DE68924373T2

DE68924373T2 - Verfahren zur Herstellung konzentrierter Granulatkörner von oberflächenaktiven Mitteln.

Info

Publication number: DE68924373T2
Application number: DE1989624373
Authority: DE
Inventors: Thomas Eugene Lobaugh; Charles Louis Stearns; Daniel Louis Strauss
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2009-06-24
Also published as: TR24383A; MX165307B; EP0349200A2; EP0349200B1; DE68924373D1; DK323989D0; JP2845953B2; JPH0481500A; AU3713589A; AU624155B2; IE892100L; CA1322705C; NZ229756A; DK323989A; AR245773A1; EP0349200A3; BR8903195A; ES2076963T3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung konzentrierter (kondensierter) Tensidgranulate.

Hintergrund der Erfindung

Granuläre Tensidzusammensetzungen werden hauptsächlich durch Sprüh- oder Trommeltrocknung hergestellt. In dem Sprühtrocknungsverfahren werden die Tensidbestandteile und eventuell Salze und Builder mit 35-50 % Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung vermischt. Die erhaltene Aufschlämmung wird erwärmt und sprühgetrocknet, was kostspielig ist.
Ein derartiges Sprühtrocknen macht es erforderlich, 30-40 Gew.-% des Wassers zu entfernen. Die verwendeten Sprühtrocknungseinrichtungen sind teuer. Das erhaltene Granulat besitzt eine gute Löslichkeit, jedoch eine niedrige Schüttdichte, so daß das Packungsvolumen groß ist. Die Teilchen können auch, besonders wenn sie warm sind, klebrig sein, und so ist der Wandaufbau ein zusätzliches Problem. Es gibt weitere bekannte Nachteile der Herstellung granulärer Materialien durch Sprühtrocknung, wie Umweltbelange und Temperaturempfindlichkeit. Andererseits wäre ein Agglomerationsverfahren sowohl hinsichtlich der Ausstattung als auch der Betriebskosten sauberer, wie auch weniger kostspielig.
Es gibt im Stand der Technik viele Nicht-Sprühtrocknungsverfahren, die Tensidgranulate erzeugen. Die meisten jedoch erfordern ein Mischen des Tensids mit anderen Materialien wie anorganischen Salzen oder Materialien vom Aluminosilikat-Typ. Einige andere Verfahren erfordern die Verwendung einer Säureform des Tensids, um zu funktionieren. In den meisten Fällen wird ein verdünntes Tensidteilchen erhalten. Das Hauptproblem der Verwendung einer hochaktiven Tensidpaste als Ausgangsmaterial in einem einstufigen Granulierungsverfahren ist ihre Klebrigkeit.
In dem US-Patent Nr. 4 515 707, Brooks, erteilt am 7. Mai 1985; der offengelegten japanischen Anmeldung Nr.183540/1983, Kao Soap Co., Ltd., eingereicht am 30. September 1983; und der japanischen Sho. 61-118500, Lion K. K., 5. Juni 1986, werden Hochscherungsund/oder Kaltmischverfahren beschrieben. Üblicherweise ist ein Carbonatüberschuß erforderlich (2-10facher molarer Überschuß), um eine annehmbare Umwandlung der Tensidsäuren sicherzustellen. Überschüssiges Carbonat erhöht nachteiligerweise den pH-Wert des Waschwassers bis in den stark alkalischen Bereich, was unerwünscht sein kann, besonders bei einigen phosphatfreien Zubereitungsformen und Zubereitungsformen, die Persäure-Bleichen enthalten. Derartige Hochscherungs- und Kaltmischverfahren sind bekannt, weisen jedoch Nachteile auf, z.B. erfordern einige einen zusätzlichen Pulverisierungsschritt oder irgendwelche anderen Arbeitsschritte, ebenso wie die Zugabe weiterer Zusatzstoffe, in erster Linie Feststoffe. Andere wenden eine Trockenneutralisationstechnik zum Mischen der Säureform des Tensids mit Natriumcarbonat an.
Ein praktisches Problem der Verwendung einer Säureform eines Tensids ist, daß sie nach ihrer Herstellung eine umgehende Verwendung oder Tieftemperaturlagerung erforderlich macht, da solche hochreaktiven Säuren wie die Alkylsulfat-Säuren der Zersetzung unterliegen, wenn sie nicht gekühlt werden. Sie neigen auch dazu, während der Lagerung der Hydrolyse zu unterliegen, wobei freie Schwefelsäure und Alkohol gebildet werden. Für die Praxis bedeutet das, daß solche Verfahren im Stand der Technik eine enge Kopplung der Tensidsäure-Herstellung rnit der Granulierung erfordern, was eine zusätzliche Kapitalinvestition erforderlich macht.
In dem US-Patent Nr.4 162 994, Kowalchuk, erteilt am 31. Juli 1979, wird offenbart, daß Calciumsalze zur Bewälügung von Problemen der Verarbeitung von Zubereitungsformen auf Basis von Natriumsalzen anionischer Tenside und gewisser nichtionischer Tenside durch Nicht- Sprühtrocknungs- (d. h. mechanische) Vorrichtungen erforderlich sind. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß unlösliche Calciumsalze die Löslichkeit der Zubereitungsform erniedrigen können, was in Situationen mit mechanischer Beanspruchung wie in Ausführungen vom Beutel-Typ von besonderer Bedeutung ist.
Das US-Patent Nr.4 427417, Porasik, erteilt am 24. Jan. 1984, offenbart die Bereitung granulärer Waschmittelzusammensetzungen aus hydratisierbaren partikulären Detergentiensalzen usw., unter Bedingungen, die die vollständige Hydratation und ihre Agglomeration in lagerstabile, trockene, schüttbare Agglomerate sicherstellen.
Die GB 2 171 414 A, veröffentlicht am 28. August 1986, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Granulaten, insbesondere schaumhemmenden Granulaten. Üblicherweise wird zur Herstellung von Granulaten, die anschließend vor einem Klassierungsschritt gekühlt bzw. abgeschreckt werden, ein flüssiger Kohlenwasserstoff auf ein Kernmaterial aufgesprüht.
Die gleichzeitig anhängige Anmeldung EP 349 201 der Anmelder, datumsgleich wie die vorliegende Anmeldung veröffentlicht, beschreibt ein Verfahren, in dem eine hochaktive Tensidpaste zuerst durch die Zugabe eines Waschmittelbuilders zu einem Teig geformt, und der Teig nachfolgend gekühlt und granuliert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines dichten, konzentrierten Tensidgranulats aus einer hochaktiven Tensidpaste unter Anwendung des Feindispersions-Kaltgranulierens.

Ziele der Erfindung

Ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Herstellen eines dichteren und höher konzentrierten Tensidgranulat-Produkts durch ein Agglomerationsverfahren ohne einen kostspieligen Trocknungsschritt. Ein weiteres Ziel ist das Bereitstellen eines höher konzentrierten Tensidgranulats, das gelagert und anschließend mit anderen Bestandteilen zur Bereitstellung eines endgültigen Endprodukts vermischt werden kann. Ein weiteres Ziel des Verfahrens dieser Erfindung ist das Bereitstellen eines formulierten Granulats mit höheren Gesamttensidgehalten, als sie üblicherweise mit anderen Mitteln erhalten werden. Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Tensidgranulats mit sehr hoher Aktivität, das im wesentlichen frei von wasserhaltigen anorganischen Salzen ist. Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden im Hinblick auf das Folgende deutlich werden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Feindispersionsmischen und Kühlen einer hochaktiven Tensidpaste zur Bereitstellung eines sehr konzentrierten Tensidgranulats. Die meisten hochaktiven Tensidpasten sind bei den üblichen Mischtemperaturen zu klebrig, um erfolgreich unter Verwendung des Feindispersionsmischens zu granulieren. Deshalb wird die hochaktive Tensidpaste nach Bedarf während des Mischens auf eine Granulierungstemperatur abgekühlt. Große diskrete Teilchen (Granalien) werden überraschenderweise direkt im Mischer gebildet. Auf diese Weise wird eine "kalte" Granulierung einer hochaktiven Tensidpaste erreicht.
Die Granulierungstemperatur liegt gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich von -65ºC bis 25ºC unter Anwendung einer kritischen Feindispersionsmisch-Spitzengeschwindigkeit von 5 m/s bis 50 m/s. Trockeneis ist ein bevorzugtes Kühlmittel.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten bevorzugten Granulate große, im wesentlichen reine Tensidgranulate sind. Sie weisen vorzugsweise eine Schüttdichte von 0,4 bis 1,1 g/cm³, stärker bevorzugt von 0,5 bis 0,8 g/cm³ auf Die gewichtsmittlere Teilchengröße der bevorzugten Teilchen dieser Erfindung beträgt 200 bis 2.000 um. Die stärker bevorzugten Granulate weisen einen Teilchengrößenbereich von 300 bis 1.200 um auf Ausbeuten von 25 % bis 85 % können in diesen Bereichen erreicht werden. Ein zweites, kurzes Mischen erhöht die Ausbeuten der granulären Teilchen in diesen bevorzugten Bereichen. Zu große und zu kleine Teilchen können auch wieder rückgeführt werden.
Die stärker bevorzugten Granulierungstemperaturen der hochaktiven Tensidpaste liegen im Bereich von etwa -40ºC bis etwa 10ºC, und am stärksten bevorzugt zwischen etwa -30ºC bis etwa 0ºC. Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind untenstehend hervorgehoben.
Die resultierenden, durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Tensidgranulate können eine Kombination aller oder nahezu aller Bestandteile der Gesamtzusammensetzung enthalten, oder sie können als ein Zwischenprodukt verwendet werden. Auf diese Weise verringern derartige Granulate in starkem Maße die Notwendigkeit, zusätzliche Materialien für eine endgültige Waschzubereitungsform zuzumischen oder machen dieses sogar überflüssig. Ebenso wird die Möglichkeit einer Entmischung von Bestandteilen während des Transports, der Handhabung oder Lagerung deutlich verringert, insbesondere, wenn nur geringe Mengen anderer Materialien von unterschiedlichen Teilchengrößen oder Dichten eingeschlossen werden müssen.
Gesondert kann das konzentrierte Granulat dieser Erfindung mit Waschmittelgranulaten, die mit konventionelleren Mitteln hergestellt werden, vermischt werden, um den Gesamttensidgehalt in einer endgültigen Zubereitungsform zu erhöhen.

Verfahren zum Kühlen der hochaktiven Tensidpaste

Jedes geeignete Verfahren zum Kühlen der hochaktiven Tensidpaste auf eine Granulieningstemperatur kann angewandt werden. Kühlinäntel oder -schlangen können um den Mischer herum oder in ihm angeordnet sein. Zerkleinertes Trockeneis oder flüssiges CO&sub2; kann zu der einheitlichen Paste gegeben oder in sie eingepreßt werden. Die Idee dabei ist, die Temperatur der hochaktiven Tensidpaste auf eine Granulierungstemperatur zu erniedrigen, um sie so fein dispergieren oder in diskrete Teilchen "granulieren" zu können.

Pastenviskosität und Verarbeitung

Zwei wichtige Einflußgrößen der hochaktiven Tensidpasten, die die Einflußgrößen des Mischund Granulierungsschritts der vorliegenden Erfindung beeinflussen können, sind die Pastentemperatur und die Pastenviskosität. Die Viskosität ist eine Funktion der Tensidkonzentration und der Temperatur. Die hochaktiven Tenside der vorliegenden Erfindung besitzen Viskositäten, die im Bereich von etwa 10.000 cps bis 10.000.000 cps liegen; vorzugsweise von etwa 70.000 bis etwa 7.000.000 cps; und stärker bevorzugt von 100.000 bis 1.000.000 cps. Diese Viskositäten werden für die vorliegende Erfindung bei einer Temperatur von etwa 50ºC gemessen.
Die hochaktive Tensidpaste kann dem Mischer bei einer Anfangstemperatur im Bereich von 5 bis 70ºC, vorzugsweise 20 bis 30ºC zugeführt werden. Höhere Temperaturen erniedrigen ihre Viskosität(en), aber eine Temperatur von mehr als 70ºC kann infolge einer zunehmenden Klebrigkeit des Produkts zu einer schlechten anfänglichen Durchmischung führen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bildet überraschenderweise große, aber verwendbare Granulate, vorzugsweise in dem Bereich von 200 bis 1.200 um. Solche großen Granulate werden bevorzugt, insbesondere wenn das Tensidgranulat mit anderen Substanzen mit einer Neigung zum Stauben vermischt werden soll. Teilchen gleicher Größe werden bevorzugt, um die Entinischung zu verringern. Es ist kein zusätzlicher Zerkleinerungsschritt erforderlich oder wünschenswert. Im allgemeinen sind größere Teilchen weniger staubig, was für viele Anwendungen der Verbraucher wichtig ist, insbesondere solche, die poröse, in genormten Mengen in Beutel verpackte Produkte umfassen. Solche porösen Produkte sind darauf angelegt: (1) einen Kontakt des Verbrauchers mit dem Produkt zu vermeiden und (2) die Annehmlichkeit und Empfindungen einer ausbleibenden Verschmutzung durch eine genormte, in Beutel verpackten Form zu erhöhen. Wenn gewünscht, können Granulate mit unzureichender Größe nach dem Trocknen abgetrennt und in den Feindispersionsmischer rückgeführt werden.

Das Feindispersionsmischen und Granulieren

Wenn nicht anders angegeben, entsprechen sich die Begriffe "Feindispersionsmischen" und/oder "Granulieren", wie sie hier verwendet werden, und bedeuten ein Mischen und Granulieren einer hochaktiven Tensidpaste in einem Feindispersionsmischer unter Anwendung einer Rührblatt-Spitzengeschwindigkeit von 5 m/s bis 50 m/s. Die Gesamtverweilzeit des Misch- und Granulierungsverfahrens liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Minuten, stärker bevorzugt von 0,5-8 und am meisten bevorzugt von 1 bis 6 Minuten. Die stärker bevorzugten Misch- und Granulierungs-Spitzengeschwindigkeiten sind 10-40 m/s und 15-35 m/s.
Der Littleford Mischer, Modell #FM-130-D-12, mit inneren Schneidrührblättern und der Cuisinart Food Processor, Modell #DCX-Plus, mit 7,75 Zoll (19,7 cm) Rührblättem sind zwei Beispiele für geeignete Mischer. Jeder andere Mischer mit der Tauglichkeit zum Feindispersionsmischen und Granulieren, der zudem vorzugsweise eine Verweilzeit in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Minuten besitzt, kann verwendet werden. Der "Turbinen-Typ"- Impellermischer mit verschiedenen Rührblättern entlang einer Rotationsachse wird bevorzugt. Die Erfindung kann als absatzweises oder kontinuierliches Verfahren betrieben werden.
Der Mischer muß die Paste und, falls gewünscht, die anderen Bestandteile fein dispergieren. Wenn die Inhaltsstoffe des Mischers gekühlt werden, muß das Mischen bei der Feindispersions-Spitzengeschwindigkeit durchgeführt werden, um das Tensid in diskrete Teilchen zu granulieren. Es muß darauf geachtet werden, keine zu niedrige oder zu hohe Spitzengeschwindigkeit im Granulierungsschritt anzuwenden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, daß "zuviel Scherung" die Granulierung wegen einer Vielzahl unterschiedlicher mechanischer Belastungen verhindert, z.B. durch eine durch die höheren Spitzengeschwindigkeiten mit einem höheren erzeugten Feinkornanteil verursachte breitere Teilchengrößenverteilung. Ebenso erhöht eine zu hohe Spitzengeschwindigkeit die Temperatur des Materials und macht ein zusätzliches Kühlen erforderlich.
Es muß darauf geachtet werden, einen beliebigen Feindispersionsmischer nicht mit zuviel oder zuwenig Tensidpastenmaterial zu überladen. Wenn mehr als eine Substanz vorhanden ist, sind eine schlechte Durchmischung und unzufriedenstellende Granulierung das Ergebnis. Deshalb muß darauf geachtet werden, den Mischer mit einem angemessenen Anteil an Pastenmaterial zu beladen, um eine zufriedenstellende Durchmischung und Granulierung zu erreichen. Ähnlich wie eine zu niedrige Spitzengeschwindigkeit führt ein Überladen des Mischers zu einer schlechten Dispergierung, einer verminderten Einheitlichkeit und zu großen Klumpen. Andererseits erhöht eine zu hohe Spitzengeschwindigkeit die Erzeugung von unerwünschtem Feinkorn.

Arbeitsaufwand

Der für das Feindispersionsmischen bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung erforderliche Arbeitsaufwand ändert sich mit: (1) der Art des verwendeten Feindispersions mischers, (2) dem Befüllungsgrad des Mischers, (3) der Viskosität des Pastenmaterials, und (4) der Menge und der Art der verwendeten trockenen Feststoffe, falls solche vorhanden sind. Die z.B. zum Mischen und Granulieren von verschiedenen bevorzugten Pastenmaterialien erforderlich Gesamtarbeit liegt unter Verwendung eines Cuisinart -Food Processors für den Laboreinsatz, Modell #DCX-Plus, zwischen 16,3 und 37,2 pro Gramm (7 BTU bis 16 BTU pro Pfund) Pastenmaterial. Die dazugehörige differentielle Arbeit liegt zwischen 0,93 und 6,05 Joules pro Gramm (0,4 BTU bis 2,6 BTU pro Pfund) Pastenmaterial. Die Leerarbeit beträgt für den Cuisinart -Food Processor 0,21 kJ (0,2 BTU) pro Sekunde. Der Cuisinart -Food Processor besitzt einen einzelnen, flachen, horizontalen 19,7-cm-Propeller und wird mit 1800 U/min betrieben, was einer Spitzengeschwindigkeit von etwa 18,55 m/s entspricht.
Die für das Mischen und Granulieren der Tensidpaste der vorliegenden Erfindung erforderliche Gesamtarbeit kann in Abhängigkeit von der Viskosität, Beladung usw. von 7,0 bis 70 Joules pro Gramm (3 BTU bis 30 BTU pro Pfund) Material liegen. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 11,6 bis 46,5 Joules pro Gramm (5 BTU bis 20 BTU pro Pfund). (Diese BTU- Bereiche pro Kilogramm Material liegen zwischen 6,6 und 66 bzw. zwischen 11 und 44 BTU/kg).
Einige Vorteile des Feindispersionsmischens und Granulierens schließen ein: (1) einen geringeren Anteil granulierten Feinkorns, (2) eine einheitlichere Größenverteilung der Granulatteilchen, und (3) ein Granulat mit einer höheren Dichte als ein mit einem Standardmischer vom Agglomerationstyp, wie einem Kollermischer, hergestelkes Granulatprodukt.

Hochaktive Tensidpaste

Die Aktivität der wäßrigen Tensidpaste beträgt mindestens 50 % und kann bis auf 98 % ansteigen; bevorzugte Aktivitäten sind: 60 - 80 % und 65 - 75 %. Der Rest der Paste ist in erster Linie Wasser, kann aber einen Verarbeitungshilfsstoff wie Mineralöl einschließen. Die resultierenden konzentrierten Tensidgranulate können trockenen Waschmittelbuildem zugegeben werden oder in herkömmlicher Weise mit Bindemitteln mit diesen Buildern oder anderen Substanzen unter Bildung der gewünschten fertigen Formelzusammensetzungen agglomeriert werden.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung höher aktiver Tensidpasten vorgezogen, um den Gesamtwassergehalt in dem System während des Mischens und Granulierens gering zu halten. Die Vorteile niedrigerer Wassergehalte sind, daß sie (1) höhere Anteile anderer Flüssigkeiten in der Zubereitungsform erlauben, ohne Klebrigkeit zu verur sachen; (2) weniger Kühlung wegen höherer Granulierungstemperaturen ermöglichen, und (3) es erlauben, das Granulat weniger zu trocknen, um endgültige Feuchtigkeitsgrenzen zu erreichen.
Es ist wichtig, daß der Feuchtigkeits- oder Lösungsmittelgehalt (im folgenden als "Feuchtigkeit" bezeichnet) des hochaktiven Tensids 50 % nicht überschreiten sollte. Die Gesamtfeuchtigkeit kann im Bereich von 2 % bis 50 % liegen, beträgt aber vorzugsweise 10 % bis 40 % und starker bevorzugt 15 % bis 30 %. Die niedrigeren Granulierungstemperaturen werden bei starker feuchtigkeitshaltigen Pasten angewandt. Umgekehrt können die höheren Granulierungstemperaturen bei weniger feuchten Pasten angewandt werden.
Pastenzusammensetzungen, die geringere Feuchtigkeitsgehalte unter 5 % besitzen, z.B. 1 % bis 4 %, können eine wirksame Menge eines organischen flüssigen Lösungsmittels oder einen Verarbeitungshilfsstoff enthalten. Beispiele solcher Hilfsstoffe werden aus geeigneten orgamschen Flüssigkeiten, einschließlich Mineralöl, Glycerin, kurzkettigen Alkoholen und dergleichen, und Mischungen davon gewählt. Der Verarbeitungshilfsstoff kann in einem Anteil von "0,5 % bis 20 %", starker bevorzugt 1-10 %, am meisten bevorzugt 2-5 Gew.-% der Paste verwendet werden.
Der gewünschte Feuchtigkeitsgehalt der Tensidgranulate dieser Erfindung kann durch eine Zugabe anderer gewünschter, trockener Bestandteile vor dem Kühlen und Granulieren eingestellt werden. Auf diese Weise ist ein zusätzliches "Trocknen" in Zubereitungsformen mit geringer Feuchtigkeit unnötig. Wenn wüschenswert, kann ein Trocknen der diskreten Granulate in einem gangigen Wirbelbetttrockner bewerksterngt werden. Dies dient dem Zweck, ein rieselfahiges Granulat mit einem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt von 0,5-10 %, vorzugsweise 1-5 % bereitzustellen.
Die wäßrige Tensidpaste enthält ein aus der anionische, zwitterionische, ampholytische, nichtionische und kationische Tenside und Mischungen davon umfassenden Gruppe gewahltes organisches Tensid. Anionische Tenside werden bevorzugt. Hier einsetzbare Tenside sind in dem US-Patent Nr.3 664 961, Norris, erteilt am 23. Mai 1972 und in dem US-Patent Nr. 3 919 678, Laughlin et al., erteilt am 30.Dez.1975, aufgeführt. Verwendbare kationische Tenside schießen auch solche ein, die in dem US-Patent Nr.4 222 905, Cockrell, erteilt am 16. Sept.1980 und in dem US-Patent Nr.4 239 659, Murphy, erteilt am 16.Dez.1980, aufgeführt sind. Die nachfolgend Genannten sind repräsentative Beispiele für in den vorliegenden Zusammensetzungen verwendbare Tenside.
Wasserlösliche Salze der höheren Fettsäuren, d. h. "Seifen", sind in den hier vorliegenden Zusammensetzungen verwendbare anionische Tenside. Dies schließt Alkalimetallseifen, wie die Natrium-, Kalium-, Ammonium- und Alkylolammoniumsalze höherer Fettsäuren mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen, und vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, ein. Seifen können durch eine direkte Verseifung von Fetten und Ölen oder durch die Neutralisation von freien Fettsäuren hergestellt werden. Besonders brauchbar sind die Natrium- und Kaliumsalze der vom Kokosöl und Talg abgeleiteten Mischungen von Fettsäuren, d.h. Natrium- oder Kaliumtalg- und -kokosseife.
Brauchbare anionische Tenside schließen auch die wasserlöslichen Salze, vorzugsweise die Alkalimetall-, Ammonium- und Alkylolammoniumsalze von organischen schwefelsauren Reaktionsprodukten ein, die in ihrer molekularen Struktur eine Alkylgruppe mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen und eine Sulfonsäuregruppe oder Schwefelsäurestergruppe enthalten. (Eingeschlossen in den Begriff "Alkyl" ist der Alkylteil von Acylgruppen.) Beispiele dieser Gruppe von synthetischen Tensiden sind die Natrium- und Kaliumalkylsulfate, insbesondere solche, die durch Sulfatieren der höheren Alkohole (C&sub8;-C&sub1;&sub8; Kohlenstoffatome) erhalten werden, wie solche, die durch Reduktion der Glyceride von Talg- oder Kokosöl hergestellt werden; und die Natrium- und Kalium-Alkylbenzolsulfonate, in denen die Alkylgruppe 9 bis 15 Kohlenstoffatome in gerad- oder verzweigtkettiger Konfiguration enthält, z.B. solche des in den US-Patenten Nr.2 220 099 und 2 477 383 beschriebenen Typs. Besonders wertvoll sind lineare geradkettige Alkylbenzolsulfonate, in denen die durchschnittliche Anzahl an Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe 11 bis 13 beträgt, abgekurzt als C&sub1;&sub1;-C&sub1;&sub3; LAS.
Andere hier verwendete anionische Tenside sind die Natrium-Alkylglycerylethersulfonate, insbesondere solche Ether von von Talg- und Kokosöl abgeleiteten höheren Alkoholen; Natrium-Kokosölfettsäure-Monoglyceridsulfonate und -sulfate; Natrium- oder Kaliumsalze von Alkylphenolethylenoxidethersulfaten mit 1 bis 10 Ethylenoxideinheiten pro Molekül, in denen zudem die Alkylgruppen 8 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten; und Natrium- oder Kaliumsalze von Alkyl-Ethylenoxidethersulfaten mit 1 bis 10 Ethylenoxideinheiten pro Molekul, in denen zudem die Alkylgruppe 10 bis 20 Kohlenstoffatome enthält.
Andere hier brauchbare anionische Tenside schließen die wasserlöslichen Salze von Estern alpha-sulfonierter Fettsäuren mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen in der Fettsäuregruppe und 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Estergruppe; wasserlösliche Salze von 2-Acyloxyalkan-1- sulfonsäuren mit 2 bis 9 Kohlenstoffatomen in der Acylgruppe und 9 bis 23 Kohlenstoffatomen in dem Alkanrest; Alkylethersulfate mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe und 1 bis 30 Molen Ethylenoxid; wasserlösliche Salze von Olefinsulfonaten mit etwa 12 bis 24 Kohlenstoffatomen; und beta-Alkyloxyalkansulfonate mit etwa 1 bis 3 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe und mit etwa 8 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen in dem Alkanrest ein.
Die bevorzugten anionischen Tensidpasten sind Mischungen aus linearen oder verzweigten Alkylbenzolsulfonaten mit einem Alkyfrest mit 10-16 Kohlenstoffatomen und Alkylsulfate mit einem Alkylrest mit 10-18 Kohlenstoffatomen. Diese Pasten werden üblicherweise durch Umsetzen eines flüssigen organischen Materials mit Schwefeltrioxid zur Herstellung einer Sulfon- oder Schwefelsäure und anschließendes Neutralisieren der Säure zur Herstellung eines Salzes dieser Säure hergestellt. Das Salz ist die Tensidpaste, von der in diesem Dokument durchwegs gesprochen wird. Das Natriumsalz wird wegen Vorteilen bei der Endbehandlung und der Kosten von NaOH gegenüber anderen Neutralisationsmitteln bevorzugt, ist aber nicht erforderlich, da andere Mittel wie KOH verwendet werden können. Die Neutralisation kann als Teil des Feindispersions-Mischschritts durchgeführt werden, jedoch wird eine vorherige Neutralisation der Säure in Verbindung mit der Säureherstellung bevorzugt.
Wasserlösliche nichtionische Tenside sind ebenfalls als Tensid in den Zusammensetzungen der Erfindung verwendbar. Viele endgültige Waschzusammensetzungen schließen nichtionische Tenside oder nichtionische/anionische Tensidmischungen ein. Das Einschließen von nichtionischen Tensiden ist für viele Anwendungen wegen einer möglichen Zersetzung und wegen Umweltbelangen schwierig, insbesondere, wenn ein Sprühtrocknungsverfahren verwendet wird. Ein nichtionisches Granulat kann so mit einem sprühgetrockneten Granulat zur Herstellung einer bevorzugten endgültigen Zubereitungsform vermischt werden. Solche nichtionischen Substanzen schließen Verbindungen ein, die durch die Kondensation von Alkylenoxidgrupen (von hydrophiler Natur) mit einer organischen hydrophoben Verbindung, die von aliphatischer oder alkylaromatischer Natur sein kann, hergestellt werden. Die Länge der Polyoxyalkylengruppe, die mit einer beliebigen bestimmten hydrophoben Gruppe kondensiert wird, kann rasch unter Bildung einer wasserlöslichen Verbindung mit dem gewünschten Grad an Ausgewogenheit zwischen hydrophilen und hydrophoben Elementen eingestellt werden.
Geeignete nichtionische Tenside schließen die Polyethylenoxidkondensate von Alkylphenolen, z.B. die Kondensationsprodukte von Alkylphenolen mit einer etwa 6 bis 16 Kohlenstoffatome entweder in einer geradkettigen oder einer verzweigtkettigen Konfiguration enthaltenden Alkylgruppe mit 4 bis 25 Molen Ethylenoxid pro Mol Alkylphenol, ein.
Bevorzugte nichtionische Tenside sind die wasserlöslichen Kondensationsprodukte von aliphatischen Alkoholen mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, entweder in einer geradkettigen oder einer verzweigten Konfiguration, mit 4 bis 25 Molen Ethylenoxid pro Mol Alkohol. Besonders bevorzugt sind die Kondensationsprodukte von Alkoholen mit einer 9 bis 15 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkylgruppe mit 4 bis 25 Molen Ethylenoxid pro Mol Alkohol; und Kondensationsprodukte von Propylenglykol mit Ethylenoxid.
Semipolare nichtionische Tenside schließen ein: wasserlösliche Aminoxide mit einem Alkylrest mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen und 2 aus der Alkylgruppen und Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen umfassenden Gruppe gewählten Resten; wasserlösliche Phosphinoxide mit einem Alkylrest mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen und 2 aus der Alkylgruppen und Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen umfassenden Gruppe gewahlten Resten; und wasserlösliche Sulfoxide mit einem Alkylrest mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen und einem aus der Alkyl- und Hydroxyalkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen umfassenden Gruppe gewahlten Rest.
Ampholytische Tenside schließen Derivate von aliphatischen heterocyclischen sekundären und tertiären Aminen oder aliphatische Derivate davon ein, in denen der aliphatische Rest entweder gerad- oder verzweigtkettig sein kann, und in denen einer der aliphatischen Substituenten 8 bis 18 Kohlenstoffatome enthält und mindestens ein aliphatischer Substituent eine anionische, die Wasserlöslichkeit bewirkende Gruppe enthält.
Zwitterionische Tenside schließen Derivate von aliphatischen quaternären Ammonium-, Phosphonium- und Sulfoniumverbindungen ein, in denen einer der aliphatischen Substituenten 8 bis 18 Kohlenstoffatome enthält.
Die hochaktive Tensidpastenzubereitungsform muß bei etwa Raumtemperatur fest sein, wenn die Granulate nicht bis zum Mischen mit anderen Waschfeststoffen kühl gehalten werden. Die Begriffe "LAS" und "AS", wie sie hier verwendet werden, bedeuten "Natrium- Laurylbenzolsulfonat" und "Alkylsulfat". Die Begriffe wie "C45" stehen für C&sub1;&sub4;- und C&sub1;&sub5;- Alkyl, wenn nicht anders angegeben. Einige dieser AS- und LAS-Tenside erfordern kein Kühlen, wenn sie bei etwa 20-25ºC verwendet werden.
In allen Beispielen wurde ein Cuisinart -Food Processor, Modell #DCX-Plus mit bei 1800 U/min betriebenen 19,7 cm großen Metallrührblättern verwendet. Die Spitzengeschwindigkeit beträgt 18,55 m/s.

Waschmittelbuilder

Die Tensidgranulate der vorliegenden Erfindung können mit einigen Waschmittelbuildern und/oder anorganischen, wasserlöslichen Salzen hergestellt werden. So kann die Tensidpaste derartige Substanzen in einem Verhältnis von Salz/Builder zu aktivem Tensid von etwa 0:1 bis etwa 1:1, bezogen auf das Trockengewicht, enthalten. Jeder verträgliche Waschmittelbuilder oder jede Kombination von Waschmittelbuildern oder wasserlösliche Salze können in dem Verfahren zur Herstellung von gewünschten Endprodukten oder Zwischenprodukten verwendet werden. Jedoch ist in den meisten Fällen der Einschluß solcher fester Substanzen unnötig und nicht gewünscht. Die vorliegende Erfindung strebt an, ein reineres, dichteres Tensidgranulat zu erzeugen.
Die granulären Waschmittel der vorliegenden Erfindung können neutrale oder alkalische Salze enthalten, die in Lösung einen pH von sieben oder mehr haben, und sie können entweder organischer oder anorganischer Natur sein. Das Buildersalz begünstigt, den hier vorliegenden Waschmittelgranulaten die gewünschte Dichte und Masse zu verleihen. Während einige der Salze inert sind, wirken viele von ihnen auch als Waschmittel-Buildersubstanzen in der Waschlösung.
Beispiele neutraler wasserlöslicher Salze schließen die Alkalimetall-, Ammonium- oder substituierten Ammoniumchloride, -fluoride und -sulfate ein. Die Alkalimetall- und insbesondere Natriumsalze der oben Genannten werden bevorzugt. Natriumsulfat wird üblicherweise in Waschmittelgranulaten verwendet und ist ein besonders bevorzugtes Salz.
Andere verwendbare wasserlösliche Salze schließen die allgemein als Waschmittel-Buildersubstanzen bekannten Verbindungen ein. Builder werden im allgemeinen aus den verschiedenen wasserlöslichen Alkalimetall-, Ammonium- oder substituierten Ammoniumphosphaten, -polyphosphaten, -phosphonaten, -polyphosphonaten, -carbonaten, -silikaten, -boraten und -polyhydroxysulfonaten gewahlt. Bevorzugt werden die Alkalimetall-, insbesondere Natriumsalze der oben Genannten.
Spezielle Beispiele anorganischer Phosphatbuilder sind Natrium- und Kaliumtripolyphosphat, -pyrophosphat, polymeres -metaphosphat mit einem Polymerisationsgrad von 6 bis 21 und Orthophosphat. Beispiele für Polyphosphonatbuilder sind die Natrium- und Kaliumsalze der Ethylendiphosphonsäure, die Natrium- und Kaliumsalze der Ethan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure und die Natrium- und Kaliumsalze von Ethan-1,1,2-triphosphonsäure. Andere Phosphorbuilderverbindungen werden in den US-Patenten Nr. 3 159 581; 3 213 030; 3 422 021; 3 422 137; 3 400 176 und 3 400 148 beschrieben.
Beispiele für phosphorfreie anorganische Builder sind Natrium- und Kaliumcarbonat, -bicarbonat, -sesquicarbonat, -tetraborat-Decahydrat, und -silikat mit einem Molverhältnis von SiO&sub2; zu Alkalimetalloxid von 0,5 bis 4,0, vorzugsweise von 1,0 bis 2,4. Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Zusammensetzungen erfordern kein überschüssiges Carbonat für die Verarbeitung und enthalten vorzugsweise nicht mehr als 2 % fein verteiltes Calciumcarbonat, wie in dem US-Patent Nr.4 196 093, Clarke et al., erteilt am 1. April 1980, offenbart, und sind vorzugsweise frei von letzterem.
Es wird vorgezogen, hydratisierbare Buildersalze nicht in dem Feindispersionsmischer in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu hydratisieren.

Weitere wahlfreie Stoffe

Andere Bestandteile, die üblicherweise in Waschmittelzusammensetzungen verwendet werden, können in die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden, um gewünschte Endprodukt-Reinigungsprodukte herzustellen, sind jedoch nicht erforderlich, und sind hier eingeschlossen, um die Anwendungsbreite dieser Erfindung aufzuzeigen. Diese schließen Fließverbesserer, Fleckenentferner, Bleichmittel und Bleichaktivatoren, Schaumverstärker oder Schaumunterdrücker, Mittel gegen Anlaufen oder Korrosion, Schmutzsuspendiermittel, Schmutzfreisetzungsmittel, Farbstoffe, Füllstoffe, optische Aufheller, keimtötende Mittel, pH-regulierende Mittel, Nichtbuilder-Basenquellen, hydrotrope Stoffe, Enzyme, enzymstabilisierende Mittel, Chelatbildner und Duftstoffe ein.

Beispiele

Die Erfindung wird in Anbetracht der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele besser verständlich werden. Die Prozentangaben erfolgen auf Gewichtsbasis, in den Mischungen vor irgendeiner anschließenden, weiterführenden Trocknung, wenn nicht anders angegeben. Den Tabellen schließen sich zusätzliche Verarbeitungshinweise in den numerierten Beispielen an.
Die Begriffe "LAS" und "AS", wie sie hier verwendet werden, bedeuten "Natrium- Laurylbenzolsulfonat" und "Alkylsulfat". Die Begriffe wie "C&sub4;&sub5;" bedeuten C&sub1;&sub4;- und C&sub1;&sub5;-Alkyl, wenn nicht anders angegeben. Einige dieser AS und LAS-Tenside erfordern kein Kühlen, wenn sie bei etwa 20-25ºC verwendet werden.
Ein Cuisinart Food Processor, Modell #DCX-Plus mit bei 1800 U/min betriebenen 19,7 cm- Metallrührblättern wird in allen Beispielen verwendet. Die Spitzengeschwindigkeit beträgt 18,55 m/s.
Die Viskositäten von LAS und AS werden unter Verwendung eines Brookfield HAT, Seriennummer 74002, wie folgt bestmt:
Für 60 % und 70 % bei 0,5 U/min mit Spindel T-A bei 50ºC;
Für 74 % AS bei 0,5 U/min mit Spindel T-E bei 50ºC;
Für 50 % AS bei 2,5 U/min mit Spindel T-A bei 50ºC.
Die Granulierungstemperatur für jede hochaktive Tensidpaste wird unter Berücksichtigung des Einzelfalls festgelegt.

Beispiel 1

Eine wäßrige anionische C&sub1;&sub3;LAS-Tensidpaste mit einer Waschwirkungsaktivität von 70 % mit Wasser als Rest und einer geringen Menge an nicht umgesetztem Natriumsulfat als einem Reaktionsnebenprodukt wird mit Trockeneis in einem Cuisinart Food Processor gemischt. Die Viskosität der Paste beträgt 800.000 cps (siehe untenstehende Anmerkung zur Viskositätsmeßtechnik). Die Pastentemperatur betrug zunächst 25ºC. Die Pastentemperatur fallt von 25ºC auf -50ºC und Tensidgranulate werden gebildet.
Die folgenden Tabellen fassen einige Beispiele der Erfindung zusammen. Tabelle der Beispiele (Teil 1) Beispiel Nr. Tensid (% Aktivität) % aktives Tensid % nicht umgesetzt % Wasser % trockener Builder Barlox (c) Amphoterge K(d) Tabelle der Beispiele (Teil 2) Beispiel Nr. Tensid Granulierungstemperatur ºC Barlox (c) Amphoterge K(d) (a) Natriumsulfat (b) Natriumcarbonat-Monohydrat, verwendet in den Beispielen 4 und 10 bei 35 % und 37 %. (c) Lauryl(12,14,16-Mischung)dimethylaminoxid. Barlox 12 ist der Handelsname der Lonza, Inc. (d) Imidazolin auf Kokosbasis, amphoter, monocarboxylisch. Amphoterge K ist der Handelsname der Lonza, Inc. (e) Beispiel 8 wird mit 7,7 % Mineralöl als Verarbeitungshilfsstoff durchgeführt.

Beispiel 2

Beispiel 2 entspricht Beispiel 1, außer daß 60 % aktives C&sub1;&sub3;LAS (gegenüber 70 %) verwendet werden. Die Pastenviskosität beträgt 350.000 cps. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -20ºC.

Beispiel 3

Beispiel 3 entspricht Beispiel 1, außer daß 10 % Natriumsulfat zu den 70 % aktivem C&sub1;&sub3;LAS gegeben werden. Das Verhältnis von Buildersalz zu aktivem Tensid ist 0,16. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -35ºC.

Beispiel 4

Beispiel 4 entspricht Beispiel 3, außer daß 93 % aktives C&sub1;&sub3;LAS verwendet werden und 35 % Natriumcarbonat-Monohydrat zu der Tensidpaste gegeben werden. Die Pastenviskosität ist > 1.000.000 cps. Das Verhältnis von Buildersalz zu aktivem Tensid ist 0,54. Die Temperatur beim Granulieren beträgt 4ºC.

Beispiel 5

Beispiel 5 entspricht Beispiel 1, außer daß eine 1:1-Mischung von C&sub1;&sub3;LAS und C&sub4;&sub5;AS verwendet wird. Beide Pasten besitzen einen Aktivitätsgehalt von 70 %. Die Viskosität des C&sub4;&sub5;LAS ist > 7.000.000 cps. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -5ºC.

Beispiel 6

Beste Weg: Beispiel 6 entspricht Beispiel 1, außer daß 74 % aktives C&sub4;&sub5;AS (gegenüber 70 % aktivem C&sub1;&sub3;LAS) verwendet werden. Die Viskosität der Paste ist > 7.000.000 cps. Die Temperatur beim Granulieren beträgt 23ºC.
Die Ausbeute dieser Granulate in dem Teilchengrößenbereich von 200 - 2.000 um beträgt 42 %. Die Granulate werden auf Umgebungsbedingungen gebracht und zurück in den Mischer gegeben und etwa 15 Sekunden lang gemischt. Die endgültige Ausbeute beträgt 85 %, die Feuchtigkeit beträgt 14 %.

Beispiel 7

Beispiel 7 entspricht Beispiel 6, außer daß 50 % aktives (gegenüber 74 %) C&sub4;&sub5;AS verwendet werden. Die Viskosität der Paste beträgt 25.000 cps. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -5ºC.

Beispiel 8

Beispiel 8 entspricht Beispiel 6, außer daß 7,7 % Mineralöl als Verarbeitungshilfsstoff zugegeben werden. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -2ºC.

Beispiel 9

Beispiel 9 entspricht Beispiel 1, außer daß 87 % aktives Barlox 12 (C&sub1;&sub2;-C&sub1;&sub6; Dimethylaminoxid) anstelle von 70 % C&sub1;&sub3;LAS verwendet werden. Die Viskosität der Paste beträgt 1.000.000 cps. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -60ºC.

Beispiel 10

Beispiel 10 entspricht Beispiel 9, außer daß 37 % Natriumcarbonat-Monohydrat zu den 87 % aktivem Barlox 12 gegeben werden. Das Verhältnis von Buildersalz zu aktivem Tensid ist 0,65. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -40ºC.

Beispiel 11

Beispiel 11 entspricht Beispiel 1, außer daß 70 % Amphoterge K anstelle von 70 % C&sub1;&sub3;LAS verwendet werden. Die Viskosität der Paste beträgt etwa 500.000 cps. Die Temperatur beim Granulieren beträgt -52ºC.
In den obenstehenden Beispielen werden dichte, konzentrierte, hochaktive Tensidgranulate erfolgreich unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung kondensierter Tensidgranulate, umfassend:

A. Mischen einer Tensidpaste mit einer Waschwirkungsaktivität von mindestens 50 %:

B. Kühlen der Paste auf eine Granulierungstemperatur von -65ºC bis 25ºC:

C. Granulieren der gekühlten Paste zu diskreten Tensidgranulaten unter Anwendung eines Feindispersionsmischens mit einer Spitzengeschwindigkeit von 5-50 m/s: und

wobei das Tensid aus der anionische, zwitterionische, ampholytische, nichtionische und kationische Tenside und Mischungen davon umfassenden Gruppe gewählt wird: und

wobei das Mischen und Granulieren bei einer Mischerverweilzeit von 0,1 bis 10 Minuten durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tensidpaste eine Waschwirkungs aktivität bis zu 98 % aufweist: und wobei die Paste eine Viskosität von 10 000 bis 10000000 cps bei 50ºC besitzt: und wobei die Tensidpaste aus Schritt A eine Temperatur von 5ºC bis 70ºC besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die kondensierten Granulate eine Tensid-Waschwirkungsaktivität von mindestens 50 % aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Granulierungstemperatur der Paste -40ºC bis 10ºC beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spitzengeschwindigkeit 10-40 mis und die Verweilzeit 0,5-8 Minuten betragen.

6. Verfahren nach Anspruch 1. wobei die Paste eine Waschwirkungsaktivität von 60-80 % aufweist: und wobei die Paste eine Viskosität von 70 000 bis 7 000 000 cps besitzt: wobei die Paste bei einer anfänglichen Temperatur von 20-30ºC eingesetzt wird und wobei die Granulierungstemperatur -30ºC bis 0ºC beträgt, und wobei die aus der Paste gebildeten, diskreten Tensidgranulate eine durchschnittliche Teilchengröße von 200 Mikron bis 2000 Mikron aufweisen und wobei die diskreten Tensidgranulate eine Schüttdichte von 0,4 bis 1,1 g/cm³ besitzen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Waschwirkungsaktivität der Paste 65-75 % beträgt: und wobei die Dichte der Granulate 0,5 bis 0,7 g/cm³ beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tensidpaste ein aus anorganischen Salzen oder Buildern oder Mischungen davon gewähltes Material mit einem Verhältnis von Salz/Builder zu Pasten-Wirkstoff von 0:1 bis 1:1 enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Feuchtigkeit der diskreten Granulate durch Trocknen in einem Wirbelbettrockner auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1-8 % verringert wird.