专利名称：采用直接掺入浓缩型表面活性剂制备清洁组合物的方法
技术领域：
本发明描述了采用直接掺入浓缩型表面活性剂来制备清洁组合物的方法。
背景技术：
用于清洁组合物中的许多常见表面活性剂很难以浓缩形式处理。具体地讲，众所周知，一些表面活性剂如烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐在大约30重量％至60重量％表面活性剂范围内呈现出极其粘稠的含水浓缩物凝胶相或“中间相”，同时在稍高浓度下呈现出稠厚但是可流动的层状相。为了节省运输和储存成本，优选以浓缩形式处理这些材料。然而，为了将层状相稀释成各向同性相，必须小心以避免生成中间相或中相。一旦形成中间相，可能需要数小时至数天来稀释高度粘稠的该相，此外由于缓慢的混合动力学，使得经由简单叶轮混合的层状相稀释不可实用于工业规模。通常在中间体组合物形成难处理的中间相之前，使用高能装置将局部区域的中间体组合物破碎，并且必须小心成分加入的顺序，以避免组合物位于中间相内。本领域已公开了若干方法，以将第二材料加入到层状表面活性剂中来减少中间相，所述第二材料通常为水溶助长剂如US 5，635，466中所述那些，但是已公开，其它表面活性剂如US 5，958，868中所述那些以及微粉化空气如JP2002-038200A中所述那些在某些狭小范围的应用中是有效的。在大多数其中加入另一种材料来减少中间相是不可取的情况下，常用的解决方法是使用特别的稀释剂非常小心地将层状相稀释于水中，所述稀释剂如在kifen，Oele, Fette， Wachse(1977)(103(16)，465-6， CODENSOFffAFISSN 0173-5500)中所公开的 Bran-Luebbe。在该操作中，专门设计的泵以精确的流量比将水和层状表面活性剂递送至高剪切装置中，以将表面活性剂稀释至固定的浓度(通常 25% )。如US 2008/0139434A1 中所述，这种高剪切稀释到水中的方法可扩展至层状表面活性剂共混物；然而，使用该共混物，不必要地将所制备的所有产物中共混表面活性剂的组成比率固定在特定位置。由于水相的低粘度、表面活性剂相的高粘度、以及绝对避免在相图中间相中形成组合物的流量比要求，因此需要非常专业的泵。实际上，在某些情况下，对特定稀释体系的要求，超过了将高活性形式的表面活性剂运输到清洁产品生产设施所带来的成本节约，因此仅生产稀释形式的表面活性剂。值得注意的是，在本领域公开的所有层状表面活性剂稀释方法中，稀释介质主要为水，可能是因为水相中存在的其它成分可以不可预见的方式改变相化学和混合动力学。 尤其是在制备最终表面活性剂浓度低的组合物时，单独实施稀释步骤是减少操作不确定性的逻辑选择。然而，存在一些情况，其中在表面活性剂稀释期间，水相中存在显著量的其它成分实际上是优选的。已惊奇地发现，清洁组合物中的许多常用成分实际上不是将浓缩型层状表面活性剂成功稀释的阻碍，前提条件是小心地控制稀释操作中的流量比。实际上，这些含水成分的增粘特点可改善对避免产生中间相而言关键性的流量比控制。本发明实施的关键性突破是理解不仅仅包含水的水相对表面活性剂相行为的影响，以及从而对流量比范围的影响，所述流量比范围可获得离开混合设备的可接受的清洁组合物或清洁组合物基料。本发明消除了对单独稀释操作的需要，并且使清洁组合物中多种组分的相对组成具有最大的灵活性。专业技术人员将认识到，本文所述方法使通常严格限制用于稀释层状相的水可用于其它用途，如聚合物水合，或使其它组分更易于混入到清洁组合物中。在一些情况下，所述方法还允许低温处理以获得最终的清洁组合物。此外，当最终清洁组合物中期望高浓度的表面活性剂时，本发明方法通过允许清洁组合物中包含更高含量的其它成分， 并且延迟那些成分的加入来改进当前领域，从而使可行制剂和生产设备处的物流操作范围更广泛。使成分稍后加入到所述过程中，可有利于剪切敏感性成分，并且在制备彼此仅稍稍不同的若干产品时有助于改善物流操作。发明简介本专利申请涉及制备液体清洁组合物的方法，所述方法包括下列步骤提供包含水和至少一种其它组分的水相，所述其它组分选自阴离子表面活性剂、辅助表面活性剂、调理聚合物、沉积聚合物；在层状相中提供表面活性剂，其中所述层状相包含所述层状相中约50%至80%的一种或多种活性表面活性剂；在高剪切装置中按水相与层状相的流量比混合所述水相和所述层状相，以获得如下液体清洁组合物，其中所述液体清洁组合物在Imm 长度标度下是均勻的，并且在Ι/sec剪切速率下具有小于1001^-s的粘度。附图简述
图1是水、月桂基硫酸钠和(层状)70%月桂基聚氧乙烯醚-1硫酸钠的相图。图2是图1中的相图，其中示出了已知方法和本文所述并且受权利要求书保护的方法在所述相图中的理论移动。发明详述本专利申请提出的方法使层状相中的浓缩型表面活性剂通过高剪切装置，将层状相中的浓缩型表面活性剂稀释至各向同性相，而不遭遇高度粘稠的中间相。此外，已发现，在所提出的小心控制水相与层状相流量比的方法中，可经由高能混合将所述层状相直接稀释到清洁组合物中；即将层状相物流中的浓缩型表面活性剂与已经包含不同于水的组分的水相物流混合。实际上，水相中存在非水组分，改善了水相的泵送能力，扩宽了能够实施关键性稀释操作的设备范围，使得稀释步骤能够在与其它更常规设备操作共用的设备中实施。本发明的关键在于确定这些非水水相组分对致使成功稀释的流量比的影响。优选使用旨在制备产品的实际设备，或在研究实验室中常见的比例缩小型生产设备上进行测定。如下文实施例中所示的方法是以不同的水相与层状相流量比，将本发明的水相和层状表面活性剂泵送到高剪切混合设备中。然后收集离开混合器的组合物，并且分析测定所考虑的每种流量比下稀释实验的成功情况。成功稀释是指由含水物流与浓缩型表面活性剂层状相物流混合所得的物流在Imm 长度标度下是均勻的，并且在Ι/sec剪切速率下表现出小于1001^-s的粘度，以致可充分流动用于下游加工操作。将需要最低能量来达到所期望的均勻度，并且专业技术人员将认识到，该最低能量将取决于所用的高能混合器以及所研究的组合物。最好将测定粘度的温度确定为制备期间生产线上稀释操作的温度。就其中两股进料物流处于不同温度的情况而言，如提高一种组分相(例如高熔点组分)流动性的情况，适宜的温度是混合组合物的温度。例如，室温下实施的方法将具有25°C下测得的粘度。高加工温度将致使粘度在高于 25°C的温度例如40°C下测定。本领域的专业技术人员将认识到，本发明可在一定的流量比范围内产生效果，但是通常期望保持尽可能低的比率以使稀释过程所需的水相量最小化，对于更浓的清洁组合物而言尤其如此。因此，我们定义“最小流量比”(MFR)为恰好满足上段所述粘度阈值的比率。在一个实施方案中，测定包含高含量表面活性剂(按所述组合物的重量计大于20 重量％ )的清洁制剂流量比。图1示出了 70%月桂基聚氧乙烯醚-1硫酸钠(SLElS) ,29% 月桂基硫酸钠和水的混合物的相行为，按所加入的基准绘制。从水、月桂基硫酸钠和(层状)70%月桂基聚氧乙烯醚-1硫酸钠三部分混合物的图1表示中可以看出，在一定的组成范围内形成凝胶相。该“中间相”(1)是高度粘稠的并且难以溶解，如果遭遇该相，则生产过程中需要额外的能量，并且时间延长。其它相包括层状相( 和各向同性相(3)。在本文所述方法的一个实施方案中，以一定的方式将SLElS 加入到水相混合物中以避免“中间相”。高剪切装置中表面活性剂的活性浓度必须小于各向同性相和中间相之间的边界； 同样，该边界可主要取决于某些水相成分的含量。相反，如果流量比使得表面活性剂过稀 (水更多)，则最终产品中不可能达到所期望的表面活性剂活性。通常，进入高剪切装置的流量比将介于所考虑组合物MFR的1. 0至3. 0倍之间。图2中注意到本文方法与先前方法在表面活性剂稀释方面的区别，并且本文所述方法能够获得采用首先稀释层状表面活性剂的常规方法无法获得的某些具有高含量表面活性剂的组合物(按所述组合物的重量计大于20重量％ ) (4)。如本文所用，“高剪切装置”是混合物通过所述装置时向所述混合物赋予最低即 3kJ/kg能量密度的装置。就旋转装置(例如IKA转子-定子研磨)而言，能通过用功耗除以质量流量大致计算出来。就静态装置(例如静态混合器或SONOLATOR )而言，可按装置上的压力损失除以材料密度计算出能级。在一个实施方案中，所述高剪切装置为转子/ 定子研磨或类似的动态混合器，其中流体通过约0. Imm至约20mm的间隙，并且旋转端速可设为约5至约50米每秒。在另一个实施方案中，所述高剪切装置选为静态混合器，这是指由材料流动通过所述装置自然引起其能量耗散的混合设备，其中通过所述装置赋予的能量密度为 10-10，000J/kgo在一个实施方案中，所述方法在单程通过混合设备时发生。在另一个实施方案中， 将层状表面活性剂加入到再循环管线中，其中收集高剪切装置的输出物，并且以与附加层状表面活性剂的可控流量比再循环到高剪切装置中。在另一个实施方案中，将层状表面活性剂加入到再循环管线中。在另一个实施方案中，将水相至少部分地加入到再循环管线中。 在另一个实施方案中，使水相至少部分地通过高剪切装置，并且至少部分地加入到高剪切装置后的液体清洁组合物中。由本文所述方法获得的清洁组合物等价于浓缩型清洁组合物。如本文所用，“浓缩”是指本发明方法的所得清洁组合物以二分之一至三分之一的用量提供与相似类型的传统清洁组合物相同或更好的性能。适宜的清洁组合物包括毛发清洁组合物如洗发剂、沐浴剂组合物和洗手皂组合物。虽然本发明可降低或消除对减少中间相的水溶助长剂的需要，但是专业技术人员将认识到，本发明可与存在于任一相中或稍后加入的水溶助长剂结合使用，以控制最终产品的粘度。可用上述相同技术，评定水溶助长剂对相图以及MFR的影响。如本文所用， 术语“有机溶剂”和“水溶助长剂”包括本领域认为是有机溶剂或水溶助长剂的那些物质。 有机溶剂的实例包括用于清洁应用的那些，并且可选自由下列组成的组醇、二醇、醚、醚醇、以及它们的混合物。典型的水溶助长剂可包括异丙基苯磺酸盐、二甲苯磺酸盐和甲苯磺酸盐、以及它们的混合物。溶剂和水溶助长剂实例概述于McCutcheon’ s "Detergents and Emulsifiers” 北美版(1986 年，由 Allured Publishing Corporation 公布)；禾口 McCutcheon，s "Functional Materials” 北美版(1992 年)中。层状相中的浓缩型表面活件剂适用于本文的层状相中的浓缩型表面活性剂包括具有式ROSO3M和RO (C2H4O) xS03M 的烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐，其中R为具有约8至约18个碳原子的烷基或烯基，χ为1 至10，并且M为水溶性阳离子如铵、钠、钾和三乙醇胺阳离子，或具有两个阴离子表面活性剂阴离子的二价镁离子的盐。烷基醚硫酸盐可作为环氧乙烷与具有约8至约18个碳原子的一元醇的缩合产物。 所述醇可衍生自脂肪，例如椰子油、棕榈油、棕榈仁油或牛油，或可合成制得。适用于本文的附加阴离子表面活性剂的实例包括但不限于十二烷基硫酸铵、月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵、月桂基硫酸三乙基胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸三乙基胺、月桂基硫酸三乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺、月桂基硫酸单乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸单乙醇胺、月桂基硫酸二乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸二乙醇胺、月桂酸甘油单酯硫酸钠、月桂基硫酸钠、月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂基聚氧乙烯醚硫酸钾、月桂基肌氨酸钠、 月桂酰肌氨酸钠、肌氨酸月桂酯、椰油基肌氨酸、椰油基硫酸铵、十二烷酰基硫酸铵、椰油基硫酸钠、月桂酰硫酸钠、椰油基硫酸钾、月桂基硫酸钾、椰油基硫酸一乙醇胺、十三烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、十三烷基硫酸钠、甲基月桂酰牛磺酸钠、甲基椰油基牛磺酸钠、月桂酰羟乙基磺酸钠、椰油基羟乙基磺酸钠、月桂基聚氧乙烯醚磺基琥珀酸钠、月桂基磺基琥珀酸钠、 十三烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、以及它们的混合物。在一个实施方案中，使用月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵或月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠， 其中获得具有平均0. 7至3摩尔乙氧基部分每分子的环氧乙烷缩合产物。在一个实施方案中，选择具有平均1摩尔乙氧基部分每分子的月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵或月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠。含水相组合物除了水以外，清洁组合物中的水相还包含其它组分，如附加的阴离子表面活性剂、 调理聚合物、沉积聚合物、辅助表面活性剂、调理剂、结构剂、遮光剂、香料或其它任选成分。在一个实施方案中，所述组合物包含按所述组合物的重量计约3重量％至约40重量％，或约5重量％至约25重量％，或约10重量％至约20重量％，或约3重量％至约15 重量％，或约3重量％至约10重量％的阴离子表面活性剂(不是层状相中的浓缩型表面活性剂)。所述阴离子表面活性剂包括但不限于乙氧基化或非乙氧基化的支化和非支化类型的癸基和十一烷基硫酸盐；癸醇改性的月桂基硫酸盐；由Clariant Company出售的具有C13-C17链长的链烷磺酸盐；通常被称为LIAL 和NEODOL 烷基硫酸盐或醇硫酸盐的乙氧基化或非乙氧基化的具有C12-C17碳链长度的直链和支链醇硫酸盐的混合物；羟乙基-2-十二烷基醚硫酸钠盐或羟乙基-2-癸基醚硫酸钠盐(得自Nippon Shokubai Inc.， 并且任一种或二者在本文中被称为“NSKK乙氧基硫酸盐”)；一乙氧基化月桂基烷基硫酸盐；以及它们的混合物。调理聚合物本文适用于水相的调理聚合物可包括阳离子聚合物。在清洁组合物的预期应用 PH下，适宜的阳离子聚合物具有至少约0. 3meq/gm,典型至少约0. 5meq/gm，通常至少约 0. 7meq/gm,而且一般小于约7meq/gm，典型小于约5meq/gm的阳离子电荷密度。所述组合物的预期用途的PH —般在约pH 3至约pH 9，典型在约pH 4至约pH 8的范围内。适宜的阳离子聚合物将一般具有范围在约1，000至约10，000, 000,典型约10，000至约5，000, 000， 通常约20，000至约2，000, 000内的平均分子量。除非另外指明，本文所用的所有分子量为重量平均分子量，以克/摩尔表示。可通过凝胶渗透色谱法(“GPC”)，以30°C的柱温和0. 9ml/min的流量，使用配备两根串联水凝胶柱(Waters Ultrahydrogel Linear，6 至 13um，7. 8 X 300nm GPC 柱，部件号011M5)的Alliance HPLC(Waters 2695分离模块)，并且使用检测器温度均为30°C的 Viscotek 300型TDA(三元检测器阵列)、光散射检测器(单角度，90° )、粘度检测器和折射指数检测器，通过使用得自 American Polymer Standards Corporation (Mw = 788, 000) 的普鲁兰多糖窄标准物P-800以及25至100 μ 1注射体积并且采用0. 147的dn/dc而形成的方法，测定重均分子量。根据GPC方法测定重均分子量的其它详情描述于美国专利公布 No. 2003/0154883A1 中。本文所用术语“电荷密度”是指构成聚合物的单体单元上的正电荷数与所述单体
单元的分子量的比率。电荷密度乘以聚合物分子量决定给定聚合物链上的正电荷位点数目。适宜的阳离子聚合物可包含含有阳离子氮的部分，如季铵或阳离子质子化氨基部分。阳离子质子化的胺可以为伯胺、仲胺或叔胺(通常为仲胺或叔胺)，其取决于组合物的具体类型和选定的PH。任何阴离子抗衡离子都可以与阳离子聚合物联合使用，只要该聚合物在水中、在清洁组合物中或在清洁组合物的凝聚层相中保持溶解，并且只要该抗衡离子与清洁组合物的组分在物理上和化学上是相容的，或换句话讲该抗衡离子不会不当地损害产品的性能、稳定性或美观性。此类抗衡离子的非限制性实施例包括卤素离子(例如氯离子、氟离子、溴离子、碘离子)、硫酸根和甲酯硫酸根。上述聚合物的非限制性实例描述于Estrin、Crosley和Haynes编辑的CTFA Cosmetic Ingredient Dictionary,第三片反，(The Cosmetic, Toiletry, and Fragrance Association, Inc.，Washington，D. C. (1982年))。合适的阳离子聚合物的非限制性实施例包括具有阳离子质子化胺或季铵官能团的乙烯基单体与水溶性间隔单体的共聚物，所述水溶性间隔单体如丙烯酰胺、异丁烯酰胺、烷基丙烯酰胺和二烷基丙烯酰胺、烷基异丁烯酰胺和二烷基异丁烯酰胺、丙烯酸烷基酯、异丁烯酸烷基酯、乙烯基己内酯或乙烯基吡咯烷酮。用于包括在本文的组合物的阳离子聚合物中的合适阳离子质子化氨基和季铵单体包括用丙烯酸二烷基氨基烷基酯、异丁烯酸二烷基氨基烷基酯、丙烯酸单烷基氨基烷基酯、异丁烯酸单烷基氨基烷基酯、三烷基异丁烯酰氧基烷基铵盐、三烷基丙烯酰氧基烷基铵盐、二烯丙基季铵盐取代的乙烯基化合物，以及具有诸如吡啶像、咪唑徽和季铵化吡咯烷酮等阳离子含氮环的乙烯基季铵单体，例如烷基乙烯基咪唑鐵、烷基乙烯基吡啶镦、烷基乙烯基吡咯烷酮盐。可用于所述组合物的其它合适阳离子聚合物包括1-乙烯基-2-吡咯烷酮和 1-乙烯基-3-甲基咪唑像盐(例如，盐酸盐)的共聚物(在本行业被化妆品、梳妆用品和香料协会(Cosmetic, Toiletry, and Fragrance Association) “CTFA，，，称为聚季铵盐-16)； 1-乙烯基-2-吡咯烷酮和二甲氨基甲基丙烯酸乙酯的共聚物(在本行业被CTFA称为聚季铵盐-11)；含有阳离子二烯丙基季铵的聚合物，包括例如二甲基二烯丙基氯化铵均聚物、 丙烯酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵的共聚物(在本行业被CTFA分别称为聚季铵盐-6和聚季铵盐-7)；丙烯酸的两性共聚物，包括丙烯酸与二甲基二烯丙基氯化铵的共聚物(在本行业被CTFA称为聚季铵盐-2 、丙烯酸与二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺的三元共聚物 (在本行业被CTFA称为聚季铵盐-39)以及丙烯酸与异丁烯酰氨基丙基三甲基氯化铵和异丁烯酸酯的三元共聚物(在本行业被CTFA称为聚季铵盐-47)。适宜的阳离子取代的单体为阳离子取代的二烷基氨基烷基丙烯酰胺、二烷基氨基烷基异丁烯酰胺以及它们的组合。 这些适宜的单体符合式(III)
κ3X-
R2-Jli-R4
I
(CH2)n NH
I
C=O
I
-(CHb—Cl-
k1
式(III)其中式(III)中的R1为氢、甲基或乙基；式(III)中的R2、R3和R4各自独立地为氢或具有约1至约8个碳原子，典型约1至约5个碳原子，通常约1至约2个碳原子的短链烷基；式(III)中的η是值为约1至约8，典型约1至约4的整数；并且式(III)中的X为水溶性抗衡离子如卤离子。与式(III)中的R2、R3和R4连接的氮可以是质子化胺(伯胺、 仲胺或叔胺)，但是典型地为季铵，其中式(III)中的R2、R3和R4分别为烷基，其非限制性实例是可以商品名POLYCARE 133 得自 Rhone-Poulenc (Cranberry，N. J.，U. S. A.)的聚甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵。其它适用于组合物中的阳离子聚合物包括多糖聚合物，如阳离子纤维素衍生物和阳离子淀粉衍生物。适宜的阳离子多糖聚合物包括符合式(IV)的那些
8
权利要求
1.一种制备液体清洁组合物的方法，所述方法包括以下步骤-提供包含水和至少一种其它组分的水相，所述其它组分选自阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、调理聚合物、沉积聚合物和增稠聚合物；-在层状相中提供表面活性剂，其中所述层状相包含所述层状相中约50%至80%的一种或多种活性表面活性剂；-在高剪切装置中按所述水相与层状相的流量比混合所述水相和所述层状相以获得如下液体清洁组合物，其中所述液体清洁组合物在Imm长度标度下是均勻的，并且在Ι/sec剪切速率下具有小于lOOI^a-s的粘度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述高剪切装置内的所述水相在Ι/sec剪切速率下的粘度为0. 004至401^-8。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述液体清洁组合物在Ι/sec剪切速率和25。C温度的粘度介于约2和约IOOI3a-S之间。
4.如权利要求1所述的方法，其中层状相中的所述表面活性剂为具有0.7至3. 0个乙氧基部分每分子的月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠或月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述水相包含水和调理聚合物。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法单程完成。
7.如权利要求1所述的体系，其中所述高剪切装置为动态(旋转)混合器，所述混合器内包含一个或多个高剪切区域，在至少一个区域内的最小尺寸为约0. Imm至约20mm。
8.如权利要求7所述的体系，其中所述动态混合器具有每秒5至50米的端速。
9.如权利要求1所述的体系，其中所述高剪切装置为静态混合器，所述静态混合器是指由所述材料流入所述装置中而自然引起其能量耗散的混合设备。
10.如权利要求9所述的体系，其中向通过所述装置的每单位流体赋予的能量为 10-10，000J/kg。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括将至少一种剪切敏感性助剂加入到所述液体清洁组合物基料中的步骤。
全文摘要
本发明申请提出的方法使层状相中的浓缩型表面活性剂通过高剪切装置，将层状相中的浓缩型表面活性剂稀释至各向同性相，而不遭遇高度粘稠的中间相。
文档编号C11D11/00GK102459554SQ201080025370
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者G.M.怀斯 申请人:宝洁公司