KR100504017B1 - 고형 블록 세제에서의 비이온성 실리콘계 계면활성제와 비이온성 계면활성제의 조합 - Google Patents

고형 블록 세제에서의 비이온성 실리콘계 계면활성제와 비이온성 계면활성제의 조합 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세정 능력이 우수한 강알칼리성 또는 중알칼리성인 세제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 세제는 알칼리원(alkalinity source), 비이온성 알콕실화 계면활성제와 비이온성 알콕실화 실리콘 계면활성제를 조합한 것으로 납질-지방성 때(waxy-fatty soil)의 세척 능력이 향상된 것이다. 본 발명의 세제는 고형 블록의 형태일 수 있다.

Description

고형 블록 세제에서의 비이온성 실리콘계 계면활성제와 비이온성 계면활성제의 조합{A COMBINATION OF A NONIONIC SILICONE SURFACTANT AND A NONIONIC SURFACTANT IN A SOLID BLOCK DETERGENT}
본 발명은 분말, 펠렛, 브릭, 또는 고형 블록 세제 형태를 취할 수 있는, 세탁, 기물세척, CIP, 표면처리 등에 사용되는 세제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 세제의 실제 제품은 유통 및 판매에 적합한 포장 시스템내에 포장될 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 세제 조성물은 알칼리원(source of alkalinity)와 때가 잘 지워지고, 여러 가지 때 가운데 특히 납질/지방성 때(waxy/fatty soils)가 잘 지워지는 개량된 계면활성제 패키지를 포함한다.
또한 본 발명은 세정 능력을 향상시키는 계면활성제의 블렌드를 이용하는, 박편(flake), 분말, 펠렛, 블록 등의 형태인 기물세척용 세제 조성물에도 관계한다. 더욱 상세하게, 본 발명은 알칼리원, 지방성 또는 납질 때와 관련된 세정 능력을 현저하게 향상시키는 계면활성제와 기타 세정 물질의 블렌드를 포함하는 알칼리성 클리닝 시스템에 관계한다. 본 발명의 세제는 수연화제(water softening agent), 살균제, 금속이온봉쇄제(sequestrant), 재오염방지제(anti-redeposition agents), 기포억제제 등을 포함하는 여러 가지 응용예의 세제 조성물에 유용한 다른 여러 가지 화학 약제들을 포함할 수도 있다.
알칼리원, 계면활성제 또는 다른 범용 세정 화학약품과 조합된 계면활성제 패키지를 포함하는 세제 조성물은 다년간 알려져 왔다. 이러한 물질들은 세탁용 제품, 기물세척용 조성물, CIP 클리너, 표면처리용 클리너 등에 이용되어 왔다. 궁극적으로, 수성 조성물(aqueous based composition)로 희석하여 사용하도록 설계되고 조제된 알칼리원을 포함하는 모든 클리너들은 이러한 다양한 용도로 사용될 수 있다. 분말상의 식기세척용 세제는 예컨대, 도스 등의 미국특허 제 3,956,199호, 도스 등의 미국특허 제 3,963,635호에 개시되어 있다. 더욱이, 맥멀린 등의 미국특허 제 3,032,578호는 염소원(chlorine source), 유기 포스포네이트(organic phophonate), 계면활성제 조성물 및 수처리제를 포함하는 알칼리성 식기세척용 세제를 교시하고 있다. 마찬가지로, 앨름스테드 등의 미국특허 제 3,351,557호, 데이비스 등의 미국특허 제 3,341,459호, 짐머만 등의 미국특허 제 3,202,714호 및 동 3,281368호는 알칼리성 소스 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 액상 세탁용 세제를 교시하고 있다.
기물 세척 및 세탁용 세제로는 주로 분말상으로 되어 있는 것이 다년간 사용되어 왔다. 고형 블록 클리닝 조성물(solid block cleaning compositions)의 제조 및 사용은 페른홀즈 등의 미국 재발행 특허 제 32,763호 및 32,818호 및 할레 등의 미국특허 제 4,595,520호 및 4,680,134호에 개시된 기술에 의해 개척되었다. 갠서의 미국특허 제 4,753,441호는 니트릴로트리아세테이트 금속이온봉쇄제를 이용하는 캐스트 고형(cast solid) 형태의 고형 세제 기술을 제공한다. 고형 블록 세제는 안전성, 편리성 및 기타의 이유로 인해, 종래의 분말 및 액체 형태의 기물세척제 및 기타 시판되는 가정용 및 산업용 세탁, 기물세척용 제품 등 세탁 및 세정 시장의 상당 부분을 급속도로 대체하고 있다. 이러한 고형 블록 세제 조성물의 개발은 상업용, 시설용, 산업용 목적의 세정에 있어서 기물 세척용 세제 조성물을 포함하는 다수의 세정 및 살균 조성물의 생산 및 사용 방법에 혁명을 일으켰다. 고형 블록 조성물은 종래의 액체, 분말, 과립, 페이스트, 펠렛 및 기타 형태 보다 나은 이점들을 제공한다. 이러한 이점들은 안전성, 경제성 향상, 취급성 향상 등을 포함한다.
분말 세제의 제조시에는, 분말 형태의 성분들을 공지의 제조 설비를 이용해서 건식 혼합 또는 집괴(agglomerate)하여 제품의 균일성이 유지되는 상태로 포장, 유통, 및 판매될 수 있도록 물리적으로 안정하고 분리가 안정한 분말 조성물을 제조한다. 액상 물질은 통상적으로 수성 및 비수성 용매와 혼합되어 수성 액체 농축물(aqueous based liquid concentrate)로 제조된 후 포장, 유통 및 판매된다. 고형 블록 세제 조성물들은 보통 경화 메카니즘을 이용하여 고체로 제조 및 성형된다.
고형 세제의 제조에 있어서는, 여러 가지 경화 메카니즘이 고형 블록의 제조를 위한 세정 및 살균 조성물의 제조에 이용되어 왔다. 활성 성분들은 경화제를 액체로부터 고체로 변화시켜 고형 물질을 기계적으로 안정한 블록 형태로 만드는 조건하에서 경화제와 혼합된다. 이러한 경화 시스템 가운데 하나는 페른홀즈의 특허에 개시된 융해 방법(molten process)이다. 페른 홀즈의 특허에서는, 약 55℃-60℃의 융점을 갖는 수산화나트륨 수화물이 경화제로 작용한다. 상기 제조 방법에 있어서는, 융해된 수산화나트륨 수화물 액상 멜트를 만들어 여기에 고형 미립자 물질들을 넣는다. 융해된 가성 물질내의 고형 미립자 물질의 현탁액 또는 용액을 만들어 캡슐로 불리우고, 고화(solidification)를 위한 용기 형태의 몰드로도 불리우는 플라스틱 바틀내에 넣는다. 이 물질이 냉각, 고화되면 사용할 수 있게 된다. 현탁 또는 용해화된 물질들은 고체 전체에 고르게 분산되고 가성 클리너로 조제된다.
유사하게, 할레 등의 특허에서는 약 55℃의 융점을 갖는 무수 탄산염 또는 무수 황산염이 일정 비율의 일수화물, 칠수화물, 및 십수화물 고체를 포함하는 수화물을 제조하는 방법에 의해 수화된다. 탄산염 수화물은 페른 홀증 등의 가성 수화물과 마찬가지로 고형 블록 다성분 세제를 제조하는데 이용된다. 이러한 융해 방법의 또 다른 예는 모간슨의 미국특허 제 4,861, 518호로, 이 특허에서는 이온성 및 비이온성 게면활성제 시스템을 약 38℃ 이상의 온도에서 폴리에틸렌 글리콜과 같은 경화제와 함께 가열하여 멜트를 형성함으로써 고형 클리닝 농축물을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 멜트는 다른 성분들과 합해져 균질한 분산액을 형성하고 이어서 몰드에 부어져 경화된다. 모간슨 등의 미국특허 제 5,080,819호는 때 제거능력을 향상시키기 위한 유효 세정량의 비이온성 계면활성제를 이용하는 저온 기물 세정 온도에서 이용하기에 적합하도록 제조된 강알칼리성 캐스트 고형 조성물을 교시하고 있다. 글래드펠터의 미국특허 제 5,316,688호는 수용성 또는 수분산성 필름 패키징에 의해 래핑된 고형 블록 알칼리성 세제 조성물을 개시하고 있다.
고형인 펠렛화된 물질들은 글래드펠터의 미국특허 제 5,078,301호, 5,198,198호 및 제 5,234,615호 및 갠서의 미국특허 제 4,823,441호 및 4,931,202호에 기술되어 있다. 이러한 펠렛화된 물질들은 전형적으로 융해된 액체를 압출(extruding)하거나 분말을 정제 또는 펠렛으로 압축함으로써 제조된다. 압출된 융해되지 않은 알칼리성 세제 물질들은 글래드펠터 등의 미국특허 제 5,316,688호에 개시되어 있다.
이러한 분말, 펠렛, 액체 및 고형 블록 세제 조성물들은 대부분의 상업적 목적에 부합되는 세척력을 갖는다. 고객 대상 시험 또는 시장에서의 판매 시험을 통해서 이들은 시판에 적합하고 균일한 세척 결과를 제공하는 것으로 확인되었다. 그러나, 본 발명자들은 직물, 기물, 기판, 물의 경도, 기계 종류, 오염물질의 종류, 및 로드(load) 등의 특수한 상황에서는, 일부 오염물질들이 세척 과정에서 잘 지워지지 않는 것을 발견하였다. 우리는 기물 등의 표면에 굳어 있는 다수의 납질-지방성 때들(waxy-fatty soils)이 특수한 상황에서 강알칼리성 클리닝 조성물에 의해서도 잘 지워지지 않는다는 것을 발견하였다. 이러한 때들은 세척 과정에서 흔히 발견되는 것으로 대부분 여러 가지 품목들의 표면에 얇은 막을 형성할 수 있는 소수성 물질들이다. 우리들은 립스틱 자국이 이러한 광범위한 소수성 납질-지방성 때 종류의 모델이 될 수 있다는 것을 발견하였다. 립스틱은 전형적으로 납질 조성물, 지방성 물질, 무기성분들, 색소 등을 포함하는 비교적 복잡한 혼합물내에 높은 비율의 지질, 지방성 물질 및 왁스와 같은 납질의 물질을 포함한다. 왁스-유사 물질들은 전형적으로 칸데릴라 왁스, 파라핀 왁스, 카르누바 왁스 등과 같은 왁스들을 포함한다. 지방성 성분들은 전형적으로 라놀린 유도체들, 이소프로필 이소스테아레이트, 옥틸 히드록시 스테아레이트, 캐스터 오일, 세틸 알콜, 세틸 락테이트 등을 포함한다. 이러한 지방성 물질들은 대부분의 경우에 잘 지워지지 않는다. 더욱 중요하게, 우리들은 립스틱 조성중에서 캐스터 오일이 건성 오일(drying oil)로 작용할 수 있는 불포화 물질이고 산화적으로 가교하여 박막을 형성함으로써 세제에 의해 잘 지워지지 않는 가교되거나 의사가교된 때 층(crosslinked or pseudocrosslinked soil layers)을 형성하는 것으로 생각한다. 잘 지워지지 않는 립스틱 자국, 및 기타 박막, 지방성 또는 납질 때들은 다년간 주목되어 온 잘 지워지지 않는 때 들이다. 특수한 경우에, 납질-지방성 때들은 유리제품, 컵, 식기류, 접시류 등의 표면에 남아 있게 된다.
따라서 고형 블록 세제 물질의 세정 능력, 특히 립스틱 자국이 좋은 모델이 되는 소수성(지방성, 가교된 지방성 또는 납질) 때에 대한 세정능력을 향상시키는 것이 절실하게 요청되고 있다.
그간 고형 블록 세제 물질의 세정 능력을 향상시키기 위한 많은 방법들이 개발되어 왔다. 이러한 연구들의 예에서는 물의 온도의 영향, 물의 경도를 줄이는 금속이온봉쇄제, 여러 가지 알칼리원의 영향, 금속이온봉쇄제의 타입 및 블렌드의 영향, 용매 영향 및 계면활성제 선택에 대한 실험이 진행되어 왔다. 캐스트 고형 물질에 이용될 수 있는 계면활성제들은 매우 많다. 양이온성, 비이온성, 음이온성, 양쪽성, 또는 쯔비터 이온성 등 많은데, 이들은 단독으로 이용되거나 기타 유사하거나 상이한 유형의 계면활성제들과 조합되어 이용될 수 있다. 그러나, 현재까지 많은 연구에도 불구하고 납질-지방성 때의 문제는 여전히 해결되지 않고 있다.
[발명의 요약]
본 발명은 립스틱 자국이 좋은 모델이 되는 납질-지방성 때를 포함하는 잘 지워지지 않는 소수성 때(hydrophobic soils)에 대한 세제 조성물의 제거능력을 현저하게 향상시키는 계면활성제의 블렌드를 포함하는 세제 조성물에 관계한다. 본 발명의 세제 조성물은 액체, 분말, 펠렛, 고형 블록, 응집된 분말 등의 여러 가지 제품 형태로 제제설계될 수 있다. 본 발명의 세제 조성물은 알칼리원와 제 1 비이온성 계면활성제 및 제 2 비이온성 치환 실리콘 계면활성제를 포함한다. 제 1 비이온성 계면활성제와 제 2 비이온성 실리콘 계면활성제의 조합은 기물의 표면에 대한 소수성 납질-지방성 때에 대한 제거 능력을 극적으로 향상시킨다. 제 2 비이온성 실리콘 계면활성제 및 비이온성 계면활성제는 서로 협력하여 표면장력을 놀라울 정도로 감소시킨다. 표면장력 감소는 때 제거와 관련이 있을 것으로 생각된다. 계면활성제들의 조합은 유리제품 또는 탁자 등의 세라믹 또는 규산질 표면과 때 사이의 인터페이스에 영향을 미칠 것으로 생각된다.
본원의 목적상, "비이온성 계면활성제"라는 용어는 소수성 기(hydrophobic group)와 (EO)x기(여기서, x는 약 1부터 약 100까지의 수이다)를 포함하는 친수성 기(hydrophilic group)를 적어도 하나 포함하는 계면활성제를 의미한다. 일반적인 소수성 기와 이러한 친수성 기의 조합은 이러한 조성물에 상당한 계면활성을 부여한다. 비이온성 실리콘 계면활성제는 전형적으로 소수성 실리콘 (폴리디메틸 실록산) 기와 계면활성제 분자내에 (EO)x기(여기서, x는 약 1부터 약 100까지의 수이다)를 포함할 수 있는 적어도 하나의 펜던트 폴리알킬렌 친수성 기 또는 기들을 갖는 계면활성제이다. 제 1 계면활성제로는 무실리콘 비이온성 계면활성제 (silicon free nonionic surfactant) 또는 비이온성 실리콘 계면활성제와 같은 어떠한 계면활성제라도 가능하나, 제 2 비이온성 치환 실리콘 계면활성제는 소수성 실리콘 기를 포함하지 않는 비이온성 계면활성제는 포함할 수 없다.
도 1은 본 발명의 고형 블록 세제의 현재 사용중인 구현예의 도면이다. 이러한 고형 블록은 약 3.0 킬로그램의 질량을 갖고 개개의 성분들 또는 선택된 혼합 성분들을 연속적으로 재료 주입구를 통해 압출기에 순차적으로 주입하여 압출공정에 의해 제조되고, 압출된 블록은 압출기 출구 다이에서 유용한 형태로 성형되고 압출 후에 3.0 킬로그램 블록으로 절단된다. 일단 경화되면, 재료들은 사용하기 전에 제거되거나 사용중에 용해되는 수축 포장(일례로)에 의해 포장될 수 있다.
본 발명의 세제 조성물은 알칼리성 세제 조성물내에 알칼리원, 제 1 비이온성 계면활성제, 및 제 2 비이온성 실리콘 계면활성제를 결합시킨 것이다. 선택적으로, 본 발명의 조성물은 고화제(solidifying agent), 금속이온봉쇄제, 살균 및 소독제, 추가의 계면활성제, 및 기타 여러 가지 제제설계상 및 응용상의 보조제를 포함할 수도 있다. 세제 조성물이라는 용어는 알칼리성 pH를 갖고 본 발명의 계면활성제 블렌드를 포함하는, 상술한 것과 다른 물리적인 형태의 임의의 클리닝, 오염물질 컨디셔닝(soil conditioning), 항균, 오염물질 전처리제, 등의 화학약품 또는 기타 액체, 분말, 고체 등의 조성물을 모두 포함하는 것으로 광의로 해석되어야 한다.
본 발명에 유용한 제 1 비이온성 계면활성제는 고체 또는 액체일 수 있다. 비이온성 계면활성제는 본 발명의 조성물에서 약 0.5중량%부터 약 50중량%까지, 바람직하게 약 1.0중량%부터 약 40중량%까지, 가장 바람직하게 약 2.0중량%부터 약 30중량%까지의 양으로 이용될 수 있다.
비이온성 계면활성제들은 흔히 에틸렌 옥사이드(본래 친수성인 형성기(forming group))와 본래 지방족, 알킬 또는 알킬 방향족(소수성)일 수 있는 유기 소수성 화합물(organic hydrophobic compound)과의 축합에 의해 제조되는 화합물이다. 다른 특정한 소수성 화합물과 축합될 수 있는 친수성 폴리옥시에틸렌 부분의 길이는 크기면에서 쉽게 조절될 수 있고, 프로필렌 옥사이드(PO), 기타 알킬렌 옥사이드 또는 벤질 캡과 같은 기타 치환체들과 결합되어 목적으로 하는 정도의 친수성과 소수성 요소들 사이의 밸런스를 갖는 수용성 화합물을 생산한다.
적당한 유형의 비이온성 계면활성제들의 예들은 알킬 페놀의 폴리에틸렌 옥사이드 축합물을 포함한다. 이들 화합물들은 에틸렌 옥사이드와 직쇄상 또는 분지상 구조의 6부터 12까지의 탄소원자들을 포함하는 알킬기를 갖는 알킬 페놀의 축합 생성물을 포함한다. 에틸렌 옥사이드는 알킬 페놀의 몰당 5 내지 20몰의 에틸렌 옥사이드의 양으로 존재한다. 이러한 유형의 화합물들의 예들은 노닐 페놀의 몰당 평균 약 9.5몰의 에틸렌 옥사이드와 축합된 노닐 페놀, 페놀의 몰당 약 12몰의 에틸렌 옥사이드와 축합된 도데실 페놀, 페놀의 몰당 약 15몰의 에틸렌 옥사이드와 축합된 디노닐 페놀, 페놀의 몰당 약 15몰의 에틸렌 옥사이드와 축합된 디이소옥틸페놀을 포함한다. 이러한 유형의 시판중인 비이온성 계면활성제는 GAF 코퍼레이션에 의해 판매되는 Igepal CO-610; 및 롬 앤드 하스 컴퍼니에 의해 판매되는 Triton CF-12, X-45, X-114, X-100, 및 X-102를 포함한다.
지방족 알콜과 에틸렌 옥사이드의 축합 생성물들도 유용한 계면활성 특성을 시현할 수 있다. 지방족 알콜의 알킬 쇄는 직쇄상이거나 분지상이고 일반적으로 약 3부터 약 22개의 탄소 원자들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 알콜 몰당 약 3부터 약 18몰의 에틸렌 옥사이드가 존재한다. 폴리에테르는 메틸, 벤질, 등의 기를 포함하는 아실기에 의해 말단 캐핑(end capped)될 수 있다. 이러한 에톡실화된 알콜들(ethoxylated alcohols)의 예들은 6몰의 에틸렌 옥사이드와 1몰의 트리데카놀의 축합 생성물, 미리스틸 알콜 몰당 약 10몰의 에틸렌 옥사이드에 의해 축합된 미리스틸 알콜, 에틸렌 옥사이드와 코코넛 지방 알콜과의 축합 생성물(여기서 코코넛 알콜은 지방 알콜과 10부터 14까지 변화하는 탄소 원자의 알킬 쇄들과의 혼합물이고, 축합물은 알콜 몰당 약 6몰의 에틸렌 옥사이드를 포함한다) 및 약 9몰의 에틸렌 옥사이드와 상술한 코코넛 알콜과의 축합 생성물을 포함한다. 이러한 유형의 시판되는 비이온성 계면활성제의 예로는 유니온 카바이드 코퍼레이션에 의해 판매되고 있는 Tergitol 15-S-9가 있다. PLURAFAC RA-40은 바스프 코퍼레이션에 의해 시판되고 있다. Neodol 23-6.5는 쉘 케미컬 컴퍼니에 의해 판매되고 Kyro EOB는 프록터 앤드 갬블 컴퍼니에 의해 시판되고 있다.
에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드와 프로필렌 글리콜의 축합에 의해 형성된 소수성 염기(hydrophobic base) 사이의 축합 생성물이 이용될 수 있다. 이들 화합물에서 소수성 부분의 비율은 분자량 약 1,500부터 1,800까지이고 당연히 불수용성을 시현한다. 이러한 소수성 부분에 대한 폴리옥시에틸렌 부분의 부가는 전체적으로 분자의 수용성을 증가시키는 경향이 있고, 생성물의 액체 특성은 폴리옥시에틸렌 함량이 전체 축합 생성물의 질량의 약 50%에 이르는 점까지 유지된다. 이러한 타입의 화합물의 예로는 시판되고 있는 위안도트 케미컬 코퍼레이션에 의해 판매되는 Pluronic 계면활성제를 들 수 있다.
에틸렌 옥사이드와 폴리프로필렌 옥사이드와 에틸렌 디아민과의 반응에 의해 생성된 생성물과의 축합생성물들이 이용될 수 있다. 이들 생성물들중의 소수성 염기는 에틸렌 디아민과 과량의 프로필렌 옥사이드의 반응생성물로 구성되고, 상기 염기는 약 2,500부터 약 3,000까지의 분자량을 갖는다. 이러한 염기는 축합 생성물이 약 40부터 약 80중량% 까지의 폴리옥시에틸렌을 포함하고 분자량이 약 5,000부터 약 11,000이 될 정도로 에틸렌 옥사이드와 축합된다. 이러한 유형의 비이온성 계면활성제들의 예들은 시판중인 위안도트 케미컬 코퍼레이션에 의해 판매되는 Tetronic 화합물을 포함한다. 상술한 계면활성제들의 혼합물들도 본 발명에 유용하게 이용될 수 있다.
본원에서 사용되는 비이온성 계면활성제들은 이용가능성 및 세정 능력 양자의 면에서 에톡실화 비이온성 계면활성제들(ethoxylated nonionics)이다. 에톡실화 비이온성 계면활성제들의 구체적인 예들은 반드시 이들로 국한되는 것은 아니나, C6-24 선형 알콜 5-15몰 에톡실레이트의 벤질 에테르, PLURAFAC RA-40, 직쇄 알콜 에톡실레이트, Triton CF-21, 알킬 아릴 폴리에테르, Triton CF-54, 개질 폴리에톡시 어덕트 등을 포함한다.
제 2 비이온성 계면활성제는 개질된 디알킬, 바람직하게 디메틸 폴리실록산을 포함하는 본 발명의 실리콘 계면활성제를 포함할 수 있다. 폴리실록산 소수성 기는 하나 이상의 팬던트 친수성 폴리알킬렌 옥사이드기 또는 기들에 의해 개질된다. 이러한 계면활성제는 낮은 표면장력, 높은 웨팅(wetting), 기포제거, 및 우수한 때 제거능력을 제공한다. 본 발명자들은 본 발명의 실리콘 비이온성 계면활성제들이 세제 조성물내에서 다른 비이온성 계면활성제들과 함께 수용액의 표면장력을 낮출 수 있다는 것을 발견하였는데, 세제를 수성 스프레이하여 적용할 때, 약 35와 15 dynes/cm(0.035와 0.015N/m), 바람직하게, 30과 15 dynes/cm(0.030과 0.015N/m) 사이이다. 본 발명의 실리콘 계면활성제들은 폴리에테르, 전형적으로 폴리에틸렌 옥사이드기들이 히드로실화 반응(hydrosilation reaction)에 의해 그라프트되는 폴리디알킬 실록산, 바람직하게 폴리디메틸 실록산을 포함한다. 이러한 과정에 의해 폴리알킬렌 옥사이드 기들이 일련의 가수분해적으로 안정한 Si-C 결합을 통해 실록산 골격을 따라 부착된 알킬 펜던트 (AP 타입) 공중합체들이 결과된다.
이들 비이온성 치환 폴리 디알킬 실록산 생성물들은 하기 화학식 1의 일반식을 갖는다:
상기 식에서, PE는 비이온성 기, 바람직하게 -CH2-(CH2)p-O-(EO)m(PO)n-Z, 여기서 EO는 에틸렌 옥사이드를 의미하고, PO는 프로필렌 옥사이드이며, x는 약 0부터 약 100까지의 수이고, y는 약 1부터 약 100까지의 수이며, m, n, 및 p는 약 0부터 약 50까지의 수이고, m+n≥1이고 z은 수소이거나 R이며, 여기서, R은 독립적으로 저급 (C1-6) 직쇄 또는 분지상 알킬이다.
바람직한 실리콘 비이온 계면활성제들은 하기 식으로 표현된다:
상기 식에서, x는 약 0부터 약 100까지의 수이고, y는 약 1부터 약 100까지의 수이며, a 및 b는 독립적으로 0부터 60까지의 수이고, a+b≥1이고 각각의 R은 독립적으로 수소이거나 저급 (C1-6) 직쇄 또는 분지상 알킬이다.
제 2 클래스의 비이온성 실리콘 계면활성제들은 Si-O- 결합이 중성 또는 약알칼리성 조건하에서 가수분해에 대한 제한된 저항성을 부여하기 때문에 덜 바람직하지만, 산성 환경에서는 신속하게 분해되는 알콕시-말단-블로킹(alkoxy-end-blocked)된 (AEB) 타입이다.
바람직한 계면활성제들은 SILWET 또는 ABIL B라는 상표하에 시판되는 것들이다. 하나의 바람직한 계면활성제는 SILWET L77로서, 화학식 3으로 표현된다.
상기 식에서, R1 = -CH2CH2CH2-O-[CH2CH20] zCH3; 여기서 z은 4 내지 16, 바람직하게 4 내지 12, 가장 바람직하게 7-9이다.
알칼리성 pH를 제공하기 위해, 조성물은 알칼리원(alkalinity source)을 포함한다. 일반적으로, 알칼리원은 조성물의 pH를 1중량% 수용액에서 적어도 10.0까지, 바람직하게 약 10.5 내지 14까지 상승시킨다. 이러한 pH는 세제의 사용시에 때를 제거하고 침전물을 부수는데 충분하고, 나아가 때의 신속한 분산을 용이하게 한다. 알칼리원은 상당한 수용성을 갖는 화학약품 조성물만으로 국한된다. 알칼리원의 예들은 알칼리 금속 규산염, 수산화물, 인산염, 또는 탄산염을 포함한다.
알칼리원은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등과 같은 알칼리 금속 수산화물을 포함할 수 있다. 이들 수산화물들의 혼합물도 이용할 수 있다. 알칼리 금속 규산염들도 본 발명의 세제에서 알칼리원으로 작용할 수 있다. 유용한 알칼리 금속 규산염은 일반식 (M2O:SiO2)에 해당하는 것으로, 여기서 각각의 몰의 M2O 당 1몰 미만의 SiO2가 존재한다. 바람직하게, 각각의 몰의 SiO2당 약 1부터 약 100몰의 M2O가 존재하며, 여기서 M은 나트륨 또는 칼륨을 포함한다. 바람직한 알칼리원은 알칼리 금속 오르쏘실리케이트(orthosilicate), 알칼리 금속 메타실리케이트(metasilicate), 및 기타 잘 알려진 세제 실리케이트 물질이다.
알칼리원은 알칼리 금속 탄산염을 포함할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 알칼리 금속 탄산염들은 여러 가지 가운데서 탄산나트륨, 탄산칼륨, 중탄산 나트륨 또는 칼륨 또는 세스퀴카보네이트를 포함한다. 바람직한 탄산염은 탄산 나트륨 및 칼륨을 포함한다. 이들 알칼리원들은 본 발명의 세제에서 약 5중량% 내지 약 70중량%, 바람직하게 약 15중량% 내지 약 65중량%, 가장 바람직하게 약 30중량% 내지 약 55중량%의 농도로 이용될 수 있다.
물을 연화시키거나 침점물 또는 기타 염이 생성되지 않도록 처리하기 위해, 본 발명의 조성물들은 일반적으로 킬레이트제, 비누혼화제(builder), 금속이온봉쇄제로 알려진 성분들을 포함한다. 일반적으로, 금속이온봉쇄제들은 물에서 발견되는 금속이온들과 착체를 형성하거나 배위할 수 있어 금속이온들이 조성물내의 세척 성분들의 작용을 방해해는 것을 억제할 수 있는 분자들이다. 하나의 경도 이온(hardness ion)에 대해서 금속이온봉쇄제에 의해 형성될 수 있는 공유결합의 수는 금속이온봉쇄제들을 바이덴테이트(bidentate), (2) 트리덴테이트(tridentate), (3) 테트라덴테이트 (tetradendate) (4) 등으로 표지함으로써 반영될 수 있다. 임의의 수의 금속이온봉쇄제가 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 대표적인 금속이온봉쇄제들은 여러 가지 가운데 아미노 카르복실산들의 염, 포스폰산 염, 수용성 아크릴 중합체들을 포함한다.
적당한 아미노 카르복실산 킬레이트제들은 N-히드록시에틸이미노디아세틱 애시드, 니트릴로트라아세틱 애시드(NTA), 에틸렌디아민테트라아세틱 애시드(EDTA), N-히드록시에틸-에틸렌디아민트라아세틱 애시드(HEDTA), 및 디에틸렌트리아민펜타아세틱 애시드들(DTPA)을 포함한다. 이용될 때, 이들 아미노 카르복실산들은 일반적으로 약 1중량%부터 약 50중량%까지, 바람직하게 약 2중량%부터 약 45중량%까지, 가장 바람직하게 약 3중량%부터 약 40중량%까지 범위내의 농도로 존재한다.
다른 적당한 금속이온봉쇄제들은 최종 사용 조건하에서 세척용액의 컨디셔닝에 이용되는 수용성 아크릴 중합체를 포함한다. 이러한 중합체들은 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 아크릴산-메타크릴산 공중합체, 가수분해된 폴리아크릴아미드, 가수분해된 메타크릴아미드, 가수분해된 아크릴아키드-메타크릴아미드 공중합체, 가수분해된 폴리아크릴로니트릴, 가수분해된 폴리메타크릴로니트릴, 가수분해된 아크릴로니트릴 메타크릴로니트릴 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 각각의 알칼리 염(예컨대, 나트륨 또는 칼륨) 또는 암모니움 염과 같은 이들 중합체들의 수용성 염들 또는 부분 염(partial salt)들도 이용될 수 있다. 중합체들의 중량평균분자량은 약 4000부터 약 12,000까지이다. 바람직한 중합체들은 약 4000 내지 8000 범위내의 중량평균분자량을 갖는 폴리아크릴산, 폴리아크릴산의 부분 나트륨 염 또는 소디움 폴리아크릴레이트를 포함한다. 이들 아크릴 중합체들은 일반적으로 약 0.5중량%부터 약 20중량%까지, 바람직하게 약 1중량%부터 약 10중량%까지, 가장 바람직하게 약 1중량%부터 약 5중량%까지 범위내의 농도가 유용하다.
금속이온봉쇄제로 유용한 또 다른 것은 알칼리 금속 포스페이트, 축합된 고리형 포스페이트, 포스폰산(phosphonic acid), 및 포스폰산 염들이다. 유용한 포스페이트들은 알칼리 금속 피로포스페이트, 여러 가지 입경으로 사용가능한 소디움 트리폴리포스페이트(STPP)와 같은 알칼리 금속 폴리포스페이트를 포함한다. 이러한 유용한 포스폰산들은 알칼리 조건하에서 카르복시, 히드록시, 티오(thio) 등과 같은 음이온들을 형성할 수 있는 관능기들을 포함할 수 있는 모노, 디, 트리, 및 테트라-포스폰산들을 포함한다. 이들 가운데 포스폰산은 일반식 모티브 R1N[CH2PO3H2]2 또는 R2C(PO3H 2)2OH를 갖는데, 여기서 R1은 -[(저급 C1-6)알킬렌]-N-[CH2PO3H2]2 또는 제 3의 -(CH2PO3H 2) 부분일 수 있고; R2는 저급 (C1-6 ) 알킬로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 포스폰산들은 약 2-4 카르복실산 부분들과 약 1-3 포스폰산 기들을 갖는 것과 같은 저분자량 포스포노폴리카르복실산을 포함할 수도 있다. 이들 산들은 1-히드록시에탄-1,1-디포스포닉 애시드 CH3C(OH)[PO(OH)2]2; 아미노트리(메틸렌포스폰산) N-[CH2PO(OH)2]3; 이미노트리(메틸렌포스포네이트), 나트륨 염
2-히드록시에틸렌이미노비스(메틸렌포스폰산) HOCH2CH2N[CH2PO(OH)2]2;
디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산)
(HO)2POCH2N[CH2CH2N[CH2PO(OH)2]2]2;
디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스포네이트), 나트륨 염 C9H(28-x)N3NaxO15P5 (x=7);
헥사메틸렌디아민(테트라메틸렌포스포네이트), 칼륨 염 C10H(28-x)N2KxO12P4 (x=6);
비스(헥사메틸렌)트리아민(펜타메틸렌포스폰산) (HO2)POCH2N[(CH2)6N[CH2PO(OH)2]2]2; 및 아인산 H3PO3를 포함한다.
바람직한 포스포네이트는 아미노트리메틸렌포스폰산 또는 선택적으로 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산)와 결합되어 있는 그의 염이다. 본 발명에서 금속이온봉쇄제로 이용될 때, 포스폰산 또는 그의 염들은 고형 세제에 대해서 약 0.25중량%부터 약 25중량%까지, 바람직하게 약 1중량%부터 약 20중량%까지, 가장 바람직하게 약 1중량%부터 약 18중량%까지 범위내의 농도가 유용하다.
본 발명은 또한 화학약품 성분들의 블렌드로부터 고형 세제 덩어리를 만드는 고화제(solidifying agent)도 포함할 수 있다. 일반적으로, 원하는 정도의 고화 및 수용해도를 제공할 수 있는 임의의 고화제 및 이들의 조합이 이용될 수 있다. 고화제는 수성 환경에 적용될 때 본 발명의 조성물에 고체 특성을 부여하고/하거나 가용성을 조절할 수 있는 임의의 유기 또는 무기 화합물들로부터 선택될 수 있다. 고화제들은 수성 용해도(aqueous solubility)가 상대적으로 증가된 고화제를 이용함으로써 느린 디스펜싱을 제공할 수 있다. 더 낮은 수성 용해도 또는 낮은 용해 속도가 요구되는 시스템에서는 유기 비이온성 또는 아미드 경화제가 적합하다. 높은 수용해도가 요구되는 경우에는, 무기 고화제 또는 요소와 같은 더 잘 용해되는 유기 약제가 적합하다.
경도를 변화시키거나 용해도를 변화시키기 위해 본 발명과 함께 이용될 수 있는 조성물들은 스테아릭 모노에탄올아미드, 라우릭 디에탄올아미드, 및 스테아릭 디에탄올아미드와 같은 아미드들을 포함한다. 비이온성 계면활성제들도 프로필렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 커플러와 함께 결합되면 다양한 정도의 경도 및 용해도를 부여하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명에서 유용한 비이온성 계면활성제들은 노닐페놀 에톡실레이트, 선형 알킬 알콜 에톡실레이트, 바스프 위안도트로부터 시판되는 Pluronic™과 같은 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 블록 공중합체를 포함한다.
경화제로 특히 바람직한 비이온성 계면활성제들은 실온에서 고체이고 커플링제와의 결합의 결과로 본래부터 낮은 수성 용해도를 갖는 것들이다.
고화제로 이용될 수 있는 다른 계면활성제들은 융점이 높아서 적용 온도에서 고체를 제공하는 음이온성 계면활성제를 포함한다. 유용한 것으로 확인된 음이온성 계면활성제들은 선형 알킬 벤젠 술포네이트 계면활성제, 알콜 설페이트, 알콜 에테르 설페이트, 및 알파 올레핀 술포네이트를 포함한다. 일반적으로, 선형 알킬 벤젠 술포네이트들이 비용 및 효능면에서 바람직하다.
양쪽성 및 쯔비터이온성 계면활성제들도 세정력, 유화, 웨팅(wetting), 및 컨디셔닝 특성을 제공하는데 유용하다. 대표적인 양쪽성 계면활성제들은 N-코코-3-아미노프로피오닉 애시드 및 산 염들, N-탈로우-3-이미노디프로피오네이트 염들을 포함한다. N-라우릴-3-이미노디프로피오네이트 디소디움 염, N-카르복시메틸-N-코코알킬-N-디메틸암모니움 수산화물, N-카르복시메틸-N-디메틸-N-(9-옥타데세닐) 암모니움 수산화물, (1-카르복시헵타데실)트리메틸암모니움 수산화물, (1-카르복시운데실)트리메틸암모니움 수산화물, N-코코아미도에틸-N-히드록시에틸글리신 소디움 염, N-히드록시에틸-N-스테아르아미도글리신 소디움 염, N-히드록시에틸-N-라우르아미도-β-알라닌 소디움 염, N-코코아미도-N-히드록시에틸-β-알라닌 소디움 염은 물론, 혼합된 알리시클릭 아민들, 및 그들의 에톡실화 및 황산화된 소디움 염들, 2-알킬-1-카르복시메틸-1-히드록시에틸-2-이미다졸리니움 수산화물 소디움 염 또는 유리 산(여기서 알킬기는 노닐, 운데실, 또는 헵타데실일 수 있다)도 유용하다. 또한 유용한 것은 1,1-비스(카르복시메틸)-2-운데실-2-이미다졸리니움 수산화물 디소디움 염 및 올레익 애시드-에틸렌디아민 축합물, 프로폭실화 및 황산화 소디움 염이다. 아민 옥사이드 양쪽성 계면활성제들도 유용하다. 이러한 리스트는 배타적이거나 제한적인 의미를 갖는 것은 아니다.
본 발명의 조성물에서 경화제로 이용가능한 다른 조성물들은 카바미드로도 알려져 있는 요소(urea) 및 산 또는 알칼리 처리에 의해 수용성으로 만들어 온 녹말을 포함한다. 다른 유용한 것은 본 발명의 조성물에 고화 특성을 부여하거나 알칼리성 약제를 전달하기 위해 압축 정제로 프레스될 수 있는 다양한 무기물일 수 있다. 이러한 무기 약제들은 탄산칼슘, 황산나트륨, 중황산 나트륨, 알칼리 금속 포스페이트, 무수 소디움 아세테이트, 및 기타 공지된 수화가능한 화합물들을 포함한다. 본 발명자들은 알칼리 금속 탄산염 세제 조성물을 위한 새로운 경화제 또는 결합제를 발견하였다. 본 발명자들은 상기 결합제가 유기 포스포네이트 화합물, 탄산나트륨, 및 물의 비결정질 복합체를 포함한다고 생각한다. 이러한 카보네이트 포스페이트 물 결합제는 비이온성 계면활성제 등과 같은 다른 경화제와 함께 이용될 수 있다.
고화제는 주어진 경우에 용해도를 증가시키고 요구되는 구조적 완전성을 향상시키는 농도로 이용될 수 있다. 일반적으로, 고화제의 농도는 약 5중량%부터 약 35중량%까지, 바람직하게 약 10중량%부터 약 25중량%까지, 가장 바람직하게 약 15중량%부터 약 20중량%까지 범위이다.
본 발명의 세제 조성물은 표백 성분을 포함할 수도 있다. 본 발명의 세제 조성물에 적합한 표백제들은 접시, 식기류, 포트, 팬, 직물, 조리대표면, 설비류, 바닥 등과 같은 대상으로부터 그러한 것을 손상시키지 않으면서 때를 제거할 수 있는 주지의 표백제 중 어떠한 것이라도 좋다. 이들 화합물들은 특정한 적용예에서는 소독 및 살균 항균 효능까지 제공할 수 있다. 비제한적인 표백제들의 예들은 차아염소산염, 아염소산염, 염소화 포스페이트, 클로로이소시아네이트, 클로로아민 등; 및 과산화수소, 과붕산염, 과탄산염 등과 같은 과산화물을 포함한다.
바람직한 표백제들은 일반적인 세척 과정에서 직면하게 되는 조건하에서 Cl2, Br2, OCl- 또는 OBr-와 같은 활성 할로겐 종들을 유리시키는 표백제들을 포함한다. 가장 바람직하게, 표백제는 Cl2 또는 OCl-를 유리시킨다. 염소 유리 표백제의 비제한적인 리스트는 차아염소산 칼슘, 차아염소산 리튬, 염소화 트리소디움포스페이트, 소디움 디클로로이소시아누레이트, 염소화 트리소디움 포스페이트, 소디움 디클로로 이소시아누레이트, 포타슘 디클로로이소시아누레이트, 펜타이소시아누레이트, 트리클로로멜라민, 술폰디클로로아미드, 1,3-디클로로 5,5-디메틸 힌단토인, N-클로로숙신이미드, N,N'-디클로로아조디카르본이미드, N,N'-클로로아세틸우레아, N,N'-디클로로비우레트, 트리클로로시아누릭 애시드 및 이들의 수화물들을 포함한다. 이들의 높은 활성 및 높은 표백 효능 때문에, 가장 바람직한 표백제는 디클로로시아누레이트등의 알칼리 금속 염들 및 이들의 수화물들이다. 일반적으로, 존재할 경우, 표백제 성분 또는 표백제들의 실제 농도(중량% 활성)는 고형 세제 조성물의 약 0.5중량%부터 약 20중량%까지, 바람직하게 약 1중량%부터 약 10중량%까지, 가장 바람직하게 약 2중량%부터 약 8중량%까지 범위이다.
본 발명의 조성물은 기물 세정용 조성물에 유용한 기포억제 계면활성제(defoaming surfactant)를 포함할 수도 있다. 기포억제제는 단백질 기포의 안정성을 감소시키는데 적합한 소수성-친수성 밸런스를 갖는 화학약품 화합물이다. 소수성은 분자의 친유성 부분에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 방향족 알킬, 또는 알킬기, 옥시프로필렌 단위 또는 옥시프로필렌 쇄, 또는 옥시에틸렌 이외의 다른 옥시알킬렌 작용기들은 이러한 소수성 특성을 제공할 수 있다. 친수성은 옥시에틸렌 단위, 쇄, 블록 및/또는 에스테르 기들에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 유기 포스페이트 에스테르, 염 타입 기들(salt type groups) 또는 염 형성 기(salt forming groups)들 모두 탈포제내에서 친수성을 제공한다. 전형적으로, 기포억제제들은 소수성 기들, 블록들, 또는 쇄들 및 친수성 에스테르 기들, 블록들, 단위들 또는 쇄들을 포함하는 비이온성 유기 표면 활성 중합체들이다. 그러나, 음이온성, 양이온성 및 양쪽성 기포억제제들도 알려져 있다. 포스페이트 에스테르들도 기포억제제로 이용하기에 적합하다. 예를 들어, 식 RO-(PO3M)n-R의 에스테르들(여기서, n은 1부터 약 60, 바람직하게 고리형 포스페이트의 경우는 10 미만의 수이고, M은 알칼리 금속이며, R은 유기 기(organic group)이거나 M은 적어도 하나의 R과 옥시알킬렌 쇄와 가은 유기 기가 된다)이다.
적합한 기포억제제 계면활성제들은 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 블록화 비이온성 계면활성제, 플루오로카본 및 알킬화 포스페이트 에스테르를 포함한다. 기포억제제가 존재하는 경우에, 이들은 조성물의 약 0.1중량%부터 약 10중량%까지, 바람직하게 약 0.5중량%부터 약 6중량%까지, 가장 바람직하게 약 1중량%부터 약 4중량%까지 범위내로 존재한다.
[도면의 상세한 설명]
도 1은 본 발명의 포장된 고형 블록 세제 10의 바람직한 구현예의 도면이다. 이 세제는 허리 부분이 죄어진 독특한 타원형을 취하고 있다. 이러한 형태로 인해 독특한 형태를 갖는 이들 블록들이 고형 블록 세제용의 허리가 죄어진 형태의 타원형을 갖는 디스펜서에 의해 분무되기에 적합하게 만든다. 본 발명잘들의 아는바에 의하면 시장에서 이러한 형태로 시판되고 있는 고형 블록 세제는 없다. 고형 블록의 이러한 형태는 적합하지 않은 이러한 물질들의 대체 물질들이 기물세척 장치용 디스펜서내에 쉽게 들어가는 것을 방지해 준다. 도 1에 도시된 바와 같이 전체 고형 블록 제품 10은 포장 12의 제거에 의해 노출되는 캐스트 고형 블록 11을 갖는다. 포장은 포장지 12에 부착되어 있는 라벨 13을 포함한다. 필름 래핑은 약하게 되어 있는 절취선 15 또는 프랙춰 선 또는 래핑체 포함되어 있는 15a를 이용하여 쉽게 제거될 수 있다.
본 발명의 전술한 설명은 본 발명의 고형 블록 세제들의 제제설계에 이용될 수 있는 개개의 성분들에 대한 이해를 제공한다. 이하의 실시예들은 본 발명의 최선의 실시양태를 포함하는 본 발명의 바람직한 구현예들, 본 발명의 수성 표면장력 및 납질 때 세척력을 설명한다.
세제의 제조시에, 건성 블렌드 분말은 분말로 되어 있는 성분들을 완전한 제형으로 블렌딩함으로써 제조될 수 있다. 액체 성분들은 미리 마른 성분들(dry component)에 흡수되거나 또는 혼합되기 전에 캡슐화될 수 있다. 응집된 재료들은 공지의 기술 및 설비를 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명의 고형 세제의 제조시에는, 성분들을 고전단하에서 혼합하여 각 성분들이 전질량에 대해 상당히 고르게 분포되어 있는 매우 균질한 혼합물을 형성한다. 이어서 혼합물을 몰드 또는 다른 용기에 캐스팅하거나, 혼합물을 압출하는 등의 방법에 의해 혼합 시스템으로부터 꺼낸다. 바람직하게, 혼합물은 몰드 또는 선택적이기는 하지만, 바람직하게 조성물에 대한 디스펜서로 이용될 수 있는 다른 패키징 시스템내에 캐스트되거나 압출된다. 혼합 시스템으로부터 꺼낼 때 혼합물의 온도는 혼합물이 혼합물의 1차 냉각 없이 바로 패키징 시스템내에 직접 캐스트 또는 압출될 수 있을 정도로 충분히 낮게 유지된다. 바람직하게, 꺼내는 시점에서 혼합물은 주위온도, 약 30-50℃, 바람직하게 35-45℃이다. 이어서 조성물은 저밀도, 스폰지-유사, 가단성, 누부방지 정도부터 고밀도, 융합된 고체, 콘크리이트-유사 블록의 범위내의 고체 형태로 경화되도록 방치된다.
본 발명에 따른 바람직한 방법에 있어서, 혼합 시스템은 동시에 회전하고 서로 교차하면서 분쇄하도록 설계된 두 개의 인접한 병렬로 되어 있거나 반대로 회전하는 스크류들, 여러 성분들에 대한 입구를 포함하는 압출기, 배럴 섹션 및 그것을 통해 혼합물이 압출되는 방출구를 구비하는 2축압출기이다. 압출기는 예를 들어, 성분들을 수용하고 이동시키는 하나 이상의 공급 또는 컨베잉 섹션, 압축 섹션, 다양한 온도, 압력 및 전단의 혼합 섹션, 세제 고체를 성형하기 위한 다이 섹션을 포함할 수 있다. 적당한 이축압출기들은 시판되는데 예를 들어 미국 미네소타 필마우스 버흘러 미에그의 버흘러 미에그 모델 넘버 62mm를 포함한다.
스크류 구조, 스크류 피치, 스크류 속도, 배럴 섹션의 온도 및 압력, 전단, 혼합물의 통과 속도, 수분함량, 다이 홀 직경, 성분 공급 속도 등과 같은 압출 조건들은 성분들의 효과적인 처리를 달성하여 각 성분들이 전체에 걸쳐 고르게 분포되어 있는 실질상 균질한 액체 또는 반고체 혼합물을 제조하기 위해 배럴 섹션에서 요구되는 것에 따라 달라질 수 있다. 압출기내에서 혼합물의 처리를 용이하게 하기 위해서, 혼합물의 점도는 약 1,000-1,000,000 cP(1-1,000㎩ㆍs), 더욱 바람직하게 약 5,000-200,000 cP(5-200㎩ㆍs)로 유지된다.
압출기는 고전단 스크류 구조 및 성분들의 균질한 혼합물로의 고전단 처리를 달성하는데 효과적인 피치, 플라이트(순방향 또는 역방향), 및 속도와 같은 스크류 조건들을 포함한다. 바람직하게, 스크류는 성분들을 고전단으로 혼합하여 배럴 섹션내의 스크류의 작용에 의해 혼합물을 압출기를 통해서 운반하도록 배열된 컨베잉, 혼합, 혼련, 압축, 방출 등을 위한 부재들을 포함한다. 스크류 부재는 컨베이어-타입 스크류, 패들 디자인, 미터링 스크류 등일 수 있다. 바람직한 스크류 속도는 약 20-250 rpm, 바람직하게 약 40-150rpm이다.
선택적으로, 압출기내에서 원하는 온도 거동을 수득하기 위해 가열하거나 냉각하기 위해 압출기에 인접해서 가열 및 냉각 장치들이 실장될 수 있다. 예를 들어, 외부 열원이 성분 입구 섹션, 최종 출구 섹션, 등과 같은 압출기의 하나 이상의 배럴 섹션에 적용되어 하나의 섹션 또는 하나의 섹션으로부터 다른 섹션으로 또는 방출 포트를 통해 최종 배럴 섹션에서 혼합물의 유동성을 증가시킬 수 있다. 바람직하게, 방출 포트에서의 온도를 포함하는 처리 과정중의 혼합물의 온도는 성분들의 융점 이하, 바람직하게 약 50-200℃로 유지된다.
압출기내에서, 회전하는 스크류 또는 스크류들의 작용은 성분들을 혼합하고 혼합물들이 압출기의 각 섹션들을 통해 상당한 압력으로 통과하게 강제한다. 압력은 혼합물의 점도를 원하는 수준으로 유지하거나 다이가 혼합물을 압출기로부터 잘 방출하도록 하나 이상의 배럴 섹션에서 6,000 psig(41μ㎩), 바람직하게, 약 5-150 psig(34-1034k㎩) 사이까지 상승될 수 있다.
압출기를 통한 혼합물의 유동속도는 이용되는 기계의 종류에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 유동속도는 성분들의 혼합물을 균질한 혼합물로 실질상 완전하게 혼합하는데 효과적인 압출기내에서의 체류 시간을 달성하고 계속적인 혼합 및 조기 경화(premature hardening) 없이 혼합물이 균일하게 압출되도록 하는데 효과적인 유체 균일성(fluid consistency)을 유지하도록 유지된다.
성분들의 처리가 완료되면, 혼합물은 바람직하게 제품 외형을 위한 성형 다이인 방출 포트를 통해 압출기로부터 배출될 수 있다. 혼합물의 압출을 촉진하고, 압출물의 외관을 변화시키기 위해, 예를 들어, 그것을 확장시키기 위해, 원하는 대로 그것의 텍스춰가 스무스하고 그래니어하게 만들기 위해 방출 포트에서의 압력을 증가시킬 수 있다.
궁극적으로 캐스트 또는 압출된 조성물은 냉각 및/또는 성분들의 화학 반응에 의해 적당히, 적어도 부분적으로라도 경화된다. 고화과정은 예를 들어, 캐스트 또는 압출된 조성물의 크기, 조성물의 성분들, 조성물의 온도, 기타 다른 인자들에 따라 1분부터 약 2-3시간까지 지속될 수 있다. 바람직하게, 캐스트 또는 압출된 조성물은 약 1분 내지 약 2시간내에, 바람직하게 약 5분 내지 약 1시간 내에, 더욱 바람직하게 약 1분 내지 약 20분내에 "셋 업"되거나 경화되기 시작된다.
상술한 설명은 본 발명의 다양한 요구 및 범위를 이해하기 위한 기초를 제공한다. 이하의 실시예들 및 테스트 데이타들은 본 발명의 구체적인 구현예 및 최선의 실시양태에 대한 이해를 제공한다. 이러한 실시예들은 이하의 설명에 기술된 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의미하는 것은 아니다. 본 발명의 범위내의 변화들은 당업자들에게 자명하다.
실시예 1
표 1에 대한 프로토타입
이하의 식:
12.40% 물
2.5% 벤질 캐핑된, 선형 C10-14 알콜12.4 몰 에톡실레이트를
포함하는 비이온성 계면활성제
0.5% ABIL B 8852
1.572% 기포억제제
4.5% 분무-건조된 아미노트리메틸렌 포스폰산, 펜타소디움 염
48.528% 중회(Dense Ash; 무수 Na2Co3)
30% 소디움 트리폴리포스페이트
의 혼합물을 약 55℃의 온도에서 압출기로 압출하여 약 3.0 킬로그램의 질량을 갖는 고형 블록 세제를 제조하였다. 압출기는 2개의 성분 포트(ingredient port)들을 갖고 있었다. 제 1 포트로는, 무수 탄산 나트륨, ABIL 계면활성제, 소디움 트리폴리포스페이트, 아미노 트리에틸렌 포스폰산 금속이온봉쇄제 및 2/3의 비이온성 기포억제제를 포함하는 건조된 성분들을 투입하였다. 포트 2로는, 물, 비이온성, 1/3의 비이온성 기포억제제 조성물을 포함하는 액체 성분들을 주입하였다. 압출기에 의해 각 성분들을 균질한 덩어리로 혼합하였다. 기계의 동작을 멈추고 혼합된 덩어리를 고형 블록 세제로 경화시켰다.
실시예 2
3.208% 물
2% 벤질 캐핑된, 선형 C10-14 알콜 12.4 몰 에톡실레이트
2% PLURAFAC RA-40
0.5% 실리콘 (SILWET L-7602)
1.572% 기포억제제
4.390% 2-포스포노-부탄-1,2,4-트리카르복실산
3.250% NaOH, 50%
43.28% 탄산나트륨(무수물)
33.5% 소디움 트리폴리포스페이트
6.3% 히드록시 프로필셀룰로오스-코팅된(10%) 클로리네이티드
이소시아누레이트 인캡슐레이트
실시예 Ⅰ을 캐스트 고형으로 만들었다. 실시예 Ⅱ 및 표 1의 각 세제들은 고체를 형성하지 않고 식기세척기로 성분들을 혼합함으로써 프로토타입으로서 고형 블록으로 만들었다. 이러한 방법은 캐스트 고형들이 식기 세척기에서 디스펜스되는 것을 모의한 것이다. 실시예 Ⅰ의 조성을 표 1에서의 포로토타입에 대한 기초로 이용하였다. 실시예 Ⅰ을 프로토타입 Ⅰ로 반복실시하였다. 프로토타입 Ⅱ는 표 1에 열거된 계면활성제들의 농도를 증가시켜 실시하였다. 프로토타입 Ⅲ은 프로토타입 Ⅰ에 기술된 농도의 계면활성제들을 대체하여 실시하였다. 측정된 양의 고형 블록을 첨가하거나 또는 개개의 성분들을 시험 세척 탱크내의 측정된 양의 물에 첨가하여 본 발명의 제형화된 세제를 물과 접촉시킴으로써 클리닝 용액을 모델링하여 각각의 시험 샘플들을 제작하였다.
제 1 비이온성 계면활성제와 제 2 비이온성 실리콘 함유 계면활성제의 조합의 때 제거능력을 실시예 Ⅰ 및 Ⅱ에 기술된 바와 같이 하여 제작된 고형 블록 재료 및 프로토타입 세제 용액을 이용하여 측정하였다. 블록 세제들 및 프로토타입 용액들은 립스틱 자국을 포함하는 기물의 세정에 이용하였다. 시험은 아래의 프로토콜에 따라 행하였다.
시험 방법
10-사이클 스폿(10-cycle spot), 필름, 단백질, 및 립스틱 제거 시험을 이용하여 조성 1과 2 및 기타 다른 조성들을 상이한 실험 조건하에서 비교하였다. 이 실험 방법에서, 깨끗한, 깨끗하지만-립스틱이 묻은, 밀크-코팅된, Libby 유리를 실험실용 오염물질(lab soil) 및 시험세정 조성을 가지고 산업용 식기 세척기(Hobart C-44)로 세척하였다. 밀크 코팅된 것은 깨끗한 유리를 우유에 통째로 담근 후 100℉(38℃) 및 65% RH에서 콘디셔닝하여 준비하였다. 각 세제의 농도는 10-사이클 동안 내내 일정하게 유지하였다.
이용된 실험실용 오염물질(lab soil)은 비프 스튜 및 핫 포인트 오염물질(hot point soil)의 50/50 혼합물을 이용하였다. 핫 포인트 오염물질은 4부의 Blue Bonnet 식물성 마아가린과 1부의 Carnation 인스턴트 비지방성 밀크 파우더로 만들어진 기름진 소수성 오염물질이다.
시험에서는, 밀크-코팅된, 스테인드 글래스를 이용하여 세제 조성의 때 제거능력을 시험함과 동시에, 처음부터 깨끗한 유리를 이용하여 세제 조성의 재오염방지능력을 시험하였다. 시험의 말기에 유리에 스폿, 필름, 단백질, 및 립스틱 제거 등급을 메겼다. 등급은 1이 가장 우수한 것이고 5는 가장 불량한 것으로 하여 5 등급으로 평가하였다.
이 실험에 의해 수득한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이 표에서는, 특정한 이용 농도 및 때 로드에서의 세제 조성중의 계면활성제들을 실온 및 160℉(71℃)에서 1 사이클 및 2 내지 10 사이클의 일련의 실험에서 표면장력 및 립스틱 제거 프로토콜에 대해 시험하였다.
이용된 계면활성제 및 그들의 제조원의 설명
LF-428: 선형 C10-14 알콜 12.4 몰 에톡실레이트의 벤질 에테르(Ecolab); Plurafac RA-40: 개질 에톡실화 직쇄 알콜(BASF Corp.); Surfadone LP-300; N-도데실 피롤리돈(International Specialty Products); Monawet MT-70: 디-트리데실 소디움 술포숙시네이트, 70% (Mona Industries Inc.); JAQ Quat: N-알킬(3% C12, 95% C14, 2% C16) 디메틸 벤질 암모니움 클로라이드 디하이드레이트 (Huntington): Abil B 8852, 8847, 8878, 8873; Tegopren 5840: 폴리실록산 폴리에테르 코폴리머(Goldschmidt Chemical Corporation); Silwet L-7602, L-7201, L-77: 폴리알킬렌 옥사이드-변성 디메틸폴리실록산 (Union Carbide Corporation); Triton CF-21: 알킬아릴 폴리에테르 (Union Carbide Corporation); Triton CF-54: 변성 폴리에톡시 어덕트(Union Carbide Corporation); Fluorad FC-170-C: 플루오르화 알킬 폴리옥시에틸렌 에탄올(3M Company) Tegin L-90: 글리세릴 모노라우레이트 (Goldschmidt Chemical Corporation).
표 1은 낮은 표면장력과 향상된 납질 오염 세척력 사이에 대략적인 상관관계가 존재한다는 것을 가리킨다. 본 발명자들은 계면활성제 블렌드가 160℉에서 약 30 dynes/cm 미만의 표면장력을 달성하여, 알칼리성 세제 블록형태의 계면활성제 블렌드가 1회 사이클에서 재오염 없이 립스틱 자국 및 기타의 오염물질을 제거할 수 있다는 것을 확인하였다.
이상의 설명들, 실시예 및 데이타는 본 발명의 기술적인 이점에 대한 이해의 기초를 제공한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 구현예를 포함할 수 있기 때문에, 본 발명의 보호범위는 이하의 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.

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  39. (a) 1중량%의 수용액으로 제공될 때 적어도 10.0의 pH를 갖는 세제를 제공하기 위한 5 내지 70중량%의 알칼리원; 및
    (b) (ⅰ) 소수성 기와 -(EO)z기를 포함하는 비이온성 계면활성제, 여기서 z는 1 내지 100의 수; 및
    (ⅱ) 하기 식을 갖는 비이온성 실리콘 계면활성제를 포함하는 0.5 내지 50중량%의 비이온성 계면활성제 블렌드를 수용성 매질(aqueous medium) 내에 포함하는 수용성 알칼리 기물세척(warewashing) 세제 용액(단, 비이온성 계면활성제 블렌드가 상기 세제 용액의 100만 중량부에 대해서 17.5 내지 36중량부의 양으로 존재하고, 상기 용액이 기물의 표면으로부터 향상된 납질-지방성 때(waxy-fatty soil) 제거 능력을 나타내며, 상기 용액이 때를 제거하기 위하여 160℉의 온도에서 35dyne/cm 미만의 표면 장력을 나타낸다).
    상기 식에서, x는 0 내지 100의 수이고, y는 1 내지 100의 수이며, a는 0 내지 12의 수이고, b는 0 내지 60의 수이며, a+b≥1이고, R은 수소 또는 저급 C1-6의 알킬이다.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제가 선형 알콜 에톡실레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액.
  41. 제 39항에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제가 벤질 캐핑된 C8-12 선형 알콜 6 내지 16몰 에톡실레이트를 포함하는 용액.
  42. 제 39항에 있어서, 경도 금속이온봉쇄제(hardness sequestering agent)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용액.
  43. 제 39항에 있어서, 상기 금속이온봉쇄제가 아미노 트리알킬렌 포스폰산 소디움 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 용액.
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