PL183455B1

PL183455B1 - Sposób wytwarzania bezwodnych i bezpyłowych granulatów cukrowych środków powierzchniowo czynnych

Info

Publication number: PL183455B1
Application number: PL96324862A
Authority: PL
Inventors: Thomas Lueder; Konstantinos Scholinakis; Hermann Hensen; Werner Seipel; Mirella Rottmann
Original assignee: Henkel Kgaa
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 2002-06-28
Also published as: PL324862A1; CN1103368C; EP0863979A1; PT863979E; JPH11512464A; DK0863979T3; NO980140L; NO312972B1; CN1196083A; GR3035778T3; ATE199739T1; NO980140D0; WO1997010324A1; DE59606601D1; ES2156291T3; AU6987496A; AU705908B2; DE19534371C1; EP0863979B1; NZ318397A

Abstract

1. Sposób wytwarzania bezwodnych i bezpylowych granulatów cukrowych srodków powierzchniowo czynnych, wybranych z grupy, do której naleza pochodne kwasów tluszczowych w postaci alkilooligoglikozydów, alkenylooligoglikozydów oraz N - alkilopolihydroksyal- kiloamidów, znamienny tym, ze wodna paste o zawartosci substancji stalych wynoszacej od 25% do 75% wagowo, podgrzana do temperatury od 40°C do 60°C, wprowadza sie za pomoca po- mpy o wydajnosci od 5 kg/h do 15 kg/h, do ustawionej poziomo wyparki warstewkowej, zaopa- trzonej w obrotowy wal z lopatkami, poddajac ja odwirowaniu, przy czym scianki wyparki, maja w strefie wejsciowej temperature do 170°C, a w strefie wyjsciowej temperature 20°C, a ponadto przez wyparke przepuszcza sie w przeciwpradzie powietrze pod cisnieniem atmo- sferycznym o temperaturze wejsciowej od 20°C do 30°C i temperaturze wyjsciowej od 90°C do 110°C, z natezeniem przeplywu od 50 m3 /h do 150 m3 /h, przy czym material poddaje sie su- szeniu w warstewkach o grubosci od 1 mm do 10 mm, a wysuszony produkt, o zawartosci wil- goci ponizej 2% i temperaturze od 50°C do 70°C, wprowadza sie na przenosnik wstrzasowy i poddaje chlodzeniu w otaczajacym powietrzu atmosferycznym w czasie od 20 s do 60 s, do temperatury od 30°C do 40°C, po czym na powierzchnie wysuszonego produktu nanosi sie kwas krzemowy w ilosci od 0,5% do 2% wagowo masy produktu. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bezwodnych i bezpyłowych granulatów cukrowych środków powierzchniowo czynnych. Dotyczy on zwłaszcza środków będących pochodnymi kwasów tłuszczowych w postaci alkilooligoglikozydów, alkenylooligoglikozydów oraz N - alkilopolihydroksyalkiloamidów¹.

Cukrowe, niejonowe środki powierzchniowo czynne, jak na przykład alkilooligoglikozydy lub N - alkiloglukamidy kwasów tłuszczowych odznaczają się doskonałymi właściwościami detergentowymi i wysoką zgodnością ekotoksykologiczną. Dotychczas stosuje się je z reguły w kom183 455 pozycjach ciekłych, jak środki do mycia naczyń i szampony do włosów. Istnieje jednakże zapotrzebowanie na ich postacie stałe, bezwodne, przeznaczone do wytwarzania proszkowych środków piorących i mydeł.

Suszenie ciekłych preparatów środków powierzchniowo czynnych odbywa się na skalę przemysłową zazwyczaj sposobem suszenia rozpyłowego. Wodnąpastę środków powierzchniowo czynnych rozpyla się w postaci drobnych kropelek w wieży suszącej, przez którą w przeciwprądzie przepuszcza się gorące gazy suszące. Takiej technologii nie można zastosować do past na bazie cukrowych środków powierzchniowo czynnych, ponieważ temperatury wymagane do suszenia są wyższe od temperatury karmelizacji, w której środki tego rodzaju ulegają rozkładowi. Powoduje to zwęglanie produktu, a także powstawanie zapieczeń na ściankach wieży, co wymaga kosztownego czyszczenia.

Prowadzono próby wyeliminowania tego problemu. W niemieckim opisie patentowym nr DE Al 41 02 745 (Henkel) podano sposób, według którego do pasty na bazie alkoholi tłuszczowych dodaje się od 1% do 5% wagowo alkiloglikozydów i poddaje się jąsuszeniu rozpyłowemu. Taki proces daje się prowadzić jednakże tylko w obecności dużej ilości soli nieorganicznej. W niemieckim opisie patentowym nr DE - Al 41 39 551 (Henkel) proponuje się rozpylanie past alkilosiarczanów i alkiloglikozydów, zawierających maksymalnie 50% cukrowego środka powierzchniowo czynnego, w obecności mieszanin sody i zeolitów. Uzyskane kompozycje zawierają nieznaczne ilości środków powierzchniowo czynnych i mają, niedostatecznie wysoki ciężar nasypowy. Z kolei w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym nrWO95/14519 (Henkel) uj awniono sposób suszenia past na bazie cukrowych środków powierzchniowo czynnych za pomocą przegrzanej pary wodnej. Proces taki jest technicznie bardzo kosztowny. Nie opracowano zatem, jak dotąd, niezawodnego sposobu wytwarzania wysokiej jakości, bezwodnych proszków lub granulatów na bazie cukrowych środków powierzchniowo czynnych, bez jednoczesnego stosowania nośników podczas procesu suszenia. Ponadto dotychczasowy stan techniki nie pozwala na otrzymywanie szczególnie korzystnych proszków o ciężarze nasypowym powyżej 500 g/l i zmniejszonej zawartości pyłów. Te dwa parametry są istotne ze względów technicznych i ekonomicznych.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu przeprowadzenia wodnych past na bazie cukrowych środków powierzchniowo czynnych w bezwodne i bezpyłowe granulaty o akceptowalnej jakości barwy, wysokim ciężarze nasypowym, dobrej zdolności nawadniania i trwałości podczas magazynowania. Sposób taki nie powinien ponadto wymagać stosowania dużych nakładów na urządzenia techniczne, a także wprowadzania dodatkowych nośników nieorganicznych lub organicznych.

Cel ten uzyskano w rozwiązaniu według wynalazku przez opracowanie sposobu, w którym wodnąpastę o zawartości substancji stałych wynoszącej od 25% do 75% wagowo, podgrzaną do temperatury od 40°C do 60°C, wprowadza się za pomocąpompy o wydajności od 5 kg/h do 15 kg/h, do ustawionej poziomo wyparki warstewkowej, zaopatrzonej w obrotowy wał z łopatkami, poddając ją odwirowaniu, przy czym ścianki wyparki, mająw strefie wejściowej temperaturę do 170°C, a w strefie wyjściowej temperaturę 20°C. Przez wyparkę przepuszcza się w przeciwprądzie powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym o temperaturze wejściowej od 20°C do 30°C i temperaturze wyjściowej od 90°C do 110°C, z natężeniem przepływu od 50 m³/h do 150 m³/h, przy czym materiał poddaje się suszeniu w warstewkach o grubości od 1 mm do 10 mm. Wysuszony produkt, o zawartości wilgoci poniżej 2% i temperaturze od 50°C do 70°C, wprowadza się na przenośnik wstrząsowy i poddaje chłodzeniu w otaczającym powietrzu atmosferycznym w czasie od 20 s do 60 s, do temperatury od 30°C do 40°C, po czym na powierzchnię wysuszonego produktu nanosi się kwas krzemowy w ilości od 0,5% do 2% wagowo masy produktu.

Korzystnym rozwiązaniem wynalazku jest sposób, w którym stosuje się alkilo - względnie alkenylooligoglikozydy o wzorze (1):

R*O - [G]p,

183 455 w którym R¹ oznacza resztę alkilową lub alkenylową, zawierającą od 4 do 22 atomów węgla; G oznacza resztę cukrową zawierającą 5 lub 6 atomów węgla; a p oznacza liczby od 1do 10. Szczególnie korzystnym rozwiązaniem wynalazku jest sposób, w którym stosuje się N - alkilopolihydroksyalkiloamidy kwasów tłuszczowych o wzorze (II):

R³ ₂ I

R²CO-N - [ Z ]

3 w którym R CO oznacza alifatyczną resztę acylową, zawierającą od 6 do 22 atomów węgla; R oznacza wodór, resztę alkilową lub hydroksyalkilową, zawierającą od 1 do 4 atomów węgla; a [Z] oznacza liniową lub rozgałęzioną resztę polihydroksyalkilową zawierającą od 3 do 12 atomów węgla oraz od 3 do 10 grup hydroksylowych.

Ustalono niespodziewanie, że poziomo ustawiona wyparka warstewkowa nadaje się idealnie do przeprowadzenia wodnych past cukrowych środków powierzchniowo czynnych w suche, jasno zabarwione, zdolne do nawodnienia i niekleiste granulaty, przy czym nie występuje zapiekanie materiału na ściankach wyparki. Produkty mająwysoki ciężar nasypowy od 550 g/l do 650 g/l oraz średnią średnicę ziarna od 2.0 do 2.8 mm, co prowadzi do zmniejszenia niepożądanego wchłaniania wody i zlepiania się cząstek, a także podwyższa trwałość przy magazynowaniu. Granulaty są również bezpyłowe, co oznacza, że udział cząstek o średnicy poniżej 200 pm jest mniejszy od 5% wagowo. Wyniki te są tym bardziej zaskakujące, że przy stosowaniu tych znanych sposobów suszenia, opracowanych dla past anionowych środków powierzchniowo czynnych, uzyskiwane proszki nie spełniały wymienionych wymagań ani pod względem ciężaru nasypowego, ani zawartości pyłów i wody resztkowej.

Alkilo - i alkenylopoliglikozydy są znanymi niejonowymi środkami powierzchniowo czynnymi. Związki te można otrzymać zwykłymi sposobami stosowanymi w preparatyce organicznej, a wśród obszernego piśmiennictwa można wymienić opis patentowy nr EP - A1 - 0 301 298 i zgłoszenie patentowe nr WO 90 / 03977.

Alkilo - i alkenylooligoglikozydy można uzyskać z aldoz względnie ketoz, zawierających 5 lub 6 atomów węgla, zwłaszcza z glukozy. Wskaźnik liczbowy p w ogólnym wzorze (1) oznacza stopień oligomeryzacji (stopień DP), to jest rozkład mono - i oligoglikozydów; ma on wartość od 1do 10. Wartość p w danym związku jest zawsze liczbą całkowitą i wynosi od 1 do 6, podczas gdy w alkilooligoglikozydachjest obliczana i zwykle jest liczbąułamkową. Dla korzystnie stosowanych oligoglikozydów średni stopień oligomeryzacji wynosi od 1.1 do 3.0, przy czym najkorzystniejsze do zastosowań technicznych są związki, dla których p wynosi mniej niż 1.7, zwłaszcza od 1.2 do 1.4.

Resztę alkilową względnie alkenylową R1 można wyprowadzić z pierwszorzędowych alkoholi, zawierających od 4 do 11, zwłaszcza od 8 do 10 atomów węgla. Użytecznymi alkoholami sąprzykładowo: butylowy, kapronowy, kaprylowy, kaprynowy i undecylowy, oraz ich mieszaniny, otrzymywane przykładowo w wyniku uwodorniania estrów metylowych kwasów tłuszczowych lub uwodorniania aldehydów w syntezie okso Roelena. Korzystnie stosuje się alkilooligoglikozydy z ośmio - do dziesięcioatomowym łańcuchem węglowym (DP = 1 do 3), które tworzą się jako przedgon przy rozdzielaniu przez destylację technicznych kokosowych alkoholi tłuszczowych, zawierających od 8 do 18 atomów węgla, i mogą być zanieczyszczone alkoholem C₂wilości do 6%; oraz pochodzące z oksoalkoholuC₉-C_H (DP= 1 do 3). Reszty tego rodzaju można także uzyskać z pierwszorzędowych alkoholi zawierających od 12 do 22, a zwłaszcza od 12 do 14 atomów węgla. Typowymi alkoholami są tutaj: laurylowy, mirystylowy, cetylowy, palmoleilowy, stearylowy, izostearylowy, oleilowy, elaidylowy, petroselinylowy, arachylowy, gadoleilowy, behenylowy, erucylowy, brasydylowy, oraz ich mieszaniny techniczne, otrzymywane, jak podano wyżej. Stosuje się również alkilooligoglikozydy na bazie utwardzonego alkoholu kokosowego C12/14 (DP = 1 do 3).

183 455

N - aikilopolihydroksyalkiloamidy kwasów tłuszczowych także sąniejonowymi środkami powierzchniowo czynnymi. Sąto znane związki otrzymywane przez redukcyjne aminowanie cukrów za pomocą amoniaku, alkiloaminy lub alkanoloaminy, a następnie acylowanie kwasem tłuszczowym, estrem alkilowym kwasu lub chlorkiem kwasowym. Sposoby ich wytwarzania podają m. in. opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr US 1985424, US 2016962 i US 2703798, zgłoszenie patentowe nr WO 92 / 06984. a także praca H. Kelkenberg, Tens. Surf. Det. 25, 8 (1988). Pochodzą one korzystnie z cukrów redukujących, zawierających 5 lub 6 atomów węgla, zwłaszcza z glukozy. Korzystne N - aikilopolihydroksyalkiloamidy kwasów tłuszczowych sązatem N -alkiloglukamidami kwasów tłuszczowych i możnaje przedstawić wzorem (III):

R³ OH OH OH ₂ II II R CO-N-CH2-CH-CH-CH-CH-CH2OH

I

OH gdzie R oznacza wodór lub grupę alkilową; a R CO oznacza resztę acylowąjednego z kwasów z grupy: kapronowy, kaprylowy, kaprynowy, laurynowy, mirystynowy, palmitynowy, palmoleinowy, stearynowy, izostearynowy, oleinowy, elaidynowy, petroselinowy, linolowy, linolenowy, arachinowy, gadoleinowy, behenowy i erukowy, oraz ich mieszaniny. Szczególnie korzystnie stosowane N - alkiloglukamidy kwasów tłuszczowych o wzorze (ΙΠ) otrzymuje się przez redukcyjne aminowanie glukozy za pomocą metyloaminy, a następnie acylowanie kwasem laurynowym lub kokosowym kwasem tłuszczowym C12/14, bądź odpowiednią pochodną. Polihydroksyalkiloamidy mogą również pochodzić z maltozy i palatynozy.

Procesy suszenia i granulowania zachodzą jednocześnie w poziomo ustawionej wyparce warstewkowej z elementami wirującymi, jak na przykład wyparka firmy VRV o nazwie handlowej “Flash Dryer”. W uproszczeniu ma ona kształt rury, w której znajduje się przynajmniej jeden wał z łopatkami lub skrzydełkami. Temperaturę rury można regulować w kilku strefach. Materiał wsadowy dozuje się za pomocąpompy i wprowadza w ruch wirowy. Suszenie odbywa się w warstwach o grubości od 1do 10 mm. Korzystnie w wyparce stosuje się różnicę temperatur od 170°C (przy wprowadzeniu materiału) do 20°C (przy wyprowadzeniu produktu). Wyższe temperatury suszenia okazały się niekorzystne z uwagi na odporność termiczną materiału wsadowego. W przeciwprądzie do materiału suszonego wprowadza się pod ciśnieniem atmosferycznym od 50 m³/godz. do 150 m3/godz. powietrza o temperaturze wejściowej od 20°C do 30°C, które ulega ogrzaniu do temperatury wyjściowej od 90°C do 110°C.

W wodnych pastach cukrowych środków powierzchniowo czynnych, które stanowią materiał wsadowy, zawartość substancji stałych wynosi od 25% do 75% wagowo, typowo od 30% do 50%. Zwykle podaje się pasty ogrzane do temperatury od 40°C do 60°C, w ilości od 5 kg/godz. do 15 kg/godz.

Stwierdzono, że korzystnejest podawanie gorącego granulatu o temperaturze od 50°C do 70°C na taśmę przenośnika w celu szybkiego ochłodzenia (w czasie od 20 do 60 s) za pomocą otaczającego powietrza do temperatury od 30°C do 40°C. Dalsze polepszenie odporności na niepożądane wchłanianie wody można uzyskać, dodając od 0.5% do 2% kwasu krzemowego w postaci pudru.

Granulaty otrzymywane sposobem według wynalazku można mieszać z innymi proszkowymi składnikami środków piorących, a także wprowadzać do preparatów wodnych i mydeł na bazie detergentów syntetycznych.

Przykłady

Przykład 1

Wytwarzanie granulatu odbywało się w wyparce Flash Dryer produkcji firmy VRV S.p.A., Mailand/IT. Była to poziomo ustawiona wyparka warstewkowa o długości 1100 mm i średnicy wewnętrznej 155 mm, z czterema wałami i 22 łopatkami, których odległość od ścianek wynosiła 2 mm. W wyparce znajdowały się trzy oddzielne strefy ogrzewania względnie chłodzenia. Praca odbywała

183 455 się pod ciśnieniem normalnym. Zapomocąpompy wibracyjnej podawano w ilości 11.5 kg/godz, wodną pastę kokosowego alkilooligoglikozydu ( Plantaren® APG1200, zawartość materiału stałego około 50% wagowo), podgrzaną do temperatury 50°C. W strefach ogrzewania wyparki ustawiono temperaturę na 160°C, a w strefie chłodzenia - na 20°C. Prędkość wirników wynosiła 24 m/s. Do wyparki tłoczono około 110 m³ powietrza na godzinę, a temperatura gazów wylotowych wyniosła około 65°C. Wysuszony granulat o temperaturze 60 (C podawano na przenośnik wstrząsowy o długości 1 m i chłodzono powietrzem atmosferycznym w ciągu około 30 s do temperatury około 40 °C. Końcową operację stanowiło opudrowanie produktu kwasem krzemowym (Sipernat® 50 S) w ilości około 1%₀ wagowo. Uzyskano suchy, biały granulat, który wykazywał zdolność do nawodnienia także po dłuższym składowaniu na powietrzu i nie ulegał zbrylaniu. Wprowadzenie tego produktu do kompozycji szamponowych nie powodowało zmian właściwości w porównaniu z użyciem produktu o charakterze pasty. Dane charakterystyczne granulatu podano w tabeli 1.

Tabela 1

Dane charakterystyczne granulatu z wyparki Flash Dryer

Parametr	Granulat
Rozkład wielkości ziaren	(% wagowy)
<1.0 mm	1,2
1.0 mm	47,8
2.5 mm	16,5
3.2 mm	16,2
4.0 mm	11,3
5.0 mm	4,7
6.2 mm	2,3
Resztkowa zawartość wody (wg Fischera) [% wagowy]	1,0
Ciężar nasypowy [g / 1]	590

Przykład 2

Powtórzono operacje z przykładu 1 z tym, że użyto N - metyloglukamidu kokosowych kwasów tłuszczowych. Temperaturę w obu strefach ogrzewania podniesiono do 170°C. Otrzymano biały, zdolny do nawodnienia i nie zbrylający się granulat, o ciężarze nasypowym 600 g/l i resztkowej zawartości wody 0.8% wagowo.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania bezwodnych i bezpyłowych granulatów cukrowych środków powierzchniowo czynnych, wybranych z grupy, do której należą pochodne kwasów tłuszczowych w postaci alkilooligoglikozydów, alkenylooligoglikozydów oraz N - alkilopolihydroksyalkiloamidów, znamienny tym, że wodną pastę o zawartości substancji stałych wynoszącej od 25% do 75% wagowo, podgrzaną do temperatury od 40°C do 60°C, wprowadza się za pomocą pompy o wydajności od 5 kg/h do 15 kg/h, do ustawionej poziomo wyparki warstewkowej, zaopatrzonej w obrotowy wał z łopatkami, poddając ją odwirowaniu, przy czym ścianki wyparki, mająw strefie wejściowej temperaturę do 170°C, a w strefie wyjściowej temperaturę 20°C, a ponadto przez wyparkę przepuszcza się w przeciwprądzie powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym o temperaturze wejściowej od 20°C do 30°C i temperaturze wyjściowej od 90°C do 110°C, z natężeniem przepływu od 50 m³/h do 150 m³/h, przy czym materiał poddaje się suszeniu w warstewkach o grubości od 1 mm do 10 mm, a wysuszony produkt, o zawartości wilgoci poniżej 2% i temperaturze od 50°C do 70°C, wprowadza się na przenośnik wstrząsowy i poddaje chłodzeniu w otaczającym powietrzu atmosferycznym w czasie od 20 s do 60 s, do temperatury od 30°C do 40°C, po czym na powierzchnię wysuszonego produktu nanosi się kwas krzemowy w ilości od 0,5% do 2% wagowo masy produktu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się alkilo - względnie alkenylooligoglikozydy o wzorze (1):

^O- [G]p w którym — oznacza resztę alkilową lub alkenylową, zawierającą od 4 do 22 atomów węgla; G oznacza resztę cukrową zawierającą 5 lub 6 atomów węgla; a p oznacza liczby od 1 do 10.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się N - aikilopolihydroksyalkiloamidy kwasów tłuszczowych o wzorze (II):

R³

R²CO-N-[Z] w którym — CO oznacza alifatyczną resztę acylową, zawierającą od 6 do 22 atomów węgla; — oznacza wodór, resztę alkilową lub hydroksyalkilową, zawierającą od 1 do 4 atomów węgla; a [Z] oznacza liniową lub rozgałęzioną resztę polihydroksyalkilową, zawierającą od 3 do 12 atomów węgla oraz od 3 do 10 grup hydroksylowych.