PT85223B

PT85223B - Processo para a preparacao de aerogeles de silica e de composicoes dentifricas

Info

Publication number: PT85223B
Application number: PT8522387A
Authority: PT
Inventors: Edward Paul Rekas; Cathy Linda Harville; Gary Michael Stokes; Charles Andrew Cherigo
Original assignee: Grace W R & Co
Priority date: 1986-07-22
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1990-03-30
Also published as: DK380487A; EP0255000A2; BR8703770A; JPS6340716A; AU7599287A; PT85223A; DK380487D0; CA1302895C; EP0255000A3; AU598006B2

Description

presente invento refere-se ao processo de preparação de aerogeles de sílica que possuem propriedades abrasivas e de espessamento quando usados na preparação de composições dentífricas, processo que compreende a lavagem, secagem e moagem de um hidrogel, sendo o dito passo de lavagem efectua do a um pH de 3 a 8 por um período de 12 a 30 horas a uma temperatura de 60-882C, e efectuando-se rapidamente a secagem do hidrogel lavado a uma temperatura de 370 a 5409C até um teor de humidade de cerca de 10 a 30 por cento em peso.

invento refere-se ainda ao processo de preparação de composições dentífricas compreendendo os referidos aerogeles.

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-2MEMORIA descritiva presente invento refere-se ao processo de preparação de aerogeles de sílica, e mais particularmente, ao processo de preparação de composições de sílica em aerogel que podem ser usadas como agentes abrasivos e espessantes.

Certas composições de sílica, tais como hidrogeles de sílica, geles hidratados, aerogeles e xerogeles, tem sido usadas desde há muitos anos na preparação de composições para limpeza e polimento. Em particular, as composições dentí fricas podem conter uma quantidade significativa de um xerogel ou de um gel hidratado de sílica abrasiva, por forma a obterem-se as qualidades de polimento desejadas, e adicional, mente um aerogel de sílica que serve para aumentar a viscosi. dade (espessar) da composição até um nível aceitável.

Mais recentemente têm sido desenvolvidos produtos de sílica que possuem tanto propriedades abrasivas como de espessamento. Tais produtos com esta dualidade de funções são desejáveis para a indústria de dentífricos tanto do ponto de vista da economia como do da facilidade de formulação.

As patentes dos E.U.A, n²s. 4 153 680 e 4 303 641 descrevem composições hidratadas de sílica gel que são usadas na preparação de composições dentífricas. Os geles hidratados são preparados por secagem de um hidrogel de sílica até um teor de cerca de 15-35% em peso e de 20-60% em peso respectivamente.

A Patente da G, B, n². 2 152 372 descreve dentífricos que contêm um agente abrasivo de sílica dialítica particulada/agente espessante, que tem um volume poroso de cerca de 0,1 a 6 cm /g. A sílica dialítica é preparada pela electrodiálise de uma solução de silicato de sódio na presença de sílica contendo partículas semente de nucleação.

Embora a arte anterior descreva o uso de produtos de sílica particulados que conferem propriedades abrasivas e/ /ou de espessamento, estes produtos são frequentemente caros ou carecem da capacidade para conferir um nível aceitável de

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-3propriedades abrasivas e de espessamento, quando usados em quantidades razoáveis.

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E pois um dos objectivos do presente invento preparar composições de aerogeles de sílica particulada que possuem propriedades abrasivas e de espessamento.

Outro objectivo do presente invento consiste num processo de preparação de aerogeles de sílica particulada que podem ser usados como abrasivos e/ou espessantes numa grande variedade de aplicações e de produtos.

Um outro objectivo do presente invento consiste no pro cesso de preparação de composições dentífricas que contém um aerogel de sílica que, com economia, lhes confere propriedades de modificação de polimento e de omtkSiixagâbxxda: viscosidade.

Estes e ainda outros objectivos adicionais do presente invento tornar-se-ão facilmente evidentes para um perito na arte, a partir da seguinte descrição detalhada e dos exemplos específicos seguintes.

De um modo geral, o presente invento contempla o processo de preparação de um novo aerogel de sílica que é cara£ terizado por possuir propriedades abrasivas num grau signifi cativo bem como capacidade espessante, particularmente, qua_n do usado na preparação de composições dentífricas.

Mais especificamente, o presente invento refere-se ao processo de preparação de um novo produto, um aerogel de sílica, com as seguintes características físicas:

(1) Um volume poroso interno (não contraído) de azoto (VP N ) medido pelo método de BET, de 0,4 a 1,4 cm^/g, e mais preferivelmente de cerca de 0,4 a 1,0 cm /g.

(2) Uma área superficial (AS), medida pelo método de

BET, de 400 a 1000 m /g, e mais preferivelmente de 500 a 1000 m²/g.

(3) Um teor de voláteis totais (VT), determinado gravimetricamente, de cerca de 1 a 30 por cento em peso, a 17509

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-4durante 1 hora e mais preferivelmente de 5 a 20 por cento em peso.

(4) Um valor de abrasivo radioactivo contra a dentina (RDA) medido de acordo com 0 procedimento da American Dental Association descrito por Hefferson, 0. Dent. Res. pág. 563-573 (1976) usando 15 a 20$ em peso de sílica na pasta e um valor de RDA de 100 para 0 padrão de referência, 0 pirofosfa to de cálcio, de 20 a 120, e mais preferivelmente de 40 a 100.

(5) Uma gama de tamanhos médios de partícula (DMP), medidos pelo Microtrac, de 2 a 25 microns, e mais preferível, mente de 5 a 15 microns.

(ó) Uma massa específica de cerca de 0,20 a 0,35 g/cm·⁵ e mais preferivelmente de 0,20 a 0,30 g/cm⁵.

z (7) Uma Absorção de Oleo de 90 a 180 e preferivelmente de 100 a 150 g/100 g de óleo (óleo de linhaça) determinado pelo mátodo ASTM D-281-31.

Os novos aerogeles de sílica preparados de acordo com 0 presente invento são particularmente úteis na preparação de composições dentífricas. Tipicamente, os novos aerogeles de sílica podem ser combinados com os componentes dentífricos convencionais, tais como humectantes, surfactantes, aromatizantes e outros produtos de sílica, conservantes e agentes corantes, bem como com agentes terapêuticos tais como fluoretos, antibióticos germicidas e adstringentes, em quantidades de cerca de 5 a 50 por cento em peso, e preferivelmente de 5 a 30 por cento em peso, por forma a obterem-se composições dentífticas comercialmente aceitáveis. As Pateri tes dos E.U.A, n^s. 4 153 680 e 4 303 641 descrevem muitos componentes convencionais para pastas de dentes que podem ser incluídos na composição dentífrica aqui contemplada.

De acordo com 0 presente invento os novos aerogeles de sílica são preparados como se segue:

(1) Prepara-se um hidrogel de sílica fazendo reagir uma solução aquosa de um silicato de metal alcalino, preferi.

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-5velmente silicato de sódio, com um ácido inorgânico aquoso, preferivelmente ácido sulfúrico, em quantidades tais, de modo a ter-se um excesso estequiométrico de ácido por forma a obter-se um pH da mistura reaccional de cerca de 3 a 5, a uma temperatura de cerca de 20 a 502C por um períododo de 5 a 45 minutos.

(2) 0 hidrogel de sílica resultante que contêm cerca de 60 a 80 por cento em peso de água é cortado em pedaços de dimensões compreendidas entre cerca de 0,10 e 20 cm e ê lavado com uma solução de água por um período de 12 a 30 horas a um pH entre 3,0 e 8,0, e a uma temperatura de cerca de 60-885C por forma a obter-se um hidrogel lavado com um teor em soda (l\la₂0) de cerca de 0,01 a 0,5 por cento em peso.

(3) 0 hidrogel lavado ê então seco rapidamente numa corrente de gás quente em movimento (ar) a uma temperatura de 370 a 540QC por um período de 0,3 a 3 segundos, com a qual se obterá uma velocidade de secagem de cerca de 0,1 a 2,3 g de água removida por g de hidrogel por segundo, para se obter um aerogel que tem um teor de VT de cerca de 10 a 30 por cento em peso de água e um volume poroso original retido de cerca de 0,4 a 1,4 cm^/g.

u) 0 produto resultante aerogel seco, que foi seco nas condições de secagem rápida acima mencionadas que evitam a contracção completa da estrutura do gel, ê então moído atê se obterem partículas com as dimensões desejadas de cerca de 2 a 25 micrometros.

Ainda que os passos de secagem e moagem possam ser co.n duzidos separadamente, está também contemplado que 0 hidrogel lavado possa ser seco e moído simultaneamente utilizando dispositivos de secagem/moagem tais como por exemplo, 0 Seca dor Aljet, 0 Moinho Classificador a Ar ou 0 Moinho de Energia Fluídaj um dispositivo de secagem/moagem onde ê feito passar ar aquecido através do gel à medida que este é moído. Além disso, é de notar que se pode adicionar ao gel uma soljj ção de hidróxido de sódio durante a secagem e/ou moagem por forma a aumentar o pH do produto.

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-60 novo produto, aerogel de sílica, preparado de acordo com o presente invento distingue-se particularmente pela sua capacidade de conferir características abrasivas bem como propriedades de espessamento, quando usado na preparação de composições dentífricas. Pensa-se que os aerogeles preparados de acordo com a invenção possuem estas características devido ao facto de a estrutura inicial do hidrogel ser apenas parcialmente contraída durante o passo de secagem rápida. Deste modo, os produtos resultantes contêm um grau significa tivo do volume poroso inicial (original) do hidrogel que co.n tribui para as desejadas propriedades de espessamento/abrasi. vas do produto. Por outras palavras, uma vez que o hidrogel é apenas parcialmente contraído, o produto resultante, o aerogel possui as desejadas propriedades abrasivas que estão frequentemente associadas a um produto hidrogel completamente contraído (xerogel) bem como a área superficial/propriedai des de espessamento que um aerogel possui.

Após terem sido descritos os aspectos básicos do presente invento, apresentam-se seguidamente alguns exemplos que ilustram concretizações específicas da invenção.

EXEMPLO 1 - Preparação do hidrogel hidrogel de sílica foi preparado do seguinte modo: misturaram-se soluções aquosas de silicato de sódio (26% em peso de Si0₂ com base na proporção em peso de Si0₂/Na₂0 de 3,25) e de ácido sulfúrico (H^SO^ 43% em peso) numa proporção de 55 litros de solução de sílicato para 19 litros de ácido sulfúrico, a uma pressão de 6,8 atm (100 psi) numa tubeira de mistura. Descarregou-se a mistura de gel numa correia fixa, onde o calor de reacção fez com que a temperatura do gel atingisse os 4690. 0 hidrogel permaneceu na correia durante 35 minutos. Foi então cortado em porções de dimensões compreendidas entre 0,10 e 20 cm⁵ e transferido para um tanque de lavagem.

EXEMPLO 2 - Procedimento de lavagem hidrogel preparado no Exemplo 1 foi lavado utilizando

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-7os procedimentos seguintes:

2A. Preparou-se uma solução aquosa de lavagem adicionando ácido sulfúrico a água até um valor de pH = = 5,5. Aqueceu-se a solução a 609C (1409F) e ali mentou-se esta solução a um tanque contendo 4100 . kg de hidrogel, a um caudal de 132 litros/minuto. Continuou-se a lavagem durante 20 horas, período após o qual se drenou o tanque durante 4 horas an tes deste ser descarregado. A solução de lavagem foi descarregada a um caudal idêntico ao caudal de alimentação, e foi reciclada três vezes.

2B. Preparou-se uma solução aquosa de lavagem adicionando ácido sulfúrico a água até um valor de pH = = 5,5. Aqueceu-se a solução a 719C (160QF). Ali. mentou-se a solução aquosa a um tanque contendo 4100 kg de hidrogel a um caudal de 132 litros/minuto. Continuou-se a lavagem durante 20 horas, período após o qual se drenou o tanque antes deste ser descarregado.

2C. Preparou-se uma solução aquosa de lavagem adicionando ácido sulfúrico a água até um valor de pH = = 3,2. Aqueceu-se a solução a 822C (1809F) e ali. mentou-se a um tanque contendo 4100 kg de hidrogel a um caudal de 132 litros/minuto com um caudal de descarga da água de lavagem equivalente. A solução foi reciclada três vezes. Continuou-se a lavagem durante 16 horas, período após o qual se drenou o tanque antes deste ser descarregado.

EXEMPLO 3 - Secagem-Moagem hidrogel lavado do Exemplo 2 foi seco e moído simultaneamente num secador relâmpago usando uma temperatura para o gás à entrada de 4009C. A velocidade de alimentação do hi drogel era de 1800 kg por hora, tendo-se obtido 600 kg de produto acabado com 10 TV em peso de voláteis totais) por hora. Calculou-se que por segundo se removeram 0,33 g de

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-8água por g de hidrogel. Durante a secagem/moagem, o aerogel resultante foi moído em partículas com um diâmetro médio de partícula de 8-10 microns. Amostras similares do hidrogel lavado foram secas num forno a 121SC (250QF) durante 12 horas por forma a obterem-se amostras para comparação do xerogel correspondente.

EXEMPLO 4 - Propriedades

Os dados contidos na Tabela comparam os aerogeles preparados de acordo com o presente invento com xerogeles que foram preparados de um modo similar com a diferença de se ter removido uma quantidade de água equivalente do hidrogel por secagem lenta num forno. A adição cáustica aos produtos durante a secagem foi usada por forma a obter-se um pH essen cialmente neutro. Em todos os casos, os xerogeles têm volumes porosos, adsorçães de óleo e viscosidades menores, e RDA maiores, do que os aerogeles do presente invento, indicando que os xerogeles têm de facto uma estrutura significativamente contraída. Os aerogeles preparados de acordo com o presente invento, quando adicionados numa quantidade de 18% em peso a uma formulação de uma pasta de dentes convencional (40% de sorbitol, 25% de glicerina, 6% de espessante aerogel de sílica Syloid 244, e a água de equilíbrio, surfactante, aromatizante, conservante, corante, etc.) confere ao dentífrico um espessamento significativamente superior devido ao seu volume poroso maior, quando comparado com os xerogeles.

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-10Os exemplos anteriores indicam claramente que os novos produtos aerogeles de sílica preparados de acordo com o presente invento podem ser usados para preparar composições deri tífricas úteis.

Claims

1 - Processo de preparação de um aerogel de sílica com preendendo a lavagem, secagem e moagem de um hidrogel; caracterizado por o dito passo de lavagem ser efectuado a um pH de 3 a 8 por um período de 12 a 30 horas a uma temperatura de 60-889C, e efectuando-se rapidamente a secagem do hidrogel lavado a uma temperatura de 370 a 5402C até um teor de humidade de cerca de 10 a 30 por cento em peso.

2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito passo de secagem ser realizado sob condições tais que a água é removida do dito gel a uma velocidade de cerca de 0,1 a 2,3 g de água por g de gel por minuto.

3 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a água ser removida da estrutura interna do dito gel por forma a obter-se um volume poroso retido de cerca de 0,4 a 1,4 cmVg*

4 - Processo de acordo com as reivindicações de 1 a 3, caracterizado por o aerogel de sílica ter um volume poroso de cerca de 0,4 a 1,4 cm /g, uma área superficial de cerca 2 de 400 a 1000 m /g e um valor de RDA (valor de abrasivo radioactivo contra a dentina) de cerca de 20 a 120.

5 - Processo de preparação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o aerogel de sílica ter um teor em água de cerca de 1 a 30 por cento em peso.

6 - Processo de preparação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o aerogel de sílica ter partículas

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-11com um diâmetro médio de cerca de 2 a 25 micrometros.

7 - Processo de preparação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o aerogel de sílica ter uma densida de de cerca de 0,2 a 0,35 g/cm⁵.

8 - Processo de preparação de uma composição dentífrica, caracterizado por se associar 5 a 50 por cento em peso do aerogel de sílica preparado de acordo com qualquer das reivindicações de 1 a 7 com componentes para dentífricos seleccionados do grupo consistindo em humectantes, agentes terapêuticos, surfactantes, agentes aromatizantes e conservantes e suas misturas.