BAZELE INVENȚIEI

1. Domeniul invenției

Prezenta invenție se referă la compoziții stabile de gel care conțin o sare hidrosolubilă de carboximetilceluloză (abreviată în continuare CMC), în special la compoziții de gel uniforme și stabile care conțin CMC și care sunt utile în numeroase scopuri, inclusiv pentru prepararea de medicamente, produse cosmetice și altele asemenea, precum și la un procedeu de preparare a unor astfel de compoziții.

2. Scurtă descriere a tehnicii anterioare

Este cunoscut faptul că CMC este precipitat sau gelatinat prompt de majoritatea sărurilor metalice polivalente. Cu toate acestea, în multe cazuri, produsul se transformă în precipitații fibroase sau granulare sau în precipitații masive solide și astfel întregul sistem devine neuniform, ceea ce este departe de un gel uniform, cum ar fi jeleul konnyaku (jeleu de limbă a diavolului) sau budinca.

Pentru formarea unui gel uniform de macromolecule sintetice, există un procedeu cunoscut în care se utilizează un agent de gelifiere care este greu solubil în apă, cum ar fi acetatul de aluminiu bazic, (brevetul japonez deschis nr. Sho 54-106598). Cu toate acestea, atunci când acest procedeu cunoscut este aplicat la CMC, CMC se gelifică pe suprafața agentului de gelifiere pentru a forma un gel masiv mare și întregul sistem rezultă, în multe cazuri, neuniform. Mai mult decât atât, nu există multe săruri metalice polivalente diferite care sunt greu solubile în apă. De asemenea, este posibil să se mărească vigoarea agitației la amestecarea agentului de gelifiere. Totuși, pentru a mări agitarea, este necesar un aparat special de agitare puternic. În plus, produsul obținut printr-o astfel de agitare puternică se dovedește, în urma unei inspecții microscopice, a fi doar un produs destul de neuniform, în care precipitații masivi solizi sunt împărțiți și dispersați sub formă de granule fine.

Am găsit, după ce am studiat procedeele de gelificare uniformă a CMC, un procedeu de preparare a unui gel de CMC foarte uniform și stabil, fără a utiliza un aparat special de agitare puternică, prin reacția CMC cu o varietate de săruri metalice polivalente solubile în apă, și am confirmat că gelul de CMC astfel obținut este aplicabil pentru multe utilizări practice, inclusiv preparate de medicamente, cosmetice și altele asemenea.

Afară de aceasta, am reușit să obținem un gel de CMC foarte uniform și stabil, lipsit de masă solidă sau de precipitate, prin adăugarea de CMC umezit de sau dispersat într-un lichid organic hidrofil compatibil cu apa într-o soluție apoasă care conține o sare metalică polivalentă solubilă în apă.

Se consideră că gelifierea CMC de către o sare de metal polivalent este, în esență, o reacție de reticulare prin legături ionice între grupele carboxil ale moleculei de CMC și ionii de metal polivalent. Într-o soluție apoasă preparată prin dizolvarea CMC în apă, aproape toate moleculele de CMC sunt dispersate și dizolvate uniform în apă și, prin urmare, grupările carboxil ale CMC se află într-o stare foarte reactivă prin disocierea, de exemplu, a ionilor de sodiu. Prin urmare, atunci când la o astfel de soluție apoasă de CMC se adaugă o sare metalică polivalentă solubilă în apă dizolvată în apă sau sub formă de pulbere, se formează în parte precipitații solide masive, iar gelul obținut nu este uniform, deoarece viteza de gelifiere a CMC cu sarea metalică este mult mai mare decât viteza de difuzie a sării metalice. Gelarea nu este uniformă atunci când se adaugă o soluție apoasă de CMC la o soluție apoasă de sare metalică polivalentă, din același motiv.

Pe de altă parte, nu se produce deloc precipitare și nici gelifiere atunci când CMC și o sare metalică polivalentă solubilă în apă sunt adăugate la un lichid organic hidrofil. Acest lucru se datorează faptului că CMC nu este dizolvat și nu este disociat în ioni formatori de sare. Numai atunci când se adaugă apă la un astfel de amestec, CMC se dizolvă și reacționează cu sarea metalică pentru a forma un gel. Totuși, și în acest caz, gelul obținut nu este uniform.

Am stabilit acum că este necesar ca viteza de difuzie a CMC și a sării metalice în sistem să fie mai mare decât viteza de dizolvare a CMC în apă și viteza de reacție a CMC cu sarea metalică și am constatat că lichidele organice sunt disponibile ca agent pentru a întârzia dizolvarea și gelifierea CMC.

Acest lucru înseamnă că particulele de CMC a căror suprafață este acoperită cu un lichid organic hidrofil nu se dizolvă sau nu se gelifică rapid atunci când sunt adăugate la o soluție apoasă care conține o sare metalică. În acest caz, are loc mai întâi înlocuirea lichidului organic cu apă și durează de la câteva secunde până la câteva zeci de secunde. Apoi, particulele de CMC acoperite cu apă sunt dispersate și dizolvate în apă de la suprafața lor, iar moleculele de CMC sunt dizolvate. Moleculele de CMC astfel dizolvate reacționează instantaneu cu ionii metalici polivalenți și are loc gelifierea. Astfel, există o perioadă de timp de câteva zeci de secunde sau mai mult până când are loc gelifierea, după adăugarea CMC-ului dispersat într-un lichid organic hidrofil în soluția apoasă de sare metalică polivalentă și, în consecință, devine posibil să se efectueze o dispersie și o amestecare uniformă pentru o astfel de perioadă de timp, fără a se utiliza un aparat special de agitare puternic, pentru a obține un gel uniform și stabil.

REZUMATUL INVENȚIEI

Prezenta invenție oferă compoziții stabile de gel care cuprind o sare hidrosolubilă de carboximetilceluloză umezită sau dispersată într-un lichid organic hidrofil și o soluție apoasă care conține o sare metalică polivalentă hidrosolubilă, și un procedeu de preparare a unor compoziții stabile de gel care cuprinde adăugarea unei săruri hidrosolubile de carboximetilceluloză umezită de sau dispersată într-un lichid organic hidrofil la o soluție apoasă care conține o sare de metal polivalent solubilă în apă, pentru a obține o compoziție de gel uniformă.

Compozițiile stabile de gel din prezenta invenție sunt utile în multe scopuri, inclusiv pentru prepararea de medicamente, produse cosmetice și altele asemenea.

DESCRIEREA MODALITĂȚILOR DE REALIZARE PREFERITE

Prezenta invenție va fi acum explicată în detaliu, cu referire la realizările preferate.

Deși nu există o limitare specială pentru fiecare componentă a compozițiilor din prezenta invenție, deoarece acestea sunt aplicabile pentru o varietate de utilizări, cele patru componente; apă, sare de metal polivalent solubilă în apă, lichid organic hidrofil și sare de carboximetilceluloză solubilă în apă, sunt esențiale pentru compozițiile din prezenta invenție. Pe lângă aceste patru componente esențiale, în compozițiile din prezenta invenție se pot adăuga unul, două sau mai multe ingrediente care sunt necesare pentru utilizarea fiecărei compoziții, adică ingredientul principal și/sau ingredientele auxiliare.

Ca sare hidrosolubilă a carboximetilcelulozei (CMC) utilizată în prezenta invenție, pot fi menționate, de exemplu, carboximetilceluloza de sodiu, carboximetilceluloza de potasiu, carboximetilceluloza de amoniu și altele asemenea. Nu există nicio limitare specială în ceea ce privește gradul de substituție a carboximetilului (DS) și vâscozitatea (gradul de polimerizare) a CMC, atâta timp cât aceasta este solubilă în apă. CMC-ul poate fi selectat dintre cele care au un grad de substituție cuprins între 0,3 și 2,8 și o vâscozitate cuprinsă între aproximativ 500 cps pentru o soluție apoasă de 10% și aproximativ 500 cps pentru o soluție apoasă de 1%, în conformitate cu utilizarea și scopul preconizat. De asemenea, nu există nicio limitare specială în ceea ce privește dimensiunea granulară a CMC. Se poate folosi orice pulbere fină disponibilă în comerț care trece printr-o sită de 80 de ochiuri și granule grosiere de 30-80 de ochiuri.

Ca sare metalică polivalentă solubilă în apă utilizată în prezenta invenție, pot fi menționate sărurile de aluminiu, cum ar fi acetatul de aluminiu (solubil, sau bazic), sulfatul de aluminiu, alunul de potasiu, clorura de aluminiu etc., sărurile de fier, cum ar fi clorura feroasă, clorura ferică, sulfatul feric etc., sărurile cuprice, cum ar fi clorura cuprică, sulfatul cupric etc., precum și alte săruri anorganice sau organice de magneziu, săruri de bariu, săruri de calciu, săruri de mangan, săruri de cadmiu, cromați, titanate, antimonați și așa mai departe. Oricare sau un amestec de două sau mai multe dintre aceste săruri de metale polivalente solubile în apă se selectează și se utilizează în funcție de utilizarea finală a compoziției obținute. Este de dorit să se selecteze o vânzare netoxică, atunci când compoziția este utilizată ca medicament.

Ca lichid organic hidrofil utilizat în prezenta invenție, pot fi menționați polioli alifatici, cum ar fi glicerolul, 1,3-butandiolul, 1,4-butandiolul, propandiolul, etilenglicolul, polietilenglicolul etc., alcooli alifatici, cum ar fi alcoolul metilic, alcoolul etilic, alcoolul propilic, alcoolul butilic etc., cetone alifatice, cum ar fi acetona, metil-etilcetona etc., esteri de acizi alifatici, cum ar fi acetatul de metil, formatul de etil, propionatul de etil etc., precum și alte lichide organice compatibile cu apa. Se poate folosi oricare dintre aceste lichide organice hidrofile sau un amestec de două sau mai multe dintre ele.

Nu există nici o limitare specială în ceea ce privește raportul dintre fiecare component în compozițiile de gel din prezenta invenție, care poate fi diferit în funcție de utilizarea prevăzută a compozițiilor individuale. Cu toate acestea, raportul se încadrează în general în următorul interval. Sarea metalică polivalentă solubilă în apă cuprinde 0,01-50 părți în greutate, iar sarea solubilă în apă de carboximetilceluloză (CMC) cuprinde 0,01-50 părți în greutate, la 100 părți în greutate de apă, iar raportul în greutate al lichidului organic hidrofil/CMC se încadrează în intervalul 0,2-100.

Când cantitatea de sare de metal polivalent solubil în apă adăugată la 100 părți în greutate de apă este mai mică de 0,01 părți în greutate, gradul de gelifiere nu este suficient. Limita sa superioară este, de obicei, de aproximativ 50 de părți în greutate, deși depinde de solubilitatea în apă a sării de metal polivalent solubile în apă. Gelifierea nu este suficientă nici atunci când cantitatea de CMC este mai mică de 0,01 părți în greutate la 100 de părți în greutate de apă, în timp ce mai mult de 50 de părți în greutate de CMC nu dau un gel uniform. În cazul în care raportul în greutate dintre lichidul organic hidrofil și CMC este mai mic de 0,2, gelul rezultat are tendința de a deveni neuniform, în timp ce un raport mai mare de 100 nu dă un gel cu duritatea dorită.

Ca exemple de utilizări sau de obiecte la care se aplică prezenta invenție pot fi menționate o mare varietate de obiecte, inclusiv medicamente, cum ar fi bazele pentru stupefiante, bazele pentru cataplasme, bazele pentru geluri analgezice/anti-flogistice/antispastice pentru uz extern, bazele pentru aromatice, etc,; produse cosmetice, cum ar fi cremă de bază cosmetică, cremă de condiționare a pielii, cremă de estompare, cremă rece, baze pentru împachetări de înfrumusețare, pastă de dinți, cremă de bărbierit, agent de bărbierit permanent, manichiură, pastă de pudră, fard de obraz, vopsea de păr, eyeliner, loțiune de fixare a părului, etc.aditivi pentru alimente, cum ar fi budinca, jeleurile etc.; agenți de conservare a fluxului de noroi pentru lucrări de inginerie civilă sau pentru forarea puțurilor de petrol; electroliți de gel pentru baterii; agenți de acoperire pentru sârme și cabluri; și așa mai departe. În fiecare dintre aceste utilizări, se poate forma un gel foarte uniform în conformitate cu prezenta invenție.

În aplicarea practică a compoziției de gel din prezenta invenție la aceste obiecte, în compoziție se adaugă ingredientul principal și/sau ingredientul auxiliar necesar pentru fiecare obiect. De exemplu, în cazul cataplasmelor, se poate folosi pulbere de caolin ca ingredient principal și acid boric, salicilat de metil, ulei de mentă și timol, ca ingrediente auxiliare, și este de dorit să se folosească glicerolul ca lichid organic hidrofil. În cazul gelurilor medicinale pentru uz extern, se pot utiliza medicamente cu activitate analgezică, antiflogistică sau antispasmodică ca ingredient principal, la care se poate adăuga un ingredient auxiliar, cum ar fi o substanță aromatică.

În cazul unui ambalaj de înfrumusețare, se poate folosi ca ingredient principal alb de zinc, caolin, parafină lichidă, alcool polivinilic etc., iar ca ingredient auxiliar parfumuri, conservanți etc.

Deși au fost menționate mai sus două sau trei exemple reprezentative, orice ingredient principal și ingredient auxiliar pentru acesta care sunt cunoscute în domeniul fiecărei utilizări date pot fi selectate în mod corespunzător și utilizate într-un raport cunoscut în același domeniu.

Prezenta invenție este explicată în continuare în detaliu în următoarele exemple. Cu toate acestea, invenția nu este limitată la aceste exemple.

EXEMPLU 1

Alunul de potasiu (0,5 g) a fost dizolvat în apă (200 g). Carboximetilceluloza de sodiu (DS=0,85, vâscozitatea soluției apoase de 1% η=100 cps) (2 g) a fost umezită cu glicerol (greutate specifică=1,252) (10 g) și apoi a fost adăugată la soluția apoasă de alun de potasiu de mai sus în timp ce se agită ușor cu o tijă de sticlă.

Nu s-a format deloc o masă parțial solidă, iar vâscozitatea a crescut fără probleme, așa cum se arată în tabelul 1, în timp ce sistemul a fost lăsat să stea în repaus. Gelifierea a progresat în timp ce sistemul a fost menținut sub formă de soluție. După ce a stat în repaus peste noapte, gelul format nu a prezentat nicio sinergie și a fost un gel oarecum elastic și uniform.

Pentru o comparație a uniformității gelului, un alt preparat a fost preparat în aceleași condiții ca cele menționate mai sus și, după 5 minute, preparatul a fost filtrat cu un filtru cu ochiuri de 8 ochiuri. Doar 6 g au rămas pe filtru și 205 g au trecut prin el. Mai mult, gelul rămas pe filtrul de 8 ochiuri nu era unul masiv și solid, ci era umflat foarte uniform.

TABELUL 1

Timp după ce preparatul 0,25 1 2 3 20 a fost lăsat să stea în repaus (ore) Vâscozitatea sistemului 320 660 2.300 2.950 13.500 (cps, 25° C.)

EXEMPLU COMPARATIV 1

Carboximetilceluloză de sodiu (DS=0.85, η=100 cps) (2 g) a fost dizolvată în apă (190 g) și, la soluție s-a adăugat alaun de potasiu (0,5 g) dizolvat în apă (10 g) în timp ce se agită ușor în același mod ca în exemplul 1.

S-a format o cantitate mare de gel masiv parțial solid imediat după adăugare, iar sistemul a avut ca rezultat un gel substanțial neuniform. Deși vâscozitatea sistemului a crescut pe măsură ce a trecut timpul în care a fost lăsat în repaus, gelul masiv format la preparare a rămas așa cum era și întregul sistem a fost un gel neuniform cu model de insulă chiar și după o noapte.

Pentru compararea uniformității gelului, preparatul a fost limpezit cu o sită cu ochiuri de 8 imediat după ce (după 5 minute) a fost preparat. Gelul masiv solid rămas pe ecran a fost de 60 g. Astfel, gelul rezultat nu a fost unul uniform, destul de diferit de cel obținut în exemplul 1.

EXEMPLELE 2-4

În conformitate cu metoda din Exemplul 1, au fost examinate și alte tipuri de carboximetilceluloze de sodiu. Carboximetilceluloza de sodiu utilizată în fiecare exemplu a fost după cum urmează:

CMC Exemplul DS Vâscozitatea soluției apoase de 1%

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

De asemenea, în cazul acestor carboximetilceluloze de sodiu, cantitatea de gel rămasă pe un filtru cu ochiuri 8 prin filtrarea efectuată la 5 minute după preparare a fost destul de mică, așa cum se arată în tabelul 2 de mai jos, adică a avut loc o gelifiere destul de uniformă.

TABELUL 2

Exemplul nr. 2 3 4

Cantitatea de gel 3 4 0.5
pe ecran (g)

EXEMPLUL 5

În conformitate cu metoda de la Exemplul 1, s-a folosit 1,3-butandiol în loc de glicerol.

De asemenea, și în acest caz, nu s-a format o masă solidă imediat după preparare, ca în exemplul 1. Vâscozitatea a crescut lin, așa cum se arată în tabelul 3, iar gelul format a fost unul uniform, neprezentând sinureză.

TABELUL 3

Timp după ce preparatul 0,25 1 2 3 3 96 a fost lăsat să stea în repaus (ore) Vâscozitatea sistemului 1150 7930 12300 14900 18000 (cps, 25° C.)

EXEMPLELE 6-15

În conformitate cu metoda din exemplul 5, au fost examinate și alte lichide organice hidrofile. Tipurile de solvenți utilizați și modificările de vâscozitate care însoțesc gelifierea sunt prezentate în tabelul 4. În toate aceste cazuri, de asemenea, a avut loc o gelifiere uniformă.

TABELUL 4

Vâscozitatea (cps) la fiecare moment după ce preparatul organic hidrofil a fost lăsat să stea în repaus (oră) Nr. lichid folosit 0.25 1 2 3 24 96

6 1,4-butandiol
790 4450
10100
11600
— 17000
7 etilenglicol
830 5600
10140
11100
14960
—
8 polyethylene glycol #200
1160
5900
10300
10800
15100
—
9 polietilenglicol #400
880 2700
7500
9500
15000
—
10 polietilenglicol #600
980 6650
10200
11880
15000
-…
11 alcool metilic
560 1330
1750
3550
13000
—
12 alcool izopropilic
630 2580
3540
5100
15000
—
13 acetonă 540 790
1380
2800
— 16000
14 metil-etil-cetonă
600 870
2500
5500
— 15750
15 acetat de metil
560 1160
3800
6800
14100
…-

EXEMPLUL 16

În conformitate cu metoda din exemplul 1, s-a folosit acetat de aluminiu solubil în loc de alaun de potasiu.

Gelul rămas pe un filtru cu ochiuri 8 prin filtrare efectuată la 5 minute după preparare cântărea doar 7 g și nu era unul masiv și solid, ci unul umflat uniform. Modificările de vâscozitate ale sistemului, care au însoțit evoluția gelifierii, sunt prezentate în tabelul 5.

TABELUL 5

Timpul după ce preparatul 0,25 1 2 3 96 a fost simțit să stea (ore) vâscozitatea sistemului 620 2450 10500 12400 18500 (cps, 25° C.)

EXEMPLELE 17-19

Clorura cuprică (CuCl2.2H2 O) (0,5 g) a fost dizolvată în apă (100 g). La această soluție apoasă de clorură cuprică s-a adăugat fiecare dintre următoarele trei tipuri de carboximetilceluloză de sodiu cu vâscozități diferite între ele (2,5 g) dispersate în glicerol (10 g), în timp ce se agită ușor soluția.

În acest caz, nu s-a format deloc o masă parțial solidă și a avut loc o gelifiere uniformă. Modificările de vâscozitate ale sistemului, care au însoțit evoluția gelifierii, sunt prezentate în tabelul 6.

TABELUL 6

Carboximetilceluloză de sodiu Vâscozitate (cps) Exemplu Vâscozitatea soluției apoase de 1% după preparare Nr. soluție 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

EXEMPLUL 20

În conformitate cu metoda de la Exemplul 18, s-a folosit clorură ferică (FeCl3.6H2 O) în loc de clorură cuprică.

În acest caz, de asemenea, s-a confirmat că nu s-a format nicio masă solidă și că a avut loc o gelifiere uniformă.

EXEMPLU 21

Caolin (10 g) și alun de potasiu (1 g) au fost adăugate în apă (119 g) și amestecate. La suspensia obținută s-a adăugat carboximetilceluloză de sodiu (DS=1,25, η=35 cps) (10 g) dispersată în glicerol (60 g), în timp ce se agită ușor.

Nu s-a format deloc un gel masiv solid și s-a format un gel uniform cu suprafață și secțiune foarte netede. Modificările vâscozității sistemului, care au însoțit evoluția gelifierii, sunt prezentate în tabelul 7.

TABELUL 7

Timp după ce preparatul 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 a fost lăsat să stea în repaus (ore) Vâscozitatea sistemului 21000 46000 72000 120000 195000 710000 1750000 (cps, 25° C.)

EXEMPLU COMPARATIV 2

Procedura de la Exemplul 21 a fost efectuată folosind aceleași componente în aceleași cantități, dar schimbând ordinea de adăugare. Adică, carboximetilceluloza de sodiu (10 g) a fost dizolvată în apă (119 g) și, la soluția apoasă obținută, s-a adăugat un amestec de caolin (10 g), glicerol (60 g) și alaun de potasiu (1 g) în timp ce se agită ușor.

S-a format o cantitate mare de gel masiv solid având 5-10 mmφ imediat după preparare și a avut loc o gelifiere neuniformă. Modificările de vâscozitate care au însoțit evoluția gelifierii sunt prezentate în tabelul 8. După cum se poate observa din acesta, vâscozitățile aparente au fost destul de scăzute în comparație cu cele din exemplul 21, iar gelul obținut a fost un gel neuniform cu un model de insulă.

TABELUL 8

Timp după ce preparatul 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 a fost lăsat să stea în repaus (ore) vâscozitatea sistemului 25000 24000 25000 26000 27000 47000 110000 (cps, 25° C.)

EXEMPLU 22

Carboximetilceluloza de sodiu (1 g) a fost dispersată în glicerol (5 g) și dispersia a fost adăugată la apă (84 g) care conține cetilsulfat de sodiu (0,1 g) și hidroxid de calciu (0,5 g) în timp ce se agită. În continuare, în amestec s-au adăugat tinctură de benzoină (5 g), alcool etilic (5 g), fenol (0,05 g) și parfum (0,5 g). S-a obținut o loțiune cosmetică lăptoasă de gelatină uniformă.

EXEMPLU 23

Un colorant negru (1 g) (care conține plumb) și acid citric (1 g) au fost dizolvate în apă (65 g) și, la soluție, s-a adăugat carboximetilceluloză de sodiu (5 g) dispersată în alcool izopropilic (20 g) și benzil achool (5 g). S-a obținut o vopsea de păr bună și lipicioasă.

EXEMPLU 24

Carboximetilceluloza de sodiu (3 g) și alcoolul polivinilic (7 g) au fost dispersate în glicerol (10 g) și alcool etilic (10 g), iar dispersia a fost adăugată la apă (60 g) care conține alun (0,1 g) și parfum (0,5 g), în timp ce se agită. S-a obținut un ambalaj de înfrumusețare bun, care a format un strat uniform având o suprafață netedă, atunci când a fost întins pe o placă de sticlă. S-a desprins ușor după ce a fost uscat.

EXEMPLU 25

Fosfat de calciu (dihidrat) (45 g), sorbitol (10 g), laurilsulfat de sodiu (2 g), anhidridă silicică (2 g), hidroxid de aluminiu (0,2 g) și parfum (1 g) au fost adăugate în apă (3 g), iar la amestec s-a adăugat în continuare o dispersie de carboximetilceluloză de sodiu (1 g) în glicerol (10 g). Produsul obținut a fost de bună calitate pentru pasta de dinți, având o suprafață și o secțiune foarte netede și lucioase.