專利名稱：生產細分液－液配劑的方法與設備以及這些液－液配劑的用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生產細分液-液配劑的方法及其生產設備。
用于本發明目的的液-液配劑是所有兩相和多相體系，如分散液和乳液。除公知的水包油(O/W)和油包水(W/O)乳液之外，還包括水包水(W/W)乳液。多相體系，又稱為多相乳液，是例如水包油油包水(O/W/O)乳液和油包水水包油(W/O/W)乳液。
由文獻獲知許多用于混合和分散液體的系統。根本區別在于轉子-定子機械、高壓均化器、超聲均化器和薄膜乳化技術。這些傳統乳化技術都以減小液滴尺寸為基礎。
DE 195 42 499 A1公開了一種生產注射用藥物制劑的方法和設備。所述藥物制劑利用通過均化噴嘴泵送的分散液獲得。
EP 1 008 380 B1描述了一種利用特殊混合設備混合或分散液體的方法。其中所述的設備包括一個或多個進口噴嘴、湍流室和一個或多個出口噴嘴，所述噴嘴彼此相對軸向排列并且進口噴嘴具有的孔徑小于出口噴嘴。
為了生產非常細分的液-液配劑，在乳化技術領域一直不斷需求開發新的先進方法。這樣生產的乳液在例如藥物、食品和化妝品工業具有重大價值，而且在其它工業分支例如造紙、紡織、皮革以及建筑材料工業中同樣重要。
因此，本發明的目的是提供一種可選擇的生產細分液-液配劑的方法。
所述目的通過一種使用混合設備生產細分液-液配劑的方法實現，其中混合設備a)包括具有至少一個進口噴嘴的擋板和具有至少一個出口噴嘴的擋板，靜態混合器位于所述擋板之間的空間中，而且，如果合適的話，其中另外以機械方式引入能量，或
b)包括具有至少一個進口噴嘴的擋板和防沖板，如果合適的話，在所述擋板和防沖板之間存在靜態混合器和/或以機械方式引入能量。
本發明同樣提供一種生產細分液-液配劑的設備，其包括a)具有至少一個進口噴嘴的擋板和具有至少一個出口噴嘴的擋板，靜態混合器位于所述擋板之間的空間中，而且，如果合適的話，其中另外以機械方式引入能量，或b)具有至少一個進口噴嘴的擋板和防沖板，如果合適的話，在所述擋板和防沖板之間的空間中存在靜態混合器和/或以機械方式引入能量。
依照本發明方法，可以生產任何種類的液-液配劑。正如已經描述的，用于本發明目的的液-液配劑是所有的兩相和多相體系，如分散液和乳液。除公知的水包油(O/W)和油包水(W/O)乳液之外，還包括水包水(W/W)乳液。多相體系，又稱為多相乳液，是例如水包油油包水(O/W/O)乳液和油包水水包油(W/O/W)乳液。所述的液-液配劑當然還可以包含固態和氣態組分。
在下文中，本發明方法參考列舉的乳液制備實例描述，但是這并不意味對本發明乳液構成任何限制。
術語“粒徑”在下文中指在連續相中乳化的液滴尺寸。
依照本發明方法，使用上述混合設備由粗乳液制備細分乳液。
本發明的方法自粗乳液、優選在攪拌釜中產生的粗乳液開始。粗乳液是其中乳液組分已經經歷了最初的粗混合處理的一種乳液。
與之相比，用于本發明目的的細乳液或細分乳液是一種粒徑分布在20nm-100μm、優選50nm-50μm、更優選100nm-20μm范圍內的乳液。其中的顆粒可通過激光衍射(例如，Malvern Mastersizer 2000或Beckmann-Coulter LS 13320)和/或動態光散射測量，例如通過光子相關光譜測量。
在一種情況下，生產細分乳液的混合設備包括具有至少一個進口噴嘴的擋板和具有至少一個出口噴嘴的擋板，所述噴嘴彼此相對軸向排列。靜態混合器位于擋板之間的空間中。如果合適的話，其中另外以機械方式引入能量。
可依照本發明使用的擋板具有至少一個開孔，即至少一個噴嘴。兩個擋板可各自具有任意數量的開孔，但是各自優選不超過5個開孔，更優選各自不超過3個開孔，非常優選各自不超過2個開孔，特別優選各自不超過1個開孔。兩個擋板可以具有不同數量或相同數量的開孔，而且優選兩個擋板具有相同數量的開孔。通常，所述擋板是具有至少一個開孔的多孔板。
在本發明方法的另一種實施方式中，第二個擋板用篩代替，即第二個擋板具有多個開孔或噴嘴。可以使用的篩可以跨越較寬范圍的孔徑；通常，所述孔徑為0.1-250μm，優選0.2-200μm，更優選0.3-150μm，特別優選0.5-100μm。根據其它的實驗條件，孔徑60μm的篩可以生產粒徑小到200nm的細分乳液。
所述開孔或噴嘴可以具有任何可以想象的幾何形式；可以是例如圓形、橢圓形、具有所需角數目的多角形或星形，其中多角形中的角可以如果合適的話已經圓整。所述開孔優選為圓形。
開孔的直徑一般為0.05mm-1cm，優選0.08mm-0.8mm，更優選0.1-0.5mm，特別是0.2-0.4mm。
兩個擋板優選按照開孔或噴嘴彼此相對軸向排列的方式構造。軸向排列意味著由噴嘴開孔的幾何形狀產生的流動方向對于兩個擋板而言是相同的。正如由上述解釋明顯看到的，對于此目的，進口噴嘴和出口噴嘴的開口方向沒有必要在一條線上，而且還可以顯示平行位移。擋板的定位優選平行。
但是，其它的幾何形狀也是可行的，特別是非平行的擋板或進口噴嘴與出口噴嘴不同的開口方向。
擋板的厚度可以是任意的。優選擋板具有0.1-100mm、優選0.5-30mm且更優選1-10mm的厚度。應選擇擋板的厚度(l)使得開孔的直徑(d)與厚度(l)之比為1∶1、優選1∶1.5，更優選1∶2。
兩個擋板之間的空間可以是任意長度；所述空間的長度一般為1-500mm、優選10-300mm且更優選20-100mm。
依照本發明，靜態混合器位于擋板之間的空間中，其可占據兩個擋板之間的部分或所有距離。優選地，所述靜態混合器在兩個擋板之間的空間的整個長度上延伸。靜態混合器是本領域熟練技術人員公知的，可以是例如閥式混合器或具有孔的靜態混合器、包含帶凹槽薄板的混合器或包含內嚙合壓桿(interengaging struts)的混合器。另外，所述混合器可以是線圈形式或N形式的靜態混合器，或具有可加熱或可冷卻元件的混合器。
乳液的性能(例如穩定性和流變性)在一定程度上受乳液中粒徑分布的影響。例如，兩相乳液的穩定性例如隨著粒徑分布變窄而提高。因此，在生產乳液時應特別關注粒徑分布且相應地關注平均顆粒直徑。
在兩個擋板之間的空間中安裝靜態混合器改善了所得細分乳液中的顆粒的穩定性。
除靜態混合器之外，還可以向兩個擋板間的空間中進一步以機械方式引入能量。能量可以例如以機械振動、超聲或轉動能的形式引入。這樣產生了能抵消顆粒在所述空間聚結的湍流。
作為第一方案之外的另一種選擇，混合設備可以包含具有至少一個進口噴嘴的擋板和防沖板，如果合適的話，在擋板和防沖板之間的空間中存在靜態混合器。代替靜態混合器或除靜態混合器之外，可在所述空間中以機械方式引入能量。
關于具有進口噴嘴的擋板、靜態混合器之間的空間以及以機械方式引入能量，上述說明都適用。
在該方案中，第二擋板用防沖板代替。防沖板的直徑一般比防沖板安裝位置處的管直徑小0.5％-20％、優選小1％-10％。
一般而言，防沖板可以具有任何幾何形狀，優選圓盤形式，以使從前面看為環形間隙狀。還可能的是例如狹槽或溝狀。
依照該方案獲得的細分乳液一般具有約150nm的平均粒徑。
依照與第二擋板類似的方式，在上述方案的情況下，防沖板可以固定在與第一擋板的不同距離上。因此，擋板與防沖板之間的空間為任意長度；所述空間的長度一般為1-500mm、優選10-300mm且更優選20-100mm。
根據可能確定的其它實驗條件，依照本發明方法可以(與選擇的方案無關)獲得20nm-100μm、優選50nm-50μm且更優選100nm-20μm的粒徑分布。其中的顆粒可通過激光衍射(例如，Malvern Mastersizer 2000或Beckmann-Coulter LS 13320)和/或動態光散射測量，例如通過光子相關光譜測量。
本發明方法具有許多優于現有技術的優點，原因在于獲得了以突出穩定性為特征的特殊細分乳液。
依照公知方法，必須使所述乳液反復通過均化設備以獲得特別細分的分散液。但是依照本發明方法，粗乳液僅通過均化設備一次就足以了。這樣，獲得了特別細分且具有所需粒徑的乳液。
依照本發明方法對粗乳液進行乳化以產生細分乳液的溫度一般為從-50℃到350℃，優選0-300℃，更優選20-200℃且特別優選50-150℃。在所述設備中使用的所有均化設備可以是溫度可控的。
均化或乳化一般在高于大氣壓力、即＞1巴的壓力下進行。但是，壓力水平不超過10 000巴，因此設定的均化壓力優選為＞1巴-10 000巴，更優選5-2000巴，特別優選10-1500巴。
利用Brookfield粘度儀在20℃下測量，依照本發明方法獲得的細分液-液配劑具有的粘度為0.01mPas-100 000mPas，優選0.1mPas-10 000mPas。所述液-液配劑包含的分散相比例為基于配劑總重量的0.1％-95重量％。
總之，本發明方法適合各種類型的工業相關乳液。一般地，它們是雙相乳液，如其中油、有機和無機溶體分散于水性溶液中的水包油乳液。同樣可能的是油包水乳液。正如以上所述，任何類型的乳液都得到了廣泛應用，特別是在藥物、食品和化妝品工業，而且還在其它工業分支例如造紙、紡織和皮革工業、建筑材料工業、農作物保護或照相行業獲得應用。因此，從這點說來不存在對乳液施加任何限制的意圖。
除所述的兩相之外，乳液還可以包含不同的組分，特別是用于穩定界面的化合物，例如乳化劑、表面活性劑和/或保護膠體。這些都是熟練技術人員公知的。
其它組分，特別是表面活性化合物，可以在任何時間點以及任何期望的位置加入液-液配劑，尤其乳液。特別地，這樣的組分還可以至少部分計量加入間隙內。
在本發明方法中，還可以存在其它混合元件，如位于例如具有進口噴嘴的擋板之前和在具有出口噴嘴的擋板之后的過濾器、膜等。本發明混合設備還可以彼此重復排列，以產生兩個或多個本發明的間隙。
本發明同樣提供一種生產所述細分液-液配劑的設備。
從其實際處理能力著眼，本發明設備的特殊優點在于其不是一個固定位置的設備。換句話說，要乳化的組分可以直接在其使用地點乳化(現場乳化)。當具有高液體比例(例如水)的乳液必須長距離輸送時這是特別有利的。在這種情況下，要乳化的組分還可以作為例如固體輸送并且僅在現場直接乳化。下面將利用實施例對此加以說明。
造紙工業使用許多乳液或分散液形式的添加劑。除助留劑和固定劑之外，還使用活性施膠劑。傳統的商業水性活性施膠劑分散液僅具有低的固體比例(約25重量％)，這樣就迫使向最終用戶輸送大量的水。
這種類型的活性施膠劑選自例如C14-C22烷基雙烯酮(AKD，鏈烯基雙烯酮)、C12-C30烷基琥珀酸酐(ASA)、C12-C30鏈烯基琥珀酸酐或所述化合物的混合物。脂肪烷基雙烯酮的實例為十四烷基雙烯酮、油基雙烯酮、棕櫚基雙烯酮、硬脂基雙烯酮和山崳基雙烯酮。同樣適用的是具有不同烷基的雙烯酮，例如，硬脂基棕櫚基雙烯酮、山崳基硬脂基雙烯酮、山崳基油基雙烯酮或棕櫚基山崳基雙烯酮。優選使用硬脂基雙烯酮、棕櫚基雙烯酮、山崳基雙烯酮和這些雙烯酮的混合物以及硬脂基棕櫚基雙烯酮、山崳基硬脂基雙烯酮、和棕櫚基山崳基雙烯酮。
被長鏈烷基或鏈烯基取代的琥珀酸酐作為紙漿施膠劑同樣是公知的(EP 0 609 879 A，EP 0 593 075 A，US 3,102,064)。鏈烯基琥珀酸酐在其鏈烯基中包含具有至少6個碳原子的亞烷基，優選C14-C24-α-烯烴基。取代的琥珀酸酐實例為癸烯基琥珀酸酐、辛烯基琥珀酸酐、十二烯基琥珀酸酐和正十六烯基琥珀酸酐。適合用作紙張施膠劑的取代的琥珀酸酐優選用陽離子淀粉作為保護膠體在水中乳化。
依照本發明方法，目前可以制備活性施膠劑(優選基于AKD)的水性、帶陰離子電荷的分散液。合適的陰離子分散劑實例包括下述組分的縮合產物-萘磺酸與甲醛，-苯酚、苯酚磺酸與甲醛，-萘磺酸、甲醛與脲，-苯酚、苯酚磺酸、甲醛與脲。
陰離子分散劑可以為游離酸或堿金屬鹽、堿土金屬鹽和/或銨鹽的形式。銨鹽可以由氨和伯、仲、叔胺衍生；可以列舉的合適的銨鹽實例是二甲胺、三甲胺、己胺、環己胺、二環己胺、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺的銨鹽。上述縮合產物是公知的并且可商業獲得。它們通過縮合所述組分制備，還可以用相應的堿金屬鹽、堿土金屬鹽和/或銨鹽代替游離酸。適合所述縮合反應的催化劑包括酸如硫酸、對-甲苯磺酸和磷酸。萘磺酸或其堿金屬鹽與甲醛優選以摩爾比1∶0.1-1∶2、更優選以摩爾比1∶0.5-1∶1縮合。苯酚、苯酚磺酸和甲醛縮合的摩爾比同樣在上述范圍內，利用苯酚與苯酚磺酸的任意混合物代替萘磺酸與甲醛。還可以使用苯酚磺酸的堿金屬鹽和銨鹽代替苯酚磺酸。如果合適的話，上述起始材料可另外在脲存在下縮合。
所述縮合產物通常具有800-100 000g/mol、優選1000-30 000g/mol、尤其4000-25 000g/mol的摩爾質量。關于陰離子分散劑，優選使用通過例如用堿金屬氫氧化物如氫氧化鉀或氫氧化鈉或用氨中和縮合產物獲得的鹽。
其它合適的是具有10-20個碳原子的碳鏈和3-30個EO基團的乙氧基化脂肪酸。
進一步合適的陰離子分散劑是木質素磺酸及其鹽如木質素磺酸鈉、木質素磺酸鉀或木質素磺酸鈣。
那么，依照本發明方法，先引入陰離子分散劑溶液，熔化基于AKD的活性施膠劑，乳化所述組分以提供粗乳液，粗乳液在本發明設備中現場乳化以提供細分乳液。
本發明方法在生產AKD乳液方面的特殊優點在于為了加工成為細分乳液，粗乳液僅需要通過均化設備一次。這在活性物質如AKD乳液的情況下是特別重要的，因為在這種情況下AKD不能在其用作施膠劑之前反應。
這種類型的施膠劑在造紙工業中用于生產紙張、卡紙和紙板。
實施例1所用的液-液配劑是大豆水包油乳液(分散相比例30重量％)，其中添加基于乳液總量計的3重量％來自BASF Aktiengesellschaft的LutensolTO 10作為乳化劑。
該乳液通過本發明方法的各種方案均化。作為比較實施例，所述乳液還依照EP 1 008 380 B1均化。
圖1顯示了作為壓降函數的，通過本發明方法生產的不同液-液配劑的粒徑分布的沙得直徑。沙得直徑是在所考慮條件下與液滴群具有相同體積-表面積比的平均直徑。
因此，通過本發明方法獲得的粒徑分布的沙得直徑小于通過可比現有技術(EP 1 008 380 B1)所得的沙得直徑。僅在使用具有靜態混合器的0.4擋板和下游0.4擋板獲得了與EP 1 008 380 B1所述類似的結果。但是EP 1 008 380 B1講述利用孔徑大于進口噴嘴孔徑的出口噴嘴。
實施例2制備Uvinul3008單體細乳液在室溫下于15分鐘內將9.3kg Uvinul 3008溶于28.5kg甲基丙烯酸甲酯和1.5kg Glissopal1000混合物中，然后在攪拌下加入1.2kg濃度15％的月桂基硫酸鈉水溶液(Steinapol NLS)和56.58kg的完全軟化水。這種受到攪拌的粗滴乳液在乳化操作期間連續攪拌。然后，該混合物在170巴壓力下利用3個0.5mm噴嘴(全部在平坦金屬板上)與下游防沖板組合裝置以兩次流通進行乳化。獲得的細乳液在第一次流通后具有的平均液滴尺寸為202nm(利用來自Malvern的高性能粒徑儀測量的中間值)，在第二次流通后具有的平均液滴尺寸為171nm。該細乳液在數天的貯存中穩定。
實施例3制備AKD單體細乳液將26.2g of C16/C18-AKD(Basoplast 88konz.，BASF AG)溶于52.3g苯乙烯、26.2g丙烯酸正丁酯和26.2g丙烯酸叔丁酯中，并且將該溶液與6.9g濃度15％的月桂基硫酸鈉水溶液和516.3g的完全軟化水混合。這種最初的乳液在800巴壓力下用0.4mm噴嘴與下游防沖板組合裝置乳化兩次。所獲得的細乳液在第一次流通后具有的平均液滴尺寸為133nm，在第二次流通后為104nm(使用來自Beckmann的Coulter 230LS測量的中間值)。
實施例4自動乳化設備說明AKD用具有如下組成的自動設備乳化具有機械攪拌器和電子加熱夾套的熔化器(1)(300L)，熔體計量泵(2)，用于全軟化水的泵(3)和加熱器(4)，用于助劑如乳化劑、保護膠體、溶解的聚合物或聚合物分散液的計量泵(5)，偏心螺旋泵(6)，具有下游穿孔擋板的高壓泵(7)，泵回路(8)，用于冷卻的板式熱交換器(9)和分散液貯存器(10)。
實施例4.1帶陰離子電荷的AKD分散液將200kg粒化的AKD裝入熔體容器并且在80℃攪拌下熔化。將軟化水加熱到60℃，并且通過助劑泵(5)計量加入Tamol NN2901。選擇泵的計量加入速率以使AKD/Tamol NN2901/水之比為12/1/87。乳化在270巴壓力下進行，產量為110L/h，從泵回路的排放能力為64L/h。分散液通過板式熱交換器冷卻到25℃。該分散液具有的平均粒徑分布為0.7μm(動態光散射，Coulter LS 130)。pH＝8時的電泳淌度為-8.0(μm/s)/(V/cm)；AKD顆粒的ε電勢為-102.4mV(pH 8)。
實施例4.2帶陽離子電荷的AKD分散液將200kg粒化的AKD裝入熔體容器并且在80℃攪拌下熔化。將軟化水加熱到60℃。濃度18％的聚乙烯胺溶液(Catiofast PR8212，水解度70％，K值45)利用甲酸(水中，85％)調整到pH為3并且通過助劑泵(5)計量加入。選擇泵的計量加入速率以使AKD/Catiofast PR8121/水之比為12/22/66。乳化在260巴壓力下進行，產量為100L/h，從泵回路的排放能力為50L/h。分散液通過板式熱交換器冷卻到25℃。平均粒徑分布為0.9μm(動態光散射，Coulter LS 130)。電泳淌度在pH 8時為+3.0(μm/s)/(V/cm)；AKD顆粒的ε電勢為38.4mV(pH 8)。
權利要求
1.一種使用混合設備生產細分液-液配劑的方法，其中混合設備a)包括具有至少一個進口噴嘴的擋板和具有至少一個出口噴嘴的擋板，靜態混合器位于所述擋板之間的空間中，而且，如果合適的話，其中另外以機械方式引入能量，或b)包括具有至少一個進口噴嘴的擋板和防沖板，如果合適的話，在所述擋板和防沖板之間的空間中存在靜態混合器和/或以機械方式引入能量。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述液-液配劑是兩相或多相乳液。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述配劑是油包水或水包油乳液。
4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其中所述配劑是用于生產紙張、卡紙和紙板的水性、陰離子活性施膠劑分散液，而且所述活性施膠劑選自C14-C22烷基雙烯酮、C12-C30烷基琥珀酸酐和C12-C30鏈烯基琥珀酸酐。
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述液-液配劑的粒徑在20nm-100μm范圍內。
6.如權利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述細分液-液配劑具有的粘度為0.01mPas-100000mPas.
7.一種制備細分液-液配劑的設備，其包括a)具有至少一個進口噴嘴的擋板和具有至少一個出口噴嘴的擋板，靜態混合器位于所述擋板之間的空間中，而且，如果合適的話，其中另外以機械方式引入能量，或b)具有至少一個進口噴嘴的擋板和防沖板，如果合適的話，在所述擋板和防沖板之間的空間中存在靜態混合器和/或以機械方式引入能量。
8.依照權利要求1-6中任一項生產的液-液配劑用于藥物、食品或化妝品工業、造紙、紡織或皮革工業、建筑材料工業、農作物保護或照相工業的用途。
9.依照權利要求4制備的液-液配劑在造紙工業中用作生產紙張、卡紙或紙板的活性施膠劑的用途。
全文摘要
本發明涉及一種生產細分液－液配劑的方法及其生產設備，其中混合設備包括a)具有至少一個進口噴嘴的擋板和具有至少一個出口噴嘴的擋板，靜態混合器位于所述擋板之間的空間中，而且，如果合適的話，其中另外以機械方式引入能量，或b)具有至少一個進口噴嘴的擋板和防沖板，如果合適的話，在所述擋板和防沖板之間存在靜態混合器和/或向其中以機械方式引入能量。
文檔編號A61K9/107GK101060915SQ200580039286
公開日2007年10月24日 申請日期2005年11月15日 優先權日2004年11月17日
發明者T·丹納, R·迪利克-布倫青格爾, M·施密德, A·鮑德爾, W·坎特, C·費克滕克特爾, A·布羅克邁爾, M·赫內 申請人:巴斯福股份公司