JP7114590B2 - 特定のアスペクト比を有する多層可溶性固体物品 - Google Patents

特定のアスペクト比を有する多層可溶性固体物品 Download PDF

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Description

本発明は、特定のアスペクト比を有する改善された可溶性固体物品に関する。
水溶性高分子担体又はマトリックス中に界面活性剤及び/又は他の活性成分を含む可撓性可溶性シートは周知である。このようなシートは、水中での溶解時に界面活性剤及び/又は他の活性成分を送達するのに特に有用である。同じ製品カテゴリーの従来型の顆粒又は液体形態と比較して、そのようなシートは、より良好な構造的一体性を有し、より濃縮され、保管、輸送/搬送、携帯、及び取り扱いがより容易である。同じ製品カテゴリーの固体錠剤形態と比較して、そのようなシートは、より可撓性であり、脆性が低く、消費者にとってより良好な感覚的魅力を有する。しかしながら、そのような可撓性可溶性シートは、特に従来型の顆粒又は液体製品形態と比較して、水への溶解が顕著に遅いという欠点があり得る。
溶解の問題を更に悪化させることを回避するために、そのような可撓性可溶性シートは、比較的薄く作製され(すなわち、長さ/幅対厚さのアスペクト比が大きい)、典型的には個別/単一の層として使用される。多層構造が提供される場合であっても、そのような多層構造の全体的な厚さは比較的薄く保たれる。結果として得られる多層構造は、長さ/幅対厚さの比が大きいシート状形状を維持し、これは、取り扱うには過度に軟弱又は薄っぺらすぎる場合があり、使用時に分離するのが困難になり得、消費者にとって審美的に心地良いものではない可能性がある。
したがって、改善されたアスペクト比及び/又は形状を有する多層可溶性固体物品に対する継続的な必要性が存在し、このような物品は、取り扱いがより容易であり、消費者にとって審美的により心地良く、しかも依然として水に溶解しやすい。
また、上記の改善された多層可溶性固体物品を製造するための、より費用効率が高く、容易にスケール変更可能なプロセスを提供することも有利であろう。
一態様では、本発明は、2以上の可撓性の可溶性多孔質シートを含む可溶性固体物品を提供し、当該2以上のシートのそれぞれは、水溶性ポリマー及び界面活性剤を含み、かつ、約80%~100%、好ましくは約85%~100%、より好ましくは約90%~100%の連続気泡含有率、及び約100μm~約2000μm、好ましくは約150μm~約1000μm、より好ましくは約200μm~約600μmの全体平均孔径によって特徴付けられ、当該可溶性固体物品は、最大寸法D及び最小寸法zによって特徴付けられ、D/zの比は、1~約10、好ましくは約1.4~約9、より好ましくは約1.5~約8、最も好ましくは約2~約7の範囲である。
好ましくは、このような可溶性固体物品の最小寸法zは、約3mm~約20cm、好ましくは約4mm~約10cm、より好ましくは約5mm~約30mmの範囲である。
より好ましくは、上記2以上の可撓性の可溶性多孔質シートのそれぞれは、約0.5mm~約4mm、好ましくは約0.6mm~約3.5mm、より好ましくは約0.7mm~約3mm、更により好ましくは約0.8mm~約2mmの、最も好ましくは約1mm~約1.5mmの範囲の厚さによって特徴付けられる。本発明の可溶性固体物品は、このような可撓性の可溶性多孔質シートを約4~約50、好ましくは約5~約40、より好ましくは約6~約30含み得る。
可溶性固体物品は、約0.05グラム/cm~約0.5グラム/cm、好ましくは約0.06グラム/cm~約0.4グラム/cm、より好ましくは約0.07グラム/cm~約0.2グラム/cm、最も好ましくは約0.08グラム/cm~約0.15グラム/cmの範囲の密度を有し得る。
好ましい実施形態では、少なくとも1の可撓性の可溶性多孔質シートは、このシートの総重量に対して約10%~約40%、好ましくは約15%~約30%、より好ましくは約20%~約25%の上記水溶性ポリマーを含み、かつ/又は、当該シートの総重量に対して約5%~約80%、好ましくは10%~70%、より好ましくは30%~65%の上記界面活性剤を含む。更に、当該少なくとも1のシートは、当該シートの総重量に対して約0.1%~約25%、好ましくは約0.5%~約20%、より好ましくは約1%~約15%、最も好ましくは約2%~約12%の可塑剤を含み得る。また更に、当該少なくとも1つのシートは、布地ケア活性物質、食器洗浄活性物質、硬質表面洗浄活性物質、美容及び/又はスキンケア活性物質、パーソナルクレンジング活性物質、ヘアケア活性物質、口腔ケア活性物質、女性ケア活性物質、ベビーケア活性物質、及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される1種以上の追加成分を含み得る。
本発明の可溶性固体物品中の可撓性の可溶性多孔質シートのそれぞれは、以下のパラメータのうちの1つ以上によって特徴付けられることが特に好ましい:
・約5μm~約200μm、好ましくは約10μm~約100μm、より好ましくは約10μm~約80μmの平均気泡壁厚さ、及び/又は
・当該シートの約0.5重量%~約25重量%、好ましくは約1重量%~約20重量%、より好ましくは約3重量%~約10重量%の最終含水量、及び/又は
・約50グラム/m~約250グラム/m、好ましくは約80グラム/m~約220グラム/m、より好ましくは約100グラム/m~約200グラム/mの坪量、及び/又は
・約0.05グラム/cm~約0.5グラム/cm、好ましくは約0.06グラム/cm~約0.4グラム/cm、より好ましくは約0.07グラム/cm~約0.2グラム/cm、最も好ましくは約0.08グラム/cm~約0.15グラム/cmの密度、及び/又は
・約0.03m/g~約0.25m/g、好ましくは約0.04m/g~約0.22m/g、より好ましくは約0.05m/g~約0.2m/g、最も好ましくは約0.1m/g~約0.18m/gの比表面積。
本発明のこれらの及びその他の態様は、本発明の以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
本発明の一実施形態による多層可溶性固体物品を示す。 可撓性の多孔質可溶性固体シートをバッチプロセスで作製するための、従来技術の対流式加熱/乾燥構成を示す。 可撓性の多孔質可溶性固体シートをバッチプロセスで作製するための、従来技術のマイクロ波式加熱/乾燥構成を示す。 可撓性の多孔質可溶性固体シートを連続プロセスで作製するための、従来技術のインピンジメントオーブン式加熱/乾燥構成を示す。 本発明の一実施形態による、本発明の可撓性多孔質可溶性シートをバッチプロセスで作製するための、底部伝導式加熱/乾燥構成を示す。 本発明の別の実施形態による、本発明の別の可撓性多孔質可溶性シートを連続プロセスで作製するための、回転ドラム式加熱/乾燥構成を示す。 回転ドラム式加熱/乾燥構成を採用したプロセスによって作製された、布地ケア活性物質を含有する本発明の可撓性多孔質可溶性シートの上面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示す。 図7Aに示されるシートと同じ布地ケア活性物質を含むが、インピンジメントオーブン式加熱/乾燥構成を採用したプロセスによって作製された、比較の可撓性多孔質可溶性シートの上面のSEM画像を示す。 底部伝導式加熱/乾燥構成を採用したプロセスによって作製された、ヘアケア活性物質を含有する本発明の可撓性多孔質可溶性シートの上面のSEM画像を示す。 図8Aに示されるシートと同じヘアケア活性物質を含むが、インピンジメントオーブン式加熱/乾燥構成を採用したプロセスによって作製された、比較の可撓性多孔質可溶性シートの上面のSEM画像を示す。
I.定義
本明細書で使用するとき、用語「可溶性」は、20℃及び大気圧下で、十分な量の脱イオン水に、撹拌なしで8時間以内に、未溶解残渣が5重量%未満で、完全に又は実質的に溶解する、物品の能力を指す。
本明細書で使用するとき、用語「固体」は、20℃及び大気圧下で、物品が、拘束されずまたその物品に外力が加えられていないときに、物品がその形状を実質的に保持する(すなわち、その形状にいかなる可視変化も伴わない)能力を指す。
本明細書で使用するとき、用語「可撓性」は、物品が、その長手方向に垂直な中心線に沿って90°で曲げられたときに、破損することなく、又は顕著な破壊を伴わずに、応力に耐える物品の能力を指す。好ましくは、このような物品は、顕著な弾性変形を受けることができ、5GPa以下、好ましくは1GPa以下、より好ましくは0.5GPa以下、最も好ましくは0.2GPa以下のヤング率によって特徴付けられる。
本明細書で使用するとき、用語「シート」は、三次元形状(すなわち、厚さ、長さ、及び幅を有する)を有する非繊維性構造体を指し、この長さ対厚さのアスペクト比、及び幅対厚さのアスペクト比は、両方とも、少なくとも約5:1であり、この長さ対幅の比は少なくとも約1:1である。好ましくは、この長さ対厚さアスペクト比、及びこの幅対厚さアスペクト比は、両方とも、少なくとも約10:1、より好ましくは少なくとも約15:1、最も好ましくは少なくとも約20:1であり、またこの長さ対幅アスペクト比は、好ましくは少なくとも約1.2:1、より好ましくは少なくとも約1.5:1、最も好ましくは少なくとも約1.618:1.である。
本明細書で使用するとき、用語「水溶性」は、20℃及び大気圧下で、十分な撹拌を伴って、1リットル(1L)の脱イオン水に、少なくとも約25グラム、好ましくは少なくとも約50グラム、より好ましくは少なくとも約100グラム、最も好ましくは少なくとも約200グラムのサンプル材料を入れたときに、目に見える固体を残さず、又は目に見える分離相を形成せずに、水に完全に溶解又は分散する、サンプル材料の能力を指す。
本明細書で使用するとき、「連続気泡発泡体」又は「連続気泡構造」は、気体、典型的には乾燥プロセス中に発泡構造が崩壊しない気体(空気など)を含有し、それにより物理的強度及び固体の凝集性を維持する、空隙又は気泡のネットワークを画定する固体相互結合ポリマー含有マトリックスを指す。構造体の相互結合性は、以下に開示される試験3によって測定される連続気泡含有率によって記述され得る。
本明細書で使用するとき、用語「下面」は、乾燥工程中に、エアレートされた湿潤プレミックスのシートが配置される支持面に直接に接触する、本発明の可撓性多孔質可溶性固体シートの表面を指し、一方、用語「上面」は、この下面と反対側の当該シートの表面を指す。更に、このような固体シートは、その厚さに沿って3つの領域に分割することができ、これは、上面に隣接する上部領域と、下面に隣接する下部領域と、上部領域と下部領域との間に位置する中間領域とを含む。上部、中間、及び下部領域は、等しい厚さであり、すなわち、それぞれがシートの総厚の約1/3の厚さを有する。
本明細書で使用するとき、用語「エアレート」、「エアレーティング」又は「エアレーション」は、機械的及び/又は化学的手段によって液体又はペースト状組成物に気体を導入するプロセスを指す。
本明細書で使用するとき、用語「加熱方向」は、熱源が熱エネルギーを物品に印加する方向を指し、その結果、そのような物品の一方の側から他方の側へと減少する、そのような物品内の温度勾配をもたらす。例えば、物品の一方の側に位置する熱源が、当該物品に熱エネルギーを印加して、当該一方の側から反対側へと減少する温度勾配を発生させる場合、加熱方向は、当該一方の側から反対側へと延在すると見なされる。このような物品の両側、又はこのような物品の異なる部分が、かかる物品全体にわたって観察可能な温度勾配を伴わずに同時に加熱される場合には、加熱は非指向的な方法で行われ、加熱方向は存在しない。
本明細書で使用するとき、用語「実質的に反対側」又は「実質的にオフセットしている」は、2つの方向又は2つの線の間に90°以上のオフセット角度を有する2つの方向又は2つの線を指す。
本明細書で使用するとき、用語「実質的に整列(substantially aligned)」又は「実質的に整列(substantial alignment)」は、2つの方向又は2つの線間に90°未満のオフセット角度を有する2つの方向又は2つの線を指す。
本明細書で使用するとき、用語「一次熱源」は、物体(例えば、本発明によるエアレートされた湿潤プレミックスのシート)によって吸収される総熱エネルギーの、50%超、好ましくは60%超、より好ましくは70%超、最も好ましくは80%超提供する熱源を指す。
本明細書で使用するとき、用語「制御された表面温度」は、比較的一定の表面温度を指し、すなわち、+/-20%未満の変動、好ましくは+/-10%未満の変動、より好ましくは+/-5%未満の変動を有する表面温度を指す。
用語「~を本質的に含まない(essentially free of)」又は「~を本質的に含まない(essentially free from)」は、示される物質が極めて少量であり、組成物又は製品に意図的に添加されたものでなく、又は好ましくは、そのような組成物又は製品中に分析によって検出可能な濃度で存在しないことを意味する。示される物質が、そのような組成物又は製品に意図的に添加された物質のうちの1つ以上の不純物としてのみ存在する、組成物又は製品が含まれ得る。
従来の可溶性固体物品は、比較的大きな長さ/幅対厚さの比を有し、すなわち、このような物品の水への迅速な溶解を確実にするために、比較的薄くなっている。したがって、このような可溶性固体物品は、典型的には、比較的大きいが薄いシート製品の形態で提供され、これは、取り扱いが困難であり(例えば、使用時に過度に軟弱であり、容易にくっつき合い、剥がすのが困難)、消費者にとって審美的に心地良いものではない可能性がある。しかしながら、溶解要件によって付与される制約により、そのような製品形態の変更又は改善のための余地はほとんど又は全く存在しない。
本発明の驚くべき予期せぬ発見は、本発明の可撓性の可溶性多孔質固体シートの複数の層を積み重ねることによって形成される三次元多層構造体(約80%~100%の連続気泡含有率、及び約100μm~約2000μmの全体平均孔径により定義される連続気泡発泡体(OCF)構造を有する)が、合わせた状態で、同じアスペクト比を有する単層構造体よりも可溶性が高いことである。これにより、得られる可溶性固体物品を厚さ方向に沿って顕著に増加させることが可能になり、取り扱いがより容易で、消費者にとって審美的に心地良い(例えば、厚いパッド又は更には立方体の形態の製品)三次元製品形状を作り出すことができる。
具体的には、図1は、上記の可撓性の可溶性多孔質シート2、4、6、及び8の複数の層を一緒に積み重ねることによって形成された多層可溶性固体物品1を示し、これは、最大寸法D及び最小寸法z(最大寸法Dに対して垂直である)によって特徴付けられ、このD/z比(以下、「アスペクト比」とも称される)は、1~約10、好ましくは約1.4~約9、好ましくは約1.5~約8、より好ましくは約2~約7の範囲である。
本発明の多層可溶性固体物品は、規則的又は不規則的のいずれの任意の好適な形状であってもよく、例えば、球状、立方体、矩形、多角形、楕円形、円筒形、ロッド状、シート状、花形、扇形、星形、ディスク形などであり得る。図1に示される六角形の可溶性固体物品1は、約5.8~6のアスペクト比を有する。アスペクト比が1である場合、可溶性固体物品は球形形状を有する。アスペクト比が約1.4である場合、可溶性固体物品は立方体形状を有する。
本発明の多層可溶性固体物品は、約3mm超であるが約20cm未満、好ましくは約4mm~約10cm、より好ましくは約5mm~約30mmの最小寸法zを有し得る。
上述の多層可溶性固体物品は、そのような可撓性の可溶性多孔質シートを2超含んでもよい。例えば、当該可撓性の可溶性多孔質シートを約4~約50、好ましくは約5~約40、更に好ましくは約6~約30含んでもよい。本発明に従って作製された可撓性の可溶性多孔質シート内の改善されたOCF構造は、多くのシート(例えば、15~40)を一緒に積み重ねることを可能にする一方で、依然として積層体に十分な全体的な溶解速度を提供する。
本発明の特に好ましい実施形態では、この多層可溶性固体物品は、上記の可撓性の可溶性多孔質シートを15~40含み、約2~約7の範囲のアスペクト比を有する。
以下では、このような可撓性の可溶性多孔質シートの配合及び作製プロセス、並びにこれらを組み立てて本発明の多層可溶性固体物品にする方法について詳細に説明する。
II.シートを作製するためのプロセスの概要
国際公開第2010077627号は、溶解を改善するように機能する、約80%~100%の連続気泡含有率によって特徴付けられる連続気泡発泡体(OCF)構造を有する多孔質シートを形成するためのバッチプロセスを開示している。具体的には、最初に原材料のプレミックスを形成し、これに激しくエアレーションを行い、次いでバッチで加熱乾燥させ(例えば、対流式オーブン又はマイクロ波オーブン内)、所望のOCF構造を有する多孔質シートを形成する。このようなOCF構造は、結果として得られる多孔質シートの溶解速度を著しく改善するが、そのようなシート内には、より厚い気泡壁を有する、視覚的により高密度で、より多孔度の低い下部領域が依然として存在する。このような高密度の下部領域は、シートを通る水の流れに悪影響を及ぼし、それによってシートの全体的な溶解速度に悪影響を及ぼし得る。複数のこのようなシートが一緒に積層されて多層構造を形成するとき、複数の高密度下部領域の「バリア」効果が特に増強される。
国際公開第2012138820号は、同第2010077627号と同様のプロセスを開示しているが、ただし、エアレートされた湿潤プレミックスの連続乾燥が、例えば、インピンジメントオーブン(対流式オーブン又はマイクロ波オーブンの代わりに)を使用することによって達成される。このような連続乾燥プロセスによって形成されるOCFシートは、その異なる領域にわたる細孔構造における均一性/粘稠度の向上によって特徴付けられる。残念ながら、このようなOCFシートには、比較的小さい孔開口部を有する上面及び比較的小さい孔を有する上部領域(すなわち、クラスト状の上部領域)などの律速因子が依然として存在し、これは、中を通る水の流れに悪影響を及ぼし、その溶解を減速させる可能性がある。
上述のプロセスにおける乾燥工程の間、OCF構造は、水の蒸発、気泡の崩壊、薄膜気泡面から気泡間のプラトー境界内への介在液排出(これが気泡間の開口部を生成し、連続気泡を形成する)、及びプレミックスの固化の、同時に進行するメカニズムにより形成される。制御された排液を達成し、所望のOCF構造を形成するためには、様々な処理条件(例えば、湿潤プレミックス中の固形分、湿潤プレミックスの粘度、重力、及び乾燥温度、並びに、このような処理条件をバランスさせる必要性)が、これらのメカニズムに影響を与える可能性がある。
上述の処理条件に加えて、乾燥工程中に使用される熱エネルギーの方向(すなわち、加熱方向)も、結果として得られるOCF構造に顕著な影響を及ぼし得ることが、本発明の驚くべきかつ予想外の発見であった。
例えば、乾燥工程中に熱エネルギーが非指向性物質(すなわち明確な加熱方向がない)に適用される場合、又は乾燥工程のほとんどにわたって加熱方向が重力方向と実質的に整列している場合(すなわち、これらの間のオフセット角度が90°未満である場合)、結果として得られる可撓性の多孔質可溶性固体シートは、より小さい孔開口部を備えた上面を有する傾向があり、その厚さにわたる方向に沿った異なる領域における孔径の変動が大きくなる傾向がある。対照的に、乾燥工程のほとんどにわたって、加熱方向が重力方向からずれている場合(すなわち、これらの間のオフセット角度が90°以上である場合)、結果として得られる固体シートは、より大きな孔開口部を備えた上面を有し、そのようなシートの厚さにわたる方向に沿った異なる領域における孔径の変化が小さくなり得る。これに対応して、後者のシートは、前者のシートよりも、通って流れる水をより受容しやすくなり、したがって、可溶性がより高くなる。
理論に束縛されるものではないが、乾燥工程中の加熱方向と重力方向との間の位置合わせ又は位置ずれ、及びその持続時間は、気泡の間の介在液排出に有意に影響し得ると考えられ、これに対応して、固化しつつあるプレミックスにおける孔膨張及び孔開口部に影響を及ぼし、非常に異なるOCF構造を備えた固体シートをもたらす。このような違いは、以下の図2~5に、より明確に示されている。
図2は、従来技術の対流式加熱/乾燥構成を示す。乾燥工程中、金型10(金属、セラミック、又はテフロン(登録商標)などの任意の好適な材料で作製され得る)は、エアレートされた湿潤プレミックスで充填され、これは、第1の側12A(すなわち、上側)と、対向する第2の側12B(すなわち、金型10の支持面に直接接触しているため下側)とを有するシート12を形成する。このような金型10は、乾燥工程中に約45~46分間、130℃の対流式オーブン内に置かれる。対流式オーブンは、シート12を上方から、すなわち、下向きの加熱方向(図の斜線矢印によって示す方向)に沿って加熱し、これは、第1の側12Aから反対側の第2の側12Bへと減少する、シート12内の温度勾配を形成する。下向きの加熱方向は、重力方向(白い矢印によって示す方向)に整列しており、そのような整列位置が、乾燥時間全体にわたって維持される。乾燥中、重力は液体プレミックスを下部領域に向かって下方に排出する一方で、下向きの加熱方向は、上部領域を最初に乾燥させ、下部領域を最後に乾燥させる。その結果、多孔質固体シートは、完全に膨張する機会を有さなかった気泡によって形成された小さな開口部を伴う多数の孔を含む上面を伴って形成される。より小さな孔開口部を伴うこのような上面は、水がシート内へ侵入するのに最適ではなく、シートの溶解速度を制限し得る。一方、このようなシートの下部領域は、密であり、多孔度が低く、完全に膨張しているが数が非常に少ない気泡によって形成され、そのような下部領域内の孔間の気泡壁は、重力によってもたらされる下向きの液体排出により、厚い。少ない孔と厚い気泡壁を備えたこのような高密度の下部領域は、シートの全体的な溶解速度に関する更なる律速因子である。
図3は、従来技術のマイクロ波式加熱/乾燥構成を示す。乾燥工程中、金型30は、エアレートされた湿潤プレミックスで充填され、これは、第1の側32A(上側)及び反対側の第2の側32B(下側)を有するシート32を形成する。次いで、このような金型30を低エネルギー密度マイクロ波アプリケータ(図示せず)(Industrial Microwave System Inc.(North Carolina)から提供)内に配置し、出力2.0kW、ベルト速度1フィート/分、及び周囲空気温度54.4℃で操作される。金型30は、乾燥工程中に約12分間、このようなマイクロ波適用下に置かれる。このようなマイクロ波アプリケータは、明確な又は一貫した加熱方向を伴わずに、シート32を内部から加熱する。これに対応して、上記シート32には温度勾配が形成されない。乾燥中、シート32全体は同時に加熱されるか、又はほぼ同時に加熱されるが、重力(白い矢印によって示すように)は、依然として下部領域に向かって液体プレミックスを下方に排出する。結果として、そのように形成された固化したシートは、対流式加熱/乾燥構成によって形成されたシートと比較して、より均一に分布し、より均一なサイズの孔を有する。しかしながら、マイクロ波式乾燥工程中の重力による液体排出は、依然として、厚い気泡壁を備えた高密度の下部領域をもたらし得る。更に、シート32全体の同時加熱は、乾燥工程中に上面上の孔膨張及び孔開口部を依然として制限する可能性があり、結果として得られるシートは、比較的小さい孔開口部を備えた上面を依然として有し得る。更に、マイクロ波エネルギーは、シート32内の水を加熱し、そのような水を沸騰させるため、これが不規則な大きさの気泡を発生させ、厚い気泡壁を備えた意図しない高密度領域を形成する可能性がある。
図4は、従来技術のインピンジメントオーブン式加熱/乾燥構成を示す。乾燥工程中、金型40は、エアレートされた湿潤プレミックスで充填され、これは、第1の側42A(上側)及び反対側の第2の側42B(下側)を有するシート42を形成する。次いで、このような金型40を、国際公開第2012138820号の実施例1、表2に記載されているものと同様の条件下で、連続的インピンジメントオーブン(図示せず)内に配置される。このような連続的インピンジメントオーブンは、対向しオフセットした加熱方向(2つの斜線矢印によって示す方向によって示す)で、上側及び下側の両方からシート42を加熱する。これに対応して、乾燥中に当該シート42内に明確な温度勾配は形成されず、シート42全体が、その上面及び下面の両方からほぼ同時に加熱される。図3に記載のマイクロ波式加熱/乾燥構成と同様に、重力(白い矢印によって示すように)は、図4のこのようなインピンジメントオーブン式加熱/乾燥構成において、液体プレミックスを下部領域に向かって下方に排出し続ける。結果として、そのように形成された固化したシートは、対流式加熱/乾燥配置によって形成されたシートと比較して、より均一に分布し、より均一なサイズの孔を有する。しかしながら、この乾燥工程中の重力による液体排出は、依然として、厚い気泡壁を備えた高密度の下部領域をもたらし得る。更に、両側からのシート42のほぼ同時の加熱は、乾燥工程中に上面上の孔膨張及び孔開口部を依然として制限する可能性があり、結果として得られるシートは、比較的小さい孔開口部を備えた上面を依然として有し得る。
上記の先行技術の加熱/乾燥構成とは対照的に、本発明は、エアレートされた湿潤プレミックスを乾燥させるための加熱/乾燥構成を提供し、この加熱の方向は、下部領域に向かう重力によって生じる液体の排出を相殺/低減するよう意図的に構成され(これにより、下部領域における密度を低減し、孔構造を改善する)、更に、乾燥中に上部表面付近の気泡が膨張するためのより長い時間をもたらす(それによって、結果として得られるシートの上面に、有意により大きい孔開口部を形成する)。これらの特徴はいずれも、シートの全体的な溶解速度を改善するように機能し、したがって望ましい。
図5は、本発明の一実施形態による、本発明の可撓性多孔質可溶性シートを作製するための、底部伝導式加熱/乾燥構成を示す。具体的には、金型50は、エアレートされた湿潤プレミックスで充填され、これは、第1の側52A(すなわち下側)及び反対側の第2の側52B(すなわち上側)を有するシート52を形成する。このような金型50は、乾燥工程中、約125~130℃の制御された表面温度を有する加熱された表面(図示なし)(例えば、予熱されたPeltierプレート)の上に、約30分間置かれる。熱は、金型50の下部での加熱された表面から金型を通して伝導され、シート52を下方から、すなわち、上向きの加熱方向(図の斜線矢印によって示す方向)に沿って加熱し、これは、第1の側52A(下側)から反対側の第2の側52B(上側)へと減少する、当該シート52内の温度勾配を形成する。このような上向きの加熱方向は、重力方向(白い矢印によって示す方向)とは反対であり、乾燥時間全体にわたってそのように維持される(すなわち、加熱方向は、乾燥時間のほぼ100%にわたって重力方向とは反対である)。乾燥中、重力は依然として、液体プレミックスを下部領域に向かって下方に排出する。しかしながら、この上向きの加熱方向は、シートを下から上へと乾燥させ、下部領域での熱により発生した水蒸気が上方に上昇して、固化しつつあるマトリックスから逃れるため、下部領域に向かう下向きの液体排出は、固化しつつあるマトリックス及び上昇水蒸気によって著しく制限され、「打ち消される」/低減される。これに対応して、結果として得られる乾燥シートの下部領域は密度が低く、比較的薄い気泡壁を備えた多数の孔を含む。更に、上部領域はこのプロセス中に乾燥される最後の領域であるため、上部領域内の気泡は、膨張するのに十分な時間を有しており、結果として得られるシートの上面で、顕著により大きな連続孔を形成し、これは水のシート内への侵入を促進するのに特に有効である。更に、結果として得られたシートは、その異なる領域(例えば、上部、中間、下部)全体にわたって、より均一に分布した全体の孔径を有する。
図6は、本発明の別の実施形態による、本発明の可撓性多孔質可溶性シートを作製するための、回転ドラム式加熱/乾燥構成を示す。具体的には、供給トラフ60は、エアレートされた湿潤プレミックス61で充填される。加熱された回転可能シリンダー70(ドラム乾燥機とも呼ばれる)は、当該供給トラフ60の上方に配置される。当該加熱されたドラム乾燥機70は、約130℃の制御された表面温度によって特徴付けられる円筒状の加熱された外側表面を有し、これは、時計回り(細い曲線の矢印によって示すように)に回転して、エアレートされた湿潤プレミックス61を供給トラフ60から取り上げる。エアレートされた湿潤プレミックス61は、ドラム乾燥機70の円筒状の加熱された外側表面上に薄いシート62を形成し、このドラム乾燥機が回転して、エアレートされた湿潤プレミックスのそのようなシート62を約10~15分間乾燥させる。このように形成されたシート62の一貫した厚さを確保するために、レベリング刃(図示せず)をスラリー取り上げ位置付近に配置してもよいが、単に、エアレートされた湿潤プレミックス61の粘度、並びにドラム乾燥機70の回転速度及び表面温度を調節することによって、シート62の厚さを制御することが可能である。次いで、シート62は、乾燥後、手動で、又はドラム回転の終わりにスクレーパー72によって、回収することができる。
図6に示すように、エアレートされた湿潤プレミックス61によって形成されたシート62は、加熱されたドラム乾燥機70の加熱された外側表面に直接接触する第1の側62A(すなわち下側)と、反対側の第2の側62B(すなわち上側)とを含む。これに対応して、ドラム乾燥機70からの熱は、外向きの加熱方向に沿ってシート62に伝導され、シート62の第1の側62A(下側)を最初に加熱し、次いで対向する第2の側62B(上側)を加熱する。このような外向きの加熱方向は、シート62の温度勾配を形成し、温度は第1の側62A(下側)から反対側の第2の側62B(上側)に向かって減少する。この外向きの加熱方向は、ドラム乾燥機70が回転するにつれて、非常に明確かつ予測可能な経路で(図6の複数の外向きに延びる斜線矢印で示すように)ゆっくりかつ常時変化する。この外向きの加熱方向及び重力方向(白い矢印によって示す方向)の相対的な位置もまた、同様の明確かつ予測可能な様相で減速及び常時変化する。乾燥時間の半分未満について(すなわち、加熱方向が水平破線の下にあるとき)、外向きの加熱方向は、重力方向に実質的に整列し、それらの間のオフセット角度は90°未満である。乾燥時間の大部分の間(すなわち、加熱方向が水平破線と同一平面にあるか又はその上にあるとき)、外向きの加熱方向は、重力方向とは反対又は実質的に反対であり、それらの間のオフセット角度は90°以上である。シート62の初期の「開始」コーティング位置に応じて、加熱方向は、乾燥時間の55%超について(コーティングがドラム乾燥機70の最下部で始まる場合)、好ましくは乾燥時間の60%超について(コーティングが図6に示されるようにドラム乾燥機70のより高い位置で始まる場合)、重力方向とは反対又は実質的に反対となり得る。結果的に、乾燥工程の大部分の間、回転ドラム式加熱/乾燥構成でのこの回転を遅くし、加熱方向を変化させることは、依然として、重力によって引き起こされるシート62内の液体排出を制限及び「相殺」/低減するように機能することができ、その結果、このように形成されたシート内のOCF構造が改善される。加熱ドラム乾燥機70によって乾燥された結果として得られるシートはまた、多数のより均一な孔径を備えたより低密度の下部領域と、比較的大きい孔開口部を備えた上面とによって特徴付けられる。更に、結果として得られたシートは、その異なる領域(例えば、上部、中間、下部)全体にわたって、より均一に分布した全体の孔径を有する。
本発明による結果として得られるシートにおける最適なOCF構造を達成するために、上述のように所望の加熱方向(すなわち、重力方向に対して実質的にオフセットされた位置関係)を使用することに加えて、湿潤プレミックスの粘度及び/又は固形分、エアレーションの量及び速度(空気供給ポンプ速度、混合ヘッド速度、空気流量、エアレートされたプレミックスの密度などで、これらはエアレートされたプレミックス中の気泡サイズ及び量に影響を及ぼし、それに応じて、固化したシートにおける孔のサイズ/分布/量/特性に影響を与える)、乾燥温度並びに乾燥時間を、慎重に調整することも望ましく、更には重要であり得る。
本発明による本発明の可撓性の多孔質可溶性シートを作製するためのプロセス、並びにそのようなシートの物理的及び化学的特性のより詳細な説明が、各セクションに提供される。
III.本発明の固体シートの作製方法
本発明は、可撓性の多孔質可溶性固体シートを作製するための新しく改善された方法を提供し、この方法は以下の工程を含む:(a)水又は好適な溶媒中に溶解又は分散させた、原材料(例えば、水溶性ポリマー、界面活性剤などの活性成分、及び任意選択的に可塑剤)を含むプレミックスを形成する工程であって、このプレミックスは、約40℃及び1s-1で測定される、約1,000cps~約25,000cpsの粘度によって特徴付けられる、工程と、(b)当該プレミックスをエアレーションして(例えば、気体を湿潤スラリーに導入することによって)、エアレートされた湿潤プレミックスを形成する工程と、(c)当該エアレートされた湿潤プレミックスを、対向する第1及び第2の側を有するシートに形成する工程と、(d)当該形成されたシートを、当該形成されたシートの第1の側から第2の側へと減少する温度勾配を形成する加熱方向に沿って、1分~60分の乾燥時間にわたって70℃~200℃の温度で乾燥させる工程と、を含み、この加熱方向は、乾燥時間の半分超にわたって重力方向から実質的にオフセットされており、すなわち、この乾燥工程は、大部分が「重力に対抗する」加熱方向に沿って加熱下で行われる。このような大部分が「重力に対抗する」加熱方向は、様々な手段によって達成することができ、これには、本明細書の図5及び6にそれぞれ上述したように、底部伝導式加熱/乾燥構成及び回転ドラム式加熱/乾燥構成が挙げられるが、これらに限定されない。
工程(A):湿潤プレミックスの調製
本発明の湿潤プレミックスは、一般に、水溶性ポリマー、界面活性剤及び/又は他の有益剤、任意の可塑剤、並びに他の任意成分を含む対象の固体を、プレミックスタンクの中で、十分な量の水又は別の溶媒と混合することによって調製される。湿潤プレミックスは、メカニカルミキサーを使用して形成することができる。本明細書で有用なメカニカルミキサーには、ピッチ翼を有するタービン、又はMAXBLENDミキサー(Sumitomo Heavy Industries)が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明において、湿潤プレミックスの粘度を、40℃及び1s-1で測定したときに約1,000cps~約25,000cpsの所定の範囲内になるように調節することが特に重要である。湿潤プレミックスの粘度は、後続の乾燥工程中にエアレートされたプレミックスの孔膨張及び孔開口に顕著な影響を及ぼし、異なる粘度を有する湿潤プレミックスは、非常に異なる発泡体構造の可撓性の多孔質可溶性固体シートを形成し得る。一方、湿潤プレミックスが濃すぎる/粘稠すぎる(例えば、40℃及び1s-1で測定したときに約25,000cpsより高い粘度を有する)場合、このような湿潤プレミックスのエアレーションはより困難になり得る。より重要なこととして、後続の乾燥工程中に、薄膜気泡面から三次元発泡体のプラトー境界内への介在液排出が、悪影響を受け得るか、又は顕著に制限され得る。乾燥中の介在液排出は、その後の乾燥工程中に、エアレートされた湿潤プレミックス中の孔膨張及び孔開口を可能にするために重要であると考えられる。その結果、そのように形成された可撓性の多孔質可溶性固体シートは、顕著により小さな孔を有し、孔間の相互接続性も低くなる(すなわち、連続孔よりも「閉じた」孔になる)可能性があり、これにより、水がそのようなシートの中に出入りするのが困難になる。一方、湿潤プレミックスが薄すぎる/緩すぎる(例えば、40℃及び1s-1で測定したときに約1,000cps未満の粘度を有する)場合、エアレートされた湿潤プレミックスは十分に安定でない可能性があり、すなわち、エアレーション後及び乾燥前に、湿潤プレミックス中で気泡が急速に破裂、崩壊、又は合着する可能性がある。結果として、得られる固体シートは、所望に比べて、はるかに多孔度が低く、より高密度になり得る。
一実施形態では、湿潤プレミックスの粘度は、40℃及び1s-1で測定したとき、約3,000cps~約24,000cps、好ましくは約5,000cps~約23,000cps、より好ましくは約10,000cps~約20,000cpsの範囲である。プレミックスの粘度値は、コーン及びプレート形状を有するMalvern Kinexus Lab+レオメーター(CP1/50 SR3468 SS)、ギャップ幅0.054mm、温度40℃及び剪断速度毎秒1.0で、360秒間測定する。
好ましいが必須ではない実施形態では、目的の固形分は、湿潤プレミックスの総重量に対して、約15%~約70%、好ましくは約20%~約50%、より好ましくは約25%~約45%の濃度で湿潤プレミックス中に存在する。固形分含有率は、水、及び低沸騰アルコールのような明らかに揮発性のあらゆる物質を除いた、固体成分、半固体成分、及び液体成分の全ての総加工混合物の重量に対する重量パーセントの合計である。一方、湿潤プレミックス中の固形分濃度が高すぎる場合、湿潤プレミックスの粘度は、介在液排出を阻害又はそれに悪影響を及ぼすレベルまで増加する可能性があり、本明細書に記載されるような所望の主に連続気泡の多孔質固体構造の形成を妨げ得る。その一方、湿潤プレミックス中の固形分濃度が低すぎる場合、湿潤プレミックスの粘度は、気泡の破裂/崩壊/合体を引き起こし、乾燥中の孔構造の収縮率(%)が増加し、多孔度及び密度が著しく小さい固体シートが生じるレベルまで低下し得る。
本発明の湿潤プレミックス中の目的の固形分の中でも、固形分の総重量に対して、約1%~約75%の界面活性剤、約0.1%~約25%の水溶性ポリマー、及び任意に約0.1%~約25%の可塑剤が存在し得る。他の活性剤又は有益剤をこのプレミックスに添加することもできる。
所望により、湿潤プレミックスは、エアレーションプロセスに先立って、及び/又はエアレーションプロセス中に、周囲温度よりも高い温度であるが、その中の成分の分解を引き起こすいかなる温度よりも低い温度にて、迅速に予備加熱される。一実施形態では、湿潤プレミックスは、約40℃~約100℃、好ましくは約50℃~約95℃、より好ましくは約60℃~約90℃、最も好ましくは約75℃~約85℃の範囲の高温に維持される。一実施形態では、任意の連続加熱は、エアレーション工程の前に利用される。更に、このような高温で湿潤プレミックスを試し、維持するために、エアレーションプロセス中に追加の熱を加えることができる。これは、1つ以上の表面からの伝導性加熱、蒸気の注入、又は他のプロセス方法により達成することができる。混合物への気泡の導入及び所望の固体シートの形成を改善するために、エアレーション工程前に、及び/又はエアレーション工程中に、湿潤プレミックスを予備加熱する行為により、固形分をより高含有量%で含むプレミックスの粘度を低下させる方法が提供され得ると考えられる。固形分のより高い含有量%を実現することは、乾燥の全体的なエネルギー要件を低減し得るため、望ましい。したがって、固形分率の増加は逆に、水量の減少及び粘度の増加をもたらし得る。上述したように、粘度が高すぎる湿潤プレミックスは、本発明の実施には望ましくない。予備加熱は、そのような粘度の増加を効果的に相殺し、したがって、高固形分のプレミックスを使用した場合であっても、迅速可溶性シートの製造を可能にする。
工程(B):湿潤プレミックスのエアレーション
湿潤プレミックスのエアレーションは、乾燥時にその中にOCF構造をその後に形成するために、十分な量の気泡を湿潤プレミックスに導入するために行われる。十分にエアレートされた後、湿潤プレミックスは、エアレートされていない湿潤プレミックス(偶然に閉じ込められたいくつかの気泡を含み得る)又は不十分にエアレートされた湿潤プレミックス(気泡をある程度含有し得るが、体積割合がかなり低く、顕著により大きい気泡サイズを含み得る)の密度より著しく低い密度によって特徴付けられる。好ましくは、エアレートされた湿潤プレミックスは、約0.05g/mL~約0.5g/mL、好ましくは約0.08g/mL~約0.4g/mL、より好ましくは約0.1g/mL~約0.35g/mL、更により好ましくは約0.15g/mL~約0.3g/mL、最も好ましくは約0.2g/mL~約0.25g/mLの範囲の密度を有する。
エアレーションは、本発明における物理的又は化学的手段のいずれかによって達成することができる。一実施形態では、これは機械的撹拌によって湿潤プレミックスに気体を導入することによって達成することができ、例えば、ローターステーターミキサー、プラネタリーミキサー、加圧ミキサー、非加圧ミキサー、バッチミキサー、連続ミキサー、半連続ミキサー、高剪断ミキサー、低剪断ミキサー、浸漬スパージャー、又はこれらの任意の組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない、任意の好適な機械的処理手段を使用することによって達成することができる。別の実施形態では、これは化学的手段によって達成することができ、例えば、化学発泡剤を使用して、発泡系による二酸化炭素(CO気体)の生成を含む、1種以上の成分の化学反応を介してその場でのガス生成を提供することによって達成され得る。
特に好ましい実施形態では、湿潤プレミックスのエアレーションは、マシュマロの製造において食品業界で従来利用されている連続加圧エアレーター又はミキサーを使用することによって、良好なコスト効率で達成され得ることが見出されている。連続加圧ミキサーは、プレミックスを均質化する又はエアレーションするように働き、均一な気泡サイズを有する、高度に均一かつ安定した発泡構造物を生じさせることができる。高剪断ローター/ステーターの混合ヘッドの独自のデザインは、連続気泡発泡体の層において均一な気泡サイズをもたらすことができる。好適な連続加圧エアレーター又はミキサーとしては、Morton泡立て器(Morton Machine Co.(Motherwell,Scotland))、Oakes連続自動ミキサー(E.T.Oakes Corporation(Hauppauge,New York))、Fedco連続ミキサー(Peerless Group(Sidney,Ohio))、Mondo(Haas-Mondomix B.V.(Netherlands))、Aeros(Aeros Industrial Equipment Co.,Ltd.(Guangdong Province,China))、及びPreswhip(Hosokawa Micron Group(Osaka,Japan))が挙げられる。例えば、Aeros A20連続エアレーターは、約300~800(好ましくは約500~700)の供給ポンプ速度設定、約300~800(好ましくは約400~600)の混合ヘッド速度設定、及び約50~150(好ましくは60~130、より好ましくは80~120)の空気流量それぞれで、動作させることができる。別の例では、Oakes連続自動ミキサーは、約10~30rpm(好ましくは約15~25rpm、より好ましくは約20rpm)の混合ヘッド速度設定、約10~30リットル/時(好ましくは約15~25L/時、より好ましくは約19~20L/時)の空気流量で動作させることができる。
別の特定の実施形態では、湿潤プレミックスのエアレーションは、回転ドラム乾燥機の一部である撹拌子を使用して達成することができ、より具体的には、湿潤プレミックスがドラム乾燥機の加熱された外側表面上にコーティングされ乾燥される前に貯蔵される場所である供給トラフの構成要素を使用することによって達成することができる。この撹拌子は、典型的には、ドラム乾燥機の加熱された回転ドラム上にコーティングされる前の待機時間中に、供給トラフ内での相分離又は沈降を防止するために、湿潤プレミックスを撹拌するのに使用される。本発明では、このような撹拌子を、約150~約500rpm、好ましくは約200~約400rpm、より好ましくは約250~約350rpmの範囲の回転速度で操作して、湿潤プレミックスを空気界面で混合し、湿潤プレミックスの所望のエアレーションを達成するのに必要な十分な機械的撹拌を提供することが可能である。
上述したように、湿潤プレミックスは、エアレーションプロセス中に高温で維持することができ、これにより、最適化されたエアレーション及び乾燥中の制御された排液のために、湿潤プレミックスの粘度を調整することができる。例えば、エアレーションが回転ドラムの撹拌子を使用することによって達成されるとき、供給トラフ内のエアレートされた湿潤プレミックスは、典型的には、撹拌子による初期エアレーション中(回転ドラムが静止している間)に約60℃に維持され、次いで、回転ドラムが加熱されて回転を開始するときに、約70℃に加熱される。
エアレートされた湿潤プレミックスの気泡サイズは、結果として得られる固体シートのOCF構造内で均一な層を達成するのを助ける。一実施形態では、エアレートされた湿潤プレミックスの気泡サイズは約5~約100マイクロメートルであり、別の実施形態では、気泡サイズは約20マイクロメートル~約80マイクロメートルである。気泡サイズの均一性により、結果として得られる固体シートは一貫した密度を有する。
工程(C):シート形成
十分なエアレーション後、エアレートされた湿潤プレミックスは、対向する第1及び第2の側を備えた1枚以上のシートを形成する。シート形成工程は、例えば、押出成形、鋳造、成形、真空成形、プレス、印刷、コーティングなどの、任意の好適な方法で行うことができる。より具体的には、エアレートされた湿潤プレミックスは以下の工程によりシートに形成可能である:(i)浅い空洞若しくはトレイ内、又は特別に設計されたシート成形型に入れて鋳造する工程と、(ii)乾燥機の連続ベルト又はスクリーン上に押出成形する工程と、(iii)回転ドラム乾燥機の外側表面上にコーティングする工程。好ましくは、シートが形成される支持面は、金属(例えば、鋼、クロムなど)、テフロン(登録商標)、ポリカーボネート、ネオプレン(登録商標)、HDPE、LDPE、ゴム、ガラスなどの、防食、非相互作用性、及び/又は非粘着性の材料によって形成され又はその材料でコーティングされる。
好ましくは、エアレートされた湿潤プレミックスの形成されたシートは、0.5mm~4mm、好ましくは0.6mm~3.5mm、より好ましくは0.7mm~3mm、更により好ましくは0.8mm~2mm、最も好ましくは0.9mm~1.5mmの範囲の厚さを有する。エアレートされた湿潤プレミックスの、そのように形成されたシートの厚さを制御することは、結果として得られる固体シートが所望のOCF構造を有することを確実にするために重要であり得る。形成されたシートが薄すぎる(例えば、厚さが0.5mm未満である)場合、エアレートされた湿潤プレミックス中に閉じ込められた気泡の多くは、その後の乾燥工程中に膨張して、結果として得られる固体シートの厚さ全体を通って延在する貫通孔を形成する。そのような貫通孔は、多すぎる場合、シートの全体的な構造的完全性及び美的外観の両方を著しく損なう場合がある。形成されたシートが厚すぎる場合には、乾燥する時間が長くなるだけでなく、その厚さに沿って異なる領域(例えば、上部、中間、及び下部領域)間の孔径の変動がより大きな固体シートが生じることになる。これは、乾燥時間が長いほど、気泡破裂/崩壊/合体、液体排出、孔膨張、孔開口、水の蒸発などによって、より不均衡な力が生じ得るからである。
より重要なこととして、比較的薄いシートの方が、迅速に溶解するための十分な孔構造を提供し、また比較的短い乾燥時間内で効率的な乾燥を確実にしながら、複数の層を所望のアスペクト比で本発明の多層構造に組み立てることが容易である。
工程(D):重力に対抗する加熱による乾燥
本発明の重要な特徴は、乾燥時間全体にわたって、又は少なくとも乾燥時間の半分超にわたって、乾燥工程中に重力に対抗する加熱方向を使用することである。理論に束縛されるものではないが、このような重力に対抗する加熱方向は、乾燥工程中に、形成されたシートの下部領域に向かう過度の介在液排出を低減又は相殺することができると考えられる。更に、上面が最後に乾燥されるので、形成されたシートの上面付近の気泡を膨張させ、上面に孔開口部を形成させるための時間が長くなる(湿潤マトリックスがいったん乾燥すると、気泡はもはや膨張できず、又は表面開口部を形成することができなくなるため)。その結果、このような重力に対抗する加熱による乾燥によって形成される固体シートは、より速い溶解、並びに他の驚くべき及び予想外の利益を可能にする、改善されたOCF構造によって特徴付けられる。
特定の実施形態では、この重力に対抗する加熱方向は、図5に示すものと同じ又は類似の伝導式加熱/乾燥構成によって提供される。例えば、エアレートされた湿潤プレミックスは、金型で鋳造され、2つの対向する側を備えたシートを形成することができる。この金型は次いで、約80℃~約170℃、好ましくは約90℃~約150℃、より好ましくは約100℃~約140℃の制御された表面温度によって特徴付けられる、ホットプレート又は加熱された移動ベルト又は平面加熱面を備えた任意の他の好適な加熱装置上に配置することができる。エアレートされた湿潤プレミックスのシートの下面に、伝導によって平面加熱面から熱エネルギーが伝達され、その結果、シートの固化は下部領域から始まり、上方に徐々に移動して、最後に上部領域に到達する。加熱方向が主に重力に対抗する(すなわち、重力方向から実質的にオフセットしている)方向になることを確実にするために、この加熱された表面が、乾燥中の当該シートの主要な熱源であることが好ましい。任意の他の熱源が存在する場合、全体的な加熱方向がそれによって変化し得る。より好ましくは、この加熱された表面は、乾燥中の当該シートの唯一の熱源である。
別の特定の実施形態では、この重力に対抗する加熱方向は、図6に示されるものと同様の、ドラム乾燥又はローラー乾燥とも呼ばれる、回転ドラム式加熱/乾燥構成によって提供される。ドラム乾燥は、比較的低温で、加熱された回転可能ドラム(ローラー又はシリンダーとも呼ばれる)の外側表面上に、原材料の粘稠なプレミックスから液体を乾燥させてシート状物品を形成するために使用される、接触乾燥方法の一種である。これは、大量の乾燥に特に好適な連続乾燥プロセスである。乾燥は、接触式加熱/乾燥を介して比較的低温で実施されるため、通常は高いエネルギー効率を有し、原材料の組成完全性に悪影響を及ぼさない。
ドラム乾燥に使用される加熱された回転可能シリンダーは、例えば蒸気又は電気によって内部で加熱され、ベースブラケットに取り付けられた電動駆動装置によって所定の回転速度で回転される。加熱された回転可能シリンダー又はドラムは、好ましくは約0.5メートル~約10メートル、好ましくは約1メートル~約5メートル、より好ましくは約1.5メートル~約2メートルの範囲の外径を有する。これは、約80℃~約170℃、好ましくは約90℃~約150℃、より好ましくは約100℃~約140℃の制御された表面温度を有し得る。更に、このような加熱された回転可能シリンダーは、約0.005rpm~約0.25rpm、好ましくは約0.05rpm~約0.2rpm、より好ましくは約0.1rpm~約0.18rpmの速度で回転する。
当該加熱された回転可能シリンダーは、好ましくは、その外側表面上が非粘着性コーティングでコーティングされる。非粘着性コーティングは、加熱された回転可能ドラムの外側表面上に重ねることができ、又は加熱された回転可能ドラムの外側表面の媒体に固定することができる。この媒体としては、耐熱性不織布、耐熱性炭素繊維、耐熱性金属又は非金属メッシュなどが挙げられるが、これらに限定されない。非粘着性コーティングは、シート形成プロセス中の損傷に対し、シート状物品の構造的完全性を効果的に保護することができる。
上述したような原材料のエアレートされた湿潤プレミックスを、加熱された回転可能ドラム上に加えるためのベースブラケット上の供給機構もまた提供され、これによって、加熱された回転可能ドラムの外側表面上に粘性プレミックスの薄層を形成する。したがって、プレミックスのこのような薄層は、接触式加熱/乾燥を介して、加熱された回転可能ドラムによって乾燥される。この供給機構は、ベースブラケットに設置された供給トラフを含み、当該供給トラフは、それに取り付けられた、少なくとも1つ(好ましくは2つ)の供給ホッパーと、供給の動的観察のための撮像装置と、供給ホッパーの位置及び傾斜角度を調節するための調整装置と、を有する。当該調整装置を使用して、当該供給ホッパーと加熱された回転可能ドラムの外側表面との間の距離を調整することによって、形成されたシート状物品の様々な厚さのニーズを満たすことができる。この調整装置はまた、速度及び品質の材料要件を満たすように、供給ホッパーを異なる傾斜角に調整するために使用することができる。この供給トラフはまた、加熱された回転可能シリンダーの外側表面上に湿潤プレミックスがコーティングされる前に、相分離及び沈降を防止するために、湿潤プレミックスをその中で撹拌するための撹拌子を含んでもよい。このような撹拌子は、上述したように、必要に応じて湿潤プレミックスをエアレーションするために使用することもできる。
また、急速な熱損失を防止するために、ベースブラケットに取り付けられた加熱シールドも存在し得る。加熱シールドはまた、加熱された回転可能ドラムによって必要とされるエネルギーを効果的に節約することができ、それにより、エネルギー消費を低減し、コスト削減を実現することができる。加熱シールドは、モジュール式組立構造体又は一体型構造体であり、ベースブラケットから自由に取り外すことができる。また、加熱シールドには、形成されているシート状物品に落下する凝縮水を回避するために、高温蒸気を吸い込むための吸引装置が取り付けられている。
加熱された回転可能ドラムによって既に形成されたシート状物品を掻き取る又は掬い上げるために、ベースブラケットに取り付けられた任意の静的な掻き取り機構が存在してもよい。この静的掻き取り機構は、既に形成されたシート状物品を更なる加工のために下流に搬送するために、ベースブラケット上又はその一方の側に設置することができる。静的掻き取り機構は、自動的に又は手動で、加熱された回転可能ドラムに接近し、及びこれから離れるように移動することができる。
本発明の可撓性の多孔質可溶性固体構造体物品の製造プロセスは、以下のとおりである。最初に、ベースブラケット上の非粘着コーティングを有する加熱された回転可能ドラムが、電動駆動装置によって駆動される。次に、調整装置が、供給ホッパーと加熱された回転可能ドラムの外側表面との間の距離が予め設定された値になるように、供給機構を調整する。一方、供給ホッパーは、可撓性の多孔質可溶性固体構造体物品を作製するための、全て又は一部の原材料を含有するエアレートされた湿潤プレミックスを、加熱された回転可能ドラムの外側表面上に加えて、前述の項で上述した所望の厚さで、当該エアレートされた湿潤プレミックスの薄層をその上に形成する。任意選択的に、加熱シールドの吸引装置は、加熱された回転可能ドラムによって生成された高温蒸気を吸引する。次に、比較的低い温度(例えば、130℃)で、加熱された回転可能ドラムによって乾燥させた後、エアレートされた湿潤プレミックスの薄層によって形成される、乾燥/固化したシートを、静的掻き取り機構が掻き取る/掬い上げる。この乾燥/固化したシートはまた、そのような静的掻き取り機構を用いずに手動で又は自動的に剥離され、次いでローラーバーによって巻き上げられ得る。
本発明における総乾燥時間は、湿潤プレミックス中の配合物及び固形物含有量、乾燥温度、熱エネルギー流入、及び乾燥されるシート材料の厚さに依存する。好ましくは、乾燥時間は、約1分~約60分、好ましくは約2分~約30分、より好ましくは約2~約15分、更により好ましくは約2~約10分、最も好ましくは約2~約5分である。
このような乾燥時間中、加熱方向は、乾燥時間の半分超、好ましくは乾燥時間の55%又は60%超(例えば、上述の回転ドラム式加熱/乾燥構成のように)、より好ましくは乾燥時間の75%超又は更には100%(例えば、上述の底部伝導式加熱/乾燥構成のように)にわたって、重力方向に対して実質的に反対になるように構成される。更に、エアレートされた湿潤プレミックスのシートは、第1の加熱方向で第1の持続時間にわたって乾燥させ、次いで反対の第2の加熱方向で第2の持続時間にわたって乾燥させることができ、この第1の加熱方向は重力方向と実質的に反対であり、この第1の持続時間は、全乾燥時間の51%~99%(例えば、55%、60%、65%、70%から、80%、85%、90%又は95%まで)の範囲である。このような加熱方向の変化は、本明細書に図示されていない様々な他の構成によって(例えば、長手方向中心軸に沿って回転することができる蛇行形状の細長い加熱ベルトによって)容易に達成することができる。
IV.本発明の固体シートの物理的特性
上述の処理工程によって形成された可撓性の多孔質可溶性固体シートは、シートへのより容易な水の侵入、及び水中におけるシートのより速い溶解を可能にする、改善された孔構造によって特徴付けられる。このような改善された孔構造は、主に、上述のような様々な処理条件を調節することによって達成され、それらは、そのようなシートを作製するために使用される化学製剤又は特定の成分によって、比較的独立であるか、又は影響を受けない。
一般に、このような固体シートは、以下によって特徴付けられ得る:(i)後述の試験3によって測定される連続気泡含有率が、約80%~100%、好ましくは約85%~100%、より好ましくは約90%~100%であること、及び(ii)後述の試験2に記載のマイクロCT法によって測定される全体平均孔径が、約100μm~約2000μm、好ましくは約150μm~約1000μm、より好ましくは約200μm~約600μmであること。全体平均孔径は、本発明のOCF構造の多孔度を定義する。連続気泡含有率は、本発明のOCF構造の孔間の相互接続性を定義する。OCF構造の相互接続性はまた、国際公開第2010077627号及び同第2012138820号に開示されている星形体積又は構造モデル指数(SMI)によっても記述され得る。
本発明のこのような固体シートは、対向する上面及び下面を有し、その上面は、後述の試験1に記載のSEM法によって測定される表面平均孔直径が、約100μm超、好ましくは約110μm超、好ましくは約120μm超、より好ましくは約130μm超、最も好ましくは約150μm超であることによって特徴付けられ得る。先行技術の加熱/乾燥構成(例えば、対流式、マイクロ波式、又はインピンジメントオーブン式の構成)によって形成された固体シートと比較すると、本発明の本発明の加熱/乾燥構成によって形成される固体シートは、その上面での表面平均孔直径が有意に大きい(図7A~7B及び8A~8Bに示され、これらは後述の実施例1で詳しく説明される)。これは、本発明の具体的に配置された指向性加熱の下で、エアレートされた湿潤プレミックスの形成されたシートの上面は、最後に乾燥/固化し、上面付近の気泡は、最も長い時間をかけて膨張し、上面により大きな孔開口部を形成することができるからである。
また更に、本発明の本発明の加熱/乾燥構成によって形成される固体シートは、従来技術の加熱/乾燥構成によって形成されたシートと比較して、その厚さ方向に沿った異なる領域間のより均一な孔径分布によって特徴付けられる。具体的には、本発明の固体シートは、上面に隣接する上部領域と、下面に隣接する下部領域と、それらの間の中間領域とを含み、上部、中間、及び下部領域は全て同じ厚さを有する。このような固体シートの上部、中間、及び下部領域のそれぞれは、平均孔径によって特徴付けられるが、下部領域の平均孔径の、上部領域の平均孔径に対する比(すなわち、下部領域対上部領域の平均孔径比)は、約0.6~約1.5、好ましくは約0.7~約1.4、好ましくは約0.8~約1.3、より好ましくは約1~約1.2である。比較のため、先行技術のインピンジメントオーブン式加熱/乾燥構成によって形成された固体シートは、下部領域対上部領域の平均孔径比が1.5超であり、典型的には約1.7~2.2であり得る(後述の実施例1に示される)。更に、本発明の固体シートは、約0.5~約1.5、好ましくは約0.6~約1.3、より好ましくは約0.8~約1.2、最も好ましくは約0.9~約1.1の下部領域対中間領域の平均孔径比、及び、約1~約1.5、好ましくは約1~約1.4、より好ましくは約1~約1.2の中間領域対上部領域の平均孔径比によって特徴付けられ得る。
また更に、本発明の固体シートの上部、中間、及び下部領域における平均孔径間の相対標準偏差(RSTD)は、20%以下、好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下、最も好ましくは5%以下である。対照的に、先行技術のインピンジメントオーブン式加熱/乾燥構成によって形成された固体シートは、上部/中間/下部領域の平均孔径間の相対標準偏差(RSTD)が20%超、おそらくは25%超、又は更には35%超であり得る(後述の実施例1に示される)。
好ましくは、本発明の固体シートは更に、後述の試験2によって測定される、約5μm~約200μm、好ましくは約10μm~約100μm、より好ましくは約10μm~約80μmの平均気泡壁厚さによって特徴付けられる。
本発明の固体シートは、少量の水を含有してもよい。好ましくは、後述の試験4によって測定される、当該固体シートは、当該固体シートの重量に対して、0.5%~25%、好ましくは1%~20%、より好ましくは3%~10%の最終含水量によって特徴付けられる。結果として得られる固体シート中の適切な最終含水量は、シートの所望の可撓性/変形性を確保し、並びに柔らか/滑らかな感触を消費者に提供することができる。最終含水量が低すぎる場合、シートは、脆すぎる又は堅すぎる可能性がある。最終含水量が高すぎる場合、シートはべたつきすぎる可能性があり、その全体的な構造的完全性が損なわれる場合がある。
本発明の固体シートは、約0.6mm~約3.5mm、好ましくは約0.7mm~約3mm、より好ましくは約0.8mm~約2mm、最も好ましくは約1mm~約1.5mmの範囲の厚さを有し得る。固体シートの厚さは、後述の試験5を使用して測定することができる。乾燥後の固体シートは、孔膨張に起因して全体の体積膨張をもたらすため、エアレートされた湿潤プレミックスのシートよりもわずかに厚くなることがある。
本発明の固体シートは更に、後述の試験6によって測定される、約50グラム/m~約250グラム/m、好ましくは約80グラム/m~約220グラム/m、より好ましくは約100グラム/m~約200グラム/mの坪量によって特徴付けられ得る。
また更に、本発明の固体シートは、後述の試験7によって測定される、約0.05グラム/cm~約0.5グラム/cm、好ましくは約0.06グラム/cm~約0.4グラム/cm、より好ましくは約0.07グラム/cm~約0.2グラム/cm、最も好ましくは約0.08グラム/cm~約0.15グラム/cmの範囲の密度を有し得る。本発明の固体シートの密度は、これも孔膨張に起因して全体の体積膨張をもたらすため、エアレートされた湿潤プレミックスのシートの密度よりも低い。
更に、本発明の固体シートは、後述の試験8によって測定される、約0.03m/g~約0.25m/g、好ましくは約0.04m/g~約0.22m/g、より好ましくは0.05m/g~0.2m/g、最も好ましくは0.1m/g~0.18m/gの比表面積によって特徴付けられ得る。本発明の固体シートの比表面積は、その多孔度を表わすものとなり得、その溶解速度に影響を与え得る。例えば、比表面積が大きいほど、シートがより多孔質であり、その溶解速度が速くなる。
V.本発明の固体シートの配合
1.水溶性ポリマー
上述したように、本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シートは、水溶性ポリマーを含む湿潤プレミックスによって形成され得る。このような水溶性ポリマーは、結果として得られる固体シートにおいて、フィルム形成剤、構造化剤、並びに他の活性成分(例えば、界面活性剤、乳化剤、ビルダー、キレート剤、香料、着色剤など)のための担体として機能し得る。
好ましくはこの湿潤プレミックスは、プレミックスの約3重量%~約20重量%の水溶性ポリマー、一実施形態ではプレミックスの約5重量%~約15重量%の水溶性ポリマー、一実施形態ではプレミックスの約7重量%~約10重量%の水溶性ポリマーを含んでもよい。
乾燥後、水溶性ポリマーは、本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シート中に、固体シートの総重量に対して約10%~約40%、好ましくは約15%~約30%、より好ましくは約20%~約25%の範囲の量で存在することが好ましい。本発明の特に好ましい実施形態では、本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シート中に存在する水溶性ポリマーの総量は、そのような物品の総重量に対して25%以下である。
本発明の実施に好適な水溶性ポリマーは、約50,000~約400,000ダルトン、好ましくは約60,000~約300,000ダルトン、より好ましくは約70,000~約200,000ダルトン、最も好ましくは約80,000~約150,000ダルトンの範囲の重量平均分子量を有するものを選択することができる。重量平均分子量は、各ポリマー原材料の平均分子量を加算し、多孔質固体物内に存在するポリマーの総重量の重さによるそれぞれの相対的重量パーセントを乗じて計算する。本明細書で使用される水溶性ポリマーの重量平均分子量は、湿潤プレミックスの粘度に影響を与える可能性があり、これはひいては、エアレーション工程中の泡の数及びサイズ、並びに乾燥工程中の孔膨張/開口結果に影響を与え得る。更に、水溶性ポリマーの重量平均分子量は、湿潤プレミックスの全体的なフィルム形成特性、及び特定の界面活性剤との適合性/不適合性に影響を及ぼし得る。
本発明の水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリレート、カプロラクタム、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリメチルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリエチレングリコールモノメタアクリレート、アクリル酸とメチルアクリレートとのコポリマー、ポリウレタン、ポリカルボン酸、ポリビニルアセテート、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミン、ポリエチレンイミン、マレイン酸/(アクリレート又はメタクリレート)コポリマー、メチルビニルエーテルと無水マレイン酸とのコポリマー、酢酸ビニルとクロトン酸とのコポリマー、ビニルピロリドンと酢酸ビニルのコポリマー、ビニルピロリドンとカプロラクタムとのコポリマー、ビニルピロリドン/酢酸ビニルのコポリマー、アニオン性モノマーと、カチオン性モノマーと両性モノマーとのコポリマー、並びにこれらの組み合わせを含む合成ポリマーが挙げられ得るが、これらに限定されない。
本発明の水溶性ポリマーはまた、天然起源のポリマーから選択されてもよく、その例としては、カラヤガム、トラガカントガム、アラビアゴム、アセマンナン、コンニャクマンナン、アカシアガム、ガティガム、乳清タンパク質単離物、及び大豆タンパク質単離物を含む植物由来のもの;グアーガム、ローカストビーンガム、クインスシード、及びオオバコ種子を含む種子抽出物;カラギーナン、アルギネート、及び寒天などの海藻抽出物;果物抽出物(ペクチン);キサンタンガム、ゲランガム、プルラン、ヒアルロン酸、硫酸コンドロイチン、及びデキストランを含む微生物由来のもの;並びにカゼイン、ゼラチン、ケラチン、ケラチン加水分解物、スルホン酸ケラチン、アルブミン、コラーゲン、グルテリン、グルカゴン、グルテン、ゼイン、及びシェラックを含む動物起源のものが挙げられる。
変性された天然ポリマーはまた、本発明において水溶性ポリマーとして使用することができる。好適な変性された天然ポリマーとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、セルロースアセテートフタレート、ニトロセルロース及び他のセルロースエーテル/エステルのようなセルロース誘導体、並びにヒドロキシプロピルグアーのようなグアー誘導体が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の水溶性ポリマーは、デンプンを含んでもよい。本明細書で使用するとき、用語「デンプン」は、天然に存在するデンプン又は改質されたデンプンの両方を含む。デンプンの典型的な天然供給源としては、穀物、塊茎、根、マメ科植物及び果実を挙げることができる。より具体的な天然供給源としては、トウモロコシ、豆、ポテト、バナナ、大麦、小麦、米、サゴ、アマランス、タピオカ、アロールート、カンナ、サトウモロコシ、及びそれらのろう質又は高級アミラーゼ類を挙げることができる。天然デンプンは、改質デンプンを形成するために当該技術分野において既知の任意の改質方法によって改質することができ、これには、剪断デンプン又は熱阻害デンプンなどの物理的に改質されたデンプン;架橋、アセチル化、並びに有機エステル化(ヒドロキシエチル化、及びヒドロキシプロピル化、リン酸化)、並びに無機エステル化(カチオン性、アニオン性、非イオン性、両性及び双極性)、並びにこれらのコハク酸エステル及び置換コハク酸エステル誘導体などの化学的に改質されたデンプン;酸化、酵素変換、酸加水分解、熱若しくは酸デキストリン化、熱及び/又は剪断生成物によって調製される流動性又は低粘度デンプンを含む、任意のデンプンから誘導される変換生成物も本明細書において有用である可能性があり;並びに、当該技術分野で周知のアルファ化デンプンが挙げられる。
本発明の好ましい水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリド、ポリアルキレンオキシド、デンプン及びデンプン誘導体、プルラン、ゼラチン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、及びカルボキシメチルセルロースが挙げられる。本発明のより好ましい水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、及びヒドロキシプロピルメチルセルロースが挙げられる。
本発明の最も好ましい水溶性ポリマーは、約40%~約100%、好ましくは約50%~約95%、より好ましくは約70%~約92%、最も好ましくは約80%~約90%の範囲の加水分解度によって特徴付けられるポリビニルアルコールである。市販されているポリビニルアルコールとしては、Celanese Corporation(Texas,USA)から商品名CELVOLとして得られるもの、これには、限定するものではないが、CELVOL 523、CELVOL 530、CELVOL 540、CELVOL 518、CELVOL 513、CELVOL 508、CELVOL 504が挙げられ;Kuraray Europe GmbH(Frankfurt,Germany)から商品名Mowiol(登録商標)及びPOVAL(商標)として得られるもの、並びにLubon Vinylon Co.(Nanjing,China)を含む様々な供給元から市販されているPVA 1788(PVA BP17とも呼ばれる)、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。本発明の特に好ましい実施形態では、可撓性の多孔質可溶性固体シートは、そのような物品の総重量に対して約10%~約25%、より好ましくは約15%~約23%の、80,000~約150,000ダルトンの範囲の重量平均分子量及び約80%~約90%の範囲の加水分解度を有するポリビニルアルコールを含む。
上述のポリビニルアルコールに加えて、単一のデンプン又はデンプンの組み合わせを充填剤として使用することができ、これは、本明細書に記載されたような必須の構造と物理的/化学的特性を備える固体シートを提供するのに役立つ限り、必要とされる水溶性ポリマーの全体濃度を下げるような量で使用することができる。しかしながら、デンプンが多すぎると、シートの溶解度及び構造的完全性が損なわれ(comprise)得る。したがって、本発明の好ましい実施形態では、固体シートは、当該固形シートの重量に対して、20%以下、好ましくは0%~10%、より好ましくは0%~5%、最も好ましくは0%~1%のデンプンを含むことが望ましい。
2.界面活性剤
上記の水溶性ポリマーに加えて、本発明の固体シート物品は、1種以上の界面活性剤を含む。界面活性剤は、本発明の所望のOCF構造を形成するのに十分な量の安定な気泡を生成するために、エアレーションプロセス中に乳化剤として機能し得る。更に、界面活性剤は、所望の洗浄効果を送達するための活性成分として機能し得る。
本発明の好ましい実施形態において、この固体シートは、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、双性イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ポリマー界面活性剤、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される1種以上の界面活性剤を含む。このような固体シートの所望の用途及び達成される所望の消費者利益に応じて、異なる界面活性剤を選択することができる。本発明の1つの利点は、固体シートのOCF構造によって、高速溶解を依然として提供しながら、高い界面活性剤含有量を組み込むことが可能になる。したがって、高濃度の洗浄組成物を本発明の固体シートに配合して、消費者に新しくかつ優れた洗浄体験を提供することができる。
本明細書で使用する界面活性剤は、従来の意味での界面活性剤(すなわち、消費者にわかる泡立ち効果を提供する界面活性剤)及び乳化剤(すなわち、泡立ち性能を提供しないが、主に安定した発泡構造体を作製する際のプロセス助剤として意図されるもの)の両方の界面活性剤を含み得る。本明細書で界面活性剤成分として使用される乳化剤の例としては、モノ-及びジ-グリセリド、脂肪族アルコール、ポリグリセロールエステル、プロピレングリコールエステル、ソルビタンエステル、及び既知の又は別の方法で空気界面を安定化するのに一般的に使われる他の乳化剤が挙げられる。
本発明の固体シート物品に存在する界面活性剤の総量は、当該固体シート物品の総重量に対して、約5%~約80%、好ましくは約10%~約70%、より好ましくは約30%~約65%の広い範囲であり得る。これに対応して、湿潤プレミックスは、湿潤プレミックスの約1重量%~約40重量%の界面活性剤を含み得、一実施形態では湿潤プレミックスの約2重量%~約35重量%の界面活性剤、一実施形態では湿潤プレミックスの約5重量%~約30重量%の界面活性剤を含み得る。
本発明の好ましい実施形態では、本発明の固体シート物品は、当該固体シート物品の総重量に対して、約30%~約80%、好ましくは約40%~約70%、より好ましくは約50%~約65%の、1種以上の界面活性剤を含む洗浄用製品である。このようなケースでは、湿潤プレミックスは、湿潤プレミックスの約10重量%~約40重量%の界面活性剤、一実施形態では湿潤プレミックスの約12重量%~約35重量%の界面活性剤、一実施形態では湿潤プレミックスの約15重量%~約30重量%の界面活性剤を含み得る。
本明細書に用いるのに好適なアニオン性界面活性剤の非限定的な例としては、アルキル及びアルキルエーテル硫酸塩、硫酸化モノグリセリド、スルホン化オレフィン、アルキルアリールスルホン酸塩、一級又は二級アルカンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アシルタウレート、アシルイセチオネート、アルキルグリセリルエーテルスルホン酸塩、スルホン化メチルエステル、スルホン化脂肪酸、アルキルホスフェート、アシルグルタメート、アクリルサルコシネート、アルキルスルホアセテート、アシル化ペプチド、アルキルエーテルカルボキシレート、アシルラクチレート、アニオン性フルオロ界面活性剤、ラウロイルグルタミン酸ナトリウム、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
本発明の実施に特に好適なアニオン性界面活性剤の1つのカテゴリーとしては、C~C20直鎖アルキルベンゼンスルホネート(LAS)界面活性剤が挙げられる。LAS界面活性剤は、当該技術分野において周知であり、市販の直鎖状アルキルベンゼンをスルホン化することにより、容易に入手することができる。本発明で使用することができる、例示的な、直鎖状C10~C20アルキルベンゼンスルホネートは、直鎖状C10~C20アルキルベンゼンスルホン酸のアルカリ金属、アルカリ土類金属又はアンモニウム塩、及び好ましくは、直鎖状C11~C18又はC11~C14アルキルベンゼンスルホン酸のナトリウム、カリウム、マグネシウム及び/又はアンモニウム塩を含む。より好ましいものは、直鎖状C12及び/又はC14アルキルベンゼンスルホン酸のナトリウム又はカリウム塩であり、最も好ましいものは、直鎖状C12及び/又はC14アルキルベンゼンスルホン酸のナトリウム塩、すなわちドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム又はテトラデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである。
LASは優れた洗浄効果をもたらし、洗濯洗剤用途での使用に特に好適である。より高い重量平均分子量(例えば、約50,000~約400,000ダルトン、好ましくは約60,000~約300,000ダルトン、より好ましくは約70,000~約200,000ダルトン、最も好ましくは約80,000~約150,000ダルトン)を有するポリビニルアルコールがフィルム形成剤及び担体として使用されるとき、LASは主な界面活性剤として使用することができること(すなわち、全体的な組成物のフィルム形成性能及び安定性に悪影響を及ぼすことなく、固体シート中の全界面活性剤含有量の50重量%超の量で存在できること)が、本発明の驚くべきかつ予期せぬ発見であった。これに対応して、本発明の特定の実施形態では、LASは、固体シート中の主な界面活性剤として使用される。存在する場合、本発明の固体シートにおけるLASの量は、固体シートの総重量に対して約10%~約70%、好ましくは約20%~約65%、より好ましくは約40%~約60%の範囲であり得る。
本発明の実施に好適なアニオン性界面活性剤の別のカテゴリーとしては、約0.5~約5、好ましくは約0.8~約4、より好ましくは約1~約3、最も好ましくは約1.5~約2.5の範囲の重量平均アルコキシル化度を有するトリデセス硫酸ナトリウム(STS)が挙げられる。トリデセスは、一実施形態では、1分子当たり平均して少なくとも1つのメチル分枝を含む、炭素13個の分枝鎖状アルコキシル化炭化水素である。本発明で使用されるSTSとしては、ST(EOxPOy)Sを挙げることができ、ここでEOxは、繰り返し数xが0~5、好ましくは1~4、より好ましくは1~3の範囲である繰り返しエチレンオキシド単位を指し、POyは、繰り返し数yが0~5、好ましくは0~4、より好ましくは0~2の範囲である繰り返しプロピレンオキシド単位を指す。例えば、約2の重量平均エトキシル化度を有するST2Sなどの材料は、エトキシレートがない分子、1モルのエトキシレート分子、3モルのエトキシレート分子などの顕著な量を含む可能性があり、一方、エトキシル化の分布は、広くても、狭くても、又は短縮されてもよく、それでもなお約2の全体の重量平均エトキシル化度をもたらすことができることが理解されよう。STSは、パーソナル洗浄用途に特に好適であり、より高い重量平均分子量(例えば、約50,000~約400,000ダルトン、好ましくは約60,000~約300,000ダルトン、より好ましくは約70,000~約200,000ダルトン、最も好ましくは約80,000~約150,000ダルトン)を有するポリビニルアルコールがフィルム形成剤及び担体として使用されるとき、STSは主な界面活性剤として使用することができること(すなわち、全体的な組成物のフィルム形成性能及び安定性に悪影響を及ぼすことなく、固体シート中の全界面活性剤含有量の50重量%超の量で存在できること)が、本発明の驚くべきかつ予期せぬ発見であった。これに対応して、本発明の特定の実施形態では、STSは、固体シート中の主な界面活性剤として使用される。存在する場合、本発明の固体シートにおけるSTSの量は、固体シートの総重量に対して約10%~約70%、好ましくは約20%~約65%、より好ましくは約40%~約60%の範囲であり得る。
本発明の実施に好適なアニオン性界面活性剤の別のカテゴリーとしては、アルキルサルフェートが挙げられる。これらの物質は、対応する式:ROSOMを有し、式中、Rは、約6~約20個の炭素原子のアルキル又はアルケニルであり、xは1~10であり、Mは、アンモニウム、ナトリウム、カリウム及びトリエタノールアミンなどの水溶性カチオンである。好ましくは、Rは、約6~約18個、好ましくは約8~約16個、より好ましくは約10~約14個の炭素原子を有する。前述したように、非アルコキシル化C~C20直鎖又は分枝鎖アルキルサルフェート(AS)は、フィルム形成性能及び安定性において、低分子量ポリビニルアルコール(例えば、50,000ダルトン以下の重量平均分子量を有するもの)との適合性のために、可溶性固体シートにおいて、特にその中の主な界面活性剤として、好ましい界面活性剤と考えられてきた。しかしながら、より高い重量平均分子量(例えば、約50,000~約400,000ダルトン、好ましくは約60,000~約300,000ダルトン、より好ましくは約70,000~約200,000ダルトン、最も好ましくは約80,000~約150,000ダルトン)を有するポリビニルアルコールがフィルム形成剤及び担体として使用されるとき、他の界面活性剤(例えばLAS及び/又はSTS)が、全体的な組成物のフィルム形成性能及び安定性に悪影響を及ぼすことなく、固体シートの主な界面活性剤として使用できることが、本発明の驚くべきかつ予期せぬ発見であった。したがって、本発明の特に好ましい実施形態では、固体シートの約20重量%以下、好ましくは0重量%~約10重量%、より好ましくは0重量%~約5重量%、最も好ましくは0重量%~約1重量%のASを有する固体シートを提供することが望ましい。
本発明の実施に好適なアニオン性界面活性剤の別のカテゴリーとしては、C~C20直鎖又は分枝鎖アルキルアルコキシサルフェート(AAS)が挙げられる。このカテゴリーの中で、対応する式:RO(CO)SOMを有する直鎖又は分枝鎖アルキルエトキシサルフェート(AES)が特に好ましく、式中、Rは、約6~約20個の炭素原子のアルキル又はアルケニルであり、xは1~10であり、Mは、アンモニウム、ナトリウム、カリウム及びトリエタノールアミンなどの水溶性カチオンである。好ましくは、Rは、約6~約18個、好ましくは約8~約16個、より好ましくは約10~約14個の炭素原子を有する。AES界面活性剤は、通常、エチレンオキシドと約6~約20個の炭素原子を有する一価アルコールとの縮合生成物として作製される。有用なアルコールは、脂肪、例えば、ココナッツ油又はタローから誘導されることができ、又は合成されることができる。本明細書においてラウリルアルコール及びココナッツ油由来の直鎖アルコールが好ましい。このようなアルコールは、約1~約10、好ましくは約3~約5、特に約3のモル比のエチレンオキシドと反応され、例えば、アルコール1モル当たり平均3モルのエチレンオキシドを有する得られた分子種の混合物は、硫酸化され、中和される。非常に好ましいAESは、個々の化合物の混合物を含むものであり、当該混合物は、約10~約16個の炭素原子の平均アルキル鎖長、及び約1~約4モルのエチレンオキシドの平均エトキシル化度を有する。存在する場合、本発明の固体シートにおけるAESの量は、固体シートの総重量に対して約2%~約40%、好ましくは約5%~約30%、より好ましくは約8%~約12%の範囲であり得る。
他の好適なアニオン性界面活性剤には、一般式[R-SO-M]の有機硫酸反応生成物の水溶性塩が挙げられ、式中、Rは約6~約20個、好ましくは約10~約18個の炭素原子を有する、直鎖又は分枝鎖の飽和脂肪族炭化水素ラジカルからなる群から選択され、Mはカチオンである。アルカリ金属及びアンモニウムスルホン化C10~18 n-パラフィンが好ましい。他の好適なアニオン性界面活性剤としては、約12~約24個の炭素原子を有するオレフィンスルホネートが挙げられる。オレフィンスルホネートが誘導されるα-オレフィンは、約12~約24個の炭素原子、好ましくは約14~約16個の炭素原子を有するモノオレフィンである。好ましくは、それらは直鎖オレフィンである。
布地ケア及びホームケア組成物に用いるのに好適なアニオン性界面活性剤のもう1つの種類は、β-アルキルオキシアルカンスルホン酸塩である。これらの化合物は以下の化学式を有する。
Figure 0007114590000001
式中、Rは、約6~約20個の炭素原子を有する直鎖アルキル基であり、Rは、約1(好ましい)~約3個の炭素原子を有する低級アルキル基であり、Mは、上記の水溶性カチオンである。
好適なアニオン性界面活性剤の更なる例は、イセチオン酸でエステル化され、水酸化ナトリウムで中和された脂肪酸の反応生成物(例えば、脂肪酸はココナツ油に由来する);例えば、脂肪酸がココナツ油に由来するメチルタウリドの脂肪酸アミドのナトリウム又はカリウム塩である。更に他の好適なアニオン性界面活性剤は、スクシネートであり、その例としては、N-オクタデシルスルホスクシネート二ナトリウム、ジアンモニウムラウリルスルホスクシネート、四ナトリウムN-(1,2-ジカルボキシエチル)-N-オクタデシルスルホスクシナメート、スルホコハク酸ナトリウムのジアミルエステル、スルホコハク酸ナトリウムのジヘキシルエステル、及びスルホコハク酸ナトリウムのジオクチルエステルが挙げられる。
本発明の固体シートに含まれ得る非イオン性界面活性剤は、任意の従来型の非イオン性界面活性剤であってよく、これにはアルキルアルコキシル化アルコール、アルキルアルコキシル化フェノール、アルキル多糖類(特にアルキルグルコシド及びアルキルポリグルコシド)、ポリヒドロキシ脂肪酸アミド、アルコキシル化脂肪酸エステル、スクロースエステル、ソルビタンエステル、及びソルビタンエステルのアルコキシル化誘導体、アミンオキシドなどが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい非イオン性界面活性剤は、式R(OCOH(式中、RはC~C18アルキル基又はアルキルフェニル基であり、nは約1~約80である)のものである。特に好ましいのは、Shellから市販されているNEODOL(登録商標)非イオン性界面活性剤などの、約1~約20、好ましくは約5~約15、より好ましくは約7~約10の重量平均エトキシル化度を有するC~C18アルキルエトキシル化アルコールである。本明細書で有用な非イオン性界面活性剤の他の非限定的な例としては、アルコキシレート単位がエチレンオキシ単位、プロピレンオキシ単位、又はこれらの混合物であり得るC~C12アルキルフェノールアルコキシレート;C12~C18アルコール、及びエチレンオキシド/プロピレンオキシドブロックポリマーとのC~C12アルキルフェノール縮合物(Pluronic(登録商標)(BASF)など);C14~C22中鎖分枝状アルコール(BA);C14~C22中鎖分枝状アルキルアルコキシレート(BAE、式中、xは1~30である);アルキル多糖類(特にアルキルポリグリコシド);ポリヒドロキシ脂肪酸アミド、及びエーテルキャップ化ポリ(オキシアルキル化)アルコール界面活性剤が挙げられる。好適な非イオン性界面活性剤はまた、商品名Lutensol(登録商標)としてBASFから販売されているものを含む。
好ましい一実施形態では、ソルビタンエステル及びソルビタンエステルのアルコキシル化誘導体から選択される非イオン性界面活性剤としては、モノラウリン酸ソルビタン(SPAN(登録商標)20)、モノパルミチン酸ソルビタン(SPAN(登録商標)40)、モノステアリン酸ソルビタン(SPAN(登録商標)60)、トリステアリン酸ソルビタン(SPAN(登録商標)65)、モノオレイン酸ソルビタン(SPAN(登録商標)80)、トリオレイン酸ソルビタン(SPAN(登録商標)85)、イソステアリン酸ソルビタン、モノラウリン酸ポリオキシエチレン(20)ソルビタン(Tween(登録商標)20)、モノパルミチン酸ポリオキシエチレン(20)ソルビタン(Tween(登録商標)40)、モノステアリン酸ポリオキシエチレン(20)ソルビタン(Tween(登録商標)60)、モノオレイン酸ポリオキシエチレン(20)ソルビタン(Tween(登録商標)80)、モノラウリン酸ポリオキシエチレン(4)ソルビタン(Tween(登録商標)21)、モノステアリン酸ポリオキシエチレン(4)ソルビタン(Tween(登録商標)61)、モノオレイン酸ポリオキシエチレン(5)ソルビタン(Tween(登録商標)81)(これらは全てUniqemaから入手可能)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
本発明の実施に最も好ましい非イオン性界面活性剤としては、5~15の範囲の重量平均アルコキシル化度を有するC~C20直鎖又は分枝鎖アルキルアルコキシル化アルコール(AA)、より好ましくは7~9の範囲の重量平均アルコキシル化度を有するC12~C14直鎖エトキシル化アルコールが挙げられる。存在する場合、本発明の固体シートにおけるAAタイプの非イオン性界面活性剤の量は、固体シートの総重量に対して約2%~約40%、好ましくは約5%~約30%、より好ましくは約8%~約12%の範囲であり得る。
本発明の固体シートにおける使用に好適な両性界面活性剤は、脂肪族第二級及び第三級アミンの誘導体として広く記載されるものであり、脂肪族ラジカルは、直鎖又は分枝鎖であってよく、脂肪族置換基の1つは、約8~約18個の炭素原子を含有し、1つは、アニオン性水溶性基、例えば、カルボキシ、スルホネート、サルフェート、ホスフェート、又はホスホネートを含有する。この定義に該当する化合物の例は、3-ドデシル-アミノプロピオン酸ナトリウム、3-ドデシルアミノプロパンスルホン酸ナトリウム、ラウリルサルコシン酸ナトリウム、N-アルキルタウリン(ドデシルアミンをイセチオン酸ナトリウムと反応させることによって調製されるものなど)、及びN-高級アルキルアスパラギン酸である。
パーソナルケア用途(例えば、シャンプー、フェイシャルクレンザー又はボディクレンザーなど)で固体シートに組み込むのに特に好適な両性界面活性剤の1つのカテゴリーとしては、ラウロアンホアセテート及びココアンホアセテートなどのアルキルアンホアセテートが挙げられる。アルキルアンホアセテートは、モノアセテート及びジアセテートで構成され得る。アルキルアンホアセテートのいくつかの種類では、ジアセテートは、不純物又は意図しない反応生成物である。存在する場合、本発明の固体シートにおけるアルキルアンホアセテートの量は、固体シートの総重量に対して約2%~約40%、好ましくは約5%~約30%、より好ましくは約10%~約20%の範囲であり得る。
好適な双極性界面活性剤には、脂肪族第四級アンモニウム、ホスホニウム、及びスルホニウム化合物の誘導体として広く記述されるものであって、その脂肪族ラジカルが直鎖又は分枝鎖であることができ、その脂肪族置換基のうちの1つが約8~約18個の炭素原子を含有し、1つがアニオン性基、例えば、カルボキシ、スルホネート、サルフェート、ホスフェート、又はホスホネートを含有するものが挙げられる。そのような好適な双極性界面活性剤は、次の式で表すことができる。
Figure 0007114590000002
(式中、Rは、約8~約18個の炭素原子のアルキル、アルケニル、又はヒドロキシアルキルラジカル、0~約10個のエチレンオキシド部分、及び0~約1個のグリセリル部分を含有し、Yは、窒素、リン、及び硫黄原子からなる群から選択され、Rは、約1~約3個の炭素原子を含有するアルキル又はモノヒドロキシアルキル基であり、Xは、Yが硫黄原子であるとき、1であり、Yが窒素又はリン原子であるとき、2であり、Rは、約1~約4個の炭素原子のアルキレン又はヒドロキシアルキレンであり、Zは、カルボキシレート、スルホネート、サルフェート、ホスホネート、及びホスフェート基からなる群から選択されるラジカルである)。
本明細書に用いるのに好適な他の双極性界面活性剤には、ココジメチルカルボキシメチルベタイン、ココアミドプロピルベタイン、ココベタイン、ラウリルアミドプロピルベタイン、オレイルベタイン、ラウリルジメチルカルボキシメチルベタイン、ラウリルジメチルαカルボキシエチルベタイン、セチルジメチルカルボキシメチルベタイン、ラウリルビス-(2-ヒドロキシエチル)カルボキシメチルベタイン、ステアリルビス-(2-ヒドロキシプロピル)カルボキシメチルベタイン、オレイルジメチルγ-カルボキシプロピルベタイン、及びラウリルビス-(2-ヒドロキシプロピル)α-カルボキシエチルベタインのような高級アルキルベタインを包含するベタインが挙げられる。スルホベタインは、ココジメチルスルホプロピルベタイン、ステアリルジメチルスルホプロピルベタイン、ラウリルジメチルスルホエチルベタイン、ラウリルビス-(2-ヒドロキシエチル)スルホプロピルベタインなど;本発明で更に有用であるアミドベタイン及びアミドスルホベタイン(RCONH(CHラジカル(式中、Rは、C11~C17アルキルである)がベタインの窒素原子に付着したもの)が代表的なものであり得る。
カチオン性界面活性剤はまた、本発明において、特に布地柔軟剤及びヘアコンディショナー製品において利用することができる。カチオン性界面活性剤を主な界面活性剤として含有する製品を製造する際に使用される場合、このようなカチオン性界面活性剤は、固体シートの総重量に対して約2%~約30%、好ましくは約3%~約20%、より好ましくは約5%~約15%の範囲の量で存在することが好ましい。
カチオン性界面活性剤にはDEQA化合物を挙げることができ、これは、ジアミド活性成分、並びにアミド結合及びエステル結合の混合を有する活性成分を包含する。好ましいDEQA化合物は、典型的には、MDEA(メチルジエタノールアミン)及びTEA(トリエタノールアミン)などのアルカノールアミンを脂肪酸と反応させることによって製造される。このような反応から典型的に得られるいくつかの物質としては、N,N-ジ(アシル-オキシエチル)-N,N-ジメチルアンモニウムクロリド又はN,N-ジ(アシル-オキシエチル)-N,N-メチルヒドロキシエチルアンモニウムメチルサルフェートが挙げられ、ここで、アシル基は、動物脂、不飽和、及び多価不飽和脂肪酸から誘導される。
カチオン性界面活性剤としての使用に好適な他の活性成分としては、例えば、分子比約2:1での、脂肪酸とジアルキレントリアミンとの反応生成物が挙げられ、当該反応生成物は次式の化合物を含有する。
-C(O)-NH-R-NH-R-NH-C(O)-R
式中、R、Rは上記に定義したとおりであり、各Rは、C1~6アルキレン基、好ましくはエチレン基である。これらの活性成分の例は、約2:1の分子比でのタロー酸、キャノーラ酸、又はオレイン酸とジエチレントリアミンの反応生成物であり、当該反応生成物混合物は、N,N’’-ジタローオイルジエチレントリアミン、N,N’’-ジキャノーラ-オイルジエチレントリアミン、又はN,N’’-ジオレオイルジエチレントリアミンを含有し、それぞれ、次式を有する。
-C(O)-NH-CHCH-NH-CHCH-NH-C(O)-R
式中、R及びRは二価エチレン基であり、Rは上記に定義したとおりであり、Rが植物又は動物供給源から誘導される市販のオレイン酸のオレオイル基である場合、この構造の利用可能な例としては、Henkel Corporationから入手可能なEMERSOL(登録商標)223LL又はEMERSOL(登録商標)7021が挙げられる。
カチオン性界面活性剤として使用される別の活性成分は、次式を有する。
[R-C(O)-NR-R-N(R)-R-NR-C(O)-R
式中、R、R、R、R及びXは、上記のように定義される。この活性成分の例は、次式を有するジ脂肪アミドアミン系柔軟剤である。
[R-C(O)-NH-CHCH-N(CH)(CHCHOH)-CHCH-NH-C(O)-RCHSO
式中、R-C(O)は、オレオイル基、ソフトタロー基、又は硬化タロー基であり、DegussaからそれぞれVARISOFT(登録商標)222LT、VARISOFT(登録商標)222、及びVARISOFT(登録商標)110の商品名で市販されている。
カチオン性界面活性剤として使用するための活性成分として好適な第2のタイプのDEQA(「DEQA(2)」)化合物は、次の一般式を有する。
[RCHCH(YR)(CHYR)]X
(式中、各Y、R、R、及びXは、上記と同じ意味を有する)。好ましいDEQA(2)の例は、式1,2-ジ(アシルオキシ)-3-トリメチルアンモニオプロパンクロリドを有する「プロピル」エステル四級アンモニウム布地柔軟剤活性物質である。
本発明のパーソナルケア組成物での使用に好適な高分子界面活性剤としては、限定するものではないが、エチレンオキシドと脂肪族アルキル残基とのブロックコポリマー、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとのブロックコポリマー、疎水変性ポリアクリレート、疎水変性セルロース、シリコーンポリエーテル、シリコーンコポリオールエステル、ジ四級ポリジメチルシロキサン、及び共修飾されたアミノ/ポリエーテルシリコーンが挙げられる。
3.可塑剤
本発明の好ましい実施形態では、本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シートは、可塑剤を更に含み、好ましくは、当該固体シートの総重量に対して約0.1%~約25%、好ましくは約0.5%~約20%、より好ましくは約1%~約15%、最も好ましくは2%~12%の範囲の量で含む。これに対応して、このような固体シートを形成するために使用される湿潤プレミックスは、当該湿潤プレミックスの約0.02重量%~約20重量%、一実施形態では当該湿潤プレミックスの約0.1重量%~約10重量%、一実施形態では当該湿潤プレミックスの約0.5重量%~約5重量%の可塑剤を含み得る。
本発明に用いるのに好適な可塑剤としては、例えば、ポリオール、コポリオール、ポリカルボン酸、ポリエステル、ジメチコーンコポリオールなどが挙げられる。
有用なポリオールの例としては、グリセリン、ジグリセリン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール(特に200~600)、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、グリセロール誘導体(プロポキシル化グリセロールなど)、グリシドール、シクロヘキサンジメタノール、ヘキサンジオール、2,2,4-トリメチルペンタン-1,3-ジオール、ペンタエリスリトール、尿素、糖アルコール(ソルビトール、マンニトール、ラクチトール、キシリトール、マルチトール、及び他の一価及び多価アルコールなど)、単糖、二糖、及びオリゴ糖(フルクトース、グルコース、スクロース、マルトース、ラクトース、高フルクトースコーンシロップ固体、及びデキストリンなど)、アスコルビン酸、ソルビン酸塩、エチレンビスホルムアミド、アミノ酸などが挙げられるが、これらに制限されない。
ポリカルボン酸の例としては、クエン酸、マレイン酸、コハク酸、ポリアクリル酸、及びポリマレイン酸が挙げられるが、これらに限定されない。
好適なポリエステルの例としては、グリセロールトリアセテート、アセチル化モノグリセリド、ジエチルフタレート、トリエチルシトレート、トリブチルシトレート、アセチルトリエチルシトレート、アセチルトリブチルシトレートが挙げられるが、これらに限定されない。
好適なジメチコーンコポリオールの例としては、PEG-12ジメチコン、PEG/PPG-18/18ジメチコン、及びPPG-12ジメチコンが挙げられるが、これらに限定されない。
他の好適な可塑剤としては、アルキル及びアリルフタレート;ナフタレート;ラクテート(例えば、ナトリウム、アンモニウム及びカリウム塩);ソルベス-30;尿素;乳酸;ピロリドンカルボン酸ナトリウム(PCA);ヒアルロン酸ナトリウム又はヒアルロン酸;可溶性コラーゲン;変性タンパク質;L-グルタミン酸モノナトリウム;α&βヒドロキシル酸、例えば、グリコール酸、乳酸、クエン酸、マレイン酸及びサリチル酸;ポリメタクリル酸グリセリル;ポリマー可塑剤、例えばポリクオタニウム;タンパク質及びアミノ酸、例えばグルタミン酸、アスパラギン酸、及びリシン;水素デンプン加水分解産物;その他低分子量エステル(例えば、C~C10アルコールと酸のエステル);並びに、食品及びプラスチック業界の当業者に既知である任意の他の水溶性可塑剤;並びにこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
可塑剤の特に好ましい例としては、グリセリン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、及びこれらの混合物が挙げられる。最も好ましい可塑剤はグリセリンである。
4.追加成分
上述の成分(例えば水溶性ポリマー、界面活性剤及び可塑剤)に加えて、本発明の固体シートは、その意図される用途に応じて、1種以上の追加成分を含んでもよい。そのような1種以上の追加成分は、布地ケア活性物質、食器洗浄活性物質、硬質表面洗浄活性物質、美容及び/又はスキンケア活性物質、パーソナルクレンジング活性物質、ヘアケア活性物質、口腔ケア活性物質、女性ケア活性物質、ベビーケア活性物質、並びにこれらの任意の組み合わせからなる群から選択され得る。
好適な布地ケア活性物質としては、有機溶媒(直鎖又は分枝鎖の低級C~Cアルコール、ジオール、グリセロール又はグリコール;C~Cアルカノールアミンなどのより低級のアミン溶媒、及びこれらの混合物;より具体的には、1,2-プロパンジオール、エタノール、グリセロール、モノエタノールアミン及びトリエタノールアミン)、担体、ヒドロトロープ、ビルダー、キレート剤、分散剤、酵素及び酵素安定剤、触媒材料、漂白剤(光漂白剤を含む)及び漂白活性化剤、香料(カプセル化香料又は香料マイクロカプセルを含む)、着色剤(顔料及び染料など、色相染料を含む)、増白剤、移染防止剤、粘土汚れ除去/再付着防止剤、構造化剤、レオロジー変性剤、抑泡剤、加工助剤、布地柔軟剤、抗菌剤などが挙げられるが、これらに限定されない。
好適なヘアケア活性物質としては、縮れ減少のためのクラスIIの水分調整物質(サリチル酸及び誘導体、有機アルコール、及びエステル)、カチオン性界面活性剤(特に、25℃での水への溶解度が、好ましくは0.5g/水100g未満、より好ましくは0.3g/水100g未満の溶解度を有する非水溶性タイプ)、高融点脂肪族化合物(例えば、25℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは45℃以上、更により好ましくは50℃以上の融点を有する脂肪族アルコール、脂肪酸、及びこれらの混合物)、シリコーン化合物、コンディショニング剤(例えば、商標名Peptein 2000としてHormelから入手可能な加水分解コラーゲン、商標名Emix-dとしてEisaiから入手可能なビタミンE、Rocheから入手可能なパンテノール、Rocheから入手可能なパンテニルエチルエーテル、加水分解ケラチン、タンパク質、植物抽出物、及び栄養素)、防腐剤(例えばベンジルアルコール、メチルパラベン、プロピルパラベン及びイミダゾリジニル尿素)、pH調整剤(例えばクエン酸、クエン酸ナトリウム、コハク酸、リン酸、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム)、塩(例えば酢酸カリウム及び塩化ナトリウム)、着色剤、香料又は芳香剤、金属イオン封鎖剤(例えば、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウムなど)、紫外線及び赤外線遮断及び吸収剤(サリチル酸オクチルなど)、毛髪脱色剤、毛髪パーマ剤、毛髪固定剤、抗ふけ剤、抗菌剤、毛髪成長又は育毛剤、共溶媒又は他の追加の溶媒などが挙げられるが、これらに限定されない。
好適な美容及び/又はスキンケア活性物質には、化粧品での使用が認可され、かつCTFA Cosmetic Ingredient Handbook,Second Edition,The Cosmetic,Toiletries,and Fragrance Association,Inc.1988,1992などの参考文献に記載されている物質が挙げられる。好適な美容及び/又はスキンケア活性物質の更なる非限定的な例としては、防腐剤、香料又は芳香剤、着色剤又は染料、増粘剤、保湿剤、皮膚軟化剤、医薬活性物質、ビタミン又は栄養素、日焼け止め剤、脱臭剤、感覚剤、植物抽出物、栄養素、収れん剤、化粧品粒子、吸収性粒子、繊維、抗炎症剤、美白剤、皮膚色調剤(皮膚色調全体を改善するように機能し、ビタミンB3化合物、糖アミン、ヘキサミジン化合物、サリチル酸、ヘキシルレゾルシノール及びレチノイドなどの1,3-ジヒドロキシ-4-アルキルベンゼンが挙げられ得る)、皮膚日焼け剤、剥離剤、保湿剤、酵素、酸化防止剤、フリーラジカル捕捉剤、抗しわ活性物質、抗にきび剤、酸、塩基、ミネラル、懸濁剤、pH調整剤、顔料粒子、抗菌剤、防虫剤、シェービングローション剤、共溶媒又は他の追加の溶媒などが挙げられる。
本発明の固体シートは、組成物での使用が既知であるか、あるいは有用であるような他の任意成分を更に含んでもよく、かかる任意材料は本明細書に記載の選択された不可欠な材料と互換性があるか、あるいは過度に製品性能を損なわないという条件で含まれる。
本発明の固体シートによって形成され得る製品タイプの実施形態の非限定的な例としては、洗濯洗剤製品、布地柔軟製品、手洗浄製品、毛髪シャンプー又は他の毛髪処理製品、ボディクレンジング製品、シェービング準備製品、食器洗浄製品、パーソナルケア基材(医薬又は他のスキンケア活性物質を含む)、保湿製品、日焼け止め製品、美容製品又はスキンケア製品、脱臭製品、口腔ケア製品、女性用洗浄製品、ベビーケア製品、芳香剤含有製品などが挙げられる。
VI.複数のシートを多層可溶性固体物品に組み立てる
上記に述べた可撓性の可溶性多孔質固体シートが形成されると、このようなシートの2以上を更に一緒に組み立てて、本発明の多層可溶性固体物品を所望のアスペクト比(すなわち、D/z比)で形成することができる。
本発明の多層可溶性固体物品は、任意の望ましい三次元形状を有してよく、例えば球状、立方体、矩形、多角形、楕円形、円筒形、ロッド状、シート状、花形、扇形、星形、ディスク形などが挙げられるが、これらに限定されない。シートは、化学的手段、機械的手段、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない、当該技術分野において既知の任意の手段によって、組み合わされ及び/又は処理されてよい。このような組み合わせ及び/又は処理工程は、本明細書において「変換」プロセスと総称され、すなわちこれは、本発明の2以上の可撓性の可溶性多孔質シートを、所望の三次元形状を有する可溶性固体物品に変換するように機能する。
上述したように、上記の可撓性の可溶性多孔質シートの複数の層を一緒に積み重ねることによって形成される本発明の多層可溶性固体物品は、同じアスペクト比を有する単層可溶性固体物品よりも可溶性が高いことが、本発明の驚くべきかつ予期せぬ発見であった。これにより、厚さ又はz方向に沿ったこのような固体物品の有意な伸張が可能になり、取り扱いがより容易で、消費者にとって審美的に心地良い(例えば、厚いパッド又は更には立方体の形態の製品)三次元製品形状を作り出すことができる。
具体的には、本発明の多層可溶性固体物品は、1~約10、好ましくは約1.4~約9、好ましくは約1.5~約8、より好ましくは約2~約7の範囲のアスペクト比によって特徴付けられる。
本発明の多層可溶性固体物品は、約3mm超であるが約20cm未満、好ましくは約4mm~約10cm、より好ましくは約5mm~約30mmの最小寸法zを有し得る。
上述の多層可溶性固体物品は、そのような可撓性の可溶性多孔質シートを2超含んでもよい。例えば、当該可撓性の可溶性多孔質シートを約4~約50、好ましくは約5~約40、更に好ましくは約6~約30含んでもよい。本発明に従って作製された可撓性の可溶性多孔質シート内の改善されたOCF構造は、多くのシート(例えば、15~40)を一緒に積み重ねることを可能にする一方で、依然として積層体に十分な全体的な溶解速度を提供する。
本発明の特に好ましい実施形態では、この多層可溶性固体物品は、上記の可撓性の可溶性多孔質シートを15~40含み、約2~約7の範囲のアスペクト比を有する。
本発明の多層可溶性固体物品は、そのような物品の外面(例えば、1つ以上の側面)から見える、異なる色の個々のシートを含んでもよい。異なる色のこのような視認可能なシートは、消費者にとって審美的に心地良いものである。更に、個々のシートの異なる色は、個々のシートに含まれる異なる有益剤を示す視覚的合図を提供することができる。例えば、多層可溶性固体物品は、第1の色を有しかつ第1の有益剤を含む第1のシートと、第2の色を有しかつ第2の有益剤を含む第2のシートとを含んでもよく、この第1の色は、第1の有益剤を示す視覚的合図を提供し、第2の色は、第2の有益剤を示す視覚的合図を提供する。
本発明の多層可溶性固体物品はまた、使用及び取り扱いの容易さの観点から有利である。単一のシートは薄っぺらであり得、使用中に困難を引き起こす可能性がある。比較すると、多層構造ではより容易に拾い上げ、操作することができる。
平坦な2D構造(単一シート)に対して、3D構造(多層)であるという視覚的魅力もある。
本発明において、配合禁忌の有益成分を異なるシートに組み込むことが特に望ましく、これによって、そのような配合禁忌の有益成分が互いに分離及び隔離される。例えば、アルデヒド/ケトン含有成分(香料など)を、求核アミン含有成分(アミノシリコーン及びピロクトンオラミンなど)から分離及び隔離することが可能であり、これによってそれらの間の望ましくない相互作用を回避することができる。本発明の特定の実施形態では、多層可溶性固体物品は、香料を含む第1のシートと、ピロクトンオラミンなどの抗菌剤を含む第2のシートとを含んでもよく、その一方で、そのような第1及び第2のシートは、好ましくは、異なる色によって特徴付けられるので、互いに視覚的に区別することができる。別の利点は、着色が、貯蔵寿命にわたって起こり得る任意の変色を潜在的に隠せる可能性があることである。より好ましくは、このような多層可溶性固体物品は、第1のシートと第2のシートとの間に少なくとも1の追加のシートを含む一方で、当該少なくとも1の追加のシートは、香料もピロクトンオラミンも含まない。最も好ましくは、第1及び第2のシートは、多層可溶性固体物品の対向する最も外側のシートとして配置される。
更に、1種以上の機能性成分は、例えば、噴霧、散布、ダスティング、コーティング、延展、浸漬、注入、又は更には蒸着によって、上述のような多層可溶性固体物品の個々のシートの間に「挟み込む」ことができる。このような機能性成分と、個々のシートの周辺部付近の切断シール又は縁部シールとの干渉を回避するために、そのような機能性成分は、2つの隣接するシート間の中央領域内に位置することが好ましい。この中央領域は、そのような隣接するシートの周辺部から、最大寸法Dの少なくとも10%の距離だけ離間している領域として定義される。好適な機能性成分は、洗浄活性物質(界面活性剤、遊離香料、カプセル化香料、香料マイクロカプセル、シリコーン、柔軟剤、酵素、漂白剤、着色剤、ビルダー、レオロジー変性剤、pH調整剤、及びこれらの組み合わせ)、及びパーソナルケア活性物質(例えば、皮膚軟化剤、保湿剤、コンディショニング剤、及びこれらの組み合わせ)からなる群から選択することができる。
試験方法
試験1:シート物品の表面平均孔径を決定するための走査型電子顕微鏡(SEM)方法
Hitachi TM3000 Tabletop Microscope(S/N:123104-04)を使用して、試料のSEM顕微鏡写真を取得する。本発明の固体シート物品の試料は、面積約1cm×1cmであり、より大きなシートから切断される。画像を倍率50Xで撮影し、装置を15kVで操作する。最低5枚の顕微鏡画像が、各試料にわたってランダムに選択された位置で撮影され、約43.0mmの合計分析面積が得られ、これにわたって平均孔径が推定される。
次いで、SEM顕微鏡写真は、最初に、Matlabの画像分析ツールボックスを使用して処理される。必要に応じて、画像はグレースケールに変換される。所与の画像について、「imhist」Matlab関数を使用して、単一画素ごとの強度値のヒストグラムが生成される。典型的には、このようなヒストグラムから、より明るいシート表面の画素と、より暗い孔内の領域の画素とに対応する2つの別個の分布が明らかである。これら2つの分布のピーク値間の強度値に対応する閾値が選択される。次いで、この閾値よりも低い強度値を有する全ての画素は、強度値0に設定され、閾値よりも強度値が高い画素は1に設定され、それによって、バイナリー白黒画像が生成される。次いで、このバイナリー画像は、ImageJ(https://imagej.nih.gov、バージョン1.52a)を用いて、孔面積率及び孔径分布の両方を調べる。各画像のスケールバーを使用して、ピクセル/mmスケール因子を提供する。分析のために、自動閾値及び分析粒子機能を使用して、各孔を分離する。分析関数からの出力は、画像全体の面積率、及び、検出された各個々の孔の孔面積及び孔外周を含む。
平均孔直径は、D50として定義され、これは、総孔面積の50%が、D50平均直径以下の水力直径を有する孔から構成される。
水力直径=「4×孔面積(m)/孔周辺(m)」。
これは、全てが必ずしも円形ではない孔を考慮するために計算された直径当量である。
試験2:連続気泡発泡体(OCF)の全体又は領域の平均孔径及び平均気泡壁厚さを決定するためのマイクロコンピュータ断層撮影(μCT)方法
多孔度は、OCFによって占有される全空間に対する空隙空間の比率である。多孔度は、空隙ボクセル対総ボクセルの比を閾値化し決定することによって、空隙空間をセグメント化することにより、μCTスキャンから計算することができる。同様に、固体体積分率(SVF)は、全空間に対する固体空間の比率であり、SVFは、占有されたボクセル対総ボクセルの比として計算することができる。多孔度及びSVFの両方は、OCFの高さ方向における孔径分布、又はOCFストラットの平均気泡壁厚などの構造情報を提供しない、平均スカラー値である。
OCFの3D構造を特徴付けるために、等方性空間高分解能でデータセットを取得することができるμCT X線走査機器を使用して試料を撮像する。好適な計測器の一例は、以下の設定で作動するSCANCOシステムモデル50μCTスキャナ(Scanco Medical AG,Bruttisellen,Switzerland)である;エネルギーレベル:133μAにおいて45kVp;投影:3000;視野:15mm;積分時間:750ms;5回の平均;及びボクセルサイズ:3μm/ピクセル。走査及びその後のデータ再構成が完了した後、スキャナシステムは、ISQファイルと称される16ビットデータセットを作成し、グレーレベルはX線減衰の変化を反映し、これは材料密度に関連する。ISQファイルは、次いで、スケール因子を使用して8ビットに変換される。
走査されたOCF試料は、通常、直径約14mmのコアを穿孔することによって調製される。OCFパンチは、低減衰発泡体上に平らに置かれ、次いで、走査のために直径15mmのプラスチック円筒管に取り付けられる。試料の走査は、全ての取り付けた切断試料の体積全体がデータセットに含まれるように取得される。このより大きなデータセットから、試料データセットのより小さなサブ体積が、走査されたOCFの総断面から抽出され、3Dのデータスラブを生成し、ここで、孔は、エッジ/境界効果なしに定性的に評価することができる。
高さ方向における孔径分布を特徴付けるために、ストラットサイズ、局所厚さマップアルゴリズム(すなわちLTM)が、サブ体積データセット上に実装される。LTM法は、最初にユークリッド距離マッピング(EDM)を行い、各空隙ボクセルがその最も近い境界から離れている距離に等しいグレーレベル値を割り当てる。EDMデータに基づいて、孔を表す3D空隙(又は、ストラットを表す3D固体空間)は、EDM値に一致するようにサイズ決めされた球体で平面充填される。球体によって囲まれたボクセルには、最大球面の半径値が割り当てられる。換言すれば、各空隙ボクセル(又はストラットの固体ボクセル)には、両方が空隙域境界(又はストラットの固体空間境界)内に適合し、かつ割り当てられたボクセルを含む、最大球の径方向値が割り当てられる。
LTMデータスキャンから出力された3D標識された球面分布は、高さ方向(すなわちZ方向)における2次元画像の積層として処理され、スライス間での球面直径の変化をOCF深度の関数として推定するために使用することができる。ストラットの厚さは、3Dデータセットとして処理され、平均値は、サブ体積の全体又は一部について評価することができる。計算及び測定は、Thermo Fisher ScientificのAVIZO Lite(9.2.0)及びMathworksのMATLAB(R2017a)を使用して行った。
試験3:シート物品の連続気泡含有率
連続気泡含有率は、ガス比重瓶法により測定される。ガス比重瓶法は、体積を正確に測定するガス置換法を用いる一般的な分析技術である。ヘリウム又は窒素のような不活性ガスが、その置換媒体として使われる。本発明の固体シート物品の試料を既知の体積の計器コンパートメント内に密閉し、適切な不活性ガスを入れ、次いで別の精密な内部体積に膨張させる。膨張前及び膨張後の圧力を測定し、これを使用して試料物品の体積を計算する。
ASTM標準試験方法D2856は、気体比較比重瓶の古いモデルを用いて連続気泡の割合を決定する手順を提供する。この装置はもはや製造されていない。しかしながら、MicromeriticsのAccuPyc比重瓶を用いるテストを実施することにより、便利にかつ精密に連続気泡百分率を決定することができる。ASTM手順書D2856は、発泡材料の連続気泡比率を決定する5つの方法(A、B、C、D、及びE)について述べている。これらの実験のために、窒素ガスを用い、Accupyc 1340を使用して、ASTM foampycソフトウェアにより、試料を分析することができる。ASTM手順書の方法Cが、連続気泡比率を計算するために使われる。この方法は、カリパスと標準体積計算を使用して決定される幾何学的体積を、以下の式により、Accupycによって測定される連続気泡体積と単純に比較する。
連続気泡百分率=試料の連続気泡体積/試料の幾何学的体積×100
これらの測定は、Micromeretics Analytical Services,Inc.(One Micromeritics Dr,Suite 200,Norcross,GA 30093)により行うことを薦める。この技術に関するより多くの情報は、Micromeretics Analytical Servicesのウェブサイト(www.particletesting.com又はwww.micromeritics.com)上で、又はClyde Orr及びPaul Webb著「Analytical Methods in Fine particle Technology」で入手できる。
試験4:シート物品の最終含水量
本発明の固体シート物品の最終水分含有量は、Mettler Toledo HX204 Moisture Analyzer(S/N B706673091)を使用することによって得られる。乾燥したシート物品の最低1gを測定トレイ上に置く。次いで、標準プログラムを、分析時間10分間、温度110℃の追加プログラム設定で実行する。
試験5:シート物品の厚さ
本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シート物品の厚さは、Mitutoyo Corporation Digital Disk Stand Micrometer Model Number IDS-1012E(Mitutoyo Corporation,965 Corporate Blvd,Aurora,IL,USA 60504)などのマイクロメーターゲージ又は隙間ゲージを用いて得られる。このマイクロメーターは、直径1インチ、重さ約32グラムのプラテンを有し、約0.09psi(6.32gm/cm)の印加圧力で厚さを測定する。
可撓性の多孔質可溶性固体シート物品の厚さは、プラテンを引き起こし、シート物品の一部分をプラテンの真下のスタンド上に置き、注意深くプラテンを下げてシート物品に接触させ、プラテンを解放し、シート物品の厚さをミリメートル単位で数値表示装置上で測定することにより、測定する。平らでないより堅い基材の場合を除いて、厚さを可能な限り最下位の表面圧力において測定するのを確実にするために、シート物品をプラテンの全てのエッジまで十分に延ばすべきである。
試験6:シート物品の坪量
本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シート物品の坪量は、その面積当たりのシート物品の重量(グラム/m)として計算される。その面積は、シート物品の外側エッジに直角の平坦表面上の投影面積として計算される。本発明の固体シート物品は、10cm×10cmの正方形試料に切断されているため、その領域は既知である。次いで、このような正方形試料のそれぞれを秤量し、得られた重量を既知の面積100cmで割って、対応する坪量を決定する。
不規則な形状の物品の場合、平らな物体に対しては、面積は、したがってそのような物品の外側周囲内に取り囲まれている面積に基づいて計算される。したがって、球状物体に関しては、面積は、平均直径に基づいて3.14×(直径/2)として計算される。円筒状の物体に対しては、面積は、したがって直径×長さとして平均直径及び平均長さに基づいて計算される。不規則な形状の三次元物体に対しては、面積は、この側部に直角に方向付けられた平坦表面上に投影される最大の外側寸法を備える側部に基づいて計算される。このことは、物体の外側寸法を1枚のグラフ用紙に鉛筆で注意深くトレーシングし、次に正方形を近似的に計数し、その正方形の既知の面積を乗算することによるか、又はスケールを含むトレーシングした領域(コントラストのために陰影がつけられている)の写真を撮り、画像分析技術を用いることにより、その面積を算定することによって達成できる。
試験7:シート物品の密度
本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シート物品の密度は、次の式によって決定される:計算濃度=多孔質固体物の坪量/(多孔質固体物の厚さ×1,000)。可溶性多孔質固体物の坪量及び厚さは、本明細書に記載の方法に従って決定される。
試験8:シート物品の比表面積
可撓性の多孔質可溶性固体シート物品の比表面積は、ガス吸着技術を介して測定される。表面積は、分子規模の固体試料の露出した表面の測定である。BET(Brunauer、Emmet、及びTeller)理論は、表面積を決定するのに用いられる最もよく知られているモデルであり、ガス吸着等温線に基づいている。ガス吸着は、物理的な吸着及び毛管凝縮を用いてガス吸着等温線を測定するものである。この技術は、以下の工程によって要約される。試料を試料管に入れ、真空下又はガス流下で熱して試料の表面上の汚染物を除去する。試料重量は、脱ガスされた試料及び試料管の混合重量から空の試料管重量を差し引くことで得られる。次いで試料管を分析ポート上に置き、分析を開始する。この分析方法の最初の工程は、試料管を排気し、次に液体窒素温度でヘリウムガスを用いて試料管内の自由空間体積を測定する。次いで試料を2度目の排気をし、ヘリウムガスを除去する。計器は次いで、要求される圧力測定値が達成されるまで、ユーザーが特定する間隔でクリプトンガスを投与することによって吸着等温線を収集し始める。次いで、試料を、クリプトンガス吸着を備えるASAP2420を用いて分析することができる。これらの測定は、Micromeretics Analytical Services,Inc.(One Micromeritics Dr,Suite 200,Norcross,GA 30093)により行うことを薦める。この技術に関するより多くの情報は、Micromeretics Analytical Servicesのウェブサイト(www.particletesting.com又はwww.micromeritics.com)上で入手可能であり、あるいはClyde Orr及びPaul Webbによる本「Analytical Methods in Fine particle Technology」に公開されている。
試験9:溶解速度
本発明の可溶性シート又は固体物品の溶解速度は、以下のように測定される。
1.室温(25℃)で脱イオン水400mLを1Lビーカーに加え、次いでビーカーを磁気撹拌板上に置く。
2.長さ23mm及び厚さ10mmの電磁撹拌棒を水に入れ、300rpmで回転するように設定する。
3.Mettler Toledo S230導電率計を1413μS/cmに較正し、プローブを水のビーカー内に配置する。
4.各実験では、試料の数は、最低0.2gの試料が水に溶解するように選択される。
5.導電率計のデータ記録機能を開始し、試料をビーカー内に落とす。5秒間、ガラスビーカーの直径と同様の直径を有する平坦な鋼板を使用して、水の表面の下に試料を浸漬し、試料が表面に浮遊するのを防ぐ。
6.導電率は、定常状態値に達するまで、少なくとも10分間記録される。
7.95%溶解に達するのに必要な時間を計算するために、まず、導電率データから10秒の移動平均を計算する。次いで、この移動平均が最終的な定常状態の導電率値の95%を超えた時間が推定され、これが95%の溶解を達成するのに必要な時間とされる。
実施例1:様々な加熱/乾燥構成によって作製された固体シートにおける様々なOCF構造
以下の表1及び表2に記載のように、それぞれ洗濯ケア及びヘアケア物品用に、以下の界面活性剤/ポリマー組成物を有する湿潤プレミックスを調製する。
Figure 0007114590000003
表1に記載の湿潤プレミックス組成物の粘度は、約14309.8cpsである。エアレーション後、このようなエアレートされた湿潤プレミックスの平均密度は、約0.25g/cmである。
Figure 0007114590000004
表2に記載の湿潤プレミックス組成物の粘度は、約19254.6cpsである。エアレーション後、このようなエアレートされた湿潤プレミックスの平均密度は、約0.225g/cmである。
本発明の可撓性多孔質可溶性固体シートA及びBは、以下の表3に記載される以下の設定及び条件を用いて、連続エアレーター(Aeros)及び回転ドラム乾燥機を使用して、表1及び2に記述された上記の湿潤プレミックスから調製される。
Figure 0007114590000005
本発明の可撓性の多孔質可溶性固体シートCはまた、以下の表4に記載されるような以下の設定及び条件を用いて、連続エアレーター(Oakes)及びホットプレート(底部伝導式加熱を提供する)上に配置された金型を使用して、表2に記述された上記の湿潤プレミックスから調製される。
Figure 0007114590000006
更に、比較の可撓性の多孔質可溶性固体シートI及びIIは、表1及び2に記載される上記の湿潤プレミックスから、連続エアレーター(Oakes)及びインピンジメントオーブン上に配置された金型を使用して、下記の表5に記載される以下の設定及び条件を用いて、調製される。
Figure 0007114590000007
以下の表6~9は、上記の湿潤プレミックス及び乾燥プロセスから作製された、本発明の固体シートA~C及び比較の固体シートI~IIについて測定された様々な物理的パラメータ及び孔構造を要約している。
Figure 0007114590000008
Figure 0007114590000009
Figure 0007114590000010
Figure 0007114590000011
上記のデータは、本発明の固体シートが主に連続気泡であり、本発明の方法により作製された本発明の固体シートが、100μmを超える上面平均孔径を有し、一方、比較固体シートはそうではないことを示している。具体的には、図7Aは、本発明のシートAの上面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示し、図7Bは、比較の固体シート比較例Iの上面のSEM画像を示す。図8Aは、本発明の固体シートCの上面のSEM画像を示し、図8Bは、比較の固体シート比較例IIの上面のSEM画像を示す。
更に、上記のデータは、本発明の固体シートが、比較の固体シートよりも、平均孔径の領域間変動が有意に小さく、特に、下部平均孔径対上部平均孔径の比が有意に小さいことを示している。
実施例2:単層及び多層の可溶性固体物品の溶解速度比較
以下の組成を有する可撓性の可溶性多孔質シートが、上記の処理工程を使用して最初に作製される。
Figure 0007114590000012
具体的には、上記の成分及び追加の水を含有する湿潤プレミックスを最初に調製して、約35重量%の総固形分とする(すなわち、スラリー中の総含水量は約65重量%である)。スラリー調製方法は、以下のとおりである。
1.まず、水及びグリセリンを一緒にガラスビーカーに加え、オーバーヘッド撹拌機を用いて200rpmで撹拌する。
2.撹拌を継続しながら、ポリビニルアルコールを、次いで、水及びグリセリンの入ったビーカーにゆっくりと添加し、溶液の発泡又はポリビニルアルコールの凝集が起こらないようにする。
3.次いでビーカーを水浴に入れ、撹拌を続けながら80℃に加熱する。ビーカーは、水の蒸発を軽減するためにクリングリフィルム又は錫箔で被覆し、混合を少なくとも1.0時間継続させる。
4.残りの成分を秤量し、別個のガラスビーカー内で一緒に添加する。スラリー中の65%の総含水量を達成するために必要とされる水の残部もまた、このビーカーに添加される。
5.このビーカーを80℃の水浴に入れ、その内容物をオーバーヘッド撹拌機を用いて500rpmで少なくとも30分間撹拌する。
6.両方のビーカーで、予め定義された混合時間に到達したら、両方の内容物を一緒に単一のガラスビーカーに加え、続いて500rpmで継続的に撹拌し、温度を少なくとも更に30分間80℃に維持する。
このように形成された湿潤プレミックスは、約19254.6cpsの粘度を有する。次いで、以下のようにエアレートされる。
1.ジャケット付きホッパー(モデルJCABT10)及びA20混合ヘッドからなるAeros A20連続エアレーターを、水浴及びポンプを使用して80℃に予熱する。
2.次に、前に調製したスラリーをホッパーに添加する。次いで、エアレーター装置をオンにし、混合ヘッド速度、供給ポンプ速度、及び空気流量をそれぞれ600、500及び100に設定する。
3.エアレートされたスラリーは、エアレーター出口から回収され、その密度は、既知の体積の密度カップを充填し、エアレートされたスラリーの質量を計量することによって測定される。上記エアレーター設定では、約0.225g/cmのエアレートされたスラリー密度が達成される。
エアレートされた湿潤プレミックスを乾燥させるために、15cm×15cmのアルミニウム合金板のセットが、それぞれ、画定された深さ(例えば、1、3、5又は10mm)の内部空洞を備えて提供される。空洞を有する領域の各プレートの下部厚さは、少なくとも5mmである。次いで、エアレートされたスラリーを以下のように乾燥させる。
1.50cm×20cmのホットプレートを130℃に予熱する。
2.必要な空洞深さを有するアルミニウム合金板をホットプレート上に置き、少なくとも30分間加熱する。
3.次いで、エアレートされたスラリーを、アルミニウム合金板の空洞内に、空洞が充填されるまで注ぐ。
4.次いで、過剰なスラリーがあればこれを除去し、スラリーの厚さを空洞深さに一致させるために、30cmのスチール製定規を使用して、空洞の上面に沿って掻き取る。
5.次いで、エアレートされたスラリーは、触れられるほど乾燥するまで、少なくとも1時間乾燥させる。
6.次いで、乾燥したシートをアルミニウム合金板の空洞から取り出し、環境湿度への暴露を低減するためにプラスチック袋に入れる。
上記アルミニウム合金板を用いて作製したシートに加えて、厚さ約0.8~1.2mmの可撓性多孔質固体シートも、以下のように回転ドラム乾燥機プロセスを用いて製造される。
1.回転ドラム乾燥機(ドラム直径約1.5mを有する)を約130℃に予熱する。
2.Aeros A20の出口から回収されたエアレートされたスラリーを、ドラム乾燥機の供給トラフに入れる。
3.入れたらドラム乾燥機の回転を開始し、加熱されたドラム上のスラリー滞留時間が約15分となるように回転速度が設定される。
4.乾燥したら、そのように形成された可撓性多孔質シートは、ドラム表面から剥離され、プラスチック袋に入れられる。
以下は、上述の処理工程に従って調製された試料シートを使用することによって作製された全ての単層又は多層可溶性固体物品のそれぞれの寸法及びアスペクト比であり、それらの対応する溶解速度は、上記のように試験9を使用することによって測定される。
Figure 0007114590000013
各多層物品は、複数の1mm厚のシート(エアレートされた湿潤スラリーを、加熱されたドラム乾燥機上で乾燥させることによって形成される)を積層して、所望の総厚に到達させることによって形成される。
**各単層物品は、エアレートされた湿潤スラリーを、アルミニウム合金板内で、その厚さに合致する所望の深さの空洞で乾燥させることによって形成される。
***95%溶解を達成するために必要な時間。
上記のデータは、本発明の多層可溶性固体物品が、同等のアスペクト比の単一層物品よりも速い溶解速度を有することを示す。驚くべきことに、かつ予想外に、このような固体物品中の層が多いほど、溶解がより速くなることが観察される。
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、特に指定がない限り、そのような各寸法は、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味することを意図している。例えば、「40mm」として開示される寸法は、「約40mm」を意味することが意図される。
相互参照されるか又は関連する全ての特許又は特許出願、及び本願が優先権又はその利益を主張する任意の特許出願又は特許を含む、本明細書に引用される全ての文書は、明示的に除外されるか、又は別途制限されない限り、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。いかなる文献の引用も、本明細書中で開示又は特許請求される任意の発明に対する先行技術であるとはみなされず、あるいはそれを単独で又は他の任意の参考文献と組み合わせたときに、そのような任意の発明を教示、示唆、又は開示するとはみなされない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と矛盾する場合、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。
本発明の特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を行うことができる点は当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内に含まれるそのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲にて網羅することを意図したものである。

Claims (12)

  1. 2以上の可撓性の可溶性多孔質シートを含む可溶性固体物品であって、前記2以上のシートのそれぞれが、水溶性ポリマー及び界面活性剤を含み、かつ、80%~100%の連続気泡含有率、及び100μm~2000μmの全体平均孔径によって特徴付けられ、前記可溶性固体物品が、最大寸法D及び最小寸法zによって特徴付けられ、D/zの比は~10の範囲であり、前記最小寸法zが、3mm~20cmの範囲であり、前記2以上のシートのそれぞれが、0.8mm~4mmの範囲の厚さによって特徴付けられ、前記物品が、前記可撓性の可溶性多孔質シートを4~50含む、可溶性固体物品。
  2. 前記D/zの比が、~9の範囲である、請求項1に記載の可溶性固体物品。
  3. 前記最小寸法zが、4mm~10cmの範囲である、請求項1又は2に記載の可溶性固体物品。
  4. 前記2以上のシートのそれぞれが、0.8mm~2mmの範囲の厚さによって特徴付けられる、請求項1~3のいずれか一項に記載の可溶性固体物品。
  5. 前記物品が、前記可撓性の可溶性多孔質シートを4~40含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の可溶性固体物品。
  6. 前記物品が、0.05グラム/cm~0.5グラム/cmの範囲の密度によって特徴付けられる、請求項1~5のいずれか一項に記載の可溶性固体物品。
  7. 前記2以上の可撓性の可溶性多孔質シートのうちの少なくとも1のシートが、該シートの総重量に対して10%~40%の前記水溶性ポリマーを含み、かつ/又は、前記少なくとも1のシートが、該シートの総重量に対して5%~80%の前記界面活性剤を更に含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の可溶性固体物品。
  8. 前記少なくとも1のシートが、該シートの総重量に対して0.1%~25%の可塑剤を更に含み、任意に、前記少なくとも1のシートは、布地ケア活性物質、食器洗浄活性物質、硬質表面洗浄活性物質、美容及び/又はスキンケア活性物質、パーソナルクレンジング活性物質、ヘアケア活性物質、口腔ケア活性物質、女性ケア活性物質、ベビーケア活性物質、及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される1種以上の追加成分を更に含む、請求項7に記載の可溶性固体物品。
  9. 前記2以上の可撓性の可溶性多孔質シートのそれぞれが、
    ・85%~100%の連続気泡含有率、及び/又は
    ・150μm~1000μmの全体平均孔径、及び/又は
    ・5μm~200μmの平均気泡壁厚さ、及び/又は
    ・前記物品の0.5重量%~25重量%の最終含水量、及び/又は
    1.0mm~1.5mmの厚さ、及び/又は
    ・50グラム/m~250グラム/mの坪量、及び/又は
    ・0.05グラム/cm~0.5グラム/cmの密度、及び/又は
    ・0.03m/g~0.25m/gの比表面積、
    によって特徴付けられる、請求項1~8のいずれか一項に記載の可溶性固体物品。
  10. 前記2以上の可撓性の可溶性多孔質シートが、第1の色の第1のシート及び第2の異なる色の第2のシートを含み、前記第1及び第2のシートが、前記可溶性固体物品の外面から視認可能である、請求項1~9のいずれか一項に記載の可溶性固体物品。
  11. 前記第1のシートが第1の有益剤を含み、前記第2のシートが第2の異なる有益剤を含み、前記第1の色が前記第1の有益剤を示す視覚的合図を提供し、前記第2の色が前記第2の有益剤を示す視覚的合図を提供する、請求項10に記載の可溶性固体物品。
  12. 2つの隣接する可撓性の可溶性多孔質シートの間の中央領域内に位置する少なくとも1種の機能性成分を含み、前記少なくとも1種の機能性成分が、洗浄活性物質、パーソナルケア活性物質、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記洗浄活性物質は、界面活性剤、遊離香料、カプセル化香料、香料マイクロカプセル、シリコーン、柔軟剤、酵素、漂白剤、着色剤、ビルダー、レオロジー変性剤、pH調整剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記パーソナルケア活性物質は、皮膚軟化剤、保湿剤、コンディショニング剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1~11のいずれか一項に記載の可溶性固体物品。
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