CN1049452C - 液体均质混合物和包括该混合物的肥皂块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

制造一类含有脂肪基羟乙磺酸酯和脂肪酸的肥皂块的方法，该方法是通过将脂肪基羟乙磺酸酯、脂肪酸和水形成均质溶液来进行而不需采用强力搅拌的步骤。

Description

液体均质混合物和包括该混合物的肥皂块的制备方法
本发明涉及改进的肥皂块，特别是涉及一类除了含有脂肪酸皂成分以外还含有合成表面活性剂成分的肥皂块。
肥皂块是一种早已公知的产品。然而，脂肪酸皂是一类相对较粗糙的表面活性剂，人们为了制备柔和的肥皂块，进行了很大努力试图用其他的表面活性剂成分来替代部分的皂成分。
柔和的肥皂块通常用一种含有纯肥皂成分的原料和一种或多种合成的共活性成分来制造。将这两类原料结合在一起形成均匀的混合物，然后将其制成肥皂块。
肥皂厂通常具有许多为了处理所说原料，用于进行混合、加工、加热和冷却的设备。加热设备通常含有蒸汽夹套和蒸汽喷入装置。为了将各组分的温度升高到至多150℃，使用过热蒸汽是可行的办法。而为了使温度达到150℃以上就必须使用特殊的设备。因此，为了经济上的原因，肥皂工厂的加热部分正常操作时的最高温度在100～130℃范围内，而正常操作的温度在85～95℃的范围内。
某些类型的柔和肥皂块含有合成的共活性成分，这些成分通常需要在100℃以上的高温才能成为熔融状态。在这些高熔点成分中，有一种被称为“脂肪基羟乙磺酸酯”的成分只有在100℃～150℃以上才能变成可用泵输送的状态。使用这类高熔点成分的一个优点是它们可以赋予最终的肥皂块一种结构形状。另外，低熔点的、液态的或高度可溶的合成成分，例如月桂基乙醚硫酸钠和甘油基乙醚硫酸烷基酯等都是已知的，但这些成分不能赋予最终产品一种结构形状，因此这些产品需要额外的赋形剂，例如聚合物、长链脂肪酸和电解质等，而这类物质的存在将损害肥皂块的起泡性能并增加产品的价格。
通常在肥皂产品中，脂肪基羟乙磺酸酯的用量约为25～70％(重量)。例如，FR2285452公开了一种供个人洗涤用的肥皂块，其中含有30～60％(重量)的脂肪基羟乙磺酸酯，1～9％(重量)的水和10～40％(重量)的脂肪酸，以及公开了这种肥皂块的制造方法。该方法包括将椰子脂肪酸与羟乙磺酸钠在氧化锌的存在下于232℃的温度反应并除去水和多余的脂肪酸。然后往其中加入硬脂酸以维持反应产物的流动性。
当脂肪基羟乙磺酸酯的用量十分低时，也就是大大低于30％(按产品计)时，虽然仍可获得柔和性的好处，但其柔和性有某些降低。当脂肪基羟乙磺酸酯的用量较高时，也就是在70％以上时，则由于脂肪基羟乙磺酸酯的物理性质而变得不好加工，导致该产品太硬而不能加工。
当上述100～150℃的熔点处于或高于工厂的操作温度的上限时，必须在约70℃的温度下进行强力的搅拌来使上述那些成分与肥皂的其余成分形成均质的混合物，以避免形成砂粒质的产品。而且，当温度高于110℃时，羟乙磺酸酯开始发生明显的水解作用。
采用强力搅拌步骤的一个问题是通常必须进行间歇式的操作，或者在需要时进行半连续式的操作，这样就要在分阶段的、平行的、间歇式的工序中使用许多个搅拌器。代替间歇式操作的方法包括把大部分产品再循环，以使物料不止一次地通过搅拌器。另一些可供选择的方法包括使用高度专门化的空腔输送型的搅拌器，虽然该搅拌器需要足够大的动力，但该设备还是能达到一次通过性的混合。实践证明这些用于替代常规间歇式搅拌器的替代方法增加了设备和操作的费用。
现在我们已经明确在不使用强力搅拌的条件下如何来形成符合要求的均质混合物。我们也已经明确，通过将脂肪基羟乙磺酸酯、脂肪酸和相对较少量的水制成均质的溶液的方法，就可以不用强力搅拌而同时使工艺过程温度不必超过130℃。
本发明的第一个方面提供了一种液态的均质混合物，它含有：
a)一种T0点高于15℃的第一表面活性剂成分；
b)脂肪酸，其含量使得第一表面活性剂成分对脂肪酸的比例不超过2∶1；以及
c)2～15％的水。
该T0是指一个最低温度，高于此温度时，第一表面活性剂成分就要形成一种液晶相：也就是，一种材料的T0表示一个最低温度，在该温度点时将有明显量的物料溶于水中。
在工厂和运输的条件下，T0点低于15℃的成分将被作为液体处理，而T0点高于15℃的成分通常显示出固体的性质并被作为固体来处理。
第一表面活性剂成分是一种脂肪基羟乙磺酸酯。
市售脂肪基羟乙磺酸酯的T0值通常高于30℃。与诸如月桂基乙醚硫酸钠(SLES)、一种在其每个分子中平均具有3个环氧单元的聚氧乙烯化的表面活性剂等表面活性剂相比，上述脂肪基羟乙磺酸酯的T0值是较高的。上述聚氧乙烯化表面活性剂的T0值低于0℃，而月桂基单乙氧基-磺基琥珀酸二钠(DMLS)的T0值也低于0℃，也就是说，SLES和DMLS二者皆可作为液体来处理。
通常，脂肪基羟乙磺酸酯(成分a)是一种由平均链长为C10 -C18的脂肪酸与羟乙磺酸酯形成的酯。由椰子油和其他植物油及脂肪，以及由它们中的一部分皂化后获得的混合酯是特别优选的脂肪酸酯。
包含脂肪酸残基，含有高比例月桂酸残基的椰子基羟乙磺酸酯是一种可用于本发明实施方案中最优选的羟乙磺酸酯。这种材料可从多种来源获得，包括：Mazer(作为“Jordapon系列”[TM])、GAF(作为Fenopon[TM]AC78和AM78)、AKZO(作为Elfan[TM]AT84和84G)，Hoechst(作为Hostapon[TM]KA和Hoe S3390-2)、ICI(作为Arlatone[TM]SCI和Tensianol[TM]399系列)和Finetex(作为Tauranol系列表面活性剂)。
通常，脂肪酸(成分b)含有一种或多种由植物或动物油脂获得的脂肪酸。优选的是平均链长为C8～C20的脂肪酸的混合物。特别是那些链长为C10～C14的脂肪酸由于具有相对较低的熔点而易于处理。链长为C16～C19的脂肪酸虽然较难处理，但是由于它们的较高熔点而具有较好的肥皂块结构成型效果。最优选的是饱和的脂肪酸，因为它们在化学上要比不饱和的脂肪酸更稳定。
适用的脂肪酸的常规来源是牛脂、棕榈脂、猪脂、牛硬脂和棕榈硬脂、大豆油、向日葵油、亚麻子油、米糠油和月桂油，例如那些富含月桂油的椰子、棕榈核、巴巴苏以及其他棕榈坚果的油。
成分(a)、(b)和(c)的允许比例可以参考下文精心制成的相图来加以限定。如果第一表面活性剂成分对脂肪酸的比例超过2∶1，则所形成的产品由于相分离而变得非均质化和难以处理。
本发明的第二个方面是提供一种用于制造肥皂块的方法，该方法包括形成一种液态均质混合物的步骤，所说混合物含有：
a)一种脂肪基羟乙磺酸酯；
b)脂肪酸，其含量使得脂肪基羟乙磺酸酯对脂肪酸的比例不超过2∶1；以及
c)2～15％的水，所说混合物处于40～110℃的温度下。
通常，该方法还包括下列步骤，即把上述的成分(a)、(b)和(c)的均质混合物与纯肥皂合并在一起，并将所获的产物加工成肥皂块。
所说的均质混合物与纯肥皂的合并操作，最好是通过将其中的一种合并成分喷射入另一种合并成分中来进行。更优选的方法是将均质混合物喷射入纯肥皂中。也可以用简单的混合装置来替代喷射设备。
应予说明，当该均质混合物在高于40℃的温度通常是稳定的情况下，用于实施该方法的较佳温度为70～110℃。在此温度范围内，该工艺物流可以用泵输送并且其水解的可能性可降低至最小程度。
总之，本发明的肥皂制造方法可以总括为：
A)形成一种液体均质混合物，该混合物含有：
a)一种脂肪基羟乙磺酸酯；
b)脂肪酸，其含量使得脂肪基羟乙磺酸酯对脂肪酸的比例不超过2∶1；以及
c)2-15％的水，
所说混合物处于40～110℃的温度下；
B)在80～95℃的温度下制备纯肥皂；以及
C)将(A)和(B)按特定比例合并，使得最终产品含有：
a)5-30％的脂肪基羟乙磺酸酯；
b)至少2.5％的脂肪酸；
c)8-18％的水；以及
d)40～80％的肥皂；以及
D)将步骤(C)的产物制成肥皂块。
本发明的第三方面是提供用上述方法制造的肥皂块。
在本发明的典型的实施方案中，脂肪基羟乙磺酸酯在成品肥皂块中的总含量不超过30重量％。如果超过此数值，则在该成品中脂肪酸的相应含量就会使得成品肥皂具有特别快的消耗速率并且起泡性低劣。实际上，对于脂肪基羟乙磺酸酯来说，没有严格的最低允许含量，可是该成分含量的降低将导致肥皂块的柔和性逐渐降低。在本发明的实施方案中，脂肪基羟乙磺酸酯在成品肥皂块中的含量通常在5～30重量％之间，优选是在7～15重量％之间，最优选为约10重量％(即8～12重量％)。
脂肪基羟乙磺酸酯对脂肪酸的较佳比例在1∶1至2∶1的范围内。过多的脂肪酸导致最终产品中脂肪酸的高含量。这样可能产生缺点，因为这时要对脂肪酸提供结构造型。而当脂肪酸的含量太低时，不能形成均质的熔体。
为了更好地理解本发明，下面通过实施例并参考附图进行详细解释，图中示出了由脂肪酸、脂肪基羟乙磺酸酯和水共同组成的相图，相图中示出了可以形成均质体系的区域。
                    实施例
封闭式的图1、2和3是由脂肪酸、脂肪基羟乙磺酸酯和水组成的混合物的相图，其中示出了可以形成均质体系的区域(X)。区域(P)是多相体系的区域。
在图1中，点1～9表示在下面表1中作为实施例1～9列出的本发明的实施方案。这些实施例在85℃的温度时能形成均质体系。点10～23是对比例，它们在85℃时不能形成均质的混合物，而是形成一种高粘度和相分离的体系。
下面的表1给出了本发明的实施方案以及对比例。在表中给出的组成数据是根据DEFI、FFA和水三者能形成均质混合物的(重量)％DEFI、(重量)％FFA和(重量)％水的数值。DEFI是从Lever Brothers Company获得的直接酯化而成的脂肪基羟乙磺酸椰子基酯，其含量约为70％，其余部分主要是脂肪酸和游离羟乙磺酸酯。
以实施例5作为代表，通过将三种成分(椰子脂肪酸/DEFI鳞片状粉末浆液加水)结合，在一个电加热的恒温容器中，在80℃下用机械搅拌，使其形成均质的混合物。将该混合物喷入由一台常规的真空肥皂干燥器的热交换器排出的纯肥皂流中。在通常用于肥皂制造工艺的热交换器的出口处，纯肥皂流通常的温度约为130℃。通常在肥皂制造工厂中，配备有一种用于生产所谓“超级-脂化”肥皂的脂肪酸喷射口。该喷射口就可用于喷射脂肪酸/DEFI混合物。该喷射物料在管道中与纯肥皂在线混合，而该合并后的物流被喷入真空干燥机中，并被干燥至最终的含水量为12％。然后，该工艺物流被磨细、模压和打上标记，从而制成肥皂块产品。
                              表1
    实施例  wt％DEFI wt％FFA  wt％水   DEFI/FFA
    1     61     34     5     1.79
    2     43     52     5     0.83
    3     52     43     5     1.21
    4     41     49     10     0.84
    5     49     41     10     1.20
    6     40     50     10     0.80
    7     35     60     5     0.58
    8     25     70     5     0.36
    9     5     90     5     0.06
    对比例
    10     57     33     10     1.73
    11     39     46     15     0.85
    12     47     38     15     1.24
    13     54     31     15     1.74
    14     65     30     5     2.20
    15     64     36     0     1.70
    16     55     45     0     1.20
    17     45     55     0     0.82
    18     40     60     0     0.67
    19     35     50     15     0.70
    20     30     60     10     0.50
    21     30     70     0     0.43
    22     10     90     0     0.11
    23     10     80     10     0.12
    24     40     35     25
    25     28     46     26
在最终产品中DEFI和脂肪酸的含量由DEFI/脂肪酸混合物喷入纯肥皂流中的速率来确定。中间工厂规模生产的样品在最终产品中有9％(重量)的DEFI和7.5％(重量)的FFA。
用本发明的肥皂块进行了在工业中公知的所谓“柔性-洗涤”(flex-wash)试验，结果表明它对皮肤的作用要比常规肥皂块更柔和。在这种自然条件下的试验中，测定积累的红疹数，对于95％的置信区间，要求的最小误差为3.33。该试验给出的结果如下：
常规的香皂(80/20)：22.67
实施例5的产品：17.87
从上面数据可以看出，本发明的肥皂块明显地柔和于对比的产品。
图2示出用Jordapon CI70(55～60％活性物质)获得的结果，而图3示出用Jordapon CI-Prilled(大约80％的活性剂，20％的脂肪酸、游离羟乙磺酸酯等)获得的结果。在图2和3中，稳定均质的组成用符号“I”表示，而不稳定的、多相的组成用符号“2P”表示。可以看出，稳定的区域通常具有相似的形状，在该区域内允许各种原料物质的含量作出变化。
为了对比起见，用相同含量的脂肪酸和DEFI(10重量％的DEFI和7.5重量％的FFA(按产品总重计)和约12％的水)，按一系列的工艺步骤制备出一系列产品，所说工艺步骤包括通过高剪切混合作用来混合干燥的物料。
实例A-磨细，接着使用空腔输送式混合器在35℃混合，最
      后进行真空模压并打标记。
实例B-使用Z型叶片式搅拌机在58℃混合，接着磨细，真空
      模压和打标记。
实例C-使用Z型叶片式搅拌机在58℃混合，接着磨细，真空
      模压和打标记。
根据砂粒物的情况来评定产品。砂粒物由一个由20名有经验的技术人员构成的小组来评定。技术人员按照1～5的数字给肥皂块分等，其中：1-柔滑的肥皂；2-轻微的砂粒质；3-砂质，轻微的砂粒；4-砂粒；5-严重的砂粒。对于商业产品来说，按这种评分标准的可接受等级为＜2。对于每一块肥皂通过计算求出其平均等级。将肥皂块首先浸入20℃的水中，用手搅动30秒钟然后再进行评定。
        实例编号       砂粒程度
           5             1.1
           A             3.2
           B             3.2
           C             2.5
        对比物#          1.6
#对比物是一种含有7.5％游离脂肪酸的常规60/40牛油/椰子油为基料的肥皂。
结果表明，实施例5的产品基本上是“无砂粒感”的肥皂，按照砂粒/砂质的等级划分法，其等级小于2。而采用高剪切工艺制得的产品，全部的等级皆超过2，因此不适合于商业目的。

Claims (4)

1.一种三元液体均质混合物，它含有：
a)一种T0点高于15℃的脂肪基羟乙磺酸酯；
b)脂肪酸，其含量使得脂肪基羟乙磺酸酯对脂肪酸的比例不超过2∶1；以及
c)2～15％的水。
2.如权利要求1的混合物，其中的脂肪基羟乙磺酸酯(成分a)是一种由平均链长为C10～C18的脂肪酸与羟乙磺酸酯形成的酯。
3.一种用于制造肥皂块的方法，该方法包括形成一种三元液体均相混合物的步骤，所说混合物含有：
a)一种T0点高于15℃的脂肪基羟乙磺酸酯；
b)脂肪酸，其含量使得脂肪基羟乙磺酸酯对脂肪酸的比例不超过2∶1；以及
c)2～15％的水，所说混合物处于40～110℃的温度下。
4.如权利要求3的方法，该方法包含下列步骤：
A)形成一种三元液体均质混合物，该混合物含有：
    a)一种T0点高于15℃的一种脂肪基羟乙磺酸酯；
    b)脂肪酸，其含量使得脂肪基羟乙磺酸酯对脂肪酸的比例不超过2∶1；以及
    c)2～15％的水，所说混合物处于40～110℃的温度下；
B)在80～95℃的温度下制备液体纯肥皂；以及
C)将(A)和(B)按特定比例合并，使得最终产品含有：
    a)5～30％的脂肪基羟乙磺酸酯；
b)脂肪酸，其含量使得脂肪基羟乙磺酸酯对脂肪酸的比例不超过2∶1；
c)8～18％的水；和
d)40～80％的肥皂；以及
D)将步骤(C)的产物制成肥皂块。
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