DE4316524A1 - Fließfähige, hochtransparente, intensivfarbige, kaltwasserlösliche Hydrogele - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Konzentrate zur Herstellung fließ­ fähiger, hochtransparenter, intensivfarbiger, kaltwasserlöslicher Hydrogele, ein Verfahren zur Herstellung der Hydrogele sowie die erhaltenen Hydrogele selbst.

Hydrogele sind beispielsweise aus Römpp Chemielexikon, 9. Aufl., S. 1511, Stichwort "Gele", bekannt. Hierunter versteht man Gele, bei denen das Dispersionsmittel aus Wasser besteht. Hier wird beschrieben, daß formbeständige Hydrogele aus Agar oder Gelatine hergestellt werden können. Darüber hinaus ist für die Verwendung als Effektgel, beispielsweise auch Polyvinylalkohol als Gelbil­ dungskomponente vorgeschlagen worden.

Hydrogele auf der Basis von Agar oder Gelatine haben jedoch den wesentlichen Nachteil, daß diese Gele aus Kleidungsstücken nicht mit klarem Wasser allein rückstandsfrei auswaschbar sind, so daß Kleidungsstücke, die in Kontakt mit den Gelen kommen, besonderen Reinigungsverfahren unterzogen werden müssen.

Polyvinylalkohole gelten nach Römpp Chemielexikon, 9. Auflage, Seite 3578, Stichwort "Polyvinylalkohole", zwar als toxikologisch unbedenklich und sind wenigstens teilweise abbaubar, führen je­ doch letztlich dazu, daß die Gele nicht mit dem Abwasser besei­ tigt werden dürfen, da dieser Inhaltsstoff nicht als nichtwasser­ gefährdender Stoff bezüglich des wassergefährdenden Potentials eingestuft wird. Dementsprechend ist die Beseitigung problembe­ haftet und für verschiedene Anwendungszwecke nachteilhaft. Darü­ ber hinaus ist eine Kaltwasserlöslichkeit derartiger Hydrogele nicht gewährleistet.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung von Hydrogelen, die absolut sicher für die menschliche Gesundheit sind, bei denen die Beseitigung problemlos und praktisch unbedeutend für die Umwelt ist, die Gele einfach mit dem Abwasser zu beseitigen ist und insbesondere die Inhalts­ stoffe qualitativ dem Lebensmittelrecht, bzw. dem pharmazeu­ tischen Standard entsprechend klassifiziert sind. Weitere An­ forderungen an entsprechende Gele sind die rückstandsfreie Ent­ fernbarkeit der Gele von Kleidungsstücken oder sonstigen Gegen­ ständen.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe umfaßt in einer ersten Aus­ führungsform Konzentrate zur Herstellung fließfähiger, hoch­ transparenter, intensivfarbiger, kaltwasserlöslicher Hydrogele, enthaltend wasserlösliche oder vollständig mit Wasser mischbare Bestandteile, umfassend Gelbildungskomponenten, Farbstoffkom­ ponenten und gegebenenfalls Fließfähigkeitshilfsmittel, Wasser­ härtebinder und/oder Konservierungsmittel.

Im einzelnen sind an die einzusetzenden Inhaltsstoffe die fol­ genden Anforderungen zu stellen, die mit Hilfe der vorliegenden Erfindung vollständig erfüllt werden können.

Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß sämtliche Bestandteile kaltwasserlöslich sind, damit eine einfache Entfernung der Hydro­ gele aus Kleidungsstücken möglich ist, die mit den Hydrogelen in Kontakt gekommen sind. Während beispielsweise Gele auf der Basis von Agar oder Gelatine kaltwasserlösliche Gelbildungskomponenten umfassen, sind die damit hergestellten Gele typischerweise nicht mehr kaltwasserlöslich, sondern erfordern eine über der Raumtem­ peratur liegende Reinigungslösung und/oder die Anwendung von Wasch- und/oder Reinigungsmitteln.

Damit die Hydrogele vollständig kaltwasserlöslich sind, ist es selbstverständlich erforderlich, daß die Farbstoffkomponente sowie die gegebenenfalls enthaltenen Fließfähigkeitshilfsmittel, Wasserhärtebinder und/oder Konservierungsmittel in gleicher Weise kaltwasserlöslich sind.

Bei entsprechender Auswahl der obengenannten Bestandteile, ist die Herstellung strukturviskoser, jedoch fließfähiger Gele mög­ lich, die sich einerseits leicht und schnell aus einem Vorratsbe­ hälter schütten lassen, andererseits in kleineren Partien wir­ kungsvoll lange auf der menschlichen Haut oder Kleidung haften.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sind die Gelbildungskomponenten ausgewählt aus starksauren Acryl­ säure-Polymerisaten und in etwa äquimolaren Mengen anorganischer oder organischer Basen. So sind beispielsweise unter dem Waren­ zeichen Carbopol® eine Reihe starksaurer Acryl-Polymerisate mit hohem Molekulargewicht bekannt, die in dieser Form ein wasserlös­ liches Pulver darstellen.

Die Neutralisation dieser Acrylsäure- Polymerisate mit anorganischen oder organischen Basen liefert hochviskose Lösungen oder Gele, die nach Römpp Chemielexikon, 9. Aufl., S. 585, Stichwort "Carbopol®" zur Herstellung von kosme­ tischen Präparaten, Textilhilfsmitteln, Farben, Polituren, Reini­ gungs- und Abbeizmitteln Verwendung finden.

Die erfindungsgemäß bevorzugten Acrylsäure-Polymerisate sind von besonderer Bedeutung, da diese Gelbildungskomponenten als nicht­ wassergefährdend angesehen werden. Darüber hinaus lassen sich entsprechende Gele durch Behandlung mit klarem Wasser, beispiels­ weise Leitungswasser von Kleidungsstücken, Kulissen oder auch anderen Gegenständen, ohne Schwierigkeiten entfernen. Insbe­ sondere die in Leitungswasser enthaltenen Erdalkalimetallionen führen zu einer Zerstörung der Gelstruktur, so daß eine besonders einfache Entfernung von Kleidungstücken, Kulissen oder sonstigen Gegenständen möglich ist. Neben den genannten starksauren Acryl­ säure-Polymerisaten können beispielsweise auch teilneutralisierte Polyacrylamid-Polyacrylate als Gelbildungskomponente eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, in untergeordneten Mengen auch weitere, an sich im Stand der Technik bekannte Gelbildner einzu­ setzen, sofern die Anwesenheit die Ziele der Erfindung nicht be­ einträchtigt. Beispielhaft seien hier die Hydroxycellulosen ge­ nannt, die jedoch nicht ohne weiteres aus Kleidungsstücken ent­ fernt werden können. Der Einsatz von Elektrolyt-unempfindlichen Gelbildungskomponenten ist hierbei besonders bevorzugt.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen, hochtransparenten, inten­ sivfarbigen Hydrogele ist die Verwendung von kaltwasserlöslichen Farbstoffkomponenten erforderlich. Eine Anwendung von Pigment­ farbstoffen ist nicht erwünscht, da zum einen die Transparenz der Hydrogele vermindert wird und zum anderen auch die Auswaschbar­ keit und/oder Entfernbarkeit der Hydrogele von Kleidungsstücken und/oder Gegenständen beeinträchtigt wird. Dementsprechend wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Farbstoffkomponente ausgewählt aus Fluoreszenzfarbstoffen. Diese Farbstoffe zeichnen sich durch eine intensive Färbung des Gels aus. Beim Kontakt mit Kleidungsstücken, Kulissen oder son­ stigen Gegenständen tritt in der Regel kein Übertrag der Färbung auf. Voraussetzung für die Anwendbarkeit der Fluoreszenzfarb­ stoffe ist selbstverständlich die Kaltwasserlöslichkeit sowie eine gewisse Löslichkeit in der Gelbildungskomponente und auch in dem Fließfähigkeitshilfsmittel, sofern dieses anwesend ist. Eine Reihe von hier anwendbaren Fluoreszenzfarbstoffen, die den Hydro­ gelen eine intensive Färbung geben, jedoch die Transparenz der Gele nicht beeinträchtigen, sind im Handel erhältlich.

Notwendige Bestandteile zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hydrogele sind die eingangs erwähnten Gelbildungskomponenten und Farbstoffkomponenten. Bei der Herstellung von Hydrogelen aus diesen beiden Komponenten allein, werden häufig strukturviskose Hydrogele erhalten, deren Fließfähigkeit zu wünschen übrig läßt. Insbesondere zerreißen die Gele beim Ausschütten aus einem Vor­ ratsbehälter in mehr oder weniger große Stücke, die untereinander keine Verbindung aufweisen. Dementsprechend werden in einer be­ vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Fließfähig­ keitshilfsmittel eingesetzt. Besonders bevorzugte Fließfähig­ keitshilfsmittel sind ausgewählt aus Polyolen, insbesondere Di­ olen, Glykolen, Glyzerin und Zuckeralkoholen, wobei die Verwen­ dung von Glyzerin besonders bevorzugt ist. Die genannten Fließ­ fähigkeitshilfsmittel dienen bekanntermaßen auch als Löslich­ keitsverbesserer in anderen Gebieten der Technik. Vorzugsweise werden diese Fließfähigkeitshilfsmittel erst unmittelbar vor der Gelherstellung zugesetzt, da anderenfalls die Herstellung eines fließfähigen Gels nicht immer gewährleistet ist. In den erfin­ dungsgemäßen Gelen kommt diesen Bestandteilen daher die Aufgabe zu, die Fließfähigkeit der Gele derart einzustellen, daß diese einerseits strukturviskos sind, sich andererseits aber leicht und schnell aus einem Vorratsbehälter schütten lassen.

Ein Reihe von Gelbildungskomponenten, die erfindungsgemäß einge­ setzt werden können, sind empfindlich auf die Anwesenheit von Erdalkalimetallionen. Deren Anwesenheit führt zur Zerstörung der Gelstruktur oder dazu, daß eine entsprechende Gelstruktur gar nicht erst erhalten werden kann, so daß eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung daraufgerichtet ist, die störenden Einflüsse von Erdalkalimetallionen durch komplexbil­ dende Alkalimetallsalze von Polyphosphonsäuren, Polycarbonsäuren, Zitronensäure, Nitrilotriacetat und Ethylendiamintetraessigsäure zu unterdrücken. Andererseits ist es bevorzugt direkt deminerali­ siertes (entionisiertes) Wasser einzusetzen. Für den Fall, daß demineralisiertes Wasser zur Herstellung der Hydrogele eingesetzt wird, ist der Zusatz der komplexbildenden Mittel in der Regel nicht erforderlich. Da bekanntermaßen Mikroorganismen auch Erd­ alkalimetallkationen als essentielle Nahrungsbestandteile aufnehmen müssen, empfiehlt sich dennoch die Anwesenheit der komplexbildenden Mittel auch bei der Anwendung von deminerali­ siertem Wasser, damit die Vermehrung von Mikroorganismen unter­ drückt werden kann.

Weiterhin können in den erfindungsgemäßen Konzentraten zur Her­ stellung fließfähiger, hochtransparenter, intensivfarbiger, kalt­ wasserlöslicher Hydrogele auch Konservierungsmittel enthalten sein. Diese Konservierungsmittel sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn die zubereiteten Gele über längere Zeit aufbe­ wahrt werden soll. Besonders bevorzugt, im Sinne der vorliegenden Erfindung, sind die Konservierungsmittel ausgewählt aus bakterio­ statischen, fungistatischen, bakteriziden und/oder fungiziden Stoffen. Besonders bevorzugt, im Sinne der vorliegenden Erfin­ dung, sind demgemäß solche Konservierungsmittel, die auch zur Haltbarmachung von Lebensmitteln eingesetzt werden können. Ins­ besondere bevorzugt sind dementsprechend Ameisensäure, Essig­ säure, Propionsäure, Milchsäure, Sorbinsäure, Benzoesäure, Hy­ droxybenzoesäureester und/oder Hexamethylentetramin.

Die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Konzentrate kön­ nen in sehr großen Mengenbereichen variiert werden. Die Menge an Gelbildungsmittel bestimmt dabei insbesondere die Viskosität der Hydrogele. Durch spezielle Auswahl der Farbkomponenten in Art, Zusammenstellung und Menge lassen sich gewünschte Farbeffekte er­ reichen. Die Menge an Fließfähigkeitshilfsmittel bestimmt insbe­ sondere das Fließverhalten der Gele. Für besondere Zwecke ist es darüber hinaus möglich, die Bestandteile der Konzentrate auf 2 oder mehr verschiedene Komponenten aufzuteilen, um störende Ein­ flüsse der Bestandteile untereinander bei der Gelbildung aus zu­ schließen.

Besonders bevorzugte Konzentrate zur Herstellung fließfähiger, hochtransparenter, intensivfarbiger, kaltwasserlöslicher Hydro­ gele, im Sinne der vorliegenden Erfindung, umfassen

10 bis 100 Gew.-T. (Gewichtsteile) Gelbildungskomponenten und
0,1 bis 5 Gew.-T. Farbstoffkomponente neben
0 bis 5000 Gew.-T. Fließfähigkeitshilfsmittel,
0 bis 5 Gew.-T. Wasserhärtebinder und
0 bis 50 Gew.-T. Konservierungsmittel.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfassen die Konzentrate

10 bis 50 Gew.-T. Gelbildungskomponente,
0,5 bis 1 Gew.-T. Farbstoffkomponente,
1000 bis 2500 Gew.-T. Fließfähigkeitshilfsmittel,
0,05 bis 0,5 Gew.-T. Wasserhärtebinder und
10 bis 50 Gew.-T. Konservierungsmittel.

Zur Erzeugung von besonderen optischen Effekten, ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich, daß die Konzentrate bereits zusätzlich nichtwasserlösliche Gegenstände, insbesondere Kunst­ stoffpartikel, Kunststoffstreifen und/oder Kunststoffiguren ent­ halten. Beispielsweise ist es möglich, fluoreszierende Kunst­ stoffstreifen einzusetzen, die einen anderen Farbton aufweisen, als die Farbstoffkomponente, so daß besondere Farbeffekte erzielt werden können.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von fließfähigen, hochtransparen­ ten, intensivfarbigen, kaltwasserlöslichen Hydrogelen. Diese werden in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung durch Dispergieren der Bestandteile der obenbeschriebenen Konzentrate in Wasser, inbesondere demineralisiertem Wasser, her­ gestellt. Hierbei ist es möglich, die einzelnen Bestandteile zeit­ gleich oder zeitlich versetzt im Wasser zu dispergieren.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt somit fließfähige, hochtransparente, intensivfarbige, kalt­ wasserlösliche Hydrogele mit den folgenden Bestandteilen:

0,1 bis 1 Gew.-T. Gelbildungskomponente,
0,1 bis 5 Gew.-T. Farbstoffkomponente neben
0 bis 50 Gew.-T. Fließfähigkeitshilfsmitteln,
0 bis 0,5 Gew.-T. Wasserhärtebindern und
0 bis 0,5 Gew.-T. Konservierungsmitteln und
Rest auf 100 Gew.-T., bestehend aus Wasser, insbesondere demineralisiertem Wasser.

In einer darüber hinaus bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Hydrogele

0,1 bis 0,5 Gew.-T. Gelbildungskomponenten,
0,05 bis 0,1 Gew.-T. Farbstoffkomponente
10 bis 25 Gew.-T. Fließfähigkeitshilfsmittel
0,005 bis 0,05 Gew.-T. Wasserhärtebinder,
0,1 bis 0,5 Gew.-T. Konservierungsmittel und
Rest auf 100 Gew. -T. Wasser, insbesondere demineralisiertes Wasser.

Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Hydrogele auch die obenbeschriebenen nichtwasserlöslichen Gegenstände enthalten, die den Hydrogelen besondere optische Effekte verleihen können.

Ausführungsbeispiel

Durch Dispergieren von 0,4 Gew. -T. Natriumpolyacrylat aus Carbopol® 940 und NaOH, 0,05 Fluoresceinnatrium (C.I. 45 350), 0,01 Gew.-T. Chlorophyllin-Kupfer(II)-Komplex-Trinatriumsalz, 0,01 Gew.-T. Ethylendiamintetraacetat, 0,2 Gew.-T. Paraben (70% Propyl- und 30% Methyl-p-hydroxybenzoat ad 100 Gew.-T. Wasser) wurde ein fließfähiges, hochtransparentes, intensivfarbiges, kaltwasserlösliches Hydrogel hergestellt.

Durch die Fluoreszenzeigenschaft des Farbstoffes, ist ein deutlicher optischer Effekt gesichert. Das Gel ist auf Kleidungsstücken völlig neutral, es ist allein mit kaltem Wasser (Leitungswasser) rückstandsfrei auswaschbar. Das Gel ist struk­ turviskos, fließt jedoch beim Ausgießen aus einem Vorratsbehälter in einer zusammenhängenden Masse und haftet in kleineren Partien wirkungsvoll lang auf der menschlichen Haut und Kleidung.

Claims (11)

1. Konzentrate zur Herstellung fließfähiger, hochtransparenter, intensivfarbiger, kaltwasserlöslicher Hydrogele, enthaltend kaltwasserlösliche oder vollständig mit Wasser mischbare Bestandteile, umfassend Gelbildungskomponenten, Farbstoff­ komponenten und gegebenenfalls Fließfähigkeitshilfsmittel, Wasserhärtebinder und/oder Konservierungsmittel.

2. Konzentrate nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelbildungskomponente ausgewählt ist aus starksauren Acryl­ säuren-Polymerisaten und in etwa äquimolaren Mengen anorga­ nischer oder organischer Basen.

3. Konzentrate nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoffkomponente ausgewählt ist aus Fluoreszenz­ farbstoffen.

4. Konzentrate nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließfähigkeitshilfsmittel ausgewählt sind aus Polyolen, insbesondere Diolen, Glykolen, Glyzerin und Zuckeralkoholen.

5. Konzentrate nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserhärtebinder ausgewählt sind aus komplexbildenden Alkalimetallsalzen von Poly­ phosphonsäuren, Polycarbonsäuren, Zitronensäure, Nitrilo­ triacetat und Ethylendiamintetraessigsäure.

6. Konzentrate nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konservierungsmittel ausge­ wählt aus bakteriostatischen, fungistatischen, bakteriziden und/oder fungiziden Stoffen, insbesondere Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, Sorbinsäure, Benzoe­ säure, Hydroxybenzoesäureestern und/oder Hexamethylentetra­ min.

Konzentrate nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, umfassend:
10 bis 100 Gew.-T., insbesondere 10 bis 50 Gew.-T. Gel­ bildungskomponenten,
0,1 bis 5 Gew.-T., insbesondere 0,5 bis 1 Gew.-T. Farb­ stoffkomponente,
0 bis 5000 Gew.-T., insbesondere 1000 bis 2500 Gew.-T. Fließfähigkeitshilfsmittel,
0 bis 5 Gew.-T., insbesondere 0,05 bis 0,5 Gew.-T. Was­ serhärtebinder und
0 bis 50 Gew.-T., insbesondere 10 bis 50 Gew.-T. Konser­ vierungsmittel.

8. Konzentrate nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiterhin nichtwasser­ lösliche Gegenstände, insbesondere Kunstoffpartikel, Kunst­ stoffstreifen und/oder Kunststoffiguren enthalten.

9. Verfahren zur Herstellung von fließfähigen, hochtrans­ parenten, intensivfarbigen, kaltwasserlöslichen Hydrogelen durch Dispergieren der Bestandteile der Konzentrate gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 in Wasser, insbesondere demineralisiertem Wasser.

10. Fließfähige hochtransparente, intensivfarbige, kaltwasser­ löslichen Hydrogele, enthaltend:
0,1 bis 1 Gew.-T., insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-T. Gel­ bildungskomponenten,
0,1 bis 0,5 Gewichtsteile, insbesondere 0,05 bis 0,1 Gew. -T. Farbstoffkomponente,
0 bis 50 Gew.-T., insbesondere 10 bis 25 Gew.-T. Fließ­ fähigkeitshilfmittel,
0 bis 0,5 Gew.-T., insbesondere 0,005 bis 0,05 Gew.-T. Wasserhärtebinder,
0 bis 0,5 Gew.-T., insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-T. Konser­ vierungsmittel und
Rest auf 100 Gew. -T. Wasser, insbesondere demineralisiertes Wasser.

11. Hydrogele nach Anspruch 10, enthaltend weiterhin nicht­ wasserlösliche Gegenstände, insbesondere Kunststoffpartikel, Kunststoffstreifen und/oder Kunststoffiguren.