陽離子顆粒及其製取方法
2023-11-12 06:11:22
專利名稱：陽離子顆粒及其製取方法
技術領域：
本發明涉及一種陽離子表面活性劑顆粒，含有這種陽離子顆粒的粉狀洗滌劑組合物以及製造它的方法。
背景技術：
近來，洗滌劑工業界對「壓實」型即具有低體積用量的洗衣洗滌劑有相當大興趣。為了推進這些被稱為低用量洗滌劑的生產，付出了很大努力生產高密度洗滌劑，例如密度600克/升或更高。現在這種低用量的洗滌劑有很大的需求，因為它們保護資源並能以小包裝出售，對消費者更方便。然而，現代洗滌劑產品究竟要被壓實到何種程度還未確定。事實上，很多消費者，特別是在發展中國家，繼續喜好在其各自的洗衣操作中採用較高的用量水平。因此，生產現代洗滌劑組合物的領域需要能靈活改變最終組成的最終密度。
目前，在生產洗滌劑粒物的過程中採用的物料的相對數量和類型已被限定了。例如，在合成的洗滌劑組合物中表面活性劑很難達到高水平，而這一特性能以更有效的方式推進洗滌劑的生產。陽離子表面活性劑是一種普通的表面活性劑和助表面活性劑，用於洗滌劑組合物中，它通常可以液體形式得到。一般而言，洗滌劑組合物將包含一種或多種形式的表面活性劑，它們被設計用來疏鬆和脫除不同種類的汙垢和汙漬。
基於前面所述，需要一種陽離子表面活性劑材料能以容易的方式合成入粉狀洗滌劑組合物中。現已存在的工藝還沒有一種能提供本發明所具有的所有的優點和利益。
發明摘要本發明涉及一種陽離子顆粒，含有陽離子表面活性劑水溶液，該溶液被吸附於一種不溶於水的高吸附力的材料上。一種製造這種陽離子顆粒的方法也在此描述。本發明的這些及其他特點、方面和優點對那些已讀過本公開而熟悉該項工藝的人來說是表現地很明顯。
詳細描述雖然本說明書已給出結論，並且權利要求書已明確指出和特別強調了本發明所涉及的保護內容，相信通過細心閱讀以下對本發明的詳細描述可以更好地了解它。在這一詳細說明中，所有的百分數，比率，比例都是按重量計，所有溫度以攝氏溫標表示，分子量為重量平均分子量，而小數是以點(.)表示的，另有指明者除外。
這裡所用「包含」一詞意思是其它的步驟和其它的配料在不影響最後結果時可以被增加進去。這一詞涵蓋了「由...組成」和「主要由...組成」這些詞語的意義。
所有這裡引用的參考文獻以其整體結合在本文中作為參考，引用任何參考文獻並不是承認確定其可作為相對本發明的現有技術。
本發明涉及一種含有陽離子表面活性劑水溶液的陽離子顆粒，該水溶液被吸附於一種不溶於水的高吸附力的材料上。將陽離子表面活性劑作成粉狀從各方面的因素看都是有利的，因為陽離子表面活性劑一般是以液體溶液形式得到的。例如，在非塔式方法加工粉狀洗滌劑組合物時，液體的陽離子表面活性劑可能由於它的過量水分使混合物在集聚時發粘。再有，陽離子顆粒可被製成一種比其液體形式活性更高的顆粒，這一顆粒在製造一種粉狀洗滌劑成分時能給配方提供變化的餘地。還有，本發明的陽離子顆粒用在洗滌水中有很好的分散性和溶解性。
本發明通過提供一種能用來生產粉狀洗滌劑組合物的陽離子顆粒可滿足前面所述的本領域中的需要，即可靈活改變最後組合物的最終密度。
這裡使用的詞「平均停留時間」指以下定義平均停留時間(小時)＝質量(千克)/物料通過流量(千克/小時)。
陽離子表面活性劑溶液本發明的陽離子顆粒含有一種陽離子表面活性劑水溶液，這種陽離子表面活性劑溶液以其重量計至少有約70％的水，約40％至約60％較好，更好是約50％至約60％。陽離子表面活性劑水溶液中的陽離子有效成分的數量至少為約30％，約40％至60％較好，更好是約40％至50％。
陽離子表面活性劑優先選用由陽離子酯類表面活性劑、陽離子單烷氧基胺表面活性劑、陽離子雙烷氧基胺表面活性劑及其混合物構成的一組物質。季銨表面活性劑優先選用單C1-C30，更好是C6-C16的氮-烷基或鏈烯基銨表面活性劑，這裡氮的其餘位置上可由甲基、羥乙基、或羥丙基取代。
適用的陽離子表面活性劑包括以R4R5R6R7N+X-形式代表的水溶性季銨化合物，這裡R4是有10至20，更好12至18個碳原子的烷基，而R5、R6和R7各自為C1至C7的烷基，甲基更好；X-是一種陰離子，例如氯離子。這種三甲基銨化合物的例子包括C12-14烷基三甲基氯化銨和椰子烷基三甲基硫酸甲酯銨。
適用的陽離子表面活性劑還有一種陽離子膽鹼酯類四元表面活性劑，它最好是具有表面活性的包含至少一個酯鏈(即-COO-)和至少一個陽離子電荷基團的水中可分散的化合物。適用的陽離子酯類表面活性劑，包括膽鹼酯表面活性劑例如已公開於美國專利4,228,042,4,239,660和4,260,529。
優先採用的陽離子酯類表面活性劑是由以下分子式代表的 這裡R1是一個C5-C31線型的或分支型烷基、烯基或烷芳基鏈或M-.N+(R6R7R8)(CH2)s；X和Y各選自COO、OCO、O、CO、OCOO、CONH、NHCO、OCONH和NHCOO，這裡X或Y至少有一個是COO、OCO、OCOO、OCONH或NHCOO基團；R2、R3、R4、R6、R7和R8各選自一組基團，包括有1-4個碳原子的烷基、烯基、羥烷基、羥烯基和烷芳基；而R5分別是H或C1-C3烷基；m、n、s和t的值各自處於0-8的範圍；b的值處於0-20的範圍；a、u和v的值各自是0或1並有附加條件是u或v中至少其一為1；這裡M是一種平衡陰離子。
R2、R3和R4各選自CH3和-CH2CH2OH。
M優先選自這一組，包括滷素、甲基硫酸鹽、硫酸鹽、和硝酸鹽，甲基硫酸鹽、氯、溴或碘更好。
優先選用的水中可分散的陽離子酯類表面活性劑是有如下分子式的膽鹼酯 這裡R1是一個C11-C19的線型或分支型烷基鏈。
特別願選用的膽鹼酯類包括硬脂醯膽鹼酯季甲基滷化銨(R1＝C17烷基)、棕櫚醯膽鹼酯季甲基滷化銨(R1＝C15烷基)、肉豆蔻醯膽鹼酯季甲基滷化銨(R1＝C13烷基)、月桂醯膽鹼酯季甲基滷化銨(R1＝C11烷基)、椰油醯基膽鹼酯季甲基滷化銨(R1＝C11-C13烷基)、(動物)脂醯基膽鹼酯季甲基滷化銨(R1＝C15-C17烷基)以及它們的任何混合物。
上述列出的特別願選用的膽鹼酯可在一種酸催化劑存在下用所需鏈長的脂肪酸和二甲基氨基乙醇直接酯化而製成。反應產物然後被甲基滷化物季鹼化，反應最好在乙醇、丙二醇或最好是脂肪醇的乙氧基化物等溶劑中進行，例如具有乙氧基化度為每摩爾3-50個乙氧基的C10-C18脂肪醇乙氧基化物，生成所需陽離子物質。它們也可在酸催化劑存在下用所需鏈長的長鏈脂肪酸和2-滷代乙醇一起直接酯化而製成。反應產物然後以三甲胺季鹼化，生成所需的陽離子物。
另一種適用的陽離子酯類表面活性劑有以下結構的分子式，這裡d是0-20。 這些陽離子酯類表面活性劑最好在洗衣的洗滌條件下能夠水解。
這裡可使用的陽離子表面活性劑也包括烷氧基季銨(AQA)表面活性化合物，(以下稱為「AQA化合物」)其分子式如 這裡R1是一個線型或分支型烷基或烯基，包含約8個至18個碳原子，更好是10-16個碳原子，最好是10-14個碳原子；R2是含有1-3個碳原子的烷基，最好是甲基；R3和R4可各自變化，從氫(最好)、甲基和乙基中選擇；X-是一種陰離子例如氯、溴、甲基硫酸鹽、硫酸鹽或類似能提供中和電性的離子。A和A』可各自變化並各選自C1-C4烷氧基，特別是乙氧基(即-CH2CH2O-)、丙氧基、丁氧基和乙氧基/丙氧基的混合物；p是從0至約30，更好是1至約4，q是從0至約30，更好是1至約4，最好是約4；p和q都為1更好。也可見ProcterGamble公司1979年5月30日出版的EP2,084，其中描述了這裡也適用的一類陽離子表面活性劑。
當AQA化合物中的烴取代基R1是C8-C11，特別是C10時，與更長鏈的物質相比，特別是在冷水條件下，洗衣粉粒的溶解性有提高。因此，C8-C11類AQA表面活性劑為某些配製者喜用。用於製備洗衣洗滌劑組合物成品的AQA表面活性劑的重量用量從約0.1％至約5％，典型的是從約0.45％至約2.5％。
根據以上所述，下面對這裡採用的AQA表面活性劑做一非限定的、具體的說明。應了解遵照對常用的乙氧基化非離子表面活性劑的共同做法，這裡對AQA表面活性劑注出的烷氧基化度是按平均值報告的。這是因為乙氧基化反應一般都得出具有不同的乙氧基化度的物質的混合物。這樣，報告的總EO值並非整數，例如「EO2.5」、「EO3.5」如此等等就並非不常見了。
(命名) R1R2ApR3A′qR4AQA-1C12-C14CH3EOEO(也可稱為椰子甲基EO2)AQA-2C12-C16CH3(EO)2EOAQA-3C12-C14CH3(EO)2(EO)2(椰子甲基EO4)AQA-4C12CH3EOEOAQA-5C12-C14CH3(EO)2(EO)3AQA-6C12-C14CH3(EO)2(EO)3AQA-7C8-C18CH3(EO)3(EO)2AQA-8C12-C14CH3(EO)4(EO)4AQA-9C12-C14C2H5(EO)3(EO)3AQA-10 C12-C18C3H7(EO)3(EO)4AQA-11 C12-C18CH3(丙氧基) (EO)3AQA-12 C10-C18C2H5(異丙氧基)2(EO)3AQA-13 C10-C18CH3(EO/PO)2(EO)3AQA-14 C8-C18CH3(EO)15*(EO)15*AQA-15 C10CH3EO EOAQA-16 C8-C12CH3EO EOAQA-17 C9-C11CH3-EO3.5平均 -
AQA-18C12CH3-EO3.5平均 -AQA-19C8-C14CH3(EO)10(EO)10AQA-20C10C2H5(EO)2(EO)3AQA-21C12-C14C2H5(EO)5(EO)3AQA-22C12-C18C3H7丁氧基 (EO)2AQA-23C8-C10CH3CH3CH2CH2OH------*乙氧基，在尾端可選擇用甲基或乙基封端。
這裡優先選用的雙乙氧基化陽離子表面活性劑可從Akzo Nobel化學公司得到，商品名為ETHOQUAD。
這裡特別優先選用的-AQA化合物有以下分子式 其中R1是C10-C18烴基和其混合物，優先選用C10、C12、C14烷基和其混合物，X是任何方便的能提供電平衡的陰離子，優先用氯。參看上面標出的一般AQA結構，因在這優先選用的化合物中R1來自椰子(C12-C14烷基)部分脂肪酸，R2是甲基，而ApR3和A』qR4各是單乙氧基，這種優先選用的化合物在上表中被稱為「CocoMeEO2」或「AQA-1」。
這裡其它優先選用的AQA化合物包括有以下分子式的化合物 其中R1是C10-C18烴基，優先選用C10-C14烷基，各自獨立地p取1至約3，q取1至約3，R2是C1-C3烷基，優先選用甲基，X是陰離子，特別是氯。
前面所述類型的其它化合物還包括其中乙氧基(CH2CH2O)單元(EO)被丁氧基(Bu)、異丙氧基[CH(CH3)CH2O]和[CH2CH(CH3)O]單元(i-Pr)或正丙氧基單元(Pr)、或EO和/或Pr和/或i-Pr單元的混合物所取代的那些化合物。
更多的陽離子表面活性劑已有描述，例如，在「表面活性劑科學叢書第4卷，陽離子表面活性劑」；「工業表面活性劑手冊」中。這些參考文獻中描述的適用的陽離子表面活性劑類別包括醯胺四元化合物(季銨)(即Lexquat AMGSchercoquat CAS)、縮水甘油醚四元化合物(即Cyostat609)、羥烷基四元化合物(即Dehyquart E)、烷氧丙基四元化合物(即Tomah Q-17-2)、多丙氧基四元化合物(EmcolCC-9)、環烷基銨化合物(即吡啶或咪唑啉四元化合物)和/或苯烷氧基(benzalkonium)四元化合物。
高吸附性材料本發明的陽離子顆粒也包含一種水不溶性高吸附性材料。這種水不溶性高吸附性材料是一種具有油吸附值(使用鄰苯二酸二丁酯)優選地在約140毫升/100克至約400毫升/100克，更優選地在約200毫升/100克至約300毫升/100克。
這種高吸附性材料最好選自下組物質矽鋁酸鹽、沉澱二氧化矽、無定形二氧化矽、滑石和它們的混合物。
特別優先選用的是矽鋁酸鈉和無定形沉澱二氧化矽。一個無定形沉澱二氧化矽的實例是一種多孔的親水性二氧化矽(商標SIPERNAT225)，可在DeGussa公司得到。另一個沉澱二氧化矽的實例是白碳黑，例如矽酸鈣合成無定形二氧化矽(商標Carplex)，可在Shionogi公司得到。
在一種優先選用的陽離子顆粒中高吸附性材料與陽離子表面活性劑的有效成分的比例在形成該顆粒時為約1∶3至約1∶1，優選地在約1∶2至約1∶1。這裡吸附的意思是高吸附性材料被塗以陽離子表面活性劑溶液，和/或高吸附性材料被陽離子表面活性劑溶液浸漬。
製成的陽離子顆粒平均粒徑優選大於約100微米，更優選約100微米至約1000微米，更優選約150微米至約650微米。
一種優先選用的製成的陽離子顆粒有以下組成，按陽離子顆粒的重量百分數計陽離子表面活性劑有效成分在約30％至約65％；水分含量在約3％至約15％；而其餘部分是高吸附性材料。可選擇地包括填充劑和陰離子表面活性劑。
一種陽離子顆粒的實施方案還附加地包括一些陰離子表面活性劑。如果包括，則陰離子表面活性劑的有效成分與陽離子表面活性劑的有效成分之比約為1∶10至約1∶30，優選的約1∶15至約1∶25。以製成的陽離子顆粒的重量百分數計，陰離子表面活性劑的含量優選的是約1％至約5％。當然，陰離子表面活性劑可以一種輔助清洗劑分附加地包含在最終的洗滌劑組合物中。雖然不想被理論所限，但可認為在陽離子顆粒中加入小量的陰離子表面活性劑使陽離子顆粒獲得自由流動的特性並使其表面粘性更小。
陽離子顆粒也可選擇地包含一種填充劑，例如蘇打粉、其它矽酸鹽和/或硫酸鹽。
附加的洗滌劑組合物成分陽離子顆粒可以配製在洗滌劑組合物中。這種洗滌劑組合物在這裡可以選擇地包括其它己知的洗滌劑潔淨成分，有烷氧基化多羧酸鹽、漂白化合物、增亮劑、螯合劑、脫泥土/抗再沉澱劑、防染料轉移劑、酶、酶穩定體系、纖維軟化劑、聚合類汙垢鬆脫劑、聚合類分散劑、泡沫抑制劑。這種洗滌劑組合物也可以包括另一些配料，有載體、助水溶性劑、加工助劑、染料或顏料。優先選用的洗滌劑組合物有寬範圍的密度，例如從約300克/升至約1000克/升，特別是對於高密度洗滌劑集聚物，例如從約600克/升至約850克/升。
陽離子顆粒可以被用來配製成洗滌劑組合物。在這種洗滌劑組合物中的陽離子顆粒的數量，以最終洗滌劑組合物的重量計優選地佔約0.5％至約30％，更優選地佔約0.5％至約10％。
方法製造本發明中的這種陽離子顆粒的方法的優選實例在以下被描述。在以噴霧乾燥的工藝製造這種陽離子顆粒的一種方法中，陽離子表面活性劑溶液、高吸附性材料和可選擇使用的陰離子表面活性劑和填充劑被混合併攪拌形成一種基本上均勻的混合物。這種混合物然後被噴射進一個塔中，陽離子顆粒就在這裡製成。在以集聚的工藝製造這種陽離子顆粒的另一種方法中，陽離子表面活性劑溶液被加入到高吸附性材料中並在一個混合器中攪拌，生成一種溼粉粒，或稱集聚物。然後這粉粒被乾燥，比如在流化床乾燥器中，生成陽離子顆粒的成品。
實例以下實例進一步描述和說明了本發明範圍內的實施方案。給出這些實例僅以說明為目的而不認作是對本發明的限定，因為在不脫離本發明的精神和範圍情況下它能夠有很多變化。
在一個實施方案例子裡，陽離子表面活性劑溶液(30-70％有效成分)、無定形沉澱二氧化矽、可選擇的碳酸鈉、可選擇的直鏈烷基苯磺酸鈉和水被加入一個攪拌混合釜中混合。然後混合物被加入一噴霧塔，生成了具有約150微米的陽離子顆粒。噴霧塔的乾燥溫度是約160℃至170℃。
在另一個實施方案例子裡，以100千克/小時將無定形沉澱二氧化矽加入一個混合器中，比如Loedige KM混合器，在混合進行中以250千克/小時將陽離子表面活性劑溶液從一點或多點加入。計算出二氧化矽在混合器中平均停留時間是約1-10分鐘，然後將從混合器中取出的溼粉粒加入流化床乾燥器中，在這裡水分被約100℃至150℃，優選的約115℃至130℃的熱空氣帶走。得到的陽離子顆粒平均粒徑為約100至1000微米，優選350至650微米。集聚顆粒成品無須輔助配料即可自由流動。
以下實例表明了本發明的陽離子顆粒組成
陽離子表面活性劑A＝C12-14二甲基羥乙基氯化銨溶液陽離子表面活性劑B＝C8-10二甲基羥乙基氯化銨溶液應明確這裡描述的實例和實施方案僅以說明為目的，熟悉此工藝的人可對其提出各種修正和改變，不會脫離它的精神和範圍。
權利要求
1.一種陽離子顆粒，含有吸附在水不溶性高吸附性材料上的一種陽離子表面活性劑水溶液，其中製成的陽離子顆粒至少有約30％的陽離子有效成分。
2.權利要求1中的陽離子顆粒，其中的高吸附性材料在使用鄰苯二甲酸二丁酯時具有油吸附值從約140毫升/100克至約400毫升/100克。
3.權利要求2中的陽離子顆粒，其中的高吸附性材料與陽離子表面活性劑的有效成分之比是從約1∶3至約1∶1。
4.權利要求2中的陽離子顆粒，其中的高吸附性材料是選自矽鋁酸鹽、沉澱二氧化矽、無定形二氧化矽、滑石和它們的混合物。
5.權利要求2中的陽離子顆粒，其中製成的陽離子顆粒的水含量以重量百分數計，在約3％至約15％。
6.權利要求2中的陽離子顆粒，其中這種陽離子顆粒還包含一種陰離子表面活性劑，陰離子表面活性劑的有效成分與陽離子表面活性劑有效成分之比約為1∶10至約1∶30。
7.權利要求2中的陽離子顆粒，其中製成的陽離子顆粒中的陽離子有效成分為約30％至約65％，且其中的高吸附性顆粒是沉澱二氧化矽和/或無定形二氧化矽。
8.一種包含權利要求1中的陽離子顆粒的洗滌劑組合物，其中洗滌劑組合物的密度是從約300克/升至約1000克/升。
9.一種製造陽離子顆粒的方法，包括a.將一種陽離子表面活性劑水溶液與一種水不溶性高吸附性材料混合，其中高吸附性材料被塗以陽離子表面活性劑溶液，和b.將由(a)得到的混合物噴射入一個塔內生成一種陽離子顆粒，其平均粒徑大於約100微米。
10.一種製造陽離子顆粒的方法，包括a.將一種陽離子表面活性劑水溶液與一種水不溶性高吸附性材料在一混合器中混合，平均停留時間為從約1至10分鐘以生成集聚物，和b.將由(a)得到的集聚物在乾燥器中乾燥製成一種陽離子顆粒，其平均粒徑大於約100微米。
全文摘要
本發明涉及含有吸附在水不溶性高吸附性材料上的陽離子表面活性劑水溶液的陽離子顆粒。該水不溶性高吸附性材料優選具有約140ml/100g至約400ml/100g的油吸附能力(用苯二酸二丁酯)。還敘述了製備陽離子顆粒的方法。陽離子顆粒可摻入到顆粒洗滌劑組合物中。
文檔編號C11D1/62GK1334865SQ99815982
公開日2002年2月6日 申請日期1999年2月1日 優先權日1999年2月1日
發明者M·坎達斯米, K·內穆拉, D·J·杜夫頓, E·S·J·羅布勒斯, A·A·德德彥 申請人:寶潔公司