專利名稱：含有表面改性的無(wú)機(jī)納米粒子的乳化液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及穩(wěn)定的液-液分散體或乳化液。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的乳化液由兩個(gè)相組成一個(gè)分散相和一個(gè)連續(xù)相。最普通的乳化液僅由兩種液體組成水和油。油/水(油-水)乳化液由分散在連續(xù)水相中的油滴組成，水/油(水-油)乳化液由分散在油中的水滴組成?？梢孕纬啥嘀厝榛海绠?dāng)在連續(xù)油相中的水滴它們本身含有分散油滴時(shí)。乳化作用由大液滴因剪切力分散成較小液滴而構(gòu)成。典型地，通過(guò)降低界面張力，乳化劑可用于穩(wěn)定乳化液。增加連續(xù)相的粘度還可以防止乳化液相分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面，提供一種含有液態(tài)連續(xù)相和分散液相的乳化液，該液態(tài)連續(xù)相含有單個(gè)顆粒直徑小于約100納米的表面改性無(wú)機(jī)分子。
另一方面，本發(fā)明的乳化液不含有降低表面張力的表面活性劑或化合物。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的乳化液是液-液分散體。含有連續(xù)相和分散相的乳化液是通過(guò)向組合物中加入有效量的表面改性的納米粒子而得以維持。表面改性納米粒子不需降低連續(xù)-分散相界面處的表面張力就能穩(wěn)定乳化液。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，本發(fā)明的乳化液基本上由連續(xù)液相和分散液相和加入連續(xù)相中的表面改性無(wú)機(jī)納米粒子組成。
本發(fā)明的乳化液可以不含有傳統(tǒng)的表面活性劑、洗滌劑、蛋白質(zhì)、乳化劑和其它通過(guò)降低表面張力而使乳化液穩(wěn)定的化合物。本發(fā)明的乳化液典型地在恒溫下數(shù)天和經(jīng)年都是穩(wěn)定的。
本發(fā)明的乳化液可以是油-水或水-油乳化液(如本行業(yè)內(nèi)通常所定義的)或多重乳化液。多重乳化液的一個(gè)實(shí)例是處于油連續(xù)相中的油-水乳化液(分散相)，或是相反的多重乳化液。關(guān)于本發(fā)明的多重乳化液，對(duì)于含有另一個(gè)分散相的每個(gè)相，需要或可能需要不同類型的表面改性有機(jī)分子或有機(jī)聚合微球體。
表面改性納米粒子不需降低分散和連續(xù)相之間界面處的表面張力就能穩(wěn)定乳化液。理論上，當(dāng)液態(tài)連續(xù)相從分散相液滴間排出時(shí)，表面改性納米粒子開(kāi)始位于分散相液滴之間以增加濃度。分散相液滴間表面改性納米粒子濃度的增加可以防止分散液滴相互接觸和聚結(jié)。
液態(tài)連續(xù)相的實(shí)例包括水、有機(jī)液體，所述有機(jī)液體包括如酸、醇、酮、醛、胺、酰胺、酯、甘醇、醚、烴、鹵化烴、單體、低聚物、潤(rùn)滑油、植物油(包括單酸甘油酯、甘油二酯和甘油三酯)、硅油、增濕油(如礦物油和霍霍巴油)、燃料油、燃料(包括煤油、汽油、柴油)、乙二醇的低聚物、烷基和芳基硝基化合物，部分或全部氟化的化合物和聚合物。
本發(fā)明的穩(wěn)定乳化液包括表面改性無(wú)機(jī)納米粒子。表面改性納米粒子是典型的分散在整個(gè)連續(xù)相中的單個(gè)、不締合(即不聚集的)納米粒子，優(yōu)點(diǎn)是相互間不可逆地締合。術(shù)語(yǔ)“締合”或“締合的”包括如共價(jià)鍵合、氫鍵鍵合、靜電引力、色散力和疏水作用。
表面改性納米粒子要選擇成由其形成的組合物不含一定程度的粒子附聚體或聚集體，所述附聚體或聚集體會(huì)影響所需的組合物性質(zhì)。表面改性納米粒子選擇成可與連續(xù)相相容的。
評(píng)價(jià)表面改性納米粒子與連續(xù)相相容性的一種有用方法包括將表面改性納米粒子與連續(xù)相組合，和觀察表面改性納米粒子是否出現(xiàn)溶解到連續(xù)相中的步驟。
表面改性粒子的無(wú)機(jī)粒子組分性質(zhì)將防止表面改性粒子實(shí)際上溶解到連續(xù)相中，即，表面改性納米粒子將分散到連續(xù)相中，但是表面基團(tuán)與連續(xù)相的相容性將使表面改性納米粒子呈現(xiàn)出溶解到連續(xù)相中這個(gè)現(xiàn)象。當(dāng)表面改性納米粒子的尺寸增加時(shí)，連續(xù)相的濁度通常也會(huì)增加。優(yōu)選的表面改性納米粒子選自不會(huì)從連續(xù)相沉降出來(lái)的那些。評(píng)價(jià)連續(xù)相和表面改性納米粒子相容性的另一步包括當(dāng)隨后加入要分散到連續(xù)相中的液體時(shí)，化合物是否形成穩(wěn)定的乳化液。
還可以根據(jù)表面基團(tuán)和連續(xù)相的溶度參數(shù)來(lái)選擇合適的表面基團(tuán)。表面基團(tuán)或衍生出表面基團(tuán)的試劑優(yōu)選是溶度參數(shù)與連續(xù)相溶度參數(shù)相類似的。例如，當(dāng)連續(xù)相是疏水的時(shí)，普通技術(shù)人員可以在各種疏水表面基團(tuán)中選擇以使選出能與疏水連續(xù)相相容的表面改性顆粒。類似地，當(dāng)連續(xù)相是親水的時(shí)，普通技術(shù)人員可以從親水表面基團(tuán)中選擇，當(dāng)連續(xù)相是碳氟化合物時(shí)，普通技術(shù)人員可以從各種相容表面基團(tuán)中選擇。納米粒子還可以包含至少兩種不同的表面基團(tuán)，它們組合起來(lái)能提供一種納米粒子其溶度參數(shù)類似于連續(xù)相的溶度參數(shù)。表面改性納米粒子不是兩性的。
可以選擇表面基團(tuán)以提供統(tǒng)計(jì)平均的、隨機(jī)的表面改性粒子。
表面基團(tuán)存在于粒子表面，其量足以提供能隨后分散到連續(xù)相中而不聚集的表面改性納米粒子。表面基團(tuán)最好有足夠數(shù)量，以在納米粒子的表面形成單分子層，優(yōu)選連續(xù)的單分子層。
表面改性基團(tuán)可以由表面改性劑衍生得到。表面改性劑可以用公式A-B來(lái)說(shuō)明表示，其中A基團(tuán)能附著在粒子表面，B基團(tuán)是可以與連續(xù)相組分反應(yīng)或不反應(yīng)的相容性基團(tuán)?？梢赃x擇相容性基團(tuán)以使粒子具有相對(duì)較大極性、相對(duì)較小極性或相對(duì)非極性。
合適的表面改性劑種類包括如硅烷、有機(jī)酸、有機(jī)堿和醇。
特別有用的表面改性劑包括硅烷。有用硅烷的實(shí)例包括有機(jī)硅烷，有機(jī)硅烷包括如烷基氯硅烷、烷氧基硅烷如甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、異丙基三甲氧基硅烷、異丙基三乙氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、聚三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、乙烯基甲基雙乙酸基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三醋酸基甲硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三異丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三苯氧基硅烷、乙烯基三(叔-丁氧基)硅烷、乙烯基三(異丁氧基)硅烷、乙烯基三(異丙氧基)硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷；三烷氧基芳基硅烷；異辛基三甲氧基硅烷；N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)甲氧基乙氧乙氧基氨基甲酸乙酯；N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)甲氧基乙氧乙氧乙基氨基甲酸酯；硅烷功能的異丁烯酸包括如3-(異丁烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(異丁烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、3--(異丁烯酰氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基丙基)甲基二甲氧基硅烷、3-(異丁烯酰氧基)丙基二甲基乙氧基硅烷、3-(異丁烯酰氧基)甲基三乙氧基硅烷、3-(異丁烯酰氧基)甲基三甲氧基硅烷、3-(異丁烯酰氧基)丙基二甲基乙氧基硅烷、3-(異丁烯酰氧基)丙烯基三甲氧基硅烷和3-(異丁烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷；聚二烷基硅氧烷包括如聚二甲基硅氧烷、芳基硅烷包括如取代的和未取代的芳基硅烷、烷基硅烷包括如取代的和未取代的烷基硅烷如甲氧基和羥基取代的烷基硅烷及其組合。
以下專利描述了使用硅烷功能的異丁烯酸的表面改性二氧化硅的方法，例如，在美國(guó)專利號(hào)4,491,508和4,455,205(Olsen等人)、美國(guó)專利號(hào)4,478,876和4,486,504(Chung)和美國(guó)專利號(hào)5,258,225(Katsamberis)中。
有用的有機(jī)酸表面改性劑包括如碳(例如羧酸)、硫和磷的含氧酸，及其組合。
有羧酸功能的極性表面改性劑的代表實(shí)例包括CH3O(CH2CH2O)2CH2COOH(此后稱為MEEAA)和帶有化學(xué)結(jié)構(gòu)CH3OCH2CH2OCH2COOH(此后稱為MEAA)的2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸和丁二酸單聚乙二醇酯。
有羧酸功能的非極性表面改性劑的代表實(shí)例包括辛酸、十二烷酸和油酸。
合適的含磷的酸實(shí)例包括膦酸，包括如辛基膦酸、月桂基膦酸、癸基膦酸、十二烷基磷酸和十八烷基膦酸。
有用的有機(jī)堿表面改性劑包括如烷基胺，包括如辛胺、癸胺、十二胺和十八胺。
其它有用的非硅烷表面改性劑的實(shí)例包括丙烯酸、異丁烯酸、β-羧乙基丙烯酸鹽、單-2-(甲基丙烯酰氧乙基)丁二酸及其組合。賦予極性特性和與納米粒子的反應(yīng)性的有用表面改性劑是丁二酸單(甲基丙烯酰氧基聚乙二醇酯)。
合適的表面改性醇的實(shí)例包括如脂族醇包括如十八烷醇、十二烷醇、月桂醇和糠醇，脂環(huán)醇包括如環(huán)己醇，芳香醇包括如苯酚和芐醇，及其組合。
當(dāng)連續(xù)相包含帶有芳環(huán)的環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，有用的表面改性基團(tuán)可以包含芳環(huán)。美國(guó)專利號(hào)5,648,407(Goetz等人)中揭示了特別適用于環(huán)氧樹(shù)脂化合物的表面改性基團(tuán)的實(shí)例。
有多種方法可用于納米粒子表面的改性，包括如在納米粒子中(例如，以粉末或膠體分散的形式)加入表面改性劑，和允許表面改性劑與納米粒子反應(yīng)。還描述了其它有用的表面改性工序，例如在美國(guó)專利號(hào)2,801,185(Iler)和4,522,958(Das等人)中。
納米粒子是無(wú)機(jī)的。合適的無(wú)機(jī)納米粒子的實(shí)例包括二氧化硅和金屬氧化物納米粒子包括氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰、氧化鋁、氧化鐵、氧化釩、氧化銻、氧化錫、氧化鋁/二氧化硅，及其組合。納米粒子的平均粒子直徑小于約100納米、不大于約50納米、從約3納米～約50納米、從約3納米～約20納米，或從約3納米～約10納米。本發(fā)明的乳化液中所使用的納米粒子是典型的不聚集的。如果納米粒子是聚集的，聚集粒子的最大截面大小應(yīng)在這些優(yōu)選范圍內(nèi)。
有用的表面改性氧化鋯納米粒子包括有機(jī)酸如吸附在粒子表面的油酸和丙烯酸。
有用的表面改性二氧化硅納米粒子包括由硅烷表面改性劑進(jìn)行了表面改性的二氧化硅納米粒子，包括如丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、異辛基三甲氧基硅烷，及其組合。二氧化硅納米粒子可以與許多表面改性劑包括如醇、有機(jī)硅烷包括如烷基三氯硅烷、三烷氧基烷基硅烷、三烷氧基芳基硅烷及其組合和有機(jī)鈦酸鹽和它們的混合物一起處理。
納米粒子可以是以膠態(tài)分散體的形式。有用的商業(yè)上適用的未改性二氧化硅原材料的實(shí)例包括以NALCO1040、1050、1060、2326、2327和2329為產(chǎn)品名稱的納米大小的膠態(tài)二氧化硅和來(lái)自的Nalco化學(xué)公司(Naperville，IL)的2329膠態(tài)二氧化硅。
有用的金屬氧化物膠態(tài)分散體包括膠態(tài)氧化鋯，合適的實(shí)例如美國(guó)專利號(hào)5,037,579中的描述，和膠態(tài)氧化鋯，有用的實(shí)例如PCT出版號(hào)WO00/06495中的描述，題目為“用于制備透明金屬氧化物膠體和Ceramers的納米大小金屬氧化物粒子”(Arney等人)，發(fā)表于1998年7月30日。
本發(fā)明的乳化液帶有分散在連續(xù)液相內(nèi)的液體分散相。液體分散相可以含有一種或多種可混溶或可溶的，并分散在液態(tài)連續(xù)相內(nèi)的液體。合適的液體分散相的實(shí)例包括水和以上所列出的用作連續(xù)相的所有有機(jī)材料。
每個(gè)相還可以包含其它溶解的或可溶的化合物或組份，該化合物和組分可加入以達(dá)到所需的效果，如鹽、藥物、染料、阻燃劑和類似物。
本發(fā)明的乳化液還可以包含與表面改性無(wú)機(jī)納米粒子結(jié)合的表面改性有機(jī)分子和有機(jī)聚合微球體。在美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?0/335,495(代理人摘要號(hào)58311US002，發(fā)表于2002年12月31日)中對(duì)表面改性有機(jī)分子和有機(jī)聚合微球體進(jìn)行了描述。
本發(fā)明的乳化液通常是通過(guò)調(diào)合各相和混合來(lái)制得的。制備本發(fā)明的乳化液的另一種方法是調(diào)合表面改性有機(jī)分子或有機(jī)聚合微球體或它們的化合物與連續(xù)相(或者當(dāng)多重乳化液的情況下的其它相)，然后在攪拌下加入分散相。
本發(fā)明的乳化液可用于食品、化妝品、藥物和類似物。
通過(guò)以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例可以從威斯康星州Milwaukee的Aldrich化學(xué)公司獲得所有的溶劑和試劑，除非另行注明。所有的百分比和數(shù)量都是用重量表示的，除非另行說(shuō)明。
聚環(huán)氧烷取代的二氧化硅納米粒子(二氧化硅-1230)的制備將100克Nalco 2326膠態(tài)二氧化硅(可從Nalco化學(xué)公司得到)、100克水和19.82克γ-聚環(huán)氧烷丙基三甲氧基硅烷(可從OSi特殊產(chǎn)品有限公司，Endicoot，NY獲得，以SILQUEST A-1230為商業(yè)名稱)的混合物在密封玻璃罐內(nèi)，在爐子上，在80℃時(shí)加熱18小時(shí)。產(chǎn)品不需進(jìn)一步純化就能使用。
異辛基取代的二氧化硅納米粒子(異辛基二氧化硅)的制備根據(jù)美國(guó)專利號(hào)6,586,483(Kolb等人)中的描述來(lái)制備異辛基取代的二氧化硅納米粒子，用于制備表面改性納米粒子。
實(shí)施例1在螺帽玻璃小瓶中將1毫升FLUORINERT FC-75和1毫升2％異辛基二氧化硅和甲苯的混合物混合，用手用力搖晃小瓶15秒，就可制得甲苯和碳氟化合物(FLUORINERT FC-75，可購(gòu)自明尼蘇達(dá)州St.Paul的3M公司)的乳化液。乳化液含有小于50體積％的甲苯，可通過(guò)從乳化相中分離均勻甲苯相來(lái)證明。
實(shí)施例2在小瓶中將5克0.5％異辛基二氧化硅-甲苯和5克1.5％二氧化硅-1230-水的混合物混合，可以制備出主要含有水-甲苯乳化液的多重乳化液，該甲苯本身是乳化在水中的。用Silverson型號(hào)L2R的攪拌機(jī)(可購(gòu)自馬塞諸塞州EastLongmeadow的Silverson機(jī)械有限公司)將混合物攪拌5分鐘，攪拌機(jī)裝備有一個(gè)5/8英寸的管式裝配粉碎頭部葉輪以提供混濁液體。用光學(xué)顯微術(shù)對(duì)液體進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要為水-甲苯-水的多重乳化液。
實(shí)施例3在小瓶中將5克1.5％異辛基二氧化硅-甲苯和5克0.5％二氧化硅-1230-水的混合物混合，可以制備出主要含有甲苯-水乳化液的多重乳化液，該水本身是乳化在甲苯中的。用Silverson型號(hào)L2R的攪拌機(jī)(可從Silverson機(jī)械有限公司得到)將混合物攪拌5分鐘，攪拌機(jī)裝備有一個(gè)5/8英寸的管式裝配粉碎頭部葉輪以提供混濁液體。用光學(xué)顯微術(shù)對(duì)液體進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要為甲苯-水-甲苯的多重乳化液。
實(shí)施例4在小瓶中將1克FLUORINERT FC-75、5克1.5％二氧化硅-1230-水的混合物和4克0.5％異辛基二氧化硅-甲苯的混合物混合，可以制備出主要含有碳氟化合物(FLUORINERT FC-75)-甲苯乳化液的多重乳化液，該甲苯本身是乳化在水中的。用Silverson型號(hào)L2R的攪拌機(jī)(可從Silverson機(jī)械有限公司得到)將混合物攪拌5分鐘，攪拌機(jī)裝備有一個(gè)5/8英寸的管式裝配粉碎頭部葉輪以提供混濁液體。用光學(xué)顯微術(shù)對(duì)液體進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要為FLUORINERTFC-75-甲苯-水的多重乳化液。
對(duì)技術(shù)熟練的那些人員將能明了本發(fā)明的可預(yù)見(jiàn)的改進(jìn)和改變，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下。本發(fā)明應(yīng)不局限于本申請(qǐng)中所提出的用于說(shuō)明目的的具體實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種乳化液，含有含有許多表面改性無(wú)機(jī)納米粒子的連續(xù)液相，該納米粒子的粒徑小于約100納米，分散在上述連續(xù)相中，和分散在上述連續(xù)相中的分散液相。
2.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述單個(gè)納米粒子的粒徑不大于約50納米。
3.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述單個(gè)納米粒子的粒徑范圍從約3納米～約50納米。
4.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述單個(gè)納米粒子的粒徑不大于約20納米。
5.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述單個(gè)納米粒子的粒徑范圍從約3納米～約20納米。
6.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述單個(gè)納米粒子的粒徑范圍從約3納米～約10納米。
7.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述納米粒子選自二氧化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、氧化釩、鈰土、氧化鐵、氧化銻、氧化錫、鋁/二氧化硅及其組合。
8.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述納米粒子含有選自疏水基、親水基及其組合的表面基團(tuán)。
9.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述納米粒子含有從選自硅烷、有機(jī)酸、有機(jī)堿及其組合的試劑衍生來(lái)的表面基團(tuán)。
10.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述納米粒子含有由選自烷基硅烷、芳基硅烷、烷氧基硅烷及其組合的試劑衍生來(lái)的有機(jī)硅表面基團(tuán)。
11.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，所述納米粒子含有從選自羧酸、磺酸、膦酸及其組合的試劑衍生來(lái)的表面基團(tuán)。
12.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，連續(xù)相選自水、有機(jī)酸、醇、酮、醛、胺、酰胺、酯、甘醇、醚、烴、鹵化碳、單體、低聚物、潤(rùn)滑油、植物油、硅油、礦物和霍霍巴油、燃料油、煤油、汽油、柴油、1，2-亞乙基二醇的低聚物、烷基和芳基硝基化合物、部分或全部的氟化物、聚合物及其組合。
13.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，分散相選自水、有機(jī)酸、醇、酮、醛、胺、酰胺、酯、甘醇、醚、烴、鹵化碳、單體、低聚物、潤(rùn)滑油、植物油、硅油、礦物和霍霍巴油、燃料油、煤油、汽油、柴油、1，2-亞乙基二醇的低聚物、烷基和芳基硝基化合物、部分或全部的氟化物、聚合物及其組合。
14.如權(quán)利要求1所述的乳化液，它分散在一個(gè)第二連續(xù)相中。
15.如權(quán)利要求1所述的乳化液，它不含表面活性劑。
16.如權(quán)利要求1所述的乳化液，它不含會(huì)降低表面張力的化合物。
17.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，連續(xù)相還含有表面改性有機(jī)分子、有機(jī)聚合微球體或它們的化合物。
18.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，連續(xù)相是水。
19.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，連續(xù)相是有機(jī)的。
20.如權(quán)利要求1所述的乳化液，其中，分散相是水。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有表面改性無(wú)機(jī)納米顆粒的乳液。
文檔編號(hào)A61K9/107GK1731980SQ200380107705
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者J·R·小巴蘭 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司