КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ ФОТОКАТАЛИЗАТОРЫ
COMPOSITIONS AND METHODS, INCLUDING PHOTOCATALYSTS

Область техники, к которой относится изобретение
Композиция и способ ковалентной модификации поверхностных свойств субстрата, содержащего силиконовый полимер, сополимер и их смеси и активный материал, имеющий функциональные группы, способные к ковалентному присоединению к субстрату в присутствии кислоты или основания, фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, и носитель.
Уровень техники
Материалы могут быть охарактеризованы с точки зрения объемных свойств и поверхностных свойств. Общие свойства материала в значительной степени регулируются поверхностными свойствами и объемными свойствами материала. Поверхностные свойства материала в значительной степени регулируются химическим составом поверхности и структурой поверхности материала. Объемные свойства материала в значительной степени регулируются объемным химическим составом и объемной структурой материала. Иногда желаемым является модифицировать химический состав поверхности и/или структуру поверхности материала для того, чтобы получить определенные поверхностные свойства. К тому же, иногда желаемым является модифицировать объемный химический состав и/или объемную структуру материала для того, чтобы получить определенные объемные свойства.
Субстраты, включающие волосы и кожу, являются интересными с точки зрения модификации поверхности и/или объема. Субстраты неоднократно подвергаются механическому мытью, химическим обработкам и условиям окружающей среды, среди которых множество факторов, которые могут привести к потере желаемых свойств субстратов, таких как природное и синтетически созданное сияние, блеск и структура. Кроме того, факторы окружающей среды могут добавляться к этим эффектам и, по существу, способствовать выветриванию или повреждению субстратов. Сильное повреждение поверхности субстратов, включающих волосы и кожу, может нарастать со временем, приводя к хроническому повреждению.
Соответственно, существует необходимость в композициях и способах компенсации для таких вещей, как потеря F-слоя и рогового слоя волокон волос и кожи, соответственно, которые обеспечивают долговременное кондиционирование и защитный эффект. Ковалентная модификация поверхностных свойств поврежденных материалов субстратов является одним из примеров такого подхода. Существует также необходимость защищать, восстанавливать и/или укреплять эти материалы. Модификация поверхности материала путем локального формирования активного материала на поверхности материала реакцией одного или более активных компонентов для создания ковалентных связей между одним или более активными компонентами и модификация объема материала путем формирования активного материала подобным образом в объеме материала являются многообещающими подходами.
Сущность изобретения
Композиция, содержащая: активный материал, содержащий одну или более функциональных групп, способных ковалентно присоединяться в присутствии кислоты или основания к одной или более комплементарным функциональным группам; фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света; и носитель для диспергирования или растворения активного материала и фотокатализатора для нанесения композиции на субстрат; при этом активный материал выбран из группы, состоящей из силиконовых полимеров, сополимеров и их смесей и, по меньшей мере, одной органической функциональной группы.
Способ обработки субстрата, включающий стадии, на которых: наносят на субстрат ранее описанную композицию и поддают субстрат, обработанный композицией, действию рассеянного света. Альтернативно, данный способ может быть выполнен в несколько стадий, при этом способ включает стадии, на которых: наносят, по меньшей мере, один активный материал на субстрат, причем активный материал содержит одну или более функциональные группы, и субстрат содержит одну или более комплементарные функциональные группы; наносят на субстрат, по меньшей мере, один фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света; и стадию, на которой фотокатализатор и, по меньшей мере, один активный материал поддают действию света. В любом из используемых способов действие света приводит к образованию ковалентных связываний между одной или более функциональными группами, по меньшей мере, одного активного материала и субстрата.
Краткое описание чертежей
Различные осуществления, описанные в данной заявке, могут подразумевать ссылку на следующее описание, взятое из сопроводительных чертежей, как следует ниже.
На ФИГ.1 представлена схематическая диаграмма, которая иллюстрирует повреждение FCSM волокна, содержащего ковалентную связь с 18-МЕА в виде тиоэфирных связей.
На ФИГ.2 представлена схематическая диаграмма, которая иллюстрирует одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, для обработки субстратов, включающих волокна с активным компонентом и фотокатализатор.
На ФИГ.3 и 3А представлены схематические диаграммы, которые иллюстрируют одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, для обработки физиологических субстратов, таких как волокна с активным компонентом и фотокатализатор.
На ФИГ.4 представлено схематическое изображение одного неограничивающего осуществления механизма действия композиций и способов, описанных в данной заявке, при этом поверхность субстрата является ковалентно модифицированной.
На ФИГ.5 представлено схематическое изображение неограничивающего осуществления механизма действия композиций и способов, описанных в данной заявке, при этом поверхность субстрата является ковалентно модифицированной.
На ФИГ.6 представлено схематическое изображение неграничивающего осуществления механизма действия композиций и способов, описанных в данной заявке, при этом пористый материал субстрата обрабатывают активным материалом, способным к образованию вторичного активного материала.
Детальное описание изобретения
Размеры и значения, описанные в данной заявке, не должны быть истолкованы как строго ограниченные приведенными точными численными значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый такой размер предназначен для обозначения как приведенного значения, так и функционально эквивалентного диапазона около данного значения. Например, размер, описанный как «40 мм», предназначен для обозначения «приблизительно 40 мм».
Как используют в данной заявке, термин «функциональная группа» означает атом или группу связанных атомов, которые, по меньшей мере, частично определяют структуру и обуславливают свойства отдельного семейства химических соединений. Функциональная группа может быть областью на или в молекуле или материале, которая является местом специфической химической реакционной способности по сравнению с другими областями молекулы или материала. Функциональные группы, в основном, обладают характеристичными свойствами и могут регулировать отчасти реакционную способность молекулы в целом. Функциональные группы включают, но не ограничиваются приведенным, гидроксильные группы, тиольные группы, карбонильные группы, карбоксильные группы, сульфонатные группы, сульфидные группы, эфирные группы, атомы галогенов, амино группы, циано группы, нитро группы и т.д. Соединения, которые, в основном, классифицируют (структурно и/или функционально) соответственно функциональным группам включают, но не ограничиваются приведенным, например, алканы, алкены, алкины, ароматические соединения, галогениды, спирты, простые эфиры, сложные эфиры, амины, имины, имиды, карбоновые кислоты, амиды, галогенангидриды, кислотные ангидриды, нитрилы, кетоны, альдегиды, карбонаты, пероксиды, гидропероксиды, карбогидраты, ацетали, эпоксиды, сульфоновые кислоты, сульфонатные эфиры, сульфиды, сульфоксиды, тиоэфиры, тиоцианаты, дисульфиды, фосфоновые кислоты, фосфонатные эфиры, фосфины, азиды, азосоединения, нитро соединения, нитраты, нитрилы, нитриты, нитрозосоединения, тиолы, цианаты и изоцианаты.
Термины «активный материал», «активный компонент», «активное соединение» и комбинации и модификации этих терминов, как используют в данной заявке, означают вещества для нанесения на субстрат, для модификации поверхностных и/или объемных свойств материала субстрата. Эти термины могут быть использованы взаимозаменяемо. Поверхностные свойства субстрата могут включать, например, гидрофобность/гидрофильность поверхности, олеофобность/олеофильность, цвет, оптические свойства, абсорбирующую способность, адсорбирующую способность, способность к образованию связей, яркость, тусклость, устойчивость к истиранию, устойчивость к загрязнению, структуру поверхности, запах, способность к мытью, способность к смачиванию, эластичность, пластичность и упругость. Объемные свойства субстрата могут включать, например, предел прочности на разрыв, упругость, абсорбирующую способность, эластичность, пластичность и биологическую активность.
Активные материалы могут включать соединения, имеющие одну или более функциональных групп, способных ковалентно присоединяться в присутствии кислоты или основания к одной или более комплементарным функциональным группам, которые находятся на поверхности или в объеме субстрата. Активные материалы могут также включать соединения, способные образовывать ковалентные связи между молекулами в присутствии кислоты или основания, например мономеры, способные к полимеризации и/или сополимеризации, катализируемой кислотой или основанием. «Косметически активный материал» представляет собой активный материал, приемлемый для использования в продуктах личной гигиены без аномальной токсичности, несовместимости, нестабильности, аллергической реакции и т.д.
Термин «мономер», как используют в данной заявке, означает соединение, которое может быть ковалентно связано с другими мономерами (которые могут иметь такие же или разные химические структуры) с образованием полимера и/или сополимера. Термин «полимер» и «сополимер», как используют в данной заявке, означает соединение, содержащее множество мономеров. Соответственно, как используют в данной заявке, термин «полимер» и/или «сополимер» включает димеры, тримеры, олигомеры и т.д.
Как используют в данной заявке, термины «модифицировать», «модификация», «функционализировать» или «функционализация» по отношению к субстрату относятся к (1) ковалентному присоединению активного компонента к поверхности субстрата, (2) ковалентному присоединению активного компонента к субстрату в объеме материала субстрата, (3) образованию ковалентных связей между двумя или более активными компонентами (которые могут быть одинаковыми или разными химическими фрагментами), при этом получающийся в результате вторичный активный материал локализуется на поверхности субстрата, и/или (4) образованию ковалентных связей между двумя или более активными компонентами (которые могут быть одинаковыми или разными химическими фрагментами), при этом активные компоненты присутствуют в объеме субстрата.
Термин «потребительский продукт по уходу», как используют в данной заявке, означает продукт, такой как, например, очистители для мягкой поверхности, очистители для твердой поверхности, очистители для стекла, очистители для керамической плитки, очистители для унитазов, очистители для дерева, мульти-поверхностные очистители, дезинфицирующие средства для поверхности, составы для мытья посуды, стиральные порошки, кондиционеры для тканей, красители для тканей, защитные средства для поверхности, дезинфицирующие средства для поверхности, средства для машинной обработки поверхности, и другие потребительские продукты. Потребительские продукты по уходу включают формы, такие как жидкости, гели, суспензии, порошки и т.д.
Потребительские продукты по уходу также могут быть для домашнего использования или домашнего потребления, а также для профессионального, коммерческого и/или промышленного использования.
Потребительские продукты по уходу включают «продукты личной гигиены», такие как, например, губные помады, туши, румяна, основы, тон, подводки для глаз, подводки для губ, блеск для губ, лак для ногтей, восстановитель для ногтей и другая косметика; продукты личной гигиены, включая пудры для лица, пудры для тела; продукты для обработки волос, включая муссы, спрей для волос, гели для моделирования прически, шампунь, кондиционер для волос (несмываемый или с последующим ополаскиванием), крем-ополаскиватель, краска для волос, продукты для подкрашивания волос, продукты, придающие блеск волосам, сыворотка для волос, продукты для выпрямления волос, продукты для восстановления посеченных волос, раствор для перманентной завивки, состав против перхоти; гели для ванной, гели для душа, лосьоны для тела, очистители для лица, продукты для ухода за кожей, включая солнцезащитный крем и лосьоны от загара, бальзам для губ, кондиционеры для кожи, кольдкрем, увлажнители, спрей для тела, мыло, скраб для тела, эксфолианты, вяжущее средство, очищающий лосьон, депилятор, антиперспирантный состав, дезодорант, продукты для бритья, продукты до бритья, продукты после бритья, зубная паста, ополаскиватель для ротовой полости, ленты для ухода за ротовой полостью.
Термин «очиститель», как используют в данной заявке, включает композиции для очистки субстратов, включая, но не ограничиваясь приведенным, волосы или кожу, включая, кожу головы, лица и тела. Соответственно термин «шампунь» включает, но не ограничиваясь приведенным, например, в обычном понимании шампунь для волос, для мытья тела, для умывания, или другую композицию для мытья поверхности. Кроме того, термин «шампунь» включает композиции для использования людьми и/или животными.
Термин «кондиционер», как используют в данной заявке, означает композицию для обработки субстратов, содержащих волокнистый материал, включая ткани, волосы и кожу, которая включает кожу головы, лица и тела, с целью обеспечения защиты субстрата от механических, химических и/или факторов окружающей среды, которые способствуют повреждению и, или выветриванию, и/или смягчают характеристики такого повреждения. В этом контексте, термин «кондиционер» включает, но не ограничиваясь приведенным, например, в обычном понимании кондиционер (несмываемый и/или с последующим ополаскиванием) для тканей и волос, лосьон для кожи или увлажнитель для лица.
Одним объектом композиций и способов, описанных в данной заявке, является обеспечение модификации поверхностных и/или объемных свойств субстрата путем ковалентного присоединения активного материала к поверхности субстрата. Другим объектом композиций и способов, описанных в данной заявке, является обеспечение модификации поверхностных и/или объемных свойств субстрата путем обработки субстрата активными соединениями, способными реагировать друг с другом с образованием ковалентных связей между двумя или более молекулами активных соединений, таким образом, образуя вторичный активный материал. Еще одним другим объектом композиций и способов, описанных в данной заявке, является обеспечение функционализации поверхности субстрата путем ковалентного присоединения активного материала к поверхности субстрата. С целью достижения эффективной обработки иногда желательно на начальной стадии присоединить к субстрату активный материал, который содержит много подобных функциональных групп в своей молекуле, с последующей другой стадией присоединения другого активного материала/эффективного агента реакцией к изначально присоединенному активному материалу. Особенно это полезно, если субстрат содержит только ограниченную плотность функциональных групп, которые способны реагировать с активным материалом/эффективным агентом с образованием химической связи. Например, изначальное присоединение яблочной кислоты (2-гидрокси-1,4-дибутановой кислоты) к субстрату повышает реакционную способность субстрата, умножив по двум направленным последующим присоединением активного вещества. Это еще один другой объект композиций и способов, описанных в данной заявке, для обеспечения, до некоторой степени, такой модификации/функционализации, которая легко подчиняется санитарно-гигиеническим инструкциям и инструкциям по безопасности, и которая может легко осуществляться в области продуктов личной гигиены и/или потребительских продуктов по уходу.
Различные осуществления относятся, в основном, к композициям и способам обработки субстрата. Как используют в данной заявке, термин «субстрат» означает любой материал, для которого полезна обработка поверхности и/или объема такого материала композициями и способами, описанными в данной заявке. Термины «субстрат» и «материал» могут использоваться взаимозаменяемо в контексте веществ для модификации композициями и способами, описанными в данной заявке. Кроме того, физиологические материалы включают, но не ограничиваются приведенным, физиологические материалы, такие как, например, волосы, кожа, ногти, десна и зубы. Субстрат может также означать нефизиологические материалы, такие как, например, волокно, бумага, дерево, пластик, стекло, кафель, камень, бетон, кирпич, другие керамики, покрытые и окрашенные металлические поверхности, покрытое стекло, полимерные пленки и композиты или их комбинации. Субстраты могут также включать поверхности, которые были предварительно модифицированы, такие как, например, покрытые поверхности (например, лакированные или окрашенные) или ламинированные поверхности. Термины «субстрат» и «материал» могут быть использованы взаимозаменяемо в контексте веществ для модификации композиций и способов, описанных в данной заявке. В различных осуществлениях, композиции, описанные в данной заявке, включают активный компонент, который может модифицировать субстрат в присутствии кислоты или основания, фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, и приемлемый носитель, который необязательно может быть физиологически приемлемым носителем. В различных осуществлениях, композиции, описанные в данной заявке, могут также включать один или более необязательных компонентов, включая поверхностно-активные вещества, эмульгаторы, окислители, восстановители, регуляторы рН, смягчающие вещества, увлажнители, белки, пептиды, аминокислоты, полимерные и сополимерные добавки, средства для придания блеска, эфирные масла и/или жирные кислоты, смазочные вещества, связывающие/хелатирующие вещества, антистатические агенты, модификаторы реологии, чувствительные агенты, наполнители, консерванты, отдушки, другие функциональные компоненты или их комбинации.
В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обработку субстрата путем образования одной или более ковалентных связей между активным материалом и/или субстратом, при этом ковалентная связь образуется в присутствии кислоты или основания, генерируемого фотокатализатором под действием света. В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обработку субстрата путем образования одной или более ковалентных связей между двумя или более активными молекулами компонента, при этом ковалентная связь образуется в присутствии кислоты или основания, генерируемых фотокатализатором под действием света, и активный материал находится на поверхности и/или в объеме субстрата. Как используют в данной заявке, термин «молекула» означает достаточно стабильную группу, по меньшей мере, из двух атомов в определенном порядке зафиксированных вместе химическими связями. Соответственно, термин «молекула» включает, но не ограничивается приведенным, нейтральные молекулярные соединения, полиатомные ионы, радикальные группы, биомолекулы, мономеры, димеры, триммеры, олигомеры, полимер или сополимеры, и т.д. В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обработку субстрата «путем приготовления и ковалентного присоединения активного материала к субстрату, или образования ковалентных связей между активными материалами на поверхности субстрата или в объеме субстрата, in situ, путем обеспечения субстрата, обеспечивая один или более реагентов, обеспечивая фотокатализатор и поддавая фотокатолизатор действию света в присутствии субстрата и одного или более реагентов, при этом фотокатализатор генерирует кислоту или основание, кислота или основание катализирует реакцию между одним или более реагентами и/или реакцию между одним или более реагентами и субстратом, и причем в результате реакции(ий) образуются ковалентные связи. В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обеспечение системы, включая субстрат, активный материал, который может модифицировать субстрат в присутствии кислоты или основания, и фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, поддавание системы действию света.
В основном, чтобы достичь ковалентного присоединения активных материалов к субстратам, таким как, например, волосы или кожа, часто испытываются трудности. Это особенно трудно в присутствии воды, которая может быстро подвергать разложению реакционно-способные фрагменты до того как произойдет функционализация субстрата. Более того, как известно, водная среда химически способствует протеканию гидролиза и реакций окисления, что может конкурировать с ковалентным присоединением активных материалов к субстратам. Это может представлять собой особые проблемы, например, в потребительских продуктах по уходу, где вода часто используется как физиологически приемлемый носитель. Потребительские продукты по уходу также часто используют воду в различных качествах, наибольше всего в качестве растворителя.
К тому же, субстраты, такие как, например, волосы, кожа, ткань, стекло и керамика, могут не содержать на поверхности особенно реакционно-способные химические функциональные группы, которые легко бы реагировали с активными компонентами с образованием ковалентных связей. Эта относительно низкая реакционная способность поверхности субстрата может приводить к реакционной системе, которая является внешней, с рамками времени практического использования применить-и-прополоскать окружение (например, волосы с нанесенным шампунем и кондиционером, намыленная кожа, стирающиеся ткани или твердые поверхности, поддающиеся очистке). Более того, строгие регуляторные требования относительно безопасности продуктов и защиты окружающей среды повышают требования к обеспечению композиций и способов обработки субстрата, такого как, например, волосы, кожа, ткань, стекло или керамика, посредством ковалентного присоединения активных компонентов.
Однако, различные осуществления композиций и способов, описанные в данной заявке, направлены на фотокаталитическую технологию, которая позволяет использовать свет, чтобы активизировать реакцию, такую как, например, ковалентное присоединение активного компонента к субстрату или образование ковалентных связей между двумя или более активными компонентами in situ на поверхности или в объеме материала субстрата. Различные осуществления могут быть использованы, например, для активации ковалентного присоединения длинноцепочных алкильных групп к поврежденным гидрофильным волосом и/или коже с целью пополнить и/или укрепить нормальное гидрофобное свойство этих субстратов. К тому же, различные осуществления могут быть использованы, например, для активации ковалентного присоединения активных материалов к тканям или твердым поверхностям. Более того, различные осуществления могут быть использованы, например, для размещения полимерных или сополимеризованных мономеров на поверхности и/или в объеме материалов субстратов для того, чтобы модифицировать поверхностные и/или объемные свойства материала.
В различных осуществлениях, ковалентное присоединение может приносить множество существенных преимуществ. Например, волокна, такие как волосы или ткани, могут испытывать определяющие преимущества, включая, среди других, улучшенное состояние на ощупь, пониженное истирание, облегчение при манипулировании, таком как, ткачество, плетение, расчесывание/причесывание, снижение сухости, повышение гладкости, уменьшение завитости, повышение блеска, снижение уровня статического электричества, повышение защиты от повреждений вследствие других механических, химических факторов и факторов окружающей среды. Для физиологических субстратов, таких как кожа, определяющие преимущества могут включать, среди других, снижение сухости, снижение красноты, снижение зуда, снижение шелушения и улучшение структуры и гладкости. По меньшей мере, некоторые из этих преимуществ могут быть переданы возрастанием или целевым осаждением активных веществ, полученных в результате модификации поверхности через ковалентное присоединение. Для нефизиологических субстратов, которые являются твердыми поверхностями, такими как стекло или керамическая плитка, преимущества могут включать снижение количества пятен от воды, повышение блеска или лоска и облегчение последующей чистки. Преимущества, предаваемые композициями и способами, описанными в данной заявке, являются потенциально более долговременными, потому что применяется нелабильная ковалентная связь, которая в основном является более сильной и более стабильной, чем абсорбция, адсорбция, водородное связывание, ионное связывание, другие электростатические взаимодействия и/или другие временные нековалентные связывания, применяемые в ранее использующихся кондиционерах для осаждения или нанесения активных компонентов на волосы и/или кожу. Это может по существу снизить частоту применения и повторного применения, с которыми сталкиваются при использовании известных кондиционеров.
Различные осуществления композиций и способов, описанные в данной заявке, обеспечивают для ковалентного присоединения активных материалов к субстратам, которое может быть описано как, например, подход к восстановлению и/или укреплению F-слоя волос или кожи рогового слоя. В контексте волокон, включая волосы, но, не ограничиваясь или в противном случае ограничиваясь теорией, F-слой не поддававшихся обработке волос может сниматься с волосяных волокон в процессах, опосредованных различными механическими, химическими факторами и/или факторами окружающей среды, как проиллюстрировано на Фиг.1. Эти процессы могут включать, например, окислительные и гидролитические реакции, с которыми обычно сталкиваются в процессах перманентной окраски волос и перманентной завивки.
На Фиг.1 представлена схематическая диаграмма, которая иллюстрирует FCSM волосяного волокна, содержащий часть ороговевшей эпикутикулы, ковалентно связанного с 18-МЕА, путем образования тиоэфирных связей между карбоксильной группой 18-МЭА и тиольной группой цистеиновых остатков в кератиновом протеине эпикутикулы. Гидролитические и/или окислительные процессы (например, в результате комбинаций перекиси водорода, аммиака и высокого рН, с которыми обычно сталкиваются в процессах перманентной окраски волос и перманентной завивки), а также другие механические, химические факторы и факторы окружающей среды могут удалять, по меньшей мере, часть F-слоя, разрывая цистеин-липидную тиоэфирную связь, оставляя подвергшуюся воздействию эпикутикулу, которая содержит сульфонатные группы на цистеиновых остатках.
Анионные сульфонатные группы на цистеиновых остатках на поверхности эпикутикулы изменяют состояние поверхности любых поврежденных волосяных волокон на гидрофильное, что в результате может придать поврежденным волосам нежелаемые свойства. Более того, наблюдается, что более гидрофильные (и, следовательно, более поврежденные) волосяные волокна снижают осаждение активных веществ ранее использованных гидрофобных кондиционеров (таких как, например, диметилсилоксаны, жирные спирты и кислоты и четвертичные амины), за счет нековалентных взаимодействий и связей. Соответственно, композиции и способы, описанные в данной заявке, обеспечивают привлекательный подход к обработке таких поврежденных субстратов.
На Фиг.2 схематически проиллюстрировано одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, по обработке субстратов. Обеспечивают композицию, содержащую активный компонент, имеющий гидроксильную группу (R-OH), и фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, в присутствии субстрата, содержащего поверхностные сульфонатные и карбоксильные группы. Фотокатализатор поддается действию света, который вызывает образование кислоты или основания фотокатализатором. Кислота или основание катализирует образование ковалентной сложноэфирной связи между гидроксильной группой активного материала и карбоксильной группой субстрата.
На Фиг.3 и Фиг.3А, которые рассматриваются вместе, схематически проиллюстрировано одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, по обработке субстратов. Показана часть волосяного волокна, содержащая липидный слой (F-слой) и протеиновый слой (эпикутикула). Протеиновый слой содержит структурные протеины, такие как, например, кератин, имеющий дисульфидные связи между цистеиновыми остатками. Волос может быть обработан восстанавливающим агентом, чтобы разорвать дисульфидные связи с образованием соответствующих тиольных групп. Волос может быть дополнительно обработан активным компонентом, который содержит одно или более соединений, способных к реакции с образованием ковалентных связей между одним или более соединениями активного компонента и/или между одним или более соединениями активного компонента и тиольными группами. Волосяное волокно также обрабатывают фотокатализатором. Один или более активных компонентов и фотокатализатор проникают в поверхность субстрата волосяного волокна. Субстрат волосяного волокна, обработанный одним или более активными компонентами и фотокатализатором, поддают действию света приемлемой длины волны, чтобы активировать фотокатализатор и катализировать реакцию между одним или более активными компонентами в субстрате волосяного волокна волоса и тиольными группами.
В различных осуществлениях, активные материалы могут быть одним или более мономерами, способными к полимеризации или сополимеризации в присутствии кислоты или основания. Волокна обрабатывают композицией, содержащей фотокатализатор и мономеры активного материала, которые, по меньшей мере, частично проникают в волокно. Под действием света фотокатализатор активируется, таким образом генерируя кислоту или основание, которые катализируют мономеры активного материала для полимеризации или сополимеризации мономеров, таким образом образовывая полимер или сополимер активного материала in situ, которые необязательно могут присоединяться к волокну путем образования ковалентных связей между тиольными группами и полимером или сополимером.
В других осуществлениях (не показано), эти полимеры или сополимеры активного материала нековалентно присоединяются к волокну. Например, полимер или сополимер, образуемый in situ, может быть физически иммобилизирован на поверхность волосяного волокна или в поры волосяного волокна. Полимер или сополимер, образуемый in situ, может также быть связан с волосяным волокном физическим и/или химическим взаимодействием, таким как, например, адсорбция, абсорбция, электростатическое взаимодействие, фрикционное взаимодействие, стерическое взаимодействие, и/или эффекты исключения размера с поверхностью и/или в объеме субстрата.
В различных осуществлениях мономеры активного материала могут быть стиролом или производным стирола, таким как, например, α-метилстирол. Мономер может также содержать смесь разных мономеров, таких, что in situ при полимеризации или сополимеризации (на поверхности и/или в объеме субстрата) получают полимер или сополимер.
На Фиг.4 схематически проиллюстрировано одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, по обработке субстратов. Обеспечивают композицию, которая содержит активный материал, имеющий карбоксильную группу, и фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, в присутствии субстрата, содержащего поверхностные гидроксильные группы. Фотокатализатор поддают действию света, что вызывает образование кислоты или основания фотокатализатором. Кислота или основание катализирует образование ковалентной сложноэфирной связи между гидроксильной группой субстрата и карбоксильной группой активного материала.
Поэтому, фотокатализ реакций образования сложноэфирных и/или сложнотиоэфирных ковалентных связей между активными компонентами и субстратами в различных осуществлениях композиций и способов, описанных в данной заявке, обеспечивает эффективный, регулируемый, стабильный и физиологически приемлемый подход к обработке субстрата, такой как, например, восстановление и/или укрепление F-слоя и рогового слоя волос и кожи, соответственно.
На Фиг.5 представлено схематическое изображение одного неограничивающего осуществления механизма использования композиций и способов, описанных в данной заявке, в контексте фотокислотного катализатора. На первой стадии, обеспечивают раствор реагента, который включает реагент, который может быть активным компонентом, и фотокислотный катализатор. Раствор реагента может содержать шампунь, кондиционер, другой продукт личной гигиены или потребительский продукт по уходу. На второй стадии, раствор реагента наносят на субстрат, которым может быть, например, кожа, волосы, ткань или твердая поверхность. Компоненты раствора реагента осаждаются на поверхности субстрата. На третьей стадии, систему, содержащую раствор реагента и субстрат, поддают действию света. Свет вызывает депротонирование фотокатализатора. На четвертой стадии, между реагентом и поверхностью субстрата происходит фотокислотно-катализируемая реакция этерификации. На пятой стадии, непрореагировавший катализатор, реагент и протоны рассеиваются с поверхности субстрата и удаляются из системы. На шестой стадии, модифицированный/функционализированный субстрат сушат. На седьмой стадии, модифицированный/функционализированный субстрат моют и ополаскивают. Модифицированный/функционализированный субстрат по существу сохраняет ковалентно связанный реагент после мытья и ополаскивания.
На Фиг.6 представлено схематическое изображение одного неограничивающего осуществления композиций и способов, описанных в данной заявке. Обеспечен пористый материал субстрата 10. Материал субстрата 10 включает поверхность субстрата 15 и объемную часть 20, имеющую поры 25. Материал субстрата 10 обрабатывают композицией, содержащей активный материал 30 и фотокатализатор 35. Активный материал 30 может содержать молекулы, способные к совместному реагированию в присутствии кислоты или основания с образованием вторичного соединения. Например, активный материал 30 может содержать один или более типов мономера, способного к реагированию с образованием полимера или сополимера в присутствии кислоты или основания. Активный материал 30 и фотокатализатор 35 проникают, по меньшей мере, частично, в поверхность 15 субстрата 10 в объемной части 20 через поры 25. Субстрат 10 подвергается действию света приемлемой длины волны для активирования фотокатализатора 35, который генерирует кислоту или основание, чтобы катализировать реакцию активного материала 30 на поверхности 15 и/или в объемной части 20. В это время активный материал катализируется и связывает субстрат, другой активный материал образует вторичный активный материал из двух или более активных компонентов композиции, катализируемой in situ. Этот вторичный активный материал 40 присоединяется к поверхности 15 и/или в объемной части 20 материала субстрата 10. Вторичный активный материал 40 может содержать, например, полимеры, сополимеры или их комбинации. Вторичный активный материал 40 может образовывать полимерную сеть 45, которая может модифицировать поверхностные и/или объемные свойства материала субстрата 10.
Вторичный активный материал, образованный в соответствии с фотокатализированным кислотой или основанием механизмом, описанным в данной заявке, может находиться на поверхности и/или в объеме материала субстрата. В различных осуществлениях, местоположение может быть результатом ковалентного присоединения вторичного активного материала к материалу субстрата. В других осуществлениях, местоположение может быть результатом нековалентных химических или физических взаимодействий между вторичным активным материалом и поверхностью и/или объемом материала субстрата. Например, Фиг.6 иллюстрирует вторичный активный материал, содержащий полимерную сетку, которая закреплена на поверхности и частично в объеме материала субстрата из-за физического образования полимера в порах, расположенных в материале. В других осуществлениях (не показаны на Фиг.6) вторичный активный материал, образованный в соответствии с фотокатализированным кислотой или основанием механизмом, описанным в данной заявке, может находиться на поверхности субстрата и/или в объеме субстрата благодаря взаимодействиям, таким как, адсорбция, абсорбция, электростатическое взаимодействие, фрикционное взаимодействие, стерическое взаимодействие и/или эффекты размерного исключения. Это позволяет управлять различными свойствами материала, такими как, например, пористость обработанного субстрата.
В различных осуществлениях, активный материал и/или вторичный активный материал, образованный в соответствии с фотокатализированным кислотой или основанием механизмом, описанным в данной заявке, может находиться на поверхности субстрата и/или в объеме субстрата из-за изменений свойств этих материалов, когда между их молекулами образуются ковалентные связи. Например, когда активный материал содержит мономер/полимерную систему, активный материал может быть полимеризован и/или перекрестно сшит на поверхности субстрата. Полимеризация и/или перекрестное сшивание может изменять растворимость активного материала в реакционной среде, которая может способствовать осаждению вторичного активного материала на поверхности субстрата. В этом способе поверхностный слой вторичного активного материала может образовывать на поверхности субстрата, таким образом, модифицируя поверхностные свойства. Это может приводить в результате к инкапсуляции составляющих волокон в волокнистых субстратах, таких как, например, волосы и ткани. В различных осуществлениях (не показаны на Фиг.6), фотокатализация кислотой или основанием превращает активный материал, таким образом, его ковалентно связывает с субстратом (на поверхности и/или в объеме), как описано в данной заявке.
Композиции и способы, описанные в данной заявке, способствуют in situ и локализованной модификации свойств материала в регулированном способе. Активные компоненты ковалентно изменяются (например, путем образования ковалентных связей между ними для образования вторичного активного материала и/или между активными компонентами и материалом субстрата) в фотокислотной или фотоосновной реакционной системе.
Субстрат для модификации может быть обработан путем обрызгивания, пропитывания, намазывания, покрытия, полоскания или любыми другими приемлемыми способами введения композиции на поверхность субстрата или в объем материала субстрата. В различных осуществлениях является важным обеспечение всей поверхности субстрата, который смачивают раствором реагента для того, чтобы обеспечить достаточную модификацию поверхности и/или объема субстрата. Если активный материал, по меньшей мере, частично нерастворим в носителе, важным является максимизировать контакт между активным материалом и субстратом, например, путем минимизирования размера капли или размера частицы активного вещества в носителе. В различных осуществлениях может быть желаемым введение раствора реагента только на одну часть или множество частей поверхности субстрата. В других осуществлениях, может быть желаемым облучать только одну часть или множество частей поверхности субстрата светом с длиной волны, приемлемой для активирования фотокатализатора. Ковалентная модификация происходит только на тех площадях поверхности субстрата (и в объеме, лежащем под ними), которые и вступали в контакт с раствором реагента и облучались светом с длиной волны, приемлемой для активирования фотокатализатора. Это позволяет контролировать расположение и протяженность поверхностной и/или объемной модификации.
Кислотные или основные фотокаталитические механизмы ковалентной модификации/функционализации, описанные в данной заявке, могут также быть обратимыми. Например, поверхности субстратов, ковалентно модифицированные или функционализированные через реакции этерификации и/или тиоэтерификации, могут контактировать с кислым водным раствором поверхностно-активного вещества. Альтернативно, может быть применен щелочной раствор поверхностно-активного вещества. Эти растворы могут способствовать гидролитическому расщеплению сложноэфирных и/или сложнотиоэфирных связей, связывающих активные компоненты с субстратом, таким образом, удаляя активные компоненты.
Эта способность к удалению ограничивается для активации связей компонент-субстрат, которые являются обратимыми при соответствующих условиях. Например, в случае фотокислотно катализируемой этерификации, сложноэфирная связь образуется, когда реагент и катализатор присутствуют поблизости субстрата и подвергаются действию соответствующего света. Высокая концентрация протонов на момент облучения приводит к образованию сложноэфирных связей, которые остаются нетронутыми, потому что генерированные протоны легко распространяются в объеме среды. Низкое содержание фотокислоты позволяет последующую стабильность и близкое к нейтральному рН объема водного раствора. При этих условиях сложноэфирная связь поддается гидролизу с очень маленькой скоростью. Однако обработка водными растворами с достаточно более низким (или достаточно более высоким) рН будет быстрее разрывать сложноэфирные связи, приводя к исходной немодифицированной поверхности субстрата.
Удаление ковалентно присоединенного активного вещества также может достигаться обработкой модифицированного или функционализированного субстрата композицией, включающей фотокатализатор (фотокислоту или фотооснование). Это позволяет улучшить контроль над временем удаления активного компонента из субстрата. Это может достигаться, если фотокатализатор выбирают таким образом, что он не подвергается влиянию окружающего освещения, но может генерировать кислотные или основанные радикалы под действием света определенной длины волны, которую обеспечивает соответствующее устройство.
Каждое из различных компонентов композиций и соответствующих способов, описанных в данной заявке, а также предпочтительных и необязательных компонентов, детально описывается.
Активный материал
Активный материал в соответствии с настоящим изобретением содержит разветвленные, циклические, перекрестно сшитые и их комбинации силиконовые полимеры, сополимеры и комбинации полимеров и сополимера, имеющие молекулярный вес по меньшей мере 150 грамм/моль, альтернативно 1000 грамм/моль, от 3000 грамм/моль до 10 миллионов грамм/моль, от 10000 грамм/моль до 7 миллионов грамм/моль, или от 50000 грамм/моль до 4 миллионов грамм/моль; и по меньшей мере одну органическую функциональную группу (и в одном осуществлении множество групп), включая, но не ограничиваясь приведенным, гидроксильную, амино, карбоксильную, сульфонатную, тиольную, эпоксидную, сложноэфирную группы и/или любую их комбинацию, и Hi) уровень и природа замещения и молекулярный вес силиконового полимера или сополимера могут быть соответственно выбраны в зависимости от желаемой модификации субстрата и условий применения. Например, если повышенная гидрофобность является желаемой, то меньше чем 2% атомов кремния в силиконовом полимере, сополимере и комбинации полимера и сополимера может быть замещено органическими группами. Силиконовый полимер или сополимер может быть из мономеров, которые содержат органические спиртовые группы (первичные и вторичные), включая те, что имеют структуру:
1
2
3
2
n
2
2
m
2
R-[Si(CH-)(R-CHOH)-O]-[Si(CH)-O]-R,
1
2
3
2
2
2
2
2
q
где R, R представляют собой метил; Rпредставляет собой СНСНСН-(OCHCHO)-H, где q≥1.
Например, модификация волос может быть достигнута обработкой поврежденных волос силиконовым полимерным и/или сополимерным активным материалом. Обработка таким активным материалом в эмульсии, дисперсии и/или растворах с фотокислотным генератором, таким как 8-гидроксихинолин, может обеспечить долговременные преимущества поврежденным волосам, например, которые являются устойчивыми после многократных циклов мытья волос шампунем. Примеры долговременных преимуществ включают мягкость волос (влажных и сухих), совместимость, не курчавость, способность сохранять форму и цвет, увлажненность и блеск.
Способ модификации поверхности включает образование ковалентных связей между силиконовым полимером или сополимером и субстратом. Связи создаются катализируемой кислотой реакцией первичного или вторичного спирта полимера или сополимера с сочетаемыми функциональными группами субстрата волос (например, группы карбоновых кислот относительно конденсации).
Приемлемые силиконовые полимеры и сополимеры включают те, что имеют алкоксиалканольную группу. В одном осуществлении силиконовым полимером и/или сополимером является бис-гидроксиэтоксипропилдиметикон, который имеет структуру:
Приемлемые бис-гидроксиэтоксипропилдиметиконы включают, но не ограничиваются приведенным, такие материалы, доступные как 5562 Carbinol Fluid от Dow Coming и Baysilone OF ОН 702 E от Momentive.
Фотокатализатор
а
b
а
b
Фотокатализатором может быть любая кислота, основание (или их сочетание), со значением рК (или рК), которые понижаются или повышаются под действием света. Светом может быть свет любой приемлемой длины волны, который в результате приводит к соответствующему понижению или повышению рК или рК. Например, источником света может быть окружающее освещение, солнечный свет, свет от лампы накаливания, флуоресцентный свет, свет от светодиода, лазерный свет и т.д. Композиция в соответствии с настоящим изобретением потребляет свет электромагнитного спектра в диапазоне от инфракрасного до видимого и ультрафиолетового света с длиной волны от приблизительно 1200 нм до приблизительно 200 нм.
Использование УФ против видимого света (VIS) не является взаимоисключающим, так как многие фотоактивные материалы имеют широкий спектр поглощения, который покрывает оба. Отдельно, в нескольких примерах показано, что химические реакции, достигаемые УФ-светом, могут быть измеримо усилены VIS. В действительности, он необходим, чтобы учитывать спектр действия целой реакции, чтобы определить, какие длины волн делают значительные вклады в результат. Для специалиста в данной области техники, очевидно, что соответствующая длина волны или длины волн будут зависеть от особенностей одного или более используемых фотокатализаторов.
К тому же приемлемый свет может обеспечиваться любым источником, способным освещать поверхность субстрата. Например, рассеянный солнечный свет, свет от лампы накаливания, флуоресцентный свет и т.д. может обеспечить свет приемлемой длины волны. Таким образом, свет может обеспечиваться обычными источниками, такими как лампы и портативные или с батарейным питанием источниками света. К тому же специальные устройства могут быть созданы или адаптированы для использования с композициями и способом, описанными в данной заявке. Например, щетка для волос, сконфигурированная так, что содержит светодиоды, которые обеспечивают свет приемлемой длины волны, может быть использована для ковалентной модификации поверхности волокон. В различных осуществлениях лазер может быть использован, например, для того, чтобы обеспечить точное определение объектов ковалентной модификации поверхностей субстрата.
В различных осуществлениях, фотокатализатором является фотокислота, такая как, например, ароматическое гидроксисоединение, сульфонатное пиреновое соединение, ониевая соль, производное диазометана, биссульфоновое производное, производное дисульфида, производное нитробензилсульфоната, сложноэфирное производное сульфоновой кислоты, сложный эфир сульфоновой кислоты N-гидроксиимида или их комбинации.
Фотокислотные катализаторы могут включать, например, гидроксизамещенные ароматические соединения, такие как, например, 8-гидроксихинолин, 8-гидроксихинолин сульфат, 8-хинолинол-1-оксид, 5-гидроксихинолин, 6-гидроксихинолин, 7-гидроксихинолин, 5-йод-7-сульфо-8-гидроксихинолин, 5-фтор-8-гидроксихинолин, 5-фтор-7-хлор-8-гидроксихинолин, 5-фтор-7-бром-8-гидроксихинолин, 5-фтор-7-йод-8-гидроксихинолин, 7-фтор-8-гидроксихинолин, 5-хлор-8-гидроксихинолин, 5,7-дихлор-8-гидроксихинолин, 5-хлор-7-бром-8-гидроксихинолин, 5-хлор-7-йод-8-гидроксихинолин, 7-хлор-8-гидроксихинолин, 5-бром-8-гидроксихинолин, 5-бром-7-хлор-8-гидроксихинолин, 5,7-дибром-8-гидроксихинолин, 5-бром-7-йод-8-гидроксихинолин, 7-бром-8-гидроксихинолин, 5-йод-8-гидроксихинолин, 5-йод-7-хлор-8-гидроксихинолин, 5,7-дийод-8-гидроксихинолин, 7-йод-8-гидроксихинолин, 5-сульфоновая кислота-8-гидроксихинолин, 7-сульфоновая кислота-8-гидроксихинолин, 5-сульфоновая кислота-7-йод-8-гидроксихинолин, 5-тиоциано-8-гидроксихинолин, 5-хлор-8-гидроксихинолин, 5-бром-8-гидроксихинолин, 5,7-дибром-8-гидроксихинолин, 5-йод-8-гидроксихинолин, 5,7-дийод-8-гидроксихинолин, 7-азаиндол, 7-циано-2-нафтол, 8-циано-2-нафтол, 5-циано-2-нафтол, 1-гидрокси-3,6,8-пирентрисульфоновая кислота, транс-3-гидроксистильбен, 2-гидроксиметилфенол или пеларгонидин.
Фотокислотные катализаторы могут включать ониевые соли, такие как, например, бис(4-третбутилфенил)йодония перфтор-1-бутансульфонат, дифенилйодония перфтор-1-бутансульфонат, дифенилйодоний-9,10-диметоксиантрацен-2-сульфонат, дифенилйодония гексафторфосфат, дифенилйодония нитрат, дифенилйодония п-толуилсульфонат, дифенилйодония трифлат, (4-метилфенил)дифенилсульфония трифлат, (4-метилтиофенил)метилфенилсульфония трифлат, 2-нафтил дифенилсульфония трифлат, (4-феноксифенил)дифенилсульфония трифлат, (4-фенилтиофенил)дифенилсульфония трифлат, тиобис(трифенилсульфония гексафторфосфат), триарилсульфония гексафторантимонат, триарилсульфония гексафторфосфатная соль, трифенилсульфония перфтор-1-бутансульфонат, трифенилсульфония трифлат, три(4-третбутилфенил)сульфония перфтор-1-бутансульфонат, три(4-третбутилфенил)сульфония трифлат, бис(4-третбутилфенил)йодония n-толуолсульфонат, бис(4-третбутилфенил)йодония трифлат, (4-бромфенил)дифенилсульфония трифлат, (трет-бутоксикарбонилметоксинафтил)дифенилсульфония трифлат, (трет-бутоксикарбонилметоксифенил)дифенилсульфония трифлат, (4-третбутилфенил)дифенилсульфония трифлат, (4-хлорфенил)дифенилсульфония трифлат, (4-фторфенил)дифенилсульфония трифлат, [4-[2-гидрокситетрадецил)окси]фенил]фенилйодония гексафторантимонат, (4-йодфенил)дифенилсульфония трифлат, (4-метоксифенил)дифенилсульфония трифлат, дифенилйод гексафторфосфат, дифенилйод гексафторарсенат, дифенилйод гексафторантимонат, дифенил-n-метоксифенил трифлат, дифенил-n-толуил трифлат, дифенил-n-изобутилфенил трифлат, дифенил-n-трет-бутилфенил трифлат, трифенилсульфония гексафторфосфат, трифенилсульфония гексафторарсенат, трифенилсульфония гексафторантимонат, трифенилсульфония трифлат, дибутилнафтилсульфония трифлат, дифенилйодония трифторметансульфонат, (n-третбутоксифенил)фенилйодония трифторметансульфонат, дифенилйодония n-толуилсульфонат, (n-третбутоксифенил)фенилйодония n-толуилсульфонат, трифенилсульфония трифторметансульфонат, (n-третбутоксифенил)дифенилсульфония трифторметансульфонат, бис(n-третбутоксифенил)фенилсульфония трифторметансульфонат, три(n-третбутоксифенил)сульфония трифторметансульфонат, трифенилсульфония n-толуилсульфонат, (n-третбутоксифенил)дифенилсульфония n-толуилсульфонат, бис(n-третбутоксифенил)фенилсульфония n-толуилсульфонат, три(n-третбутоксифенил)сульфония n-толуилсульфонат, трифенилсульфония нонафторбутансульфонат, трифенилсульфония бутансульфонат, триметилсульфония трифторметансульфонат, триметилсульфония n-толуилсульфонат, циклогексилметил(2-оксоциклогексил)сульфония трифторметансульфонат, циклогексилметил(2-оксоциклогексил)сульфония n-толуилсульфонат, диметилфенилсульфония трифторметансульфонат, диметилфенилсульфония n-толуилсульфонат, дициклогексилфенилсульфония трифторметансульфонат, дициклогексилфенилсульфония n-толуилсульфонат, тринафтилсульфония трифторметансульфонат, циклогексилметил(2-оксоциклогексил)сульфония трифторметансульфонат, (2-норборнил)метил(2-оксоциклогексил)сульфония трифторметансульфонат, этилен-бис[метил(2-оксоциклопентил)сульфония трифторметансульфонат] или 1,2'-нафтилкарбонилметилтетрагидротиофенатрифлат.
Фотокислотные катализаторы могут включать производные диазометана, такие как, например, бис(бензолсульфонил)диазометан, бис(n-толуолсульфонил)диазометан, бис(ксилолсульфонил)диазометан, бис(циклогексилсульфонил)диазометан, бис(циклопентилсульфонил)диазометан, бис(н-бутилсульфонил)диазометан, бис(изобутилсульфонил)диазометан, бис(вторбутилсульфонил)диазометан, бис(н-пропилсульфонил)диазометан, бис(изопропилсульфонил)диазометан, бис(третбутилсульфонил)диазометан, бис(н-амилсульфонил)диазометан, бис(изоамилсульфонил)диазометан, бис(вторамилсульфонил)диазометан, бис(третамилсульфонил)диазометан, 1-циклогексилсульфонил-1-(третбутилсульфонил)диазометан, 1-циклогексилсульфонил-1-(третамилсульфонил)диазометан или 1-третамилсульфонил-1-(третбутилсульфонил)диазометан.
Фотокислотные катализаторы могут включать производные глиоксима, такие как, например, бис-о-(n-толуолсульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(n-толуолсульфонил)-α-дифенилглиоксим, бис-о-(n-толуолсульфонил)-α-дициклогексилглиоксим, бис-о-(n-толуолсульфонил)-2,3-пентандионглиоксим, бис-о-(n-толуолсульфонил)-2-метил-3,4-пентандионглиоксим, бис-о-(н-бутансульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(н-бутансульфонил)-α-дифенилглиоксим, бис-о-(н-бутансульфонил)-a-дициклогексилглиоксим, бис-о-(н-бутансульфонил)-2,3-пентандионглиоксим, бис-о-(н-бутансульфонил)-2-метил-3,4-пентандионглиоксим, бис-о-(метансульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(трифторметансульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(1,1,1-трифторэтансульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(третбутансульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(перфтороктансульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(циклогексансульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(бензолсульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(n-фторбензолсульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(n-третбутилбензолсульфонил)-α-диметилглиоксим, бис-о-(ксилолсульфонил)-α-диметилглиоксим или бис-о-(камфоросульфонил)-α-диметилглиоксим.
Фотокислотные катализаторы могут включать биссульфоновые производные, такие как, например, биснафтилсульфонилметан, бистрифторметилсульфонилметан, бисметилсульфонилметан, бисэтилсульфонилметан, биспропилсульфонилметан, бисизопропилсульфонилметан, бис-n-толуолсульфонилметан, бисбензолсульфонилметан, 2-циклогексилкарбонил-2-(n-толуолсульфонил)пропан (β-кетосульфоновое производное), 2-изопропилкарбонил-2-(n-толуолсульфонил)пропан(β-кетосульфоновое производное).
Фотокислотные катализаторы могут включать дисульфоновые производные, такие как, например, дифенилдисульфон или дициклогексилдисульфон.
Фотокислотные катализаторы могут включать нитробензилсульфонатные производные, такие как, например, 2,6-динитробензил-n-толуолсульфонат или 2,4-динитробензил-и-толуолсульфонат.
Фотокислотные катализаторы могут включать производные сложных эфиров сульфоновых кислот, такие как, например, 1,2,3-три(метансульфонилокси)бензол, 1,2,3-три(трифторметансульфонилокси)бензол или 1,2,3-три(n-толуолсульфонилокси)бензол.
Фотокислотные катализаторы могут включать сложные эфиры сульфоновых кислот N-гидроксиимидов, такие как, например, N-гидроксисукцинимид метансульфонат, N-гидроксисукцинимид трифторметансульфонат, N-гидроксисукцинимид этансульфонат, N-гидроксисукцинимид 1-пропансульфонат, N-гидроксисукцинимид 2-пропансульфонат, N-гидроксисукцинимид 1-пентансульфонат, N-гидроксисукцинимид 1-октансульфонат, N-гидроксисукцинимид n-толуолсульфонат, N-гидроксисукцинимид n-метоксибензолсульфонат, N-гидроксисукцинимид 2-хлорэтансульфонат, N-гидроксисукцинимид бензолсульфонат, N-гидроксисукцинимид 2,4,6-триметилбензолсульфонат, N-гидроксисукцинимид 1-нафталинсульфонат, N-гидроксисукцинимид 2-нафталинсульфонат,. М-гидрокси-2-фенилсукцинимид метансульфонат, N-гидроксималеимид метансульфонат, N-гидроксималеимид этансульфонат, N-гидрокси-2-фенилмалеимид метансульфонат, N-гидроксиглутаримид метансульфонат, N-гидроксиглутаримид бензолсульфонат, N-гидроксифталимид метансульфонат, N-гидроксифталимид бензолсульфонат, N-гидроксифталимид трифторметансульфонат, N-гидроксифталимид n-толуолсульфонат, N-гидроксинафталимид метансульфонат, N-гидроксинафталимид бензолсульфонат, N-гидрокси-5-норборнол-2,3-дикарбоксилимид метансульфонат, N-гидрокси-5-норборнол-2,3-дикарбоксимид трифторметансульфонат, N-гидрокси-5-норборнол-2,3-дикарбоксимид n-толуолсульфонат, N-гидроксинафталимид трифлат, N-гидрокси-5-норборнол-2,3-дикарбоксимидперфтор-1-бутансульфонат.
В определенных осуществлениях, фотокатализатором является 8-гидроксихинолином, который может выступать как фотокислотный катализатор при более низких значениях рН растворов или как фотоосновный катализатор при более высоких значениях рН растворов. В определенных других осуществлениях, фотокатализатором является тринатриевая соль 8-гидрокси-1,3,6-пиренсульфоновой кислоты (D&C Green 8). В различных осуществлениях фотокатализатором является фотооснование. Фотоосновные катализаторы могут включать производные третичных спиртов, такие как, например, малахитовый зеленый. Фотоосновные катализаторы могут также включать производные акридинов, такие как, например, 9-гидрокси-10-метил-9-фенил-9,10-дигидроакридин. Фотоосновные катализаторы могут также включать фотоактивные карбамат-содержащие соединения.
Фотокатализатор может присутствовать в композициях и способах, описанных в данной заявке, в количестве от 0,00050 процента до 30 процентов по массе по отношению к общей массе композиции. В основном, существует предпочтительная концентрация фотокатализатора. Предпочтительная концентрация фотокатализатора зависит, частично, от множества факторов, включающих, например, химическую структуру катализатора, реакционную среду, тип реакции и субстрат.
Носитель
Композиции, описанные в данной заявке, в основном, включают носитель приемлемый для диспергирования или растворения активного материала, фотокатализатора и любых других компонентов, чтобы способствовать нанесению активного материала на поверхность субстрата или в части объема субстрата. Носитель может содержать один или более растворителей, эмульгатор, поверхностно-активное вещество или другой диспергатор. Свойства приемлемого носителя зависят, по меньшей мере, частично, от свойств других компонентов композиции и субстрата, которые модифицируют. Например, когда предполагается использование композиции для нанесения на физиологические ткани, носитель для такой композиции выбирают таким образом, чтобы он не дестабилизировал композицию, а также для избежания создания проблем, таких как раздражение или повреждение целевой физиологической ткани, а также нецелевых, окружающих тканей.
Приемлемый носитель действует для диспергирования или растворения активного материала, фотокатализатора и любых других компонентов, и, для облегчения нанесения активного материала на поверхность субстрата. Приемлемый носитель способствует достаточному контакту между активным материалом и субстратом. В одном осуществлении, физиологически приемлемый носитель может быть любым носителем, растворителем или растворитель-содержащей композицией, которая является приемлемой для нанесения на физиологические ткани, такие как волосы человека и кожа человека.
Как указывалось ранее, приемлемым носителем может быть растворитель. Например, воду обычно рассматривают полезным растворителем в потребительских продуктах по уходу, включая продукты личной гигиены. В различных потребительских продуктах по уходу, включая и те, что в настоящем изобретении, вода может быть использована на уровнях от 1% до 98% по массе композиции. Вода является особенно полезной для продуктов личной гигиены, так как она не вызывает повреждений физиологических тканей. Дополнительный растворитель или растворитель-содержащие носители включают, но не ограничиваются приведенным, гидроксил-содержащие жидкости (например, спирты), силиконы, масла, углеводороды, гликоли, лаурилсульфат аммония, лаурилсульфат натрия и их комбинации. В определенных осуществлениях, например, в которых активный материал является, по меньшей мере, частично нерастворимым в воде, другие растворители, диспергаторы, или эмульгаторы могут быть использованы как приемлемые носители, самостоятельно или в комбинации друг с другом и/или с водой.
Приемлемый носитель поэтому обычно используют для разбавления и/или эмульгирования компонентов, образующих композиции, описанные в данной заявке. Приемлемый носитель может растворять компонент (истинный раствор или раствор мицелл) или компонент может быть диспергирован по всему носителю (суспензия, дисперсия или эмульсия). Носитель суспензии, дисперсии или эмульсии обычно является их непрерывной фазой. То есть другие компоненты суспензии, дисперсии или эмульсии распределены на молекулярном уровне или как дискретные частицы или агломераты по всему носителю. Приготовление таких эмульсий или дисперсий активного вещества, в этих случаях, может быть чрезвычайно важным. Маленькие частицы способствуют близкому контакту между активным веществом, субстратом и фотокислотным катализатором, повышая скорость реакции. Например, в случае модификации волокнистой поверхности, используя жирный спирт и 8-гидроксихинолин в водной среде, эмульсия, которая содержит очень маленькие частицы (например, меньше чем 500 нанометров или более предпочтительно меньше чем 200 нанометров) может быть по существу более эффективной в обеспечении долговременной гидрофобной поверхности, чем эмульсия, содержащая большие частицы.
Для специалиста в данной области техники, очевидно, что соответствующий(ие) носитель(и) зависят от особенностей активного(ых) материала(ов), фотокатализатора(ов) и другого(их) необязательного(их) компонента(ов), используемых в композициях, описанных в данной заявке.
Необязательные компоненты
Композиции и способы, описанные в данной заявке, необязательно могут включать множество компонентов. Например, в различных осуществлениях, композиции и способы, описанные в данной заявке, могут включать поверхностно-активные вещества, эмульгаторы, окислители, восстановители, регуляторы рН, смягчающие вещества, увлажнители, протеины, пептиды, аминокислоты, полимерные или сополимерные добавки, средства для придания блеска, масла, и/или жирные кислоты, смазочные вещества, связывающие/хелатирующие вещества, антистатические агенты, модификаторы реологии, чувствительные агенты, наполнители, красители, пигменты, консерванты, отдушки, медикаменты, другие функциональные компоненты или их комбинации. Подробно необязательные компоненты можно найти в CTFA International Cosmetic Ingredient Dictionary, Tenth Edition, 2004; и в McCutcheon, Detergents and Emulsiflers, North American Edition (1986). Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что особенно употребляемые необязательные компоненты будут зависеть, по меньшей мере, частично от особенности применений для композиций и способов.
В различных осуществлениях, композиции и способы, описанные в данной заявке, включают окисляющий агент (окислитель). Окислитель может быть добавлен, например, чтобы сделать поверхность субстрата более поддающейся фотокаталитической ковалентной модификации/функционализации в соответствии с различными осуществлениями, описанными в данной заявке. Окислитель может присутствовать в количестве от 0,00050% до 25%, от 0,1% до 10%, от 0,5% до 5% по массе по отношению к общей массе композиции. Приемлемые окислители включают, например, один или более из перекиси водорода, перекиси мочевины, перекиси меламина, перкарбонатов, перкислот, броматов щелочных металлов, перборатов, броматов, гипохлоритов, хлоритов, перхлоратов, йодатов, перйодатов, перманганатов и персульфатов. В определенных осуществлениях, окислителем является перекись водорода.
Идентичность реакционной системы, количеств и концентраций используемых реагентов и условий реакции полностью зависит, по меньшей мере, частично от субстрата, который модифицируют, используемого активного материала и способа, по которому активный материал связывают с субстратом. Эти рассуждения очевидны для специалиста в данной области техники при выполнении композиций и способов, описанных в данной заявке.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры предназначены для более четкой иллюстрации особенностей композиций и способов, описанных в данной заявке, но не предназначены для ограничения их объема.
ПРИМЕР 1А
Приготовление опытного образца силиконовой эмульсии 1А
В лабораторный стакан объемом 500 мл добавляют 200 мл тетрагидрофурана. Затем добавляют 6,0 грамм силиконового полимера или сополимера (Dow Coming 5562 Carbinol Fluid). Растворяют раствор при умеренном перемешивании. Добавляют 200 мл воды для формирования капель в течение 15 минут или дольше при высоких сдвигах, используя гомогенизатор Silverson L4RT при 6000 об./минуту. Непрерывно перемешивают образовавшуюся в результате эмульсию при высоких сдвигах в течение 2 и более часов. Добавляют 0,030 грамма 8-гидроксихинолина и перемешивают в течение 10 минут.
ПРИМЕР 1В
Приготовление опытного образца силиконовой эмульсии 1В
Повторяют процедуру, описанную в Примере 1А, но Dow Coming 5562 Fluid заменяют на Momentive Silicone Polymer, Baysilone OF ОН 702Е.
ПРИМЕР 2А
Обработка волос путем погружения в опытный образец силиконовой эмульсии 1А Обесцвеченную накладку волос длиной 20 см (4,0 грамма) моют и высушивают на воздухе. В темной комнате, накладку волос погружают в лабораторный стакан, содержащий 100,0 г эмульсии из Примера 1А. Удаляют накладку волос из лабораторного стакана через 15 минут и подвергают действию яркого света (Aquarium 20 W Fluorescent tube AquaRays Model No F20WT12-AR-FS) в течение 15 минут. Ополаскивают накладку волос 100 мл метилизобутилкетона/толуола (1:1) 3 раза, а затем их погружают в 250 мл свежего раствора этой смеси растворителей на 30 минут. Вешают накладку для высушивания на воздухе. После высушивания накладку моют очищающим шампунем (Pantene Pro-V Clarifying Shampoo), тщательно ополаскивают проточной водопроводной водой в течение 3 минут и сушат на воздухе в течение, по меньшей мере, 5 часов. Повторяют цикл мытье/ополаскивание 3 раза. Выполняют эту процедуру с двумя и более идентичными накладками волос (с одной и той же группы или источника).
ПРИМЕР 2В
Обработка волос путем погружения в опытный образец силиконовой эмульсии 1В Повторяют процедуру, описанную в Примере 2А, заменяя опытный образец силиконовой эмульсии 1А на опытный образец силиконовой эмульсии 1В.
ПРИМЕР 3
Обработка ткани путем погружения в опытный образец силиконовой эмульсии 1А Кусочек хлопковой ткани длиной 20 см (4,0 грамма) стирают и сушат на воздухе. В темной комнате, накладку ткани погружают в лабораторный стакан, содержащий 100,0 г эмульсии из Примера 1А. Удаляют ткань из лабораторного стакана через 15 минут и подвергают ее действию яркого света (Aquarium 20 W Fluorescent tube AquaRays Model No F20WT12-AR-FS) в течение 15 минут. Выполаскивают ткань в 100 мл метилизобутилкетона/толуола (1:1) 3 раза, а затем погружают в 250 мл свежего раствора этой смеси растворителей на 30 минут. Ткань вешают и сушат на воздухе и стирают ее, используя жидкое моющее средство Tide, при концентрационных разбавлениях, указанных на бирке изделия. Ткань тщательно выполаскивают и сушат на воздухе в течение, по меньшей мере, 5 часов. Повторяют цикл стирка/полоскание 3 раза. Процедуру повторяют с двумя и более идентичными тканями (с одной и той же группы).
ПРИМЕР 4
Обработка ткани путем обрызгивания опытным образцом силиконовой эмульсии 1А
Кусочек хлопковой ткани длиной 20 см (4,0 грамма) стирают и сушат на воздухе. В темной комнате, накладку ткани обрызгивают 10,0 г эмульсии из Примера 1А. Ткань подвергают действию яркого света (Aquarium 20 W Fluorescent tube AquaRays Model No F20WT12-AR-FS) в течение 15 минут. Выполаскивают ткань в 100 мл метилизобутилкетона/толуола (1:1) 3 раза, а затем погружают в 250 мл свежего раствора этой смеси растворителей на 30 минут. Вешают для высушивания на воздухе и после полного высыхания, стирают жидким моющим средством Tide, при концентрационных разбавлениях, указанных на бирке изделия. Тщательно выполаскивают и сушат на воздухе в течение, по меньшей мере, 5 часов. Повторяют цикл стирки и полоскания три раза. Процедуру повторяют с двумя и более идентичными тканями (с одной и той же группы).
ПРИМЕР 5
Обработка ткани путем добавления опытного образца силиконовой эмульсии 1А к моющему средству для стирки
Пять кусочков хлопковой ткани 10 см × 10 см стирают и сушат на воздухе. В темной комнате, ткань добавляют к 10 л моющего раствора жидкого моющего средства Tide, при концентрационных разбавлениях, указанных на бирке изделия, и 100,0 г эмульсии из Примера 1А. Ткань стирают с перемешиванием в течение приблизительно 15 минут. Ткань удаляют из моющего раствора и подвергают действию яркого света (Aquarium 20 W Fluorescent tube AquaRays Model No F20WT12-AR-FS) в течение 15 минут. Выполаскивают ткань в 100 мл метилизобутилкетона/толуола (1:1) 3 раза, а затем погружают в 250 мл свежего раствора этой смеси растворителей на 30 минут. Ткань вешают для высушивания на воздухе. После высыхания, ткань стирают жидким моющим средством Tide, при концентрационных разбавлениях, указанных на бирке изделия, тщательно выполаскивают и сушат на воздухе в течение, по меньшей мере, 5 часов. Стирку/полоскание повторяют 3 раза.
ПРИМЕР 6
Обработка ткани путем добавления опытного образца силиконовой эмульсии 1 В к моющему средству для стирки
Пять кусочков хлопковой ткани 10 см × 10 см стирают и сушат на воздухе. В темной комнате ткань добавляют к 10 л жидкого моющего средства Tide, при концентрационных разбавлениях, указанных на бирке изделия, и 100,0 г эмульсии из Примера 1 В. Ткань стирают с перемешиванием в течение приблизительно 15 минут, удаляя ткань и подвергая действию яркого света (Aquarium 20 W Fluorescent tube AquaRays Model No F20WT12-AR-FS) в течение 15 минут. Выполаскивают ткань в 100 мл метилизобутилкетона/толуола (1:1) 3 раза, а затем погружают в 250 мл свежего раствора этой смеси растворителей на 30 минут. Вешают для высушивания на воздухе, и после высыхания, ткань стирают жидким моющим средством Tide, при концентрационных разбавлениях, указанных на бирке изделия, и тщательно выполаскивают. Сушат на воздухе в течение, по меньшей мере, 5 часов. Повторяют цикл стирка/полоскание 3 раза.
ПРИМЕР 7
Обработка твердой поверхности путем обрызгивания опытным образцом силиконовой эмульсии 1А
Белую керамическую плитку размером 10 см × 10 см моют и сушат на воздухе. В темной комнате, плитку обрызгивают 10,0 г эмульсии из Примера 1А. Плитку подвергают действию яркого света (Aquarium 20 W Fluorescent tube AquaRays Model No F20WT12-AR-FS) в течение 15 минут. Промывают плитку 100 мл метилизобутилкетона/толуола (1:1) 3 раза, а затем погружают в 250 мл свежего раствора этой смеси растворителей на 30 минут. Выставляют для высушивания на воздухе, где после высыхания моют ее очистителем Mr Clean, тщательно промывают и сушат на воздухе в течение, по меньшей мере, 5 часов. Повторяют цикл мытья и промывания 3 раза. Процедуру повторяют с кусочком стекла размером 10 см × 10 см, и с кусочком окрашенного метала размером 10 см × 10 см (панель автомобиля).
Различные осуществления композиций и способов, описанные в данной заявке, первоначально обсуждались в связи с субстратами волос, кожи и ткани. Тем не менее признано, что изобретение, предложенное в следующей формуле, не ограничивается применением к какому-либо отдельному субстрату. Изобретение, предложенное в следующей формуле, может быть использовано в связи с любым субстратом, для которого является полезной обработка поверхности композициями и способами, описанными в данной заявке, как признано специалистом в данной области техники. Неограничивающие примеры таких субстратов включают, например, ткань, бумагу, дерево, пластик, стекло, кафель, камень, бетон, кирпич, другие керамики и композиты.
Каждый документ, процитированный в данной заявке, включая какую-либо перекрестную ссылку или родственный патент или заявку, таким образом, включен в данную заявку путем ссылки по своей целостности, за исключением явно исключенных или по-другому ограниченных. Цитирование какого-либо документа не является признанием того, что он является более важным по уровню техники, по отношению к какому-либо изобретению, раскрытому или заявленному в данной заявке, или что он сам или в комбинации с какой-либо другой ссылкой или ссылками учит, наводит на мысль или раскрывает любое такое изобретение. Более того, пределы, по которым какое-либо значение или определение термина в этом документе противоречит какому-либо значению или определению такого же термина в документе, включенном путем ссылки, значение или определение, установленные к такому термину в этом документе, будут определяющими.
В то время как были проиллюстрированы и описаны конкретные осуществления в соответствии с настоящим изобретением, специалисту в данной области техники будет очевидно, что другие различные изменения и модификации могут быть произведены, не выходя за суть и объем настоящего изобретения. Поэтому формула, которая прилагается к данной заявке, предназначена для охвата всех таких изменений и модификаций, которые входят в объем настоящего изобретения.