CN1191563A - 制造高活性、高密度洗涤剂颗粒的方法 - Google Patents

制造高活性、高密度洗涤剂颗粒的方法 Download PDF

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Abstract

本主题发明涉及一种制备高活性、高密度洗涤剂颗粒的连续方法,它主要由下列步骤组成:(a)在一台高速混合器中制备一种混合物,该混合物是由进料到混合器中的组分来制得的,这些组分主要由下列成分组成:(1)约15%至约35%选自烷基苯磺酸和烷基硫酸及其混合物的阴离子表面活性剂酸;(2)约5%至约65%选自聚磷酸盐和焦磷酸盐及其混合物的磷酸盐助洗剂;和(3)约10%至约65%选自碳酸钠和碳酸钾及其混合物的颗粒状碳酸盐,碳酸盐的量至少是理论上中和阴离子表面活性剂酸所需量的大约2倍。(b)在一台中速混合器中附聚来自步骤(a)的混合物,由此,阴离子表面活性剂酸已被碳酸盐中和,和所得的洗涤剂颗粒具有大于大约550克/升的堆积密度和小于大约7%的水含量。

Description

制造高活性、高密度洗涤剂颗粒的方法
                        技术领域
本主题发明涉及一种制造含有磷酸盐的高活性、高密度洗涤剂颗粒的方法，然后一般地把它与其它成分结合而形成洗涤剂产品。
                        发明背景
含有阴离子表面活性剂的洗涤剂颗粒一般地是在洗涤剂助洗剂存在下通过中和酸形式的表面活性剂来制备的。低密度颗粒通常是先制造出已中和的表面活性剂和助洗剂的含水浆料，再把浆料喷雾干燥形成颗粒而制备的。高密度洗涤剂颗粒是在一台混合器中进行表面活性剂的中和反应并掺入助洗剂来制造的。一般地把水单独地或和其它原料一起，和/或一种助流剂一起，用来获得完全的中和，并在这样一种混合过程中形成所需的颗粒。这样的颗粒必须进行干燥以除去过量水。
本主题发明的一个目的是提供一种制造高活性、高密度的含有阴离子表面活性剂和磷酸盐助洗剂的洗涤剂颗粒的方法。
本主题发明的另一个目的是提供这样一种掺入最小量水的方法，使得所制备的洗涤剂颗粒无需进行干燥。
本主题发明还有另一个目的是提供这样一种方法，在该方法中无需掺入助流剂。
本主题发明还有一个目的是提供一种能制备小颗粒的方法。
                        发明概要
本主题发明涉及一种制备高活性、高密度洗涤剂颗粒的连续方法，它主要由下列步骤组成：
a)在一台高速混合器中制备一种混合物，该混合物是由进料到混合器中的组分来制得的，这些组分主要由下列组分组成：
(1)约15％至约35％选自烷基苯磺酸、烷基硫酸及其混合物的阴离子表面活性剂酸；
(2)约5％至约65％选自聚磷酸盐和焦磷酸盐及其混合物的磷酸盐助洗剂；
(3)约10％至约65％选自碳酸钠和碳酸钾及其混合物的颗粒状碳酸盐，碳酸盐的用量至少应是理论上中和阴离子表面活性剂酸所需量的大约2倍。
(b)在一台中速混合器中附聚来自步骤(a)的混合物；由此，阴离子表面活性剂酸被碳酸盐所中和，并且得到的洗涤剂颗粒具有大于大约550克/升的堆积密度和小于大约7％的水含量。
                        发明详述
本主题发明涉及一种两步骤的制备高活性、高密度洗涤剂颗粒的混合方法，它是在一种磷酸盐助洗剂存在下用颗粒状无机碳酸盐化合物干中和酸形式的阴离子洗涤剂。一般地，然后把这样的洗涤剂颗粒与其它成分掺合以制备一种特别适合于洗涤衣物的颗粒状洗涤剂产品。
本主题发明方法由原料制备一种混合物，该原料主要地、优选地由阴离子表面活性剂酸、磷酸盐助洗剂和碱金属碳酸盐原料源组成。
                        原料
本主题发明方法涉及中和一种阴离子表面活性剂酸。这种用于本主题发明方法的阴离子表面活性剂酸原料主要由烷基苯磺酸或烷基硫酸或它们的混合物组成。这种阴离子表面活性剂酸原料优选的湿含量应小于大约0.3％，更优选小于大约0.1％。基于在本主题发明方法中加入的原料总重量计算，阴离子表面活性剂酸的量为大约15％至大约35％，优选大约20％至大约30％，更优选大约25％至大约28％。
用于本主题发明方法中的优选烷基苯磺酸包含一个直链或带支链的烷基部分，其中优选含有大约8至大约18个碳原子，更优选含有大约10至大约16个碳原子。烷基苯磺酸的烷基链优选的平均链长为大约11至大约14个碳原子。包含带支链烷基的烷基苯磺酸被称为HABS(中和后称为ABS)。全部是直链的烷基苯磺酸是优选的，因为它更容易被生物降解；它被称为HLAS(中和后称为LAS)。
用于本主题发明方法中的优选烷基硫酸包括那些有一个直链或带支链的烷基部分，其优选含有大约8至大约24个碳原子、更优选含有大约10至大约20个碳原子，还更优选含有大约12至大约18个碳原子。烷基硫酸的烷基链的平均链长优选含大约14至大约16个碳原子。烷基链优选是直链的。烷基硫酸(HAS，中和后称为AS)一般地是通过把还原来自天然来源的脂肪和/或油、特别是牛脂或椰子油的甘油酯得到的脂肪醇进行硫酸化而制得的。
用于本主题发明方法中的阴离子表面活性剂酸也可以是烷基苯磺酸和烷基硫酸的组合，既可以混合在一起，也可以在方法过程中分别地加入。烷基苯磺酸对烷基硫酸的比率为大约20∶80至大约80∶20的组合是优选的；更优选的比率为大约40∶60至大约60∶40。
用于本主题发明方法中的磷酸盐助洗剂原料是颗粒状的并主要由水溶性的聚磷酸盐或焦磷酸盐或它们的混合物组成。这种磷酸盐助洗剂原料优选具有小于大约2％的湿含量，更优选具有小于大约1％的湿含量。基于在本主题发明方法过程中加入的原料的总重量计算，磷酸盐助洗剂的量为大约5％至大约65％，优选大约15％至大约55％，更优选大约25％至大约45％。磷酸盐助洗剂原料优选那些粒度中值为大约10微米至大约50微米，更优选为大约20微米至大约30微米的粉末形式。如果得到较粗的原料，则可用通常的预研磨步骤来得到所需的粒度中值。
用于本主题发明方法中的一种优选助洗剂为三聚磷酸钠(STPP)；STPP可以从例如FMC Corp.买到。另一种优选的磷酸盐助洗剂是焦磷酸四钠(TSPP)；TSPP可以从例如FMC Corp.买到。
本主题发明方法使用颗粒状碱金属碳酸盐原料来中和阴离子表面活性剂酸，这些碱金属碳酸盐优选主要由碳酸钠或碳酸钾或它们的混合物组成。碱金属碳酸盐优选以粒度中值为大约1微米至大约40微米，更优选大约5微米至大约15微米的粉末进料到本主题方法中。如果得到较粗的原料，则可用通常的预研磨步骤来得到所需的粒度分布。碱金属碳酸盐原料优选具有小于大约2％的湿含量，更优选小于大约1％。基于加入到本主题发明方法中的原料的总重量计算，碱金属碳酸盐的量为大约10％至大约65％，优选大约20％至大约55％，更优选大约30％至大约45％。
为中和阴离子表面活性剂酸，每个碳酸根离子(CO3 -)可以和两个酸性氢(H+)反应。由这一反应，可确定理论上中和所有酸原料所需的碳酸盐原料的量。进料到本主题方法中的碳酸盐的量至少是理论上中和酸所需量的大约2倍，优选大约4倍至大约20倍，更优选大约5倍至大约15倍，还更优选大约6倍至大约12倍。
在本主题发明方法中，基本上当材料通过本方法流程时仅仅材料中存在的水是存在于原料中的少量水分和中和反应产生的水。在整个方法中，被加工材料中水的最大量优选为大约8％，更优选大约6％，还更优选丈约5％，还更优选大约3％。在本主题方法中水的损失(由于蒸发)基于制备的颗粒的重量计算为小于大约2％，优选大约0.5％至大约1.5％。由本主题方法制备的洗涤剂颗粒中的水分含量为0％至大约7％，优选大约0.5％至大约5％，更优选大约1％至大约3％。这样制备的洗涤剂颗粒可能有些吸湿性并从大气中吸取水分。
由本主题发明方法制造的洗涤剂颗粒优选具有大于大约550克/升的堆积密度，更优选大约600克/升至大约900克/升，还更优选大约650克/升至大约850克/升，还更优选大约700克/升至大约800克/升。由本主题发明方法产生的洗涤剂颗粒优选的粒度中值为大约200微米至大约600微米，更优选大约300微米至大约500微米，还更优选大约350微米至大约450微米。
在本主题发明方法中，被加工的材料和制备的洗涤剂颗粒基本上保持不含助流剂诸如二氧化硅、粘土、硅藻土、硅铝酸盐、珍珠岩和方解石等。
                            工序步骤
本主题发明连续方法包括两个混合步骤；这种方法优选主要由两步组成，更优选由两步组成。
本主题发明方法的第一步是在一台高速、高剪切混合器中进行的。适合于这一步骤的混合器包括，例如，Loedige CB、Shugi Granulator和Drais K-TTP等。为本主题发明方法的第一步优选的混合器是LoedigeCB。一般地，这种高速混合器主要有一个圆筒形的混合室，它的直径大约为0.3米至大约1米，长度为大约1米至大约3.5米。对于用于本主题发明方法的第一步中的混合器，这种优选的混合器具有一个带有混合器叶片的中心轴，它优选以大约300rpm至大约1800rpm的速度旋转，更优选大约350rpm至大约1250rpm，还更优选大约400rpm至大约600rpm，一般对于较大的混合器转速较低。这种高速混合器优选带有水套层的，以便使冷水流经混合器的套层来除去中和反应所产生的热量。
对于本主题方法的第一步，一般地是把上述三种原料进料到高速混合器靠近圆筒形室的一端，并在它们经过该室时达到紧密地混合；在靠近圆筒形室的另一端排出混合物。典型的平均物料通过速率为大约0.2千克/秒至大约17千克/秒，特别地可达大约9千克/秒至大约13千克/秒，用较大的混合器一般可达到较高的物料通过速率。物料在第一步混合器中的平均停留时间优选为大约2秒至大约30秒，更优选大约5秒至大约20秒，还更优选大约10秒至大约15秒。
送入高速混合器的水套层中的冷水温度最好为大约5℃至大约25℃。从高速混合器中出料的混合物的温度一般为大约35℃至大约70℃，优选大约45℃至大约55℃。
阴离子表面活性剂酸被碳酸盐中和的大部分反应是在本主题发明方法的第一步中发生的。优选地，基本上所有的中和反应在第一步发生。中和反应可以在混合物从第一步混合器中出料之后完成。阴离子表面活性剂酸在本主题发明方法中基本上可完全被中和。
由第一步混合器中排出的物料一般地基本上立即被进料到第二步混合器中。物料在混合器之间的平均停留时间优选小于大约5分钟，更优选小于大约1分钟。
本主题发明方法的第二步是在一台中速混合器中进行的。适宜于这一步的混合器包括犁头混合器，例如，Loedige KM和Drais K-T。Loedige KM是本主题发明方法第二步优选的混合器。一般地，这种中速混合器具有一个基本上圆筒形的混合室，其直径为大约0.6米至大约2米，长度为大约2米至大约5米。这种优选的混合器有一个连接着混合器叶片的中心轴，该轴优选以大约40rpm至大约160rpm的转速旋转，更优选大约45rpm至大约140rpm，还更优选大约50rpm至大约80rpm，对于较大的混合器，转速较低。这种中速混合器最好带有水套层，以使温水流经混合器套层，以便保持中速混合器中产物的温度和它进料时的温度大约相同。
对于本主题方法的第二步，一般地是把从第一步混合器中卸出的物料混合物进料到中速混合器靠近圆筒形室一端处，当它经过混合室时被混合，然后在靠近圆筒形室的另一端处出料。一般地，第二步的物料通过速率与第一步相同、物料在第二步混合器中的平均停留时间优选为大约20秒至大约300秒，更优选大约30秒至大约90秒，还更优选大约40秒至大约55秒。
送入中速混合器水套层中水的温度最好是大约25℃至大约50℃。在中速混合器出料处混合物的温度一般为大约35℃至大约70℃，优选大约45℃至大约55℃。
                    实施例
下列非限制性的实施例说明本主题发明的方法。
                        实施例1-8
实施例1-7是用带有水套层的Loedige CB-30作为高速混合器、用带有水套层的Loedige KM-600混合器作为中速混合器来进行的。产物由高速混合器直接通入中速混合器。表1列出了实施例1-8的每个实施例的生产率，并指明了每个混合器的转速和水套层的温度。表1也列出了进料到混合器中的碳酸盐的量，用中和进料到每个实施例流程中的所有阴离子表面活性剂酸所需量的倍数表示。
                            表1
                            实施例
方法变量   1   2   3   4   5    6   7   8
生产率(千克/秒) 0.38 0.38 0.25 0.38 0.25 0.25 0.38 0.38
CB-30混合器转速(转/分)套层温度(℃) 10005 12005 178010 12005 178010 178010 16505 16505
KM-600混合器转速(转/分)套层温度(℃) 10050 14050 14050 14050 14050 14050 14050 14050
碳酸盐用量(中和酸所需量的倍数) 10.86 7.02 5.50 6.33 10.39 12.6 11.86 11.35
在实施例1-7的每个实施例中。将三种原料连续地进料到高速混合器中：阴离子表面活性剂酸原料、磷酸盐助洗剂原料和颗粒状碳酸盐原料。进料到实施例1-7的每个实施例中的每种原料的量是为制备下表2中表明的产品所需的量。从Pilot Chemical Co.买来的商标名称为Calsoft LAS-99的HLAS原料在其烷基链中含有平均约12个碳原子并且最低纯度为96％。从Pilot  Chemical  Co。买到的商标名称为Emulsifier 99的HABS原料在其烷基链中含有平均约12个碳原子并且最低纯度为96％。烷基硫酸原料是从椰子油衍生的，在其烷基链中平均含有约13-14个碳原子并且最低纯度为96％。STPP和TSPP原料是从FMC Corp.买来的，最低纯度为94％，杂质主要是其它磷酸盐。从FMCCorp.买来的碳酸钠原料的最低纯度为98％。
                                表2
                                    实施例
产物组分   1    2   3   4   5   6   7   8
LAS(％)   35.0   25.4   20.0   —   23.0   —   —   —
ABS(％)   —    —   —  27.0   —   24.5   7.0   —
AS(％)   —    —   —   —   —   —   10.5   17.5
STPP(％)   5.4   47.1   63.3  47.0   39.3   —   46.2   46.2
TSPP(％)   —    —    —   —   —   26.3   —   —
碳酸钠(％)   56.3   24.9   14.7  23.5   35.3   46.5   33.8   33.8
水(％)   2.4   1.9   1.5  1.8   1.8   2.1   1.9   1.9
硫酸钠(％)   0.6   0.4   0.3  0.4   0.4   0.4   0.4   0.4
其它物质(％)   0.3   0.3   0.2  0.3   0.2   0.2   0.2   0.2
实施例1-8的产物中的水是在中和反应中产生的或是原料带来的。由于在阴离子表面活性剂酸中存在少量硫酸杂质，因此中和反应的一种副产物是硫酸钠。其它物质是原料带来的杂质。
                        实施例9
实施例8类似于实施例1-8的方法，只是所用的混合器较大：高速混合器用带水套层的Loedige CB-100，中速混合器用带水套层的Loedige KM-15,000。产物的生产率为8.3千克/秒。高速混合器在转速450rpm、进到水套层中的水温为5℃的条件下操作。中速混合器在转速为60rpm、进到水套层中的水温为25℃的条件下操作。进料到流程中的碳酸钠的量是中和阴离子表面活性剂酸所需量的10.3倍。实施例9制得的产物列于下表3中：
           表3
产物组分     实施例9
LAS(％)     30.0
STPP(％)     21.6
碳酸钠(％)     45.5
水(％)     2.1
硫酸钠(％)     0.5
其它物质(％)     0.3
原料和产物组分来源与实施例1-8相同。
虽然已经描述了本主题发明的具体实施方案，但显然本领域的技术人员可对本主题发明进行各种改变和改进而不偏离本发明的精神和范围。因此拟在所附的权利要求书中涵盖所有这类在本发明范围内的改进。

Claims (10)

1.一种制备高活性、高密度洗涤剂颗粒的连续方法，它主要由下列步骤组成：
(a)在一台高速混合器中制备一种混合物，该混合物是由进料到混合器中的组分来制得的，这些组分主要由下列成分组成：
(1)15％至35％选自烷基苯磺酸、烷基硫酸及其混合物的阴离子表面活性剂酸；
(2)5％至65％选自聚磷酸盐、焦磷酸盐及其混合物的磷酸盐助洗剂；和
(3)10％至65％选自碳酸钠、碳酸钾及其混合物的颗粒状碳酸盐，碳酸盐的用量至少是理论上中和阴离子表面活性剂酸所需量的2倍；
(b)在一台中速混合器中附聚来自步骤(a)的混合物；由此，酸被碳酸盐中和并且所得的洗涤剂颗粒具有大于550克/升、优选650克/升至850克/升的堆积密度和小于7％的水含量。
2.权利要求1的方法，其中由该方法制备的洗涤剂颗粒的平均粒度为200微米至600微米，优选300微米至500微米。
3.权利要求1或2的方法，其中进料到混合器中的碳酸盐的量至少是理论上中和阴离子表面活性剂酸所需量的4倍，优选5至15倍，并且其中由这种方法制备的颗粒的水含量小于5％，优选小于3％。
4.权利要求1-3中任意一项的方法，其中物料在高速混合器中的平均停留时间为2秒至30秒，优选5秒至15秒；并且其中物料在中速混合器中的平均停留时间为20秒至300秒，优选30秒至55秒。
5.权利要求1-4中任意一项的方法，其中烷基苯磺酸的烷基部分是含有8至18个碳原子的直链或支链，优选平均链长为11至14个碳原子的HABS或HLAS；并且烷基硫酸的烷基部分是含有8至24个碳原子，优选14至16个碳原子的直链或支链。
6.权利要求1-5中任意一项的方法，其中两种混合器主要具有带中心轴的圆筒形混合室；其中高速混合器的轴以300rpm至1800rpm，优选400rpm至600rpm的速度旋转；并且其中中速混合器的轴以40rpm至160rpm，优选50rpm至80rpm的速度旋转。
7.权利要求1-6中任意一项的方法，其中进料到流程中的阴离子表面活性剂酸的量为20％至30％。
8.权利要求1-7中任意一项的方法，其中磷酸盐助洗剂是STPP，进料到流程中的碳酸盐是碳酸钠。
9.权利要求1-7中任意一项的方法，其中磷酸盐助洗剂是TSPP，进料到流程中的碳酸盐是碳酸钠。
10.权利要求1-9中任意一项的方法，其中进料到流程中的酸是比率为20∶80至60∶40的烷基硫酸和烷基苯磺酸的混合物。
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