SFONDO DELL’INVENZIONE

1. Campo dell’invenzione

La presente invenzione riguarda composizioni stabili di gel contenenti un sale solubile in acqua di carbossimetilcellulosa (di seguito abbreviato in CMC), in particolare, composizioni di gel uniformi e stabili contenenti CMC che sono utili per molti scopi tra cui la preparazione di medicinali, cosmetici e simili, e un processo per la preparazione di tali composizioni.

2. Breve descrizione dell’arte precedente

È noto che il CMC viene precipitato o gelificato prontamente dalla maggior parte dei sali metallici polivalenti. In molti casi, tuttavia, il prodotto si trasforma in precipitati fibrosi o granulari o in precipitati solidi massicci e quindi l’intero sistema diventa non uniforme che è lontano da un gel uniforme come la gelatina konnyaku (gelatina di lingua del diavolo) o il budino.

Per la formazione di un gel uniforme di macromolecole sintetiche, c’è un processo noto in cui viene usato un agente gelificante che è difficilmente solubile in acqua, come l’acetato di alluminio base, (Japanese Patent Laid-open No. Sho 54-106598). Quando questo processo conosciuto viene applicato al CMC, tuttavia, il CMC si gelifica sulla superficie dell’agente gelificante per formare un grande gel massiccio e l’intero sistema risulta, in molti casi, non uniforme. Inoltre, non ci sono molti sali metallici polivalenti diversi che sono difficilmente solubili in acqua. È anche possibile aumentare il vigore dell’agitazione durante la miscelazione dell’agente gelificante. Per aumentare l’agitazione, tuttavia, è necessario uno speciale apparato di agitazione potente. Inoltre, il prodotto ottenuto da un’agitazione così potente si trova, ad un’ispezione microscopica, ad essere nient’altro che un prodotto piuttosto non uniforme in cui i precipitati solidi massicci sono divisi e dispersi in forma di granuli fini.

Abbiamo, dopo aver studiato i processi per gelificare uniformemente la CMC, trovato un processo per preparare un gel di CMC molto uniforme e stabile, senza usare alcun apparato speciale di agitazione potente, facendo reagire la CMC con una varietà di sali metallici polivalenti solubili in acqua, e abbiamo confermato che il gel di CMC così ottenuto è applicabile per molti usi pratici tra cui preparazioni di medicinali, cosmetici e simili.

Ovvero, siamo riusciti a ottenere un gel di CMC molto uniforme e stabile, privo di massa solida o di precipitati, aggiungendo CMC bagnato da o disperso in un liquido organico idrofilo compatibile con l’acqua in una soluzione acquosa contenente un sale metallico polivalente solubile in acqua.

Si ritiene che la gelificazione della CMC da parte di un sale metallico polivalente sia, in sostanza, una reazione di cross linking mediante legami ionici tra i gruppi carbossilici della molecola di CMC e gli ioni metallici polivalenti. In una soluzione acquosa preparata sciogliendo il CMC in acqua, quasi tutte le molecole di CMC sono uniformemente disperse e disciolte in acqua e quindi i gruppi carbossilici del CMC sono in uno stato altamente reattivo per dissociazione, ad esempio, degli ioni di sodio. Pertanto, quando un sale metallico polivalente idrosolubile disciolto in acqua o sotto forma di polvere viene aggiunto a tale soluzione acquosa di CMC, si formano in parte precipitati solidi massicci e il gel ottenuto non è uniforme, perché la velocità di gelificazione del CMC con il sale metallico è molto più alta della velocità di diffusione del sale metallico. La gelificazione non è uniforme quando una soluzione acquosa di CMC viene aggiunta a una soluzione acquosa di un sale metallico polivalente, per lo stesso motivo.

D’altra parte, né la precipitazione né la gelificazione si verificano affatto quando CMC e un sale metallico polivalente solubile in acqua sono aggiunti a un liquido organico idrofilo. Questo perché la CMC non si scioglie e non si dissocia in ioni che formano sale. Solo quando l’acqua viene aggiunta a tale miscela, il CMC si dissolve e reagisce con il sale metallico per formare un gel. Anche in questo caso, però, il gel ottenuto non è uniforme.

Abbiamo ora stabilito che è necessario rendere la velocità di diffusione del CMC e del sale metallico nel sistema superiore alla velocità di dissoluzione del CMC in acqua e alla velocità di reazione del CMC con il sale metallico, e abbiamo scoperto che i liquidi organici sono disponibili come agente per ritardare la dissoluzione e la gelificazione del CMC.

Ovvero, le particelle di CMC la cui superficie è coperta da un liquido organico idrofilo non si dissolvono o gelificano rapidamente quando vengono aggiunte a una soluzione acquosa contenente un sale metallico. In questo caso, la sostituzione del liquido organico con l’acqua avviene prima, e richiede da alcuni secondi a diverse decine di secondi. Poi, le particelle di CMC ricoperte d’acqua si disperdono e si dissolvono in acqua dalla loro superficie, e le molecole di CMC si dissolvono. Le molecole di CMC così disciolte reagiscono istantaneamente con gli ioni metallici polivalenti e avviene la gelificazione. Così c’è un periodo di tempo di diverse decine di secondi o più fino a quando si verifica la gelificazione, dopo l’aggiunta del CMC è disperso in un liquido organico idrofilo nella soluzione acquosa di sale metallico polivalente, e di conseguenza diventa possibile effettuare la dispersione uniforme e la miscelazione per tale periodo di tempo, senza utilizzare alcun apparecchio speciale di agitazione potente, per ottenere un gel uniforme e stabile.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione fornisce composizioni di gel stabili che comprendono un sale idrosolubile di carbossimetilcellulosa bagnato da o disperso in un liquido organico idrofilo e una soluzione acquosa contenente un sale metallico polivalente idrosolubile, e un processo per la preparazione di composizioni stabili di gel che comprende l’aggiunta di un sale idrosolubile di carbossimetilcellulosa bagnato o disperso in un liquido organico idrofilo a una soluzione acquosa contenente un sale metallico polivalente solubile in acqua, per ottenere una composizione uniforme di gel.

Le composizioni di gel stabili della presente invenzione sono utili per molti scopi tra cui la preparazione di farmaci, cosmetici e simili.

DESCRIZIONE DEGLI EMBODIMENTI PREFERITI

La presente invenzione sarà ora spiegata in dettaglio, facendo riferimento alle incarnazioni preferite.

Anche se non c’è una limitazione speciale su ogni componente delle composizioni di questa invenzione, poiché sono applicabili per una varietà di usi, i quattro componenti; acqua, sale metallico polivalente solubile in acqua, liquido organico idrofilo e sale solubile in acqua di carbossimetilcellulosa, sono essenziali per le composizioni della presente invenzione. Oltre a questi quattro componenti essenziali, uno, due o più ingredienti che sono necessari per l’uso di ogni composizione, cioè l’ingrediente principale e/o gli ingredienti ausiliari, possono essere aggiunti alle composizioni della presente invenzione.

Come sale solubile in acqua della carbossimetilcellulosa (CMC) usata nella presente invenzione, si può menzionare per esempio la carbossimetilcellulosa di sodio, la carbossimetilcellulosa di potassio, la carbossimetilcellulosa di ammonio e simili. Non c’è nessuna limitazione particolare sul grado di sostituzione della carbossimetilica (DS) e sulla viscosità (grado di polimerizzazione) della CMC, purché sia solubile in acqua. Il CMC può essere selezionato tra quelli con un grado di sostituzione compreso tra 0,3 e 2,8 e una viscosità compresa tra circa 500 cps per soluzione acquosa al 10% e circa 500 cps per soluzione acquosa all’1%, in conformità all’uso e allo scopo previsti. Non c’è alcuna limitazione speciale anche per quanto riguarda la granulometria del CMC. Può essere utilizzata qualsiasi polvere fine disponibile in commercio che passa attraverso un setaccio di 80 mesh e granuli grezzi di 30-80 mesh.

Come sale di metallo polivalente solubile in acqua usato nella presente invenzione, si possono menzionare sali di alluminio come acetato di alluminio (solubile, o basico), solfato di alluminio, allume di potassio, cloruro di alluminio, ecc, sali di ferro come cloruro ferroso, cloruro ferrico, solfato ferrico, ecc., sali di rame come cloruro rameico, solfato rameico, ecc., e altri sali di magnesio inorganici o organici, sali di bario, sali di calcio, sali di manganese, sali di cadmio, cromati, titanati, antimonati e così via. Uno qualsiasi o una miscela di due o più di questi sali metallici polivalenti solubili in acqua viene selezionato e utilizzato in base all’uso finale della composizione ottenuta. È desiderabile selezionare un sale non tossico, quando la composizione è usata come medicina.

Come liquido organico idrofilo utilizzato nella presente invenzione, si possono menzionare polioli alifatici come glicerolo, 1,3-butandiolo, 1,4-butandiolo, propandiolo, glicole etilenico, polietilenglicole, ecc, alcoli alifatici come alcool metilico, alcool etilico, alcool propilico, alcool butilico, ecc., chetoni alifatici come acetone, metiletilchetone, ecc., esteri di acidi alifatici come acetato di metile, formiato di etile, propionato di etile, ecc. Si può usare uno qualsiasi o una miscela di due o più di questi liquidi organici idrofili.

Non vi è alcuna limitazione speciale sul rapporto di ogni componente nelle composizioni di gel della presente invenzione, che può essere diverso in conformità con l’uso previsto delle singole composizioni. Tuttavia, il rapporto è generalmente all’interno del seguente intervallo. Il sale metallico polivalente solubile in acqua comprende 0,01-50 parti in peso e il sale solubile in acqua di carbossimetilcellulosa (CMC) comprende 0,01-50 parti in peso, per 100 parti in peso di acqua, e il rapporto in peso del liquido organico idrofilo/CMC è compreso nell’intervallo 0,2-100.

Quando la quantità del sale metallico polivalente solubile in acqua aggiunto a 100 parti in peso di acqua è inferiore a 0,01 parti in peso, il grado di gelificazione non è sufficiente. Il suo limite superiore è di solito circa 50 parti in peso, anche se dipende dalla solubilità del sale metallico polivalente solubile in acqua. La gelificazione non è sufficiente anche quando la quantità di CMC è inferiore a 0,01 parti in peso per 100 parti in peso di acqua, mentre più di 50 parti in peso di CMC non danno un gel uniforme. Quando il rapporto in peso del liquido organico idrofilo/CMC è inferiore a 0,2 c’è la tendenza del gel risultante a diventare non uniforme, mentre un rapporto superiore a 100 non dà un gel con una durezza desiderabile.

Come esempi degli usi o degli oggetti a cui si applica la presente invenzione, si possono citare una grande varietà di oggetti tra cui medicinali come basi per stupefacenti, basi per cataplasmi, basi per gel analgesici/antiflogistici/antispasmodici per uso esterno, basi per aromatici, ecc; cosmetici come la crema base cosmetica, la crema condizionante per la pelle, la crema evanescente, la crema fredda, le basi per l’impacco di bellezza, la pasta per i denti, la crema da barba, la permanente, la manicure, la polvere in pasta, il rouge per le guance, la tintura dei capelli, l’eyeliner, la lozione per la messa in piega, ecc.additivi per alimenti come budini, gelatina, ecc.; agenti di conservazione del flusso di fango per opere di ingegneria civile o perforazione di pozzi petroliferi; elettroliti gel per batterie; agenti di rivestimento per fili e cavi; e così via. In ognuno di questi usi, un gel molto uniforme può essere formato secondo la presente invenzione.

Nell’applicazione pratica della composizione di gel della presente invenzione a questi oggetti, l’ingrediente principale e/o l’ingrediente ausiliario necessario per ogni oggetto sono aggiunti alla composizione. Per esempio, nel caso dei cataplasmi, si può usare la polvere di caolino come ingrediente principale e l’acido borico, il salicilato di metile, l’olio di menta piperita e il timolo, come ingredienti ausiliari, ed è desiderabile usare il glicerolo come liquido organico idrofilo. Nel caso di gel medicinali per uso esterno, possono essere utilizzati come ingrediente principale farmaci con attività analgesica, antiflogistica o antispasmodica e può essere aggiunto un ingrediente ausiliario come un aromatico.

Nel caso di un impacco di bellezza, bianco di zinco, caolino, paraffina liquida, alcool polivinilico, ecc. possono essere utilizzati come ingrediente principale e profumi, conservanti, ecc. come ingrediente ausiliario.

Anche se due o tre esempi rappresentativi sono stati menzionati sopra, qualsiasi ingrediente principale e qualsiasi ingrediente ausiliario che sono noti nel campo di ogni uso dato può essere opportunamente selezionato e utilizzato in un rapporto noto nello stesso campo.

La presente invenzione è ulteriormente spiegata in dettaglio nei seguenti esempi. Tuttavia, l’invenzione non è limitata a questi esempi.

ESEMPIO 1

L’allume di potassio (0,5 g) è stato sciolto in acqua (200 g). La carbossimetilcellulosa di sodio (DS=0,85, viscosità della soluzione acquosa all’1% η=100 cps) (2 g) è stata bagnata da glicerolo (peso specifico=1,252) (10 g) e poi aggiunta alla soluzione acquosa di allume di potassio di cui sopra, mescolando delicatamente con una bacchetta di vetro.

Nessuna massa parzialmente solida si è formata, e la viscosità è aumentata dolcemente come mostrato nella tabella 1 mentre il sistema veniva lasciato a riposo. La gelificazione è progredita mentre il sistema è stato tenuto in forma di soluzione. Dopo essere rimasto in piedi per una notte, il gel formato non ha mostrato alcuna sineresi ed era un gel piuttosto elastico e uniforme.

Per un confronto dell’uniformità del gel, un’altra preparazione è stata preparata nelle stesse condizioni di cui sopra e, dopo 5 minuti, la preparazione è stata filtrata con un filtro a 8 mesh. Solo 6 g sono rimasti sullo schermo e 205 g sono passati attraverso di esso. Inoltre, il gel rimasto sullo schermo a 8 maglie non era un solido massiccio, ma era gonfiato in modo molto uniforme.

TABELLA 1

Tempo dopo che il preparato 0,25 1 2 3 20 è stato lasciato a riposo (ore) Viscosità del sistema 320 660 2.300 2.950 13.500 (cps, 25° C.)

ESEMPIO COMPARATIVO 1

Cellulosa carbossimetilica di sodio (DS=0.85, η=100 cps) (2 g) è stata sciolta in acqua (190 g) e, alla soluzione è stato aggiunto allume di potassio (0,5 g) sciolto in acqua (10 g) mescolando delicatamente nello stesso modo dell’esempio 1.

Una grande quantità di un gel massiccio parzialmente solido si è formata subito dopo l’aggiunta, e il sistema è risultato un gel sostanzialmente non uniforme. Anche se la viscosità del sistema aumentava con il passare del tempo in cui veniva lasciato in piedi, il gel massiccio formatosi alla preparazione rimaneva tale e l’intero sistema era un gel non uniforme a forma di isola anche dopo una notte.

Per confrontare l’uniformità del gel, la preparazione è stata filtrata con uno schermo a 8 maglie subito dopo (dopo 5 minuti) la preparazione. Un gel solido massiccio rimasto sullo schermo ammontava a 60 g. Quindi il gel risultante non era uniforme, molto diverso da quello ottenuto nell’esempio 1.

ESEMPI 2-4

Secondo il metodo dell’esempio 1, sono stati esaminati altri tipi di carbossimetilcellulosa di sodio. La carbossimetilcellulosa di sodio utilizzata in ogni esempio era la seguente:

CMC Esempio DS Viscosità della soluzione acquosa all’1%

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

Anche nel caso di queste carbossimetilcellulose di sodio, la quantità di gel rimanente su uno schermo a 8 mesh per filtrazione effettuata 5 minuti dopo la preparazione era abbastanza piccola come mostrato nella seguente tabella 2, cioè, si è verificata una gelificazione abbastanza uniforme.

TABELLA 2

Esempio n. 2 3 4

Quantità di gel 3 4 0.5
sul retino (g)

ESEMPIO 5

Conformemente al metodo dell’esempio 1, è stato utilizzato 1,3-butandiolo invece di glicerolo.

Anche in questo caso, nessuna massa solida si è formata subito dopo la preparazione, come nell’esempio 1. La viscosità è aumentata dolcemente come mostrato nella tabella 3, e il gel formato era uniforme e non presentava sineresi.

TABELLA 3

Tempo dopo la preparazione 0,25 1 2 3 96 è stato lasciato a riposo (ore) Viscosità del sistema 1150 7930 12300 14900 18000 (cps, 25° C.)

ESEMPI 6-15

Secondo il metodo dell’esempio 5, sono stati esaminati altri liquidi organici idrofili. I tipi di solventi utilizzati e le variazioni di viscosità che accompagnano la gelificazione sono riportati nella tabella 4. Anche in tutti questi casi si è verificata una gelificazione uniforme.

TABELLA 4

Viscosità (cps) ad ogni tempo dopo che l’Esempio Preparazione organica idrofila è stata lasciata a riposo (ore) No. liquido usato 0.25 1 2 3 24 96

6 1,4-butandiolo
790 4450
10100
11600
— 17000
7 glicole etilenico
830 5600
10140
11100
14960
—
8 polyethylene glycol #200
1160
5900
10300
10800
15100
—
9 polietilenglicole #400
880 2700
7500
9500
15000
—
10 polietilenglicole #600
980 6650
10200
11880
15000
—
11 alcool metilico
560 1330
1750
3550
13000
—
12 alcool isopropilico
630 2580
3540
5100
15000
—
13 acetone 540 790
1380
2800
— 16000
14 metiletilchetone
600 870
2500
5500
— 15750
15 acetato di metile
560 1160
3800
6800
14100
—

ESEMPIO 16

Conformemente al metodo dell’esempio 1, l’acetato di alluminio solubile è stato usato al posto dell’allume di potassio.

Il gel rimasto su uno schermo a 8 maglie per filtrazione effettuata 5 minuti dopo la preparazione pesava solo 7 g, e non era un solido massiccio ma uniformemente gonfiato. Le variazioni di viscosità del sistema, che hanno accompagnato il progresso della gelificazione, sono riportate nella tabella 5.

TABELLA 5

Tempo dopo che la preparazione 0,25 1 2 3 96 è stata sentita per stare (ore) viscosità del sistema 620 2450 10500 12400 18500 (cps, 25° C.)

ESEMPI 17-19

Cloruro rameico (CuCl2.2H2 O) (0,5 g) è stato sciolto in acqua (100 g). A questa soluzione acquosa di cloruro rameico, ciascuno dei seguenti tre tipi di carbossimetilcellulosa di sodio con viscosità diverse tra loro (2,5 g) dispersa in glicerolo (10 g) è stata aggiunta mescolando delicatamente la soluzione.

In questo caso, non si è formata alcuna massa parzialmente solida e si è verificata una gelificazione uniforme. Le variazioni di viscosità del sistema, che hanno accompagnato il progresso della gelificazione, sono riportate nella tabella 6.

TABELLA 6

Sodio carbossimetilcellulosa Viscosità (cps) Esempio Viscosità dell’1% acquosa dopo la preparazione No. soluzione DS 0,25 ore 48 ore

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

ESEMPIO 20

Conformemente al metodo dell’esempio 18, è stato usato cloruro ferrico (FeCl3.6H2 O) invece del cloruro rameico.

Anche in questo caso, è stato confermato che non si è formata alcuna massa solida e si è verificata una gelificazione uniforme.

ESEMPIO 21

La caolina (10 g) e l’allume di potassio (1 g) sono stati aggiunti all’acqua (119 g) e mescolati. Alla sospensione ottenuta, è stata aggiunta la carbossimetilcellulosa di sodio (DS=1,25, η=35 cps) (10 g) dispersa in glicerolo (60 g), mescolando delicatamente.

Nessun gel solido massiccio si è formato e si è formato un gel uniforme con superficie e sezione molto liscia. I cambiamenti di viscosità del sistema, che hanno accompagnato il progresso della gelificazione, sono indicati nella tabella 7.

TABELLA 7

Tempo dopo che il preparato 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 è stato lasciato a riposo (ore) Viscosità del sistema 21000 46000 72000 120000 195000 710000 1750000 (cps, 25° C.)

ESEMPIO COMPARATIVO 2

La procedura dell’esempio 21 è stata eseguita utilizzando gli stessi componenti nelle stesse quantità, ma cambiando l’ordine di aggiunta. Cioè, la carbossimetilcellulosa di sodio (10 g) è stata sciolta in acqua (119 g) e, alla soluzione acquosa ottenuta, è stata aggiunta una miscela di caolino (10 g), glicerolo (60 g) e allume di potassio (1 g) mescolando delicatamente.

Una grande quantità di gel solido massiccio di 5-10 mmφ si è formata subito dopo la preparazione e si è verificata una gelificazione non uniforme. I cambiamenti di viscosità che hanno accompagnato il progresso della gelificazione sono mostrati nella tabella 8. Come si può vedere, le viscosità apparenti erano piuttosto basse rispetto a quelle dell’esempio 21 e il gel ottenuto era un gel non uniforme con un modello a isole.

TABELLA 8

Tempo dopo che il preparato 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 è stato lasciato a riposo (ore) viscosità del sistema 25000 24000 25000 26000 27000 47000 110000 (cps, 25° C.)

ESEMPIO 22

La carbossimetilcellulosa sodica (1 g) è stata dispersa in glicerolo (5 g) e la dispersione è stata aggiunta ad acqua (84 g) contenente cetilsolfato di sodio (0,1 g) e idrossido di calcio (0,5 g) mentre si agitava. Inoltre, alla miscela sono stati aggiunti tintura di benzoino (5 g), alcol etilico (5 g), fenolo (0,05 g) e profumo (0,5 g). Si è ottenuta una lozione cosmetica lattiginosa di gelatina uniforme.

ESEMPIO 23

Un colorante nero (1 g) (contenente piombo) e l’acido citrico (1 g) sono stati sciolti in acqua (65 g) e, alla soluzione, è stata aggiunta la carbossimetilcellulosa sodica (5 g) dispersa in alcol isopropilico (20 g) e l’acoolo benzilico (5 g). È stata ottenuta una tintura per capelli buona e appiccicosa.

ESEMPIO 24

La carbossimetilcellulosa sodica (3 g) e l’alcool polivinilico (7 g) sono stati dispersi in glicerolo (10 g) e alcool etilico (10 g), e la dispersione è stata aggiunta ad acqua (60 g) contenente allume (0,1 g) e profumo (0,5 g), mescolando. È stato ottenuto un buon pacchetto di bellezza, che ha formato un rivestimento uniforme con una superficie liscia, quando è stato steso su una lastra di vetro. Si staccava facilmente dopo essere stato asciugato.

ESEMPIO 25

Fosfato di calcio (diidrato) (45 g), sorbitolo (10 g), laurilsolfato di sodio (2 g), anidride silicica (2 g), idrossido di alluminio (0,2 g) e profumo (1 g) sono stati aggiunti ad acqua (3 g), e alla miscela è stata aggiunta una dispersione di carbossimetilcellulosa di sodio (1 g) in glicerolo (10 g). Il prodotto ottenuto era di buona qualità per la pasta dentifricia, avendo una superficie e una sezione molto liscia e lucida.