致密洗涤剂组合物的制备方法

专利名称：致密洗涤剂组合物的制备方法
对于市售粒状洗涤剂，存在着朝高体积密度和具有较高洗涤剂活性组份含量的粒状洗涤剂组成发展的趋势。
许多现有技术在试图向这一方向发展时均遇到了由于低溶解速率或凝胶形成引起的低溶解性问题。其结果是在一般洗涤过程中难于从洗衣机配料抽斗或从配制在机器内的洗衣桶上的投料装置中进行产品投料。这种不良分配一般是由具有高表面活性剂含量的颗粒与水接触凝胶化而造成的。这种凝胶阻止了一部分洗涤粉末在洗涤水中的溶解，降低了该粉末的效能。既使该粉末易于分配和分散于洗涤水中，如果它不能快速溶解还会造成另一相反的后果。洗涤周期具有限定的持续时间，在此期间内洗涤剂能够作用于洗涤物上。如果由于粉末溶解缓慢而延长了清洗作用，这也将限制该粉末的效能。
工艺工程师和配制者已经多次发现，对于好的分配性的需要和好的溶解速率的需要产生了互相冲突的要求。解决办法通常是找出一个给出适当的分配性和适当的溶解速率的折衷方案。例如，高体积密度粒状洗涤剂的不良分配性经常与具有高的比表面积或者是高孔隙率或小的粒径(特别是“微细粉末”)的富含表面活性剂颗粒有关。然而，降低孔隙率和/或增大平均粒径将导致溶解速率降低。
现有技术中已采用了试图优化所制得颗粒物理性能的许多不同的方法来解决造粒问题。
在公开于1986年5月8日的GB2，166，452中描述了一种工艺路线。该专利提出了一种具有高体积密度和良好溶解性能的洗涤剂组合物的制备方法。该方法依据在捏合机中的附聚作用制成丸粒，然后在例如锤式粉碎机中通过造粒作用得到所需的粒径分布。现有技术中的其它方法则试图避免资金集中且昂贵的造粒步骤。一种方法是将向其中喷入液体粘合剂的高速混合器与低速混合器/团聚机连在一起以产生包括粒径和粒形的颗粒的最终物理性能。从现有技术看，起始原料的选择，液体粘合剂的选择以及工艺参数的选择能给出宽范围的成品，这一点是明显的。
公开在1989年7月11日的US4，846，409提出了一种在高速混合器和低速混合造粒机中连续制得粉末，然后在向其中喷入粘合剂的流化床中进行干燥的方法。该方法据说特别适用于颜料颗粒。水是优选的造粒液体。
1990年5月9日公开的EPA367，339也提出了一系列制备步骤，它们包括高速混合器/增密炉，中速造粒机/增密炉及干燥或冷却步骤。本方法的主要目的在于使多孔喷雾-干燥颗粒经变形增密以制得孔隙率低于10%，优选低于5%的成品颗粒。
1992年3月19日公开的WO92/04，398描述了一种经挤压，然后经造粒制造附聚物的方法。所得富含表面活性剂颗粒具有低孔隙率，并含有很少或不含有微细粉末，这样产生了好的分配性能，但溶解速率较低。
转让给申请人的欧洲专利申请92200993.1描述了一种制粒方法，它使用高活性表面活性剂浆体做为粘合剂。按照EPC54(3)条款的规定，该申请是现有技术的一部分。
本发明提供了一种连续方法用以制备具有改善的溶解性能的高体积密度颗粒组合物，特别是同时具有好的分配性和好的溶解速率的组合物。用以制备该组合物的方法能够制备出具有有利于好的溶解速率的孔隙率(约10%或更高一些)的，且该孔隙率仍远远低于具有很低体积密度喷雾干燥粉末的孔隙率(可达70%)的富含表面活性剂颗粒。本发明的方法还可以制备具有含少量“微细粉末”和有利于好的分配性的窄粒经分布的富含表面活性剂颗粒。
这一效果的取得在于原料的选择，特别是做为液体粘合剂的预中和表面活性剂浆体的选择，这种原料与现有技术中所述的原料大不相同。另外，该方法的特征在于当根据本发明实施该方法时于混合和造粒装置中的停留时间短。
一种用于连续制备体积密度高于650g/l的粒状洗涤剂组合物或组份的方法，该方法包括下述步骤ⅰ)在高速混合器中将洗涤剂活性浆体完全分散于粉末流中，停留时间从2秒至30秒。
ⅱ)在中速混合器/团聚机中形成附聚物，停留时间低于2分钟，在此步骤中可任意地加入精细粉碎的粉末。
ⅲ)干燥和/或冷却。
本发明提供一种制备具有突出溶解性能的高活性、高体积密度的粒状组合物或组份的方法。通过将表面活性剂浆体均匀彻底地迅速分散于含有一种或多种助洗剂的粉末流中，以使得在表面活性剂高浓度区域形成少量或不形成结块即可完成本发明。优选含一种或多种阴离子表面活性剂中和盐的高活性浆体形式的表面活性剂。本方法的下续步骤是造粒步骤，该步骤被缩短以避免颗粒孔隙率降至低于10%，优选不低于15%。为了达到这一目的，本方法造粒步骤的停留时间少于2分钟，优选少于1分钟，最优选少于45秒钟。可将精细粉碎的粉末任意地加至造粒步骤中撒于粉末上，从而改善了流动性和增大了体积密度。
浆体在本发明中优选使用阴离子表面活性剂的一种或几种含水浆体，优选的是阴离子表面活性剂的纳盐。在一个优选的实施方案中，优选将阴离子表面活性剂尽可能地浓缩(即使其具有能以液态流动的最小含水量)以使其在其保持稳定的温度下可泵送。尽管使用各种纯的或混合的表面活性剂进行造粒是已知的，但对于本发明，为具有工业实用性和为使具有适宜物理性能的颗粒掺入粒状洗涤剂中，阴离子表面活性剂在浆体中的浓度必须超过10%，优选10～95%，较优选20～95%，最优选40～95%。
使表面活性剂含水浆体中的含水量尽可能少，同时保持浆体的流动性是优选的，因为低含水量导致成品颗粒中表面活性剂的较高浓度。优选浆体含水5～40%，较优选含水5～30%，最优选含水5～20%。为了在进入团聚机之前降低浆体含水量且不产生很高的粘度问题，较具吸引力的操作方式是在线上采用出口与团聚机相连的常压或减压快速干燥器或挤压机。
在混合、造粒和干燥期间，优选使用高活性表面活性剂浆体以使体系中总的水含量最低。较低的水含量使得(1)较高的表面活性剂对助洗剂的比率，如1∶1;(2)配方中其它液体的较高浓度不会引起生料或颗粒粘稠;(3)由于容许较高的造粒温度故可稍加冷却;和(4)稍将颗粒干燥以符合最终的水量限制。
可影响混合和造粒步骤的表面活性剂浆体的两个重要参数是浆体温度和粘度。其中粘度是温度和浓度的函数，在本申请中粘度范围为约5，000～约10，000，000厘泊。优选地是进入体系的浆体粘度为约20，000～约100，000厘泊，更优选的是约30，000～约70，000厘泊。本发明浆体粘度是在70℃和25秒-1的剪切速率下测量的。
可在浆体的软化点(通常在40～60℃)和降解点(依据浆体的化学性质，如烷基硫酸盐浆体在高于75～85℃时将降解)之间的起始温度下将浆体导入混合器中。高温降低了粘度方便了浆体的泵送但导致较低的活性附聚。但是在线上使用的降低含水量步骤(如快速干燥)要求使用较高温度(高于100℃)。在本发明中由于含水量的降低可维持高的附聚活性。
可用许多种方法将浆体导入混合器，如在浆体进入混合器之前，先通过管线末端的小孔简单地倒入高压泵中。//尽管所有这些方法均可用于制备具有良好物理性能的附聚物，但已发现在本发明的优选方案中，浆体的挤出导致在混合器中的较好分布，该分布提高了具有所期望大小的颗粒的产率。在混合器入口前使用高压泵提高了最终附聚物的活性。通过综合二者的作用，并经过小得足以达到所需流速的孔洞(挤压)导入浆体以使泵压达到系统的最大可行值，得到有利的效果。
高活性表面活性剂浆体含水表面活性剂浆体的活性至少为30%，并可高至约95%;优选的活性为50～80%和65～75%。浆体的余量主要是水，但也可包括加工辅剂如非离子表面活性剂。在较高的活性浓度下，浆体的冷造粒需要少量或不需要助洗剂。制得的浓度表面活性剂颗粒可被加至干燥助洗剂或粉末中，或用在常规附聚操作中。含水表面活性剂浆体含有选自如下的有机表面活性剂，它们包括阴离子、两性离子、两性及阳离子表面活性剂及它们的混合物。阴离子表面活性剂是优选的。非离子表面活性剂用做第二表面活性剂或加工辅剂，且不做为“活性”表面活性剂包括在本发明中。本发明中有用的表面活性剂列在Norris的1972年5月23日颁发的美国专利3，664，961和Laughlin等人的1975年12月30日颁发的美国专利3，919，678中。有用的阳离子表面活性剂还包括那些记载在Cockrell的1980年9月16日颁发的美国专利4，222，905及Murphy的1980年12月16日颁发的美国专利4，239，659中的表面活性剂。但是阳离子表面活性剂通常很少与本发明的铝硅酸盐物质相容，因此在本发明组合物中，无论在何种情况下优选低的阳离子表面活性剂用量。下面就是在本发明组合物中有用的表面活性剂的代表性实例。
高级脂肪酸的水溶性盐，即“皂类”可用作本发明组合物中的阴离子表面活性剂。这包括碱金属皂，如含有约8～约24个，优选约12～18个碳原子的高级脂肪酸的钠、钾、铵和烷基铵盐。皂类可用脂肪或油脂的直接皂化或游离脂肪酸的中和来制得。特别有用的是由椰子油和动物脂得到的脂肪酸的混合物的钠盐和钾盐，即动物脂和椰子油的钠皂和钾皂。
有用的阴离子表面活性剂还包括水溶性盐，优选有机硫反应产物的碱金属盐、铵盐和烷醇铵盐，这些有机硫反应产物分子结构中含有一个具有约10～约20个碳原子的烷基和一个磺酸或硫酸酯基(被包括在术语“烷基”中的是酰基的烷基部分)。这种合成表面活性剂的例子是烷基硫酸钠或钾、特别是经高级醇(C8～C18)，如还原动物脂油或椰子油的甘油酯制得那些醇，硫酸化制得的那些化合物;以及烷基苯磺酸钠和钾，其中烷基含有约9～约15个碳原子，结构为直链或支链，如美国专利2，220，099和2，477，383中所记载的那些化合物。特别有用的是烷基的平均碳原子数为约11～13的直链烷基苯磺酸盐缩写为C11～C13LAS。
本发明的其它阴离子表面活性剂是烷基甘油醚磺酸盐，特别是那些由脂油和椰子油衍生的高级醇的醚，椰子油脂肪酸单甘油酯磺酸钠和椰子油脂肪酸单甘油酯硫酸钠;烷基酚环氧乙烷醚硫酸钠或钾盐，其每个分子中含约1～10个环氧乙烷单元，其中烷基含约8～12个碳原子;及烷基环氧乙烷醚硫酸钠或钾盐，其每个分子含约1～10个环氧乙烷单元，其中烷基含有约10～20个碳原子。
本发明中其它有用的阴离子表面活性剂包括α-磺化脂肪酸的酯的水溶性盐，其脂肪酸基团含约6～20个碳原子，酯基中含约1～10个碳原子;2-酰氧基-链烷-1-磺酸的水溶性盐，其酰基中含约2～9个碳原子，链烷部分中含约9～23个碳原子;烷基醚硫酸盐，其烷基含有约10～20个碳原子并含有约1～30摩尔的环氧乙烷;含有约12～24个碳原子的烯烃磺酸的水溶性盐;β-烷氧基链烷磺酸盐，其烷基部分含有约1～3个碳原子，链烷部分含有约8～20个碳原子。
优选的阴离子表面活性剂浆体是直链或支链烷基苯磺酸盐和烷基硫酸盐的混合物，该烷基磺酸盐含有10～16个碳原子的烷基，该烷基硫酸盐含有10～18个碳原子的烷基。这些浆体的制备通常是由液体有机原料与三氧化硫反应制得磺酸或硫酸，然后中和该酸制得其盐。该盐即是本文通篇讨论的表面活性剂浆体。由于最终性能好和NaOH与其它中和剂相比成本低，故钠盐是优选的，但当如KOH的其它试剂被采用时，不需要NaOH。
水溶性非离子表面活性剂也被用做本发明组合物中的第二表面活性剂。的确，优选的方法使用阴离子/非离子表面活性剂的掺合物。特别优选的浆体含有非离子和阴离子表面活性剂的掺合物，其中的非离子与阴离子表面活性剂的比例是约0.01∶1～约1∶1，较优选的是约0.05∶1。可采用的非离子表面活性剂的量可高达与主要有机表面活性剂的量相等。这样的非离子表面活性剂包括由环氧乙烷基(亲水性)与有机疏水化合物(其可以是脂族的或烷基芳族的)缩合制得的化合物。与任一特定疏水基缩合的聚氧化烯基团的长度易被调整至得到在亲水和疏水部分之间具有所需的平衡程度的水溶性化合物。
适宜的非离子表面活性剂包括烷基酚的聚环氧乙烷缩合物，如其烷基具有直链或支链构型并含有约6～16个碳原子的烷基酚缩合物，其中每摩尔烷基酚有约4～25摩尔环氧乙烷。同样适宜的是多羟基脂肪酸酰胺，如从葡萄糖衍生来的那些脂肪酸酰胺。
优选的非离子表面活性剂是脂族醇的水溶性缩合产物，该醇含8～22个碳原子，构型为直链或支链，每摩尔醇有4～25摩尔环氧乙烷。特别优选的是烷基含有约9～15个碳原子的醇，并且每摩尔醇有约4～25摩尔环氧乙烷的缩合产物;及丙二醇与环氧乙烷的缩合产物。
半极性的非离子表面活性剂包括水溶性氧化胺，其含有一个约10～18个碳原子的烷基部分和选自含约1～3个碳原子的烷基和羟烷基的两个部分;水溶性氧化膦，其含有一个约10～18个碳原子的烷基部分和选自含约1～3个碳原子的烷基和羟烷基的两个部分;以及水溶性亚砜，其含有一个约10～18个碳原子的烷基部分和一个选自含约1～3个碳原子的烷基和羟烷基的部分。
两性表面活性剂包括杂环仲胺和叔胺的脂族或脂族衍生物的衍生物，其中的脂族部分可以是直链或支链的，其中脂族取代基中的一个含有约8～18个碳原子，且至少一个脂族取代基含有一个阴离子水增溶性基团。
两性离子表面活性剂包括脂族季铵、鏻和锍化合物的衍生物，其中脂族取代基之一含约8～18个碳原子。
本发明特别优选的表面活性剂包括烷基中含约11～14个碳原子的直链烷基苯磺酸盐;牛脂烷基硫酸盐;椰子烷基甘油醚磺酸盐;烷基醚硫酸盐，其中烷基部分含约14～18个碳原子，平均的乙氧基化程度是约1～4;烯烃或石蜡烃磺酸盐，其含有约14～16个碳原子;氧化烷基二甲基胺，其中烷基含约11～16个碳原子;烷基二甲基铵丙烷磺酸盐和烷基二甲基铵羟基丙烷磺酸盐，其中烷基含有约14～18个碳原子;含约12～18个碳原子的高级脂肪酸的皂;C9～C15醇类与3～8摩尔环氧乙烷的缩合产物，及它们的混合物。
有用的阳离子表面活性剂包括R4R5R6R7N+X-形式的水溶性季铵化合物，式中R4为含10～12个，优选12～18个碳原子的烷基，R5，R6和R7各自为C1～C7的烷基，优选甲基;X-为阴离子，如氯离子。这种三甲基铵化合物的例子包括C12～C14烷基三甲基氯化铵和椰子烷基三甲基甲硫酸铵。
本发明中特别优选使用的表面活性剂包括直链C11～C13烷基苯磺酸钠;α-烯烃磺酸盐;C11～C13烷基苯磺酸三乙醇铵;烷基硫酸盐，(牛脂、椰子油、棕榈油、合成原料，如C45等);烷基磺酸钠;甲酯磺酸盐;椰子烷基甘油醚磺酸钠;牛脂醇与约4摩尔环氧乙烷的硫酸化缩合产物的钠盐;椰子脂肪醇与约6摩尔环氧乙烷的缩合产物;牛油脂肪醇与约11摩尔环氧乙烷的缩合产物;含约14～15个碳原子的脂肪醇与约7摩尔环氧乙烷的缩合物;C12～C13脂肪醇与约3摩尔环氧乙烷的缩合产物;3-(N，N-二甲基-N-椰子烷基铵)-2-羟基丙烷-1-磺酸盐;3-(N，N-二甲基-N-椰子烷基铵)-丙烷-1-磺酸盐;6-(N-十二烷基苄基-N，N-二甲基铵)己酸盐;氧化十二烷基二甲基胺;氧化椰子烷基二甲基胺;椰子和牛油脂肪酸的水溶性钠盐的钾盐。
本发明中使用的术语“表面活性剂”指非一非离子表面活性剂，除非另有说明。表面活性剂(不包括非离子型)与干洗涤剂助洗剂或粉末的比为0.005∶1～19∶1，优选0.05∶1～10∶1，较优选0.1∶1～5∶1。更为优选的表面活性剂与助洗剂的比为0.15∶1～1∶1和0.2∶1～0.5∶1。
助剂和粉末任何相容助洗剂或助洗剂和/或粉末的混合物均可用在本发明的方法和组合物中。
本发明的洗涤剂组合物可包含结晶硅铝酸盐离子交换物质，其通式如下
Naz[(AlO2)z·(SiO2)Y]·XH2O式中Z和Y至少约为6，Z和Y的摩尔比为约1.0～0.4，Z为约10～约264。用于本发明的无定形水合硅铝酸盐经验式如下Mz(zAlO2·YSiO2)式中M是钠、钾、铵或取代的铵，Z为约0.5～约2，Y为1，所述物质具有每克无水硅铝酸盐至少约50毫克当量CaCO3硬度的镁离子交换能力。水合钠沸石A优选粒径为约1～10微米。
本发明的硅铝酸盐离子交换助洗剂物质为水合形式并含有约10%～28%(重量)水(如果是晶态)，且水含量可能更高(如果为无定形)。较优选的结晶硅铝酸盐离子交换物质在其结晶基体中含约18%～约22%的水。该结晶硅铝酸盐离子交换物质的其它特征是粒径约0.1微米～约10微米。无定形物质通常更小，如小于约0.01微米。优选的离子交换物质粒径为约0.2微米～约4微米。本发明中术语“粒径”是指以所给离子交换物质重量计的平均颗粒直径，该数值用常规分析技术，如用电镜扫描显微测定技术进行测定。本发明的结晶硅铝酸盐离子交换物质通常的另外特征是其钙离子交换能力以无水基计至少为约200mg当量CaCO3水硬度/g硅铝酸盐，其通常在约300mg当量/g～约352mg当量/g范围。本发明硅铝酸盐离子交换物质还有一个特征是其钙离子交换速率至少为约2格令(grain)Ca++/加仑/分钟/克/加仑硅铝酸盐(无水基)，其通常所处范围为约2格令/加仑/分钟/克/加仑～约6格令/加仑/分钟/克/加仑(以钙离子硬度计)。用做助洗剂目的的最佳硅铝酸盐的钙离子交换速率至少约4格令/加仑/分钟/克/加仑。
无定形硅铝酸盐离子交换物质通常具有至少约50mg当量CaCO3/g(12mgMg++/g)的Mg++交换能力及至少约1格令/加仑/分钟/克/加仑的Mg++交换速率。当用Cu射线(1.54
)进行分析时，无定形物质没有可观察到的衍射花样。
本发明实用的硅铝酸盐离子交换物质是市售的。该硅铝酸盐结构可以是结晶体或无定形的，并且可以是自然形成的硅铝酸盐或合成得到的。在美国专利3，985，669(Krummel等人，1976年10月12日颁发)中讨论了一种制备硅铝酸盐离子交换物质的方法，在此引用该专利作为参考。本发明采用的优选的合成的结晶硅铝酸盐离子交换物质的通用名称是沸石A，沸石B和沸石X。在一个特别优选的实施方案中，结晶硅铝酸盐离子交换物质具有下述结构式Na12[(AlO2)12(SiO2)12]·XH2O式中X为约20～约30，特别是约27，粒径通常小于约5微米。
本发明的粒状洗涤剂可含有中性或碱性盐，这些盐在溶液中的PH值为7或更高，在性质上可以是有机的或无机的。助洗剂盐类协助提供本发明的洗涤剂颗粒所需的密度和体积。尽管某些盐是惰性的，但其大多数仍在洗衣液中起到助洗剂的作用。
中性水溶性盐的例子包括碱金属、铵或取代的铵的氯化物、氟化物和硫酸盐。上述盐中碱金属盐，特别是钠盐是优选的。在洗涤剂颗粒中一般使用硫酸钠。它是一种特别优选的盐。通常柠檬酸和任何其它有机或无机酸，只要其可与附聚组合物的其它组份化学相容、即可掺入到本发明的粒状洗涤剂中。
其它有用的水溶性盐包括公知用做洗涤剂助洗剂物质的化合物。助洗剂通常选自各种水溶性的碱金属、铵或取代的铵的磷酸盐、多磷酸盐、膦酸盐、多膦酸盐、碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐和多羟基磺酸盐。优选上述盐中的碱金属盐特别是钠盐。
无机磷酸盐助洗剂的具体例子是三聚磷酸钠和钾，焦磷酸钠和钾，聚合度为约6～21的聚合偏磷酸钠和钾以及正磷酸钠和钾。多磷酸盐助洗剂的例子是亚乙基二膦酸、乙烷1-羟基-1，1-二膦酸以及乙烷，1，1，2-三膦酸的钠盐和钾盐。其它含磷助洗剂化合物公开在US3，159，581;3，213，030;3，422，021;3，422，137;3，400，176和3，400，148，本文引用这些专利作为参考。
非磷无机助洗剂的例子是碳酸钠和钾，碳酸氢钠和钾，倍半碳酸钠和钾，四硼酸钠和钾十水合物，以及SiO2与碱金属氧化物摩尔比为约0.5～约4.0，优选约1.0～约2.4的硅酸钠和钾。按照本发明方法制得的组合物不需要过多的碳酸盐用于制备，优选含有不超过2%精细粉碎的碳酸钙，其公开在美国专利4，196，093中(Clarke等人1980年4月1日颁发)，优选不含有碳酸钙。
如前所述通常用在洗涤剂中的粉末如沸石、碳酸盐、二氧化硅、硅酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐、过硼酸盐等和加工辅剂如淀粉可用在本发明的优选实施方案中。
粉末流进入高速混合器的粉末物流包含一种或多种助洗剂和上述其它粉末。
尽管在本发明方法的优选实施方案包括将所有阴离子表面活性剂如上所述以浆体形式加入，但也可能以粉末流形式如吹入粉末形式将一些阴离子表面活性剂加入。在这些实施方案中，必须使粉末流的粘着性和含水量保持在低水平，以防止阴离子表面活性剂“负载”加大和防止制得的附聚物携有过高浓度的表面活性剂。优选的附聚法的液体流也可被用于加入其它表面活性剂和/或聚合物。这一点可通过将表面活性剂预混合至一种液体物流中或另外将各种物流加入到团聚机来做到。这两种工艺方案可制得性能不同的成品颗粒，特别是如果在颗粒形成前形成混合的表面活性剂。对于每种优选工艺，这些区别均可被利用以有利于预期用途。
业已观察到，通过使用本发明所描述的技术已经能够比任何其它已知工艺路线更多地将某些化学品(如非离子的、柠檬酸)掺入到最后的配方中，且对基体某些关键性能(结块、压缩等)无有害影响。
细分散混合和造粒本发明中使用的术语“细分散混合和/或造粒”是指形成高活性洗涤剂颗粒的一种连续方法，其首先是将洗涤剂活性浆体快速全面地分散至粉末流中。该操作步骤应在高速混合器中进行以确保没有能造成粉末流成球或结块的浆体局部聚集，且该步骤应具有2～30秒的停留时间。优选地在高速混合器中存在切削刀具，该刀具也可保证快速分散和预防成球或结块。优选转速为600rpm～2000rpm的高速混合器。其次，粉末流和洗涤活性浆体的分散物通入确定颗粒的大小分布、形状和孔隙率的中速混合器/团聚机中。本发明的一个特征是该操作步骤具有短的停留时间，优选少于2分钟，较优选少于1分钟，最优选少于45秒。不期望较长的停留时间，因为所得颗粒的孔隙率会进一步降低，这对溶解速率产生负增长的影响。
为了精确控制中速混合器/团聚机中的停留时间，优选使用具有沿混合器轴向设置的旋转轴的混合器。该转轴带有幅射状安装的叶片，当该转轴旋转时，这些叶片将粉末混合并将它们从混合器入口处运送到混合器出口处。在这样一个混合器中通常使用两种类型的叶片样式一处被称为“犁铧式”;另一种被称为“Becker”叶片。“犁铧”式叶片为一种双面叶片，它能通过同时使一部分粉末向前移动(沿轴向朝出口处移动)和使一部分粉末向后移动(沿轴向朝入口处移动)来促进混合。这种方式导致很充分的混合，但趋于给出较长的停留时间。“Becker”叶片是一种单面叶片，是定向的，因此它主要向前推动粉末(沿轴向朝着出口处)。这减少了粉末的混合量，但缩短了经过混合器的时间。旋转轴可带有若干个这两种类型的叶片。选择“犁铧”式叶片与“Becker”叶片的数量比可以使停留时间达到最优化。
最优化的不同叶片的数值比及它们围绕和沿着转轴的间距要由包括混合器/团聚机的大小、所要求的物料通过量及转速等一系列因素决定。
在中速混合器中旋转轴转速优选60～150rpm。应选择工艺条件使得用水银孔隙计测得的孔隙率至少为10%，优选至少15%。
中速混合器中也可任意地有高速切割刀具。
可任意地将精细粉碎的粉末加至中速混合器中以给颗粒涂粉。优选使用平均粒径小于10mm的硅铝酸钠(如上所述)。
再次，所得颗粒为干燥的和/或冷却的。
特别优选的是L
digeR系列混合器。在本发明中使用的高速混合器包括L
digeRCB混合器;本发明使用的中速混合器包括L
digeRKM混合器。
其它的适用装置包括DraisRT 160系列，是由Drais Werke GmbH Mannheim Germany制造的，以及装有内部切削叶片的Littleford Mixer。也可采用任何其它具有细分散混合和造粒能力以及具有适当的停留时间的混合器。优选在旋转轴上带有若干叶片的“涡轮型”涡轮混合器。
操作温度优选尽可能低的操作温度，因为这可在成品颗粒中产生较高的表面活性剂浓度。在附聚过程中优选的温度低于80℃，较优选的为0℃～70℃，更优选的为10℃～60℃，最优选为20℃～50℃。在本发明方法中使用的较低的操作温度可通过现有技术中各种已知方法如氮气冷却、装置的冷却水套、加入固体CO2及类似的方法取得，优选的方法是加入固体CO2，最优选的方法是氮气冷却。
通过向含阴离子表面活性剂和/或其它表面活性剂的液流中加入导致浆体粘度和/或熔点升高和/或粘着性降低的其它成分，来完成在本发明优选实施方案中进一步增加最终颗粒中表面活性剂浓度的更具吸引力的选择方案。在本发明方法的一个优选实施方案中，当该浆体被泵入团聚机中时，可在线中上进行这些成分的添加。
最终基体粉末组合物本发明制备用于洗涤剂组合物的高密度颗粒。用于掺入到粒状洗涤剂中的优选的最终附聚物的组合物具有高表面活性剂浓度。通过增大表面活性剂的浓度，本发明制得的颗粒/附聚物更适用于各种不同的配方。这些高表面活性剂含量的颗粒附聚需要较少的最终加工技术就可制成最终附聚物，因此省去了大量可被用于全部洗涤剂制备方法的其它加工步骤(喷雾干燥、除尘等)中的加工辅剂(无机粉末等)。
根据本发明制得的颗粒是大的、低尘和自由流动的，优选具有体积密度约650～1000g/l，更优选约700～900g/l。
成品洗涤剂组合物可通过将本发明的粒状附聚物与洗衣过程中有用的其它成分(包括助洗剂，聚合物和本发明中所述的任意成分)混合而制得。但是，为了不损失本发明的好处，优选将最终组合物中阴离子表面活性剂总量的至少80%(重量)掺入本发明的附聚物中，最优选加到表面活性剂浆体中。如果将喷雾干燥粉末掺入成品组合物，则优选其含有少于5%(重量)的阴离子表面活性剂。
干燥本发明自由流动颗粒的所需含水量可通过在常规粉末干燥装置，如流化床干燥器中干燥调节至适于预期使用的水平。如果采用热空气流化床干燥器，必须小心以免颗粒中热敏组份降解。在大规模储存前使用一个冷却步骤也是有利的。该步骤也可在用冷却空气操作的常规流化床中进行。附聚物的干燥/冷却也可在任何其它适于粉末干燥的设备(如旋转干燥器等)中进行。
为了洗涤剂的使用，附聚物的最终含水量需保持低于可大批储存和运输该附聚物的含水量。确切的含水量依附聚物的组分而定，但一般是达到1～8%游离水(即水不与附聚物中的任何晶体结合)，最好的是1～4%。
为了取得本发明目的之一的好的分配效果的好处，含通过Tyler筛60目(250微米)的粒状附聚物的表面活性剂重量百分率低于20%。本发明的一个特点就是无须兼顾粒状附聚物的溶解速率即能实现这一发明。
聚合物也可使用各种有机聚合物，其中的一些还可做为助洗剂改善洗涤效果。包含在这些聚合物中可被提到的是羧基-低级烷基纤维素钠、低级烷基纤维素钠和羟基-低级烷基纤维素钠，例如羧甲基纤维素钠、甲基纤维素钠和羟丙基纤维素钠、聚乙烯醇(还常包括一些乙酸聚乙烯酯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯和各种共聚物，例如马来酸和丙烯酸的共聚物。这些聚合物的分子量变化很大，但最多的是在2，000～100，000之间。
聚合型聚羧酸酯助洗剂公开在Diehl的1967年3月7日颁发的美国专利3，308，067中，这些物质包括脂族羧酸如马来酸、衣康酸、中康酸、富马酸、乌头酸、柠康酸和亚甲基丙二酸的均聚物或共聚物的水溶性盐。
任选组分在洗涤剂组合物中通常使用的其它组分也可包括在本发明的组合物中。这些物质包括流动助剂、着色斑粒、漂白剂和漂白活化剂，增泡剂或抑泡剂、防酶暗剂和防腐剂、污垢悬浮剂、去污剂、染料、填料、荧光增白剂、杀菌剂、PH调节剂、非助剂碱源、水溶助长剂、酶、酶稳定剂、螯合剂和香料。
可用粉末流加入附聚装置的方法将荧光增白剂直接掺入本发明的附聚物中。
还可用粉末流加入附聚单元的方法直接将粒子抑泡剂掺入本发明的附聚物中，通过干燥加入而加入到成品组合物中，优选地，这些粒子的抑泡活性基于脂肪酸或硅酮。
测试方法受力条件下阴离子表面活性剂的溶解速率。Sotar双螺旋法、装置1)Sotar杯(1L)2)蒸馏水
3)变速电动搅拌器马达(IKA-Werk RW 20 DZM)4)不锈钢螺旋浆搅拌器(Sotax no 3990-2)5)正好在水面下的第二船用螺旋浆(A100型，直径51mm)6)6个一次性的孔径0.22微米的过滤器装置(直径25mm，Millex No.SLGS 025 NB Millipore)7)塑料注射器(2mL)和一次性针头(21×1 1／2)8)样品收集器(15mL玻璃试管)9)Tyler筛组和筛分装置(Rotap)10)恒温浴样品制备筛分150g要试验的附聚物的典型样品(不筛分成品)。收集Tyler20(750微米)和Tyler35(425微米)之间的所需大小的颗粒。
实验步骤1)将盛有1L水(或所需溶液)的坏子放置在20℃的浴中。
2)在距烧杯底0.33cm处装置叶轮，并在紧挨着水面下方设置第二螺旋浆。
3)用一个过滤器装置和一个针头制得5个注射器，不用过滤器只用针头制备1个注射器。
4)将混合器速度设定在100rpm。
5)快速加入10g要试验的产品，开动秒表。
6)每隔一段精确时间间隔用注射器取出约2mL样品(10秒，30秒，1分钟，2.5分钟和5分钟后取样)。为了取得充足的样品，针头应处在液面下约4cm处。
7)在取完5分钟时的样品后，将叶轮转速提高至300rpm。
8)再过10分钟后经过滤器取出另一份样品。
9)不经过滤器用注射器取出一份液体样品、这一样品的结果与在先的一个样品结果之间的差表明了在这一温度可望达到的溶解度，在此期间必须小心，不要因剧烈的搅拌作用而使体系温度升高。
10)分析样品的阳离子硫酸盐(CatSO3)。当使用滴定法的比浊终点表示时，必须小心，不要由于不溶物质的存在干扰了未过滤样品。
11)将未过滤样品算做100%，计算每个样品的溶解百分比(用CatSO3分析法，甚至对未溶解的表面活性剂也滴定)。
12)绘制第一段时间(高至5分钟)的溶解百分率对时间的关系曲线。计算在实验条件下在10分钟时过滤样品的溶解百分比。
下述非限制性实施例将有助于对本发明进一步进行描述。
实施例1以74∶24∶2的比率制得含有阴离子表面活性剂直链烷基苯磺酸(LAS)钠，牛脂烷基硫酸(-TAS)钠以及烷基醚硫酸钠(每分子平均带有3个乙氧基，AE3S)的含水表面活性剂浆体。该浆体总的表面活性剂活度为80%，水含量为17%，在70℃剪切速率25秒-1时测得的粘度是25000毫泊。以60∶36∶4比率连续混合含有沸石A，碳酸钠和羧甲基纤维素(CMC)的粉末流。
用正位移泵将该浆体泵入速率为2.8吨/小时的LoedigeRCB55高剪切混合器，同时使粉末流进入速率为4.0吨/小时的混合器。
同样流入混合器的是含有分类附聚物的循环物的两种物流，一种物流含湿的粗产物，另一种物流含有干燥的微细颗粒。含有从流化床干燥器收集来的粉尘的第二物流以极低的速率(＜100千克/小时)也进入混合器。
以1460rpm和平均停留时间10～15秒操作LoedigeRCB55混合器。离开高速混合器的产品由基本为微细尘状的阴离子表面活性剂的粉末和浆体的分散物组成。
然后用斗式提升机将该产品送至LoedigeRKM3000中速混合器中。在110rpm下操作中速混合器带有犁铧的转轴。另外，在径向安装于混合器侧壁的转轴上安置4个高速切割器并且在300rpm下操作。在混合器水平长度的约3/4后，以0.55吨/时的速率加入沸石A物流。可用出口门控制中速混合器的停留时间。关闭该门造成停留在混合器内部的产物重量增加，其依次增加了停留时间。在第一个实施例中，出口门完全打开，造成约170千克产物保留在混合器中，使停留时间低于1分钟。
离开LoedigeRKM3000中速混合器的产物由很明确的附聚颗粒组成。在振动筛中将这些湿附聚物分类，分出粗的部分并经振动槽将其送回高剪切混合机。将剩余的附聚物在流化床干燥器中干燥，然后在流化床冷却器中冷却。将离开冷却器的产物过筛以除去微细颗粒，然后将微细颗粒也循环返回高剪切混合机。在流化床中的停留时间其约15～20分钟，产物的平均相对湿度为12～18%。
在该实施例中制得的最终附聚物颗粒活性是33.8%，体积密度760g/l。该附聚颗粒平均粒径为540μm，不能通过Tyler筛14目(比1180μm粗)的部份有10%，能通过Tyler筛60目(比250μm细)的部份为7%。
于20℃下在Sotax浴中测定附聚物的溶解速率(见前述测定方法)，结果如下时间(秒) 溶解百分率(%)10 15.030 26.360 50.0150 65.0300 96.0然后经与含聚合物、沸石和次要组分干燥混合，再经与粒状硅酸盐，粒状碳酸酸，粒状过硼酸盐及含有漂白活化剂的附聚物混合将这些附聚物用作成品洗涤剂组合物的组分。最终的试验制剂如下。
测试成品在喷淋式标准洗衣机抽斗外的分配性能。使用ZanussiR洗衣机。经过分配抽斗的水流速度被限制在21/min，水温为20℃。将水流经150g成品2分钟后仍留在抽斗里的成品(剩余)称重并将其表示为占起始150g的百分比。
本实施例成品密度为700g/l，10次重量的分配试验给出平均残留率为14%。
实施例2用高速混合器、中速混合器、干燥和冷却这些处理步骤，按与实施例1相同的方法制得粒状附聚物。在本实施例中以2.55吨/小时和3.2吨/小时的速度分别将表面活性剂浆体和粉末流加至高速混合器中。沸石以0.25吨/小时的速度加至中速混合器中。
在本实施例中LoedigeRKM3000中速混合器的出口门仅打开2/3，使得约240千克产物保留在混合器中，并给出约1.5分钟的停留时间。
本实施例中制得的附聚物平均活性为32%，体积密度780g/l。附聚颗粒的平均粒径为530μm，不能通过Tyler筛14目的部分(粗于1180μm)占8%，能通过Tyler筛60目的部分(细于250μm)占6%。
用与实施例1中所述相同的方法测得这些附聚物的溶解速率时间(秒) 溶解百分率(%)10 10.830 2360 40150 64.3300 92然后用实施例1所述的方法干燥另外加入的组份制得与实施例1中相同的成品组合物(列于下面)。
分配试验测得平均分配残留率为15%。
对比实施例3用高速混合器、中速混合器、干燥和冷却这些处理步骤，按与实施例1相同的方法制得粒状附聚物。在本实施例中按表面活性剂浆体2.2吨/小时和粉末流3.2吨/小时的速度将它们加至高速混合器中。将沸石加至中速混合器中的速度是0.25吨/小时。
在本实施例中，LoedigeRKM3000中速混合器的出口门仅打开一半，使得约520千克产物保留在混合器中，并给出超过3分钟的停留时间。
本实施例制得的附聚物平均活性29%，体积密度860g/l。附聚颗粒平均粒径为523μm，不能通过Tyler筛14目的部分(粗于1180μm)有10%，可通过Tyler筛60目的部分(细于250μm)占12.5%。
这些附聚物的溶解速率用与实施例1中所述相同的方法测得时间(秒) 溶解百分率(%)10 12.230 14.960 26.9150 58.9300 83.9然后用实施例1所述的方法干燥加入另外的组份制得与实施例1相同的成品组合物(给出如下)。
分配试验测得平均分配残留率为12%。
对比实施例4掺入用不同方法制得的附聚颗粒也制得一种成品。在本实施例中附聚颗粒在高剪切混合器中不含有做为液体粘合剂的阴离子表面活性剂。代之以将阴离子表面活性剂混入一喷雾干燥粉末中，该粉末被加至加入到高剪切混合器中的粉末流中。尽管这些附聚颗粒表观出好的溶解速率(60秒后70%，300秒后98%)，但用这些附聚物制得的成品用上述加压试验测试时表现出很差的分配能力。平均残留率90%。
实施例1-4中粒状附聚物的溶解速率一览表实施例 1 2 3 4表面活性剂活性 33.8% 32% 29% 30%60秒后溶解百分数(Sotax试验) 50% 40% 27% 70%300秒后溶解百分数(Sotax试验) 96% 92% 84% 98%实施例1-4的成品组合物性质一览表成品组分:
直链烷基苯磺酸盐 7.5%烷基硫酸盐/烷基醚硫酸盐 2.5%非离子表面活性剂 4%沸石A 20%碳酸盐 14%硅酸盐 4%有机助洗剂 7%过硼酸盐漂白剂和活化剂 25%聚合物 5%次要组份(香料、抑泡剂、增亮剂等) 5%水份 6%体积密度=700g/l实施例 1 2 3 4分配残留率 14% 15% 12% 90%
此外，这些实施例中制得的附聚物溶解速率的影响可通过对比成品组合物的油污去除能力来进行评价。在所有情况下，均将标准污点示踪物加至在40℃下循环使用自来水及使用105g产品的HotpointR洗衣机中洗涤的洗衣物中，(注意！将产品直接加入洗衣机以使得不同的分散性能不影响这些结果)。然后将污点示踪物分级对比(给出实施例1的指数值为100，低于100的指数值表明较差的油污去除力)。
实施例 1 2 3 4油污去除力指数值 100 90 78 100
权利要求
1.一种连续制备体积密度大于650g/L的粒状洗涤剂组合物或组分的方法，该方法包括步骤ⅰ)在停留时间为2秒～30秒的高速混合器中将液体粘合剂完全分散于粉末流中，ⅱ)在中速混合器/团聚机中形成附聚颗粒，其中也可任意加入精细粉碎的粉末，ⅲ)干燥和/或冷却。其特征在于步骤(ⅰ)中的液体粘合剂是含有至少10%(重量)的中和的阴离子表面活性剂的浆体，以及通过中速混合器的停留时间少于2分钟。
2.根据权利要求1的方法，其中在中速混合器/团聚机中的停留时间少于约1分钟，所述混合器/团聚机的转速为约60～150rpm。
3.根据权利要求1的方法，其中高速混合器的转速为约600～2000rpm。
4.根据权利要求1～3的任一方法，其中将平均粒径小于约10微米的硅铝酸钠以精细粉碎的粉末形式加至中速混合器/团聚机中。
5.根据权利要求1～3的任一方法，其中成品颗粒的孔隙率大于约10%。
6.根据权利要求5的方法，其中成品颗粒的孔隙率大于约15%。
7.根据权利要求1的方法，其中步骤(ⅰ)的液体粘合剂是含有约40%～95%(重量)的中和的阴离子表面活性剂的浆体。
8.一种可由下述步骤制得的体积密度大于650g/L的粒状洗涤剂组合物或组分ⅰ)在停留时间约2秒～约30秒的高速混合器中将液体粘合剂完全分散于粉末流中，所述液体粘合剂是含有至少10%(重量)中和的阴离子表面活性剂的浆体;ⅱ)在中速混合器/团聚机中形成附聚颗粒，经过所述中速混合器的停留时间少于2分钟，其中可任意加入精细粉碎的粉末;ⅲ)干燥和/或冷却。
9.根据权利要求8的粒状洗涤剂组分，其中能通过Tyler 60目筛的所述组分的部分(重量)小于20%。
10.一种含有根据权利要求8或9的粒状洗涤剂组分的粒状洗涤剂组合物，其中所述的组合物还含有一种或多种附加的粒状洗涤剂组分，其中少于存在于所述组合物中的表面活性剂总量的20%(重量)的表面活性剂存在于所述附加的粒状洗涤剂组分中。
11.根据权利要求10的粒状洗涤剂组合物，其中所述的附加的粒状洗涤剂组分含有至少一种喷雾干燥粉末，并且少于存在于所述组合物中表面活性剂总量的5%(重量)的表面活性剂存在于所述喷雾干燥粉末中。
全文摘要
用于连续制备体积密度高于650g/l的粒状洗涤剂组合物或组分的方法，该方法包括如下步骤i)在停留时间为2秒—30秒的高速混合器中，将洗涤剂活性浆体完全分散于粉末流中，ii)在停留时间少于2分钟的中速混合器/团聚机中形成附聚物，其中，也可任意加入精细粉碎粉末。iii)干燥和/或冷却。用此方法制得的粒状洗涤剂组合物，其具有出色的溶解性能，还特别地就分配和溶解速率进行了描述。
文档编号C11D11/00GK1083521SQ9310903
公开日1994年3月9日 申请日期1993年6月15日 优先权日1992年6月15日
发明者P·范迪克, J·L·韦加 申请人:普罗格特-甘布尔公司