CN102245752B - 用于制备含有第二相的皂的锥形螺杆挤出方法 - Google Patents

Abstract

在用于制造改进的多相皂条产品的螺旋挤压机组件中，利用至少部分延伸至挤出区内的挤出机圆锥体中的锥形螺旋叶轮的方法能使用较宽范围的皂材料/配方，包括与初始连续相硬度相比具有类似或稍高硬度的较宽范围的第二非连续相材料，这样使得生产更可行、容易和方便。

Description

用于制备含有第二相的皂的锥形螺杆挤出方法

发明背景

近年来，对于美观上独特的皂条有增长的消费需求。为了使得皂条更吸引人，产生了由不同的皂材料和/或不同的颜色制备的半透明、透明的和不同的条形状以及多相和/或多色皂条，以增强这些产品的吸引力和消费要求。

例如，在美国专利3,891,365和3,947,200(均为Fischer)和6,852,260B2(Vu等人)中显示了产生有条纹的皂条的方法和挤出装置，并且在美国专利3,823,215和3,940,220(均为D’Arcangeli)、3,993,722(Borcher等人)、4,011,170(Pickin等人)、6,727,211B1(Aronson等人)以及6,805,820B1(Myers)中描述了产生多样化的、多色和/或有大理石花纹的皂条的方法和挤出装置。在美国专利6,878,319B2(Browne等人)中描述了使用两种不同的组分以生产包含不同的区的洗涤剂条的注塑方法。

发明概述

本发明提供了一种用于生产固体皂产品的挤出方法，所述方法包括将皂组合物进料至挤出机中，该挤出机含有具有入口和出口的外壳和横过挤出机的螺旋叶轮，其中从外壳的入口到出口并在出口终止的至少一部分外壳为锥形的，以形成具有降低的横截面面积的一部分外壳，并且所述螺旋叶轮至少部分延伸至在此螺旋叶轮终止的挤出机的锥形部分中，并通过挤出机挤出所述皂组合物。

本发明还提供了一种用于生产多相条皂的方法，所述方法包括：在至少一个精炼机中加工包括初始皂相的流，随后进入螺旋挤压机，该螺旋挤压机包括螺旋挤压机外壳、用于接受待挤出的材料的进料漏斗、挤出机、通过其已被挤出的材料离开的出口和经由进料漏斗朝向出口横截面缩小并且在该出口处终止的挤出机圆锥体、布置在挤出机中并且至少部分延伸至挤出机圆锥体中的螺旋叶轮；在螺旋挤压机的进料漏斗中将至少一个第二皂相引入到初始连续皂相的流中；以及通过在挤出区内含有螺旋叶轮的挤出机圆锥体挤出包括初始皂相和至少一个第二皂相的流，以生产具有埋入的在视觉上不同的相的条皂。

附图概述

图1为举例说明用于挤出最终会被切割并压成条皂的胶粒的常规装置的示意图。

图2举例说明根据本发明教导的某些方面，用于挤出条皂的装置的一个实施方案，该装置包括两级真空螺旋挤压机，该两级真空螺旋挤压机包括延伸至挤出机圆锥体中的锥形螺杆。

图3为在图2的挤出机圆锥体区内的锥形螺杆的详细的剖视图。

图3A为在图2的挤出机圆锥体区内的锥形螺杆的详细的剖视图，其中在挤出机圆锥体内安装有内锥形圆锥体。

图4举例说明根据本发明教导的某些方面，用于挤出条皂的胶粒的装置的另一个实施方案，该装置包括两级真空螺旋挤压机，该两级真空螺旋挤压机包括具有延伸至挤出机圆锥体中的锥形螺杆的挤出机桶隔室和在挤出机圆锥体的出口处与挤出机圆锥体连接的延伸圆锥体。

图5为如图4所示的在挤出机圆锥体内并包括延伸圆锥体的锥形螺杆的详细的剖视图。

图6举例说明用于挤出条皂的胶粒的装置的另一个实施方案，该装置包括星形轮(spider)装置。

图7为沿着图6的7-7′线截取的星形轮装置的横截面图。

图8举例说明根据本发明教导的某些方面，用于挤出皂胶粒的装置的再一个实施方案，该装置包括单级螺旋挤压机，该单级螺旋挤压机包括延伸至挤出机圆锥体中的锥形螺杆。

发明详述

本文中从始至终使用范围来代替描述在该范围内的各个值和每一个值。对于定义的参数，可选择在该范围内的任何值。并且除非另外说明，否则所有百分比为重量百分比。

现在，已开发了用于配制多相皂条的挤出装置和方法，该多相皂条包括第一相和至少一个另外的相，其中与第一相的硬度相比，所述另外的相可具有类似或稍高的硬度。特别是，利用至少部分延伸至挤出机圆锥体(截头锥体)区中的锥形螺杆来制造多相皂条产生具有在视觉上不同的相和/或允许形成期望的大理石花纹图案的更好的条美观。使用这种改进的挤出机螺杆设计使得制造期望的条美观更可行，因为可以使用简单的皂配方，并且制造皂的各相时不需要专门的工艺或复杂的设备，特别是用于制造较硬的第二皂相，以便在挤出过程中各相不会过渡变形/共混。

因此，提供了一种用于生产皂的多相条的胶粒的挤出方法，这些条包括连续初始皂相和至少一个埋入其中的第二固体皂相。所述方法包括将初始连续皂相的流通过皂成品线的第一级，该皂成品线包括具有一个或多个轧制机和螺旋挤压机的精炼机。在螺旋挤压机设计中，将至少一个第二固体皂相经由进料漏斗/之后经由真空室引入初始连续皂相的流中，以形成初始(连续)和第二(非连续)皂相的合并流。使用延伸至挤出机圆锥体(截头锥体)中的具有锥形剖面的螺杆将具有初始和第二相的流挤出，该流形成为具有埋入的在视觉上不同的相的胶粒，随后将该胶粒切割和压成皂条。为了在经整理的条中观察到在视觉上不同的相和/或期望的大理石花纹图案，锥形螺杆充分延伸至挤出机圆锥体中，以形成“有效”挤出区。该有效挤出区为在锥形螺杆的末端与挤出机圆锥体的出口之间的区。在一个实施方案中，入口直径与出口直径的比率通常最高达3∶1。在其他实施方案中，该比率为2.5∶1至2∶1或1.5∶1至1∶1。入口直径为在挤出机圆锥体内的锥形螺杆的末端处的挤出机圆锥体的直径，而在挤出机圆锥体的出口(截头锥体)处测量的出口直径为挤出的皂胶粒的直径。

在本发明的某些方面，挤出机圆锥体任选包括内锥形圆锥体。在本发明的另一方面，挤出机圆锥体任选包括与挤出机圆锥体的出口连接的较小的延伸圆锥体(截头锥体)，工艺流通过该延伸圆锥体。在再一方面，有效挤出区还包括星形轮装置，该星形轮装置可布置在挤出机圆锥体内的锥形螺杆的末端处，或者可布置在挤出机圆锥体的出口与延伸圆锥体(如果存在)的起点之间。

如图2所示，用于皂条制造的单螺杆和两级(双桶)挤出机(皂螺旋挤压机)通常包括一个或多个进料漏斗，一个(单级)或两个(两级或复式)其中旋转安装一个或多个螺旋叶轮的挤出机桶，以及挤出机圆锥体。在桶的一端经由进料漏斗将一个或多个粉末状或粒状皂原料进料至装置中，随后输送材料并通过桶隔室通过旋转叶轮螺杆压缩至挤出机圆锥体(实际上是截头锥体)，以生产皂胶粒，随后将胶粒切割并压制成期望的皂条形状。

在图1(简化示意并省略附带的设备，例如产生真空的装置，发动机，驱动器等)中，举例说明采用复式螺旋挤压机的常规皂成品线10，将通常包括皂前体材料(例如，片、珠粒、薄片、大块等)、颜色、香料和其他成分的工艺流12引入拌和机和/或混合精炼机14，在这里工艺流材料共混和/或混合。流由14进料至轧制机和/或精炼机16(任选复式精炼机或单式精炼机，与一个或多个轧制机组合)，用于进一步均化，随后进料至进料漏斗18并进入具有两个不同的挤出机桶隔室的双桶(复式)皂螺旋挤压机(挤出机)21的第一(上)桶隔室22，所述螺旋挤压机压实或压缩流，使其进行一定量的混合，并在图中从左向右朝向室/连接器23移动，在室/连接器23处可使皂经受真空以除去任何气泡和/或其中可加入着色剂或染料或其他添加剂和/或可将皂切割成段，随后重力-进料至螺旋挤压机的第二(下)桶隔室24。在该桶中，将旋转螺杆压实并迫使皂进入和通过挤出机圆锥体(截头锥体)28，由此形成胶粒，胶粒任选进入切割机30，在此将胶粒切割以形成离散的皂条，并且压机32用于使切割皂条成型和/或压印。固体个人护理/洗衣/家庭清洁皂条产品34随后离开皂-成品线10，其中过量的皂材料通过适当的装置36再循环回进料漏斗18，用于在两级螺旋挤压机20中再加工。

当经由典型的挤出机在皂-成品线工艺中制造多相条皂时，该生产通常涉及用于选择和制备用于各相的适当的皂组合物的复杂的工艺。例如，为了在挤出多相条皂时保持在视觉上不同的相，选择各相的硬度以促进第二相掺入或埋入第一相中，同时不过分共混、混合、涂抹或拉伸在第一相内的第二相，以获得期望的美观。因此，在常规工艺中，当挤出其中第二相埋入在第一相内的条皂时，与初始皂相相比，通常选择第二固体相具有显著更高的硬度，而第二相适宜承受皂螺旋挤压机中与模压方法相关的各种物理力，以保持期望的在视觉上不同的相。

本发明的挤出机设计和挤出方法克服了与用于制备多相皂条的标准皂挤出方法相关的缺点，例如具有第一固体相和其中分散离散的第二固体相(例如，半透明、不透明的或其他第二相)的那些。如本文中所用，为了方便，多相皂是指具有第一连续相和在其中分散的第二离散的非连续相，然而，本发明公开考虑在固体皂组合物中的多个相。在某些方面，存在至少两个在视觉上或组成上不同的相。

根据本发明公开，在条皂制造方法中的挤出机具有延伸至挤出机圆锥体区中的锥形螺杆，以形成“有效”挤出区，该有效挤出区具有较短的长度和较低比率的横截面入口直径与出口直径比，消除了在模压方法中常规出现的关键的涂抹/拉伸。

根据本发明的教导提供了通过使用螺旋挤压机和挤出-支撑装置形成固体皂的方法，该方法能在宽范围内选择皂材料性能和组成(例如，相)并且提供在美观上不同和令人愉悦的多相条皂。如上所述，与常规设计相比，挤出区分别设计成较短和具有比较低的入口与出口的横截面面积比率。

在某些方面，用于生产包括连续初始皂相和至少一个埋入其中的第二固体皂相的固体皂条的挤出方法描述于图2中的皂-成品线10A，其结构和元件编号与图1中的线10类似。将第一初始皂相的原料引入工艺流12中，原料进入拌和机/混合精炼机14和轧制机和/或精炼机16。工艺流进入漏斗18，以进料至具有第一级和第二级/挤出机圆筒形隔室21的双级螺旋挤压机20A。第二级螺杆26A不同于图1的第二螺杆26，这一点将在以下更详细地讨论。工艺流材料(第一初始皂相材料)离开第一级挤出机桶隔室22并进入在相应的挤出机隔室21之间的室/连接器23A。

经由室/连接器23A中的入口40将至少一个第二固体皂相经由第二工艺流引入到第一工艺流(初始皂材料)中，以形成初始和第二皂相的合并流。在将其引入室/连接器23A中时，第二工艺流可为液体或固体形式(片、薄片、珠粒、大块、颗粒等)。可以基于多相固体条皂期望的美观来选择第二工艺流的物理形式。例如，选择固体第二相的形状和尺寸，使得产生期望的尺寸，并且最终产生条皂的视觉效果/美观，如本领域技术人员所理解的。此外，所述方法可因图2所示的装置而变，例如，可将第二工艺流以液体形式沿着挤出机桶隔室24A或挤出机圆锥体28A注射至各个点，以在混合时获得不同的美观，例如，大理石花纹效果。另外，引入第二皂相的点可为在进入第二级挤出机桶隔室24A之前的入口18。

在一个实施方案中，在挤出方法过程中第二皂相存在最小的混合、拉伸和/或涂抹。“最小”是指在30cm距离具有20/20视力或矫正到20/20视力的普通观察者在最终的皂产品中可看到两个不同的相。

螺旋叶轮轴26A迫使初始和第二皂相的混合物通过挤出机圆锥体(截头锥体)末端44的出口。如上所述，在各方面，流通过锥形螺杆在其中延伸的挤出机圆锥体。

在本发明公开的某些方面，将第二级螺杆改进以具有锥形螺杆26A或在26A末端连接的锥形螺杆部件(未示出)，其至少延伸至具有逐渐降低的直径的一部分挤出机圆锥体中。因此，不是具有挤出机圆锥体，例如图1中的28，第二级螺杆26A或连接的锥形螺杆部件(如果存在)当到达末端44时逐渐减小为较窄的直径。然而，挤出机圆锥体还可包括其他元件，例如在挤出机圆锥体内安装的内圆锥体、与挤出机圆锥体28A的末端44连接的延伸圆锥体、或在挤出机圆锥体内的锥形螺杆的末端处安装的星形轮装置，或者在挤出机圆锥体与延伸圆锥体之间的连接点处连接。

根据本发明教导的各方面，示于图2的改进第二级螺杆26A更详细地示于图3。设计螺旋叶轮轴26A使工艺流材料通过第二级挤出机桶隔室24A移动至挤出机圆锥体的末端44，这样产生含有入口区52的有效挤出区，并且材料通过出口50挤出。有效挤出区具有用“a”表示的第一(入口)直径的和在出口50处用“b”表示的第二直径。第一横截面直径“a”相应于有效挤出区入口的锥形螺杆52的末端的点。第二横截面直径“b”相应于皂胶粒出口44的有效挤出区的末端，其具有与挤出的胶粒相同的直径。在各方面，入口和出口直径的比率(a∶b)，在本文中也称为入口直径与出口直径的比率，为3∶1；优选2.5∶1；更优选2∶1；还更优选1.7∶1，并且在某些方面，为1.5或1∶1。在将皂混合物挤出或会聚成胶粒以及最终的皂条时，这种比率的入口直径与出口直径是特别期望的，并且还适用于整个有效挤出区(包括其他元件，例如锥形内圆锥体、任何延伸圆锥体和/或任何星形轮模)。在常规方法中，通常该有效挤出区的入口直径与出口直径比率为约4.5∶1至10∶1。

在各方面，与常规挤出设备相比，由入口区52至出口50限定的距离“d”最小化为较短。例如在某些方面，选择“d”小于或等于200mm，优选小于或等于150mm，任选小于或等于80mm。在某些方面，与常规挤出设备的450mm-650mm相比，“d”为40-80mm。采用这种方式，通过使用螺旋挤压机挤出装置的方法制备的多相皂条提供具有改善美观的挤出皂条胶粒，并且对于相应的相，还能使用较宽范围的皂组合物和硬度性能，所述螺旋挤压机挤出装置具有有效挤出区或会聚区以及较低入口直径与出口直径比率和/或入口与出口之间降低的长度。

再次参考图2，在离开其中包括锥形螺杆的挤出机圆锥体(截头锥体)之后，初始和第二相的工艺流混合物随后通过切割机30和压机32，以形成具有以期望方式在其中混合的第一和第二皂相的固体多相皂条。

在某些方面，含有锥形螺杆的挤出机圆锥体还可包括朝向挤出机圆锥体的末端在内部安装的内圆锥体28A，这样类似地提供了具有适宜低入口直径与出口直径比率的有效挤出区，例如图3A所示。皂-成品线与已讨论的实施方案类似。入口直径与出口直径比率与上述类似。第一(入口)直径“a”在入口52出现，与此相比，第二(出口)直径“b”在锥形内圆锥体(截头锥体)的出口50出现。类似地，挤出剖面长度“d”从入口52延伸到出口50。

在某些方面，含有锥形螺杆的挤出机圆锥体还可包括延伸圆锥体附件，其类似地提供了具有适宜低入口直径与出口直径比率的有效挤出区，例如图4和5所示。皂-成品线与已讨论的实施方案类似，不同之处在于双级真空螺旋挤压机20B具有与末端44B连接的延伸圆锥体56。例如，延伸圆锥体任选经由相应的配套法兰58与末端44B偶联。入口直径与出口直径比率与上述类似；然而，第一(入口)直径“a”在入口52B出现，与此相比，第二(出口)直径“b”在锥形延伸圆锥体(截头锥体)56的出口60出现。类似地，挤出剖面长度“d”从延伸圆锥体56的入口52B延伸到出口60。

图6和7显示多相挤出螺旋挤压机装置的一个供选的实施方案，其中挤出机圆锥体28A还包括在挤出机圆锥体28A和延伸圆锥体64的末端44之间布置的星形轮附件装置62。星形轮模为本领域众所周知，并且其示例性结构示于图7，其中星形轮62具有多个辐条68，这些辐条会聚于70，形成孔72，当从挤出机圆锥体(截头锥体)28A的末端44通过时工艺材料通过该孔流动，随后通过延伸圆锥体64并最终在出口66挤出，如图6所示。因此，有效挤出区具有入口52与延伸圆锥体的出口66相应的直径的总体比率，换言之，入口直径与出口直径的比率，用a∶b表示。螺杆集中化除了其支撑作用以外，还可用于本发明公开的方法中来产生期望的大理石花纹图案。当工艺流通过星形轮装置62的孔72时，皂材料的图案发生某些变形/流动，因此，能在挤出的胶粒和最终的皂条中获得期望的美观。

在某些其他方面，两级螺旋挤压机用单级螺旋挤压机代替，单级螺旋挤压机含有至少部分延伸至挤出机圆锥体中的锥形螺杆。在另一方面，两级螺旋挤压机还可与其他装置组合使用，例如内圆锥体、延伸圆锥体和/或星形轮装置。

在另一个实施方案中，锥形螺杆具有至少一个在挤出机圆锥体内纵向延伸的槽。

在另一个实施方案中，至少一个第二固体皂相包括半透明皂。

在另一个实施方案中，至少一个第二固体皂相包括不透明的皂。

根据本发明的教导形成的多相皂胶粒和条包括连续相和非连续相。期望地是，与用于常规多相皂挤出方法相比，当根据本发明公开的挤出方法使用这种第二相时，第二相的水分含量可能非常高。在本发明的一个实施方案中，半透明皂片典型的水分含量为16％至18％，与此相比，常规多相皂挤出方法的水分含量≤12％。具有较高水分含量的第二相通常具有相应降低的硬度值。在另一个实施方案中，通过在指定的温度范围内(35-55℃，或38-45℃)将材料一起加入到混合机中相应的相，接着挤出和模塑以形成最终的胶粒，连续相和非连续相固体物质在固体多相皂条中合并。

连续固体皂相

条组合物包含55-99％的连续相，在另一个实施方案中，为75-95％，在再一个实施方案中，为80-90％。

连续相包括适用于清洁皮肤的表面活性剂或洗涤剂基质以及用于控制其稠度的任选的增塑剂。

非连续相

在一个实施方案中，非连续相可占条的1-35％，在另一个实施方案中，为5-25％，在再一个实施方案中，为10-20％。通常非连续相的形状、分布和表面品质(例如，如何在视觉上区分)赋予条令人愉悦的视觉美观，并且在某些方面，具有工艺品质。

在某些方面，固体多相皂条的非连续相区域可能具有多种形状。例如，所述区域在横截面中看能起来大致为扁圆的或扁长的球体、圆盘、圆筒、棱柱、偏菱形、立方体或新月形，或者它们可能具有不规则的形状。在某些方面，此类非连续相区域的最长尺寸为长3-70毫米，在其他方面，为5-50毫米，在还其他方面，为5-35毫米。如上所讨论，经由液体注射非连续相任选引入非连续相区域，这样可产生缎带、条纹、大理石花纹等。

此外，如本领域众所周知的那样，通过精确使用着色剂/染料，也可将连续或非连续相制成多色的，例如，大理石花纹。

Claims (15)

1.一种用于生产固体皂产品的挤出方法，所述方法包括将皂组合物进料至含有具有入口和出口的外壳和横过挤出机的螺旋叶轮的挤出机中，其中从外壳的入口到出口并在出口终止的至少一部分外壳为锥形的以形成具有降低的横截面面积的一部分外壳，并且所述螺旋叶轮至少部分延伸至在此螺旋叶轮终止的挤出机的锥形部分中，并通过挤出机挤出所述皂组合物，

其中在螺旋叶轮的末端处的挤出机外壳的直径与在挤出机的出口处的挤出机的直径的比率为3∶1或更小，

其中螺旋叶轮的末端与挤出机的出口之间的距离大于0但小于或等于200mm。

2.权利要求1的挤出方法，其中挤出机的锥形部分为挤出机圆锥。

3.权利要求1的挤出方法，其中布置在外壳的锥形部分中的一部分挤出机螺杆为锥形的。

4.权利要求1的挤出方法，其中布置在外壳的锥形部分中的一部分挤出机螺杆具有在挤出机螺杆的末端连接的锥形部件。

5.权利要求1的挤出方法，其中所述固体皂产品包括连续初始皂相和至少一个嵌入其中的次生固体皂相，所述方法包括：

(a)将初始皂相进料至具有第一级和第二级的真空螺旋挤压机的第一级中，通过所述真空螺旋挤压机的第一级挤出所述初始皂相，并进入所述真空螺旋挤压机的第二级；

(b)将至少一个次生固体皂相引入到所述真空螺旋挤压机的第二级中，以形成初始和次生皂相的混合物；以及

(c)通过所述螺旋挤压机的第二级的剩余部分挤出所述混合物。

6.权利要求1的挤出方法，其中在挤出机外壳的锥形部分内安装具有入口和出口的内锥形圆锥，使得内锥形圆锥的出口与挤出机外壳的出口连接。

7.权利要求5的挤出方法，其中所述挤出机外壳的锥形部分包括与挤出机外壳的出口连接的延伸圆锥，并且在离开锥形部分之后，初始和次生皂相的混合物通过该延伸圆锥。

8.权利要求5的挤出方法，其中在第二级，挤出机外壳中的至少一个槽沿着锥形部分纵向延伸并进入锥形部分。

9.权利要求1的挤出方法，所述方法还包括布置在挤出机的锥形部分末端处的星形轮装置。

10.一种生产多相棒皂的方法，所述方法包括：

在至少一个精炼机中加工包括初始皂相的物流并随后经由进料漏斗进入螺旋挤压机，该螺旋挤压机包括螺旋挤压机外壳，用于接受待挤出的材料的进料漏斗，挤出机，已被挤出的材料借此离开的出口和朝向出口横截面缩小并且在出口处终止的挤出机圆锥，螺旋叶轮布置在挤出机中并且至少部分延伸至挤出机圆锥中；

在螺旋挤压机的进料漏斗中将至少一个次生皂相引入到初始连续皂相的物流中；以及

通过在挤出区内含有螺旋叶轮的挤出机圆锥挤出包括初始皂相和至少一个次生皂相的物流，以生产具有嵌入的在视觉上不同的相的棒皂，

其中在螺旋叶轮的末端处的挤出机外壳的直径与在挤出机的出口处的挤出机的直径的比率为3∶1或更小，

其中螺旋叶轮的末端与挤出机的出口之间的距离大于0但小于或等于200mm。

11.权利要求10的生产方法，其中将内锥形圆锥安装在恰好在挤出机的出口前面的挤出机圆锥内。

12.权利要求10的生产方法，其中所述挤出机圆锥包括与其末端连接的延伸圆锥，并且在离开挤出机圆锥之后，初始皂相和至少一个次生皂相通过该延伸圆锥。

13.权利要求10的生产方法，其中至少一个槽沿着螺旋挤压机的外壳纵向延伸并进入挤出机圆锥。

14.权利要求10的生产方法，其中在所述生产方法过程中存在最小混合、拉伸和／或涂抹次生固体皂相。

15.权利要求10的生产方法，所述方法还包括布置在挤出机的锥形部分末端处的星形轮装置。

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