CZ283490B6

CZ283490B6 - Ternární kapalná isotropní směs a způsob výroby mýdlových kostek za využití této směsi

Info

Publication number: CZ283490B6
Application number: CZ953033A
Authority: CZ
Inventors: John George Chambers; Geoffrey Irlam
Original assignee: Unilever Plc
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1998-04-15
Also published as: CZ303395A3; EP0699234B1; GB9310323D0; CA2159339C; DE69404303D1; WO1994026866A1; JPH08510280A; HUT72731A; MY131639A; PH31157A; ES2104387T3; PL178450B1; AU696884B2; ZA943213B; DE69404303T2; US5482643A; JP2693866B2; HU9501987D0; HU217533B; AU6650694A

Abstract

Tvorba kostkových mýdel, zahrnující esethionátové estery s dlouhým alifatickým řetězcem a mastnou kyselinu, může být prováděna bez kroku energetického míchání vytvářením isotropního roztoku isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem, mastné kyseliny a vody.ŕ

Description

Směs a způsob výroby mýdlových kostek s použitím této směsi

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká zlepšených kostkových mýdel a zejména kostkových mýdel, obsahujících kromě mýdel mastných kyselin i složky syntetické povrchově aktivní látky.

Dosavadní stav techniky

Kostková mýdla jsou známa od starověku. Avšak mýdla mastných kyselin jsou poměrně drsné povrchově aktivní látky a bylo vynaloženo mnohé úsilí k vytvoření jemných mýdlových kostek nahrazením části mýdla jinými povrchově aktivními složkami.

Jemná kostková mýdla jsou obecně vyráběna ze suroviny, zahrnující mýdlo bez příměsí a jednu nebo více syntetických spoluaktivních látek. Ty jsou pak spojovány dohromady v dokonalou směs a tvarovány do kostek.

Výroba mýdel typicky zahrnuje velké množství směšovacích, obráběcích, zahřívacích a chladicích zařízení pro zpracování suroviny. Ohřívače obvykle obsahují parní opláštění a parní vstřikovací zařízení. Za použití vysoce ohřáté páry je praktické zvýšit teplotu složek na nejvýše 150 °C. K dosažení teplot, přesahujících 150°C, je nutné použít zvláštního zařízení. Proto z ekonomických důvodů horké součásti výroby mýdel obvykle pracují při maximálních teplotách 25 v rozmezí 100 až 130 °C a mají normální operační teploty v rozmezí 85 až 95 °C.

Určité typy jemných kostkových mýdel zahrnují syntetické spoluaktivní složky, které vyžadují vysoké teploty, typicky nad 100 °C, aby se dostaly do roztaveného stavu. K těmto vysoko tajícím složkám patří tak zvané isethionátové estery s dlouhým alifatickým řetězcem, které se stávají 30 vstřikovatelnými pouze nad 100 až 150 °C. Jednou z výhod použití těchto vysoko tajících složek je, že poskytují konečným kostkám strukturu. Známé jsou i jiné, nízko tající, kapalné nebo vysoce rozpustné syntetické složky, jako je sodný laurylethersulfát a alkylglycerylethersulfát, ale ty neposkytují konečnému výrobku strukturu, tyto výrobky vyžadují přídavná strukturační činidla, jako jsou polymery, mastné kyseliny o dlouhém řetězci a elektrolyty, jejichž přítomnost 35 může narušovat pozdější účinnost kostkového mýdla a přispívá k ceně výrobku.

Isethionátové estery s dlouhým alifatickým řetězcem se ve výrobcích kostkových mýdel typicky používají v hladinách přibližně 25 až 70 hmotnostních %. Například patent FR 2285452 předkládá osobní mycí kostky, obsahující 30 až 60 hmotnostních % isethionátových esterů 40 s dlouhým alifatickým řetězcem, 1 až 9 hmotn. % vody a 10 až 40 hmotn. % mastných kyselin, a výrobu takových kostek. Postup zahrnuje reakci mastné kyseliny z kopry s isethionátem sodným v přítomnosti oxidu zinečnatého při teplotě 232 °C s odstraněním vody a přebytečné mastné kyseliny. Poté se přidává kyselina stearová k udržení tekutosti reakčního produktu.

Při velmi nízkých hladinách isethionátu s dlouhým alifatickým řetězcem, tj. značně nižších než 30 % hmotn. výrobku, se stále dosahuje výhod jemnosti, pouze poněkud snížených. Při vysokých hladinách isethionátu s dlouhým alifatickým řetězcem, tj. vyšších než 70 % hmotn., se výrobky stávají nezpracovatelnými, což je způsobeno fyzikálními vlastnostmi isethionátu s dlouhým alifatickým řetězcem, které vedou ke vzniku výrobku příliš tvrdého pro zpracování.

Vzhledem ktomu, že výše uvedené body tání v hodnotě 100 až 150 °C jsou na horní hranici teploty, při níž pracuje výroba nebojí převyšují, používá se energetického míchání pri teplotě kolem 70 °C k vytvoření dokonalé směsi těchto složek o takové rovnováze jednotlivých složek

- 1 CZ 283490 B6 kostky, aby bylo vyloučena tvorba krupičkovitého výrobku. Nadto k významné hydrolýze isethionátů začíná docházet při teplotách nad 110 °C.

Problémem kroku energetického míchání je, že musí být obecně prováděn jako operace v jedné vsádce, nebo, pokud je žádoucí částečně kontinuální průběh, musí být použito velkého množství mixérů ve fázovém, souběžném, diskontinuálním procesu. K. jiným možnostem kromě jedné vsádky bylo zahrnuto recyklování velkého podílu produktu tak, aby prošel mixérem více než jednou. Jiné možnosti zahrnovaly použití vysoce specializovaných mixérů typu dutinového převodu, které, pokud jsou dostatečně energetické, jsou rovněž schopné jednokrokového míchání. Tyto alternativy použití obvyklých vsádkových mixerů se ukázaly jako nákladné k instalaci a použití.

Podstata vynálezu

Autoři vynálezu nyní stanovili, jak lze získat vyžadovanou dokonalou směs bez použití energetického míchání. Stanovili, že vytvořením isotropního roztoku isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem, mastné kyseliny a poměrně malého množství vody může být vynechán krok energetického míchání, pokud teplota tohoto pochodu nemusí překročit 130 °C.

Podle prvního aspektu předkládaného vynálezu je zde předkládána kapalná isotropní směs, obsahující:

a) složku první povrchově aktivní látky, mající Τ_ς vyšší než 15 °C,

b) mastnou kyselinu v takovém množství, aby hmotnostní poměr složky první povrchově aktivní látky a mastné kyseliny nebyl vyšší než 2:1, a

c) 2 až 15 % vody.

Hodnota T_c je minimální teplota, nad kterou složka první povrchově aktivní látky vytváří kapalně krystalickou fázi: tj. T_c materiálu udává nejnižší teplotu, při níž bude významné množství tohoto materiálu rozpustné ve vodě.

Za výrobních a transportních podmínek se bude se složkami, majícími T_c nižší než 15 °C, obecně zacházet jako s kapalinami, zatímco složky o T_c nad 15 °C budou obecně vykazovat vlastnosti pevných látek a bude se s nimi zacházet jako s pevnými látkami.

Složkou první povrchově aktivní látky bude isethionátový ester s dlouhým alifatickým řetězcem. Komerčně dostupné isethionátové estery s dlouhým alifatickým řetězcem mají typicky hodnoty T_c vyšší než 30 °C. Tyto hodnoty jsou vysoké ve srovnání s povrchově aktivními látkami, jako sodnými laurylethersulfáty (SLES), které jsou polyoxyethylovanou povrchově aktivní látkou s průměrně 3 ethoxylovými jednotkami v molekule: ta má T_c nižší než 0 °C, a ve srovnání s laurylmonoethoxysulfosukcinátem disodným (DMLS), majícím opět hodnotu T_c nižší než 0 °C. Se složkami SLES i DLMS je možno zacházet jako s kapalinami.

Isethionátový ester s dlouhým alifatickým řetězcem (složka a) je typicky esterem mastných kyselin, majících průměrnou délku řetězce Cio až C_lg, s isethionáty. Zvláštní přednost se dává směsným esterům tuků ajejím podílům, získaným zmýdelňováním kokosového oleje ajiných rostlinných olejů a tuků.

Kokosový isethionát, obsahující zbytky mastných kyselin s vysokým podílem zbytků kyseliny laurové, je nejpreferovanějším isethionátem pro použití v provedení podle tohoto vynálezu. Tento materiál je dostupný z mnoha zdrojů, k nimž patří Mazer (jako Jordapon Series™ /zaps. značka/), GAF (jako Fenopon™ AC78 a AM78), AKZO (jako Elfan™ ATB4 a 84G), Hoechst

-2CZ 283490 B6 (jako Hostapon™ KA aHoe S 3390-2), ICI (jako Arlatone™ SCI a řady Tensianol™ 399) a Finetex (jako řady povrchově aktivních látek Tauranol).

Mastná kyselina (složka b) obecně obsahuje jednu nebo více mastných kyselin, získaných z rostlinných nebo živočišných olejů a tuků. Přednost se dává směsím mastných kyselin o průměrné délce řetězce C₈ až C₂₀. Konkrétně pak mastným kyselinám s délkou řetězů Cio až C]4, neboť ty se snadno zpracovávají díky svému poměrně nízkému bodu tání. Mastné kyseliny s řetězci Ci6 až Cis se zpracovávají obtížněji, ale mají lepší účinek na strukturu kostky vzhledem ke svým vyšším bodům tání. Největší přednost se dává nasyceným mastným kyselinám, neboť jsou chemicky stabilnější než odpovídající nenasycené kyseliny.

Typickými zdroji vhodných mastných kyselin jsou lůj, palmové tuky, vepřové sádlo, lojové steariny a palmové steariny, olej ze sojových bobů, slunečnicový olej, olej ze lněných semen, olej z rýžových otrub a laurové oleje, jako je olej z kokosových ořechů, palmojádrový, babassový a jiné oleje z palmových ořechů, bohaté na laurové složky.

Přípustné poměry složek (a), (b) a(c) jsou stanoveny odkazem na fázový diagram, jak je vypracován dále. Pokud hmotnostní poměr složky první povrchově aktivní složky a mastné kyseliny převýší 2:1, jsou účinkem fázového oddělování (separace) tvořeny produkty, které jsou nehomogenní a obtížně se zpracovávají.

Podle druhého aspektu tohoto vynálezu je zde předkládán postup výroby mýdlových kostek, který zahrnuje krok formování kapalné isotropické směsi, obsahující:

a) isethionátový ester s dlouhým alifatickým řetězcem,

c) 2 až 15 % vody, přičemž je uvedená směs při teplotě 40 až 110 °C.

Postup s výhodou dále zahrnuje krok spojení isotropní směsi výše uvedených složek (a), (b) a (c) s mýdlem bez příměsí a úpravu vzniklého produktu na mýdlové kostky.

Uvedené spojení isotropní směsi a mýdla bez příměsí se s výhodou provádí nástřikem (injikací) jedné z udaných spojovaných složek do druhé z nich. Větší přednost se dává nástřiku isotropní směsi do mýdla bez příměsí. Jednoduché míchací prostředky mohou být použity jako alternativa nástřikového zařízení.

Je nutné uvést, že zatímco isotropní směs je obecně stálá při teplotách nad 40 °C, upřednostňovanou teplotou k provedení metody je 70 až 110 °C. V tomto teplotním rozmezí je výrobní tok čerpatelný a možnost hydrolýzy je snížena na minimum.

Celkově může být způsob výroby mýdla podle předkládaného vynálezu nazírán jako:

A) tvorba kapalné isotropní směsi, obsahující:

a) isethionátový ester s dlouhým alifatickým řetězcem,

c) 2 až 15 % vody, přičemž je uvedená směs při teplotě 40 až 110 °C,

-3 CZ 283490 B6

B) příprava mýdla bez příměsí při teplotě 80 až 95 °C, a

C) spojení (A) a (B) v takovém poměru, aby konečný produkt obsahoval:

a) 5 až 30 % isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem,

b) nejméně 2,5 % mastné kyseliny,

c) 8 až 18 % vody, a

d) 40 až 80 % mýdla, a

D) úprava produktu z kroku (C) do kostek.

Podle třetího aspektu tohoto vynálezu jsou zde předkládány mýdlové kostky, vyráběné výše uvedeným způsobem.

V typických provedeních podle vynálezu nepřesahuje celkový obsah isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem v konečných mýdlových kostkách 30 % hmotnosti kostky. Pokud je tato suma překročena, je poměrná hladina mastné kyseliny v konečném výrobku taková, že dochází k velmi rychlému opotřebení a špatné pěnivosti. V praxi neexistuje kritická, minimální hladina isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem, ačkoli snížení hladiny této složky vede ke stále se snižující jemnosti kostek. V provedení podle vynálezu bude hladina isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem obecně ležet mezi 5 až 30 hmotnostními % na kostku, lépe mezi 7 až 15 hmotn. % na kostku a nej lépe kolem 10 hmotn. % (tj. 8 až 12 hmotn. %) na kostku.

Upřednostňované hmotnostní poměry isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem a mastné kyseliny leží v rozmezí 1:1 až 2:1. Přebytek mastné kyseliny vede k vysokým hladinám mastné kyseliny v konečném výrobku. To může být nevýhodné, pokud je mastná kyselina vyžadována k vytvoření struktury. Isotropickou taveninu nelze formovat, pokud je hladina mastné kyseliny příliš nízká.

K dalšímu pochopení bude předkládaný vynález dále dokreslen pomocí příkladů a s odkazem na doprovodné obrázky, které ukazují fázové diagramy směsí mastné kyseliny, isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem a vody, které udávají oblast, v níž se tvoří isotropní systém.

Popis obrázků na výkresech

Přiložené obrázky 1, 2 a 3 jsou fázovými diagramy směsí mastné kyseliny, isethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem a vody, které udávají oblast (X), v níž je tvořen isotropní systém.

Na obrázku 1 body 1 až 9 označují provedení podle vynálezu, jak jsou uvedena níže jako příklady 1 až 9 v tabulce 1. Ty tvoří isotropní systém při teplotách 85 °C. Body 10 až 23 jsou srovnávací příklady, které isotropickou směs nevytvářejí, ale při 85 °C tvoří silně viskózní, fázově oddělený systém.

Obrázek 2 ukazuje výsledky, získané s přípravkem Jordapon CI70 (55-60 % aktivní látky), zatímco obrázek 3 ukazuje výsledky s přípravkem Jordapon Cl-Prilled (asi 80 % aktivní látky, 20 % mastných kyselin, volný isethionát a pod.) V obrázcích 2 a 3 jsou stabilní isotropní přípravky označeny indexem I, zatímco nestabilní, vícefázové přípravky jsou označeny indexem 2P. Je zřejmé, že oblasti stability se obecně podobají tvaru, který je přípustný pro změny obsahu surovin.

-4CZ 283490 B6

Příklady provedení vynálezu

Níže uvedená tabulka 1 uvádí jak provedení tohoto vynálezu, tak i srovnávací příklady. Tabulka udává složení takovým způsobem, že procenta hmotnostní DEFI (Directly Esterifíed Fatty Isethionate, přímo esterifikovaný isethionát s dlouhým alifatickým řetězcem), procenta hmotnostní FFA (Free Fatty Acid, volná mastná kyselina) a procenta hmotnostní vody jsou uvedena vzhledem k isotropní směsi z těchto látek vytvořené. DEFI je asi ze 70 % přímo esterifikovaný kokosový isethionát s dlouhým alifatickým řetězcem firmy Lever Brothers Company, zbylý objem materiálu je tvořen mastnou kyselinou a volným isethionátem.

Příklad 5 je brán jako reprezentativní. Isotropní směs byla vytvořena spojením tří složek (kokosové mastné kyseliny, kaše vloček DEFI a vody) v elektricky vyhřívané, termostatované nádobě při teplotě 80 °C s mechanickým mícháním. Směs byla injikována do proudu mýdla bez přísad, vycházejícího z tepelných výměníků obvyklé vakuové sušičky mýdla. Na výstupu z tepelných výměníků, běžně používaných při výrobě mýdla, má proud čistého mýdla obecně teplotu asi 130 °C. Jak je při výrobě mýdel běžné, vstupní otvor pro injikaci mastné kyseliny je v tomto místě pro vytvoření tak zvaných supramastných mýdel. Tento vstup byl použit pro injikaci (nástřik) směsi mastné kyseliny a DEFI.

Injikovaný proud byl přímo smísen s mýdlem bez přísad a spojený zpracovávaný proud byl sprejově nastřikován do vakuové sušičky a vysoušen na konečný objem vody ve výši 12 %. Poté byl zpracovávaný proud rozemílán, hněten a lisován do kostek mýdla.

Tabulka 1

příklad	hm.% DEFI	hm.% FFA	hm.% vody	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
SROVNÁVACÍ
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

-5CZ 283490 B6

Tabulka 1 - pokračování

22	10	90	0	0,11
23	10	80	10	0,12
24	40	35	25
25	28	46	26

Obsah DEFI a mastné kyseliny v konečném produktu je dán rychlostí injikace (nástřiku) směsi DEFI a mastné kyseliny do proudu mýdla. Pokusné výrobní vzorky škály byly vyrobeny s 9 hmotn. % DEFI a 7,5 % FFA na výrobek.

Kostky podle tohoto vynálezu byly podrobeny testu tzv.bleskového mytí (flash-wash testu), jak je znám v průmyslu, a vůči pokožce byly potvrzeny jako jemnější než běžné mýdlové kostky. V tomto testu za podmínek in vivo se stanoví znaménka zarudnutí kůže a pro interval 95 % pravděpodobnosti se vyžaduje minimální rozdíl 3,33. Test poskytl výsledky :

Běžné toaletní mýdlo (80/20): 22,67

Provedení podle příkladu 5: 17,87

Z uvedených údajů je zřejmé, že kostky podle tohoto vynálezu jsou významně jemnější než kontrolní mýdlové kostky.

Pro účely srovnání byly připraveny řady výrobků s podobnými hladinami mastné kyseliny a DEFI (10 hmot. % DEFI a 7,5 % z celkového výrobku a přibližně 12 % vody) řadou cest, které zahrnovaly i míšení suchých látek smísením za vysokého střihu.

Příklad A - rozemletí, následně použití mixeru pro dutinový převod při 37 °C a konečně vakuové hnětení a lisování.

Příklad B - Z-břitový mixer, používaný při 58 °C, následně rozemletí, vakuové hnětení a lisování.

Příklad C - Z-břitový mixer, používaný při 58 °C, následně rozemletí, vakuové hnětení a lisování.

Výrobky byly hodnoceny s ohledem na zrnitost. Zrnitost byla stanovována subjektivně týmem 20 kvalifikovaných specialistů. Specialisté klasifikovali kostky ve stupnici od 1 do 5, kdy 1 představovala hladké kostky, 2: slabě pískovité; 3: pískovité, slabě zrnité; 4: zrnité a 5: velmi zrnité. Pro komerční produkty je přijatelným stupněm tohoto rozmezí stupeň <2. Pro každou kostku byla počítána střední hodnota. Kostky byly před ohodnocením nejprve ponořeny do vody při 20 °C a otáčeny v rukou po 30 sekund.

číslo příkladu___________________stupeň zrnitosti

51,1

A3,2

B3,2

C2,5 kontrola*1,6 * kontrola je běžný 60/40 lojovo/kokosový mýdlový základ se 7,5 % volné mastné kyseliny.

Výsledky ukazují, že výrobek podle příkladu 5 byl v zásadě bez zrnitosti, hodnocený méně než stupněm 2 ve stupnici zmo/písek. Výrobky, připravené pomocí vysokého střihu, měly všechny hodnocení vyšší než 2 a proto jsou ke komerčním účelům nepřijatelné.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Směs, obsahující

a) isethionátový ester s dlouhým alifatickým uhlíkovým řetězcem o průměrné délce Cio až C|₈, kde uvedený ester má T_c vyšší než 15 °C,

b) mastnou kyselinu s uhlíkovým řetězcem o průměrné délce C₈ až C₂o, a

c) 2 až 15 % hmotnostních vody, vyznačující se tím, že směs je kapalná izotropická směs a hmotnostní poměr první povrchově aktivní látky a mastné kyseliny je menší nebo roven 2:1.
2. Způsob výroby kostek mýdla, vyznačující se tím, že zahrnuje krok vytvoření směsi, obsahující:

a) isethionátový ester s dlouhým alifatickým uhlíkovým řetězcem o průměrné délce Cto až Cig,

b) mastnou kyselinu s uhlíkovým řetězcem o průměrné délce C₈ až C₂₀, a

c) 2 až 15 % hmotnostních vody, vyznačující se tím, že se vytváří kapalná izotropická směs a že hmotnostní poměr ísethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem k mastné kyselině je menší nebo roven 2:1.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky:

A) tvorby kapalné izotropní směsi, obsahující

a) isethionátový ester s dlouhým alifatickým řetězcem,

b) mastnou kyselinu, přičemž hmotnostní poměr ísethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem a mastné kyseliny je menší nebo roven 2:1, a

c) 2 až 15 % hmotnostních vody, přičemž uvedená směs je při teplotě 40 až 110 °C,

B) přípravy kapalného mýdla bez přísad při teplotě 80 až 95 °C, a

C) spojení (A) a (B) v poměru pro získání složení konečného výrobku:

a) 5 až 30 % hmotnostních Ísethionátového esteru s dlouhým alifatickým řetězcem,

b) alespoň 2,5 % hmotnostního mastné kyseliny,

c) 8 až 18 % hmotnostních vody,

d) 40 až 80 % hmotnostních mýdla, a

D) formování výrobku z kroku (C) do kostek.