СОСТАВЫ С ТРИГИДРАТОМ АЦЕТАТА НАТРИЯ
COMPOSITIONS WITH SODIUM ACETATE TRIHYDRATE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к составам, содержащим тригидрат ацетата натрия (SAT) и другие компоненты. В дополнение к этому настоящее изобретение, кроме того, относится к способам приготовления таких составов. Кроме того, изобретение относится к включающим такие составы продуктам.
Уровень техники
Тригидрат ацетата натрия (SAT) представляет собой материал с фазовым переходом, который испускает тепло при кристаллизации переохлажденной жидкости. Этот материал может быть использован в качестве источника тепла в различных продуктах.
Краткое изложение сути изобретения
Согласно первому аспекту данного изобретения обеспечивается состав, содержащий тригидрат ацетата натрия (SAT), кинетический ингибитор и растворитель.
В некоторых воплощениях состав имеет максимальную температуру кристаллизации от около 40 до около 60°C.
В некоторых воплощениях состав демонстрирует увеличенную стабильность по сравнению с составом, состоящим из того же самого SAT, в отношении механических воздействий, прикладываемых в ходе одного или нескольких испытаний на стабильность. Такие составы также могут иметь в некоторых воплощениях максимальную температуру кристаллизации от около 40 до около 60°C.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор является добавкой, действие которой проявляется в подавлении зародышеобразования.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор выбирается из группы, состоящей из натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, желатина, этилцеллюлозы, полиэтиленгликоля, ксантановой камеди, глицерина, мочевины, полисорбата 20, полисорбата 80, полиакриловой кислоты, пирофосфата натрия, полиакриламида, пуллулана, поливинилового спирта и поливинилацетата.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор является натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы, включаемой в количестве от около 0,01 до около 1 масс. % от массы состава.
В некоторых воплощениях растворитель выбирается из группы, состоящей из этиленгликоля, пропиленгликоля, этанола, пропан-1-ола, метанола, воды и ацетона.
В некоторых воплощениях растворитель содержит воду, включаемую в состав в количестве от около 10 до около 40 масс. % по отношению к массе SAT.
В некоторых воплощениях растворитель содержит этиленгликоль, включаемый в состав в количестве от около 1 до около 5 масс. % по отношению к массе SAT.
В некоторых воплощениях состав может содержать от около 70 до около 90 масс. % SAT, от около 0,01 до около 0,1 масс. % натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, от около 5 до около 20 масс. % воды и от около 3 до около 9 масс. % этиленгликоля, все в расчете на общую массу состава.
В некоторых воплощениях состав может содержать от около 70 до около 90 масс. % SAT, от около 0,025 до около 0,1 масс. % натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, от около 10 до около 20 масс. % воды и от около 1 до около 10 масс. % ацетата калия, все в расчете на общую массу состава.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ приготовления состава согласно первому аспекту, при котором осуществляется объединение компонентов.
В некоторых воплощениях данного способа образуется водный раствор кинетического ингибитора и добавляется к другим компонентам.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения обеспечивается устройство, содержащее состав согласно первому аспекту изобретения.
В некоторых воплощениях такой состав является источником тепла, который в ходе применения устройства испускает тепло.
В некоторых воплощениях такое устройство является устройством для ингаляции, в котором состав представляет собой источник тепла, который нагревает подлежащий нагреву материал. В некоторых воплощениях подлежащий нагреву материал содержит никотин.
Краткое описание чертежей
Исключительно в качестве примера ниже описаны некоторые воплощения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фигура 1 представляет собой график, отображающий максимальные температуры фазового перехода для составов согласно некоторым воплощениям изобретения;
Фигура 2 представляет собой график, отображающий максимальные температуры фазового перехода для составов, включающих различные количества воды;
Фигура 3 является диаграммой, демонстрирующей протокол климатической камеры при проведении так называемого «испытания на воздействие эксплуатационных условий» для описанных здесь составов;
Фигура 4 дает схематическое изображение устройства для ингаляции, включающего источник тепла, который представлен составом согласно некоторым воплощениям настоящего изобретения;
Фигура 5 представляет собой схематическое изображение экспериментальной установки для описываемого здесь так называемого «испытания путем сбрасывания».
Подробное описание изобретения
3
2
Тригидрат ацетата натрия (CHCOONa⋅3HO) - материал с фазовым переходом - уже применялся в устройствах для согревания рук и других подобных устройствах. Однако эти устройства способны к непредсказуемому поведению и часто могут самоинициироваться во время транспортировки. Такая нежелательная активация материала источника тепла в средствах для согревания рук и других изделиях многократного применения не является особенно проблематичной, поскольку такие устройства предполагают многократную регенерацию устройства пользователем с применением того или иного способа, например путем помещения изделия на короткий промежуток времени в кипящую воду. Однако не все типы устройств пригодны к регенерации, и для таких устройств необходимо, насколько это возможно, избегать непреднамеренной активации материала с фазовым переходом.
Кристаллы SAT плавятся приблизительно при 58°C, растворяясь в своей кристаллизационной воде. В идеальных условиях этот раствор способен охлаждаться до комнатной температуры, то есть переохлаждаться без отверждения. Когда образуется критический зародыш, этот раствор кристаллизуется в твердый тригидрат ацетата натрия, высвобождая скрытую теплоту плавления, которая составляет около 264-289 кДж/кг.
В некоторых воплощениях составы SAT содержат добавки, способные улучшать стабильность этих составов при комнатной температуре, поддерживая при этом температуру реакции фазового перехода в максимально возможной степени. В некоторых воплощениях может быть желательно использовать добавки, которые (i) обладают низкой токсичностью; (ii) легкодоступны; и/или (iii) дешевы.
В некоторых воплощениях составы демонстрируют повышенную стабильность по сравнению с составом, состоящим из того же самого SAT, и/или являются устойчивыми к воздействию механических сил, прикладываемых в ходе одного или нескольких описываемых здесь испытаний на стабильность, и они имеют максимальную температуру при кристаллизации, которая не более чем на около 20% ниже, не более чем на около 15% ниже, не более чем на около 10% ниже, не более чем на около 5% ниже, не более чем около на 2% ниже, или не ниже максимальной температуры кристаллизации состава, состоящего из того же самого SAT.
В некоторых воплощениях составы демонстрируют повышенную стабильность по сравнению с составом, состоящим из того же самого SAT, и/или являются устойчивыми к воздействию механических сил, прикладываемых в ходе одного или нескольких описываемых здесь испытаний на стабильность, и они имеют полную теплоотдачу при кристаллизации, которая не более чем на около 20% ниже, не более чем на около 15% ниже, не более чем на около 10% ниже, не более чем на около 5% ниже, не более чем около на 2% ниже, или не ниже полной теплоотдачи при кристаллизации состава, по существу состоящего из того же самого SAT. В данном контексте полная теплоотдача представляет собой совокупную тепловую энергию, оказывающуюся доступной в результате кристаллизации составы.
Стабильность
Было обнаружено, что составы, состоящие по существу только из SAT, обладают недостаточной стабильностью при комнатной температуре, когда они подвергаются механическим воздействиям, подобным тем, с которыми они сталкиваются в ходе транспортировки и нормального обращения, связанного с логистическими операциями и упаковкой потребительских товаров.
Можно смоделировать такие «нормальные» механические усилия с использованием тестов, которые разработаны для моделирования вышеуказанных нормальных внешних воздействий. ASTM-D4169 (регламент Американского общества по испытанию материалов) описывает стандартную методику испытаний для проверки эксплуатационных параметров грузовых контейнеров и систем. Он обеспечивает руководство по оценке транспортных единиц в соответствии с единой системой, используя утвержденные способы испытаний на уровне воздействий, репрезентативных по отношению к тем, которые встречаются в условиях реальной дистрибуции. Данные испытания должны выполняться последовательно, на одинаковых контейнерах, в заданном порядке.
В некоторых воплощениях составы демонстрируют повышенную стабильность относительно состава, состоящего из того же самого SAT. В данном контексте повышенная стабильность означает, что составы демонстрируют повышенную стабильность в состоянии переохлажденной жидкости по сравнению со стабильностью состава, состоящего по существу только из того же самого SAT. В частности, это может означать, что стабилизированные составы в состоянии переохлажденной жидкости менее склонны к спонтанной кристаллизации и/или что они с меньшей вероятностью кристаллизуются в результате подвергания механическим воздействиям, прикладываемым в ходе одного или нескольких описываемых здесь испытаний на стабильность.
В данном контексте состав определяется как стабильный, если в результате подвергания механическим воздействиям, прикладываемым в ходе одного или нескольких описываемых здесь испытаний на стабильность, кристаллизуется не более 20% исследуемых образцов. В некоторых воплощениях состав определяется как стабильный, если кристаллизуется не более 15% исследуемых образцов. В некоторых воплощениях составы являются стабильными, если кристаллизуется не более 10%, 5%, 2% или 1% исследуемых образцов.
Подробности применявшихся здесь испытаний на стабильность, а именно «испытания путем сбрасывания» и «испытания на воздействие эксплуатационных условий», представлены ниже. Стабильность описываемых здесь составов предпочтительно оценивается с помощью одного или нескольких таких тестов.
Теплоотдача
При выполнении измерений на стандартном лабораторном оборудовании и при температуре окружающей среды (между 20 и 25°C) некоторые варианты составов SAT при кристаллизации достигают температуры от около 35 до около 60°C. В некоторых воплощениях составы при кристаллизации достигают температуры от около 40 до около 60°C, от около 45 до около 58°C, от около 45 до около 55°C или от около 50 до около 55°C.
В некоторых воплощениях составы имеют максимальную температуру кристаллизации, которая не более чем на около на 20% ниже, не более чем на около на 10% ниже, не более чем около на 5% ниже, не более чем на около 2% ниже, или не ниже максимальной температуры, достигаемой при кристаллизации состава, состоящего по существу из того же самого SAT (но по существу не содержащего никаких других компонентов).
В некоторых воплощениях составы, достигающие этих температур кристаллизации, являются стабилизированными.
3
3
В некоторых воплощениях максимальная температура и/или теплоотдача образца состава измеряются при температуре окружающей среды (между 20 и 25°C) посредством введения затравочных кристаллов в 10 см состава в 15 см центрифужной пробирке со стандартной термопарой K-типа и регистрацией тепловыделения с помощью подходящего устройства фиксации данных. Пример экспериментального устройства для таких измерений может включать центрифужные пробирки, полученные в Sigma-Aldrich, термопары K-типа, полученные в RS, и устройство регистрации данных Picologger, полученное в Omega.co.uk. Общая теплоотдача может быть измерена таким же образом с использованием, вместо термопарного температурного датчика, калориметра, такого как реакционный калориметр.
В некоторых воплощениях составы имеют общую теплоотдачу при кристаллизации, которая не более чем на около 20% ниже, не более чем на около 15% ниже, не более чем на около 10% ниже, не более чем на около 5% ниже, не более чем на около 2% ниже, или не ниже, или значительно ниже теплоотдачи, достигаемой при кристаллизации состава, состоящего по существу из того же самого SAT (но по существу не содержащего никаких других компонентов).
В некоторых воплощениях, где состав SAT включен в устройство для ингаляции, в котором такой состав выступает в качестве источника тепла, нагревающего нагреваемый материал, этот состав в ходе кристаллизации способен  нагревать подлежащий нагреву материал до температуры от около 40 до около 60°C, от около 45 до около 55°C или от около 50 до около 55°C. В некоторых воплощениях подлежащий нагреву материал содержит табак, например резаный, дробленый или измельченный табак.
Тригидрат ацетата натрия
В некоторых воплощениях используемый в составах SAT имеет чистоту по меньшей мере 99,0%, например как поставляемый Sigma-Aldrich в продуктовой линейке под наименованием BioXtra. В некоторых воплощениях используемый в составах SAT имеет чистоту по меньшей мере 99,5%.
В некоторых воплощениях составы содержат SAT, содержащий не более 0,1% нерастворимых примесей (эквивалентно уровню содержания нерастворимых примесей в 100 ч./млн.). В некоторых воплощениях SAT не содержит никаких нерастворимых примесей.
Кинетический ингибитор
Составы SAT могут включать по меньшей мере один кинетический ингибитор. Такая добавка может быть включена в составы для уменьшения вероятности самопроизвольного или непреднамеренного фазового перехода, то есть нежелательного фазового перехода, который специально не инициируется (например, введением кристаллов затравки). Непреднамеренный фазовый переход может быть вызван механическими воздействиями. Не желая связывать себя какой-либо теорией в вопросе о том, как эти кинетические ингибиторы могут работать, авторы изобретения полагают, что они подавляют фазовый переход, замедляя кинетику системы SAT.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор может быть растворимым в воде. В некоторых воплощениях кинетический ингибитор может быть полимером, таким как полисахарид или производное полисахарида. Подходящие полисахариды могут включать натуральные или синтетические камеди.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор может быть добавкой, которая обычно действует или описана как загуститель, гелеобразующий агент, эмульгатор, стабилизатор или вяжущее средство.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор вносится в количестве, которое по существу не меняет вязкость составы (по сравнению с вязкостью состава до добавления кинетического ингибитора). В некоторых воплощениях это может обеспечиваться несмотря на то, что этот кинетический ингибитор увеличивает вязкость жидкой составы, будучи добавлен в достаточном количестве.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор может выбираться из группы, состоящей из натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (CMC), желатина, этилцеллюлозы, полиэтиленгликоля, ксантановой камеди, глицерина, мочевины, полисорбата 20, полисорбата 80, полиакриловой кислоты, пирофосфата натрия, полиакриламида, пуллулана, поливинилового спирта и поливинилацетата.
В некоторых воплощениях, которые при некоторых обстоятельствах могут быть предпочтительными, кинетический ингибитор является натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы (CMC). Было показано, что CMC является добавкой, способной повысить стабильность переохлажденного SAT, не оказывая при этом неблагоприятного воздействия на теплоотдачу, наблюдаемую в ходе кристаллизации.
Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы полагают, что, когда CMC подвергается действию воды, он гидратируется с образованием тонкой, наслоенной вокруг каждой цепи пленки воды. Эта гидратированная система CMC препятствует кинетике раствора SAT, тем самым снижая скорость, с которой образуются зародыши кристаллообразования, и вследствие этого уменьшая вероятность образования зародышей критического размера и инициирования кристаллизации.
В некоторых воплощениях CMC имеет среднюю молекулярную массу в пределах диапазона от около 50000 до около 150000 и необязательно среднюю молекулярную массу около 90000.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор добавляется к составу в форме водного раствора. Например, когда кинетический ингибитор представлен CMC, можно приготовить 0,5 масс. % раствор CMC в воде и добавить его к SAT и любым другим компонентам состава.
Для получения желательной концентрации кинетического ингибитора и/или соответствующего эффекта некоторый объем заранее смешанного водного раствора кинетического ингибитора, такого как CMC, можно добавлять к составу, содержащему SAT, и, при необходимости, к другим компонентам.
Вода из водного раствора кинетического ингибитора (такого как CMC) или внесенная отдельно в качестве растворителя (обсуждается ниже) разбавляет SAT. Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы полагают, что это может снижать пересыщение и препятствовать образованию кристаллов безводного ацетата натрия, замедляя скорость, с которой образуются зародыши кристаллообразования и, вследствие этого, вероятность образования зародышей критического размера.
В некоторых воплощениях CMC может вноситься в количестве от около 0,01 масс. % до около 1 масс. % от массы SAT в составе. В некоторых воплощениях CMC может вноситься в количестве от около 0,05 масс. % до около 0,2 масс. % от массы SAT в составе.
В некоторых воплощениях CMC может вноситься в количестве от около 0,01 масс. % до около 0,1 масс. % от общей массы состава. В некоторых воплощениях CMC может быть включен в количестве от около 0,025 масс. % до около 0,1 масс. % от общей массы состава.
Растворители
Составы SAT могут включать по меньшей мере один растворитель. Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы полагают, что растворители могут улучшать растворение кристаллов безводного SAT, которые могут оставаться в составе после плавления или которые могут образовываться при хранении состава при температуре ниже температуры плавления SAT. Кроме того (или в альтернативном варианте), предполагается, что некоторые растворители могут разрывать водородные связи между молекулами воды в составе SAT, увеличивая таким образом энергию, требующуюся для образования зародышей критического размера, и тем самым снижая вероятность спонтанно инициируемого фазового перехода.
В некоторых воплощениях растворитель может выбираться из группы, состоящей из этиленгликоля, пропиленгликоля, этанола, пропан-1-ола, метанола, воды и ацетона.
В некоторых воплощениях растворитель может содержать воду. В альтернативных воплощениях растворитель не является водой.
Количество растворителя, включаемого в состав SAT, может быть значительным, поскольку он оказывает комплексное воздействие на стабильность состава.
Было показано, что добавление к SAT в качестве растворителя воды в количестве от 10 до 40 масс. % по отношению к массе SAT ведет к увеличению стабильности в переохлажденном состоянии. Однако с добавлением каждых дополнительных 10% воды от максимальной температуры при фазовом переходе будет теряться приблизительно 5°C.
Стабильность, придаваемая переохлажденному составу SAT добавлением воды, компенсируется снижением максимальной температуры при кристаллизации. В результате можно регулировать максимальную достигаемую температуру в зависимости от конкретных требований. Дополнительная стабильность может быть обеспечена другими добавляемыми к составам компонентами, например, кинетическим ингибитором и другими растворителями.
В некоторых воплощениях составы содержат по меньшей мере около 1 масс. %, по меньшей мере около 5 масс. % или по меньшей мере около 10 масс. % воды от массы SAT и вплоть до около 40 масс. %, или вплоть до около 25 масс. %, или вплоть до около 20 масс. % воды от массы SAT. В некоторых воплощениях количество воды составляет от около 5 до около 20 масс. %, или от около 10 до около 20 масс. % от массы SAT, или составляет около 15 масс. %.
В некоторых воплощениях составы содержат по меньшей мере около 1 масс. %, по меньшей мере около 5 масс. % или по меньшей мере около 10 масс. % воды от общей массы составы и вплоть до около 40 масс. %, или вплоть до около 25 масс. %, или вплоть до около 20 масс. % воды от общей массы составы. В некоторых воплощениях количество воды составляет от около 5 до около 20 масс. %, от около 10 до около 20 масс. % или от около 12 до около 18 масс. % от общей массы составы.
В случае некоторых растворителей увеличение количества растворителя, включаемого в составы SAT, имеет тенденцию приводить к увеличению стабильности состава до тех пор, пока не достигается пороговое количество, выше которого дополнительное внесение растворителя может вести к снижению стабильности.
В некоторых воплощениях растворитель является этиленгликолем. В некоторых воплощениях этиленгликоль может быть включен в состав в количестве от около 0,5 до около 7,5 масс. % от массы состава. В некоторых воплощениях этиленгликоль может вноситься в количестве от около 2,5 до около 4,5 масс. % или в количестве от около 3 до около 4 масс. %.
В некоторых воплощениях состав может содержать: SAT, от около 10 масс. % до около 20 масс. % по отношению к массе SAT водного раствора натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с концентрацией от 0,1 до 1 масс. % и от около 1 до около 5 масс. % этиленгликоля по отношению к массе SAT и раствора натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.
В некоторых воплощениях состав может содержать от около 70 до около 90 масс. % SAT, от около 0,01 до около 0,1 масс. % натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, от около 5 до около 10 масс. % воды и от около 3 до около 9 масс. % этиленгликоля, все в расчете на общую массу состава.
В некоторых воплощениях эти составы содержат CMC, имеющую молекулярную массу около 90000. Эти количества кинетического ингибитора и растворителя придают составам SAT увеличенную стабильность и максимальную температуру кристаллизации в пределах диапазона от около 40 до около 60°C или от около 45 до около 55°C.
Ацетат калия
В некоторых воплощениях состав может содержать катион, более крупный, чем катион натрия. В некоторых воплощениях состав может содержать катион калия. В некоторых воплощениях состав может содержать источник калиевого катиона, такой как ацетат калия.
Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы полагают, что источник крупного катиона, такой как ацетат калия, добавляет к раствору крупный катион со свойствами, подобными натрию в SAT. Это имеет два эффекта: i) большой катион, такой как калий, обеспечивает конкуренцию катиону натрия при образовании кристаллических структур; и ii) размер крупного катиона, такого как калий, прерывает инициирование образования кристаллической структуры SAT. Эти эффекты уменьшают вероятность фазового перехода и, таким образом, усиливают стабильность составов SAT. Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы полагают, что крупный катион способен замедлить и даже остановить развитие только что начавшегося процесса кристаллизации, усиливая, таким образом, стабильность состава.
Добавление ацетата калия к составу SAT в соотношении 10-15% (моли ацетата калия: SAT), придает составу стабильность. В некоторых воплощениях состав содержит 8-25% (моль ацетата калия: SAT).
В некоторых воплощениях составы SAT, содержащие ацетат калия, не включают этиленгликоль. В некоторых воплощениях составы SAT, содержащие ацетат калия, содержат не более 15% воды.
В некоторых воплощениях состав содержит SAT, воду, CMC и ацетат калия. В некоторых воплощениях составы содержат от около 5 до около 20 масс. % воды в расчете на массу SAT, от около 0,01 до около 1 масс. % CMC в расчете на массу SAT и от около 5 до около 25 масс. % ацетата калия в расчете на массу комбинации SAT и CMC.
В некоторых воплощениях состав может содержать от около 70 до около 90 масс. % SAT, от около 0,05 до около 0,15 масс. % натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, от около 10 до около 20 масс. % воды и от около 1 до около 6 масс. % ацетата калия, все в расчете на общую массу состава.
В некоторых воплощениях эти составы содержат CMC, имеющую молекулярную массу около 90000. Эти количества кинетического ингибитора и растворителя придают составам SAT увеличенную стабильность и максимальную температуру кристаллизации в пределах диапазона от около 40 до около 60°C или около 45 до около 55°C.
Модификаторы pH
В некоторых воплощениях составы могут, кроме того, включать добавку, модифицирующую pH, для доведения pH состава до желательной величины или диапазона. В некоторых воплощениях модифицирующей pH добавкой может быть кислота, такая как уксусная кислота или неорганическая кислота, которая добавляется в количестве, необходимом для доведения pH состава до нейтральных или кислых величин. В некоторых воплощениях к составу может быть добавлен или в него может быть включен буфер, предназначенный для модифицирования и поддержания pH состава на желательном уровне или в желательном диапазоне. Подходящие буферы включают ацетатный буфер, содержащий смесь ацетата натрия и уксусной кислоты (буферное действие при pH 5,2) или смесь ацетата калия и уксусной кислоты.
В случаях, когда буфер содержит ацетат натрия, он может быть получен добавлением к составу ацетата натрия и уксусной кислоты или же он может быть образован добавлением только уксусной кислоты к ацетату натрия, уже присутствующему в составе.
Другие добавки
В некоторых воплощениях составы могут включать и другие добавки, например предназначаемые для придания составу желательного внешнего вида.
В некоторых воплощениях составы могут включать один или несколько пищевых красителей. В некоторых воплощениях эти пищевые красители могут быть одобренными FDA (Управление США по надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств) или эквивалентной службой или органом. Подходящие красители включают, например, гранулированный Е129 красный очаровательный (Allura Red АС) (пищевой красный 17 CI 16035); E110 сансет желтый (Sunset Yellow Lake 20-24) (пищевой желтый 3:1 CI 15985:1); гранулированный тартразин Е102 (пищевой желтый 4 CI 19140); гранулированный Е133 бриллиантовый голубой (Brilliant Blue FCF) (пищевой синий 2 CI 42090); Е133 бриллиантовый голубой (Brilliant Blue FCF Lake 10-14) (пищевой синий 2:1 CI 42090:1); Е132 индиготин (Indigo Carmine) (пищевой синий 1 CI 73015); гранулированный E127 эритрозин (пищевой красный 14 CI 45430), которые могут быть получены от Fastcolours.co.uk. Таким образом, в некоторых воплощениях состав, содержащий SAT, ацетат калия и CMC, может, кроме того, содержать один или несколько красителей, применяемых для придания составу желательного цвета.
В некоторых воплощениях включением в состав флуоресцентной добавки могут быть получены флуоресцентные составы. В некоторых воплощениях состав содержит флуоресцеин (CAS-номер 2321-07-5, который может быть получен в Sigma-Aldrich).
В некоторых воплощениях добавлением к составам термохромной добавки могут быть получены термохромные составы. Такие добавки могут содержать дисперсию термохромных микрокапсул в водной среде (примеры которых могут быть получены как «суспензия ChromaZone» от LCR Hallcrest, Великобритания).
Эти добавки могут добавляться к любому из обсуждаемых здесь составов.
Способы приготовления составов
В некоторых воплощениях описанные выше составы готовятся объединением их компонентов.
В некоторых воплощениях кинетический ингибитор, такой как CMC, может быть добавлен к другим компонентам состава в форме водного раствора.
В некоторых воплощениях может применяться постепенное охлаждение, тогда как в других воплощениях охлаждение может быть быстрым. В некоторых воплощениях охлаждение может включать воздушное охлаждение. В некоторых воплощениях охлаждение может включать погружение состава в охлажденную воду.
В некоторых воплощениях составы нагреваются до температуры по меньшей мере около 60°C, по меньшей мере около 70°C, по меньшей мере около 80°C, по меньшей мере около 90°C или по меньшей мере около 100°C. В некоторых воплощениях составы нагреваются до температуры, которая не превышает 125°C, не превышает 120°C, 115°C, 110°C или не превышает 105°C. В некоторых воплощениях состав выдерживается при повышенной температуре в течение по меньшей мере около 30 минут, по меньшей мере около 1 часа, по меньшей мере около 2 часов, по меньшей мере около 3 часов, по меньшей мере около 4 часов, по меньшей мере около 6 часов, по меньшей мере около 8 часов, по меньшей мере около 12 часов, по меньшей мере около 18 часов, по меньшей мере около 24 часов, по меньшей мере около 30 часов, по меньшей мере около 36 часов или по меньшей мере около 42 часов. В некоторых воплощениях состав должен выдерживаться при повышенной температуре в течение времени не более чем около 72 часов, не более чем около 60 часов или не более чем около 54 часов.
Продукты
Описанные здесь составы могут быть использованы в устройствах. В некоторых воплощениях состав служит в качестве источника тепла в устройстве, которое испускает тепло в ходе применения устройства. В некоторых воплощениях состав будет выделять тепло при приведении устройства в действие пользователем. В некоторых воплощениях состав нагревается до максимальной температуры от около 40 до около 60°C или от около 45 до около 55°C.
В некоторых воплощениях такое устройство является устройством для ингаляции. В некоторых воплощениях композиция является источником тепла, которое нагревает нагреваемый материал. В некоторых воплощениях нагреваемый материал может, например, содержать вещество, предназначенное для вдыхания. Например, в некоторых конкретных воплощениях предназначаемое для вдыхания вещество является никотином и/или нагреваемым материалом является материал табака. Материал табака в некоторых воплощениях может быть табаком, производным табака или экстрактом табака.
В некоторых воплощениях, таких, как проиллюстрированное на Фигуре 4, устройство для ингаляции 1 содержит кожух 5, внутри которого в камере для источника тепла содержится материал 3 источника тепла, и в отдельной греющей камере содержится нагреваемый материал 2, при этом камера для источника тепла и греющая камера устроены так, чтобы сделать возможной передачу тепла из камеры для источника тепла к греющему материалу, так, чтобы обеспечить возможность испарения по меньшей мере одного компонента греющего материала. В некоторых воплощениях устройство для ингаляции, помимо этого, включает мундштук 4, через который можно было бы вдыхать испаряющийся компонент(-ы).
В некоторых воплощениях состав определяют как устойчивый, если активируется не более 50% содержащих состав проверяемых устройств, то есть в результате подвергания устройств механическому воздействию, прилагаемому в ходе описанных здесь испытаний на стабильность, состав кристаллизуется не более чем в 50% содержащих состав проверяемых устройств. В некоторых воплощениях стабильность составов такова, что активированными оказываются не более 25% проверенных устройств. В некоторых воплощениях стабильность составов такова, что активированными оказываются не более 15%, 10%, 5% или 1% проверенных устройств.
В некоторых воплощениях состав определяется как устойчивый, если активированными оказываются не более 50% содержащих состав проверенных устройств, то есть состав кристаллизуется в результате подвергания устройств механическому воздействию, прилагаемому в ходе описанного здесь «испытания путем сбрасывания».
Экспериментальная часть
Было приготовлено и проверено множество составов для определения действия различных добавок и комбинаций добавок на стабильность тригидрата ацетата натрия (SAT).
Проверка стабильности
Стабильность переохлажденных жидких составов может быть проверена путем подвергания состава действию механических сил различных типов.
Простые составы SAT, которые не содержат кинетический ингибитор и растворитель согласно настоящему изобретению, обычно не выдерживают описанных ниже испытаний в силу того, что более 50% испытуемых образцов кристаллизуется в результате воздействия механических усилий. Напротив, состав SAT считается стабилизированным или демонстрирующим улучшенную стабильность, если в результате подвергания механическому усилию, прикладываемому в ходе испытаний, кристаллизуется не более 50% и предпочтительно не более 25% исследуемых образцов.
3
3
Для исключения эффекта влияния контейнера на стабильность состава SAT в ответ на механические воздействия образцы должны испытываться в идентичных контейнерах. В некоторых воплощениях проверка стабильности проводится с использованием центрифужных пробирок емкостью 15 см. Например, испытания на стабильность и измерения теплоотдачи могут выполняться с использованием 15 см стерильных центрифужных пробирок из ПЭТ производства Corning. Доступны в Sigma-Aldrich, каталожный номер CLS430055-500EA. Объем образцов и порядок обращения с ними также должны быть единообразными для всех образцов.
Тест, используемый для оценки стабильности составов SAT, представляет собой так называемое «испытание путем сбрасывания». В этом тесте испытуемое изделие готовится переносом образца предназначенного для проверки состава в центрифужную пробирку. Это испытуемое изделие затем десять раз сбрасывается с высоты 0,5 м. Устройство, применяемое в испытании путем сбрасывания, показано на Фигуре 5. Испытуемое изделие 11 падает из начального положения А в конечное положение В по трубе 12 (которая обеспечивает сохранение вертикальности положения испытуемого изделия) на лист нержавеющей стали 13 толщиной 3 мм, установленный на деревянном блоке 14. После каждого падения испытуемое изделие 11 должно быть осмотрено для проверки активации РСМ (то есть проверки того, не произошла ли кристаллизация переохлажденного жидкого состава).
Следующий тест, используемый для оценки стабильности составов SAT, представляет собой так называемое «испытание на воздействие эксплуатационных условий». В этом тесте испытуемое изделие готовится переносом образца предназначенного для проверки состава в центрифужную пробирку. Испытуемое изделие подвергается воздействию условий окружающей среды, которые отличаются от нормальных, на протяжении 72 часов. Изделие затем осматривается с целью обнаружения активации РСМ (то есть проверки того, не произошла ли кристаллизация переохлажденного жидкого состава). Далее подвергнутый данной проверке образец может быть подвергнут подробно описанному выше испытанию путем сбрасывания. Условия окружающей среды, использовавшиеся в испытании на воздействие эксплуатационных условий, отличавшихся от нормальных, были следующими: 40°C, 5°C и 650 мбар. Применяется окружающая среда с варьирующейся температурой для моделирования теплового удара. В течение 72 часов данного испытания окружающая температура циклически менялась согласно следующей схеме: от 5°C до 25°C, до 40°C, до 25°C, до 5°C с выдерживанием при каждой температуре в течение двух часов и от 10% до 50%, до 90%, до 50%, до 10% относительной влажности с двумя часами выдержки. Это иллюстрируется диаграммой, показанной на Фигуре 3.
Были приготовлены и проверены различные составы SAT с целью установления влияния кинетических ингибиторов и растворителей на стабильность и теплоотдачу составов.
Состав 1
Был приготовлен следующий состав SAT, содержащий раствор 0,5 масс. % CMC в воде и этиленгликоле:
- SAT (≥99,0%; CAS-номер 6131-90-4);
- 10 масс. % водного раствора CMC концентрацией 0,5 масс. % (мол. масса ~90000; CAS-номер 9004-32-4);
- 3,33 масс. % этиленгликоля (от общей массы раствора SAT+CMC) (≥99%; CAS-номер 107-21-1).
Теплоотдача этого состава демонстрируется на Фигуре 1, демонстрирующей максимальную температуру около 52°C. Испытания путем сбрасывания показали, что этот состав демонстрирует улучшенную стабильность, с меньшим количеством неудачных результатов испытаний у образцов (то есть кристаллизацией), чем у образцов SAT без такой добавки.
Состав 2
Состав 2 был приготовлен так же, как описанный выше Состав 1, но с 40 масс. % водного раствора CMC концентрацией 0,5 масс. % (вместо 10 масс. %). Некоторые тесты позволили предположить, что увеличение содержания воды повышало стабильность, но также оказывало эффект снижения максимальной температуры, достигаемой составом при активации.
Теплоотдача этого состава показана на Фигуре 1, демонстрирующей максимальную температуру около 34°C. Испытания путем сбрасывания показали, что этот состав демонстрирует улучшенную стабильность, с меньшим количеством неудачных результатов испытаний у образцов (то есть кристаллизацией), чем у образцов SAT без такой добавки.
Состав 3
Был приготовлен состав SAT, содержащий в дополнение к CMC и воде ацетат калия. Состав был следующим:
- SAT (≥99,0%; CAS-номер 6131-90-4);
- 10% (мольное отношение) ацетата калия (≥99,0%; CAS-номер 127-08-2);
- 3,3 моля воды на 1 моль безводного ацетата калия;
- 10 масс. % (от общей массы) водного раствора CMC концентрацией 0,5 масс. % (мол. масса ~90000; CAS-номер 9004-32-4).
Этот состав обеспечил превосходные результаты. Оказалось, что дополнительная вода в этом составе обладает меньшим влиянием. Предполагается, что потенциально это может происходить из-за образующегося в равновесном состоянии тетрагидрата. Теплоотдача этого состава показана на Фигуре 1, демонстрирующей максимальную температуру около 52,5°C. Испытания путем сбрасывания показали, что этот состав демонстрирует улучшенную стабильность, с меньшим количеством неудачных результатов испытаний у образцов (то есть кристаллизацией), чем у образцов SAT без такой добавки. Действительно, в одном цикле испытаний путем сбрасывания ни один из испытуемых образцов не показал отрицательного результата.
Состав 4
Этот состав был приготовлен с целью исследования результатов применения в композиции SAT кислоты. Состав был следующим:
- SAT (≥99,0%; CAS-номер 6131-90-4);
- При плавлении показатель pH был снижен до 7 с помощью уксусной кислоты (≥99,7%; CAS-номер 64-19-7);
- 10 масс. % водного раствора CMC концентрацией 0,5 масс. % (мол. масса ~90000; CAS-номер 9004-32-4);
- 3,33 масс. % этиленгликоля (от общей массы раствора SAT+CMC) (≥99%; CAS-номер 107-21-1).
Некоторые тесты позволяют сделать вывод о том, что снижение pH от приблизительно 9,5 до 7 ведет к увеличению стабильности. Этот состав показал очень хорошую стабильность и при кристаллизации демонстрировал максимальную температуру приблизительно 51,5°C.
Состав 5
Этот состав был приготовлен с целью исследования эффекта применения мочевины вместо CMC. Состав был следующим:
- SAT (≥99,0%; CAS-номер 6131-90-4);
- 10 масс. % водного раствора мочевины концентрацией 5 масс. % (≥99,5%; CAS-номер 57-13-6);
- 3,33 масс. % этиленгликоля (от общей массы раствора SAT + мочевина) (≥99%; CAS-номер 107-21-1).
Теплоотдача этого состава показана на Фигуре 1, демонстрирующей максимальную температуру около 55°C. Испытания путем сбрасывания показали, что этот состав демонстрирует улучшенную стабильность, с меньшим количеством неудачных результатов испытаний у образцов (то есть кристаллизацией), чем у образцов SAT без такой добавки.
Состав 6
Этот состав был приготовлен с целью исследования эффекта применения поливинилацетата (PVA) вместо CMC. Состав был следующим:
- SAT (≥99,0%; CAS-номер 6131-90-4);
- 10 масс. % водного раствора PVA концентрацией 1 масс. % (CAS-номер 9003-20-7).
Некоторые тесты позволили предположить, что этот состав имел повышенную стабильность по сравнению с составами, состоящими по существу только из того же самого SAT, и при кристаллизации продемонстрировал максимальную температуру 54,5°C.
Состав 7
Этот состав был приготовлен с целью исследования эффекта применения полиакриламида вместо CMC. Состав был следующим:
- SAT (≥99,0%; CAS-номер 6131-90-4);
- 0,5 масс. % водного раствора полиакриламида концентрацией 10 масс. % (CAS-номер 9003-05-8);
- 3,33 масс. % этиленгликоля (от общей массы раствора SAT + полиакриламид) (≥99%; CAS-номер 107-21-1).
Некоторые тесты позволили предположить, что этот состав имел повышенную стабильность по сравнению с составами, состоящими по существу только из того же самого SAT.
Состав 8
Был приготовлен следующий состав SAT, содержащий раствор 0,5 масс. % CMC в воде и пропиленгликоль:
- SAT (≥99,0%; CAS-номер 6131-90-4);
- 10 масс. % водного раствора CMC концентрацией 0,5 масс. % (мол. масса ~90000; CAS-номер 9004-32-4);
- 3,33 масс. % пропиленгликоля (от общей массы раствора SAT+CMC) (>99%; CAS-номер 57-55-6).
Фигура 2 представляет данные, показывающие, что при увеличении количества добавленной к составу воды максимальная температура при кристаллизации снижается. Данный график показывает температурные кривые для описанных выше различных вариантов Состава 1 с различными количествами воды, выраженными в виде масс. % от количества SAT. Эти данные показывают, что теплоотдачу некоторых из составов согласно изобретению можно менять посредством регулирования содержания воды.
Испытание на «относительную устойчивость»
Для исследования относительной устойчивости составов SAT, стабилизированных добавлением кинетических ингибиторов и растворителей, был проведен следующий модельный эксперимент. Был расплавлен контрольный состав из SAT чистотой ≥99,5% и 5 масс. % воды, после чего в 50 пробирок для образцов были помещены аликвоты объемом в 6 см. Был приготовлен «стабилизированный» состав с компонентами из описанного выше Состава 3 и таким же способом, что и контроль. Образцы были оставлены для охлаждения в течение ночи (образцы, которые активировались в этот период, упоминаются как активировавшиеся при «выдержке») и затем были подвергнуты так называемому «испытанию путем сбрасывания». Эти результаты представлены в Таблице 1.
Было показано, что «стабилизированный» раствор обладает более высоким уровнем относительной устойчивости по сравнению с контрольным составом SAT. Из тех образцов, которые неудачно прошли испытание путем сбрасывания, пробирки для образцов продемонстрировали трещины, вызванные механическим ударом в ходе теста и которые, возможно, выступили в качестве центров зародышеобразования для составов РСМ.
С целью соответствия различным особенностям и совершенствованиям в данной области техники данное раскрытие во всей его полноте демонстрирует в качестве иллюстрации различные воплощения, в которых заявленное изобретение(-я) может быть реализовано и применено для получения усовершенствованных составов, способов и устройств. Признаки и преимущества данного изобретения представляют лишь типичный пример воплощений и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Они представлены лишь для упрощения понимания и пояснения заявленных признаков. Следует понимать, что преимущества, воплощения, примеры, функции, признаки, структуры и/или другие объекты данного раскрытия нельзя рассматривать как ограничивающие изобретение, как оно определено формулой изобретения, или как ограничивающие любые ее эквиваленты. Следует также понимать, что без отступления от объема и/или сущности данного изобретения могут быть использованы другие воплощения и выполнены другие модификации. Различные воплощения могут подходящим образом содержать, состоять или состоять по существу из различных комбинаций раскрываемых элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, средств и т.д. Кроме того, данное раскрытие включает другие изобретения, в настоящее время не заявленные, но которые могут быть заявлены в будущем.