Область техники
Изобретение относится к косметическому производству и может быть использовано для создания насыщенных водородом косметических композиций, содержащих воду, поверхностно активные вещества (ПАВ), другие косметические ингредиенты. Такие композиции могут применяться в качестве моющих и других косметических средств, таких как пены, гели, кремы для бритья, жидкие мыла, шампуни и другие средства для мытья волос и тела и ухода за ними.
Уровень техники
В последние годы найдены разнообразные эффекты позитивного влияния растворенного газообразного водорода на состояние кожи, установлена его высокая антиоксидантная активность (Фундаментальное введение в методологию водородной воды в биологических исследованиях. Авторы: Ли, Цян; Асада, Рёко; Танака, Ёсихару; Мива, Нобухико. Источник: Журнал нанонауки и нанотехнологий, том 17, номер 7, июль 2017 года, стр. 5134-5138).
Антиоксидантная активность является важной характеристикой качества и ценности косметических композиций. Повышение антиоксидантной активности композиций приводит к увеличению их восстанавливающих свойств и способности вступать в реакцию с активными формами кислорода и радикалами, атакующими клеточные мембраны, белки тканей, энзимы и ДНК. Многочисленные исследования показали, что водород обладает противовоспалительными, противоопухолевыми эффектами, может препятствовать радиационному и ультрафиолетовому повреждению кожи. С учетом этого расширяется потребление питьевой воды, насыщенной водородом, появляется все больше косметических средств, обогащенных водородом, получивших название «водородная косметика». На рынке известны водородная вода, водородные маски, водородные крема и другие продукты. Ниже представлен ряд запатентованных технических решений, относящихся к косметическим композициям, насыщенным водородом, в том числе содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Известно техническое решение, раскрытое в заявке на патент на изобретение JP 2015188857 A (МПК A61K 33/00, A61K 9/72, A61P 39/06, B01F 13/08, B01F 15/02, B01F 3/04, B01F 5/06, B01F 5/10, B01F 7/16, B01F 7/28, C02F 1/68; опубликован 02.11.2015) «Водородная вода с наноразмерными пузырьками водорода и система производства пены с водородом», представляющее собой генератор газообразного водорода для получения газообразного водорода путем контактирования элемента, такого как металл, образующего газообразный водород при контакте с жидкостью, жидкость представляет собой воду или водный раствор, находящийся в этом генераторе и герметичный контейнер с выходом для продувки газообразного водорода сквозь жидкость через пористую пластину, перемешивающее устройство для равномерного распределения газообразного водорода, содержащегося в жидкости, путем ее перемешивания внутри герметичного сосуда, циркуляции подаваемого газообразного водорода из нижней части закрытого сосуда обратно в жидкость или пузырьков водорода, оставшихся в верхней части герметичного контейнера с образованием водородной воды с наноразмерными пузырьками водорода.
Как и другие варианты, основанные на насыщении воды или водных растворов, данное техническое решение имеет ряд недостатков, а именно низкие концентрации газообразного водорода в получаемой косметической композиции (не более 0.0002%, 2 ppm, или около 2 миллитров газообразного водорода на 100 г. воды). Кроме того, остается нерешенной проблема сохранения концентрации водорода, то есть данная косметическая композиция с течением времени будет терять свои антиоксидантные свойства.
Известно техническое решение, раскрытое в заявке на патент CN 106265240 A (МПК A61K 8/02, A61K 8/04, A61K 8/19, A61K 8/25, A61K 8/65, A61K 8/73, A61K 8/92, A61K 8/97, A61Q 17/04, A61Q 19/00, A61Q 19/08; опубликован 04.01.2017) «Гелевая маска, содержащая водород», представляющая собой косметическую композицию с повышенной антиоксидантной активностью, а именно гелевую маску, содержащую водород, порошкообразный агент A и гелеобразный агент B: порошкообразный агент, включающий следующие массовые проценты составных компонентов: карбонат калия – 0.01-5%, подсолнечное масло - 0.1-10 %, магний – 0.1-5%, водород – 0.0001-0.5%, диоксид кремния – 0.1-5%, рН буфера 0.0001–0.05%, остаток восполняется кукурузным крахмалом для достижения 100%; гелевый агент В, содержащий следующие массовые проценты составных компонентов: фармацевтические многоатомные спиртовые увлажнители – 1-20%, загуститель – 0.05%-0.001%, активная добавка – кристалличесий косметический носитель – 0.1-5%,остаток восполняется водой для достижения 100%.
Данное техническое решение имеет ряд недостатков, а именно сложность изготовления косметической композиции, а также сложность контроля за уменьшением концентрации водорода в косметической композиции, помещенной в одноразовую упаковку.
Получение водородной воды, содержащей антиоксиданты, приведено в заявке на патент на изобретение WO 2017030467 A1 (МПК A61K 33/00, A61K 9/12, A61P 17/18; опубликован 23.02.2017) «Водородный коктейль с повышенной антиоксидантной активностью». Коктейль представляет собой смесь, содержащую чистую воду, растворенный в ней под давлением водород и пищевую добавку – антиоксидант. Авторы патента поставили цель повысить окислительно-восстановительный потенциал полученной ранее водородной воды и добились этого дополнительным добавлением антиоксиданта. При этом антиоксидант добавляется в минимальном количестве с тем, чтобы не менять органолептические свойства воды, что важно для получаемого напитка. Состав имеет повышенную антиоксидантную активность (окислительно-восстановительный потенциал от минус 600 до минус 50 мВ), причем авторы заявляют, что продукт может непосредственно использоваться как напиток или может применяться при производстве безалкогольных напитков и косметики с повышенной антиоксидантной активностью.
Данный водный водородный коктейль получен традиционным методом, аналогич-ным получению водородной воды. Чистая вода с растворенным в ней антиоксидантом разливается в стандартные полиэтилентерефталатные (ПЭТ) бутылки объемом от 0,5 до 2 л., насыщается в них водородом под давлением при помощи устройства для газирования и укупорки жидкости. Кроме того, предложено также, что уже приготовленный данным образом водный водородный коктейль с антиоксидантом может быть упакован в аэрозольные баллоны, где пропеллентом (веществом, создающим давление внутри аэрозольного баллона для вытеснения продукта из упаковки) является газообразный водород.
Однако известно, что упаковка в аэрозольные баллоны с водородом в качестве пропеллента имеет серьезные недостатки и технически затруднена. Водород относится к группе низкокипящих трудно сжижаемых газов (воздух, азот, водород и другие), недостатки которых в качестве пропеллентов хорошо известны (требуется увеличенный объем баллона, повышенное давление, трудно обеспечить полную выдачу продукта из аэрозольных упаковок). Ввиду этого, его использование в качестве пропеллента весьма затруднительно и практически не встречается, что объясняет крайне редкое (нам неизвестное) использование водорода в качестве пропеллента в аэрозольных баллончиках. Кроме того, использование водорода в качестве основного пропеллента имеет дополнительный недостаток, заключающийся в его взрывоопасности. Естественно, что такая опасность многократно возрастает, если использовать баллончик с водородом при повышенном давлении внутри емкости.
Способ решения проблемы повышения концентрации водорода и сохранение водорода в воде и косметических композициях обсуждают в международной заявке PCT/IB2017/001067 (публикация: WO2018011634A1, дата приоритета: 15. 07. 2016 г.).
Авторы, со ссылкой на контролирующие органы Японии, приводят пример того, что в момент продажи заявленная концентрация водорода во многих композициях не сохраняется или даже близка к нулю. Авторы предлагают специальный состав в виде таблетки, которая содержит металлический магний, водорастворимую кислоту и связующий агент, композиция также может включать смазывающее вещество. Таблетка выделяет водород при соприкосновении с водой, что позволяет приготавливать сильно насыщенную водородную воду незадолго до момента её использования, и, тем самым, сохранить насыщение водородом для потребителя. Таблетку предлагается помещать в воду, причем вода также может содержать другие ингредиенты, например, фруктовый сок, газированную воду или растворенные твердые вещества, например, столовый сахар или соль. Недостатком данного способа является то, что самостоятельное приготовление водородной композиции для многих потребителей является неудобством. В тоже время, использование предложенных таблеток в случае стандартных готовых косметических упаковках (тубы, флаконы, банки, аэрозольные баллончики) затруднено или технически невозможно.
Обобщение вышеприведенных данных показывает, что водородная косметика, как правило, готовится на основе водородной воды, коммерческое промышленное производство которой широко освоено. Номенклатура представленных на рынке средств довольно мала, практически не представлены моющие составы. Между тем, мыла, шампуни, другие косметические средства, содержащие поверхностно-активные вещества (далее по тексту -«ПАВ»), наиболее часто контактируют с кожей лица и тела, поскольку многие из них являются средствами повседневного использования.
Производство водородной косметики на основе водородной воды обладает недостатками:
- растворимость газообразного водорода в воде весьма низкая. Если получать моющие составы с водородом на основе стандартной схемы (то есть на основе водородной воды), то ввиду низкой растворимости водорода в воде концентрация водорода в полученных из нее косметических средств также останется низкой.
- водород легко диффундирует и испаряется из водного слоя, т.е. концентрация водорода еще более понизится из-за его потери в процессе технологических операций по приготовлению косметического средства,
- после изготовления продукта и последующего предпродажного хранения снижение концентрации водорода будет продолжаться, поскольку он обладает исключительной проникающей способностью и выветривается через пластик, пробки, клапаны и так далее,
- процесс испарения водорода еще более ускориться после начала использования косметического продукта ввиду многократного открытия (разгерметизации) и закрытия упаковки с косметическим средством. В итоге косметическое средство, насыщенное водородом в начале производства, в процессе использования может оказаться без действующего вещества и стать малополезным.
Таким образом, при производстве водородосодержащих композиций увеличение концентрации водорода в косметическом продукте и сохранение содержания водорода в процессе производства продукта, при хранении продукта и на стадии его использования является насущной и значимой технической проблемой.
Сущность изобретения
Задачей заявляемого изобретения является создание водородосодержащих косметических композиций с повышенной (по сравнению с водородной водой) концентрацией водорода, которая сохраняется на всех этапах жизни продукта, включая производство, хранение и использование косметического средства.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение концентрации водорода в косметической композиции и сохранение концентрации водорода при хранении косметической продукции, а также на стадии ее использования потребителем.
Предлагаемое решение основано на том, что насыщению водородом подвергают не исходную воду, а конечную косметическую композицию, помещая ее в герметичный сосуд под давлением смеси, состоящей, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых – водород, второй – легко сжижаемый при комнатной температуре пропеллент типа изопентана, изобутана и т.п. Такое сочетание позволяет повысить концентрацию водорода в композиции, сохранить водород при хранении и использовании, снизить давление пропеллента при фасовке в аэрозольные баллончики.
Таким образом, заявляемый технический результат достигается тем, что косметическое средство включает воду, косметические ингредиенты, водород, легко сжижаемый пропеллент или смесь пропеллентов, при получении которого газообразный водород и легко сжижаемые пропелленты введены под давлением в герметичный контейнер, содержащий заранее приготовленную смесь воды и косметических ингредиентов. Изготовление косметического средства заключается в приготовлении водной косметической композиции путем смешивания компонентов, помещение композиции в герметичный контейнер и его закрытие клапаном, добавление через клапан легко сжижаемого пропеллента или смеси пропеллентов, добавление через клапан газообразного водорода, до необходимого давления.
В состав косметических ингредиентов могут входить поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Легко сжижаемый пропеллент может использоваться как в жидком состоянии, самым распространенным способом достижения жидкого состояния является охлаждение до температуры ниже точки кипения. Либо в газообразном состоянии.
В качестве легко сжижаемых пропеллентов могут быть использованы изобутан или изопентан или их смесь.
В состав легко сжижаемых пропеллентов могут быть включены нейтральные газы.
Возможно выполнение косметического средства таким образом, что косметические ингредиенты композиции подобраны в соответствии со стандартами соответствующих рецептур для образования продукта из ряда: жидкое мыло, шампунь, пена для бритья, гель для бритья, гель для душа, крем, бальзам, тоник, мицеллярная вода.
Технический результат также достигается выполнением герметичного контейнера с заявленным косметическим средством из металла или композитных материалов, содержащий клапан. При этом, герметичный контейнер может иметь дополнительное внутреннее защитное покрытие, устойчивое по отношению к водороду.
Самым распространенным видом герметичного контейнера с косметическим средством может быть хорошо известный аэрозольный баллончик.
Технический результат также может достигаться способом получения заявленного косметического средства, включающим по крайней мере следующие операции:
а) приготовление водной косметической композиции,
б) помещение композиции в герметичный контейнер и его закрытие клапаном,
в) добавление через клапан легко сжижаемого пропеллента или смеси пропеллентов,
г) добавление через клапан газообразного водорода, до необходимого давления.
При производстве косметического средства прибавление пропеллентов и газообразного водорода в заранее подготовленной смеси могут добавлять к косметической композиции одновременно.
При производстве косметического средства в состав легко сжижаемых пропеллентов могут добавлять нейтральный газ.
При производстве косметического средства легко сжижаемый пропеллент или смесь пропеллентов могут добавлять в сжиженном или газообразном состоянии.
При производстве косметического средства в качестве легко сжижаемого пропеллента могут использовать изобутан или изопентан или их смесь.
При производстве косметического средства могут осуществлять закачку легко сжижаемых пропеллентов до достижения давления в диапазоне 1.5 – 10 атмосфер.
При производстве косметического средства могут осуществлять закачку газообразного водорода до достижения давления в диапазоне 1.5 – 10 атмосфер.
Пробное описание заявленного решения
В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.
Как следует из описанного уровня техники, в большинстве случаев, в качестве исходного водородсодержащего компонента в косметических композициях используется вода, насыщенная водородом. В существенной мере это обусловлено тем, что производство такой воды и соответствующей аппаратуры освоено в промышленных масштабах. Экспериментально измеренная растворимость водорода в воде очень мала, что соответствует известной физической закономерности: газы, у которых молекула полярна, лучше растворяются в полярных жидкостях и наоборот. Ввиду того, что молекула водорода неполярна (дипольный момент близок к нулю), а вода является одним из самых полярных растворителей (дипольный момент 1.84 D), растворимость водорода в ней крайне низкая (около 2 ppm или 2 мл. Н2 на 100 мл. воды, «Краткий справочник физико-химических величин» под ред. К.П.Мищенко и А.А.Равделя, Л.: Химия, 1974 г. С. 95).
Известно, что органические молекулы могут проявлять большее сродство к водороду. Например, если в качестве растворителя выступает неполярный растворитель толуол, равновесная концентрация растворенного водорода в нем может возрасти на порядок и выше, для толуола – в 15 раз выше по отношению к воде («Фазовые равновесия в многокомпонентных системах» Авторы: В. Барабанов,Г. Булидорова,Ю. Галяметдинов,В. Проскурина,Х. Ярошевска, Министерство образования и науки России, 2014 год). Между тем, большинство поверхностно-активных веществ и других традиционных косметических добавок (ПАВ, длинноцепочные спирты, жиры, масла, пропелленты, изопентан) относятся к различным классам органических соединений и обладают много меньшей полярностью, чем вода ( Exner О., Dipole moments in organic chemistry, Thieme, Stuttg., 1975.). Отметим, что содержание таких веществ в водных косметических композициях довольно велико и может достигать на финише технологической цепочки 20 – 50%, а с учетом веса пропеллентов – 50-80%. Следовательно, косметические композиции по мере добавления малополярных и органических ингредиентов проявляют все большее сродство к водороду, если сравнивать с исходной водой.
С учетом этого, насыщение водородом конечной косметической композиции более предпочтительно в сравнении с вариантом насыщения водородом исходной полярной воды, поскольку возникает возможность сильного повышения концентрации водорода (в 5-10 раз) в косметическом продукте (эффект 1).
Получив высококонцентрированный раствор водорода в косметической композиции, необходимо принять меры для сохранения содержания водорода и эффективности косметического продукта на всём протяжении жизненного цикла продукта от получения до конца использования. Для предотвращения испарения водорода в процессе приготовления косметической ПАВ- композиции, при ее хранении и использовании потребителем целесообразно упаковать готовый продукт в герметичные сосуды под избыточным давлением газовой смеси, содержащей водород. В начале технологической цепочки производства в качестве технических контейнеров для изготовления и хранения насыщенной водородом косметической композиции можно использовать различные металлические или композитные баллоны для хранения и транспортировки водорода, которые в последние годы хорошо освоены в промышленном производстве. В завершающей стадии производства, где производится фасовка водородосодержащей косметики для рынка, в качестве контейнера может быть использован любой контейнер известной конструкции, например, стандартный аэрозольный баллончик. Для малорастворимых газов при сравнительно небольшом давлении известна следующая зависимость (закон Генри): количество газа, растворенного при данной температуре в определенном объеме жидкости, прямо пропорционально давлению газа. Таким образом, подъем давления водорода над поверхностью косметической композиции до 2 – 6 атмосфер приведет к дополнительному увеличению количества равновесного растворенного водорода ориентировочно в 2 - 6 раз (эффект 2). Соответственно, одновременное использование двух эффектов 1 и 2 дает возможность для сильного повышения концентрации водорода в косметической композиции в диапазоне 10 - 60 раз.
Однако, как уже отмечалось выше, использование газообразного водорода в качестве пропеллента весьма проблематично. Специалисты выделяют водород в группу трудносжижаемых малорастворимых газов - пропеллентов (воздух, азот, водород и другие) с очень низкой температурой кипения (минус 180 – минус 260 градусов С). Они обладают характерными недостатками – трудно сжижаются, требуют большого объема баллона, повышенного давления и не обеспечивают полную выдачу продукта из аэрозольных упаковок. При их расходовании в процессе использования давление в баллончике падает и может сравняться с атмосферным раньше, чем будет вытеснен весь продукт.
Для преодоления этого предлагается использовать многокомпонентную смесь, состоящую, как минимум, из двух компонентов.
Первым в смеси является рассмотренный выше водород, обеспечивающий поддержание высокой концентрации водорода в косметической композиции, служащий активным косметическим ингредиентом. Свободный, незанятый композицией объём обычного баллончика, например, составляет 50 - 100 мл. При заполнении свободного объема водородом такой объём далеко превосходит минимально необходимый для насыщения объём водорода (например, 2 мл на 100 мл воды) и может обеспечить многократное избыточное насыщение косметической композиции.
В качестве вспомогательного компонента, который обеспечит вытеснение косметического продукта из аэрозольного баллончика, в настоящем изобретении предлагается использовать легко сжижаемые пропелленты, известные в промышленности. Под легко сжижаемыми пропеллентами в настоящей заявке понимаются пропеллент или смесь пропеллентов из группы веществ, которые легко переходят в жидкое состояние даже при комнатной температуре под воздействием небольшого давления в 1.5 – 10 атмосфер. Данный показатель давления не является обязательным, так как и при иных условиях может быть обеспечено достижение технического результата. Такая легкость сжижения обычно коррелирует с гораздо более высокими температурами кипения по сравнению с водородом (т. кип. водорода минус 253 С). Известными и широко используемыми пропеллентами такого рода являются соединения группы углеводородов (общей формулой CnH2n+2, где n – число атомов углерода, например, изопентан, т. кип. 28 С, изобутан, т. кип. -11 С ), диметиловый эфир, т. кип. -24 С, большая группа фреонов и другие, относительно высококипящие газы, легко сжижающиеся при комнатной температуре под воздействием давления. Положительные свойства таких пропеллентов заключаются в том, что легко сжижаемый при повышенном давлении пропеллент занимает много меньший объем в сравнении с газообразным (в сотни раз), поэтому его содержание в сосуде может быть избыточным и доходить до 30 -50% весовых и выше, что обеспечивает 100% выдачу продукта из баллончика при сравнительно небольшом давлении. По мере расходования содержимого упаковки возникающий недостаток пропеллента в газовой фазе все время пополняется благодаря испарению жидкой фракции пропеллента, что обеспечивает стабильное давление в баллончике и необходимые характеристики косметического продукта на всем протяжении пользования упаковкой. В итоге, пропелленты этой группы обеспечивают 100% выдачу продукта из баллончика, причем при сравнительно небольшом рабочем давлении около 6 атм. и менее. («Современная аэрозольная упаковка – металлические баллоны» Журнал Сырье и упаковка № 4 (43), Аэрозоли. Журнал Сырье и упаковка № 10 (29), https://cosmetic-industry.com/).Легко сжижаемые пропелленты типа изопентана и изобутана удобны еще и тем, что их легко дозировать и вносить в баллончик в жидком состоянии. Такая операция давно освоена в промышленности и используется в современных автоматических линиях по заполнению аэрозольных баллончиков. В начале технологической цепочки производства в качестве технических контейнеров для изготовления и хранения насыщенной водородом косметической композиции можно использовать различные металлические или композитные баллоны для хранения и транспортировки водорода, которые в последние годы хорошо освоены в промышленном производстве. Материалы контейнера должны быть выбраны из устойчивых материалов, совместимых с водородом, например, сталь, алюминий, материалы с цинковым и серебряным покрытием, и другие, которые уже освоены на современном уровне техники. На следующем этапе, где производится фасовка конечного продукта для рынка, в качестве контейнера для водородосодержащей косметики со смесью пропеллентов, включающих водород, может быть использован алюминиевый или стальной (с покрытием или без) контейнер известной конструкции, например, аэрозольный баллончик.
Заявляемое изобретение пояснено фиг.1, на которой изображен герметичный контейнер с заявляемой косметической композицией.
Контейнер, в качестве которого представлен стандартный аэрозольный баллончик, состоит из прочного герметичного корпуса 1, который способен обычно выдерживать давление примерно в диапазоне 2 - 10 атмосфер и клапана 2, при нажатии которого косметическое средство выдавливается и выходит через трубку 3 из контейнера.
При этом, контейнер естественным образом разделится на два объема А, Б. В первой его части (А) находится газовая фаза, то есть смесь газообразных пропеллентов и водорода, который является активным антиоксидантным компонентом косметической композиции. В газовом объеме водород будет преобладать из-за чрезвычайно низкой температуры кипения ( минус 253 град. С). Во второй части (Б) находится жидкая фаза, в которой содержится косметическая композиция, насыщенная водородом, и сжиженная часть пропеллента. Жидкая фаза может быть и двухслойной (на рисунке не показано), поскольку многие легкосжижаемые пропелленты являются углеводородами (пентан, бутан) и практически не смешиваются с водной фазой, в которой распределена косметическая композиция. На практике пропорции добавленного пропеллента в баллончиках могут находиться в диапазоне 20 - 80 весовых процентов по отношению к весу исходной композиции. Увеличенные доли пропеллента характерны для медицинских композиций, тогда как косметические композиции обычно содержит меньше пропеллента. Большая часть легко сжижаемого пропеллента находится в жидкой фазе (Б), освобождается из неё по мере расходования косметической композиции, переходя в газовую часть А и поддерживая таким образом давление смеси пропеллентов. При этом, большой избыток водорода будет постоянно насыщать косметическую композицию, компенсируя испарение водорода при хранении и открывании клапана при использовании продукта.
Оценка минимальных пропорций водорода, подтвержденная экспериментальными данными, показывает, что для косметической композиции объемом 100 мл в баллончике на 200мл необходимо всего 2 мл водорода для достижения концентрации, эквивалентной «водородной воде» (в 100 мл. которой и растворяется всего около 2 мл. водорода). Для оценки максимально возможного объема водорода в баллоне примем для простоты, что максимально возможный объём водорода при атмосферном давлении в баллончике соответствует объему сектора А баллончика (Рис.), т.е. 100 мл. (пятидесятикратный избыток). Если же учесть, что водород может закачиваться при повышенном давлении (2 – 6 атмосфер), то соответственно максимально возможный объем водорода будет кратно увеличиваться примерно в 2 - 6 раз, т.е. до 200 – 600 мл водорода при отнесении к нормальному давлению. Таким образом, в стандартных объемах аэрозольных баллончиков технически легко достичь многократного (сотни раз) избытка водорода, достаточного для насыщения косметической композиции в повышенной концентрации, далеко превышающей таковую для водородной воды. При этом, при закачке водорода при повышенном давлении он начинает выполнять также и роль пропеллента, хотя основным пропеллентом останется фракция легко кипящих пропеллентов типа бутана благодаря эффекту фазового перехода «жидкость - газ», описанному выше.
Экспериментальным путем обнаружено, что возможность такого многократного избытка водорода имеет важные последствия для технологии изготовления продукта. Именно большой избыток водорода, возможный даже для стандартного объема баллончика, открывает возможность для изготовления конечного водородсодержащего продукта без предварительного отдельного насыщения водородом косметической композиции как отдельной технологической операции. В предлагаемом нами варианте косметическая водородсодержащая композиция получается путем обычной фасовки приготовленной косметической композиции (например, водной смеси ПАВ и других необходимых компонент без водорода) в аэрозольные баллончики с последующей закачкой предложенной нами выше многокомпонентной смеси водорода и пропеллентов (например, водород, и легко сжижаемый пропеллент изопентан в примерном соотношении 0.05 г водорода и 10 г. изопентана). Внесенный в баллончик водород первоначально попадает в зону А (газовая фаза) и далее, благодаря своей исключительной проникающей способности, быстро насытит косметическую композицию в зоне Б.
Технологическая схема изготовления косметической ПАВ- композиции, насыщенной водородом в аэрозольных баллончиках состоит из следующих основных операций .
1.Приготовление водной косметической композиции стандартными методами путем смешения компонентов
2. Фасовка композиции в герметичные контейнеры, например в аэрозольные баллончики, технологические сосуды, баллоны.
3. Прибавление легкосжижаемого пропеллента, например изобутана и изопентана или их смеси в диапазоне 30 – 80 % от веса косметической композиции до достижения давления 1,5 – 10 атмосфер. Такой диапазон давления наиболее часто используется для различных аэрозольных упаковок с косметическими средствами, которые выдавливаются из баллончика на ладони, и далее используются для дальнейших процедур.
4. Добавление газообразного водорода до необходимого давления (обычно, но не обязательно 1,5 – 10 атмосфер) и герметичное закрытие баллончика. Такое повышенное давление позволяет быстро покрыть и обработать более крупные участки кожи, например, в случае массажа или принятия душа.
Стадии 3 и 4 могут быть объединены, если использовать заранее приготовленную смесь пропеллентов с рассчитанным содержанием водорода.
Стадия 1 подразумевает приготовление конечной косметической композиции с участием всех необходимых ингредиентов, кроме водорода. Такая стадия может включать известные из уровня техники операции, характерные для косметического производства (смешение ингредиентов, нагрев, фильтрование и другие). Стадии 2-4 также широко освоены в промышленности на автоматизированных линиях по заполнению и укупориванию аэрозольных баллончиков. Для их заполнения может быть использовано любое известное из уровня техники оборудование, обычно имеющее большое количество вариантов и настроек для адаптации к любому конкретному продукту. Ввиду этого настоящее изобретение открывает широкие возможности для производства разнообразных косметических средств, насыщенных водородом, включая моющие средства, косметические маски, крема, бальзамы, тоники. В каждом отдельном случае предложенная выше схема изготовления, сохраняя основную сущность, может быть дополнена и модифицирована с учетом получения конкретного водородсодержащего косметического продукта. Водород отличается исключительно высокой скоростью диффузии в жидкости, способен быстро проникать через тонкие полимерные (и даже металлические) пленки. Так, например, при получении водородной воды водород, даже при атмосферном давлении, достигает равновесия и насыщения за сутки и менее, а под давлением - за несколько минут. Поскольку обычное время между упаковкой продукта и его продажей много больше суток, то стадия насыщения косметической композиции водородом в аэрозольном баллоне не вызовет никаких отрицательных коммерческих последствий. Аэрозольные баллончики допускают вращение и встряхивание, что усилит перемешивание фаз и дополнительно ускорит диффузию водорода в жидкую среду. Возможное падение давления в баллончике, вызванное уходом водорода в жидкую фазу композиции, сразу же компенсируется переходом в газовую фазу легко сжижаемого пропеллента. Сходным образом происходит предложенный процесс и при упаковке косметических продуктов в другие разновидности баллончиков. Например, в баллончиках с внутренним клапан-пакетом косметическая композиция может быть отделена от пропеллента тонкой полимерной пленкой, которая лишь замедлит, но не остановит диффузию водорода и насыщение жидкой фазы водородом.
Согласно заявленному изобретению, после стандартных операций наполнения и укупорки баллончика благодаря быстрой диффузии газообразного водорода в жидкую фазу (косметическую композицию), происходит быстрое насыщение косметической композиции водородом до равновесного содержания растворенного водорода. При этом ввиду большого избытка газообразного водорода, значительная его часть после насыщения останется в газовой фазе над косметической композицией. Это позволяет поддерживать насыщение косметической композиции водородом в процессе хранения и использования.
Выше уже отмечалось в качестве недостатка для водорода тот факт, что он обладает высокой взрывоопасностью. Для снижения пожароопасности можно снизить его количество или разбавить его каким-либо нейтральным (инертным, негорючим) газом, поскольку известно, что цепная химическая реакция горения и взрыва водорода блокируется и замедляется такими молекулами. Предпочтительно, в качестве нейтрального газа использовать мало растворимый газ (например, азот, аргон), с тем, чтобы он не переходил в жидкую фазу, но оставался в газовой фазе и уменьшал пожароопасность газовой смеси в случае утечки. Такая техническая возможность добавления нейтрального инертного газа имеется, поскольку, как отмечалось выше, возможен большой избыток водорода в объеме аэрозольного баллончика. Так, «разбавление» водорода вдвое при использовании смеси пропеллентов «водород - азот» в соотношении 1 : 1 сохранит многократное превышение содержания водорода по отношению к его содержанию в насыщенной водородом воде. Таким образом, дополнительным веществом, входящим в состав многокомпонентной смеси пропеллентов, может быть, в частности, нейтральный газ, (например, азот, аргон, и другие), которые помогут понизить пожаро- и взрывоопасность продукта. Конечно, можно использовать и другие негорючие газы (например, новые безопасные для атмосферы фреоны), которые улучшат свойства пропеллентной смеси и косметической композиции.
Данное изобретение применимо для производства широкого класса водородосодержащих косметических средств, содержащих ПАВ, в которых косметические ингредиенты представлены органическими молекулами, обладающими меньшей полярностью, чем вода. Современные синтетические ПАВ (производные жирных кислот, алкилсульфаты, алкилглюкозиды, карбоксиэтоксилаты) в большинстве своём относятся к органическим молекулам, присутствие которых в композиции будет способствовать увеличению концентрации водорода. ПАВ входит в состав обширной группы косметических продуктов ( жидкие мыла, шампуни, гели для душа и ванн, пены, гели и крема для бритья, и другие), полезные свойства которых могут быть усилены добавлением газообразного водорода в повышенной по сравнению с водородной водой концентрации.
Подбор рецептур косметических средств, соответствующих выбранной форме косметического товара, в большинстве случаев является рутинным на современном техническом уровне. Для группы ПАВ- содержащих косметический композиций характерно то, что даже небольшое изменение состава добавок может привести к построению различных косметических средств, по коммерческой форме соответствующих жидкому мылу, шампуни, гелю для душа и т.п. Так, для водородосодержащей пены для бритья необходимо использовать вспенивающие добавки, а также стабилизаторы пены, притом для выдачи пены используются баллончики со специальной вспенивающей головкой. Если же к этой косметической смеси с ПАВ добавить ранозаживляющие и питающие добавки и использовать аэрозольный баллончик с пониженным давлением, то может быть получен соответствующий крем «после бритья».
С точки зрения промышленной применимости предложенное нами изобретение позволяет:
1)получать косметические композиции с ПАВ с повышенным содержанием водорода путем насыщения конечной косметической композиции водородом в баллончике под давлением смеси пропеллентов, содержащих, по меньшей мере, водород и легко сжижаемые пропелленты типы изобутана, изопентана, фреона
2) уменьшить капитальные затраты на производство, поскольку для изготовления таких водородсодержащих косметических продуктов отпадает необходимость разработки «с нуля» специальных технологических линий. Современные линии по производству аэрозольных косметических композиций имеют широкий диапазон настроек и модификаций. Поэтому процесс производства предлагаемой нами водородной косметики может происходить при небольшой модификации или даже настройки существующих аэрозольных линий и не потребует больших затрат. Все это в сумме означает, что изобретение является промышленно применимым.
В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.
Примеры реализации изобретения
При изготовлении образцов водородосодержащих косметических средств использовали стандартные аэрозольные баллончики обьемом 200 мл и лабораторную установку по фасовке и закупориванию аэрозольных баллончиков, которые широко представлены на рынке. Баллончик и пропелленты использовали охлажденными с тем, чтобы избежать затруднений из-за бурного кипения и испарения пропеллентов. Концентрацию водорода в ppm (концентрация, выраженная в миллионных долях) измеряли портативным водородомером. Перед взятием пробы готовый баллончик с водородосодержащим средством выдерживали 3-5 дней при комнатной температуре, после чего сбрасывали давление, перевернув баллончик клапаном вниз.
Для измерения брали пробу 10 мл, или пробу в 1 мл и разбавляли в 10 раз добавлением дистиллированный воды. Результаты пяти измерений усредняли, сравнивали превышение концентрации водорода в сравнении с насыщенной водородом водой и получали коэффициент превышения.
Пример 1.
а) В аэрозольный баллончик объемом 200 мл вносили 50 г геля для душа и охлаждали до минус 20 С в холодильнике.
б) добавляли 30 Г сжиженного пропеллента (изобутан 98%), закрывали клапаном и закачивали через клапан водород до давления 4 атмосферы.
Содержание водорода 16(ppm) (+ - 2 ), коэффициент превышения 8
Изменение содержания водорода в геле после 1, 3 и 12 месяцев хранении и использовании, ppm
Пример 2.
В аэрозольный баллончик 200 мл вносили 50 г мицеллярной воды ( содержит 75% воды и 25% косметических ингредиентов) и охлаждали до минус 20 С в холодильнике.
б) добавляли 30 Г пропеллента (изобутан 98%), закрывали клапаном и закачивали через клапан водород до давления 2 атмосферы.
Содержание водорода 6 ррм (+ - 1), коэффициент превышения 3
Изменение содержания водорода в мицеллярной воде после 1, 3 и 12 месяцев хранении и использовании, ppm
Пример 3. а) В аэрозольный баллончик объемом 200 мл вносили 50 г шампуня, и охлаждали до минус 20 С в холодильнике.
б) добавляли 30 Г пропеллента (изобутан 98%), закрывали клапаном и закачивали через клапан водород до давления 4 атмосферы.
Содержание водорода 16 (+ - 2), коэффициент превышения 8
Изменение содержания водорода в шампуни после 1, 3 и 12 месяцев хранении и использовании, ppm
Пример 4. а) В аэрозольный баллончик объемом 200 мл вносили 50 г жидкого мыла и охлаждали до минус 20 С в холодильнике.
б) добавляли 30 Г пропеллента (изобутан 98%), закрывали клапаном и закачивали через клапан водород до давление 4 атмосферы.
Содержание водорода 29 (+ - 2), коэффициент превышения 14.5
Изменение содержания водорода в жидком мыле после 1, 3 и 12 месяцев хранении и использовании, ppm
Пример 5. а) В аэрозольный баллончик объемом 200 мл вносили 50 г жидкого мыла и охлаждали до минус 20 С в холодильнике.
б) добавляли 30 г. пропеллента «Propelan» ( диметиловый эфир 99,9%), закрывали клапаном и закачивали через клапан водород до давление 4 атмосферы.
Содержание водорода 18 (+ - 2 ), коэффициент превышения 9
Изменение содержания водорода в жидком мыле после 1, 3 и 12 месяцев хранении и использовании, ppm
Пример 6. а) В аэрозольный баллончик объемом 200 мл вносили 50 г жидкого мыла и охлаждали до минус 20 С в холодильнике.
б) добавляли 30 г. углеводородного пропеллента ГВАУ (изобутан, пропан, н-бутан высших марок – 98%), закрывали клапаном и закачивали через клапан водород до давление 4 атмосферы.
Содержание водорода 16 (+ - 2), коэффициент превышения 8
Изменение содержания водорода в жидком мыле после 1, 3 и 12 месяцев хранении и использовании, ppm
Пример 7. а) В аэрозольный баллончик объемом 200 мл вносили 50 г геля для бритья и охлаждали до минус 20 С в холодильнике.
б) добавляли 30 г. углеводородного пропеллента ГВАУ (изобутан, пропан, н-бутан высших марок – 98%), закрывали клапаном и закачивали через клапан водород до давление 3 атмосферы.
Содержание водорода 14 (+ - 2 ) коэффициент превышения 7
Изменение содержания водорода в геле после 1, 3 и 12 месяцев хранении и использовании, ppm
Группа изобретений относится к косметическому средству. Косметическое средство включает воду, косметические ингредиенты, водород, легко сжижаемый пропеллент или смесь пропеллентов, при получении которого газообразный водород и легко сжижаемые пропелленты введены под давлением в герметичный контейнер, содержащий заранее приготовленную смесь воды и косметических ингредиентов. Также раскрыты герметичный контейнер с косметическим средством и способ получения косметического средства. Группа изобретений обеспечивает увеличение концентрации водорода в косметической композиции и сохранение концентрации водорода при хранении косметической продукции, а также на стадии ее использования потребителем. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 пр.
1. Косметическое средство, включающее воду, косметические ингредиенты, водород, легко сжижаемый пропеллент или смесь пропеллентов, при получении которого газообразный водород и легко сжижаемые пропелленты введены под давлением в герметичный контейнер, содержащий заранее приготовленную смесь воды и косметических ингредиентов.
2. Косметическое средство по п.1, отличающееся тем, что в состав косметических ингредиентов входят поверхностно-активные вещества (ПАВ).
3. Косметическое средство по п.1, отличающееся тем, что используют легко сжижаемый пропеллент в жидком состоянии.
4. Косметическое средство по п.3, отличающееся тем, что жидкое состояние легко сжижаемого пропеллента достигается путем охлаждения его до температуры ниже точки кипения.
5. Косметическое средство по п.1, отличающееся тем, что используют легко сжижаемый пропеллент в газообразном состоянии.
6. Косметическое средство по п.1, отличающееся тем, что в качестве легко сжижаемых пропеллентов используют изобутан или изопентан или их смесь.
7. Косметическое средство по п.1, отличающееся тем, что в герметичный контейнер дополнительно внесены нейтральные газы.
8. Косметическое средство по пп.1-7, отличающееся тем, что косметические ингредиенты композиции подобраны в соответствии со стандартами соответствующих рецептур для образования продукта из ряда: жидкое мыло, шампунь, пена для бритья, гель для бритья, гель для душа, крем, бальзам, тоник, мицеллярная вода.
9. Герметичный контейнер с косметическим средством по пп.1-8, выполненный из металла или композитных материалов и содержащий клапан.
10. Герметичный контейнер по п. 9, отличающийся тем, что имеет дополнительное внутреннее защитное покрытие, устойчивое по отношению к водороду.
11. Герметичный контейнер по п.9, отличающийся тем, что выполнен в виде аэрозольного баллончика.
12. Способ получения косметического средства по п.1, включающий, по крайней мере, следующие операции:
а) приготовление водной косметической композиции,
б) помещение композиции в герметичный контейнер и его закрытие клапаном,
в) добавление через клапан легко сжижаемого пропеллента или смеси пропеллентов,
г) добавление через клапан газообразного водорода до необходимого давления.
13. Способ получения косметического средства по п.12, отличающийся тем, что добавление легко сжижаемых пропеллентов и газообразного водорода в виде заранее подготовленной смеси производят одновременно.
14. Способ получения косметического средства по п.12, отличающийся тем, что дополнительно добавляют нейтральный газ.
15. Способ получения косметического средства по п.12, отличающийся тем, что в качестве герметичного контейнера используются аэрозольные баллончики.
16. Способ получения косметического средства по п.12, отличающийся тем, что легко сжижаемый пропеллент или смесь пропеллентов добавляют в сжиженном состоянии.
17. Способ получения косметического средства по п.12, отличающийся тем, что легко сжижаемый пропеллент или смесь пропеллентов добавляют в газообразном состоянии.
18. Способ получения косметического средства по п.12, отличающийся тем, что в качестве легко сжижаемого пропеллента используют изобутан, или изопентан, или их смесь.
19. Способ получения косметического средства по пп.12-18, отличающийся тем, что закачку легко сжижаемых пропеллентов производят до достижения давления в диапазоне 1.5-10 атмосфер.
20. Способ получения косметического средства по пп.12-19, отличающийся тем, что закачку газообразного водорода производят до достижения давления в диапазоне 1.5-10 атмосфер.
| WO 03097485 A1, 27.11.2003 | |||
| JP 6081729 B2, 15.02.2017 | |||
| WO 9110420 A1, 25.07.1991 | |||
| Водородный коктейль с повышенной антиоксидантной активностью | 2015 |
|
RU2622764C2 |
