Способ и устройство для получения стабильных ультрадисперсных водных лиозолей терпентинного масла с заданными дисперсионными параметрами

Способ и устройство для получения стабильных ультрадисперсных водных лиозолей терпентинного масла с заданными дисперсионными параметрами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области малотоннажной биотехнологии (производство вакцин, сывороток, адъювантов и т.п.) и химической технологии и может быть использовано для получения устойчивых к коалесценции (слипанию, агрегации) и расслаиванию (прямой или обратной седиментации) ультратонких (нанодисперсных) дисперсионных лиозолей терпентинного масла и других неводных жидких веществ в водных средах или воде.

Уровень техники

При диспергировании терпентинного масла и других скипидаров в водных средах в большинстве случаев образуются лиофобные дисперсные системы, решение проблем неустойчивости которых достаточно широко освещено в литературе.

Для лиофобных дисперсных систем характерна агрегагивная неустойчивость, не зависящая от степени дисперсности. Кроме того, они обладают также и седиментационной неустойчивостью, которая значительно снижается при повышении дисперсности. Термодинамической причиной агрегационной неустойчивости лиофобных дисперсных систем является высокая свободная энергия границы раздела фаз. Самопроизвольное уменьшение поверхности раздела фаз путем слипания частиц приводит к понижению свободной энергии.

Для стабилизации реальных дисперсных систем, как правило, используют несколько стабилизирующих факторов одновременно: структурно-механический, энтропийный, адсорбционно-сольватационный, электростатический. Практически стабилизация лиофобных дисперсий сводится к добавлению в систему определенных веществ.

В настоящее время распространенным способом получения устойчивых дисперсий терпентинного масла и других скипидаров в водных средах является приготовление растворов скипидаров в воде посредством применения сложных составов, включающих сравнительно большое количество ингредиентов. Химический состав подбирается таким способом, чтобы обеспечить возможность полного растворения гидрофобных веществ в воде. Например, для этого используют состав при следующих соотношениях в массовых процентах (%): живичный скипидар 43,0; олеиновая кислота 25,0; касторовое масло 18,0; едкий натр 3,0; вода дистиллированная - остальное. Конкретно для приготовления 500 кг скипидарного раствора используют 219 кг живичного скипидара, 86 кг касторового масла, 12 кг едкого натра, 124 кг олеиновой кислоты и 59 кг дистиллированной воды.

Технология приготовления раствора заключается в следующем: в термостатируемый реактор помещают касторовое масло и нагревают его до 110°C. В отдельном реакторе готовят раствор едкого натра, для чего используют всю массу едкого натра и все количество воды; затем добавляют полученный раствор едкого натра в разогретое касторовое масло при постоянном перемешивании; после образования натриево-касторового мыла в реакционную смесь вливают всю массу олеиновой кислоты также при постоянном перемешивании до получения однородной прозрачной смеси; на следующей стадии в реактор вливают живичный скипидар, после чего под давлением 2,0 атмосферы в течение 20 минут нагревание прекращают, а перемешивание продолжают до понижения температуры смеси до 22°C, после чего перемешивание прекращают и полученный раствор разливают в потребительскую тару (см. RU 2006110297, патент №2307662).

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ приготовления скипидарной эмульсии. В одном из примеров состав эмульсии: вода дистиллированная - 550 мл, салициловая кислота - 0,75 г, мыло детское (измельченное) - 30 г, живичный скипидар - 500 г. В воде при 100°C растворяют салициловую кислоту. К полученному раствору добавляют мыло, размешивая до полного растворения. Горячий раствор вливают в емкость со скипидаром. В процессе охлаждения до комнатной температуры смесь продолжают перемешивать, затем полученный скипидарный лиозоль разливают в потребительскую тару (см. RU 2006110296, патент №2307663).

Описанные способы получения устойчивых лиозолей скипидаров не позволяют задавать и контролировать параметры дисперсности в процессе получения. Кроме того, во многих случаях наличие в лиозоле дополнительных веществ - стабилизаторов-эмульгаторов недопустимо исходя из предназначения изготавливаемого лиозоля.

В настоящее время наиболее распространенными лабораторными способами повышения устойчивости различных водных лиозолей неводорастворимых соединений являются путем введения в лиозоль различных поверхностно-активных соединений (ПАВ) - эмульгаторов. В случаях, когда предполагаемое дальнейшее использование лиозолей не запрещает применения эмульгатора, данное решение оправдано как технологически, так и экономически. Однако в тех случаях, когда приготавливаемый лиозоль планируется использовать для целей, где присутствие эмульгатора в системе недопустимо, более оправдано применение прямой электризации дисперсной фазы лиозоля, что приводит к значительному повышению устойчивости лиозоля вследствие взаимного электростатического отталкивания частиц дисперсной фазы.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является:

1. Возможность значительного повышения устойчивости лиозолей против коалесценции и седиментации при приготовлении ультрадисперсных водных эмульсий тритерпеновых соединений в лабораторных и производственных условиях;

2. Возможность избежать применения различных эмульгаторов-стабилизаторов, особенно в тех случаях, когда это нежелательно;

3. Возможность варьирования величины электростатического заряда (дзетта-потенциала) частиц дисперсной фазы, тем самым придавая получаемому лиозолю возможность варьирования эксплуатационных характеристик;

4. Снижение себестоимости, трудовременных затрат, упрощение процедуры приготовления.

Существенные признаки, характеризующие изобретение

Существенные признаки изобретения:

1. Фильтрация лиозоля под давлением через пористую мембрану из полиэфирсульфона с заданным размером пор (в зависимости от поставленной задачи берется мембрана со стандартным диаметром пор в диапазоне 5-40 мкм).

2. Возможность задания параметров дисперсности за счет изменения диаметра пор использованной пористой мембраны из полиэфирсульфона, а также соотношения объемов сред разбавителей с объемом использованного терпентинного масла.

3. Обеспечение взаимодействия частиц дисперсной фазы с предварительно растворенным в водной среде ионизированным газом, куда фильтрат маточного лиозоля сразу попадает после фильтрации.

4. Осуществление электризации воздуха (или другого газа) в ионизационной камере за счет постоянно протекающего через слой воздушного промежутка электрического разряда.

Существенные признаки получаемого продукта (лиозоля):

1. Возможность получения лиозоля с заранее заданными параметрами дисперсности в водных средах.

2. Повышенная седиментационная и агрегационная устойчивость и достигаются за счет повышения дисперсности маточного лиозоля при его фильтрации.

3. Повышенная технологичность получения лиофобных лиозолей терпентинного масла.

4. Получаемый предлагаемым способом дисперсионный лиозоль терпентинного масла не содержит никаких дополнительных веществ стабилизаторов, помимо предусмотренных рецептурой специальной среды разбавителя (физиологический раствор, среда Хенкса, 8% раствор сахарозы и т.п.)

5. Полученный продукт оказывается пригоден для использования в качестве адъюванта для вакцин или других аналогичных клинических или гигиенических целей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематически изображено устройство ионизационной камеры:

1 - высоковольтный импульсный генератор;

2 - стеклянный 3-горловой сосуд (колба круглодонная с 3 горловинами);

3 - электрод из нержавеющей стали (возможны варианты материала электрода);

4 и 5 - боковые горловины;

6 - вспомогательный электрод, представленный металлической пластиной (сталь, латунь);

7 - левое горло колбы;

8- правое горло колбы.

На фиг. 2 изображен блок фильтрации:

1 - магнитная мешалка;

2 - трехгорлая колба объемом 1 л, использованная в качестве барботера;

3 - верхнее горло;

4 - штуцер;

5 - правое горло колбы;

6 - железный стержень в стеклянной капсуле;

7 - левое горло колбы;

8 - выхлопной кран;

9- шприцевой фильтр;

10. шприц фильтра, заполненный маточным лиозолем;

11 - устройство с манометром.

На фиг. 3 представлена общая функциональная схема стенда для получения водных лиозолей терпентинного масла:

1 - высоковольтный импульсный генератор;

2 - насос для подачи воздуха;

3 - блок-«ионизационная камера»;

4 - блок фильтрации;

5 - блок диспергатора (блок приготовления маточной дисперсии);

6 - ультразвуковой диспергатор (типа МЭФ-391);

7 - ультразвуковым излучателем диспергатора;

8 - сосуд с маточной дисперсией;

9- маточная дисперсия.

Осуществление изобретения

Изобретение (устройство) поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, 2 и 3. На фиг. 1 схематически изображено устройство ионизационной камеры. На фиг. 2 изображен блок фильтрации. На фиг. 3 представлена общая функциональная схема стенда для получения водных лиозолей терпентинного масла.

Конструктивно ионизационная камера, показанная на фиг. 1, представляет собой стеклянный 3-горловой сосуд (2) (колба круглодонная с 3 горловинами). В центральную горловину посредством герметичного соединения вставлен электрод (3) из нержавеющей стали (возможны варианты материала электрода). Колба установлена на металлической пластине (сталь, латунь), выполняющей роль вспомогательного электрода (6). Боковые горловины (4 и 5) служат для подачи и отведения продуваемого через камеру воздуха с парами тритерпеновых соединений. К верхнему электроду и металлической пластине подводится напряжение от высоковольтного импульсного генератора (1). Генератор собран по стандартной схеме блокинг-генератора, при этом конструкция предусматривает возможность подачи на верхний электрод (3) как импульсов положительной, так и отрицательной полярности. Разрядный ток в камере протекает благодаря высокому пиковому напряжению в импульсе и наличию электрической емкости между электродами.

Наличие возможности смены полярности импульсов позволяет варьировать тип ионизации воздуха в камере: если на электроде «+» - в околоэлектродном пространстве образуются «отрицательные аэроиноы», если «-», то положительные.

Камера предназначена для работы в составе стенда для получения водных тритерпеновых лиозолей с различными свойствами, в частности - терпентинного масла. Включение камеры в стенд показано на фиг. 3.

Блок фильтрации (фиг. 2) состоит из барботера, в качестве которого использована трехгорлая колба (2) объемом 1 л. В правом горле (5) колбы (2) находится выхлопной кран (8), позволяющий дополнительно регулировать давление и интенсивность барботажа. В левое горло герметично вставлен штуцер (4) для подачи ионизированного барботирующего газа. В верхнее горло вставлен шприцевой фильтр (9) со шприцем (10), заполненным маточным лиозолем. Со шприцем соединено устройство с манометром (11) для дозированной подачи поршня. В качестве фильтра используются стандартные шприцевые фильтры-концентраторы - пористые мембраны из полиэфирсульфона (ПЭС) с различным размером пор. Размер пор зависит от конкретной задачи диспергирования. При необходимости перемешивание лиозоля в колбе осуществляется магнитной мешалкой (1), взаимодействующей вращающимся магнитным полем с железным стержнем в стеклянной капсуле(6). В штатной ситуации перемешивание осуществляется за счет барботажа.

Общая функциональная схема стенда для получения водных лиозолей терпентинного масла (фиг. 3). В стенд, помимо показанных на фиг.1 и фиг.2 устройств, входит также блок ультразвукового диспергатора, с помощью которого получают маточную дисперсию. В блок диспергатора входит: УЗДН (ультразвуковой низкочастотный диспергатор типа МЭФ-391) с излучателем (частота 22 кГц, объем озвучивания 0,5 л, амплитуда смещения 70 мкм), сосуд с диспергируемой жидкостью - стеклянный стакан из стекла марки ТХУ на 800 мл и штатива (на фиг. 3 не показан).

В целом стенд включает в себя: высоковольтный импульсный генератор (1); насос для подачи воздуха (2); блок- «ионизационная камера» (3); блок фильтрации (4); блок диспергатора (блок приготовления маточной дисперсии) (5); ультразвуковой диспергатор (6) (типа МЭФ-391) с ультразвуковым излучателем (7); сосуд (8) с маточной дисперсией (9).

Способ осуществляется следующим образом. В стакан диспергатора помещают 500 мл дистиллированной воды и 1 мл терпентинного масла (ГОСТ 1571-82) или другого аналогичного вещества. Затем включают ультразвуковой генератор и с помощью кремальеры штатива диспергатора добиваются ультразвуковой кавитации (в соответствии с инструкцией к диспергатору МЭФ-391). В режиме установившейся кавитации работает около 1 минуты, чего достаточно для образования концентрированного маточного лиозоля в воде. Полученный описанным образом водный лиозоль устойчив к длительному хранению в диапазоне температур +1°-42°С. Затем неободимое количество (исходя из конкретной задачи) маточного лиозоля помещают в шприц блока фильтрации и под давлением 0,2-0,3 МПа, продавливают маточную суспензию через шприцевой фильтр с пористой мембраной из полиэфирсульфона в дисперсионную среду конечного назначения (физ. раствор, среда Хенкса, 8% раствор сахарозы и т.п.). Дисперсионная среда предварительно барботируется ионизированным газом (воздухом) в течение 30 минут, скорость барботажа около 1 л/мин. При необходимости барботаж ионизированным воздухом может быть заменен на барботаж другим ионизированным газом - в тех случаях, когда необходимо исключить автоокисление терпентинного масла. В результате получают агрегационно и седиментационно устойчивый лиозоль с заданными параметрами диспергирования: концентраций частиц дисперсной фазы и диаметром частиц дисперсной фазы. Полученный лиозоль далее используют в качестве адъювантов при применении ряда вакцин для профилактики вирусных заболеваний животных.

1. Способ получения стабильных ультрадисперсных водных лиозолей терпентинного масла с заданными дисперсионными параметрами, заключающийся в том, что терпентинное масло диспергируется в два этапа: на первом этапе готовится маточная дисперсия с помощью ультразвукового диспергирования 1 мл терпентинного масла в 500 мл дистиллированной воды; на втором этапе - маточная дисперсия фильтруется путем продавливания под давлением 0,2-0,3 МПа через пористую мембрану из полиэфирсульфона в основную дисперсионную среду, которая предварительно барботирована ионизированным газом.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, представляющее собой стенд, состоящий из трех блоков: ионизационной камеры, блока ультразвукового диспергирования, в котором происходит получение маточной дисперсии терпентинного масла, и блока фильтрации, в котором путем продавливания через пористую мембрану из полиэфирсульфона лиозоль вторично диспергируется в водной среде, предварительно барботированной ионизированным газом (воздухом) с помощью ионизационной камеры.