包含从渔业和水产养殖废物中获得的羟基磷灰石或改性羟基磷灰石的物理防晒剂、其生产方法和包含其的光保护组合物与流程

包含从渔业和水产养殖废物中获得的羟基磷灰石或改性羟基磷灰石的物理防晒剂、其生产方法和包含其的光保护组合物
发明领域
1.本发明涉及一种以鱼类废物为原料生产具有物理型滤光剂和光保护促进剂功能的材料的方法，该材料由羟基磷灰石颗粒或用不同于纯羟基磷灰石的元素离子改性的羟基磷灰石颗粒形成，任选地与磷酸三钙和所述元素的氧化物混合。本发明还涉及上述材料和包含它的化妆品组合物。此外，该材料可用作植物光保护制剂中的活性成分。


背景技术：

2.众所周知，太阳辐射，特别是这种辐射光谱中的紫外线组分(uv)，是造成各种光化学降解的原因。特别是在人类中，急性和慢性暴露于紫外线会导致皮疹、烧伤、光老化、光免疫抑制，并可能导致皮肤癌的发生(光致癌作用)。在植物中，过量的紫外线辐射会导致叶子和果实漂白、二氧化碳固定和氧气释放减少、干重、淀粉和叶绿素含量减少、植物生长显著减少和潜在的严重氧化应激，例如参见专利申请wo 2009/064450 a1。
3.uv辐射包括大约100到400nm之间的波长光谱部分，进一步分为uvc(100
‑
280nm)、uvb(280
‑
320nm)和uva(320
‑
400nm)。uvc辐射暴露几乎没有实际意义，因为低于280nm的波长被大气臭氧吸收并且不会到达地球表面，而暴露于uva和uvb被认为是不可避免的。
4.为了防止或减轻uv辐射的负面影响，使用了所谓的防晒剂，即可以分布在要保护的部分上并由其中分散有一种或多种组分的载剂形成的流体组合物，通常称为滤光剂，可以减少到达该部分本身的紫外线辐射量。
5.滤光剂分为两大类：化学或有机过滤剂，其中光保护中的活性组分是能够吸收紫外线的有机分子，以及物理或无机紫外线过滤剂，包括反射辐射的物理屏障。
6.在化学类型的光保护组分中，应用最广泛的是化合物1
‑
(4
‑
甲氧基苯基)
‑3‑
(4
‑
叔丁基苯基)
‑
丙烷
‑
1,3
‑
二酮，通常称为阿伏苯宗，而在最常用的物理化合物中，具体可以提到tio2和zno。
7.然而，目前市场上的滤光剂也不能免除关键问题。
8.使用化学过滤剂观察到的一个问题是它们的光催化活性，这可能导致它们的光化学降解和/或防晒制剂中其他组分的降解，以及自由基和其他活性物质的产生，这些自由基和其他活性物质本身可能是导致某些与紫外线辐射相关的健康问题；在这方面，例如参见文献《当前防晒产品的争议：关键性综述》(current sunscreen controversies:a critical review)，m.e.burnett等人，photodermatology photoimmunology and photomedicine(光皮肤科、光免疫学和光医学),2011,27(6):58
–
67。
9.至于物理过滤剂，由于其越来越多地使用，最近检测到环境(尤其是沿海水域)中tio2和zno纳米颗粒的浓度越来越高，这对水生和陆生物种产生生态毒性影响；由于它们的光催化活性，这些纳米颗粒也有负面影响；例如，参见文献《制造的zno纳米颗粒的生态毒性—综述》(ecotoxicity of manufactured zno nanoparticles
‑
a review)，h.ma等人，environmental pollution(环境污染)，2013,172,76
‑
85。
10.另一个与使用基于无机纳米颗粒的紫外线过滤剂有关的问题是在皮肤受损或患病的情况下局部涂抹防晒产品后后者导致的表皮渗透；乳膏中这些氧化物颗粒的纳米尺寸有利于这种现象，采用这种纳米尺寸可避免乳膏本身产生不希望的增白效果；在这方面，例如参见文献《亚慢性皮肤暴露后tio2纳米颗粒在无空气小鼠和猪皮肤中的毒性和渗透性》(toxicity and penetration of tio
2 nanoparticles in airless mice and porcine skin after subchronic dermal exposure)，jianhong wu等，toxicology letters(病毒学快报)191(2009)1
‑
8。
11.为了克服这些问题，近年来已经提出了基于除上述化合物之外的化合物的物理滤光剂，特别是简单的或改性的基于羟基磷灰石的材料。
12.羟基磷灰石是式ca5(po4)3(oh)的化合物，在文献中也用缩写ha来指代，本说明书中也将使用该缩写。在本说明书中，“改性羟基磷灰石”是指其中基本式的ca
2
、po
43
‑
或oh
‑
离子的一部分被其他离子替代的ha。
13.专利ep 2410974 b1公开了纳米结构ha在防晒剂中的用途，结合化学过滤剂和由羧酸的金属盐组成的第三组分。根据该文献，防晒剂中存在的ha优选具有在1
‑
200nm范围内，更优选5
‑
95nm范围内的粒度；据称，这些范围内粒径的ha允许羟基磷灰石在其中使用防晒剂的化妆品组合物中更好地分散，从而显著改善其在应用时在皮肤上的分布和吸收，同时有利地减少增白作用。该文献未提及ha的来源或制备方法；此外，ha并不表示为活性过滤剂，而仅作为防晒产品其他成分的防晒效果(spf，sun protection factor(防晒系数))的增强剂。
14.作者均为t.s.de araujo等人的文献“将zn
2
、fe
3
和cr
3
添加到羟基磷灰石中作为防晒剂的活性成分的作用”，物理杂志：会议系列(journal of physics:conference series)249(2010)和“掺杂锌和锰的磷酸盐纳米颗粒用于防晒剂”，materials chemistry and physics(材料化学和物理)124(2010)1071
–
1076，报告了用指定的离子部分取代钙的改性ha的生产，用于防晒产品。在这两篇文章中，材料的制备是合成进行的，即通过共沉淀从包含作为改进的ha规范的前体化合物，钙和其他提到的金属的硝酸盐以及磷酸铵的溶液开始。该文献报告说，物理防晒产品的典型尺寸范围是70
‑
200nm。
15.专利申请wo 2017/153888 a1描述了与de araujo等人的两篇引用的文章相似的合成路线；所获得的产品是一种同时替代铁而不是钙且替代钛而不是磷的化合物。在结论中，该文献报道了适合用作防晒产品的颗粒尺寸小于120nm。
16.因此，这些文献中描述的ha是通过化学合成获得的，有时化妆品消费者并不容易接受这种合成方法；另一方面，使用绿色化合物和/或天然来源的化合物更容易为公众所接受。
17.专利申请us 2017/0119636 a1和文献“基于天然来源的羟基磷灰石
‑
fe2o3材料作为活性防晒过滤剂”(a hydroxyapatite
‑
fe2o
3 based material of natural origin as an active sunscreen filter)，c.piccirillo等人，j.mater.chem.b,2014,2,5999
‑
6009描述了包含用铁和fe2o3(赤铁矿)部分取代钙离子而改性的ha的混合物的生产，该混合物由在铁离子溶液中处理并随后煅烧的鳕鱼骨生产。这种制备路线避免使用特殊生产的化合物，提供了使用渔业废料作为原料的优势；然而，这些防晒产品的缺点是呈红色，其强度取决于ha/赤铁矿组分之间的比例，限制了在最终化妆品中的应用。该文献中描述的改性ha是
颗粒尺寸基本上在50
‑
200nm范围内的粉末形式，大部分颗粒的尺寸在150nm左右(参见[0072]段)。
[0018]
关于植物的光保护组合物，它们又通常包含纳米颗粒形式的物理防晒剂，或包含化学物质和/或含有不希望的污染物的成分，例如铅、镉、氟化物、砷、铝和/或硅。
[0019]
此外，一些防晒制剂可能会使用合成成分来使防晒制剂更加疏水。
[0020]
紫外线过滤剂的一个基本特征是它们的颜色，它必须是白色的，以避免最终制剂的颜色发生任何变化，因此，一旦局部涂抹防晒产品，皮肤的颜色就会发生变化。这是一个与消费者感知和安全相关的非常重要的特征，因为皮肤的不自然颜色令人不快，更重要的是可能掩盖过度暴露在阳光下的影响，例如形成强烈的晒伤。
[0021]
因此，在本领域中仍然需要有没有上述问题的可用防晒剂，用于化妆品组合物和植物的光保护。
[0022]
本发明的目的是提供可用作滤光剂的材料，以及提供其生产方法和包含该材料的化妆品或植物光保护组合物。
[0023]
发明概述
[0024]
这些目的是通过本发明实现的，本发明在第一方面涉及一种从鱼副产品开始生产粉末形式的羟基磷灰石或改性羟基磷灰石的方法，任选地与磷酸三钙粉末和用于改性羟基磷灰石的元素的氧化物组合，包括以下步骤：
[0025]
a)任选地，如果需要生产改性羟基磷灰石，将鱼骨浸入含有一种或多种选自zn、ti、mg、mn、sn、se和ag的元素的离子的溶液中15分钟至24小时，然后从所述溶液中取出骨；
[0026]
b)在105
‑
110℃将原始的或来自步骤a的鱼骨干燥过夜；
[0027]
c)将来自步骤b的鱼骨放入敞开或通风的烘箱中，用量为鱼骨的数量与烘箱腔室的体积之比等于或小于12g/l，并设置一层厚度等于或小于1厘米的鱼骨；
[0028]
d)在氧化气氛中在700℃至1000℃的温度下处理鱼骨30分钟至8小时，以促进细粒生长和聚结，获得大于250nm的颗粒；
[0029]
e)在冷却至低于200℃的温度后，研磨由步骤d的热处理获得的产品，并选择尺寸为250nm至50μm的粉末部分。
[0030]
第二方面，本发明涉及羟基磷灰石粉末或用重量百分比在0.1％和15％之间的一种或多种选自zn、ti、mg、mn、sn、se和ag的元素改性的羟基磷灰石粉末，任选地与磷酸三钙和/或所述元素的一种或多种氧化物组合，具有尺寸范围为250nm至50μm的颗粒，并且特征在于具有白色，其中该特征被定义为具有以下范围内的cielab坐标：l为 93.0至 100.0，a为
‑
3.00至 3.00，b为
‑
3.00至 3.00。
[0031]
第三方面，本发明涉及包含上述粉末的化妆品防晒组合物。
[0032]
最后，在最后一个方面，本发明涉及用于植物的包含上述粉末的uv
‑
光保护组合物。
[0033]
附图简要说明
[0034]
‑
图1显示了在不同温度下处理的本发明材料的六个样品的x射线粉末衍射图，其中三个来自沙丁鱼骨，三个来自鲑鱼骨；
[0035]
‑
图2显示了在不同温度处理后从沙丁鱼和鲑鱼骨获得的本发明材料的各种样品的扫描电子显微镜(sem)显微照片；
[0036]
‑
图3显示了本发明材料样品和作为比较的氧化锌样品的uv辐射反射光谱；
[0037]
‑
图4显示了本发明材料和作为比较的氧化锌和铁掺杂羟基磷灰石的水/乙醇悬浮液的uv辐射吸收光谱；
[0038]
‑
图5显示了氧化锌、本发明材料及其混合物(标记为增强剂(booster))的水/乙醇悬浮液的吸收光谱。
具体实施方式
[0039]
下面参照附图详细描述本发明。
[0040]
除非另有说明，文中指出的所有百分比和浓度均按重量计。
[0041]
本发明生产和使用的材料是羟基磷灰石，分子式为ca5(po4)3(oh)(通常也报道为它的二聚体ca
10
(po4)6(oh)2，其反映了晶体的基本晶胞中存在两个基本式单元)，可能是一种改性形式，其中钙被一种或多种选自zn、ti、mg、mn、sn、se和ag的元素替代，和/或磷酸根离子和/或氢氧根离子部分地被相同元素的一种或多种氧阴离子替代，并且可能与磷酸三钙、ca3(po4)2和一种或多种所述元素的氧化物混合。磷酸三钙，如果存在的话，通常以其β多晶型物的形式存在，即在较低温度下稳定的一种形式：这种化合物也以多晶型物α和α’的形式存在，但它们的形成需要比本发明方法更高的温度。化合物β
‑
ca3(po4)2在文献中也称为缩写β
‑
tcp，在本说明书中也将使用该缩写。因此，除非另有说明，否则术语“本发明的材料”一般理解为羟基磷灰石的混合物，无论是否用一种或多种上述元素、β
‑
ca3(po4)2和可能较少量的一种或更多所述元素的氧化物改性；这些一种或多种元素也将被称为“掺杂元素”。本发明的改性ha中掺杂元素的量可以在0.1至15％之间的范围内。
[0042]
在本发明的方法中，可以使用基本上任何类型的鱼骨，包括海水和淡水类型，例如鲈鱼、鲷鱼、琥珀鱼(amberjack)、鳕鱼、罗非鱼、鲤鱼，优选油性鱼，一大类的鱼，包括鲭鱼、金枪鱼、旗鱼、鳟鱼、鲑鱼、沙丁鱼、鲱鱼和鳀鱼(anchovies)。
[0043]
在进行步骤b或a和b之前，鱼骨可以任选地并且优选地预先清除有机组织的残余物，例如通过机械处理或通过用热水(例如80℃)或使用化学试剂的水溶液，例如次氯酸钠进行处理；如此清洁过的骨头可以立即使用，或者干燥并储存以备之后进行的处理。
[0044]
当需要制备改性ha时，任选地执行步骤a。该步骤包括将鱼骨浸入含有一种或多种选自zn、ti、mg、mn、sn、se和ag或其混合物的掺杂元素的离子的溶液中，时间为15分钟至24小时，温度范围为4℃至80℃。
[0045]
溶液的溶剂可以不完全是水性的，例如水醇溶液；然而，通常并优选使用水溶液(即，其中水是唯一的溶剂)。该溶液是用室温下可溶的希望用于改性最终的ha的一种或多种掺杂元素的化合物制成的；适用于该目的的可溶的化合物是例如所引用元素的盐或有机金属化合物。在盐、乙酸盐或其他有机酸的盐中，可以使用大多数元素的氯化物(例如，银除外)和硝酸盐；优选的盐是硝酸盐和氯化物。优选的有机金属化合物是所述元素的醇盐。溶液优选具有1
‑
10g/l的一种或多种掺杂元素的浓度，并且以完全覆盖鱼骨的体积使用，使得最初溶液中掺杂元素总量与鱼骨的重量比在0.1至50％之间。在4至80℃之间的温度下，优选在室温下，将骨在元素化合物的溶液中的浸渍15分钟至24小时的时间。在该处理之后，从溶液中取出骨用于下一步骤。
[0046]
步骤b，即在105
‑
110℃的温度下将原始或源自步骤a的鱼骨干燥过夜，以降低样品
的含水量。
[0047]
接下来的步骤c包括将鱼骨放置在开放或通风的烘箱内。放入烘箱的鱼骨的数量必须与烘箱腔室的容积成正比，以保持鱼骨数量与烘箱容积的比例不高于12g/l。
[0048]
材料以小于1cm厚度层的形式放置在烘箱中，以保证鱼骨内部和鱼骨间的有机物充分燃烧，得到白色材料。如果鱼骨为粉末状，筛分小于0.2mm的部分。为了实现有机物的完全氧化并获得白色材料，该部分必须以低于0.5cm的厚度层的形式放置在烘箱腔室中。
[0049]
发明人已经观察到，根据骨或骨粉的尺寸，将鱼骨放置在具有上述厚度值的床上是获得具有所需颜色(白度，由上述cielab坐标定义)的最终粉末的必要条件。
[0050]
随后的步骤d包括将骨在烘箱中在氧化气氛中在700℃至1000℃之间的温度下煅烧30分钟至8小时的时间。这种热处理可以在静态气氛或氧化气体流下进行，通常是空气。在这种热处理过程中，鱼骨经历了结构重排，包括有机物的氧化和矿物颗粒聚结成大于250nm的细粒尺寸。
[0051]
本发明人已经观察到，如果步骤d的热处理在低于700℃或高于1000℃的温度下进行，所得材料的uv吸收性能变差，导致防晒效果降低。
[0052]
从初始温度(通常为室温)加热到选定的最终温度，优选以恒定的升温速率进行，例如2℃/分钟，在最终温度下保持30分钟至8小时的时间，最后自然或强制冷却，温度为200℃或更低，最好在室温下。
[0053]
在达到所需的最终冷却温度后，在步骤e中，通过任何已知方法，例如手动(在研钵中使用研杵)、用球磨机等研磨经煅烧的骨。研磨后，将获得的粉末用机械筛进行筛分，选择尺寸小于50μm的粉末部分。机械筛是市售的，通常用单位“目”表示：粒度小于50μm的粉末部分是通过将粉末过270目的市售筛来收集的。此步骤有助于使粉末平整并去除大的聚集体；另一方面，250nm的尺寸下限是通过对骨进行的热处理来保证的。
[0054]
或者，材料可以通过微粉化或空气分级以粒度小于50μm的粉末形式减少。
[0055]
在第二方面，本发明涉及通过上述方法获得的粉末，在下文中也称为“本发明的材料”。
[0056]
在不进行该方法的任选步骤a的情况下，这些粉末通常由包含ha和β
‑
tcp的相的混合物构成，根据使用的鱼骨的类型和煅烧温度以不同的比例存在；或者，在进行步骤a的情况下，这些粉末通常由包含改性ha、β
‑
tcp和少量用于步骤a的掺杂元素的氧化物的相的混合物形成。
[0057]
本发明的材料具有以下平均化学组成：
[0058]
‑
25.0
‑
44.0重量％的钙，优选28
‑
40重量％，更优选30
‑
36重量％；
[0059]
‑
14.0
‑
22.0重量％的磷，优选15
‑
18重量％；
[0060]
‑
当存在锌、钛、镁、锰、锡、硒和银中的一种或多种掺杂元素时，所述掺杂元素的总量低于15重量％。
[0061]
一般而言，无论使用哪种骨，也不管ha是否改性，β
‑
tcp/ha比值随着煅烧温度的升高而增加；类似地，作为分离的相的掺杂元素的氧化物的量也随着煅烧温度的升高而增加。关于所用骨类型对最终产品的影响，发明人已经观察到，例如，在沙丁鱼骨的情况下，在最高达1200℃的所有煅烧温度下，ha相仍然主要占主导地位(最少约85％重量的量)，而使用鲑鱼骨时，β
‑
tcp在最低测试温度下作为主要相获得(例如，在600℃处理后约54％)，并且随
着煅烧温度的提高β
‑
tcp/ha比率保持稳定。
[0062]
材料的化学组成随所用鱼骨的类型和不同的煅烧温度而变化。在鲑鱼骨的情况下，发明人已经观察到材料内部的钙和磷浓度随着煅烧温度的增加而逐渐增加。在沙丁鱼骨头的情况下，仅在600℃到700℃的煅烧温度观察到这种增加，而在700℃到1000℃的温度下钙和磷的浓度几乎保持不变。
[0063]
无论使用哪种鱼骨，从煅烧获得的粉末的体积比表面积(vssa)都会随着煅烧温度的升高而降低。例如，沙丁鱼骨头在600℃下煅烧获得的粉末的vssa为20.13
±
3.10m2/cm3，而在1000℃下获得的粉末的vssa为7.20
±
2.05m2/cm3。同样，鲑鱼骨在600℃和1000℃下煅烧所得粉末的vssa值分别为21.12
±
3.52m2/cm3和8.92
±
1.93m2/cm3。
[0064]
本发明的材料的特征在于颜色，其中该特征被定义为具有以下范围内的cielab坐标：l为 93.0至 100.0，a为
‑
3.00至 3.00，并且b为
‑
3.00到 3.00。这些颜色坐标的实现是通过如本发明的步骤b中所述将鱼骨放置在烘箱内来确保的，即通过保持鱼骨数量与烘箱体积之间的比率低于12g/l，并通过将鱼骨设置成小于1.0cm的一层，对于小于0.2mm的细鱼骨颗粒，小于0.5cm的一层。
[0065]
第三方面，本发明涉及包含至少一种流体载剂和本发明材料的化妆品组合物。载剂必须在这些化妆品组合物的典型应用温度范围内保持流动或至少用手可铺展，所述典型应用温度范围大约从约
‑
20℃(用于山区使用)到约40℃；具有这些特性的流体载剂是化妆品组合物领域的技术人员公知的。
[0066]
除了这两种主要的必需成分之外，化妆品组合物优选包含一种或多种合适的化妆品成分，其可以选自这些组合物的配制领域中已知的广泛范围的添加剂，包括但不限于，其他有机或无机紫外线过滤剂、晒黑剂(tanning agents)、流变添加剂、缓冲剂、抗微生物剂、抗等温剂、抗静电剂、着色剂、皮肤调理剂、防腐剂、覆盖剂、变性剂、脱色剂、解缠剂、润肤剂、乳化剂、成膜剂和保湿剂；还可以添加防水组分以在浸入水中的情况下使组合物具有抗性。
[0067]
根据一个优选的实施方案，所述化妆品组合物还包含至少一种选自有机和无机紫外线过滤剂、抗衰老剂和抗氧化剂的活性成分。
[0068]
根据一个实施方案，化妆品组合物是防晒产品、眼部化妆产品、面部化妆产品、唇部护理产品、头发护理产品、头发定型产品、指甲护理产品、手部护理产品、护肤产品或其组合产品。根据另一个实施方案，本发明的材料与选自药物活性剂、生物活性剂、消毒剂、防腐剂、调味剂、表面活性剂、油、香料、精油及其混合物的至少一种活性剂缔合。
[0069]
在所述化妆品组合物中，基于化妆品组合物的总重量，本发明的材料以0.5
‑
50重量％，优选0.5
‑
30重量％，更优选0.5
‑
20重量％的量存在。取决于所需的spf水平，在该范围内的组合物中的本发明材料的量确保高uv屏蔽能力和对皮肤的最小增白效果之间的良好折衷。
[0070]
含有本发明材料的化妆品组合物可以是乳膏剂、凝胶剂、牛奶制剂、喷雾剂、乳剂、洗剂、防护面膜、粉底、油剂或化妆品领域已知的用于皮肤应用的其他制剂的形式。优选地，化妆品组合物呈乳剂形式。牛奶制剂含有高比例的水，易于涂抹，但必须比其他产品更频繁地重新涂抹。乳膏剂的粘性较大，较难涂抹，一般用于面部；它们通常很油腻，因此它们并不适合所有皮肤类型。亲水凝胶更适合油性皮肤的人，因为分散滤光剂产品的载剂不含会使
alto,usa)获得的；仪器使用spectralon标准(labsphere srs
‑
99
‑
010)进行校准。
[0088]
为了直接估计含有20重量％本发明材料的假设防晒产品的防晒系数(spf)，使用文献“防晒系数的可靠和简单的分光光度测定：使用基于有机紫外线过滤剂的防晒产品的案例研究”(reliable and simple spectrophotometric determination of sun protection factor:a case study using organic uv filter
‑
based sunscreen products)，si yang等人，journal of beauty dermatology(美丽皮肤科杂质)17(3),518
‑
522(2018)，经过一些修改。
[0089]
简而言之，将200mg本发明材料转移到100ml容量瓶中，用0.1m和ph6.2的柠檬酸盐缓冲液稀释至刻度并超声5分钟。将5.0ml等分试样转移到50ml容量瓶中并用水/乙醇混合物稀释至刻度。
[0090]
所得溶液的吸光度由用于在比色皿模式下工作的反射率测量的相同分光光度计记录。记录的数据用于通过以下公式估计防晒产品的体外spf：
[0091][0092]
其中：
[0093]
‑
ee(λ):红斑效应谱；
[0094]
‑
i(λ):太阳强度谱；
[0095]
‑
abs(λ):防晒产品的吸光度；
[0096]
‑
cf:修正系数(＝10)；
[0097]
‑
6.65是修正系数。
[0098]
该公式由文献“用分光光度法测定防晒系数”(do fator desolar por espectrofotometria)中提出的公式推导出来，j.d.s.mansur等人,an.bras.dermatol.,61,121
‑
124,1986，其构思是为了使含有8％高糖酸盐(3,3,5
‑
三甲基环己基
‑2‑
羟基苯甲酸酯)的标准防晒配方的spf值为4。
[0099]
ee
×
i值是常数，参见文献“防晒配方的体内和体外测试的比较”(acomparison of in vivo and in vitro testing of sunscreening formulas)，r.m.sayre等人，photochemistry and photobiology(光化学和光生物学)29(3),559
‑
566(1979)，因此它们的总和为1。
[0100]
体积比表面积(vssa)
[0101]
样品vssa在液氮温度(
‑
196℃)下使用brunauer
‑
emmett
‑
teller(bet)模式和control 750(ce instruments(ce仪器公司))设备测量。样品在分析前在100℃的空气中干燥30分钟。
[0102]
实施例1
[0103]
本实施例是关于从沙丁鱼和鲑鱼骨头开始制备基于ha的材料；这些骨头包括根据本发明的材料和非本发明的材料：后者是在低于700℃或高于1000℃的温度下煅烧鱼骨生产的材料，并且已经制备用于比较目的。
[0104]
将300克沙丁鱼骨在100毫升80℃的热水中浸泡2小时。然后将材料在开放式烘箱中在105℃下干燥过夜。将如此获得的材料以厚度小于1cm的层的形式置于容积为25l的敞开式烘箱内，以在大气条件下进行热处理。
[0105]
所用的加热程序以2℃/min的速度从室温上升到600℃，在此温度下保持1小时，然后让系统冷却至室温。
[0106]
从烘箱中回收的材料在玛瑙研钵中研磨并以50μm筛分，得到150克的最终产品。该材料在下表1中命名为sdncap
‑
6。
[0107]
对沙丁鱼骨和鲑鱼骨重复上述过程，煅烧温度在600到1200℃之间变化。所有生产的材料都是将鱼骨放入烘箱内，放置成厚度小于1厘米(对于大于0.2毫米的鱼骨)或小于0.5厘米(对于尺寸小于0.2毫米的鱼骨粉)的层。从沙丁鱼骨和鲑鱼骨中获得的样品分别是从sdncap
‑
6到sdncap
‑
12，以及从smncap
‑
6到smncap
‑
12的样品如表1所示。
[0108]
为了获得改性ha的样品，将300克鱼骨在80℃的100ml热水中清洗2小时。然后将该材料在纸上干燥并在保持在80℃的200ml所需元素化合物溶液中浸泡2小时。
[0109]
在锌掺杂的情况下，使用硝酸锌(znno3)制备水溶液。在钛掺杂的情况下，将鱼骨浸泡在200ml异丙醇钛(ti(och(ch3)2)4)的异丙醇溶液中2小时，温度保持在80℃。这些溶液的浓度使得在溶液中提供金属/骨重量比(g/g)，如下面表1的最后一列中所报告。
[0110]
然后将该材料在105℃下干燥过夜，并以厚度小于1cm的层的形式置于敞开的烘箱中以在大气条件下进行热处理。
[0111]
使用的加热程序以2℃/min的速度从室温上升到1000℃，然后稳定2小时，然后让系统在室温下冷却。
[0112]
从烘箱中回收的材料在玛瑙研钵中研磨并以50μm筛分。
[0113]
根据下表1，在不同条件下重复上述程序：
[0114]
表1
[0115][0116][0117]
对这样制备的一些样品，通过icp
‑
oes进行化学分析。结果如表2所示：
[0118]
表2
[0119][0120]
从表中的数据可以看出，通常在未掺杂的样品中，化学成分的变化主要是由于骨(鱼的种类)的天然来源，其次取决于处理温度。在700℃和900℃处理的鲑鱼和沙丁鱼骨中，与后者相比，前者显示出更高的ca和p含量，ca/p比接近1.67，这是ha的化学计量值。一般而言，两种鱼骨的钙、磷含量均随着煅烧温度的升高而增加。在改性ha(zn作为其他可能的掺杂元素的代表)的情况下，发现ca/p比在1.42和1.47之间的狭窄范围内，与用作掺杂元素源的锌盐的量无关。然而，材料内部的zn量(以(ca zn)/p比表示)与掺杂溶液中zn
2
的量成比例增加。
[0121]
实施例2
[0122]
测量了实施例1中制备的一些样品的颜色，在表3中相对cielab坐标显示。表3中报告的cielab坐标表明所有材料都具有白色，从鲑鱼骨在1000℃下煅烧获得的样品的亮白色，到600℃下获得的稀薄的白色。
[0123]
表3
[0124][0125]
上表中带*和**的样品分别由尺寸小于0.2mm的粉末状鱼骨以1cm层的形式放置在烘箱中，以及由尺寸大于0.2毫米的鱼骨以大于1cm的层的形式放置在烘箱中获得的。
[0126]
当将超过300克的鱼骨放入25升体积的烘箱中，或将鱼骨放置成超过1cm厚度的层时，最终材料呈灰色。例如，放置成1.2cm厚的层并在800℃和1000℃下煅烧的鲑鱼骨测得的l cielab坐标值比其他样品低得多。
[0127]
实施例3
[0128]
对实施例1中制备的一些样品进行xrd分析，然后对所得数据进行rietveld精修以评估它们的相组成。这些测试的结果总结在下表4中：
[0129]
表4
[0130]
[0131][0132]
从表中的数据可以看出，对于沙丁鱼骨中未掺杂的材料，ha始终是主要相，β
‑
tcp的量随着煅烧温度的升高而增加。这种趋势在图1报告的三个叠加光谱中可见，其中实心三角形表示ha相的峰，而实心圆圈表示β
‑
tcp相的峰。对于来自鲑鱼骨的未掺杂材料，无论煅烧温度如何，主要相始终是β
‑
tcp，这可以从图1中始终报告的光谱中观察到。最后，在改性ha(来自鲑鱼骨，掺杂锌)的情况下，作为单独相可检测到的zno的量随着处理温度的增加而增加。
[0133]
还通过sem研究了实施例1的一些样品以评估依赖于煅烧温度的形态趋势。在不同温度下处理的不同鱼骨得到样品的部分显微照片再现于图2：图中左侧三张显微照片(a、c、e)是关于沙丁鱼获得的材料，而右侧三张显微照片(b、d、f)是关于从鲑鱼获得的材料；图a和b为600℃处理后的样品，图c和d为900℃处理后的样品，图e和f为1200℃处理后的样品。从显微照片中可以看出，在600℃时，沙丁鱼和鲑鱼的颗粒材料均呈球形且大小相似(几十纳米)。当温度升高到900℃时，从沙丁鱼骨中获得的材料的尺寸比从鲑鱼骨中获得的材料增加得更多，而在1200℃时，两种粉末都会被烧结。考虑到材料的密度为3.14g/cm3，通过bet测量材料的体积比表面积(vssa)。根据ec(欧盟委员会2011/696/ue)的建议，如果材料的vssa大于60m2/cm3，则可以将其归类为纳米材料。分析表明，在低于600℃的温度下处理的骨骼的vssa值高于60m2/cm3，可以归类为纳米材料。另一方面，在高于700℃的温度下处理的骨骼获得的材料的vssa值通常小于42m2/cm3，因此它们是微米尺寸。
[0134]
实施例4
[0135]
悬浮在超纯水中的材料的z平均值报告在表5中。从获得的值可以看出，初级颗粒的平均尺寸范围从600℃处理的沙丁鱼骨的176nm到1000℃处理的沙丁鱼骨的755nm。存在尺寸小于sem观察到的颗粒的原因是，如上所述，为了使颗粒在水中具有良好的分散性，在测量前对悬浮液进行超声处理；这种处理可使从本发明的方法获得的颗粒解聚。由于鱼骨的来源，可以观察到材料大小的一定变化；例如，在相同温度下，与从沙丁鱼骨头中获得的材料相比，从鲑鱼骨中获得的材料的z平均值通常较小，初级颗粒的平均尺寸范围从600℃处理的鲑鱼骨的132nm到1000℃处理的鲑鱼骨的487nm。
[0136]
表5
[0137][0138]
实施例5
[0139]
测量了实施例1中制备的一些样品的反射率和吸光度特性。这些测试的结果显示在图3(反射率)和图4(吸光度)中；在这些图中，为了比较，报告了zno的类似光谱。
[0140]
从图3中可以看出，通常本发明的所有材料样品在uva
‑
uvb区域中都显示出比zno显著更高的反射率。更详细地说，在该图中报告的所有反射光谱中，在900℃煅烧的未掺杂鲑鱼和沙丁鱼骨的反射光谱在这两个窗口内具有更高的值。
[0141]
图4显示了zno悬浮液的紫外吸收光谱，zno是一种掺铁ha样品，表示为fe
‑
ha，根据m.teixeira等人，materials science engineering c(材料科学工程c),71,141(2017)制备；其在文中表示为cl5b_m，并且是悬浮在水缓冲液和乙醇的混合物中的本发明材料的几个样品。从沙丁鱼骨获得的样品悬浮液的吸收光谱报告在图的左侧，而从鲑鱼骨获得的悬浮液的吸收光谱报告在右侧。采用之前描述的yang等人的方法来测量使用各种测试材料获得的理论紫外线防护乳液的体外spf，进行这些测试用于评估和比较zno和fe
‑
ha光保护能力与本发明材料的光保护能力。zno悬浮光谱显示出最高的吸收值，具有特殊的形状，在uva区域的380nm处有一个吸收峰。本发明材料的光谱均具有相似的平坦吸收曲线，并且与feha相比均具有高得多的吸附值。样品sdncap
‑
7和样品sdncap
‑
8的吸收强度在记录的那些中最高。对于在900℃和1000℃下处理的样品，观察到uvb区域的吸收值降低，uva区域的吸收值降低较轻，但材料仍显示出良好的光保护性能。
[0142]
在不同温度下处理的鲑鱼骨观察到的趋势与对沙丁鱼描述的趋势相同。
[0143]
表6报告了使用公式(1)从图4中显示的光谱数据中计算出的spf值。正如预期的那样，zno溶液显示出最高的spf，值接近18。对于样品sdncap
‑
8(其具有与zno相当的spf值)，发现本发明材料的最高spf值，其次是sdncap
‑
10和sdncap
‑
9。为了比较，表中还报告了feha的spf值。在600℃下从沙丁鱼骨中获得的spf是观察到的最低值。对于在1100℃和1200℃下处理的样品，观察到的spf与在700℃和1000℃之间煅烧的材料相比有所降低，对此记录了低紫外线吸收值(spf为8.0和10.0)。再一次，在不同温度下处理的鲑鱼骨观察到的趋势与
对沙丁鱼描述的趋势相同。
[0144]
这意味着当材料在低于700℃或高于1000℃的温度下制备时，无论采用哪种鱼骨类型，材料的光保护性能都会大大降低。
[0145]
表6
[0146][0147][0148]
实施例6
[0149]
测量了含有100ppm zno和100ppm sdncap
‑
8的悬浮液的spf值，以评估从天然来源获得的本发明ha/β
‑
tcp材料提高zno吸附性能的能力。相对光谱如图5所示。
[0150]
发现本发明的zno和ha/β
‑
tcp的混合物(在图5中标记为增强剂)具有最高的吸收值，相对spf值为18。值得注意的是，在该悬浮液中，zno的浓度是spf 17.9的zno悬浮液浓度的一半(图5中的光谱)，因为它是将200ppm的sdncap
‑
8悬浮液和200ppm的zno悬浮液按1:1混合获得的。
[0151]
对结果的讨论
[0152]
实施例5和6中获得的结果证实，当单独使用时，本发明的材料作为物理滤光剂是有效的，以及常用物理过滤剂如zno的性能的增强剂，并且进一步作为有机过滤剂的性能的增强剂；这些从渔业废物回收利用中获得的材料可以有效替代已知的物理过滤剂，用于制备防晒组合物。