具有錳離子摻雜物的顆粒氧化鋅的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及顆粒氧化鋅。更具體地，本發(fā)明涉及摻雜有錳和第二摻雜物的顆粒氧 化鋅。
【背景技術(shù)】
[0002] 皮膚癌為顯著的公共健康問題，其在美國占癌癥診斷病例的50%。紫外線輻射 (UV)可導(dǎo)致分子和細(xì)胞級別的損壞，并被認(rèn)為是導(dǎo)致皮膚癌的主要環(huán)境因素。長時間暴露 于UV輻射，諸如來自太陽的UV輻射，可導(dǎo)致形成光皮膚病和紅斑，以及增加皮膚癌諸如黑 素瘤的風(fēng)險，并加速皮膚老化過程，諸如皮膚失去彈性和起皺紋。
[0003]可通過局部施用防曬劑來抑制UV暴露的損壞效應(yīng)，所述防曬劑包含吸收、反射或 散射通常在光譜的UVA(波長約320nm至400nm)或UVB(波長大約290nm至320nm)范圍內(nèi) 的UV的化合物。許多防曬劑化合物可商購獲得，其具有不同的為身體屏蔽紫外光的能力。
[0004] 氧化鋅可用作防曬劑的顆粒物質(zhì)，因?yàn)槠湮詹⑸⑸渥贤饩€輻射。然而，發(fā)明人已 經(jīng)認(rèn)識到需要具有增強(qiáng)光學(xué)特性的氧化鋅，具體地講，需要用在防曬劑和個人護(hù)理產(chǎn)品中 的氧化鋅，更具體地講，需要增強(qiáng)UVA吸收的氧化鋅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供包含陽離子部分的顆粒金屬氧化物。該陽離子部分 包含約99重量％或更多的鋅部分、第一錳摻雜物部分和選自鐵和鋁的第二摻雜物部分。如 本文所限定，該顆粒金屬氧化物具有大于能與之相比的顆粒金屬氧化物的長短吸光度比率 的長短吸光度比率。錳摻雜物部分和第二摻雜物部分可以約5:1至約1:5,或約4:1至約 1:4,或約1:3至約3:1的重量比存在。
【具體實(shí)施方式】
[0006]如本文限定，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有某些陽離子摻雜物的顆粒氧化鋅提供在電磁 光譜的UVA部分中的超過能與之相比的顆粒氧化鋅的改善的吸收，該陽離子摻雜物以相對 低的水平并且以特定的比率存在。
[0007] 據(jù)信根據(jù)本文的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可最大限度地利用本發(fā)明。下面的具體 實(shí)施例應(yīng)該理解為僅僅是示例性的，并且無論如何都不會以任何方式限制本公開的其余部 分。除非另有定義，否則本文使用的所有技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語都具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域 普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。除非另有定義，否則所有涉及的百分比是重量百分比。
[0008] 顆粒氣化鋅
[0009] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及顆粒金屬氧化物。"顆粒"是指在環(huán)境條件下是細(xì)碎的固體材 料的材料。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于認(rèn)識到，金屬氧化物是大體上主要包含金屬陽離子 和陰離子的離子固體，所述陰離子主要包含布置在結(jié)晶晶格結(jié)構(gòu)中的氧陰離子。
[0010] 因此，本發(fā)明的顆粒金屬氧化物包含陽離子部分。該陽離子部分包含約99重量％ 或更多的鋅部分。根據(jù)某些實(shí)施例，該鋅部分占陽離子部分的約99 %至約99. 75%，諸如約 99 %至約99. 5 %，諸如約99 %至約99. 25 %。
[0011] 該陽離子部分還包含第一錳摻雜物部分和選自鐵和鋁的第二摻雜物部分。如本文 所用，"摻雜物"或"摻雜物部分"表示密切結(jié)合到金屬氧化物的結(jié)晶晶格結(jié)構(gòu)中的那些陽離 子或陽離子的部分，如本文另外所描述，其從而使金屬氧化物的電子特性改性。本領(lǐng)域的技 術(shù)人員將認(rèn)識到，僅僅利用具有金屬陽離子的材料涂覆顆粒金屬氧化物在顆粒金屬氧化物 自身中或其自身不足以提供改性的金屬氧化物電子特性，因?yàn)閮H僅涂覆將不提供金屬陽離 子到金屬氧化物的結(jié)晶晶格結(jié)構(gòu)中的密切結(jié)合。
[0012] 除鋅部分之外，該陽離子部分還包含第一錳摻雜物部分。該錳部分可以占陽離子 部分的約0. 1重量％至0. 75重量％。根據(jù)某些實(shí)施例，該錳摻雜物部分占陽離子部分的約 0. 15%至約0.8%，諸如約0.25%至約0.75%。該錳摻雜物部分可以變化的氧化狀態(tài)存在。 根據(jù)一個實(shí)施例，錳作為Mn2+或Mn3+存在。在另一個實(shí)施例中，錳作為Mn2+存在。
[0013] 所述陽離子部分還包含選自鐵或鋁的第二摻雜物部分。即，在一個實(shí)施例中，該第 二陽離子摻雜物部分可以由鐵組成。在第二實(shí)施例中，該第二陽離子摻雜物部分可以由鋁 組成。在第三實(shí)施例中，該第二陽離子摻雜物部分可以包含鐵和鋁的組合。該鐵可以變化 的氧化狀態(tài)存在。根據(jù)一個實(shí)施例，鐵作為Fe2+或Fe3+存在。在另一個實(shí)施例中，鐵作為 Fe2+存在。相似地，鋁可以變化的氧化狀態(tài)存在。根據(jù)一個實(shí)施例，鋁作為Al3+存在。
[0014] 與錳摻雜物部分相似，該第二摻雜物部分可以占陽離子部分的約0. 1重量％至約 〇. 75重量％。根據(jù)某些實(shí)施例，該第二摻雜物部分占陽離子部分的約0. 15%至約0. 8%，諸 如約0. 25 %至約0. 75%。
[0015] 錳摻雜物部分和第二摻雜物部分的和可以占陽離子部分的約0. 25%至約1%，諸 如陽離子部分的約0. 5%至約1%，諸如陽離子部分的約0. 75%至約1%，諸如陽離子部分 的約0. 85 %至約0. 99%。
[0016] 根據(jù)某些實(shí)施例，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)錳部分和第三部分以錳部分：第三部分的特 定重量比，即約1:5至約5:1，或1:3到3:1 (包括端值在內(nèi)）存在時，在UVA吸收中實(shí)現(xiàn)特 定的有益效果。例如，該錳部分：第三部分的重量比除了在上述范圍內(nèi)的其它比率之外可以 是1:3、1:1或3:1。以更具體實(shí)例為例，該陽離子部分可以是錳部分的約0.25%和0.75% 第三部分；或〇. 5 %錳部分和0. 5 %第三部分；或約0. 75 %錳部分和0. 25 %第三部分。
[0017] 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于理解，另外的金屬陽離子可以低濃度存在于顆粒金屬 氧化物中，而不損害其特性。例如，在某些實(shí)施例中，低濃度的這些另外的陽離子可以在陽 離子部分中總共以例如小于約〇. 5%，諸如小于約0. 25%，諸如小于約0. 1 %的濃度存在。 根據(jù)某些實(shí)施例，該另外的陽離子可以在陽離子部分中總共以約0. 001%至約0. 25%，諸 如約0. 001%至約0. 1%的濃度存在。該另外的陽離子可以包含堿金屬、堿土金屬的陽離 子；鋅、錳和鐵之外的過渡金屬的陽離子；以及金屬諸如鎵、鍺、鎵、銦、錫、銻、鉈、鉛、鉍和 針的陽咼子。
[0018] 本發(fā)明的顆粒金屬氧化物可以通過各種方法制備，諸如，使用例如碳或其他合適 的還原劑來還原氧化物礦石，然后再氧化的方法。其他合適的方法包括濕化學(xué)法。濕化學(xué)法 的一個實(shí)例包括混合各種陽離子的堿性鹽溶液，并通過使用酸諸如草酸或甲酸減小PH值 來使ZnO沉淀。特別合適的濕化學(xué)法是所謂"溶膠-凝膠"法，其實(shí)例在下面描述。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，顆粒金屬氧化物由包括將包含水的溶劑體系與鋅鹽、 錳鹽和第三鹽（例如，鐵鹽、鋁鹽或它們的組合）混合的方法形成。根據(jù)某些實(shí)施例，錳陽 離子與第三鹽陽離子的比率是約1:3至約3:1。
[0020] 多種鹽中的任一種鹽可以用作各種陽離子的源。除其它鹽之外，實(shí)例包括乙酸鋅、 氯化鋅、氯化錳、硫酸錳、乙酸錳、氯化鐵、硫酸鐵和氯化鋁?？梢詫⒏郊咏M分添加到溶劑體 系和鹽的混合物中。例如，也可以添加表面活性劑，諸如乙醇胺（例如，三乙醇胺）以及均 化劑和/或PH調(diào)節(jié)劑，諸如醇和氨。合適的醇類包括乙醇、2-甲氧基乙醇等等。通常，在溶 膠-凝膠法中，在混合該溶劑體系、鹽和任選的表面活性劑和均化劑/pH調(diào)節(jié)劑之后形成穩(wěn) 定的、膠態(tài)的溶液（溶膠）。隨時間推移，通過使具有被困其中的溶劑體系的膠態(tài)顆粒固化 和冷凝，包含鋅陽離子、錳陽離子和第三鹽的陽離子的凝膠網(wǎng)絡(luò)逐步形成。
[0021] 然后，允許該凝膠網(wǎng)絡(luò)諸如在環(huán)境溫度下干燥，以除去溶劑體