KR920004796B1 - 세탁용 분말세제의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

세탁용 분말세제의 제조방법

본 발명은 세탁용 분말세제의 제조방법에 관한 것으로서, 더룩 상세하게는, 세제슬러리(Slurry)를 상부에서 하부로 분무건조시키는 동안 이 건조되는 세제입자에 제올라이트 분산액을 분사하여 부착시킴으로써 통상의 분무건조에 의해 제조된 세제보다 용해성이 우수하고, 보관시 세제입자간의 엉김현상(Caking 현상)이 개선된 세탁용 분말세제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 분말세제를 제조하는 방법에는 향류식 분무건조탑(Counter-current Spray dryer)을 이용하는 방법, 애글로머레이팅 방법(Agglomerating technique) 및 드라이 블렌딩 방법(Dry blending technique) 등이 있는데, 이들 방법중 대량생산이 용이하고 입자의 균일성이 양호한 향류식 분무건조탑을 이용한 방법이 가장 널리 사용되고 있다.

상기 향류식 분무건조탑을 이용한 분말세제의 제조방법을 간단히 설명하면, 1종이상의 계면활성제 10 내지 50중량%, 1종이상의 무기빌더 및 유기빌더 50 내지 90중량%를 물을 매체로 하여 배합시켜 그중에 고형분이 50 내지 80중량% 포함된 슬러리를 만든 다음, 이 슬러리를 분무건조탑 상부로 부터 하향 분무시켜 탑하부로 부터 유입되는 200 내지 400℃정도의 고온공기(Hot air)와 접촉시킴으로써 최종제품의 수분이 2 내지 10중량%인 분말세제를 제조하게 되는 것이다. 그러나 향류식 분무건조탑을 이용하여 분말세제를 제조하는데 있어서 주의할 점은 제조된 분말세제가 세탁시 물에 쉽게 용해되어야 하고, 또한 포장용기에 보관시 입자간의 엉김현상이 없어야 한다는 것인데, 향류식 분무건조탑으로 분말세제를 제조하게 되면, 건조탑 상부로 부터 분무되는 세제를 하부에서 유입되는 고온 건조공기(평균 유속 : 0.5 내지 2m/sec)로 건조하여 입자화 시키는데 있어서, 유입되는 고온건조공기의 유속이 1m/sec이하로 낮을 경우에는 상부에서 분사되는 세제를 안정한 입자로 만들기 위해 과다한 온도가 요구되는 바, 이로 인해 세제가 급격히 건조되어 단단한 외피를 형성하므로 물에 대한 용해성이 저하되는 경향이 있다. 그러나 본 발명에서는 유입되는 고온건조공기의 유속이 1m/sec이하로 낮을 경우에도 용해성이 우수한 분말세제의 제조방법을 제공하게 된다.

또한, 탑상부에서 분무되는 세제 슬러리와 탑하부에서 유입되는 건조공기가 적정선을 유지하여 안정한 입자를 만들었다 하더라도 포장용기에 보관 및 사용시 대기수분의 흡습에 의한 입자간의 엉김현상이 발생되는 문제점이 있다.

향류식 분무 건조탑에 의한 분말세제의 단점을 개선하기 위한 선행발명이 미국특허 제 3,117,027호, 미국특허 제 3,989,635호, 미국특허 제 4,028,283호, 유럽특허 제 0.179,533호, 일본공개특허 제 84-19600호 및 일본공개특허 소화 59-19600호 등에 기술되어 있다.

이중에서 미국특허 제 3,117,027호 및 미국특허 제 3,989,635호에는, 1차로 제조된 분말세제에 다시 규산염, 탄산염 등의 코팅제를 분사시키는 후공정을 실시하여 분말세제의 외벽을 형성시키므로써 분말세제의 엉김현상 및 유동성을 개선할 수 있다고 기술하고 있으나, 이 방법은 향류식 분무건조탑 이외에 별도의 공정이 필요하고, 후공정에서 코팅제를 분사할 때에 세제입자간의 엉김현상이 일어날 수 있다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 미국특허 제 4,028,283호에서는 세제슬러리에 폴리알킬렌글리콜 0.2 내지 20중량%를 첨가하여 분무건조시키면 분말세제의 엉김현상을 개선할 수 있다고 했으나, 이 경우에도 분말세제의 용해성은 개선시킬 수 없다는 한계가 있었으며, 유럽특허 제 0,179,533호의 경우에는 폴리에틸렌글리콜과 아크릴계 고분자물질이 1 : 10 내지 10 : 1로 된 혼합물 1 내지 10중량%를 세제슬러리에 첨가시켜 분말세제를 제조하면 세제입자의 유동성 및 용해성을 개선할 수 있다고 기술되어 있으나, 이 경우에도 역시 향류식 분무건조탑내로 유입되는 건조공기의 유속이 낮으면 안정한 입자를 제조하기 위해 과다한 온도가 요구되기 때문에 근본적으로 용해성을 해결할 수 없다는 문제점이 있었다.

한편, 일본공개특허 제 84-19600호에는 향류식 분무 건조법으로 제조된 분말세제의 건조물성을 개선하기 위한 방법으로서, 별도의 후공정을 설치하지 않은 채 세제원료인 제올라이트를 15 내지 45중량%로 희석하여 분산시킨 후, 탑상부에서 분무, 건조되는 세제입자에 상기 제올라이트 분산액을 분사, 부착시켜 건조하는 방법을 제시하였으나, 이 방법 역시 다음과 같은 문제점이 있었는 바, 즉, 상기 공개특허의 실시예에서 세제슬러리를 분무건조탑 하부로 부터 10m 지점에서 하향분사시키고 제올라이트 분산액은 탑하부로 부터 5m지점에서 상향분사시킨다고 되어 있으나, 이 경우에는 건조탑 상부에서 분사된 세제슬러리의 방울들이 외부압력에 대해서 충분히 버틸 수 있을 정도로 입자화된 상태가 아니기 때문에 건조탑 상부에서 하부로 떨어지고 있는 이 세제슬러리 방울에다 제올라이트 분산액을 분사시키게 되면 세제방울들까지 서로 엉겨붙어서 덩어리(lumping)가 생기게 되므로 최종 분말세제의 불량율이 높아진다고 하는 문제점이 있었다. 그러므로 향류식 분무건조탑 내에서 세제슬러리가 분무건조되는 과정에 입각하여 상기 특허의 문제점을 자세히 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로, 고형분이 약 60중량%(수분함량 40%)인 세제슬러리가 탑상부에서 하부를 향해 방울상태(droplet)로 분무되면 그 수분함유량이 약 20중량%(고형분)정도가 될 때까지는 일정한 속도(constant rate)로 수분이 증발되는 제 1 단계과정과, 이 부근이 지나면 방울상태 입자의 외피부분에 포함된 수분은 거의 증발되고 내부의 수분이 발산, 증발되는 상태(falling rate)인 2단계 과정을 거치면서 완전 건조되어 탑하부로 떨어져 최종제품이 만들어지게 된다. 즉, 향류식 분무건조탑의 건조과정은 분무된 입자방울의 외부 수분이 건조되면서 외피를 형성하는 제 1 단계와 외부의 수분이 증발된 후 내부의 수분이 발산, 건조되어 완전히 입자형태를 갖추는 제 2 단계 과정으로 나눌 수 있는데, 제 1 단계 건조과정에서는 입자방울의 수분 함유율이 높고 입자강도가 없기 때문에 세제슬러리 분사 노즐간의 각도가 정확하지 않아 입자방울간에 충돌이 일어나거나 또는 이 1단계 건조과정에 있는 입자방울에 제올라이트 분산액을 분사(Spray)시키면 분사압에 의해 입자간에 충돌이 일어나므로 건조탑하부에서 회수된 최종 분말세제에 상당한 덩어리가 발생되어 완제품의 입도분포가 균일하지 못하게 된다. 이와 같은 방법으로 분말세제를 제조하게 되면 제 1 단계 건조과정에서 세제슬러리에 포함된 수분함량이 20중량% 이상이므로 건조된 완제품 분말세제에 상당량의 덩어리가 발생되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 특정 첨가제에 의한 분말세제의 품질개선 및 세제원료인 제올라이트 분산액의 탑내부 분사에 의한 품질개선에도 문제가 있지만 그 보다도 향류식 분무건조탑 내에서 분말세제의 건조과정(Drying machanism)을 고려하여, 탑상부에서 분무된 세제입자가 제 2 단계 건조과정에 있을 때 제올라이트 분산액을 분무→부착→건조시킴으로써 최종 분말 세제의 엉김을 방지하고 유동성과 용해성이 향상된 균일한 입도의 분말세제를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 세제슬러리를 향류식 분무건조탑의 상부로 부터 하향 분무시켜 세제입자 외피부분의 수분을 건조증발시키는 제 1 단계와 내부의 수분을 건조증발시켜 완전한 입자형태를 갖추게 하는 제 2 단계를 거쳐 세탁용 분말세제를 제조하는데 있어서, 상기 분무건조탑내에 분무된 세제입자가 제 2 단계 건조영역에 도달할 때, 고형분을 25 내지 45중량% 포함하는 액상의 제올라이트 분산액을 탑하부로 부터 상향분사하여 세제입자에 부착되게 한 후 건조시켜서 됨을 특징으로 하는 세탁용 분말세제의 제조방법인 것이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 향류식 분무건조탑에서 세제슬러리를 탑상부로 부터 하향분무시켜 세제입자의 외피부분을 건조시킨 후, 세제입자의 내부를 건조시켜 세탁용 분말세제를 제조하는 것으로서, 1종이상의 계면활성제가 10 내지 50중량%, 1종이상의 무기 및 유기빌더 50 내지 90중량%를 물에 배합하여 그중에 고형분이 50 내지 80중량% 포함된 세제슬러리를 만든 다음, 이 슬러리를 향류식 분무건조탑 상부로 부터 하부로 입자방울상태로 분무하는 과정에서, 그 입자방울이 상기의 제 2 단계 건조과정에 도달한 상태, 즉, 분무 및 건조되는 세제입자의 수분함량이 2 내지 20중량%에 도달했을 때에, 고형분이 25 내지 45중량% 포함된 제올라이트 분산액 3 내지 15중량%(건조분말세제 대비 순수 제올라이트 양)를 세제입자에 분무→부착→건조시킴으로써 최종 분말세제를 제조하게 되는 것이다. 이때, 제올라이트 분산액의 고형분이 너무 낮으면 즉, 25중량% 미만일 경우에는 분산액의 수분함량이 너무 높아 건조분말세제의 덩어리 발생량이 증가되는 반면에, 고형분이 45중량%초과하여 너무 많을 경우에는 제올라이트 분산액의 분사가 불규칙적으로 일어나거나 또는 분사자체가 불가능하게 된다.

또한, 제올라이트 분산액의 분무량이 건조 분말세제에 대해 3중량%미만으로 지나치게 낮으면 건조된 분말세제의 품질개선이 이루어지지 않으며, 분무량이 15중량%를 초과하게 되면 건조 분말 세제의 품질이 오히려 열화되는 문제점이 있다.

본 발명에서 사용되는 세제원료에서 주세척성분인 계면활성제로는 직쇄형 알킬벤젠술폰산염(Linear Alkylbenzene Sulfonate ; R-C₆H₄-SO₃Na ; R=C₁₀∼C₁₃), 지방산염(R-CH₂-COONa ; R=C₁₀∼C₁₆), 알칸 술폰산염(Alkane Sulfonate,

; R₁+R₂=C₁₁∼C₁₇), 알파올레핀 술폰산염(α-Olefin Sulfonate, (CH₃-(CH₂)_m-CH=CH-(CH₂)n-SO₃Na)와

의 혼합물 ; m+n=9∼15, R=C₇∼C₁₃), 알파술포지방산 메틸에스테르(α-Sulfo fatty acid methyl ester,

; R=C_14~16), 지방알콜 술페이트(Fatty alcohol sulfate, R-CH₂-O-SO₃Na ; R=C₁₁∼C₁₇), 알킬 에테르 술페이트(Alkyl ether sulfate,

(CH₂-CH₂-O)_n-SO₃Na ; R′=H, R=C₁₀∼C₁₂, 또는 R+R′=C₁₁∼C₁₃, R′=H ; C₁; C₂, n=1∼4)등의 음이온 계면활성제 또는 지방알콜 폴리에틸렌글리콜에테르(Fatty alcohol polyethyleneglycol ether, R-CH₂CH₂-O-(CH₂-CH₂-O)nH ; R=C₆∼C₁₆, n=3∼15), 옥시알콜 폴리에틸렌글리콜 에테르(Oxo-alcohol polyethyleneglycol ether,

(CH₂-CH₂-O)_nH ; R+R′=C₇∼C₁₃, R′=H ; C₁; C₂, n=3∼15), 알킬페놀 폴리에틸렌글리콜 에트레(Alkylphenol polyethyleneglycol ether, R-C₆H₄-O-(CH₂-CH₂-O)_nH ; R=C₈∼C₁₂, n=5∼10), 지방산 알칼올 아미드(Fatty acid alkanol amide ;

; R=C₁₁∼C₁₉, n=1 ; 2, m=0 ; 1)

등의 비이온 계면활성제, 또는 알킬 베타인(Alkyl betaine ;

, R=C₁₂∼C₁₈), 알킬술 포베타인(Alkyl sulfo betaine ;

, R=C₁₂∼C₁₈)

등의 양쪽성 계면활성제가 이용될 수 있다. 또한, 계면활성제의 세척력을 증진시키는 성분으로는 탄산염계(NA₂CO₃, NaHCO₃, Na₂CO₃·2H₂O), 규산염계(Na₂O : SiO₂=1 : 1.9∼1 : 3.5), 델타 또는 베타형 층상 결정형 규산염계(Layered crystalline δ-Na₂Si₂O₅또는 β-Na₂Si₂O₅), 인산염계(오르토인산, 피로인산, 트리폴리포릭 에시드, 테트라폴리포스포릭 에시드 또는 이들의 염), 포스폰산염계(디에틸렌트리아민펜타메틸렌포스포네이트, 아미노트리메틸렌포스포네이트, 1-히드록시에틸리덴-1, 1-디포스포네이트, 에틸렌디아민테트라메틸렌포스포네이트, 헥사메틸렌디아민테트라메틸렌포스포네이트), 니트릴로트리아세트산 또는 그의 염, 에틸렌디아민테트라아세트산 또는 그의 염, 구연산 또는 그의 염, 오르토-카르복시메틸타트로닉산 또는 그의 염, 카르복시메틸옥시숙신산 또는 그의 염, 카르복시메틸셀룰로오즈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산 또는 그의 염, 폴리아크릴산과 아릴알콜의 공중합체 또는 그의 염, 폴리아크릴산과 말레인산의 공중합체 또는 그의 염, 말레인산과 비닐에테르의 공중합체 또는 그의 염, 보렉스(Borax), 황산염 또는 제올라이트(A형) 등을 사용할 수 있으며, 첨가제로는 형광중백제(스틸벤계, 비페닐 스틸벤계, 피라졸린계, 쿠마린계, 퀴놀론계), 효소제(프로테아제, 아닐라아제, 리파아제, 셀룰라아제), 기포조절제(지방산계, 실리콘계, 파라핀왁스계)등을 사용할 수 있다.

이와같이 본 발명에 따른 세탁용 분말세제, 즉, 제 2 단계 건조과정에서 제올라이트 분산액을 분사하여 부착시키므로써 제조된 세탁용 분말세제는 종래의 그것에 비해 용해성이 우수하고, 보관시 세제입자간의 엉김 현상이 개선되었다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1 내지 4 (비교예 1과 2)]

[제올라이트 분산액의 세제수분함량에 따른 물성변화]

다음 표 1에서와 같은 세제조성물을 함유한 세제슬러리(고형분 : 60중량%)와 제올라이트 분산슬러리(고형분 : 35중량%)를 제조한 다음, 세제 슬러리는 향류식 분무건조탑 상부에서 하향 분무시키고 제올라이트 분산 슬러리는 탑하부에서 상향 분사시킴으로써, 탑상부로 부터 떨어지는 세제입자방울에 제올라이트 분산액을 분사, 부착시켜 분말세제를 제조하였으며, 분무건조탑의 건조조건과 제올라이트 분산슬러리의 분무조건 및 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

[표 1]

* 아크릴산과 무수 말레인산의 공중합물 : 태창물산의 제논 콜로이드

[표 2]

*1 : 제올라이트 슬러리 분무위치에서의 세제입자에 함유된 수분

*3 : 분무 건조탑에서 떨어진 완제품 분말세제의 물성

① 덩어리 발생율(%) : 완제품 1㎏당 4mesh 불통과분

② 유동성(sec) : 완제품 분말 100cc가 직경 10㎝의 깔대를 통과하는데 걸리는 시간

③ 압축도(%) :

A : 겉보기 밀도

P : 200회 타정 후의 밀도

④ 용해성 : 30㎝×30㎝의 검은천(섬유올 간격 : 20 내지 40㎛)에 세제 5g을 넣고 밀봉시킨 다음 세탁기내에서 15℃의 온도로 10분동안 세탁한 후 검은천에 남아 있는 상태를 조사하였음.

[○ : 거의 없음, △ : 일부 잔존, × : 다량 잔존]

상기 표 2에서 보는 바와같이, 세제수분함량에 따른 제올라이트의 분사결과, 세제입자 수분이 20중량%가 넘을 경우, 즉, 세제 슬러리가 제 1 단계 건조과정이 끝나지 않은 상태에서 제올라이트 분산액을 분사, 부착시켰을 때에는 비교예 2에서 보는 바와 같이 건조물성이 현저히 나빠졌으며, 제올라이트 분산액을 분사하지 않고 건조시킬 때에도 비교예 1에 나타난 바와 같이 제올라이트 분산액을 분사, 건조시킨 세제보다 용해성이 떨어졌다.

[실시예 5 내지 8 (비교예 1, 3, 4)]

[제올라이트 분산액의 함량에 따른 물성변화]

상기 표 1과 동일한 세제조성물을 제조하여 이것을 향류식 분무건조탑의 상부로 부터 하향분무시켰고, 분무세제슬러리 입자 방울에 고형분이 35중량%인 제올라이트 분산액을 함량별로 분사, 건조시켰으며, 그 조건 및 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

[표 3]

상기 표 3에서 보는 바와같이, 제올라이트 분산액이 건조분말세제대비 3 내지 15중량%의 적정선을 유지했을 때에는 완제품의 건조물성이 개선되었으며, 3중량%미만일 경우는 비교예 1과 3에 나타난 바와같이 뚜렷한 분체물성의 개선이 없었고, 15중량% 이상일 경우에는 비교예 4에 나타난 바와같이 오히려 분체물성이 열화되었다.

[실시예 9 내지 11 (비교예 1, 5, 6)]

[제올라이트 분산액의 농도에 따른 물성변화]

향류 분무식 건조탑에서 상기 실시예 1에서 제조된 세제조성물을 분무건조시킨 세제입자 방울에, 농도별로 분산시킨 제올라이트 분산액을 분사하여 건조시켰고, 그 조건 및 결과를 다음 표 4에 나타내었다.

[표 4]

상기 표 4에서 보는 바와 같이 제올라이트 분산액의 농도가 25 내지 45중량%일 때 최적조건을 나타내었으며, 25중량% 보다 낮을 때에는 비교예 1과 2에 나타난 바와같이 제 1 단계 건조과정이 끝난 세제입자라 할지라도 제올라이트 분산액중 수분함유량이 높아 덩어리의 발생량이 증가하였고 분말세제의 물성에도 악영향을 미쳤으며, 제올라이트 분산액의 농도가 45중량%보다 높을 때에는 비교예 1에 나타난 바와같이 분사가 불연속적으로 이루어지거나 또는 분사자체가 불가능하였다.

Claims (1)

1. 제올라이트를 향류식 분무건조탑의 하부로 부터 상향 분무시키고, 세제 슬러리를 상기 건조탑의 상부로 부터 하향분무시켜서 세제입자 외피부분의 수분을 건조증발시키는 제 1 단계와 내부의 수준을 건조증발시켜 완전한 입자형태를 갖추게 하는 제 2 단계를 거쳐 세탁용 분말세제를 제조하는데 있어서, 상기 분무건조탑내에 분무된 세제입자가 제 2 단계 건조영역에 도달할때, 고형분을 25 내지 45중량% 포함하는 액상의 제올라이트 분산액을 최종 건조분말세제에 대해 3 내지 15중량% 사용하여 탑하부로 부터 상향 분사시켜 세제입자에 부착되게 한 후 건조시켜서 됨을 특징으로 하는 세탁용 분말세제의 제조방법.