專利名稱::制備洗滌劑組合物的方法
技術領域:
:本發明涉及皂的制備。更具體地說,本發明涉及在皂的制備中在犁頭混合機中皂化的新方法。制皂大致可分為間歇法和連續法。間歇法在當今制皂方法中被逐漸淘汰,但由于連續法的高投資和工藝的復雜性,間歇法在鄉村和中、小皂生產廠中還普遍使用。制皂的間歇工藝可通過以下方法油的皂化來完成i)冷卻工藝之后接著進行框架冷卻,ii)半煮沸工藝之后接著進行框架冷卻,iii)全煮沸工藝之后接著進行框架冷卻或在真空下模壓冷卻或噴淋冷卻。雖然大體上這三種方法非常近似,這在于它們都在使用或不使用機械混合下,在鍋/釜(在常壓條件下的矩形平底容器)中進行油皂化反應,然而它們在整個工藝的費用和成品的質量方面又各不相同。連續方法比間歇方法優選,主要是由于生產時間顯著降低和有高的產率。在標準間歇方法中,將油轉化為成品的時間可在24-40小時之間,而在連續方法中,所需時間可在2-4小時之內。連續法一般包括連續的皂化方法,已發現它在工藝成本方面是有效的,也使產品質量得到改善。然而連續法需要高資本投資和有效操作設備的復雜的控制系統,這對成品的價格有影響。在連續皂化方法中,幾種已知的用堿皂化脂肪的工藝是a)高壓皂化方法,然后進行尖速分離,b)在溶劑中加壓皂化,然后進行快速分離,c)在常壓下進行皂化,d)借助于離心分離制備皂。有幾篇涉及到混合機和皂化反應的專利和非專利文獻,包括JP4264200、JP4072399和SU1144367,它們使用高剪切混合機進行皂化反應。JP4264200公開了使用高剪切混合機進行脂肪酸的中和反應,該脂肪酸與某些組分的混合物一起制得用于洗衣的顆粒皂。JP4072399和SU1144367涉及中和脂肪酸的方法,但沒有除去干燥步驟。其它已提出的建議是通過省略或基本上降低干燥所需的能量以解決生產低水分皂的問題,這些建議是US2730539、3658146和2753363中提出的。在我們待審查的申請399/BOM/95中,公開了一種使用高剪切捏和混合機的改進的間歇皂化工藝。所說的待審查申請特別指出可使用高剪切捏和混合機例如西格碼混合機,在制備皂,尤其是最經濟的制備洗衣皂條的情況下通過混合的堿體系使油和/或脂肪酸的混合物進行皂化反應,該方法保持了最佳組成、工藝條件并且不需要經過附加的干燥步驟。具體講,該待審的申請的
發明內容是一種制備皂的方法,包括i)在高剪切捏和混合機中,用蘇打粉和苛性鈉,(混合堿)皂化油和脂肪酸的混合物。該反應首先用蘇打粉進行,接著用氫氧化鈉(苛性鈉)進行;ii)向混合機中摻入其它組分形成捏塑體;iii)機械加工該捏塑體以生產模壓皂條。本發明的目的是提供一種生產皂或含皂的洗滌劑組合物,例如洗滌劑條或粉的方法,該方法就組分和產品特性而論是靈活的,在操作方面是簡單和快速的。本發明的另一個目的是提供可用于生產包含脂肪酸皂和非皂表面活性劑的混合物的所謂“復合皂”的方法。本發明的再一個目的是提供生產特殊皂如透明皂、高脂肪皂等的方法。因此,本發明提供了一種生產包含皂的洗滌劑組合物的方法,該方法包括在犁頭混合機中皂化油和/或脂肪的步驟。本發明方法可提供由在制皂中通常使用的原料生產各種水分含量的皂的方法,這些原料包括油和/或脂肪,例如甘油三酯和脂肪酸、苛性鈉、蘇打粉和/或堿,例如三乙醇胺,在該方法中,在形成皂塊之前,是使用常規方法,基本上減少或基本上完全省去干燥皂的步驟。然而,使用本發明的方法也可很容易地制備皂粉。本發明的方法可提供一種在一般常壓和常溫條件下快速生產皂的方法,其中可基本上將化學計算量的甘油三酯和/或脂肪酸和苛性鈉和/或蘇打粉加工制得具有水分含量約10%-25%(重)的非粘性皂。本發明還提供一種由常規制備皂的原料的混合物生產專用的洗滌復合皂塊的快速方法,所說的原料例如脂肪酸、甘油三酯、苛性鈉和/或蘇打粉和非皂表面活性劑如非離子類、陰離子類、兩性類和陽離子類表面活性劑。本發明還提供一種生產特殊皂如透明皂、全部飽和的脂肪酸皂和超脂肪皂的方法。我們已發現除了其它高剪切捏和混合機例如西格碼混合機之外,在犁頭混合機中也可以通過有效的皂化反應來生產高質量皂。在高剪切捏和混合機中生產的皂的總脂肪物質的含量和可用蘇打粉中和的脂肪酸的含量,如在我們待審的申請399/BOM/95中描述的分別為20-60%(重)和50%。如在本發明中描述的在犁頭混合機中的皂化反應可生產具有總脂肪物質含量為20-80wt%的皂。與蘇打粉反應的脂肪酸的含量可高至70%。本發明可以使用具有碘值(IV)在0-60之間的脂肪和油。本發明可制得具有水分含量在5-30%(重)范圍的洗滌劑組合物。該堿性體系可包括(數量按堿體系的百分數計)0-70%蘇打粉、0-100%氫氧化鉀和0-100%氫氧化鈉。優選地是,第一步皂化反應之后接著在高剪切捏和混合機例如西格碼混合機中進行捏和。本發明的方法可在基本上無任何單獨的干燥步驟下進行。本發明可使用以下組分直接生產復合皂塊陰離子類表面活性劑烷基醚硫酸鹽、烷基硫酸鹽、磺基琥珀酸單和二酯、α-烯烴磺酸鹽、仲烷烴磺酸鹽、羥烷烴磺酸鹽、烷基酰胺醚硫酸鹽、脂肪酸縮合產物、脂肪酸甲酯牛磺酸鹽、脂肪酯羥乙磺酸鹽、單甘油酯硫酸鹽、烷基芳基磺酸鹽、磷酸酯、脂肪酸酯磺酸鹽。非離子類表面活性劑乙氧基化脂肪醇、乙氧基化烷基酚、脂肪酸乙氧基化物、糖酯、脂肪胺氧化物、聚乙二醇醚、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、脂肪酸單甘油酯、環氧乙烷-環氧丙烷嵌段共聚物、脂肪酸烷醇酰胺。兩性表面活性劑烷基甜菜堿、烷基咪唑啉甜菜堿、烷基磺基甜菜堿、酰胺基烷基甜菜堿、烷基β-氨基丙酸鹽。陽離子表面活性劑氯化二硬脂基二甲基銨、氯化芐基二甲基硬脂基銨。本發明可允許產品有附加的特性或在混合步驟中加入次要組分。例如,可加入以下組分特性表面活性劑聚硅氧烷和聚硅氧烷的衍生物;聚合物聚乙烯醇、聚電解質、聚丙烯酸鹽、聚乙二醇;特性組分甘油、乳酸、山梨糖醇和防腐劑如有機磷酸鹽、乙二胺四乙酸、檸檬酸、己二酸、酒石酸、叔丁基羥基氫醌、丁基化的羥基茴香醇、丁基化的羥基甲苯;電解質焦磷酸四鈉、三聚磷酸鈉、正磷酸四鈉、碳酸鈉、堿性硅酸鹽、中性硅酸鹽、硫酸鈉、硼酸鹽、碳酸氫鈉、鋁酸鈉、偏硅酸鹽、鹽;有機聚合物和化合物羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素、改性的淀粉和淀粉;無機物水合的硅酸鎂、水合的硅酸鋁、硅鋁酸鈉、硅鋁酸鈣。犁頭混合機一般包含在中間處的一個具有轉動軸的大的靜態的空心機筒。該軸上安裝有幾種不同類型的葉片,其中一些包括犁頭。該軸可以30至300rpm的速度轉動,具體取決于工藝條件。優選該軸是以50-150rpm速度轉動。軸上的葉片使可在混合機中被混合的固體和液態進行徹底的混合。物料在設備中的平均停留時間取決于轉動速度、葉片的位置和在出口處的排料位置。該犁頭混合機也可以有高速切刀,包括安裝在短軸上的多個短葉片以抑制附聚作用。切刀以1400至3000rpm速度,優選2000至3000rpm速度轉動。該犁頭混合機優選包括Lodige(商標)循環機,例如CB30循環機。可以使用其它類型的犁頭混合機。該犁頭混合機非常普遍地用于需要洗滌劑粉末造粒的工藝中,并通過干性的中和反應制得粉末。一般,犁頭混合機在混合粉末的工藝中完成以下工作混合組分、使顆粒附聚/脫附聚、統一平均顆粒度和使物料層次化。因此,該混合機主要設計用于處理洗滌劑粉末,不能用于皂成分的生產,皂成分可直接模壓成條塊。在皂化之后,皂組合物可進一步用現有技術中標準方法處理。這種進一步的處理可包括冷卻、壓條、碾磨和/或模壓成皂塊。圖1是說明本發明方法的方塊圖,其中加熱的脂肪物料直接加入含有預定數量的蘇打粉的犁頭混合機中。苛性鈉物料接著劑量加入該混合機中。圖2中說明了所設置的原型裝置的工藝流程圖。圖3中說明了該混合機的示意圖。在圖2中,犁頭混合機用示意圖表示在1處,其由馬達2驅動。所示的投料管路3、4、5和6用于添加液體組分。投料管路3用于從容器7中提供油和/或脂肪。泵8用于以可接受的流速向混合機中輸送相對粘性的油。苛性鈉通過管路4從容器9中被輸送。管路5和6從容器10和11中提供次要組分例如香料等。流料槽12用于進料固體組分例如蘇打粉和鹽。排氣管路13用于除去在皂化過程中放出的例如二氧化碳氣體。壓條設備14示意表示在由犁頭混合機得到的混合物的出口處。其與三輥碾磨機15相連,該碾磨機可生產皂條16或在17處的模壓皂。圖3更詳細地表示犁頭混合機。該混合機包含水平安裝的一般為筒形的外殼18。中心軸19是在兩端被支承的樞軸并由馬達20驅動。外殼18被支承在機腿21上。所示投料管路22和23是設計進入混合機的內部以噴射液體組分,使之均勻遍布混合機中。所示的投料入口24可在各種位置以計量次要組分的數量。軸19有多個從其上伸展的臂25。在每個臂的末端有一個犁頭,當其處于運動時,畫出弧線路徑接近于外殼18的內壁。在犁頭葉片運動位置的外部,有多個切刀26,其包含固定在小的短軸上的多個葉片,為了粉碎物料塊,所說的短軸以高速轉動。圖中示出了固體物料的投料槽27。該投料槽包含用于排氣管路的支管28。按以下制備標準78%TFM/13%水分的批料。將預稱重數量的蘇打粉和鹽從投料槽的上部加進混合機中。把該混合機的犁和斧接通電源,將化學計量的蒸餾過的脂肪酸(DFA)和苛性鈉加入混合機中。DFA是通過三個噴嘴噴入混合機中的,同時讓苛性鈉通過重力滴流下去。對于700-800kgDFA,投料時間一般為10-15分鐘。投料階段之后立即進行10-15分鐘相混合。混合階段確保反應進行完全和確保在大部分物料中不存在未反應的脂肪酸。在犁頭混合機中制備批料的步驟列于下表中。<>向該混合機的皂化物質中加入0-60%(重)水不溶性結構劑,例如水合硅酸鋁、水合硅酸鎂、碳酸鈣等,0.5-6%(重)電解質例如堿性硅酸鹽、氯化鈉、蘇打粉、硫酸鈉等,5.0-30.0%(重)水。在此階段也可加入其它次要組分。根據本發明的另一方面,提供了一種在犁頭混合機中制備的皂組合物,包含20-80%(重)總脂肪物質,0-60%(重)水不溶性結構劑,0.5-6%(重)電解質,5.0-30%(重)水,0-20%(重)合成(非皂)表面活性劑,0-10%(重)有機聚合物和化合物,0-10%(重)特性組分。使用犁頭混合機得到的混合物進了幾種實驗,它們的細節在以下的非限制性實施例中說明。實施例實施例1中和反應制得50TFM條塊(批料量30kg)將15kg脂肪酸加熱至80℃。向混合機中加入0.312kg蘇打粉。單獨稱重4.51kg苛性鈉(47%濃度)并備加料之用。合上混合機的電門,將主犁的rpm調至大約200,斧的rpm調至2500。在20分鐘內,將脂肪酸和苛性鈉同時加入該混合機中。在加完脂肪酸和苛性鈉之后,再將物料混合5分鐘。使混合機停止工作,用酚酞指示劑檢查物料的pH。加入25克苛性鈉(47%)的等分試樣,在這種情況下,在混合機中的物料不表現出桃紅色。在酚酞上保證顯示略微的桃紅色之后,這指示中和反應完全,向混合機中加入8.45kg水合硅酸鎂、0.122kg鹽、0.36kg蘇打粉和其它次要組分(遮光劑、防腐劑、香料等)。使混合機再運轉10分鐘。在室溫下使混合機中的內容物冷卻15分鐘,然后使之在具有最大10英毫縫隙的三輥碾磨機中碾磨。然后該碾磨的物料在雙螺旋擠壓機中模壓成皂條,所說的擠壓機在桶中有冷卻水循環。把皂條切塊、打印和包裝。用以下描述的步驟測試該皂塊的使用性質,其與常規(攪和機/馬佐尼法)路線制備的相同配方的產品相比較。結果列于表I中。實施例2中和反應制得78TFM(批料量30kg)將23.4kg脂肪酸加熱至80℃。向混合機中加入0.510kg蘇打粉。單獨稱重7.360kg苛性鈉(47%濃度)并備加料之用。合上混合機的電門,主犁的rpm調至大約200,斧的rpm調至2500。在30分鐘內,將脂肪酸和苛性鈉同時加入該混合機中。在加完脂肪酸和苛性鈉之后,再使混合機混合5分鐘。使混合機停止工作,用酚酞指示劑檢查物料的pH。加入25克苛性鈉(47%)的等分試樣,在這種情況下,在混合機中的物料不表現出桃紅色。在酚酞上保證顯示略微的桃紅色之后,這指示中和反應完全,向混合機中加入其它次要組分(遮光劑、防腐劑、香料、染料等)。使混合機再運轉10分鐘。在室溫下使混合機中的內容物冷卻15分鐘,然后使之在具有最大10英毫縫隙的三輥碾磨機中碾磨。然后該碾磨的物料在雙螺旋擠壓機中模壓或皂條,所說的擠壓機在桶中有冷卻水循環。把該皂條切塊、打印和包裝。按上述方法測試該皂塊的使用性質,其與常規(攪和機/馬佐尼法)路線制備的相同配方的產品相比較。結果說明在表II中。實施例3中和反應制得用于透明皂的基料(批料量15kg)透明皂通常用所謂的半煮沸法制備,在該皂中有大量的醇、甘油或糖。該生產工藝及添加的組分有助于最佳透明性的適當的相結晶結構的形成。通常將脂肪酸/甘油三酯和氫氧化鈉加入鍋中來制備該皂。然后將該皂排入冷卻器中,在那里皂被驟冷。然后將該皂放在具有濕度和溫度控制的爐中熟化大約55-60天直至得到最佳透明度。我們描述了一種通過如上述的新路線生產透明皂的方法。稱重以下組分脂肪酸月桂酸片狀物2.475kgHysteric酸片狀物3.960kg油酸3.465kg水0.400kg甘油1.200kg聚乙二醇15000.450kg氯化鈉0.120kg堿性混合物氫氧化鈉(47%)2.840kg氫氧化鉀(50%)0.420kg防腐劑/香料0.354kg(Hysteric酸包括55%(重)棕櫚酸和45%(重)硬脂酸這些脂肪酸的混合物。)將PEG1500,甘油和脂肪酸的混合物預熱至75-80℃。將該混合物和堿性混合物在大約15分鐘內同時倒入混合機中。主犁的rpm和斧的rpm分別固定為220和2500。將該物料再混合10分鐘,之后加入防腐劑,該物料再混合10分鐘。從混合機中取出物料并將其放入西格碼混合機中,在那里加入香料。把該物料再混合10小時直至物料開始表現出透明的外觀。在分別具有8英毫和6英毫碾磨縫隙的三輥碾磨機中將該皂碾磨兩次。最后模壓該皂并磨成皂片。實施例4使用以下組分制備零碘值復合皂塊(批料量20kg)脂肪酸月桂酸片狀物2.5kg肉豆蔻酸片狀物3.2kg棕櫚酸片狀物3.8kg硬脂酸片狀物3.1kg中和堿體系碳酸鈉0.6kg氫氧化鈉(47%)3.0kg非皂表面活性劑月桂醚硫酸鈉(38%)4.6kg防腐劑/香料/鹽0.044kg將2.3kg非皂表面活性劑與在80℃下預熱的脂肪酸混合。在大約15分鐘內同時將該混合物和堿混合物(首先是蘇打粉,然后是氫氧化鈉)倒入混合機中。主犁的rpm和斧的rpm分別固定在220和2500。將該物料再混合10分鐘,之后加入防腐劑和鹽,該物料再混合10分鐘。從該混合機中取出物料并將其放入西格碼混合機中,在那里加入香料和剩余的SLES。把該物料混合約10分鐘,在與實施例3具有相同構造的三輥碾磨機中碾磨兩次并模壓。將模壓的皂最終磨成所需形狀的皂片。實施例5使用高至70%蘇打粉中和脂肪酸的工藝(批料量1000kg)在如圖2中所示的工廠規模的原型機上試驗以下實例。蒸餾的脂肪酸(42IV,20CoCo)760kg氫氧化鈉(47%)76.0kg蘇打粉111.1kg水128.0kg鹽7.000kg防腐劑2.000kg對于該試驗使用具有主犁rpm為70和斧的rpm為2500的混合機。將蒸餾過的脂肪酸加熱至100℃,將其加入含有全部蘇打粉和水的犁頭混合機中。重要的是要注意讓吹風機(見圖2)連續工作,同時連續投料DFA。在DFA已投料70%之后,暫時停止DFA的投料,使物料混合10分鐘。然后在5分鐘間隔內將苛性鈉投料入混合機中。將物料再混合5分鐘。加入防腐劑,再攪動物料5分鐘。最后將物料加入擠壓機中,在那里將物料壓成皂條。然后將皂條運至包裝線,在那里它們作為任何其它常規的皂條使用。實施例6使用由甘油三酯和游離脂肪酸(FFA)構成的脂肪物料的工藝。(批料量20kg).脂肪混合物粗棕櫚硬脂(無FFA)6.24kg棕櫚脂肪酸蒸餾物(85%FFA)6.24kg月桂酸片狀物(全部為FFA)3.12kg中和堿體系氫氧化鈉(47%)4.95kg其它鹽0.16kg防腐劑0.30kg將95℃預熱的脂肪混合物和苛性鈉在大約15分鐘內同時倒入混合機中。主犁的rpm和斧的rpm分別固定為220和2500。將該物料再混合10分鐘,之后加入防腐劑和鹽,將該物料再混合10分鐘。從混合機中取出物料,將其放入西格碼混合機中。將該物料混合約10分鐘,在與實施例3具有相同構造的三輥碾磨機中碾磨兩次并模壓。將模壓的皂最終磨成所需形狀的皂片。產品的檢測方法1、泡沫在試驗之前,將皂片進行初次的10次轉動沖洗。操作人員用濕手使用濕皂片,用手將皂片轉動15次,然后將皂片放在一邊,使手上的液體起泡。將手中產生的泡沫卸入有刻度的圓量筒中。從圓量筒上的讀數給出泡沫的體積。由5個不同的操作人員重復同樣的步驟。這樣所得到的五個數值的平均值就為該配方的泡沫體積。該試驗是使用4°和24°硬度的水進行的。2、砂性皂的砂性試驗是主觀的,由一組訓練的專業操作人員來進行。將皂在20℃的自來水中轉動,然后由操作人員感覺其表面的粗糙性,用1-10個等級報導出。3、消耗速度在手上沿邊使皂片進行180°的翻轉40次來沖洗皂片。每天每個操作人員將皂片洗滌5次。該操作重復4天。小組成員由5個訓練的操作人員組成。經過四天之后,由該皂塊的重量損失給出消耗速度百分數。4、硬度皂塊的硬度是由標準針入度計測定的。使針入度計的尖部在已知重量下刺入皂塊中并經過一固定的時間。針入度計的穿透深度報導為(用1/10mm)皂塊的穿透度值。表I產品的測定數據犁頭混合機方法與攪和機馬佐尼方法的比較(50TEM)對照50TFM攪和機/馬佐尼實驗的50TFM犁頭混合機CD脂肪物料的性質42IV/20CNO42IV/20CNO%消耗24.925.9-泡沫4°H3493557.0泡沫24°H3183238.0砂性7.67.80.7針入度1/10mm10.212..30.9</table></tables>CNO=椰子油水的平均溫度26.2℃水的平均硬度4°硬度在28.7℃下的平均相對濕度66.3%CD=在5%有效值下差異的系數。表II產品測定數據犁頭混合機與攪和機馬佐尼方法的比較(78TFM)</tables>水的平均溫度26℃水的平均硬度4°硬度在28.2℃下的平均相對濕度68.3%。表III產品測定數據犁頭混合機與攪和機馬佐尼方法的比較(78TFM)水的平均溫度28.2℃水的平均硬度4°FH在29.8℃下的平均相對濕度77%。權利要求1.一種制備包含皂的洗滌劑組合物的方法,包括在犁頭混合機中皂化油和/或脂肪的步驟。2.權利要求1的方法,其中油和/或脂肪是用堿皂化的,所說的堿包括氫氧化鈉、碳酸鈉或其混合物。3.權利要求1或2的方法,其還包括另外的步驟以制得皂塊,這些步驟選自在高剪切捏和混合機中捏和、模壓、碾磨或它們的組合。4.前述任意權利要求的方法,其不存在單獨的干燥步驟。5.前述任意權利要求的方法,其中所制得的洗滌劑組合物的水分含量在10-25%(重)范圍。6.前述任意權利要求的方法,其中基本上將化學計算量的油和/或脂肪與堿混合。7.前述任意權利要求的方法,對于生產復合皂,該方法包括將油和/或脂肪、堿和非皂表面活性劑混合。8.根據前述任意權利要求的方法,對于生產透明皂,該方法還包括的步驟為在高剪切捏和混合機中處理在第一步驟制備的皂。9.根據前述任意權利要求的方法,其中總脂肪物質的碘值(IV)為0-60。10.一種在犁頭混合機中制備的含皂洗滌劑組合物,包括20-80(重)總脂肪物質;0-60%(重)水不溶性結構劑;0.5-6%(重)電解質;5-30%(重)水;0-20%(重)非皂表面活性劑;0-10%(重)有機聚合物和化合物;0-10%(重)特性組分。全文摘要本發明是為了提供一種生產皂或含皂組合物如洗滌劑條塊的方法,該方法有靈活性,可簡單和快速的操作,油和/或脂肪是在犁頭混合機中用堿皂化的。所得到的產品可含有20—80%(重)總脂肪物質,0.5—6%(重)電解質,5—30%(重)水,0—20%(重)非皂表面活性劑,0—10%(重)有機聚合物和化合物,0—10%(重)特性組分0—60%(重)水不溶性結構劑。文檔編號C11DGK1169468SQ97113659公開日1998年1月7日申請日期1997年5月20日優先權日1996年7月3日發明者A·巴提亞,S·巴特納格,V·S·巴特,R·哈里基倫,B·森申請人:尤尼利弗公司