專利名稱：采用直接摻入濃縮型表面活性劑制備清潔組合物的方法
技術領域：
本發明描述了采用直接摻入濃縮型表面活性劑來制備清潔組合物的方法。
背景技術：
用于清潔組合物中的許多常見表面活性劑很難以濃縮形式處理。具體地講，眾所周知，一些表面活性劑如烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽在大約30重量％至60重量％表面活性劑范圍內呈現出極其粘稠的含水濃縮物凝膠相或“中間相”，同時在稍高濃度下呈現出稠厚但是可流動的層狀相。為了節省運輸和儲存成本，優選以濃縮形式處理這些材料。然而，為了將層狀相稀釋成各向同性相，必須小心以避免生成中間相或中相。一旦形成中間相，可能需要數小時至數天來稀釋高度粘稠的該相，此外由于緩慢的混合動力學，使得經由簡單葉輪混合的層狀相稀釋不可實用于工業規模。通常在中間體組合物形成難處理的中間相之前，使用高能裝置將局部區域的中間體組合物破碎，并且必須小心成分加入的順序，以避免組合物位于中間相內。本領域已公開了若干方法，以將第二材料加入到層狀表面活性劑中來減少中間相，所述第二材料通常為水溶助長劑如US 5，635，466中所述那些，但是已公開，其它表面活性劑如US 5，958，868中所述那些以及微粉化空氣如JP2002-038200A中所述那些在某些狹小范圍的應用中是有效的。在大多數其中加入另一種材料來減少中間相是不可取的情況下，常用的解決方法是使用特別的稀釋劑非常小心地將層狀相稀釋于水中，所述稀釋劑如在kifen，Oele, Fette， Wachse(1977)(103(16)，465-6， CODENSOFffAFISSN 0173-5500)中所公開的 Bran-Luebbe。在該操作中，專門設計的泵以精確的流量比將水和層狀表面活性劑遞送至高剪切裝置中，以將表面活性劑稀釋至固定的濃度(通常 25% )。如US 2008/0139434A1 中所述，這種高剪切稀釋到水中的方法可擴展至層狀表面活性劑共混物；然而，使用該共混物，不必要地將所制備的所有產物中共混表面活性劑的組成比率固定在特定位置。由于水相的低粘度、表面活性劑相的高粘度、以及絕對避免在相圖中間相中形成組合物的流量比要求，因此需要非常專業的泵。實際上，在某些情況下，對特定稀釋體系的要求，超過了將高活性形式的表面活性劑運輸到清潔產品生產設施所帶來的成本節約，因此僅生產稀釋形式的表面活性劑。值得注意的是，在本領域公開的所有層狀表面活性劑稀釋方法中，稀釋介質主要為水，可能是因為水相中存在的其它成分可以不可預見的方式改變相化學和混合動力學。 尤其是在制備最終表面活性劑濃度低的組合物時，單獨實施稀釋步驟是減少操作不確定性的邏輯選擇。然而，存在一些情況，其中在表面活性劑稀釋期間，水相中存在顯著量的其它成分實際上是優選的。已驚奇地發現，清潔組合物中的許多常用成分實際上不是將濃縮型層狀表面活性劑成功稀釋的阻礙，前提條件是小心地控制稀釋操作中的流量比。實際上，這些含水成分的增粘特點可改善對避免產生中間相而言關鍵性的流量比控制。本發明實施的關鍵性突破是理解不僅僅包含水的水相對表面活性劑相行為的影響，以及從而對流量比范圍的影響，所述流量比范圍可獲得離開混合設備的可接受的清潔組合物或清潔組合物基料。本發明消除了對單獨稀釋操作的需要，并且使清潔組合物中多種組分的相對組成具有最大的靈活性。專業技術人員將認識到，本文所述方法使通常嚴格限制用于稀釋層狀相的水可用于其它用途，如聚合物水合，或使其它組分更易于混入到清潔組合物中。在一些情況下，所述方法還允許低溫處理以獲得最終的清潔組合物。此外，當最終清潔組合物中期望高濃度的表面活性劑時，本發明方法通過允許清潔組合物中包含更高含量的其它成分， 并且延遲那些成分的加入來改進當前領域，從而使可行制劑和生產設備處的物流操作范圍更廣泛。使成分稍后加入到所述過程中，可有利于剪切敏感性成分，并且在制備彼此僅稍稍不同的若干產品時有助于改善物流操作。發明簡介本專利申請涉及制備液體清潔組合物的方法，所述方法包括下列步驟提供包含水和至少一種其它組分的水相，所述其它組分選自陰離子表面活性劑、輔助表面活性劑、調理聚合物、沉積聚合物；在層狀相中提供表面活性劑，其中所述層狀相包含所述層狀相中約50%至80%的一種或多種活性表面活性劑；在高剪切裝置中按水相與層狀相的流量比混合所述水相和所述層狀相，以獲得如下液體清潔組合物，其中所述液體清潔組合物在Imm 長度標度下是均勻的，并且在Ι/sec剪切速率下具有小于1001^-s的粘度。附圖簡述
圖1是水、月桂基硫酸鈉和(層狀)70%月桂基聚氧乙烯醚-1硫酸鈉的相圖。圖2是圖1中的相圖，其中示出了已知方法和本文所述并且受權利要求書保護的方法在所述相圖中的理論移動。發明詳述本專利申請提出的方法使層狀相中的濃縮型表面活性劑通過高剪切裝置，將層狀相中的濃縮型表面活性劑稀釋至各向同性相，而不遭遇高度粘稠的中間相。此外，已發現，在所提出的小心控制水相與層狀相流量比的方法中，可經由高能混合將所述層狀相直接稀釋到清潔組合物中；即將層狀相物流中的濃縮型表面活性劑與已經包含不同于水的組分的水相物流混合。實際上，水相中存在非水組分，改善了水相的泵送能力，擴寬了能夠實施關鍵性稀釋操作的設備范圍，使得稀釋步驟能夠在與其它更常規設備操作共用的設備中實施。本發明的關鍵在于確定這些非水水相組分對致使成功稀釋的流量比的影響。優選使用旨在制備產品的實際設備，或在研究實驗室中常見的比例縮小型生產設備上進行測定。如下文實施例中所示的方法是以不同的水相與層狀相流量比，將本發明的水相和層狀表面活性劑泵送到高剪切混合設備中。然后收集離開混合器的組合物，并且分析測定所考慮的每種流量比下稀釋實驗的成功情況。成功稀釋是指由含水物流與濃縮型表面活性劑層狀相物流混合所得的物流在Imm 長度標度下是均勻的，并且在Ι/sec剪切速率下表現出小于1001^-s的粘度，以致可充分流動用于下游加工操作。將需要最低能量來達到所期望的均勻度，并且專業技術人員將認識到，該最低能量將取決于所用的高能混合器以及所研究的組合物。最好將測定粘度的溫度確定為制備期間生產線上稀釋操作的溫度。就其中兩股進料物流處于不同溫度的情況而言，如提高一種組分相(例如高熔點組分)流動性的情況，適宜的溫度是混合組合物的溫度。例如，室溫下實施的方法將具有25°C下測得的粘度。高加工溫度將致使粘度在高于 25°C的溫度例如40°C下測定。本領域的專業技術人員將認識到，本發明可在一定的流量比范圍內產生效果，但是通常期望保持盡可能低的比率以使稀釋過程所需的水相量最小化，對于更濃的清潔組合物而言尤其如此。因此，我們定義“最小流量比”(MFR)為恰好滿足上段所述粘度閾值的比率。在一個實施方案中，測定包含高含量表面活性劑(按所述組合物的重量計大于20 重量％ )的清潔制劑流量比。圖1示出了 70%月桂基聚氧乙烯醚-1硫酸鈉(SLElS) ,29% 月桂基硫酸鈉和水的混合物的相行為，按所加入的基準繪制。從水、月桂基硫酸鈉和(層狀)70%月桂基聚氧乙烯醚-1硫酸鈉三部分混合物的圖1表示中可以看出，在一定的組成范圍內形成凝膠相。該“中間相”(1)是高度粘稠的并且難以溶解，如果遭遇該相，則生產過程中需要額外的能量，并且時間延長。其它相包括層狀相( 和各向同性相(3)。在本文所述方法的一個實施方案中，以一定的方式將SLElS 加入到水相混合物中以避免“中間相”。高剪切裝置中表面活性劑的活性濃度必須小于各向同性相和中間相之間的邊界； 同樣，該邊界可主要取決于某些水相成分的含量。相反，如果流量比使得表面活性劑過稀 (水更多)，則最終產品中不可能達到所期望的表面活性劑活性。通常，進入高剪切裝置的流量比將介于所考慮組合物MFR的1. 0至3. 0倍之間。圖2中注意到本文方法與先前方法在表面活性劑稀釋方面的區別，并且本文所述方法能夠獲得采用首先稀釋層狀表面活性劑的常規方法無法獲得的某些具有高含量表面活性劑的組合物(按所述組合物的重量計大于20重量％ ) (4)。如本文所用，“高剪切裝置”是混合物通過所述裝置時向所述混合物賦予最低即 3kJ/kg能量密度的裝置。就旋轉裝置(例如IKA轉子-定子研磨)而言，能通過用功耗除以質量流量大致計算出來。就靜態裝置(例如靜態混合器或SONOLATOR )而言，可按裝置上的壓力損失除以材料密度計算出能級。在一個實施方案中，所述高剪切裝置為轉子/ 定子研磨或類似的動態混合器，其中流體通過約0. Imm至約20mm的間隙，并且旋轉端速可設為約5至約50米每秒。在另一個實施方案中，所述高剪切裝置選為靜態混合器，這是指由材料流動通過所述裝置自然引起其能量耗散的混合設備，其中通過所述裝置賦予的能量密度為 10-10，000J/kgo在一個實施方案中，所述方法在單程通過混合設備時發生。在另一個實施方案中， 將層狀表面活性劑加入到再循環管線中，其中收集高剪切裝置的輸出物，并且以與附加層狀表面活性劑的可控流量比再循環到高剪切裝置中。在另一個實施方案中，將層狀表面活性劑加入到再循環管線中。在另一個實施方案中，將水相至少部分地加入到再循環管線中。 在另一個實施方案中，使水相至少部分地通過高剪切裝置，并且至少部分地加入到高剪切裝置后的液體清潔組合物中。由本文所述方法獲得的清潔組合物等價于濃縮型清潔組合物。如本文所用，“濃縮”是指本發明方法的所得清潔組合物以二分之一至三分之一的用量提供與相似類型的傳統清潔組合物相同或更好的性能。適宜的清潔組合物包括毛發清潔組合物如洗發劑、沐浴劑組合物和洗手皂組合物。雖然本發明可降低或消除對減少中間相的水溶助長劑的需要，但是專業技術人員將認識到，本發明可與存在于任一相中或稍后加入的水溶助長劑結合使用，以控制最終產品的粘度。可用上述相同技術，評定水溶助長劑對相圖以及MFR的影響。如本文所用， 術語“有機溶劑”和“水溶助長劑”包括本領域認為是有機溶劑或水溶助長劑的那些物質。 有機溶劑的實例包括用于清潔應用的那些，并且可選自由下列組成的組醇、二醇、醚、醚醇、以及它們的混合物。典型的水溶助長劑可包括異丙基苯磺酸鹽、二甲苯磺酸鹽和甲苯磺酸鹽、以及它們的混合物。溶劑和水溶助長劑實例概述于McCutcheon’ s "Detergents and Emulsifiers” 北美版(1986 年，由 Allured Publishing Corporation 公布)；禾口 McCutcheon，s "Functional Materials” 北美版(1992 年)中。層狀相中的濃縮型表面活件劑適用于本文的層狀相中的濃縮型表面活性劑包括具有式ROSO3M和RO (C2H4O) xS03M 的烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽，其中R為具有約8至約18個碳原子的烷基或烯基，χ為1 至10，并且M為水溶性陽離子如銨、鈉、鉀和三乙醇胺陽離子，或具有兩個陰離子表面活性劑陰離子的二價鎂離子的鹽。烷基醚硫酸鹽可作為環氧乙烷與具有約8至約18個碳原子的一元醇的縮合產物。 所述醇可衍生自脂肪，例如椰子油、棕櫚油、棕櫚仁油或牛油，或可合成制得。適用于本文的附加陰離子表面活性劑的實例包括但不限于十二烷基硫酸銨、月桂基聚氧乙烯醚硫酸銨、月桂基硫酸三乙基胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸三乙基胺、月桂基硫酸三乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺、月桂基硫酸單乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸單乙醇胺、月桂基硫酸二乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸二乙醇胺、月桂酸甘油單酯硫酸鈉、月桂基硫酸鈉、月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉、月桂基聚氧乙烯醚硫酸鉀、月桂基肌氨酸鈉、 月桂酰肌氨酸鈉、肌氨酸月桂酯、椰油基肌氨酸、椰油基硫酸銨、十二烷酰基硫酸銨、椰油基硫酸鈉、月桂酰硫酸鈉、椰油基硫酸鉀、月桂基硫酸鉀、椰油基硫酸一乙醇胺、十三烷基聚氧乙烯醚硫酸鈉、十三烷基硫酸鈉、甲基月桂酰牛磺酸鈉、甲基椰油基牛磺酸鈉、月桂酰羥乙基磺酸鈉、椰油基羥乙基磺酸鈉、月桂基聚氧乙烯醚磺基琥珀酸鈉、月桂基磺基琥珀酸鈉、 十三烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、以及它們的混合物。在一個實施方案中，使用月桂基聚氧乙烯醚硫酸銨或月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉， 其中獲得具有平均0. 7至3摩爾乙氧基部分每分子的環氧乙烷縮合產物。在一個實施方案中，選擇具有平均1摩爾乙氧基部分每分子的月桂基聚氧乙烯醚硫酸銨或月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉。含水相組合物除了水以外，清潔組合物中的水相還包含其它組分，如附加的陰離子表面活性劑、 調理聚合物、沉積聚合物、輔助表面活性劑、調理劑、結構劑、遮光劑、香料或其它任選成分。在一個實施方案中，所述組合物包含按所述組合物的重量計約3重量％至約40重量％，或約5重量％至約25重量％，或約10重量％至約20重量％，或約3重量％至約15 重量％，或約3重量％至約10重量％的陰離子表面活性劑(不是層狀相中的濃縮型表面活性劑)。所述陰離子表面活性劑包括但不限于乙氧基化或非乙氧基化的支化和非支化類型的癸基和十一烷基硫酸鹽；癸醇改性的月桂基硫酸鹽；由Clariant Company出售的具有C13-C17鏈長的鏈烷磺酸鹽；通常被稱為LIAL 和NEODOL 烷基硫酸鹽或醇硫酸鹽的乙氧基化或非乙氧基化的具有C12-C17碳鏈長度的直鏈和支鏈醇硫酸鹽的混合物；羥乙基-2-十二烷基醚硫酸鈉鹽或羥乙基-2-癸基醚硫酸鈉鹽(得自Nippon Shokubai Inc.， 并且任一種或二者在本文中被稱為“NSKK乙氧基硫酸鹽”)；一乙氧基化月桂基烷基硫酸鹽；以及它們的混合物。調理聚合物本文適用于水相的調理聚合物可包括陽離子聚合物。在清潔組合物的預期應用 PH下，適宜的陽離子聚合物具有至少約0. 3meq/gm,典型至少約0. 5meq/gm，通常至少約 0. 7meq/gm,而且一般小于約7meq/gm，典型小于約5meq/gm的陽離子電荷密度。所述組合物的預期用途的PH —般在約pH 3至約pH 9，典型在約pH 4至約pH 8的范圍內。適宜的陽離子聚合物將一般具有范圍在約1，000至約10，000, 000,典型約10，000至約5，000, 000， 通常約20，000至約2，000, 000內的平均分子量。除非另外指明，本文所用的所有分子量為重量平均分子量，以克/摩爾表示。可通過凝膠滲透色譜法(“GPC”)，以30°C的柱溫和0. 9ml/min的流量，使用配備兩根串聯水凝膠柱(Waters Ultrahydrogel Linear，6 至 13um，7. 8 X 300nm GPC 柱，部件號011M5)的Alliance HPLC(Waters 2695分離模塊)，并且使用檢測器溫度均為30°C的 Viscotek 300型TDA(三元檢測器陣列)、光散射檢測器(單角度，90° )、粘度檢測器和折射指數檢測器，通過使用得自 American Polymer Standards Corporation (Mw = 788, 000) 的普魯蘭多糖窄標準物P-800以及25至100 μ 1注射體積并且采用0. 147的dn/dc而形成的方法，測定重均分子量。根據GPC方法測定重均分子量的其它詳情描述于美國專利公布 No. 2003/0154883A1 中。本文所用術語“電荷密度”是指構成聚合物的單體單元上的正電荷數與所述單體
單元的分子量的比率。電荷密度乘以聚合物分子量決定給定聚合物鏈上的正電荷位點數目。適宜的陽離子聚合物可包含含有陽離子氮的部分，如季銨或陽離子質子化氨基部分。陽離子質子化的胺可以為伯胺、仲胺或叔胺(通常為仲胺或叔胺)，其取決于組合物的具體類型和選定的PH。任何陰離子抗衡離子都可以與陽離子聚合物聯合使用，只要該聚合物在水中、在清潔組合物中或在清潔組合物的凝聚層相中保持溶解，并且只要該抗衡離子與清潔組合物的組分在物理上和化學上是相容的，或換句話講該抗衡離子不會不當地損害產品的性能、穩定性或美觀性。此類抗衡離子的非限制性實施例包括鹵素離子(例如氯離子、氟離子、溴離子、碘離子)、硫酸根和甲酯硫酸根。上述聚合物的非限制性實例描述于Estrin、Crosley和Haynes編輯的CTFA Cosmetic Ingredient Dictionary,第三片反，(The Cosmetic, Toiletry, and Fragrance Association, Inc.，Washington，D. C. (1982年))。合適的陽離子聚合物的非限制性實施例包括具有陽離子質子化胺或季銨官能團的乙烯基單體與水溶性間隔單體的共聚物，所述水溶性間隔單體如丙烯酰胺、異丁烯酰胺、烷基丙烯酰胺和二烷基丙烯酰胺、烷基異丁烯酰胺和二烷基異丁烯酰胺、丙烯酸烷基酯、異丁烯酸烷基酯、乙烯基己內酯或乙烯基吡咯烷酮。用于包括在本文的組合物的陽離子聚合物中的合適陽離子質子化氨基和季銨單體包括用丙烯酸二烷基氨基烷基酯、異丁烯酸二烷基氨基烷基酯、丙烯酸單烷基氨基烷基酯、異丁烯酸單烷基氨基烷基酯、三烷基異丁烯酰氧基烷基銨鹽、三烷基丙烯酰氧基烷基銨鹽、二烯丙基季銨鹽取代的乙烯基化合物，以及具有諸如吡啶像、咪唑徽和季銨化吡咯烷酮等陽離子含氮環的乙烯基季銨單體，例如烷基乙烯基咪唑鐵、烷基乙烯基吡啶鐓、烷基乙烯基吡咯烷酮鹽。可用于所述組合物的其它合適陽離子聚合物包括1-乙烯基-2-吡咯烷酮和 1-乙烯基-3-甲基咪唑像鹽(例如，鹽酸鹽)的共聚物(在本行業被化妝品、梳妝用品和香料協會(Cosmetic, Toiletry, and Fragrance Association) “CTFA，，，稱為聚季銨鹽-16)； 1-乙烯基-2-吡咯烷酮和二甲氨基甲基丙烯酸乙酯的共聚物(在本行業被CTFA稱為聚季銨鹽-11)；含有陽離子二烯丙基季銨的聚合物，包括例如二甲基二烯丙基氯化銨均聚物、 丙烯酰胺與二甲基二烯丙基氯化銨的共聚物(在本行業被CTFA分別稱為聚季銨鹽-6和聚季銨鹽-7)；丙烯酸的兩性共聚物，包括丙烯酸與二甲基二烯丙基氯化銨的共聚物(在本行業被CTFA稱為聚季銨鹽-2 、丙烯酸與二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺的三元共聚物 (在本行業被CTFA稱為聚季銨鹽-39)以及丙烯酸與異丁烯酰氨基丙基三甲基氯化銨和異丁烯酸酯的三元共聚物(在本行業被CTFA稱為聚季銨鹽-47)。適宜的陽離子取代的單體為陽離子取代的二烷基氨基烷基丙烯酰胺、二烷基氨基烷基異丁烯酰胺以及它們的組合。 這些適宜的單體符合式(III)
κ3X-
R2-Jli-R4
I
(CH2)n NH
I
C=O
I
-(CHb—Cl-
k1
式(III)其中式(III)中的R1為氫、甲基或乙基；式(III)中的R2、R3和R4各自獨立地為氫或具有約1至約8個碳原子，典型約1至約5個碳原子，通常約1至約2個碳原子的短鏈烷基；式(III)中的η是值為約1至約8，典型約1至約4的整數；并且式(III)中的X為水溶性抗衡離子如鹵離子。與式(III)中的R2、R3和R4連接的氮可以是質子化胺(伯胺、 仲胺或叔胺)，但是典型地為季銨，其中式(III)中的R2、R3和R4分別為烷基，其非限制性實例是可以商品名POLYCARE 133 得自 Rhone-Poulenc (Cranberry，N. J.，U. S. A.)的聚甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨。其它適用于組合物中的陽離子聚合物包括多糖聚合物，如陽離子纖維素衍生物和陽離子淀粉衍生物。適宜的陽離子多糖聚合物包括符合式(IV)的那些
8
權利要求
1.一種制備液體清潔組合物的方法，所述方法包括以下步驟-提供包含水和至少一種其它組分的水相，所述其它組分選自陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑、調理聚合物、沉積聚合物和增稠聚合物；-在層狀相中提供表面活性劑，其中所述層狀相包含所述層狀相中約50%至80%的一種或多種活性表面活性劑；-在高剪切裝置中按所述水相與層狀相的流量比混合所述水相和所述層狀相以獲得如下液體清潔組合物，其中所述液體清潔組合物在Imm長度標度下是均勻的，并且在Ι/sec剪切速率下具有小于lOOI^a-s的粘度。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述高剪切裝置內的所述水相在Ι/sec剪切速率下的粘度為0. 004至401^-8。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述液體清潔組合物在Ι/sec剪切速率和25。C溫度的粘度介于約2和約IOOI3a-S之間。
4.如權利要求1所述的方法，其中層狀相中的所述表面活性劑為具有0.7至3. 0個乙氧基部分每分子的月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉或月桂基聚氧乙烯醚硫酸銨。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述水相包含水和調理聚合物。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述方法單程完成。
7.如權利要求1所述的體系，其中所述高剪切裝置為動態(旋轉)混合器，所述混合器內包含一個或多個高剪切區域，在至少一個區域內的最小尺寸為約0. Imm至約20mm。
8.如權利要求7所述的體系，其中所述動態混合器具有每秒5至50米的端速。
9.如權利要求1所述的體系，其中所述高剪切裝置為靜態混合器，所述靜態混合器是指由所述材料流入所述裝置中而自然引起其能量耗散的混合設備。
10.如權利要求9所述的體系，其中向通過所述裝置的每單位流體賦予的能量為 10-10，000J/kg。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述方法還包括將至少一種剪切敏感性助劑加入到所述液體清潔組合物基料中的步驟。
全文摘要
本發明申請提出的方法使層狀相中的濃縮型表面活性劑通過高剪切裝置，將層狀相中的濃縮型表面活性劑稀釋至各向同性相，而不遭遇高度粘稠的中間相。
文檔編號C11D11/00GK102459554SQ201080025370
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月8日 優先權日2009年6月8日
發明者G.M.懷斯 申請人:寶潔公司