BRPI0719550A2 - Sistemas espessados por surfactante compreendendo celulose microfibrosa e métodos de produção dos mesmos - Google Patents

Sistemas espessados por surfactante compreendendo celulose microfibrosa e métodos de produção dos mesmos Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMAS ESPESSADOS POR SURFACTANTE COMPREENDENDO CELULOSE MICROFIBROSA E MÉTODOS DE PRODUÇÃO DOS MESMOS ".
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Os produtos baseados em surfactantes, como sabonetes líquidos, xampus, sabão para louças, detergentes para lavagem automática de louças, detergentes para lavagem de roupas, detergentes automotivos, limpadores de banheiro, concentrados de surfactantes, agentes espumantes para combate a incêndio, entre outros, geralmente são espessados utilizando-se uma alta concentração de surfactantes, combinando-se surfactantes de viscosidade sinérgica ou combinando-se os surfactantes com pequenas quantidades de sais, como sais de sódio. Essas formulações resultam em produtos de alta viscosidade que parecem ricos e homogêneos, mas são limitadas pelo fato de não propiciarem viscosidade de cisalhamento baixo suficiente para permitir a suspensão das partículas. Tais particulados poderiam incluir agentes estéticos (bolhas decorativas, agentes de cremosidade, bolhas de ar, bolhas de fragrância, etc.) ou ingredientes ativos (enzimas insolúveis, ativos encapsulados, como hidratantes, zeólitas, agentes esfoliantes (por exemplo, alfa hidroxil e/ou ácidos glicólicos ou contas de polietileno), vitaminas (por exemplo, vitamina E) etc., ou ambos.
Os espessantes e auxiliares de suspensão convencionais, como a goma xantana, carboximetil celulose (CMC), hidroxietilcelulose (HEC), hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), e muitos tipos de poliacrilatos não funcionam bem com níveis elevados de surfactantes ou em sistemas espessados por surfactantes, e geralmente acarretam perda de transparência devido à turvação, gelificação e/ou separação de fases ou falta de propriedades de suspensão suficientes. Por exemplo, a goma xantana confere excelentes propriedades de suspensão em certas formulações de sabonete líquido com pouco espessamento por surfactantes, mas a goma geralmente perde sua capacidade de suspensão nos sistemas com alto espessamento por surfactantes, o que costuma resultar numa aparência turva, irregular, e numa textura granular ou irregular. Os produtos celulósicos (CMC, HEC, HPMC, etc.), como outro exemplo de espessantes convencionais, oferecem uma suspensão pouco confiável e apresentam limitações significativas em relação às compatibilidades dos surfactantes. Os sistemas acrilatos são comuns; porém, esses sistemas nem sempre atingem um nível suficiente de clareza, necessitam de elevadas concentrações de polímero, e não são considerados naturais. Os sais normalmente são capazes de aumentar a viscosidade de cisalhamento alto nos sistemas espessados por surfactantes, mas não conferem a capacidade de suspensão a longo prazo.
Há, atualmente, a necessidade na indústria de produtos do consumidor de oferecer sistemas espessados por surfactantes transparentes com particulados suspensos neles, além de um auxiliar de suspensão para sistemas de alta concentração de surfactantes nos quais muitos espessantes alternativos não funcionariam.
Foi descoberto que a celulose microfibrosa (MFC), derivada de bactérias ou outra espécie, pode ser usada para obter a suspensão de particulados em sistemas espessados por surfactantes, bem como em formulações com elevadas concentrações de surfactantes. Também foi descoberto que a MFC pode ser usada para esse fim com ou sem co-agentes. Quando se utiliza a celulose microfibrosa derivada de bactérias, os resíduos celulares podem ser eliminados, o que resulta em soluções transparentes aos níveis de uso típicos.
A celulose microfibrosa parece não ser afetada pelo desenvolvimento das micelas do surfactantes e mantém uma suspensão satisfatória nesses sistemas. A celulose microfibrosa é única por sua capacidade de funcionar nesses sistemas, em grande parte devido a ser dispersa em vez de solubilizada, obtendo assim as propriedades de suspensão desejadas em formulações que de outro modo sofreriam a turvação e/ou precipitação normalmente observada usando polímeros solubilizados alternativos. BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
São descritos sistemas surfactantes compreendendo celulose microfibrosa.
O termo "sistemas surfactantes" pretende incluir, sem a isto se limitar, sistemas espessados por surfactantes e de elevada concentração de surfactantes. O termo celulose microfibrosa (MFC) inclui a MFC preparada por fermentação microbiana ou a MFC preparada pela dissolução mecânica/alteração de fibras de celulose baseadas em cereal, madeira ou algodão. Quando se utiliza a celulose microfibrosa derivada de bactérias, os resíduos celulares podem ser eliminados, o que resulta em soluções transparentes aos níveis de uso típicos. A presente invenção utiliza surfactantes para obter um sistema muito espesso (altamente viscoso) a elevadas taxas de cisalhamento com particulados suspensos nele usando celulose microflbrosa.
A concentração de surfactantes desses sistemas
varia de cerca de 5% a cerca de 99% (p/p surfactante ativo), sendo que a concentração específica é dependente do produto. Os sabonetes líquidos geralmente contêm cerca de 5% a cerca de 15% (p/p) de surfactantes, os líquidos para lavagem de louças normalmente contêm cerca de 20% a cerca de 40% (p/p) de surfactantes (com 40% sendo um produto "ultra" concentrado), e os detergente para lavagem de roupas normalmente contêm cerca de 15% a cerca de 50% (p/p) de surfactantes. Os concentrados de surfactantes industriais (para diluição posterior por fabricação ou pelo consumidor) podem ter níveis de surfactantes próximos a 100% para surfactantes não-iônicos, e algumas vezes de cerca de 50% para surfactantes aniônicos. Esses concentrados podem ser usados na fabricação de produtos do consumidor, como sabões de banheiro e xampus, ou para aplicações tais como espumas para combate a incêndio, onde o surfactante é diluído durante o uso. A MFC pode ser adicionada a esses concentrados para proporcionar resistência ao escoamento ao concentrado ou ao sistema diluído. A MFC está presente a concentrações de cerca de 0,05% a cerca de 1,0%, mas a concentração dependerá do produto desejado. Por exemplo, embora seja preferido aproximadamente 0,06% (p/p) de MFC para suspender pequenas bolhas de ar em um sistema com 80% de surfactantes, prefere-se cerca de 0,078% para suspender bolhas de ar em um sistema com 99% de surfactantes, sendo preferido cerca de 0,150% (p/p) para suspender bolhas de ar ou contas em um sistema contendo cerca de 40% (p/p) em surfactantes. Além do mais, a concentração da MFC será ajustada de modo correspondente caso seja desejado um sistema altamente transparente. Especificamente, um sabonete líquido muito transparente de cerca de 5% a cerca de 15% (p/p do surfactante ativo) pode ser obtido com um nível MFC de cerca de 0,055 a cerca de 0,25% (p/p do surfactante ativo). Os particulados a serem suspensos poderiam incluir agentes estéticos (bolhas decorativas, agentes de cremosidade, bolhas de ar, bolhas de fragrância, etc.) ou ingredientes ativos (enzimas insolúveis, ativos encapsulados, como hidratantes, zeólitas, agentes esfoliantes (por exemplo, alfa hidroxil e/ou ácidos glicólicos ou contas de polietileno), vitaminas (por exemplo, vitamina E) etc., ou ambos. Outros particulados adequados ficarão evidentes aos versados na técnica.
A invenção também se relaciona ao uso de co- agentes e/ou agentes de co-processamento, tal como CMC, goma xantana e/ou goma guar com a celulose microfibrosa nos sistemas surfactantes descritos na presente invenção. As mesclas de celulose microfibrosa são produtos de celulose microfibrosa que contêm co-agentes. Duas mesclas são descritas: MFC, QOIilu xantana e CMC em uma razão de 6:3:1; e MFC, goma guar e CMC em uma razão de 3:1:1. Essas mesclas permitem que a MFC seja preparada como um produto seco que pode ser "ativado" com alto cisalhamento ou alta mistura extensional na água ou em outras soluções baseadas em água. A "ativação" ocorre quando as mesclas de MFC são adicionadas à água e os co-agentes/agentes de co-processamento são hidratados. Após a hidratação dos co- ío agentes/agentes de co-processamento, é então necessário cisalhamento alto para efetivamente dispersar as fibras de celulose microfibrosa para produzir uma rede funcional tridimensional que exibe um ponto de escoamento verdadeiro. Inesperadamente, o co-agente e/ou os agentes de co- processamento CMC, goma xantana e/ou goma guar presentes nessas mesclas de celulose microfibrosa parecem permanecer solubilizados (após a ativação em água) em diversas formulações de elevada concentração de surfactantes, apesar de sua falta de compatibilidade geral nos sistemas de elevada concentração de surfactantes, muito provavelmente devido ao nível de baixo uso desses polímeros nessas formulações com MFC.
A invenção também está relacionada a métodos para produzir os sistemas surfactantes descritos, com ou sem co- agentes e/ou agentes de co-processamento. BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS
DOS DESENHOS O resumo anterior será melhor compreendido quando lido em conjunto com a Descrição Detalhada da Invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Soluções contendo elevados níveis de surfactantes foram preparadas usando celulose microfibrosa com e sem co-agentes. o pH dos sistemas aqui descritos varia de cerca de 2 a cerca de 12.
EXEMPLO 1
Uma solução espessada contendo surfactante io não-iônico a 80% foi preparada com uma mescla de celulose microfibrosa a 0,1% (mescla de MFC/goma xantana/CMC 6:3:1). Preparou-se primeiramente um concentrado, contendo mescla de celulose microfibrosa a 0,5% (mescla MFC/goma xantana/CMC 6:3:1) em água deionizada. 40 g dessa solução foram introduzidas em um béquer de 250 mL e então 160g de Triton® X-100 não- diluído (-100% Octoxinol-9 ativo fornecido pela Union Carbide) foram adicionados lentamente com mistura a 600 rpm usando uma espátula de mistura rápida. A solução resultante apresentou boa clareza após inspeção visual e possuía a capacidade de suspender contas de polietileno, encapsulados de gelatina, contas de goma gelana e bolhas de ar. O valor do escoamento foi de 0,33 Pa (conforme medido com um Reômetro de Escoamento Brookfield®) a um pH de 5,3.
EXEMPLO 2
Uma solução espessada contendo surfactante
não-iônico a 80% foi preparada com uma mescla de celulose microfibrosa a 0,1% (mescla de MFC/goma xantana/CMC 6:3:1). Preparou-se primeiramente um concentrado, contendo mescla de celulose microfibrosa a 0,5% (mescla MFC/goma xantana/CMC 6:3:1) em água deionizada. 40 g dessa solução foram colocadas em um béquer de 250 mL e 160g de Tween® 20 não-diluído (-100% Polisorbato 20 ativo fornecido pela ICI) foram adicionados lentamente com mistura a 600 rpm usando uma espátula de mistura rápida. A solução resultante apresentou boa clareza após inspeção visual e possuía a capacidade de suspender contas de polietileno, encapsulados de gelatina, encapsulados de goma arábica e bolhas de ar. O valor do escoamento foi de 0,11 Pa (conforme medido com um Reômetro de Escoamento Brookfield(D) a um pH de 6,0.
EXEMPLO 3
Uma solução espessada contendo surfactante
não-iônico a 99% foi preparada usando uma versão em bolo úmido da celulose microfibrosa. Adicionou-se bolo úmido a 0,78% a Triton X-IOO não-diluído, misturando-o em um misturador Oster® em "liquefação" (velocidade máxima) por 5 minutos. A atividade (% de sólidos) dessa forma em bolo úmido da MFC foi de cerca de 16%, de modo que o nível de MFC ativo fosse de 0,125% no surfactante. A solução resultante apresentou boa clareza após inspeção visual e possuía a capacidade de suspender contas de polietileno, encapsulados de gelatina, encapsulados de goma arábica e bolhas de ar. A solução foi desaerada sob vácuo e o ponto de escoamento foi medido. Após inspeção visual, a solução resultante apresentou clareza satisfatória com uma ligeira turvação e um ponto de escoamento de 14,6 Pa.
EXEMPLO 4
Uma solução espessada contendo surfactante não-iônico a 99% foi preparada usando a versão em bolo úmido da celulose microfibrosa. Adicionou-se bolo úmido a 0,78% a Tween® 20 não-diluído, misturando-o em um misturador Oster® em "liquefação" (velocidade máxima) por 5 minutos. A atividade (% de sólidos) dessa forma em bolo úmido da MFC foi de 16%, resultando em um nível de MFC ativo de 0,125% no surfactante. A solução resultante apresentou boa clareza após inspeção visual e possuía a capacidade de suspender contas de polietileno, encapsulados de gelatina, encapsulados de goma arábica e bolhas de ar. A solução foi desaerada sob vácuo e o ponto de escoamento foi determinado. Após inspeção visual, a solução resultante apresentou clareza satisfatória com uma ligeira turvação e um ponto de escoamento de 17,8 Pa.

Claims (16)

1. Sistema surfactante, caracterizado por compreender celulose microfibrosa a uma concentração de cerca de 0,05% a cerca de 1,0% (p/p), surfactante a cerca de 51% a cerca de 99% (p/p do surfactante ativo) e um particulado.
2. Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrosa está presente a cerca de 0,06%.
3.Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrosa está presente a cerca de 0,075%.
4. Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrosa está presente a cerca de 0,125%.
5. Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o surfactante está presente em cerca de 80 % (p/p do surfactante ativo).
6. Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por adicionalmente compreender bolhas de ar suspensas nele.
7. Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o surfactante está presente em cerca de 99% (p/p do surfactante ativo).
8. Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o pH é de cerca de3 a cerca de 11.
9. Sistema surfactante, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o pH é de cerca de 3 a cerca de 11.
10. Método de preparação de um sistema surfactante, caracterizado por compreender combinar celulose microfibrosa com água e misturar, adicionar o surfactante e então misturar, adicionar particulados seguido de mistura, em que o sistema resultante é claro e os particulados são suspensos nele.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrosa está presente a uma concentração de cerca de 0,05% a cerca de 1,0% (p/p) e o surfactante está presente em cerca de 51% a cerca de 99% (p/p do surfactante ativo).
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrosa está presente em cerca de 0,06%.
13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrosa está presente em cerca de 0,075%.
14. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrosa está presente em cerca de 0,125%.
15. Método, de acordo com a reivindicação10, caracterizado pelo fato de que o surfactante está presente em cerca de 80% (p/p do surfactante ativo).
16. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o surfactante está presente em cerca de 99% (p/p do surfactante ativo).
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