ITRM20110594A1 - Contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto. - Google Patents

Description

Contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto

La presente invenzione riguarda un contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto.

Più dettagliatamente, l’invenzione riguarda la preparazione di contenitori rigidi idrosolubili per la veicolazione ed il rilascio di sostanze chimiche di varia natura e stato fisico in differenti ambienti.

Attualmente, l’utilizzo di materiali idrosolubili e/o biodegradabili per la realizzazione di contenitori per il contenimento ed il rilascio di prodotti, quali sostanze chimiche o preparati di varia natura, segue due distinte modalità: secondo una prima modalità, detti contenitori vengono realizzati con pareti in forma di pellicole (o film) sottili, di spessore compreso tra 20 e 80µm; mentre, secondo una seconda modalità di realizzazione, detti contenitori sono dei manufatti rigidi pieni, al cui interno il prodotto risulta direttamente miscelato con lo stesso materiale idrosolubile che lo compone.

La prima modalità di realizzazione trova impiego, ad esempio, nella produzione di confezioni idrosolubili per applicazioni nell’ambito della detergenza, del confezionamento di fitofarmaci, di materiali per l’edilizia ecc. Questi prodotti non sono caratterizzati da particolari proprietà meccaniche, ma, una volta avviato il processo di rilascio del prodotto nell’ambiente circostante, questo avviene in maniera istantanea e non progressiva.

La seconda modalità di realizzazione, che prevede la produzione di manufatti rigidi nei quali il contenuto à ̈ omogeneamente miscelato insieme alla materia prima che costituisce il manufatto, presenta invece modalità di rilascio del contenuto che sono strettamente dipendenti dal tempo e dalla dinamica di dissoluzione del materiale idrosolubile. In particolare, questo tipo di manufatti consente un rilascio del prodotto che avviene in maniera più o meno graduale e costante. Inoltre, questo tipo di manufatti presenta buone caratteristiche meccaniche. Tipicamente, questi manufatti hanno geometria sferica, presentano dimensioni variabili e trovano applicazione ad esempio nell’ambito della perforazione e/o della stimolazione della pulizia dei pozzi petroliferi, in cui le alte pressioni, la varietà di prodotti chimici impiegati per tali operazione e le elevate temperature di esercizio rendono impossibile l’utilizzo di confezioni in film sottile.

Alla luce di quanto sopra, appare evidente la convenienza di poter disporre di un contenitore per l’alloggiamento ed il rilascio di prodotti, quali sostanze chimiche o preparati di varia natura, che sia in grado di associare alcuni aspetti specifici dei manufatti rigidi pieni (in particolare con riguardo alle caratteristiche meccaniche e alla capacità di effettuare un rilascio ritardato del contenuto), con la capacità dei contenitori a film sottile di rilasciare velocemente il proprio contenuto.

In questo contesto viene ad inserirsi la soluzione secondo la presente invenzione, che si propone di fornire un contenitore rigido a rilascio controllato del suo contenuto, con caratteristiche di idrosolubilità e biodegradabilità, per l’alloggiamento di sostanze chimiche o preparati, sia solidi che liquidi, di varia natura chimica, caratterizzato da elevate proprietà meccaniche e da una dinamica di rilascio del contenuto comparabile a quella dei contenitori a film sottile.

Questi ed altri risultati sono ottenuti secondo la presente invenzione proponendo un contenitore in materiale polimerico idrosolubile e biodegradabile, avente geometria sferica o sferoidale, con all’interno una cavità capace di contenere prodotti sia liquidi che solidi.

Scopo della presente invenzione à ̈ quindi quello di realizzare un contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto che permetta di superare i limiti delle soluzioni secondo la tecnologia nota e di ottenere i risultati tecnici precedentemente descritti.

Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ che detto contenitore possa essere realizzato con costi sostanzialmente contenuti, sia per quanto riguarda i costi di produzione che per quanto concerne i costi di gestione.

Non ultimo scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto che sia sostanzialmente semplice, sicuro ed affidabile e che, in virtù della composizione chimica del materiale che lo costituisce, possa solubilizzarsi in ambiente acquoso.

Forma pertanto un primo oggetto specifico della presente invenzione un contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto, comprendente un corpo rigido al cui interno à ̈ definita una cavità, e un coperchio rigido per la chiusura dell’accesso a detta cavità, in cui detto corpo rigido ha forma sferica o sferoidale, fatta eccezione per una porzione della sua superficie esterna in cui à ̈ presente un’apertura di accesso a detta cavità, e detto coperchio rigido ha una forma che, riempiendo la porzione di detto corpo rigido che definisce detta apertura, à ̈ complementare a quella di detto corpo rigido nel completare detta forma sferica o sferoidale.

Preferibilmente, secondo l’invenzione, lo spessore delle pareti di detto corpo rigido e di detto coperchio rigido à ̈ maggiore di 700 µm.

Inoltre, secondo l’invenzione, detto contenitore rigido e detto coperchio rigido sono realizzati con un materiale polimerico comprendente 60-90% in peso di poli(vinil-alcol), e che, per la parte rimanente, à ̈ costituito da plastificanti liquidi e da additivi di processo.

In particolare, secondo l’invenzione, detto materiale polimerico comprende 72-85% in peso di poli(vinil-alcol), 15-25% di plastificanti liquidi, 2-3% di additivi di processo.

Più in particolare, sempre secondo l’invenzione, detto materiale polimerico comprende poli(vinil-alcol) con peso molecolare compreso tra 12000 e 200000 Da e preferibilmente tra 15000 e 140000 Da e con grado di idrolisi compreso tra 70 e 99%, preferibilmente tra 75 e 90% e più preferibilmente tra 80 e 88%.

Ancora secondo l’invenzione, detti plastificanti liquidi sono scelti tra soluzioni acquose di glicerolo o poliglicerolo a basso-peso molecolare, preferibilmente inferiore a 3000 Da e più preferibilmente compreso tra 1500 e 2500 Da, poli(etilenglicol) di peso molecolare preferibilmente inferiore a 2000 Da e più preferibilmente compreso tra 200 e 1000 Da, poli(vinil pirrolidone) e poliesteri alifatici ossidrilati, tipo tartrati, succinati ed adipati, maleati e fumarati; polioli a basso peso molecolare tipo aldosi C4, C5, C6, tipo treosio, pentosani ed esosi idrogenati e composti oligomerici quali oligoeteri derivati dall’etilenglicol o sue miscele con propilenglicol e composti poliossidrilati a basso peso molecolare quali trimetilolpropano, tetrametilol metano (pentaeritrolo).

Forma inoltre un secondo oggetto specifico della presente invenzione un procedimento di veicolazione e rilascio controllato di un prodotto chimico in un ambiente soggetto ad elevate pressioni e in cui à ̈ presente acqua, che comprende le seguenti fasi:

- inserimento di detto prodotto all’interno di un contenitore del tipo definito in precedenza;

- chiusura di detto contenitore con il corrispondente coperchio;

- inserimento di detto contenitore in detto ambiente.

Preferibilmente, secondo l’invenzione, detto procedimento comprende ulteriormente la seguente fase, successiva a detta fase di inserimento di detto contenitore in detto ambiente:

- monitoraggio del profilo di rilascio del prodotto contenuto in detto contenitore.

In particolare, sempre secondo l’invenzione, detto prodotto chimico à ̈ un disincrostante, preferibilmente scelto tra acidi poliossidrilati, idrosolubili a basso o alto peso molecolare, biodegradabili, compresi tra acido ossalico, acido malonico, acido succinico, acido tartarico, acido malico ed acido citrico e polimerici tipo acido poli(γ-glutammico), acido poli(aspartico) e poli(γ-gluatammato).

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento alla figura allegata, che mostra una vista in sezione di un contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto secondo la presente invenzione.

In particolare, per applicazioni in ambiente acquoso, il trovato alla base della presente invenzione à ̈ un contenitore rigido a base di materiale polimerico idrosolubile (quale il poli(vinil-alcol) (PVA)) addittivato con quantità variabili di polimeri quali poliglicerolo, poli(etilenglicol), poli(vinil pirrolidone) e poliesteri alifatici ossidrilati, tipo tartrati, adipati e succinati, maleati e fumarati, polioli a numero pari di atomi di carbonio, tipo trealosio idrogenato, mannitolo ed aldosi idrogenati e composti oligomerici quali oligoeteri derivati dall’etilenglicol o sue miscele con propilenglicol e composti a basso peso molecolare poliossidrilati quali trimetilpropano, tetrametilolmetano (pentaeritrolo) e pentitoli (xilitolo, arabitolo). Tale contenitore à ̈ realizzabile mediante stampaggio ad iniezione. La geometria e le dimensioni del contenitore possono variare in dipendenza del tipo di utilizzo, e all’interno del contenitore à ̈ presente una cavità di capacità modulabile che può essere riempita sia con materiali solidi di diversa granulometria e morfologia, alternativamente in dosi monocomponente oppure policomponente, sia con materiali liquidi o gassosi, detta cavità essendo sigillata successivamente al suo riempimento.

La cinetica di dissoluzione del materiale che costituisce il contenitore può essere variata in funzione del tipo e del grado di poli(vinil-alcol) utilizzato per la sua realizzazione, mentre il rilascio del suo contenuto dipende dalla dimensione e dalla forma della cavità interna.

Nella figura 1 allegata alla presente descrizione, à ̈ schematizzata la rappresentazione di un prototipo di sfera cava per applicazioni nel settore petrolifero, sempre più proteso ad elevare l’efficienza estrattiva del grezzo.

Il contenitore mostrato nella figura 1 à ̈ costituito da due pezzi, un corpo 1 che definisce al suo interno una cavità 2, e un coperchio 3, il coperchio 3 comprendendo, sul lato rivolto verso il corpo 1, un profilo a rilievo 4 corrispondente al contorno della cavità 2, in modo che detto coperchio può essere applicato a pressione sopra al corpo 1. Lo spessore delle pareti di detto corpo rigido 1 e di detto coperchio 3, le dimensioni complessive del contenitore e il materiale con cui sono realizzate possono variare in considerazione delle pressioni di utilizzo. In particolare, l’utilizzo del contenitore della presente invenzione nella manutenzione e pulizia dei pozzi petroliferi richiede che il contenitore possa resistere a pressioni superiori a 10 atmosfere e fino a 100 atmosfere. Inoltre, a seconda della dimensione del contenitore, il coperchio potrebbe non essere un elemento staccato dal contenitore stesso, bensì collegato ad esso.

In particolare, il contenitore secondo la presente invenzione può essere realizzato, a titolo esemplificativo, ma non limitativo, con una particolare formulazione a base di poli(vinil-alcol), il cui contenuto in peso oscilla preferibilmente tra il 60 e il 90% della massa totale e più preferibilmente dal 72 all’85%, cui sono aggiunti plastificanti liquidi e additivi di processo.

Il poli(vinil-alcol) usato per questa applicazione à ̈ convenientemente del tipo a basso-medio peso molecolare, preferibilmente con peso molecolare compreso tra 12000 e 200000 Da e più preferibilmente tra 15000 e 140000 Da, con viscosità dinamica in una soluzione acquosa al 4% minore di 10 mPaS (come misurato mediante un viscosimetro rotazionale tipo Brookfield) alla temperatura di 20°C (DIN 53015) ed à ̈ caratterizzato da un grado di idrolisi preferibilmente compreso tra il 70 e il 99% e più preferibilmente tra il 75 e il 90% (ancora più preferibilmente tra l’80 e l’88%). Il grado di idrolisi, unitamente al peso molecolare, influenza e determina la velocità ed il livello di solubilità.

Il resto della composizione à ̈ costituito da plastificanti liquidi (in contenuto variabile preferibilmente tra 15 e 25% e più preferibilmente tra 18 e 23%). Tra i plastificanti utilizzati si annoverano le soluzioni acquose di glicerolo o poliglicerolo a basso-peso molecolare, preferibilmente inferiore a 3000 Da e più preferibilmente compreso tra 1500 e 2500 Da, poli(etilenglicol) di peso molecolare preferibilmente inferiore a 2000 Da e più preferibilmente compreso tra 200 e 1000 Da, poli(vinil pirrolidone) e poliesteri ossidrilati del tipo tartrati, succinati ed adipati, polioli a basso peso molecolare tipo trimetilol propano, tetrametitol metano, pentitoli (xilitolo, arabitolo e similari) ed aldosi ridotti tipo mannitolo e loro miscele.

Infine, la formulazione della presente invenzione comprende additivi di processo (2-3%) tipo lubrificanti ed antiblock.

Il contenitore à ̈ di forma sferica o sferoidale ed ha dimensioni complessive variabili, preferibilmente con diametro compreso tra 0,5 cm e 10 cm e più preferibilmente tra 0,5 cm e 5 cm e la cavità al suo interno ha una forma simile alla forma esterna (sferica o al più cilindrica), per mantenere uno spessore pressoché costante delle pareti del contenitore, spessore che preferibilmente deve essere maggiore di 300 µm e preferibilmente tra 500 e 5000 µm. A titolo esemplificativo, ma non limitativo della presente invenzione, la figura mostra un contenitore sferico, con diametro pari a 2,2cm (7/8 di pollice), al cui interno à ̈ presente una cavità di forma cilindrica con diametro di 1cm e altezza di 1,8cm. Date queste misure e materiale, il peso del contenitore à ̈ pari a 4,6g, senza considerare il peso del prodotto che può essere immesso nella cavità 2.

Tipici valori relativi al tempo necessario per il rilascio del prodotto del prototipo sopra descritto sono dell’ordine dei 15 minuti mentre, una volta iniziato, il rilascio del prodotto avviene istantaneamente.

È evidente come il contenitore secondo la presente invenzione, similmente ai manufatti rigidi secondo la tecnica nota, consente di modulare la cinetica di dissoluzione del contenitore semplicemente selezionando opportunamente non solo la forma del contenitore, ma anche il tipo e il grado di materiale idrosolubile utilizzato per la realizzazione del manufatto, mentre la dinamica che caratterizza il rilascio del contenuto dipende dalla geometria della cavità e dallo spessore delle pareti esterne del manufatto ed à ̈ paragonabile a quella che caratterizza i prodotti a base di film sottili.

La possibilità di ottenere un contenitore caratterizzato da una geometria adatta alla diffusione radiale del contenuto ed avente proprietà meccaniche tipiche dei manufatti rigidi, ma caratterizzato da una tempistica di rilascio del prodotto assimilabile alla cinetica dei film sottili, rappresenta un elemento del tutto innovativo e permette di utilizzare prodotti chimici confezionati, secondo la tecnica nota, solo in contenitori a film sottile, per applicazioni finora precluse a quest’ultimo tipo di manufatti a causa della mancanza di adeguate proprietà meccaniche.

Un esempio di applicazione à ̈ quello del settore petrolifero, in particolare con riguardo all’ambito della trivellazione e della manutenzione e pulizia dei pozzi.

Attualmente, per la pulizia dei condotti di perforazione vengono utilizzate sfere idrosolubili e biodegradabili le quali, miscelate con fanghi, vengono pompate ad alta pressione ed alta temperatura all’interno dei pozzi. Per questo tipo di applicazione vengono generalmente utilizzate sfere rigide, in cui l’agente disincrostante generalmente à ̈ rappresentato da composti a basso peso molecolare ed à ̈ omogeneamente disperso nella fase continua di natura polimerica costituente la sfera. Le sfere così realizzate rappresentano un sistema di rilascio del componente attivo (disincrostante) di tipo “monolitico†per il quale la cinetica di rilascio à ̈ determinata da una combinazione non facilmente controllabile di fenomeni diffusivi e di erosione della matrice polimerica.

Per tali sistemi di rilascio piuttosto complessi per riproducibilità ed affidabilità à ̈ stato dimostrato che, attraverso le soluzioni secondo la tecnica nota, l’efficacia della componente disincrostante non raggiunge livelli soddisfacenti e commisurati alla quantità di componente attiva utilizzata.

Per contro, utilizzando il trovato alla base della presente invenzione à ̈ possibile non solo veicolare e rilasciare all’interno del pozzo sostanze non miscibili con il materiale che costituisce il contenitore, ma anche ottenere un rilascio improvviso del prodotto che, liberandosi ad elevate concentrazioni, esplica tutta la sua potenzialità, raggiungendo livelli di efficacia massimi.

La presente invenzione à ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Contenitore rigido idrosolubile a rilascio controllato del suo contenuto, comprendente un corpo rigido (1) al cui interno à ̈ definita una cavità (2), e un coperchio rigido (3) per la chiusura dell’accesso a detta cavità (2), caratterizzato dal fatto che detto corpo rigido (1) ha forma sferica o sferoidale, fatta eccezione per una porzione della sua superficie esterna in cui à ̈ presente un’apertura di accesso a detta cavità (2), e detto coperchio rigido (3) ha una forma che, riempiendo la porzione di detto corpo rigido (1) che definisce detta apertura, à ̈ complementare a quella di detto corpo rigido (1) nel completare detta forma sferica o sferoidale.
2. 2. Contenitore rigido idrosolubile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo spessore delle pareti di detto corpo rigido (1) e di detto coperchio rigido (3) Ã ̈ maggiore di 700 µm.
3. 3. Contenitore rigido idrosolubile secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto contenitore rigido (1) e detto coperchio rigido (3) sono realizzati con un materiale polimerico comprendente 60-90% in peso di poli(vinil-alcol), e che, per la parte rimanente, Ã ̈ costituito da plastificanti liquidi e da additivi di processo.
4. 4. Contenitore rigido idrosolubile secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico comprende 72-85% in peso di poli(vinil-alcol), 15-25% di plastificanti liquidi, 2-3% di additivi di processo.
5. 5. Contenitore rigido idrosolubile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico comprende poli(vinil-alcol) con peso molecolare compreso tra 12000 e 200000 Da e preferibilmente tra 15000 e 140000 Da e con grado di idrolisi compreso tra 70 e 99%, preferibilmente tra 75 e 90% e più preferibilmente tra 80 e 88%.
6. 6. Contenitore rigido idrosolubile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3 - 5, caratterizzato dal fatto che detti plastificanti liquidi sono scelti tra soluzioni acquose di glicerolo o poliglicerolo a basso-peso molecolare, preferibilmente inferiore a 3000 Da e più preferibilmente compreso tra 1500 e 2500 Da, poli(etilenglicol) di peso molecolare preferibilmente inferiore a 2000 Da e più preferibilmente compreso tra 200 e 1000 Da, poli(vinil pirrolidone) e poliesteri alifatici ossidrilati, tipo tartrati, succinati ed adipati, maleati e fumarati; polioli a basso peso molecolare tipo aldosi C4, C5, C6, tipo treosio, pentosani ed esosi idrogenati e composti oligomerici quali oligoeteri derivati dall’etilenglicol o sue miscele con propilenglicol e composti poliossidrilati a basso peso molecolare quali trimetilolpropano, tetrametilol metano (pentaeritrolo).
7. 7. Procedimento di veicolazione e rilascio controllato di un prodotto chimico in un ambiente soggetto ad elevate pressioni e in cui à ̈ presente acqua, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - inserimento di detto prodotto all’interno di un contenitore del tipo definito nelle rivendicazioni 1-6; - chiusura di detto contenitore con il corrispondente coperchio; - inserimento di detto contenitore in detto ambiente.
8. 8. Procedimento di veicolazione e rilascio controllato di un prodotto chimico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente la seguente fase, successiva a detta fase di inserimento di detto contenitore in detto ambiente: - monitoraggio del profilo di rilascio del prodotto contenuto in detto contenitore.
9. 9. Procedimento di veicolazione e rilascio controllato di un prodotto chimico secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto prodotto chimico à ̈ un disincrostante.
10. 10. Procedimento di veicolazione e rilascio controllato di un prodotto chimico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto disincrostante à ̈ scelto tra acidi poliossidrilati, idrosolubili a basso o alto peso molecolare, biodegradabili, compresi tra acido ossalico, acido malonico, acido succinico, acido tartarico, acido malico ed acido citrico e polimerici tipo acido poli(γglutammico), acido poli(aspartico) e poli(γgluatammato).