Die vorliegende Erfindung betrifft eine flüssige Zusammensetzung, die als ein Tränengas brauchbar ist. Spezieller befaßt sich die Erfindung mit einem Tränengas, welches Capsaicinoide und einen nicht brennbaren Träger auf Wasserbasis umfaßt.

Der Stand der Technik liefert verschiedene Zusammensetzungen, die starke Reizmittel für die Augen, den Mund und die Nase eines Menschen und anderer Tiere darstellen. Solche Zusammensetzungen werden allgemein als Tränengase eingestuft. Tränengase sind besser als „tear gas" oder „riot gas" bekannt und werden allgemein so bezeichnet. Tränengase spielen eine wichtige Rolle in der Gesellschaft, da sie es der Polizei, dem Militär und anderen Dienststellen erlauben, widersetzliche oder zersprengte Personen einschließlich solcher unter dem Einfluß von Alkohol oder anderen bewußtseinsverändernden Drogen unter Kontrolle zu bringen, ohne zu physischen Mitteln greifen zu müssen, die lang andauernde oder permanente körperliche Schäden oder Störungen beibringen.

Bei Anwendung eines Tränengases bekommt der Rezipient des Tränengases Augen-, Nasen- und Mundreizung und wird ungefährlich gemacht. Spezieller wird bei der Anwendung der Rezipient zeitweilig mit intensivem Augenbrennen, Blepharospasmus, akuter Bronchitis und Atemwegreizung außerstande gesetzt. Der Stand der Technik liefert verschiedene Mittel, Tränengase abzugeben oder anzuwenden, wie beispielsweise unter Druck stehende Behälter, Handgranaten und Munitionsgeschosse.

Der Bedarf an einem Aerosolreizspray oder Lachgas für Vollstreckungs- und Verteidigungszwecke ist historisch wie auch heutzutage evident. Soziale Unruhe, Demonstrationen und Ausschreitungen während der Sechziger Jahre bewirkten die umfangreiche Verwendung von militärischen Tränengasmitteln, die typischerweise als die Chemikalien CN (Chloracetophenon) und CS (ortho-Chlorbenzalmalononitril) bekannt sind. Diese Tränengase sind tatsächlich Reizmittel, die Schmerzen und Unwohlbefinden an den Tränendrüsen (Tränengängen) und dem oberen Atemsystem verursachen. Abgabesysteme für diese Mittel waren hauptsächlich Granaten und Geschosse, die gemeinsam als pyrotechnische (brennende) Einrichtungen bezeichnet werden. In Wortley, Jr. et al, US-Patentschrift 3,192,105, ist ein Verfahren zur Kombination von CN mit einer kolloidalen Kieselsäure, um ein Tränengas in fester Phase zu erzeugen, beschrieben. Wie in dem Patent 3,192,105 offenbart, ist dieses Tränengas in fester Phase gut geeignet für die Verwendung in Munitionen, die das Tränengas durch eine Explosion oder ähnliche Einrichtung verteilen.

1966 führten Smith und Wesson durch Erwerb der General Ordance Equipment Company Tränengas „Chemical Mace"®, eine chemische CN-Rezeptur auf flüssiger Basis ein, welche in unter Druck stehende Aerosolsprühbehälter eingefüllt wurde. Tränengas „Chemical Mace"® war der Vorgänger aller derartiger Produkte seit seiner Einführung in 1966. Seine Verwendung vermindert stark die Menge an physikalischer Kraft, die notwendigerweise durch einen das Gesetz durchsetzenden Beamten, Strafvollzugsbeamten oder Sicherheitsbeamten aufgewendet werden müßte, wenn er versuchte, eine verdächtige Person aufzuhalten oder eine Menge ungesetzlicher Personen zu zerstreuen. Lachgase werden allgemein als „nicht tödliche Waffen" eingestuft.

Die ursprüngliche Tränengasrezeptur „Chemical Mace"® bestand aus Trichlortrifluorethanen (CFC's 111, 113) und kosmetischem Kerosin als Trägermittel/Lösungsmittel, vermischt mit dem aktiven Bestandteil (CN) und unter Druck gesetzt mit Kohlendioxid als Treibmittel. Diese Zusammensetzung wurde in großem Umfang bis etwa 1990 verwendet, doch gab es etwa 1990 beginnend zunehmenden Druck auf die chemische Industrie, ozonverarmende Substanzen (d. h. Chlorfluorkohlenstoffe-CFC's) unter den Bestimmungen des Gesetzes für saubere Luft wegzulassen.

Die CFC's, die als ein nicht brennbarer Träger dienen, ergeben einen wesentlichen Vorteil für die Tränengaslösung. Speziell sind Tränengaslösungen, die CFC-Träger verwenden, weniger leicht entzündbar. Spezieller gibt es immer, wenn ein Tränengas abgegeben wird, die Möglichkeit, daß eine offene Flamme oder eine andere Zündungsquelle vorhanden sein kann, die den Träger des Gemisches entzünden könnte, was zu ernsthafter körperlicher Schädigung sowohl für den Benutzer als auch für den beabsichtigten Rezipienten des Tränengases führen kann. Ein nicht brennbarer Träger ist weniger entzündbar, wenn er solchen Zündungsquellen ausgesetzt wird und ist somit ein bevorzugter Träger für die Verwendung in Tränengasen.

Behördliche Aktionen führten jedoch weltweit dazu, die Verwendung von CFC's zu vermindern und auszuschalten wegen der Schädigung, die für die Ozonschicht verursacht wird. Es ist wahrscheinlich, daß CFC's vor dem Jahr 2000 völlig untersagt werden.

Die Hersteller von CFC-Substanzen erforschten unerbittlich weiter akzeptable Ersatzstoffe. Bis heute waren Hersteller jedoch nur in der Lage, Lösungsmittelaustauschstoffe zu liefern, die das Problem nicht vollständig beseitigen. Der aus jüngster Zeit stammende Ersatzstoff, der angeboten wird, ist ein halogenierter Fluorkohlenwasserstoff, HCFC-141 b (oftmals als weicher CFC bezeichnet). Weiche CFC's haben jedoch noch einen nachteiligen Effekt auf die Ozonschicht, und ihr Druck setzte die weitere Entwicklung von Trägersystemen für Tränengase fort, die keine CFC's oder HCFC's verwenden.

Capsicum (auch als Cayennepfeffer bezeichnet) und dessen chemische Elemente, wie Capsaicin (C₁₈H₂₇NO₂) wurden benutzt, um Tränengase für viele Jahre zu erzeugen. Solche Tränengase werden gewöhnlich in der flüssigen Phase benutzt und aus Druckbehältern oder Druckflaschen abgegeben. Bekannte Capsicum enthaltende Tränengase enthielten ein Gemisch von Capsicum, Sojabohnenöl und eines Lösungsmittels vom Alkoholtyp. Capsicumhaltige Tränengase werden von einigen Verwendern bevorzugt. Spezieller glauben einige Benutzer, daß capsicumhaltige Tränengase wirksamer als andere bekannte Tränengase sind. Außerdem bevorzugen einige Verwender Capsicum, da es ein „natürliches" Material ist, gegenüber den synthetischen Chemikalien CS und CN.

Da die bekannten capsicumhaltigen Tränengase auch Träger enthalten, die hauptsächlich Alkohol sind, werden sie leider von einigen Benutzern als unannehmbar angesehen, da sie eine zu große Feuergefahr darstellen. Außerdem betrachten einige Personen die bekannten capsicumhaltigen Tränengase als unannehmbar, da sie glauben, daß der Träger, der primär Alkohol ist, einen nachteiligen Einfluß bei Versuchen haben kann, die benutzt werden, um den Blutalkoholspiegel einer dem Tränengas ausgesetzten Person zu bestimmen. So gibt es eine Notwendigkeit für ein Trägersystem, welches nicht nachteilig auf den Blutalkoholspiegel eines Rezipienten einwirkt, geeignet für die Verwendung mit Capsicum ist, keine CFC's enthält und nicht entflammbar ist.

Die US-Patentschrift 5,217,708 beschreibt eine Capsicum-Tränengaslösung und einen Behälter zur Speicherung und Anwendung solcher Lösungen. Die Lösungen umfassen Capsicum (allgemein etwa 0,1 Gew.% bis etwa 0,8 Gew.%), etwa 7 bis etwa 23 Gew.% Glykol, etwa 31 bis etwa 39 Gew.% Ethylalkohol und etwa 46 bis etwa 54 Gew.% Wasser.

Die vorliegende Erfindung liefert eine neue und brauchbare Capsicum enthaltende flüssige Tränengaslösung, die Capsaicinoide und einen nicht brennbaren Träger umfaßt, wobei diese Lösung 0,1 bis 0,5 Gew.% Capsaicinoide, 7 bis 23 Gew.% eines Glykols, 20 bis 30 Gew.% Ethanol und 56 bis 65 Gew.% Wasser umfaßt.

Das Tränengas der vorliegenden Erfindung enthält einen nicht brennbaren Träger, der allgemein für eine Verwendung um und in Nachbarschaft von möglichen Zündungsquellen annehmbar ist, wie beispielsweise bei brennenden Zigaretten oder Zigarren, Kerzen und Heizgeräten. Außerdem enthält der nicht brennbare Träger keine CFC's. Auch neigt das Tränengas nicht dazu, nachteilig den Blutalkoholspiegel eines Rezipienten zu beeinflussen. Außerdem ist das Tränengas für die Verwendung in herkömmlichen unter Druck stehenden Aerosolsprühdosen oder -behältern geeignet und braucht daher nicht durch eine Wärmequelle thermisch verdampft zu werden, um geeignet zu wirken. Außerdem ist das Tränengas im wesentlichen auf Wasserbasis und dennoch sehr beständig, da es nicht bei einem normalen Temperaturbereich gefriert und über lange Zeitdauer sich nicht trennt. Das Tränengas ist auch beständig, da es über lange Zeitdauer nicht zerstört wird oder seine Wirksamkeit verliert und da keine nachteiligen Wechselwirkungen oder Reaktionen zwischen verschiedenen Komponenten des Tränengases beobachtet wurden. Außerdem kann das Tränengas in einer herkömmlichen Weise entsorgt werden.

Eine Tränengaslösung, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, umfaßt Capsaicinoide und einen nicht brennbaren Träger. Der nicht brennbare Träger umfaßt Wasser, Ethylalkohol und Glykol. Das Glykol kann Ethylenglykol oder Propylenglykol oder ein Gemisch hiervon umfassen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Glykol Propylenglykol. Wie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, werden die in der Beschreibung benutzten folgenden Ausdrücke wie folgt definiert: „Capsicum" schließt Capsicum und chemische Äquivalente, wie Capsaicin, ein. „Tränengas" soll in einer breiten Interpretation verwendet werden, einschließlich eines Reizmittelproduktes, das für Verteidigungszwecke benutzt werden kann, und „nicht brennbar" bedeutet, daß es einen Flammpunkt oberhalb etwa 100°F (38°C) oder einen Zündungspunkt oberhalb 500°F (260°C) hat.

Das Tränengas der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung eines Gemisches von Capsaicinoiden und eines nicht brennbaren Trägers hergestellt. Spezieller umfassen die Tränengaslösungen nach der vorliegenden Erfindung 0,1 bis 0,5 Gew.% Capsaicinoide, 7 bis 23 Gew.% eines Glykols, 20 bis 30 Gew.% Ethanol und 56 bis 65 Gew.% Wasser. In anderen Ausführungsformen umfassen die Tränengaslösungen der vorliegenden Erfindung 0,1 oder 0,15 bis etwa 0,25 oder 0,3 oder 0,4 Gew.% Capsaicinoide, etwa 10 oder 12 bis etwa 16 oder 20 Gew.% eines Glykols, etwa 26 oder 27 bis 29 oder 30 Gew.% Ethanol und 56 bis 60 Gew.% Wasser. In einer stärker bevorzugten Ausführungsform umfassen die als Tränengase brauchbaren Lösungen etwa 0,18 bis etwa 0,22 Gew.% Capsaicinoide, etwa 12 bis etwa 16 Gew.% Propylenglykol, etwa 27 bis etwa 29 Gew.% Ethanol und etwa 57 bis etwa 59 Gew.% Wasser.

Übliche Capsaicinoid-Quellen, die bei dieser Erfindung brauchbar sind, schließen Pfeffer, wie Cayennepfeffer oder Chilipfeffer, ein. Das Verfahren umfaßt gewöhnlich ein Trocknen und Vermahlen von Pfeffer zu einem feinen Pulver. Weichharz-Capsicum, das in dem Pulver allgemein vorhanden ist, wird unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels, wie Hexan, extrahiert. Dieses Gemisch von Pulver und Lösungsmittel wird als Miscella bezeichnet. Wenn die Weichharzextraktion beendet ist, wird das Lösungsmittel durch Verdampfen oder Destillation entfernt. Nach der Entfernung des Lösungsmittels aus der Miscella ist die restliche ölige Substanz rohes Weichharzcapsicum, dessen Stärke von der Qualität des Pfeffers abhängt, welcher benutzt wurde. Das rohe Weichharzcapsicum wird allgemein auf verschiedene Stärken nach den Angaben des Kunden unter Verwendung eines Glykols und von Wasser verdünnt, wenn das verdünnte Produkt wasserlöslich sein soll. Emulgatoren und oberflächenaktive Mittel können in dem verdünnten Gemisch enthalten sein, um die Stabilität des Gemisches (allgemein einer Suspension) zu verbessern. Diese verdünnten Produkte werden allgemein in der Industrie als Weichharz-Capsicum bezeichnet, ungeachtet der Konzentration oder Stärke des rohen Weichharzcapsicum, das in den Gemischen enthalten ist.

Weichharzcapsicum besteht aus drei Hauptkomponenten, die die Schmerzhaftigkeit oder das Hitzeempfinden verursachen. Diese Komponenten sind als Capsaicinoide bekannt, und die drei Hauptcapsaicinoide in Weichharzcapsicum sind Capsaicin, Dihydrocapsaicin und Nordihydrocapsaicin. Kleinere Mengen von in Weichharzcapsicum vorhandenen Capsaicinoiden schließen Homocapsaicin und Homodihydrocapsaicin ein. Der Capsaicinoidgehalt einer bestimmten Lösung oder eines bestimmten Gemisches ist der bestimmende Faktor, wie heiß ein Produkt sein wird. Beispielsweise ist das Produkt um so heißer, je höher die Capsaicinoidkonzentration ist, und umgekehrt. Die Capsaicinoidkonzentration ist die Bestimmung der aktiven Komponenten in dem Weichharzcapsicum. So liefert eine Messung der Menge an Capsaicinoiden in Weichharzcapsicum einen genauen Wert der Schmerzhaftigkeit. Die Mengen und die Identifizierung der Capsaicinoide in Weichharzcapsicum können unter Verwendung von Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) bestimmt werden.

Ein Beispiel eines Gemisches von Capsicum und Propylenglykol, das für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist und welches handelsüblich ist, ist ein Weichharzcapsicum, das von der Kalsec, Inc. von Kalamazoo, Michigan, unter der Bezeichnung „Weichharzcapsicum, W/S, entfärbtes 2% MC" erhältlich ist. Diese spezielle Weichharzcapsicumlösung mit Propylenglykol und auf Wasserbasis enthält etwa 5% Weichharzcapsicum mit einem Gehalt von etwa 2,0 Gew.% Capsainicoiden.

Ein Beispiel einer geeigneten Quelle von Ethylalkohol für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist ein denaturierter Ethylalkohol, der unter der Handelsbezeichnung SDA-40-B von der Midwest Grain Products, Inc., Weston, Missouri 64098, verkauft wird. Denaturierter Ethylalkohol SDA-40-B enthält etwa 99,9 Gew.% Ethylalkohol und etwa 0,1 Gew.% Tertiärbutylalkohol und BITREX (Denatoniumbenzoat).

Ein Beispiel einer geeigneten Propylenglykolquelle ist ein Propylenglykol USP von Nahrungsmittelqualität, das unter der Produktbezeichnung 70531 von Dow Chemical Company, Midland, Michigan 48674, vertrieben wird.

Wenn man die Tränengase nach der Erfindung herstellt, werden die angegebenen Komponenten in einem Behältnis unter Verwendung eines Rührers während mindestens etwa 10 bis 15 Minuten miteinander vermischt. Bei einer Ausführungsform wird zunächst das Weichharzcapsicum mit dem Ethanol vermischt, worauf die Zugabe des Glykols und Wassers erfolgt. Wenn man große Mengen der Rezepturen herstellt, wie in den folgenden Beispielen gezeigt ist, können die Komponenten in einem Anteil miteinander vermischt werden, der für eine Zeitdauer von etwa 1 Stunde in Trommeln von 55 Gallonen unter Verwendung von Mischern gezeigt ist. Sorgfältiges Vermischen ist erforderlich, um die Trennung der Komponenten der Lösung auszuschalten, was zusätzliches Vermischen der Lösung zu einer späteren Zeit erfordern würde. Bei Beendigung der Mischstufe sollte die Lösung klar und homogen erscheinen, wenn man sie mit einem Blitzlicht betrachtet.

Die folgenden Beispiele erläutern die Tränengaslösungen nach der vorliegenden Erfindung. Wenn in den folgenden Beispielen und sonstwo in der Beschreibung und den Ansprüchen nichts anderes angegeben ist, sind alle Teile und Prozentsätze Gewichtsteile und Gewichtsprozentsätze, die Temperaturen Celsiusgrade und die Drücke bei oder nahe Atmosphärendruck.

Denaturierter Ethylalkohol (114 Teile) wird in einen Mischbehälter eingefüllt, gefolgt von der Zugabe von 42 Teilen der Weichharzcapsicumlösung Kalsec, die oben beschrieben wurde (mit einem Gehalt von etwa 2,0% Capsaicinoiden) und die zunächst sorgfältig vermischt wird, um die Homogenität wiederherzustellen, bevor sie zu dem Ethylalkohol zugesetzt wird. Nachdem das Weichharzcapsicum sorgfältig mit dem Ethanol vermischt wurde, werden 19,5 Teile Propylenglykol von USP-Qualität zu dem Mischbehälter zugesetzt, gefolgt von 209,6 Teile destilliertem Wasser. Der Behälterinhalt wird weitere 15 Minuten vermischt. Das Gemisch ist das erwünschte Produkt, welches analysiert wird und für welches man fand, daß es etwa 0,20 Gew.% Capsaicinoide, 14 Gew.% Propylenglykol, 28 Gew.% Ethanol und 58 Gew.% Wasser enthielt.

In den folgenden Beispielen 2 bis 5 ist die Menge der Weichharzcapsicumlösung Kalsec, die in den Beispielen verwendet wird, eine ausreichende Menge, um die angegebene Menge an Capsaicinoiden zu bekommen.

Beispiel 2 Gew.% Capsaicinoide 0,3 Propylenglykol 14 Ethanol 2g Wasser 59,7

Beispiel 3 Capsaicinoide 0,22 0,22 Propylenglykol 16 Ethanol 26 Wasser 57,78

Beispiel 4 Capsaicinoide 0,4 Propylenglykol 14 Ethanol 28 Wasser 57,6

Beispiel 5 Capsaicinoide 0,15 Propylenglykol 12 Ethanol 27,85 Wasser 60

Die Tränengaslösungen, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, können in einer Anzahl herkömmlicher unter Druck stehender Aerosolsprühbehälter oder -dosen benutzt werden. Um in einer unter Druck stehenden Dose benutzt zu werden, sollte der nicht brennbare Träger eine Flüssigkeit oder ein Gas bei Umgebungstemperatur (d. h. bei etwa 70°F (21°C) und bei Umgebungsdruck sein. Vorzugsweise hat der Träger einen Siedepunkt von weniger als etwa 225°F (etwa 107°C), um eine ausreichende Dispersion oder Verteilung des Capsicum zu gewährleisten, welches bereits in der Lösung aus dem unter Druck stehenden Behältnis abgegeben wird. Zusätzlich verfestigt sich der nicht brennbare Träger nicht und erstarrt auch nicht bei niedrigen Temperaturen so niedrig wie –20°F. Außerdem müssen die Propylenglykol-, Ethanol- und Wassermengen in der Lösung so sein, daß die Komponenten der Tränengaslösung sich nicht abtrennen oder über längere Zeitdauer, wie 3 Tage, vorzugsweise etwa 3 bis 4 Wochen, aus der Lösung austreten.

Die Tränengaslösung der vorliegenden Erfindung bietet mehrere Vorteile gegenüber den Tränengasen, die in der US-Patentschrift 5,217,708 beansprucht sind. Beispielsweise sind diese Lösungen der vorliegenden Erfindung so gekennzeichnet, daß sie einen höheren Flammpunkt und einen niedrigeren Dampfdruck haben. Beispielsweise findet man, daß eine Tränengaslösung, die nach dem Verfahren des Beispiels XV in der US-Patentschrift 5,217,708 hergestellt wurde, einen Flammpunkt von etwa 80°F (25°C) hat. Eine gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 der vorliegenden Anmeldung hergestellte Tränengaslösung hat einen Flammpunkt, wie gefunden wurde, von 89°F (31,6°C). Wegen erhöhter Sorge bezüglich der Entflammbarkeit ist diese Steigerung des Flammpunktes eine wesentliche Verbesserung. Die Verminderung des Dampfdruckes, die die Lösungen nach der vorliegenden Erfindung zeigen, führt zu stabileren Produkten und Produkten, die höheren Extremtemperaturen widerstehen können.

Ein anderer Vorteil der Lösungen der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit den Lösungen, die in der US-Patentschrift 5,217,708 beschrieben und beansprucht sind, ist das Vorhandensein größerer Tröpfchen, wenn das Produkt in ein Aerosol überführt wird. Die ballistischen Tröpfchen, die von einem Aerosol-Tränengas erzeugt werden, sind proportional zu den Produktbestandteilen aufgebaut. Wenn die Flüssigkeiten und die Tröpfchen zu verdampfen beginnen, werden die Tröpfchen kleiner und lassen kleinere Teilchen zurück. Je kleiner die aerodynamische Teilchengröße ist, desto weiter in die Lungen können die Teilchen eindringen, wenn sie inhaliert werden, und da Tränengase starke Reizmittel sind, sind kleinere Teilchengrößen nicht vorteilhaft, da sie unerwünschte Wirkungen erzielen könnten. Die relativen Ethanolmenge und Wassermenge in einem Aerosoltröpfchen hätte daher eine Wirkung auf die relative Größe der Tröpfchen und die Teilchengröße. Da Ethanol leichter als Wasser verdampft, werden jene Tröpfchen, die mehr Ethanol enthalten, kleiner und hinterlassen kleinere Teilchen. Da die Lösungen der vorliegenden Erfindung relativ kleine Mengen an Ethanol als die in der US-Patentschrift 5,217,708 enthalten, werden somit die mehr Wasser und weniger Ethanol enthaltenden Tröpfchen ihre Größe nicht so stark wie die Tröpfchen reduzieren, die aus der Lösung nach der US-Patentschrift 5,217,708 gebildet sind, und die Teilchen sind größer.