微纖維狀纖維素的高效的且便利的形式的製作方法

2023-05-05 13:26:21

微纖維狀纖維素的高效的且便利的形式的製作方法
【專利摘要】已經發現微纖維狀纖維素(MFC)的肉湯形式，無論是濃縮的還是不濃縮的，在表面活性劑系統中就提供每克纖維素更高的屈服應力而言，比以前的商業生產的MFC的形式更好地起作用。
【專利說明】微纖維狀纖維素的高效的且便利的形式
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2012年4月13日提交的美國專利申請號61/624, 086的優先權， 且通過引用併入該美國專利申請號61/624, 086。
[0003] 背景
[0004] 粘度調節劑在多種產品中使用一從食品、藥物和化妝品到油田鑽井液。一種這樣 的粘度調節劑是微纖維狀纖維素（MFC)，也稱為網狀纖維素或稱為微纖化纖維素，其可以通 過木醋桿菌（Acetobacter xylinum)的發酵生產。這種細菌產生在化學上與植物源的纖維 素相同的纖維素。雖然在化學結構上相同，但是MFC纖維在直徑上可能比植物源的纖維素 纖維更小，從而賦予MFC更大的表面積。這種高表面積允許MFC形成在低的使用水平下在 溶液中產生期望屈服值的三維網絡。MFC是基本上不溶的和不帶電的，且因此可能不會受到 離子環境不利影響。因為MFC是基本上不溶的，所有它不競爭水，且因此，有廣泛範圍的相 容性且比水溶性多糖更不易於降解。其與濃縮的陰離子水溶液，例如在油田應用中使用的 重鹽水，和高表面活性劑系統例如液體洗潔精和洗衣液，都相容（見，例如美國公布的專利 申請2008/0108541 Al;2008/0108714 Al)。MFC還與陽離子系統相容，例如使用陽離子軟 化劑的織物軟化劑和使用苯扎氯銨的抗菌清潔劑（見，例如美國專利6, 241，812 ;美國專利 7, 888, 308)。其還可以在多元醇系統中使用（見，例如美國專利5, 951，910)例如在基本上 純的甘油、乙二醇、丙二醇、和聚丙二醇系統中。
[0005] MFC已經以多種形式商業生產。通過CP Kelco商業生產多年但後來停產的MFC的 一種形式是作為溼餅（類似溼紙板）。MFC的這種形式通常是約10-20wt%固體和餘量水。 少量的山梨酸防腐劑被加入以防止發黴。MFC的這種形式使用多個漂洗周期處理，這導致回 收中顯著的產品損失，且還包括使用強鹼處理，強鹼處理似乎導致MFC效率降低。
[0006] MFC的乾粉形式是市售的，包括停產的產品例如PrimaCel?和更多目前的產品例 如 AxCel? PX、AxCel? CG-PX、AxCel? PG、Cellulon? PX 和不同的 "K" 命名的產品（CP Kelco U.S., Inc.，Atlanta, GA)。乾粉形式被創造來改進處理和物流以便遞送給顧客（例 如與運輸水相關聯的問題和成本）。這些粉末狀MFC的商業型式可以用於在許多應用中 提供懸浮液，例如表面活性劑增稠和高表面活性劑系統（見，例如美國公布的專利申請號 2008/0108541，2008/0108714,和美國專利7, 888, 308,對它們關於MFC和MFC/表面活性劑 系統的教導通過引用併入本文）。這些粉末狀MFC的商業型式包含MFC和各種助劑的共混 物，例如但不限於，羧甲基纖維素（CMC)、黃原膠、瓜爾膠、果膠、結冷膠、卡拉膠、刺槐豆膠、 阿拉伯膠、陽離子瓜爾膠、陽離子羥乙基纖維素（HEC)和類似的。關於MFC系統的額外的信 息可以見於例如美國公布的專利申請號2007/0027108和美國專利8, 053, 216,對它們關於 MFC和具有助劑的MFC系統的教導通過引用併入本文。
[0007] 這些助劑允許將MFC乾燥和研磨成粉末狀產品。沒有這些助劑，由於在被稱為角 質化的乾燥過程期間MFC的不可逆聚集，MFC在乾燥和研磨後失去它的高度的功能性。然 而由於助劑的相容性限制，具有助劑的共混物可能限制粉末狀MFC如何在產品中被使用。 例如，當MFC不帶電，被使用的大多數助劑是陰離子的或陽離子的。因此，包含陰離子助劑 例如CMC或黃原膠的商業的MFC產品，當在具有例如陽離子表面活性劑的產品中使用時， 可能有相容性問題。此外，商業的粉末MFC可能與包含高水平水溶性有機溶劑例如二醇或 甘油的產品具有有限的相容性。當與這樣的有機溶劑一起使用時，來自商業的MFC的助劑 可能形成沉澱物，這可能導致差的澄清度和差的屈服值（即差的懸浮性質）。最後，粉末狀 MFC的活化溶液（即通過使用高剪切混合如高速轉子定子裝置或高壓均化如Ross Quad/ Megashear或APV Gaulin製備的MFC的高度分散溶液）的使用可能限制其它成分加入到產 品製劑中的順序，以便防止例如助劑形成沉澱物的問題。
[0008] 因此，對提供在各種各樣的產品製劑中使用的相比於當前市售的MFC的形式增加 了 MFC的效率的MFC產品的形式存在需要。
[0009] 概述
[0010] 本文中公開的是一種包含微纖維狀纖維素肉湯和表面活性劑的組合物，與在與微 纖維狀纖維素肉湯一樣的濃度下使用時的粉末狀MFC相比，該組合物具有提高的屈服值。 [0011] 還公開的是一種包含有效量的微纖維狀纖維素肉湯和有效量的表面活性劑的組 合物，該組合物具有高於包含與微纖維狀纖維素肉湯一樣的濃度的溼餅MFC的相同組合物 的屈服值。
[0012] 另外公開的是相對於包含溼餅MFC或粉末狀MFC的相同組合物，具有增加的屈服 值的組合物，該組合物包含有效量的微纖維狀纖維素肉湯和表面活性劑。
[0013] 詳細描述
[0014] 在本方法被公開和描述之前，應該了解的是下面描述的方面不局限於具體的實施 方案，像這樣的具體的實施方案當然可以變化。還應該了解的是本文中使用的術語僅是為 了描述特定方面的目的且不意圖是限制性的。
[0015] 必須注意的是，除非上下文另外明確指示，否則如在本說明書和所附的權利要求 中使用的單數形式"一（a)"、"一（an)"和"該"包括複數指示物。因此，例如，提及"一種助 齊U"包括兩種或更多種這樣助劑的混合物，或者提及一種"漂白劑"或"氧化劑"包括兩種或 更多種這樣的劑的混合物。本文中範圍可以表達為從"約"一個特定值和/或到"約"另一 個特定值。當這樣的範圍被表達時，另一個方面包括從一個特定值和/或到另一個特定值。 相似地，當值被表達為近似值時，通過利用前綴"約"，應理解該特定值形成另一個方面。進 一步理解的是每個範圍的端點關於另外一個端點是顯著的，且獨立於另外一個端點。
[0016] 除非特別聲明與此相反，否則組分的重量百分比是基於包含該組分的製劑或組合 物的總重量。
[0017] 已經發現相對於MFC的其他形式，以肉湯形式的MFC是特別便利的且有效的。肉 湯可以直接從發酵器"原樣"被使用或可以經受進一步處理步驟以使該肉湯脫色和殺菌。 如本文中使用的肉湯不是指溼餅或粉末形式的MFC。相反，如本文中使用的肉湯意圖包括 包含可使用量的微生物產生的MFC的發酵介質。肉湯還包括下述的發酵介質，該發酵介質 被進一步處理，只要MFC的特徵不改變至損失它原有的效率的程度（如在pH 13和150° F 下的鹼處理期間和在壓帶機上幾步脫水步驟之後顯著發生的）。例如，相對於溼餅MFC，在 屈服應力上仍有20%，30%，40%，或更高增加的拋光的發酵介質（polished fermentation medium)在該肉湯形式的此範圍中。
[0018] 在實施方案中，肉湯的除臭和殺菌可以通過使用適當的氧化劑來進行，例如過氧 化氫和/或次氯酸鈉和類似的，或通過使用有或沒有化學處理的巴氏殺菌技術。還可以進 行處理以漂白和除臭該發酵溶液，例如，通過使用漂白劑或通過稀釋或衝洗該MFC肉湯。這 樣的劑的典型量是〇. 〇l-lwt % (例如，相比於未經處理的肉湯，好的除臭和漂白通過使用 在性能上沒有可測量損失的0. 25wt%活性過氧化氫得到）。更高水平的處理是可能的而不 會影響性能，但是通常不需要的，以便具有期望的除臭和漂白而不會有明顯的殘留氧化劑 剩餘。本領域技術人員可以確定實現期望的結果但是不會不利地影響該MFC的效率的合適 的劑、濃度和反應條件。
[0019] 另外，處理可以在肉湯中濃縮MFC來實現，例如使用傾析式離心機。
[0020] MFC的肉湯形式的額外的優勢是肉湯可以預活化，例如經過高剪切混合器如多級 轉子-定子裝置或高壓均化器，從而產生完全活化的MFC的溶液，該完全活化的MFC的溶液 可以直接添加到廣泛範圍的製劑中以賦予期望的屈服值（即懸浮的性質）而通常不需要最 終用戶使用額外的高剪切混合。
[0021] 在實施方案中，如果需要的話，助劑可以添加到MFC肉湯中。例如，羧甲基纖維素 (CMC)被認為是幫助阻止MFC在高水系統中絮凝的有效的助劑。另外，陽離子瓜爾膠和陽 離子HEC可以以與CMC相同的方式使用以阻止MFC在高水系統中絮凝，在高水系統中這些 聚合物是可溶的。這些陽離子聚合物可以在應用中幫助阻止MFC絮凝，例如織物軟化劑、 毛髮和皮膚調理劑、和使用基於季胺的表面活性劑的抗菌洗手劑和家用清潔劑。另外，有 一些證據：通常在洗衣液中發現的螢光增白劑可以作為有效的助劑以阻止MFC絮凝，例如 CAL Fluor?:染料。其它可以對MFC穩定（通過阻止MFC絮凝）顯示更溫和的優勢的助劑包 括黃原膠、定優膠（diutan gum)、汶萊膠、硬葡聚糖膠、琥珀醯膠、結冷膠、瓜爾膠、果膠、角 叉菜膠、刺槐豆膠、阿拉伯膠、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素、卡波姆、和非離子 型增稠表面活性劑如一些Pluroilie'表面活性劑。助劑的示例量對於吸附到纖維上且提供 排斥電荷至0. 25-lwt %的使用水平的諸如CMC、陽離子瓜爾膠和陽離子HEC的那些助劑，僅 為1份助劑對10份MFC，或對於僅僅提供了阻止或減慢纖維一起在製劑中遷移的粘性基質 的助劑，助劑的示例量較大。
[0022] 已經發現通過使用MFC發酵肉湯，或其拋光型式，該MFC是高效的。例如在我們特 定的示例實施方案中，該MFC在屈服值上提供了超過以前市售的MFC的形式平均約40%的 提高。例如，當在許多表面活性劑製劑中存在時，僅約〇. 024%活性MFC肉湯的使用水平可 以提供超過IPa的屈服值。
[0023] 與以前可供的MFC的形式相比，由於需要較低量的MFC肉湯，MFC的該效率益處允 許製備較高澄清度製劑，因為當濃度升高時MFC傾向於使製劑混濁。
[0024] 其中MFC可能是有用的示例應用包括將懸浮性質提供給高表面活性劑系統如液 體洗潔精和液體洗衣液、個人護理製劑，包括液體沐浴露、液體洗手液、洗髮水、和調理劑。 MFC的非離子性質使得它在陽離子製劑中同樣有用，例如液體織物軟化劑、調理皮膚洗劑和 毛髮調理劑，和使用季胺表面活性劑的抗菌製劑。在上面的一些實例中，助劑的加入可以向 MFC提供額外的穩定性從而阻止MFC纖維的絮凝，MFC纖維的絮凝可能導致MFC的懸浮性質 的更渾濁和可能失穩。
[0025] 提供MFC的高效的目#利的形式的方法
[0026] 本領域技術人員可以使用已知的發酵木醋桿菌的常規方法。不需要特別的介質、 溫度和壓力來生產本發明的肉湯。木醋桿菌的發酵肉湯通常產生從約0. 5g/升到2. Og/升 水平的微纖維狀纖維素。肉湯的剩餘部分主要是水，以及低水平的殘留糖、蛋白質、細胞碎 片、和微量的用於提供細菌所需的營養物和pH控制的各種鹽。在許多對MFC的最終使用工 業應用中，這樣的副產物對最終應用沒有影響，且因此直接來自肉湯的MFC的使用不會造 成顯著的問題。在發酵周期結束時通常需要殺死任何活的微生物，且這可以通過在合適的 溫度下的巴氏殺菌和/或化學處理來進行。如果期望的話，許多方法可以用來"拋光"MFC 肉湯。拋光主要是改進MFC肉湯的美感而不是改變它的性能。例如，化學漂白劑和過氧化 物都可以被用於除臭和漂白MFC肉湯。
[0027] 傾析式離心機可以用於在洗滌步驟後濃縮肉湯中的MFC或濃縮肉湯，而沒有由於 產品損失而造成降低在最終肉湯產品中的MFC濃度，產品損失是使用壓帶機通常經歷的。 肉湯的稀釋液還可以用於提供更流動的產品或由於其提高的流動性質而能夠更易活化的 產品。在更稀釋範圍內，助劑例如CMC、陽離子瓜爾膠、或陽離子HEC可以用於提高肉湯的 均勻性或用於在低表面活性劑應用如沐浴露、洗髮水、和液體洗手液中提供MFC纖維的額 外分散。如果使用濃縮方法，在肉湯中MFC濃度的典型範圍從約0. 5wt% MFC變化到超過 10wt % MFC。其它合適的方法也可以用於在洗滌步驟之後濃縮肉湯中的MFC或濃縮肉湯，包 括沉積或沉降槽、蒸發器、或任何其它的能夠維持MFC的纖維分布且不明顯損害MFC的功能 的方法或裝置。
[0028] 俥用MFC制各產品製劑的方法
[0029] MFC肉湯的組合物可以在不同產品製劑和應用中使用。例如，MFC肉湯可以有效地 用在陽離子織物軟化劑和陽離子清潔劑中。相比之下，從市售的粉末狀MFC製備的溶液會 與這些陽離子系統強烈反應，且由於存在於粉末狀MFC產品中的陰離子助劑而導致強的沉 澱。MFC肉湯還可以有效地在中性和陰離子組合物中使用。
[0030] MFC肉湯可以在包含飽和鹽系統的高鹽系統中使用。
[0031] 另外，這些肉湯MFC溶液可以有效地用於在多元醇組合物中增稠或提供懸浮液， 例如，PEG 300、甘油、乙二醇、和丙二醇溶液，和一些醇系統。有利地，當結合MFC時，這可以 僅使用由MFC的肉湯水溶液貢獻的水來進行。
[0032] 另外，肉湯MFC溶液對添加到高表面活性劑系統的順序相對不敏感，然而從粉末 狀MFC製備的溶液對添加順序展現出明顯的敏感性。這是因為由於與許多高表面活性劑和 表面活性劑增稠製劑的不相容性的助劑敏感性。
[0033] 上文公開的組合物和方法可以用於製備許多個人護理產品，例如沐浴露、洗手皂 和洗髮水，它們結合由表面活性劑-增稠劑賦予的光滑的、豐富的、增稠性質，而且具有由 於由肉湯MFC賦予的較高的屈服值而使物質懸浮的能力。另外，本公開內容的組合物和方 法可以用於製備具有懸浮活性物的餐具洗滌皂（例如保溼珠）或裝飾物品或具有懸浮活性 物的洗衣液，例如不溶性酶、包封的活性物、和沸石。本公開內容的組合物和方法還可以與 陽離子系統一起使用，例如含有陽離子表面活性劑的織物軟化劑、抗菌清潔劑、皮膚洗劑、 和毛髮調理劑。最後，本公開內容的組合物和方法可以用於向非水系統提供懸浮液，如被用 作載體流體以使水解膠體或其它顆粒材料懸浮的PEG溶液。
[0034] 在這些應用中MFC的使用水平可以從0. OOlwt%變化到0. 25wt%活性MFC，更典型 的使用水平在〇. 〇 15wt %到0. 06wt %活性MFC範圍內。
[0035] 以肉湯活化比MFC的其他形式更容易一例如，為了製備3wt%濃度的AxCel? PX 粉末MFC (約60% MFC)的組合物，需要在3000psi下兩次通過壓力均化器來活化，然而肉湯 形式在1500psi下一次通過顯示好的活化，具有高至2. Owt% MFC。
[0036] 本公開內容進一步通過下面的實施例進行闡述，下面的實施例不以任何方式被解 釋為對其範圍施加限制。相反地，應該清楚地理解，可以訴求各種其它的實施方案、修改和 其等效物，在閱讀本文的描述之後，各種其它的實施方案、修改和其等效物可以使本領域技 術人員想起而不脫離本發明的精神和/或所附權利要求的範圍。 實施例
[0037] 實施例1 :MFC肉湯添加以提供在商業洗盤皂中的懸浮液
[0038] 步驟1 :通過使用幾種示例方法中的任何一種活化肉湯MFC溶液：
[0039] 實驗室規模：200g肉湯在200g封閉的Oster濃湯混合罐中且以全速在Oster攪 拌器中混合5分鐘。該方法通常可以用於活化具有高至1 %活性MFC的MFC肉湯溶液。
[0040] 實驗室規模：1000g MFC肉湯在2升的塑料燒杯中且在配備有乳液篩的Si Iverson L4RT-A中混合。在10, OOOrpm下混合10分鐘，且持續移動燒杯。該方法通常可以用於活化 具有高至1 %活性MFC的MFC肉湯溶液。
[0041] 實驗室規模到工廠規模：使用APV Gaulin壓力雙級均化器活化MFC肉湯。在足夠 的壓力和通過次數下可以實現高至1. 5% MFC和更高的活化。例如，在0. 6%到2. 0%活性 MFC肉湯中，活化可以是在僅僅2000psi下一次通過。
[0042] 對在下面表中列出的實例，使用Oster濃湯混合罐。
[0043] 步驟2 :稱取需要量的Palmolive超級青蘋果洗潔精（Palmolive Ultra Green Apple Dish Detergent)到8盤司罐中。添加足夠量的活化的MFC肉湯到含洗盤阜的罐中 以形成0. 024%或0. 0336 %活性MFC。
[0044] 對下面示例表，使用了 0. 6%活性MFC稀釋的肉湯。8g這種活化的MFC肉湯溶液 與 192g Palmolive 超級洗盤阜（Colgate-Palmolive Company, New York，NY) -起使用， 以形成0.024%活性MFC的200g最終溶液。另外，llg這種活化的MFC肉湯溶液與189g Palmolive超級洗盤皂一起使用以形成0. 0336%活性MFC的200g最終溶液。該溶液然後 使用瞬間混合葉片在800rpm下混合約5分鐘。所得溶液然後使用離心機在約150gs下完 全脫氣，且使用具有#71葉片軸的Brookfield Ultra RV測量屈服。
[0045] 肉湯MFC的結果與來自MFC粉末狀產品的比較水平的活性MFC相比較。表1中的 結果顯示了在Palmolive超級洗盤皂中相比於典型粉末狀MFC的一些獨特的肉湯MFC的優 良性能。表2顯示了該優良效率在較高的MFC使用水平下甚至更明顯。
[0046] 表1 :在商業洗潔精中肉湯MFC的屈服值與粉末狀MFC的屈服值的對比
[0047]
【權利要求】
1. 一種組合物，包含： a) 有效量的微纖維狀纖維素肉湯，和 b) 有效量的表面活性劑， 其中，所述組合物的屈服值高於包含與所述微纖維狀纖維素肉湯一樣的濃度的粉末狀 MFC的相同組合物。
2. -種組合物，基本上由以下組成： a) 有效量的微纖維狀纖維素肉湯，和 b) 有效量的表面活性劑， 其中，所述組合物的屈服值高於包含與所述微纖維狀纖維素肉湯一樣的濃度的粉末狀 MFC的相同組合物。
3. -種組合物，包含： a) 有效量的微纖維狀纖維素肉湯，和 b) 有效量的表面活性劑， 其中，所述組合物的屈服值高於包含與所述微纖維狀纖維素肉湯一樣的濃度的溼餅 MFC的相同組合物。
4. 一種組合物，基本上由以下組成： a) 有效量的微纖維狀纖維素肉湯，和 b) 有效量的表面活性劑， 其中，所述組合物的屈服值高於包含與所述微纖維狀纖維素肉湯一樣的濃度的溼餅 MFC的相同組合物。
5. -種用於提高含表面活性劑的組合物中的屈服值的方法，包括添加有效量的微纖維 狀纖維素肉湯到含表面活性劑的組合物中。
6. -種組合物，其相對於包含溼餅MFC或粉末狀MFC的相同組合物具有增加的屈服值， 其包含： 有效量的微纖維狀纖維素肉湯，和 表面活性劑。
7. -種相對於包含溼餅MFC或粉末狀MFC的相同組合物增加屈服值的方法，包括添加 有效量的微纖維狀纖維素肉湯到含表面活性劑的組合物中。
8. -種相對於包含溼餅MFC或粉末狀MFC的相同組合物增加屈服值的方法，基本上由 以下組成：添加有效量的微纖維狀纖維素肉湯到含表面活性劑的組合物中。
9. 根據權利要求1所述的組合物，其中，所述微纖維狀纖維素肉湯的量是總組合物的 約 0· 02wt%。
10. 根據權利要求1所述的組合物，其中，所述微纖維狀纖維素肉湯的量是總組合物的 約 0· 03wt%。
11. 根據權利要求1所述的組合物，其中，所述微纖維狀纖維素肉湯的量是總組合物的 約 0· 05wt%。
12. 根據權利要求1所述的組合物，其中，所述微纖維狀纖維素肉湯的量是總組合物的 約 0· 075wt%。
13. 依據本文中描述的每一個實施方案的方法。
14.依據本文中描述的每一個實施方案的組合物。
【文檔編號】C11D3/22GK104245909SQ201380019494
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月15日 優先權日:2012年4月13日
【發明者】約翰·史威斯, N·莫裡森, 楊智發, 傑奎琳·康普頓, 蒂姆·諾蘭 申請人:Cp凱爾科美國公司