une affinité avec les phases grasses ou huileuses.
Les actifs susceptibles d’être incorporés au sein de la matrice polymère selon le procédé de l’invention peuvent être choisis parmi des actifs connus de l’homme du métier tels que des actifs pharmaceutiques chimique ou des actifs d’origine naturelle, des huiles essentielles, ou leur mélange. Les actifs utilisables selon l’invention peuvent avoir différentes indications notamment dans le domaine vétérinaire, tels des insecticides ou répulsifs, des antiparasitaires, des anti-douleurs, des calmants ou anti-stress.
Les actifs pharmaceutiques peuvent être choisis parmi les actifs connus de l’homme du métier utilisable dans le domaine vétérinaire.
Les actifs pharmaceutiques insecticides ou répulsifs peuvent être choisis parmi le pyrèthre végétal, les pyréthrinoïdes, les pyréthrines et leurs dérivés, les carbamates, les formamidines, les esters carboxyliques, le N,N-diéthyl-3-méthylbenzamide (DEET), l’icaridine, les phénylpyrazoles, les composés organophosphorés, les composés organohalogénés, les néonicotinoïdes, les avermectines et leurs dérivés, les spinosynes, la nootkatone et ses dérivés, les isoxazolines ou leur mélange.
Les antiparasitaires peuvent être choisis parmi les anthelmintiques, les endectocides, les isoxazolines ou leur mélange. Bien qu’ayant une action systémique contre les parasites, certains endectocides peuvent également avoir un effet insecticide.
Les anti-douleurs ou calmants peuvent être choisis parmi les actifs connus de l’homme de l’art pour ces activités, et peuvent être notamment choisis parmi les dérivés de type cannabinoïdes dépourvus de tétrahydrocannabinol (THC), comme par exemple le cannabidiol (CBD) dépourvu de THC ou le cannabigérol (CBG) dépourvu de THC ou leur mélange.
Les anti-stress peuvent être choisis parmi des dérivés de cannabinoides cités précédemment, mais aussi des phéromones ou huiles essentielles.
Les huiles essentielles, utilisables en tant qu’actif selon la présente invention peuvent présenter de multiples indications et propriétés.
On entend par huile essentielle un extrait végétal concentré en composés aromatiques volatils tels que, mais non exclusivement, le géraniol, le limonène, le menthol, le linalol, le citriodiol, le citronellal, les lactones sans préjudice de la présence d’autres constituants d’huiles essentielles ou leur mélange.
L’huile essentielle est préférentiellement choisie parmi l’huile essentielle de lavandin, de lavande, d’orange, de margosa, d’eucalyptus, de citronnelle, de lavande, de margousier, de menthe poivrée, de menthe verte, de menthe pouliot, de menthe des champs, de gaulthérie, de basilic, de romarin, de cèdre, de citronnelle, de clou de girofle, de géranium, de thym ou de leur mélange.
Il est entendu au sens de la présente demande que les actifs cités peuvent faire l’objet d’un mélange dans le cadre de formulation particulière et que la demanderesse n’entend pas se limiter qu’à une seule de ces catégories. Il est également entendu que l’actif utilisé peut également être un mélange d’actifs et notamment un mélange des actifs précédemment mentionnés.
Il est entendu au sens de la présente demande que les actifs peuvent également être des ingrédients, de type additif, que l’homme de l’art souhaite introduire dans la matrice polymère pour leur activité au sein de la composition. La demanderesse a démontré que le procédé selon l’invention présente l’avantage de permettre une incorporation facilitée ou en plus grande proportion de ces ingrédients. Ainsi, à titre d’exemple non limitatif d’additif incorporable à titre d’actif selon l’invention, on peut citer un plastifiant, parfum, support de parfum, conservateur, colorant, anti oxydant, anti-UV. A titre d’exemple préférentiel, la demanderesse a prouvé que l’incorporation d’un support de parfum sur une matrice polymère est améliorée en utilisant le procédé selon la présente invention. Dans un cas particulier selon l’invention le support de parfum utilisé est le monopropylène glycol.
Dans un mode de réalisation, l’actif comprend au moins une huile essentielle.
Dans un autre mode de réalisation, l’actif comprend également une huile auxiliaire. Par huile auxiliaire, on entend par exemple une huile végétale qui peut préférentiellement mais non exclusivement être choisie parmi l’huile d’amande, l’huile de lin, l’huile de colza, l’huile de macadamia ou encore l’huile de chanvre, ou de CBD, dépourvue de THC.
Dans une variante de réalisation, l’actif est un mélange comprenant au moins une huile essentielle, une huile auxiliaire, optionnellement avec un actif d’origine végétale ou chimique et tout autre actif supplémentaire souhaité pour conférer les propriétés recherchées à la matrice polymère.
ETAPE D’IMPREGNATION
La première étape du procédé selon l’invention est ainsi celle de l’imprégnation de la matrice polymère avec un fluide non supercritique.
On peut définir l’imprégnation comme le fait pour un polymère d’être soumis à la pression d’un fluide, dans des conditions de pression et de température particulières, ces conditions lui permettant de rentrer au sein du réseau polymère.
Dans un mode de réalisation, le fluide non supercritique est un gaz à l’état non- supercritique, tel de l’air comprimé, du dioxyde de carbone (CO2) ou du diazote (N2), préférentiellement du dioxyde de carbone (CO2) ou du diazote (N2) à l’état non- supercritique. En effet, la demanderesse n’exploite pas la capacité de ces gaz à l’état supercritique, à savoir leur propriété de solvant, étant donné que cette étape d’imprégnation selon la présente invention ne sert pas à solubiliser l’actif. De plus, cet effet solvant du fluide supercritique sur l’actif ne serait obtenu que dans un procédé où l’imprégnation serait simultanée à l’incorporation or la demanderesse a constaté que l’imprégnation en simultanée de l’incorporation d’actifs liquide dans la matrice ne parvenait pas à résoudre le problème posé dans la présente invention. Dans le procédé selon l’invention, l’amélioration de l’incorporation de l’actif dans la matrice nécessite d’effectuer l’imprégnation dans une étape en amont de l’incorporation, et dans des valeurs de température et de pression du gaz en dessous de celles connues de l’état supercritique.
Au cours de cette étape d’imprégnation, les polymères sont placés dans un réacteur hermétique et résistant à la pression équipé d’une bride d’ouverture. Cette bride d’ouverture est elle-même connectée à une soupape d’admission de gaz permettant de gérer les entrées de gaz au sein du réacteur. L’ensemble du montage est alors relié à une source de gaz et comporte les moyens de contrôles de pression, de température et d’évaluation d’autres variables physico-chimiques nécessaire connues de l’homme du métier.
Les polymères utilisés au cours de l’étape d’imprégnation dans l’invention sont sous forme de granulés, de billes, de poudres ou encore toutes formes connues de l’homme du métier propice à une agitation dans une cuve à incorporation. L’imprégnation selon le procédé de l’invention ne se fait pas sur des pièces moulées ou déjà formées. A ce titre, il convient également d’exclure toute forme de soufflage de la matière avec le gaz de l’étape d’imprégnation, il n’y a donc pas d’agent gonflant volatil et l’invention n’a pas non plus pour but de faire mousser la matrice.
Une fois le polymère mis en place dans le réacteur, il s’agit alors de mettre sous pression ce dernier. L’étape d’imprégnation se déroule ainsi en présence d’un gaz sous pression.
La demanderesse a pu déterminer que l’amélioration du taux d’incorporation de la matrice et les modifications engendrées par le fluide non-supercritique étaient obtenues à partir d’une pression de gaz utilisée lors de l’étape d’imprégnation, équivalente à 5 bar.
Une gamme de pression dans laquelle le gaz permet d’augmenter le maximum d’incorporation dans la matrice a ainsi pu être évaluée. De manière inattendue, la demanderesse a pu mettre en évidence qu’en exerçant une imprégnation du gaz dans une gamme de pression comprise entre 5 et 50 bar, préférentiellement entre 5 et 35 bar, le maximum d’incorporation du polymère augmentait en fonction de la pression. La demanderesse a déterminé qu’au-delà de 35 bar, l’effet sur l’incorporation semble atteindre un plateau et qu’entre 1 bar (pression atmosphérique) et 5 bar, les changements sur l’incorporation ne sont pas significatifs. Dans un mode de réalisation, les plages de pression susceptibles d’être utilisées lors de l’étape d’imprégnation du procédé peuvent être comprises entre 5 et 35 bar, préférentiellement entre 20 et 35 bar, plus préférentiellement à la pression de 30 bar.
Un autre facteur important de l’étape d’imprégnation à combiner avec la pression est celui de la température. En effet, la demanderesse a pu montrer que le maximum d’incorporation obtenu pour une même matrice à la même pression pouvait varier en fonction de la température de mise sous gaz. Cette température de mise sous gaz peut se définir comme la température à laquelle on place la matrice en présence de gaz dans le réacteur. On entend par ailleurs que les températures de mises sous gaz ou de mises sous pression se définissent comme la température appliquée à l’ensemble du système formé par la matrice polymère et le gaz au sein du réacteur.
Dans le cadre des polymères et des thermoplastiques de l’invention, on pourrait penser que plus la température est élevée plus le réseau polymère aurait tendance à se détendre et à laisser plus d’espaces ou de cavitations. Les espaces ainsi créés pourraient alors permettre une meilleure incorporation à la suite de l’étape d’imprégnation.
Or, de manière surprenante, dans le procédé selon l’invention, la demanderesse a pu démontrer que les températures de mises en pression devaient être des températures relativement basses pour un polymère. En effet, les températures susceptibles d’être employées lors de l’étape d’imprégnation du procédé sont strictement inférieures à 50 °C, préférentiellement strictement inférieures à 40 °C, préférentiellement comprises entre 15 et 35°C, plus préférentiellement entre 20°C et 30°C, les meilleurs résultats étant obtenus à 25°C. Par conséquent, de façon surprenante, l’effet de la température de mise sous pression sur le taux d’incorporation maximum de la matrice est d’autant plus conséquent que ladite température est basse.
En ce qui concerne la durée d’imprégnation, nonobstant le temps nécessaire pour la montée en pression du système, cette dernière est fonction inverse de la pression appliquée. En effet, plus la pression appliquée au système sera forte, plus le temps d’imprégnation du polymère avec le fluide non-supercritique sera court et réciproquement.
Pour une plage de pression comprise entre 5 et 35 bar, le temps d’imprégnation peut être compris respectivement entre 150 min et 5 min.
ETAPE D’INCORPORATION
La deuxième étape du procédé est une étape d’incorporation de la matrice polymère. On peut alors considérer l’imprégnation comme une étape de pré-traitement de la matrice avant son incorporation. Lors de l’étape d’incorporation, la matrice imprégnée est disposée dans une cuve agitante disposant d’un moyen de chauffe connu de l’homme du métier. De manière surprenante, la demanderesse a constaté que le taux d’incorporation de la matrice préalablement imprégnée était toujours plus élevé que cette même matrice non imprégnée, et cela indépendamment de la température d’incorporation.
A la fin de cette étape d’incorporation, la matrice peut être définie comme une matrice incorporée, ou chargée en actifs, prête à une mise en forme selon des techniques connues de la plasturgie.
Les températures d’incorporation sont dépendantes de la nature des polymères, et plus particulièrement des couples actifs-matrices, mais il convient pour les polymères de l’invention de travailler à une température d’incorporation supérieure à la Tg mais néanmoins inférieure à la température de fusion du polymère. L’homme de l’art saura adapter la température d’incorporation à la nature de la matrice polymère et du ou des actifs choisis. Prenant en considération ces paramètres, les meilleurs résultats d’incorporation d’actif au sein des polymères testés selon l’invention ont été obtenus pour une température d’incorporation allant de 30°C à 100°C, préférentiellement de 35°C à 65°C.
On retrouve ainsi un état de transition à l’échelle moléculaire où la partie amorphe des polymères est fluidifiée, c’est-à-dire que les chaînes qui constituent le réseau polymère sont plus mobiles lorsque cette température est atteinte.
Dans ces gammes de température, l’utilisation de l’étape d’imprégnation préalable de la matrice au moyen du gaz à l’état non-supercritique de l’invention, permet d’améliorer le maximum d’incorporation de la matrice indépendamment de la température d’incorporation. Il y a donc une possibilité de diminuer la température d’incorporation pour un taux d’incorporation déterminé et connu en utilisant le procédé selon l’invention. A l’échelle industrielle, un tel procédé serait alors moins coûteux en énergie grâce aux matrices imprégnées selon le procédé de l’invention.
Outre les effets améliorant le maximum d’incorporation d’un polymère donné, la demanderesse a pu mettre en évidence que l’imprégnation permettait également de diminuer la durée de l’étape d’incorporation par rapport à un procédé de chargement classiquement utilisé et que cet effet était d’autant plus remarqué sur l’EVA. Ainsi le procédé employé est plus rapide donc moins coûteux et plus efficace pour incorporer les actifs.
D’autre part, à durée d’incorporation similaire pour un polymère donné, le procédé de la demanderesse montre toujours une augmentation du maximum du taux d’incorporation par rapport à un procédé classique et cela même sur les matrices décrites comme difficilement incorporable, ou avec des actifs connus pour être difficiles à incorporer. Sans être exhaustif, ces matrices difficiles peuvent par exemple appartenir à la classe des polypropylènes (PP) ou des polyéthylènes (PE).
La demanderesse a ainsi pu mettre au point un procédé de fabrication d’une matrice polymère chargée en actif, ledit procédé comprenant une étape d’imprégnation préalable à une étape d’incorporation dudit actif. Ladite matrice chargée, obtenue en fin de procédé, bénéficie ainsi d’un meilleur taux d’incorporation de l’actif par rapport aux procédés classiquement utilisés dans ce domaine. Par meilleur taux d’incorporation, on entend un taux d’incorporation des actifs augmenté d’au moins 15 % et pouvant atteindre 100% en fonction de la nature des polymères et des actifs.
A l’issu du procédé selon l’invention, la matrice chargée peut être soumise à une mise en forme par des moyens connus de l’homme du métier afin de former un objet actif de forme désirée prêt à l’emploi. Ainsi la matrice polymère peut être obtenue sous forme de granulés, lesdits granulés pouvant alors être soumis à une injection sur presse ou autres moyens d’injection ou d’extrusion afin de conférer à la matrice la forme souhaitée. De façon non limitative, les dispositifs issus de la matrice chargée obtenue par le procédé selon l’invention peuvent être utilisés sous forme de colliers, bracelets, harnais, étiquette d’oreilles ou toute autre forme de dispositif de diffusion d’actif, préférentiellement pour animaux. Pour réaliser ces dispositifs de diffusions, tels que les colliers par exemple, il est nécessaire d’obtenir une matrice polymère homogène afin d’assurer au mieux la diffusion et la bonne répartition de l’actif au sein de celle-ci. Le procédé selon l’invention permet l’obtention d’une telle matrice incorporée d’au moins un actif de façon homogène.
La présente invention concerne donc un procédé de fabrication d’une matrice polymère chargée d’au moins un actif liquide lipophile à l’aide d’un gaz caractérisé en qu’il comprend les étapes successives suivantes : a) Imprégnation du polymère avec ledit gaz à l’état non-supercritique à une température strictement inférieure à 40°C et à une pression comprise entre 5 et 35 bar ; b) Incorporation de l’actif à une température comprise entre 30°C et 100°C.
L’invention concerne également le procédé caractérisé en que le gaz non- supercritique de l’étape d’imprégnation est choisi parmi le dioxyde de carbone (CO2) ou le diazote (N2) et en ce que l’étape d’imprégnation du gaz s’effectue préférentiellement à une température comprise entre 15°C et 35°C, préférentiellement entre 20°C et 30°C, préférentiellement pendant une durée comprise entre 5 min et 150 min.
L’invention concerne donc le procédé décrit précédemment caractérisé en que le polymère est un thermoplastique, préférentiellement choisis parmi les éthylène-acétate de vinyle (EVA), les polyamides, les polyéthers bloc amides (PEBA), les polypropylènes (PP), les polyéthylènes (PE), les polyuréthanes thermoplastiques (TPU), les polychlorures de vinyles (PVC), les polystyrènes tels que les polystyrène-b-polybutadiène-b-polystyrène (SEBS) ou les polystyrène-b-polyisoprène-b-polystyrène (SIS), les polyesters, les acides polylactiques (PLA) ou encore les polymères biodégradables, les agropolymères, les bioplastiques ou les thermoplastiques biosourcés, les biopolyesters.
Le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que l’actif incorporé au sein de la matrice polymère est choisi parmi des actifs pharmaceutiques chimiques, des actifs d’origine naturelle, des huiles essentielles, des huiles végétales ou leur mélange.
Dans un autre mode, l’invention concerne également la matrice polymère chargée d’au moins un actif liquide lipophile obtenue selon le procédé selon l’invention caractérisée en ce que le taux d’incorporation dudit actif est augmenté d’au moins 15% comparé à l’incorporation dudit actif réalisée dans ladite matrice selon un procédé sans phase d’imprégnation avec un gaz.
La présente invention concerne également l’utilisation d’un gaz à l’état non- supercritique pour imprégner une matrice polymère caractérisé en ce que ledit gaz est imprégné à une température strictement inférieure à 40°C et à une pression comprise entre 5 et 35 bar, pour augmenter la quantité d’actif incorporé au sein de ladite matrice polymère. Préférentiellement le gaz est choisi parmi le dioxyde de carbone (CO2) ou le diazote (N2).
Le procédé de l’invention sera mieux compris à travers les exemples non limitatifs et les figures ci-après.
Les exemples décrits ci-après permettent de confirmer l’avantage du procédé selon l’invention sur une gamme de polymère et d’actif différents.
En termes de polymère, ont notamment été testés des polymères, non biodégradables, tels l’EVA, polyamide, polyéthylène, polypropyléne, polyester ou des polymères biodégradables, tel que des biopolyester ou polymère dérivé de caséine.
Différents types d’actifs ont également été testés, notamment :
- des actifs chimiques insecticides ou répulsifs, tels les pyréthrinoïdes, les pyréthrines et leurs dérivés, les composés organophosphorés, notamment l’icaridine, la perméthrine, la phénotrine, le diazinon, des composés insecticides d’origine végétale, tel le pyrèthre végétal, des huiles végétales, connues pour être difficilement incorporables comme l’huile de Neem, l’huile d’amande douce, des huiles essentielles telles l’huile de lavandin, l’huile de menthe poivrée ou l’huile de cèdre, des mélanges composés d’huiles essentielles, d’huile auxiliaire et/ou actifs végétaux ou chimiques, tels des mélanges d’huile de lin, de pyrèthre végétal et d’huile essentielle de lavandin (dénommé Actif A dans les exemples ci-après), ou mélange d’huile d’amande douce, d’huile essentielle de menthe poivrée et d’huile essentielle de cèdre (dénommé Actif B dans les exemples ci-après) ou mélange de lavandin, de géraniol et de pyrèthre (dénommé Actif C dans les exemples ci-après) ou mélange d’icaridine, d’huile essentielle de lavandin, de géraniol, d’huile de coprah (dénommé Actif D dans les exemples ci-après)
- des additifs tels que des supports de parfum, comme le monopropylène glycol (dénommé Actif E dans les exemples ci-après).
FIGURES
[Fig 1] montre le résultat des essais comparatifs du procédé selon l’invention avec un procédé d’incorporation classique pour plusieurs couples actifs-matrices, tel que décrits à l’exemple 2.
[Fig 2] montre le résultat des essais du maximum d’actif incorporable en fonction de la pression d’imprégnation, tel que décrits à l’exemple 3
[Fig 3] montre le test comparatif entre le procédé de l’invention et un procédé classique pour des actifs réputés difficiles à incorporer, tel que décrit à l’exemple 4.
[Fig 4] montre le maintien dans le temps du taux d’incorporation de la matrice après imprégnation tel que décrit à l’exemple 5.
[Fig 5] montre l’étude de l’influence du CO2 sur le maximum d’incorporation en fonction de la température d’incorporation, tel que décrit à l’exemple 6.
[Fig 6] montre le maximum d’incorporation obtenu avec une matrice en biopolyester, avec différents actifs, avec ou sans traitement au CO2, tel que décrit à l’exemple 7.
[Fig 7] montre le maximum d’incorporation obtenu avec différents actifs insecticides pour différentes matrices polymères, avec ou sans traitement au CO2, tel que décrit à l’exemple 8.
[Fig 8] montre la quantité cumulée d’actif A relargué au cours du temps par une matrice en EVA obtenue par un procédé avec ou sans traitement au CO2, tel que décrit à l’exemple 9.
[Fig 9] montre la quantité cumulée d’actif B relargué au cours du temps par une matrice en polyamide obtenue par un procédé avec ou sans traitement au CO2, tel que décrit à l’exemple 10. [Fig 10] montre l’image en microscopie à balayage de la matrice polymère obtenue selon le procédé de l’invention tel que décrit à l’exemple 12.
[Fig 1 1] montre l’image en microscopie à balayage de la matrice polymère sans imprégnation par le gaz tel que décrit à l’exemple 12.
[Fig 12] montre le maximum incorporable pour un huile essentielle seule sur une matrice EVA avec ou sans traitement au CO2 tel que décrit à l’exemple 13.
Exemple 1 : Déroulement du procédé selon l’invention sur une matrice polymère en EVA.
Imprégnation de la matrice :
Des granulés d’EVA dépourvus d’actifs sont disposés dans un réacteur d’imprégnation alimenté par une source de CO2. Afin de maintenir ce gaz à l’état non supercritique, la température est fixée à 25°C et la pression appliquée aux granulés est de 30 bar. Les granulés sont alors maintenus à ces conditions pour une durée de 120 min, avant d’être soumis à l’étape d’incorporation.
Incorporation de la matrice :
Les granulés d’EVA désormais imprégnés sont alors incorporés avec l’actif.
Pour ce faire, les granulés sont disposés dans un réacteur d’incorporation en présence de l’actif à une température fixe de 61 °C. Ce réacteur est soumis à agitation pour une durée d’incorporation de 2h30 à la fin de laquelle on obtient alors des granulés chargés en actif, lesdits granulés à la fin de cette étape constituent alors la matrice chargée ou incorporée.
Lesdits granulés peuvent alors être soumis à une injection sur presse ou d’autres moyens connus de l’homme du métier afin de former un objet actif de forme désirée prêt à l’emploi. Des études cinétiques et de dosage sur une forme standardisée permettent alors de pouvoir comparer les effets du procédé selon l’invention sur l’incorporation de l’actif au sein de la matrice.
Le procédé ici décrit est repris dans les différents cas testés par la demanderesse qui aura adapté les températures à la nature des polymères et actifs utilisés.
Exemple 2 : Essais comparatif du procédé selon l’invention avec un procédé d’incorporation classique pour plusieurs couples actifs-matrices.
Plusieurs essais ont été menés afin de pouvoir comparer le taux d’incorporation de l’actif au sein de la matrice. Le taux d’incorporation a été évalué par un calcul de pesée, il correspond au ratio entre la masse d’actif ajoutée et la somme des masses totales (matrice et actif). Il est déterminé à partir de la matrice incorporée.
Plusieurs couples actifs-matrices ont été étudiés. Les essais de la demanderesse ont été comparés avec un procédé d’incorporation classique. Ce procédé d’incorporation classique ne comporte que l’étape d’incorporation et ne comporte pas d’étape d’imprégnation. En d’autres termes, les essais d’incorporation classiques reprennent uniquement mais entièrement les conditions de l’étape d’incorporation du procédé selon l’invention.
Il est bien entendu que ces conditions peuvent varier selon la nature du couple actif- matrice et que la demanderesse a su adapter ceux-ci.
Les essais ont été effectués pour différents polymères, avec un mélange d’actif A ou B qui sont des mélanges d’actifs de compositions différentes.
Pour rappel, l’actif A comprend de l’huile de lin, du pyrèthre végétal et de l’huile essentielle de lavandin. L’actif B comprend de l’huile d’amande douce, de l’huile essentielle de menthe poivrée et de l’huile essentielle de cèdre.
Les essais reprennent le même protocole que l’exemple 1 , seuls les paramètres d’incorporation peuvent changer en fonction de la nature du couple actif-matrice.
Test 1 :
Couple actif/matrice : actif A, EVA.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 61 °C, 2h30min.
Test 2 :
Couple actif/matrice : actif B, Polyamide.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 70°C, 3h.
Test 3 :
Couple actif/matrice : actif A, Polyéthylène.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 90°C, 3h.
Test 4 :
Couple actif/matrice : actif E, Polymère biodégradable à base de caséine.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 30°C, 5h.
Test 5 :
Couple actif/matrice : actif A, PEBA. Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 61 °C, 3h15min.
Test 6 :
Couple actif/matrice : actif A, Polypropylène.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 90°C, 3hmin.
Test 7 :
Couple actif/matrice : actif A, Polyester.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 70°C, 2h30min.
Test 8 :
Couple actif/matrice : actif A, Polyéthylène.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 61 °C, 3h.
Résultats :
Pour chacun de ces tests, la demanderesse a pu mettre en évidence que l’utilisation d’un gaz à l’état non supercritique pour imprégner la matrice préalablement à l’incorporation d’actif, permettait d’avoir un taux d’actifs incorporés toujours supérieur dans la matrice issue du procédé selon l’invention par rapport à une matrice issue du procédé réalisé sans l’étape préalable d’imprégnation au CO2, et cela indifféremment du couple actif-matrice choisi.
L’ensemble des résultats est présenté dans le tableau de la [Fig 1 ].
L’ensemble des résultats montre un pourcentage d’augmentation du taux d’incorporation des actifs d’au moins 15 % et pouvant atteindre 100% en fonction de la nature des polymères.
Exemple 3 : Analyse de la pression d’imprégnation sur le maximum incorporable. Plusieurs essais ont été menés afin de pouvoir mesurer le maximum d’actif incorporable au sein de la matrice polymère imprégnée, en fonction de la pression d’imprégnation.
Le procédé d’imprégnation est celui tel que décrit à l’exemple 1 , réalisé avec une pression de gaz appliquée aux granulés variant de la pression atmosphérique (1 bar), soit aucune pression appliquée, à une pression de 35 bar durant la phase d’imprégnation.
Le procédé d’incorporation appliqué est celui de l’exemple 1.
Les essais ont été effectués avec pour polymère l’EVA et le mélange d’actif A, selon les paramètres décrits à l’exemple 2, Test 1. La Fig.2 montre qu’à partir d’une pression d’imprégnation du gaz de 5 bar, le maximum incorporable atteint déjà une valeur supérieure à celle obtenue lors du procédé classique sans étape d’imprégnation (voir tableau de la figure 1 ). La demanderesse a pu mettre en évidence qu’en exerçant une imprégnation du gaz dans une gamme de pression comprise entre 5 et 35 bar, le maximum d’incorporation du polymère augmentait en fonction de la pression. La demanderesse a déterminé qu’au-delà de 35 bar, l’effet sur l’incorporation semble atteindre un plateau et qu’entre 1bar (pression atmosphérique) et 5 bar, les changements sur l’incorporation ne sont pas significatifs. La pression choisie dans les autres exemples de procédé selon l’invention est fixée préférentiellement à 30 bar.
Exemple 4 : Essais comparatif du procédé selon l’invention avec un procédé d’incorporation classique avec des actifs difficilement incorporables
Dans ces essais, les actifs sont choisis parmi l’huile de neem, l’Icaridine ou l’huile d’amande douce (HAD). Le déroulement du procédé selon l’exemple 1 est suivi pour une incorporation dans une matrice à base d’EVA. Ces actifs sont incorporés seuls, ces derniers ne sont pas en mélange et sont décrits comme étant difficiles à incorporer en l’état dans un polymère.
Les paramètres de température, pression et temps utilisés sont les suivants :
- Couple actif/polymère : huile de neem / EVA
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 63°C, 6h.
- Couple actif/polymère : icaridine / EVA :
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 63°C, 6h.
Couple actif/polymère : huile d’amande douce / EVA
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 63°C, 6h.
Les résultats comparatifs [Fig 3] montrent que le procédé selon l’invention permet une bien meilleure incorporation de ces actifs par rapport à un procédé classique d’incorporation. L’étape d’imprégnation du procédé de la demanderesse permet donc un gain important sur l’incorporation de ces actifs difficiles.
En effet, pour chacun de ces actifs difficilement incorporables, la quantité d’actif incorporé, en utilisant le procédé selon l’invention, est augmentée d’au moins 20% comparée à la quantité d’actif incorporé en utilisant un procédé sans étape d’imprégnation au CO2. Exemple 5 : Maintien dans le temps du taux d’incorporation de la matrice après imprégnation selon le procédé selon l’invention
Afin de savoir si l’effet de l’étape d’imprégnation était transitoire la demanderesse a pu évaluer la durabilité de l’imprégnation de la matrice au cours du temps.
Pour ce faire, des tests d’évaluation du maximum d’incorporation selon les exemples 1 et 2 ont été faits sur un lot de granulés en EVA préalablement imprégnés selon le procédé de l’invention. Les mêmes actifs A et B ont été testés, mais également un actif C comprenant du lavandin, du géraniol et du pyrèthre.
Le protocole employé est le suivant :
Après avoir choisi la matrice polymère, on effectue l’étape d’imprégnation avec du dioxyde de carbone (CO2) ou de l’azote (N2) à une température de 25°C et à une pression de 30 bar.
Une fois la matrice imprégnée, une fraction de ladite matrice est prélevée pour réaliser un essai d’incorporation noté tO. Le reste de la matière imprégnée est stockée dans un contenant ouvert, permettant la désorption totale du gaz choisi.
Une fois l’incorporation faite à tO, la quantité d’actif incorporé est mesurée. Cet essai est répété une fois par semaine sur une durée de 4 à 5 semaines, en prenant à chaque fois une nouvelle fraction de matrice dans le contenant ouvert servant de stockage.
La [Fig 4] illustre ces résultats.
La demanderesse a ainsi pu démontrer qu’une fois la matrice imprégnée, ses capacités d’incorporation demeurent inchangées et restent améliorées par rapport à un procédé classique. En effet on peut observer une linéarité sur les différents essais d’incorporation pour différents couples actif-matrice. Les matrices imprégnées peuvent ainsi être stockées et conservées à l’issue de cette première étape d’imprégnation, sans actif incorporé, et garderont une incorporabilité améliorée dans le temps jusqu’à au moins 30 jours après l’étape d’imprégnation.
Exemple 6 : Etude de l’influence de l’étape d’imprégnation du CO2 en fonction de la température d’incorporation.
Afin d’étudier l’influence de l’étape d’imprégnation du CO2 à l’état non supercritique sur la température d’incorporation, la demanderesse a effectué plusieurs essais comparatifs à différentes températures d’incorporation d’actifs dans la matrice, dans lesquels une évaluation du maximum d’incorporation selon le procédé de l’invention a été faite. Ces tests se sont déroulés avec le couple actif -matrice suivant : Actif A - EVA.
La quantité d’actif incorporé maximum a été évaluée en fonction de la température et 4 essais ont été effectués aux températures respectives de 35°C, 40°C, 50°C et 63°C. Ces 4 essais ont été effectués sur une matrice imprégnée avec du COs et sur une matrice non imprégnée afin d’étudier l’influence du CO2 sur l’incorporation de l’actif.
La [Fig 5] montre que l’imprégnation de la matrice avec le CO2 permet d’améliorer la quantité d’actif incorporé, quelle que soit la température d’incorporation.
Par conséquent, un autre avantage du procédé selon l’invention est démontré : une quantité d’actif donnée et définie pourra être incorporée à une température moindre, si besoin, si le procédé selon l’invention est utilisé. Les courbes montrent qu’effectivement avec un procédé sans imprégnation au CO2, la quantité maximum d’actif incorporé de 15% (en poids d’actif par rapport au poids total de la matrice incorporée) en actif A est atteinte à une température d’incorporation de 50°C. Avec le procédé selon l’invention cette valeur de 15% est atteinte avec une température d’incorporation de 40°C soit très inférieure. A quantité égale d’actif incorporé, le procédé selon l’invention permet d’utiliser une température inférieure d’incorporation par rapport au procédé classique ce qui est un avantage non négligeable. En effet, le procédé permet donc d’incorporer de nombreux actifs qui sont sensibles à la chaleur et/ou volatiles, sans risque de dégradation, ou d’évaporation. De plus, chauffer à une température moindre permet de gagner en temps dans la réalisation du procédé dans sa globalité. Ce qui est un avantage au niveau industriel.
Exemple 7 : Etude du procédé selon l’invention sur le maximum d’incorporation de différents actifs sur un polymère de type biodégradable.
La demanderesse a cherché à démontrer que le procédé permettait une meilleure incorporation d’actifs sur différents types de polymères dont les polymères biodégradables, Les conditions d’imprégnation sont celles de l’exemple 2.
Les paramètres d’incorporation, pour tous les actifs testés sont : température de 70°C, durée d’incorporation 6h.
Le biopolymère utilisé est un biopolyester et les actifs testés sont les actifs A, C et D décrits précédemment.
Les résultats de la Figure 6 montrent que le procédé selon l’invention permet à nouveau une amélioration de la quantité d’actif incorporé avec un polymère de type biopolyester pour les trois types de mélange d’actifs testés. Exemple 8 : Etude du procédé selon l’invention avec des actifs de type pharmaceutique chimique sur différentes matrices polymères.
La demanderesse a cherché à démontrer l’efficacité du procédé avec différents types d’actifs pharmaceutiques chimiques sur différentes matrices polymères.
Les polymères utilisés sont de type non dégradable, à savoir l’EVA et un polyamide, et de type biodégradable, avec un biopolyester.
Les actifs testés sont différents actifs insecticides ou répulsifs de type pyréthrinoïdes ou des molécules organophosphorées.
Les conditions d’imprégnation sont celles de l’exemple 1. Les conditions d’incorporation des actifs sont les suivantes :
- Couple actif/poymère : Perméthrine / EVA
Paramètres d’incorporation : 63°C, 5h.
- Couple actif/poymère : Phenotrine / EVA
Paramètres d’incorporation : 63°C, 5h.
- Couple actif/poymère : Diazinon / EVA
Paramètres d’incorporation : 63°C, 5h.
- Couple actif/poymère : Diazinon / Biopolyester
Paramètres d’incorporation : 70°C, 5h.
- Couple actif/poymère : Diazinon / Polyamide
Paramètres d’incorporation : 70°C, 5h.
Les résultats de la Figure 7 confirme que le procédé selon l’invention permet une augmentation de la quantité d’actif incorporé, quelle que soit la nature des actifs ou de la matrice polymère.
Exemple 9 : Quantité cumulée d’actif A relarqué au cours du temps
Les matrices polymère obtenues selon le procédé de l’invention sont utilisées pour le traitement d’un sujet en besoin, en mettant, ladite matrice polymère imprégnée incorporée en contact avec ledit sujet afin qu’elle libère, diffuse dans le temps les actifs incorporés.
Il est donc important de vérifier si la matrice obtenue permet bien de relarguer les actifs incorporés.
Des mesures de la quantité cumulée d’actif relargué par la matrice obtenue par le procédé selon l’invention ont été effectuées au cours du temps entre le jour 1 (J1 ) et le jour 180 (J180), et sont comparées à celles obtenues avec une matrice polymère incorporée, réalisée par incorporation directe d’actif sans étape d’imprégnation. Le polymère utilisé ici est l’EVA et l’actif incorporé est l’actif A tel que défini précédemment.
La matrice réalisée par incorporation directe sans étape d’imprégnation a permis d’incorporer un maximum de 19 % d’actif A (tel que décrit dans le tableau de la figure 1 ).
Avec le procédé selon l’invention la matrice obtenue a permis d’incorporer avantageusement jusqu’ à 31 % de l’actif A au sein de la matrice en EVA (tel que décrit dans le tableau de la figure 1 ).
La figure 8 montre la quantité cumulée d’actif relargué en fonction du temps, par les deux matrices réalisées. On observe que : d’une part, la matrice obtenue par le procédé selon l’invention permet dès J1 de relarguer une quantité plus importante que la matrice obtenue par le procédé classique sans étape d’imprégnation préalable par le gaz.
D’autre part la quantité cumulée d’actif relargué reste plus importante sur une longue durée pour la matrice obtenue selon l’invention. En effet, à 20 jours on constate que la matrice obtenue par le procédé selon l’invention a relargué environ 3700 mg d’actif contre 2000 mg avec le procédé classique. A J153, la matrice obtenue par le procédé selon l’invention a relargué encore 6793 mg contre environ 4000 mg avec le procédé classique.
La matrice obtenue selon le procédé de l’invention permet donc non seulement une incorporation améliorée d’actif mais elle permet le relargage dudit actif en quantité plus importante sur une période pouvant atteindre plusieurs mois. On n’observe pas de phénomène de séquestration de l’actif par ladite matrice, ledit actif est bien relargué. On peut donc en conclure que la matrice polymère imprégnée et incorporée suivant le procédé selon l’invention permet un traitement à long terme avec des quantités d’actifs relarguées plus importantes. Ainsi la matrice obtenue selon le procédé de l’invention permet d’obtenir un dispositif de diffusion plus efficace.
Exemple 10 : Quantité cumulée d’actif B relarqué au cours du temps
Les matrices polymère obtenues selon le procédé de l’invention sont utilisées pour le traitement d’un sujet en besoin, en mettant en contact ladite matrice polymère imprégnée incorporée avec ledit sujet afin qu’elle libère, diffuse dans le temps les actifs incorporés.
Il est donc important de vérifier si la matrice obtenue permet bien de relarguer les actifs incorporés. Des mesures de la quantité cumulée d’actif relargué par la matrice obtenue par le procédé selon l’invention ont été effectuées au cours du temps entre le jour 1 (J1 ) et le jour 196 (J196), et sont comparées à celles obtenues avec une matrice polymère incorporée classique, réalisée par incorporation directe d’actif sans étape d’imprégnation. Le polymère utilisé ici est un polyamide et l’actif incorporé est l’actif B tel que défini précédemment.
La matrice réalisée par incorporation directe sans étape d’imprégnation a permis d’incorporer un maximum de 16 % d’actif B (tel que décrit dans le tableau de la figure 1 ).
Avec le procédé selon l’invention la matrice obtenue a permis d’incorporer avantageusement jusqu’ à 22 % de l’actif B au sein de la matrice en polyamide (tel que décrit dans le tableau de la figure 1 ).
La figure 9 montre la quantité cumulée d’actif relargué en fonction du temps, par les deux matrices réalisées. On observe que : d’une part, la matrice obtenue par le procédé selon l’invention permet dès le jour 1 de relarguer une quantité plus importante que la matrice obtenue par le procédé classique sans étape d’imprégnation préalable par le gaz.
D’autre part la quantité d’actif relarguée reste plus importante sur une longue durée. En effet, à 30 jours on constate que la matrice obtenue par le procédé selon l’invention relargue encore 1450 mg par jour contre environ 680 mg avec le procédé classique.
La matrice obtenue selon le procédé de l’invention permet donc non seulement une incorporation améliorée d’actif mais elle permet le relargage dudit actif en quantité plus importante sur une période pouvant atteindre plusieurs mois. On n’observe pas de phénomène de séquestration de l’actif par la matrice, ledit actif est bien relargué. On peut donc en conclure que la matrice polymère imprégnée et incorporée suivant le procédé selon l’invention conduit à un traitement à long terme avec des quantités d’actif relarguées plus importantes. Ainsi la matrice obtenue selon le procédé de l’invention donc permet d’obtenir un dispositif de diffusion plus efficace..
Exemple 11 : Comparaison du procédé selon l’invention en 2 étapes successives avec le procédé en une étape.
La demanderesse a essayé de cumuler au cours d’une même étape l’imprégnation de la matrice avec un fluide non supercritique et l’incorporation desdits actifs. Il a été ainsi constaté que l’incorporation n’a pas pu être réalisée. Une imprégnation réalisée en simultanée avec une incorporation d’actif ne permet donc pas incorporation dudit actif. De façon surprenante, seul le procédé en deux étapes successives selon l’invention présente des propriétés d’amélioration d’incorporation d’actif. Exemple 12 : Analyses de microscopie à balayage sur la matrice polymère obtenue selon le
Des analyses de microscopie à balayage sur la matrice polymère non imprégnée puis imprégnée par le gaz CO2 selon l’invention ont été effectuées. De manière surprenante, les images obtenues aux Figures 10 et 11 n’ont montré aucune porosité de la matrice avant ou après traitement au CO2. De façon surprenante, l’imprégnation de la matrice par le gaz selon le procédé de l’invention ne confère donc pas, contrairement à ce qui est connu dans l’état de la technique, une structure poreuse à la matrice qui aurait pu expliquer une amélioration de la quantité d’actif incorporé.
Exemple 13 : Essais comparatif du procédé selon l’invention avec un procédé d’incorporation classique avec un polymère de tvpe EVA et une huile essentielle.
Les paramètres d’imprégnation et d’incorporation pour le procédé selon l’invention appliqué à cette matrice sont les suivants :
Couple actif/matrice : Huile essentielle de lavandin, EVA.
Paramètres d’imprégnation : CO2, 25°C, 30 bar, 120 min.
Paramètres d’incorporation : 63°C, 5h.
Les résultats de la Figure 12 confirme que le procédé selon l’invention permet une augmentation de la quantité incorporée d’une huile essentielle seule au sein d’une matrice polymère, comparée à celle obtenu au moyen d’un procédé classique d’incorporation sans étape d’imprégnation au CO2 .

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d’une matrice polymère chargée d’au moins un actif liquide lipophile à l’aide d’un gaz caractérisé en qu’il comprend les étapes successives suivantes : a) Imprégnation du polymère avec ledit gaz à l’état non-supercritique à une température strictement inférieure à 40°C et à une pression comprise entre 5 et 35 bar ; b) Incorporation de l’actif à une température comprise entre 30°C et 100°C.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en que le gaz non-supercritique de l’étape d’imprégnation est choisi parmi le dioxyde de carbone (CO2) ou le diazote (N2).
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en que l’étape d’imprégnation du gaz s’effectue à une température comprise entre 15°C et 35°C.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en que l’étape d’imprégnation du gaz s’effectue à une température comprise entre 20°C et 30°C.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en que la durée de l’étape d’imprégnation est comprise entre 5 min et 150 min.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en que le polymère est un thermoplastique.
7. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le polymère est un thermoplastique choisis parmi les éthylène-acétate de vinyle (EVA), les polyamides, les polyéthers bloc amides (PEBA), les polypropylènes (PP), les polyéthylènes (PE), les polyuréthanes thermoplastiques (TPU), les polychlorures de vinyles (PVC), les polystyrènes tels que les polystyrène-b-polybutadiène-b-polystyrène (SEBS) ou les polystyrène-b-polyisoprène-b-polystyrène (SIS), les polyesters, les acides polylactiques (PLA) ou encore les polymères biodégradables, les agropolymères, les bioplastiques ou les thermoplastiques biosourcés, les biopolyesters.
8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’actif incorporé est choisi parmi des actifs pharmaceutiques chimiques, des actifs d’origine naturelle, des huiles essentielles, des huiles végétales ou leur mélange.
9. Matrice polymère chargée d’au moins un actif liquide lipophile obtenue selon le procédé décrit aux revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le taux d’incorporation dudit actif est augmenté d’au moins 15% comparé à l’incorporation dudit actif réalisée dans ladite matrice selon un procédé sans phase d’imprégnation avec un gaz.
10. Utilisation d’un gaz à l’état non-supercritique pour imprégner une matrice polymère, caractérisé en ce que ledit gaz est imprégné à une température strictement inférieure à 40°C et à une pression comprise entre 5 et 35 bar pour augmenter la quantité d’actif incorporé au sein de ladite matrice polymère.
1 1 . Utilisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le gaz est choisi parmi le dioxyde de carbone (CO2) ou le diazote (N2).
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