(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体高分子が剪断力を用いる加工により可塑化され、架橋剤がこの加工時に存在し、そして該生体高分子がヒドロキシル性溶剤に溶解あるいは分散される、多糖類およびタンパク質およびそれらの混合物から選択される生体高分子のナノ粒子を製造する方法。
【請求項２】
生体高分子が澱粉または澱粉誘導体または少なくとも５０％の澱粉を含有するポリマー混合物である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該架橋剤がジアルデヒドまたはポリアルデヒド、特にグリオキサールである請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
該加工が４０と２００℃の間の温度で行われる請求項１−３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１００Ｊ／ｇの機械的エネルギー投入量に相当する剪断力が使用される請求項１−４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
該生体高分子が加工時に少なくとも５０重量％の乾燥物質含量を持つ先行の請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
該加工が押出を含んでなる先行の請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
生体高分子の重量基準で１−４０重量％のグリセロール等の追加の可塑剤が加工時に存在する先行の請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
生体高分子の重量基準で０．０１−５％のマレイン酸、シュウ酸またはクエン酸等の酸が加工時に存在する先行の請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
生体高分子の重量基準で０．０１−５％のアミラーゼ等の酵素が加工時に存在する先行の請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
上記加工の後、該生体高分子が水性媒体中に４と５０重量％の間の濃度迄溶解あるいは分散される先行の請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
該生体高分子の分散物が上記加工の後に更に架橋される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１−１２のいずれか一つに記載の方法により得られ、場合によっては水中に分散後に、４００ｎｍ未満の平均粒度を有する、生体高分子ナノ粒子。
【請求項１４】
澱粉を含んでなる、請求項１３に記載の生体高分子ナノ粒子。
【請求項１５】
請求項１−１２のいずれか一つに記載の方法により得られる分散物。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の生体高分子ナノ粒子の水中への分散物。
【請求項１７】
１０重量％の濃度で１８６秒−１で１５０ミリＰａｓ以下、好ましくは５０ミリＰａｓ以下の粘度を持つ請求項１５または１６に記載の分散物。
【請求項１８】
請求項１３または１４に記載の架橋された生体高分子ナノ粒子、または請求項１５−１７のいずれか一つに記載の分散物の紙及び段ボールの表面処理への使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子(nano particle)、すなわち、本質的には澱粉等の生体高分子からなる粒子を製造する方法に関する。本発明は、またこのような方法により得られるナノ粒子にも関する。
【０００２】
米国特許５，１１６，８９０は、澱粉エマルジョンポリマーグラフトをベースとする自己架橋性ラテックスを開示している。これらのラテックスは望ましくない薬品を必要とし、多くの用途には疎水性であり過ぎる。
【０００３】
剪断力と同時に架橋を用いて生体高分子を加工することにより、澱粉及びセルロース及びガム類等の他の多糖類、並びにタンパク質（例えば、ゼラチン、乳漿タンパク質）等の生体高分子がナノ粒子に成形され得ることが見出された。この生体高分子は、例えば、アシル化、リン酸化、ヒドロキシアルキル化、酸化などを行ってカチオン性基、カルボキシメチル基により予め変成されてもよい。澱粉、及び少なくとも５０％澱粉を含む澱粉と他の（生体）高分子との混合物が好ましい。この生体高分子は、好ましくは加工が開始した時点で少なくとも５０％、特に少なくとも６０重量％の乾燥物質含量(dry substance content)を有する。
【０００４】
本発明により剪断力を用いる加工は、特に、上昇した温度（４０℃以上、特に６０℃以上、ポリマーの分解点以下、例えば、２００℃迄、特に１４０℃迄）で高剪断の条件下で行われる押出処理である機械的処理を意味する。この剪断は、生体高分子ｇ当たり少なくとも１００Ｊの特定の機械的エネルギー（ＳＭＢ）を加えることにより行われ得る。使用される加工装置に依り、最小のエネルギーはもっと高いかもしれない。また、非予備糊化材料を使用する場合には、最小ＳＭＥは、例えば、少なくとも２５０Ｊ／ｇ、特に少なくとも５００Ｊ／ｇともっと高いかもしれない。
【０００５】
この機械的処理は、上昇した温度で行われるのが好都合である。澱粉の場合には、アルカリ性媒体を使用することにより、あるいは予備糊化澱粉を使用することにより、この上昇した温度を温和なものとしてよい。機械的処理時、この生体高分子は、水または水／アルコール混合物等の水性溶媒中で高濃度、特に少なくとも４０、更に好ましくは少なくとも５０重量％の濃度で存在する。高濃度での加工を容易にするために、高圧（例えば、５から１５０バールの間）を加えてよい。
【０００６】
水または水／アルコール混合物に加えて、生体高分子の５−４０重量％のレベルでポリオール（エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリグリコール、グリコール、砂糖アルコール、尿素、クエン酸エステルなど）等の可塑剤が存在してよい。しかしながら、水は、既に可塑剤として作用し得る。可塑剤（すなわち、水とグリセロール等の他のもの）の全量は、好ましくは１５と５０％の間である。レシチン、他のリン脂質またはモノグリセリド等の潤滑剤もまた例えば、０．５−２．５重量％のレベルで存在してよい。酸、好ましくはマレイン酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、グルコン酸等の固体あるいは半固体の有機酸、またはアミラーゼ等の炭水化物分解酵素は、生体高分子の０．０１−５重量％のレベルで存在してよい。酸または酵素は若干の解重合を補助し、これは、特定サイズのナノ粒子を製造する方法において有利であると考えられる。
【０００７】
本発明の方法における必須の段階は、機械的処理時の架橋である。この架橋は好ましくは可逆的であり、すなわち、この架橋は、機械的処理段階の後に部分的あるいは全体的に切断される。好適な可逆的架橋剤は、低い水濃度で化学結合を形成し、高い水濃度で解離、あるいは加水分解するものを含む。この架橋様式は、結果として加工時に一時的な高粘度を生じ、加工後低粘度が続く。
【０００８】
可逆的な架橋剤の例は、ヘミアセタールを可逆的に形成するジアルデヒドとポリアルデヒド、酸無水物及び混合無水物（例えば、コハク酸及び酢酸の無水物）などである。好適なジアルデヒドとポリアルデヒドは、グルタルアルデヒド、グリオキサール、過ヨウ素酸酸化の炭水化物などである。グリオキサールは、本発明の目的に特に好適な架橋剤である。
【０００９】
このような架橋剤は、単独で、あるいは可逆的な架橋剤の混合物として、あるいは可逆的な及び非可逆的な架橋剤の混合物として使用されてよい。このように、エピクロロヒドリンと他のエポキサイド、トリホスフェート、ジビニルスルホン等の慣用の架橋剤は、多糖生体高分子の非可逆的な架橋剤として使用され得、一方、ジアルデヒド、チオール試剤などは、タンパク質性生体高分子に使用されてよい。この架橋反応は、酸−あるいは塩基−触媒されてよい。架橋剤のレベルは、生体高分子に対して０．１から１０重量％とするのが好都合である。この架橋剤は、機械的処理のスタート時に既に存在してよいが、顆粒状澱粉等の非予備糊化生体高分子の場合には、架橋剤を後、すなわち、機械的処理時に添加するのが好ましい。
【００１０】
次に、この機械的処理された、架橋生体高分子は、好適な溶媒、通常水及び／またはアルコール等の別なヒドロキシル性溶媒中で４から５０重量％、特に１０から４０重量％の濃度に分散することによりラテックスとされる。この分散に先立ち、極低温摩砕段階を行ってよいが、穏やかな加熱と一緒の撹拌が同等に良好に作用する。この処理は、結果としてゲルを生じ、自発的あるいは水吸収による誘導の後に、破砕してラテックスとする。改善された混合等のこの粒子の用途にこの粘度挙動を利用することができる。所望ならば、分散された生体高分子を、上述の同じあるいは他の架橋剤を用いて更に架橋してよい。
【００１１】
本発明は、生体高分子、特に澱粉を可塑化し、上述のように架橋することにより得られる押出物に関する。この押出物は、水性溶媒、例えば水または少なくとも５０％の水のアルコール等の水混和性溶媒との混合物中で膨潤し、その後で、粘度低下を示して、ナノ粒子の分散物を生じることにより特徴付けられる。
【００１２】
本発明は、また上述の押出物から得られるナノ粒子にも関する。このナノ粒子（粒子として、あるいは分散物として）は、４００ｎｍ以下、特に２００ｎｍ以下の小粒度、これらの安定性、狭い粒度分布及び粘度により特徴付けられる。この狭い粒子分布は、特に、数平均分子量に対する重量平均分子量の比が２以下（Ｍw／Ｍn＜２）であることにより反映される。
【００１３】
このナノ粒子は、マトリックス材料として、すなわち例えば乾燥固体含量の増大が所望されるコーティング用途における樹脂として使用され得る。このようなマトリックス材料は、皮膜形成物質（最低の皮膜形成温度を調節するための）、増粘剤、またはレオロジー改質剤、または接着剤または接着剤添加剤（粘着性賦与剤）であってよい。増粘剤として、これは、例えば１５０ミリＰａｓ以上の高粘度を有してよい。このナノ粒子またはこの分散物もまた、これらのバリアー性（例えば、酸素に対する高バリア、例えば水に対する低バリア）によって、キャリア（例えば、着色剤、薬剤、調味料と芳香剤など、有利には緩慢放出(slow release)剤として）として、化粧品組成物（アレルギー性がない）などにおける油脂置換剤（口当たり(mouth-feel)により）として、皮膚疾患、火傷などを緩和する薬剤として使用されてよい。このような用途の更なる例は、包装及び包装業界（紙及び段ボールの表面処理、光沢など）において、あるいは農業及び園芸（例えば、バルブ及び他のプラントアート上の保護層）において、あるいは保護の目的の除去可能なあるいは一時的なコーティングとしてである。このナノ粒子は、また医薬品において賦形剤またはキャリアとしても使用され得、その場合には、これらは、緩慢放出薬剤等の活性物質に錯化あるいは共有結合されてよい。このナノ粒子は、また比較的高密度でフォームに加工され得る。
【００１４】
（実施例）
実施例１
押出
自国産のじゃがいも澱粉（１２．６ｋｇ，水分含量１８％，Ａｖｅｂｅ）とグリセロール（２．４ｋｇ＝１６重量％のプレミックス）のプレミックスを室温でＢｅａｒ Ｖａｒｉｍｉｘｅｒ中で１５分間混合して、均質のプレミックスを得た。このプレミックスを、Ｋ−Ｔｒｏｎ Ｋ２Ｍ ＆ ８５容量式フィーダーにより８．４ｋｇ／時の速度で押出機（Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ ＺＥ４Ｏ自己掻き取り型共回転式２軸押出機、３８Ｄ）に供給した。この押出機は、２０−８０−９０−１００−１００−１００−１００−１００−９５℃の調節された温度プロフィールの９つのゾーンを有する。スクリュー構造１（図）を使用した。スクリュー速度を１６０ｒｐｍに設定した。Ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ Ｍｅｔａ ＨＫ２０−１２、５Ｓピストン注入ポンプにより、バレルの第５ゾーン（２２Ｄ）に１．２ｋｇ／時の流速でグリオキサールの５重量％水溶液を注入した。結果として、澱粉の乾燥量に対する純粋なグリオキサールのパーセンテージは１％であった。押出物は、５穴のダイ（穴の直径は３ｍｍ）から押出機を出て、引き続いて顆粒化された。
【００１５】
ラテックス製造（１）
この顆粒を極低温摩砕し、篩分けして、１５０μｍ以下の粒子を得た。
引き続き、この粉末を水と混合した。粉末の量を最終的な分散物での所望の固体量に調節した。混合物を室温で混合した後、強固なゲルが生成した。このゲルは、すこし経った後崩壊し、低粘度の均質な透明な淡褐色分散物が生成した。１０ｗ／ｗ％分散物の粘度をブルックフィールドＤＶ−ＩＩＩ粘度計により測定し、室温で５５秒-1の剪断速度で２６ミリＰａ．ｓの粘度を得た。１０ｗ／ｗ％分散物中のこの粒子半径をＤＬＳ（動的光散乱）により測定し、１０ｎｍから５００ｎｍの間の値及び５４ｎｍの計算された平均粒子半径を得た。
【００１６】
ラテックス製造（２）
この顆粒を極低温摩砕し、篩分けして、５００μｍ以下の粒子を得た。１０ｇのこの粉末を９０ｇの水と混合した。混合物を室温で混合した後、強固なゲルが生成した。このゲルは、すこし経った後崩壊し、低粘度の均質な透明な淡褐色分散物が生成した。この粒子半径をＤＬＳ（動的光散乱）により測定し、１０ｎｍから５００ｎｍの間の値を得た。
【００１７】
ラテックス製造（３）
１０ｇのこの顆粒を９０ｇの水と混合した。混合物を５０℃で２時間撹拌した後、低粘度の分散物が生成した。分散物を１５０μｍの濾布上で濾過した後、粒度をＤＬＳ（動的光散乱）により測定し、１０ｎｍから５００ｎｍの間の半径を得た。
【００１８】
ラテックス製造（４）
２０ｇのこの顆粒を８０ｇの水と混合した。混合物を５０℃で２時間撹拌した後、低粘度の分散物が生成した。分散物を１５０μｍの濾布上で濾過した後、この分散物の粘度をブルックフィールドＤＶ−ＩＩＩ粘度計により測定し、室温で５５秒-1の剪断速度で８２５ミリＰａ．ｓの粘度を得た。
【００１９】
フィルム成形
上記で得られた分散物（２０ｇ）をポリスチレントレイ（ガラス、紙上への注型も可能）中に注型し、引き続き室温で乾燥した。２日後、透明な強い澱粉フィルムが残った。
【００２０】
実施例２−６
実施例１を連続モードで繰り返した。８．８１ｋｇのプレミックス（６．４８ｋｇのじゃがいも澱粉，１８．０重量％＝１．１７ｋｇの水と１７．９重量％＝１．１６ｋｇのグリセロールを含む）を時間当たりに供給した。５−１０−１５重量のグリオキサールを含有するグリオキサール水溶液（乾燥澱粉に対して０．９３−１．８６−２．８０重量％）を１．２ｋｇ／時間の速度で供給した。結果を次の表に示す。
【００２１】
【表１】
0003946958.tif 000002
【００２２】
１：架橋剤の水中の濃度（１％は乾燥澱粉に対して約０．１８６重量％に相当する）
２：添付の図を参照のこと。
３：１０％分散物について１８６秒−１及び２０℃で測定。
【００２３】
実施例７
ワックス状(waxy)のトウモロコシ澱粉（水分含量１１．５％Ｍｅｒｉｔｅｎａ３００，Ａｍｙｌｕｍ）、グリセロール（乾燥澱粉基準で１８％）及び水（全水含量を乾燥澱粉基準で２２％に調節）のプレミックスを８．８ｋｇ／時の速度でＢｅｒｓｔｏｆｆ ＺＥ４０押出機（Ｌ／Ｄ＝３８）の供給域中に供給した。この押出機中の温度プロフィールは、実施例１で述べたものと類似していた。スクリュー構造１を使用し、スクリュー速度を２００ｒｐｍに設定した。１０％グリオキサールの水溶液を第５ゾーン（２２Ｄ）に１．２ｋｇ／時の速度で供給した。この押出物を乾燥、顆粒化した。実施例１（ラテックス製造１）に述べたように、分散物製造を行った。２０秒-1の剪断速度で２２５ミリＰａｓのブルックフィールド粘度を持つ２０％の分散物を得た。
【００２４】
実施例８
ワックス状の米澱粉（水分含量１４％ＲｅｍｙｌｉｎｅＡＸ−ＤＲ，Ｒｅｍｙ）、グリセロール（乾燥澱粉基準で１８％）及び水（全水含量を乾燥澱粉基準で２２％に調節）のプレミックスを８．８ｋｇ／時の速度でＢｅｒｓｔｏｆｆ ＺＥ４０押出機（Ｌ／Ｄ＝３８）の供給域中に供給した。この押出機中の温度プロフィールは、実施例１で述べたものと類似していた。スクリュー構造１を使用し、スクリュー速度を２００ｒｐｍに設定した。１０％グリオキサールの水溶液を第５ゾーン（２２Ｄ）に１．２ｋｇ／時の速度で供給した。この押出物を乾燥、顆粒化した。実施例１（ラテックス製造１）に述べたように、分散物製造を行った。２０秒-1の剪断速度で２５３ミリＰａｓのブルックフィールド粘度を持つ２０％の分散物を得た。
【００２５】
実施例９
化工（アセチル化及び架橋）された、ワックス状のトウモロコシ澱粉（水分含量１２．７％，Ｒｅｓｉｓｔａｍｙｌ３４２，Ａｍｙｌｕｍ）、グリセロール（乾燥澱粉基準で１８％）及び水（全水含量を乾燥澱粉基準で２２％に調節）のプレミックスを８．８ｋｇ／時の速度でＢｅｒｓｔｏｆｆ ＺＥ４０押出機（Ｌ／Ｄ＝３８）の供給域中に供給した。この押出機中の温度プロフィールは、実施例１で述べたものと類似していた。スクリュー構造１を使用し、スクリュー速度を２００ｒｐｍに設定した。１０％グリオキサールの水溶液を第５ゾーン（２２Ｄ）に１．２ｋｇ／時の速度で供給した。この押出物を乾燥、顆粒化した。実施例１（ラテックス製造１）に述べたように、分散物製造を行った。２０秒-1の剪断速度で１８０ミリＰａｓのブルックフィールド粘度を持つ２０％の分散物を得た。
【００２６】
実施例１０
ワックス状のトウモロコシ澱粉（水分含量１１．５％Ｍｅｒｉｔｅｎａ３００，Ａｍｙｌｕｍ）、グリセロール（乾燥澱粉基準で１８％）、水（全水含量を乾燥澱粉基準で２２％に調節）及びマレイン酸（乾燥澱粉基準で０．５％）のプレミックスを８．８ｋｇ／時の速度でＢｅｒｓｔｏｆｆ ＺＥ４０押出機（Ｌ／Ｄ＝３８）の供給域中に供給した。この押出機中の温度プロフィールは、実施例１で述べたものと類似していた。スクリュー構造２を使用し、スクリュー速度を２００ｒｐｍに設定した。１０％グリオキサールの水溶液を第５ゾーン（２２Ｄ）に１．２ｋｇ／時の速度で供給した。この押出物を乾燥、顆粒化した。実施例１（ラテックス製造１）に述べたように、分散物製造を行った。２０秒-1の剪断速度で１４００ミリＰａｓのブルックフィールド粘度を持つ３５％の分散物を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この図は、実施例で使用される押出機の２つのスクリュー構造を示す。
【図１】
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