DE2709229A1

DE2709229A1 - Aerosoltreibmittel

Info

Publication number: DE2709229A1
Application number: DE19772709229
Authority: DE
Inventors: Joel A Gribens; Gerald J O'neill; Charles W Simons
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1976-08-16
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1978-02-23
Also published as: BR7702155A; AU2286777A; IT1074370B; JPS5322880A; SE7702201L; FR2362201A1; CA1075854A; US4139607A

Description

UEXKÜLL Λ STOLBERG PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4

DR. J-D. FRHR. von UEXKÜlt "» '

O DR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

W.R. Grace & Co. (Prio: 16. August 1976 j

α _ΐΛιίιι a - US 714-522 - 13830)

62 Whittemore Avenue

Cambridge, Mass. Ο214Ο / V.St.A.

Hamburg, den 2. März 1977

Aerosoltreibmittel

Die Erfindung bezieht sich auf Aerosoltreibmittel.

In den vergangenen Jahren wurden im Hinblick auf Wirkungsweise, Sicherheit und Kosten als Treibmittel nur verhältnismäßig wenige gasförmige verflüssigbare Kohlenwasserstoffe und einige andere übliche nicht-toxische Gase, wie Stickoxid und Kohlenstoffdioxid, verwendet. Trichlormonofluormethan und Dichlortetrafluoräthan wurden insbesondere wegen ihrer Stabilität, chemischen Inertheit, ihrer Verträglichkeit mit den Füllgütern einer Aerosolpackung, wegen geringer Toxizität und wegen ihres

Vermögens, einen guten Druck zu erzeugen, bevorzugt. Die Verwendung dieser Treibmittel wird jedoch in letzter Zeit angegriffen wegen vermeintlicher schädigender Einflüsse auf die-· Ozonschicht in der höheren Atmosphäre. Aus diesem Grund besteht eine Nachfrage nach annehmbaren Ersatzprodukten, nämlich nach Gasen, die im wesentlichen die gleiche Eigenschaften wie Chlorfluor-KW haben, aber chlorfrei sind, da der Chlorgehalt vermutlich für die Störung der Ozonzone verantwortlich ist.

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Chlorfreie, stabile Verbindungen, die den erforderlichen Druck ergeben, sind praktisch nicht vorhanden oder aus anderen Gründen ungeeignet, wie beispielsweise Dimethylather, der äußerst leicht entflammbar ist, so daß dieser höchstens mit einer wäßrigen Aerosolphase verwendet werden kann. Die Möglichkeit, diese unerwünschte Eigenschaft eines vielleicht akzeptablen Treibmittels insbesondere durch Fluorierung zu verändern, war nicht erfolgversprechend. Die Halogenierung des cL-Kohlenstoffs eines Methyläthers führt bekanntlich zu einer Instabilität des Moleküls. Verbindungen wie CHF«.O.CH^ zersetzen sich entweder beim Stehen oder beim Destillieren. CH₃F.O.CHF _ zersetzt sich an Glas, während andere fluorierte Methyläther unter hydrolytischen Bedingungen, wie sie in Aerosolzubereitungen vorherrschen, instabil sind. Aus diesem Grunde erschienen fluorierte Methyläther ungeeignet.

Darüber hinaus und im Hinblick auf die Ökologie, die Sicherheit und die Gesundheit muß berücksichtigt werden, daß bei dem begrenzten Wissen über die physiologischen Eigenschaften fluorierter Äther die Verwendung dieser Verbindungen als Treibmittel in Aerosolverpackungen, insbesondere für persönlichen Gebrauch, wie in der Kosmetikindustrie und in der Medizin, nicht vielversprechend war. So wird beispielsweise in Fluorine Chemistry Rev., Band 3 (1969) von Larsen festgestellt, daß fluorierte Äther als Klasse das weiteste Spektrum unvorhersehbarer biologischer Auswirkungen zeigen , wobei einige äußerst starke Krampfmittel sind und andere ausgezeichnete Anästhetika. Keiner dieser Eigen-

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schäften macht diese Verbindungen als Treibmittel für Aerosol behälter geeignet. Von den fluorierten Äthern zeigt beispiels weise der Bis(2,2_/2-trifluoräthyl)-äther bei Ratten in einer Konzentration von 30 ppm toxische Erscheinung, wobei dieser Di- äthyläther auch als therapeutisches Konvulsantium in der Mental therapie Anwendung findet (Goodman & Gilman, The Pharmaceutical Basis of Therapeutics, 4. Auflage, Seiten 355-6, The Macmillan Co., 1970).

Es wurde nun festgestellt, daß man erfindungsgemäß Bis(difluormethyl) äther und Perfluordimethylather als Treibmittel in Aero solbehältern in jedem Anteil verwenden kann, welcher geeignete Drucke ergibt. Diese Verbindungen enthalten kein Chlor, so daß anzunehmen ist, daß sie die atmosphärische Ozonschicht im Gegen satz zu den üblichen. Chlor enthaltenen Treibmitteln nicht beeinträchtigen. Darüber hinaus sind diese beiden Verbindungen im Gegensatz zu anderen bekannten fluorierten Methyläthern stabil und nicht toxisch.

Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung einen Aerosolbehälter, der als Treibmittel Bis (difluormethyl)äther und/oder Perfluordimethylather enthält.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, um Aerosolbehälter unter Druck mit einem Treibmittel abzufüllen, das dadurch ge kennzeichnet ist, daß man in den Behälter als Treibmittel Bis- (difluormethyl)äther und/oder Perfluormethyläther einfüllt.

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Die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen sind symmetrische Dimethylather, bei denen mindestens zwei Wasserstoffatome jedes Methylrestes durch Fluoratome ersetzt sind.

Diese beiden Verbindungen besitzen die beste Kombination von physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften, die für ihren Einsatz bei der Aerosolbefüllung geeignet sind. Sie sind lagerstabil, unterliegen keiner alkalischen Hydrolyse, sind nicht entflammbar, und zwar auch nicht bei direktem Kontakt mit einer Lötlampe. Der Siedepunkt des Bis(difluormethyl)äthers liegt bei -2°C und des Perfluordimethyläthers bei -55°C, was einem Dampfdruck von 1,4 bis 14,8 atü unter Standarddruck- und -temperaturbedingungen entspricht.

Bei der Herstellung der Aerosolpackung kann gegebenenfalls der gewünschte Druck durch Vermischen der erfindungsgemäßen Treibmittel mit anderen Flüssigkeiten erreicht werden, die bei der Aerosolherstellung verwendet werden, und zwar in Anteilen, wie sie durch die entsprechenden Arbeitsbedingungen erfordert werden. Die erfindungsgemäßen Treibmittel können auch zusammen mit anderen konventionellen gasförmigen Aerosoltreibmitteln verwendet werden, um die Verträglichkeit mit den betreffenden Füllgütern, die Kosten und die Freigabegeschwindigkeit zu beeinflussen. Geeignete derartige Treibmittel sind übliche Gase, wie Stickoxid, Kohlenstoffdioxid, nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe und Fluorkohlenwasserstoffe sowie ferner keine Chloratome enthaltende Treibmittel, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu gewährleisten. Geeignete flüssige Träger für das

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abzugebende Produkt, welche den endgültigen Dampfdruck beeinflussen, sind übliche Verbindungen, wie Äthylalkohol, Perchloräthylen, Trichloräthylen, Aceton, Amylacetat und Wasser.

Die erfindungsgemäßen Aerosoltreibmittel können für zahlreiche übliche Füllgüter, insbesondere für solche des persönlichen Gebrauchs verwendet werden, wie beispielsweise für Toilettenartikel, hygienische Produkte,für den Haushaltssektor und den persönlichen Gebrauch^ür pharmazeutische Produkte und Medizinen und im allgemeinen für jedes Verpackungsgut, das bislang mit üblichen Chlorfluoralkanen verpackt war, insbesondere wenn deren Einsatz eine eventuelle Toxizität für Lebewesen zeigt. Typische Beispiele für Aerosolbehälter mit den vorliegenden Treibmitteln sind Haarsprays, Rasiercreme, Duftwässer und Parfüms, Arzneimittel für die Atmungswege, Antibiotika, Antiperspirantien und Haushaltsinsektizide. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Äther bezüglich der Verträglichkeit mit organischen und anorganischen Werkstoffen den sauerstofffreien Molekülen von Chlorfluoralkanen überlegen.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Eigenschaften der Ä'ther zeigen diese bei den Einsatzkonzentrationen, bei der Verpackung oder bei der Abgabe keine nachteiligen physiologischen Wirkungen. Die Verbindungen sind nicht toxisch und verursachen keine Konvulsionen. Hinsichtlich einer Anästhesiewirkung ergibt sich nur eine milde Aktivität bezüglich der Tetrafluorverbindung gegenüber Mäusen nach 2 Stunden und gar keine Aktivität bezüglich

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der Hexafluorverbindung. Die aktive Verbindung, nämlich die Tetrafluorverbindung, läßt sich günstig mit reinem Dimethyläther vergleichen, da sie eine größere Sicherheitsbreite als letztere hat, was sich aus dem Standard-Anästhesieindex (A.I.) für jede Verbindung ergibt, die bei Werten von >3 bzw. 1,3 liegen.

Im Hinblick auf die bekannte chemische Instabilität der Äther, bei denen Wasserstoffatome am oL-Kohlenstoffatom durch Fluoratome ersetzt worden sind, welche beispielsweise zu toxischen Produkten, wie Fluorwasserstoff führt, und im Hinblick auf die Anzahl bekannter fluorierter Dialkylather, die bei der Abgabe in geringen Konzentrationen auf Säugetiere konvulsionserregend wirken, wurden die erfindungsgemäß verwendeten Äther auf ihre biologische Aktivität wie folgt untersucht:

Biologische Untersuchung von fluorierten Dimethyläthern (Bis(difluormethyl)äther

Mäuse wurden in einer Kammer mit einer Unterlage aus Kalk zur Absorption von Kohlenstoffdioxid den verschiedensten Ätherkonzentrationen ausgesetzt. Dieses Untersuchungsverfahren entspricht der Standard-Bestimmung bei der Inhalation von Anästhetika und gleicht dem von Robbins (Pharmacology and Experimental Therapeutics 86, 197 (1946)). Zehn Mäuse wurden jeder zu untersuchenden Konzentration 2 Stunden ausgesetzt. Hierbei wurde festgestellt, daß Bis(difluormethyl)äther bei Konzentrationen

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bis zu etwas mehr als 20 Vol.% anästhetisch, aber nicht toxisch wirkt und daß die Erholungszeit der betäubten Mäuse etwa 2 Minuten beträgt. Es wurden keine toten Tiere bei diesem Versuch in diesen Konzentrationen erhalten. Der Anästhesieindex des Tetrafluormethyläthers wurde mit ^- 3 bestimmt, der vom Sicherheitsstandpunkt günstig zu dem des Dimethyläthers (1,3) liegt. Die Sicherheit des fluorierten Äthers wurde ferner dadurch bestimmt, daß man Ratten 3 Stunden täglich einer 5 %-igen Konzentration 5 Tage lang aussetzte, wobei keine Anzeichen von Konvulsionen oder Todesfällen bemerkt wurden.

Perfluordlmethylather

Diese Verbindung wurde untersucht, indem 6 Mäuse bei einer Dampfkonzentration bis zu 75 Vol.% 60 Minuten ausgesetzt wurden. Während und nach der Behandlung Wurden keine erkennbaren biologischen Wirkungen bemerkt. Dieses unterscheidet sich deutlich von dem Verhalten des Hexafluordiäthyläthers der bei 30 ppm bei Ratten Konvulsionen hervorruft.

Pentafluordimethylather

Diese Verbindung wurde zu Vergleichszwecken ebenfalls an 6 Mäusen untersucht, die unter verschiedenen Dampfkonzentrationen 60 Minuten der Verbindung ausgesetzt wurden. Alle Mäuse starben innerhalb von 75 Minuten oder am nächsten Morgen, wenn Konzentrationen von 50, 25 und 12,5 % benutzt wurden. Bei Konzentrationen von 6 und 9 % wurden keine erkennbaren Wirkungen festgestellt. Bei der Autopsie zeigte es sich, daß die Mäuse an

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pulmonaren Ödemen gestorben waren. Stabile Konzentrationen des Äthers während der Versuche und die Ergebnisse der Gaschromatographie bei Überprüfung der Dämpfe schlossen die Anwesenheit von ursprünglich vorhandenen Verunreinigungen oder später entstandenen Zersetzungsprodukten der Äther aus.

Diese Untersuchungen zeigen, daß die beiden Äther gemäß Erfindung überraschenderweise sich von anderen Alkyläthern unterscheiden und insbesondere vom Pentafluordimethyläther der jüngst in azeotropen Mischungen mit Dimethylather eingesetzt worden ist. Die obigen Werte zeigen jedoch, daß Pentafluoroverbindungen für Aerosolprodukte, insbesondere für Haushaltsprodukte und für Mittel der Körper- und Schönheitspflege, die oft in innigem Kontakt mit dem Benutzer kommen, nicht brauchbar sind.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von weiteren Beispielen näher erläutert werden, wobei alle Mengenangaben, sofern nicht anders angegeben, sich auf das Gewicht beziehen. Bei der Herstellung des Treibmittels wurde Äthylalkohol und das Treibmittel auf -25°C abgekühlt, um das Befüllen zu erleichtern.

Beispiel 1

Eine Mischung aus 9,01 % Perfluordimethyläther und 90,99 % Bis-(difluormethyl)äther wurde hergestellt und zeigte bei Zimmertemperatur einen Dampfdruck von 2,53 atü. Bei Zugabe von 55,5 g dieser Mischung zu 55 g denaturierten Äthanol wurde ein Dampf-

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druck von 1,83 atü erhalten. In einem Aerosolbehälter mit einem entsprechenden Ventil ergab sich bei Betätigung des Ventils ein feiner Aerosolsprühnebel.

Beispiel 2

Es wurde eine Mischung aus 23,08 % Perfluorodimethyläther und 76,92 % Bis(difluormethyl)äther hergestellt. Der Dampfdruck wurde durch Anbohren des Bodens eines Aerosolbehälters bestimmt und betrug 3,52 atü.

Beispiel 3

Eine Mischung aus 50,53 % Dimethyläther und 49,75 % Bis(difluormethyl) äther ergab einen Dampfdruck von 2,81 atü. Wenn 46 g dieser Mischung zusammen mit 45 g denaturiertem Äthanol in einem Aerosolbehälter abgefüllt war, wurde ein feiner Aerosolsprühnebel erhalten.

Mischungen dieser Treibmittel sind besonders geeignet für Inhalationsaerosole. Diese werden genau zugemessen, und zwar in geringer Kapazität, so daß die Entflammbarkeit und etwaige Nebenwirkungen von Dimethyläther außer Betracht bleiben können. Andererseits macht die Technik die Vorteile von Dimethyläther, nämlich die günstige Wirkung auf das Herz, geeignet, nämlich ein hinreichend hoher Dampfdruck von 4,36 kg/cm bei Zimmertemperatur, so daß hiermit Bis(difluormethyl)äther gemischt werden kann

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und wegen der Lösungskapazität eine hohe Verträglichkeit mit medizinischen Wirkstoffen gegeben ist.

Beispiel 4

23,1 g Bis(difluormethyl)äther wurde mit 26,7 g denaturiertem Äthanol vermischt. Das erhaltene Gemisch hatte einen Dampfdruck von 0,35 atü. Trotz dieses niedrigen Dampfdrucks ergab ein Aerosolsystem mit diesem Gemisch einen guten Aerosolsprühnebel.

Diese spezielle Mischung mit einem niedrigen Druck ist besonders geeignet für Aerosolglasbehälter, wie sie aus ästhetischen Gründen zur Abgabe von Parfüms und Toilettenwässern eingesetzt werden.

Beispiel 5

Eine Mischung aus 27,32 % Perfluordimethyläther und 72,68 % Bis(difluormethyl)äther wurden in einem Metallzylinder hergestellt. Der Druck dieses Systems wurde mit 5,27 atü festgestellt, Der hier verwendete Tetrafluormethyläther enthielt eine signifikante Menge Trifluoräthan, das den Dampfdruck der Mischung über den Wert steigerte, der von den Äthern allein zu erwarten gewesen wäre.

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Beispiel 6

22,2 % Perfluordimethylather wurden mit 77,80 % Bis(difluormethyDäther vermischt. Der eingesetzte Tetrafluoräther war der des Beispiels 5, d.h. er enthielt eine signifikante Menge Trifluoräthan. 107,2 g des Treibmittelgemisches wurden in einen Aerosolbehälter zusammen mit einer gleichen Gewichtsmenge denaturiertem Äthanol gegeben. Es wurde ein guter Aerosolsprühnebel erhalten. Der Druck wurde beim Anbohren des Behälters mit 3,94 atü bestimmt.

Beispiel 7

Eine 3 Gew.%-ige Lösung Sorbitantrioleat wurde in Bis (difluormethyDäther hergestellt. Es ergaben sich keine Schwierigkeiten beim Vermischen. Sorbitantrioleat wird gewöhnlich als Trägerstoff für pharmazeutische Aerosole, beispielsweise für Isoproterenolsulfat verwendet.

Beispiel 8

Es wurde ein Duftstoffaerosol in einem Glasbehälter mit den folgenden Bestandteilen hergestellt:

Bestandteile Gew.%

Duftöl 2,5 %

Äthanol 95 %-ig 47,5 %

Bis (dif luormethyDäther 47,5 %

Perfluordimethylather 2,5 %

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Ak

Es wurde ein guter Sprühnebel erhalten, und nach 1 Monat Lagerung konnte keine Änderung der Farbe oder des Geruchs bemerkt werden.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Treibmittel erfolgt beispielsweise durch elektrolytische Fluorierung des Dimethyläthers mit flüssigem HF gemäß US-PS 2 500 388 und 3 511 760.

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Claims

Patentansprüche

1. Aerosolbehälter, der ein Treibmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel mindestens teilweise Bis(difluormethyl)äther und/oder Perfluordimethylather ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Treibmittels Stickoxid, Kohlenstoffdioxid oder ein nicht halogenierter Kohlenwasserstoff oder ein Fluorkohlenwasserstoff treibmittel is t.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel bis zu 50 Gew.% Dimethyläther enthält.

4. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel aus Bis (difluormethyDäther und denaturiertem Äthanol in einem Gewichtsverhältnis von etwa 50:50 besteht.

5. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mindestens Äthylalkohol und/oder Perchloräthylen und/oder Trichloräthylen und/oder Aceton und/oder Amylacetat und/oder Wasser enthält.

6. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er als aktiven Wirkstoff Mittel zur Körper- und Schönheitspflege oder pharmazeutische Wirkstoffe enthält.

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7. Verwendung von Bis(difluormethyl)äther und/oder Perfluordimethylather als Aerosoltreibmittel.

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