DE602004004915T2

DE602004004915T2 - Verfahren zur herstellung von waschmitteln

Info

Publication number: DE602004004915T2
Application number: DE602004004915T
Authority: DE
Inventors: Unilever R & D Vlaardingen Michel JAN DE RUIJTER
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 2003-10-04
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2024-09-21
Also published as: WO2005033258A1; EP1668107A1; GB0323273D0; ATE354632T1; DE602004004915D1; EP1668107B1; US20070049513A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer partikulären Waschmittelzusammensetzung.
Hintergrund und Stand der Technik
Moderne partikuläre Wäschewaschmittelzusammensetzungen werden in einer Vielzahl von Wegen hergestellt. Es gibt das traditionelle Sprühtrocknungsverfahren, das noch weitgehend verwendet wird und das Pulver mit niedriger oder mittlerer Schüttdichte herstellt. Die Hauptalternative dazu ist, die Ausgangskomponenten direkt zu granulieren. Dieses letztere Verfahren wird oftmals in einem Mischer/Granulator mit Drehschaufeln und möglicherweise Hakckern durchgeführt. Diese Granulatoren erzeugen eine höhere Schüttdichte aufgrund der größeren Schlagkräfte innerhalb der Maschinerie. Diese Granulationsverfahren haben nicht das wirtschaftliche Problem des Eindampfens von großen Mengen an Wasser und können in einem kleineren Maßstab mit größerer wirtschaftlicher Flexibilität angewendet werden.
Bei Granulationsverfahren wurde es realisiert, daß die Zugabe eines oberflächenaktiven Säurepräkursors als ein Ausgangsmaterial, das anschließend durch ein alkalisches partikuläres Ausgangsmaterial in situ neutralisiert werden soll, viele Vorteile gegenüber der Zugabe von einer oberflächenaktiven Paste bereitstellte. Diese Pasten enthalten oftmals eine signifikante Menge an Wasser, das getrocknet werden müßte, und dieses alternative Verfahren vermeidet diesen Extraschritt.
Jedoch ist ein mögliches Problem mit dem, was manchmal als 'Trockenneutralisation' bezeichnet wird, die unvermeidbare Erhöhung der Verarbeitungstemperatur, die durch die exotherme Neutralisationsreaktion verursacht wird. Diese Steigerung der Temperatur bringt eine Vielzahl von Nachteilen mit sich, und verschiedene Lösungen sind bereits versucht worden.
Unter den vorgeschlagenen Lösungen sind, die oberflächenaktive Säure teilweise vorzuneutralisieren (beispielsweise in EP-A-0 641 308) oder einen Kühlmantel zu verwenden (beispielsweise in EP-A-0 352 135). Jedoch läßt sich die Teilvorneutralisation nicht auf alle oberflächenaktiven Typen anwenden, und das Abkühlen ist nicht effizient, speziell für ein kontinuierliches Verfahren.
Eine kontrollierte Temperatur kann Vorteile liefern, da die Zwischenviskosität der in situ erzeugten Paste ebenso kontrolliert werden kann. Außerdem ist ein größerer Bereich an oberflächenaktiven Mitteln verarbeitbar, wie die, die wärmeempfindlich sind.
WO 96/09370 offenbart ein Verfahren zur Herstellung granulärer Waschmittelzusammensetzungen, das einen Rückführstrom aufweist, aber worin das oberflächenaktive Mittel als eine vorneutralisierte Paste eingespeist wird.
US 6 576 605 führt die Feinteilchen aus einer Fließbettvorrichtung zum Trocknen/Kühlen gemäß den Angaben, die in Beispiel 1 angegeben sind, in einen Mischer zurück, wobei der Prozentsatz des Beschickungsmaterials, das das Rückführprodukt umfaßt, etwa 25% beträgt, keine Temperatur angegeben wird, und der Zweck des Rückführens scheinbar die Erhöhung der Oberfläche und nicht die Abkühlung ist.
WO 0017304 offenbart in Beispiel 1 eine Rückführung von bis zu 20% des abgekühlten Materials. Die angegebene Temperatur zeigt scheinbar, daß Stufe 1 bei 60°C und die Rückführung bei Umgebungstemperatur betrieben wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die betreffenden Erfinder fanden nun heraus, daß die Verwendung eines abgekühlten Rückführstroms große Flexibilität bei der Kontrolle der Granulationstemperatur bereitstellen kann.
Daher stellt die vorliegende Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer partikulären Waschmittelzusammensetzung oder -komponente bereit, umfassend das Einspeisen von Ausgangsmaterialien, umfassend einen oberflächenaktiven Säurepräkursor und ein partikuläres alkalisches Neutralisationsmittel, in einen Mischer/Granulator zur Herstellung eines granulierten Produktstromes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fraktion des Produktstromes abgekühlt und in den Mischer/Granulator rückgeführt wird.
Das Verfahren
In dem ersten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die Ausgangsmaterialien gründlich in einem Mischer/Granulator für eine relativ kurze Zeit gemischt, bevorzugt unter Bedingungen, wobei das Ausgangsmaterial in einen verformbaren Zustand gebracht wird oder darin gehalten wird.
In dem Mischer/Granulator wird der Säurepräkursor des oberflächenaktiven Mittels zugegeben. Er wird beinah sofort mit dem partikulären alkalischen Neutralisationsmittel gemischt, und die Neutralisationsreaktion beginnt. Es wird angenommen, daß die Menge an vorhandenem freiem Wasser für die Reaktionsgeschwindigkeit sehr wichtig ist. Der Ausdruck „freies Wasser" wird hierin verwendet, um Wasser anzugeben, das nicht fest als Hydrat- oder Kristallwasser an anorganische Materialien gebunden ist. Wenn eine unzureichende Menge an freiem Wasser vorliegt, wird die Neutralisationsreaktion langsam oder überhaupt nicht verlaufen, und das Reaktionsgemisch, das in dem Hochgeschwindigkeitsmischer/-granulator verbleibt, wird noch wesentliche Mengen an nicht-umgesetztem Säurepräkursor des anionischen oberflächenaktiven Mittels enthalten. Dies kann Agglomeration des Pulvers oder sogar Teigbildung verursachen.
Das partikuläre alkalische Neutralisationsmittel kann bereits ausreichend freies Wasser für diese Bedingungen, die erreicht werden sollen, enthalten. Wenn unzureichend freies Wasser vorliegt, sollte eine vorsichtig kontrollierte Menge an Wasser in den Mischer/Granulator gegeben werden, entweder beigemischt mit dem Säurepräkursor oder separat zugegeben.
Es ist besonders bevorzugt, daß das Verfahren zwei Mischer/Granulatoren hintereinander umfaßt. In dieser Ausführungsform kann der Produktstrom das Produkt aus einem der zwei Mischer/Granulatoren sein. Deshalb kann der Rückführstrom aus einem oder beiden der Produktströme stammen. Jedoch ist es bevorzugt, daß der Produktstrom aus dem zweiten Granulator den Rückführstrom bereitstellt. Wenn der Rückführstrom aus dem Produkt des zweiten Mischers/Granulators genommen wird, wird er natürlich zu einem oder beiden der Mischer/Granulatoren zurückgeführt.
Die Ausgangsmaterialien
Die vorliegende Erfindung erfordert, daß etwas Säurepräkursor von oberflächenaktivem Mittel und etwas partikuläres alkalisches Neutralisationsmittel zu dem Mischer/Granulator als Ausgangsmaterialien zugegeben werden.
Bevorzugt werden diese als zwei separate Zulaufströme zugegeben. Außerdem kann es weitere Zulaufströme geben. Wenn sie als separate Zulaufströme vorliegen, dann ist es bevorzugt, daß ein erster Zulaufstrom mindestens 10 Gew.-% oberflächenaktiven Säurepräkursor umfaßt und ein zweiter Zulaufstrom ein partikuläres alkalisches Neutralisationsmittel umfaßt. In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, daß der erste Zulaufstrom mindestens 20 Gew.-% oberflächenaktive Säure, bevorzugt mindestens 40 Gew.-%, stärker bevorzugt mindestens 60 Gew.-% oder sogar möglicherweise im wesentlichen die ganze oberflächenaktive Säure umfaßt.
Neben dem Säurepräkursor des oberflächenaktiven Mittels können andere flüssige Komponenten ebenso in den Hochgeschwindigkeitsmischer/-granulator eingeführt werden. Beispiele von diesen Inhaltsstoffen umfassen nicht-ionische oberflächenaktive Mittel und niedrig-schmelzende Fettsäuren, die ebenso durch das feste, alkalische, anorganische Material neutralisiert werden können, um Seifen zu bilden. Es ist ebenso möglich, wässerige Lösungen aus Waschmittelkomponenten, wie Fluoreszenzmittel, Polymere usw., zuzugeben, vorausgesetzt, daß die Gesamtmenge an freiem Wasser innerhalb des gewünschten Bereiches gehalten wird.
Bevorzugt umfassen die Ausgangsmaterialien ein wärmeempfindliches oberflächenaktives Mittel oder einen Säurepräkursor davon. Unter wärmeempfindlich ist zu verstehen, daß der wesentliche Abbau des oberflächenaktiven Mittels bei einer Temperatur von 80°C stattfindet. Wenn vorhanden, ist es bevorzugt, daß das wärmeempfindliche oberflächenaktive Mittel als ein Säurepräkursor eingespeist wird.
Im Prinzip kann jedes partikuläre alkalische Neutralisationsmittel in dem vorliegenden Verfahren verwendet werden. Das bevorzugte Material ist Natriumcarbonat, allein oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen wasserlöslichen anorganischen Materialien, beispielsweise Natriumbicarbonat oder -silikat. Natriumcarbonat kann die notwendige Alkalität für das Waschverfahren bereitstellen, aber es kann außerdem als ein Aufbaustoff dienen. Die Erfindung kann vorteilhafterweise für die Herstellung von Waschmittelpulvern verwendet werden, in denen Natriumcarbonat der einzige oder hauptsächliche Aufbaustoff ist. In diesem Fall wird wesentlich mehr Carbonat vorliegen, als es für die Neutralisationsreaktion mit dem anionischen oberflächenaktiven Säurepräkursor erforderlich ist.
Die Ausgangsmaterialien können andere Verbindungen umfassen, die normalerweise in Waschmittelzusammensetzungen verwendet werden, wie Aufbaustoffe, beispielsweise Natriumtripolyphosphat oder Zeolith, oberflächenaktive Mittel, beispielsweise anionische oder nicht-ionische Verbindungen, die in der Technik allgemein bekannt sind. Andere Beispiele von Materialien, die vorliegen können, umfassen fluoreszierende Stoffe; Polycarboxylatpolymere; Antivergrauungsmittel, wie Carboxymethylcellulose; Fettsäuren; Füllstoffe, wie Natriumsulfat; Diatomeenerde; Calcit; Tone, beispielsweise Kaolin oder Bentonit.
Das Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren kann durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden, wie Sprühtrocknen oder Trockenmischen. Es wird angenommen, daß es einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß Waschmittelpulver mit hoher Schüttdichte aus trockengemischten Ausgangsmaterialien hergestellt werden können, ohne die Notwendigkeit einer teuren Sprühtrocknungsvorrichtung. Andererseits kann es ebenso wünschenswert sein, daß ein oder mehrere der Inhaltsstoffe Zusatzstoffe von Flüssigkeiten auf festen Komponenten sind, hergestellt durch Sprühtrocknen, Granulation oder über in-situ-Neutralisation in einem Hochgeschwindigkeitsmischer.
Säurepräkursor
Der Säurepräkursor eines anionischen oberflächenaktiven Mittels kann aus linearen Alkylbenzolsulfonsäuren, alpha-Olefinsulfonsäuren, internen Olefinsulfonsäuren, Fettsäureestersulfonsäuren und Kombinationen davon ausgewählt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung von Zusammensetzungen, die Alkylbenzolsulfonate umfassen, durch die Umsetzung der entsprechenden Alkylbenzolsulfonsäure, beispielsweise Dobanoic acid von Shell, besonders nützlich.
Eine andere bevorzugte Klasse an anionischen oberflächenaktiven Mitteln sind primäre oder sekundäre Alkylsulfate. Lineare oder verzweigte primäre Alkylsulfate mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen sind besonders bevorzugt. Diese oberflächenaktiven Mittel können durch Sulfa tierung der entsprechenden primären oder sekundären Alkohole, gefolgt von Neutralisation, erhalten werden.
Es ist jedoch bevorzugt, daß das oberflächenaktive Mittel wärmeempfindlich ist. Beispielsweise kann es ein C12-C18-Fettalkoholsulfat, Alkylethersulfat, Glycerolethersulfat, Monoglyceridehtersulfate, Monoglyceridsulfate, Hyroxymischethersulfate und Fettsäureisethionate sein.
Der Mischer/Granulator
Geeignete Mischer für dieses Verfahren umfassen den Hochschermischer Lodige^®-CB oder Mischer mit mäßiger Geschwindigkeit, wie eine Lodige^®-KM-Maschine. Eine andere geeignete Vorrichtung umfaßt die Drais^® T160-Reihe, hergestellt von Drais Werke GmbH, Deutschland; der Littleford-Mischer mit internen Hackschaufeln und Mahlmischer vom Turbinentyp mit mehreren Schaufeln auf einer Rotationsachse. Ein Mischer/Granulator weist eine Rührwirkung und/oder eine Schneidwirkung auf, die unabhängig voneinander betrieben werden. Bevorzugte Typen von Mischern/Granulatoren sind Micher der Fukae^®-FS-G-Reihe; Diosna^®-V-Reihe von Dierks & Söhne, Deutschland; Pharma Matrix^® von T. K. Fielder Ltd., England. Andere Mischer, von denen angenommen wird, daß sie für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, sind die Fuji^®-VG-C-Reihe von Fuji Sangyo Co., Japan; der Roto^® von Zanchetta & Co, srl, Italien und Schugi^® Flexomix Granulator.
Noch ein anderer geeigneter Mischer ist der Chargenmischer Lodige (Markenname) der FM-Reihe (Pflugscharmischer) von Morton Machine Col Ltd., Schottland.
Die Mischer-/Granulatortemperatur
Aufgrund seiner schnellen Bewegungseinbauten wird der Mischer/Granulator normalerweise einem idealen Rührreaktor nahe kommen; d. h., er wird eine homogene Temperaturverteilung innerhalb dessen aufweisen. Jedoch wird betont, daß kleine Variationen der Temperatur speziell bei kurzen Verweilzeiten auftreten können. Wenn dies der Fall ist, dann ist es nur wichtig, daß der Rückführstrom eine Temperatur unter der Temperatur des Mischers/Granulators aufweist, der sich nahe der Einlaßöffnung des Rückführstroms befindet.
Bevorzugt ist die Temperatur in dem Mischer/Granulator nicht größer als 100°C, bevorzugt nicht größer als 80°C, stärker bevorzugt zwischen 60°C und 80°C.
Der Rückführstrom
Der Rückführstrom direkt nach der Abtrennung aus dem Produktstrom enthält Teilchen, die eine zahlenmittlere Teilchengröße aufweisen, die kleiner als die des Produktstromes, bevorzugt kleiner als 50% als die des Produktstromes, stärker bevorzugt kleiner als 30% als die des Produktstromes ist. In dieser Weise weist der Produktstrom, nachdem der Rückführstrom daraus extrahiert worden ist, eine engere Teilchengrößenverteilung auf. Wenn der Rückführstrom eine kleinere Teilchengröße aufweist, dann kann der Rückführstrom weiterer Granulation unterliegen, um die Teilchengröße vor dem erneuten Eindringen in den Mischer/Granulator zu erhöhen.
Alternativ oder zusätzlich enthält der Rückführstrom direkt nach der Abtrennung von dem Produktstrom Teilchen, die eine zahlenmittlere Teilchengröße haben, die größer als die des Produktstromes, bevorzugt zweimal größer als die des Produktstromes, stärker bevorzugt dreimal größer als die des Produktstromes ist. Wenn der Rückführstrom eine größere Teilchengröße aufweist, dann kann der Rückführstrom der Größenreduzierung unterliegen, beispielsweise durch Mahlen, vor dem erneuten Eindringen in den Mischer/Granulator.
In einer Ausführungsform gibt es zwei Rückführströme, einen mit kleinerem Material und einen mit gröberem Material als der Produktstrom.
Der Rückführstrom muß bei einer Temperatur unter der des Mischers/Granulators rückgeführt werden. Dies kann in einer Vielzahl von Wegen erreicht werden, wie ein Fließbett, Luftheber oder Zyklon. Bevorzugt dringt der Produktstrom in ein Fließbett ein, und der Austrittsstrom aus dem Fließbett ist der Rückführstrom.
Bevorzugt liegt die Temperatur des Rückführstroms mindestens 10°C unter, bevorzugt mindestens 20°C unter, stärker bevorzugt mindestens 30°C unter, stärker bevorzugt mindestens 40°C unter, am stärksten bevorzugt mindestens 50°C unter der des Mischers/Granulators.
Bevorzugt weist der Rückführstrom eine Temperatur unter 60°C, bevorzugt unter 50°C, stärker bevorzugt unter 40°C auf.
Da der Rückführstrom eine unterschiedliche Teilchengrößenverteilung gegenüber dem Produktstrom aufweist, kann er ebenso einen Zusammensetzungsunterschied aufweisen. Dies ist so, da einige Inhaltsstoffe in bestimmten Größenfraktionen konzentrierter sein können. Trotz dessen ist es bevorzugt, daß der Rückführstrom einen Gewichtsprozentsatz an oberflächenaktivem Mittel aufweist, der im Bereich von 5%, bevorzugt im Bereich von 3%, idealerweise im Bereich von 2% von dem des Produktstromes liegt. In dieser Weise wird ein besseres Qualitätsprodukt erhalten.
Der Rückführstrom beträgt 30 bis 50% des Massenstroms des Produktstroms.
Der Produktstrom
Der Produktstrom wird ein teilweise oder vollständig granulierter Strom sein.
Wie bereit erläutert, kann der Produktstrom durch andere Verfahren, bevor er abgekühlt wird, behandelt werden, beispielsweise kann er weiterer Granulation unterliegen. All dies ist in der vorliegenden Erfindung dahingehend notwendig, daß eine Fraktion des Produktstromes schließlich zu dem Mischer/Granulator rückgeführt wird und eine Temperatur unter der des Mischers/Granulators aufweist.
Beispiele
Die folgenden Inhaltsstoffe wurden in einen Lodige-CB-50-Hochgeschwindigkeitsmischer beschickt:
Die Säure ist instabil und wird schnell zu Natriumalkylsulfat neutralisiert. Außerdem zersetzt sich Natriumsulfat bei Temperaturen von größer als 80°C. Feines, rückgeführtes Pulver wird ebenso in den Mischer bei 40% der Gesamtmasseneinspeisung eingebracht. Die Neutralisation der Säure ist exotherm (–215 kJ/kg). Wegen der Menge an rückgeführten Feinteilchen liegt die Temperatur der Agglomerate aus dem Mischer/Granulator zwischen 60°C und 80°C. Die durchschnittliche Teilchengröße beträgt 0,26 mm (zahlenmittlere Teilchengröße, d50). Die Agglomerate werden in ein Fließbett übertragen, das bei Umgebungsluft betrieben wird. Die Temperatur des Pulvers, das das Fließbett verläßt, ist Umgebungstemperatur (25°C). Eine große Fraktion der Feinteilchen wird abgetrennt und zu dem Mischer rückgeführt (40,1%). Die Teilchengröße des rückgeführten Pulvers liegt unter 0,3 mm. Das wiedergewonnene Pulver wies eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,43 mm mit 7,3% Feinteilchen (< 0,18 mm) auf. Die Schüttdichte (BD) des Produktes betrug 550 kg/m³. Der Gesamtdurchsatz des Produktes betrug 4 t/h. Der Gehalt an oberflächenaktivem Mittel in den endgültigen Agglomeraten wurde gemessen und betrug 35,1%. Außerdem wurde der Gehalt an Natriumsulfat gemessen (0,7%). Natriumsulfat ist ein Nebenprodukt der Zersetzung von Fettalkoholsulfat. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde berechnet, daß nur 1,6% des oberflächenaktiven Mittels oder des Säurepräkursors während des Verfahrens zersetzt wurden.

Claims

Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer partikulären Waschmittelzusammensetzung oder -komponente, umfassend das Einspeisen von Ausgangsmaterialien, umfassend einen oberflächenaktiven Säurepräkursor eines anionischen oberflächenaktiven Mittels und ein partikuläres alkalisches Neutralisationsmittel, in einen Mischer/Granulator zur Herstellung eines granulierten Produktstromes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fraktion des Produktstromes abgekühlt und in den Mischer/Granulator rückgeführt wird, wobei der Rückführstrom 30 bis 50% des Massenstroms des Produktstromes beträgt und wobei der Rückführstrom direkt nach der Abtrennung von dem Produktstrom Teilchen enthält, die eine zahlenmittlere Teilchengröße haben, die kleiner ist als die des Produktstromes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Rückführstroms mindestens 10°C unter, bevorzugt mindestens 20°C unter, stärker bevorzugt mindestens 30°C unter, stärker bevorzugt mindestens 40°C unter, am stärksten bevorzugt mindestens 50°C unter der des Mischers/Granulators liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Rückführstrom direkt nach der Abtrennung von dem Produktstrom Teilchen enthält, die eine zahlenmittlere Teilchengröße haben, die kleiner als 50% als die des Produktstromes, stärker bevorzugt kleiner als 30% als die des Produktstromes ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Rückführstrom eine Konzentration an oberflächenaktivem Mittel aufweist, die im Bereich von 5%, bevorzugt im Bereich von 3%, idealerweise im Bereich von 2% von der des Produktstromes liegt.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Produktstrom in ein Fließbett eindringt und der Austrittstrom aus dem Fließbett der Rückführstrom ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Temperatur in dem Mischer/Granulator nicht größer als 100°C, bevorzugt nicht größer als 80°C ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ausgangsmaterialien einen ersten Zulaufstrom, der mindestens 10 Gew.-% des oberflächenaktiven Säurepräkursors umfaßt, und einen zweiten Zulaufstrom, der ein partikuläres alkalisches Neutralisationsmittel umfaßt, und gegebenenfalls einen zusätzlichen Zulaufstrom zusätzlich zu dem Rückführstrom umfassen.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ausgangsmaterialien ein wärmeempfindliches oberflächenaktives Mittel oder einen Säurepräkursor davon umfassen.