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Es werden kosmetische oder dermatologische Zubereitungen beschrieben, die ein oder mehrere thermische Phasenwechselmaterialien (PCM) umfassen.
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Die Körpertemperatur eines Menschen bzw. dessen Oberflächentemperatur ist Schwankungen unterlegen.
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Bekannt sind Outlast® Adaptive Comfort®-Produkte in der Bekleidung, die Schwankungen der Körper-Oberflächentemperatur versuchen auszugleichen, indem bei steigender Temperatur überschüssige Körperwärme aufgenommen/gespeichert und bei fallenden Temperaturen wieder an den Körper zurück gegeben wird.
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Das Ergebnis des Einsatzes dieser Produkte soll angenehm temperierte, trockene und komfortable Bekleidung sein.
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Die Outlast®-Technologie bringt nicht nur bei Bekleidung oder Bettwaren einen großen Nutzen, sie kann auch bei Etiketten und Verpackungsmaterialien eingesetzt werden. Ein Beispiel stellt das Kühlprinzip über ein Flaschenetikett dar. Eine kühle Bierflasche wird unangenehm warm, hält man sie länger in der Hand, die um die 29,4°C (85°F) warm ist. Zusammen mit dem amerikanischen Unternehmen Coors hat Outlast das "Cold WrapTM Label" (kühlendes Etikett) entwickelt, bei dem die Outlast®-Technologie zum Einsatz kommt, die ursprünglich für die NASA entwickelt wurde. Dieses Etikett nimmt die Wärme der Hand auf und hält diese davon ab, das Bier zu erwärmen. Das Bier bleibt länger erfrischend kühl.
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Diese sogenannten Temperatur-regulierenden Phase-Change-Materialien (PCM) findet man inzwischen in vielen Produkten: Von Oberbekleidung, Unterwäsche, Socken, Accessoires oder Schuhen bis hin zu Bettwaren und Schlafsäcken werden sie eingesetzt.
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Etwas „exotischere“ Erfolge feiern PCMs in schusssicheren Westen, im Automobil, in medizinischen oder speziellen industriellen technischen Anwendungen, in denen der Wärme- und Energiehaushalt eine Rolle spielen. In einem Zeitungsbericht „Welt am Sonntag, 12.02.2012 – Wände sorgen für kuscheliges Raumklima – “werden verschiedene Anwendungen für diese Latentwärmespeicher (phase change materials – PCM) dargestellt.
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Zu den PCM zählen demnach Salzhydrate, Zuckeralkohole sowie Paraffine, wie Micronal® der Fa. BASF.
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In letzter Zeit sind mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien (PCM) als geeignete Komponente für Substratbeschichtungen beschrieben worden, wenn außergewöhnliche Wärmeübertragungs- und Lagerfähigkeiten erwünscht sind. Insbesondere lehrt
US-A-5290904 über „Fabric with Reversible Enhanced Thermal Properties" („Gewebe mit umkehrbaren verbesserten thermischen Eigenschaften"), dass Substrate, die mit einem Bindemittel, das mit energieabsorbierendem Phasenwechselmaterial gefüllte Mikrokapseln enthält, beschichtet sind, es denselben ermöglichen, erweiterte oder verbesserte Wärmerückhaltungs- oder Speichereigenschaften aufzuweisen.
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In der
EP 981 576 A1 werden geschäumte Artikel, umfassend Mikrokügelchen, beschrieben, welche ein Phasenwechselmaterial enthalten. Als Artikel werden Fahrzeugdachhimmel beschrieben.
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Die
US 5 290 904 beschreibt Wärmeisolationsschutzvorrichtungen, die ein Phasenwechselmaterial in Form von Mikrokapseln umfassen.
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Es sind Technologien der Mikroverkapselung bekannt. Auf der einen Seite die Mikroverkapselung, wie man sie beispielsweise in Kaugummi findet, in dem Mikrokapseln eingelagert sind. Beim Kauen wird die Hülle der Kapseln zerstört und der Geschmack wird freigesetzt. Auf der anderen Seite ist das Prinzip des Durchschlags bekannt: Die eingelagerten Mikrokapseln auf dem Papier werden durch den Druck eines Stiftes zerstört und der Farbstoff wird freigesetzt.
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Der Unterschied zu PCM-Materialien wie Outlast® ist, dass hier auch mit Mikrokapseln gearbeitet wird, jedoch ist die Hülle stabil und wird nicht zerstört. Die Mikrokapseln selbst sind mikroskopisch klein. Die bekannten Mikrokapseln sind in verschiedenen Größen zwischen 2–15 µm erhältlich, d.h. ca. 3 Millionen Kapseln pro cm2, und bis 280°C stabil. In den Mikrokapseln, so genannten Outlast® ThermoculesTM, sind paraffinähnliche Substanzen eingelagert, die in der Lage sind, ihren Aggregatzustand zu ändern. Auch dieses physikalische Prinzip ist bekannt, beispielsweise wenn Wasser zu Eis erstarrt oder wieder zu Wasserdampf verdampft, d.h. Energie wird entzogen oder zugeführt.
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Diese Wirkungsweise wird auch in der PCM-Technologie genutzt.
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Die PCM-Technologie besteht dabei aus der Kombination der Mikroverkapselung und die Verkapselung von insbesondere paraffinähnlichen Substanzen (Phase-Change-Material – PCM), die in der Lage sind, ihren Aggregatzustand zu ändern.
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Die Partikel werden zum Beispiel von der Firma Outlast (http://www.outlast.com) angeboten und derzeit hauptsächlich in Textilien, z. B. Funktionsbekleidung und Bettwäsche, eingesetzt. Die Mikrokapseln können in das Gewebe von Textilien eingearbeitet oder auch auf die Kleidung aufgesprüht werden. In dieser Form nehmen die PCM-Materialien Körperwärme auf, wenn zu viel produziert wird, und geben die überschüssige Wärme wieder zurück, wenn der Körper sie braucht. Beeinflusst wird dabei das Mikroklima auf der Haut. Dadurch wird auch die Schweißbildung beeinflusst und ein aktiver, dynamischer Temperaturausgleich erzielt.
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Wünschenswert ist es, eine Regulierung der Körperwärme im alltäglichen Leben vornehmen zu können. Insbesondere ist es wünschenswert, über die Regulierung der Körperwärme Einfluss auf das Wohlbefinden und vor allem das Schwitzen auszuüben.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an, indem die PCM-Technologie auch in kosmetischen oder dermatologischen Zubereitungen bereitgestellt werden kann.
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Problem dabei ist, dass Kosmetika und dermatologische Zubereitungen im Unterschied zu Textilien oder anderen im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen zur Wärmeisolation eine vollständig andere Matrix darstellen, in die die PCM-Materialien eingebettet werden müssen.
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Die Erfindung beschreibt daher kosmetische oder dermatologische Zubereitungen umfassend ein oder mehrere PCM-Partikel (thermische Phasenwechselmaterialien (PCM)).
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Diese weisen als Einzelkapsel eine Größe vorteilhaft zwischen 2 und 60 µm auf, bevorzugt im Bereich von 2 bis 10 µm, insbesondere bevorzugt von 2 bis 5 µm. Auch Agglomerate der Kapseln mit Größen von mehr als 500 µm können dabei auftreten.
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Bei der Herstellung der PCM-Partikel kann ein Sprühtrocknungsverfahren angewendet werden. Dadurch kann es bereits zur Bildung von Agglomeraten kommen, die sich allerdings durch mechanische Belastung (Rühren) in warmem Wasser redispergieren lassen.
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Die Kapseln selbst bestehen aus einer schützenden Hülle vorzugsweise aus Polymeren, Acrylaten oder Gelantine, in der das PCM eingeschlossen ist. Bei den eigentlichen PCMs handelt es sich vorteilhaft um Paraffin, n-Octadecan oder n-Eicosan.
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Die Kapselhüllmaterialien, wie sie beispielsweise in der
WO 2009015872 A1 offenbart werden, können frei gewählt werden.
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Diese sind zu 20–65%, 60–70%, 70 bis 80% oder sogar 80–90% in den Kapseln enthalten. Als Schüttdichte der PCM-Kapseln werden Werte zwischen 0,3 bis 0,51 g/cm3 angestrebt.
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Als PC-Materialien sind außerdem in der Kosmetik eingesetzte Wachse denkbar, die je nach Schmelzpunkt ihre Wirksamkeit in unterschiedlichen Temperaturbereichen entfalten. Beispielhaft sind hier Substanzen mit Schmelzpunkten im Bereich der Hauttemperatur zu nennen: Methylpalmitat, Methylstearat, Ethylstearat, 1,1‘-Oxybisdodecan, Hydrogenated Coco-Glycerides.
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Ebenso sind Salzhydrate in Kosmetika vorstellbar. Diese sind kosmetisch zwar schwieriger zu realisieren, weisen aber im Vergleich zu Paraffinen eine höhere Dichte auf. Das bedeutet, dass zur Stabilisierung desselben Effekts weniger Material eingesetzt werden muss.
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Wichtig ist, dass die verkapselten PC-Materialien eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um so den erzielten Effekt längerfristig zu stabilisieren.
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Natürliche Wachse sind meist ungeeignet, da die Änderung ihres Aggregatzustandes oftmals über einen sehr weiten Temperaturbereich hinweg stattfindet. Damit sind keine Kapseln herzustellen, die den gewünschten Effekt der Pufferung der Körper- bzw. Hauttemperatur in einem recht schmalen Bereich erzielen.
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Des Weiteren eignen sich Substanzen, die nach dem Schmelzen eine metastabile Kristallisationsform aufweisen, nicht für den Einsatz als PCM.
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Die erfindungsgemäßen kosmetischen oder dermatologischen Zubereitungen, umfassend ein oder mehrere verschiedene PCM-haltige Kapseln, basieren vorzugsweise auf Emulsionen vom Typ o/w (Öl-in-Wasser, z.B. für Roll-ons) oder w/o (Wasser-in-Öl, z.B. für Aerosole), auf Wachsmatrices (z.B. für Stift-Formulierungen), auf Öl-Supensionen (z.B. für Aerosole) sowie auf alkoholischen Lösungen (z.B. für Roll-ons, Zerstäuber und/oder Aerosole).
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Die allgemein bekannten PCM-Partikel neigen – wie oben beschrieben – schon aufgrund ihrer Herstellungsmethodik zur Agglomeratbildung. Diese Agglomerate erzeugen ein für den Verbraucher inakzeptables Hautgefühl. Des Weiteren ist die Zerstörung bereits gebildeter Agglomerate nicht so trivial wie zuvor angegeben. Rühren in warmem Wasser reicht mitunter nicht aus, um alle Agglomerate komplett zu zerschlagen. Da auch nicht alle in der Kosmetik genutzten Formelsysteme Wasser enthalten, ist dieser Aspekt zusätzlich hinfällig.
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Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass PCM-Partikel nach einfacher Zugabe in kosmetische oder dermatologische Zubereitungen zum Aufschwimmen bzw. Absinken neigen. Dadurch wird eine weitere Agglomeratbildung gefördert.
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Zur Zerschlagung der Agglomerate kann zwar ein hoher Energieeintrag von Nutzen sein. Allerdings ist ein derartiger Energieeintrag bei manchen Systemen nicht möglich. Außerdem hat sich gezeigt, dass es durch z.B. Homogenisation nicht nur zur Zerschlagung der Agglomerate kommen kann, sondern auch zur Zerstörung der Einzelpartikel. Diese können so nicht mehr in ihrer angedachten Funktion wirksam sein. Des Weiteren ergeben sich dadurch möglicherweise negative Effekte bzgl. der Stabilität der Formulierung oder der Hautverträglichkeit (je nach verwendetem PCM).
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Zudem ist eine gleichmäßige Verteilung der PCM-Kapseln notwendig, um den gewünschten Nutzen der Temperaturausgeglichenheit auf der Haut über die gesamte Lebensdauer des kosmetischen Produkts zu gewährleisten. Relevant für das Erreichen einer optimalen Partikelverteilung auf der Haut nach Applikation der Zubereitung sind zudem die vornehmlich gleichmäßige Verteilung innerhalb der Formulierung und ein gleichförmiger Austrag aus dem Packmittel. Letzteres kann im Fall von Rollern z.B. durch den Einsatz von entsprechend strukturierten Roller-Kugeln („Golfball“) erlangt werden. Sollten sich die PCM-haltigen Partikel absetzen, kann nicht gewährleistet werden, dass eine ausreichende Menge PCM auf die Haut gelangt und dort die volle Wirksamkeit erzielt. Der Effekt ist deutlich besser, wenn viele kleine Einzelpartikel sich verteilen, als wenn wenige Klumpen dies tun. Die Oberfläche ist größer, ebenso wie die Verteilungsdichte.
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Die Formelsysteme der Zubereitungen sollten daher so zusammengesetzt sein, dass die PCM-haltigen Partikel nicht absinken.
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PCM-Partikel, wie beispielsweise Outlast® DPNT 05-0176, PMC 31, PMC 35, TX PMC 28, TX PMC 31 oder TX PMC 35 werden als Pulver geliefert. Pulver hat die Neigung, bei Einarbeitung in kosmetische Formulierungen Agglomerate auszubilden. Um eine gleichmäßige Verteilung der Partikel in der Zubereitung sicherzustellen, ist es empfehlenswert, bereits bei der Einarbeitung auf homogene Zugabe (z.B. durch Einsieben) zu achten. Die sich andernfalls bildenden Agglomerate lassen sich in der kosmetischen oder dermatologischen Formulierung nicht mehr zerstören und in kleinere Partikel rücküberführen. Einige kosmetische Formulierungen sind empfindlich gegen hohe Energieeinträge, so dass die Möglichkeit der Homogenisation zur Zerstörung gebildeter Agglomerate nicht gegeben ist.
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Emulsionen, bei denen eine derartige Behandlung möglich ist, zeigten selbst nach dem hohen Energieeintrag der Homogenisation noch intakte Agglomerate. Diese sind teilweise zwar angegriffen, aber nicht in wünschenswert kleine Partikel überführt worden.
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Nachteilig ist hierbei ebenso, dass der starke Energieeintrag zum Teil die Hüllen der kleinen Partikel angreift, so dass es möglicherweise auch zum Austritt der verkapselten, temperaturstabilisierenden Materialien kommen kann.
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Weiterer Nachteil der sich bildenden Agglomerate ist, dass die größeren Partikelhaufen sensorisch die kosmetische Zubereitung negativ beeinflussen.
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Es ist bekannt, dass Partikel bereits ab einer Größe von 10 µm zu einem unangenehmen Hautgefühl beitragen können (Peeling-Effekt). Die Größe, ab der Partikel sensorisch wahrgenommen werden können, hängt auch von der Oberflächen-Beschaffenheit ab. Handelt es sich um sphärische, glatte Partikel, so liegt die Grenze der Wahrnehmbarkeit höher als bei kantigen und rauen Partikeln. Da es sich bei Agglomeraten um eine ungleichförmige Zusammenballung von Partikeln handelt, werden diese durch ihre Gesamtgröße und Oberflächenstruktur eher nachteilige Eigenschaften aufweisen.
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Damit kommt es durch größere und ungleichmäßigere Partikelanhäufungen zu für den Verbraucher deutlichen unangenehmen sensorischen Empfindungen. Da kosmetische oder dermatologische Formulierungen im Normalfall glatt und gleichmäßig aufgetragen werden können, kann es bei Agglomeratbildung schnell zu kratzigen und stechenden Empfindungen kommen. Diese sind unerwünscht und zu vermeiden.
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Um auch diese Nachteile der Agglomeratbildung zu vermindern bzw. ganz zu verhindern, umfasst die erfindungsgemäße Zubereitung eine Fließgrenze und/oder es werden der Zubereitung ein oder mehrere Suspendier- und/oder Dispergierhilfsstoffe zugesetzt.
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Durch kosmetische oder dermatologische Zubereitungen, die eine Fließgrenze aufweisen, können die Agglomeratbildung und ein damit verbundener zusätzlicher Dispergierschritt verhindert werden. Die Einzelpartikel der PCM werden der vorgelegten Formulierung vorteilhaft gleichmäßig zugeführt. Sie werden dann durch die bestehende Fließgrenze der Zubereitung am Absinken und somit der Agglomeratbildung gehindert.
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Vorteilhaft ist auch die Zugabe von Suspendierhilfen. Dabei kann es sich um technische wie auch um chemische Zusätze handeln. Bei den technischen Suspendierhilfen wird auf mechanische Kleinteile, wie z.B. Kugeln, zurückgegriffen. Diese werden dem Packmittel, das die Zubereitung umfasst, zugegeben. Durch Bewegung des Packmittels wird das Kleinteil in der Zubereitung bewegt und führt zur gleichmäßigen Verteilung der Partikel in der Zubereitung sowie zur Zerschlagung von u.U. ausgebildeten Agglomeraten. Bei chemischen Suspendierhilfen handelt es sich um Verdickungsmittel oder Substanzen, die in den kosmetischen Formulierungen Netzwerkstrukturen ausbilden. Durch die Strukturierung der kosmetischen oder dermatologischen Zubereitung werden die Partikel eingebunden und somit am Absinken und Agglomerieren gehindert.
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Die Nachteile der Agglomeratbildung werden vermieden, indem die PCM-Partikel wie dargestellt in den Zubereitungen suspendiert vorliegen.
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Die Suspendierung der PCM-haltigen Kapseln in den kosmetischen oder dermatologischen Zubereitungen erfolgt dabei durch Ausbildung einer Fließgrenze in derselben und/oder durch Zusatz von Suspendier- und/oder Dispergierhilfsmitteln zur Zubereitung.
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Die erfindungsgemäßen, auf die Haut aufgetragenen Zubereitungen ermöglichen einen Wärmekompensationseffekt, der dazu führt, dass der Anwender ein angenehmeres Hautgefühl empfindet und/oder das Schwitzen vermindert bzw. ganz unterbunden wird.
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Untersuchungen zeigen, dass zur Kompensation von etwa einem Grad Celsius Temperaturerhöhung auf der Hautoberfläche etwa 0,2 mg PCM-Partikel pro cm2 Haut appliziert werden sollten, um 30 Sekunden lang einen Temperatur-Effekt verspüren zu können.
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Auch lässt sich ermitteln, dass wenn eine Zubereitung ca. 4% an Kapselmaterial umfasst sich mit ca. 20 mg Zubereitung pro cm2 Haut 30 Sekunden die Temperatur +/–1°C halten lässt.
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Da bei einer Applikation von kosmetischen Formulierungen auf die Haut pro Quadratzentimeter ca. 2 mg Produkt aufgetragen werden, bedeutet eine vorteilhafte Konzentration ein Bereich von 1 bis 10% PCM-Kapseln in der kosmetischen Formulierung.
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Bei einer derart hohen Menge an partikulärem Material ist die homogene Verteilung der Kapseln in der Formulierung und somit auch auf der Haut von besonderer Wichtigkeit, um sowohl eine angenehme Sensorik als auch den gewünschten Effekt zu gewährleisten.
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Dies erreicht man, wie ausgeführt, durch Einstellen einer geeigneten Fließgrenze und/oder durch Zusatz an Suspendier- oder Dispergiermittel.
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Zubereitungen mit einer definierten Fließgrenze sind beispielsweise in der
WO 2005105026 A2 oder
EP 2376052 A2 beschrieben. In diesen Formelsystemen können die Partikel aufgrund der Fließgrenze weder absinken noch aufschwimmen. Dadurch wird eine weitere Agglomeration der Einzelpartikel verhindert.
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Die Fließgrenze oder der Fließpunkt einer Zubereitung ist eine Bezeichnung für die kleinste Schubspannung, oberhalb derer ein plastischer Stoff sich rheologisch wie eine Flüssigkeit verhält (DIN 1342-1: 1983-10). D.h. die erfindungsgemäße Zubereitung verhält sich ab dieser Fließgrenze, ab dieser Schubspannung, wie eine Flüssigkeit. Bei Lagerung, also ohne Schubspannung, verhält sich die Zubereitung wie ein Gel oder thixotrope Flüssigkeit, so dass kein Absinken der Partikel im Ruhezustand stattfindet.
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Die Fließgrenze oder der Fließpunkt einer Zubereitung ist eine Bezeichnung für die kleinste Schubspannung, oberhalb derer ein plastischer Stoff sich rheologisch wie eine Flüssigkeit verhält (DIN 1342-1: 1983-10).
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Da jede Flüssigkeit temperaturabhängig eine Fließgrenze aufweist, ist wichtig einzugrenzen, dass bei der erfindungsgemäßen Zubereitung die Stabilität als Gel oder thixotrope Flüssigkeit für Temperaturen im Bereich von –10°C bis +40°C gegeben ist. Somit ist sichergestellt, dass in verschiedenen klimatischen Zonen die Partikel nicht absinken und/oder agglomerieren und jeder Konsument weltweit gleichbleibende Qualität erhält.
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Die Bestimmung der Fließgrenze erfolgt durch Aufnahme einer Fließkurve (DIN 53019: 1980-05; DIN 53214: 1982-02). Der erhaltene Wert hängt stark von der Zeitskala (Belastungsrate) ab, die der Messung zugrunde liegt. Dies ist unabhängig davon, ob die Messung mit einem schubspannungs- oder drehzahlgesteuerten Viskosimeter erfolgt. Kurze Zeitskalen (schnelle Belastungen) ergeben in der Regel höhere Werte für die Fließgrenze. Eine zu hohe Fließgrenze kann Ursache von Verlaufsstörungen sein. Andererseits lässt sich mit geeignet bemessener Fließgrenze die Neigung der flüssigen Formulierung zum Ablaufen unterdrücken.
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Die erfindungsgemäße Zubereitung liegt daher vorteilhaft als Gel- bzw. Hydrogel vor und weist eine Fließgrenze oberhalb von 40°C auf, wodurch die Ausbringung und Applikation gegenüber den Zubereitungen aus dem Stand der Technik verbessert ist.
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Ein Gel besteht dabei aus einem dreidimensionalen Netzwerk eines hochmolekularen Gelbildners (Geliermittel) und einem darin eingelagerten Dispersionsmittel (Flüssigkeit oder Gas) und besitzt eine Steifigkeit, die zwischen der einer Flüssigkeit und der eines Festkörpers liegt. Ein Gel ist immerhin so formbeständig, dass es nicht sofort unter seinem eigenen Gewicht zerfließt, ist aber wesentlich leichter deformierbar als ein Festkörper. Gele bestehen zumeist aus einem festen, kolloidal verteilten Stoff mit langen oder stark verzweigten Teilchen, dem Geliermittel, und einer Flüssigkeit, dem Dispersionsmittel. Dabei bildet die feste Substanz im Dispersionsmittel ein räumliches Netzwerk, wobei die Teilchen durch Neben- oder Hauptvalenzen miteinander verbunden sind. Ein Polymergel ist ein in einem flüssigen Medium gequollenes polymeres Netzwerk.
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Hydrogele bezeichnen Wasser enthaltende Gele auf der Basis hydrophiler, aber wasserunlöslicher Polymere, die als dreidimensionale Netzwerke vorliegen. In Wasser quellen diese Netzwerke unter weitgehender Formerhaltung bis zu einem Gleichgewichtsvolumen auf. Die Netzwerkbildung erfolgt vorwiegend über chemische Verknüpfung der einzelnen Polymerketten, ist aber auch physikalisch durch elektrostatische, hydrophobe oder Dipol/Dipol-Wechselwirkungen zwischen einzelnen Segmenten der Polymerketten möglich. Über die Wahl der zum Polymeraufbau verwendeten Monomere, die Art der Vernetzung und die Vernetzungsdichte können gewünschte Eigenschaften der Hydrogele gezielt eingestellt werden. Die notwendige Hydrophilie der Polymere vermitteln unter anderen Hydroxy-, Carboxylat-, Sulfonat- oder Amid-Gruppen. Synthetische Hydrogele basieren z. B. auf Poly(meth)acrylsäuren, Poly(meth)acrylaten, Polyvinylpyrrolidon oder Polyvinylalkohol. Hydrogele sind im Allgemeinen gut verträglich mit lebenden Geweben.
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Als weitere bevorzugte Ausführungsform umfasst die Zubereitung ein oder mehrere Suspendier- oder Dispergierhilfsmittel. Suspendierhilfen erhöhen die Stabilität von Partikeln in Zubereitungen.
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In wasserfreien Formulierungen werden vorzugsweise modifizierte Schichtsilikate, Tonmineralien und/oder Kieselsäuren als Suspendier- oder Dispergiermittel eingesetzt. Bei Öl-Suspensionen, wie sie bei Aerosolen zum Einsatz kommen, können die PCM-Partikel durch vorhandenes Schichtsilikat (z.B. Quaternium-18 Hectorite) am Absinken und somit am Agglomerieren gehindert werden. Als Supendierhilfen sind u.a. modifizierte Smektite, Hektorite, Bentonite vorteilhaft einsetzbar. Zu den modifizierten Schichtsilikaten zählen auch die organophilen Schichtsilikate.
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Vorteilhaft werden den kosmetischen Formulierungen 0,05–5 % Suspendiermittel zugegeben, um die Stabilität der PCM-Kapseln in der Zubereitung zu erhöhen, insbesondere bevorzugt 0,1–3 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmasse der Zubereitung
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In weiteren, wasserhaltigen Formulierungen können Strukturgeber, wie z.B. Cellulosen, die Agglomeration minimieren.
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Auch Fette, wie beispielsweise gehärtete Pflanzenöle, Kakaobutter, Sheabutter, Ester aus Fettalkoholen und Fettsäuren, z. B. Cetylpalmitat oder Myristylmyristat, können kosmetischen Formulierungen Struktur und damit Partikeln einen festen Platz geben und gelten erfindungsgemäß als Suspendier- bzw. Dispergiermittel.
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Besonders gut geeignet sind auch Wachse aller Art. Wachse können natürlichen Ursprungs, chemisch modifiziert oder synthetischen Ursprungs sein. Bei den natürlichen Wachsen wird nach pflanzlichem (z. B. Carnaubawachs, Candelillawachs), tierischem (z. B. Bienenwachs) und mineralischem Ursprung (z. B. Mikrowachse, Ceresin, Ozokerite) unterschieden.
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Als erfindungsgemäße PCM-Materialien werden temperaturstabilisierende Materialien eingesetzt. Das temperaturstabilisierende Material kann in Mikrokapseln, als MicroPCM bezeichnet, oder in größeren Kapseln eingekapselt sein. Geeignete Phasenänderungsmaterialien (PCM) können aus Paraffin, Naphthalin, Schwefel, hydratisiertem Calciumchlorid, Bromcampher, Cetylalkohol, Cyanimid, Eleudinsäure, Laurinsäure, hydratisiertem Natriumsilicat, Natriumthiosulfatpentahydrat, Dinatriumsulfat, hydratisiertem Natriumcarbonat, hydratisiertem Calciumcitrat, Glaubersalz, Kalium-, Natrium- und Magnesiumacetat sowie aus der Gruppe der Wachse wie Methylpalmitat, Methylstearat, Ethylstearat, 1,1‘-Oxybisdodecan und/oder Hydrogenated Coco-Glycerides ausgewählt sein.
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Für kosmetische oder dermatologische Formulierungen sind vorteilhaft Phasenänderungsmaterialien zu wählen, die ohnehin in der Kosmetik Einsatz finden. Diese Wahl erleichtert den Einsatz, da es bei einem möglichen Austritt der verkapselten Materialien nicht zu unerwünschten Effekten (wie Instabilitäten, Hautreizungen u.ä.) kommt. Als bevorzugt zu benennen sind somit Paraffin, hydratisiertes Calciumchlorid, Natriumcarbonat und Calciumcitrat sowie Cetylalkohol.
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Bevorzugte Phasenänderungsmaterialien sind paraffinische Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoff-Kettenlängen zwischen etwa 13 und 30 Kohlenstoffatomen. Zusätzlich können Materialien wie 2,2-Di-methyl-1,3-propandiol (DMP) und 2-Hydroxymethyl-2-methyl-1,3-propandiol (HMP) und dergleichen als temperaturstabilisierendes Material verwendet werden.
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Bevorzugte PCM-Materialien auf Paraffinbasis sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angeführt. Tabelle 1:
| PCM – Paraffin | C-Anzahl | Schmelztemperatur °C |
| n-Octacosane | 28 | 61.4 |
| n-Heptacosane | 27 | 59.0 |
| n-Hexacosane | 26 | 56.4 |
| n-Pentacosane | 25 | 53.7 |
| n-Tetracosane | 24 | 50.9 |
| n-Tricosane | 23 | 47.6 |
| n-Docosane | 22 | 44.4 |
| n-Heneicosane | 21 | 40.5 |
| n-Eicosane | 20 | 36.8 |
| n-Nonadecane | 19 | 32.1 |
| n-Octadecane | 18 | 28.2 |
| n-Heptadecane | 17 | 22.0 |
| n-Hexadecane | 16 | 18.2 |
| n-Pentadecane | 15 | 10.0 |
| n-Tetradecane | 14 | 5.9 |
| n-Tridecane | 13 | –5.5 |
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Die angegebenen Schmelztemperaturen ermöglichen so eine Auswahl geeigneter Materialien je nach gewünschtem Temperaturkompensationsbereich. Vorteilhaft werden daher Materialien mit einem Schmelzbereich im Bereich der Körper- bzw. Hauttemperatur von etwa 30 bis 40°C, insbesondere 35–38 °C gewählt.
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Der Temperaturbereich der bekannten, kommerziell erhältlichen PCMs (Phase Change Materials) im Bereich der Kleidung ist so eingestellt, dass der Inhalt dieser Partikel beim Kontakt mit dem Körper schmelzen und die Wärmeaufnahmekapazität allein durch die Hautwärme komplett verbraucht ist.
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Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn die PC-Materialien so eingestellt werden, dass die Wärmeaufnahme erst in leicht höheren Temperaturbereichen stattfindet. Dieses wird dadurch erzielt, dass höherschmelzende Materialien eingesetzt werden. Bei niedrigschmelzenden Materialien ist die Wärmeaufnahmekapazität bereits beim Auftragen der Zubereitung auf die Haut erschöpft. Materialien mit einem höheren Schmelzpunkt beginnen erst ab diesem, überschüssige Körperwärme aufzunehmen und erzeugen somit einen Kühleffekt bzw. verzögertes Wärmeempfinden. Da dieses bei jedem Menschen unterschiedlich ist, ist es für den Einsatz in der Kosmetik und einen sicherzustellenden Effekt von Nöten, einen etwas breiteren Temperaturbereich durch Einsatz verschiedener Phasenumwandlungsmaterialien abzudecken. Dazu werden Mischungen erstellt, in denen die unterschiedlichen Materialien bei verschiedenen Temperaturen schmelzen und einen weiten Bereich der Wärmeaufnahme garantieren.
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Erfindungsgemäß sind die PCMs bevorzugt auszuwählen aus Paraffinen, insbesondere n-Octadecan, n-Nonadecane, n-Eicosan und n-Heneicosane.
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Als Schüttdichte der Kapseln sind Werte zwischen 0,3 bis 0,51 g/cm3 angegeben. Im Bereich dieser Dichten herrscht eine gute Ausgewogenheit zwischen schützender Acrylat-/Polymerhülle und zu sicherndem PCM. Somit wird innerhalb dieses Bereiches einer Agglomeration entgegen gewirkt. Des Weiteren wird durch die geringe Dichte der Kapseln die Gefahr des Absinkens in kosmetischen Zubereitungen minimiert.
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Jedes der PCM-Materialien kann getrennt eingekapselt werden und ist nahe dem angegebenen Schmelzpunkt (siehe Tabelle) am wirksamsten. Die Materialien können auch innerhalb einzelner Kapseln oder Mikrokapseln gemischt werden, um temperaturstabilisierende Materialien mit einem praktisch kontinuierlichen Bereich von Phasenänderungstemperaturen zu ergeben. Zu beachten ist dabei, dass die Effizienz der PCM-Kapseln von der Masse des verkapselten Materials abhängt: Je mehr PC-Material vorhanden ist, desto besser bzw. spürbarer kann im Schmelzbereich dieses der gewünschte Effekt erzielt werden. Aus Gründen der Agglomeration, Sensorik, Verträglichkeit, von Kosten und weiteren sollten die Kapseln bevorzugt nur ein Material umschließen, wenn der Ziel-Korridor der Temperatur klar definiert ist.
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Phasenwechselmaterialien, wie etwa die aufgeführten paraffinischen Kohlenwasserstoffe, werden bevorzugt zu Mikrokügelchen geformt und in eine ein- oder mehrlagige Hülle aus Polymer, Acrylaten, Gelatine oder anderem Material eingekapselt. Durchmesser eingekapselter Mikrokügelchen von 1 bis 100 μm (Mikron) werden bevorzugt, höchstbevorzugt von 2 bis 50, insbesondere 10 bis 60 μm (Mikron). Mikrokügelchen können auch in einer Silikamatrix mit Submikron-Durchmessern gebunden sein.
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Da verkapselte PCM zu einer gewissen Isothermie auf der Haut führen können, ist der Einsatz dieser Materialien gerade für den Bereich der Deodorantien, konkreter der Antitranspirantien vorteilhaft. Durch den Einsatz von PCM-Kapseln wird der Wärmehaushalt in der Achsel gepuffert, so dass es zu weniger schnell steigender Hauttemperatur und somit zu verringertem Schweißfluss kommt. Damit bieten sich Formulierungen und Applikationsformen an, die in diesem kosmetischen Sektor bereits bekannt sind:
In Roller-Formulierungen ist die Agglomeration der Partikel vorzugsweise über den Einsatz von Cellulosen zu verhindern. Sollten die Formulierungen transparent erscheinen, ist durch den Einsatz von verkapselten Materialien ein optischer Effekt erzielbar, der hilft, die Wirkweise auch visuell zu transportieren.
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Es ist des Weiteren möglich, dass die gleichmäßige Verteilung der Kapseln durch Emulgator-Netzwerk-Strukturen erhalten bleibt. Selbstverdickende Systeme, wie beispielsweise die Emulgator-Kombination aus Steareth-2 und Steareth-21, bilden lamellare flüssigkristalline Strukturen aus, die eine Stabilisierung an sich ergeben.
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Die Einarbeitung vom PCM-Kapseln in Stiften ist durch die gegebene Festigkeit des Systems trivialer. Nach dem Befüllen des Packmittels mit der warmen Masse muss lediglich auf eine schnelle Kühlung desselben geachtet werden, damit die Partikel nicht absinken und agglomerieren. Ist der Stift erst einmal verseift bzw. verfestigt (durch Unterschreiten des Schmelzpunktes der enthaltenen Wachse), sind die Kapseln an ihrem Ort fixiert.
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Bei den Aerosolen ist zum einen die Suspensions-Technologie als Matrix denkbar. Da hierbei naturgemäß auf den Einsatz von Suspendierhilfen zurückgegriffen wird, um das suspendierte, pulverförmige Material im Medium verteilt zu halten, ist die Zugabe eines weiteren, partikulären Stoffs vereinfacht umzusetzen.
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Allerdings ist auch die Verarbeitung in Emulsionssystemen, die als Aerosole appliziert werden, möglich. Dabei ergeben sich dieselben Möglichkeiten, wie sie bereits bei den Rollern aufgeführt wurden.
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Bei Aerosol-Systemen muss allgemein beachtet werden, dass es durch die Art der Applikation besondere Anforderungen gibt: Zum einen dürfen die austretenden Partikel nicht zu klein sein, um eine Lungengängigkeit auszuschließen (bevorzugt > 10 µm). Des Weiteren kann es durch die Scherung im Sprühkopf zum Zerreißen der Kapseln, damit zum Austritt und parallel zur verminderten Wirksamkeit der PCM kommen. Aus diesen Gründen ist eine homogene Verteilung der Kapseln ohne Agglomerat-Bildung in der Zubereitung von hoher Relevanz. Inhomogenität und/oder Agglomerate führen zu Verstopfungen in den Sprühsystemen und hoher Krafteinwirkung auf die Kapseln, so dass es zu unerwünschten Nebenwirkungen kommen kann.
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Bekannte Antitranspirantien vermindern oder verhindern das Schwitzen mittels biologischer, biochemischer oder chemischer Prozesse dadurch, dass die Schweißdrüsen verstopft werden oder die Schweißsekretion reduziert wird.
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Die vorliegende Erfindung macht sich nun einen einfachen physikalischen Effekt – die Wärmekompensation – zu Nutze, um die Körpertemperatur zu regulieren und um damit das Schwitzen zu vermindern oder zu verhindern.
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Optional können den erfindungsgemäßen Zubereitungen zusätzlich Antitranspirantien und/oder Desodorantien zugesetzt sein.
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Deodorantien dienen dazu, Körpergeruch zu beseitigen, der entsteht, wenn der an sich geruchlose frische Schweiß durch Mikroorganismen zersetzt wird. Den üblichen kosmetischen Desodorantien liegen unterschiedliche Wirkprinzipien zugrunde.
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Im allgemeinen Sprachgebrauch erfolgt nicht immer ein klare Trennung der Begriffe „Deodorant“ und „Antitranspirant“. Vielmehr werden – insbesondere auch im deutschsprachigen Raum – Produkte zur Anwendung im Achselbereich pauschal als Desodorantien bzw. „Deos“ bezeichnet. Dies geschieht unbeachtlich der Frage, ob auch eine antitranspirante Wirkung vorliegt.
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Antitranspirantien (AT) sind schweißverhütende Mittel, die – im Gegensatz zu den Desodorantien, die im Allgemeinen eine mikrobielle Zersetzung von bereits gebildetem Schweiß verhindern – die Absonderung von Schweiß überhaupt inhibieren sollen.
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Im Gegensatz zu den Antitranspirantien bewirken reine Desodorantien keine aktive Beeinflussung der Schweißsekretion, sondern lediglich die Steuerung bzw. Beeinflussung des Körper- bzw. Achselgeruchs (Geruchsverbesserungsmittel). Gängige Wirkmechanismen hierzu sind antibakterielle Effekte, Geruchsneutralisation (Maskierung), Beeinflussung von bakteriellen Metabolismen, die reine Parfümierung wie auch die Verwendung von Vorstufen bestimmter Parfümkomponenten, welche durch enzymatische Umsetzung zu wohlriechenden Substanzen verstoffwechselt werden.
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Zubereitungen können auch Stoffe enthalten, die den mikrobiellen Abbau des Schweißes hemmen, wie z.B. Triclosan. Triclosan wirkt gegen gram-positive und gram-negative Keime sowie gegen Pilze und Hefen, woraus eine desodorierende, jedoch keine antitranspirante Wirkung resultiert, da aus der Beeinflussung der bakteriellen Hautflora keine Beeinflussung der Schweißsekretion abzuleiten ist.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft ist eine besondere Ausführungsform, indem den Zubereitungen ein oder mehrere leichtflüchtige Lösemittel zugesetzt sind, die bei Hauttemperatur verdunsten und dadurch die Haut vorkühlen.
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Es wird so ein 1. Kühleffekt erzielt, bevor die Körperwärmeaufnahme durch die PCM-Partikel stattfindet und sich der 2. Kühleffekt anschließt.
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Damit ist zum einen ein wohlfeiler Kombinations-Kühl-Effekt einstellbar und zum anderen lassen sich so auch PCM-Partikel einsetzen, die einen niederen Schmelzpunkt aufweisen.
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Die Zubereitungen, insbesondere Deodorant- oder Antitranspirantzubereitungen, gemäß der Erfindung können kosmetische Hilfsstoffe und weitere Wirkstoffe enthalten, wie sie üblicherweise in kosmetischen oder dermatologischen Zubereitungen verwendet werden, wie z. B. Konservierungsmittel, Konservierungshelfer, Bakterizide, Parfüms, Substanzen zum Verhindern des Schäumens, Farbstoffe und Farbpigmente, Verdickungsmittel, Emulgatoren, Lösungsvermittler, anfeuchtende und/oder feuchthaltende Substanzen, Fette, Öle, Wachse oder andere übliche Bestandteile einer kosmetischen oder dermatologischen Formulierung wie Alkohole, Polyole, Polymere, Schaumstabilisatoren, Elektrolyte, organische Lösungsmittel oder Silikonderivate, sofern der Zusatz die geforderten Eigenschaften nicht beeinträchtigt oder erfindungsgemäß ausgeschlossen ist.
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Bevorzugte Applikationsform für die erfindungsgemäßen Formulierungen sind Aerosole, Roll-ons sowie Sticks. Vorteilhaft bei diesen Applikationsformen ist die Vorkühlung der Haut durch folgende Inhaltsstoffe: Bei den Aerosolen wird der Effekt durch den Einsatz von Treibgasen gefördert. Diese verdunsten bei Applikation schlagartig und erniedrigen durch die Verdunstungskälte schlagartig die Temperatur. Bei der Applikation von Roll-ons sowie Seifengelstiften wird durch die Auftragung der wasserhaltigen Zubereitungen ebenfalls die Temperatur durch die Verdunstung des Wassers gesenkt. Dieses erfolgt im Vergleich zu Treibgas-haltigen Aerosolen verlangsamt. Bei Suspensions-Stiften erfolgt die Kühlung der Haut durch den benötigten Energiebedarf zum Schmelzen der eingesetzten Wachse. Somit beinhalten alle gängigen Applikationsformen für Deodorantien vorteilhafte Ingredienzien für den Einsatz von verkapselten PCM. Beispielrezepturen
| Alkoholische Roll-ons – transparent | | | |
| Beispiel Nr. | 1 | 2 | 3 |
| | Gew.-% |
| Alkohol denat. | 20,000 | 30,000 | 20,000 |
| Hydroxyethylcellulose | 0,400 | 0,300 | 0,400 |
| Polyethylenglykol 400 | 3,000 | 2,000 | 3,000 |
| Polyethylenglykol (2000) hydriertes Ricinusöl | 2,000 | 3,000 | 2,000 |
| Avocadoöl | 0,500 | 0,100 | 0,500 |
| PCM Micronal® (Paraffin) | 10 | 15 | 20 |
| Parfum, Antioxidantien | q.s. | q.s. | q.s. |
| Wasser, ad | 100,000 | 100,000 | 100,000 |
| Deo-Crèmes Makroemulsionen | |
| Beispiel Nr. | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| | Gew.% |
| Polyethylenglykol(21)stearyl ether | 2,000 | 1,500 | 1,000 | 2,500 | 2,000 | 1,000 | 3,000 | 1,500 |
| Polyethylenglykol(2)stearylet her | 2,500 | 2,500 | 2,200 | 1,500 | 2,000 | 3,000 | 2,500 | 3,000 |
| Polypropylenglykol(15)steary lether | 3,000 | 4,000 | 4,000 | 3,000 | 3,000 | 3,000 | 3,000 | 3,000 |
| Cocosnussfettsäure-2- ethylhexylester | - | - | - | 1,000 | - | - | 1,000 | - |
| Na3HEDTA (20% wässr. Lösung) | 1,500 | 1,500 | 1,500 | 1,500 | 1,500 | 1,500 | 1,500 | 1,500 |
| Avocadoöl | 0,100 | 0,100 | 0,100 | 0,100 | 0,100 | 0,100 | 0,100 | 0,100 |
| Parfum, Antioxidantien | q.s. | q.s. | q.s. | q.s. | q.s. | q.s. | q.s. | q.s. |
| PCM Zuckeralkohol, Gelantine | 10 | 12,5 | 10 | 15 | 7,5 | 10 | 10 | 15 |
| Wasser, ad | 100,00 | 100,000 | 100,000 | 100,000 | 100,000 | 100,000 | 100,000 | 100,00 |
| Deo-Crèmes Makroemulsionen | | | |
| Beispiel Nr. | 12 | 13 | 14 |
| | Gew.% |
| Glycerinmonostearat | 4,000 | 3,500 | 3,500 |
| Polyethylenglykol(2000) monostearat | 4,500 | 4,000 | 4,000 |
| Cetylalkohol | 5,000 | 4,000 | 4,000 |
| Dekamethylcyclopentasiloxan | 6,000 | - | - |
| Isohexadecan | - | 6,000 | 6,000 |
| Paraffinöl | 4,500 | 4,000 | 4,000 |
| Na3HEDTA (20% wässr. Lösung) | 1,500 | 1,000 | 1,000 |
| Parfum, Antioxidantien | q.s. | q.s. | q.s. |
| PCM n-Octadecan, Acrylat | 10 | 15 | 10 |
| Wasser, ad | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
Beispiel 15
| Transparente Mikroemulsion – Roll-on |
| Chemische Bezeichnung | Gew.% |
| Glycerinmonoisostearat | 1,00 |
| Polyoxyethylene(20)isostearylether | 3,00 |
| Di-n-Octylcarbonat | 3,00 |
| Hydroxyethylcellulose | 0,35 |
| 2-Octyldodecanol | 2,00 |
| Glycerin | 3,00 |
| Jojobaöl | 0,10 |
| PCM n-Eicosane, Acrylat | 10,00 |
| 2-Ethylhexylglycerinether | 0,50 |
| Chitosan | 0,50 |
| Parfum, Antioxidantien | q.s. |
| Wasser, ad | 100 |
Beispiel 16
| Aerosolspray Typ B | I | II |
| | Gew.-% | Gew.-% |
| Aluminiumchlorohydrat | 45,00 | 25,00 |
| Isopropylpalmitat | 25,00 | 30,00 |
| Quaternium-18 Hectorite | 4 | 3 |
| Cyclomethicone | ad 100,00 | 0,30 |
| Isoparaffin | - | ad 100,00 |
| Talkum | - | 10,00 |
| 2-Hexyldecansäure | 0,25 | 0,30 |
| PCM Outlast® DPNT 05-0176 | 20 | 25 |
| Parfum | q.s. | q.s. |
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Die durch Zusammenmischung der jeweiligen Bestandteile erhaltene flüssige Phase wird mit einem Propan-Butan-Gemisch (2.7) im Verhältnis 17:83 in Aerosolbehälter abgefüllt. Beispiel 17
| Deo-Stift Typ A | I | II | III |
| | Gew.-% | Gew.-% | Gew.-% |
| Natriumstearat | 7,00 | 7,00 | 7,00 |
| 1,2-Propylenglycol | 48,00 | 48,00 | 48,00 |
| PCM Outlast® DPNT 05-0176 | 10 | 12,5 | 15 |
| 2-Butyloctansäure | - | 0,10 | |
| 2-Hexyldecansäure | 0,20 | - | - |
| Parfum, Konservierungsstoffe | q.s. | q.s. | q.s. |
| Wasser | ad 100,00 | ad 100,00 | ad 100,00 |
Beispiel 18
| Deo-Stift Typ B | I | II | III |
| | Gew.-% | Gew.-% | Gew.-% |
| Natriumstearat | 8,00 | 8,00 | 8,00 |
| 1,2-Propylenglycol | 45,00 | 45,00 | 45,00 |
| PCM hydratisiertes Calciumchlorid, Gelantine | 15 | 10 | 12,5 |
| 2-Butyloctansäure | - | 0,50 | - |
| 2-Hexyldecansäure | 0,50 | - | - |
| Polyethylenglycol(25)cetearylether | 3,00 | 3,00 | 3,00 |
| Ethanol | 20,00 | 20,00 | 20,00 |
| Parfum, Konservierungsstoffe | q.s. | q.s. | q.s. |
| Wasser | ad 100,00 | ad 100,00 | ad 100,00 |
| Aerosol-Sprays Beispiel Nr. | 19 | 20 | 21 |
| | Gew.% |
| PCM Paraffin/Acrylat | 5 | 7,5 | 5 |
| Chitosanlactat | 0,5 | 0,3 | – |
| Cyclomethicon | 8,5 | - | 12,8 |
| C12-C15 Alkylbenzoat | 3,0 | 5,0 | - |
| Dicaprylylcarbonat | - | 2,0 | - |
| Isohexadecan | - | 9,1 | - |
| Polydimethylsiloxan | 0,9 | 1,0 | 2,0 |
| Disteardimonium Hectorit | 0,6 | - | 0,4 |
| Siliciumdioxid | - | 1,1 | 0,3 |
| Talkum | - | - | 3,0 |
| Parfüm | 0,9 | 1,0 | 1,0 |
| Treibgasmischung | 85,0 | 80,0 | 80,0 |
| Summe | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5290904 A [0009]
- EP 981576 A1 [0010]
- US 5290904 [0011]
- WO 2009015872 A1 [0024]
- WO 2005105026 A2 [0054]
- EP 2376052 A2 [0054]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 1342-1: 1983-10 [0055]
- DIN 1342-1: 1983-10 [0056]
- DIN 53019: 1980-05 [0058]
- DIN 53214: 1982-02 [0058]