多用的、固体清洁装置和组合物的制作方法

专利名称：多用的、固体清洁装置和组合物的制作方法
交叉参考的相关申请本申请是2004年2月10日提出的题名为“Autonomous CleaningComposition And Method.”的美国专利申请No.10/775,264的部分继续。本申请还是2004年8月24日提出的题名为“Multiuse，Solid CleaningDevice And Composition.”的美国专利申请No.10/925,331的部分继续。将上述两个申请通过参考结合在本文中。
背景技术：
本发明涉及一种多用的、固体清洁组合物。更具体地，本发明涉及用于用水清洁的组合物，其包含缓慢释放的组合物，该组合物在多重洗涤循环中提供释放到水中的稳定浓度的清洁剂。
化学清洁剂，以一种形式或其它形式，已经长久地用于从种类广泛的物品上去除污垢、油、和颗粒物质。清洗改善对物品的视觉和触感印象，杀死潜在的有害微生物，去除妨碍呼吸和视觉的微粒，并且甚至可以延长清洗物品的寿命。诸如炊具、家庭的、汽车、衣服、和人体自身的物体得益于增强的清洁剂开发。尽管本发明期望用于清洗广泛种类的物品的清洁系统，它特别地更适合用于清洗衣服，如在洗涤机中一样。
肥皂和洗涤剂是两种目前所用的最常见的清洁剂。尽管它们经常可以互换地使用，词语“肥皂(soap)”和“洗涤剂(detergent)”实际上指不同种类的化合物。
肥皂通过皂化方法制成，在皂化方法中，脂肪酸与碱反应以产生脂肪酸盐，即肥皂。肥皂可能起源于将动物脂肪或猪油与诸如木灰的碱性盐的反应。现在，它们大量地合成自动物脂肪和植物油。肥皂分子将它们的清洗能力归功于它们的两性分子结构，该结构包含由长的烃链组成的疏水部分，和在烃链的一端的由离子基组成的亲水部分。由于所述烃链，肥皂的分子不是真正地可溶于水。肥皂的许多分子将作为微团或长烃链位于簇内部和离子的、水溶性末端面向极性水的分子簇悬浮在水中。
由于这些微团形成疏水中心，它们能够溶解其它的非极性物质，比如油。一旦非极性的油性污垢溶解在肥皂微团中，微团的离子表面就互相排斥，将油滴悬浮起来并防止它们聚结。以这种方式，污垢和油被截留在所述水溶性的微团中，并用水洗掉。
肥皂的主要缺点是它们与硬水中发现的离子形成不溶解的盐(沉淀物)。这些盐，通常在Ca++和Mg++离子与肥皂分子的羧酸端反应时形成，作为浴缸皂垢环纹、硬渣和其它沉淀物从溶液中沉淀出来。将Ca++和Mg++离子交换成更加可溶的Na+离子的水软化剂可以很大地减轻这一问题。
大多数洗衣产品和许多家用清洁剂实际上含有洗涤剂，而不是肥皂。洗涤剂是一种带有疏水烃链加上磺酸盐或硫酸离子末端(而肥皂具有羧基末端)的化合物。由于洗涤剂也具有两性分子结构，它们也形成微团并以与肥皂相同的方式清洗。然而，洗涤剂具有的优点是大多数金属烷基磺酸盐和硫酸盐是水溶的。因此，洗涤剂不与水中发现的金属离子从溶液中沉淀出来。结果，洗涤剂不受硬水的抑制。另外，洗涤剂可以合成具有连续的烷基链，其更容易被厌氧菌处理槽和污水处理厂中的微生物分解或生物降解，成为更小的有机分子。
大多数洗涤剂的缺点是它们含有需要更长时间进行生物降解的添加剂。一些包含磷酸盐的成分必须在工厂中处理。磷酸盐促进藻类生长，阻塞水体和河流。洗涤剂的另一个缺点是即使经过彻底的漂洗后，它们留下令人不快的残渣。
洗涤剂当前被用在许多诸如洗碗机和洗涤机的家用电器中。目前，使用者必须按量配给洗涤剂的剂量，在每一个清洗循环前添加到清洗设备中。洗涤剂的传统包装和应用造成脏乱，耗费时间，并由于配给量过多典型地导致洗涤剂的浪费。另外，为了去除所述残渣，大多数洗衣机应用单独的漂洗循环。因此，需要额外的时间、水、和热量来完成洗涤过程。
提供一种使用不留残渣因此不需要漂洗循环的新型非洗涤剂组合物清洁剂的新型清洁系统将是本领域的重大进步。本领域的另一个进步将是提供一种生物降解的清洁剂。还有一个进步将是这种清洁剂是否由天然材料制成。提供一种制备非洗涤剂清洁剂的新方法也将是本领域的重大进步。提供一种清洗得与目前市场上的洗涤剂一样好或更好的清洁剂将是本领域的另一个进步。
而且，在许多清洗循环中用改进的、优选不用测量的或自动的定量给料而简化清洗过程和减轻由此引起的脏乱将是本领域的改进。
发明简述按照本文举例说明和广泛描述的发明，用适当的详述公开了一种多用的、固体清洁装置和清洁方法，以使一个本领域的普通技术人员能够制备和使用本发明。
所述多用清洁装置包含其包含均一量的固体形式的清洁剂，将该清洁剂设定成在洗涤和漂洗的多个循环中缓慢溶解并释放出基本上稳定量的清洁剂。所述装置可以用于诸如洗衣和洗碗应用的各种清洁应用。
所述清洁剂包括一种发泡成分、限制清洁剂的溶解度的控溶成分、作为pH调节剂的碱性制剂(alkalinity agent)、和使金属离子在水溶液中变成溶剂化物的水软化剂、和用于增强颜色透明度和亮度的荧光增白剂。发泡成分在它们产生诸如二氧化碳的气体时，通过与酸(污垢)反应和通过机械的微洗涤进行清洗。所述发泡成分优选地选自碳酸盐、碳酸氢盐、过硼酸盐、过碳酸盐、和它们的混合物。目前将过硼酸钠一水合物、过碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、和其混合物优选为发泡剂。
控溶剂是一种对溶解于水有抵抗力的物质，即水不溶性或微水溶性。它通过只在溶液中溶解平衡浓度的组合物而控制溶解度。在组合物中控溶成分的量决定溶液例如水中的组合物的平衡浓度。因此，控溶成分的量应该足以产生预先确定的清洁剂平衡浓度。同样地，清洁剂的量应该足以提供溶液中预先确定的气体量。碱性制剂的量应该足以提供溶液中预先确定的pH。水软化剂的量应该足以软化溶液中的家用水。
美国专利Nos.6,178,987、6,262,004，和6,403,551公开了一种固体清洁组合物，其含有无定型形二氧化硅作为控溶剂。无定形二氧化硅(H2SiO3)是一种优选的控溶剂，原因在于它天然发生并且是完全可生物降解的。在上述识别的专利中公开的含有无定形二氧化硅的清洁组合物中，需要小心的加热和加压以制备所述清洁组合物。已经发现商购可获得的液态形式的硅酸钾(K2O·nSiO2·mH2O)可以用于在室温下制备所述清洁组合物，不需要特别加热或加压。其它的硅酸盐，例如硅酸钠，趋向于快速溶解，可能不能提供需要的溶解度控制。然而，在一些情况下，硅酸钠可以用在本发明范围内。其它的成分可以以与前述专利中报道的近似相同的浓度进行使用。本方法的完成可以包括将所述组合物铸造或成型为选来控制表面积的形状，和将组合物固化。当通过蒸发和/或由于无水化合物吸收水分而将水耗尽时，所述组合物独立地在室温下固化。
所述水软化剂优选地是天然发生和可生物降解的材料，其能够使硬水离子成为溶剂化物，例如沸石。目前优选天然发生的沸石；然而，本发明可以应用合成的沸石，其功能在某种意义上等价于天然沸石，并且它可生物降解。水软化剂使硬离子成为溶剂化物并抑制它们与其它成分反应形成不溶于水的盐。
所述清洁剂优选地包含一种荧光增白剂，其存在的量从约0.5-8重量％，更优选地从约0.5-5重量％，和最佳地从约0.5-3重量％。清洁剂可以任选地包含芳香成分，其存在的量从约0.5-12重量％，更优选地从约1-12重量％，和最佳地从约1-5重量％。清洁剂可以任选地包含一种抗再沉淀(anti-redeposition)成分，其存在的量从约0.5-10重量％，更优选地从约0.5-5重量％，和最佳地，从约0.5-3重量％。
所述碱性制剂存在的量足以使组合物溶液的pH大于7，和优选地pH从约7-约10.5，更优选地从7.8-约8.8。碱性制剂的实例包括，但不限于，碱性氢氧化物、碱性氢化物、碱性氧化物、碱性倍半碳酸盐、碱性碳酸盐、碱性磷酸盐、碱性硼酸盐、碱性矿物酸盐、碱性胺、生物碱、碱性氰化物、和它们的混合物。氢氧化钠是一种目前优选的碱性制剂。
在本发明范围内的某些实施方案中，制备所述固体清洁剂的方法可以包括提供一种溶剂，例如水；提供一种发泡剂，例如碳酸氢钠、过碳酸钠、过硼酸钠一水合物、过硼酸钠四水合物、和它们的混合物；提供一种水软化剂，例如沸石；提供一种控溶试剂，例如硅酸钾；将所述成分混合；将所述混合物灌入固化容器；和允许所述组合物固化成固体形状。
一种多孔的套或袋可以设置在固体清洁剂的周围，以在使用过程中容纳固体清洁剂。所述多孔套或袋可以任选地是弹性的，并确定为固体清洁剂的大小，由于所述清洁剂因清洁剂的溶解而大小收缩。在最后的漂洗循环后，当清洁装置与织物表面处于延长时间的接触期间，套或袋帮助减少或消除清洁剂残渣到织物表面上的直接转运。所述多孔套或袋可以是一种弹性的网状材料或纺织织物材料。它可以是一种带有褶皱状材料的套的多孔织物袋。
所述容纳或包裹清洁剂的袋也可以与本发明联合应用。还可以对袋进行设计以保持清洁剂的芳香，以在洗涤机的搅动过程中产生更多的起泡(泡沫)，以在水中产生拖拉以平息搅动子/清洁剂和洗涤机的桶的任何接触，和/或以在清洁剂和衣服之间产生屏障(其防止或减少衣服的褪色)。
在一些实施方案中，所述袋是多层结构的。在另外的实施方案中，所述袋由三层制成外层、中间层、和内层。外层和内层都可以由水可以通过的多孔材料制成。在一些实施方案中，这一多孔材料是一种光滑和耐磨损(non-abrasive)的筛网材料(mesh material)。可以对中间层进行构建以提供外层和内层之间的空间和/或填料(padding)。在一些实施方案中，中间层由诸如褶皱网和多孔泡沫的材料制成。
所述清洁装置可以包含一种设置在清洁剂的量之内发出何时更换清洁装置的信号的指示器结构。它可以任选地包含在清洁剂的量之内的内部骨架以给清洁装置提供结构强度。
球可以是圆形的、非球面的、椭圆的、扁圆的、弧形的、或不规则形状的。所述清洁装置优选地是球的形状。清洁装置的大小可以变化，其取决于清洁剂的浓度和它的溶解速度，和在每一个洗涤或漂洗循环中释放的清洁剂的需要量。例如，一种更浓缩的和更慢的溶解速度的清洁剂可以具有的大小小于有着更低浓度和更高溶解速度的清洁剂的装置。为了便利，清洁装置可以具有从约2-约6英寸范围的家庭应用的直径，和4-12英寸的商业/工业应用的直径。可以应用一种具有大约与垒球相同的大小的装置。
固体形式的清洁剂在约5-50个(或更多)洗衣洗涤或漂洗循环中溶解并释放出基本上稳定量的清洁剂。在其它实施方案中，固体形式的清洁剂在约10-40个(或更多)洗衣洗涤或漂洗循环中溶解并释放出基本上稳定量的清洁剂。正如将要预见的，在洗涤/漂洗循环中应用热水、温水、或冷水的选择将影响清洁剂的溶解一即，清洁剂在热水中比在冷水中更容易溶解。因此，清洁剂可使用的洗涤/漂洗循环的准确次数将部分取决于洗涤机中水的温度。
同样地，固体清洁剂的重量将影响洗涤或漂洗循环的次数。例如，预计一种600克的装置可以比300克的装置提供更多的清洁循环。
如上所述，清洁剂10是指基本上稳定量的清洁剂10将溶解在每一个洗衣循环中。“基本上稳定量(substantially consistent quantity)”指每一个洗涤循环溶解的清洁剂的量通常将落入可预知的范围。例如，所述范围可以定义如下X10±约50％这里，X10是在前10个洗涤循环中溶解的清洁剂的平均量，和“50％”指X10值的50％。然而，在实施方案中，每一个洗涤循环溶解的清洁剂10的量可以在高达X10±约65％的范围内。一些目前优选的实施方案将设计成每一个洗涤循环溶解的清洁剂10的量可以在X10±约40％和甚至X10±约25％的范围内。
在本发明范围内的清洁剂的一个实施方案中，发泡成分是以约20-60重量％的量存在，控溶成分存在的量是以约20-60重量％的量存在，水软化剂是以约0.5-20重量％的量存在，碱性制剂是以约0.5-20重量％的量存在，和荧光增白剂是以约0.5-8重量％的量存在。
在本发明范围内的一个优选实施方案中，发泡成分是以约40-55重量％的量存在，控溶成分是以约35-50重量％的量存在，水软化剂是以约1-10重量％的量存在，碱性制剂是以约1-12重量％的量存在，和荧光增白剂是以约0.5-5重量％的量存在。
在本发明范围内的一个更加优选的实施方案中，所述发泡成分是以42-52重量％的量存在的过硼酸钠一水合物，控溶成分是以35-45重量％的量存在的硅酸钾，水软化剂是以1-5重量％的量存在的沸石，碱性制剂是以1-5重量％的量存在的氢氧化钠，和荧光增白剂是以0.5-3重量％的量存在。
公开一种给洗衣机提供洗衣清洁剂的方法。所述方法包括获得固体状态的多用洗衣清洁装置的步骤，该洗衣清洁装置包含均一量的固体形式的清洁剂，且该清洁剂被设定成在洗衣的洗涤和漂洗的多重循环中溶解并释放出基本上稳定量的清洁剂。如上文提到的，所述清洁装置可以具有设置在固体清洁剂周围的多孔套或袋。该多孔套或袋可以是弹性的，并与固体清洁剂的大小一致，这是由于所述清洁剂因清洁剂因溶解而大小收缩。该多孔套或袋可以是柔韧的，并可以不必与固体清洁剂的大小一致。本方法进一步包含在洗衣清洁装置暴露于多重洗衣洗涤和漂洗循环中的水的条件下将所述洗衣清洁装置安置在洗衣机桶内的步骤。
本发明的这些和其它特征、和优点将通过下述描述和附加的权利要求而更加充分明显，或者可以由下文提出的本发明的实践而知晓。
附图简述

图1显示本发明范围内的多用清洁装置。
图2显示多用清洁装置的剖面图。
图3显示另一个多用清洁装置的剖面图。
图4显示容纳多用清洁装置的袋的透视图。
图5是图4沿着直线A-A得到的剖面图。
图6是用于表2C中报道的结果的每次负荷释放的清洁剂的曲线图。
图7A-7G是表7A-7G中报道的结果的每次填料释放的清洁剂的曲线图。
发明详述本发明涉及一种包含均一量的固体形式的清洁剂的多用清洁装置，和制造与应用的方法。所述固体形式的清洁剂优选地提供与水接触的控制的溶解，以致有足够量的清洁剂溶解并释放以用在清洁装置的多重洗涤循环中。
所述清洁剂组合物可以含有水溶性的发泡剂，和只是微水溶性的控溶剂。发泡剂提供清洁作用。然而，如果允许所述发泡剂自由地溶解，由此获得的清洁溶液将具有未知或不可控制的发泡剂浓度。因此，需要添加一种控溶剂到清洁剂中以控制它的平衡浓度，并因此控制在清洗溶液中的发泡剂的浓度。
所述清洁剂可以通过添加碱性制剂和水软化剂而进一步增强。碱性制剂控制清洁剂的pH，和因此控制所得到清洗溶液的pH。清洗溶液的pH优选地保持在特定的范围内，原因在于pH控制发泡剂反应的速度。虽然发泡剂或控溶剂可以被设定以控制清洗溶液的pH，但是目前优选一种单独的碱性制剂。软化剂通过使硬水离子成为溶剂化物而防止在被清洗物品上形成残渣。虽然发泡剂、控溶剂、或碱性制剂可以被设定以使硬水离子成为溶剂化物，但是优选一种单独的软化剂。
发泡剂不应该在固体状态的清洁剂中释放气体，但是它应该在环境温度下的清洁剂的清洗溶液中释放气体。所述发泡剂不需要与其它试剂反应，但是可以在环境温度下简单分解以释放气体。优选那些天然的并可生物降解的发泡化合物。在一些实施方案中，发泡剂是碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、或过硼酸盐。例如，也叫做过氧化氢碳酸钠的过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)、碳酸氢钠(NaHCO3)、过硼酸钠一水合物(NaBO3·H2O)、过硼酸钠四水合物(NaBO3·4H2O)、和碳酸钠(Na2CO3)是有效的、低成本的发泡剂。可以应用发泡剂的混合物。然而，众多其它的发泡剂为本领域的技术人员所知，因此所有的发泡剂都在本发明范围内。过硼酸钠一水合物是目前优选的发泡剂。
控溶剂应该是不溶于水的或只是微溶于水的。许多化合物可以提供这种作用，包括但不限于疏水化合物。优选那些天然发现的并可生物降解的控溶剂。硅酸钾是目前优选的，原因在于它可以用于在室温下制备固体清洁剂组合物。
碱性制剂可以选自，但不限于，由碱性氢氧化物、碱性氢化物、碱性氧化物、碱性碳酸盐、碱性碳酸氢盐、碱性磷酸盐、碱性硼酸盐、碱性矿物酸盐、碱性胺、生物碱、碱性氰化物、碱金属、和碱土金属组成的组。氢氧化钠是一种目前优选的碱性制剂的一个实例。本领域内，其它能够增加中性溶液pH值的碱性制剂与上述试剂相似，并包含在本发明范围内。优选那些天然发现并可生物降解的碱性制剂。碳酸钠提供碱性制剂和发泡剂的双重功能。硅酸钾可以提供碱性制剂和控溶剂的双重功能。相似地，过碳酸钠提供碱度控制和它的发泡功能。除了是一种碱性制剂，氢氧化钠还可以提供双重功能作为促进硅酸钾浆形成的加工助剂和/或提供用于清洁剂凝固的催化作用。
软化剂应该优选地选为将不溶的钙和镁离子交换成可溶的钠离子或其它离子。优选那些天然发现的并可生物降解的软化剂。其中的软化剂是天然沸石(Na2O·Al2O3·(SiO2)x·(H2O)x)的清洁剂组合物是目前优选的，由于沸石是天然发生的并完全可生物降解。可以应用合成的沸石，条件是它们执行需要的软化功能并且是可生物降解的。
清洁剂中发泡剂的量决定当所述清洁剂溶于例如水的溶剂时有多少气体释放到清洁剂形成的清洁剂溶液中。因此，清洁剂中的发泡剂应该含有足够的量以在清洁剂的清洗溶液中释放出预定量的气体。可以应用发泡剂的浓度为清洁剂的20-60重量％，更优选地是浓度为40-55重量％。在一个实施方案中，发泡剂的浓度是42-52重量％。
清洁剂中控溶剂的量决定清洗溶液中清洁剂的浓度。因此，清洁剂中控溶剂的量应该被选择以在清洗溶液中产生预定的清洁剂平衡浓度。可以应用控溶剂的浓度为清洁剂的20-60重量％，更优选地是浓度为35-50重量％。在一个实施方案中，控溶剂的浓度是约35-45重量％。
清洁剂中碱性制剂的量影响清洗溶液的pH。因此，所述清洁剂应该包含大量选择的碱性制剂以提供处于预定pH范围的清洗溶液。可以应用碱性制剂的浓度为清洁剂的0.5-20重量％，更优选地是浓度为1-12重量％。由于碱性制剂还可以提供发泡功能，在碳酸钠的情况下，发泡剂和碱性制剂的浓度可以在前述浓度范围之外。在一个实施方案中，碱性制剂的浓度是约1-5重量％，在洗涤用具内稀释后提供pH值约8.8的清洗溶液。
清洁剂中的软化剂通过净化形成残渣的离子而将清洗溶液软化。因此，软化剂应该含有大量的清洁剂足以软化家用水。可以应用软化剂的浓度为清洁剂的0.5-20重量％，更优选地是浓度为1-10重量％。在一个实施方案中，软化剂的浓度是约1-5重量％。
荧光增白剂是一种提高清洗的织物的视觉外观的添加剂。荧光增白剂为本领域的普通技术工人所知。可以将荧光增白剂按约0.5-8重量％的量添加到清洁剂中，和更加优选地是约0.5-5重量％。在一个实施方案中，荧光增白剂的浓度是约0.5-3重量％。一种目前优选的荧光增白剂是由瑞士的Ciba Specialty Chemicals，Inc.of Basel出售的，商标为Tinopal。
水分子可以与这些成分形成复合物，并通过制备所述清洁剂的方法的效力能够被包在清洁剂内。水可以构成清洁剂的1-50重量％。优选地，水大约构成清洁剂的20重量％。应该理解清洁剂的一些组分可以含有水，例如硅酸钾、过硼酸钠一水合物、氢氧化钠、沸石、和其它组分，其可能限制与干组分混合所需要的额外的水的量。
在操作中，将要清洗的物品浸入清洗溶液中，其引起许多步骤发生。碱性的清洗溶液攻击污垢和油中的酸。发泡剂释放出与污垢和油反应的气体。在洗衣的清洗用具中，污垢和油将在移除步骤中由于与发泡剂反应而从衣服上驱除。发泡剂提供持续稳定的气体释放，以继续与移除的污垢反应。
同时，在净化步骤中，软化剂净化离子以防止在清洗的物品上形成残渣。另外，碱性制剂保持清洗溶液的pH值为微碱性。这提供两种功能。首先，它限制发泡剂的反应，以便气体按控制速度释放，并且清洗溶液有时间与要清洗的物品彻底混合。第二，碱性清洗溶液反应以中和污垢中的酸。
现在将描述一个利用典型清洁剂的典型清洁过程。首先，过碳酸钠和碳酸钠攻击污垢和油中的酸。这一酸碱反应具有对污垢和油的乳化作用。特别地，过碳酸钠(其包含碳酸钠)在酸碱反应中与酸反应以生成二氧化碳。衣服中发现的大多数油和污垢是微酸性的，因此过碳酸盐的碳酸钠成分可以与所述污垢和油反应以产生二氧化碳。当气体起泡从溶液中冒出时，气体的微小爆发会驱除衣服和其它材料上的污垢，允许它被冲走。反应在溶液中产生钠离子、或反应的油或污垢的钠盐、水和二氧化碳。
在这一实施方案中，清洁过程的副产物为天然出现的，因此不必如目前可用的洗涤剂所要求的那样对磷酸盐和其它非生物降解材料进行延续处理。然而，添加可以包含碳酸钠的碱性制剂主要用来增加清洗溶液的pH值，而且还如上文描述的作为发泡剂起作用。以相似的方式，过碳酸钠起初作为发泡剂添加，而且还能作为碱性制剂增加清洗溶液的pH值。
碱性制剂提供一种弱碱性溶液，以防止过碳酸钠与水溶液中过量的氢离子(H+)起反应。如果没有碱性制剂，由于过碳酸钠与随机氢离子反应，CO2将非常快地起泡从溶液中冒出。弱碱性的清洗溶液，在一个实施方案中约为pH值8.5-10，过碳酸钠按控制的速度反应，并优选地与污垢和油中的酸反应。
软化剂，其可以是天然或合成的沸石，用钠离子(Na+)交换镁(Mg++)和钙离子(Ca++)。钠离子和钠盐是易溶于水的，并且不会形成沉淀。如果没有软化剂，Mg++和Ca++可以反应形成不溶于水的盐，从溶液中沉淀出来并留下一层硬膜，如下述反应式所示，和。
制备固体状态的清洁剂的一种可能的方法将被描述。在所述方法中，将溶剂、发泡剂、控溶剂、碱性制剂、和软化剂结合以形成清洁剂。应该理解清洁剂可以使用一些行使多种功能的成分或使用额外的未被命名的试剂来制造。
如果是液体形式，溶剂可以包含在控溶剂中。溶剂典型地是水，并且可以构成清洁剂组合物的1-50重量％。
参考图1，举例说明一种多用清洁装置10。所述清洁装置10显示为圆球形状。球不必是圆的，但是它可以采用任何实用的易于制造的形状，例如非球面的、椭圆的、扁圆的、弧形的、或其它不规则形状的外形。
如图2所示，多用清洁装置10含有均一量的固体形式的清洁剂12。清洁剂12具有如本文描述的组合物。在图2所示的实施方案中，清洁装置10是清洁剂的实体。在洗衣清洁装置暴露于多重洗衣洗涤和漂洗循环中的水的条件下将所述洗衣清洁装置安置在洗衣机桶内。在典型条件下，将所述清洁装置与要洗的脏的衣服、毛巾、亚麻制品、和类似物品(下文中称为“洗衣物品(laundry articles)”)一起安置在桶或盥洗池中。洗涤和漂洗循环的水溶解一部分清洁装置，并释放出控制量的清洁剂，其能够如本文所述那样清洗洗衣物品。一旦清洗循环完成，将清洁的洗衣物品移走，但是清洁装置可以保留在洗衣机桶内用于多重清洗循环。
参考图3，清洁装置10可以有一个指示器结构16，其指示何时该用新的清洁装置10替换旧的清洁装置。结构16可以采用多种不同的形状。例如，它可以是球形的、圆盘状的、棒状的、锥形的、或不规则形状的。重要特征是该结构应该能够通过诸如可见符号显示清洁装置10应该被替换了。清洁装置12可以包含布置在清洁剂12的量中的支持结构或内部骨架，以给清洁装置提供结构强度。
图3还显示布置在固体清洁剂12周围的多孔的套或袋14。多孔的套或袋14可以是弹性的，并与固体清洁剂12的大小一致，这是由于所述清洁剂因清洁剂12的溶解而大小收缩。多孔的套或袋14可以是柔韧的或可弯曲的，并可以不必紧紧地确定为固体清洁剂的大小，由于它溶解并大小收缩。在最后的漂洗循环后，当清洁装置与织物表面处于延长时间的接触期间，套14帮助减少或消除清洁剂残渣到织物表面上的直接转运。例如，使用者不用总是一当洗涤循环完成就将洗衣物品从洗衣机中移出。在这样的情况下，清洁装置10将与潮湿的织物表面接触一段时间。这将导致清洁剂向织物表面的转运。多孔的套或袋14提供将清洁剂12与织物表面分离的屏障。套14可以是网状材料或纺织织物材料。套14可以在外表面含有褶皱，以在清洁剂12与干净的或潮湿的织物表面之间产生更大的分离距离。
现在参考图4，更加详细地举例说明描述了袋14的实施方案。如上述更加详细的解释，设计袋14以便它可以包裹和/或容纳清洁剂10。一般而言，袋14具有顶端80和底端82。底端82是通过缝补、缝缀、维可牢尼龙褡裢(Velcro)、橡皮筋、粘接、或其它相似的方法密封起来。顶端80包括可关闭的顶86，以便袋14可以包裹和容纳试剂10。在一些实施方案中，可关闭的顶86是松紧带。然而，可以应用能够形成可关闭顶的维可牢尼龙褡裢、橡皮筋、或其它物件/方法。
图4还显示对孔或开口90的绘画说明，其可以是用于制备袋14的材料的一部分。可以将所述孔90加到袋14的全部或部分，并将其设计成允许水通过袋14但保留固体清洁剂10。如上文所述，孔90可以通过使用纺织织物材料、网状材料、或其它材料形成。在一个目前优选的实施方案中，袋14是由用于制作诸如足球运动衫的运动衫的类型的材料制成的。所述材料不但具有允许水自由通过的足够的孔度，而且这种类型的材料耐洗涤机里其它洗衣物品的磨损。
图5是图4沿着直线A-A得到的剖面图，并且举例说明袋14的构造。袋14可以包含多层材料。一般而言，应用这些多层材料以便当袋14包裹试剂10时，在洗涤机里试剂10和洗衣物品之间有大约1/2英寸的材料。在图5所示的实施方案中，使用了3层不同的材料。也可以根据需要制定使用比3层更多或更少的其它实施方案。
图5中，多孔袋14含有外层100、中间层102、和内层104，它们已经通过缝缀106连接在一起。当然，还可以应用其它方法将层连接在一起，例如使用粘合剂粘接或加热、编织、等等。在一些实施方案中，选择用于层100、102、104的材料重要的是满足下列条件(1)允许水自由进出袋14和(2)不保留多于可忽略量的水。
外层100和内层104可以都由诸如网孔材料的多孔材料制成。然而，外层100和内层104不必由相同的材料制成。它们可以由不同的材料制成。外层100优选地是光滑的并耐衣服或其它洗衣物品的磨损。内层104可以是光滑的并耐清洁装置的磨损，以将清洁装置的不必要的磨损减少到最低。
中间层102由填料材料制成，以在外层100和内层104之间提供间隔和/或结构。中间层可以由诸如皱褶网、多孔泡沫、或其它类似材料的材料制成。
在另外的实施方案中，袋14还可以被设定以便它行使1项或多项下述功能(1)保留清洁剂的芳香；(2)在洗涤机搅动过程中产生更多的起泡(泡沫)；(3)在水中产生拖拉以平息搅动子/清洁剂和洗涤机的桶的任何接触；(4)留住清洁剂的片段；(5)在清洁剂和衣服之间产生屏障(其防止/减少衣服的褪色)；和/或(6)在多重洗涤/漂洗循环中提供清洁装置的更加稳定的溶解速度。
当然，袋14可以根据诸如袋的结构、袋的大小等因素行使其它功能。
实施例给出下述实施例来举例说明本发明范围内的各种实施方案。这些仅通过实施例的方式给出，并且应该理解下述实施例没有包含或穷尽本发明范围内的许多实施方案。
实施例1通过将表1A列出的干组分与表1B列出的湿组分混合制备清洁剂组合物表1A
表1B
上述组分混合后，将混合物灌注到模子中并使其固化和凝固。
实施例2通过将具有实施例1的配方的清洁剂成型为圆球而制备固体状态的多用洗衣清洁装置。将所述圆球放入洗涤机桶内，并在洗涤机桶内经受重复的洗涤循环。制备其它的多用洗衣清洁装置并在几种不同类型的商用洗涤机中进行测试。应用从精细到常规到强力范围的洗涤循环，和不同的水温设置。在洗涤和漂洗循环中多用洗衣清洁装置保留在洗涤机桶内。当清洗循环完成后，将清洁装置从洗涤机内移走，并且称重以确定在前述洗涤循环中溶解的清洁剂的量。表2A和2B报道了2种测试的典型结果。
表2A表2B
表2A中10个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是35.8g。表2B中10个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是33.3g 。
更多洗涤循环的测试结果在下面的表2C中报道表2C
表2C中19个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是22.1g。表2C所示结果的曲线图，每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数，如图6所显示。
本发明范围内一种清洁剂组合物具有下述表3列出的组分表3
本发明范围内另一种清洁剂组合物具有下述表4列出的组分表4
按照表4的配方，按列出的添加组分。在添加液态硅酸钾前将粉剂(前4项)结合并搅拌。添加硅酸钾后，将所述产品简单混合并灌注到模子中。在室温下添加硅酸钾后二十分钟内开始固化和硬化处理。
过硼酸钠一水合物和碳酸钠都释放气体。碳酸盐释放二氧化碳，和过硼酸盐释放氧气。硅酸钾提供一些溶解度控制。碳酸钠作为发泡剂和碱性制剂起双重作用。
已经发现硅酸钾可以成功地应用，而硅酸钠对制备清洁剂明显地作用较小。虽然不受理论限制，但是据信硅酸钾是有效的，原因在于它不会使pH提高太高，并且在水中不如硅酸钠容易溶解。硅酸钾具有约为11的pH值，而硅酸钠具有约为13的pH值。有了这一信息，包含硅酸钠做的合适的pH值改性剂以成功制备清洁剂可以是可能的。
本发明范围内的另一个清洁剂组合物具有下述表5列出的组分表5
按照表5的配方，按列出的添加组分。将粉剂(前4项)结合并缓慢搅拌以将粉尘减少到最少，但是搅拌要足够强烈以确保完全分散。随着搅拌器运转缓慢添加液态硅酸钾。当产品变稠时，添加少量的碱(氢氧化钠，少于0.5重量％)，通过将材料稀释并允许更长的搅拌时间来辅助加工。约5-10分钟后，产品开始变粘，将它灌注到模子中进行固化。在室温下添加硅酸钾后十分钟内开始固化和硬化处理。
羧甲基纤维素是一种土壤抗再沉淀化合物。过碳酸钠和碳酸钠都释放气体。碳酸盐释放二氧化碳，和过碳酸盐释放氧气。硅酸钾提供一些溶解度控制。碳酸钠作为发泡剂和碱性制剂起双重作用。表4中列出的量可以有一些重量百分比的变化。
本发明范围内的另一个清洁剂组合物具有下述表6列出的组分表6A
表6B
表6中公开的清洁剂是按照上文实施例1概括的步骤制备。表6中列出的量可以有一些重量百分比的变化。
在表6中，抗再沉淀剂是羧甲基纤维素。发泡剂是过硼酸钠一水合物。硅酸钾提供一些溶解度控制。碱性制剂是氢氧化钠。荧光增白剂是Tinopal，其由Ciba Specialty Chemicals，Inc.制备并可从该公司获得。表面活性剂是Calsoft F-90，其可从Pilot Chemical Co.获得。
关于清洁剂在洗涤机中的溶解，还做了另外的测试。在这些测试中，洗涤和漂洗循环中洗衣清洁装置都保留在洗涤机中。完成清洗循环后，将所述清洁装置从洗涤机中移出并称重，以确定在前述洗涤循环中溶解的清洁剂的量。表7A-7C报道了2种测试的典型结果。
表7A
表7A中19个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是22.6g。表7A所示的结果和每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数的曲线图，如图7A所显示。
下述表7B报道另一个多洗涤循环测试的结果。所述测试使用温水洗涤和冷水漂洗循环进行。
表7B
表7B中46个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是13.2g。表7B所示的结果和每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数的曲线图，如图7B所显示。
下述表7C报道另一个多洗涤循环测试的结果。所述测试使用冷水洗涤和冷水漂洗循环进行。
表7C
表7C中75个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是8.7g。表7C所示的结果和每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数的曲线图，如图7C所显示。
重要地是要注意即使在表7C所示的冷水测试中有较少量的清洁剂溶解，在这些测试中溶解的清洁剂在冷水中清洗洗衣物品至少如同目前可获得并应用的洗涤剂一样有效。然而，清洁剂在专有冷水中的应用的确显著增加了清洁剂的供给寿命。事实上，这些结果表明，在冷水中，所述清洁剂可以在多于70个洗涤/漂洗循环中提供足够的结果。
下述表7D报道了另一个多洗涤循环的测试结果。所述测试使用冷水洗涤和冷水漂洗循环应用较低密度洗涤负荷进行。
表7D
表7D中40个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是10.6g。表7D所示的结果和每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数的曲线图，如图7D所显示。
下述表7E报道了另一个多洗涤循环的测试结果。所述测试使用冷水洗涤和冷水漂洗循环应用较高密度洗涤负荷进行。
表7E
表7E中51个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是7.6g。表7E所示的结果和每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数的曲线图，，如图7E所显示。
下述表7F报道了另一个多洗涤循环的测试结果。所述测试使用温水洗涤和洗涤漂洗循环应用较低密度洗涤负荷进行。
表7F
表7F中22个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是18.7g。表7F所示的结果和每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数的曲线图，，如图7F所显示。
下述表7G报道了另一个多洗涤循环的测试结果。所述测试使用温水洗涤和洗涤漂洗循环应用较高密度洗涤负荷进行。
表7G
表7G中32个洗涤循环中每个洗涤循环释放的清洁剂的平均量是18.7g。表7G所示的结果和每个洗涤循环负荷释放的清洁剂的克数的曲线图，，如图7G所显示。
本发明可以具体体现在其它的特殊形式，该形式并不脱离如本文广泛地描述和在下文中要求的它的结构、方法、或其它基本特征。无论从哪方面来看，认为所述实施方案只是例证性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围由附加的权利要求而不是前文描述表明。在等价于所述权利要求的意思和范围内的出现的所有变化都将包含在它们的范围内。
权利要求
1.一种固体状态的多用洗衣清洁装置，其包含均一量的固体形式的清洁剂，该清洁剂被设定成放置在洗衣机桶内并在多重洗衣的洗涤和漂洗循环中溶解并释放出基本上稳定量的清洁剂。
2.根据权利要求1的多用洗衣清洁装置，其中所述清洁剂包括发泡成分、限制清洁剂的溶解度的控溶成分、作为pH调节剂的碱性制剂、使金属离子在水溶液中变成溶剂化物的水软化剂、和荧光增白剂，其中所述控溶成分以足够的量存在，所述的量足以引起多用洗衣清洁装置在多重洗衣的洗涤和漂洗循环中溶解于水并释放出基本上稳定量的清洁剂。
3.根据权利要求1的多用洗衣清洁装置，其中所述发泡成分是选自由碳酸盐、碳酸氢盐、过硼酸盐、过碳酸盐、和它们的混合物组成的组，和所述控溶成分是硅酸钾，作为pH调节剂的碱性制剂。
4.根据权利要求1的多用洗衣清洁装置，其中所述发泡成分是以20-60重量％的量存在，其中所述控溶成分是以20-60重量％的量存在，其中所述水软化剂是以0.5-20重量％的量存在，其中所述水软化剂是以0.5-20重量％的量存在，其中所述碱性制剂是以0.5-20重量％的量存在，和其中所述荧光增白剂是以0.5-8重量％的量存在。
5.根据权利要求4的多用洗衣清洁装置，其中所述清洁剂进一步包括一种以约0.5-15重量％存在的芳香成分。
6.根据权利要求4的多用洗衣清洁装置，其中所述清洁剂进一步包括一种以约0.5-10重量％存在的抗再沉淀成分。
7.根据权利要求2的多用洗衣清洁装置，其中所述水软化剂是选自由离子交换粒子和弱酸盐组成的组。
8.根据权利要求2的多用洗衣清洁装置，其中所述水软化剂是天然或合成的沸石。
9.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述发泡成分是过硼酸钠一水合物。
10.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述发泡成分是过碳酸钠。
11.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述发泡成分是碳酸氢钠。
12.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述发泡成分是碳酸钠。
13.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述碱性制剂是选自由下列物质组成的组碱性氢氧化物、碱性氢化物、碱性氧化物、碱性倍半碳酸盐、碱性碳酸盐、碱性磷酸盐、碱性硼酸盐、碱性矿物酸盐、碱性胺、生物碱、碱性氰化物、和它们的混合物。
14.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述碱性制剂是一种碱性氢氧化物。
15.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述碱性制剂是以足以赋予组合物溶液pH值大于7的量存在。
16.根据权利要求3的多用洗衣清洁装置，其中所述碱性制剂是以足以赋予组合物溶液pH值约7-约10.5的量存在。
17.根据权利要求1的多用洗衣清洁装置，其进一步包括布置在所述固体清洁剂周围的多孔套或袋。
18.根据权利要求17的多用洗衣清洁装置，其中当所述清洁剂因清洁剂的溶解而大小收缩时，所述多孔套或袋与固体清洁剂的大小保持一致。
19.根据权利要求17的多用洗衣清洁装置，其中所述多孔套或袋包含一种柔韧的织物材料。
20.根据权利要求17的多用洗衣清洁装置，其中所述多孔套或袋是由多层材料制成。
21.根据权利要求17的多用洗衣清洁装置，其中所述多孔套或袋包括由筛网材料制成的外层；由筛网材料制成的内层；和由填充材料制成的中间层。
22.根据权利要求21的多用洗衣清洁装置，其中所述用于制作中间层的填充材料是选自由多孔泡沫和褶皱网组成的组。
23.根据权利要求17的多用洗衣清洁装置，其中所述多孔套或袋被设置以行使一项或多项选自由下列功能组成的组的功能保持清洁剂的芳香；在洗涤机的搅动过程中产生更多的起泡；在水中产生拖拉以平息清洁剂和洗涤机的桶的任何接触；留住清洁剂的片段；在多重循环中提供清洁装置更加稳定的溶解速度；和在清洁剂和洗涤物品之间产生屏障。
24.根据权利要求1的多用洗衣清洁装置，其进一步包括一种设置在清洁剂的量之内发出何时更换清洁装置的信号的结构。
25.根据权利要求1的多用洗衣清洁装置，其中所述清洁剂是球的形状。
26.根据权利要求1的多用洗衣清洁装置，其中所述固体形式的清洁剂在约10-40个洗衣的洗涤或漂洗循环中溶解并释放出基本上稳定量的清洁剂。
27.根据权利要求2的多用洗衣清洁装置，其中所述发泡成分是以42-52重量％的量存在的过硼酸钠一水合物，其中所述控溶成分是以35-45重量％的量存在的硅酸钾，其中所述水软化剂是以1-5重量％的量存在的沸石，其中所述碱性制剂是以1-5重量％的量存在的氢氧化钠，和其中所述荧光增白剂是以0.5-3重量％的量存在。
28.根据权利要求27的多用洗衣清洁装置，其中所述清洁剂进一步包含以约1-5重量％的量存在的芳香成分；和以约0.5-3重量％的量存在的抗再沉淀成分。
29.一种为洗衣机提供洗衣清洁剂的方法，其包括获得一种固体状态的多用洗衣清洁装置，该装置包含均一量的固体形式的清洁剂，所述清洁剂包括发泡成分、限制清洁剂的溶解度的控溶成分、作为pH调节剂的碱性制剂、使金属离子在水溶液中变成溶剂化物的水软化剂、和荧光增白剂，其中所述控溶成分以足够的量存在，其量足以引起多用洗衣清洁装置在多重洗衣的洗涤和漂洗循环中溶解于水并释放出基本上稳定量的清洁剂；和在洗衣清洁装置暴露于多重洗衣洗涤和漂洗循环中的水的条件下将所述洗衣清洁装置放置在洗衣机桶内。
30.根据权利要求29的方法，其中所述发泡成分是选自由碳酸盐、碳酸氢盐、过硼酸盐、过碳酸盐、和它们的混合物组成的组，和所述控溶成分是硅酸钾，作为pH调节剂的碱性制剂。
31.根据权利要求29的方法，其进一步包括将固体清洁剂设置在多孔套或袋内的步骤。
32.根据权利要求31的方法，其中所述多孔套或袋包含一种柔韧的织物材料。
33.根据权利要求31的方法，其中当所述清洁剂因清洁剂的溶解而大小收缩时，所述多孔套或袋与固体清洁剂的大小保持一致。
34.根据权利要求31的多用洗衣清洁装置，其中所述多孔套或袋包括由筛网材料制成的外层；由筛网材料制成的内层；和由填充材料制成的中间层。
35.根据权利要求34的多用洗衣清洁装置，其中所述用于制作中间层的填充材料是选自由多孔泡沫和褶皱网组成的组。
36.根据权利要求29的方法，其中所述固体形式的清洁剂进一步包括一种设置在清洁剂的量之内发出何时更换清洁装置的信号的结构。
37.根据权利要求29的方法，其中所述固体形式的清洁剂是球的形状。
38.根据权利要求29的方法，其中所述发泡成分是以20-60重量％的量存在，其中所述控溶成分是以20-60重量％的量存在，其中所述水软化剂是以0.5-20重量％的量存在，其中所述碱性制剂是以0.5-20重量％的量存在，和其中所述荧光增白剂是以0.5-8重量％的量存在。
39.根据权利要求39的方法，其中所述清洁剂进一步包含以约0.5-15重量％的量存在的芳香成分；和以约0.5-10重量％的量存在的抗再沉淀成分。
40.根据权利要求29的方法，其中所述发泡成分是以42-52重量％的量存在的过硼酸钠一水合物，其中所述控溶成分是以35-45重量％的量存在的硅酸钾，其中所述水软化剂是以1-5重量％的量存在的沸石，其中所述碱性制剂是以1-5重量％的量存在的氢氧化钠，和其中所述荧光增白剂是以0.5-3重量％的量存在。
41.一种固体状态的多用洗衣清洁装置，其包括均一量的固体形式的清洁剂，该清洁剂包括发泡成分，其中所述发泡成分是以42-52重量％的量存在的过硼酸钠一水合物；限制清洁剂溶解度的控溶成分，其中所述控溶成分是以35-45重量％的量存在的硅酸钾，并且所述控溶成分以足够的量存在，该量足以引起多用洗衣清洁装置在多重洗衣的洗涤和漂洗循环中溶解于水并释放出基本上稳定量的清洁剂；使金属离子成为水溶液中离子化物的水软化剂，其中所述水软化剂是以1-5重量％的量存在的沸石；作为pH值调节剂的碱性制剂，其中所述碱性制剂是以1-5重量％的量存在的氢氧化钠；荧光增白剂，其中所述荧光增白剂是以0.5-3重量％的量存在；以约1-5重量％的量存在的芳香成分；和以约0.5-3重量％的量存在的抗再沉淀成分；和设置在所述固体清洁剂周围的多孔套或袋。
42.根据权利要求41的多用洗衣清洁装置，其中当所述清洁剂因清洁剂的溶解而大小收缩时，所述多孔套或袋与固体清洁剂的大小保持一致。
43.根据权利要求41的多用洗衣清洁装置，其中所述多孔套或袋由多层制成。
44.根据权利要求38的多用洗衣清洁装置，其中所述多孔套或袋包括由筛网材料制成的外层；由筛网材料制成的内层；和由填充材料制成的中间层。
45.根据权利要求44的多用洗衣清洁装置，其中所述用于制作中间层的填充材料是选自由多孔泡沫和褶皱网组成的组。
全文摘要
一种固体状态的多用洗衣清洁装置，其包含均一量的清洁剂，且该清洁剂被设定成在多重洗衣的洗涤和漂洗循环中溶解并释放出基本上稳定量的清洁剂。所述清洁剂包括一种发泡成分、作为控溶成分以限制清洁剂的溶解度的硅酸钾、作为pH调节剂的碱性制剂、和使金属离子在水溶液中变成溶剂化物的水软化剂。控制溶解的清洁剂组合物在多重循环中的每一个清洗循环中释放出需要量的清洁剂。一种多孔的袋套可以被布置在固体清洁剂的周围。
文档编号C11D17/06GK1918276SQ200580004598
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月10日 优先权日2004年2月10日
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