A TALÁLMÁNY HÁTTERE

1. A találmány területe

A jelen találmány a karboximetil-cellulóz (a továbbiakban röviden CMC) vízben oldódó sóját tartalmazó stabil gélkészítményekre, különösen a CMC-t tartalmazó, számos célra, többek között gyógyszerek, kozmetikumok és hasonlók előállítására alkalmas, egységes és stabil gélkészítményekre, valamint az ilyen készítmények előállítására szolgáló eljárásra vonatkozik.

2. A korábbi technika rövid leírása

Ismert, hogy a CMC-t a legtöbb többértékű fémsó azonnal kicsapja vagy zselésíti. Sok esetben azonban a termék szálas vagy szemcsés csapadékká vagy szilárd masszív csapadékká válik, és így az egész rendszer nem lesz egységes, ami messze van az egységes géltől, mint például a konnyaku zselé (ördögnyelv zselé) vagy puding.

A szintetikus makromolekulák egységes géljének kialakítására ismert egy olyan eljárás, amelyben vízben nehezen oldódó zselésítőszert, például bázikus alumínium-acetátot használnak (Sho 54-106598 számú japán szabadalom). Amikor azonban ezt az ismert eljárást CMC-re alkalmazzák, a CMC a zselésítőszer felületén zselésedik, és nagy, masszív zselét képez, és az egész rendszer sok esetben nem egyenletes zselét eredményez. Ráadásul nem sok különböző ilyen többértékű, vízben nehezen oldódó fémsó létezik. A zselésítőszer keverésénél a keverés erősségét is lehet növelni. A keverés fokozásához azonban speciális, nagy teljesítményű keverőberendezésre van szükség. Ráadásul az ilyen erőteljes keveréssel kapott termékről mikroszkópos vizsgálat során kiderül, hogy nem más, mint egy meglehetősen egyenetlen termék, amelyben a szilárd, masszív csapadék finom szemcsékre oszlik és diszpergálódik.

A CMC egyenletes gélesítésére szolgáló eljárások tanulmányozása után találtunk egy olyan eljárást, amellyel egy nagyon egyenletes és stabil CMC-gélt lehet előállítani, anélkül, hogy bármilyen speciális, erős keverőberendezést használnánk, a CMC és különböző vízoldható többértékű fémsók reakcióba hozásával, és megerősítettük, hogy az így kapott CMC-gél számos gyakorlati felhasználásra alkalmazható, beleértve a gyógyszerek, kozmetikumok és hasonlók készítményeit.

Ez azt jelenti, hogy sikerült egy nagyon egységes és stabil CMC gélt kapnunk, amely mentes a szilárd masszától vagy csapadéktól, egy vízzel kompatibilis hidrofil szerves folyadékkal nedvesített vagy diszpergált CMC hozzáadásával egy vízben oldható többértékű fémsót tartalmazó vizes oldatba.

A CMC polivalens fémsó általi gélesedése lényegében a CMC molekula karboxilcsoportjai és a polivalens fémionok közötti ionos kötések révén létrejövő keresztkötési reakció. A CMC vízben való feloldásával készített vizes oldatban a CMC csaknem minden molekulája egyenletesen eloszlik és feloldódik a vízben, így a CMC karboxilcsoportjai például a nátriumionok disszociációja révén erősen reaktív állapotban vannak. Ezért amikor egy ilyen vizes CMC-oldathoz vízben oldott vagy por alakban oldott többértékű fémsót adunk, részben szilárd, masszív csapadék képződik, és a kapott gél nem egyenletes, mert a CMC gélesedési sebessége a fémsóval sokkal nagyobb, mint a fémsó diffúziós sebessége. Ugyanezen okból nem egyenletes a gélképződés, amikor a CMC vizes oldatát egy többértékű fémsó vizes oldatához adjuk.

Másrészt egyáltalán nem következik be sem csapadékképződés, sem zselésedés, amikor CMC-t és egy vízben oldódó többértékű fémsót adunk egy hidrofil szerves folyadékhoz. Ennek az az oka, hogy a CMC nem oldódik és nem disszociálódik sóképző ionokká. Csak ha vizet adunk az ilyen keverékhez, a CMC feloldódik, és a fémsóval gélt képezve reagál. A kapott gél azonban ebben az esetben sem egyenletes.

Most megállapítottuk, hogy a CMC és a fémsó diffúziós sebességét a rendszerbe nagyobbá kell tenni, mint a CMC vízben való oldódási sebességét és a CMC reakciósebességét a fémsóval, és megállapítottuk, hogy a CMC oldódásának és gélesedésének késleltetésére szerves folyadékok állnak rendelkezésre.

Ez azt jelenti, hogy azok a CMC-részecskék, amelyek felületét hidrofil szerves folyadékkal borítják, nem oldódnak vagy gélesednek gyorsan, amikor fémsót tartalmazó vizes oldathoz adják őket. Ebben az esetben először a szerves folyadék vízzel való helyettesítése történik meg, és ez néhány másodperctől néhány tíz másodpercig tart. Ezután a vízzel borított CMC-részecskék a felszínükről diszpergálódnak és feloldódnak a vízben, és a CMC molekulái feloldódnak. Az így feloldódott CMC-molekulák azonnal reakcióba lépnek a többértékű fémionokkal, és bekövetkezik a zselésedés. Így van egy több tíz másodperces vagy annál hosszabb időtartam, amíg a zselésedés bekövetkezik, miután a CMC-t egy hidrofil szerves folyadékban diszpergálták a vizes többértékű fémsóoldatba, és ennek megfelelően lehetővé válik az egyenletes diszpergálás és keverés megvalósítása ilyen időtartamra, külön erős keverőberendezés használata nélkül, hogy egységes és stabil gélt kapjunk.

A FELTALÁLÁS ÖSSZEFOGLALÁSA

A jelen találmány stabil gélkompozíciókat biztosít, amelyek a karboximetil-cellulóz vízben oldódó sóját hidrofil szerves folyadékkal nedvesített vagy abban diszpergált, valamint egy vízben oldódó többértékű fémsót tartalmazó vizes oldatot tartalmaznak, és egy eljárás stabil gélkompozíciók előállítására, amely magában foglalja a hidrofil szerves folyadékkal nedvesített vagy abban diszpergált karboximetil-cellulóz vízben oldódó sójának hozzáadását egy vízben oldódó többértékű fémsót tartalmazó vizes oldathoz, hogy egységes gélkompozíciót kapjunk.

A jelen találmány stabil gélkompozíciói számos célra hasznosak, beleértve gyógyszerek, kozmetikumok és hasonlók előállítását.

A KEDVEZETT MEGVALÓSÍTÁSOK LEÍRÁSA

A jelen találmányt most részletesen ismertetjük, utalva az előnyben részesített megvalósításokra.

Noha a jelen találmány kompozícióinak egyes összetevőire nincs különösebb korlátozás, mivel azok sokféle felhasználásra alkalmazhatók, a négy összetevő; víz, vízben oldódó többértékű fémsó, hidrofil szerves folyadék és a karboximetil-cellulóz vízben oldódó sója alapvető fontosságú a jelen találmány kompozíciói számára. E négy alapvető összetevőn kívül egy, két vagy több, az egyes készítmények felhasználásához szükséges összetevő, azaz fő összetevő és/vagy segédösszetevők adhatók a jelen találmány készítményeihez.

A jelen találmányban használt karboximetil-cellulóz (CMC) vízben oldódó sójaként említhető például nátrium-karboximetil-cellulóz, kálium-karboximetil-cellulóz, ammónium-karboximetil-cellulóz és hasonlók. A karboximetil (DS) szubsztitúciójának mértékére és a CMC viszkozitására (polimerizációs fokára) nincs különösebb korlátozás, amennyiben vízben oldódik. A CMC választható olyan CMC-k közül, amelyek szubsztitúciós foka 0,3-2,8 és viszkozitása kb. 500 cps per 10%-os vizes oldat és kb. 500 cps per 1%-os vizes oldat közötti tartományban van, a tervezett felhasználásnak és célnak megfelelően. A CMC szemcseméretére sincs különösebb korlátozás. Bármely kereskedelmi forgalomban kapható finom por, amely átmegy egy 80-as szemű szitán, és 30-80-as szemű durva szemcsék is használhatók.

A jelen találmányban használt vízben oldódó többértékű fémsóként olyan alumíniumsók említhetők, mint az alumínium-acetát (oldható, vagy bázikus), alumínium-szulfát, kálisó, alumínium-klorid stb, vassók, mint például vas-klorid, vas-klorid, vas-szulfát stb., rézsók, mint például réz-klorid, réz-szulfát stb. és egyéb szervetlen vagy szerves magnéziumsók, báriumsók, kalciumsók, mangánsók, kadmiumsók, kromátok, titanátok, antimonátok és így tovább. E vízben oldódó többértékű fémsók bármelyikét vagy két vagy több ilyen só keverékét a kapott készítmény végső felhasználásának megfelelően választják ki és használják fel. Kívánatos a nem mérgező eladás kiválasztása, ha a készítményt gyógyszerként használják.

A jelen találmányban használt hidrofil szerves folyadékként olyan alifás poliolok említhetők, mint a glicerin, 1,3-butándiol, 1,4-butándiol, propándiol, etilénglikol, polietilénglikol stb, alifás alkoholok, mint a metil-alkohol, etil-alkohol, propil-alkohol, butil-alkohol stb., alifás ketonok, mint az aceton, metil-etil-keton stb., alifás savészterek, mint a metil-acetát, etil-formiát, etil-propionát stb. és egyéb, vízzel kompatibilis szerves folyadékok. Ezen hidrofil szerves folyadékok bármelyike vagy két vagy több ilyen folyadék keveréke használható.

A jelen találmány gélkompozícióiban az egyes komponensek arányára nincs különösebb korlátozás, amely az egyes kompozíciók tervezett felhasználásának megfelelően eltérő lehet. Az arány azonban általában a következő tartományon belül van. A vízben oldódó többértékű fémsó 0,01-50 tömegrészt és a karboximetil-cellulóz (CMC) vízben oldódó sója 0,01-50 tömegrészt tartalmaz 100 tömegrész vízre, és a hidrofil szerves folyadék/CMC tömegaránya a 0,2-100 közötti tartományban van.

Ha a 100 tömegrész vízhez hozzáadott vízoldható polivalens fémsó mennyisége kevesebb, mint 0,01 tömegrész, a zselésedés mértéke nem elegendő. A felső határa általában körülbelül 50 tömegrész, bár ez a vízben oldódó többértékű fémsó vízben való oldhatóságától függ. A zselésedés akkor sem elégséges, ha a CMC mennyisége kevesebb, mint 0,01 súlyrész 100 súlyrész vízre, míg 50 súlyrésznél több CMC nem ad egységes zselét. Ha a hidrofil szerves folyadék/CMC tömegaránya kisebb, mint 0,2, akkor a kapott gél hajlamos arra, hogy nem lesz egyenletes, míg 100-nál nagyobb arány nem eredményez kívánatos keménységű gélt.

A jelen találmány felhasználási módjainak vagy tárgyainak példájaként a tárgyak széles skáláját lehet megemlíteni, beleértve a gyógyszereket, mint például a bódítószerek alapjai, a kataplémák alapjai, a külső használatra szánt fájdalomcsillapító / antiphlogisztikus / görcsoldó gélek alapjai, az aromák alapjai, stb; kozmetikumok, mint például kozmetikai alapkrémek, bőrkondicionáló krémek, eltüntető krémek, hidegkrémek, szépségápolási csomagok alapjai, fogkrém, borotvakrém, tartós borotválkozási szer, manikűr, púderpaszta, arcpirosító, hajfesték, szemceruza, hajfixáló krém stb.; élelmiszer-adalékanyagok, mint például puding, zselé stb.; iszapfolyás-konzerváló anyagok mélyépítési munkálatokhoz vagy olajkútfúráshoz; gélelektrolitok akkumulátorokhoz; bevonószerek drótokhoz és kábelekhez stb. Mindegyik felhasználás során nagyon egyenletes gél képezhető a jelen találmány szerint.

A jelen találmány szerinti gélkészítmény ezen tárgyakra történő gyakorlati alkalmazásakor az egyes tárgyakhoz szükséges főösszetevőt és/vagy segédösszetevőt adják a készítményhez. Például a kataplazmák esetében kaolinpor, mint fő összetevő és bórsav, metil-szalicilát, borsmentaolaj és timol, mint segédösszetevők használhatók, és kívánatos a glicerin, mint hidrofil szerves folyadék használata. Külső használatra szánt gyógyászati gélek esetében fő összetevőként fájdalomcsillapító, fájdalomcsillapító vagy görcsoldó hatású gyógyszerek használhatók, és egy segédösszetevő, például aromás anyag adható hozzá.

Szépségápoló pakolások esetében fő összetevőként cinkfehérjét, kaolint, folyékony paraffint, polivinil-alkoholt stb. lehet használni, segédanyagként pedig illatanyagokat, tartósítószereket stb. lehet hozzáadni.

Bár a fentiekben két vagy három reprezentatív példát említettünk, az adott felhasználási területen ismert bármely fő- és segédösszetevőt megfelelően ki lehet választani és az ugyanazon a területen ismert arányban lehet használni.

A jelen találmányt a következő példák részletesen kifejtik. A találmány azonban nem korlátozódik ezekre a példákra.

1. PÉLDA

Kálium-alumíniumot (0,5 g) oldottak fel vízben (200 g). A nátrium-karboxi-metil-cellulózt (DS=0,85, 1%-os vizes oldat viszkozitása η=100 cps) (2 g) glicerinnel (fajsúly=1,252) nedvesítettük (10 g), majd a fenti vizes kálium-alumínium oldathoz adtuk, miközben üvegpálcával óvatosan kevertettük.

Egyáltalán nem képződött részben szilárd massza, és a viszkozitás egyenletesen nőtt az 1. táblázatban látható módon, miközben a rendszert állni hagytuk. A zselésedés előrehaladt, miközben a rendszert oldat formájában tartottuk. Egy éjszakán át tartó állás után a képződött gél nem mutatott szinerézist, és egy kissé rugalmas, egyenletes gél volt.

A gél egyenletességének összehasonlítására egy másik készítményt is készítettünk a fentiekkel azonos körülmények között, és 5 perc elteltével a készítményt 8-as szitán szűrtük. Csak 6 g maradt a szitán és 205 g ment át rajta. Ráadásul a 8 szemű szitán maradt gél nem szilárd, masszív gél volt, hanem nagyon egyenletesen megduzzadt.

1. TÁBLÁZAT

A készítmény 0,25 1 2 3 20 állni hagyása utáni idő (óra) A rendszer viszkozitása 320 660 2300 2300 2950 13 500 (cps, 25 °C)

KOMPARÁTÍV PÉLDÁK 1

Nátrium-karboxi-metil-cellulóz (DS=0.85, η=100 cps) (2 g) vízben (190 g) feloldottuk, és az oldathoz az 1. példával megegyező módon, óvatos keverés közben vízben (10 g) feloldott kálium-alumíniumot (0,5 g) adtunk.

Közvetlenül a hozzáadás után nagy mennyiségű, részben szilárd, masszív gél képződött, és a rendszer lényegében nem egyenletes gélt eredményezett. Bár a rendszer viszkozitása az állásidő elteltével nőtt, az elkészítéskor képződött masszív gél megmaradt, és az egész rendszer még egy éjszaka után is szigetszerű, nem egyenletes gél volt.

A gél egyenletességének összehasonlítása érdekében a készítményt közvetlenül a készítés után (5 perc elteltével) 8-as szemű szitával rostáltuk. A szitán maradt szilárd masszív gél 60 g volt. A kapott gél tehát nem volt egyenletes, egészen más, mint az 1. példában kapott gél.

2-4. PÉLDÁK

Az 1. példa módszerével összhangban másfajta nátrium-karboxi-metil-cellulózokat vizsgáltunk. Az egyes példákban használt nátrium-karboximetil-cellulóz a következő volt:

CMC Példa DS 1 %-os vizes oldat viszkozitása

2 0,67 180 cps
3 1,35 150 cps
4 2.47 25 cps

Ezeknél a nátrium-karboxi-metil-cellulózoknál az elkészítés után 5 perccel elvégzett szűrés során a 8 mesh-es szűrőn visszamaradt gél mennyisége meglehetősen kicsi volt, amint azt az alábbi 2. táblázat mutatja, azaz meglehetősen egyenletes gélesedés következett be.

2. TÁBLÁZAT

Példaszám 2 3 4

Gél mennyisége 3 4 0.5
a képernyőn (g)

PÉLDA 5

Az 1. példa módszerével összhangban glicerin helyett 1,3-butándiolt használtunk.

Az 1. példához hasonlóan ebben az esetben sem képződött szilárd massza közvetlenül az elkészítés után. A viszkozitás a 3. táblázatban látható módon egyenletesen nőtt, és a képződött gél egyenletes volt, nem mutatott szinerézist.

3. TÁBLÁZAT

Az elkészítés utáni idő 0,25 1 2 3 96 állni hagyták (óra) A rendszer viszkozitása 1150 7930 12300 14900 18000 (cps, 25° C-on.)

6-15. PÉLDÁK

Az 5. példa módszerével összhangban más hidrofil szerves folyadékokat vizsgáltunk. Az alkalmazott oldószerfajtákat és a zselésedést kísérő viszkozitásváltozásokat a 4. táblázat mutatja. Ezekben az esetekben is egyenletes zselésedés következett be.

4. TÁBLÁZAT

Viszkozitás (cps) az egyes időpontokban, miután a Példa Hidrofil szerves készítményt állni hagyták (óra) Nem használt folyadék 0.25 1 2 3 24 96

6 1,4-butándiol
790 4450
10100
11600
— 17000
7 etilénglikol
830 5600
10140
11100
14960
—
8 polyethylene glycol #200
1160
5900
10300
10800
15100
—
9 polietilénglikol #400
880 2700
7500
9500
15000
—
10 polietilénglikol #600
980 6650
10200
11880
15000
—-
11 metil-alkohol
560 1330
1750
3550
13000
—
12 izopropil-alkohol
630 2580
3540
5100
15000
—
13 aceton 540 790
1380
2800
—
— 16000
14 metil-etil-keton
600 870
2500
5500
— 15750
15 metil-acetát
560 1160
3800
6800
14100
—

16. PÉLDA

Az 1. példa módszerével összhangban, oldható alumínium-acetátot használtunk kálium-alumínium helyett.

A készítés után 5 perccel elvégzett szűrés során 8 mesh-es szűrőn visszamaradt gél mindössze 7 g-ot nyomott, és nem szilárd masszív, hanem egyenletesen megduzzadt gél volt. A rendszer viszkozitásának változásait, amelyek a gélesedés előrehaladását kísérték, az 5. táblázat mutatja.

5. TÁBLÁZAT

Az elkészítést követő idő 0,25 1 2 3 96 éreztük, hogy áll (óra) A rendszer viszkozitása 620 2450 10500 12400 18500 (cps, 25° C.)

PÉLDÁK 17-19

Kupakloridot (CuCl2.2H2 O) (0,5 g) oldottunk fel vízben (100 g). A réz-klorid e vizes oldatához az alábbi háromféle, egymástól eltérő viszkozitású nátrium-karboxi-metil-cellulóz (2,5 g) glicerinben diszpergált (10 g) mindegyikét hozzáadtuk, miközben az oldatot óvatosan kevertettük.

Ebben az esetben egyáltalán nem képződött részben szilárd massza, és egyenletes zselésedés következett be. A rendszer viszkozitásának változásait, amelyek a zselésedés előrehaladását kísérték, a 6. táblázat mutatja.

6. TÁBLÁZAT

Nátrium-karboxi-metil-cellulóz Viszkozitás (cps) Példa Viszkozitás 1%-os vizes oldat elkészítése után Sz. DS oldat 0,25 óra 48 óra

17 0.96 24 cps 730 9000
18 0,97 550 cps 950 31000
19 0,97 1830 cps 1890 35000

PÉLDA 20

A 18. példa módszerével összhangban a réz-klorid helyett vas-kloridot (FeCl3.6H2 O) használtunk.

Ebben az esetben is megerősítést nyert, hogy nem képződött szilárd massza, és egyenletes zselésedés következett be.

21. példa

Kaolint (10 g) és kálium-alumíniumot (1 g) adtunk vízhez (119 g) és összekevertük. Az így kapott szuszpenzióhoz óvatos keverés mellett hozzáadtuk a glicerinben (60 g) diszpergált nátrium-karboximetil-cellulózt (DS=1,25, η=35 cps) (10 g).

Egyáltalán nem képződött szilárd masszív gél, és egy nagyon sima felületű és metszetű, egyenletes gél alakult ki. A rendszer viszkozitásának változásait, amelyek a gélesedés előrehaladását kísérték, a 7. táblázat mutatja.

7. TÁBLÁZAT

A készítmény 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 állása után eltelt idő (óra) A rendszer viszkozitása 21000 46000 72000 120000 195000 710000 1750000 (cps, 25 °C.)

KOMPARÁTÍV PÉLDA 2

A 21. példa eljárását ugyanazokkal a komponensekkel, azonos mennyiségben, de a hozzáadás sorrendjének megváltoztatásával végeztük el. Vagyis a nátrium-karboxi-metil-cellulózt (10 g) vízben (119 g) feloldottuk, és a kapott vizes oldathoz óvatos keverés mellett hozzáadtuk a kaolin (10 g), a glicerin (60 g) és a kálium-alumínium (1 g) keverékét.

Rögtön az elkészítés után nagy mennyiségű, 5-10 mmφ vastagságú szilárd masszív gél képződött, és nem egyenletes gélesedés következett be. A zselésedés előrehaladását kísérő viszkozitásváltozásokat a 8. táblázat mutatja. Amint az látható belőle, a látszólagos viszkozitások a 21. példa értékeihez képest meglehetősen alacsonyak voltak, és a kapott gél nem egyenletes, szigetszerű gél volt.

8. TÁBLÁZAT

A készítmény 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 állni hagyása utáni idő (óra) A rendszer viszkozitása 25000 24000 25000 26000 27000 47000 110000 (cps, 25 °C.)

22. példa

Nátrium-karboxi-metil-cellulózt (1 g) glicerinben (5 g) diszpergáltunk, és a diszperziót nátrium-cetilszulfátot (0,1 g) és kalcium-hidroxidot (0,5 g) tartalmazó vízhez (84 g) adtuk keverés közben. Továbbá benzoin tinktúrát (5 g), etil-alkoholt (5 g), fenolt (0,05 g) és parfümöt (0,5 g) adtunk a keverékhez. Egyenletes kocsonyás, tejszerű kozmetikai krémet kaptunk.

23. PÉLDA

Fekete színezéket (1 g) (ólomtartalommal) és citromsavat (1 g) oldottunk fel vízben (65 g), és az oldathoz izopropil-alkoholban (20 g) diszpergált nátrium-karboxi-metil-cellulózt (5 g) és benzil-alkoholt (5 g) adtunk. Jó, ragadós hajfestéket kaptunk.

24. példa

Nátrium-karboxi-metil-cellulózt (3 g) és polivinil-alkoholt (7 g) diszpergáltak glicerinben (10 g) és etil-alkoholban (10 g), és a diszperziót kevergetés közben alumíniumot (0,1 g) és parfümöt (0,5 g) tartalmazó vízhez (60 g) adták. Jó szépségcsomagolást kaptunk, amely üveglapra kenve egyenletes, sima felületű bevonatot képezett. Szárítás után könnyen lehúzható volt.

25. példa

Vízhez (3 g) hozzáadtuk a kalcium-foszfát (dihidrát) (45 g), szorbit (10 g), nátrium-laurilszulfát (2 g), kovasav-anhidrid (2 g), alumínium-hidroxid (0,2 g) és illatanyag (1 g), majd a keverékhez további nátrium-karboxi-metil-cellulóz (1 g) glicerinben (10 g) diszperzióját adtuk. A kapott termék fogkrémnek megfelelő minőségű volt, nagyon sima és fényes felülettel és metszettel rendelkezett.