CN108368459A - 制造颗粒的方法 - Google Patents
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本发明涉及制造至少一种氨基多羧酸的碱金属盐(A)的颗粒的方法,其包含如下步骤:(a)提供氨基多羧酸的碱金属盐(A)的水性浆料,(b)使所述水性浆料在50至90℃的温度下保持2至180小时的时间,(c)用至少150℃的气体入口温度将所述浆料喷雾制粒。
Description
本发明涉及制造至少一种氨基多羧酸的碱金属盐(A)的颗粒的方法,其包含如下步骤:
(a)提供氨基多羧酸的碱金属盐(A)的水性浆料,
(b)使所述水性浆料在50至90℃的温度下保持2至180小时的时间,
(c)用至少150℃的气体入口温度将所述浆料喷雾制粒。
氨基多羧酸盐型螯合剂,如甲基甘氨酸二乙酸(MGDA)和谷氨酸二乙酸(GLDA)和它们各自的碱金属盐是可用于碱土金属离子如Ca2+和Mg2+的螯合剂。许多氨基多羧酸盐表现出良好的可生物降解性并因此环保。因此,它们为各种用途推荐和使用,如洗衣剂和用于自动洗碗(ADW)制剂,特别是用于所谓的无磷酸盐洗衣剂和无磷酸盐ADW制剂。
根据产品类型-液态家庭护理和织物护理产品VS固态家庭护理和织物护理产品-和固态家庭护理和织物护理产品的制造方法,护理产品制造商可能更喜欢处理氨基多羧酸盐的溶液或固态氨基多羧酸盐,例如联合喷雾干燥或固体混合。由于它们与低水含量相伴的高活性成分含量,氨基多羧酸盐的粉末和颗粒可以经济地运输。因此,用于提供颗粒的方便的方法仍有巨大商业利益。
在WO 2009/103822中,公开了一种用120℃或更低的气体入口温度将具有特定固含量的浆料制粒的方法。
在WO 2012/168739中,公开了一种在非附聚条件下将络合剂的浆料喷雾干燥的方法。
这两种方法都有缺点。低气体入口温度需要高浓缩浆料或每单位颗粒的大量气体。使用非附聚条件的方法仅提供粉末。
因此本发明的目的是提供一种经济上有利的制造氨基多羧酸的碱金属盐的颗粒的方法,所述颗粒具有优异的性质。
相应地,已经发现一开始规定的方法,所述方法在下文中也被称为根据本发明的方法或简称为本发明的方法。
本发明的方法涉及制造至少一种氨基多羧酸的碱金属盐(A)的颗粒。
术语“颗粒”在本发明中是指在环境温度下是固体并优选具有0.1毫米至2毫米,优选0.4毫米至1.25毫米的平均粒径(D50)的颗粒状材料。本发明的颗粒的平均粒径可以例如通过光学法或优选通过筛分法测定。所用筛子可具有60至3,000μm的筛孔。
在本发明的一个实施方案中,颗粒具有宽粒径分布。在本发明的另一实施方案中,颗粒可具有窄粒径分布。如果需要,可以通过多个筛分步骤调节粒径分布。
颗粒可含有残留水分,水分是指包括结晶水和吸附水的水。水量可以为0.1至20重量%,优选1至15重量%,参照各粉末或颗粒的总固含量,并可通过Karl-Fischer滴定或通过在160℃下用红外线干燥至恒重测定。
颗粒的粒子可具有规则或不规则形状。颗粒的粒子的优选形状是类球形。
本发明的方法包含三个步骤,下文也称作为步骤(a)、步骤(b)和步骤(c)。
步骤(a)是指提供氨基多羧酸的碱金属盐(A)的水性浆料。所述浆料包含连续相和在所述连续相中制浆的固体。在步骤(a)中提供的浆料的连续相包含水和氨基多羧酸(A),并且其是氨基多羧酸的饱和溶液。
氨基多羧酸的碱金属盐(A)在连续相中的浓度取决于该浆料的温度、氨基多羧酸的碱金属盐(A)的性质和在步骤(a)中提供的浆料中可能存在的添加剂。
该浆料中的固体主要是氨基多羧酸的碱金属盐(A)的粒子。在本发明的一个实施方案中,在步骤(a)中提供的浆料中的固体为至少75重量%氨基多羧酸(A)。在本发明的另一实施方案中,在步骤(a)中提供的浆料中的固体由氨基多羧酸(A)构成。在本发明的再一实施方案中,在步骤(a)中提供的浆料中的固体的至少75重量%为氨基多羧酸(A)且最多25重量%为添加剂,下面进一步论述添加剂。
无论如何,次要量的氨基多羧酸(A)可能带有非碱金属的阳离子。次要量,如总氨基多羧酸(A)的0.01至5摩尔%因此可能带有碱土金属阳离子,如Mg2+或Ca2+,或Fe2+或Fe3+阳离子。
在本发明的一个实施方案中,氨基多羧酸的碱金属盐(A)可能含有可来自各螯合剂的生产的一种或多种杂质。在MGDA及其碱金属盐的情况下,此类杂质可选自丙酸、乳酸、丙氨酸、次氮基三乙酸(NTA)等和它们各自的碱金属盐。此类杂质通常以次要量存在。“次要量”在本文中是指相对于氨基多羧酸的碱金属盐(A)计总共0.1至5重量%,优选最多2.5重量%。在本发明中,这样的次要量在测定根据本发明的方法制成的颗粒的组成时忽略不计。
氨基多羧酸的碱金属盐(A)可选自每分子带有至少一个氨基和至少两个羧基、用相同或不同的碱金属阳离子,例如锂、钠、钾、铷、铈的阳离子和上述至少两种的组合部分或完全中和的化合物。碱金属阳离子的优选实例是钠和钾,和钠和钾的组合。
氨基多羧酸的碱金属盐(A)的优选实例是根据通式(I)的化合物
[R1-CH(COO)-N(CH2-COO)2]M3-xHx (I)
其中
M选自碱金属阳离子,相同或不同,例如锂、钠、钾、铷、铈的阳离子和上述至少两种的组合。碱金属阳离子的优选实例是钠和钾,和钠和钾的组合。
x在0至1.0的范围内,优选的是0至0.5。在一个特别优选的实施方案中,x是0。
R1选自C1-C4-烷基,例如甲基、乙基、异丙基、仲丁基和异丁基,优选甲基。
在本发明的一个实施方案中,氨基多羧酸(A)选自根据通式(II)的化合物
[OOC-CH2CH2-CH(COO)-N(CH2-COO)2]M4-xHx (II)
其中
M选自如上定义的碱金属阳离子,相同或不同,
x在0至2.0的范围内,优选的是0至0.5。在一个特别优选的实施方案中,x是0。
在本发明中,甲基甘氨酸二乙酸(“MGDA”)的碱金属盐选自MGDA的锂盐、钾盐和优选钠盐。MGDA可以被各自的碱金属部分中和或优选完全中和。在一个优选实施方案中,MGDA的平均2.7至3个COOH基团被碱金属,优选被钠中和。在一个特别优选的实施方案中,螯合剂(A)是MGDA的三钠盐。
MGDA及其各自的碱金属盐可选自外消旋混合物、D-异构体和L-异构体,和选自非外消旋混合物的D-和L-异构体的混合物。优选地,MGDA及其各自的碱金属盐选自外消旋混合物和含有55至85摩尔%L-异构体且其余是D-异构体的混合物。特别优选的是含有60至80摩尔%L-异构体且其余是D-异构体的混合物。
在本发明的一个实施方案中,氨基多羧酸的碱金属盐(A)选自甲基甘氨酸二乙酸和谷氨酸二乙酸的碱金属盐。在本发明的一个优选实施方案中,氨基多羧酸的碱金属盐(A)选自在各自情况下完全中和的甲基甘氨酸二乙酸和谷氨酸二乙酸的钠和钾盐。
在本发明的一个实施方案中,根据步骤(a)提供的这种水性浆料具有8至14,优选9至13.5,再更优选至少9.5的pH值。该pH在环境温度下测定并且涉及连续相。
在步骤(a)中提供的水性浆料可具有15至85℃,优选20至80℃的温度。
可以以各种方式提供氨基多羧酸的碱金属盐(A)的水性浆料。在一个优选实施方案中,将固体颗粒状的氨基多羧酸的碱金属盐(A)以超过氨基多羧酸的碱金属盐(A)在水中的最大溶解度的量添加到氨基多羧酸的碱金属盐(A)的水溶液中。所述固体颗粒状的氨基多羧酸的碱金属盐(A)可以是非晶的或至少部分结晶的,参见例如US 2012/0046491。
在本发明的一个实施方案中,通过提供氨基多羧酸的碱金属盐(A)的水溶液和除去一些水以形成浆料(例如通过蒸发或蒸馏掉一些水)来进行步骤(a)。
在本发明的一个优选实施方案中,固体颗粒状的氨基多羧酸的碱金属盐(A)选自通常在氨基多羧酸的碱金属盐(A)的喷雾制粒法的过程中制成的细粒和磨碎的在氨基多羧酸的碱金属盐(A)的喷雾制粒法的过程中制成的团块粒子。因此,在步骤(a)中提供的水性浆料中的固体颗粒状的氨基多羧酸的碱金属盐(A)优选具有双峰粒径分布。此类固体颗粒状的氨基多羧酸的碱金属盐(A)的平均粒径(D50)优选为200μm或更低,更优选15至150μm。
氨基多羧酸的碱金属盐(A)的团块的研磨可以在任何类型的磨机中进行。特别可用的磨机的实例是喷射磨机和筛选机(German:Stiftmühle)。
在步骤(b)中,使根据步骤(a)提供的水性浆料在50至90℃的温度下保持2至180小时的时间。
在步骤(b)的一个优选实施方案中,使根据步骤(a)提供的水性浆料在50至90℃的温度下保持至少3小时至10小时的时间。
在步骤(b)的一个优选实施方案中,使根据步骤(a)提供的水性浆料在75至90℃的温度下保持2至180小时,优选3至10小时的时间。再更优选地,使根据步骤(a)提供的水性浆料在60至85℃的温度下保持2至180小时,优选3至10小时的时间。
步骤(b)可以在搅动或无搅动下进行。步骤(b)优选在搅动下进行。可以例如通过机械搅拌,例如用搅拌器实现搅动。可以通过挡板辅助搅拌的效应。
在步骤(b)的一个特定实施方案中,加入水。但是,仅在不形成清澈溶液的程度上加入水。
在本发明中,步骤(b)也可被称作老化步骤,且在步骤(b)后获得的水性浆料也可被称作老化水性浆料。
本发明的方法的步骤(c)涉及用至少150℃的气体入口温度将所述浆料喷雾制粒。该气体入口温度涉及所谓的“热气体”:该热气体可以是氮气、稀有气体或优选空气。在步骤(c)的过程中,除去老化水性浆料的大部分水,例如至少55%,优选至少65%的水。在本发明的一个实施方案中,除去最多99%的水。喷雾制粒是在附聚条件下除去水的方法。
下面更详细描述所述喷雾制粒。
在本发明的一个实施方案中,使用干燥容器,例如喷雾室或喷雾塔,其中使用流化床进行步骤(c)。这样的干燥容器装有通过任何干燥方法,如喷雾干燥或蒸发结晶或喷雾制粒获得的氨基多羧酸的碱金属盐(A)的流化床,并将氨基多羧酸的碱金属盐(A)的浆料与热气体料流一起喷到这样的流化床上或中。该热气体入口料流可具有至少150℃,优选150至350℃,再更优选160至220℃的温度。
在本发明的一个实施方案中,该流化床可具有80至150℃,优选85至110℃的温度。
每个干燥容器经由一个或多个喷嘴进行喷雾。合适的喷嘴是例如高压转鼓雾化器、旋转雾化器、单流体喷嘴和双流体喷嘴,双流体喷嘴和旋转雾化器是优选的。第一流体是老化水性浆料,第二流体是压缩热气体,例如具有1.1至7巴的压力。
在本发明的一个实施方案中,在喷雾制粒过程中形成的微滴具有10至500μm,优选20至180μm,再更优选30至100μm的平均直径。
在本发明的一个实施方案中,离开干燥容器的排气可具有40至140℃,优选80至110℃的温度,但无论如何都比该热气体料流冷。优选地,离开干燥容器的排气的温度和存在于干燥容器中的固体产物的温度相等。
在本发明的另一实施方案中,通过进行两个或更多个相继喷雾干燥过程进行喷雾制粒,例如在至少两个喷雾干燥器的级联中,例如在至少两个相继喷雾塔的级联或喷雾塔和喷雾室的组合中,所述喷雾室含有流化床。在第一干燥器中,以如下方式进行喷雾干燥过程。
喷雾干燥可能优选在喷雾干燥器,例如喷雾室或喷雾塔中。经由一个或多个喷雾嘴将具有优选高于环境温度,例如50至95℃的温度的老化水性浆料引入喷雾干燥器中的热气体入口料流,例如氮气或空气中,该溶液或浆料转化成微滴且水被汽化。该热气体入口料流可具有125至350℃的温度。
第二喷雾干燥器装载来自第一喷雾干燥器的固体的流化床,并将根据上一步骤获得的溶液或浆料与热气体入口料流一起喷到该流化床上或中。该热气体入口料流可具有125至350℃,优选160至220℃的温度。
在本发明的一个实施方案中,尤其是在制造本发明的颗粒的方法中,氨基多羧酸的碱金属盐(A)在步骤(c)中的平均停留时间为2分钟至4小时,优选30分钟至2小时。
在本发明的一个实施方案中,步骤(c)中的干燥容器中的压力为标准压力±100毫巴,优选标准压力±20毫巴,例如比标准压力小1毫巴。
在本发明的一个实施方案中,在步骤(c)中经受喷雾制粒的水性浆料进一步含有至少一种选自二氧化硅、硅酸盐、无机盐、非氨基多羧酸(A)的络合剂和有机(共)聚合物的添加剂。此类添加剂也可被称作添加剂(B)。这可通过在步骤(c)前的任何阶段将一种或多种添加剂(B)添加到水性浆料中实现。可用的添加剂(B)的实例是例如二氧化钛、碳酸钠、碳酸钾、糖、硅胶、硅酸钠、硅酸钾和(共)聚合物,例如但不限于聚丙烯酸酯、聚烯亚胺如聚乙烯亚胺、烷氧基化聚乙烯亚胺、羧甲基化聚乙烯亚胺和聚乙烯醇。聚乙烯醇在本发明中是指完全或部分水解的聚乙酸乙烯酯。在部分水解的聚乙酸乙烯酯中,至少95摩尔%,优选至少96摩尔%的乙酸酯基团已水解。非氨基多羧酸(A)的络合剂的实例是碱金属柠檬酸盐。添加剂的另一可能的类别是膦酸盐,例如1-羟基乙烷1,1-二膦酸的碱金属盐,“HEDP”。
在本发明的一个实施方案中,聚乙烯醇具有22,500至115,000g/mol,例如最多40,000g/mol的平均分子量Mw。
在本发明的一个实施方案中,聚乙烯醇具有2,000至40,000g/mol的平均分子量Mn。
在本发明的一个实施方案中,在步骤(c)中经受喷雾制粒的水性浆料含有总共0.05至30重量%的添加剂(B),该百分比相对于整个水性浆料计。聚乙烯亚胺或烷氧基化聚乙烯亚胺的量优选为0.05至0.5重量%,硅酸盐的量可以最多为30重量%。
可以在本发明的方法的任何阶段,优选在步骤(c)后进行一个或多个附加步骤(d)。因此可以进行筛分步骤(d)以从该粉末或颗粒中除去团块。后干燥步骤(d)也有可能。可以在步骤(c)的过程中或在步骤(c)之后进行空气分级以除去细粒。
细粒,尤其是直径小于50μm的那些可能损害根据本发明的方法获得的粉末或颗粒的流动行为。但是,可以将非晶或优选结晶细粒作为结晶用的晶种送回喷雾容器。可以除去团块并再溶解在水中,或研磨并在喷雾容器中用作结晶用的晶种。
本发明的方法提供含有氨基多羧酸的碱金属盐(A)和任选一种或多种添加剂(B)的颗粒。这样的颗粒表现出整体有利的性质,包括但不限于优异的黄化行为和优异的过碳酸盐稳定性。这样的颗粒可用于制造洗衣护理制剂和硬表面清洁剂,包括但不限于自动洗碗剂。
通过实施例进一步例示本发明。
注:除非明确地另行指明,平均粒径是(D50)值并通过筛分法测定。
实施例1:
步骤(a.1):通过在容器中装载10.9千克40重量%MGDA-Na3水溶液并将其加热至80℃,制造MGDA-Na3(65%L-MGDA-Na3、35%D-MGDA-Na3)的水性浆料。加入4.1千克通过非附聚性喷雾干燥制成的平均粒径(D50)为15μm的非晶MGDA-Na3粉末。在30分钟后,加入1.8千克水。获得水性浆料。
步骤(b.1):将根据步骤(a.1)获得的水性浆料在80℃下搅拌3小时。获得老化水性浆料。
步骤(c.1):提供含有1千克固体MGDA-Na3颗粒(初始平均粒径550μm)的流化床的容器。通过在容器底部输入所谓流化气体实现流化,所述流化气体是入口温度为150℃的空气。
一达到至少105℃的床温度,就借助喷嘴将2kg/h的量的根据步骤(b.1)的老化水性浆料喷到该流化床上。用气体入口温度为150℃的空气实现喷洒-和因此雾化。每30分钟从该容器中取出颗粒的等分试样并通过筛选分级。粒径为350μm或更低的细粒可用作用于根据步骤(a.1)制造更多水性浆料的颗粒状固体。粒径大于1.5mm的团块在用于步骤(a.1)之前可以研磨并与细粒混合。
获得具有优异性质,例如但不限于优异的过碳酸盐稳定性和低吸湿性的MGDA-Na3的自由流动颗粒。在加工过程中没有观察到热点。没有获得粘着材料。
实施例2:
基本重复实施例1,但使用步骤(a.2)代替步骤(a.1)。
步骤(a.2):通过在容器中装载10.9千克40重量%MGDA-Na3水溶液并将其加热至80℃,制造外消旋MGDA-Na3的水性浆料。加入4.1千克通过喷雾制粒、接着研磨制成的平均粒径(D50)为65μm的结晶MGDA-Na3粉末,变体1。在30分钟后,加入1.8千克水。获得水性浆料。
步骤(b.2):将根据步骤(a.2)获得的水性浆料在80℃下搅拌3小时。获得老化水性浆料。
步骤(c.2):
遵循步骤(c.1)的程序,但使用根据步骤(b.2)的老化水性浆料。
获得具有优异性质,例如但不限于优异的过碳酸盐稳定性和低吸湿性的MGDA-Na3的自由流动颗粒。在加工过程中没有观察到热点。没有获得粘着材料。
实施例3:
基本重复实施例1,但使用步骤(a.3)代替步骤(a.1)。
步骤(a.3):通过在容器中装载10.9千克40重量%MGDA-Na3水溶液并将其加热至80℃,制造MGDA-Na3(60%L-MGDA-Na3、40%D-MGDA-Na3)的水性浆料。加入4.1千克通过喷雾制粒、接着研磨制成的平均粒径(D50)为50μm的结晶MGDA-Na3粉末,变体2。在30分钟后,加入1.8千克水。获得水性浆料。
步骤(b.3):将根据步骤(a.3)获得的水性浆料在80℃下搅拌3小时。获得老化水性浆料。
步骤(c.3):
遵循步骤(c.1)的程序,但使用根据步骤(b.3)的老化水性浆料。
获得具有优异性质,例如但不限于优异的过碳酸盐稳定性和低吸湿性的MGDA-Na3的自由流动颗粒。在加工过程中没有观察到热点。没有获得粘着材料。
Claims (10)
1.制造至少一种氨基多羧酸的碱金属盐(A)的颗粒的方法,其包含如下步骤:
(a)提供氨基多羧酸的碱金属盐(A)的水性浆料,
(b)使所述水性浆料在50至90℃的温度下保持2至180小时的时间,
(c)用至少150℃的气体入口温度将所述浆料喷雾制粒。
2.根据权利要求1的方法,其中在步骤(a)中提供的所述水性浆料具有45至65重量%的(A)浓度。
3.根据权利要求1或2的方法,其中氨基多羧酸的碱金属盐(A)选自甲基甘氨酸二乙酸和谷氨酸二乙酸的碱金属盐。
4.根据前述权利要求中任一项的方法,其中氨基多羧酸的碱金属盐(A)选自在各自情况下完全中和的甲基甘氨酸二乙酸和谷氨酸二乙酸的钠和钾盐。
5.根据前述权利要求中任一项的方法,其中步骤(b)在搅动或无搅动下进行。
6.根据前述权利要求中任一项的方法,其中步骤(b)在60至85℃的温度下进行。
7.根据前述权利要求中任一项的方法,其中通过将所述浆料喷在氨基多羧酸的碱金属盐(A)粒子的流化床上进行步骤(c)。
8.根据权利要求7的方法,其中所述流化床中的粒子具有100至800μm的平均直径(D50)。
9.根据前述权利要求中任一项的方法,其中在步骤(c)中经受喷雾制粒的水性浆料进一步含有至少一种选自二氧化硅、硅酸盐和有机(共)聚合物的添加剂。
10.根据前述权利要求中任一项的方法,其中氨基多羧酸的碱金属盐(A)选自根据通式(I)的化合物
[CH3-CH(COO)-N(CH2-COO)2]M3-xHx (I)
其中
M选自碱金属阳离子,相同或不同,
x在0至1.0的范围内。
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