Способ пропитки матрицы-носителя твердыми и/или жидкими соединениями с помощью сжатых газов и пропитанные таким способом материалы

Настоящее изобретение относится к области использования сжатых газов сверхкритических газов в качестве растворителей в различных химических процессах и химико-технических процессах, преимущественно в фармацевтической, агрохимической, косметической и технической областях. Задачей изобретения является обеспечение возможности эффективно транспортировать пропитывающий агент с поверхности внутрь матрицы-носителя, причем должен быть охвачен как можно более широкий спектр применения. Способ пропитки матрицы-носителя твердыми и/или жидкими соединениями с помощью сжатого газа (смеси газов) заключается в том, что твердые или жидкие соединения и нерастворимую матрицу-носитель приводят в контакт с помощью сжатого газа при плотности газа между 0,15 и 1,3 кг/л в течение, по меньшей мере, двух несимметрично протекающих последовательностей перемены давления (пульсаций). При каждой отдельной пульсации продолжительностью от по меньшей мере 5 секунд до 60 минут промежуток времени достижения максимума давления больше, чем промежуток времени снижения давления до минимума. В заявленном способе можно использовать большое число как пропитывающих агентов, таких как, например, биологически активные соединения, технические материалы или металлоорганические соединения, так и большое число матриц-носителей биологического происхождения, таких как органические или неорганические вещества, все, которые обладают большой и/или труднодоступной внутренней поверхностью. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности получения пропитанных материалов, внутренняя поверхность которых довольно однородно покрыта пропитывающим агентом. 2 н. и 16 з.п. ф-лы.

 

Предметом данного изобретения является способ пропитки матрицы-носителя твердыми и/или жидкими соединениями с помощью сжатого газа или газовой смеси и пропитанные таким образом материалы.

В последние 20 лет применение сжатых газов в качестве растворителей в промышленности значительно возросло. После того, как в 80-е годы основную роль играла экстракция натуральных веществ, как, например, способ декофеинизации, в 90-х годах потенциал использования сжатых газов сместился в сторону "материальной науки": так, в настоящее время сверхкритические газы стали использовать также в химических процессах для снижения вязкости растворов или для получения ультратонких частиц. В ближайшем будущем следует ожидать, что сверхкритические газы в большей степени найдут применение в химико-технических процессах.

Благодаря своим инертным свойствам, токсикологической безопасности, доступности, а также физическим и физико-химическим свойствам важную роль в технологии играет двуокись углерода в качестве сверхкритических растворителей (McHugh and Krukonis, Supercritical Fluid Extraction, 2-е изд. Butterworth-Heinemann, Boston, 1994).

Существенной мотивацией использования газов в сверхкритическом состоянии часто является их заметно более низкая вязкость в сравнении с "жидкими" растворителями, а также тот факт, что плотность в сверхкритическом состоянии можно непрерывно регулировать путем вариации рабочего давления в широком диапазоне. Так как плотность сверхкритического газа, упрощенно говоря, коррелируется с его растворяющей способностью, создаются идеальные предпосылки для проведения селективной экстракции или разделения веществ. Из техники известно и описано много примеров, в которых решающую роль играет селективность экстракции, особенно натуральных веществ, что оправдывает использование сверхкритических газов из экономических соображений (Stahl и др., Verdichtete Gase zur Extraktion und Raffination, Springer, Heidelberg, 1987).

Благодаря вышеперечисленным свойствам газы в сжатом состоянии можно использовать не только для селективной экстракции веществ, но также и для разделения веществ, особенно также для пропитки, т.е. нанесения так называемых "импрегнирующих агентов" на матрицу-носитель. При этом благодаря низкой вязкости важную роль играет диффузность сверхкритических газов, т.е. их способность очень легко проникать в "компактные" и трудно доступные матрицы. Путем целенаправленного регулирования растворяющих свойств пропитывающий агент довольно точно может осаждаться в матрице-носителе.

Из уровня техники известен способ, например как описано в патенте Германии DE 2127642, когда вначале из чая экстрагируют и собирают ароматические вещества, после этого из чая удаляют кофеин и в заключение ароматические вещества вновь вносят в декофеинированный чай ("подпитка"). При этом экстракцию ароматических веществ проводят сухой двуокисью углерода, в то время как экстракция кофеина происходит с помощью воды в качестве носителя (буксира). Внесение ароматических веществ в чайную матрицу технически просто, так как ароматическая фракция обладает очень хорошей растворимостью в двуокиси углерода и матрица чая легко доступна. К тому же, не имеет значения, как "глубоко" ароматические вещества проникают в матрицу, так как достаточно мало-мальски равномерного распределения на отдельных частицах чая.

Как приведено выше на примере, из уровня техники известны способы с использованием сверхкритических газов, при которых пропитывающий агент отлагается на матрице-носителе и при условии соответствующей растворимости пропитывающего агента в газе, а также легкой доступности матрицы-носителя он может быть внесен также в матрицу-носитель. Если же растворимость пропитывающего агента в газе незначительна и доступность матрицы-носителя ограничена, например, вследствие неудовлетворительного коэффициента распределения пропитывающего агента между газом и носителем, не существует удовлетворительного способа, чтобы экономически выгодно можно было вводить пропитывающий агент в матрицу-носитель. Под незначительной растворимостью понимают условия, когда для растворения 1 части пропитывающего агента требуется: 30-100 частей растворителя (мало растворим), 100-1000 частей (трудно растворим) и 1000 и более частей, особенно до 10 тысяч частей (очень трудно растворим).

Задачей данного изобретения в связи с этим было разработать способ пропитки матрицы-носителя твердыми или жидкими соединениями с помощью сжатых газов, при котором пропитывающий агент можно эффективно транспортировать с поверхности внутрь матрицы-носителя, причем должен быть покрыт (охвачен) как можно более широкий спектр применения.

Поставленная задача согласно изобретению решается тем, что твердое(ые) и/или жидкое(ие) соединение(я) (пропитывающий агент) и нерастворимая матрица-носитель приводятся в контакт с помощью сжатого газа (смеси газов) при плотности газа от, по меньшей мере, 0,15 до 1,3 кг/л за минимум 2, преимущественно как минимум 3, более преимущественно как минимум 5 и особенно преимущественно как минимум 10 несимметрично протекающих последовательностей перемены давления (пульсаций) таким образом, что при каждой пульсации, продолжительность которой составляет от минимум 5 секунд до 60 минут, преимущественно от минимум 50 секунд до 20 минут и особенно преимущественно от минимум 100 секунд до 10 минут, промежуток времени достижения максимального давления больше, чем промежуток времени снижения давления до минимума.

В данном способе используется различная растворимость пропитывающих агентов при различной плотности сжатых газов в области, близкой к критической, чтобы пропитывающий агент активно транспортировался с поверхности внутрь матрицы-носителя. Область, близкая к критической, в общем характеризуется пониженной температурой сжатого газа в пределах 0,9-1,5 и пониженным давлением в пределах 0,8-5, причем эти названные дифференциальные составляющие представляют собой отношение рабочей температуры или рабочего давления к критической температуре или к критическому давлению.

Особенностью способа согласно изобретению и особенно возможностей пульсации является возможность использования кинетического эффекта растворения для достижения активного транспортирования пропитывающего агента с поверхности внутрь матрицы-носителя: при повышении давления до сверхкритического состояния повышается собственно плотность газа и связанная с этим его растворяющая способность по отношению к пропитывающим агентам. Переход от низкой плотности газа к повышенной плотности приводит к инфлюкции газа в матрицу-носитель, причем особые преимущества дает высокая диффузность газовой системы в сверхкритическом состоянии. Далее было показано, что благодаря повышенной плотности газа одновременно пропитывающий агент лучше растворяется в газе и он за счет инфлюкции газа транспортируется внутрь матрицы. Как только исключаются эффекты адсорбции и распределения вещества в матрице при снижении плотности газа и снижении давления, пропитывающий агент за счет эффлюкции газа вновь выступает (выделяется) из матрицы. Этого можно избежать неожиданно тем, что промежуток времени снижения давления короче, чем промежуток времени повышения давления. За короткое время декомпрессии желаемый агент необратимо осаждается в матрице, в то время как при предшествующем более медленном повышении давления остается достаточно времени, чтобы пропитывающий агент растворился в газе (смеси газов) и вместе с ним проник в матрицу. Такой эффект невозможно было четко предвидеть.

Число пульсаций давления, продолжительность циклов пульсации, а также перепады (разность) давления и плотности выбираются, как правило, в зависимости от вида пропитывающего агента, матрицы-носителя, которую следует пропитать, от технических особенностей оборудования, а также от цели, в какой степени тот или иной пропитывающий агент должен быть распределен в матрицу/в матрице.

Согласно изобретению важно также, что промежуток времени достижения действительного пика максимума (t_{to max}) пульсации больше, чем промежуток времени снижения давления до пика минимум (t_{to min}):t_{to max}>t_{to min}. В зависимости от размеров рабочего оборудования продолжительность отдельной пульсации составляет, по меньшей мере, от 5 секунд до 60 минут, преимущественно, по меньшей мере, от 50 секунд до 20 минут и особенно предпочтительно от, по меньшей мере, 100 секунд до 10 минут. Технически целесообразным считается, когда t_{to max}≫t_{to min}, причем t_{to max} должен быть особенно в 5-30 раз, преимущественно в 9-25 раз больше, чем t_{to min}, так как тогда наиболее эффективно может подавляться обратный выход пропитывающего агента из матрицы-носителя. Кроме того, минимальный промежуток времени снижения давления или плотности может ограничиваться еще и тем, что при быстрой перемене давления матрица-носитель становится "нестабильной", т.е. повреждается и нарушается ее форма. Рабочий процесс можно все же эмпирически регулировать таким образом, чтобы исключить подобное повреждение матрицы.

Настоящий способ можно применять для получения многих продуктов и полуфабрикатов, в которых пропитывающий агент вносится в матрицу-носитель. Представителями веществ, пригодных в качестве пропитывающих агентов, являются все биологически активные соединения, такие как фармацевтические, агрохимические и косметические препараты, технические материалы, например поверхностно-активные, или поверхностно-изменяющие средства (гидрофобизация или гидрофилизация), или металлоорганические соединения. В этой связи особенно пригодны такие продукты, как витамины, нутрицевтики, средства по уходу за растениями, инсектициды, фунгициды, гербициды (а также биоциды в целом), фитогормоны, как, например, цитокинин, но также ароматизаторы, красители и другие пропитывающие агенты, обладающие другими функциональными свойствами, как, например, диспергаторы, эмульгаторы и химически реактивные соединения, например, поверхностно-реактивные соединения. Таким образом в рамках настоящего изобретения также возможно, что после внесения пропитывающего агента в матрицу-носитель, индуцируется химическая реакция прямо в процессе, например, за счет повышения температуры или введения инициаторов реакции, чтобы добиться химического соединения пропитывающего агента на матрице-носителе.

Единственной предпосылкой пригодности того или иного вещества в качестве пропитывающего агента является его способность растворяться в сжатом газе (смеси газов).

Преимущественными представителями матриц-носителей являются все материалы биологического происхождения, как, например, пищевые продукты, корма, семена (посевной материал), а также другие органические и неорганические матрицы-носители, обладающие преимущественно большой и/или трудно доступной внутренней поверхностью. Сюда относятся также матрицы-носители, которые в условиях способа увеличивают свой объем, что в основном происходит за счет набухания, в результате чего увеличивается их внешняя и внутренняя поверхность.

Особенно пригодны для способа согласно изобретению синтетические, полусинтетические и природные органические полимеры, как, например, полиэтилен (PE), полипропилен (PP), или полигликолевые кислоты (например, полилактон-гликолевая кислота, PLGA), или углеводы, как, например, крахмалы и циклодекстрины, кроме того, неорганические носители, особенно с большой внутренней поверхностью, например, двуокись кремния в виде осажденных, или пирогенных кремневых кислот, или кизельгеля, алюмосиликаты или другие носители катализаторов, как, например, цеолиты, окись алюминия, активированный уголь, двуокись титана, бентонит, которые могут использоваться в химически или физически модифицированном виде. Матрицы-носители с открытой или закрытой внутренней пористой структурой при этом могут представлять собой (предварительно) набухшие, или экструдированные, или вспененные матрицы.

В данном способе могут практически использоваться сжатые газы в сверхкритическом или близком к критическому состоянии с очень большим диапазоном плотности, которая согласно изобретению находится в границах от, по меньшей мере, 0,15 до 1,3 кг/л, преимущественно от, по меньшей мере, 0,4 до 1 кг/л и особенно предпочтительно от, по меньшей мере, 0,5 до 0,9 кг/л. Чтобы добиться такой плотности на практике, рабочее давление согласно изобретению варьируют в пределах от, по меньшей мере, 5 до 800 бар, причем предпочтительна область давлений, по меньшей мере, 30 и особенно, по меньшей мере, 50 до 500 бар. Рабочая температура должна быть преимущественно выше критической температуры используемого газа или газовой смеси и должна составлять, по меньшей мере, 31 до 200°С, преимущественно, по меньшей мере, 40-150°С, и особенно предпочтительно, по меньшей мере, от 50 до 100°С.

Выбор газа или смеси газов также определяется видом пропитывающего агента или смеси различных пропитывающих агентов, которые должны быть введены в матрицу-носитель. В основном подходят такие газы (или смеси газов), параметры критического состояния которых лежат в технически приемлемых границах. Наряду с другими факторами особое значение имеет критическая температура газовой системы, которая при высоких значениях может вызвать термическое повреждение как пропитывающего агента, так и матрицы-носителя. Для данного способа пригодны такие газы, как, например, двуокись углерода, пропан, бутаны, этан, этилен, диметиловый эфир, аммиак, галогенированные углеводороды, включая фторированные, хлорированные, бромированные и йодированные, разветвленные и неразветвленные углводороды с С₁ до С₄, особенно частично или полностью фторированные углеводороды или их смеси.

Предпосылкой для проведения способа согласно изобретению является то, что пропитывающие агенты в пике максимума давления обладают частично существенно более высокой растворимостью в газе (смеси газов), чем в области минимума давления. Пропитываемая же матрица или матрица-носитель, напротив, в данных условиях способа должна быть нерастворимой как в области, близко к критической, так и в сверхкритическом состоянии газа (смеси газа). Абсолютный минимум давления определяется минимальной способностью газов (смеси) растворять пропитывающий агент, а абсолютный максимум давления - максимальной растворимостью пропитывающего агента в сжатом газе (газовой смеси).

Область давления от абсолютного минимума давления до абсолютного максимума представляет ту область давления, в которой в основном следует работать, но она не должна использоваться полностью.

Давление в максимуме давления пульсации превышает давление в минимуме предпочтительно в 1,1 раза, более предпочтительно в 1,3 раза, еще более предпочтительно в 1,5 раза, еще более предпочтительно в 2 раза и наиболее предпочтительно в 5 раз. Далее предпочтительно давление в максимуме давления устанавливать таким образом, чтобы оно было выше давления в минимуме давления, по меньшей мере, на 1 бар, преимущественно, по меньшей мере, на 5 бар, более предпочтительно, по меньшей мере, на 10 бар и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 20 бар. При этом растворяющая способность газа (газовой смеси) в максимуме давления преимущественно, по меньшей мере, в 2 раза, преимущественно, по меньшей мере, в 10 раз лучше, чем растворяющая способность газа (газовой смеси) в минимуме давления.

Чтобы достичь возможно большей эффективности транспортировки пропитывающего агента с поверхности внутрь матрицы-носителя, должна быть, по возможности, большой разность плотности в отдельной пульсации. Наиболее разумная практическая нижняя граница минимальной плотности находится там, где газ или газовая смесь не обладает никакой растворяющей способностью в отношении пропитывающего агента. Относительно плотности в данном способе не существует принципиально верхней границы пика максимума. Так как способ все же основан на принципе транспорта (продвижения) газового потока (инфлюкции или эффлюкции газа) в матрицу-носитель при различной плотности, практически не очень разумно и в большинстве случаев экономически нецелесообразно применять более чем 10-кратное сверхкритическое давление используемого газа или газовой смеси, так как плотность при этом претерпевает заметно более низкие изменения, чем в области, близкой к критическому состоянию газовой системы.

Относительно отдельных пульсаций, которые всегда состоят из суммы обоих промежутков времени повышения давления и снижения давления, изобретение предусматривает, что их длительность может отличаться друг от друга. Это значит, что продолжительность отдельной пульсации по сравнению с предыдущей и/или последующей может быть короче или длиннее, причем одна пульсация длится от, по меньшей мере, 5 секунд до 60 минут, преимущественно от, по меньшей мере, 50 секунд до 20 минут и особенно предпочтительно от, по меньшей мере, 100 секунд до 10 минут.

Но в определенных вариантах способа может быть также необходимым, чтобы какие-то промежутки времени в течение различных пульсаций отличались друг от друга, что означает не что иное, как то, что промежутки времени повышения давления и/или промежутки времени снижения давления отдельной пульсации отличались от другой. Но при этом важно, что и в таких случаях в каждой отдельной пульсации промежуток времени повышения давления всегда больше, чем промежуток времени снижения давления. Возможно также выбирать минимум и/или максимум давления в отдельных пульсах по-разному.

К газу или газовой смеси в области, близкой к критической, можно также добавлять - особенно преимущественно при нормальном давлении - жидкие вспомогательные вещества, особенно те, которые улучшают растворимость пропитывающих агентов. Такими вспомогательными веществами могут быть, например, вода или органические растворители из ряда спиртов с короткой цепью, кетонов и эфиров, разветвленные или неразветвленные с длиной цепи от С₁ до С₁₀, преимущественно от С₁ до С₈, особенно предпочтительно от C₂ до С₈,и/или с поверхностно-активным действием, обычно при концентрации до 20 мас.%, преимущественно от 1 мас.% до 10 мас.%, особенно преимущественно от 2 мас.% до 5 мас.%. В принципе можно также вводить носители (буксиры), которые, например, устанавливают требуемое значение рН среды рабочего газа. Для этой цели особенно пригодны органические амины, как например триэтиламин, или аммиак, благодаря которым дополнительно можно улучшить растворимость пропитывающих агентов.

При этом к пропитывающему агенту можно добавлять наряду с названными предпочтительными веществами и другие вспомогательные вещества и/или носители (буксиры), что опять должно преимущественно происходить при нормальном давлении. Другими веществами, которые могут вводиться как собственно пропитывающие агенты, но также и как вспомогательные вещества, являются поверхностно-активные вещества, так как они сами обладают хорошей растворимостью в сверхкритическом газе (смеси газов), (т.н. "газофильные тенсиды"). С помощью таких тенсидов не только улучшается растворимость определенных пропитывающих агентов в газе (смеси), причем поверхностно-активные вещества в этом случае выступают как вспомогательные вещества, но они также облегчают проникновение пропитывающих газов в матрицу-носитель, так как повышается диффузность системы пропитывающий агент/газ(смесь газов) за счет дальнейшего снижения поверхностного натяжения. Но если газофильные тенсиды применяются как собственно пропитывающий агент, целью способа пропитки может быть изменение поверхностных свойств матрицы-носителя, как, например, улучшение или снижение ее смачиваемости водой и связанных с этим свойств.

В рамках данного изобретения возможны различные варианты исполнения способа, так как способ согласно изобретению ограничивается в общих чертах транспортом пропитывающего агента в матрицу-носитель, и не оговариваются вид и способ, как пропитывающий агент должен храниться на поверхности матрицы-носителя.

Обычно способ проводится в автоклавах и преимущественно в непрерывно работающем процессе партиями (Batch-Process).

В специальном варианте проведения способа согласно изобретению предусматривается предварительная ступень, на которой после заполнения автоклава матрицей-носителем и пропитывающими агентами система с помощью соответствующего газа (смеси) доводится до требуемого давления, при котором пропитывающий агент проявляет вышеописанную растворимость. Тогда газ или газовая смесь в сверхкритическом состоянии работает в процессе таким образом, что пропитывающий агент распределяется на матрице-носителе и градиент концентрации активного вещества в слое матрицы-носителя достигает приемлемо минимального значения. Затем рабочее давление и соответственно плотность газовой системы снижаются таким образом, что пропитывающий агент выпадает (осаждается; хранится) на поверхности матрицы-носителя. Именно при таком образе действия благодаря хорошей диффузности газа (смеси) в сверхкритическом состоянии уже часть активного вещества может проникать внутрь матрицы-носителя, но важнейшая часть все еще остается на поверхности матрицы-носителя, так как эта доля пропитывающего агента там выделяется из газовой фазы пространства между частицами. В заключение, как описано выше, проводят собственно пульсацию согласно изобретению, чтобы достичь транспорта снаружи внутрь матрицы-носителя.

С практической, и прежде всего экономической, точки зрения возможен и альтернативный образ действия, особенно тогда, когда растворимость пропитывающего агента и в сверхкритическом состоянии газа (смеси) еще мала и требуется длительное время циркуляции газа или газовой смеси в автоклаве, чтобы добиться желаемого распределения в слое матрицы-носителя, т.е. минимизировать градиент концентрации в слое носителя. Для таких случаев изобретение предусматривает предварительное покрытие матрицы-носителя пропитывающим агентом по обычной технологии, особенно известным способом спрыскового покрытия, особенно в псевдоожиженном слое или также покрытие расплавом. При этом пропитывающий агент наносится на стенки частиц матрицы-носителя так, чтобы он особенно не мог проникнуть во внутреннее пространство частиц матрицы. Приготовленный таким образом материал в заключение подвергают пропитке способом пульсации согласно изобретению, благодаря чему пропитывающий агент только тогда транспортируется внутрь матрицы-носителя. Такой образ действия сулит большие экономические преимущества, так как фактический путь продвижения (транспортировки), который должен преодолеть растворенный в газе (газовой смеси) пропитывающий агент, очень короткий, собственно только с поверхности частиц матрицы внутрь их. К тому же, при таком образе действия можно значительно лучше контролировать и обеспечивать индивидуальную "загрузку" частиц матрицы пропитывающим агентом.

Большим потенциалом обладает, таким образом, предлагаемый способ прежде всего для введения фармацевтических активных веществ в соответствующую матрицу-носитель с большой внутренней поверхностью, что требуется при изготовлении препаратов с замедленным выделением (высвобождением) активного вещества.

Другим примером применения (способа) является пропитка или протравливание семенного материала, причем решающее преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что средства для обработки растений не остаются исключительно на поверхности посевного материала, как это происходит на практике до сих пор, а могут вводиться во внутреннее пространство семян. При соответствующем применении при этом можно добиться лучшего эффекта при одновременном снижении расхода (материала).

Наконец, в качестве пропитывающих агентов могут использоваться металлоорганические вещества, которые следует вводить в матрицу, как это обычно принято при изготовлении катализаторов на подложках-носителях.

Наряду со способом согласно изобретению с его преимущественными вариантами настоящее изобретение касается также всех пропитанных материалов, полученных с помощью этого способа.

Последующие примеры должны проиллюстрировать преимущества заявляемого способа и полученных с его помощью материалов.

ПРИМЕРЫ

Пример 1: Пропитка компактного растительного материала (рисовых семян) липофильными пропитывающими агентами (β-каротин в качестве маркирующего вещества)

1.1 Несимметричные циклы пульсации (согласно изобретению):

2 кг товарных очищенных рисовых зерен в качестве матрицы-носителя (насыпной вес 0,6 кг/л) при комнатной температуре в трубчатом барабане с помощью тонкого распылителя смачивали 100 мл растительного масла с содержанием около 3 вес.% β-каротина (пропитывающий агент), при этом содержимое барабана около 30 минут хорошо перемешивали. Благодаря этому достигалось равномерное нанесение содержащего краситель масла на поверхность рисовых зерен. Микроскопический анализ поперечного среза отдельного зерна показал, что в красный цвет окрашены только края срезов зерен. Затем предварительно обработанный таким образом исходный материал переносили в емкость (объемом 3,5 л), закрытую снизу и сверху пластинами из металлического сплава. Эту емкость, полностью заполненную рисовыми зернами, помещали в автоклав экстракционной установки высокого давления. Давление в автоклаве вначале при 50°С (паровая рубашка) с помощью двуокиси углерода доводили до 150 бар (минимальное давление). Затем в течение 5 минут с помощью высоконапорного насоса давление медленно повышали до 500 бар (максимум давления) и в заключение в течение 15 секунд через регулирующий клапан давление опять быстро снижали до 100 бар. Такой пульсирующий процесс одинаково повторяли 20 раз. После декомпрессии установки до атмосферного давления рисовые зерна вынимали и сравнивали результат пропитки с исходным материалом. Окрашенные в красный цвет зоны с краев исчезли и под микроскопом наблюдалось равномерное окрашивание β-каротином частиц крахмала по всему поперечному срезу рисовых зерен.

1.2. Симметричные циклы пульсации (Сравнение)

Рисовые зерна обрабатывали аналогично примеру 1.1, причем собственно пропитку проводили в той же области давления за 20 симметричных циклов пульсации, т.е. время подъема давления до максимума было идентично времени снижения давления до минимума, а именно 2,5 минут.

Микроскопический анализ поперечного среза обработанных таким образом рисовых зерен показал слабо окрашенную размытую по краям зону, краситель β-каротин был распределен не по всей поверхности среза зерна.

Пример 2: Пропитка пористой неорганической матрицы-носителя (Endobon®) фармацевтическим препаратом (кетопрофеном).

5 г кетопрофена растворяли в 150 мл метанола, и раствор вместе с 15 г Endobon® (Fa.Merck; пористый гранулят гидроксиапатита; (диаметр 2,8-5,6 мм)) переносили в круглую колбу. Растворитель удаляли в вакууме в ротационном испарителе при перемешивании.

Обработанный таким образом исходный материал помещали в специальную емкость (объемом 0,5 л), закрытую сверху и снизу пластинами из металлического сплава. Емкость вносили в автоклав экстракционной установки высокого давления. В автоклаве вначале при 50°С (паровая рубашка) с помощью двуокиси углерода, содержащей 1 мас.% метанола в качестве носителя (буксира), давление доводили до 100 бар (минимум давления). В течение 3 минут с помощью высоконапорного насоса давление медленно повышали до 250 бар (максимум давления) и затем в течение 20 секунд с помощью регулирующего клапана быстро снижали до 100 бар. Такой пульсирующий процесс одинаково повторили 10 раз. После декомпрессии установки до атмосферного давления пропитанную матрицу-носитель вынимали.

Для характеристики определяли скорость выделения кетопрофена на матрице-носителе с помощью теста на растворение и сравнивали исходный материал, который не подвергался пульсационной пропитке, с образцом, который обрабатывался симметричными циклами пульсации (около 1,5 минут повышения и снижения давления). Пробы из примера 2 (согласно изобретению) показали более длинную кривую выделения, чем обработанный симметричной пульсацией материал (сравнительный пример); самую короткую кривую выделения показал предварительно покрытый исходный материал, который не подвергался обработке под давлением.

Результаты испытаний на примере кетопрофена показали, что из внутренней поверхности выделение медленнее всего происходит тогда, когда может быть эффективно проведен активный транспорт во внутреннюю поверхность матрицы-носителя согласно изобретению.

Пример 3: Пропитка пористого органического полимера-носителя (Accurel®) силиконовым маслом.

20 г гранул (Accurel®) (Fa. Akzo; высокопористый полипропилен) помещали в емкость объемом 0,5 л, закрытую сверху и снизу пластинами из металлического сплава. Эту емкость помещали в автоклав экстракционной установки высокого давления. В автоклаве при 96°С (с помощью паровой рубашки) пропаном давление доводили до 100 бар. Затем перед автоклавом закачивали 10 г силиконового масла (диметилполисилоксан вязкостью 10000 мПа) и циркулировали вместе с 1 кг пропана при постоянной температуре и давлении для достижения равномерного распределения силиконового масла в слое матрицы-носителя из Accurel®. В заключение давление снижали до 43 бар, в результате чего растворимость силиконового масла в пропане снижалась.

В 8 циклах пульсации давление повышали с 43 (минимум давления) до 70 бар (максимум давления), (время повышения давления: 2 минуты) и снижали (время понижения давления: 5 секунд). В заключение установку приводили в атмосферное давление и оценивали результаты пропитки.

В отличие от образцов с Accurel®, которые вынули из автоклава до проведения пульсации согласно изобретению и на поверхности которых заметно было прилипшее силиконовое масло, в образцах, пропитанных согласно примеру 3, силиконовое масло с поверхности пропиленовой матрицы исчезло и прошло внутрь полимерного носителя. Результат был заметно хуже, когда для сравнения проводили симметричные циклы пульсации в аналогичной области давления (время повышения и снижения давления 1 минута).

Таким образом, изобретение особенно касается способа пропитки матрицы-носителя твердыми и/или жидкими соединениями с помощью сжатых газов, который существенно отличается тем, что твердое(ые) и/или жидкое(ие) соединение(ия) (пропитывающий агент) приводятся в контакт с нерастворимой матрицей-носителем с помощью сжатого газа (смесью газов) при плотности газа 0,15-1,3 кг/л в течение, по меньшей мере, двух несимметрично протекающих циклов перемены давления (пульсаций). Контакт производится таким образом, что отдельная пульсация длится в течение от 5 секунд до 60 минут и промежуток времени достижения максимума давления больше, чем промежуток времени снижения давления до минимума, причем абсолютный минимум давления определяется минимальной растворяющей способностью газа (газовой смеси) относительно пропитывающего агента, а абсолютный максимум давления - максимальной растворимостью пропитывающего агента в сжатом газе (газовой смеси). Способ отличается тем, что в нем можно использовать большое число как пропитывающих агентов, как, например, биологически активные соединения, технические материалы или металлоорганические соединения, так и матриц-носителей биологического происхождения, а также органические и неорганические материалы, все те, которые обладают большой и/или трудно доступной внутренней поверхностью. Данный способ, который осуществляется преимущественно с помощью сжатых газов, таких как двуокись углерода, пропан, бутан, этан или также аммиак, позволяет обрабатывать как необработанные носители, так и уже предварительно покрытые материалы. В результате получают пропитанные материалы, внутренняя поверхность которых довольно однородно покрыта пропитывающим агентом и которые можно использовать прежде всего в фармацевтической, агрохимической, косметической и технических областях.

1. Способ пропитки матрицы-носителя твердыми и/или жидкими соединениями с помощью сжатых газов/смеси газов, отличающийся тем, что твердое и/или жидкое соединение или твердые и/или жидкие соединения в качестве пропитывающего агента и нерастворимую матрицу-носитель приводят в контакт с помощью сжатого газа/смеси газов при плотности газа или смеси газов от, по меньшей мере, 0,15 до 1,3 кг/л в течение, по меньшей мере, двух несимметрично протекающих последовательностях перемены давления в форме пульсаций таким образом, что при каждой отдельной пульсации продолжительностью от, по меньшей мере 5 с до 60 мин промежуток времени достижения максимума давления больше, чем промежуток времени снижения давления до минимума.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пропитывающих агентов применяют биологически активные соединения, особенно фармацевтические, агрохимические и косметические препараты, технические материалы, в частности поверхностно-активные или поверхностно-изменяющие средства или металлоорганические соединения.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве пропитывающих агентов применяют витамины, нутрицевтики, средства для обработки растений, биоциды, фитогормоны, ароматические вещества, красители, диспергаторы, эмульгаторы или химически реактивные соединения, в частности поверхностно-реактивные соединения.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве матрицы-носителя применяют материалы биологического происхождения, особенно пищевые продукты, корма, посевной материал, а также органические или неорганические матрицы-носители, которые обладают преимущественно большой и/или труднодоступной внутренней поверхностью.

5. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве матрицы-носителя применяют синтетические, полусинтетические или натуральные органические полимеры, в частности полиэтилены, полипропилены, полигликолевые кислоты или углеводы, и неорганические носители, особенно двуокись кремния, особенно осажденные или пирогенные кремневые кислоты или кизельгели, алюмосиликаты или другие катализаторные основы, в частности цеолиты, а также окись алюминия, активированный уголь, двуокись титана или бентониты.

6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что применяют газ/смесь газов в близко к критической и/или сверхкритической области давления, преимущественно при рабочем давлении от, по меньшей мере, 5 до 800 бар и особенно предпочтительно от, по меньшей мере, 50 до 500 бар.

7. Способ по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что его осуществляют с помощью сжатых двуокиси углерода, пропана, бутанов, этана, этилена, диметилового эфира, аммиака, галогенированных углеводородов или их смесей.

8. Способ по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что рабочая температура лежит выше критической температуры используемого газа/газовой смеси и составляет преимущественно, по меньшей мере, 31° до 200°С.

9. Способ по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что плотность газа/смеси газов находится в пределах, по меньшей мере, от 0,4 до 1,0 кг/л.

10. Способ по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что продолжительности отдельных пульсаций отличаются друг от друга.

11. Способ по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что промежутки времени повышения давления и/или промежутки времени снижения давления отдельной пульсации отличаются между собой.

12. Способ по одному из пп. 1-11, отличающийся тем, что к газу/газовой смеси добавляют вспомогательные вещества, в частности, для изменения растворимости, особенно воду или органические растворители из ряда спиртов с короткой цепочкой, кетонов и эфиров и/или с поверхностно-активным действием, преимущественно при концентрации до 20 вес.%.

13. Способ по одному из пп. 1-12, отличающийся тем, что к газу/смеси газов добавляют носитель в качестве буксира, предпочтительно органические амины, особенно триэтиламин, или аммиак.

14. Способ по одному из пп. 1-13, отличающийся тем, что вспомогательные вещества и/или носители добавляют к пропитывающему агенту, в частности, преимущественно при нормальном давлении.

15. Способ по одному из пп. 1-14, отличающийся тем, что его проводят непрерывно.

16. Способ по одному из пп. 1-15, отличающийся тем, что применяют материал-носитель, который предварительно покрыт пропитывающим агентом.

17. Способ по одному из пп. 1-16, отличающийся тем, что компоненты перед пульсацией приводят в рабочее давление, при котором пропитывающие агенты проявляют свою оптимальную растворимость, и тогда газ/смесь газов в сверхкритической области работает таким образом, что пропитывающий агент распределяется на матрице-носителе и в заключение рабочее давление снижают таким образом, что пропитывающий агент осаждается на поверхности носителя.

18. Пропитанные материалы, характеризуются тем, что они получены способом по одному из пп. 1-17.