COMPOSICIÓN DE ÓXIDOS SOLUBLE EN AGUA, PARA FORMULACIONES DE DETERGENTE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. A. CAMPO DE LA INVENCIÓN. La presente invención se refiere a una composición de óxidos, soluble en agua, para formulaciones de detergente y, más particularmente, se refiere a una mezcla de dos vidrios solubles de Na20:S¡02 y Na20:P2O5, en forma de polvos o solución para formulaciones de detergente y para el proceso para su fabricación. B. DESCRIPCIÓN DEL ARTE RELACIONADO.
Los óxidos más comunes que se requieren para la producción de detergentes son: el óxido de fósforo (P2O5), el óxido de sodio (Na2O), la sílice (SiO2), así como otros ingredientes adicionales tales como el óxido de boro (B2O3) y otros. Estos óxidos han sido normalmente proporcionados en las formulaciones de detergente a través de una pluralidad de materias primas o compuestos químicos tales como carbonato de sodio (Na2CO3), tripolifosfato de sodio (Na5P3O10), sulfato de sodio (Na2SO4), silicato de sodio (xNa2O.ySiO2) y borato de sodio (Na2B407), como una fuente de los correspondientes óxidos.
Algunas de las materias primas anteriores tienen que ser trasformadas en óxidos durante el proceso de fabricación del detergente, requiriendo energía y etapas adicionales en el mismo.
Se sabe que cada productor de detergente tiene sus propias formulaciones de detergente, pero cada productor normalmente compra y usa los anteriores tres o cuatro compuestos químicos típicos mencionados, como materias primas. Es también sabido que cada uno de tales compuestos desempeña una tarea, actuando como un formador (builder), como un acondicionador, como un portador (carrier), como un agente neutralizante, etc., en el detergente y/o en el proceso para su fabricación.
Considerando que el alto número de materias primas que tienen que ser usadas para cada formulación (impartiendo sus roles respectivos), sirve para incrementar el costo de producción de los detergentes -la mayoría de los productores de detergente tienen qué comprar desde al menos 5 a 8 o más materias primas o reactivos para definir sus fórmulas-, se concibió como meta desarrollar un sólo producto, como una composición, que pudiera incluir la mayoría de los óxidos típicos normalmente incluidos en las formulaciones de detergente, que pudieran desempeñarse como los reactivos químicos originales, que pudiera ser soluble en agua y que pudiera reducir el costo de las materias primas.
Es bien sabido que el silicato de sodio se obtiene reaccionando arena sílice y carbonato de sodio en un horno, proporcionando un vidrio que tiene diferentes relaciones de Na20:SiO2, así como diferentes características físicas para usarse en formulaciones de detergente.
Por ejemplo, la patente U.S. 3,450,494 de Gylser, describe un silicato de sodio amorfo que tiene propiedades de aglomeración, y un método para producirlo mediante sobrecalentamiento de una dispersión o suspensión líquida acuosa de silicato de sodio y evaporando a elevada temperatura, expandiendo a masas esponjosas similares a virutas y enfriando instantáneamente a un estado amorfo.
Las patentes Norteamericanas Nos. 5,510,096 y 5,707,960, ambas de Fukuyama y otros, describen un silicato de sodio amorfo y un polvo compuesto de silicato de sodio y sulfato metálico-silicato de sodio, amorfo, que tiene propiedades de suavización del agua, que es apropiado como formador de detergente que proporciona varias relaciones molares de
SiO2/Na2O.
La patente Norteamericana No. 4,187,190 de McLaughlin y otros, describe una composición de detergente en polvo, seca, apropiada para máquinas lavadoras de trastos, que contiene de aproximadamente 10 a 20
% en peso de fosfato, que utiliza, como componentes esenciales, un hexametafosfato de metal alcalino, un carbonato de metal alcalino y un silicato de metal alcalino, entre otros.
En dicha composición, el silicato de sodio y el hexametafosfato de sodio son considerados como reactivos independientes, separados, entre otros.
Se ha descubierto ahora que una mezcla de dos vidrios anhidros, amorfos, solubles en agua, de silicato de sodio y hexametafosfato de sodio,
pueden producir una sola composición multifuncional que incluye, como producto único, los óxidos esenciales de Si02) Na2O y P2O5 para formulaciones de detergente y para el proceso para su fabricación, con el cual los fabricantes de detergente no tienen que preocuparse acerca de ciertas especies químicas indeseables en la selección de reactivos, debido a que este producto tiene una estructura amorfa.
Y por ultimo, pero no menos importante, se ha encontrado que, si estos tres óxidos se relacionan en diferentes proporciones molares de estos dos vidrios, puede definirse una composición global, como se establece en la siguiente Tabla 1 , en porcentaje en peso.
Tabla 1
La Tabla 1 define una región de vidrios solubles que tienen las composiciones necesarias para el producto multifuncional para cualquier uso en las formulaciones de detergentes y en los procesos para su fabricación.
Con dicho producto, el fabricante de detergente no tiene la necesidad de comprar las 5 u 8 diferentes materias primas para su formulación, sino un solo producto que es mucho menos costoso debido a que no incluirá los costos de transporte de múltiples componentes, ni de procesos para su transformación.
Adicionalmente, como se mencionó anteriormente, usando este producto, los fabricantes de detergentes no tienen que preocuparse acerca de evitar ciertas especies químicas indeseables en la selección de reactivos, debido a que este producto tiene una estructura amorfa. Además, con el producto de la presente invención, los fabricantes de detergente no tienen que pagar por el manejo y transporte de múltiples materias primas, ni existe la necesidad de pagar por transportar componentes gaseosos volátiles innecesarios tales como el C02, que está presente en las materias primas usadas tales como el carbonato de sodio. Y por ultimo, pero no menos importante, este producto proporcionará los óxidos necesarios para la formulación de detergentes y para su proceso de fabricación y desempeñará los roles o funciones esenciales tales como formador, acondicionador, carga, portador, agente neutralizante, etc., en las formulaciones de detergente y en su proceso de fabricación, debido a que está en la forma de un polvo de vidrio amorfo que incluye los óxidos en una estructura amorfa. SUMARIO DE LA INVENCIÓN.
Es por lo tanto un objetivo de la presente invención, proporcionar una composición de óxidos, soluble en agua, para formulaciones de detergente, que incluye los tres óxidos típicos de SiO2, Na20 y P2O5 normalmente incluidos en las formulaciones de detergente.
Es otro objetivo de la presente invención, proporcionar una composición de óxidos, soluble en agua, para formulaciones de detergente,
como un solo producto, que comprende una mezcla de dos vidrios anhidros, solubles, de Na2O:SiO2 y Na20:P205, que proporcionan los óxidos esenciales de SiO2, Na2O y P205, con la cual los fabricantes de detergentes no tienen por que preocuparse acerca de evitar ciertas especies químicas indeseables, en la selección de reactivos, debido a que éste es un solo producto que tiene estructura amorfa.
Es también otro objetivo de la presente invención, proporcionar una composición de óxidos, soluble en agua, para formulaciones de detergente, como un solo producto que comprende una mezcla de dos vidrios anhidros, solubles, de Na2O:SiO2 y Na2O:P2O5, que proporciona los óxidos esenciales de SiO2, Na2O y P2O5) que desempeñan por lo menos algunas de las principales funciones en las formulaciones de detergente, tales como formador, acondicionador, carga, portador y agente neutralizante, entre otras, que es soluble en agua y que es menos costoso que las materias primas para las cuales sirve como substituto.
Es aún otro objetivo de la presente invención, proporcionar una composición de óxidos, soluble en agua, para formulaciones de detergente, de la naturaleza anteriormente descrita, que comprende una mezcla de dos vidrios anhidros, solubles en agua, de Na2O:SiO2 y Na20:P2O5, en una relación molar variable que proporciona una mezcla de los óxidos esenciales de SiO2, Na2O y P205, que está dentro de los límites de cuatro puntos en donde los óxidos se mantienen como anhidros, solubles en agua.
Es aún otro objetivo de la presente invención, proporcionar una composición de óxidos, soluble en agua, para formulaciones de detergente, de la naturaleza anteriormente descrita, como un solo producto, con la cual los fabricantes de detergentes no tendrá que pagar por múltiples materias primas, por el manejo y transporte de las mismas, ni pagar por el transporte de componentes volátiles o gaseosos innecesarios que son parte integral de las materias primas usadas en la actualidad.
Estos y otros objetivos y ventajas de producto y del proceso de la presente invención se harán aparentes de la descripción de la invención cuando se tome conjuntamente con la siguiente descripción detallada y los ejemplos específicos de la misma.
DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ESPECIFICAS DE LA INVENCIÓN.
La composición multifuncíonal de óxidos, soluble en agua, para formulaciones de detergente, de la presente invención, comprende una mezcla de dos vidrios anhidros, solubles, de Na20:SiO2 en una relación molar de aproximadamente 1.3:1 a aproximadamente 0.7:1; y Na20:P2O5, en una relación molar de aproximadamente 0.7:1 a aproximadamente 1.3:1 , que proporciona una mezcla de óxidos que queda entre los límites de los siguientes puntos , en porcentaje en peso: a) 5% de SiO2, 41% de Na20 y 54% de P2O5; b) 5% de SiO2, 27% de Na2O y 68% de P2O5; c) 37% de SiO2, 58% de Na2O y 5% de P2O5; y d) 53% de S¡O2, 42% de Na20 y 5% de P205.
El contenido específico final del producto de la presente invención, dependerá del tipo y contenido de óxidos de la formulación de detergente, que los fabricantes de detergentes normalmente mantienen en secreto.
Por lo tanto, para habilitar a aquellos que tienen habilidades ordinarias en el arte para llevar a cabo la invención anteriormente descrita, se proporcionan los siguientes ejemplos sólo a vía de información próxima a los límites de esta invención, pero sin considerar que el producto final pueda ser usado para una formulación específica de detergente.
EJEMPLO 1 Se preparó un primer juego de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, teniendo las siguientes proporciones:
Este primer juego de dos vidrios fue combinado en los siguientes porcentajes en peso: 12.4% de silicato de sodio 0.7SiO
2:1Na
2O y 87.6% de hexametafosfato de sodio 0.7P
2O
5:1 Na
2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente, que comprende 5.008% de SiO
2; 41.043% de Na
2O; y 53.949% de P
2O
5. EJEMPLO 2
La primera serie de dos vidrios del Ejemplo 1 fueron combinados, pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 91.8% de silicato de sodio 0.7SiO
2:1Na
2O y 8.2% de hexametafosfato de sodio, 0.7P
2O
5:1Na
2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 37.073% de SiO
2; 57.877% de Na
2O; y 5.050% de P
2O
5.
EJEMPLO 3 La primera serie de dos vidrios del Ejemplo 1 fue también combinada en los siguientes porcentajes en peso: 15% de silicato de sodio 0.7S¡O2:1Na2O y 85% de hexametafosfato de sodio 0.7P2O5:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 6.058% de SiO2; 41.594% de Na2O; y 52.348% de P2O5.
EJEMPLO 4 La primera serie de dos vidrios del Ejemplo 1 fue nuevamente combinada pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 90% de silicato de sodio 0.7SiO2:1Na2O y 10% de hexametafosfatp de sodio 0.7P2O5:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 36.346% de Si02; 57.495% de Na2O; y 6.159% de P205.
EJEMPLO 5 Se preparó una segunda serie de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, que tiene las siguientes proporciones:
Esta segunda serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en los siguientes porcentajes en peso: 15% de silicato de sodio 1SiO2:1Na2O y 85% de hexametafosfato de sodio 1P2O5:1Na20, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 7.377% de SiO2; 33.456% de Na2O; y 59.167% de P205. EJEMPLO 6
Similarmente, la segunda serie de dos vidrios del Ejemplo 5 fueron combinados, pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 90% de silicato de sodio 1SiO2:1Na2O y 10% de hexametafosfato de sodio 1P2O5:1Na20, proporcionando un producto . multifuncional para formulaciones de detergent e que comprende 44.262% de SiO2; 48.777% de Na2O; y 6.961% de P2O5.
EJEMPLO 7 Estas series de dos vidrios del Ejemplo 5 fueron también combinadas, pero ahora en los siguientes porcentajes en peso: 50% de silicato de sodio 1SiO2:1Na2O y 50% de hexametafosfato de sodio
- 11 -
1P2O5:1Na20, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 24.590% de SiO2; 40.606% de Na20; y 34.804% de P2O5.
EJEMPLO 8 Nuevamente, estas series de dos vidrios del Ejemplo 5, fueron combinadas, pero ahora en los siguientes porcentajes en peso: 45% de silicato de sodio 1SiO2:1Na20 y 55% de hexametafosfato de sodio 1P205:1Na20, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 22.131% de SiO2; 39.585% de Na2O; y 38.284% de P2O5.
EJEMPLO 9 Se preparó una tercera serie de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, que tiene las siguientes proporciones:
Esta serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en los siguientes porcentajes en peso: 10% de silicato de sodio 1.3SiO2:1Na20 y 90% de hexametafosfato de sodio 1.3P2O5:1Na2O, proporcionando un
producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende
5.571% de SiO2; 27.056% de Na20; y 67.372% de P2O5.
EJEMPLO 10
Esta tercera serie de dos vidrios del Ejemplo 9 fueron combinados,
5 pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 85% de silicato de
sodio 1.3Si02:1Na2O y 15% de hexametafosfato de sodio 1.3P205:1Na2Of
proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de
detergente que comprende 47.357% de SiO2; 41.414% de Na2O; y 11.229%
de P2O5.
10 EJEMPL0 11
Se preparó una cuarta serie de dos vidrios de acuerdo con la
presente invención, que tiene las siguientes proporciones:
15
Esta cuarta serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en
los siguientes porcentajes en peso: 33% de silicato de sodio 0.8SiO2:1Na2O
y 67% de hexametafosfato de sodio 1.1P2O5:1Na2O, que proporcionó un
producto multifunctonal para formulaciones de detergente que comprende
20 14.400% de SiO2; 37.638% de Na2O; y 47.962% de P2O5.
EJEMPLO 12
Esta cuarta serie de dos vidrios del Ejemplo 11 fueron combinados, pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 78% de silicato de sodio 0.8SiO2:1Na2O y 22% de hexametafosfato de sodio 1.1P2O5:1Na20, que proporciona un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 34.036% de SiO2; 50.215% de Na2O; y 15.749% de P205.
EJEMPLO 13
Se preparó una quinta serie de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, que tiene las siguientes proporciones:
Esta quinta serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en los siguientes porcentajes en peso: 10% de silicato de sodio 0.7SiO2:1Na2O y 90% de hexametafosfato de sodio 1.3P2O5:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 4.038% de SiO2; 28.589% de Na2O; y 67.372% de P2O5.
EJEMPLO 14
Esta quinta serie de dos vidrios del Ejemplo 13 fueron combinados, pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 80% de silicato de sodio 0.7SiO2:1Na2O y 20% de hexametafosfato de sodio 1.3P2Os:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 32.308% de SiO2; 52.721% de Na2O; y 14.972% de P2Os.
EJEMPLO 15
Se preparó una sexta serie de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, que tiene las siguientes proporciones:
Esta sexta serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en los siguientes porcentajes en peso: 20% de silicato de sodio 0.8SiO2:1Na2O y 80% de hexametafosfato de sodio 1.2P205 :1Na 2θ> proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende
8.727% de SiO2; 32.615% de Na2O; y 58.657% de P2O5.
EJEMPLO 16
Esta sexta serie de dos vidrios del Ejemplo 15 fueron combinados, pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 70% de silicato de sodio 0.8SiO2:1Na2O y 30% de hexametafosfato de sodio 1.2P2O5:1Na20, que proporciona un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 30.545% de Si02; 47.458% de Na20; y 21.997% de P205.
EJEMPLO 17 Se preparó una séptima serie de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, que tiene las siguientes proporciones:
Esta séptima serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en los siguientes porcentajes en peso: 25% de silicato de sodio 0.9SiO2:1 a2O y 75% de hexametafosfato de sodio 0.7P2O5:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende
11.638% de Si02; 42.172% de Na2O; y 46.190% de P2O5.
EJEMPLO 18
Esta séptima serie de dos vidrios del Ejemplo 17 fueron combinados, pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 87% de silicato de sodio 0.9SiO2:1Na2O y 13% de hexametafosfato de sodio 0.7PA:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 40.500% de Si02; 51.494% de Na2O; y 8.006% de P2O5.
EJEMPLO 19 Se preparó una octava serie de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, que tiene las siguientes proporciones:
Esta octava serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en los siguientes porcentajes en peso: 18% de silicato de sodio 1.2Si02:1Na20 y 82% de hexametafosfato de sodio 1.1P2O5:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende
9.672% de SiO2; 31.628% de Na2O; y 58.700% de P2O5.
EJEMPLO 20
Esta octava serie de dos vidrios del Ejemplo 19 fueron combinados, pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 16% de silicato de sodio 1.2SiO2:1Na2O y 84% de hexametafosfato de sodio 1.1P2O5:1Na20, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de 5 detergente que comprende 8.597% de Si02; 31.271% de Na20; y 60.132% de P205.
EJEMPLO 21 Se preparó una novena serie de dos vidrios de acuerdo con la presente invención, que tiene las siguientes proporciones: 0
Esta novena serie de dos vidrios fueron similarmente combinados en los siguientes porcentajes en peso: 9% de silicato de sodio 1.3S¡O2:1Na20 y
15 91% de hexametafosfato de sodio 1.3P2O5:1Na20, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 5.014% de SiO2; 26.865% de Na2O; y 68.121% de P2O5.
EJEMPLO 22 Esta novena serie de dos vidrios del Ejemplo 21 fueron combinados, 20 pero esta vez en los siguientes porcentajes en peso: 93.3% de silicato de
sodio 1.3SiO2:1Na2O y 6.7% de hexametafosfato de sodio 1.3P2O5:1Na2O, proporcionando un producto multifuncional para formulaciones de detergente que comprende 51.981% de SiO2; 42.003% de Na20; y 5.015% de P2O5. De esta manera se puede trazar una gráfica de acuerdo con la Tabla
1 para todas las posibles proporciones de vidrios que incluyen los tres óxidos, mediante la formación de dos vidrios en sus diversas proporciones, y el producto multifuncional se define por la región comprendida dentro de los límites definidos por cuatro puntos limitantes definidos por los vidrios de los ejemplos 1-2 y 23-24, de manera que el producto multifuncional pueda ser seleccionado de entre todas las composiciones posibles que quedan en la región definida para cualesquiera proporciones de óxidos que sean necesarias en las formulaciones de detergentes.
Por lo tanto, deberá entenderse que los anteriores productos y procesos se proporcionan solo como modalidades específicas de la invención y que las personas que tienen habilidades ordinarias en el arte quedarán capacitadas por las enseñanzas descritas en la presente, para llevar a cabo los diferentes ejemplos con diferentes proporciones y etapas que quedarán dentro del verdadero alcance de la invención, como se define en las siguientes reivindicaciones.
A fin de determinar el desempeño de un detergente comercial preparado con el producto multifuncional de la presente invención, por el proceso de aglomerado (identificado como COM-MFP), contra el
desempeño de un detergente comercial, tal como se encuentra en el mercado Latinoamericano, (definido como COM) así como contra un detergente comercial formulado en un laboratorio para tomarse como testigo (identificado como WIT), se llevaron a cabo pruebas para determinar si el producto multufincional es o no un reemplazo satisfactorio.
Las pruebas se llevaron a cabo con las 3 formulaciones de detergente COM, COM-MFP y WIT, para una habilidad de remoción de mugre/limpieza de telas manchadas , usando dos tipos de aparatos:
- Prueba a escala Laboratorio TERG-O-TOMETER; y - Prueba de lavado a escala completa, usando las instalaciones de
Schuster Laboratories, Inc. para pruebas de lavado del estado del arte.
Las pruebas se realizaron por triplicado. Se incluyeron telas manchadas para cada prueba, en cada una de las siguientes muestras de tela: Algodón, Algodón/Poliéster (Cotton/Poly), y poliéster (Poly). Las muestras de tela a su vez fueron manchadas con:
- Polvo y cebo.
- Arcilla. - Café (substituto para té), como se especificó originalmente en
Schuster Laboratories, Inc., propuesta No. 9642A.
- Catsup (substituto para salsa de tomate), como se especificó en Schuster Laboratories, Inc. propuesta No. No.9246a
Chocolate
Los resultados de las pruebas de ambos tipos de aparatos fueron
como sigue:
Pruebas de desempeño de lavado:
Prueba Terg-o-tometer % Remoción de Mugre
Nivel de Uso (basado en nivel de uso de VA tasa): Condiciones de
Prueba:
COM-MFP: 5.15 g/L 100+ 5°F WIT: 3.76 g/L 150 ppm Dureza de Agua
COM: 3.45 F/l 15 min lavado; 1-5 min
enjuague
Evaluación de Lavado a Escala Total % de Remoción de Mugre
Nivel de UsO (todos los detergentes): 11 cup
Condiciones de Prueba Lavado con Agua Fría / Enjuague 70 + 5°F
150 ppm Dureza de Agua Ciclo Normal de Lavado
Los Resultados de las Pruebas que se llevaron a cabo, se resumen enseguida:
Como se observa tanto de la Prueba con Terg-o-tometer y la Prueba
a Escala Total, el COM-MFP se comporta similarmente a la muestra COM.
El detergente COM-MFP presenta un desempeño que es algo superior al WIT, el cual no se desempeño tan bien como el COM.
Puesto que el WIT no se comportó tan bien como el actual COM, puede asumirse que las diferencias en comportamiento se relacionan con algunos factores diferentes al tipo y cantidad de MFP, tales como el contenido de enzimas, tipos de surfactantes, etc.
Siendo ese el caso, si todos los demás ingredientes fueran desestimados y el MFP fuera formulado en el producto COM, puede anticiparse un desempeño mejor que el obtenido con la formula COM-MFP. Las conclusiones reportadas por Shuster Laboratories, Inc., basedas en los resultados de las pruebas fueron que "el MFP representa una excelente alternativa para las mezclas de formadores convencionales usadas comúnmente por la industria de detergente para lavandería".