Жидкокристаллическая эмульсия типа масло-в-воде и способ получения жидкокристаллической эмульсии

Жидкокристаллическая эмульсия типа масло-в-воде и способ получения жидкокристаллической эмульсии

Реферат

Настоящее изобретение относится к эмульсии смеси термотропных жидких кристаллов в водном растворе поливинилового спирта (ПВС) и способе получения этой эмульсии.

Термотропные жидкие кристаллы принадлежат к группе жидких кристаллов, которые переходят в процессе нагревания твердых кристаллов в жидкокристаллическую фазу, называемую термотропной мезофазой, т.е. кристаллы вместо того, чтобы плавиться с образованием обычной жидкости, переходят в состояние мезофазы при некоторой определенной температуре, причем изотропизация мезофазы, т.е. превращение жидких кристаллов в изотропную жидкость, происходит только при более высокой температуре. Разные жидкие кристаллы могут проходить различные мезофазы в процессе снижения температуры. Термотропные жидкие кристаллы характеризуются термооптическими свойствами, основанными на эффекте изменения цвета отражаемого мезофазой света в зависимости от ее температуры.

Из описаний к патентам с 1970-х годов известны эмульсии, в которых в качестве непрерывной фазы использовались водные растворы поливинилового спирта, содержащие от 5 до 10% формальдегида. Эмульсии, раскрытые в этих описаниях, не были пригодны для промышленного применения из-за низкой растворимости и сильного и неприятного запаха, выделяемого как в процессе эмульгирования так и при хранении, и, что особенно важно, при нанесении на большие поверхности. Процесс эмульгирования требовал использования гомогенезаторов со скоростью вращения выше 12000 об./мин и системой охлаждения. Из-за сложностей с получением воспроизводимых эмульсий с использованием этого способа, его применение в промышленных процессах было прекращено.

Применяемый в настоящее время способ инкапсуляции представляет собой процесс микроинкапсуляции. Микроинкапсуляция термотропных жидких кристаллов, успешно используемая в технике и рекламе, не подходит в качестве способа инкапсуляции в медицине, где требуется, чтобы поле наблюдения поверхности, подвергаемой термографии, обеспечивало оптическую непрерывность, соответствующую оптическому разрешению регистрации цветных изображений глазом человека. Отсутствие оптической непрерывности обусловлено размерами и плотностью упаковки «капсул», связанных с толщиной стенок, окружающих жидкокристаллические агрегаты (макрочастицы), и является недостатком при использовании в медицине приложений, в частности, в матрицах для ранней диагностики рака груди у женщин. Поэтому существует потребность в разработке новых жидкокристаллических эмульсий и способов их получения.

Задачей настоящего изобретения является создание жидкокристаллической композиции в форме термооптически стабильной эмульсии, которая не имеет неприятного запаха и достаточно стабильна, чтобы быть использованной в технологическом процессе изготовления жидкокристаллических термооптических матриц, и способов получения такой композиции. Кроме того, такая эмульсия должна быть простой в приготовлении, должна характеризоваться воспроизводимостью и стабильностью во времени таких параметров как вязкость и связанные с ней средние размеры агрегатов дисперсной фазы.

Было обнаружено, что необходимые параметры, относящиеся к условиям «обработки», и физико-химические параметры жидкокристаллической эмульсии можно получить путем использования для получения непрерывной фазы соответствующего молекулярной массе и степени гидролиза состава, содержащего поливиниловый спирт, в форме раствора вода-ацетон-спирт, содержащего от 5 до 20% по массе ПВС, от 0,1 до 1,0% борной кислоты и от 1 до 2% ноноксинола-5 (этоксилированный нонифенол, продукт присоединения около 5 молекул этилеоксида к нонифенолу). Содержание дисперсной фазы по отношению к непрерывной фазе в расчете на сухое вещество должно лежать в диапазоне от 14 до 48% по массе. Кроме того, было обнаружено, что простота и воспроизводимость образования эмульсии в значительной степени зависит от условий и времени кондиционирования раствора непрерывной фазы.

Поливиниловый спирт, особенно предпочтительный для применения в соответствии с настоящим изобретением, имеет молекулярную массу от 50000 до 130000 и степень гидролиза от 83% до 98 молярных %. В предпочтительном варианте эмульсия согласно настоящему изобретению содержит от 4 до 19% поливинилового спирта по массе. Считается, что основная функция поливинилового спирта в эмульсии в комбинации с небольшим количеством, предпочтительно от 1 до 2% по массе, поверхностно-активного вещества (ноноксинол-5) в качестве диспергирующего вещества, состоит в том, что он действует как загуститель. Функция поливинилового спирта в фазе после нанесения эмульсии, в свою очередь, состоит в том, что он действует как пленкообразующее вещество и частично как вещество, обеспечивающее инкапсуляцию.

Для целей применения в матрицах для ранней диагностики рака груди у женщин удобно, чтобы размер капли масляной фазы (жидкокристаллической фазы) был меньше 5 мкм, предпочтительно 4 мкм, и в особенно предпочтительном случае размер капли должен быть от 1 до 2 мкм. В то же время в предпочтительном случае вязкость эмульсии не должна быть 5000 мПа·с, предпочтительно меньше 4500 мПа·с. В особенно предпочтительном случае вязкость эмульсии составляет от 4000 до 4500 мПа·с.

Неожиданно было обнаружено, что применение состава эмульсии согласно настоящему изобретению и способа ее получения позволяет получить эмульсию, которая соответствует указанным выше требованиям относительно параметров, таких как размер капли масляной фазы и вязкость эмульсии.

Настоящее изобретение также относится к способу получения жидкокристаллической эмульсии. Эмульсию согласно настоящему изобретению получают путем энергичного вливания смеси термотропных жидких кристаллов (масляной фазы) при температуре, близкой к температуре перехода от мезофазы к изотропной фазе, в водную фазу, содержащую поливиниловый спирт, воду, этиловый спирт, ацетон, эмульгирующее вещество и борную кислоту, при температуре, которая в предпочтительном случае на 5-10°С ниже, чем температура масляной фазы. Смешивание в предпочтительном случае осуществляют с использованием мешалки со скоростью вращения от 500 до 5000 об/мин. Для получения капель жидкокристаллических агрегатов необходимого размера массу для образования эмульсии перемешивают в предпочтительном случае в течение 1-15 минут. После охлаждения до комнатной температуры эмульсию следует хранить в герметично закрытом сосуде в месте, защищенном от прямого воздействия солнечного света. В предпочтительном случае эмульсию используют в течение 1-10 дней, предпочтительно в течение 2-8 дней, и наиболее предпочтительно в течение 4-6 дней.

Для получения водной фазы поливиниловый спирт добавляют в водно-спиртовой раствор, содержащий растворенную борную кислоту, предпочтительно при температуре 22±2°С. Смесь перемешивают до получения хорошей эмульсии поливинилового спирта Затем температуру смеси при постоянном перемешивании увеличивают приблизительно до 80-85°С и выдерживают смесь при этой температуре до полного растворения поливинилового спирта. Затем раствор охлаждают до температуры 40°С, добавляют ацетон и эмульгирующее вещество и все вместе перемешивают до получения полностью гомогенной массы. После охлаждения до комнатной температуры полученную массу пропускают через сито номер 29Т, после чего ее переносят в герметично закрытые контейнеры и помещают в помещение с температурой не ниже 20°С, предпочтительно на период от 10 до 15 дней, более предпочтительно на период от 15 до 30 дней, и в наиболее предпочтительном случае на период от 30 до 60 дней.

Исходные материалы, используемые для получения эмульсии, и свойства состава

Масляная фаза

Состав: смесь термотропных жидких кристаллов в мезофазном диапазоне, который зависит, среди прочего, от чистоты компонентов смеси, предпочтительно в диапазоне температур от 22,0°С до 48,0°С, содержащую: пеларгонат холестерина, холестерил-олеил карбонат, пропионат холестерина, хлорид холестерина и 4,4'-дипентилазоксибензол в соответствующих массовых соотношениях.

Свойства: любой диапазон термооптической чувствительности (спектральная чувствительность) в видимом диапазоне спектра для указанного мезофазного диапазона; плотность при температуре 25°С предпочтительно составляет 0,98 г/см, а вязкость при температуре 25°С предпочтительно составляет от 75 до 93 мПа·с.

Водная фаза

Состав: дименирализованная вода с проводимостью предпочтительно ниже 10 мкСм; ацетон, предпочтительно аналитической степени чистоты; безводный этиловый спирт; борная кислота, предпочтительно аналитической степени чистоты, ноноксинол-5 предпочтительно с содержанием воды ниже 1%.

Свойства: гомогенная, прозрачная масса со стабилизированными реологическими параметрами в форме раствора поливинилового спирта в растворителях, плотность которого, измеренная при температуре 25°С, предпочтительно равна 1,004 г/см³, а вязкость предпочтительно равна 6300 мПа·с.

Физические свойства отдельных фаз и конечной жидкокристаллической эмульсии измеряли с использованием следующей измерительной аппаратуры. Плотность измеряли на пикнометре производства Zehner S/N. Вязкость измеряли с использованием вискозиметра Brookfield типа RVT. Для измерения размера капель масляной фазы в эмульсии использовали фотонно-корреляционный спектроскоп (Zeta-Master 4 производства Malvern, оборудованный He-He лазером мощностью 5 мВт). Также подтверждали размер капель в конечном продукте путем исследования поперечного размера пленки, содержащей нанесенный слой эмульсии, с использованием сканирующего электронного микроскопа типа BS-301/Tesla.

Пример 1

Получение водной фазы (непрерывной фазы)

28,2 г поливинилового спирта добавляли к раствору, содержащему 90,5 г димерализованной воды, 75,2 г этилового спирта и 1,18 г борной кислоты, при температуре 22±2°С. Смесь перемешивали с использованием механической мешалки типа RD 50D, в результате чего получали хорошую дисперсию поливинилового спирта, после чего, продолжая перемешивание, увеличивали температуру смеси приблизительно до 80-85°С и выдерживали смесь при этой температуре до полного растворения поливинилового спирта. Затем раствор охлаждали до температуры 40°С и добавляли 37,6 г ацетона и 2,35 г ноноксинола-5, полученную смесь перемешивали до состояния гомогенной массы (235 г). После охлаждения до комнатной температуры полученную массу пропускали через сито номер 29Т, переносили в герметично закрытые контейнеры и оставляли в помещении при температуре приблизительно 20°С на 22 дня.

Получение масляной фазы (дисперсная фаза)

Пеларгонат холестерина, холестерил-олеил карбонат, пропионат холестерина, хлорид холестерина и 4,4'-дипентилазоксибензол смешивали в соответствующих отношениях по массе при температуре приблизительно 70°С с получением 15 г масляной фазы.

Получение жидкокристаллической эмульсии

Смесь термотропных жидких кристаллов (масляная фаза, 15 г) энергично вливали в водную фазу (непрерывная фаза, 235 г) при температуре приблизительно 60°С. Всю полученную смесь перемешивали с использованием механической мешалки типа RD 50D со скоростью вращения 680 об./мин в течение 7 минут с получением 250 г жидкокристаллической эмульсии белого цвета с вязкостью 4200 мПа·с при температуре 25°С, плотностью 1,002 г/см³ при температуре 25°С и средним размером капли масляной фазы 3,1 мкм.

Пример 2

Жидкокристаллическую эмульсию получали в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1, с использованием компонентов в количествах, приведенных в Таблице 1.

Таблица 1
Компонент	Содержание (г)
Поливиниловый спирт	6,0
Деминерализованная вода	40,4
Этиловый спирт	35,0
Борная кислота	0,1
Ацетон	18,0
Ноноксинол-5	1,5
Смесь термотропных жидких кристаллов	2,0

В результате получали жидкокристаллическую эмульсию белого цвета с вязкостью 4250 мПа·с при температуре 25°С, плотностью 1,003 г/см³ при температуре 25°С и средним размером капли масляной фазы 2,8 мкм.

Пример 3

Жидкокристаллическую эмульсию получали в соответствии с процедурой, описанной в Примере 1, с использованием компонентов в количествах, приведенных в Таблице 2.

Таблица 2
Компонент	Содержание (г)
Поливиниловый спирт	19,0
Деминерализованная вода	34,6
Этиловый спирт	29,0
Борная кислота	0,9
Ацетон	14,5
Ноноксинол-5	2,5
Смесь термотропных жидких кристаллов	5,0

В результате получали жидкокристаллическую эмульсию белого цвета с вязкостью 4350 мПа·с при температуре 25°С, плотностью 1,005 г/см³ при температуре 25°С и средним размером капли масляной фазы 2,4 мкм.

1.Жидкокристаллическая эмульсия типа масло-в-воде, отличающаяся тем, что она состоит изa) непрерывной фазы, водной фазы, содержащей воду, этиловый спирт, ацетон, поливиниловый спирт, диспергирующий агент и борную кислоту,b) дисперсной фазы, масляной фазы, содержащей смесь термотропных жидких кристаллов, причемнепрерывная фаза содержит поливиниловый спирт в количестве от 5 до 20% по массе, диспергирующий агент в количестве от 1 до 2% по массе и борную кислоту в количестве от 0,1% до 1,0% по массе, а содержание дисперсной фазы по отношению к непрерывной фазе в расчете на сухое вещество составляет от 14 до 48% по массе.

2. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что она содержит от 14 до 48% по массе (в расчете на сухое вещество) смеси термотропных соединений и от 50 до 86% по массе (в расчете на сухое вещество) поливинилового спирта.

3. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что она содержит поливиниловый спирт, имеющий молекулярную массу от 50000 до 130000 и степень гидролиза от 83 до 98 мол.%.

4. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что она содержит смесь термотропных соединений, выбранных из группы, включающей пеларгонат холестерина, холестерил олеил карбонат, пропионат холестерина, хлорид холестерина и 4,4′-дипентилазоксибензол.

5. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что она содержит ноноксинол-5 в качестве диспергирующего агента.

6. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что размер капли масляной фазы, жидкокристаллической фазы, меньше 5 мкм.

7. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что размер капли масляной фазы, жидкокристаллической фазы, меньше 4 мкм.

8. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что размер капли масляной фазы, жидкокристаллической фазы, составляет от 1 до 2 мкм.

9. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что вязкость эмульсии меньше 5000 мПа·с.

10. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что вязкость эмульсии меньше 4500 мПа·с.

11. Жидкокристаллическая эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что вязкость эмульсии составляет от 4000 до 4500 мПа·с.

12. Способ получения жидкокристаллической эмульсии по любому из пп.1-11, включающий следующие этапы:a) получение масляной фазы путем смешивания термотропных жидких кристаллов;b) получение водной фазы путем добавления поливинилового спирта к водно-спиртовому раствору, содержащему растворенную борную кислоту, перемешивания и нагревания смеси до полного растворения поливинилового спирта, после чего полученный раствор охлаждают, добавляют ацетон и эмульгирующее вещество и все вместе перемешивают с получением гомогенной массы, которую после охлаждения до комнатной температуры пропускают через сито номер 29Т, переносят в герметично закрытые контейнеры и помещают в помещение с температурой не ниже 20°С на период от 10 до 60 дней; а также этап, на которомc) смесь термотропных жидких кристаллов энергично вливают в водную фазу и все вместе перемешивают с использованием мешалки со скоростью вращения от 500 до 5000 об/мин в течение от 1 до 15 мин с получением жидкокристаллической эмульсии.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что на этапе b) смесь нагревают до температуры приблизительно от 80 до 85°С.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что на этапе b) полученный раствор охлаждают до температуры 40°С.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что на этапе с) смесь термотропных жидких кристаллов вливают в водную фазу при температуре приблизительно от 60 до 65°С.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что водную фазу кондиционируют от 10 до 15 дней перед использованием в процессе эмульгирования.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что водную фазу кондиционируют от 15 до 30 дней перед использованием в процессе эмульгирования.

18. Способ по п.12, отличающийся тем, что водную фазу кондиционируют от 30 до 60 дней перед использованием в процессе эмульгирования.

19. Способ по п.12, отличающийся тем, что для перемешивания водной фазы и масляной фазы используют низкооборотную мешалку.