CN102481603B - 清洁基质的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于清洁基质的方法和装置。具体地，本发明涉及连接到洗涤剂定量供给系统的空气－水喷射器装置。因此，本发明的一个目的是提供具有增强的性能的清洁织物制品的空气-水喷射器装置；以及提供可以连接到空气-水喷射器装置的用于洗涤剂组合物的定量供给装置。出乎意料地，已经发现，在水源和水喷嘴出口之间的洗涤剂组合物DET的分配室提供空气-水喷射器的改善的清洁。

Description

清洁基质的装置
技术领域
本发明涉及清洁基质的方法和装置。具体地，本发明涉及与洗涤剂定量供给系统（detergent dosing system）连接的空气-水喷射器装置(air-water jet device)。
背景技术
织物制品的洗涤是整个世界都常用的方法。所有机器洗涤过程都具有的一个具体问题是机器洗涤过程并不总是去除织物制品上的污点。在手洗过程中，可以对污点(stains)给予特别的关注，但是在洗衣机中一般缺少这种关注。
保证去除污点的一种方式是在开始洗涤过程之前将预处理组合物施加在污点上。另一种方式是在洗涤之前手工去除污点。这两种方法都是现有技术中常用的。
预处理的另一种方式是使用水喷射来利用流体应力(hydrodynamic stress)来去除污点。喷射，一般定义为高速液体例如水，或者水与空气的组合，已经用于清洁硬和无孔的表面，例如汽车、壁和金属容器。
US4787404 (IBM，1988)公开了一种低流量压力喷雾器装置，其尺寸和操作使得加速气体到基本上声速并使其击碎清洁液体。其还公开了在高压输入到小液滴中并且将这些液滴加速到至少所述气体速度的一半，在邻近所述装置的出口端的表面产生剪切应力，从而从所述表面去除污染物。
FR-B-1108989公开了一种通过使基质经受由包含水通道和空气通道的喷射设备产生的空气-水喷射来清洁基质的方法。
US 2002/189641公开了一种清洁污染的表面的装置，所述装置包含供给水容器和空气压缩机，与包含水通道和空气通道的喷射喷嘴连通。
上述装置二者都提供在装置内混合的空气水喷射。这样的系统的缺点是因为与水流方向相对的空气压力而不能可靠地调节水流。当要求低水对空气比（例如水:空气比小于1:9）或者使用低水流量时，这是特别成问题的。现有技术的喷嘴不适合于该目的。EP 0 140 505公开了一种工业组分流体喷射器，其具有包含两个同轴管的喷嘴。外管具有阶梯状的孔。环形涡流片(swirl plate)被旋塞到中等直径孔部分中并且使内管一端旋塞到其中。通过涡流片的清洁流体进入具有轴向分量和旋转作用的室中，以形成空心的锥形喷射。从内管出来的流体仅形成针尖射流，但是与同时从涡流片出来的旋转流体合作形成实心锥体射流。所述射流可用机器人操作和定向。US 4,569,483公开了一种设备，其使用来自水龙头源的低压水流（其中可以选择性引入化学物质），和由泵产生的高压水流（其中可以选择性引入化学物质），和空气流（其中可以选择性引入化学物质）。加热的水源提供高压流的水。所有的流都引到单一的喷雾枪，所述喷雾枪具有控制开关来控制管线和化学物质。
EP1250959公开了一种具有单一喷嘴的清洁装置，其使用在内部混合的空气、水和皂混合物在高压下进行清洁。该现有技术仅有一个喷嘴并且它是内部混合的，不适合于该目的。
预处理的一种具体方式，描述在我们的共同未决申请PCT/EP2009/050869(公开为WO2009/103595)中，是使用水-空气喷射器从织物制品去除污点。所描述的空气-水喷射器装置包含用于空气和水的外部混合的喷嘴设计和用于提供所需空气的压缩机。
但是，流体应力单独地不是总能提供要求的结果。
因此，本发明的一个目的是提供具有增强的性能的清洁织物制品的空气-水喷射器装置。
本发明的另一个目的是提供可以连接到空气-水喷射器装置的洗涤剂组合物用定量供给装置(dosing device)。
出人意料地，已经发现在水源和水喷嘴出口之间的洗涤剂组合物的分配室提供了空气-水喷射器的改善的清洁。
发明内容
因此，本发明提供系统，其包括(a)空气-水喷射器装置，其包含：第一喷嘴，其与供给水源流体连通，和连接到空气源的第二喷嘴；其中所述第一喷嘴和第二喷嘴都相对于假想的中心轴（NOR）设置；所述第一喷嘴相对于所述中心轴成1 - 60°的角（α）设置；和所述第二喷嘴相对于所述中心轴成1 - 45°的角（φ）；以及其中，所述第二喷嘴的口相对于所述第一喷嘴的口在沿着中心轴方向的流动方向上设置为更靠前，其中，在所述方向上在所述第一喷嘴与所述第二喷嘴的口之间的偏移（OS）距离为0.5 – 5 mm，和(b)洗涤剂定量供给装置，其包含含有洗涤剂组合物的室，位于水源和第一喷嘴之间；其中所述洗涤剂定量供给装置包含自动切断装置(auto-shut-off device)，特征在于在洗涤剂组合物用完时，所述切断装置关闭定量供给装置的水进口和/或出口。
通过阅读以下详细说明和所附权利要求，这些和其他方面、特征和优点对本领域技术人员而言将变得显而易见。为了避免疑问，本发明的一个方面的任何特征都可以用于本发明的任何其他方面。词语“包含”意在表示“包括（含有）”，但不一定是“由…组成”或“由…构成”。换言之，所列的步骤或选项不必是穷尽性的。应当注意的是，以下描述中给出的实施例意在说明本发明，并不意在将本发明限于那些实施例本身。类似地，所有的百分比都是重量/重量百分比，除非另外说明。除了在操作和对比实施例中，或者另外明确说明之处，在本说明书中表示物质的数量或反应条件、材料的物理性质和/或用途的所有数字应当理解为用词语“约”修饰。以“x到y”形式表示的数值范围理解为包括x和y。在对于特定特征以“x到y”形式描述多个优选范围时，应当理解也考虑组合不同端点的所有范围。
具体实施方式
因此，本发明提供具有改善的性能的清洁装置。
空气-水喷射器装置
所述空气-水喷射器装置包含两个喷嘴，其中第一喷嘴与供给液体源流体连通；和第二喷嘴连接到压缩空气源。
水源可以是任何水源，从总水管直接、通过泵、通过容纳水的加压容器，或者通过任何其他方式，或者甚至通过重力（即通过将水存储器置于高于空气-水喷射器使用高度），提供到空气-水喷射器装置。
类似地，所述空气源可以是任何空气源，通过压缩机提供，所述压缩机与所述装置分开或构建在所述装置中，或者通过压缩空气管线提供，例如在医院和牙科诊所中常常是可用的。
第一喷嘴（水喷嘴）和第二喷嘴（空气喷嘴）二者相对于假想的中心轴(NOR)设置。第一喷嘴相对于中心轴成1 - 60°，优选10 - 30°的角度(α)设置；和第二喷嘴相对于中心轴成1 - 45°，优选15° - 30°的角度( )。
第二喷嘴的口在沿着中心轴方向的流动方向上比第一喷嘴的口更靠前设置，其中，第一喷嘴的口与第二喷嘴的口之间的偏移（OS）距离在所述方向上为0.5 – 5 mm，优选1 – 3 mm。
当第一喷嘴具有0.05 – 10 mm2，优选甚至至少0.2 mm2且不大于7 mm2，更优选不大于5 mm2或甚至小于3 mm2的开口时，获得了最好的结果。类似地，第二喷嘴的开口优选为0.2 – 3 mm2。
本发明的范围还包括包含对准单一空气喷嘴的两个或更多个水喷嘴的构造。虽然这增加了装置的复杂性，这一般不是优选的，但是其提供了使不同的或不相容的成分混合或反应的作用点的额外益处。还包括在本发明的范围中的是液体喷嘴之一用于无空气流定量供给成分，以及另一液体喷嘴采用空气流但不是同向(not co-currently)使用。
对于具有圆形开口的喷嘴，第一喷嘴的直径优选为0.25 – 3.5 mm，优选至少0.5 mm，但是优选不大于3 mm，更优选不大于2.5mm，或者甚至小于3mm；而第二喷嘴的直径优选为0.5 – 2 mm。
不希望受理论束缚，认为本发明从喷嘴相对于假想轴的设置和水喷嘴（第一喷嘴）相对于空气喷嘴（第二喷嘴）的偏移得到其性能。由于这种设置，来自水喷嘴的水在空气喷嘴周围形成膜，并且由于这一点，在较低的水对空气比（即使用更少的水）获得更细的喷射。来自空气喷嘴的空气流被认为产生局部负压，其保证水沿着空气喷嘴端部在空气喷嘴方向上被驱动，而不管喷嘴的指向。此外，由于空气和水喷嘴开口的分离，水流不受空气压力的影响，而这是一个内部混合喷嘴设计的普遍问题。
因此，优选的是水:空气比为10:90 – 1:9999，更优选小于5:95，仍然更优选小于4:96，甚至更优选小于3:97，小于2:98，或者甚至小于1:99，同时该比例优选高于3:9997，更优选高于5:9995。
还优选的是在水喷嘴的开口与空气喷嘴的侧面之间的只存在短距离，该距离优选小于2 mm，更优选小于1 mm，或甚至小于0.5 mm。最优选的是水喷嘴的开口接触空气喷嘴。
优选的是空气喷嘴非同轴地包围水通道。也优选的是水喷嘴非同轴地包围空气喷嘴。
空气源的空气压力优选为1 – 4 bar。空气优选在喷嘴的出口（喷嘴开口）具有大于80 m/s，优选大于120 m/s，更优选大于180 m/s，最优选大于250 m/s的速度。尽管本发明直到非常高的空气速度都能工作，但是由于结构原因和使用者方便性，优选空气速度小于声速（即小于334 m/s）。取决于喷嘴直径，空气流量优选为3 – 50 l/min，优选大于5 l/min或甚至大于10 l/min。空气流量优选小于40 l/min，更优选小于30 l/min或者甚至小于25 l/min。
水流量通常为2 – 50 ml/min，优选大于5 ml/min或者甚至大于10 ml/min，同时水流量优选小于40 ml/min，优选小于30 ml/min，或者甚至小于25 ml/min。
构造
空气源和/或水源可以并入到所述装置中，或者安装在单独的单元中。在后一种情况下，提供单独的单元，所述单独的单元包含压缩机、压缩空气盒或筒或者另一空气源和/或任选连接到总水管的水存储器，所述单独的单元通过作为空气管线和/或水管线的管道系统连接到手持装置。
压缩机
所述空气喷射器装置还可以包含空气压缩机作为空气源。所述压缩机可以构建到所述装置的手柄中，或者作为单独的装置提供，通过管道连接到空气-水喷射器。压缩机优选提供至少1 bar且不大于5 bar，优选小于4 bar的压力。因此，非常低功率的压缩机，通常为0.05 – 1 HP（＝36.8W－735W），可以用来实现上述技术要求。由于在管道和装置中的压降，空气喷嘴处的压力将优选为1 – 4 bar，优选为2 – 3 bar。也考虑了具有设定压力的机构的装置；在这种情况下，使用者例如能够在柔和、中等和猛烈清洁之间选择。
所述水源可以是总水管，即直接连接到水龙头，或者是单独的存储器的形式。用于所述装置的水压力可以相对低，优选至少0.05 bar，更优选至少0.1 bar，但是优选不大于3 bar，更优选小于2.5 bar，仍然更优选小于2 bar。
当使用单独的存储器作为水源时，所述存储器可以仅用水填充或者用洗涤剂组合物填充。应理解，在本发明的上下文中，术语如“水源”、“水存储器”和“水喷嘴”不限于水，而是还包括洗涤剂组合物，优选含水的洗涤剂组合物。水存储器可以设置为高于所述清洁装置的使用水平面，从而提供压力，或者可以单独加压。在单独加压时，特别优选的是使用来自压缩空气源的压缩空气加压所述存储器。
洗涤剂定量供给装置
洗涤剂定量供给装置位于水源和空气-水喷射器的水喷嘴之间。
所述定量供给装置包含容纳洗涤剂组合物的室、水进口和水出口。
在使用固体洗涤剂时，供给水，例如来自容器或总水管，优选通过所述室并直接接触洗涤剂。
当使用液体组合物时，所述液体优选从容器定量供给到连接到水喷嘴的水管线中。该定量供给可通过计量泵或者滴注机构(drip mechanism)进行，但是最优选的是通过所述水管线与所述室之间的毛细连接进行。
所述定量供给装置包含自动切断装置，其在洗涤剂用完时关闭水进口和/或水出口。所述自动切断装置可以包含关闭洗涤剂定量供给装置的水进口和/或水出口的任何机构。这可以是弹簧阀、浮球阀和/或电磁阀。弹簧加载的(spring loaded)切断优选与固体洗涤剂组合使用。浮球阀装置优选与液体洗涤剂组合。
所述洗涤剂组合物可以是液体或固体。当所述组合物是固体形式时，其可以是粉末，或成型的固体如条或片。
一般地，表面活性剂体系的表面活性剂可以选自公知的教科书如“Surface Active Agents” Vol. 1, Schwartz & Perry，Interscience 1949, Vol. 2，Schwartz, Perry & Berch，Interscience 1958, 和/或现行版的“McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents”, Manufacturing Confectioners Company出版，或者“Tenside-Taschenbuch”, H. Stache, 第二版，Carl Hauser Verlag, 1981中所描述的表面活性剂。
尽管可以使用任何表面活性剂浓度，但是合适的浓度为0.5 – 3克/升，以使用时从空气-水喷射器中出来的液体的量为基准。
在本发明的上下文中，制剂可以是液体、糊或粉末。本发明上下文中的组合物包括包含表面活性剂和一种或多种有益试剂的任何组合物。这样的有益试剂可以取决于预期的用途。一般地，洗涤剂组合物可以宽泛地含有表面活性剂、助洗剂、盐、防污和/或稠化聚合物漂白剂和/或香料。
液体洗涤剂组合物还包含溶剂，选自水、乙醇和/或2-丙醇。
优选的表面活性剂是LAS（直链烷基苯磺酸盐）、AES(烷基醚硫酸盐)、乙氧基化的醇非离子表面活性剂、烷基胺氧化物、季铵阳离子表面活性剂，例如CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、CTAC（十六烷基三甲基氯化铵）和/或BAC（苯扎氯铵）。表面活性剂优选以10 – 40重量%的浓度存在，以整个组合物为基准，优选至少15%，优选小于30%。
优选的助洗剂是碳酸钠、碳酸氢钠、STPP、柠檬酸钠等。也可以使用助洗剂助剂，如方解石。助洗剂优选以0 – 40%的浓度存在，优选至少10%且不大于25%。
优选的聚合物是SCMC、PVP CP5等。其他商业防污和抗再沉积聚合物也可以使用。
当要清洁的基质是织物上的化学污点时，例如当织物被来自食物和饮料如茶、咖啡、汤、番茄酱等的可漂白污点污染时产生的那些，优选在用本发明的方法处理之前用漂白剂预处理所述污点。
合适的漂白剂是次卤酸盐(hypohalites)和过氧化物。过碳酸盐和漂白粉（次氯酸钙）是特别优选的。当漂白成分与洗涤剂组合物的其它成分的任一种不相容时，可以使用第二水喷嘴和定量供给装置。更优选的是不使用空气流定量供给漂白剂，以避免消费者暴露于漂白剂喷射。漂白剂可以以0 – 10%，优选5 – 8%的浓度存在。
所述组合物还可以含有次要成分，包括香料、荧光增白剂、抗菌剂。香料一般为消费者所喜欢，特别是在直接施用中。次要组分可以以0 – 2%w，优选0.5 – 1.5%的浓度存在。
现在将通过以下非限制性附图和实施例说明本发明。
附图的说明
图1示出包含固体洗涤剂组合物的所述装置的一个实施方案的图。
图2示出同一装置的内部构造。
图3示出空气-水喷射器喷嘴的示意图。
图4和5示出不同实施方案中的空气-水喷射器喷嘴的3-D图。
附图详述
图1示出所述装置的8个视图(A-H)。A是该装置的后视图，B是侧视图，C是通过视图A的平面“B”的截面图，E是所述装置的俯视图，F是顶/后/侧透视图（top/rear/side perspective view），以及D、G和H是固体盒(cartridge)实施方案的透视图、前/后视图和侧视图。
图2示出图1的弹簧加载的自动切断实施方案的内部构造。S表示通过塞子(P)和隔板（M）向下推固体洗涤剂组合物(DET)的弹簧。侧视图示出水进口(WI)和水出口（WO）。将理解的是，当洗涤剂用完时，塞子（P）将阻塞出口端口(WI)。
图3示出构造，其中喷嘴(N)具有液体出口端口（OPW），其相对于空气出口端口(OPA)远离基质设置，偏移一定距离(OS)。液体出口端口相对于基质(FS)的入射角由角α限定。空气出口端口相对于基质(FS)的入射角由角φ限定。虚线NOR表示与基质表面垂直的假想线。如显而易见的那样，在喷嘴的该实施方案中，角α大于角φ。空气通过空气出口端口（OPA）从喷嘴离开，液体通过液体出口端口(OPW)离开。
图4示出图3的构造的3-D视图。
图5示出具有1个空气喷嘴和2个水喷嘴的构造的3-D视图。
实施例
实施例1：恒定的清洁性能
将用颗粒和脂肪污物的混合物污染的一组25个涤棉(poly/cotton)试验布样(WFK-20D，来自WFK Germany)依次使用空气-水喷射器装置洗涤，其中水管线连接到根据本发明的定量供给装置。所述定量供给装置含有洗涤剂组合物。
在实施例1中，洗涤剂组合物是市售的洗涤剂（SURF®XL粉末，来自Unilever）。
在实施例2中，洗涤剂组合物含有30%的乙氧基化醇非离子表面活性剂(C12-EO7)、30% Na2CO3和40%的水。
在实施例3中，洗涤剂组合物含有30%的直链烷基苯磺酸钠、30% Na2CO3和40%的氯化钠。
在实施例4中，洗涤剂组合物含有30%直链烷基苯磺酸镁、30% Na2CO3和40%的氯化钠。
在Gretag Macbeth反射计中在460 nm的波长从Delta-R反射率方面测量了清洁，其中，Delta-R按清洁后的反射率减去清洁前的反射率来计算。该方法广泛用于工业中。
表1：结果
实施例组合物 平均Delta-R（460nm） 标准偏差
1 15.4 1.36
2 16.3 0.80
3 17.2 0.92
4 16.1 1.53
上表表明，在25个洗涤的测试组中，所述系统提供了约15 – 17点的Delta-R（460nm）的恒定清洁性能，具有低标准偏差。
实施例2：洗涤剂到水的恒定定量供给
根据本发明的定量供给装置被安装到水源上。所述定量供给装置的室含有固体市售洗涤用洗涤剂粉末，包含：
-20%的烷基苯磺酸钠（NaLAS），
- 40%的助洗剂和
- 39%的电解质
- 1%的次要组分（香料、荧光增白剂和酶）。
通过以15ml/min的流量使2升水通过所述室200分钟来操作所述装置。在每200 ml液体通过所述系统后在所述室的出口取样品。通过hyamine滴定测量NaLAS的浓度。
表：实施例2的结果
结果表明，根据本发明的分配装置在扩大的水体积提供了洗涤剂到水的恒定定量供给。

Claims (4)

1.用于清洁基质的系统，其包括：
a. 空气-水喷射器装置，包含
i. 第一喷嘴，其与供给水源流体连通；和
ii. 连接到空气源的第二喷嘴；
其中所述第一喷嘴和第二喷嘴都相对于假想的中心轴（NOR）设置；所述第一喷嘴相对于所述中心轴成1 - 60°的角（α）设置；和所述第二喷嘴相对于所述中心轴成1 - 45°的角（ ）；以及其中，所述第二喷嘴的口相对于所述第一喷嘴的口在沿着中心轴方向的流动方向上设置为更靠前，其中在所述方向上在所述第一喷嘴与所述第二喷嘴的口之间的偏移（OS）距离为0.5 – 5 mm，和
b. 洗涤剂定量供给装置，其包含含有洗涤剂组合物的室，位于所述水源和所述第一喷嘴之间；
特征在于所述洗涤剂定量供给装置包含自动切断装置，特征还在于所述切断装置在所述洗涤剂组合物用完时关闭所述定量供给装置的水进口和/或出口。
2.根据权利要求1的系统，其中所述空气水喷射器的喷嘴都相对于中心轴设置，其中：
a. 所述第一喷嘴相对于所述中心轴成10 - 30°的角；和
b. 所述第二喷嘴相对于所述中心轴成15 - 30°的角；
c. 其中，所述第二喷嘴的口相对于所述第一喷嘴的口在沿着中心轴方向的流动方向上设置为更靠前，其中，在所述方向上在所述第一喷嘴与所述第二喷嘴的口之间的偏移距离为1 – 3 mm。
3.根据权利要求1或权利要求2的系统，其包含固体洗涤剂组合物，所述固体洗涤剂组合物含有：
a. 20 – 40%w的表面活性剂，
b. 0 – 40%w的助洗剂，
c. 0-10%w的漂白成分，
d. 0 – 2%的次要成分，
e. 余量的盐。
4.根据权利要求1或权利要求2的系统，其包含液体洗涤剂组合物，所述液体洗涤剂组合物包含：
a. 20 – 40%w的表面活性剂；
b. 0 – 40%w的助洗剂；
c. 0 – 10%w的漂白成分；
d. 0 – 2%w的次要成分；
e. 余量的溶剂。
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