EP4076338A1 - Composition ou dispositif médical comprenant des polymères a base d'oligo(ethylène glycol) - Google Patents

Composition ou dispositif médical comprenant des polymères a base d'oligo(ethylène glycol)

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EP4076338A1
EP4076338A1 EP20824610.8A EP20824610A EP4076338A1 EP 4076338 A1 EP4076338 A1 EP 4076338A1 EP 20824610 A EP20824610 A EP 20824610A EP 4076338 A1 EP4076338 A1 EP 4076338A1
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EP
European Patent Office
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mass
mole
water
ethylene glycol
soluble polymer
Prior art date
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Pending
Application number
EP20824610.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Eva DIEUZY
Laurent Billon
Christophe Derail
Valérie Alard
Kamel CHOUGRANI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
LVMH Recherche GIE
Universite de Pau et des Pays de lAdour
Urgo Recherche Innovation et Developpement
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
LVMH Recherche GIE
Universite de Pau et des Pays de lAdour
Urgo Recherche Innovation et Developpement
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Filing date
Publication date
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    • C08F2810/00—Chemical modification of a polymer
    • C08F2810/20—Chemical modification of a polymer leading to a crosslinking, either explicitly or inherently

Definitions

  • composition or medical device comprising polymers based on oligo (ethylene glycol)
  • the present invention relates to a cosmetic, a pharmaceutical composition or a medical device for topical application or on mucous membranes, said composition comprising the combination of a polymer based on oligo (ethylene glycol) crosslinked in the form of an aqueous dispersion of colloidal particles of microgels and of a polymer based on oligo (ethylene glycol) soluble in water.
  • the invention also relates to a process for the preparation of this composition.
  • compositions based on poly (oligo- (ethylene glycol) methacrylate) microgels make it possible to achieve this objective.
  • aqueous dispersions of such microgels has been described in the literature, in particular in patent applications WO 2016/110615 and WO 2019/077404, and the publications Boularas et al., Polymer Chem., 2016, 7 , 350-363; and Aguirre et al., Polymer Chem., 9, 1155-1159.
  • a side product is formed which consists of a water soluble polymer (WSP), cited as a free polymer.
  • the mixing of the purified microgels with the free polymer makes it possible to control and control the value of the viscoelastic modulus of the films without reducing the elongation at break.
  • the free polymer makes it possible to increase the adhesion of a film of microgels without modifying its mechanical properties.
  • the films obtained by drying the combination of the microgels and the free polymer exhibit particular mechanical properties of elasticity and tack.
  • the inventors have surprisingly found that these properties can be modulated as a function of the microgel-polymer mass ratio.
  • the inventors have discovered that the chemical composition of the free polymer is very comparable to that of microgels and allows good compatibility between the two components.
  • the branched and crosslinked structure allows the preservation of the resistance to stretching of films obtained from their mixtures.
  • the self-assembly of the microgel / polymer mixture forms a film with promising mechanical properties for skin applications: the elastic modulus is low, the deformability capacity is high and the elongation at break high. Reformulation with the free polymer potentially makes it possible to control and control the value of the viscoelastic modulus of the films without reducing the elongation at break.
  • microgel films with adjustable mechanical properties have never been reported in the literature.
  • the variation in the rheological properties of the films is directly obtained by virtue of a secondary synthesis product, the free polymer.
  • This has the same chemical composition as the microgels and therefore has excellent compatibility with the latter. This has the advantage of not weakening the self-assembled network of the microgels, which results in the retention of resistance to stretching.
  • the addition of the free polymer can induce a variation of the real part of the complex shear modulus (G) between lxlO 3 and lxlO 5 Pa. This makes it possible to obtain films having a very pronounced tack up to films not showing any tackiness at all.
  • the elongation at break which reflects the cohesion of the microgel network at very large deformations, does not decrease with the addition of free polymer.
  • the structural characterization of the free polymer by aqueous chromatography reveals a very branched polymer resembling nano-gels, whose structure explains the conservation of the resistance of the network which can thus follow the deformations of the skin or the mucous membranes without peeling off or breaking. .
  • a first object of the invention is a composition, in particular a cosmetic composition, a pharmaceutical composition or a medical device, comprising a water-soluble polymer (WSP) and particles of microgels, in which the particles of microgels and the water-soluble polymer can be independently obtained, or are independently obtained, by aqueous phase precipitation polymerization of di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, an oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and of a vinyl monomer bearing a carboxyl group, in which the ratio between the mass of the water-soluble polymer and the mass of the particles of microgels in the dry state is between 0% and 100%.
  • WSP water-soluble polymer
  • the medical device preferably includes a mixture consisting of the water-soluble polymer, the microgels and optionally water.
  • the solid content of the cosmetic composition, the solid content of the pharmaceutical composition, or the solid content of said mixture is preferably from 1.5% to 100% by mass.
  • the solid content may be greater than a percentage selected from the group consisting of 2%; 3%; 4%; 5%; 10%; 15%; 20%; 25%; 30 % ; 35%; 40%; 45% and 50% by mass.
  • the solid content of the composition of the invention can be defined as the percentage by weight of the solid elements that it contains, in particular as equal to the sum of the percentage by weight of the microgels in the dry state, of the percentage by weight of the polymer soluble in water, and optionally a percentage of any other solid compound which would be present in the composition.
  • the solid content can be the sum of the percentage of microgels in the dry state and the percentage of polymer which are contained in the mixture.
  • a second object of the invention is a process for the preparation of the cosmetic composition, the pharmaceutical composition or the medical device, said process comprising a step of preparing a mixture of microgel particles and a soluble polymer. in water, said step comprising:
  • a third object of the invention is a method for the cosmetic treatment or pharmaceutical treatment via a topical route of the skin, nails, lips, mucous membranes or hair of a person, said method comprising a first step application of the cosmetic composition, of the pharmaceutical composition or of the medical device as defined above.
  • Figure 1 is a graph of conformation of radius of gyration as a function of molar mass for MBA-WSP (red), OEGDA-WSP (blue), PEG35K (black). WSP comes from a synthesis with 2 mol% of crosslinking agent. The dotted line is representative of a power law with an exponent of 0.6. The solid black line fits the MBA-WSP curve according to a power law of exponent 0.27.
  • FIG. 2 In Figure 2, the number and mass molecular weights, and the polydispersity index for different WSPs are shown.
  • FIG. 3 represents the curve of the conversion modulus G ′ and of the loss modulus G ′′ as a function of the frequency of an unpurified MBA film and of an OEGDA film with different levels of crosslinking agent: 2% in mole and 8 mole%.
  • Figure 4 is a table providing the mass composition of unpurified films, after synthesis.
  • FIG. 5A represents the expansion viscosity as a function of time of unpurified MBA films and OEGDA films with different levels of crosslinking agent: 2% by mole and 8% by mole.
  • Figure 5B is the elongation at break for MBA film and OEGDA film for different crosslink densities at 2 mole% and 8 mole%.
  • Figure 6A shows the modulus of conservation G ′ and the modulus of loss G ′′ as a function of the frequency of a 2.0 mole% OEGDA-MG film with different levels of MG.
  • Figure 6B is the modulus of conservation G "and the modulus of loss G" as a function of the frequency of a 2.0 mole% MBA-MG film with different levels of MG.
  • Solid symbols correspond to OEGDA, hollow symbols correspond to MBA.
  • Figure 8A is the expansion viscosity versus time curve for OEGDA-MG films at different MG contents.
  • Figure 8B is the extensional viscosity versus time curve of OEGDA-MG films for different MG contents.
  • Fig. 9 is a bar graph showing the elongation at break for an MBA film and an OEGDA film for different MG contents.
  • Figure 10A shows the extension viscosity versus time curve for pure OEGDA-MG films at different film forming temperatures.
  • Figure 10B is a bar graph showing the elongation at break values for pure OEGDA-MG films at different film forming temperatures.
  • FIG. 11 shows two images obtained by AFM atomic force microscopy of the upper surface of films of OEGDA-MG (left image) and of MBA-MG (right image).
  • Figure 12 shows two AFM images of a cross section of films of OEGDA-MG (left image) and MBA-MG (right image).
  • FIG. 13 shows two images obtained by AFM atomic force microscopy of the upper surface of films of OEGDA-MG (left image) and of MBA-MG (right image) subjected to an elongation of 30%.
  • Figure 14 shows AFMs in topographic contrast and images of the LogDMT module: (a) AFM in topographic contrast and (b) LogDMT module for 2 mol% MBA-MG films containing 25% MG, (c) AFM in topographic contrast and (d) LogDMT modulus for 2 mol% MBA-MG films containing 50% MG; (e) AFM in topographic contrast and (f) LogDMT modulus for 2 mol% MBA-MG films containing 75% MG. Definitions
  • microgel particles are a crosslinked polymer in the form of spherical particles having an average size which can vary from 100 nm to 1000 nm in the dry state (c ' that is to say containing less than 2% by mass of water), preferably between 100 nm and 500 nm, from 350 to 450 nm, even better still 400 nm.
  • the hydrodynamic radial distribution function of the microgels measured at an angle of 60 ° and at a temperature of 20 ° C may be less than 1.1.
  • the microgel of the invention can be obtained by copolymerization in aqueous phase of several monomers.
  • the average size of the microgel particles can vary depending on whether they contain water or not.
  • Microgel in the sense of the present description, can be in the form of an aqueous dispersion of "particles of microgels” or in the form of a film comprising particles of microgels as defined above.
  • Microgels can trap cosmetic or pharmaceutical active organic molecules.
  • a film comprising microgel particles can have a thickness of 1 micron to 10 millimeters, for example 10 microns to 500 microns, 100 microns to 400 microns or 500 microns to 1000 microns.
  • the microgel particles preferably do not include any inorganic material.
  • microgel particles consist of organic compounds.
  • the microgel particles do not, for example, contain silica, in particular silica as a support for the crosslinked polymer.
  • crosslink is a group (part of a molecule) which binds the copolymer chains together. This crosslink originates from a “crosslinker” molecule which is mixed with the monomers during the polymerization process of the crosslinked polymer.
  • a "water-soluble polymer” is a polymer having a radius of gyration at 20 ° C which is from 5 nm to 80 nm, for example from 10 nm to 30 nm.
  • the water soluble polymer can have an average molecular mass of 1 x 10 5 g. mol 1 to 1 x 10 6 g. mol 1 .
  • the radius of gyration and the molecular mass can be measured by any method known to those skilled in the art, for example by size exclusion chromatography.
  • a water soluble polymer is distinguished from microgel particles: for example microgel particles can be identified by atomic force microscopy (AFM) observation of a film made by drying an aqueous dispersion of microgel particles. On the contrary, no particle can be detected by AFM observation of films which are made by drying a solution of the water soluble polymer.
  • AFM atomic force microscopy
  • a first object of the invention is a composition, in particular a cosmetic composition, a pharmaceutical composition, or a medical device, comprising a polymer soluble in water and particles of microgels, said particles of microgels having an average diameter from 100 nm to 1000 nm in the dry state, wherein the microgel particles and the water soluble polymer can be independently obtained, or are independently obtained, by aqueous phase precipitation polymerization of at least the three following monomers, in the presence of a crosslinking agent:
  • an oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate having a number average molar mass between 400 g / mole and 600 g / mole
  • a vinyl monomer comprising a carboxyl group provided that when the microgel particles and the water-soluble polymer are prepared from 83 mol% to 84 mol% of di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, from 9.0 mol% to 9.5 mol% of an oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate having a number average molar mass of 475 g / mol, from 4.9 mol% to 5, 1 mole% of methacrylic acid as a vinyl monomer comprising a carboxyl group, and 1.9 mole% to 2.0 mole% of a crosslinking agent, the sum of the four mole fractions being 100% in mole, then if the crosslinking agent is an oligo (ethylene glycol) diacrylate, the ratio between the mass of the water soluble polymer and the mass of the microgel particles is not equal to 34%, if the crosslinking agent is N, N'-methylenebisacrylamide, the ratio between the mass of the water soluble poly(ethylene
  • the microgel particles and the water-soluble polymer comprise, according to one embodiment, chains having monomer units of diethylene glycol methacrylate, monomer units of oligoethylene glycol methacrylate comprising from 6 to 10 ethylene glycol units, monomeric units of methacrylic acid, and crosslinks.
  • the oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate preferably comprises from 7 to 8 ethylene glycol units.
  • the oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate may have a number-average molar mass (Mn) between 400 g / mole and 600 g / mole, preferably between 450 and 500 g / mole.
  • the vinyl monomer is preferably a (meth) acrylic acid monomer.
  • the microgel particles and the water-soluble polymer can be independently obtained by polymerization by aqueous phase precipitation of three monomers in the presence of a crosslinking agent.
  • the precipitation polymerization step comprises contacting, in an aqueous phase, the three monomers described above and the crosslinking agent, at a temperature between 40 ° C and 90 ° C, preferably of the order 70 ° C.
  • a surfactant such as SDS (sodium dodecyl sulfate)
  • the polymerization can be initiated by the addition of a water-soluble free radical initiator, for example potassium persulfate ( KPS).
  • KPS potassium persulfate
  • the mole fraction of di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate is 80 mole% to 90 mole%
  • the mole fraction of oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate is 5% by mole to 15% by mole
  • the mole fraction of the vinyl monomer bearing a carboxyl group is from 2% by mole to 8% by mole
  • the mole fraction of the crosslinking agent is from 0.5 to 10% by mole , the sum of the four mole fractions being equal to 100 mole%.
  • the mole fractions can be defined as the mole fractions of the monomers which are used to prepare the microgel or the water soluble polymers.
  • mole fractions can be defined as the mole fractions of the monomer units in the microgel or in the water soluble polymer which have been obtained from the reaction between the monomers.
  • the mole fraction of the crosslinking agent can be from 0.5 mole% to 10 mole%, from 0.5 mole% to 8 mole%, from 1 mole% to 7 mole% or from 1.5 mole% to 6 mole%.
  • the molar ratio (a: b) between the di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (a) and the oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (b) is preferably between 1: 1 and 20: 1, for example between 5: 1 and 10: 1.
  • the (meth) acrylic acid monomer can be selected from the group consisting of methyl acrylic, methyl methacrylic, ethyl acrylic, ethyl methacrylic, n-butyl acrylic, and n-butyl methacrylic, methacrylic, itaconic or acrylic acids. Methacrylic acid is preferred.
  • the oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate can have a molecular mass between 200 g / mole and 600 g / mole, or between 300 g / mole and 550 g / mole or between 450 g / mole and 500 g / mole.
  • the mole fraction of monomer units of di (ethylene glycol) methacrylate is 80 mole% to 90 mole%, preferably 82 mole% to 86 mole%
  • the mole fraction of oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate monomer units is 5 mole% to 15 mole%, preferably 7 mole% to 11 mole%
  • the mole fraction of monomer units of (meth) acrylic acid is 2 mole% to 8 mole%, preferably 3 mole% to 7 mole%
  • the mole fraction of the crosslink is 1 mole% to 6 mole% or 1 mol% to 3 mol%.
  • the crosslinked polymer comprises copolymer chains having monomer units of diethylene glycol methacrylate, monomer units of oligoethylene glycol methacrylate comprising from 4 to 10 ethylene glycol units, and acid monomer units.
  • methacrylic The monomer units are preferably: oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate having 7 or 8 ethylene glycol units; and methacrylic acid.
  • the monomer units of oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate can also have 8 to 9 ethylene glycol units.
  • the microgel is obtained by polymerization of at least three monomers, in the presence of a first crosslinking agent, and the water-soluble polymer is obtained from a polymerization of at least three monomers, in presence of a second crosslinking agent.
  • the first crosslinking agent and the second crosslinking agent can be independently selected from the group consisting of oligo (ethylene glycol) diacrylate comprising from 1 to 10 ethylene glycol, 1,3-butanediol diacrylate units, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, pentaerythritol diacrylate monostearate, glycerol 1,3-diglycerolate diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, poly (propylene glycol) diacrylate, 1,6-hexanediol ethoxylate diacrylate, trimethylacrylate benzo glycol di methacrylate,
  • the crosslinking agent has di (meth) acrylate end groups and a unit chosen from the group consisting of - (CH 2 -CH2-0) m-CH2-CH 2 - where n is 0 to 6.
  • the number m is preferably 3 to 6.
  • the crosslinking agent is for example (ethylene glycol) dimethacrylate or oligo (ethylene glycol) diacrylate.
  • a particular microgel comprises monomer units of diethylene glycol methacrylate, monomer units of oligoethylene glycol methacrylate comprising from 7 to 8 ethylene glycol units, and a crosslinking agent comprising terminal di (meth) acrylate groups and a unit chosen from the following group: group consisting of -CH 2 -CH 2 - and - (CH 2 -CH2-0) m-CH2-CH 2 - where m is 4 to 5.
  • microgel particles can depend on the crosslinking agent used.
  • Three different microstructures were obtained according to several embodiments: microgels crosslinked in a homogeneous manner using an oligo (ethylene glycol) diacrylate (OEGDA), microgels with a slightly crosslinked core and highly crosslinked shell using N, N'-methylenebisacrylamide (MBA), and slightly crosslinked bark and highly crosslinked core microgels using (ethylene glycol) dimethacrylate (EGDMA).
  • OEGDA oligo (ethylene glycol) diacrylate
  • MSA N, N'-methylenebisacrylamide
  • EGDMA ethylene glycol dimethacrylate
  • the cosmetic composition, the pharmaceutical composition or the mixture which is included in the medical device are in a particular embodiment in the form of a film which has a thickness of 500 microns to 1000 microns.
  • the ratio between the mass of the water-soluble polymer and the mass of the microgel particles is greater than 0% and less than 100%.
  • the ratio may have a lower value which is chosen from the group consisting of 5%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65% , 70%, 75%, 80%, 85%, 90% and 95%.
  • the ratio may have a higher value which is chosen from the group consisting of 5%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65% , 70%, 75%, 80%, 85%, 90% and 95%.
  • the ratio between the mass of the water-soluble polymer and the mass of the microgel particles can be between 0% and 34% or between 34% and 100%.
  • the ratio between the mass of the water-soluble polymer and the mass of the microgel particles can be between 0% and 20% or between 20% and 100%.
  • the cosmetic composition and the pharmaceutical composition can be a liquid, a gel or a solid.
  • the cosmetic composition, the pharmaceutical composition or the mixture consisting of the polymer soluble in water, the microgels and optionally water which is included in the medical device may contain from 50% to 100% by mass of a mixture consisting of particles of microgels and polymer soluble in water, and from 0% to 50% by mass of water, the percentages being relative to the mass of the composition and the mass of the particles of microgels being the mass of the particles in the dry state.
  • the solid content of the cosmetic composition, the solid content of the pharmaceutical composition, and the solid content of the mixture consisting of the water soluble polymer, the microgels and optionally water which is included in the medical device can be from 50% to 100% by mass.
  • the composition of the invention in the case where the composition of the invention is liquid, it can be spread on the skin or on the mucous membranes, and can form a transparent film adhering to the skin or to the mucous membranes by simple evaporation of the water.
  • the skin has a low elastic modulus and that the product applied must have a modulus comparable to that of the skin so as not to be felt by the user.
  • the free polymer is a lever for adjusting the modulus according to the intended application.
  • the addition of components such as gelling agents or bioactants, can increase the modulus: it is then possible to add the proportion of free polymer agreed to reduce it to a target value.
  • the films have a high elongation at break whatever the level of free polymer, which is essential for application to the face for example.
  • the composition can comprise from 1% to 100% by mass of the microgels.
  • the composition comprises according to one embodiment from 1% to 50% by mass of microgels relative to the mass of the composition, and from 0.9% to 100% by mass of water relative to the mass of the composition.
  • the composition can be in the form of a dispersion of microgels in water.
  • the aqueous dispersion may comprise from 1% to 50% by mass of a mixture consisting of microgels and water soluble polymer based on the mass of the composition, and from 50% to 99% by mass of water, based on the mass of the composition.
  • the composition can be in the form of a film having a thickness of 1 micron to 10 millimeters comprising from 50% to 100% by mass of a mixture consisting of microgels and water-soluble polymer, and 0 % to 50% by mass of water, the percentages being expressed relative to the total mass of the composition.
  • the films can be produced from an aqueous dispersion comprising the microgel and the water soluble polymer by evaporation of the water.
  • the aqueous dispersion is for example spread on a rigid or flexible substrate, where the substrate has a temperature between 20 ° C and 60 ° C, even better a temperature of 30 ° C to 40 ° C, much better still a temperature equal to 35 ° C. ° C.
  • the films can be formed by a step consisting in placing in a mold a dispersion of particles of microgels in water and the water-soluble polymer, and by a step of drying the dispersion. Drying can be achieved by placing the mold at a temperature above room temperature, for example a temperature of 30 ° C to 60 ° C.
  • the cosmetic composition can comprise at least one component chosen from the group consisting of preservatives, perfumes, emollients, surfactants, oils, biologically active products, pigments and dyes.
  • the method for the preparation of a composition comprises a first step of preparing microgels, a second step of preparing the water-soluble polymer and a third step of mixing the two .
  • the process for the preparation of a cosmetic composition, of a pharmaceutical composition or of a medical device as described above can comprise a stage of preparation of a mixture of particles of microgels and of a soluble polymer. in water, said step comprising a first step and a second step which may be successive in any order, or simultaneous:
  • said first step being a step of preparing microgel particles, and comprising a step (i) of polymerization by precipitation in aqueous phase of at least the following three monomers, in the presence of a first crosslinking agent: di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, an oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, a vinyl monomer bearing a carboxyl group, and a purification step (ii) to recover microgel particles which were obtained at the end of the step (i),
  • a third step which follows said first step and said second step, said third step being a step of mixing a mass of particles of purified microgels which have been obtained at the end of said first step, and a mass of water-soluble polymer which is obtained at the end of said second step, where the ratio between the mass of the water-soluble polymer and the dry mass of the microgel particles is between 0% and 100%.
  • Step (ii) can comprise at least one centrifugation / redispersion cycle to separate the precipitate and the supernatant, and a step of recovering the microgel particles from the precipitate.
  • Step (b) can comprise at least one centrifugation / redispersion cycle to separate the precipitate and the supernatant, and a step of recovering the water-soluble polymer from the supernatant.
  • the first step and the second step are a single step, so that particles of microgels and a water-soluble polymer are produced at the same time from the same monomers, in which the 'single step comprises at least one centrifugation / redispersion cycle to separate the precipitate and the supernatant which have been obtained from the aqueous phase precipitation polymerization of the monomers, said microgel particles being recovered in the precipitate, and said polymer soluble in water being recovered in the supernatant.
  • the ratio between the mass of the water-soluble polymer in the supernatant, and the mass of the microgel particles in the precipitate is a first ratio and - in the third step - the ratio between the mass of the water-soluble polymer and the mass of the microgel particles is a second ratio which is between 0% and 100% and which is different from the first ratio.
  • the first crosslinking agent and the second crosslinking agent can be as described above in the present description.
  • a third subject of the invention also relates to a process for topical cosmetic or pharmaceutical treatment of the skin, nails, lips, mucous membranes or hair of a person, said process comprising a first step of application to the person of a composition or a medical device as described above.
  • the cosmetic composition, pharmaceutical composition or medical device may comprise a water soluble polymer (WSP) and microgel particles, wherein the microgel particles and the water soluble polymer.
  • WSP water soluble polymer
  • Water can be independently obtained, or are independently obtained, by aqueous phase precipitation polymerization of di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, an oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and a vinyl monomer bearing a group carboxyl, in which the ratio between the mass of the water soluble polymer and the mass of the particles of microgels in the dry state is between 0% and 100%.
  • Oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate can have a number average molar mass between 400 g / mole and 600 g / mole,
  • the microgel particles and the water-soluble polymer are prepared from 83 mol% to 84 mol% of di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, from 9.0 mole% to 9.5 mole% of an oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate having a number average molar mass of 475 g / mole, from 4.9 mole% to 5.1% by mole of methacrylic acid as a vinyl monomer comprising a carboxyl group, and from 1.9% by mole to 2.0% by mole of a crosslinking agent, the sum of the four mole fractions being equal to 100% by mole, then if the crosslinking agent is an oligo (ethylene glycol) diacrylate, the ratio between the mass of the water soluble polymer and the mass of the microgel particles is not equal to 34%, if the crosslinking agent is N, N'-methylenebisacrylamide, the ratio between the mass of the water-soluble polymer
  • the cosmetic or pharmaceutical treatment process can comprise a second step of drying the composition or the device which has been applied to the person to obtain a flexible, cohesive and adhesive film.
  • Poly (oligo- (ethylene glycol) methacrylate) microgels, water-soluble polymers, and films comprising the mixture of these microgels and water-soluble polymers were prepared according to the following protocol. Their rheology (linear and non-linear) was studied and their structure observed by atomic force microscopy (AFM). ration of microaels (MG), water-soluble polymers t films comprising these
  • ME02MA (92.6 mmol), OEGMA (10.3 mmol) and a crosslinker (OEGDA or MBA) were dissolved in 930 g of water.
  • the ratios of crosslinking agents are set either at 2.0% by mole or at 8.0% by mole depending on the total of the vinyl molecules, corresponding respectively to 2.12 mmol and 9.42 mmol.
  • the mixture is introduced into the 2 L reactor and the stirring is set at 150 rpm.
  • the reactor is purged with nitrogen for 45 min to remove oxygen at room temperature.
  • MAA (5.41 mmol) is dissolved in 30 g of water and added to the reactor.
  • the mixture is then heated to 70 ° C.
  • KPS (0.958 mmol) is dissolved in 40 g of water and inserted into the reactor to start the reaction.
  • the reaction is finally maintained at 70 ° C for 6 hours.
  • a first part of the aqueous suspension comprising MG and WSP is obtained and the films (F6, F6 ', F7 and F7') are formed.
  • a second part of the aqueous suspension is separated by 3 cycles of centrifugation (20,000 rev / m, 20 min), where WSP is maintained in the aqueous supernatant while MG is found in the precipitate.
  • Films with WSP alone (F5 and F5 ') and films with MG alone (Fl and Fl') are formed as comparative films.
  • Films comprising a mixture of WSP and MG in a predetermined ratio are also prepared (F2, F2 ', F3, F3', F4 and F4 ').
  • Films were formed by the direct evaporation of water from solutions of microgels in a glass bell oven heated to 37 ° C. It has been shown that the formation temperature does not influence the properties of the film. Silicone molds were used as containers for easy removal of the films after drying. For the rheological experiments, the final film thicknesses are between 500 ⁇ m and 1000 ⁇ m. All thicknesses less than and greater than these values are nevertheless technically feasible, for example as low as 500 nm.
  • the steric exclusion chromatography (SEC) apparatus consists of a set of aqueous columns from Shodex and an Agilent 1260 Iso pump from Agilent technologies.
  • the device is coupled with a Multi Angle Light Scattering (MALS) and a differential refractometer (RI) detector.
  • MALS detector used is a Dawn Heleos detector from WYATT Technology.
  • RI detector is an Optilab T-rEX from WYATT Technology operating at a laser wavelength of 664 nm.
  • the flow rate is fixed during the experiment at 0.5 mL / min and the column temperature is set at 30 ° C.
  • the mobile phase consists of a solution of NaN0 3 at 0.1 g / mole (8.2 g / L), and sodium azide NaN 3 (0.1 mol / L) as eluent, stabilized with a buffer at pH 8
  • the mobile phase is filtered at 0.1 ⁇ m before use.
  • the water-soluble polymer solutions are prepared at a concentration of 200 ppm in a buffer of pH 8, of which a volume of 100 ⁇ L is injected.
  • the solutions are filtered before use at 250 nm to remove any impurities and possible microgels.
  • the value of the refractive index increment (dn / dc) is experimentally measured on an Optilab T-rEX refractometer from WYATT Technology with a laser wavelength of 532 nm.
  • Five WSP solutions are prepared with Milli-Q water at different concentrations (0.97 gL 1 ; 0.75 gL 1 ; 0.51 gL 1 and 0.11 gL 1 ).
  • the size exclusion chromatography makes it possible to determine the molar mass of WSP from a synthesis of 2 mol% OEGDA and a synthesis of 2 mol% MBA. This technique has the advantage of measuring both molecular mass and radius of gyration. It thus provides more information about the structure of WSP.
  • OEGDA-WSP and MBA-WSP are compared to linear PEG with an average molecular weight of 35,000 g. mol 1 . Molar mass and radius of gyration are related by Flory's theory.
  • FIG. 1 represents the conformity graphite that is to say the radius of gyration as a function of the molecular mass for OEGDA-WSP, MBA-WSP and PEG 35K.
  • Figure 2 summarizes the molecular weights and polydispersity index of OEGDA-WSP, MBA-WSP and PEG 35K.
  • PEG 35K exhibits an average Mw at 34,000 g. mol 1 which validates the reliability of the method used.
  • As the polymer has a very narrow mass distribution, it is not possible to observe the change in the radius of gyration as a function of molecular weight.
  • OEGDA-WSP and MBA-WSP share a similar population of molecular weights between 1 x 10 4 and 1 x 10 5 g. mol 1 .
  • Some films are formed from the aqueous suspension comprising MG and WSP which is obtained from the aqueous precipitation polymerization process, before any centrifugation step.
  • F3 - 2% by mole OEDGA 50% by mass WSP - 50% by mass MG
  • F3 '- 2% by mole MBA 50% by mass WSP - 50% by mass MG
  • the films are characterized by linear oscillatory rheology and non-linear extensional rheology on an MCR 302 rheometer from Anton Paar.
  • Oscillatory rheology is carried out on films approximately 1 mm thick with parallel 8 mm plates at controlled temperature. Frequency sweeps are performed at 20 ° C from 0.01 to 600 rad / s at constant 1% elongation which ensures linear speed.
  • Extension rheology is performed using SER (Sentmanat Extension Rheometer) geometry which consists of paired winding drums moving in equal but opposite rotation. The tests are carried out at 20 ° C. The film dimensions are in the following range: 0.5-1mm x 1-2mm x 15-20mm. The thickness and the width are before the test respectively measured by optical microscopy and compass. The films are extended until break with a constant elongation rate, also cited as the Hencky eH elongation rate. A minimum of fifty samples are tested for each type of film. The extensional viscosity hE is measured as a function of time.
  • the logarithmic elongation in the sample is a function of e, of the constant rate of elongation; t, time; L of the sample length at time t and LO of the initial sample length.
  • the constant elongation rate is multiplied by the time at break.
  • the impact of the formation temperature was evaluated by forming films purified at 20 ° C, 32 ° C, 37 ° C and 60 ° C.
  • the object was to evaluate whether the state of the microgels, that is to say collapsed or swollen, impacts the quality of the assembly during the formation of the film. Indeed, during the liquid-to-solid transition, one can imagine that the state of the microgel can play an important role, that is to say that the microgels inflated under the VPTT would create more intra-tangles than microgels collapsed above the VPTT.
  • the extensional viscosity was measured at 20 ° C with a constant elongation rate of 0.5 s 1 .
  • Figure 10 shows the average expansion viscosity for four different formation temperatures. It is clearly observed that the formation temperature does not impact the extensional viscosity or the elongation at break. It is not a parameter controlling the mechanical properties of films. If the microgels are under the VPTT (20 ° C), in the range (32 ° C, 37 ° C) or above (60 ° C), the elongation at break remains equal to 133 plus or minus 2 %. The microgel bark appears to retain some mobility at 60 ° C which allows the microgels to interpenetrate each other in their collapsed state. In addition, the microgel films, once formed, are maintained at 20 ° C and tested at 20 ° C. The chains thus have time to relax and reach a similar state of interpenetration regardless of the formation temperature.
  • An 8 mol% OEGDA film surprisingly demonstrates moduli very similar to 2 mol% films. This particular behavior could be explained by a higher quantity of water in the film at the time of the test, due to the environment of uncontrolled hygrometry or to incomplete drying of the film.
  • Extensional rheology consists of the elongation of materials in the non-linear domain of deformations, at a constant rate of elongation. Uniaxial extension can produce a much higher degree of molecular orientation and stretching than a simple tear. Therefore, extension rheology is more sensitive to polymer long chain branching and may be more descriptive than other types of bulk rheology tests. The Extensional rheology makes it possible to establish a relationship with adhesive behavior.
  • FIG. 5 shows the mean extensional viscosity as a function of time of MBA and OEGDA for the two levels of crosslinking agent.
  • the extensional viscosity increases permanently following the linear viscoelastic envelope defined by the slope of 3 times the complex viscosity: 3.rf.
  • the extensional viscosity begins to deviate upwards from the shear viscosity at zero speed.
  • This upward deflection is referred to as elongation-cure and conventionally occurs in chemically crosslinked or physically well-entangled polymers.
  • This is an indicative aspect of the branching chain architecture. Chain tangles begin to resist stretching whenever the chain stretch limit is approached and cause the network to stiffen. Therefore, the extensional viscosity follows an upward deviation.
  • the appearance of elongation-cure was expected since the films contained 2 mole% and 8 mole% crosslinker, respectively.
  • Elongation-cure has been considered a desirable property for better adhesive performance. It fulfills the typical requirement for an adhesive that fails without leaving a sticky residue on the surface by providing cohesion to the network at high strain.
  • OEGDA and MBA films exhibit similar behavior in the linear region.
  • the elongation at break is however significantly higher for MBA than OEGDA regardless of the crosslinker density, FIG. 5 (image on the left).
  • FIG. 5 image on the left.
  • the increase in the crosslink density leads to a lower elongation at break for the two crosslinking agents. Indeed, a more reticulated network cannot stretch as much to adapt to the stress, and break at a less advanced stage. More dense and more crosslinked particles also tend to interpenetrate less with each other, thus creating a weaker lattice.
  • FIG. 8 shows the mean extensional viscosity as a function of time of MBA and OEGDA for different MG contents.
  • microgel content has no impact on either elongation-hardening or elongation at break.
  • this result is extremely positive since it indicates that the proportion of water-soluble polymer can be modified to adjust the desired modulus according to the application but without losing in all cases the capacity of stretching of the film.
  • Method Topographic images were captured by AFM (Bruker Multi mode 8 apparatus) in order to analyze the assembly of microgels on the film surface. Peak Force QNM Air mode and ScanAsyst Air probes (mean spring constant k of 0.4 Nm 1 ) were used for all scans. Clean cross sections of microgel films were also prepared to visualize the assembly within the film, with a Leica EM UC7 ultra cryo-microtome apparatus, using a Leica EM-FC7 cryo-chamber, cooled to -80 ° C. Finally, the films were manually subjected to unidirectional stretching and images were formed in the stretched state. The elongation corresponded to 30%.
  • Atomic force microscopy was performed on the upper surface of films made with 100% microgels (no water soluble polymer).
  • the microgel particles self-assemble in a perfect close-to-hexagonal settlement as seen on the topographic contrast images in Figure 11 (image on the right) for 2 mol% OEGDA-crosslinked and microgels (image at left) for 2 mol% MBA-crosslinked microgels.
  • the particles do not coalesce but maintain their spherical shape with some interpenetration with each other.
  • AFM topographic contrast images showed the slightly larger size of the MBA-crosslinked microgels.
  • the cross sections of films were surface treated by ultra cryomicrotomy and observed by AFM.
  • the topographic contrast images in Figure 12 show the settlement of spherical particles with localized hexagonal settlement.
  • the several MG stack layers during solvent evaporation did not flatten and remain spherical.
  • a contrast difference of about 15 nm between core and bark is observed for most microgels in both types of crosslinkers.
  • the microgel films contain and absorb water from their surroundings. As a result, it can be suggested that the bark, which is much more swollen, is loosely reticulated and the core, which is more hollow, is more reticulate than the bark.
  • Microgel films were stretched to obtain 30% elongation and their upper surfaces were observed by AFM.
  • Figure 13 shows a 5mm topographic contrast image of OEGDA-crosslinked and MBA-crosslinked microgel films.
  • the direction of stretching is parallel to the X axis. Stretching causes the loss of the hexagonal compact settlement and the deformation of the particle network. Gaps appear between the microgels in the direction of deformation. However, it seems that the microgels are not significantly deformed and maintain their spherical shape. It is suggested that at this elongation most tangled chains of the microgel bark stretch to accommodate the strain and the dense core is not yet deformed.
  • Figure 14 shows the 2 micron topographic contrast image (a) and logDMT modulus (b) of 2 mol% MBA-MG to 25 mass% MG films.
  • the logDMT module channel has the steepest regions in lighter color and the softer regions in darker color.
  • the microgels are much denser than the water soluble polymer and look like fillers dispersed in a flexible composite matrix. They do not form aggregates but are not perfectly dispersed evenly.
  • Figure 14 shows the 2 micron topographic contrast image (c) and logDMT modulus (d) of 2 mol% MBA-MG to 50 mass% MG films. The microgels begin to come into contact with each other but no structured arrangement is observed.
  • microgel depletion is observed.
  • Figure 14 is shown the topographic contrast image of 500 nm (e) and the logDMT modulus (f) of MBA-MG films for 75% by mass of MG. Similar conclusions can be expressed, the microgels are closer but no hexagonal packing arrangement is observed.
  • the core / shell structure is well observed with a clear modulus gradient between the core relative to the WSP matrix.
  • the denser and less swollen hearts are characterized by hollows, the rinds are more swollen than the hearts but slightly denser than the water soluble polymer which is characterized by the lower modulus.
  • a very gradual transition is observed between the microgel shell and the water soluble polymer, suggesting a similar structure as well as some interpenetration between the two phases.

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Abstract

La présente invention concerne une composition cosmétique ou pharmaceutique pour une application topique, ladite composition comprenant la combinaison d'un polymère à base d'oligo(éthylène glycol) réticulé sous la forme d'une dispersion aqueuse de particules de microgels et d'un polymère à base d'oligo(éthylène glycol) soluble dans l'eau non-réticulé. L'invention concerne également un procédé pour la préparation de cette composition.

Description

Description
Composition ou dispositif médical comprenant des polymères à base d'oligo(éthylène glycol)
Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne un cosmétique, une composition pharmaceutique ou un dispositif médical pour une application topique ou sur des muqueuses, ladite composition comprenant la combinaison d'un polymère à base d'oligo(éthylène glycol) réticulé sous la forme d'une dispersion aqueuse de particules colloïdales de microgels et d'un polymère à base d'oligo(éthylène glycol) soluble dans l'eau. L'invention concerne également un procédé pour la préparation de cette composition.
Art antérieur
[0002] Dans le domaine des polymères adhésifs, la modification du module viscoélastique est principalement réalisée par l'ajout de résines ou d'huiles collantes, qui exigent une miscibilité complète avec le polymère (Tse MF, Jacob L. Pressure Sensitive Adhesives Based on VectorR SIS Poiymers I. Rheoiogicai Mode! and Adhesive Design Pathways. The Journal of Adhesion. 1996 Apr 1 ; 56(l-4):79-95, et C. Derail, A. Allai, G. Marin, Ph. Tordjeman, Reiationship between viscoeiastic and peeling properties of mode! adhesives. Part 1 : Cohesive fracture, J. of Adhesion, 61, 123-157, 1997).
[0003] Il subsiste un besoin pour proposer une voie nouvelle de modulation des propriétés mécaniques de films de produits cosmétiques et pharmaceutiques qui sont destinés à être appliqués à des muqueuses ou à la peau.
[0004] On a trouvé dans le contexte de la présente invention que des compositions à base de microgels de poly(oligo-(éthylène glycol) méthacrylate) permettent d'atteindre cet objectif. [0005] La synthèse de dispersions aqueuses de tels microgels a été décrite dans la littérature, en particulier dans les demandes de brevets WO 2016/110615 et WO 2019/077404, et les publications Boularas et al., Polymer Chem., 2016, 7, 350-363 ; et Aguirre et al., Polymer Chem., 9, 1155-1159. Pendant la synthèse de ces microgels, un produit secondaire est formé, lequel consiste en un polymère soluble dans l'eau (WSP), cité comme un polymère libre. Par évaporation du solvant aqueux, l'auto-assemblage des microgels purifiés forme des films cohésifs et élastiques.
[0006] Il subsiste un besoin pour proposer des produits cosmétiques, des produits pharmaceutiques et des dispositifs médicaux qui sont destinés à être appliqués sur la peau ou sur les muqueuses, lesdits films étant suffisamment flexibles, cohésifs et adhésifs, afin de tenir en place une fois appliqués sans rupture, émiettement ni déchirement. Il est également souhaitable que ces produits puissent être retirés à la main sans déchirement et sans laisser de résidus sur la peau.
[0007] Or, il a été découvert par les inventeurs que le mélange des microgels purifiés avec le polymère libre permet de piloter et maîtriser la valeur du module viscoélastique des films sans diminution de l'élongation à rupture. En particulier, le polymère libre permet d'augmenter l'adhérence d'un film de microgels sans modifier ses propriétés mécaniques.
[0008] L'ajout du polymère libre à différentes concentrations permet de piloter les propriétés rhéologiques et mécaniques des films et par voie de conséquence le tack, ou autrement dit la pégosité.
[0009] Dans la présente invention, les films obtenus par séchage de l'association des microgels et du polymère libre présentent des propriétés mécaniques particulières d'élasticité et de pégosité. Les inventeurs ont trouvé de façon surprenante que ces propriétés peuvent être modulées en fonction du ratio massique microgel-polymère. Les inventeurs ont découvert que la composition chimique du polymère libre est très comparable à celle des microgels et permet une bonne compatibilité entre les deux composants. De plus, la structure branchée et réticulée permet la conservation de la résistance à l'étirement des films obtenus à partir de leurs mélanges.
[0010] Par évaporation du solvant aqueux, l'auto-assemblage du mélange microgel/polymère forme un film aux propriétés mécaniques prometteuses pour des applications cutanées : le module élastique est bas, la capacité de déformabilité est élevée et l'élongation à la rupture élevée. La reformulation avec le polymère libre permet potentiellement de piloter et maîtriser la valeur du module viscoélastique des films sans diminution de l'élongation à rupture.
[0011] La formation de films de microgels aux propriétés mécaniques ajustables n'a jamais été relatée dans la littérature. Dans cette invention, la variation des propriétés rhéologiques des films est directement obtenue grâce à un produit secondaire de synthèse, le polymère libre. Celui-ci a la même composition chimique que les microgels et présente donc une excellente compatibilité avec ces derniers. Cela a l'avantage de ne pas affaiblir le réseau auto-assemblé des microgels, ce qui se traduit par la conservation de la résistance à l'étirement.
[0012] L'ajout du polymère libre peut induire une variation de la partie réelle du module de cisaillement complexe (G ) entre lxlO3 et lxlO5 Pa. Cela permet d'obtenir des films présentant un collant très prononcé jusqu'à des films ne présentant pas de pégosité du tout. Cependant, l'élongation à rupture, qui traduit la cohésion du réseau de microgel aux très grandes déformations, ne décroît pas avec l'ajout de polymère libre. La caractérisation structurale du polymère libre par chromatographie aqueuse révèle un polymère très branché ressemblant à des nano-gels, dont la structure explique la conservation de la résistance du réseau qui peut ainsi suivre les déformations de la peau ou des muqueuses sans se décoller ou se casser.
Description générale de l’invention
[0013] Un premier objet de l’invention est une composition, notamment une composition cosmétique, une composition pharmaceutique ou un dispositif médical, comprenant un polymère soluble dans l’eau (WSP) et des particules de microgels, dans lequel les particules de microgels et le polymère soluble dans l’eau peuvent être indépendamment obtenus, ou sont indépendamment obtenus, par polymérisation par précipitation en phase aqueuse de di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, d’un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, et d’un monomère vinylique portant un groupe carboxyle, dans lequel le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse des particules de microgels à l'état sec est entre 0 % et 100 %. [0014] Le dispositif médical selon un mode de réalisation inclut de préférence un mélange consistant en le polymère soluble dans l'eau, les microgels et éventuellement de l'eau. La teneur solide de la composition cosmétique, la teneur solide de la composition pharmaceutique, ou la teneur solide dudit mélange est de préférence de 1,5 % à 100 % en masse.
[0015] La teneur solide peut être supérieure à un pourcentage choisi dans le groupe consistant en 2 % ; 3 % ; 4 % ; 5 % ; 10 % ; 15 % ; 20 % ; 25 % ; 30 % ; 35 % ; 40 % ; 45 % et 50 % en masse. La teneur solide de la composition de l'invention peut être définie comme le pourcentage massique des éléments solides qu'elle contient, en particulier comme égale à la somme du pourcentage massique des microgels à l'état sec, du pourcentage massique du polymère soluble dans l'eau, et éventuellement su pourcentage de tout autre composé solide qui serait présent dans la composition. Dans le cas d'un dispositif médical, la teneur solide peut être la somme du pourcentage de microgels à l'état sec et du pourcentage de polymère qui sont contenus dans le mélange.
[0016] Un second objet de l’invention est un procédé pour la préparation de la composition cosmétique, la composition pharmaceutique ou le dispositif médical, ledit procédé comprenant une étape de préparation d’un mélange de particules de microgels et d’un polymère soluble dans l’eau, ladite étape comprenant :
- une première étape de préparation de particules de microgels,
- une seconde étape de préparation du polymère soluble dans l’eau, et
- une troisième étape de mélange de particules de microgels et du polymère soluble dans l’eau, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse sèche des particules de microgels étant entre 0 % et 100 %.
[0017] Un troisième objet de l’invention est un procédé pour le traitement cosmétique ou traitement pharmaceutique via une voie topique de la peau, des ongles, des lèvres, des muqueuses ou des cheveux d’une personne, ledit procédé comprenant une première étape d’application de la composition cosmétique, de la composition pharmaceutique ou du dispositif médical comme définis ci-dessus. Description des figures
[0018] [Fig. 1] La figure 1 est un graphique de conformation du rayon de giration en fonction de la masse molaire pour MBA-WSP (rouge), OEGDA-WSP (bleu), PEG35K (noir). Le WSP provient d'une synthèse avec 2 % en mole de réticulant. La ligne en pointillés est représentative d'une loi de puissance avec un exposant de 0,6. La ligne noire pleine s'adapte à la courbe MBA-WSP selon une loi de puissance d'exposant 0,27.
[0019] [Fig. 2] Sur la figure 2, les masses moléculaires en nombre et en masse, et l'indice de polydispersité pour différents WSP sont indiquées.
[0020] [Fig. 3] La figure 3 représente la courbe du module de conversion G' et du module de perte G" en fonction de la fréquence d'un film de MBA et d'un film de OEGDA non purifiés avec différents taux de réticulant : 2 % en mole et 8 % en mole.
[0021] [Fig. 4] La figure 4 est un tableau fournissant la composition en masse de films non purifiés, après synthèse.
[0022] [fig. 5A] La figure 5A représente la viscosité extensionnelle en fonction du temps de films de MBA et de films de OEGDA non purifiés avec différents taux de réticulant : 2 % en mole et 8 % en mole.
[0023] [fig. 5B] La figure 5B est l'allongement à la rupture pour un film MBA et un film OEGDA pour différentes densités de réticulation à 2 % en mole et 8 % en mole.
[0024] [fig. 6A] La figure 6A représente le module de conservation G’ et le module de perte G" en fonction de la fréquence d’un film de 2,0 % en mole OEGDA-MG avec différents taux de MG.
[0025] [fig. 6B] La figure 6B est le module de conservation G’ et le module de perte G" en fonction de la fréquence d'un film de 2,0 % en mole MBA-MG avec différents taux de MG.
[0026] [Fig. 7] Sont présentés sur la figure 7, G’ (symbole carré), G" (symbole triangulaire) et tan d (symbole rond) en fonction de la teneur en microgel à w = 0,01 rad.s 1. Les symboles pleins correspondent à OEGDA, les symboles évidés correspondent à MBA.
[0027] [fig. 8A] La figure 8A est la courbe de viscosité extensionnelle en fonction du temps pour des films de OEGDA-MG à différentes teneurs en MG.
[0028] [fig. 8B] La figure 8B est la courbe de la viscosité extensionnelle en fonction du temps de films de OEGDA-MG pour différentes teneurs en MG.
[0029] [Fig. 9] La figure 9 est un diagramme en bâton représentant l'allongement à la rupture pour d'un film de MBA et d'un film de OEGDA pour différentes teneurs en MG.
[0030] [fig. 10A] La figure 10A représente la courbe de la viscosité extensionnelle en fonction du temps pour des films de OEGDA-MG purs à différentes températures de formation du film.
[0031][fig. 10B] La figure 10B est un histogramme présentant les valeurs de l'allongement à la rupture pour des films de OEGDA-MG purs à différentes températures de formation du film.
[0032] [Fig. 11] La figure 11 présente deux clichés obtenus par microscopie à force atomique AFM de la surface supérieure de films de OEGDA-MG (cliché de gauche) et de MBA-MG (cliché de droite).
[0033] [Fig. 12] La figure 12 présente deux clichés AFM d'une coupe transversale de films de OEGDA-MG (cliché de gauche) et de MBA-MG (cliché de droite).
[0034] [Fig. 13] La figure 13 présente deux clichés obtenus par microscopie à force atomique AFM de la surface supérieure de films de OEGDA-MG (cliché de gauche) et de MBA-MG (cliché de droite) soumis à un allongement de 30 %.
[0035] [Fig. 14] La figure 14 présente des AFM en contraste topographique et des images du module LogDMT : (a) AFM en contraste topographique et (b) module LogDMT pour des films de 2 % en mole MBA-MG contenant 25 % MG, (c) AFM en contraste topographique et (d) module LogDMT pour des films de 2 % en mole MBA-MG contenant 50 % MG ; (e) AFM en contraste topographique et (f) module LogDMT pour des films 2 % en mole MBA-MG contenant 75 % MG. Définitions
[0036] On comprend dans la signification de l'invention que des "particules de microgels" sont un polymère réticulé sous la forme de particules sphériques ayant une taille moyenne qui peut varier de 100 nm à 1000 nm à l'état sec (c'est-à-dire contenant moins de 2 % en masse d'eau), de préférence entre 100 nm et 500 nm, de 350 à 450 nm, encore mieux 400 nm. La fonction de distribution radiale hydrodynamique des microgels mesurée à un angle de 60° et à une température de 20°C peut être inférieure à 1,1.
[0037] Le microgel de l'invention peut être obtenu par copolymérisation en phase aqueuse de plusieurs monomères. La taille moyenne des particules de microgels peut varier selon qu'elles contiennent de l'eau ou non.
[0038] "Microgel", dans le sens de la présente description, peut être sous la forme d'une dispersion aqueuse de "particules de microgels" ou sous la forme d'un film comprenant des particules de microgels comme définies ci-dessus. Les microgels peuvent piéger des molécules organiques actives cosmétiques ou pharmaceutiques. Un film comprenant des particules de microgels peut présenter une épaisseur de 1 micron à 10 millimètres, par exemple de 10 microns à 500 microns, de 100 microns à 400 microns ou de 500 microns à 1 000 microns. Dans un mode de réalisation particulier, les particules de microgels ne comprennent de préférence pas de matériau inorganique.
[0039] On préfère que les particules de microgels soient constituées de composés organiques. Les particules de microgels ne contiennent par exemple pas de silice, en particulier delà silice comme un support du polymère réticulé.
[0040] Un "crosslink" est un groupement (partie d'une molécule) qui lie les chaînes copolymères ensemble. Ce crosslink provient d'une molécule de "réticulant" qui est mélangée avec les monomères pendant le procédé de polymérisation du polymère réticulé.
[0041] On comprend dans la signification de l'invention qu'un "polymère soluble dans l'eau" est un polymère présentant un rayon de giration à 20°C qui est de 5 nm à 80 nm, par exemple de 10 nm à 30 nm. Le polymère soluble dans l'eau peut présenter une masse moléculaire moyenne de 1 x 105 g. mol 1 à 1 x 106 g. mol 1. Le rayon de giration et la masse moléculaire peuvent être mesurés par tout procédé connu de l'homme de l'art, par exemple par chromatographie d'exclusion de taille. Un polymère soluble dans l'eau se distingue des particules de microgels : par exemple des particules de microgels peuvent être identifiées par une observation de microscopie à force atomique (AFM) d'un film réalisé en séchant une dispersion aqueuse de particules de microgels. Au contraire, aucune particule ne peut être détectée par observation AFM de films qui sont réalisés en séchant une solution du polymère soluble dans l'eau.
[0042] L'expression "entre" exclut dans la signification de l'invention les limites numériques qui lui succèdent. D'autre part l'expression "de ... à" inclut les limites citées.
Description détaillée de l'invention
[0043] Un premier objet de l'invention est une composition, notamment une composition cosmétique, une composition pharmaceutique, ou un dispositif médical, comprenant un polymère soluble dans l'eau et des particules de microgels, lesdites particules de microgels présentant un diamètre moyen de 100 nm à 1 000 nm à l'état sec, dans lequel les particules de microgels et le polymère soluble dans l'eau peuvent être indépendamment obtenus, ou sont indépendamment obtenus, par polymérisation par précipitation en phase aqueuse d'au moins les trois monomères suivants, en présence d'un agent de réticulation :
- di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate,
- un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate ayant une masse molaire moyenne en nombre entre 400 g/mole et 600 g/mole,
- un monomère vinylique comprenant un groupe carboxyle, à condition que lorsque les particules de microgels et le polymère soluble dans l'eau sont préparés à partir de 83 % en mole à 84 % en mole de di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, de 9,0 % en mole à 9,5 % en mole d'un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate ayant une masse molaire moyenne en nombre de 475 g/mole, de 4,9 % en mole à 5,1 % en mole d'acide méthacrylique comme un monomère vinylique comprenant un groupe carboxyle, et de 1,9 % en mole à 2,0 % en mole d'un agent de réticulation, la somme des quatre fractions molaires étant égale à 100 % en mole, alors si l'agent de réticulation est un oligo(éthylène glycol) diacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels n'est pas égale à 34 %, si l'agent de réticulation est le N,N'-méthylènebisacrylamide, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgel n'est pas égale à 35 %, et si l'agent de réticulation est l'(éthylène glycol)diméthacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels n'est pas égale à 80 %.
[0044] Les particules de microgels et le polymère soluble dans l'eau comprennent selon un mode de réalisation des chaînes présentant des unités monomères de diéthylène glycol méthacrylate, des unités monomères d'oligoéthylène glycol méthacrylate comprenant de 6 à 10 motifs éthylène glycol, des unités monomères d'acide méthacrylique, et des crosslinks. L'oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate comprend de préférence de 7 à 8 motifs éthylène glycol.
[0045] L'oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate peut présenter une masse molaire moyenne en nombre (Mn) entre 400 g/mole et 600 g/mole, de préférence entre 450 et 500 g/mole.
[0046] Le monomère vinylique peut être un monomère de formule CR1R2=CR3R4 dans laquelle RI, R2, R3 et R4 représentent un hydrogène, un halogène ou un groupe hydrocarboné, à condition qu'au moins un des quatre groupes comprennent un groupe -COOH ou -COO-M+, M+ représentant un cation. Le monomère vinylique est de préférence un monomère d'acide (méth)acrylique. [0047] Les particules de microgels et le polymère soluble dans l'eau peuvent être indépendamment obtenus par polymérisation par précipitation en phase aqueuse de trois monomères en présence d'un agent de réticulation. L'étape de polymérisation par précipitation comprend la mise en contact dans une phase aqueuse, des trois monomères décrits ci-dessus et de l'agent de réticulation, à une température entre 40°C et 90°C, de préférence de l'ordre de 70°C. Le procédé ne nécessite pas la présence d'un tensioactif, tel que SDS (dodécyl sulfate de sodium), et la polymérisation peut être initiée par l'ajout d’un initiateur radicalaire soluble dans l’eau, par exemple le persulfate de potassium (KPS).
[0048] Selon un mode de réalisation, la fraction molaire de di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate est de 80 % en mole à 90 % en mole, la fraction molaire d’oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate est de 5 % en mole à 15 % en mole, la fraction molaire du monomère vinylique portant un groupe carboxyle est de 2 % en mole à 8 % en mole, et la fraction molaire de l’agent de réticulation est de 0,5 à 10 % en mole, la somme des quatre fractions molaires étant égale à 100 % en mole. Dans la présente description, les fractions molaires peuvent être définies comme les fractions molaires des monomères qui sont utilisés pour préparer le microgel ou les polymères solubles dans l’eau. Les fractions molaires peuvent être sinon définies comme les fractions molaires des unités monomères dans le microgel ou dans le polymère soluble dans l’eau qui ont été obtenues à partir de la réaction entre les monomères.
[0049] La fraction molaire de l’agent de réticulation peut être de 0,5 % en mole à 10 % en mole, de 0,5 % en mole à 8 % en mole, de 1 % en mole à 7 % en mole ou de 1,5 % en mole à 6 % en mole.
[0050] Le ratio molaire (a: b) entre le di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate (a) et l'oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate (b) est de préférence entre 1:1 et 20:1, par exemple entre 5:1 et 10:1.
[0051] Le monomère d’acide (méth)acrylique peut présenter la formule CR1R2=CR3R4 dans laquelle RI, R2, R3 et R4 représentent un hydrogène, un halogène ou un groupe hydrocarboné, au moins un des quatre groupes comprenant un groupe -COOH ou -COO-M+, M+ représentant un cation. [0052] Le monomère d'acide (méth)acrylique peut être choisi dans le groupe consistant en acides méthyl acrylique, méthyl méthacrylique, éthyl acrylique, éthyl méthacrylique, n-butyl acrylique, et n-butyl méthacrylique, méthacrylique, itaconique ou acrylique. On préfère l'acide méthacrylique.
[0053] L'oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate peut présenter une masse moléculaire entre 200 g/mole et 600 g/mole, ou entre 300 g/mole et 550 g/mole ou entre 450 g/mole et 500 g/mole.
[0054] Dans un mode de réalisation particulier, la fraction molaire d'unités monomères de di(éthylène glycol) méthacrylate est de 80 % en mole à 90 % en mole, de préférence de 82 % en mole à 86 % en mole, la fraction molaire d'unités monomères d’oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate est de 5 % en mole à 15 % en mole, de préférence de 7 % en mole à 11 % en mole, la fraction molaire d’unités monomères d’acide (méth)acrylique est de 2 % en mole à 8 % en mole, de préférence de 3 % en mole à 7 % en mole, et la fraction molaire du crosslink est de 1 % en mole à 6 % en mole ou de 1 % en mole à 3 % en mole.
[0055] Selon un autre mode de réalisation, le polymère réticulé comprend des chaînes copolymères présentant des unités monomères de diéthylène glycol méthacrylate, des unités monomères d'oligoéthylène glycol méthacrylate comprenant de 4 à 10 motifs éthylène glycol, et des unités monomères d'acide méthacrylique. Les unités monomères sont de préférence : oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate ayant 7 ou 8 motifs éthylène glycol ; et acide méthacrylique. Les unités monomères d'oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate peuvent également présenter de 8 à 9 motifs éthylène glycol.
[0056] Le microgel est obtenu par polymérisation d’au moins trois monomères, en présence d’un premier agent de réticulation, et le polymère soluble dans l’eau est obtenu à partir d’une polymérisation d’au moins trois monomères, en présence d’un second agent de réticulation.
[0057] Le premier agent de réticulation et le second agent de réticulation peuvent être choisis indépendamment dans le groupe consistant en oligo(éthylène glycol) diacrylate comprenant de 1 à 10 unités éthylène glycol, 1,3-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, pentaérythritol diacrylate monostéarate, glycérol 1,3-diglycérolate diacrylate, néopentyl glycol diacrylate, poly(propylène glycol) diacrylate, 1,6-hexanediol éthoxylate diacrylate, triméthylolpropane benzoate diacrylate, éthylène glycol di méthacrylate,
1,3-butanediol diméthacrylate, 1,4-butanediol di méthacrylate, 1,6-hexanediol di méthacrylate, glycérol diméthacrylate, N,N-divinylbenzène, N,N'-méthylène- bisacrylamide, N,N-(l,2-dihydroxyéthylène)bisacrylamide, poly(éthylène glycol) diacrylamide, allyle disulfure, bis(2-méthacryloyl)oxyéthyl disulfure et N,N-bis(acryloyl)cystamine.
[0058] Selon un mode de réalisation, le réticulant présente des groupes terminaux di(méth)acrylate et un motif choisie dans le groupe consistant en -(CH2-CH2-0)m-CH2-CH2- où n est de 0 à 6. Le nombre m est de préférence de 3 à 6.
[0059] L'agent de réticulation est par exemple (éthylène glycol) diméthacrylate ou oligo(éthylène glycol) diacrylate.
[0060] Un microgel particulier comprend des unités monomères de diéthylène glycol méthacrylate, des unités monomères d'oligoéthylène glycol méthacrylate comprenant de 7 à 8 motifs éthylène glycol, et un réticulant comprenant des groupes terminaux di(méth)acrylate et un motif choisie dans le groupe consistant en -CH2-CH2- et -(CH2-CH2-0)m-CH2-CH2- où m est de 4 à 5.
[0061] La structure interne des particules de microgels peut dépendre du réticulant utilisé. On a obtenu selon plusieurs modes de réalisation trois microstructures différentes : des microgels réticulés de manière homogène en utilisant un oligo(éthylène glycol) diacrylate (OEGDA), des microgels à cœur légèrement réticulé et écorce hautement réticulée en utilisant du N,N'-méthylènebisacrylamide (MBA), et des microgels à écorce légèrement réticulée et cœur hautement réticulé en utilisant du (éthylène glycol) diméthacrylate (EGDMA).
[0062] La composition cosmétique, la composition pharmaceutique ou le mélange qui est inclus dans le dispositif médical sont dans un mode de réalisation particulier sous la forme d’un film qui présente une épaisseur de 500 microns à 1 000 microns. [0063] Le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels est supérieur à 0 % et inférieur à 100 %. Le ratio peut présenter une valeur inférieure qui est choisie dans le groupe consistant en 5 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 % et 95 %. Le ratio peut présenter une valeur supérieure qui est choisie dans le groupe consistant en 5 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 % et 95 %.
[0064] Si l'agent de réticulation est un oligo(éthylène glycol) diacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels peut être entre 0 % et 34 % ou entre 34 % et 100 %.
[0065] Si l'agent de réticulation est l'(éthylène glycol) di méthacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse des particules de microgels peut être entre 0 % et 20 % ou entre 20 % et 100 %.
[0066] La composition cosmétique et la composition pharmaceutique peuvent être un liquide, un gel ou un solide.
[0067] La composition cosmétique, la composition pharmaceutique ou le mélange consistant en le polymère soluble dans l’eau, les microgels et éventuellement de l’eau qui est inclus dans le dispositif médical peuvent contenir de 50 % à 100 % en masse d’un mélange consistant en particules de microgels et polymère soluble dans l’eau, et de 0 % à 50 % en masse d’eau, les pourcentages étant relatifs à la masse de la composition et la masse des particules de microgels étant la masse des particules à l’état sec. La teneur solide de la composition cosmétique, la teneur solide de la composition pharmaceutique, et la teneur solide du mélange consistant en le polymère soluble dans l’eau, les microgels et éventuellement de l’eau qui est inclus dans le dispositif médical, peut être de 50 % à 100 % en masse. Dans le cas où la composition de l’invention est liquide, elle peut être étalée sur la peau ou sur les muqueuses, et peut former un film transparent adhérant à la peau ou aux muqueuses par simple évaporation de l’eau. Il est connu que la peau présente un faible module élastique et qu’il est nécessaire que le produit appliqué présente un module comparable à celui de la peau pour ne pas être ressenti par l’utilisateur. Dans cette invention, le polymère libre est un levier pour ajuster le module selon l'application visée. Lors de la formulation d'un produit, l'addition de composants, tels que des gélifiants ou des bioactifs, peut augmenter le module : il est alors possible d'ajouter la proportion de polymère libre convenue pour le réduire à une valeur cible. Les films ont une élongation à rupture élevée quel que soit le taux de polymère libre, ce qui est primordial pour une application sur le visage par exemple.
[0068] La composition peut comprendre de 1 % à 100 % en masse des microgels. La composition comprend selon un mode de réalisation de 1 % à 50 % en masse de microgels par rapport à la masse de la composition, et de 0,9% à 100 % en masse d'eau par rapport à la masse de la composition.
[0069] La composition peut être sous la forme d'une dispersion de microgels dans l'eau. La dispersion aqueuse peut comprendre de 1 % à 50 % en masse d'un mélange consistant en microgels et polymère soluble dans l'eau sur la base de la masse de la composition, et de 50 % à 99 % en masse d'eau, sur la base de la masse de la composition.
[0070] La composition peut être sous la forme d'un film présentant une épaisseur de 1 micron à 10 millimètres comprenant de 50 % à 100 % en masse d'un mélange consistant en microgels et polymère soluble dans l'eau, et de 0 % à 50 % en masse d'eau, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale de la composition.
[0071] Les films peuvent être produits à partir d'une dispersion aqueuse comprenant le microgel et le polymère soluble dans l'eau par évaporation de l'eau. La dispersion aqueuse est par exemple étalée sur un substrat rigide ou flexible, où le substrat présente une température entre 20°C et 60°C, encore mieux une température de 30°C à 40°C, bien mieux encore une température égale à 35°C.
[0072] Les films peuvent être formés par une étape consistant à placer dans un moule une dispersion de particules de microgels dans l’eau et le polymère soluble dans l’eau, et par une étape de séchage de la dispersion. Le séchage peut être réalisé en plaçant le moule à une température supérieure à la température ambiante, par exemple une température de 30°C à 60°C. [0073] La composition cosmétique peut comprendre au moins un composant choisi dans le groupe consistant en conservateurs, parfums, émollients, tensioactifs, huiles, produits biologiquement actifs, pigments et colorants.
[0074] Selon le second objet de l'invention, le procédé pour la préparation d'une composition comprend une première étape de préparation de microgels, une seconde étape de préparation du polymère soluble dans l'eau et une troisième étape de mélange des deux.
[0075] Le procédé pour la préparation d'une composition cosmétique, d'une composition pharmaceutique ou d'un dispositif médical tels que décrits précédemment, peut comprendre une étape de préparation d’un mélange de particules de microgels et d’un polymère soluble dans l’eau, ladite étape comprenant une première étape et une seconde étape qui peuvent être successives dans un ordre quelconque, ou simultanées :
- ladite première étape étant une étape de préparation de particules de microgels, et comprenant une étape (i) de polymérisation par précipitation en phase aqueuse d’au moins les trois monomères suivants, en présence d’un premier agent de réticulation : di (éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un monomère vinylique portant un groupe carboxyle, et une étape (ii) de purification pour récupérer des particules de microgels qui ont été obtenues à l'issue de l’étape (i),
- ladite seconde étape de préparation du polymère soluble dans l’eau comprenant une étape (a) de polymérisation par précipitation en phase aqueuse d’au moins les trois monomères suivants, en présence d’un second agent de réticulation : di (éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un oligo (éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un monomère vinylique portant un groupe carboxyle, et une étape (b) de purification pour récupérer le polymère soluble dans l'eau qui a été obtenu à l'issue de l’étape (a),
- une troisième étape qui suit ladite première étape et ladite seconde étape, ladite troisième étape étant une étape de mélange d’une masse de particules de microgels purifiés qui ont été obtenues à l'issue de ladite première étape, et d’une masse de polymère soluble dans l’eau qui est obtenu à l'issue de ladite seconde étape, où le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse sèche des particules de microgels est entre 0 % et 100 %.
[0076] L’étape (ii) peut comprendre au moins un cycle de centrifugation/ redispersion pour séparer le précipité et la matière surnageante, et une étape de récupération des particules de microgels dans le précipité.
[0077] L’étape (b) peut comprendre au moins un cycle de centrifugation/ redispersion pour séparer le précipité et la matière surnageante, et une étape de récupération du polymère soluble dans l’eau dans la matière surnageante.
[0078] Selon un mode de réalisation, la première étape et la seconde étape sont une étape unique, de sorte que des particules de microgels et un polymère soluble dans l’eau sont produits au même moment à partir des mêmes monomères, dans lequel l'étape unique comprend au moins un cycle de centrifugation/redispersion pour séparer le précipité et la matière surnageante qui ont été obtenus à partir de la polymérisation par précipitation en phase aqueuse des monomères, lesdites particules de microgels étant récupérées dans le précipité, et ledit polymère soluble dans l’eau étant récupéré dans la matière surnageante.
[0079] Dans le cas où la première étape et la seconde étape sont une étape unique - le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau dans la matière surnageante, et la masse des particules de microgels dans le précipité est un premier ratio et - dans la troisième étape - le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse des particules de microgels est un second ratio qui est entre 0 % et 100 % et qui est différent du premier ratio. [0080] Le premier agent de réticulation et le second agent de réticulation peuvent être comme décrits ci-dessus dans la présente description.
[0081] Un troisième objet de l'invention concerne également un procédé de traitement cosmétique ou pharmaceutique par voie topique de la peau, des ongles, des lèvres, des muqueuses ou des cheveux d'une personne, ledit procédé comprenant une première étape d'application sur la personne d'une composition ou d'un dispositif médical comme décrits ci-dessus.
[0082] Dans un mode de réalisation, la composition cosmétique, la composition pharmaceutique ou le dispositif médical peuvent comprendre un polymère soluble dans l'eau (WSP) et des particules de microgels, dans lequel les particules de microgels et le polymère soluble dans l'eau peuvent être indépendamment obtenus, ou sont indépendamment obtenus, par polymérisation par précipitation en phase aqueuse de di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, d'un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, et d'un monomère vinylique portant un groupe carboxyle, dans lequel le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels à l'état sec est entre 0 % et 100 %. L’oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate peut avoir une masse molaire moyenne en nombre entre 400 g/mole et 600 g/mole,
[0083] Dans un mode de réalisation particulier du procédé de traitement cosmétique ou pharmaceutique, lorsque les particules de microgels et le polymère soluble dans l’eau sont préparés à partir de 83 % en mole à 84 % en mole de di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, de 9,0 % en mole à 9,5 % en mole d’un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate ayant une masse molaire moyenne en nombre de 475 g/mole, de 4,9 % en mole à 5,1 % en mole d’acide méthacrylique comme un monomère vinylique comprenant un groupe carboxyle, et de 1 ,9 % en mole à 2,0 % en mole d’un agent de réticulation, la somme des quatre fractions molaires étant égale à 100 % en mole, alors si l’agent de réticulation est un oligo(éthylène glycol) diacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse des particules de microgels n’est pas égale à 34 %, si l’agent de réticulation est le N,N'-méthylènebisacrylamide, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse des particules de microgel n’est pas égale à 35 %, et si l'agent de réticulation est l'(éthylène glycol)diméthacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels n'est pas égale à 80 %.
[0084] Le procédé de traitement cosmétique ou pharmaceutique peut comprendre une seconde étape de séchage de la composition ou du dispositif qui a été appliqué sur la personne pour obtenir un film flexible, cohésif et adhésif.
Exemples
[0085] On a préparé selon le protocole suivant des microgels de poly(oligo- (éthylène glycol) méthacrylate), des polymères solubles dans l'eau, et des films comprenant le mélange de ces microgels et polymères solubles dans l'eau. On a étudié leur rhéologie (linéaire et non-linéaire) et on a observé leur structure par microscopie à force atomique (AFM). ration de microaels (MG), polymères solubles dans l'eau t films comprenant ceux-ci
[0086] On a acheté les di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate (ME02MA, 95 %), oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate (OEGMA, terminé par 8 unités EG avec Mn=475 g. mol 1), acide méthacrylique (MAA), poly(éthylène glycol) diacrylate (OEGDA, Mn=250 g. mol 1), N,N-méthylènebisacryl- amide (MBA) et persulfate de potassium (KPS) chez Sigma Aldrich et on les a utilisés comme reçus. On a utilisé de l'eau purifiée d'un système Millipore Milli-Q.
[0087] On a dissous ME02MA (92,6 mmol), OEGMA (10,3 mmol) et un réticulant (OEGDA ou MBA) dans 930 g d'eau. Les ratios de réticulants sont fixés soit à 2,0 % en mole soit à 8,0 % en mole en fonction du total des molécules vinyliques, correspondant respectivement à 2,12 mmol et 9,42 mmol. Le mélange est introduit dans le réacteur de 2 L et l'agitation est fixée à 150 tr/min. Le réacteur est purgé avec de l'azote pendant 45 min pour éliminer l'oxygène à température ambiante. MAA (5,41 mmol) est dissous dans 30 g d'eau et ajouté au réacteur. Le mélange est ensuite chauffé à 70°C. Finalement, KPS (0,958 mmol) est dissous dans 40 g d'eau et inséré dans le réacteur pour démarrer la réaction. La réaction est finalement maintenue à 70°C pendant 6 heures.
[0088] On obtient une première partie de la suspension aqueuse comprenant MG et WSP et les films (F6, F6', F7 et F7') sont formés.
[0089] Une seconde partie de la suspension aqueuse est séparée par 3 cycles de centrifugation (20 000 tr/m, 20 min), où WSP est maintenu dans la matière surnageante aqueuse alors qu'on trouve MG dans le précipité. Des films avec WSP seul (F5 et F5') et des films avec MG seul (Fl et Fl') sont formés comme films comparatifs.
[0090] Des films comprenant un mélange de WSP et MG dans un ratio prédéterminé sont également préparés (F2, F2', F3, F3', F4 et F4').
Procédé de préparation des films
[0091] On a formé des films par l'évaporation directe d'eau de solutions de microgels dans un four à cloche de verre chauffé à 37°C. On a démontré que la température de formation n'influence pas les propriétés du film. On a utilisé des moules en silicone comme récipients pour un prélèvement facile des films après séchage. Pour les expériences rhéologiques, les épaisseurs finales de films sont entre 500 pm et 1 000 pm. Toutes les épaisseurs inférieures et supérieures à ces valeurs sont néanmoins techniquement faisables, par exemple aussi faibles que 500 nm.
B) Détermination de la masse molaire de polymères solubles dans l'eau par chromatographie par exclusion de taille
[0092] - Méthode : L'appareil de chromatographie par exclusion stérique (SEC) consiste en un jeu de colonnes aqueuses de chez Shodex et une pompe Agilent 1260 Iso de chez Agilent technologies. L'appareil est couplé avec un Multi Angle Light Scattering (MALS) et un détecteur à réfractomètre différentiel (RI). Le détecteur MALS utilisé est un détecteur Dawn Heleos de chez WYATT Technology. Le détecteur RI est un Optilab T-rEX de chez WYATT Technology fonctionnant à une longueur d'onde laser de 664 nm. Le débit est fixé pendant l'expérience à 0,5 mL/min et la température de colonne est fixée à 30°C. La phase mobile consiste en une solution de NaN03 à 0,1 g/mole (8,2 g/L), et en sodium azide NaN3 (0,1 mol/L) comme éluant, stabilisée avec un tampon à pH 8. La phase mobile est avant utilisation filtrée à 0,1 pm. Les solutions de polymère soluble dans l'eau sont préparées à une concentration de 200 ppm dans un tampon de pH 8, duquel un volume de 100 pL est injecté. Les solutions sont filtrées avant utilisation à 250 nm pour éliminer toutes impuretés et microgels éventuels.
[0093] Pour interpréter les résultats SEC, la valeur de l'incrément d'indice de réfraction (dn/dc) est expérimentalement mesurée sur un réfractomètre Optilab T-rEX de chez WYATT Technology avec une longueur d'onde laser de 532 nm. Cinq solutions de WSP sont préparées avec de l'eau Milli-Q à différentes concentrations (0,97 g.L 1 ; 0,75 g.L 1 ; 0,51 g.L 1 et 0,11 g.L 1).
[0094] - Résultats : La chromatographie par exclusion stérique permet de déterminer la masse molaire de WSP à partir d'une synthèse de 2 % en mole OEGDA et d'une synthèse de 2 % en mole MBA. Cette technique a l’avantage de mesurer à la fois la masse moléculaire et le rayon de giration. Elle apporte ainsi plus d’information quant à la structure de WSP. OEGDA-WSP et MBA-WSP sont comparés à un PEG linéaire avec une masse moléculaire moyenne de 35 000 g. mol 1. La masse molaire et le rayon de giration sont liés par la théorie de Flory.
[0095] Avec une technique SEC, la séparation est faite par taille : les objets plus gros passeront à travers le jeu de colonnes plus tôt (= dans un volume d’élution plus faible) que les objets plus petits.
[0096] La figure 1 représente le graphite de conformité c'est-à-dire le rayon de giration comme une fonction de la masse moléculaire pour OEGDA-WSP, MBA-WSP et PEG 35K. La figure 2 résume les masses moléculaires et l'indice de polydispersité de OEGDA-WSP, MBA-WSP et PEG 35K. PEG 35K présente une Mw moyenne à 34 000 g. mol 1 qui valide la fiabilité de la méthode utilisée. Comme le polymère présente une distribution de masses très étroite, il n'est pas possible d'observer la variation du rayon de giration comme une fonction de la masse moléculaire. OEGDA-WSP et MBA-WSP présentent en commun une population similaire de masses moléculaires entre 1 x 104 et 1 x 105 g. mol 1. Ces chaînes polymères présentent un rayon de giration aux environs de 15-20 nm en moyenne, ce qui montre qu'elles présentent une structure très dense. MBA-WSP présente une proportion significative et importante de masses moléculaires bien plus élevées de 1 xlO5 à 1 x 106 g. mol 1, ce qui n'apparait pas dans le chromatogramme de OEGDA. Ces masses atteignent des rayons de giration allant jusqu'à 30 nm. La limite de détection de l'équipement correspond à un Rg d'environ 10 nm et explique la valeur dispersée pour les rayons les plus faibles. Comme cité, le PEG 35K linéaire (points noirs) présente une distribution de masse si étroite qu’il n’est pas possible d’ajuster le rayon de giration par une loi de puissance. La ligne noire tracée de Rg = 0,6 Mw a ainsi été ajoutée pour représenter un polymère linéaire théorique dans un bon solvant. Seul MBA-WSP a été ajusté par une loi de puissance puisque c’est la population avec la variation la plus nette et la plus large. La valeur de l’exposant de loi de puissance a été trouvée comme étant a = 0,27, ce qui est très proche de la valeur théorique pour des dendrimères. Le dernier résultat confirme l’hypothèse initiale consistant en ce que le polymère soluble dans l’eau formé pendant la synthèse est pour les deux réticulants un polymère hyperbranché de diamètre de 30 à 60 nm.
O Caractérisation spectroméca nique de films comprenant des microaels seuls des polymères solubles dans l'eau seuls et des films comprenant des microaels et WSP (invention)
[0097] Certains films sont formés à partir de la suspension aqueuse comprenant MG et WSP qui est obtenue à partir du procédé de polymérisation par précipitation aqueuse, avant toute étape de centrifugation.
F6 - 2 % en mole OEGDA : (32 % en masse WSP - 68 % en masse MG) ;
F7 - 8 % en mole OEGDA : (22 % en masse WSP - 78 % en masse MG) ;
F6' - 2 % en mole MBA : (29 % en masse WSP - 71 % en masse MG) ;
F7' - 8 % en mole MBA : (20 % en masse WSP - 80 % en masse MG) ;
[0098] D'autres films sont formés par mélange avec un ratio contrôlé d'un microgel (MG) et d'un polymère soluble dans l’eau (WSP) qui ont été récupérés à partir du précipité et de la matière surnageante, après l’étape de centrifugation. Fl - 2 % en mole OEDGA comparatif (0 % en masse WSP - 100 % en masse MG) ;
Fl' - 2 % en mole MBA comparatif (0 % en masse WSP - 100 % en masse MG) ;
F2 - 2 % en mole OEDGA (25 % en masse WSP - 75 % en masse MG) ; F2' - 2 % en mole MBA (25 % en masse WSP - 75 % en masse MG) ;
F3 - 2 % en mole OEDGA (50 % en masse WSP - 50 % en masse MG) ; F3' - 2 % en mole MBA (50 % en masse WSP - 50 % en masse MG) ;
F4 - 2 % en mole OEDGA (75 % en masse WSP - 25 % en masse MG) ; F4' - 2 % en mole MBA (75 % en masse WSP - 25 % en masse MG) ;
F5 - 2 % en mole OEDGA comparatif (100 % en masse WSP - 0 % en masse MG) ;
F5' - 2 % en mole MBA comparatif (100 % en masse WSP - 0 % en masse MG).
1. ΐ de caractérisation spectromécaniaue
[0099] Pour étudier les propriétés mécaniques, les films sont caractérisés par rhéologie oscillatoire linéaire et rhéologie extensionnelle non-linéaire sur un rhéomètre MCR 302 de chez Anton Paar.
[0100] La rhéologie oscillatoire est réalisée sur des films d'épaisseur environ 1 mm avec des plaques parallèles de 8 mm à température contrôlée. Les balayages de fréquence sont réalisés à 20°C de 0,01 à 600 rad/s à allongement constant de 1 % qui assure le régime linéaire.
[0101] La rhéologie extensionnelle est réalisée en utilisant une géométrie SER (Sentmanat Extension Rheometer) qui consiste en des tambours d'enroulement appariés se déplaçant dans une rotation égale mais opposée. Les tests sont réalisés à 20°C. Les dimensions de films se trouvent dans l'intervalle suivant : 0,5-1 mm x 1-2 mm x 15-20 mm. L'épaisseur et la largeur sont avant le test respectivement mesurées par microscopie optique et compas. Les films sont étendus jusqu'à rupture avec un taux d'allongement constant, également cité comme le taux d'allongement Hencky eH. Un minimum de cinquante échantillons est testé pour chaque type de film. La viscosité extensionnelle hE est mesurée en fonction du temps. L'allongement logarithmique dans l’échantillon, également cité comme l'allongement Hencky eH, est une fonction de e, du taux d'allongement constant ; t, du temps ; L de la longueur d’échantillon à l’instant t et LO de la longueur d’échantillon initiale. Afin de calculer l’élongation à la rupture cR, le taux d'allongement constant est multiplié par le temps à la rupture.
2. Caractérisation spectroméca nique de films comparatifs (Tl : 0 % WSP et 100 % MG)
[0102] On a évalué l’impact de la température de formation en formant des films purifiés à 20°C, 32°C, 37°C et 60°C. Dans ce domaine, l’objet était d’évaluer si l’état des microgels, c'est-à-dire affaissé ou gonflé, impacte la qualité de l'assemblage pendant la formation du film. En effet, pendant la transition liquide-à-solide, on peut imaginer que l'état du microgel peut jouer un rôle important, c'est-à-dire que des microgels gonflés sous la VPTT créeraient plus d'intra-emmêlements que des microgels affaissés au-dessus de la VPTT. La viscosité extensionnelle a été mesurée à 20°C avec un taux d'allongement constant de 0,5 s 1.
[0103] La figure 10 présente la viscosité extensionnelle moyenne pour quatre températures de formation différentes. On observe nettement que la température de formation n’impacte pas la viscosité extensionnelle ni l'allongement à la rupture. Elle n’est pas un paramètre commandant les propriétés mécaniques des films. Si les microgels sont sous la VPTT (20°C), dans l'intervalle (32°C, 37°C) ou au-dessus (60°C), l'allongement à la rupture reste égal à 133 plus ou moins 2 %. L’écorce de microgel semble garder une certaine mobilité à 60°C ce qui permet aux microgels de s'interpénétrer l'un l'autre dans leur état affaissé. De plus, les films de microgels, une fois formés, sont maintenus à 20°C et testés à 20°C. Les chaînes ont ainsi le temps de se relâcher et d'atteindre un état similaire d'interpénétration indépendamment de la température de formation.
3. Caractérisation spectroméca nique de films (T6 et [0104] On a étudié les quatre systèmes suivants : 2 % en mole OEGDA, 2 % en mole MBA ; 8 % en mole OEGDA et finalement 8 % en mole MBA. La figure 4 indique le ratio de polymère soluble dans l'eau et de microgels des différents films qui ont été préparés.
3.1 Rhéologie linéaire : résultats
[0105] La réponse rhéologique dynamique est comparée pour les différents films dans la figure 3. Des balayages de fréquence, à allongement fixe dans le domaine linéaire, ont été réalisés à 20°C.
[0106] Tous les films se comportaient en général comme des solides viscoélastiques puisque G' est supérieur à G" aux valeurs de faibles fréquences. Les films atteignent un plateau aux valeurs de faibles fréquences, ce qui est caractéristique des emmêlements de chaînes dans les films (réseau élastique). La transition vers la région vitreuse est observée dans tous les cas par un point d'intersection de G' et G" aux fréquences plus élevées. Les modules de stockage de 2 % en mole OEGDA et 2 % en mole MBA sont d'environ 1 x 105 Pa à 1 Hz (6 rad/s). Les films présentent ainsi une très faible pégosité. En effet, le critère Dahlquist cite que G' serait inférieur à 1 xlO5 Pa à 1 Hz pour que le matériau présente une pégosité rapide et mesurable.
[0107] Le module de films de 8 % en mole de MBA augmente considérablement en comparaison à 2 % en mole de réticulant, respectivement environ 1,5 x 106 Pa et 1 x 105 Pa à 1 Hz (6 rad/s). L'augmentation du module de stockage, provenant de la densité de réticulant plus élevée, mène à un film moins flexible, qui ne présente pas de propriété collante du tout.
[0108] Un film de 8 % en mole OEGDA démontre de manière surprenante des modules très similaires aux films de 2 % en mole. Ce comportement particulier s'expliquerait par une quantité plus élevée d'eau dans le film au moment du test, due à l'environnement d'hygrométrie non contrôlée ou à un séchage incomplet du film.
3.2 Rhéologie extensionnelle : résultats
[0109] La rhéologie extensionnelle consiste en l'élongation de matériaux dans le domaine non-linéaire de déformations, à un taux d'allongement constant. L’extension uniaxiale peut produire un degré bien plus élevé d’orientation moléculaire et d’étirement qu’un simple déchirement. Par conséquent, la rhéologie extensionnelle est plus sensible à la ramification de chaîne longue de polymère et peut être plus descriptive que d’autres types de tests rhéologiques en masse. La rhéologie extensionnelle permet d'établir une relation avec un comportement adhésif.
[0110] La viscosité extensionnelle de films de OEGDA et MBA pour 2 % en mole et 8 % en mole de réticulant a été mesurée à 20°C à un taux d'allongement constant : 0,5 s 1. Le logarithme de l'allongement moyen à la rupture cR ainsi que le ratio LR/LO ont été calculés avec la formule suivante : cR = e x tR = In (LR/LO).
[0111] La figure 5 (cliché de droite) présente la viscosité extensionnelle moyenne en fonction du temps de MBA et OEGDA pour les deux taux de réticulant. Premièrement, la viscosité extensionnelle augmente de manière permanente en suivant l’enveloppe viscoélastique linéaire définie par la pente de 3 fois la viscosité complexe : 3.rf.
[0112] Pour des valeurs d'allongement supérieures à 40 %, la viscosité extensionnelle commence à dévier vers le haut à partir de la viscosité de cisaillement à vitesse zéro. Cette déviation vers le haut est citée comme allongement- durcissement et apparaît classiquement dans des polymères chimiquement réticulés ou physiquement bien emmêlés. C’est un aspect indicateur de l’architecture de ramification de chaîne. Les emmêlements de chaîne commencent à résister à l’extension à chaque fois que la limite d’extensibilité de chaîne est approchée et occasionnent le raidissement du réseau. Par conséquent, la viscosité extensionnelle suit une déviation vers le haut. L’apparition d'allongement-durcissement était attendue puisque les films contenaient respectivement 2 % en mole et 8 % en mole de réticulant. L'allongement-durcissement a été considéré comme une propriété souhaitable pour de meilleures performances adhésives. Il remplit l’exigence typique pour un adhésif qui fait défaut sans laisser de résidu collant sur la surface en fournissant une cohésion au réseau à une déformation élevée.
[0113] Les films de OEGDA et MBA présentent un comportement similaire dans la région linéaire. L'allongement à la rupture est cependant significativement plus élevé pour MBA que OEGDA indépendamment de la densité de réticulant, figure 5 (cliché à gauche). Ceci indique que le réseau de MBA résiste à une contrainte plus élevée avant la rupture, bien qu’il ne différencie pas l’influence du polymère soluble dans l’eau et des microgels. L’augmentation de la densité de réticulation mène à un allongement plus faible à la rupture pour les deux réticulants. En effet, un réseau plus réticulé ne peut pas s'étirer autant pour s'adapter à la contrainte, et rompre à un stade moins avancé. Des particules plus denses et plus réticulées ont de plus tendance à moins s'interpénétrer les unes entre les autres, créant ainsi un réseau plus faible.
4. Caractérisation soectro- mécanique de films (Fl à F5)
[0114] On a réalisé la formulation consistant en la formation de films avec un ratio contrôlé de WSP et MG pour des films de 2 % en mole MBA et 2 % en mole OEGDA. La méthode de rhéologie oscillatoire linéaire et rhéologie extensionnelle linéaire est identique à celle décrite ci-dessus.
4.1 Rhéologie linéaire : résultats
[0115] On a réalisé pour les deux réticulants OEGDA et MBA des balayages de fréquence à 20°C sur les cinq films formulés différents, c'est-à-dire avec une teneur en MG de 0 % en masse à 100 % en masse.
[0116] La réponse rhéologie dynamique est comparée pour les différentes teneurs en MG pour OEGDA et MBA dans la figure 6. Il est dans un premier temps important de noter que tous les films, indépendamment de la teneur en MG, se comportaient comme des solides viscoélastiques puisque G' est supérieur à G" aux valeurs de faibles fréquences. Indépendamment de la teneur en MG, tous les films de microgels ont atteint un plateau aux faibles fréquences, ce qui indique la présence d'un réseau polymère. La région d'écoulement n'est pas observée, même pour des films constitués de 100 % de WSP. Ce résultat important indique la réticulation et/ou la ramification dans le polymère soluble dans l'eau. Ainsi, WSP n'est pas linéaire et ne s'écoule pas comme des polymères thermoplastiques (dans les échelles de paramètres explorées dans ce travail, fréquence, température...). La transition vitreuse est observée dans tous les films par une intersection de G' et G" aux fréquences élevées. Pour les deux réticulants, le croisement ne varie pas significativement avec l'addition de WSP. La transition vitreuse apparaît ainsi à peu près à la même fréquence indépendamment de la quantité de WSP. Ceci n'est pas surprenant puisque la température vitreuse d'un polymère est déterminée par sa structure moléculaire. Comme observé dans la figure 7, les modules de stockage et de perte (pris dans le plateau caoutchouteux à w = 0,01 rad.s 1) augmentent significativement avec l'augmentation de la teneur en MG. Les particules de MG augmentent le module de cisaillement, de manière similaire aux charges qui consolident un composite. De plus, tan d, le ratio de G" sur G' diminue pour une teneur en MG croissante ce qui indique que la réponse dissipative des films est moindre et moins prononcée. La possibilité de déviation du module de cisaillement vers des valeurs plus élevées ou plus faibles par le contrôle du ratio MG/WSP est extrêmement valorisable puisqu'elle fournit un levier simple pour ajuster les propriétés collantes ou adhésives de films en fonction de l'application ciblée. Pour les deux systèmes, G' est juste d'environ 1 x 105 Pa à 1 Hz : 8,5 x 104 Pa et 1,5 x 105 Pa respectivement pour OEGDA-MG et MBA-MG. Il est indiqué que les films présentent une pégosité très fine à 20°C lorsqu'ils sont complètement purifiés.
4.2 Rhéologie extensionnelle : résultats
[0117] On a mesuré la viscosité extensionnelle pour des films de 2 % en mole OEGDA et MBA avec une teneur en MG différente à 20°C pour le taux d'allongement constant : 0,5 s 1. La figure 8 présente la viscosité extensionnelle moyenne en fonction du temps de MBA et OEGDA pour différentes teneurs en MG.
[0118] Pour des valeurs d'allongement supérieures à 40 %, la viscosité extensionnelle commence à dévier vers le haut à partir de la viscosité de cisaillement à vitesse zéro pour toutes les formulations. Comme précédemment cité, cette déviation vers le haut est appelée allongement-durcissement. L’apparition d’un allongement-durcissement pour des films de 100 % de MG est attendue puisque les films contenaient 2 % en mole de réticulant fournissant des points réticulés au réseau. Il est cependant plus surprenant de noter que tous les films, incluant 100 % de WSP, présentent un allongement-durcissement. Nous pouvons par conséquent supposer que le raidissement du réseau est bien plus lié par les points de réticulation chimiques que les emmêlements physiques de chaînes ramifiées. Comme attendu, la teneur en microgel a un impact important sur les valeurs de viscosité extensionnelle. En effet, les microgels agissent comme des charges raidissant la matrice, et augmentent les modules G' et G". Comme une conséquence directe, les modules plus élevés augmentent la valeur de viscosité extensionnelle.
[0119] Cependant, il en résulte que la teneur en microgel n'impacte ni rallongement-durcissement ni l'élongation à rupture. Dans le domaine des futures applications, ce résultat est extrêmement positif puisqu'il indique que l'on peut modifier la proportion de polymère soluble dans l'eau pour ajuster le module souhaité selon l'application mais sans perdre dans tous les cas la capacité d'étirement du film.
[0120] Comme observé dans la figure 9, l'allongement logarithmique à la rupture est significativement plus élevée pour des films de MBA que pour ceux de OEGDA indépendamment de la teneur en microgel. Ceci confirme dans un premier temps que le réseau de microgels de MBA résiste à une contrainte plus élevée avant la rupture que des particules de OEGDA. Ceci renforce la supposition d'une capacité plus élevée de MBA à former un réseau plus solide, ceci étant sûrement dû à une architecture d'"écorce plus lâche" pour ce dernier que pour OEGDA-MG. Le second résultat important de la figure 9 consiste en ce que les films de MBA constitués de 100 % de WSP présentent également un allongement à la rupture plus élevé que les films de OEGDA-WSP. Ceci corrobore les résultats SEC qui montrent une structure plus ramifiée dans le cas de MBA-WSP.
D). Assemblage de films de microqels (Fl à F5)
[0121] Méthode : On a capturé par AFM (appareil Bruker Multi mode 8) des images topographiques pour analyser l’assemblage de microgels sur la surface de film. On a utilisé pour tous les balayages le mode Peak Force QNM Air et les sondes ScanAsyst Air (constante de ressort moyenne k de 0,4 N.m 1). On a également préparé des sections transversales nettes de films de microgels pour visualiser l’assemblage à l’intérieur du film, avec un appareil ultra cryo-microtome Leica EM UC7, en utilisant une cryo-chambre Leica EM-FC7, refroidie à -80°C. On a finalement soumis manuellement les films à un étirement unidirectionnel et on a formé des images à l’état étiré. L'allongement correspondait à 30 %.
[0122] On a réalisé une microscopie à force atomique sur la surface supérieure de films élaborés avec 100 % de microgels (pas de polymère soluble dans l'eau). Les particules de microgels s'auto-assemblent dans un tassement parfait proche de l'hexagonal comme vu sur les images de contraste topographique dans la figure 11 (cliché à droite) pour des microgels de 2 % en mole OEGDA-réticulés et (cliché à gauche) pour des microgels de 2 % en mole MBA-réticulés. Au contraire d'un latex classique, les particules ne coalescent pas mais maintiennent leur forme sphérique avec une certaine interpénétration les unes les autres. Les images de contraste topographique AFM ont montré la taille légèrement supérieure des microgels de MBA-réticulés.
[0123] Les sections transversales de films ont été traitées en surface par ultra cryomicrotomie et observées par AFM. Les images de contraste topographique dans la figure 12 présentent le tassement de particules sphériques avec un tassement localisé hexagonal. Au contraire de la déformation de particules ayant chuté et séché sur une galette dure, les plusieurs couches d'empilement de MG pendant l'évaporation du solvant ne se sont pas aplanies et restent sphériques. Une différence de contraste d'environ 15 nm entre le cœur et l'écorce est observée pour la plupart des microgels dans les deux types de réticulants. Même après avoir été formés, les films de microgels contiennent et absorbent l'eau de leur environnement. Il en résulte que l'on peut suggérer que l'écorce, qui est bien plus gonflée, est réticulée de manière lâche et le cœur, qui est plus creux, est plus réticulé que l'écorce.
[0124] On a étiré des films de microgels pour obtenir 30 % d'allongement et on a observé leurs surfaces supérieures par AFM. La figure 13 présente une image de contraste topographique de 5 mm de films de microgels de OEGDA-réticulés et MBA-réticulés. La direction d’étirement est parallèle à l’axe X. L’étirement occasionne la perte du tassement compact hexagonal et la déformation du réseau de particules. Des espaces apparaissent entre les microgels dans la direction de déformation. Il semble cependant que les microgels ne soient pas significativement déformés et maintiennent leur forme sphérique. Il est suggéré, qu’à cet allongement, la plupart des chaînes emmêlées de l'écorce de microgel s'étirent pour s'adapter à la contrainte et le cœur dense n'est pas encore déformé.
Résultats de l'assemblage de films WSP-MG selon l'invention F2 à F4'
[0125] On a observé les sections transversales des films reformulés avec une teneur en microgels contrôlée par AFM. La figure 14 présente l'image de contraste topographique de 2 microns (a) et le module logDMT (b) de films de 2 % en mole MBA-MG pour 25 % en masse de MG. Le canal de module logDMT présente les régions les plus raides en couleur plus claires et les plus souples en couleur foncées. Comme on peut s’y attendre, les microgels sont bien plus denses que le polymère soluble dans l’eau et ressemblent à des charges dispersées dans une matrice composite souple. Ils ne forment pas d’agrégats mais ne sont pas parfaitement dispersés de manière homogène. La figure 14 présente l'image de contraste topographique de 2 microns (c) et le module logDMT (d) de films de 2 % en mole MBA-MG pour 50 % en masse de MG. Les microgels commencent à être en contact les uns avec les autres mais aucun arrangement structuré n’est observé. Dans certaines zones, un appauvrissement en microgel est observé. Dans la figure 14 est présentée l'image de contraste topographique de 500 nm (e) et le module logDMT (f) de films de MBA-MG pour 75 % en masse de MG. Des conclusions similaires peuvent être exprimées, les microgels sont plus proches mais aucune disposition de tassement hexagonal n’est observée.
[0126] Une fois de plus, la structure cœur/écorce est bien observée avec un net gradient de module entre le cœur par rapport à la matrice WSP. Les cœurs plus denses et moins gonflés sont caractérisés par des creux, les écorces sont plus gonflées que les cœurs mais légèrement plus denses que le polymère soluble dans l’eau qui est caractérisé par le module plus faible. Une transition très progressive est observée entre l’écorce de microgel et le polymère soluble dans l’eau, ce qui suggère une structure similaire ainsi qu’une certaine interpénétration entre les deux phases.
E) Conclusion
[0127] La rhéologie linaire sur des films de microgel de 2 % en mole OEGDA et MBA-réticulés démontre que la valeur de module de cisaillement peut varier et être ajustée par l'intermédiaire de la teneur en polymère soluble dans l'eau, de 0 % à 100 %. Il en résulte que l'on peut former un intervalle de films très collants jusqu'à des films ne présentant pas de pégosité sur tout substrat par la simple évaporation d’eau. Les films de microgels affichent des propriétés mécaniques intéressantes à déformation élevée. L'allongement à la rupture va jusqu'à 60 %, démontrant que ces films présentent une cohésion solide pour un réseau de particules auto-assemblées simple et spontané. De plus, la variation du polymère soluble dans l'eau permet de faire varier les propriétés rhéologiques sans modifier les propriétés d'étirement des films. En effet, tous les films, indépendamment de la teneur en microgels, présentent un allongement-durcissement, lequel est connu comme étant une propriété de valeur pour des adhésifs puisqu'elle permet la cohésion d'un film pendant le détachement. La dernière découverte suggère qu'un polymère soluble dans l'eau est manifestement branché et/ou réticulé puisque des films complètement composés de ce dernier présentent également un allongement-durcissement. L'allongement à la rupture de films de MBA-réticulés est significativement plus élevée que des films de OEGDA-réticulés pour 2 % en mole de réticulant. Ceci est en corrélation avec les résultats sur les viscosités de suspension qui montrent que des particules de MBA-réticulées présentent une interaction plus élevée et ont tendance à créer un réseau plus solide. Ces interactions plus solides, probablement dues au nombre plus élevé de chaînes suspendues sur la surface, mènent à un allongement à la rupture plus élevé lorsque le film est formé puisque les microgels sont plus interpénétrés les uns avec les autres. De plus, l'allongement à la rupture diminue pour un ratio de réticulant plus élevé de manière similaire à ce que la viscosité diminue pour des dispersions. Des particules plus denses ont tendance à présenter moins d’interpénétration et à former un réseau plus faible que des particules réticulées plus lâches.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Composition cosmétique, composition pharmaceutique, ou dispositif médical comprenant chacun un polymère soluble dans l'eau et des particules de microgels, lesdites particules de microgels ayant une taille moyenne de 100 nm à 1 000 nm à l'état sec, caractérisé en ce que les particules de microgels et le polymère soluble dans l'eau peuvent être indépendamment obtenus par polymérisation par précipitation en phase aqueuse d'au moins les trois monomères suivants, en présence d'un agent de réticulation : di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate ayant une masse molaire moyenne en nombre entre 400 g/mole et 600 g/mole, un monomère vinylique comprenant un groupe carboxyle, à condition que lorsque les particules de microgels et le polymère soluble dans l'eau sont préparés à partir de 83 % en mole à 84 % en mole de di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, de 9,0 % en mole à 9,5 % en mole d'un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate ayant une masse molaire moyenne en nombre de 475 g/mole, de 4,9 % en mole à 5,1 % en mole d'acide méthacrylique comme un monomère vinylique comprenant un groupe carboxyle, et de 1,9 % en mole à 2,0 % en mole d'un agent de réticulation, la somme des quatre fractions molaires étant égale à 100 % en mole, alors si l'agent de réticulation est un oligo(éthylène glycol) diacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels n'est pas égal à 34 %, si l'agent de réticulation est le N,N'-méthylènebisacrylamide, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels n'est pas égale à 35 %, et si l'agent de réticulation est l'(éthylène glycol)diméthacrylate, le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse des particules de microgels n'est pas égale à 80 %.
[Revendication 2] Composition cosmétique, composition pharmaceutique, ou dispositif médical selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent de réticulation présente des groupes terminaux di(méth)acrylate -(CH2-CH2-0)n- CH2-CH2- OÙ n est égal à de 0 à 6.
[Revendication 3] Composition cosmétique, composition pharmaceutique, ou dispositif médical selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la composition est sous la forme d'un film présentant une épaisseur de 1 micron à 10 millimètres, de préférence de 500 microns à 1000 microns.
[Revendication 4] Composition cosmétique, composition pharmaceutique ou dispositif médical selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition ou le mélange contient de 50 % à 100 % en masse d'un mélange consistant en particules de microgels et polymère soluble dans l'eau, et de 0 % à 50 % en masse d'eau, les pourcentages étant relatifs à la masse de la composition et la masse des particules de microgels étant la masse des particules à l'état sec.
[Revendication 5] Composition cosmétique, composition pharmaceutique ou dispositif médical selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayon de giration du polymère soluble dans l'eau mesuré par chromatographie d'exclusion de taille à 20°C est de 5 nm à 80 nm.
[Revendication 6] Composition cosmétique, composition pharmaceutique ou dispositif médical selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère soluble dans l’eau présente une masse moléculaire moyenne mesurée par chromatographie d’exclusion stérique à 20°C de 1 x 105 g. mol 1 à 1 x 106 g. mol 1.
[Revendication 7] Composition cosmétique, composition pharmaceutique ou dispositif médical selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fraction molaire de di(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate est de 80 % en mole à 90 % en mole, la fraction molaire d'oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate est de 5 % en mole à 15 % en mole, la fraction molaire du monomère vinylique portant un groupe carboxyle est de 2 % en mole à 8 % en mole, et la fraction molaire de l'agent de réticulation est de 0,5 à 10 % en mole, la somme des quatre fractions molaires étant égale à 100 % en mole.
[Revendication 8] Composition cosmétique, composition pharmaceutique ou dispositif médical selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent de réticulation est l'(éthylène glycol) diméthacrylate et le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse sèche des particules de microgels dans la composition est entre 0 % et 20 % ou entre 20 % et 100 %.
[Revendication 9] Composition cosmétique, composition pharmaceutique ou dispositif médical selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent de réticulation est un oligo(éthylène glycol) diacrylate et le ratio entre la masse du polymère soluble dans l'eau et la masse sèche des particules de microgels dans la composition est entre 0 % et 34 % ou entre 34 % et 100 %.
[Revendication 10] Procédé de traitement cosmétique par voie topique de la peau, des ongles, des lèvres, des muqueuses ou des cheveux d'une personne, ledit procédé comprenant une première étape d'application sur la personne d'une composition cosmétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la composition cosmétique est liquide, et où le procédé comprend une seconde étape de séchage de la composition cosmétique qui a été appliquée sur la personne pour obtenir un film.
[Revendication 12] Procédé de préparation d'une composition cosmétique, d'une composition pharmaceutique ou d'un dispositif médical selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit procédé comprenant une étape de préparation d'un mélange de particules de microgels et d'un polymère soluble dans l'eau, ladite étape comprenant une première étape et une seconde étape qui peuvent être successives dans un ordre quelconque ou simultanées : - ladite première étape étant une étape de préparation de particules de microgels, et comprenant une étape (i) de polymérisation par précipitation en phase aqueuse d'au moins les trois monomères suivants, en présence d'un premier agent de réticulation : di (éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un monomère vinylique portant un groupe carboxyle, et une étape (ii) de purification pour récupérer des particules de microgels qui ont été obtenues à l'issue de l’étape (i),
- ladite seconde étape de préparation du polymère soluble dans l’eau, et comprenant une étape (a) de polymérisation par précipitation en phase aqueuse d’au moins les trois monomères suivants, en présence d’un second agent de réticulation : di (éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate, un monomère vinylique portant un groupe carboxyle, et une étape (b) de purification pour récupérer le polymère soluble dans l’eau qui a été obtenu à l'issue de l’étape (a),
- une troisième étape qui suit ladite première étape et ladite seconde étape, ladite troisième étape étant une étape de mélange d’une masse de particules de microgels purifiées qui sont obtenues à partir de ladite première étape, et d'une masse de polymère soluble dans l’eau qui est obtenue à partir de ladite seconde étape, dans lequel le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse sèche des particules de microgels est entre 0 % et 100 %.
[Revendication 13] Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l’étape (ii) comprend au moins un cycle de centrifugation/redispersion pour séparer le précipité et la matière surnageante, et une étape de récupération des particules de microgels dans le précipité.
[Revendication 14] Procédé selon la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé en ce que l’étape (b) comprend au moins un cycle de centrifugation/redispersion pour séparer le précipité et la matière surnageante, et une étape de récupération du polymère soluble dans l'eau dans la matière surnageante.
[Revendication 15] Procédé selon la revendication 12, 13 ou 14, caractérisé en ce que la première étape et la seconde étape sont une étape unique, de sorte que des particules de microgels et un polymère soluble dans l'eau sont produits au même moment à partir des mêmes monomères, l'étape unique comprend au moins un cycle de centrifugation/redispersion pour séparer le précipité et la matière surnageante qui ont été obtenus à partir de la polymérisation par précipitation en phase aqueuse des monomères, lesdites particules de microgels étant récupérées dans le précipité, et ledit polymère soluble dans l’eau étant récupéré dans la matière surnageante.
[Revendication 16] Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que - dans l’étape unique - le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau dans la matière surnageante, et la masse des particules de microgel dans le précipité est un premier ratio et - dans la troisième étape - le ratio entre la masse du polymère soluble dans l’eau et la masse des particules de microgels est un second ratio qui est entre 0 % et 100 % et qui est différent du premier ratio.
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