自組裝聚合物顆粒釋放系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】自組裝定義為：與聚合物或多種聚合物(固體或液體狀態(tài))混合時(shí)，活性成分(AI)與聚合物/多種聚合物形成復(fù)合物的能力或與聚合物/多種聚合物的強(qiáng)吸引的能力，自組裝影響整個(gè)系統(tǒng)的控釋。這種AI-聚合物的相互作用或強(qiáng)吸引可以在固態(tài)或在溶液中形成。AI-聚合物的相互作用也可以在施加至濾紙、土壤、種子或植被基底時(shí)形成，在此AI和聚合物自組裝成AI-聚合物-基底的基體或復(fù)合物，其影響AI如何以受控的方式從所述復(fù)合物或基體釋放。
【專利說明】自組裝聚合物顆粒釋放系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]無。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦資助研究聲明
[0004]不適用。
【背景技術(shù)】
[0005]眾所周知，在現(xiàn)有技術(shù)中，固體、液體或氣體活性成分能被引入到液體或固體的核心結(jié)構(gòu)中并用作控釋產(chǎn)品。還已經(jīng)知道可以通過固體或液體的外殼或外涂層系統(tǒng)進(jìn)一步保護(hù)該基本核心結(jié)構(gòu)不受環(huán)境影響，以產(chǎn)生更復(fù)雜的控釋產(chǎn)品(controlled-releaseproduct)。已知有很多的方法(原位聚合法、凝聚法、噴霧干燥法、界面聚合法)，通過這些方法可以創(chuàng)建納米到微米尺寸或更大尺寸的膠囊，其可以保護(hù)活性成分(Al)免受周圍的影響。下列的參考文獻(xiàn)包括了與微膠囊和納米膠囊的制備相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的描述。
[0006]1.Microcapsule processing and technology, Asaji Kondo(edited by J.WadeVan Valkenburg), Marcel Dekker, Inc., New York, 1979.[0007]2.H.M.Goertz (1993) in Kirk-Othmer Encyclopedia of ChemicalTechnology, Vol.7:Controlled Release Technology, Agricultural, pp551_572.[0008]3.Controlled-release delivery system for pesticides, H.B.Scher, editor, M.Dekker, 1999.[0009]4.ACS symposium series;33, Controlled release polymeric formulations, D.R.Paul and F.ff.Harris, editors, 1976.[0010]5.ACS symposium, Controlled-Release Pesticides, 1977.[0011]現(xiàn)有摶術(shù)
[0012]美國專利N0.5，8`83，046通過制備水溶性聚合物的水性溶液，并添加由包含Al和過氧化物的苯乙烯/聚酯液態(tài)樹脂組成的非水相來生產(chǎn)Al的微膠囊。該水包油型懸浮液在高剪切下混合，加熱以引發(fā)聚合反應(yīng)，從而產(chǎn)生含有Al的微膠囊。該公開中公開的聚合物僅可與如下Al —起使用，該Al對于與形成交聯(lián)的苯乙烯-不飽和聚酯樹脂結(jié)構(gòu)有關(guān)的引發(fā)、鏈增長和終止期間產(chǎn)生的自由基是非反應(yīng)性的。與該專利的乙烯基單體-不飽和聚酯相關(guān)的溶解度參數(shù)是有限的，且僅與有限的Al化合物種類具有內(nèi)部的相容性。這些微膠囊的控釋特性也僅通過膠囊壁的厚度和不飽和聚酯樹脂的交聯(lián)度控制，該公開中并沒有使用或啟示額外的控釋增強(qiáng)。
[0013]美國專利N0.4，534，783中使用油或有機(jī)液體以及油溶性的烷基化的聚乙烯吡咯烷酮乳化劑(第一殼)和保護(hù)聚合物、聚酰胺、聚磺酰亞胺聚酯、聚碳酸酯、或聚氨酯作為第二保護(hù)殼來包封水溶性除草劑(水相)。這些聚合物結(jié)構(gòu)通過使用可以與一些現(xiàn)今使用的Al反應(yīng)的反應(yīng)化學(xué)產(chǎn)品(胺或二-或多元酸氯化物和異氰酸酯)來構(gòu)造。這些膠囊宣稱是穩(wěn)定的，但它們不包含例如擴(kuò)散控制劑或膠囊破裂劑，這些膠囊在貯存時(shí)以及使用前是穩(wěn)定的，但是在膠囊與土壤或植物表面接觸時(shí)變?yōu)橛谢钚?。該公開的聚合物系統(tǒng)也是只針對水敏性Al而設(shè)計(jì)。該公開中所采用的聚合物是水敏性的(Modern Plastics&Encyclopedi
a,1991，McGraw Hall)，但沒有任何跡象表明有多少Al在存儲過程中或應(yīng)用之后釋放到膠囊外。
[0014]美國專利N0.4，557，755僅對在水中的溶解度低(lg/100ml)的Al是可操作的，并且使用水溶性的陽離子脲樹脂和甲醛、脲、三聚氰胺和硫脲的預(yù)聚物包封。在水性環(huán)境中形成三聚氰胺-甲醛預(yù)聚物，然后與水性的脲-甲醛聚合物混合，然后兩個(gè)系統(tǒng)都加入到水溶性的胺鹽(陽離子)脲樹脂的水溶液中，形成膠囊前體(precapsule)介質(zhì)。將Al加入到膠囊前體(precapsule)介質(zhì)中，乳化、并酸化以微膠囊化Al。這些膠囊化產(chǎn)品的主要不足是只能通過改變膠囊的壁厚才能控釋所述Al。該專利中沒有界面控制劑或改性劑用于控制Al的釋放。
[0015]美國專利N0.4，344，857使用在Al的存在下能夠與酸凝固以形成懸浮液的多羥基聚合物淀粉-黃原酸酯的水溶液，其宣稱然后通過工藝包封。該公開文本還公開了使用過氧化氫產(chǎn)生包封的Al產(chǎn)品。如果過氧化氫與一些不同的Al結(jié)構(gòu)接觸，則會存在改變該Al的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。該公開的對于膠囊或包封的產(chǎn)品的尺寸沒有描述，并且除壁厚之外沒有控制Al的釋放速率的任何方式。這些膠囊的聚合物是水敏性的，不能在水/包封的產(chǎn)品液體系統(tǒng)的存儲期比一天長的水溶液/懸浮液應(yīng)用中使用。
[0016]美國專利N0.5，599，583在無水包封過程中使用熔融的水溶性聚合物作為Al的粘合劑。這種工藝對不溶于水的Al是敏感的，因此限制了該工藝用于更為水溶性的Al結(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)這些水溶性聚合物在水性應(yīng)用交付系統(tǒng)中的長期穩(wěn)定性也是非常有限的。
發(fā)明概要
[0017]本公開是一種用于構(gòu)建帶有(bearing)活性成分(“Al”)的自組裝聚合物顆粒(self-assembling polymeric particle)的方法。第一步是確定Al的溶解度參數(shù)，其中，所述Al具有針對用戶定義的應(yīng)用的用戶定義無需Al證實(shí)的特性(user definedcharacteristic not evidenced by the Al for a user defined application),例如過慢、過快、過于有穿透性(penetrating)或者沒有充分穿透性(insufficientlypenetrating)。下一步是使Al的溶解度參數(shù)和第一聚合物的溶解度參數(shù)匹配，以形成Al/第一聚合物的穩(wěn)定共混物。再下一步是確定第二聚合物界面控制劑(polymeric interfacecontrol agent),該第二聚合物界面控制劑協(xié)助Al/第一聚合物共混物中的Al表現(xiàn)針對用戶定義的應(yīng)用的用戶定義的特性(assists the Al in the AI/first polymer blend toevince the user defined characteristic for the user defined application),并且共混第二聚合物界面控制劑和Al/第一聚合物共混物以形成第二共混物。如果第二共混物在水中是不穩(wěn)定的，則向第二共混物中添加水穩(wěn)定添加劑(water-stabilizing additive)。最后一步是如果存在水穩(wěn)定添加劑，制備第二共混物和水穩(wěn)定添加劑的水穩(wěn)定共混物。由此形成的水穩(wěn)定的第二共混物通過在表面上沉積第二共混物形成自組裝聚合物顆粒，自組裝聚合物顆粒具有Al的核，以及包封Al的第一聚合物、第二聚合物界面控制劑和水穩(wěn)定添加劑，根據(jù)需要存在。
[0018]還公開了帶有活性成分(“Al”)的自組裝聚合物顆粒，其中，Al具有針對用戶定義的應(yīng)用的用戶定義無需Al證實(shí)的特性。該自組裝聚合物顆粒還具有第一聚合物，該第一聚合物具有與Al相匹配的溶解度參數(shù)，以用于形成Al/第一聚合物穩(wěn)定共混物。該自組裝聚合物顆粒還具有第二聚合物界面控制劑，該第二聚合物界面控制劑協(xié)助Al/第一聚合物共混物中的Al表現(xiàn)針對所述用戶定義的應(yīng)用的所述用戶定義特性，在此第二聚合物界面控制劑與所述Al/第一聚合物共混物共混以形成第二共混物。如果第二共混物在水中是不穩(wěn)定的，可將可選的(optional)水穩(wěn)定添加劑并入到第二共混物中。第二共混物分散在水中，通過在表面上沉積水性第二共混物形成自組裝聚合物顆粒，在此，所述自組裝聚合物顆粒具有Al的核，以及包封Al的第一聚合物、第二聚合物界面控制劑和水穩(wěn)定添加劑，根據(jù)需要存在水穩(wěn)定添加劑。
[0019]發(fā)明詳述
[0020]在繼續(xù)之前，給出以下定義和縮寫。
【權(quán)利要求】
1.構(gòu)建帶有活性成分(“Al”)的自組裝聚合物顆粒的方法，該方法包括以下步驟: (a)確定Al的溶解度參數(shù)，所述Al具有針對用戶定義的應(yīng)用的用戶定義無需Al證實(shí)的特性； (b)使Al的溶解度參數(shù)與第一聚合物的溶解度參數(shù)匹配，以形成Al/第一聚合物的穩(wěn)定共混物； (c)確定第二聚合物界面控制劑，第二聚合物界面控制劑協(xié)助所述Al/第一聚合物共混物中的所述Al表現(xiàn)針對用戶定義的應(yīng)用的用戶定義的特性，并且共混所述第二聚合物界面控制劑和所述Al/第一聚合物共混物以形成第二共混物； (d)如果所述第二共混物在水中是不穩(wěn)定的，則向所述第二共混物中添加水穩(wěn)定添加劑；以及 (e)如果存在水穩(wěn)定添加劑，制備所述第二共混物和所述水穩(wěn)定添加劑的水穩(wěn)定共混物； 通過在表面上沉積所述第二共混物，所述第二共混物形成自組裝聚合物顆粒，所述自組裝聚合物顆粒具有所述Al的核，以及包封所述Al的所述第一聚合物、所述第二聚合物界面控制劑和如果存在的所述水穩(wěn)定添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，Al與溶解度參數(shù)匹配的自由基或縮合型單體結(jié)合，在Al存在下該單體聚合以形成納米或微米尺寸的包封有Al的聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，Al與聚合物穩(wěn)定劑結(jié)合，并在水中乳化以形成包含所述Al的納米或微米尺寸的乳液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，溶解度參數(shù)匹配的聚合物形成納米或微米尺寸的顆粒，并且通過將所述Al與水性或非水性分散體接觸或通過汽相擴(kuò)散所述Al到所述聚合物顆粒中，將Al并入所述聚合物顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，溶解度參數(shù)匹配的聚合物形成所述溶解度參數(shù)相匹配的聚合物的納米或微米顆粒的水/油或油/水乳液，其中，Al擴(kuò)散到乳液中并被穩(wěn)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述Al的作用方式過慢、過快、過于有穿透性、或沒有充分的穿透性以滿足所述用戶定義的特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將所述自組裝聚合物顆粒應(yīng)用至土壤、種子、植物葉子或昆蟲中的一種或多種中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述Al是殺真菌劑、殺蟲劑或除草劑中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述Al在土壤處理、葉處理、種子處理或昆蟲處理方面起作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述Al是天然產(chǎn)品。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述Al是固體、液體或水中的固體分散體、有機(jī)溶劑中的固體分散體、植物油中的固體分散體、水中的均勻溶液、有機(jī)溶劑中的均勻溶液或植物油中的均勻溶液中的一種或多種。
【文檔編號】B01J13/22GK103517757SQ201180064646
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月10日
【發(fā)明者】V.D.麥克金尼斯, 小羅伯特.S.惠特莫爾, K.D.蒙森, M.S.羅肖恩, K.B.斯帕爾, S.M.里瑟 申請人:貝特勒紀(jì)念學(xué)院