ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ЭМУЛЬСИЯ ТИПА МАСЛО-В-ВОДЕ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЭМУЛЬСИИ
LIQUID CRYSTALLINE EMULSION OF OIL-IN-WATER TYPE AND METHOD OF OBTAINING LIQUID CRYSTALLINE EMULSION

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%.
3
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/см, 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
3
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/см 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
3
В результате получали жидкокристаллическую эмульсию белого цвета с вязкостью 4250 мПа·с при температуре 25°С, плотностью 1,003 г/см 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
3
В результате получали жидкокристаллическую эмульсию белого цвета с вязкостью 4350 мПа·с при температуре 25°С, плотностью 1,005 г/см при температуре 25°С и средним размером капли масляной фазы 2,4 мкм.