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Verfahren zur Herstellung von Magnesiumaluminathydrat Gegenstand der
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Magnesiumaluminathydrat, das eine
große Pufferungskapazität gegenüber Säure, z. B. Salzsäure, besitzt, wobei in weitem
Umfang ein zwischen 3 und 5 liegender pH Wert erreicht wird, und das in besonderem
Maße für eine therapeutische Anwendung bei Hyperacidität des Magens als Antacidum
geeignet ist.
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Zur Behebung der Hyperacidität verwendete man anfangs schwache Basen
oder neutrale Stoffe, wie Natriumbicarbonat, Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat.
Durch die Neutralisation der Magensäure wurde jedoch der Magen immer wieder zu neuer
Säurebildung gereizt.
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Es wurden daher ,auch schon säurepuffernde Stoffe, wie aktives Aluminiumhydroxyd,
Magnesiumtrisilikat und Magnesiumaluminiumsilikathydrat, vorgeschlagen, wodurch
statt eines stark sauren ein zwischen 3 und 5 liegender px Wert erreicht werden
kann, so daü kein Reiz zu .erneuter Säurebildung ausgelöst wird. Das gleiche gilt
für das im USA.-Patent 2 72z 861 beschriebene Aluminiumcaseinat. Gegenüber diesen
bekannten puffernden Substanzen besitzt ,das nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte
Magnesiumaluminathydrat ein wesentlich größeres Pufferungsvermögen und bei der Lagerung
keine Alterungserscheinungen.
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Die Herstellung von Magnesiumaluminaten ist in der Literatur bereits
mehrfach beschrieben worden, so von Abich (Ann. d. Physik, 23 [183r],
S.355), Heyrovsky (Chem. N., z25
[I922], S. i98), J. Präsek
(Collect.' trau. chim. Tch6coslovaquie, 2 [i93o], S.661), in der schweizerischen
Patentschrift 128 889 sowie in den deutschen Patentschriften 70 175, 466 310, 5o6
146 und 508 46o. Alle die verschiedenen Verbindungen erscheinen aber für
therapeutische Zwecke wenig geeignet, da sie meist überhaupt keine oder nur eine
verhältnismäßig geringe Pufferwirkung besitzen.
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Wesentlich erscheint auch, daß .in den. bisher beschriebenen Magnesiumaluminaten
das Atomverhältnis von Magnesium zu Aluminium, soweit Formeln angegeben sind, stets
wie i : 2 ist. Im Gegensatz hierzu entspricht das Atomverhältnis von Magnesium zu
Aluminium zu Wasser bei den Produkten gemäß dem Verfahren der Erfindung 4:2:9, welches
zusammen mit anderen Befunden, auf die später eingegangen wird, ,die Annahme der
Formel
gerechtfertigt erscheinen läßt.
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Die Herstellung eines Calciumaluminats, in dem sich die Grammatome
Calcium zu den Grammatomen Aluminium wie 2 : i verhalten, ist bereits von H. 1e
C h a t e 1 i e r (Compt. rend',., 96 [1883], S. 1058) beschrieben worden.
Andere Erdalkalialuminate, in denen das Verhältnis Erdalkalimetalle zu Aluminium
2 : i ist, waren bisher nicht bekannt.
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Wie gefunden. wurde, erhält man ein Magnesiumaluminathydrat mit sehr
gutem Pufferungsvermögen und hervorragender Pufferungskapazität, wenn man zu feiner
stark alkalischen Alkalialuminatlösung, die pro Mol A1203 3 bis 5 Mol Na20 oder
eines anderen Alkalioxyds enthält, bei einer 50° C, vorzugsweise 30° C, nicht übersteigenden
Temperatur unter intensiver Durchmischung eine Magnesiumsalzlösung in einer solchen
Menge zugibt, daß das angewandte Verhältnis von Aluminium zu Magnesium wie i : o,9
bis 3 ist, das gebildete Magnesiumaluminiumhydrat von der wäßrigen Lösung abtrennt,
auswäscht und gegebenenfalls schonend trocknet. Eine als Ausgangsmaterial geeignete
Alkalialuminatlösung kann beispielsweise durch Umsetzung von i Mol eines Aluminiumsalzes,
beispielsweise Aluminiumchlorid, mit 6 bis 8 Mol Alkalihydroxyd; beispielsweise
Natriumhydroxyd, erhalten werden. Als günstigstes Verhältnis von Aluminium zu Magnesium
erwies sich ein Atomverhältnis von 1 :2, da hierbei sowohl die besten Ausbeuten
als auch die wirksamsten Produkte erhalten werden.
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Werden die vorstehenden Mengenverhältnisse nicht eingehalten, so erhält
man einmal wesentlich schlechtere Ausbeuten, zum anderen auch durchweg schlechter
wirksame, unter Umständen sogar nahezu unwirksame Produkte.
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Um ein möglichst hochwertiges Magnesiumaluminathydrat zu erhalten,
ist es weiterhin wichtig, daß bei der Zugabe der Magnesiumsalzlösung zur Aluminatlösung
für eine intensive Durchmischung Sorge getragen wird, damit an keiner Stelle in
der Reaktionsmischung ein größerer lokaler Überschuß an Magnesiumsalz entstehen
kann. Am günstigsten gibt man die Magnesiumsalzlösung in einem dünnen Strahl unter
guter Durchmischung zur Aluminatlösung. Bei größeren Ansätzen wird vorteilhafterweise
der Strahl der Magnesiumsalzlösung noch unterteilt, beispielsweise die Magnesiumsalzlösung
durch eine Brause zur Aluminatlösung zugegeben.
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Die Umsetzung des Alkalialuminats mit dem Magnesiumsalz kann natürlich
auch so erfolgen, daß gleichzeitig beide Lösungen zu einer Suspension von etwas
zuvor hergestelltem Magnesiumaluminathydrat in Wasser unter guter Durchmischung
zugegeben werden. Diese Variante bietet aber keinerlei Vorteile.
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Das entstandene Magnesiumalumin.athydrat kann von der wäßrigen Lösung
durch Filtration oder durch Zentrifugalkraft abgetrennt werden. Das Entfernen von
wasserlöslichen Salzen, wie Natriumsulfat, Natriumchlorid u. d'gl., gegebenenfalls
auch überschüssigem Magnesiumsulfat kann durch Waschen des Magnesiumaluminathydrats
mit ionenfreiem Wasser oder auch durch mehrmaliges Dekantieren erfolgen. An sich
ist auch eine Reinigung durch Dialyse möglich, jedoch bietet diese Methode keinerlei
Vorteile. Zweckmäßigerweise ist die Entfernung der wasserlöslichen Salze so lange
fortzusetzen, bis das Magnesiumaluminathydrat maximal o,5 % wasserlösliche Salze
enthält.
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Zwecks Vermeidung eines Wirkungsverlustes muß die Trocknung des Magnesiumaluminathydrats
möglichst schonend erfolgen. Im allgemeinen soll daher bei der Trocknung eine Temperatur
von 70° C, vorzugsweise jedoch 6o° C, nicht überschritten werden. Zur Beschleunigung
der Trocknung erweist sich eine Trocknung unter vermindertem Druck günstig. Ein
kurzzeitiges, beispielsweise i bis 2 Minuten dauerndes Erhitzen auf etwa iio°, z.
B. bei der Anwendung einer Walzen-oder Sprühtrocknung, ist .auch möglich, ohne daß
ein wesentlicher Wirkungsverlust eintritt.
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Das bei der Trocknung anfallende Produkt muß, wenn es nicht bereits
in feinpulvriger Form vorliegt, wie bei der Sprühtrocknung, gut zerkleinert werden,
z. B. mit Hilfe einer Kugel- oder Schwingmühle. Je feiner der Zerkleinerungsgrad
ist, desto rascher tritt die Wirkung bei der therapeutischen Anwendung ein. Besonders
gut und rasch wirkende Produkte werden erhalten; wenn die Masse nach der Trocknung
so fein gemahlen wird, daß sie mindestens durch ein 25oo-Maschen-Sieb, besser noch
durch ein 36oo-Maschen-Sieb, geht. Die größte Pufferkapazität haben mittels Sprühtrocknung
gewonnene Produkte, da diese einen besonders hohen Zerkleinerungsgrad und daher
eine besonders große Oberfläche besitzen. Die Sprühtrocknung kann mit 6- bis i5%igen
Suspensionen des Magnesiumaluminats bei Temperaturen von 6o bis ioo° durchgeführt
werden.
Die Produkte gemäß der Erfindung scheinen auch bei Abänderung
der Mengenverhältnisse in den oben angegebenen Grenzen bei der Herstellung stets
annähernd die gleiche Zusammensetzung zu besitzen und, wie bereits zuvor erwähnt,
der allgemeinen Formel
zu entsprechen.
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Wenn die erwähnten optimalen Bedingungen eingehalten werden, ist die
Ausbeute, berechnet auf eingesetztes Aluminium und Magnesium, nahezu quantitativ.
Die Analyse ergibt unter Berücksichtigung der noch vorhandenen wasserlöslichen Salze
ein Verhältnis von Aluminium zu Magnesium wie i : 1,8, das entspricht einem Verhältnis
der Grammatome wie 1 ::2. Bei gut getrockneten Produkten entspricht der durch die
Bestimmung des Glühverlustes ermittelte Wassergehalt einem Verhältnis von 2 Grammatomen
Aluminium zu 9 Mol Wasser. Die oben angeführte Formel für Magnesiumaluminat entspricht
im übrigen auch völlig der von B r i n t z i n ge r angegebenen Formel für Hydroxydaluminationen
(vgl. Karl A. Hofmann, Anorganische Chemie, 14. Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn,
Braunschweig, 1951, S.511).
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Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte haben ein außerordentliches
Pufferungsvermögen und eine große Pufferkapazität und sind darin allen bisher hergestellten
Produkten überlegen.
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Fig. i zeigt die Kurven, die man erhält, wenn man i g des auf@die
beschriebene Weise gewonnenen Magnesiumaluminathydrats mit verschiedenen Mengen
n/io-Salzsäure versetzt und in kurzen Zeitabständen den p$ Wert mißt. Aus ihnen
ist zu sehen, daß 7o bis 26o ccm n/io-Salzsäure ,durch i g Magnesiumaluminathydrat
auf einen zwischen 3 und 5 liegenden pH-Wert gepuffert werden. i\Tur bei geringeren
Mengen Salzsäure steigt der p$ Wert über 5. Bei 26o ccm ist die Pufferwirkung annähernd
erschöpft. Noch bessere Werte erhält man bei einem mittels Sprühtrocknung erhaltenen
Produkt; im Bereich von 4o bis 24o ccm n/io-Salzsäure stellt sich nach kürzester
Frist, meistens unter 1/2,Minute, ein p$ Wert zwischen 3 und 5 ein, der, solange
die Messung fortgesetzt wurde -gewöhnlich 2o Minuten -, konstant blieb.
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Verwendet man hingegen ein Gemisch von Aluminiumhydroxyd und Magnesiumhydroxyd,
d'as die gleichen Mengen dieser Metalle enthält wie das erfindungsgemäß hergestellte
Magnesiumaluminathydrat, so ist von einer Pufferwirkung keine Rede mehr, wie aus
Fig. 2 zu exsehen ist. Bei geringen Mengen n/io-Salzsäure stellt sich ein p$ Wert
von über 7 ein. Gibt man dann mehr n/io-Salzsäure dazu, bleibt der p$ Wert zwischen
i und 2. Enthält das Magnesiumaluminathydrat nur io% einer basischen Substanz, z.
B. Magnesiumhydroxyd, so stellt sich, wie in Fig. 3 dargestellt wird., der erwünschte
pH-Wert erst bei einer Menge von 120 ccm n/io-Salzsäure pro Gramm Festsubstanz ein,
da geringere Mengen Salzsäure von dem Magnesiumhydroxyd neutralisiert werden und
der pH-Wert dann in dem ungünstigeren Bereich zwischen 5 und 8 liegt. Die Fig. i
bis 3 zeigen also deutlich die Überlegenheit des erfindungsgemäß hergestellten Magnesiumaluminathydrats
über andere handelsübliche Antacida. Auch in der Schnelligkeit, mit der sich der
günstige p9 Wert von 3 bei der Zugabe verschiedener Mengen n/io-Salzsäure einstellt,
ist Magnesiumaluminathydrat .den bisher für diesen Zweck verwendeten Verbindungen
weitgehend überlegen, wie die Fig. 5 zeigt. Hier wurde je i g verschiedener als
Antacidum verwendeter Verbindungen mit verschiedenen Mengen n/io-Salzsäure versetzt
und die Zeit bis zur Erreichung eines p11-Wertes von. 3 gemessen.
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Schließlich ist noch festzustellen, daß das erfindungsgemäß hergestellte
Magnesiumaluminathydrat eine kristalline Struktur hat, die sich deutlich von der
anderer Aluminiumoxyde und -hydroxyde sowie von Magnesiumhydroxyd unterscheidet,
wie in Fig. 4 zu sehen ist. Hier werden, in der Reihenfolge von oben nach unten,
die Debye-Scherrer-Diagram@me von Brucit Mg(OH)2, Hydrargillit Al(OH)3, Bayerit
Al(OH)3, Böhmit Al
und Magnesiumaluminathydrat dargestellt.
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Beispiel i Eine Lösung von 50o g (2,o8 M) Aluminiumchlorid -f- 6 H20
in 1 1 Wasser wird unter Rühren mit i,i 1 -Natronlauge, welche Soo g (12,5M01) NaOH
gelöst enthält, versetzt. Hierbei entsteht nach vorübergehender Ausfällung von Aluminiumhydroxyd
eine klare Natriumaluminatlösung. Nach Abkühlung auf etwa 2o° C fügt man unter starkem
Rühren und in dünnem Strahl i,i 1 einer Magnesiumsulfatlösung, welche 30a9 (2,5!M01)
Magnesiumsulfat gelöst enthält, hinzu. Es bildet sich ein farbloser, gallertiger
Niederschlag, der etwa 15 Minuten kräftig gerührt und anschließend mittels einer
Nutsche abgesaugt wird. Das erhaltene Produkt wird so lange mit Wasser gewaschen.,
Ibis . es nur noch 1/2°/o wasserlösliche Salze enthält. Nach 12stündigem Trocknen
im Vakuumtrockenschrank bei 6o° C und 12 mm Hg erhält man das Produkt in Form harter
Stücke, welche in einer Kugelmühle zu einem Pulver vermahlen und anschließend durch
ein Sieb (bestehend aus 360o Maschen/qcm) gegeben werden. Die auf dem Sieb verbliebenen
geringen Mengen werden nach erneuter Pulverisierung durch das gleiche Sieb gegeben.
Die Ausbeute beträgt 261 g, d. h. berechnet auf eingesetztes Magnesium 98% der Theorie
unter Zugrundelegung der angenommenen Formel, bezogen auf den Einsatz an Aluminiumsalz:
59%.
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Obgleich das Verhältnis von Aluminium zu Magriesiurn beim Ansatz sich
ungefähr wie i : 1,21 verhält, enthält das erhaltene Magnesiumaluminathydrat nach
der Analyse unter Berücksichtigung der darin enthaltenen Sulfate, Chloride und Carbonate,
Aluminium und Magnesium im Verhältnis 1:2. Das außerordentliche Pufferungsvermögen
des erhaltenen Produktes ergibt sich aus Fig. i.
i g des Magnesiumaluminathydrats
wurde mit verschiedenen Mengen niio-Sälzsäure versetzt und der pH-Wert in kurzen,
Zeitabständen gemessen.
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Beispiel 2 Entsprechend dem Beispiel i wurde eine Natriumaluminatlösung,
die aus 2 Mol Aluminiumchlorid und 14 Mol Natriumhydroxyd erhalten worden war, mit
einer Lösung, die 3,45 Mol Magnesiumsulfat enthielt, bei einer Temperatur von 2o
bis 22° unter den sonst gleichen Bedingungen wie im Beispiel i umgesetzt. Das Reaktionsprodukt
wurde durch Dekantieren weitgehend von wasserlöslichen Salzen befreit und in Form
einer 6%igen wäßrigen Suspension einer Sprühtrocknung unterworfen, wobei die Temperatur
auf 8o° gehalten wurde. Man erhält wieder ein Produkt, in dem sich die Grammatome
Magnesium zu den Grammatomen Aluminium wie 2:1 verhalten. Durch das kurzzeitige
Erhitzen verläuft die Trocknung besonders schonend, das erhaltene Produkt 'ist sehr
fein und hat eine besonders hohe Pufferkapazität: Beispiel 3 i kg Aluminiumchlorid
-f- 6 H2 O wird in 2 kg Wasser gelöst und unter Rühren mlit einer Lösung von 1,2
kg Natriumhydroxyd in 2,5 kg Wasser versetzt. Die resultierende Natriumaluminatlösung
wird nach Abkühlung auf etwa 2o° C unter kräftigem Rühren mit 3,5 kg einer' Magnesiumsplfatlösung,
hergestellt aus i kg Magnesiumsulfat (wasserfrei), und 2,5 kg Wasser in der Weise
ver= setzt, daß die Magnesiumsulfatlösung aus mehreren Düsen in dünnen Strahlen
hinzugegeben wird, um lokale Konzentrationsunterschiede möglichst zu vermeiden.
Hierbei fällt ein gallertiger Niederschlag aus. Nachdem alles Magnesiumsulfat eingetragen
ist, wird noch eine halbe Stunde weitergerührt. Die Isolierung, Trocknung und Pulverisierung
erfolgen wie unter Beispiel i beschrieben. Die Ausbeute beträgt 8709 (- 990/9
der Theorie, bezogen auf die angenommene Formel
vom Molekulargewicht 425).