固体漂洗助剂组合物及其制备方法_4

文档序号:9568223阅读:来源:国知局
性剂内的 烷基可以是直链或支链以及饱和或不饱和的。 适合于在本发明的组合物中使用的两性离子表面活性剂包括下述通式结构的甜菜 碱:
这些表面活性剂甜菜碱典型地在pH极值下不显示出强烈的阳离子或阴离子特征,在 它们的等电域内也不显示出降低的水溶解度。与"外"季铵盐不同,甜菜碱与阴离子表面活 性剂相容。合适的甜菜碱的实例包括椰油酰基酰胺基丙基二甲基甜菜碱;十六烷基二甲基 甜菜碱;C12 14酰基酰胺基丙基甜菜碱;Cs 14酰基酰胺基己基二乙基甜菜碱;4-C 1416酰基甲 基酰胺基二乙基铵基_1_羧基丁烧;c1618酰基酰胺基二甲基甜菜碱;C 1216酰基酰胺基戊烧 二乙基甜菜碱;和c1216酰基甲基酰胺基二甲基甜菜碱。 可用于本发明的磺基甜菜碱(sultaine)包括具有通式为(ROOwl^SO3-的那些化合 物,其中R是C6-C1S烃基,每一 R 1典型地独立地为C 烷基,例如甲基,且R 2是C 烃基, 例如(;-(:3亚烷基或羟基亚烷基。 在1975年12月30日授予Laughlin和Heuring的美国专利No. 3, 929, 678中给出 了这些表面活性剂的两性离子分类和种类的典型列表。在〃Surface Active Agents and Detergents" (Vol. I 和 II,Schwartz,Perry 和 Berch)中给出了进一步的实例。 甜菜碱和磺基甜菜碱以及其他这种两性离子表面活性剂的存在量为在所述组合物 内以任何清洁量存在,所述清洁量范围典型地可以是漂洗助剂组合物的约〇. oiwt% -约 75wt%。在优选的实施方案中,为约10wt% -约30wt%,和更优选约15wt% -约25wt%。 半-极性的非离子表面活性剂 半-极性类型的非离子表面活性试剂是可用于本发明组合物内的另一类非离子表面 活性剂。通常,半-极性的非离子表面活性剂是高起泡剂和泡沫稳定剂,这可能限制它们 在CIP系统内的应用。然而,在针对高泡沫清洁方法而设计的本发明组合物实施方案内, 半-极性的非离子表面活性剂具有直接的功效。半-极性的非离子表面活性剂包括胺氧化 物、氧化膦、亚砜及它们的烷氧基化衍生物。 胺氧化物是对应于下述通式的叔胺氧化物:
其中箭头是半-极性键的常规表示法,且R\R2和R3可以是脂族、芳族、杂环、脂环族或 其组合。通常,对于出于洗涤剂考虑的胺氧化物来说,R1是8-24个碳原子的烷基;R2和R 3是 1-3个碳原子的烷基或羟烷基或其混合物;R2和R3可例如通过氧或氮原子连接到彼此上,形 成环结构;R4是含有2-3个碳原子的碱性的或羟基亚烷基基团;且η的范围是0-20。 有用的水溶性胺氧化物表面活性剂选自椰油或牛油脂烷基二_(低级烷基)胺氧化 物,其具体实例是十二烷基二甲基胺氧化物,十三烷基二甲基胺氧化物,十四烷基二甲基胺 氧化物,十五烷基二甲基胺氧化物,十六烷基二甲基胺氧化物,十七烷基二甲基胺氧化物, 十八烷基二甲基胺氧化物,十二烷基二丙基胺氧化物,十四烷基二丙基胺氧化物,十六烷 基二丙基胺氧化物,十四烷基二丁基胺氧化物,十八烷基二丁基胺氧化物,双(2-羟乙基) 十二烷基胺氧化物,双(2-轻乙基)_3_十二烷氧基-1-轻丙基胺氧化物,二甲基-(2-羟基 十二烷基)胺氧化物,3, 6, 9-三(十八烷基)二甲基胺氧化物和3-十二烷氧基-2-羟丙基 二-(2-轻乙基)胺氧化物。 有用的半-极性非离子表面活性剂还包括具有下述结构的水溶性氧化膦:
其中箭头是半-极性键的常规表示法;和R1是链长范围为10-24个碳原子的烷基、烯基 或羟烷基部分;且R2和R3各自为独立地选自含1-3个碳原子的烷基或羟烷基的烷基部分。 有用的氧化膦的实例包括二甲基癸基氧化膦,二甲基十四烷基氧化膦,甲基乙基十四 烷基氧化膦,二甲基十六烷基氧化膦,二乙基-2-羟基辛基癸基氧化膦,双(2-羟乙基) 十二烷基氧化膦和双(羟甲基)十四烷基氧化膦。 本文中有用的半-极性的非离子表面活性剂还包括具有下述结构的水溶性亚砜化合 物:
其中箭头是半-极性键的常规表示法;和R1是8-28个碳原子、0-5个醚键和0-2个羟 基取代基的烷基或羟烷基部分;且R2是由具有1-3个碳原子的烷基和羟烷基组成的烷基部 分。 这些亚砜的有用的实例包括十二烷基甲基亚砜;3-羟基十三烷基甲基亚砜;3-甲氧基 十三烷基甲基亚砜;和3-羟基-4-十二烷氧基丁基甲基亚砜。 在〃Surface Active Agents and Detergents"(Vol. I 和 II,Schwartz,Perry and Berch)中给出了合适的阴离子表面活性剂的进一步的实例。各种这样的表面活性剂还通常 公开于1975年12月30日授予Laughlin等人的美国专利No. 3, 929, 678第23栏第58行 至第29栏第23行中。 阳离子表面活性剂 若在分子的水溶部分上的电荷是正的,则该表面活性物质被分类为阳离子表面活性 剂。其中水溶物不带电荷、除非pH下降到接近于中性或更低且此时为阳离子性的表面活性 剂(例如,烷基胺)也包括在这一组内。理论上,可由含"鑰"结构RnX+Y-的元素的任何组 合合成阳离子表面活性剂,且它还可包括除了氮(铵)以外的化合物,例如磷(鱗)和硫 (锍)。在实践中,阳离子表面活性剂领域由含氮化合物主导,这可能是因为含氮阳离子表 面活性剂的合成路线简单和直接,且得到高产率的产物,这可使得它们不那么昂贵。 阳离子表面活性剂优选包括和更优选是指含有至少一个长碳链的疏水基团和至少一 个荷正电的氮的化合物。长碳链基团可通过简单取代直接连接到氮原子上,或者更优选通 过所谓的间隔的烷基胺和酰胺基胺中的一个或多个桥连官能团间接连接到氮原子上。这些 官能团可使得该分子更加亲水和/或更加水可分散,更加容易地被共-表面活性剂的混合 物水增溶,和/或使其水溶。为了增加的水溶性可引入额外的伯、仲或叔氨基,或者氨基氮 可用低分子量的烷基季化。进一步地,氮可以是不饱和度可变的直链或支链部分的一部分, 或者是饱和或不饱和的杂环的一部分。另外,阳离子表面活性剂可含有具有大于一个阳离 子氮原子的络合键。 分类为胺氧化物、两性表面活性剂和两性离子的表面活性剂化合物本身在近中性到酸 性pH的溶液中典型地是阳离子,且可使表面活性剂的分类重叠。聚氧乙氧基化阳离子表面 活性剂在碱性溶液中通常行为类似于非离子表面活性剂,且在酸性溶液中行为类似于阳离 子表面活性剂。 因此可用图示出最简单的阳离子胺、胺盐和季铵化合物:
其中R表示长烷基链,R',R"和R" '可以是长烷基链或者较小的烷基或芳基或氢,且X 表示阴离子。对于本发明的实际应用来说,优选胺盐和季铵化合物,这是因为它们具有高的 水溶性程度。 大量商业阳离子表面活性剂中的大多数可细分成本领域技术人员已知的四个主要的 种类和额外的子组且描述于〃Surfactant Encyclopedia,"Cosmetics & Toiletries,第 104(2)卷,第86-96页(1989)中。第一类包括烷基胺及其盐。第二类包括烷基咪唑啉。第 三类包括乙氧基化胺。第四类包括季铵,例如烷基苄基二甲基铵盐、烷基苯盐、杂环铵盐、四 烷基铵盐和类似物。已知阳离子表面活性剂具有在本发明的组合物中可能有益的各种性 能。这些所需的性能可包括在中性pH、或低于中性pH的组合物中的洗涤性,抗微生物功效, 与其他试剂的配合的增稠或胶凝,和类似性能。 在本发明的组合物中有用的阳离子表面活性剂包括具有化学式fj^YLZ的那些,其中 每一 R1是含直链或支链烷基或烯基的有机基团,该有机基团任选地被最多三个苯基或羟基 取代且任选地被最多4个下述结构或这些结构的异构体或混合物间隔开且其含有8-22个 碳原子:
R1基可另外含有最多12个乙氧基,m是数值1-3。优选地,当m是2时,在分子内不大 于1个R1基具有大于或等于16个碳原子,或者当m是3时,具有大于12个碳原子。每一 R2是含有1-4个碳原子的烷基或羟烷基,或苄基,且在分子内不大于1个R2是苄基,X是数 值0-11,优选0-6。在Y基上的任何碳原子位置的其余部分被氢填充。 Y可以是包括但不限于下述的基团:
或其混合物。 优选地,L是1或2,且当L是2时,Y基被选自具有1-22个碳原子和两个自由碳单键的 R1和R2的类似物(优选亚烷基或亚烯基)的部分隔开。Z是水溶性的阴离子,例如硫酸根、 甲基硫酸根、氢氧根或硝酸根阴离子,尤其优选硫酸根或甲基硫酸根阴离子,其数量使阳离 子组分得到电中性。 两性表面活性剂 两性表面活性剂同时含有碱性和酸性亲水基团以及有机疏水基团。这些离子实体可以 是本文针对其他类型的表面活性剂描述的任何阴离子或阳离子基团。碱性氮和酸性羧酸盐 基团是作为该碱性和酸性亲水基团采用的典型官能团。在一些表面活性剂中,磺酸盐、硫酸 盐、膦酸盐或磷酸盐提供负电荷。 两性表面活性剂可广义地描述为脂族仲和叔胺的衍生物,其中脂族基团可以是直链或 支链并且其中脂族取代基之一含有8-18个碳原子且脂族取代基之一含有阴离子水增溶基 团,例如羧基、磺基、硫酸根、磷酸根或膦羧基。两性表面活性剂被细分成本领域技术人员已 知的两个主要的种类且描述于〃Surfactant Encyclopedia,"Cosmetics & Toiletries,第 104(2)卷,第69-71页(1989)中。第一类包括酰基/二烷基乙二胺衍生物(例如,2-烷基 羟乙基咪唑啉衍生物)和它们的盐。第二类包括N-烷基氨基酸和它们的盐。可预见一些 两性表面活性剂被同时分类到这两类。 可通过本领域技术人员已知的方法合成两性表面活性剂。例如,通过缩合并闭环长链 羧酸(或衍生物)与二烷基乙二胺来合成2-烷基羟乙基咪唑啉。通过例如用乙酸乙酯的 烷化来随后水解和开环咪唑啉环,来衍生商业两性表面活性剂。在烷化过程中,采用不同的 烷化剂,使一个或两个羧基-烷基反应,形成叔胺和醚键,从而生成不同的叔胺。 可在本发明中采用的长链咪唑衍生物通常具有下述通式:
其中R是含8-18个碳原子的无环疏水基团,并且Μ是阳离子以中和阴离子的电荷,通 常为钠。可在本发明的组合物中使用的商业上杰出的咪唑啉衍生的两性表面活性剂包括例 如:椰油两性丙酸盐(Cocoamphopropionate)、椰油两性羧基-丙酸盐、椰油两性甘氨酸盐、 椰油两性羧基-甘氨酸盐、椰油两性丙基-磺酸盐和椰油两性羧基-丙酸。由脂肪咪唑啉 生产优选的两性羧酸,其中两性二羧酸中二羧酸的官能团是二乙酸和/或二丙酸。 本文上文多次描述的羧基甲基化的化合物(甘氨酸盐)称为甜菜碱。甜菜碱是本文在 标题为两性离子表面活性剂的部分中讨论的特殊种类的两性表面活性剂。 通过使RNH2、脂肪胺与卤代羧酸反应,容易地制备长链N-烷基氨基酸,其中R为CS-C 1S直链或支链烷基。氨基酸中伯氨基的烷化导致仲和叔胺。烷基取代基可具有额外的氨基, 所述额外的氨基提供大于一个反应性氮中心。大多数商业N-烷基胺酸是β-丙氨酸或 β-Ν(2-羧乙基)丙氨酸的烷基衍生物。在本发明中可用的商业Ν-烷基氨基酸两性物的实 例包括烷基β -氨基二丙酸盐、RN(C2H4C00M)#P RNHC 2H4C00M。在这些中,R优选是含8-18 个碳原子的无环的疏水基团,且Μ是阳离子以中和阴离子的电荷。 优选的两性表面活性剂包括由椰子产物例如椰油或椰子脂肪酸衍生的那些。更优选的 这些椰子衍生的表面活性剂包括乙二胺部分、烷醇酰胺部分、氨基酸部分(优选甘氨酸)、 或其组合作为它们结构的一部分;和8-18(优选12)个碳原子的脂族取代基。所述表面活 性剂也可被视为烷基两性二羧酸。椰油两性二丙酸二钠是一种最优选的两性表面活性剂且 可以商品名MiranolM FBS商购于Rhodia Inc.,Cranbury,N. J。化学名为椰油两性二乙酸 二钠的另一最优选的椰子衍生的两性表面活性剂以商品名Miranol C2M-SF Cone.同样由 Rhodia Inc. , Cranbury, N. J.销售。 在1975年12月30日授予Laughlin和Heuring的美国专利No. 3, 929, 678中给 出了这些表面活性剂的两性分类和种类的典型列表。〃Surface Active Agents and Detergents" (Vol. I 和 II,Schwartz, Perry 和 Berch)中给出了进一步的实例。 额外的表面活性剂可以任何去污量存在,只要它们不干扰提供泡沫稳定性的静电、离 子相互作用即可。 漂白剂 漂洗助剂可以任选地包含漂白剂。可以将漂白剂用于使基底增亮或变白,漂白剂可 以包括在清洁过程中通常遇到的条件下能够释放活性卤素物质,例如Cl2、Br2、-0C1和/ 或-OBr等的漂白化合物。适合使用的漂白剂可包括例如含氯化合物,例如氯、次氯酸盐、氯 胺或类似物。释放卤素的化合物的一些实例包括二氯异氰脲酸碱金属盐、氯化磷酸三钠、次 氯酸碱金属盐、单氯胺和二氯胺等。也可使用包封的氯源以提高氯源在组合物内的稳定性 (参见,例如,美国专利4618914和4830773,其公开内容在此通过参考引入)。漂白剂还可 以包括含有活性氧源或者充当活性氧源的试剂。活性氧化合物起到提供活性氧源的作用, 例如可以在含水溶液中释放活性氧。活性氧化合物可以是无机或有机的,或者可以是其混 合物。活性氧化合物的一些实例包括过氧化合物或过氧化合物加合物。活性氧化合物或活 性氧源的一些实例包括在有和没有诸如四乙酰基乙二胺等活化剂的情况下的过氧化氢、过 硼酸盐、碳酸钠过氧水合物、磷酸盐过氧水合物、过单硫酸钾、以及一水合和四水合过硼酸 钠。漂洗助剂组合物可以包含较少但有效量的漂白剂,例如,一些实施方案中,范围为至多 约10wt%,和在一些实施方案中范围为约0. 1-约6wt%。 活化剂 在一些实施方案中,可以通过添加当使用所述组合物时与活性氧反应以形成活化组分 的材料,从而提高漂洗助剂的抗微生物活性或漂白活性。例如,在一些实施方案中,形成过 酸或过酸盐。例如,在一些实施方案中,四乙酰基乙二胺可包含在组合物内,以便与活性氧 反应并形成充当抗微生物剂的过酸或过酸盐。活性氧活化剂的其它实例包括过渡金属及其 化合物,含有羧酸、腈或酯部分的化合物,或者本领域已知的其它这样的化合物。在一个实 施方案中,活化剂包括四乙酰基乙二胺;过渡金属;含羧酸、腈、胺或酯部分的化合物;或其 混合物。 在一些实施方案中,活化剂组分可以占所述组合物的至多约75wt%,一些实施方案中 范围为约0. 01-约20wt%,或者一些实施方案中,范围为所述组合物的约0. 05-lOwt%。在 一些实施方案中,用于活性氧化合物的活化剂与活性氧结合形成抗微生物剂。 在一些实施方案中,漂洗助剂组合物包括固体,例如固体薄片、粒料或块,并且使用于 活性氧的活化剂材料与该固体结合。可通过将一种固体组合物结合到另一种上的各种方法 中的任一种,将活化剂结合到固体上。例如,活化剂可以是与漂洗助剂组合物的固体结合、 固定、胶合或者粘附的固体形式。或者,固体活化剂可以围绕固体漂洗助剂组合物形成并且 将其包埋。作为进一步的实例,可以通过用于所述组合物的容器或包装,例如通过塑料或收 缩包装或膜,将固体活化剂与固
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