DE60205403T2

DE60205403T2 - Viskositätsstabilisierung von alkalischen lösungen

Info

Publication number: DE60205403T2
Application number: DE60205403T
Authority: DE
Inventors: E. Philip WINSTON; M. John SWAZEY
Original assignee: CP Kelco US Inc
Current assignee: CP Kelco US Inc
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: US6620775B2; EP1448756B1; PT1448756E; JP2005510621A; ATE301180T1; DK1448756T3; CA2468150A1; WO2003046116A1; AU2002340272A1; EP1448756A1; CN1589316A; US20030100460A1; ES2244813T3; CN1263836C; DE60205403D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Stabilisierung der Viskosität alkalischer Lösungen.
Hintergrund der Erfindung
Polymere Viskositätsstabilisatoren wie beispielsweise Zellulosestoffe, Alginate und Biogummen werden in Zusammensetzungen als Verdickungsmittel verwendet. Jedoch weisen solche polymeren Viskositätsstabilisatoren im allgemeinen keine Langzeitstabilität in stark alkalischen wässrigen Systemen auf, wie beispielsweise in Haushaltsreinigern. Solche Reiniger enthalten oftmals von ungefähr 0,5 bis 15 Gewichtsprozent Ätzmaterialien wie beispielsweise Natriumhydroxid und weisen eine pH von zumindest 10, typischerweise ungefähr 12 bis ungefähr 14 auf. Damit solche Reinigungsmittel eine geeignete Lagerfähigkeit aufweisen benötigen Sie eine Langzeitviskositätsstabilität, beispielsweise für mehr als 12 Monate.
Wenn die Lösung instabil ist tritt entweder eine Gelbildung oder der komplette Verlust der Viskosität ein. Gegenwärtig wird oftmals Xanthan-Gummi in diesen Systemen verwendet, weil er eine relativ gute Stabilität unter alkalischen Bedingungen aufweist. Jedoch kann Xanthan-Gummi eine Gelbildung bzw. Gelierung bei hohen Konzentrationen an Ätzmittel zeigen und zeigt eine signifikanten Abbau über die Zeit hinweg, insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Es ist deswegen wünschenswert ein Verdickungsmittel an der Hand zu haben, das eine sogar noch höhere Stabilität als Xanthan-Gummi bereitstellt.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige alkalische Lösung, die zumindest ein Ätzmittel und eine die Viskosität stabilisierende Menge an Diutan-Gummi umfasst. Typische Ätzmittel, die in Reinigungslösungen verwendet werden schließen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Natriumcarbonat oder Natriumsilikat ein. Typischerweise weist die wässrige alkalische Zusammensetzung eine Ätzmittelkonzentration von 0,5 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichts der Lösung auf, so dass ein pH von zumindest 10 erreicht wird. Die Menge des Diutan-Gummis ist vorzugsweise von 0,05 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent auf Grundlage des Gesamtgewichts der Lösung.
In weiteren Ausführungsformen enthält die wässrige alkalische Zusammensetzung zumindest einen Komplexbildner, einen oberflächenaktiven Stoff bzw. Tensid oder ein organisches Lösungsmittel.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Stabilität einer wässrigen alkalischen Zusammensetzung, umfassend das Zusetzen einer die Viskosität stabilisierenden Menge an Diutan-Gummi zur wässrigen alkalischen Zusammensetzung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Diutan-Gummi bzw. Diutan-Gum ist das Heteropolysaccharid S-657 das durch Fermentation bzw. Gärung eines Stammes von Sphingomonas sp. ATCC 53159 hergestellt wird. Es weist verdickende, suspendierende und stabilisierende Eigenschaften in wässrigen Lösungen auf. Das Heteropolysaccharid S-657 ist in erster Linie aus Kohlenhydraten, ungefähr 12% Protein und ungefähr 7% (berechnet als O-Acetyl) Acylgruppen zusammen gesetzt, wobei der Kohlenhydratanteil ungefähr 19% Glukoronsäure enthält und die Neutralzucker Rhamnose und Glukose im ungefähren Molverhältnis von 3:2 vorliegen. Details bezüglich der Struktur von Diutan-Gummi sind im Artikel von Diltz et al. „Location of O-acetyl groups in S-657 using the reductive-cleavage method" Carbohydrate Research 331 (2001) 265–270 zu finden. Details bezüglich der Herstellung von Diutan-Gummi sind im US-Patent Nr. 5,175,278 zu finden.
Es hat sich herausgestellt, dass wässrige alkalische Lösungen, die Diutan-Gummi enthalten im Vergleich zu wässrigen alkalischen Lösungen, die Xanthan-Gummi enthalten, in unterschiedlichen Konzentrationen der Gummen eine überlegenere Stabilität aufweisen. Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass Diutan-Gummi als Verdickungsmittel in wässrigen alkalischen Lösungen verwendet werden kann, die zur Herstellung von Haushalts- und Industriereinigern verwendet werden.
Wässrige alkalische Lösungen, die für Haushalts- und Industriereiniger von Nutzen sind weisen einen pH von zumindest 10, typischerweise von 12 bis 14 auf. Die wässrigen alkalischen Lösungen enthalten typischerweise zumindest ein Ätzmittel wie beispielsweise Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumsilikat, Ammoniumhydroxid, Natriumcarbonat oder Gemische hiervon. Im allgemeinen sind ungefähr 0,5 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent des Ätzmittels der alkalischen Lösung vorhanden, vorzugsweise 5 Gewichtsprozent bis 12 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 10 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Lösung.
Diutan-Gummi wird in einer Menge zugesetzt, die zur Verdickung und Stabilisierung der wässrigen alkalischen Lösung wirksam ist. Wirksame Mengen schließen von 0,05 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 Gewichtsprozent bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 0,2 Gewichtsprozent bis 0,8 Gewichtsprozent auf Basis des Gesamtgewichts der Lösung ein.
Die wässrigen alkalischen Lösungen enthalten weiterhin weitere Inhaltsstoffe, die in Reinigungsmitteln non Nutzen sind. Solche Lösungen können wirksame Mengen an Tensiden, die als Schaumbildner, Benetzungsmittel und Detergentien verwendet werden, enthalten. Organische Lösungsmittel wie beispielsweise Glykole und Glykolether wie beispielsweise Polyethylenglykol (PEG) oder Cellusolve können ebenfalls vorhanden sein, um die Entfernung organischer Ablagerungen, Färbungen oder Beschichtungen zu unterstützen. Komplexbildner werden ebenfalls auf Baustoffe zur Erhöhung der Wirkung des Detergents und zum Solubilisieren von mehrwertigen Salzen zugesetzt. Komplexbildner wie beispielsweise Natriumglukoheptonat sind ebenfalls zur Steuerung von mehrwertigen Ionen wie Eisen von Nutzen, das, wenn es nicht komplexiert ist, eine Basen-Hydrolyse des Biogummi-Verdickungsmittels katalysieren und zu einem Viskositätsverlust führen kann. Komplexbildner unterstützen ebenfalls die Vermeidung der durch polyvalente bzw. mehrwertige Ionen induzierten Gelbildung.
Beispiel 1
Die Stabilität von Diutan-Gummi und Xanthan-Gummi in wässrigen alkalischen Lösungen wurde bei unterschiedlichen Temperaturen verglichen. Die alkalische Stabilität der Biogummen wurde sowohl bei Umgebungs- als auch bei erhöhten Temperaturen ausgewertet. Eine zweiprozentige (pro Gewicht Wasser) Stammlösung in Standardleitungswasser wurde für jeden Gummi unter Verwendung von Polyethylenglykol (PEG) als Dispergiermittel hergestellt. 2% Natriumglukoheptonat wurden als Komplexbildner jeder alkalischen Lösung zugesetzt. Die Gummistammlösung wurde bis zur erwünschten Konzentration verdünnt und mit der geeigneten Menge an 50% Ätzmittel vermischt, bis die Lösung vollständig hydratisiert war und homogen erschien.
Die Versuche wurden für 200 ml Chargen formuliert. Die Chargen wurden in zwei 100 ml Chargen aufgesplittet: eine wurde bei 120°F (48,9°C) aufbewahrt und die andere bei Raumtemperatur. Viskositätsmessungen und visuelle Beobachtungen wurden anfänglich vorgenommen, wenn die Lösungen hergestellt wurden, am Tag 1, 7, 28, 60 und 90.
1. Lagerung bei 25°C für 90 Tage. Veränderung der Brookfield Viskosität bei 30 UPM:
2. Lagerung bei 25°C für 90 Tage. Veränderung der Brookfield Viskosität bei 3 UPM:
3. Lagerung bei 48,9°C (120°F) für 28 Tage. Veränderung der Brookfield Viskosität bei 60UPM:
Die bei Raumtemperatur aufbewahrten Proben wiesen eine bessere Stabilität auf als die Proben, die bei 48,9°C (120°F) aufbewahrt wurden. Die Temperatur erhöht die Zerstörung des Gummis in sehr ätzenden Umgebungen. Die Proben, die ihre Viskosität nah 28 Tagen bei erhöhten Temperaturen aufrecht erhielten wurden als „gute" Leistung angesehen. Bei einer erhöhten Temperatur wies der 0,50% Diutan-Gummi eine bessere Leistung als der 0,50% Xanthan-Gummi auf. Die höhere Konzentration an Diutan-Gummi erwies sich ebenfalls als besser als 0,25% Diutan-Gummi.

Claims

Wässrige alkalische Lösung, die zumindest ein Ätzmittel und eine die Viskosität stabilisierende Menge an Diutangummi umfasst.
Wässrige alkalische Lösung, die von 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Lösung an Ätzmittel und von 0,05 Gew.-% bis 2 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichtes der Lösung an Diutangummi umfasst.
Wässrige alkalische Lösung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der pH zumindest 10 beträgt.
Wässrige alkalische Lösung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der pH von 12 bis 14 beträgt.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Ätzmittel Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumsilikat, Ammoniumhydroxid, Natriumcarbonat oder Gemische hiervon ist.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das Ätzmittel Natriumhydroxid ist.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des Ätzmittels von 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Lösung beträgt.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder Anspruch 7, wobei die Konzentration des Ätzmittels von 5 Gew.-% bis 12 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichtes der Lösung beträgt.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, die weiterhin zumindest einen Komplexbildner, einen oberflächenaktiven Stoff oder ein organisches Lösungsmittel umfasst.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Menge des Diutangummis von 0,05 Gew.-% bis 2 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Lösung beträgt.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder Anspruch 10, wobei die Konzentration des Duitangummis von 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichtes der Lösung beträgt.
Wässrige alkalische Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei die Konzentration des Diutangummis von 0,2 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% auf Grundlage des Gesamtgewichtes der Lösung beträgt.
Verfahren zur Erhöhung der Stabilität einer wässrigen alkalischen Zusammensetzung, umfassend das Zusetzen einer die Viskosität stabilisierenden Menge eines Diutangummis zur wässrigen alkalischen Zusammensetzung.
Alkalische Reinigungszusammensetzung, die zumindest ein Ätzmittel und eine die Viskosität stabilisierende Menge an Diutangummi umfasst.