DE102005024496A1

DE102005024496A1 - Verfahren zur homogenen Verteilung von Wirkstoffen in Lösungen, Emulsionen oder Dispersionen

Info

Publication number: DE102005024496A1
Application number: DE102005024496A
Authority: DE
Inventors: Hieng Dr. Kim; Axel Dr. Schönfeld; Angela Dr. Lachmann; Heike Michaelis; Harald Oswald
Original assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Current assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-11-30
Also published as: WO2006128538A3; WO2006128538A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verteilung von Wirkstoffen in einem flüssigen Trägermedium mit einer Wirkstoff-Konzentration von 0,0001 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Trägermediums, dadurch gekennzeichnet, dass man ein flüssiges Trägermedium durch mindestens eine Düse und eine flüssige Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion durch mindestens eine weitere Düse, wobei die Düsen nicht koaxial zueinander ausgerichtet sind, mit einem Druck zwischen 1 und 1000 bar ohne Verwendung eines Trägergasstromes in eine Wirbelkammer spritzt, dadurch eine turbulente Durchmischung der flüssigen Phasen herbeiführt und die resultierende flüssige Mischung durch eine Auslassöffnung aus der Wirbelkammer austrägt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Farbstoff in einer tensidhaltigen flüssigen Mischung homogen verteilt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lösungen, Emulsionen oder Dispersionen mit definierten Konzentrationen und Zusammensetzungen in einem Wirbelkammerreaktor.

Das visuelle Erscheinungsbild und der Duft eines Produktes werden vom Verbraucher eng mit dessen Qualität verknüpft. So ist für die erfolgreiche Vermarktung entscheidend, dass die Produkte mit einem identischen Duft und einem Farbton mit einheitlicher Farbstärke und einheitlichem Farbton ausgestattet sind. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind sehr genaue Konzentrationseinstellungen der Duft- und Farbkomponenten sowie eine große Homogenität der Lösungen oder Dispersionen erforderlich. Farb- und Duftstoffe werden in den verbrauchsfertigen Produkten üblicherweise in Konzentrationen von 0,0001 bis 2 Gewichtsprozent eingesetzt. Auch sehr geringfügige Konzentrationsabweichungen an Duft- und Farbkomponenten führen zu signifikanten Änderungen des Geruchs und des Farbbildes.

In konventionellen Produktionsanlagen erfolgt die Farbgebung bzw. Parfümierung der Produkte in der Weise, dass eine entsprechend konzentrierte Farblösung bzw. eine Lösung eines Duftstoffes zum Produkt zugegeben und mit Hilfe konventioneller Mischer (statische Mischer oder Rührer) homogenisiert wird. Diese Verfahrensweise erfordert lange Anlaufzeiten; ein Umstellen des Prozesses, beispielsweise mit anderen Farbstoffen, ist mit einem hohen Reinigungsaufwand der Mischeranlage, Materialverlust, Abfallaufkommen und Zeitverlust verbunden. Eine homogene Vermischung der Komponenten, insbesondere in dickflüssigeren Medien, gelingt häufig unzureichend.

Ein exaktes Einhalten der Farbmittelkonzentration und das homogene Verteilen der Farbstoffe bzw. Duftstoffe in der Formulierung bereiten somit im großtechnischen Maßstab Schwierigkeiten.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein technisch zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, das bei geringem Zeitaufwand die Herstellung von Lösungen, Emulsionen oder Dispersionen mit sehr genauen Konzentrationen, Zusammensetzungen und hoher Homogenität ermöglicht, insbesondere zum Dosieren von Wirkstoffen in geringer Konzentration.

Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße Aufgabe überraschenderweise durch den Einsatz eines bestimmten Wirbelkammerreaktors gelöst werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur homogenen Verteilung von Wirkstoffen in einem flüssigen Trägermedium mit einer Wirkstoff-Konzentration von 0,0001 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Trägermediums, dadurch gekennzeichnet, dass man ein flüssiges Trägermedium durch mindestens eine Düse und eine flüssige Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion durch mindestens eine weitere Düse, wobei die Düsen nicht koaxial zueinander ausgerichtet sind, mit einem Druck zwischen 1 und 1000 bar, vorzugsweise 2 bis 500 bar, insbesondere 5 bis 300 bar, ohne Verwendung eines Trägergasstromes in eine Wirbelkammer spritzt, dadurch eine turbulente Durchmischung der flüssigen Phasen herbeiführt und die resultierende flüssige Mischung vorzugsweise kontinuierlich durch eine Auslassöffnung aus der Wirbelkammer austrägt.

Als Wirkstoffe kommen vorzugsweise Farbmittel, wie Farbstoffe, Pigmente oder deren Präparationen, Riechstoffe, wie Duft- oder Parfümöle, Biocide, Aromen oder andere niedrigdosierte Additive in Betracht.

Das flüssige Trägermedium kann eine Lösung (inkl. Wasser, organische und anorganische Lösemittel), Suspension, Emulsion oder Suspoemulsion sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt überraschenderweise zu einer äußerst homogenen Verteilung eines oder gleichzeitig mehrerer Wirkstoffe im flüssigen Trägermedium.

Ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Wirbelkammerreaktor ist in der WO 2004/037929 A1 beschrieben. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Düsen mit jeweils zugeordneter Pumpe und Zuführleitung zum Eindüsen von jeweils einem flüssigen Medium in eine von einem Gehäuse umschlossene Wirbelkammer vorgesehen sind, dass die Düsen nicht koaxial zueinander ausgerichtet sind, und dass eine Auslassöffnung zum Abführen der entstehenden Flüssigkeiten aus der Wirbelkammer vorgesehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Temperaturmessvorrichtung an die Wirbelkammer herangeführt.

Der Eintrittswinkel der Achse der Düsen, bezogen auf die Innenmantelfläche der Wirbelkammer, kann zwischen 90° (orthogonale Eindüsung) und 0° (tangentiale Eindüsung) liegen. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Achsen der Düsen mit einem Winkel zwischen 0° und 90°, bezogen auf die Querschnittsfläche der Wirbelkammer entgegen der Auslassöffnung, die sich zweckmäßigerweise am Kopf der Wirbelkammer befindet, angestellt sind.

Die Geometrie der Wirbelkammer kann beliebig sein, vorteilhaft sind jedoch Formen, die keine oder nur geringe Totvolumina zulassen, wie z.B. Kugel oder Zylinder, dessen Boden plan oder konvex nach außen gekrümmt ist.

Das Volumen der Wirbelkammer muss auf ein solches Maß begrenzt sein, dass ein turbulenter Strömungszustand aufrechterhalten wird. Zweckmäßig sind 0,1 bis 100 ml, bevorzugt 1 bis 10 ml. Die Wirbelkammer selbst kann durch ein umschließendes Gehäuse thermostatierbar sein.

Der Wirbelkammereaktor kann auch an einen Verweiler, z.B. ein Strömungsrohr, angeschlossen werden, um den im Wirbelkammerreaktor generierten Mischungszustand nach Austritt der Lösung oder der Dispersion aus der Wirbelkammer für längere Zeiten zu erhalten und back-mixing auszuschließen.

Die Flüssigkeiten werden zweckmäßigerweise durch Pumpen, insbesondere Hochdruckpumpen, durch die Düsen gepresst.

Die Temperaturen der zugeführten Flüssigkeiten können im Bereich von –50 bis 250°C, vorzugsweise zwischen 0 und 190°C, besonders zwischen 10 und 40°C liegen.

Wenn bei erhöhter Temperatur gearbeitet werden soll, kann die für die Erwärmung erforderliche Energie vor dem Austritt aus den Düsen in den zuführenden Leitungen oder über das thermostatierbare Gehäuse zugeführt werden.

Der Reaktorraum des Wirbelkammerreaktors ist während des Betriebs praktisch vollständig mit flüssiger Phase gefüllt. Die zu lösenden oder zu mischenden flüssigen Komponenten treten dabei in eine Wirbelkammer ein, in der stark turbulente Strömungsverhältnisse vorliegen. Überraschenderweise können auf diese Weise Lösungen, Dispersionen, Emulsionen oder Suspoemulsionen in Mengen/Zeit von 5 l/h bis 5000 l/h, vorzugsweise von 10 l/h bis 2500 l/h, insbesondere von 50 bis 500 l/h hergestellt werden, die das geforderte hohe Maß bezüglich Konzentrationsgenauigkeit und Homogenität erfüllen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Lösungen, Dispersionen, Emulsionen oder Suspoemulsionen mit Konzentrationen im Bereich von 2,0 Gew.-% bis 0,0001 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 0,001 Gew.-%, eingestellt werden mit einer Genauigkeit von +/– 1–2%, bezogen auf die Gewichtsmenge der Wirkstoffe.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das flüssige Trägermedium mit einem Volumenstrom zwischen 5 und 5000 l/h bevorzugt zwischen 10 und 2500 l/h und besonders bevorzugt zwischen 50 und 500 l/h, in die Wirbelkammer eingespritzt, und gleichzeitig die flüssige Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion mit einem Volumenstrom zwischen 0,001 und 25 l/h, bevorzugt zwischen 0,005 und 5 l/h und besonders bevorzugt zwischen 0,01 und 2,5 l/h, in die Wirbelkammer eingespritzt.

Die stark unterschiedlichen Volumenströme werden zweckmäßigerweise durch entsprechend dimensionierte Düsenquerschnitte erzielt, beispielsweise 1,0 bis 5,0 mm für die Düse(n) des flüssigen Trägermediums und 0,05 bis 1,0 mm für die Düse(n) der flüssigen Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion.

Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Volumenströme flüssiges Trägermedium zu Wirkstofflösung. -emulsion oder-dispersion zwischen 1000 zu 1 und 10 zu 1, insbesondere zwischen 300 zu 1 und 100 zu 1.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Wirbelkammerreaktor hergestellten flüssigen Mischungen können auf wässriger, wässrig-organischer oder organischer Basis sein, die vorzugsweise Tenside enthalten, insbesondere wässrig-tensidische Mittel, die auch organische Lösemittel enthalten können, wie z.B. flüssige Wasch-, Pflege- und Reinigungsmittel sowie Körperpflegeprodukte.

Als Tenside kommen anionische, kationische, nichtionische, zwitter-ionische und/oder amphotere Tenside in Betracht.

Bevorzugte anionische Tenside sind geradkettige und verzweigte Alkylsulfate, -sulfonate, -carboxylate, -phosphate, -sulphosuccinate und -taurate, Alkylestersulfonate, Arylalkylsulfonate und Alkylethersulfate.

Alkylsulfate sind wasserlösliche Salze oder Säuren der Formel ROSO₃M, worin R bevorzugt einen C₁₀-C₂₄-Kohlenwasserstoffrest, besonders bevorzugt einen Alkyl- oder Hydroxyalkylrest mit 10 bis 20 C-Atomen und insbesondere bevorzugt einen C₁₂-C₁₈-Alkyl- oder Hydroxyalkylrest darstellt. M ist Wasserstoff oder ein Kation, vorzugsweise ein Alkalimetallkation (z.B. Natrium, Kalium, Lithium) oder Ammonium oder substituiertes Ammonium, z.B. ein Methyl-, Dimethyl- und Trimethylammoniumkation oder ein quaternäres Ammoniumkation, wie Tetramethylammonium- und Dimethylpiperidiniumkation und quartäre Ammoniumkationen, abgeleitet von Alkylaminen wie Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin und deren Mischungen.

Die Alkylethersulfate sind wasserlösliche Salze oder Säuren der Formel RO(A)_mSO₃M, worin R bevorzugt einen unsubstituierten C₁₀-C₂₄-Alkyl- oder Hydroxyalkylrest, besonders bevorzugt einen C₁₂-C₂₀-Alkyl- oder Hydroxyalkylrest und insbesondere bevorzugt einen C₁₂-C₁₈-Alkyl- oder Hydroxyalkylrest darstellt. A ist eine Ethoxy- oder Propoxyeinheit, m ist eine Zahl von größer als 0, typischerweise zwischen ca. 0,5 und ca. 6, besonders bevorzugt zwischen ca. 0,5 und ca. 3 und M ist ein Wasserstoffatom oder ein Kation, vorzugsweise ein Metallkation (z.B. Natrium, Kalium, Lithium, Calcium, Magnesium), Ammonium oder ein substituiertes Ammoniumkation. Beispiele für substituierte Ammoniumkationen sind Methyl-, Dimethyl-, Trimethylammonium- und quaternäre Ammoniumkationen wie Tetramethylammonium und Dimethylpiperidiniumkationen, sowie solche, die von Alkylaminen, wie Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin oder Mischungen davon, abgeleitet sind. Als Beispiele seien genannt C₁₂-C₁₈-Alkyl-polyethoxylat-(1,0)sulfat, C₁₂-C₁₈-Alkyl-polyethoxylat-(2,25)sulfat, C₁₂-C₁₈-Alkyl-polyethoxylat-(3,0)sulfat, C₁₂-C₁₈-Alkyl-polyethoxylat-(4,0)sulfat, wobei das Kation Natrium oder Kalium ist.

Ebenso geeignet sind Alkylsulfonate mit geradkettigen oder verzweigten C₆-C₂₂-Alkylketten, beispielsweise primäre Paraffinsulfonate, sekundäre Paraffinsulfonate, Alkylarylsulfonate, beispielsweise lineare Alkylbenzolsulfonate mit C₅-C₂₀-Alkylketten, Alkylnaphthalensulfonate, Kondensationsprodukte aus Naphthalensulfonat und Formaldehyd, Lignosulfonat, Alkylestersulfonate, d.h. sulfonierte lineare Ester von C₈-C₂₀-Carboxylsäuren (d.h. Fettsäuren), C₈-C₂₄-Olefinsulfonate, sulfonierte Polycarboxylsäuren, hergestellt durch Sulfonierung der Pyrolyseprodukte von Erdalkalimetallcitraten.

Weitere geeignete anionische Tenside sind ausgewählt aus Alkylglycerinsulfaten, Fettacylglycerinsulfaten, Oleylglycerinsulfaten, Alkylphenolethersulfaten, Alkylphosphaten, Alkyletherphosphaten, Isethionaten wie Acylisethionaten, N-Acyltauriden, Alkylsuccinamaten, Sulfosuccinaten, Monoestern der Sulfosuccinate (besonders gesättigte und ungesättigte C₁₂-C₁₈-Monoester) und Diestern der Sulfosuccinate (besonders gesättigte und ungesättigte C₁₂-C₁₈-Diester), Acylsarcosinaten, Sulfaten von Alkylpolysacchariden wie Sulfaten von Alkylpolyglycosiden, verzweigten primären Alkylsulfaten und Alkylpolyethoxycarboxylaten, wie denen der Formel RO(CH₂CH₂O)_kCH₂COO^-M⁺ worin R eine C₈-C₂₂-Alkylgruppe, k eine Zahl von 0 bis 10 und M ein lösliches Salz bildendes Kation ist.

Als nichtionische Tenside kommen vorzugsweise in Betracht Fettalkoholethoxylate (Alkylpolyethylenglykole), Alkylphenolpolyethylenglykole, Alkylmercaptanpolyethylenglykole, Fettaminethoxylate (Alkylaminopolyethylenglykole), Fettsäureethoxylate (Acylpolyethylenglykole), Polypropylenglykolethoxylate (z.B. Pluronics^®), Fettsäurealkylolamide (Fettsäureamidpolyethylenglykole), N-Alkyl- und N-Alkoxypolyhydroxyfettsäureamide, Alkylpolysaccharide, Saccharoseester, Sorbitester und Polyglykolether.

Als amphotere Tenside kommen vorzugsweise in Betracht Amphoacetate, besonders bevorzugt Monocarboxylate und Dicarboxylate wie Cocoamphocarboxypropionat, Cocoamidocarboxypropionsäure, Cocoamphocarboxyglycinat (oder auch als Cocoamphodiacetat bezeichnet) und Cocoamphoacetat.

An kationischen Tensiden können eingesetzt werden Di-(C₁₀-C₂₄)-Alkyl-dimethylammoniumchlorid oder -bromid, vorzugsweise Di-(C₁₂-C₁₈)-Alkyl-dimethylammoniumchlorid oder -bromid; (C₁₀-C₂₄)-Alkyl-dimethyl-ethylammoniumchlorid oder -bromid; (C₁₀-C₂₄)-Alkyl-trimethylammoniumchlorid oder -bromid, vorzugsweise Cetyltrimethylammoniumchlorid oder -bromid und (C₂₀-C₂₂)-Alkyl-trimethylammoniumchlorid oder -bromid; (C₁₀-C₂₄)-Alkyl-dimethylbenzylammoniumchlorid oder -bromid, vorzugsweise (C₁₂-C₁₈)-Alkyl-dimethylbenzylammoniumchlorid; N-(C₁₀-C₁₈)-Alkyl-pyridiniumchlorid oder -bromid, vorzugsweise N-(C₁₂-C₁₆)-Alkyl-pyridiniumchlorid oder -bromid; N-(C₁₀-C₁₈)-Alkyl-isochinoliniumchlorid, -bromid oder -monoalkylsulfat; N-(C₁₂-C₁₈)-Alkyl-polyoylaminoformylmethylpyridiniumchlorid; N-(C₁₂-C₁₈)-Alkyl-N-methyl-morpholinium-chlorid, -bromid oder -monoalkylsulfat; N-(C₁₂-C₁₈)-Alkyl-N-ethyl-morpholinium-chlorid, -bromid oder -monoalkylsulfat; (C₁₆-C₁₈)-Alkyl-pentaoxethyl-ammonium-chlorid; Diisobutylphenoxyethoxyethyldimethylbenzylammonium-chlorid; Salze des N,N-Diethylaminoethylstearylamids und -oleylamids mit Salzsäure, Essigsäure, Milchsäure, Zitronensäure, Phosphorsäure; N-Acyl-aminoethyl-N,N-diethyl-N-methyl-ammoniumchlorid, -bromid oder -monoalkylsulfat und N-Acylaminoethyl-N,N-diethyl-N-benzyl-ammonium-chlorid, -bromid oder -monoalkylsulfat, wobei Acyl vorzugsweise für Stearyl oder Oleyl steht.

Die Gesamtmenge der eingesetzten Tenside beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge flüssige Mischung, bevorzugt zwischen 0,5 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 1 und 40 Gew.-%, insbesondere bevorzugt zwischen 12 und 35 Gew.-%.

Als organische Lösemittel, gegebenenfalls im Gemisch mit Wasser, können eingesetzt werden:
Ein- oder mehrwertige Alkohole, insbesondere Alkohole mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, geradkettiges und verzweigtes Butanol, wie n-Butanol, sek.-Butanol, tert.-Butanol, Pentanole, wie n-Pentanol, 2-Methyl-2-butanol, Hexanole, wie 2-Methyl-2-pentanol, 3-Methyl-3-pentanol, 2-Methyl-2-hexanol, 3-Ethyl-3-pentanol, Octanole, wie 2,4,4-Trimethyl-2-pentanol, Cyclohexanol; Glycerin und Mischungen aus den genannten Alkoholen, Polyole, beispielsweise Glykole, wie 1,2-Ethandiol, 1,2,3-Propantriol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,2-Propandiol, 2,3-Propandiol, 1,4-Pentandiol, 1,5-Pentandiol, 1,2-Hexandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2,6-Hexantriol, 1,2-Octandiol, Polyglykole, wie Polyethylenglykole mit einer relativen Molekülmasse unter 2000, Polypropylenglycol, Thioglycol, Thiodiglycol, Butyltriglycol, Hexylenglycol, Propylenglycol, Dipropylenglycol, Tripropylenglycol, Alkylether von Polyolen, beispielsweise Ethylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonoethylether, Ethylenglycolmonobutylether, Diethylenglycolmonomethylether, Diethylenglycolmonoethylether, Diethylenglycolmonobutylether, Diethylenglycolmonohexylether, Triethylenglycolmonomethylether, Triethylenglycolmonobutylether, Tripropylenglycolmonomethylether, Tetraethylenglycolmonomethylether, Tetraethylenglycolmonobutylether, Tetraethylenglycoldimethylether, Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonoethylether, Propylenglycolmonobutylether, Tripropylenglycolisopropylether, Polyalkylenglycolether, beispielsweise Polyethylenglycolmonomethylether, Polypropylenglycolglycerolether, Polyethylenglycoltridecylether, Polyethylenglycolnonylphenylether.

Ebenso eignen sich Ether, wie Methylisobutylether, Ethylpentylether, Tetrahydrofuran oder Dimethoxyethan, desweiteren Methoxybutanol, oder Glycerin, Ketone, wie Aceton, Diethylketon, Methylisobutylketon, Methylethylketon oder Cyclohexanon, aliphatische Säureamide, wie Formamid, Dimethylformamid, N-Methylacetamid oder N,N-Dimethylacetamid, oder cyclische Carbonsäureamide, wie N-Methylpyrrolidon, N-Ethylpyrrolidon, 2-Pyrrolidon, 1-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidon, 1-(3-Hydroxypropyl)-2-pyrrolidon, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, 1,3-Dimethyl-2-imidazolinon, 1,3-Bismethoxymethylimidazolidin, 2-(2-Methoxyethoxy)ethanol, 2-(2-ethoxyethoxy)ethanol, 2-(2-Butoxyethoxy)ethanol, 2-(2-Propoxyethoxy)ethanol, Pyridin, Piperidin, Butyrolacton; Trimethylpropan, 1,2-Dimethoxypropan, Dioxan, Ethylacetat, Ethylendiamintetraacetat, Caprolactam; Ester, wie Carbonsäure-C₁-C₆-alkylester, wie Ameisensäurebutylester, Essigsäureethylester oder Propionsäurepropylester; oder Carbonsäure-C₁-C₆-glykolester; oder Glykoletheracetate, wie 1-Methoxy-2-propylacetat; oder Phthalsäure- oder Benzosäure-C₁-C₆-alkylester, wie Benzoesäureethylester; cyclische Ester, wie Caprolacton; Nitrile, wie Acetonitril oder Benzonitril, Amine, wie Methylamin, Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin, Dibutylamin, Diethanolamin, Triethanolamin; N-Acetylethanolamin, N-Formylethanolamin, Ethylendiamin, Harnstoff, Thioharnstoff, N-Methylharnstoff, N,N'-Dimethylharnstoff, Ethylenharnstoff, 1,1,3,3-Tetramethylharnstoff, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan oder Benzol; oder durch Alkyl, Alkoxy, Nitro oder Halogen substituiertes Benzol, wie Toluol, Xylole, Ethylbenzol, Anisol, Nitrobenzol, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, 1,2,4-Trichlorbenzol oder Brombenzol; oder andere substituierte Aromaten, wie Benzoesäure oder Phenol; aromatische Heterocyclen, wie Pyridin, Morpholin, Picolin oder Chinolin; sowie Hexamethylphosphorsäuretriamid, 1,3-Dimetyl-2-imidazolidinon, Dimethylsulfoxid und Sulfolan.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Färben von Lösungen, Emulsionen, Dispersionen oder Suspoemulsionen.

Als Farbmittel kommen prinzipiell alle organischen und anorganischen Farbstoffe, Pigmente sowie deren Präparationen in Betracht.

Beispiele sind organische Pigmente aus der Klasse der Perylen-, Perinon-, Chinacridon-, Chinacridonchinon-, Anthrachinon-, Anthanthron-, Benzimidazolon-, Disazokondensations-, Azo-, Indanthron-, Phthalocyanin-, Triarylcarbonium-, Dioxazin- wie beispielsweise Triphendioxazin, Aminoanthrachinon-, Diketopyrrolopyrrol-, Indigo-, Thioindigo-, Thiazinindigo-, Isoindolin-, Isoindolinon-, Pyranthron-, Isoviolanthron-, Flavanthron-, Anthrapyrimidin- oder Carbon Black-Pigmente (Ruß), Mischkristalle oder Mischungen davon.

Weitere Beispiele sind anorganische Pigmente aus der Klasse der Titandioxid-, Zinksulfid-, Zinkoxid-, Eisenoxid-, Chromoxid-, Mischmetalloxid- (wie beispielsweise Nickelrutilgelb, Chromrutilgelb, Kobaltblau, Kobaltgrün, Zinkeisenbraun, Spinelschwarz), Cadmium-, Wismuth-, Chromat-, Ultramarin-, Eisenblaupigmente und Mischungen daraus, und Mischungen aus anorganischen und organischen Pigmenten.

In Betracht kommen ebenso natürliche Farbstoffe, beispielsweise Indigo, Safran, Karmin, Karminsäure, Codenille, Kurkumin, Riboflavin, Riboflavin-5'-phosphat, Chlorophylle, Carotine, β-apo-8'-Carotinal, Carotinsäureethylester, Lycopin, Capsanthin, Capsorubin, Anthocyane und Beetenrot.

Bevorzugt eingesetzt werden Lösungen oder Dispersionen (auf wässriger oder Lösungsmittel-Basis) folgender Farbstoffe, wobei die Konzentration der zum Färben von Lösungen oder Dispersionen eingesetzten Farbstofflösungen oder -dispersionen im Bereich von 0,1 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew,.-% und insbesondere 10 bis 15 Gew.-% liegt.

Als Farbstoffe bevorzugt sind C.I. Acid Red 18 (CI 16255), Acid Red 26, Acid Red 27, Acid Red 33, Acid Red 51, Acid Red 87, Acid Red 88, Acid Red 92, Acid Red 95, Acid Red 249 (CI 18134), Acid Red 52 (CI 45100), Acid Violet 126, Acid Violet 48, Acid Violet 54, Acid Yellow 1, Acid Yellow 3 (CI 47005), Acid Yellow 11, Acid Yellow 23 (CI 19140), Acid Yellow 3, Food Blue 2 (CI 42090), Food Blue 5:2 (CI 42051:2), Food Red 7 (CI 16255), Food Yellow 13 (CI 47005), Food Yellow 4 (CI 19140), Solvent Green 7 (CI 59040).

Besonders bevorzugte Farbstoffe sind wasserlösliche Säure-Farbstoffe, beispielsweise C.I. Food Yellow 13 (Acid Yellow 3, CI 47005), Food Yellow 4 (Acid Yellow 23, CI 19140), Food Red 7 (Acid Red 18, CI 16255), Food Blue 2 (Acid Blue 9, CI 42090), Food Blue 5 (Acid Blue 3, CI 42051), Acid Red 249 (CI 18134), Acid Red 52 (CI 45100), Acid Violet 126, Acid Violet 48, Acid Blue 80 (CI 61585), Acid Blue 182, Acid Blue 182, Acid Green 25 (CI 61570), Acid Green 81.

Ebenso bevorzugt eingesetzt werden auch wasserlösliche Direkt-Farbstoffe, beispielsweise Direct Yellow 28 (CI 19555), Direct Blue 86 (CI 74180), Direct Blue 199 (CI 74190) und wasserlösliche Reaktiv-Farbstoffe, beispielsweise Reactive Green 12, sowie die Farbstoffe Food Yellow 3 (CI 15985), Acid Yellow 184.

Insbesondere bevorzugt sind Säure- oder Direktfarbstoffe, wie z.B. C.I. Acid Violet 126, Acid Blue 182, Direct Blue 199, Acid Blue 9, Acid Red 18, Acid Red 52, Acid Yellow 23.

Ebenso bevorzugt eingesetzt werden Dispersionen (auf Wasser- oder organische Lösungsmittel-Basis) folgender Pigmente, wobei die Konzentration der zum Färben von Lösungen oder Dispersionen eingesetzten Pigmentdispersionen im Bereich von 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 40 Gew.-% und insbesondere 10 bis 35 Gew.-%, liegt.

An Pigmenten kommen beispielsweise C.I. Pigment Black 7 (CI 77266), Pigment Blue 15 (CI 74160), Pigment Blue 15:1 (CI 74160), Pigment Blue 15:3 (CI 74160), Pigment Green 7 (CI 74260), Pigment Orange 5, Pigment Red 112 (CI 12370), Pigment Red 122 (CI 73915), Pigment Red 179 (CI 71130), Pigment Red 184 (CI 12487), Pigment Red 188 (CI 12467), Pigment Red 4 (CI 12085), Pigment Red 5 (CI 12490), Pigment Red 9, Pigment Violet 23 (CI 51319), Pigment Yellow 1 (CI 11680), Pigment Yellow 13 (CI 21100), Pigment Yellow 154, Pigment Yellow 3 (CI 11710), Pigment Yellow 74, Pigment Yellow 83 (CI 21108), Pigment Yellow 97 in Betracht.

In bevorzugten Ausführungsformen werden folgende Pigmente in Form von Dispersionen eingesetzt: Pigment Yellow 1 (CI 11680), Pigment Yellow 3 (CI 11710), Pigment Red 112 (CI 12370), Pigment Red 5 (CI 12490), Pigment Red 181 (CI 73360), Pigment Violet 23 (CI 51319), Pigment Blue 15:1 (CI 74160), Pigment Green 7 (CI 74260), Pigment Black 7 (CI 77266).

In ebenfalls bevorzugten Ausführungsformen werden wasserlösliche Polymerfarbstoffe, beispielsweise ^®Liquitint RTM, Liquitint Blue HP.RTM., Liquitint Blue 65.RTM., Liquitint Patent Blue.RTM., Liquitint Royal Blue.RTM., Liquitint Experimental Yellow 8949- 43.RTM., Liquitint Green HMC.RTM., Liquitint Yellow II.RTM, Liquitint Violet LS, Liquitint Royal MC, Liquitint Blue HP, Liquitint Blue MC, Liquitint Aquamarine, Liquitint Green HMC, Liquitint Bright Yellow, Liquitint Yellow LP, Liquitint Yellow BL, Liquitint Brilliant Orange, Liquitint Crimson 0.03%,Liquitint Red HN, Liquitint Pink, Liquitint Red BL, Liquitint Red ST, Liquitint RTM, Liquitint Blue HP.RTM., Liquitint Blue 65.RTM., Liquitint Patent Blue.RTM., Liquitint Royal Blue.RTM., Liquitint Experimental Yellow 8949-43.RTM., Liquitint Green HMC.RTM., Liquitint Yellow II.RTM. und Mischungen daraus eingesetzt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Parfümieren von Lösungen, Dispersionen, Emulsionen und Suspoemulsionen.

Als Duft- bzw. Parfümöle können Riechstoffverbindungen, z.B. synthetische Produkte vom Typ der Ester, Ether, Aldehyde, Ketone, Alkohole und Kohlenwasserstoffe, verwendet werden. Riechstoffverbindungen vom Typ der Ester sind z.B. Benzylacetat, Phenoxyethylisobutyrat, p-tert.-Butylcyclohexylacetat, Linalylacetat, Dimethylbenzylcarbinylacetat, Phenylethylacetat, Linalylbenzoat, Benzylformiat, Ethylmethylphenylglycinat, Allylcyclohexylpropionat, Styrallylpropionat und Benzylsalicylat. Zu den Ethern zählen beispielsweise Benzylethylether, zu den Aldehyden z.B. die linearen Alkanale mit 8 bis 18 C-Atomen, Citral, Citronellal, Citronellyloxyacetaldehyd, Hydroxycitronellal, Lilial und Bourgeonal. Zu den Ketonen zählen z.B. die Ionone, alpha-Isomethylionon und Methyl-cedrylketon. Zu den Alkoholen zählen z.B. Anethol, Citronellol, Eugenol, Geranion, Linalool, Phenylethylalkohol und Terpineol. Zu den Kohlenwasserstoffen gehören hauptsächlich die Terpene und Balsame. Bevorzugt werden Mischungen verschiedener Riechstoffe verwendet, die gemeinsam eine ansprechende Duftnote erzeugen.

Parfümöle können auch natürliche Riechstoffgemische enthalten, wie sie aus pflanzlichen oder tierischen Quellen zugänglich sind, z.B. Pinien-, Citrus-, Jasmin-, Lilien-, Rosen-, oder Ylang-Ylang-Öl. Auch ätherische Öle geringerer Flüchtigkeit, die meist als Aromakomponenten verwendet werden, eignen sich als Parfümöle, z.B. Salbeiöl, Kamillenöl, Nelkenöl, Melissenöl, Minzenöl, Zimtblätteröl, Lindenblütenöl und Wacholderbeerenöl.

Bevorzugt eingesetzt werden Lösungen oder Emulsionen der oben genannten Duftstoffe und Parfümöle, die nach gängigen Methoden hergestellt werden können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Biocide homogen in ein flüssiges Trägermedium eingearbeitet.

Biocide sind beispielsweise 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on, 5-Chlor-2-methyl-isothiazolin-3-on, 1,2-Benzisothiazolin-3-on, 4,4-Dimethyloxazolidin und 2-Brom-2-nitropropan-1,3-dion.

In den nachfolgenden Beispielen sind Prozentangaben Gewichtsprozent.
Beispiel 1a: Herstellung eines Allzweckreinigers:

A Wasser, dest. 87.0%
B ^®Hostapur SAS 60 3.3% ^®Genapol DU 080 4.0%
C Natriumcumolsulfonat (c=40%) 5.0% Tri-Natriumcitrat 0.7%

Herstellung:

I Lösen der Komponenten B in A unter Rühren
II Zugabe von C zu I

Beispiel 1 b: Färben des Allzweckreinigers aus Beispiel 1a:
Zielkonzentration des Farbstoffes Acid Blue 80 im Allzweckreiniger: 0,0005 %. Ausgehend von einer 10 gew.-%igen wässrigen Farbstofflösung Acid Blue 80 wird die gewünschte Konzentration von 0,0005 Gew.-% (5 ppm) abhängig von der weiteren Wirkstoffzugabe (Duftstoffe, Biocide)

a) einstufig mit einer Verdünnungsrate von 1:20.000 oder
b) zweistufig mit einer Verdünnungsrate von 1:200 und dann 1:100 erzielt.

Die Farbstofflösung und die Allzweckreiniger-Grundlösung werden mittels Hochdruckpumpen mit den gewünschten Flussraten in den beschriebenen Wirbelkammerreaktor dosiert und durch turbulente Durchmischung eine homogene Allzweckreiniger-Farblösung mit definierter Farbstoffkonzentration hergestellt.
Bestimmung der Homogenität der Lösungen mittels Villermaux-Reaktion:
Die Villermaux-Reaktion dient zur Bestimmung der Mischungsgüte einer Mischvorrichtung. Sie beruht auf dem Prinzip zweier schnell ablaufender, paralleler Reaktionen, die bei unterschiedlicher Mischungsgüte bevorzugt ablaufen. Zur Charakterisierung der Mischgüte wird das Gemisch einer in Natriumacetat gepufferten Jodid/Jodat-Lösung mit HCl versetzt. Bei optimaler homogener Durchmischung des gepufferten Jodid/Jodat-Gemisches kann der Acetat-Puffer die eingetragene HCl-Menge kompensieren, der pH-Wert bleibt unverändert bei pH = 6,5 und es findet keine weitere Reaktion statt. Kommt es dagegen durch inhomogene Vermischung zu einer lokalen Überkonzentration der Säure, so findet eine Synproportionierung von Jodid/Jodat statt. Die Jodbildung kann photometrisch bei 353 nm detektiert werden. Je weniger elementares Jod freigesetzt (je besser eine lokale Säure-Überkonzentration durch Vermischung „abgepuffert"), desto homogener die Vermischung. H⁺ + Ac^- → HAc (sehr schnell, bei guter Mischung) 5 I^- + IO₃ ^- + 6 H⁺ → 3 I₂ + 3 H₂O (schnell, bei schlechter Mischung)
Die Bestimmung der Mischungsgüte einer Mischvorrichtung mittels Villermaux-Reaktion ist in W. Ehrfeld, K. Golbing, V. Hessel, H.Löwe, Th. Richter, Ind. Eng. Chem. Res. 1999 (38); S. 1075–1082 beschrieben.
Ermittelte Mischungsgüte verschiedener Mikromischer und Mikroreaktoren:
Je weniger elementares Jod detektiert wird, desto effizienter die Vermischung und die Mischungsgüte der untersuchten Mikromischer und Mikroreaktoren.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Herstellung von Lösungen bzw. Mischungen im erfindungsgemäß eingesetzten Wirbelkammerreaktor bezüglich der Homogenität den gängigen Mischtechniken (Statischer Mischer, Raupenmischer, MicroJet) deutlich überlegen ist.
Chemische Beschreibung der eingesetzten Handelsprodukte:

Claims

Verfahren zur homogenen Verteilung von Wirkstoffen in einem flüssigen Trägermedium mit einer Wirkstoff-Konzentration von 0,0001 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Trägermediums, dadurch gekennzeichnet, dass man ein flüssiges Trägermedium durch mindestens eine Düse und eine flüssige Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion durch mindestens eine weitere Düse, wobei die Düsen nicht koaxial zueinander ausgerichtet sind, mit einem Druck zwischen 1 und 1000 bar ohne Verwendung eines Trägergasstromes in eine Wirbelkammer spritzt, dadurch eine turbulente Durchmischung der flüssigen Phasen herbeiführt und die resultierende flüssige Mischung durch eine Auslassöffnung aus der Wirbelkammer austrägt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstoff-Konzentration 0,001 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Trägermediums, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff aus der Gruppe der Farbstoffe, Pigmente, Pigmentpräparationen, Riechstoffe, Biocide, Aromastoffe oder niedrig dosierten Additive ausgewählt ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Trägermedium mit einem Volumenstrom zwischen 5 und 5000 l/h in die Wirbelkammer eingespritzt wird, und gleichzeitig die flüssige Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion mit einem Volumenstrom zwischen 0,001 und 25 l/h in die Wirbelkammer eingespritzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Trägermedium mit einem Volumenstrom zwischen 50 und 500 l/h in die Wirbelkammer eingespritzt wird, und gleichzeitig die flüssige Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion mit einem Volumenstrom zwischen 0,01 und 2,5 l/h in die Wirbelkammer eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Volumenströme flüssiges Trägermedium zu Wirkstofflösung, -emulsion oder -dispersion zwischen 300 zu 1 und 100 zu 1 liegt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende flüssige Mischung ein flüssiges Wasch-, Pflege- oder Reinigungsmittel oder ein Körperpflegeprodukt ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbstoff in einer tensidhaltigen flüssigen Mischung verteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff aus der Gruppe der wasserlöslichen Säurefarbstoffe oder Direktfarbstoffe ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff C.I. Acid Blue 80, Acid Violet 126, Acid Blue 182, Direct Blue 199, Acid Blue 9, Acid Red 18, Acid Red 52 oder Acid Yellow 23 ist.