DE102010001193A1

DE102010001193A1 - Neue Tensidzusammensetzungen

Info

Publication number: DE102010001193A1
Application number: DE201010001193
Authority: DE
Inventors: Gerd Dahms
Original assignee: Dahms Gerd 47138
Current assignee: Clariant International Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft neue biologisch abbaubare Tensidzusammensetzungen auf Proteinbasis, die sich durch vielfältige nützliche Eigenschaften auszeichnen und sich für den Einsatz bei der Herstellung von Wasch- und Reinigungsmitteln, insbesondere für Anwendungen als Flüssigwaschmittel, Haushaltsreiniger, Geschirrspülmittel, Weichspüler für Textilfasern, Shampoos, Duschgele, Badezusätze,arspülungen eignen. Weiterhin eignen sich die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen für den Einsatz im Nahrungsmittelbereich, im Pflanzenschutz, im Bergbau, bei der Herstellung von Lacken und Farben und von Papier, bei der Reinigung von Öltanks oder der Auflösung von Ölfilmen auf Wasseroberflächen, in der tertiären Erdölförderung, zur Reinigung kontaminierter Mutterböden oder sonstiger Substrate. Die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen umfassen 0,1 bis 99,9 Gew.-% eines Protein-Fettsäure-Kondensats und/oder eines Proteinhydrolysatquats, 0,1 bis 99,9 Gew.-% eines Alkylpolyglucosids, ggf. weitere Tenside und/oder Additive und 0 bis 99 Gew.-% Wasser in der auf 100 Gew.-% fehlenden Menge.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue biologisch abbaubare Tensidzusammensetzungen auf Proteinbasis mit hervorragendem Eigenschaftsprofil.
Die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen zeichnen sich durch vielfältige nützliche Eigenschaften aus und eignen sich für den Einsatz bei der Herstellung von Wasch- und Reinigungsmitteln, insbesondere für Anwendungen als Flüssigwaschmittel, Haushaltsreiniger, Geschirrspülmittel, Weichspüler für Textilfasern, Shampoos, Duschgele, Badezusätze, Rasierschäume, Syndetseifen, Combo-Seifen oder Haarspülungen. Neben diesem mit Abstand bedeutendsten Anwendungsgebiet eignen sich die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen ebenso im Nahrungsmittelbereich, im Pflanzenschutz, im Bergbau, bei der Herstellung von Lacken und Farben und von Papier, bei der Reinigung von Öltanks oder der Auflösung von Ölfilmen auf Wasseroberflächen, in der tertiären Erdölförderung, zur Reinigung kontaminierter Mutterböden oder sonstiger Substrate.
Tenside sind amphiphile, d. h. bifunktionelle Verbindungen, welche über eine polare, hydrophile Kopfgruppe einerseits und über einen unpolaren, hydrophilen Molekülteil andererseits vertilgen. Das Verhältnis zwischen hydrophilem und lipophilem Anteil wird durch den sogenannten HLB-Wert (HLB = hydrophilic-lipophilic-balance) wiedergegeben, wo bei der HLB umso niedriger ist, je höher der lipophile Anteil des Tensids ist. Je nach Anteil der hydrophilen bzw. der lipophilen Gruppe am Gesamtmolekül unterscheiden sich die Eigenschaften des jeweiligen Tensids. Tenside mit einem HLB-Wert zwischen 1.5 bis 3 werden als Entschäumer eingesetzt. Ab einem Wert von 7–9 sind die Tenside als Netzmittel verwendbar. Ab einem HLB-Wert von 13 und höher sind die Tenside waschaktiv und werden dann als Detergentien bezeichnet.
Aufgrund ihres vorwiegenden Einsatzes in Wasch-, Putz- und Reinigungsmitteln gelangen Tenside vielfach in das Abwasser und damit auch in die Umwelt. Eine wichtige Eigenschaft von Tensiden ist daher deren biologische Abbaubarkeit, um eine bleibende Schädigung der Umwelt zu vermeiden. Aber auch aufgrund weiterer Nachteile von synthetisch hergestellten Tensiden wie Allergenität, Toxizität wie auch CO₂-Bilanz und die nicht unbegrenzte Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe besteht ein hohes Interesse an Tensiden, die aus natürlich vorkommenden Stoffen, insbesondere nachwachsenden Rohstoffen, hergestellt werden.
Protein-Fettsäure-Kondensate (gelegentlich auch als Eiweiß-Fettsäure-Kondensate bezeichnet) sind auf natürlicher Basis hergestellte Aniontenside, die durch Acylierung von Proteinhydrolysaten z. B. mit Fettsäuren, Fettsäuremethylestern, vorzugsweise jedoch Fettsäurechloriden oder substituierten Maleinsäureanhydriden erhältlich sind. Sie sind leicht abbaubar, verfügen über eine hohe dermatologische Verträglichkeit und haben den Vorteil, dass je nach Hydrolysegrad des eingesetzen Eiweißes bzw. je nach Veresterungsgrad des Proteins mit der Fettsäure jeder gewünschte HLB-Bereich erreicht werden kann. Protein-Fettsäure-Kondensate ermöglichen somit einen flexiblen Einsatz in den verschiedensten Anwendungsbereichen.
Für die Herstellung von Protein-Fettsäure-Kondensaten wurde in der Vergangenheit vornehmlich Weizenprotein eingesetzt. Dies ist mit verschiedenen Nachteilen verbunden. So ist zum einen der Proteingehalt von Weizen vergleichsweise gering. Zudem enthält Weizenprotein Gluten, was bei Personen mit einer Glutenüberempfindlichkeit zu Zöliakie führen kann.
Eine weitere Gruppe von Tensiden, die vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen (Glucose z. B. aus Maisstärke und Fettalkohol z. B. aus Kokosöl) hergestellt werden, sind die Alkylpolyglucoside (APG). Alkylpolyglucoside sind nichtionische Tenside, die besonders hautverträglich und biologisch leicht abbaubar sind. Sie sind in die niedrige Wassergefährdungsklasse (WGK) 1 eingestuft.
Bei alleiniger Verwendung der genannten Tenside steigt zwar die Verträglichkeit, vor allem die Hautverträglichkeit, erheblich, allerdings ist das Schaumvermögen dieser beiden Tensidklassen für viele Einsatzbereiche ungenügend. Vor allem bei Shampoos und Duschbädern wird jedoch ein gutes Schaumvermögen erwartet.
Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur Verbesserung des Schaumvermögens von Alkylpolyglucosiden bekannt, bei welchem die Alkylpolyglucoside carboxyliert werden. Das Schaumvermögen dieser carboxylierten Alkylpolyglucoside ist zwar erhöht, enspricht aber noch nicht einmal dem eines Cocoamidopropyl-Betains. Von dem Schaumvermögen eines Ethersulfates, einer Schlüsselsubstanz in der Wasch- und Reinigungstechnik, sind carboxylierte Alkylpolyglycoside noch weit entfernt. Deshalb können sie auch z. B. in Körper- und Haarreinigungsprodukten nur als Co-Tenside eingesetzt werden.
Die oben genannten Tenside können außerdem mit den herkömmlichen Verfahren nicht ausreichend verdickt werden. Üblicherweise werden Tenside bzw. Tensidgemsiche durch Zugabe von Verdickern, wie beispielsweise Kochsalz oder organischen Verdickern wie Laureth-2, PEG-18 Glyceryl Oleate/Cocoate, 120 Methyl Glucose Dioleate, PEG-6000 Distearate o. ä. oder Kombinationen aus diesen, verdickt, bis sie die gewünschte Dickflüssigkeit besitzen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, neue Tensidzusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, welche aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbar sind und welche über ein hervorragendes Eigenschaftsprofil, insbesondere gute biologische Abbaubarkeit, ausgezeichnetes Schaum- und Netzverhalten, gute Hautverträglichkeit und geringes Allergierisiko verfügen, die mit herkömmlichen Zusätzen verdickt werden können und die für zahlreiche Einsatzgebiete anwendbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch neue Tensidzusammensetzungen, die mindestens ein Protein-Fettsäure-Kondensat und/oder Proteinhydrolysatquat und mindestens ein Alkylpolyglucosid enthalten. Die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen umfassen die folgenden Bestandteile:

a) 0,1 bis 99,9 Gew.-% Protein-Fettsäure-Kondensat und/oder 0,1 bis 99,9 Gew.-% eines Proteinhydrolysatquats,
b) 0,1 bis 99,9 Gew.-% Alkylpolyglucosid,
c) ggf. weitere Tenside ausgewählt aus der Gruppe der Betaine, Sultanine, Sulfosuccinate, Glutamate, Taurate, Sarkosinate, amphotherische Acetate, Acyllactylate, nichtionogene Alkoxylate,
d) ggf. weitere Additive und
e) 0 bis 99 Gew.-% Wasser in der auf 100 Gew.-% fehlenden Menge.

Die Erfinder haben überraschend gefunden, dass die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen durch die Kombination von Protein-Fettsäure-Kondensaten und/oder Proteinhydrolysatquats mit Alkylpolyglucosiden über ein ausgezeichnetes Schaumvermögen verfügen. Das Schaumvermögen kann durch Anpassung des Mischungsverhältnisses des Protein-Fettsäure-Kondensats und/oder des Proteinhydrolysatquats mit dem Alkylpolyglucosid demjenigen eines Alkylethersulfates, Alkylsulfonates oder Alkysulfates angeglichen werden. Dies war nicht zu erwarten, da alle diese Bestandteile für sich gesehen nur unzureichend schäumen. Die Schaumbildung, die bei der Anwendung von Körperreinigungsprodukten zu Tage tritt, ist von großer Bedeutung, besonders für den Verbraucher. Der Verbraucher beuteilt die Schaumqualität im allgemeinen über die taktile Wahrnehmung. Ein sehr dichter Schaum mit hoher Blasenzahl pro Volumeneinheit wird als „cremig” bezeichnet, ein grobblasiger, schnell brechender Schaum als trocken empfunden. Üblicherweise verleihen Tensidsysteme mit Alkylethersulfaten, Alkylsulfaten und/oder Alkylsulfonaten Reinigungsformulierungen ein angenehmes Schaumverhalten. Es besteht aber von Seiten der Verbraucher aufgrund des zunehmenden Umweltbewußtseins ein steigendes Interesse an sogenannten ”grünen”, also auf natürlichen Stoffen basierenden, milden und alkylethersulfat- und alkylsulfatfreien Körperpflegemitteln. Diese wiesen durch den Verzicht auf Alkylethersulfate, Alkylsulfate und/oder Alkylsulfonate bisher einen beträchtlichen Nachteil hinsichtlich ihrer Schaumleistung auf.
Die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen zeichnen sich durch ihr hervorragendes Schaumvermögen aus. Sie beruhen im Wesentlichen auf Substanzen, die sich, falls gewünscht, ausschließlich aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen herstellen lassen. In einer Ausführungsform der Erfindung zeichnen sich die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen dadurch aus, dass sie im wesentlichen frei sind von synthetischen Tensiden auf petrochemischer Rohstoffbasis für die Schaumbildung. Im wesentlichen frei von synthetischen Tensiden bedeutet dabei im Sinne der Erfindung ein Gehalt von weniger als 5 Gew.-% synthetische Tenside, bevorzugt weniger als 2 Gew.-% synthetische Tenside, ganz besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-% synthetische Tenside. Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen keine Alkylethersulfate, Alkylsulfate und/oder Alkylsulfonate, besonders bevorzugt keine Alkylether- oder Alkylsulfate oder Gemische aus beiden.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen 0,1 bis 99,9 Gew.-% Protein-Fettsäure-Kondensat und/oder Proteinhydrolysatquat als alleiniges ionisches Tensid für die Schaumbildung und 0,1 bis 99,9 Gew.-% Alkylpolyglucosid als alleiniges nichtionisches Tensid für die Schaumbildung.
Alkylpolyglucoside im Sinne der Erfindung sind nichtionische Tenside und werden vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen (Glucose z. B. aus Maisstärke und Fettalkohol z. B. aus Kokosöl) synthetisiert. Durch sauer katalysierte Reaktion (Fischer-Reaktion) von Glucose (oder Stärke) oder von Butylglucosiden mit Fettalkoholen entstehen komplexe Gemische aus Alkylmonoglucosid (Alkyl-α-d- und -β-d-glucopyranosid sowie geringe Anteile -glucofuranosid), Alkyldiglucosiden (-isomaltoside, -maltoside etc.) und Alkyloligoglucosiden (-maltotrioside, -tetraoside etc.), die als Alkylpolyglucoside bezeichnet werden. Der durchschnittliche Polymerisationsgrad kommerzieller Produkte, deren Alkyl-Reste im Bereich C8-C16 liegen, beträgt 1,2–1,5.
Proteinhydrolysatquats im Sinne der Erfindung sind Proteinhydrolysate, die quaternisiert wurden. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Proteinhydrolysat mit einem kationischen Quaternisierungsreagenz umgesetzt wird. Solche Quaternisierungsreagenzien bestehen aus einer quaternären Ammoniumgruppe und dem Reaktions-Zentrum, welches beispielsweise eine 1-Chloro-2-Hydroxypropyl(ethyl)gruppe (auch Chlorohydrin-Gruppe genannt) ist.

Gebräuchliche Quaternisierungsreagenzien sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt, aber auch andere C-Kettenlängen des R₃ sind denkbar.

R₁ = R₂ = R₃ = CH₃	n = 0	Hydroxyethyl-trimethylammonium
R₁ = R₂ = R₃ = CH₃	n = 1	Hydroxyproypl-trimethylammonium
R₁ = R₂ = CH₃; R₃ = Cocoyl	n = 0	Hydroxyethyl-cocodimonium
R₁ = R₂ = CH₃; R₃ = Cocoyl	n = 1	Hydroxypropyl-cocodimonium
R₁ = R₂ = CH₃; R₃ = Lauryl	n = 0	Hydroxyethyl-lauryldimonium
R₁ = R₂ = CH₃; R₃ = Lauryl	n = 1	Hydroxypropyl-lauryldimonium
R₁ = R₂ = CH₃; R₃ = Stearyl	n = 0	Hydroxyethyl-stearyldimonium
R₁ = R₂ = CH₃; R₃ = Stearyl	n = 1	Hydroxypropyl-stearyldimonium

Bei dieser Reaktion wird das Proteinhydrolysat in wässriger Lauge mit einem Quaternisierungsreagenz umgesetzt, was zu einer Alkylierung in der Seitenkette des Hydrolysats führt. Alkylierungsstellen sind u. a. Alkohol-, Amin-, Thiol- und Säuregruppen.
Dadurch können die ursprünglich anionischen Proteinhydrolysate vorteilhaft in kationische Tenside umgewandelt werden. Auf diese Weise können die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen beispielsweise auch in Weichspülern, Haarkuren oder ähnlichen Produkten eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen, die quaternisierte Proteinhydrolysate enthalten, sind vorteilhaft weniger toxisch als herkömmliche, in Weichspülern eingesetzte quaternisierte Tenside und befinden sich in einer niedrigerern Wassergefährdungsklasse.
Protein-Fettsäure-Kondensate im Sinne der Erfindung sind Verbindungen, die durch die Umsetzung des Protein- bzw. Proteinhydrolysats mit der Fettsäure, dem Fettsäuremethylester, dem Fettsäurechlorid bzw. dem substituierten Maleinsäureanhydrid nach den üblichen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu dem entsprechenden Protein-Fettsäure-Kondensat erhalten werden. Die Umsetzung findet üblicherweise unter Schotten-Baumann-Bedingungen in wäßriger alkalischer Lösung bei ca. 70–100°C statt, kann jedoch auch in verschiedenen organischen Lösemitteln [Ethylenglycol, Dimethylsulfoxid (DMSO)] durchgeführt werden. Die folgende Reaktionsgleichung zeigt die Schotten-Baumann-Reaktion am Beispiel einer Aminosäure:
Zur Herstellung der Protein-Fettsäure-Kondensate für den Einsatz in den erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen werden C8-C22-Fettsäuren, C8-C22-Fettsäuremethylester, C8-C22-Fettsäurechloride bzw. substituiertes Maleinsäureanhydrid bevorzugt. Besonders bevorzugt sind C8-C14-Fettsäuren, C8-C14-Fettsäuremethylester und/oder C8-C14-Fettsäurechloride, ganz besonders bevorzugt C10-C12-Fettsäuren, C10-C12-Fettsäuremethylester und/oder C10-C12-Fettsäurechloride.
Die Protein-Fettsäure-Kondensate im Sinne der Erfindung weisen Acylierungsgrade von 40 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 93 Gew.-% und insbesondere 60 bis 85 Gew.-% – bezogen auf den Aktivgehalt – auf. Diese Acylierungsgrade werden auf der Differenz den eingesetzten Fettsäure und der freien Fettsäure bestimmt.
In einer Ausführungsform sind die in den erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen enthaltenen Protein-Fettsäure-Kondensate quaternisiert. Dazu werden die für die Tensidzusammensetzungen eingesetzten Protein-Fettsäure-Kondensate nach der Kondensierungsreaktion analog der oben beschriebenen Quaternisierung von Proteinhydrolysaten quaternisiert. Dadurch können auch die ursprünglich anionischen Protein-Fettsäure-Kondensate vorteilhaft in kationische Tenside umgewandelt und die darauf basierenden erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen in Weichspülern, Haarkuren oder ähnlichen Produkten eingesetzt werden.
Sowohl die erfindungsgemäßen Proteinhydrolysatquats als auch die Protein-Fettsäure-Kondensate werden aus Proteinhydrolysaten hergestellt. Zur Herstellung der Proteinhydrolysate wird ein Ausgangsprotein bzw. Ausgangsproteingemisch durch saure, alkalische und/oder enzymatische Hydrolyse gespalten und weist danach ein durchschnittliches Molekulargewicht im Bereich von 100 bis 4000 Da, vorzugsweise 300 bis 2500 Da und insbesondere 400 bis 1200 Da auf.
Proteinhydrolysate im Sinne der Erfindung sind entweder pflanzlichen oder tierischen Ursprungs oder Mischungen von pflanzlichen und tierischen Proteinhydrolysaten. Pflanzliche Proteinhydrolysate im Sinne der Erfindung sind Abbauprodukte von pflanzlichen Proteinen wie z. B. Weizen-, Reis-, Soja-, Sonnenblumen-, Mandel- und Kartoffelprotein sowie von marinen Proteinen wie z. B. Algenprotein, sowie von Seide- und Cashmereproteinen und vorzugsweise von Weizen-, Reis-, Soja-, Sonnenblumen-, Mandel-, Kartoffel-, Algen-, Seide- und Cashmereproteinen und insbesondere Weizen-, Reis-, Soja-, Sonnenblumen-, Mandel- und Kartoffelprotein.
Vorzugsweise werden für die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen jedoch Protein-Fettsäure-Kondensate und/oder Proteinhydrolysatquats eingesetzt, die aus tierischem Proteinhydrolysat hergestellt wurden. Bevorzugt für die Herstellung von Protein-Fettsäurekondensaten und/oder Proteinhydrolysatquats zum Einsatz in den erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen sind Proteinhydrolysate aus keratinhaltigen Naturstoffen, die vorwiegend beim Schlachtprozess als Abfall auftreten, wie Federn, Horn, Haar, Borsten, Hufen, Klauen oder Leder, sowie andere Hydrolysate aus tierischem Protein, wie zum Beispiel aus Gelatine, Blutmehl, Milch- und Molkeprotein. Besonders bevorzugt sind Keratinhydrolysate.
Proteinhydrolysate selbst stellen keine Tenside dar, sie können jedoch wie oben beschrieben durch Quaternisierung in Proteinhydrolysatquats oder wie oben beschrieben in Proteinkondensate überführt werden, welche tensidische Eigenschaften besitzen.
Besonders bevorzugt sind Protein-Fettsäure-Kondensate und/oder Proteinhydrolysatquats, die aus Geflügelfederhydrolysat hergestellt wurden. In Deutschland wie auch weltweit werden große Mengen an Geflügelfleisch verzehrt. In Deutschland liegt der Verzehr von Geflügelfleisch nach Schweinefleisch an zweiter Stelle noch vor Rindfleisch. Allein im Jahr 2008 verzehrte dem deutschen Fleischer-Verband zufolge jeder Bundesbürger im Schnitt 11,2 kg Geflügel. In der EU werden jedes Jahr ca. 5 Milliarden Hühner geschlachtet (Stand 2008). Bei einer durchschnittlichen Federmenge von ca. 250 g Federn pro Huhn ergeben sich ca. 1,25 Mio t Abfallfedern.
Bei der Produktion von Geflügelfleisch fallen große Mengen an Federn als Abfall an, die schwierig und kostenaufwändig zu entsorgen sind. Der Proteinanteil an diesen Geflügelfedern ist sehr hoch, so dass eine Verwertung dieser Abfälle der Entsorgung vorzuziehen ist.
Bestandteil der Erfindung ist auch die Verwendung von Protein-Fettsäure-Kondensaten und/oder Proteinhydrolysatquats, die aus Geflügelfeder-Hydrolysat hergestellt wurden, zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzung.
Vorteilhaft enthalten Proteinhydrolysate, die aus keratinhaltigen Proteingemischen hergestellt wurde, kein Gluten. Aufgrunddessen und aufgrund der großen Ähnlichkeit von tierischem zu menschlichen Keratin sind Protein-Fettsäure-Kondensate und/oder Proteinhydrolysatquats, die aus keratinhaltigen Proteinhydrolysaten hergestellt wurden, dermatologisch sehr gut verträglich und besitzen nur sehr geringes allergenes Potenzial. Außerdem ist bekannt, dass der Einsatz von Keratinhydrolysaten in Haarpflegeprodukten äußerst vorteilhaft ist. Menschliches Haar besteht fast ausschließlich aus Keratin. Durch äußere Einflüsse wie Hitze, UV-Licht, chemische Umformungsprozesse und die häufige Haarwäsche ist die Haarsubstanz häufig beeinträchtigt. Das Haar wirkt glanzlos und stumpf und fühlt sich trocken und strohig an. Durch die Behandlung mit einem Protein-Fettsäure-Kondensat, das aus Keratinhydrolysat hergestellt wurde (Keratin-Fettsäure-Kondensat), erhält das Haar seinen Glanz und seine Elastizität zurück.
Überraschenderweise zeigen Tensidmischungen aus Protein-Fettsäure-Kondensaten und/oder Proteinhydrolysatquats und Alkylpolyglucosiden mit Acyllactylaten stabile Vesikelstrukturen, die zur gezielten Verkapsulierung und Verbesserung der Aufbringung von Aktivstoffen auf die Haut und das Haar dienen. Aktivstoffe sind dabei insbesondere organische Lichtschutzfilter, Antischuppenwirkstoffe, Keratolytika und weitere pharmazeutische Wirkstoffe, wie Antioxidantien, Pflanzenextrakte, Öle, Wachse und Gemische davon.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die Tensidgemische 0,1–99 Gew.-% Acyllactylate, wobei in dem Tensidgemisch stabile Vesikelstrukturen vorhanden sind. Bestandteil der Erfindung ist auch die Verwendung eines solchen Tensidgemischs als Vehikel oder Carrier, mit welchem Aktivstoffe auf die Haut und das Haar aufgebracht werden.
Üblicherweise werden die Aktivstoffe, Erzeugnissen wie beispielsweise Shampoos, Duschgelen, Gesichtsreinigern oder festen oder flüssigen Seifen, direkt beigemischt. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass meist bei der Anwendung nur geringe Mengen der Aktivstoffe auf der Haut verbleiben, die dort ihre Wirkung entfalten können. Der größte Teil der Aktivstoffe wird in der Regel mit der Rinse-off-Formulierung wieder abgespült.
Durch das variable Verhältnis von Protein-Fettsäure-Kondensat und/oder Proteinhydrolysatquat zu Alkylpolyglucosid sowie durch die gezielte Einstellung des HLB-Werts des eingesetzten Protein-Fettsäure-Kondensats und/oder Proteinhydrolysatquat kann der HLB-Wert des erfindungsgemäßen Tensid je nach gewünschten Eigenschaften eingestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen können gegebenenfalls ein oder mehrere gebräuchliche Additive enthalten, wie beispielsweise Verdickungsmittel, z. B. anorganische Elektrolyte wie Kochsalz, organische Verdicker wie Laureth-2, PEG-18 Glyceryl Oleate/Cocoate, 120 Methyl Glucose Dioleate, PEG-6000 Distearate und polymere Verdicker wie Polyacrylate, Xanthan Gum etc., Duftstoffe, Enzyme, Perlglanzmittel, z. B. Ethylenglycoldistearate, PEG Distearate, Fettalkohole, Glycerinester etc., Trübungmittel, Komplexiermittel, z. B. EDTA, Schmutzträgeradditive, Bleichmittel, optische Aufheller, quaternäre Polymere wie z. B. Polyquat 4, 6, 7 oder 10, Cellulose und dessen Derivate, Proteinhydrolysate und/oder Aminosäuren
Die erfindungsgemässe Tensidzusammensetzung kann in oberflächenaktiven Zubereitungen, wie beispielsweise Wasch- und Spülmittel, Haushaltsreiniger, sowie kosmetischen und/oder pharmazeutischen Zubereitungen als Schäumungsmittel bzw. als Emulgator eingesetzt werden. Diese oberflächenaktiven Zubereitungen können als weitere Hilfs- und Zusatzstoffe Perlglanzwachse, Konsistenzgeber, Verdickungsmittel, Überfettungsmittel, Stabilisatoren, Siliconverbindungen, Fette, Wachse, Lecithine, Phospholipide, Antioxidantien, Deodorantien, Antitranspirantien, Antischuppenmittel, Quellmittel, Tyrosininhibitoren, Hydrotrope, Solubilisatoren, Konservierungsmittel, Parfümöle, Farbstoffe, weitere Tenside und dergleichen enthalten können. Als kosmetische und/oder pharmazeutische Zubereitungen sind die erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzungen beispielsweise als Mund- und Zahnpflegemittel, Haarshampoos, Haarlotionen, Schaumbäder, Duschbäder, Cremes, Gele, Lotionen, alkoholische und wässrig/alkoholische Lösungen und Emulsionen einsetzbar.
Anhand der nachfolgenden Figuren und Ausführungsbeispiele wird die Erfindung erläutert ohne auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein.
1 zeigt die Ergebnisse einer mikroskopischen Untersuchung von Schaumversuchen mit einer erfindungsgemäßen Tensidzusammensetzung. Die einzelnen Zeitreihen zeigen das Schaumverhalten von reinem APG (1A), von reinem Keratin-Fettsäure-Kondensat (1B), von SLES (Natrium-Laurylethersulfat) (1C), von einer Mischung von Keratin-Fettsäure-Kondensat:APG im Verhältnis 1:2 (auf den Aktivgehalt bezogen) (1D), von Keratin-Fettsäure-Kondensat:APG im Verhältnis 1:1 (1E) und von Keratin-Fettsäure-Kondensat:APG im Verhältnis 2:1 (1F). Der weiße Balken entspricht jeweils einer Länge von 100 μm.
2 zeigt die Verdickung einer 8%-igen wässerigen APG-Lösung mit unterschiedlichen Verdickungsmitteln.
3 zeigt die Verdickung einer 8%-igen wässerigen Proteinkondensat-Lösung mit unterschiedlichen Verdickungsmitteln.
4 zeigt die Verdickung einer 8%-igen wässerigen Lösung einer 1:1 Mischung APG und Proteinkondensat mit unterschiedlichen Verdickungsmitteln.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiel 1: Herstellung eines Keratinhydrolysats
In einem Kessel werden 6.800 L Stadtwasser auf 93–95°C erhitzt. Dann werden insgesamt 1.360 kg Geflügelfedern und 330 kg gelöschter Kalk portionsweise zugegeben. Es ist dabei darauf zu achten, dass weder die Federn verklumpen noch der Rührer blockiert wird. Nach einer Reaktionszeit von 12–16 Stunden (bzw. nachdem die gesamten Federn aufgelöst sind) bei dieser Temperatur wird mit Filterhilfsmittel in einen separaten desinfizierten Tank gefiltert. Dabei ist darauf zu achten, dass beim Auswaschen des Filterkuchens nicht zu viel Wasser benutzt wird, da sonst der Feststoffgehalt zu niedrig wird; ideal ist ein Feststoffgehalt von 20–22%.
Es werden 160 kg Ammoniumcarbonat und 80 kg Ammoniumbicarboat zugegeben, um das Calcium auszufällen. Nach erneuter Zugabe von Filterhilfsmittel wird in einen weiteren desinfizierten Tank filtriert. In diesem Tank wird mit HCl auf einen pH von 6,5–7 eingestellt.
Am Ende werden Konservierungsmittel und Antioxidantien hinzugegeben und verrührt, auf 40°C abgekühlt und in das endgültige Behältnis filtriert. Ggfs. kann vor dem Konservierungsschritt der Feststoffgehalt angehoben werden, indem man überschüssiges Wasser abdampft.
Ausführungsbeispiel 2: Herstellung eines Protein-Fettsäurekondensats
In einem Tank werden 1.900 kg des Proteinhydrolysats gemäß Ausführungsbeispiel 1 und 250 kg Stadtwasser auf 60–65°C erhitzt, und der pH-Wert wird mit ca. 190 kg 50%-iger NaOH-Lösung auf 9–9,5 eingestellt. Danach werden insgesamt 630 kg Fettsäurechlorid (z. B. Cocoyl Chlorid) zudosiert. Während der Zugabe muss der pH-Wert ggf. durch weitere Zugabe von NaOH-Lösung auf 9–9,5 gehalten werden. Nach beendeter Zugabe wird die Zuleitung gespült und der Reaktionsansatz noch für zwei weitere Stunden gerührt. Durch die portionsweise Zugabe von ca. 350 kg 35%-iger HCl wird der pH-Wert auf 6,5–7 eingestellt und die Konservierungsmittel hinzugegeben. Der Feststoffgehalt wird bestimmt und kann über die Verdampfung von Wasser eingestellt werden. Nach beendeter Reaktion wird in die endgültigen Behälter ggf. über einen Filter abgefüllt.
Will man das Gegenion des Proteinkondensats verändern (im o. g. Beispiel liegt das Kondensat als Natrium-Salz vor), so stellt man nach der Zugabe des Fettsäurechlorids und anschließender Nachrührzeit den pH-Wert mit ca. 480 kg 35%-iger HCl auf 3–4 ein und gibt nach einer weiteren halben Stunde weitere ca. 80 kg 35%-ige HCl zu, so dass der pH-Wert 2,5–2,7 beträgt. Man erhitzt für 30 Minuten auf 80–85°C, gibt dann weiteres Wasser dazu und lässt den Ansatz für 3–4 Stunden ruhen. Die sich im Kessel unten ansammelnde stark saure wässerige Phase wird vorsichtig abgelassen und der Kessel mit 1.600 kg 65°C heißen Stadtwassers aufgefüllt. Danach werden ca. 400 kg Triethanolamin (99%) (oder eine entsprechende Menge KOH für das Kalium-Salz des Kondensats) zugegeben und auf einen pH von 6,5–7 eingestellt. Nach Abkühlen auf 40°C werden die Konservierungsmittel zugegeben, ggf. der Feststoffgehalt eingestellt und abgefüllt; wenn nötig, muss filtriert werden.
Ausführungsbeispiel 3: Herstellung eines quaternisierten Keratinhydrolysats (Keratin Quat)
680 kg des gemäß Ausführungsbeispiel 1 hergestellten Keratinhydrolysats oder des gemäß Ausführungsbeispiel 2 hergestellten Protein-Fettsäure-Kondensats werden in einem Kessel auf 45–50°C erhitzt und der pH-Wert mit ca. 34 kg 50%-iger Natriumhydroxid-Lösung auf einen pH-Wert von 10–10,5 eingestellt. Danach werden insgesamt 195 kg des Quaternisierungsreagenz in mehreren Portionen hinzugefügt. Dabei ist darauf zu achten, dass der pH-Wert im Bereich von 10–10,5 bleibt; ggfs. muss weitere NaOH-Lösung zugegeben werden.
Nach erfolgter Zugabe werden noch weitere 2 Stunden bei der Temperatur geführt. Anschließend wird der pH-Wert durch Zugabe von HCl auf 5–5,5 eingestellt und die Konservierungsmittel hinzugegeben. Der Feststoffgehalt wird bestimmt und kann über die Verdampfung von Wasser eingestellt werden. Nach beendeter Reaktion wird in die endgültigen Behälter ggfs. über einen Filter abgefüllt.
Ausführungsbeispiel 4: Schaumversuch
Zu einer Klassifizierung von Tensiden kann neben der klassischen Analytik – Bestimmung CMC (Kritische mizellare Konzentration) und der OFS (Oberflächenspannung) – auch eine Beurteilung des Schaumvermögens dienen.
Die Schaumversuche (angelehnt an die DIN 530892 – Lochscheibenschlagverfahren) wurden wie folgt durchgeführt: 100 g einer 8%-igen wässerigen Lösung des Tensids oder der Tensidmischung (Aktivgehalt) werden in einem 600 ml Becherglas (hohe Form) mit einem Blattrührer bei 1000 UPM aufgeschlagen. Nach 10 min wird eine Probe unter dem Mikroskop beobachtet, und es werden Bilder nach 0 min, 2 min, 5 min und 15 min aufgenommen.
Ein Protein-Fettsäure-Kondensat (TEA-Cocoyl hydrolyzed Keratin) wurde mit Lauryl-Glucosid als Alkylpolyglykosid (APG) gemischt und für den Schaumversuch eingesetzt. Dabei wurden unterschiedliche Mischungsverhältnise (Kondensat:APG 1:1, 1:2 und 2:1 bezogen auf den Aktivgehalt) getestet und verglichen. Zum Vergleich und als Kontrolle wurde der Versuch auch mit Natriumlaurylethersulfat (SLES) durchgeführt.
Die Schaumqualität wird anhand der Parameter mittlerer Schaumlamellendurchmesser, Lamellendicke, Blasenform (Nassschaum, Polyederschaum), Blasenanzahl pro Fläche und daran, wie rasch der Schaum bricht, beurteilt.
Natriumlaurylethersulfat ist einer der am häufigsten eingesetzten Waschrohstoffe. Um diese Substanz in Tensidzusammensetzungen ersetzen zu können, sollten sich die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen dem Schaumverhalten von Natriumlaurylethersulfat weitestgehend annähernd. Wie die Schaumversuche in 1 zeigen, differieren reines Alkylpolyglucosid (1A) und reines Protein-Fettsäurekondensat (1B) in ihrem Schaumverhalten deutlich von Natriumlaurylethersulfat (1C). Verschiedene Mischungen von Alkylpolyglucosid und Protein-Fettsäurekondensat (1D bis F) zeigen eine nahezu identische Übereinstimmung mit dem Schaumverhalten von Natriumlaurylethersulfat.
Ausführungsbeispiel 5: Verdickungsversuche
Die Verdickungsversuche wurden mit unterschiedlichen, handelsüblichen Verdickern durchgeführt:

a) Kochsalz (NaCl)
b) Antil 141 liquid, Evonik (Propylene Glycol, PEG-55 Propylene Glycol Oleate)
c) NaCl:Antil 141 liq. (1:1)

Getestet wurden reines Protein-Fettsäure-Kondensat (TEA-Cocoyl hydrolyzed Keratin), APG (Lauryl Glycoside) und eine Mischung der beiden Komponenten im Verhältnis 1:1. Es wird so vorgegangen, dass eine wässrige Lösung von 8% Tensid (auf Feststoff bezogen) mit dem Verdickungsmittel luftfrei verrührt wird; aufgefüllt wird mit dest. Wasser. Der pH-Wert wird ggfs. mit verdünnter Milchsäure oder verdünnter Natronlage auf 6–7 eingestellt.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Zahlenwerte der Viskosität der einzelnen Verdickungsstudien angegeben. Die Einheit ist jeweils [mPas]. Die Werte sind in den 2 bis 4 graphisch dargestellt.

	Verdicker [Gew.-%]
	0,00	0,50	1,00	2,00	3,00	4,00
APG
Antil 141 liquid	1.150	1.450	2.400	3.000	2.400	3.300
NaCl	1.150	900	1.200	1.280	1.150	1.000
NaCl:Antil 141 liq. (1:1)	1.150	1.500	1.500	1.600	2.250	2.350

Proteinkondensat
Antil 141 liquid	7	-	4	7	5	45
NaCl	7	-	3	20	4	5
NaCl:Antil 141 liq. (1:1)	7	-	4	2	3	6

APG-Proteinkondensat (1:1)
Antil 141 liquid	40	-	1.850	2.600	2.900	3.300
NaCl	40	-	1.350	800	230	990
NaCl:Antil 141 liq. (1:1)	40	-	750	2.500	3.200	1.350

Es stellte sich heraus, dass die Protein-Fettsäure-Kondensat-Lösung sich nicht verdicken lässt. Zwar scheint mit Antil 141 liquid eine gewisse Verdickung erreicht werden zu können, allerdings ist der Absolutwert mit 40 mPas sehr niedrig. Eine zufriedenstellende Verdickung beginnt erst ab etwa 2.000 mPas (2).
APG lässt sich mit NaCl nicht und mit der 1:1 Mischung aus Antil und NaCl nur schlecht verdicken. Lediglich mit dem reinen Antil 141 liq. erzielt man eine gewisse Verdickungswirkung (3).
Die Mischung aus Proteinkondensat und APG kann sowohl mit der Mischung aus Antil 141 liq./NaCl als auch mit reinem Antil 141 liq. verdickt werden. Die Verdickung mit NaCl erreicht nicht ganz die Werte der anderen getesteten Verdicker (4).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 530892 [0053]

Claims

Tensidzusammensetzung umfassend a) 0,1 bis 99,9 Gew.-% Protein-Fettsäure-Kondensat und/oder 0,1 bis 99,9 Gew.-% Proteinhydrolysatquat, b) 0,1 bis 99,9 Gew.-% Alkylpolyglucosid, d) ggf. weitere Tenside ausgewählt aus der Gruppe der Betaine, Sultanine, Sulfosuccinate, Glutamate, Taurate, Sarkosinate, Amphotherische Actetate, Acyllactylate, nichtionogene Alkoxylate, e) ggf. weitere Additive und c) 0 bis 99 Gew.-% Wasser in der auf 100 Gew.-% fehlenden Menge.
Tensidzusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen frei ist von synthetischen Tensiden auf petrochemischer Rohstoffbasis für die Schaumbildung.
Tensidzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen keine Alkylethersulfate, Alkylsulfate und/oder Alkylsulfonate enthält.
Tensidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1 bis 99,9 Gew.-% Protein-Fettsäure-Kondensat und/oder 0,1 bis 99,9 Gew.-% Proteinhydrolysatquat als alleiniges ionisches Tensid für die Schaumbildung und 0,1 bis 99,9 Gew.-% Alkylpolyglucosid als alleiniges nichtionisches Tensid für die Schaumbildung enthält.
Tensidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Protein-Fettsäure-Kondensate und/oder Proteinhydrolysatquats enthält, die aus tierischem Proteinhydrolysat hergestellt wurden.
Tensidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Protein-Fettsäure-Kondensate und/oder Proteinhydrolysatquats enthält, die aus keratinhaltigen Naturstoffen hergestellt wurden.
Tensidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Protein-Fettsäure-Kondensate und/oder Proteinhydrolysatquats enthält, die aus Geflügelfeder-Hydrolysat hergestellt wurden.
Tensidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1–99,8 Gew.-% Acyllactylate enthält.
Tensidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die enthaltenen Protein-Fettsäure-Kondensate quaternisiert sind.
Verwendung einer Tensidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer oberflächenaktiven Zubereitung.