KR100613267B1 - 세탁용 분말세제의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지방산 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 알칼리 빌더로 건식 중화하여 제조되는 세탁용 분말 세제의 제조방법에 있어서, a) 혼합기 내에 알칼리 빌더를 포함하는 분체원료를 투입하고 혼합하는 단계; b) 상기 a)단계의 분체원료 혼합물에 40 내지 70 ℃ 온도의 지방산 또는 지방산 함유 액상 성분의 미중화 계면활성제를 투입하고, 90 내지 150 ℃ 의 온도 하에 혼합하면서 미중화 계면활성제를 중화하는 단계; c) 상기 b)단계의 중화물에 표면개질제를 혼합하여 표면을 개질시키는 단계를 포함하는 세탁용 분말 세제의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 향류식 분무 건조 장치를 사용하지 않고 혼합기 내부 가온에 의해 지방산 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 고온의 상태에서 중화되도록 함으로써 지방산의 중화를 최대한 활성화하여 액상 성분의 양을 극대화하고, 제품의 안정성을 개선시키고, 미 중화로 발생하던 제품의 악취 발생, 제품 색도를 개선할 수 있다.
세탁용 세제, 분말 세제, 지방산, 미 중화 계면활성제, 표면 개질, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌글리콜, 건식 중화, 알칼리 빌더
Description
[산업상 이용 분야]
본 발명은 세탁용 분말 세제의 제조방법에 관한 것으로, 특히 지방산 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 건식 중화하여 제조되는 세탁용 분말 세제의 제조방법에 있어서, 상기 중화를 보다 효율적으로 하여 많은 함량의 액상 성분을 함유할 수 있고, 완전 중화가 이루어지지 않아 발생되는 향취 및 제품의 색도의 문제를 해결할 수 있는 세탁용 분말 세제의 제조 방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
종래의 지방산을 중화하여 세탁용 분말 세제를 제조하는 방법은 하기 두 가지 방법을 따른다.
첫째는 일본특허 공개공보 소61-69900호, 소61-69898호, 및 평5-5080호에 기재된 바와 같이 중화조에서 산성의 계면활성제를 중화한 후 배합조로 이송하여 제조된 슬러리를 향류식 분무건조장치(Spray dryer)에 의해 건조 밀도가 0.5 g/cc인 저밀도의 건조 입자를 제조한 후, 건조 입자를 고속 믹서(High speed mixer), 레디 게 믹서(Loedige mixer) 등의 별도의 혼합/분쇄 장치에 투입하여 분쇄한 후, 액상 물질을 분사하여 분쇄된 건조 입자 간의 접점을 형성한 후, 제올라이트, 탈크 등의 비수용성 물질로 표면을 개질(Caking)하여 고밀도 세제를 제조하는 방법이다. 이러한 방법은 건조 과정을 필히 거침으로 용해성이 불량하고, 중화-배합-건조 농축화의 복잡한 과정을 거침으로 용해성이 불량하고, 세제 원료의 열에 의한 변성, 생산을 위한 설비투자비 및 제조경비가 많이 들며 에너지 효율이 낮다는 단점이 있다.
한편, 세제의 주 세정 성분으로 비이온 계면활성제를 사용할 경우 음이온 계면활성제에 비하여 훨씬 우수한 세척력을 나타냄과 동시에 기포 특성 등의 제반 물성이 우수해진다는 것은 잘 알려져 있다(세제 세정의 사전: Surfactants and interfacial phenomena, Milton Rosen저, Willey사). 그러나 이러한 비이온 계면활성제 중에 가장 널리 사용되는 폴리옥시에틸렌알킬에테르는 열 안정성이 나빠 상기 향류식 건조장치를 사용할 경우 건조 공정에서 변성이 되어 비수용성 물질이 생성되어 건조 입자에 흡수되지 않고 표면에 유출된 상태로 얻어져 유동성이 나쁘고 케이킹이 되는 등의 문제가 발생되어 통상의 세제 제조 공정인 건조에 의한 제조가 불가능한 문제점을 갖고 있다.
둘째는 상기 문제를 해결하고자 시도된 것으로, 일본공개 특허공보 평5-125400호, 평6-9997호, 평6-9999, 소62-263299호 등에 기재된 것과 같이 액상 중화가 아닌 건식 중화를 이용하여 분말 세제를 제조하는 방법이다. 이 제조 방법으로 제조할 때에는 가장 주의해야 할 것이 중화 공정이다. 중화가 완전히 이루어지지 않을 경우 더 많은 함량의 액상 성분이 필요하거나, 미중화로 인하여 세제에서 악취가 발생하고, 제품 분말의 색도를 어둡게 하는 문제점을 갖고 있다.
이러한 건식 중화 방법을 상세히 살펴보면, 고속으로 회전하는 종형 및 횡형의 회전축에 교반 날개가 장착된 고속 회전 조립기에 미 중화 계면활성제와 중화 반응을 일으키는 알칼리빌더와 그 외의 분체 원료를 투입하면서 미 중화 계면활성제를 투입한 후 비이온 계면활성제를 첨가하거나, 미 중화 계면활성제와 비이온 계면활성제를 동시에 투입하여 직접 중화 및 입자화가 이루어지도록 한다. 이때 미 중화 계면활성제 특히 지방산의 경우 중화 반응성은 다른 음이온 계면활성제에 비하여 현저히 떨어진다. 또한 투입 시 지방산 또는 지방산을 함유하고 있는 액상 성분의 온도는 중화 반응에 큰 영향을 준다.
이러한 지방산을 다른 액상 성분과 혼합하여 적용하지 않고 단독으로 투입하는 경우 통상적으로 지방산의 녹는점 보다 5 내지 15 ℃ 정도 높은 온도에서 투입한다. 대략 이 온도는 40 내지 70 ℃인데 이러한 온도에서 지방산을 소다회 등이 포함된 분체와 건식 직접 중화에 적용할 경우 소다회와 접촉하여 반응하기 이전에 많은 양의 지방산이 응결되어 접촉 면적을 현저하게 줄여서 지방산의 중화는 잘 되어지지 않는다. 따라서 지방산을 많이 함유한 덩어리(lump)를 발생시키고, 중화가 잘 되지 않아 지방산 냄새를 풍기게 되는 결과를 초래하게 된다. 그리고 중화를 시키기 위하여 믹서에서 교반 시간을 증가한다던가 회전수를 늘린다던가 날개 수를 늘린다던가 하는 분체와의 접촉 면적을 증가하기 위한 노력이 필요하게 된다.
또한 지방산을 다른 액상 성분과 혼합하여 투입하는 경우 지방산을 단독으로 투입하여 직접 중화하는 경우에서 발생되었던 문제점들을 많이 개선할 수 있지만, 역시 완전한 중화가 힘들고 중화 시점까지 오랜 시간이 걸리는 것이 단점이다. 그리하여 미 중화된 지방산은 액상으로 작용하기 때문에 입자를 형성시키기 위해서는 더 많은 양의 분체를 필요로 하게 된다. 따라서 액상 성분의 함량에 제한을 준다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 고려하여, 지방산 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 건식 중화하여 제조되는 세탁용 분말 세제의 제조방법에 있어서, 지방산의 중화를 최대한 활성화하여 액상 성분의 양을 극대화하고, 제품의 안정성을 개선시키고, 미 중화로 발생하던 제품의 악취 발생, 제품 색도를 개선할 수 있는 세탁용 분말 세제의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명이 해결하기 위한 수단]
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 지방산 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 알칼리 빌더로 건식 중화하여 제조되는 세탁용 분말 세제의 제조방법에 있어서,
a) 혼합기 내에 알칼리 빌더를 포함하는 분체원료를 투입하고 혼합하는
단계;
b) 상기 a)단계의 분체원료 혼합물에 40 내지 70 ℃ 온도의 지방산 또는
지방산 함유 액상 성분의 미중화 계면활성제를 투입하고, 90 내지 150 ℃
의 온도 하에 혼합하면서 미중화 계면활성제를 중화하는 단계;
c) 상기 b)단계의 중화물에 표면개질제를 혼합하여 표면을 개질시키는 단계;
를 포함하는 세탁용 분말 세제의 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
[작 용]
본 발명은 종형 또는 횡형의 회전축을 갖는 혼합기에서 산성의 미 중화 음이온 계면활성제와 통상적인 세제에 사용되는 알칼리 빌더간의 직접 중화 반응을 이용할 경우 중화된 음이온 계면활성제가 결합 및 흡수력이 생겨 액상의 비이온 계면활성제의 다량 함유가 가능하고, 중화 반응의 속도와 정도는 온도에 매우 민감함을 발견하여 이를 이용한 것이다. 다시 말하면, 혼합기 내부 가온에 의해 지방산 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 고온의 상태에서 중화되도록 함으로써 지방산의 중화를 최대한 활성화하여 액상 성분의 양을 극대화하고, 제품의 안정성을 개선시키고, 미 중화로 발생하던 제품의 악취 발생, 제품 색도의 개선시킨 것이다.
본 발명에서는 지방산의 종류에 따라 다르지만 40 내지 70 ℃로 혼합기에 투입된 지방산 또는 지방산 함유 액상 성분이 약 90 내지 150 ℃의 고온에서 중화되도록 혼합기 내부에 스팀이나 핫 에어를 공급하여 지방산이 응결되는 현상을 현저히 줄어들게 하고, 중화 반응이 빠른 시간에 이루어지도록 한다. 따라서 종래의 건식 중화 방법에 의한 분말 세제를 제조할 때 발생하던 문제를 해결할 수 있다.
중화가 완전하게 되지 않고 빠른 시간 내에 중화되지 않으면 액상 성분의 장기 안정성 측면에서도 악영향을 준다. 왜냐하면 지방산과 소다회 등과의 건식 직접 중화 시 발생되는 이산화탄소는 입자 내에 공극을 만들어 액상 성분을 안정하게 유지시키는 작용을 한다. 종래의 방법으로는 중화 반응이 늦어 그 만큼 공극의 생성 또한 늦어 액상 성분을 안정하게 유지하는데 문제가 있다. 하지만 본 발명에서는 짧은 시간 내에 혼합기 내부 가온에 의한 고온 상태에서 중화가 일어나기 때문에 공극의 생성 또한 빠르고, 고온에서 중화 반응이 이루어지기 때문에 이산화탄소와 함께 생성되는 물이 수증기의 형태로 발생되어 그 만큼 공극의 양이 많아진다. 결과적으로 액상 성분을 장기간 안정하게 유지시키는데 효율적이다.
본 발명에서 적용되는 지방산은 하기 화학식 1과 같다.
상기 식에서,
R1은 탄소수 6 내지 23의 알킬기이고, M은 알칼리 금속이다.
본 발명에서 적용되었던 액상 성분으로는 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌/옥시프로필렌 알킬에테르, 폴리옥시프로필렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌글리콜, 함량이 30 내지 60 중량%의 알파올레핀 술폰산염 수용액, 함량이 30 내지 60 중량%의 알킬술폰산염 수용액 등이 있으며 하기 화학식 2 내지 7과 같다.
상기 식에서,
R2 내지 R6은 탄소수 6 내지 20의 알킬기이고,
R7은 수소원자나 탄소수 1 내지 3 개의 알킬기이고,
M은 알칼리 금속을 나타내며,
n1 내지 n6은 에틸렌옥사이드 및 프로필렌 옥사이드 평균 부가 몰수를 나타
내며, n1은 3 내지 20 몰을 나타내며, n2 내지 n4, n6은 1 내지 7 몰이고,
상기 화학식 5는 평균 분자량이 1000에서 6000의 값을 갖는다.
그리고 본 발명에서 적용된 건식 직접 중화 반응은 하기 반응식 1 내지 3의 형태로 이루어진다.
상기 식에서,
R은 알킬기이고 M은 알칼리 금속을 나타낸다.
본 발명에서 적용되는 분체 성분으로는 알칼리 빌더와 중화된 음이온 계면활성제, 백토, 벤토나이트, 제올라이트 등이 적용된다. 알칼리 빌더로는 M2CO3, MHCO3, M2SO4, 및 MHSO4로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것을 사용할 수 있다. 여기서 M은 알칼리금속을 의미한다. 중화된 음이온 계면활성제는 알킬벤젠술폰산염, 알킬술폰산염, 및 알파올레핀술폰산염 분말 등이다.
더 구체적으로 본 발명의 제조방법을 설명하면, 우선 횡형 또는 종형의 혼합기 내에서 분체 원료를 혼합한 다음 지방산 단독 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 40 내지 70 ℃의 온도에서 분사 등의 방법으로 혼합기에 투입시킨다. 특히 지방산과 액상 성분을 함께 투입하는 것이 바람직하다. 그리고 액상 성분 투입과 동시에 혼합기 내부에 100 ℃ 이상의 스팀, 또는 150 내지 300 ℃의 핫 에어를 가하여 혼합기 내부 온도를 상승시켜 액상 성분이 고온의 상태에서 중화 되도록 한다. 그 후 혼합기 내에서의 제조는 일반의 세제 공정과 유사하다.
본 발명과 같이 혼합기 내부 가온에 의한 고온에서 액상 성분이 중화되도록 하면 교반 시간을 조절하기가 수월해진다. 일반적으로 저온으로 중화하면 일정 시점이 지나가면 입자가 되지 않고 제품이 끈적끈적 해진다든가 덩어리가 많이 발생된다. 하지만 고온 상태에서 중화하면 적정 교반 시간이 길어 조절이 쉬워진다.
최종 분말 세제의 제조는 고온에서 중화된 농조한(sticky)한 입자에 표면 개질제를 첨가하여 표면을 개질시키고 첨가제를 투입하여 제조한다. 본 발명에서 적용된 표면 개질제는 보통의 세제 공정에서 사용되는 제올라이트, 클레이, 탈크, 및 실리카로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것을 사용한다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.
[실시예]
실시예 1
표 1에 나타낸 조성과 같이 소다회, 망초, 및 백토로 이루어진 분체를 종형의 혼합기 내에 투입하고 혼합한 후, 지방산 단독으로 이루어진 액상 성분을 40 내지 70 ℃의 온도에서 분사 투입하여 혼합하였다. 그리고 폴리옥시에틸렌알킬에테르 및 폴리옥시에틸렌글리콜의 액상 성분 투입과 동시에 혼합기 내부 온도가 90 내지 150 ℃의 고온이 되도록 혼합기 내부를 핫 에어를 가하여 사용하여 가열하여 액상 성분이 고온의 상태에서 중화 되도록 하였다. 또한 분쇄기 속도는 50 내지 3000 rpm으로 하여 분쇄 및 조립되는 과정에서 미 중화된 지방산은 소다회와 건식 중화가 이루어지도록 하였다. 이 과정에서 표면이 농조한 분말 입자가 형성되고, 표면이 농조한 입자에 표면 개질제로 제올라이트를 투입하여 입자의 표면을 개질하여 세제 입자를 형성시켰다. 제조된 세제 입자에 형광염료, 향, 효소 및 소포제를 혼합하여 세탁용 분말 세제를 제조하였다.
제조된 분말 세제는 수율, 겉보기 밀도, 용해성, 냄새측정, 및 백색도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
수율은 투입원료 중량에 대한 최종 세제의 중량의 비로 산출하였고, 겉보기 밀도는 겉보기 밀도 측정 장치(Powder Tester; Hosogawa Micron사, 일본)를 사용하였으며, 유동성은 세탁용 분말 세제 100 ㎖가 하부 직경 10 mm의 깔때기를 통과하는 시간을 측정하였으며, 용해성은 세탁용 분말 세제 10 g을 이온 교환수 1 ℓ에 넣고, 약 5 분 동안 교반하여 세제 용액을 200 메쉬(mesh)의 표준 망체에 통과시킨 후, 남은 잔유물의 건조 중량%를 측정하여 초기 10 g 중 용해된 세제의 중량%를 측정하였으며, 냄새측정은 제조된 각각의 세제 표본의 향취를 관능 지방산 악취의 정도를 5 점 만점 척도로 하여 평가자 10 명에게 관능 평가를 실시하여 평균하였고(예: 5 점이면 지방산 악취를 발생하지 않음), 백색도는 각각의 표본을 색도계(NIPPON DENSHOKU사의 SPECTRO COLOR METER SE 2000)를 이용하여 백색도 값을 나타내는 WB 값으로 측정하였다.
실시예 2
표 1에 나타낸 조성과 같이 액상 성분으로 지방산, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 및 폴리옥시에틸렌글리콜을 함께 투입한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 세탁 용 분말 세제를 제조하였다.
실시예 3
표 1에 나타낸 조성과 같이 액상 성분으로 지방산, 폴리옥시에틸렌알킬에테르를 함께 투입하고, 부식의 위험이 있는 알킬술폰산염(30 중량%)을 별도로 투입한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 세탁용 분말 세제를 제조하였다.
실시예 4
표 1에 나타낸 조성과 같이 액상 성분으로 지방산, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 및 폴리옥시에틸렌글리콜을 함께 투입한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 세탁용 분말 세제를 제조하였다.
비교예 1
표 1에 나타낸 조성과 같이 우선 액상 성분으로 지방산을 단독으로 투입한 후, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 및 폴리옥시에틸렌글리콜의 액상 성분 투입시 핫 에어를 가하지 않고 혼합한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 세탁용 분말 세제를 제조하였다.
비교예 2
표 1에 나타낸 조성과 같이 액상 성분으로 지방산, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 및 폴리옥시에틸렌글리콜을 함께 투입하고, 액상 성분 투입시 핫 에어를 가하지 않고 혼합한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 세탁용 분말 세제를 제조하였다.
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 조 성 ( 중 량 부 ) | 지방산 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
| 폴리옥시에틸렌알킬에테르 | 16.0 | 16.0 | 16.0 | 18.0 | 16.0 | 16.0 | |
| 폴리옥시에틸렌글리콜 | 1.0 | 1.0 | - | - | 1.0 | 1.0 | |
| 알킬술폰산염 | - | - | 2.0 | - | - | - | |
| 소다회(탄산나트륨) | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 30.0 | |
| 망초(황산나트륨) | 12.0 | 12.0 | 12.0 | 10.0 | 12.0 | 12.0 | |
| 백토(Clay) | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | |
| 제올라이트 | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 30.0 | |
| 형광염료 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| 효소 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| 소포제 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | |
| 세 제 물 성 | 수 율(%) | 91.4 | 97.2 | 94.5 | 93.7 | 82.2 | 83.5 |
| 겉보기 비중(g/cc) | 0.84 | 0.85 | 0.87 | 0.87 | 0.84 | 0.85 | |
| 유동성(sec) | 24 | 23 | 24 | 26 | 31 | 30 | |
| 용해성(중량%) | 98.3 | 99.4 | 99.1 | 99.0 | 95.2 | 96.5 | |
| 냄새 측정 | 3.52 | 4.92 | 4.76 | 4.84 | 1.42 | 2.25 | |
| 백색도(WB) | 92.1 | 97.8 | 95.7 | 96.8 | 80.1 | 87.5 | |
상기 표에서 형광염료는 스위스 시바스페셜티케미칼(Ciba Specialty Chemical)사 제조 Tinopal CBS-X이고, 효소는 덴마크 노보노르디스크(Novo Nordisk)사 제조 Savinase 12.0T이고, 소포제는 한국 디씨실리콘(DC Silicon)사 제조 LDC1215이다.
상기 표에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 세탁용 분말 세제는 유동성, 용해성, 수율, 냄새 측정 및 색도 측면에서 우수함을 알 수 있었다.
본 발명의 제조방법은 향류식 분무 건조 장치를 사용하지 않고 혼합기 내부 가온에 의해 지방산 또는 지방산을 함유한 액상 성분을 고온의 상태에서 중화되도 록 함으로써 지방산의 중화를 최대한 활성화하여 액상 성분의 양을 극대화하고, 제품의 안정성을 개선시키고, 미 중화로 발생하던 제품의 악취 발생, 제품 색도를 개선할 수 있다. 또한 혼합기 내부 가온 방법으로 액상 원료에 열을 공급하기 때문에 액상 성분을 혼합기 투입 전 가온하여 중화하는 방법에 비하여 액상 성분의 이송 시 생기는 냉각 효과를 없앨 수 있으며, 중화 시 발생되는 열을 추가적으로 사용함으로써 에너지 효율성을 극대화 할 수 있으며, 가열에 의한 액상 성분의 변이를 극소화할 수 있다. 따라서 본 발명의 방법으로 제조되는 세탁용 분말 세제는 유동성, 용해성, 수율, 냄새 측정, 및 색도가 우수하다.
Claims (3)
- 지방산 또는 지방산과 액상 성분의 혼합물을 알칼리 빌더로 건식 중화하여 제조되는 세탁용 분말 세제의 제조방법에 있어서,a) 혼합기 내에 알칼리 빌더를 포함하는 분체원료를 투입하고 혼합하는 단계;b) 상기 a)단계의 분체원료 혼합물에 40 내지 70 ℃ 온도의 지방산 또는 지방산과 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌/옥시프로필렌 알킬에테르, 폴리옥시프로필렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌글리콜, 30 내지 60 중량%의 알파올레핀 술폰산염 수용액, 및 30 내지 60 중량%의 알킬술폰산염 수용액으로부터 1 종 이상 선택되는 액상 성분의 혼합물을 투입하고, 90 내지 150 ℃의 온도 하에 혼합하면서 상기 지방산 또는 지방산과 액상 성분의 혼합물 중의 미중화 계면활성제를 중화하는 단계; 및c) 상기 b)단계의 중화물에 표면개질제를 혼합하여 표면을 개질시키는 단계를 포함하는 세탁용 분말 세제의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 b)단계의 온도는 혼합기 내부에 150 내지 300 ℃의 핫 에어를 가하여 90 내지 150 ℃로 상승시키는 것인 세탁용 분말 세제의 제조 방법.
- 삭제
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