BAKGRUND TILL UPPFINNINGEN

1. Uppfinningens område

Denna uppfinning avser stabila gelkompositioner som innehåller ett vattenlösligt salt av karboximetylcellulosa (hädanefter förkortat CMC), särskilt enhetliga och stabila gelkompositioner som innehåller CMC och som är användbara för många ändamål, inklusive beredning av läkemedel, kosmetika och liknande, samt en process för framställning av sådana kompositioner.

2. Kort beskrivning av tidigare teknik

Det är känt att CMC fälls ut eller geleras snabbt av de flesta polyvalenta metallsalter. I många fall blir produkten dock fibrösa eller granulära utfällningar eller fasta massiva utfällningar och så blir hela systemet ojämnt vilket är långt ifrån en jämn gel som konnyaku jelly (djävulstungelgelé) eller pudding.

För att bilda en enhetlig gel av syntetiska makromolekyler finns det en känd process där det används ett geleringsmedel som är svårlösligt i vatten, t.ex. basisk aluminiumacetat, (japanskt patent Laid-open nr Sho 54-106598). När denna kända process tillämpas på CMC geleras dock CMC på geleringsmedlets yta för att bilda en stor massiv gel och hela systemet blir i många fall ojämnt. Dessutom finns det inte många olika sådana polyvalenta metallsalter som är svårlösliga i vatten. Det är också möjligt att öka omrörningens styrka vid blandning av geleringsmedlet. För att öka omrörningen krävs dock en speciell kraftfull omrörningsapparat. Den produkt som erhålls genom en sådan kraftig omrörning visar sig dessutom vid en mikroskopisk undersökning vara en ganska ojämn produkt där fasta massiva utfällningar delas upp i och sprids i form av fina korn.

Vi har, efter att ha studerat processer för jämn gelering av CMC, funnit en process för att framställa en mycket jämn och stabil CMC-gel, utan att använda någon speciell kraftfull omrörningsapparat, genom att låta CMC reagera med en mängd olika vattenlösliga polyvalenta metallsalter, och vi har bekräftat att den CMC-gel som erhålls på detta sätt kan användas för många praktiska ändamål, bland annat för beredningar av mediciner, kosmetika och liknande.

Det vill säga, vi har lyckats få en mycket enhetlig och stabil CMC-gel utan fast massa eller utfällningar, genom att tillsätta CMC som är fuktad av eller dispergerad i en hydrofil organisk vätska som är kompatibel med vatten till en vattenlösning som innehåller ett vattenlösligt polyvalent metallsalt.

Det anses att gelering av CMC med ett polyvalent metallsalt i huvudsak är en tvärbindningsreaktion genom joniska bindningar mellan CMC-molekylens karboxylgrupper och de polyvalenta metalljonerna. I en vattenlösning som framställs genom att lösa CMC i vatten är nästan alla CMC-molekyler jämnt utspridda och lösta i vatten, vilket innebär att CMC:s karboxylgrupper befinner sig i ett mycket reaktivt tillstånd genom dissociation av t.ex. natriumjoner. När ett vattenlösligt polyvalent metallsalt löst i vatten eller i form av pulver tillsätts till en sådan vattenhaltig CMC-lösning bildas därför delvis fasta massiva utfällningar och den gel som erhålls är inte enhetlig, eftersom CMC:s geleringshastighet med metallsaltet är mycket högre än metallsaltets diffusionshastighet. Gelbildningen är inte enhetlig när en vattenlösning av CMC tillsätts till en vattenlösning av ett polyvalent metallsalt, av samma anledning.

Å andra sidan sker varken utfällning eller gelering alls när CMC och ett vattenlösligt polyvalent metallsalt tillsätts till en hydrofil organisk vätska. Detta beror på att CMC inte löses upp och inte dissocieras till saltbildande joner. Det är först när vatten tillsätts till en sådan blandning som CMC löses upp och reagerar med metallsaltet för att bilda en gel. Även i detta fall är den gel som erhålls dock inte enhetlig.

Vi har nu fastställt att det är nödvändigt att göra spridningshastigheten för CMC och metallsalt i systemet högre än CMC:s upplösningshastighet i vatten och CMC:s reaktionshastighet med metallsalt, och funnit att organiska vätskor finns tillgängliga som ett medel för att fördröja CMC:s upplösning och gelbildning.

Det innebär att CMC-partiklar vars yta är täckt med en hydrofil organisk vätska inte snabbt löses upp eller geleras när de tillsätts till en vattenlösning som innehåller ett metallsalt. I detta fall sker först en substitution av den organiska vätskan med vatten, och det tar från flera sekunder till flera tiotals sekunder. Därefter sprids och löses CMC-partiklarna som är täckta med vatten i vattnet från deras yta, och CMC-molekylerna löses upp. CMC-molekylerna reagerar omedelbart med de polyvalenta metalljonerna och gelering sker. Det går alltså flera tiotals sekunder eller mer tills gelering sker efter tillsättningen av CMC i en hydrofil organisk vätska till den vattenhaltiga lösningen av polyvalenta metallsalter, och det blir därför möjligt att åstadkomma en jämn spridning och blandning under en sådan tidsperiod, utan att använda någon speciell kraftfull omrörningsapparat, för att erhålla en jämn och stabil gel.

SAMMANFATTNING AV INVENTIONEN

Denna uppfinning tillhandahåller stabila gelkompositioner som omfattar ett vattenlösligt salt av karboximetylcellulosa som är vätskat av eller dispergerat i en hydrofil organisk vätska och en vattenlösning som innehåller ett vattenlösligt polyvalent metallsalt, och en process för framställning av stabila gelkompositioner som omfattar tillsättning av ett vattenlösligt salt av karboximetylcellulosa som fuktats av eller dispergerats i en hydrofil organisk vätska till en vattenlösning som innehåller ett vattenlösligt polyvalent metallsalt, för att erhålla en enhetlig gelkomposition.

De stabila gelkompositionerna enligt denna uppfinning är användbara för många ändamål, inklusive beredning av läkemedel, kosmetika och liknande.

BESKRIVNING AV DE FöRSKADE FÖRMÅLEN

Denna uppfinning kommer nu att förklaras i detalj, med hänvisning till de föredragna utförandena.

Och även om det inte finns någon särskild begränsning för varje komponent i kompositionerna i denna uppfinning eftersom de är tillämpliga för en mängd olika användningsområden, är de fyra komponenterna; vatten, vattenlösligt polyvalent metallsalt, hydrofil organisk vätska och vattenlösligt salt av karboximetylcellulosa, väsentliga för kompositionerna i denna uppfinning. Förutom dessa fyra viktiga komponenter kan en, två eller flera ingredienser som är nödvändiga för användningen av varje sammansättning, dvs. huvudingrediensen och/eller hjälpingredienserna, tillsättas till sammansättningarna enligt denna uppfinning.

Som vattenlösligt salt av karboximetylcellulosa (CMC) som används i denna uppfinning kan till exempel nämnas natriumkarboximetylcellulosa, kaliumkarboximetylcellulosa, ammoniumkarboximetylcellulosa och liknande. Det finns ingen särskild begränsning av substitutionsgraden av karboximetyl (DS) och CMC:s viskositet (polymerisationsgrad), så länge den är löslig i vatten. CMC kan väljas bland dem som har en substitutionsgrad inom intervallet 0,3-2,8 och en viskositet inom intervallet ca 500 cps per 10 % vattenlösning till ca 500 cps per 1 % vattenlösning, i enlighet med den avsedda användningen och syftet. Det finns ingen särskild begränsning av CMC:s kornstorlek. Alla kommersiellt tillgängliga fina pulver som passerar genom en sikt med en maskstorlek på 80 mesh och grova granulat med en maskstorlek på 30-80 mesh kan användas.

Som vattenlösligt polyvalent metallsalt som används i denna uppfinning kan nämnas aluminiumsalter såsom aluminiumacetat (lösligt eller basiskt), aluminiumsulfat, potassium alun, aluminiumklorid osv, järnsalter som järnklorid, järnklorid, järnsulfat etc., kopparsalter som kopparklorid, kopparsulfat etc. och andra oorganiska eller organiska magnesiumsalter, bariumsalter, kalciumsalter, mangansalter, kadmiumsalter, kromater, titanater, antimonater etc. Ett valfritt salt eller en blandning av två eller flera av dessa vattenlösliga polyvalenta metallsalter väljs och används i enlighet med den slutliga användningen av den erhållna sammansättningen. Det är önskvärt att välja en giftfri försäljning när kompositionen används som läkemedel.

Som hydrofil organisk vätska som används i denna uppfinning kan nämnas alifatiska polyoler såsom glycerol, 1,3-butandiol, 1,4-butandiol, propandiol, etylenglykol, polyetylenglykol osv, alifatiska alkoholer som metylalkohol, etylalkohol, propylalkohol, butylalkohol etc., alifatiska ketoner som aceton, metyletyletylketon etc., alifatiska syraestrar som metylacetat, etylformiat, etylpropionat etc. och andra organiska vätskor som är förenliga med vatten. En valfri eller en blandning av två eller flera av dessa hydrofila organiska vätskor kan användas.

Det finns ingen särskild begränsning av förhållandet mellan varje komponent i gelkompositionerna enligt denna uppfinning, vilket kan vara annorlunda i enlighet med den avsedda användningen av enskilda kompositioner. Förhållandet ligger dock i allmänhet inom följande intervall. Det vattenlösliga polyvalenta metallsaltet omfattar 0,01-50 viktdelar och det vattenlösliga saltet av karboximetylcellulosa (CMC) omfattar 0,01-50 viktdelar per 100 viktdelar vatten, och viktförhållandet mellan den hydrofila organiska vätskan/CMC ligger inom intervallet 0,2-100.

När mängden av den vattenlösliga polyvalenta metallsald som tillsätts till 100 viktdelar vatten är mindre än 0,01 viktdelar är graden av gelering inte tillräcklig. Den övre gränsen är vanligtvis cirka 50 viktdelar, även om den beror på lösligheten hos det vattenlösliga polyvalenta metallsaltet i vatten. Geleringen är inte heller tillräcklig när mängden CMC är mindre än 0,01 viktdelar per 100 viktdelar vatten, medan mer än 50 viktdelar CMC inte ger en jämn gel. När viktförhållandet mellan den hydrofila organiska vätskan och CMC är mindre än 0,2 finns det en tendens till att den resulterande gelen blir ojämn, medan ett förhållande på mer än 100 inte ger en gel med önskvärd hårdhet.

Som exempel på användningsområden eller objekt för vilka denna uppfinning tillämpas kan nämnas ett stort antal olika objekt, inklusive läkemedel såsom baser för stupes, baser för kataplasma, baser för smärtstillande/antiphlogistiska/antispasmodiska geler för utvärtes bruk, baser för aromatiska ämnen osv; Kosmetika, t.ex. baskräm för kosmetiska produkter, hudvårdskräm, försvagningskräm, kallkräm, baser för skönhetsförpackningar, tandkräm, rakkräm, permanenta vågringsmedel, manikyr, puderpasta, rouge för kinderna, hårfärgningsmedel, eyeliner, hårfixeringslotion osv.tillsatser för livsmedel som pudding, gelé osv., konserveringsmedel för slamströmmar för anläggningsarbeten eller oljeborrning, gelelektrolyter för batterier, beläggningsmedel för tråd och kabel osv. Vid var och en av dessa användningsområden kan en mycket enhetlig gel bildas enligt denna uppfinning.

I den praktiska tillämpningen av gelkompositionen enligt denna uppfinning för dessa objekt tillsätts den huvudingrediens och/eller den hjälpingrediens som är nödvändig för varje objekt till kompositionen. När det gäller till exempel kataplasmer kan kaolinpulver som huvudingrediens och borsyra, metylsalicylat, pepparmyntsolja och tymol som hjälpingredienser användas, och det är önskvärt att använda glycerol som den hydrofila organiska vätskan. När det gäller medicinska geler för utvärtes bruk kan läkemedel med analgetisk, antiphlogistisk eller antispasmodisk verkan användas som huvudbeståndsdel och en extra beståndsdel, t.ex. en aromatisk beståndsdel, kan tillsättas.

I fråga om en skönhetspackning kan zinkvitt, kaolin, flytande paraffin, polyvinylalkohol etc. användas som huvudingrediens och parfymer, konserveringsmedel etc. som hjälpingrediens.

Och även om två eller tre representativa exempel har nämnts ovan, kan alla huvudingredienser och hjälpingredienser för dessa som är kända inom området för varje givet användningsområde väljas på lämpligt sätt och användas i ett förhållande som är känt inom samma område.

Denna uppfinning förklaras närmare i följande exempel. Uppfinningen är dock inte begränsad till dessa exempel.

EXEMPEL 1

Kaliumaluminium (0,5 g) löstes upp i vatten (200 g). Natriumkarboximetylcellulosa (DS=0,85, viskositet i 1 % vattenlösning η=100 cps) (2 g) fuktades med glycerol (specifik vikt=1,252) (10 g) och tillsattes sedan till ovanstående vattenlösning av kaliumaluminium under försiktig omrörning med en glasstav.

Ingen delvis fast massa bildades alls och viskositeten ökade jämnt enligt tabell 1 medan systemet fick stå stilla. Geleringen fortskred medan systemet hölls i form av en lösning. Efter att ha stått över natten uppvisade den bildade gelen ingen syneres och var en något elastisk, enhetlig gel.

För att jämföra gelens enhetlighet framställdes en annan beredning under samma förhållanden som nämns ovan och efter 5 minuter filtrerades beredningen med en 8-maskig sil. Endast 6 g stannade kvar på silen och 205 g passerade genom silen. Dessutom var den gel som återstod på 8-maskig sikt inte en fast massiv gel, utan var mycket jämnt svälld.

TABELL 1

Tid efter det att preparatet 0,25 1 2 3 20 fått stå (timme) Systemets viskositet 320 660 2 300 2 950 13 500 (cps, 25° C.)

KOMPARATIVA EXEMPEL 1

Natriumkarboximetylcellulosa (DS=0.85, η=100 cps) (2 g) löstes i vatten (190 g) och till lösningen tillsattes kaliumaluminium (0,5 g) löst i vatten (10 g) under försiktig omrörning på samma sätt som i exempel 1.

En stor mängd av en delvis fast massiv gel bildades strax efter tillsatsen, och systemet resulterade i en i huvudsak ojämn gel. Även om systemets viskositet ökade med tiden som det stod stilla, förblev den massiva gel som bildades vid beredningen oförändrad och hela systemet var en olikformig gel med ö-mönster även efter en natt.

För att jämföra gelens enhetlighet filtrerades preparatet med en 8-maskig sil strax efter (efter 5 minuter) att det hade preparerats. Den fasta massiva gel som återstod på silen uppgick till 60 g. Den resulterande gelen var alltså inte enhetlig, helt annorlunda än den som erhölls i exempel 1.

EXAMPLEN 2-4

I enlighet med metoden i exempel 1 undersöktes andra typer av natriumkarboximetylcellulosa. Natriumkarboximetylcellulosa användes i varje exempel enligt följande:

CMC Exempel DS Viskositet i 1 % vattenlösning

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

Också när det gäller dessa natriumkarboximetylcelluloser var den mängd gel som återstod på en 8-maskig sil vid filtrering 5 minuter efter beredningen ganska liten, vilket framgår av följande tabell 2, det vill säga en ganska jämn gelering har skett.

TABELL 2

Exempel nr 2 3 4

Mängd gel 3 4 0.5
på skärmen (g)

EXEMPEL 5

I enlighet med metoden i exempel 1 användes 1,3-butandiol i stället för glycerol.

Även i detta fall bildades ingen fast massa strax efter beredningen, som i exempel 1. Viskositeten ökade jämnt enligt tabell 3, och den gel som bildades var en jämn gel som inte uppvisade någon syneres.

TABELL 3

Tid efter det att preparatet 0,25 1 2 3 96 fick stå (timme) Viskositet i systemet 1150 7930 12300 14900 18000 (cps, 25° C.)

EXAMPLEN 6-15

I enlighet med metoden i exempel 5 undersöktes andra hydrofila organiska vätskor. De typer av lösningsmedel som användes och de viskositetsförändringar som följde med geleringen visas i tabell 4. Även i alla dessa fall skedde en jämn gelering.

TABELL 4

Viskositet (cps) vid varje tidpunkt efter att den exempel Hydrofila organiska beredningen fått stå (timme) Ingen vätska används 0.25 1 2 3 24 96

6 1,4-butandiol
790 4450
10100
11600
— 17000
7 etylenglykol
830 5600
10140
11100
14960
—
8 polyethylene glycol #200
1160
5900
10300
10800
15100
—
9 polyetylenglykol #400
880 2700
7500
9500
15000
—
10 polyetylenglykol #600
980 6650
10200
11880
15000
—
11 Metylalkohol
560 1330
1750
3550
13000
—
12 Isopropylalkohol
630 2580
3540
5100
15000
—
13 Aceton 540 790
1380
2800
—- 16000
14 metyletylketon
600 870
2500
5500
— 15750
15 metylacetat
560 1160
3800
6800
14100
—

EXEMPEL 16

I enlighet med metoden i exempel 1, löslig aluminiumacetat användes i stället för kaliumaluminium.

Gelen som återstod på en 8-maskig sil vid filtrering utförd 5 minuter efter beredningen vägde endast 7 g, och det var inte en fast massiv utan en jämnt svälld gel. Förändringarna i systemets viskositet, som följde geleringens framskridande, visas i tabell 5.

TABELL 5

Tid efter det att preparatet 0,25 1 2 3 96 kändes stå (timme) systemets viskositet 620 2450 10500 12400 18500 (cps, 25° C.)

Exempel 17-19

Kupriklorid (CuCl2.2H2 O) (0,5 g) löstes i vatten (100 g). Till denna vattenlösning av kopparklorid tillsattes var och en av följande tre typer av natriumkarboximetylcellulosa med olika viskositet (2,5 g) dispergerad i glycerol (10 g) under försiktig omrörning av lösningen.

I detta fall bildades ingen delvis fast massa alls och en jämn gelering uppstod. Förändringarna i systemets viskositet, som följde geleringens utveckling, visas i tabell 6.

TABELL 6

Natriumkarboximetylcellulosa Viskositet (cps) Exempel Viskositet av 1 % vatten efter beredning nr DS-lösning 0,25 tim 48 tim

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

EXAMPLE 20

I enlighet med metoden i exempel 18 användes järnklorid (FeCl3.6H2 O) i stället för kopparklorid.

Även i detta fall bekräftades att ingen fast massa bildades och att en jämn gelering inträffade.

EXEMPEL 21

Kaolin (10 g) och kaliumaluminium (1 g) tillsattes till vatten (119 g) och blandades. Till den suspension som erhölls tillsattes under försiktig omrörning natriumkarboximetylcellulosa (DS=1,25, η=35 cps) (10 g) dispergerad i glycerol (60 g).

Ingen fast massiv gel bildades alls och en jämn gel med mycket slät yta och sektion bildades. Förändringarna i systemets viskositet, som följde med geleringens framskridande, visas i tabell 7.

TABELL 7

Tid efter det att preparatet 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 fått stå (tim) Viskositet i systemet 21000 46000 72000 120000 195000 710000 1750000 (cps, 25° C.)

KOMPARATIVA EXEMPEL 2

Förfarandet i exempel 21 utfördes med samma komponenter i samma mängder, men med ändrad tillsatsordning. Det vill säga, natriumkarboximetylcellulosa (10 g) löstes i vatten (119 g) och till den erhållna vattenlösningen tillsattes under försiktig omrörning en blandning av kaolin (10 g), glycerol (60 g) och kaliumaluminium (1 g).

En stor mängd fast massiv gel med 5-10 mmφ bildades strax efter beredningen och ojämn gelering uppstod. De viskositetsförändringar som följde med geleringen visas i tabell 8. Som framgår av detta var de synliga viskositeterna ganska låga jämfört med dem i exempel 21 och den gel som erhölls var en ojämn gel med ett ö-mönster.

TABELL 8

Tid efter det att preparatet 0,25 1 2,5 5 7,5 24 96 fått stå (timme) Systemets viskositet 25000 24000 25000 26000 26000 27000 47000 110000 (cps, 25°C).)

EXEMPEL 22

Natriumkarboximetylcellulosa (1 g) dispergerades i glycerol (5 g) och dispersionen tillsattes under omrörning till vatten (84 g) som innehöll natriumketylsulfat (0,1 g) och kalciumhydroxid (0,5 g). Vidare tillsattes tinktur av benzoin (5 g), etylalkohol (5 g), fenol (0,05 g) och parfym (0,5 g) till blandningen. En kosmetisk mjölkaktig lotion av jämn geléform erhölls.

EXEMPEL 23

En svart färgämne (1 g) (som innehåller bly) och citronsyra (1 g) löstes i vatten (65 g) och till lösningen tillsattes natriumkarboximetylcellulosa (5 g) dispergerad i isopropylalkohol (20 g) och bensylakohol (5 g). Ett bra, klibbigt hårfärgningsmedel erhölls.

EXEMPEL 24

Natriumkarboximetylcellulosa (3 g) och polyvinylalkohol (7 g) dispergerades i glycerol (10 g) och etylalkohol (10 g), och dispersionen tillsattes under omrörning till vatten (60 g) som innehöll alun (0,1 g) och parfym (0,5 g). En bra skönhetsförpackning erhölls, som bildade en jämn beläggning med en slät yta när den spreds på en glasplatta. Den var lätt att skala av efter torkning.

EXEMPEL 25

Kalciumfosfat (dihydrat) (45 g), sorbitol (10 g), natriumlaurylsulfat (2 g), kiselanhydrid (2 g), aluminiumhydroxid (0,2 g) och parfym (1 g) tillsattes till vatten (3 g), och till blandningen tillsattes ytterligare en dispersion av natriumkarboximetylcellulosa (1 g) i glycerol (10 g). Den erhållna produkten var av god kvalitet för tandkräm och hade en mycket slät och glansig yta och sektion.