KR101998346B1

KR101998346B1 - 우수한 상 안정성을 가지는 구조화된 액체 세제 조성물

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Publication number: KR101998346B1
Application number: KR1020130048483A
Authority: KR
Inventors: 조인식; 구형서; 남기천; 채남수; 유경민
Original assignee: 애경산업(주)
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2019-07-09
Also published as: KR20140129766A

Abstract

본 발명은 구조화된 액체 세제 조성물에 관한 것으로 음이온 계면활성제, 무기염 및 물을 포함하는 구조화된 액체 세제 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의한 구조화된 액체 세제 조성물은 장기간 보존 시에도 구조화된 특성을 그대로 유지하고 있으며, 물에 희석시 높은 pH를 유지하여 우수한 세척력을 가지면서도 상 안정성이 우수하여 상 분리 발생을 낮출 수 있다.

Description

우수한 상 안정성을 가지는 구조화된 액체 세제 조성물{Structured liquid detergent composition with excellent phase stability}

본 발명은 구조화된 액체 세제 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는 단백질 오염, 피지오염에 대해 높은 세척력을 가지면서도 상 안정성이 우수하여 상 분리가 일어나지 않는 구조화된 액체 세제 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 구조화된 액체 세제 조성물은 세제 활성 물질이 수성 상 내에 평면 라멜라 구조 및/또는 입자상 구체(spherulite)인 라멜라 액적(lamellar droplet)구조로 분산되어 존재한다. 이러한 라멜라 액적은 세제 활성 물질이 동심원의 이중 층으로 이루어진 양파형 구조를 가지며, 그 층들 사이에 물이나 전해질이 trapping되어 존재하게 된다. 일반적으로 구조화된 액체 세제 조성물은 라멜라 액적 구조의 존재로 소비자가 원하는 불용성 미립자 고체를 현탁시키거나 기능성 원료를 마이크로캡슐화 하여 부유시킬 수 있다.

그러나, 이러한 라멜라 액적 구조를 이용하여 제조하는 경우 계면활성제 함량이 높은 곳에서는 제품을 따를 수 없을 정도까지 점도가 상승할 수 있고, 이상적인 유동 특성이 있게 하기 위해선 계면활성제 함량을 조절하거나 무기 염의 함량을 조절하여 유동특성이 있도록 하는 것이 필요하다. 또한, 라멜라 액적 구조를 포함하는 액체 세제 조성물의 경우 고온 또는 저온, pH가 높은 영역에서 장기간 저장시 분산상과 수상이 분리되어 상 안정성이 안 좋아지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 구조화된 액체 세제 조성물에서 상 안정성이 향상된 다양한 세제 조성물에 대한 연구가 제안되고 있다.

US 5108644에서는 계면활성제를 낮추면서 전해질 및 폴리머를 사용하여 점도 조절을 통해 안정성이 향상되고 특정의 입자를 분산시킬 수 있는 세제에 대해서 개시하고 있지만, 구조화시키기 위해서 폴리머와 전해질 2가지를 모두 필요로 하고 있으며 pH가 높은 조건에 대해선 언급하고 있지 않다.

US 6174846에서는 특정의 친수성 유화제인 디폴리하이드록시스테아레이트를 사용하여 냉동, 해동을 반복할 경우에도 점도의 변화가 적은 액체 세제 조성물에 대해서 게시하고 있지만, 고온 및 높은 pH상에서의 안정성에 대해서는 언급하고 있지 않다.

US 6358497에서는 비수계상에서 구조화시킬 수 있는 계면활성제 계에 대해서 게시하고 있지만, 물을 포함하고 계면활성제의 농도가 낮은 상태의 안정성에 대해서는 언급하고 있지 않다.

JP 2001-040392호는 수계 액체세제 조성물로 높은 계면활성제 농도에서 무기염을 사용하고 있지만, 다량의 무기염을 사용하고 있지 않으며 라멜라 액적구조를 가지고 있지 않다. 또한 높은 pH에서 상 안정성 및 희석수의 pH에 대해 언급하고 있지 않다.

상기 언급한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고온, 저온, pH가 높은 상태에서 장기간 보존 시에도 구조화된 특성을 그대로 유지하며, 물에 희석시 높은 pH를 유지하여 단백질 오염, 피지오염에 대해 높은 세척력을 가지면서도 상 안정성이 우수한 구조화된 액체 세제 조성물 및 이로 제조된 액체 세제를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상은,

(a) 하기의 화학식 1로 표현되는 제1 음이온 계면활성제 5 내지 15 중량%;

(b) 알킬황산, 알케닐황산, 알파설폰지방산에스테르, 알파올레핀설폰산, 알킬에테르설폰산, 알킬에테르카르복시산, 알케닐에테르카르복시산, 알칸설폰산, 설포호박산알킬에스테르, 아실아미노알칸설폰산, 알킬에스테르설폰산, 알케닐에스테르설폰산, 알킬에테르, 알케닐에테르 및 이들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 제2 음이온 계면활성제 1 내지 8 중량%;

(c) 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼륨 및 중탄산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상 알칼리 무기염 8 내지 20 중량%; 및

(d) 물; 을 포함하고,

상기 (a) 제1 음이온 계면활성제 대 (b) 제2 음이온 계면활성제의 중량비가 1.1 내지 5 : 1인 라멜라 액적 구조로 구조화된 액체 세제 조성물에 관한 것이다.

[화학식 1]

R₁-(C₆H₆)-SO₃-X

(R₁은 C8 - C16 직쇄 알킬 또는 알케닐, 분지쇄 알킬 또는 알케닐이고 X는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 이온, 알카놀아민 및 알킬알카놀아민의 양이온 극성을 가지는 염으로부터 선택된 1종 이다.)

상기 (a) 제1 음이온 계면활성제와 (b) 제2 음이온 계면활성제의 합이 액체 세제 조성물의 전체 중량에 대해 20중량% 이하일 수 있다.

상기 구조화된 액체 세제 조성물 대 물의 1:1 (ml:L)희석비로 이루어진 희석수의 pH는 9.5 내지 11.0일 수 있다.

본 발명의 다른 양상은, 상기 액체 세제 조성물로 제조된 액체 세제에 관한 것이다.

본 발명에 따른 구조화된 액체 세제 조성물은 고온, 저온에서 상 안정성이 우수하여 상 분리가 일어나지 않으며 물에 희석시 높은 pH를 유지함으로써 단백질 오염, 피지오염에 대해 우수한 세척력을 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 구조화된 액체 세제 조성물에 관한 것으로, 상기 액체 세제 조성물은 세제 조성물의 상 안정성을 유지하기 위한 추가적인 폴리머, 예를 들어 양이온성 폴리머의 첨가 없이 우수한 조성물의 상 안정성을 나타내고, 물에 희석시 높은 pH를 유지함으로써 효소 활성을 극대화시켜 단백질 오염 및 피지오염에 대해 우수한 세척력을 제공할 수 있다.

상기 구조화된 액체 세제 조성물은 (a) 제1 음이온 계면 활성제; (b) 제2 음이온 계면활성제; (c) 알칼리 무기염; 및 물;을 포함하고, 상기 계면 활정제가 동심원 이중층으로 이루어진 양파형 구조를 가지며, 그 층들 사이에 용매나 무기염이 trapping된 라멜라 액적 구조를 형성한다. 상기 라멜라 액적 구조는 용매상 내에 분산되어 있는 형태이다.

(a) 제1 음이온 계면활성제

상기 (a) 제1 음이온 계면활성제는 화학식 1로 표현되는 직쇄 또는 분지쇄 알킬벤젠설폰산을 포함할 수 있다.

[화학식 1]

R₁-(C₆H₆)-SO₃-X

(R₁은 C8 - C16 직쇄 알킬 또는 알케닐, 분지쇄 알킬 또는 알케닐이고 X는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 이온, 알카놀아민, 알킬알카놀아민의 양이온 극성을 가지는 염으로부터 선택된 1종 이다.)

상기 (a) 제1 음이온 계면활성제는 구조화된 액체 세제 조성물의 전체 중량에 대해 5 내지 15중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 7 내지 12중량%로 포함될 수 있다. 상기 (a) 제1 음이온 계면활성제의 함량이 5 중량% 미만으로 포함되면 액체 세제를 구조화시키는 효과가 미미하고, 15중량%를 초과하여 포함되면 조성물의 상 안정성이 저하될 수 있다.

(b) 제2 음이온 계면활성제

본 발명은 라멜라 액적구조를 유지하기 위해서 상기 화학식 1로 표시되는 제1 음이온 계면활성제를 제외한 (b) 제2 음이온 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 (b) 제2 음이온 계면활성제는 알킬황산, 알케닐황산, 알파설폰지방산에스테르, 알파올레핀설폰산, 알킬에테르설폰산, 알킬에테르카르복시산, 알케닐에테르카르복시산, 알칸설폰산, 설포호박산알킬에스테르, 아실아미노알칸설폰산, 알킬에스테르설폰산, 알케닐에스테르설폰산, 알킬에테르, 알케닐에테르 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 알킬에테르설폰산 및 알케닐에스테르설폰산일 수 있다. 예를 들어, 알킬기의 평균 탄소수가 10 내지 20, 에틸렌옥시드 평균 부가 몰수가 0.5 내지 6의 폴리옥시에틸렌 알킬에테르설폰산 또는 그 염; 탄소수 10 내지 20의 알킬기 또는 알케닐기를 가지는 알킬 또는 알케닐에스테르설폰산 또는 그 염; 및 탄소 수 10 내지 20의 알파올레핀설폰산 또는 그 염일 수 있다.

상기 제2 음이온 계면 활성제는 구조화된 액체 세제 조성물의 전체 중량에 대해 1 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 상기 (b) 제2 음이온 계면활성제의 함량이 1 중량% 미만으로 포함되면 상 안정성이 저하되고, 8 중량%를 초과하여 포함되면 라멜라 액적구조를 형성하기 어렵다.

상기 (a) 제1 음이온 계면활성제 대 (b) 제2 음이온 계면활성제 간의 비는 1.1 내지 5 : 1의 중량비일 수 있고, 바람직하게는 1.5 내지 3.5 : 1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 (a) 제1 음이온 계면활성제가 (b) 제2 음이온 계면활성제와 동등하거나 낮은 중량%를 가질 경우 라멜라 액적 구조를 형성하기 어렵거나 또는 상안정성이 저하될 수 있고, (a) 제1 음이온 계면활성제가 (b) 제2 음이온 계면활성제와의 중량비가 5:1을 초과할 경우 저온에서 상 안정성이 저하될 수 있다.

(c) 알칼리 무기염

상기 (c) 알칼리 무기염은 본 발명에 사용되는 계면활성제를 구조화하는 구조화제로서의 역할을 하고 있다. 상기 알칼리 무기염은 구조화된 액체 세제 조성물의 전체 중량에 대해 8 내지 20중량%로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 15중량%로 포함될 수 있다. 8 중량% 미만으로 포함되면 계면활성제를 구조화하는 구조화제로서의 역할이 미비할 수 있고, 또는 물에 희석시 희석수의 높은 pH를 유지하는데 어려움이 있고, 20중량% 초과하여 포함되면 조성물의 상 안정성이 저하될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알칼리 무기염은 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼륨 및 중탄산칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

(d) 물

상기 (d)물은 잔량으로 상기 구조화된 액체 세제 조성물에 포함될 수 있고, 바람직하게는 50 내지 80중량%로 포함될 수 있다.

본 발명의 구조화된 액체 세제 조성물은 본 발명의 효과를 벗어나지 않는 범위 내에서 필요에 따라 통상적인 첨가제를 적정량 배합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 가용화제, 방부제, 효소, 향료, 실리콘 소포제, 염료 등일 수 있다. 상기 가용화제로 프로필렌 글리콜을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 첨가제는 상기 구조화된 액체 세제 조성물에 전체 중량에 대해 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%로 포함될 수 있으나, 피세정물의 대상, 목적 및 세정방식에 따라 그 함량이 달라질 수 있으며, 섬유에 부착된 오염에 대한 세척력 또는 인체 및 환경 안정성 및 보관 안정성이 손상되지 않는 범위 내에서 당업자가 임의로 그 함량을 조절할 수 있다.

본 발명의 액체 세제 조성물은 효과적인 세척력을 얻기 위하여 알칼리성인 것이 바람직하며, 상술한 성분들을 포함하는 액체 세제 조성물의 pH는 9.5 내지 11.0인 것이 바람직하다.

상기 액체세제 조성물은 세탁수에 희석시 희석수의 pH는 9.5 내지 11.0인 것이 바람직하다. 상기 희석수의 pH가 9.5 미만이면 원하는 세정성능을 얻어내기 힘들며, pH 11.0을 초과하면 높은 pH로 인하여 일반 가정에서 사용시 안전상에 문제점이 발생할 수 있다. 상기 희석수에서 상기 구조화된 액체세제 조성물 대 물의 희석비는 1 ml : 1 L 이다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다. 하기 표에서 별다른 언급이 없는한 단위는 중량%이다.

<실시예 및 비교예>

하기 표 1에 제시한 성분을 따르고, 당 업계에 공지된 통상의 방법을 이용하여 액체 세제 조성물을 제조하였다.

성분	실시예
성분	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
음이온계면활성제-1¹⁾	8	10	9	10	12	7	9	10	10	5	15
음이온계면활성제-2²⁾	7	4	5	6	5	5	7	4	4	1	5
탄산나트륨	10	10	10	10	10	10	10	20	8	10	10
첨가제	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5
물	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량
희석수 pH	10.6	10.0	10.6	10.4	10.3	10.5	10.1	10.8	9.7	10.6	10.3
합계	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100

1)탄소수 10 내지 14의 알킬기를 갖는 벤젠술폰산을 나트륨으로 중화한 직쇄알킬 벤젠 술폰산염(LAS; 제품명:ASCO 96, 에이케이켐텍)

2) 탄소수 10 내지 16의 지방 알콜에 에틸렌 옥사이드 3몰이 부가되었고 나트륨으로 중화된 알킬 에톡시 황산염(AES; 제품명:ASCO 24-3/70 에이케이켐텍)

성분	비교예
성분	1	2	3	4	5	6
음이온계면활성제-1¹⁾	15	2	8	8	5	12
음이온계면활성제-2²⁾	10	1	4	4	9	2
탄산나트륨	10	10	25	5	10	10
첨가제	5	5	5	5	5	5
물	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량	잔량
희석수 pH	9.7	10.6	10.8	8.7	10.4	10.0
합계	100	100	100	100	100	100

<실험예>

1) 세척력 평가

세척력 평가는 실험실용으로 주로 사용되는 교반 혼합식 세정력 시험기(Terg-O-tometer, United States Testing Co., Inc.)를 이용하여 시행하였다. 세정력 측정온도 25℃에서 회전 RPM 120으로 작동시켰고, 시료량은 물 1L에 시료 1g을 사용하였으며, 세탁시간은 10분, 헹굼은 3분씩 각각 2회 실시하였다.

측정에 사용한 인공 오염포는 C10(Center For Testmaterials BV), JIS(습식인공오염포)를 사용하였다. C10 오염포는 면 섬유에 주로 단백오염으로 만든 오염포로서 가로 세로 8×8cm의 크기로 잘라 시료 1개에 6장씩 사용하였다. JIS 오염포는 면 섬유에 인체에서 발생할 수 있는 오염을 인공적으로 만든 오염포로서 가로 세로 5×5cm의 크기로 잘라 시료 1개에 8장씩 사용하였다.

세탁 전,후 각각의 오염포에 대해 세척효과는 색차 측정기(colorimeter, Japan testing Co., INC.)로 백색도를 측정하고 하기식에 따라 계산된 세척력을 표 3에 나타낸 평가 기준에 따라 판정하여, 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다.

세척력(%) = {(C-B)/(A-B)}*100

A: 백포의 백색도

B: 세척 전 오염포 백색도

C: 세척 후 오염포 백색도

세척력 평가기준 (C10 ; 면)	◎ : 매우 우수(세정력 45% 이상)
	○ : 우수(세정력 40∼45%)
	△ : 보통(세정력 35∼40%)
	X : 불량(35% 미만)
세척력 평가기준 (JIS ; 면)	◎ : 매우 우수(세정력 45% 이상)
	○ : 우수(세정력 40∼45%)
	△ : 보통(세정력 35∼40%)
	X : 불량(35% 미만)

실시예

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

C10 ;면

◎

○

◎

JIS ;면

◎

△

○

◎

	비교예
	1	2	3	4	5	6
C10 ; 면	◎	△	◎	○	◎	◎
JIS ; 면	◎	X	◎	○	◎	◎

2) 상 안정성 평가

상기의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 액체 세제 조성물의 안정성을 온도에 따라 경시변화 후 표 6과 같은 방법으로 상 안정성을 평가하였다.

점도에 대한 평가는 회전식 점도 측정기(Brookfield RVT)를 이용하여 시행하였다. 측정 온도는 25℃에서 점도계의 회전 speed를 0.5, 10로 측정하였다. 이때 사용된 스핀들 번호는 3번을 이용하여 측정하였으며, 상기 실시예 및 비교예의 조성물을 500ml의 비이커에 담아 항온 항습 조건을 유지하며 측정하였다. 측정 후 표 7과 같은 방법으로 평가하였고, 그 결과를 표 8 및 표 9 에 나타내었다.

상 안정성	○ : 우수(상 분리 현상 없음, 점도 우수)
	△ : 보통(미세한 상 분리 현상 발생, 점도 보통)
	X : 불량(상 분리, 점도 불량)

회전 speed	10	0.5
점도	○: 우수(1,000 ~ 5,000 cP 이하)	○: 우수(20,000 ~ 50,000 cP)
	△: 보통(500 ~ 1,000cP 이하)	△: 보통(10,000 ~ 20,000 cP)
	X: 불량(500cp 이하, 5,000cp 초과)	X : 불량(10,000이하, 50,000 cP 초과)

구분	실시예
구분	1	2	3	4	5	7	8	9	10	11
상안정성	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○

구 분	비교예
구 분	1	2	3	4	5	6
상안정성	△	X	X	X	X	△

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 구조화된 액체 세제 조성물은 라멜라 액적 구조로 구조화된 조성물이며 물에 희석시 높은 pH를 유지하여 단백질 오염 및 피지오염에 세척력이 높고, 상 안정성이 우수하여 상 분리가 일어나지 않는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 본원발명에서 제시한 각 성분에 대한 함량 범위를 벗어나거나 계면활성제의 중량비를 벗어날 경우 상 안정성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.

Claims

(a) 하기의 화학식 1로 표현되는 제1 음이온 계면활성제 5 내지 15 중량%;
(b) 알킬황산, 알케닐황산, 알파설폰지방산에스테르, 알파올레핀설폰산, 알킬에테르설폰산, 알킬에테르카르복시산, 알케닐에테르카르복시산, 알칸설폰산, 설포호박산알킬에스테르, 아실아미노알칸설폰산, 알킬에스테르설폰산, 알케닐에스테르설폰산, 알킬에테르, 알케닐에테르 및 이들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 제2 음이온 계면활성제 1 내지 8 중량%;
(c) 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼륨 및 중탄산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상 알칼리 무기염 8 내지 20 중량%; 및
(d) 물; 을 포함하고,
상기 (a) 제1 음이온 계면활성제 대 (b) 제2 음이온 계면활성제의 중량비가 1.1 내지 5 : 1이고 라멜라 액적 구조로 구조화된 것을 특징으로 하는 구조화된 액체 세제 조성물.

[화학식 1]
R₁-(C₆H₆)-SO₃-X
(R₁은 C8 - C16 직쇄 알킬 또는 알케닐, 분지쇄 알킬 또는 알케닐이고 X는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 이온, 알카놀아민 및 알킬알카놀아민의 양이온 극성을 가지는 염으로부터 선택된 1종 이다.)
제1항에 있어서,
상기 (a) 제1 음이온 계면활성제와 (b) 제2 음이온 계면활성제의 합이 액체 세제 조성물의 전체 중량에 대해 20중량% 이하인 것을 특징으로 하는 구조화된 액체세제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 구조화된 액체 세제 조성물 대 물의 1:1(ml:L)희석비로 이루어진 희석수의 pH는 9.5 내지 11.0인 것을 특징으로 하는 구조화된 액체세제 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 액체 세제 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 액체 세제.