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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein viskositäts-, phasen- und partikelgrößenstabiles
wässriges
alkalisches Emulsionsreinigungskonzentrat oder eine Emulsionsreinigungszusammensetzung,
das bzw. die eine verminderte Wasserkonzentration (eine hohe Konzentration
an aktiven Materialien, wie z.B. Alkalinität und Tenside) aufweist, und
auf Verfahren zu deren Verwendung. Bei industriellen oder institutionellen
Anwendungen sind die Materialien phasenstabil und aus automatischen
oder programmierbaren Spender leicht auf einen Verwendungsort pumpbar
(sie haben eine nützliche
Viskosität),
wo sie an einem Verwendungsort leicht mit Wasser vermischt werden,
um ein wässriges
Reinigungsmittel zu bilden. Die Emulsionen sind leicht herzustellen
und bei der Schmutzentfernung in Wäsche, bei der Geschirrreinigung,
beim Clean-In-Place und bei Molkereinanwendungen wirksam. Die Zusammensetzungen
bieten aufgrund eines hohen Alkali- und Tensidkontakts verbesserte
oder verstärkte
Schmutzentfernungseigenschaften.
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Hintergrund der Erfindung
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Reinigungszusammensetzungen
wurden in Festblock-, partikulärer
und flüssiger
Form zubereitet. Feste Formen liefern hohe Konzentrationen an Aktivstoffen,
müssen
jedoch in Wasser gelöst
werden, um eine Reinigungsflüssigkeit
zu bilden. In den letzten Jahren wurde erhebliches Augenmerk auf
flüssige
Reinigungskonzentrate und insbesondere flüssige Reinigungsmittel in Emulsionsform
gerichtet. Solche Reinigungskonzentrate sind typischerweise nicht
so hochaktiv wie Feststoffe und umfassen oft mehr als 50% Wasser.
Reinigungsemulsionskonzentrate wurden als Allzweckreiniger, Geschirrreinigungsmittel
und in Formulierungen zum Reinigen von harten Oberflächen durch
Verdünnung
des Konzentrats mit Wasser eingesetzt. Viele derartige Konzentrate
werden durch jene beispielhaft veranschaulicht, die in den
U.S.-Patenten Nr. 2,560,839 ,
3,234,183 und
3,350,319 beschrieben sind. Diese
Formulierungen umfassen beträchtliche
Anteile eines Phosphat-Komplexbildners und andere Komponenten in
einer wässrigen
Base. In den
U.S.-Patenten Nr. 4,017,409 und
4,244,840 wurden flüssige Reinigungsmittel
mit reduziertem Phosphatgehalt geoffenbart. Einige Reinigungsmittel,
die phosphatfrei sind, wurden hergestellt, wie z.B. jene, die in
den
U.S.-Patenten Nr. 3,935,130 ,
4,786,433 und
4,846,993 beschrieben sind. Die Aufmerksamkeit
wurde auf Emulsions- und Mikroemulsionszusammensetzungen zur Verwendung
in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich des Weichmachens, des
Reinigens von harten Oberflächen
etc., gerichtet. Zu derartigen Offenbarungen gehören die
europäischen Patentschriften
Nr. 137615 ,
137616 und
160762 sowie die
U.S.-Patente Nr. 4,561,488 und
4,786,433 . Zusätzliche
Formeln für
Emulsions- und Mikroemulsionszusammensetzungen,
die unterschiedliche Formulierungen aufweisen, schließen die
U.S.-Patente Nr. 3,723,330 ,
4,472,291 und
4,540,448 mit ein. Die typische Emulsionsflüssigkeit
hat weniger als 60% Aktivstoffe, weniger als 10% Tensid und weniger
als 30–40%
Alkalinität.
Zusätzliche
Formulierungen von flüssigen
Reinigungszusammensetzungen in Emulsionsform, die Kohlenwasserstoffe,
Magnesiumsalze, Terpene und andere Inhaltsstoffe zum Verstärken von
Reinigungseigenschaften enthalten, inkludieren die
britischen Patentschriften Nr. 1603047 ,
2033421 ,
2144763 , die
europäische
Patentschrift Nr. 80749 und die
U.S.-Patente Nr. 4,017,409 ,
4,414,128 und
4,540,505 . Viele dieser Emulsionen
sind nicht ausreichend phasenstabil für eine Lagerung und Verwendung
in einer Vielzahl von Anwendungen, haben eine verminderte Aktivstoffkonzentration
(umfassen mehr als 50% Wasser) oder weisen im Vergleich zu anderen
nützlichen
Reinigungsmittelformen reduzierte Eigenschaften auf oder sind schwierig
herzustellen, zu pumpen oder zu lagern.
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Miller
et al.,
U.S.-Patent Nr. 4,230,592 ;
Morris et al.,
U.S.-Patent Nr.
5,525,256 ; und Trabitzsch,
kanadisches
Patent Nr. 2,004,895 , lehren wässrige Reinigungsmittel mit
relativ geringen Aktivstoffkonzentrationen. Diese Referenzen lehren
allesamt einen relativ geringen Ätzmittelgehalt
und relativ geringe Komplexbildner- und Tensidgehalte. Diese Materialien
scheinen recht einfache Lösungen
des Materials in einem wässrigen
Medium zu sein, und zwar ohne einen beträchtlichen dispersen Anteil.
Die Materialien können
gepumpt und verwendet werden wie sie sind.
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Die
WO 91/00331 beschreibt wässrige reinigungsaktive
strukturierte flüssige
Reinigungszusammensetzungen, die ein erstes und ein zweites nichtionisches
Material umfassen. Die
EP-A-0
487 262 beschreibt Reinigungszusammensetzungen, die eine
Kombination eines APG und eines spezifischen nichtionischen Tensids
enthalten und verstärkte
Reinigungskraft und Stabilität
aufweisen.
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Erhebliches
Augenmerk wurde auf Konzentratmaterialien gerichtet, die einen beträchtlich
erhöhten Aktivstoffgehalt
aufweisen und als stabile Flüssigkeiten
hergestellt werden können.
Es bestand die Notwendigkeit, das aktive Konzentrat der Reinigungskomponenten
in der Emulsion auf 60 bis 65% zu schieben, um die Wirksamkeit und
Leistung von Feststoffen bereitzustellen. Diese Flüssigkeiten
müssen
eine stabile Viskosität und
eine handhabbare Viskosität
aufweisen, so dass die Flüssigkeit
von einer Quelle des Materials verlässlich zu einem Verwendungsort,
z.B. einer Waschmachine, gepumpt werden kann. Wir stellten fest,
dass, wenn die Konzentration der Materialien des Stands der Technik
ohne Einführung
einer neuen Technologie einfach erhöht wird, die resultierenden
Materialien keine einfachen Lösungen
bilden, keine phasenstabilen Emulsionen bilden oder häufig Materialien
produzieren, die hohe Viskositäten
aufweisen und schwierig zu pumpen und zu verwenden sind.
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Obwohl
der Stand der Technik eine Vielfalt von flüssigen Emulsionsreinigungszusammensetzungen offenbart,
die in einer Vielzahl von Formen verwendet werden können, stellt
der Stand der Technik keine stabile wässrige Emulsion mit einer hochaktiven
Reinigungszusammensetzung bereit, welche leicht herzustellen ist, bei
der Wäsche,
beim Geschirrreinigen und in anderen Verwendungen akzeptable Reinigungseigenschaften aufweist,
in herkömmlichen
Spender für
flüssige
Reinigungsmittel pumpbar ist und mit einer typischen industriellen
oder institutionellen Reinigungsausrüstung kompatibel ist. Wir erfüllten eine
wesentliche Nachfrage nach Verbesserung der Emulsionsstabilität unter
Anwendung der Emulsionspartikelgröße, der Emulsionsviskosität und der
Reinigungseigenschaften, indem wir die Emulsionsformulierungen und
die Herstellungsmethoden verbesserten. Eine wesentlich verbesserte
Emulsionsreinigungszusammensetzung, Verfahren zu deren Verwendung
und Herstellungsverfahren wurden ausfindig gemacht und sind nachstehend
geoffenbart.
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Kurzfassung der Erfindung
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Der
Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte wässrige hochaktive Reinigungsemulsionszusammensetzung,
wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert. Die Emulsionszusammensetzung umfasst eine Emulsion in
einer wässrigen
Base, die eine Alkalinitätsquelle,
ein nichtionisches Tensid, ein wasseraufbereitendes oder komplexbildendes
Mittel und ein Alkylpolyglucosid-Tensid, wie definiert, umfasst.
Die resultierenden stabilen Emulsionen sind durch einen geringen
Wassergehalt, eine hohe Aktivstoffkonzentration (häufig höher als
60 Gew.%, bezogen auf die Konzentratzusammensetzung) und eine Partikelgröße der in
der wässrigen
Phase dispergierten, emulgierten Phase gekennzeichnet, wobei diese
eine Partikelgröße von weniger als
etwa 10 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 0,01 bis 5 Mikrometer,
aufweist. Phasenstabil bedeutet, dass die Emulsion sich nicht in
Phasen auftrennt, wenn sie in einer 50 ml-Maßröhre in einer International-Equipment-Zentrifuge,
Modell CL, bei 1100–2500
U/min 5 Minuten lang zentrifugiert wird. Die stabilen Emulsionen sind
auch durch eine überraschend
niedrige Viskosität
gekennzeichnet, die von etwa 500 bis 5000 Centipoise (cP) und von
etwa 200 bis 2000 cP reicht, wenn bei 23°C mit einem RTV-Brookfield-Viskosimeter
gemessen wird, wobei eine #3-Spindel mit 20 bzw. 50 U/min eingesetzt
wird. Dieses verbesserte Emulsionsreinigungsmittel kann bei einer
Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, kommt jedoch vorzugsweise
bei Wäscheanwendungen
zum Einsatz. Wir erzielten Reinigungsmittelformulierungen, die sowohl
bei der Alkaliquelle als auch bei der Tensidbelastung 30 Gew.% oder
mehr aufweisen. Wir stellten fest, dass das Gleichgewicht der hydrophoben
und der hydrophilen Funktion eines Alkylpolyglycosids eine Grenzflächenspannung
erzielt, welche die Emulsion an der Wasser-Tropfen-Grenzfläche stabilisiert.
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Bei
Wäscheanwendungen
werden verschmutzte Gegenstände
mit einer wässrigen
flüssigen
Reinigungslösung,
die einen großen
Teil Wasser und etwa 250 bis 5000 ppm Emulsionsreinigungsmittel
umfasst, in Kontakt gebracht. Die Kleidungsstücke werden bei einer erhöhten Temperatur
von etwa 25°C
bis etwa 80°C zur
Schmutzentfernung für
einen Zeitraum mit der Waschflüssigkeit
kontaktiert. Der Schmutz und verbrauchte Flüssigkeit werden dann in einem
Spülkreislauf
von der Kleidung gespült.
Die verbesserten flüssigen
Emulsionsreinigungsmittel werden durch ein Verfahren hergestellt,
das die folgenden Schritte umfasst: das Kombinieren des nichtionischen
Tensids oder der nichtionischen Tensidmischung mit einer Alkalinitätsquelle,
um eine alkalische Tensidmischung bereitzustellen; das Kombinieren
der alkalischen Tensidmischung mit dem wasseraufbereitenden oder
komplexbildenden Mittel und dem Alkylpolyglucosid, um ein vermischtes
Reinigungsmittel zu bilden, und das Aussetzen des vermischten Reinigungsmittels
an andere Bestandteile mittels einer Mischanlage, und zwar für einen
ausreichenden Zeitraum, um eine Emulsion zu erzeugen, die durch
die Partikelgröße der dispersen
Phase und eine Viskosität,
die obenstehend dargelegt wurde, gekennzeichnet ist. Das resultierende
Reinigungsmittelmaterial kann in Behälter gepumpt werden. Wenn das
stabile Wäschereinigungsmittel
für Wäscheanwendungen
verwendet wird, kann es leicht in eine herkömmliche Reinigungsapparatur
gepumpt und dosiert werden. Bei anderen Anwendungen kann ein geeignetes
Tensid für
die Geschirrreinigung oder das Reinigen von harten Oberflächen ausgewählt werden.
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Für den Zweck
dieser Patentanmeldung bezeichnet der Begriff „Emulsion" eine kontinuierliche wässrige Phase
und eine disperse, im Wesentlichen unlösliche flüssige organische Phase in Tropfenform,
die eine Emulsion bildet. Die disperse Phase wird typischerweise
aus Materialien hergestellt, die in Konzentrationen oder in Mengen
verwendet werden, welche über
jener Menge liegen, die in der wässrigen
Phase solubilisiert werden kann. Der unlösliche oder nicht wasserlösliche Anteil,
typischerweise ein flüssiges
nichtionisches Tensid, bildet dispergierte Partikel, die eine Partikelgröße von weniger
als etwa 10, weniger als etwa 5 Mikrometern, vorzugsweise zwischen
etwa 0,1 und 5 Mikrometern, aufweisen. Die Emulsionen können feste
Materialien, die in der organischen oder wässrigen Phase verteilt sind,
enthalten. Diese Materialien werden häufig an der Tropfen-Wasser-Grenzfläche stabilisiert.
Die wässrige
Phase kann eine, zwei oder mehrere wässrige lösliche Komponenten enthalten,
und die disperse Phase kann eine, zwei oder mehrere relativ unlösliche Komponenten
enthalten, um eine stabile Emulsion zu bilden. Phasenstabil bedeutet,
dass die disperse Phase unter den typischen Herstellungs-, Lagerungs- und Verwendungsbedingungen
ihre fein verteilte Form nicht wesentlich verliert und sich von
der wässrigen
Phase nicht in einem solchen Ausmaß trennt, dass das Material
für die Wäsche oder
einen anderen Reinigungszweck nicht verwendbar wird. Ein gewisses
geringes Ausmaß an Trennung
kann toleriert werden, solange die Emulsion den Großteil der
unlöslichen
Phase (überwiegend
organische Materialien) in der kleinen emulgierten Form behält und Reinigungsaktivität liefert. „Stabil
verteilte Partikelgröße" bedeutet, dass die
Partikel der dispersen Phase sich nicht verbinden, um Partikel zu
bilden, die viel größer als
etwa 10 Mikrometer oder viel kleiner als etwa 0,01 Mikrometer sind.
Die stabile Partikelgröße ist wichtig
für das
Bewahren einer stabilen dispersen Emulsionsphase. Der nachstehend
beschriebene Zentrifugentest ist ein Schnelltest für die Phasenstabilität.
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Die
erfindungsgemäßen wässrigen
Materialien involvieren typischerweise die Emulgierung einer relativ
unlöslichen,
typischerweise organischen Phase und einer wässrigen Phase. Die organische
Phase kann eine oder mehrere Komponenten, wie z.B. Tenside, wasseraufbereitende
Mittel, Aufheller etc., enthalten, während die wässrige Phase in einem wässrigen
Medium wässrige
lösliche
Komponenten, wie z.B. Natriumhydroxid, Farbstoffe und andere Komponenten,
enthalten kann. Die Materialien werden typischerweise hergestellt, indem
die relativ „ölige" organische unlösliche Phase
in der wässrigen
Phase dispergiert wird, welche durch eine Emulsionsstabilisatorzusammensetzung
unter Anwendung einer Scherung stabilisiert wird. Bei dieser Erfindung
umfasst der Emulsionsstabilisator das Alkylpolyglycosid-Tensid typischerweise
in einer Menge, die eine stabile Emulsion fördern kann. Wir stellten fest,
dass die Emulsionsstabilisatoren Alkylpolyglycosid (APG)-Tenside,
wie in den Ansprüchen
definiert, sind, welche in Natriumhydroxid ausreichend löslich sind
und die Bildung einer kleinen Partikelgröße in der typischen organischen
Phase, die bei den erfindungsgemäßen Emulsionen
verwendet wird, fördern.
Wir stellten fest, dass einfache Mischungen aus wässrigem
Natriumhydroxid und einem Nonylphenolethoxylat sich ohne Emulsionsstabilisator
rasch in zwei separate Phasen auftrennen. Solche Tenside weisen
in Natriumhydroxid eine geringe Löslichkeit auf, während Natriumhydroxid
in diesem organischen Stoff unlöslich
ist. Bestimmte Alkylpolyglycoside mit geringer Natriumhydroxid-Löslichkeit scheinen
so nützlich
wie stärker
alkalilösliche
Alkylpolyglycoside zu sein. Beide Typen können die Bildung von kleinen
Emulsionspartikeln unterstützen.
Die nützliche
Verfahrensweise zur Bildung der erfindungsgemäßen Dispersionen umfasst das
Hinzufügen
eines wässrigen Ätzmittels,
typischerweise von 50 Gew.% wässrigem Ätzmittel,
in ein großes
Metallgefäß, das einen
Rührapparat
enthält.
Die organische Phase, wie z.B. ein Nonylphenolethoxylat mit 9,5
Mol EO, wird in das Gefäß mit einem Ätzmittel
hinzugegeben. Das APG kann zu diesem Zeitpunkt hinzugefügt werden,
und die Inhalte des Gefäßes können stark
bewegt werden, um mit der Emulsionsbildung zu beginnen. Das Alkylpolyglycosid
kann an diesem Punkt oder zu irgendeinem späteren Zeitpunkt nach Zugabe
aller anderer Inhaltsstoffe, jedoch vor Beginn der Scherung hinzugefügt werden.
Eine bevorzugte Reihenfolge der Zugabe von Materialien erfolgt in
folgender Abfolge: wasseraufbereitendes Mittel, polymere Materialien,
Zusatz stoffe, zusätzliches Ätzmittel,
zusätzliches
Tensid, Alkylpolyglycosid-Emulsionsstabilisator. Die in einer Mischungsform
kombinierten Materialien werden dann bei hoher Scherung emulgiert, bis
die Partikelgröße auf weniger
als 10 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 5 Mikrometer, reduziert
ist. Bei dieser Partikelgröße neigt
die Mischung dazu, stabil und nicht trennend zu sein. Während der
Zugabe der organischen Materialien sollte darauf geachtet werden,
eine übermäßige Erhitzung
während
des Hinzufügens der
Materialien zu vermeiden. Das Überschreiten
von 82,2°C
(180°F)
kann insbesondere bei wasseraufbereitenden Phosphonatmitteln Probleme
verursachen.
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Obwohl
der Hauptschwerpunkt auf Wäschereinigungsmitteln
liegt, könnte
dieses Emulsionskonzept auch anderswo angewandt werden. Dies würde die
Geschirrreinigung, Clean-In-Place-Reiniger und -Desinfektionsmittel,
Lebensmittel- und Molkereiformulierungen einschließen. Dieses
Emulsionskonzept könnte
im Allgemeinen bei jeder Formulierung verwendet werden, bei der
relativ unlösliche
nichtionische Tenside mit ätzenden
Lösungen
vermischt werden, um eine Emulsion mit für den gewählten Einsatzzweck ausgewogenen
Eigenschaften zu bilden. Die schwachschäumenden Tenside können nichtionische
Stoffe, wie z.B. Nonylphenol-9,5 Mol-Ethoxylat, lineare Alkoholethoxylate,
Ethylenoxid/Propylenoxid-Copolymere, Ethylenoxid/Propylenoxid/Ethylenoxid-Copolymere, Propylenoxid/Ethylenoxid/Propylenoxid-Copolymere
(Pluronics (BASF), Pluronics R (BASF) und Ecolab-Tenside (D-097,
D500 und LD-097)) und bedeckte Alkoholethoxylate oder Nonylphenolethoxylate,
wie z.B. LF41 von Ecolab, LF428 von Ecolab, Plurafacs (BASF) und
Polytergents (BASF), umfassen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
eine 3D-Säulengrafik,
welche die stabilisierenden Wirkungen von APG 625 auf bestimmte Formulierungen
zeigt.
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2 ist
eine 3D-Säulengrafik,
welche die stabilisierenden Wirkungen von APG 625 auf andere ätzende Formulierungen
zeigt.
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Detaillierte Erörterung der Erfindung
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Emulsionen
betrafen traditionellerweise Systeme aus zwei isotropen, im Wesentlichen
Newtonschen Flüssigkeiten,
wobei die eine in Form von kleinen Tröpfchen in der anderen verteilt
ist. Das System wird durch absorbierte Amphiphile stabilisiert,
welche die Grenzflächeneigenschaften
modifizieren. Wir stellten jedoch fest, dass eine große Zahl
von Emulsionen in mehr als zwei Phasen wirkt. Eine Erörterung
von Emulsionen und der Emulsionsstabilität beginnt mit dem traditionellen
Zweiphasensystem. Eine Emulsion bildet sich, wenn zwei unvermischbare
Flüssigkeiten, üblicherweise
Wasser und Öl,
zum Beispiel geschüttelt
werden, so dass die eine Flüssigkeit
Tröpfchen
bildet, die innerhalb der anderen Flüssigkeit verteilt sind. Emulsionen
werden durch eine an der Grenzfläche
adsorbierte Verbindung stabilisiert. Diese Verbindung wird als „Emulgator" bezeichnet. Es handelt
sich dabei um Moleküle,
die sowohl polare als auch unpolare Bereiche besitzen und zum Überbrücken der
Kluft zwischen den beiden unvermischbaren Flüssigkeiten dienen. In einer Öl-und-Wasser-Emulsion
ist der polare Anteil eines Emulgators zum Beispiel in der Wasserphase
löslich,
während
der unpolare Bereich in der Ölphase
löslich
ist. Die Bildung einer Emulsion oder die Emulgierung umfasst im
Allgemeinen das Aufbrechen von großen Tropfen in kleinere aufgrund
von Scherkräften.
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Um
die Stabilität
von Emulsionen zu besprechen, ist es zunächst erforderlich, zu erörtern, wie
eine Emulsion versagt. Die Anfangsstufe bei einem Emulsionsversagen
ist als Ausflockung bekannt, wobei einzelne Tröpfchen aneinander haften bleiben,
jedoch immer noch durch einen dünnen
Film der kontinuierlichen Phase getrennt sind. Die nächste Stufe
ist die Koaleszenz, wobei der dünne
Flüssigkeitsfilm
zwischen den einzelnen Tröpfchen
instabil wird und dadurch die Bildung von großen Tropfen ermöglicht wird.
Während
die Koaleszenz weitergeht, trennt sich die Emulsion in eine Ölschicht
und eine Wasserschicht. Emulsionen werden im Allgemeinen durch eine
Verlangsamung des Destabilisierungs- oder Ausflockungsprozesses
stabilisiert. Dies kann bewerkstelligt werden, indem entweder die
Mobilität
der Tröpfchen
verringert, die Viskosität
erhöht
oder eine Energieschwelle zwischen den Tröpfchen eingebracht wird. Bei
der Erfindung beträgt
die Größe der Tröpfchen oder
Partikel der dispersen Phase im Durchmesser weniger als 10 Mikrometer,
vorzugsweise weniger als 5 Mikrometer. Bei der am meisten bevorzugten
Emulsionsform wird eine Tröpfchen-
oder Partikelgröße, die
zwischen 0,01 μm
und 4 μm
liegt, eingesetzt.
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Alkalinitätsquelle
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Zur
Kontrolle des pH-Werts der Gebrauchsreinigungslösung ist eine Alkalinitätsquelle
erforderlich. Bei der Alkalinitätsquelle
handelt es sich um Natriumhydroxid. Die bevorzugte Quelle, die am
kostengünstigsten ist,
ist handelsübliches
Natriumhydroxid, das in wässrigen
Lösungen
in einer Konzentration von etwa 50 Gew.% und in einer Vielzahl von
festen Formen mit unterschiedlichen Partikelgrößen erhältlich ist. Das Natriumhydroxid
ist in einer Menge von 15 bis 50 Gew.% vorhanden und kann bei der
Erfindung entweder in flüssiger
oder in fester Form oder als Mischung von beidem verwendet werden.
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Nichtionisches Tensid
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Herkömmliche
nichtionische Reinigungsmittel-Tenside, die bei der Erfindung verwendet
werden können,
umfassen die Polyethylen-, Polypropylen- und Polybutylenoxidkondensate
von Alkylphenolen. Diese Materialien sind in wässrigen Medien im Allgemeinen
in einer Menge von weniger als 5 Gew.% löslich. Im Allgemeinen werden
die Polyethylen oxidkondensate bevorzugt. Die nützlichen Verbindungen umfassen
die Kondensationsprodukte von Alkylphenolen mit einer Alkylgruppe,
die 6 bis 18 Kohlenstoffatome, vorzugsweise etwa 6 bis etwa 12 Kohlenstoffatome,
entweder in geradkettiger oder in verzweigtkettiger Konfiguration
mit 3 bis 18 Mol Alkylenoxid enthält. Das Ethylenoxid ist in
einer Menge vorhanden, die etwa 3 bis etwa 18 Mol Ethylenoxid pro
Mol Alkylphenol entspricht.
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Emulsionsstabilisierendes Alkylpolyglucosid-Tensid
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Wir
stellten fest, dass die erfindungsgemäßen Emulsionen unter Verwendung
eines Alkylpolyglycosid-Tensids, wie in den Ansprüchen definiert,
stabilisiert werden. Solche Tenside besitzen eine stark hydrophobe
Alkylgruppe mit einer stark hydrophilen Glycosidgruppe, deren Hydrophilie
durch das Vorhandensein von Ethylenoxidgruppen modifiziert werden
kann. Wir stellten fest, dass diese Materialien wirksame Emulsionsstabilisatoren
sind, wenn das Material in der wässrigen
Phase löslich
ist, und Emulsionen von kleiner Partikelgröße fördern können. Das Alkylpolyglucosid
(wie Glucopon 625, das in den meisten Beispielen verwendet wird) enthält eine
hydrophobe Gruppe mit einer geraden Alkylkette von C12 bis
C16. Die hydrophile Gruppe ist ein Glukoserest
mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad (DP) von 1,5 bis
8 (1,6 bei Glucopon 625). Das Material Glucopon 625 hat keine sehr
gute Löslichkeit
in Natriumhydroxidlösungen.
Es gibt andere handelsübliche
Alkylpolyglucoside mit verschiedenen Alkylgruppen und DPs. Die allgemeine
Klasse von Alkylpolyglucosiden erzeugt eine geringe Grenzflächenspannung
zwischen Mineralöl
und Wasser. Eine geringe Grenzflächenspannung
ist wahrscheinlich für
den Erfolg dieser Tenside beim Stabilisieren der Emulsion verantwortlich. Das
eingesetzte System unterscheidet sich von der typischen Emulsion.
Die Ölphase
ist das Tensid (Nonylphenolethoxylat), während die wässrige Phase die Natriumhydroxidlösung zusammen
mit anderen Materialien ist. Wahrscheinlich ist eine dritte Phase
beteiligt, die eine Grenzfläche
zwischen der Tensidphase und der Natriumhydroxidlösung bilden
könnte.
Das Alkylpolyglucosid kann an der Tensid/Natriumhydroxid-Grenzfläche dargestellt
werden.
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Eine
einfache Mischung aus wässrigem
Natriumhydroxid (20 bis 50% Aktivstoff) und Tensid (Nonylphenolethoxylat
9,5) ohne Alkylpolyglucosid bildet zwei getrennte Phasen. Das Tensid
(Nonylphenolethoxylat) hat im Wesentlichen keine Löslichkeit
in der Natriumhydroxidlösung,
und das Natriumhydroxid hat im Wesentlichen keine Löslichkeit
in der Tensidphase (NPE 9,5). Die Tensidphase ist im Wesentlichen
wasserfrei und enthält
nur Tensid. Durch Hinzufügung
von Alkylpolyglucosid kann die Tensidphase in die Natriumhydroxidphase emulgiert
werden. Alkylpolyglucosid allein scheint die Emulsion zu stabilisieren.
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Die
Alkylpolyglucoside sind in der Tensidphase löslich. Diese allgemeinen Beobachtungen
zeigten, dass das Alkylpolyglucosid sich hauptsächlich in der Tensidphase und
an der Grenzfläche
zwischen Natriumhydroxidlösung
und Tensid befindet. In der Natriumhydroxidlösung ist wahrscheinlich eine
geringe Menge Alkylpolyglucosid gelöst. Die Alkylpolyglucoside
stabilisieren daher die Emulsion durch Verringerung der Grenzflächenspannung
zwischen der Natriumhydroxidlösungsphase
und der Tensidphase. Bei diesem allgemeinen Konzept ist vorstellbar,
dass andere Tenside verwendet werden können und diese die Emulsion
in diesen Systemen stabilisieren würden, wenn sie die Grenzflächenspannung
der Natriumhydroxidlösung
mit einem Tensid reduzierten.
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Die
Beispiele zeigen, dass Alkylpolyglucoside die Materialien sind,
welche das Teilchen verkleinern und die Emulsion stabilisieren.
Jedes Tensid, dessen hydrophile Gruppe in Natriumhydroxid löslich ist
und dessen hydrophobe Gruppe in der Tensidphase löslich ist,
was eine geringe Grenzflächenspannung
erzeugen würde,
sollte eine stabile Emulsion hervorbringen. Die erfindungsgemäß verwendeten
Alkylpolyglucoside haben jedoch die Formel: RO(CnH2nO)y(HEX)x, wobei HEX von einer Hexose, einschließlich Glukose,
abgeleitet ist; R eine hydrophobe, typischerweise lipophile Gruppe,
ausgewählt
aus Gruppen, bestehend aus Alkyl, Alkylphenyl, Hydroxyalkylphenyl
und Mischungen davon, ist, wobei die Alkylgruppen etwa 12 bis etwa
16 Kohlenstoffatome enthalten; n 2 oder 3; y etwa 0 bis 10 und x
etwa 1,5 bis 8 ist. Noch bevorzugter sind Alkylpolyglucoside, bei
denen y 0 und x etwa 1,5 bis 4 ist. Sie sind in einer Menge von
0,1 bis 10 Gew.% vorhanden.
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Wasseraufbereiter
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Die
wasseraufbereitenden, Härteion-chelatbildenden
oder kalzium-, magnesium-, mangan- oder eisenkomplexbildenden Mittel,
die zur Verwendung bei der Erfindung geeignet sind, umfassen organische
Phosphonate, NTA und Alkalimetallsalze davon, EDTA und Alkalimetallsalze
davon, anionische Polyelektrolyte, wie z.B. Polyacrylate und Acrylsäure-Copolymere,
Itaconsäure-Copolymere,
wie z.B. ein Acryl/Itaconsäure-Copolymer, Maleate,
Sulfonate und deren Copolymere, Alkalimetallgluconate. Organische
Phosphonate, wie z.B. 1-Hydroxyethyliden-1,1-diphosphonsäure, Aminotri(methylenphosphonsäure), Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure), Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsäure) und
2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure sowie andere handelsübliche wasseraufbereitende
organische Phosphonatmittel sind ebenfalls geeignete Chelatbildner.
Die meisten herkömmlichen
Mittel scheinen zu wirken, da sie entweder in der kontinuierlichen
Phase oder in der Tröpfchenphase
kompatibel sind. Die angeführten
Beispiele enthalten als Aufbaustoff eine Mischung aus Poly(acrylsäure) und
Butan(tri carbonsäure)-Phosphonsäure. Letzteres
Material enthält
Phosphor, und die gesamte Formulierung wird als Phosphorformel betrachtet.
Phosphorhaltige und phosphorfreie Formulierungen wurden entwickelt,
wobei die Alkylpolyglucoside akzeptable Reinigungseigenschaften
aufweisen. Diese haben Eigenschaften, die den Beispielen ähnlich sind,
abgesehen davon, dass sie kein Phosphor enthalten.
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Nebenbestandteile
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Reinigungsmittel
enthalten typischerweise eine Reihe von herkömmlichen und wichtigen Bestandteilen,
die jedoch Nebenbestandteile sind. Diese können optische Aufheller, Wirkstoffe
gegen eine erneute Schmutzablagerung, Antischaummittel, schwachschäumende Tenside,
entschäumende
Tenside, Pigmente und Farbstoffe umfassen, welche in diesen Formeln
verwendet werden. Die Zusammensetzungen können auch Chlor- und Sauerstoffbleichmittel
enthalten, die in diesen Formeln derzeit nicht verwendet werden.
Solche Materialien können
mit den anderen Bestandteilen formuliert oder während Reinigungsvorgängen hinzugefügt werden.
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Versuchsergebnisse
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Eine
Reihe von Tests wurde durchgeführt,
um verschiedene Formulierungen und deren resultierende Stabilität und Viskosität zu untersuchen.
Obwohl jede Reihe von Formulierungen einzeln besprochen wird, wird nun
ein kurzer Überblick
geboten.
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Die
Tabellen 1a, b, c umfassen Formulierungen, in denen das Aufbaustoffsystem
modifiziert ist.
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Die
Tabellen 2a, b, c umfassen Formulierungen, bei denen Alkylpolyglucoside
zu den Formulierungen hinzugefügt
werden.
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Tabelle
3 ist ein Vergleich zwischen der beanspruchten Erfindung und Materialien,
die im
GB-Patent 2001797 geoffenbart
sind.
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Die
Tabellen 4a, b, c umfassen Formulierungen, bei denen Alkylpolyglucoside
in ätzenden
Emulsionen verwendet werden.
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Tabelle
5 zeigt lösliche
Emulsionsformeln.
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Die
folgenden Zubereitungen von Emulsionsmaterialien und Daten, welche
die Stabilität
der Partikelgröße und Viskosität zeigen,
erläutern
die Erfindung näher
und offenbaren eine beste Ausführungsform.
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Die
bei diesen Versuchen verwendete Zentrifuge ist eine International-Equipment-Zentrifuge, Modell CL.
Die Zentrifugengeschwindigkeiten sind nachstehend aufgelistet.
| | Einstellung
4 | Einstellung
5 | Einstellung
6 | Einstellung
7 |
| Niedriger
Bereich (U/min) | 1398 | 1659 | 2033 | 2375 |
| Hoher
Bereich (U/min) | 1500 | 1897 | 2151 | 2502 |
| Durchschnitt
(U/min) | 1453 | 1778 | 2092 | 2438 |
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Tabelle
3 gibt die verwendeten Formulierungen bei einem Vergleich der Offenbarung
des
GB-Patents 2001897 mit
der beanspruchten Erfindung wieder.
| Rohmaterial | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Probe | Erfindung |
| Alkylglucosid | 6,00 | 6,00 | 8,00 | 6,00 | 7,00 | 7,00 | 20,0 |
| C12-15EO7 | 1,00 | 1,00 | | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 2,0 |
| NaOH | 10,00 | 12,50 | 15,00 | 6,00 | 11,00 | 11,00 | 20,0 |
| Na2SiO3-Silikat | 2,00 | 2,0 | 2,0 | 0,7 | 2,5 | 2,7 | 12,0 |
| (Na2O:SiO2 = 1:3,3) | | | | | | | |
| NTA | 8,00 | 8,0 | 8,0 | 6,0 | 5,0 | 5,0 | 9,0 |
| HEDP | 2,00 | | 1,0 | 1,0 | 3,5 | | 3,0 |
| Dequest 2010 | | | | | | 3,0 | |
| EDTMP | | 1,0 | | | | | |
| DTPMP | | | 1,0 | | 1,0 | | |
| Bayhibit PBS-AM | | | | | | 1,0 | |
| OB | 0,10 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | | |
| Natriumcumesulfonat | 29,10 | | | 4,0 | | | |
| Isopropanol | | | | 5,0 | | | |
| Wasser | 70,90 | 69,4 | 64,9 | 70,2 | 68,9 | 69,3 | 34,0 |
| Gesamtmenge | 129,10 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
| Prozent Aktivstoff | 29,10 | 30,6 | 35,1 | 20,8 | 31,1 | 30,7 | 66,0 |
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Eine
Formulierung wurde ähnlich
wie die im
GB-Patent 2001897 angeführte Formulierung
hergestellt und ist als Probe aufgelistet. Diese Zusammensetzung
war bei Raumtemperatur eine homogene klare Lösung (keine Emulsion). Bei
diesen Formulierungen wurde Alkylpolyglucosid verwendet, um die
Löslichkeit
zu fördern oder
Alkoholethoxylat in die Lösung
einzubinden. Bei der Vergleichsformulierung wurde Glucopon 225 (C
8 bis C
10) in der
Formulierung verwendet. Dieses Material ist in dieser Natriumhydroxidlösung löslich und
koppelte oder solubilisierte das Alkoholethoxylat, um eine homogene
Lösung
zu produzieren.
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Die
Lösung
erschien klar, wenn eine Probe unter dem Mikroskop untersucht wurde.
Es gibt keinen Hinweis auf Tröpfchen
in der Lösung,
wenn diese unter dem Mikroskop bei normaler Lichttransmission mit
400x beobachtet wird. Es handelt sich um eine isotrope Lösung, da
sie durch gekreuzte Polare unter dem Mikroskop dunkel erschien.
Bei Verwendung der gekreuzten Polare tauchte unter dem Mikroskop
keine Struktur oder irgendein Licht auf.
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Die
als 1–5
angegebenen Formulierungen stellen typische Beispiele aus der
GB 2001897 dar. Die Probe
ist eine typische Formulierung der allgemeinen Offenbarung aus den
Patentreferenzen, während
die in den „Ansprüchen" wiedergegebene Formulierung
eine Formel der Erfindung darstellt. Die erfindungsgemäßen Formulierungen
haben die doppelten Aktivstoffe, die Hälfte vom Wasser und sind echte
Emulsionen einer „öligen" nichtionischen Phase
im alkalischen wässrigen
Medium.
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Diese
Daten zeigen, dass Alkylpolyglucosid die Viskosität der Formeln
verringerte, die Partikelgröße reduzierte
und die Emulsion stabilisierte. Die Daten zeigten auch, dass andere
Aufbaustoffe, wie z.B. Trinatriumnitrilotriacetatmonohydrat (NTA)
in Pulverform, anstelle von flüssigen
Aufbaustoffen, wie z.B. Poly(acryl/itacon)säure (F80), zur Formel hinzugefügt werden
kann. Die Daten wiesen auch darauf hin, dass die Zugabe von anderen
Inhaltsstoffen (optischen Aufhellern, Farbstoffen und Pigmenten)
die Stabilität
oder andere Eigenschaften nicht beeinflusst. Diese anderen Inhaltsstoffe
sind für
ein wünschenswertes
Erscheinungsbild und Funktionieren des Reinigungsmittels erforderlich.
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Die
Resultate zeigten eindeutig, dass die Stabilität (Zentrifugentest) vermindert
wird, wenn das aus der Formel entfernte Alkylpolyglucosid durch
50%iges Natriumhydroxid (67 und 69) ersetzt wird, und zwar verglichen
mit 68 und 70. Dies ist in 2 grafisch
zu sehen. Die Viskosität
ist bei 67 und 69 im Vergleich zu Formulierungen mit Alkylglucosid
68 bzw. 70 ebenso höher.
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In
einigen Fällen
kann die Viskosität
der Formulierung verringert werden, indem Wasser als Teil der Gesamtmenge
hinzugefügt
oder das Alkylpolyglucosid ersetzt wird. In Formulierung 67 wird
die Viskosität durch
Zugabe von Wasser anstelle von Alkylpolyglucosid (70) verringert.
Die Formulierung 67 ist im Zentrifugentest nicht stabil, während die
Formulierung 70 stabil ist.
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Der
Durchmesser der Partikelgröße wird
durch Hinzufügen
von Alkylpolyglucosid ebenfalls verringert. Die Formulierungen 67,
69, 72 und 73 enthielten kein Alkylpolyglucosid, und der Durchmesser
der Partikelgröße liegt
zwischen 2,5 und 41,3 Mikrometern. Die Zugabe von Alkylglucosid
(68 und 70) reduzierte die Partikelgröße auf weniger als 0,625 bis
2,5 Mikrometer. Es wird eindeutig nachgewiesen, dass die Stabilität durch
Hinzufügen
von Alkylpolyglucosid zur Formulierung stark verbessert wird. Dies
korrespondierte mit den Formulierungen 67, 68, 69, 70, 71 und 72.
Ohne Alkylglucosid trennen sich die Formulierungen im Zentrifugentest.
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Obwohl
angenommen werden könnte,
dass ein Anstieg der Viskosität
(Beispiele 67 und 69) die Stabilität der Emulsion erhöht, ist
dies nicht immer der Fall. Die Beispiele 68 und 70, die Alkylpolyglucosid
enthalten, haben eine niedrigere Viskosität als die Beispiele 67 und
69, die kein Alkylpolyglucosid enthalten. Die ersteren mit der niedrigeren
Viskosität
sind stabiler als die letzteren. Die Formulierungen mit Alkylpolyglucosiden sind
stabil und haben die gewünschte
Viskosität.
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Die
Formulierungen in Tabelle 5a bildeten leicht Emulsionen. Die Materialien
waren phasenstabil und unter typischen Spender-Gebrauchsbedingungen
pumbar, wobei eine typische Spenderapparatur mit peristaltischer
Pumpe eingesetzt wurde. Die Materialien erwiesen sich als ausgezeichnete
Waschmittel, die in Konzentrationen von etwa 100 bis 500 ppm Reinigungsmittel
in Gebrauchswasser verwendet wurden.
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Die
obenstehende Spezifikation sowie die obenstehenden Beispiele und
Daten liefern eine vollständige
Beschreibung der Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Emulsionsreiniger.
Da zahlreiche Ausführungsformen
der Erfindung angefertigt werden können, ohne vom Gedanken und
Umfang der Erfindung abzuweichen, liegt die Erfindung in den nachstehend
beigefügten
Ansprüchen.
