코팅된 유기 또는 무기 입자의 합성 방법 document_id A220623067678

1990년대 이후로, 가압 매질 중에서 특히 초임계 매질 중에서 물질을 합성하는 기술에 대한 연구가 매우 발전하였다. 이 기술에 의해 다양한 형태의 물질이 합성될 수 있다: 유기 물질로서 예컨대 중합체 물질, 또는 무기 물질로서 예컨대 금속 물질이나 세라믹 물질이 그러하다. 초임계 알코올, 초임계수 및 초임계 CO2와 같은 다양한 합성 매질이 연구되었고 현재 연구 중이다. 초임계 CO2 매질 중에서 산화물 입자를 합성하는 반연속 방법 및 연속 방법은 이미 문헌에서 설명되었다. 이러한 방법은 2 가지 형태의 반응에 근거한다: 전구체의 졸-겔 반응 및 열분해이다. 유사하게, 초임계 매질 중에서 코팅하는 방법은 많은 간행물에서 다루어지고 있다. 초임계 제약 방법(supercritical pharmaceutical processes)은 종종 활성 성분(코팅될 입자)의 제형화와 이의 캡슐화를 결합시킨다. 이러한 내용의 일부 문헌이, 먼저 산화물 입자의 합성에 대하여 그 후 입자의 코팅에 대하여, 하기에 예시로 언급되고 있다. 세라믹 입자의 경우, 현재 사용되는 세라믹 산화물의 합성방법 중 한 가지 주요한 방법은 졸-겔 방법이다. 예를 들면, 2001년에 Subramanian 등[1]은 졸-겔 방법에 의한 이트륨 산화물의 합성을 설명하였다. 또한 예를 들면, Znaidi 등[2]은 졸-겔 방법에 의하여 마그네슘 산화물 분말을 합성하는 반연속 방법을 설명하였다. Adshiri 등[3]은 초임계수에서 금속 산화물 입자를 신속하게 연속 합성하는 열수 결정화(hydrothermal crystallization) 방법을 설명하였다. 이것은 열수 공정을 사용하는 연속 합성 방법이다. 더욱이, 가스 또는 첨가제(예를 들면, O2, H2, H2O2)를 도입하여 새로운 반응 및 새로운 화합물 형성을 일으킴으로써 균질한 산화 또는 환원 분위기가 생성될 수 있다[4]. 열수 합성의 최근의 일부예로는 2000년에 설명된 초임계수에서 La2CuO4를 합성하는 연속 반응[5] 또는 2002년에 Kolen´ko 등[6]에 의해 설명된 지르코늄 산화물 및 티타늄 산화물의 나노결정성 입자의 합성과 같은 것이 언급될 수 있다. 2002년에 Viswanathan 등은, 튜브 반응기에서, 초임계수 매질 중에서 아연 아세테이트(zinc acetate)의 산화에 의한 아연 아세테이트 나노입자의 연속 형성을 설명하였다[7]. 예비가열된 과산화수소 수용액이 산화제로 사용된다. 유기금속 전구체로서 알콕시드의 열분해와 초임계 용매의 사용을 결합하는 테스트가 1990년대에 수행되었고, 이 테스트 동안 사용된 초임계 용매는 에탄올 또는 메탄올과 같은 초임계 알코올이었다. 이 방법에 사용된 메커니즘은 일반적으로 가수분해, 축중합 및 열분해 반응을 포함하는 복잡한 메커니즘이다[8]. TiO2[9] 또는 MgAl2O4[8, 10] 및 MgO[11] 분말은 특히 초임계 알코올에서 단독으로 또는 초임계 CO2에서 혼합물로 얻어졌다. 초임계 용매, 특히 알코올 또는 CO2는, 반응 후에 잔류 용매를 제거하기 위하여, 먼저 겔 건조 단계에서 졸-겔 방법에 사용된다. 반연속 방법은 나노크기 금속 산화물 분말(크롬 산화물, 마그네슘 산화물, 바륨 티타네이트)의 합성을 위하여 개발되었다. 이러한 방법에 의한 티타늄 이산화물 나노분말의 합성은 2001년에 Znaidi 등[12]에 의해 설명되었다. 초임계 용매는 졸-겔 방법과 유사한 방법에서 후속하여 직접 반응 용매로서 사용되었다. 이것은 예를 들면 이전에 설명된 알콕시드의 열분해를 포함하며 졸-겔 반응에 가까운 것으로 여겨질 수 있다[8]. 1997년에 Loy 등[13]에 의하여 알콕시실란의 졸-겔 중합 용매로서 초임계 CO2를 사용하는 에어로겔의 제조방법이 설명되었다. 졸-겔 유형의 방법과 결합된 초임계 CO2는 단독 산화물, 특히 SiO2 및 TiO2의 입자, 또는 혼합된 산화물의 입자의 합성과 관련된 1998년 특허출원[14]의 주제였다. 이러한 연구는 후속하여 2 가지 논제의 방향으로 개발되었다. 첫번째는 S. Papet[15]에 의하여 창설되어 2000년에 지지를 받았다. 이것은 접선 여과(tangential filtration)에서 멤브레인용으로 사용되는, 유기 금속 전구체, 티타늄 테트라이소프로폭시드의 가수분해에 의한 티타늄 산화물 입자의 합성과 관련되었다. 두번째 논제는 O.Robbe[16]에 의하여 창설되어 2003년에 지지를 받았다. 이것은 특히 고체 산화물 연료 전지(SOFC)에서 전해질 용도로 사용되는 이온 전도성 혼합 산화물 입자(도핑된 세리아, 도핑된 란타늄(lanthanum) 및 갈레이트 산화물, 도핑된 지르코늄 산화물)의 합성과 관련되었다. 2002년에 Reverchon 등[17]은 초임계 CO2 매질 중에서 티타늄 테트라이소프록시드 가수분해 반응에 의한 티타늄 히드록시드 입자의 연속 합성 시스템을 제안하였다. 입자의 코팅에 관하여는, 코팅 방법은 많은 연구 과제와 간행물의 대상이었다. 이 방법들은 일반적으로 통상적인 화학적 수단(chemical route)을 통한 코팅 방법 또는 초임계 매질 중에서의 코팅 방법에 근거한 것이다. 화학적 수단을 통한 방법들 중에서, 예로서 계면 축중합 방법, 유화 중합 및 분산 매질 중에서의 중합이 언급될 수 있으며, 이것들은 중합체 코팅에 흔히 사용되는 화학적 방법 중 하나이다. 소듐 도데실 술페이트(SDS) 수용액에서 티타늄 이산화물 입자를 코팅하는 메틸 메타크릴레이트(MMA)의 유화 중합은 특히 Caris 등[18]에 의해 설명되었다. 유사하게, 현탁 중합에 의한 아연 산화물 / 폴리(메틸 메타크릴레이트) 복합체 미소구(microsphere)의 합성이 2002년에 Shim 등[19]에 의하여 설명되었다. 초임계 CO2 매질 중에서의 코팅 방법 중에서, 예를 들면 J. Richard 등[20] 및 Jung 등[21]에 의하여 설명된 방법이 언급될 수 있다. 예를 들면 J-H. Kim 등[22]에 의하여 설명된 초임계 용액의 급속 팽창(RESS) 또는 Y.Wang 등[23]에 의한 설명에서 유도된 수단에 의한 방법; RESS-N 방법(비용매를 사용하는 RESS)[24, 25]; 유동층에서 RESS 방법[26, 27]; 가스 반용매(GAS) 방법 또는 초임계 반용매 방법(“초임계 반용매(Supercritical AntiSolvent)” 또는 “초임계 유체 반용매(Supercritical Fluid AntiSolvent)”의 SAS)[28, 29]; 상분리 방법(배치 반응기에서 사용됨)[30]; 및 분산 매질 중에서의 중합[31]이 또한 언급될 수 있다. RESS 방법에 의한 코팅은 코팅제 및 코팅될 입자를 함유하는 초임계 용액의 급속 팽창에 근거한다. 이 방법은 특히 나프록센(Naproxen)의 미세캡슐화 목적으로 Kim 등[22]에 의하여 사용되었다. 다른 방법은 코팅제(CO2에 용해됨)를 입자에 분무할 목적으로 RESS 방법을 사용한다. 예를 들면, 이 방법은 Chernyak 등[32]에 의해 다공성 물질에 퍼플루오로에테르(perfluoroether) 코팅 형성 목적으로(사회 기반 시설 및 및 기념물 용도) 및 Wang 등[23]에 의해 폴리비닐 클로라이드-코-비닐 아세테이트(PVCVA)와 히드록시프로필셀룰로오스(HPC)로 글래스 비드(glass beads) 코팅 목적으로 사용되었다. 비용매를 사용하는 RESS 방법은 변형된 RESS 방법이다: 이 방법은 초임계 CO2에서 약용해성(weakly soluble)인 입자를 초임계 CO2에서 불용성인 코팅제로 캡슐화가 가능하게 한다. 코팅제는 CO2 / 유기 용매 혼합물에서 가용성이고, 코팅될 입자는 이 매질에 분산된다. 이 분산체의 감압은 코팅제를 입자에 침전되게 한다. 이 방법은 약제의 미세캡슐 형성[24], 단백질 입자의 미세캡슐화[25] 및 중합체를 사용하는 산화물 입자(TiO2 및 SiO2)의 코팅[33, 34]에 사용된다. RESS 방법과 유동층을 결합하는 것이 또한 개발되었다: 코팅되는 입자는 초임계 유체 또는 가스에 의해 유동화되고, 초임계 CO2에 의해 가용화된 코팅제는 유동화된 입자의 표면에 침전된다[26, 27, 35]. 반용매 방법의 경우, 입자의 코팅이 응용되는데[21], 입자 및 코팅제가 유기 용매에 용해되거나 현탁되고 나서 초임계 CO2로 이루어지는 반용매에서 함께 또는 개별적으로 분무된다. 특히 ASES 방법 및 SEDS 방법의 경우에는 다중 통로 노즐이 사용되어 다양한 성분의 분무가 가능하다. Juppo 등[36]은 초임계 반용매 방법을 사용하여 매트릭스(코팅제)에서 활성 물질(코팅되는 입자)의 혼입을 설명하였다. 반연속식 SAS 방법은 Elvassore 등[28]에 의하여 단백질로 채워진 중합체 미세캡슐의 제조에 사용되었다. 활성 성분을 함유하는 미세입자 제조에 사용되는 ASES 방법은 Bleich 등[29]에 의하여 설명되었다. 입자의 용액을 급속히 팽창시키기 전에 코팅제에서 초임계 CO2로 포화시킴으로써, PGSS 방법을 통하여 미소구를 형성하는 것이 가능하다. 이 방법의 이점은 입자와 코팅제가 초임계 CO2에서 가용성이어야 할 필요가 없다는 것이다[21]. Shine 및 Gelb는 미세캡슐 형성을 위하여 초임계 용해를 사용하는 중합체의 액화를 설명하였다[37]. 상분리 코팅 기술은 배치식에서 작동하는 장치에 매우 적합하다[30]. 이 방법은 2002년에 Ribeiros Dos Santos 등[30]에 의하여 중합체로 단백질을 코팅하는 데에 설명되었다. 약간 다른 방법이 2001년에 Glebov 등[38]에 의하여 금속 입자를 코팅하는 데에 사용되었다. 2 개의 유닛이 사용되었다: 첫번째는 코팅제(이것은 자신을 초임계 CO2에서 가용화시킴)를 함유하고 두번째는 금속 입자를 함유한다. 2 개의 유닛은 밸브로 서로 연결되어 가용화된 코팅제의 이송을 가능하게 한다. 분산된 매질 중에서 중합에 의한 방법은 초임계 CO2 매질 중에서 코팅되는 입자 표면에 중합을 수행하는 단계로 이루어진다. 이 원리는 통상의 중합에 의한 코팅의 경우와 동일하다. 이 방법에서는, 입자의 분산체가 코팅되고 중합체가 입자의 표면에 부착되도록 하기 위하여, 초임계 CO2에 적합한 계면활성제를 사용하는 것이 가장 중요하다. 이 방법을 통한 코팅의 설명은 문헌에서 나타나기 시작한다. 그리하여 Yue 등[31]은 PMMA와 PVP로 미세크기의 유기 입자를 코팅하였다. 이들[39]은, 2004년 4월 Anaheim에서 제227회 국립 ACS 미팅을 맞이하는 포스터에서, 초임계 매질 중에서 합성된 실리카 입자의 PMMA 코팅을 설명하였다. 초임계 방법은, 일반적으로 제약 분야에서, 코팅될 입자 형태로의 활성 성분의 제형화와 이의 캡슐화를 결합한다. 이러한 방법은 활성 성분의 입자 형태로의 가용화 및 코팅제의 가용화, 뒤이은 초임계 매질 중에서 RESS 또는 SAS 방법에 의한 이들의 침전에 근거한다. 그러나, 초임계 매질과 같은 가압 CO2 매질 중에서 배치 방법 또는 반연속 또는 연속 방법에 의한, 산화물 입자의 합성을 곧장 뒤잇는 상기 입자의 코팅과 관련된 간행물은 없다. 따라서, 이러한 다양한 선행 기술 방법은 산화물 입자를 “인시츄”하게 코팅되도록 하지 못한다. 가압 CO2 매질 중에서 산화물 나노분말의 표준화된 제조방법은 현재 존재하지 않는다.