含有季戊四醇酯类、膨润土和聚膦酸盐的织物柔软组合物 【发明领域】
本发明涉及在漂洗和/或干燥循环中施用于洗涤衣物的织物柔软组合物和/或制品,和它们的制备方法。更特别地是本发明涉及这样的组合物和制品,它们包括:季戊四醇的高级脂肪酸酯,季戊四醇低聚物的高级脂肪酸酯、或其乙氧化衍生物的高级脂肪酸酯作为织物柔软成分,所有这些均被定义为PEC(季戊四醇化合物),与一蒙脱土型的白土载体、优选在此指定的膨润土和一种聚膦酸盐化合物相结合,且其中这种组合物和/或制品并不含季铵盐作为织物柔软剂。
织物柔软组合物和制品长久以来就已被用来使洗过的衣物触摸起来更柔软且穿着起来更舒适。这种组合物包括溶液、乳状液、颗粒和粉末状产品,以及包括已用织物柔软剂浸渍过的纸条的制品。大多数商品选用的织物柔软剂通常为季铵盐类,如二甲基二牛油基氯化铵,并且这类柔软剂的乳状液已被加入到洗衣机内的清水中有效地柔软洗涤物。这类含织物柔软剂的乳状液或粉末产品或者与一种洗涤剂组合物一起加入到洗涤水中,或者洗涤剂组合物可含有一种织物柔软成分,制成一种所谓的“柔软洗涤剂”。含有织物柔软成分如一种季铵盐的制品,可被加至自动衣物干燥机中,在加热的环境中当衣物翻滚中,织物柔软剂通过反复地接触施用于衣物而使其柔软。
尽管不同地织物柔软(和抗静电)组合物已有多年的商业化开发,取得不同程度的商业上的成功,也尽管在组合物中包含不同的织物柔软成分,然而最成功的这类成分要数季铵盐。这些化合物具有如下分子式:
其中R,R’,R”和R均为烷基,且至少有一个这样的烷基为一高级烷基,其它的烷基为有1或2个碳原子的低碳数烷基,且X-为一盐形式的阴离子。优选的是,此季铵盐是一种带两个低级烷基,两个高级烷基的卤化铵,但在某些例子中,也使用含三个高级烷基和单个低级烷基的卤化铵。
虽然这类季铵盐在所述的应用过程中是有效的织物柔软剂,但是它们也存在某些不利的性质,从而导致寻找它们的替代物的尝试。例如,作为阳离子,它们趋向于同阴离子物质起反应,有些时候造成它们的织物柔软性能的破坏。更有甚者,它们的快速生物降解并不理想,且据报道它们对水生生物具有毒性,当携带这类化合物的废水被排放到湖泊,河流和其它水体中时,会导致对水中生命体的伤害。为此,许多国家已经颁布法令限制使用那些最终被排入污水和下水道系统的季铵盐类产品。
在努力寻找取代季铵盐作为织物柔软剂的过程中,早先的文献已有述及含季戊四醇化合物织物柔软产品,如季戊四醇酯独自使用或与白土载体结合使用。这类产品据说可柔软织物,并未显示出哪种在使用季铵盐化合物作柔软剂时带来的环境弊端,即对水生生物产生的所谓的毒性。
均转让给Colgate-Palmolive公司的美国专利第5,126,060号、第5,332,513号、第5,358,647号和第5,290,459号,描述了各种基于季戊四醇酯类的织物柔软产品,这类产品包括有附聚颗粒、水乳胶、和组合物及制品,其中,此类季戊四醇酯单独使用或与一种如钠离子膨润土或钙离子型膨润土的白土载体一起使用。在上述已公开的早期文献中已描述过使用季戊四醇酯类作为一柔软组合物或制品中的主要织物柔软成分的优点,不过仍有必要提高这些组合物和制品总的柔软效果以促进它们达到商业上要求,从而有效地取代基于季铵盐类的产品。
发明概述
根据本发明提供的一种可生物降解的织物柔软组合物或制品,被应用于所洗织物上,以致其中的一种织物柔软成分被沉积在织物上且柔软它,该类织物柔软组合物或制品包括:
(a)约75%至99%(重量)的颗粒状白土载体;
(b)约0.1%至约25%(重量)的一种聚膦酸盐化合物,该聚膦酸盐其特征在于含有至少两个结构为-CH2-PO(OX)2的组成部分,其中X为Na或K,该聚膦酸盐化合物至少有一部分以静电键合到所述的白土载体表面上;和
(c)约1%至约25%(重量)的一种织物柔软化合物PEC,此化合物选自季戊四醇的高级脂肪族C12-C22酯,季戊四醇低聚物,季戊四醇的C2-C3烯化氧衍生物,或季戊四醇低聚物的C2-C3烯化氧衍生物,和它们的混合物,至少有一部分的该PEC被吸附在所述白土载体的表面,就是靠所述PEC与组分(a)和(b)的相互作用而形成一种织物柔软组合物或制品,它们与一种含有该PEC与所述白土载体相结合但缺少该聚膦酸盐的其它同类的织物柔软组合物或制品比较,显示出明显增强柔软的优点,其中,本组合物或制品基本上不含有(i)季铵织物柔软剂和(ii)除了(b)中的聚膦酸盐化合物以外的洗涤增效剂。
根据本发明的制备方面的方法,提供了一种制备可生物降解的织物柔软组合物的方法,此组合物含有一种与一定的织物柔软剂量的季戊四醇化合物(PEC)相结合的一种颗粒状白土载体,而且不含季铵盐化合物型织物柔软剂,此方法包括:
(a)将所述的粒状白土载体加热到至少约80℃的温度;
(b)用一种聚膦酸盐化合物同(a)中加热过的白土颗粒相接触,该化合物的特征在于含有至少两个具有-CH2-PO(OX)2结构的组成部分,其中X为Na或K,由此,至少有部分的聚膦酸盐化合物通过静电键合到白土颗粒上;
(c)将所述的PEC加热至大约高于其熔点的温度,该PEC为选自一组含一种季戊四醇高级脂肪族C12-C22酯,一种季戊四醇低聚物,一种季戊四醇的C2-C3烯化氧衍生物,或一种季戊四醇低聚物的C2-C3烯化氧衍生物,以及它们的混合物的化合物;然后
(d)将(c)中熔化的PEC与步骤(b)中形成的白土颗粒接触,这样至少有一部分此熔化的PEC吸附在该白土颗粒的表面上,从而提供了一种能够具有增强柔软优点的织物柔软组合物。
同样,在本发明范围内它是一种当洗衣物时柔软织物的方法,上法括洗涤、漂清和/或干燥操作过程中以一种有效数量的织物柔软组合物或制品来接触这样的织物,其中所述的织物柔软组合物包括:
(a)约75%至99%(重量)的颗粒状白土载体;
(b)约0.1%至约25%(重量)的一种聚膦酸盐化合物,该聚膦酸盐其特征在于含有至少两个结构为-CH2-PO(OX)2的组成部分,其中X为Na或K,且该聚膦酸盐化合物至少有一部分靠静电键合到所述的白土载体表面上;
(c)约1%至约25%(重量)的一种织物柔软化合物PEC,此化合物选自季戊四醇的高级脂肪族C12-C22酯,季戊四醇低聚物,季戊四醇的C2-C3烯化氧衍生物,或季戊四醇低聚物的C2-C3烯化氧衍生物,及它们的混合物,至少有一部分的PEC被吸附在上述的白土载体的表面上,就是靠上述PEC与组分(a)和(b)的相互作用而构成一种织物柔软组合物或制品,它们能够提供一明显地增强柔软的良好效果,并且其中本组合物或制品基本上不含有:(i)季铵化合物织物柔软剂,和(ii)除(b)中的聚膦酸盐化合物外的其它洗涤剂助剂。
本发明是基于发现了由一PEC化合物与一白土载体如膨润土相互结合时所给出的柔软效果,该效果在当一聚膦酸盐化合物与加热的颗粒白土相接触而被静电键合在其上时大大增强了,从而也增强了熔融PEC柔软剂在白土颗粒上的坚固性。在一优选的实施例中,加入顺序是聚膦酸盐与白土颗粒的接触先于白土与PEC柔软剂的接触,以便使所产生的织物柔软组合物和制品所提供的柔软优点得以明显增强。聚膦酸盐化合物与白土颗粒的初始处理会使白土因随后与熔融PEC柔软剂接触而变成一更有效的载体。发明详述
除了同样存在的织物柔软白土如膨润土外,季戊四醇化合物(此处简写为PEC)在本发明中所发明的组合物和制品里,是主要的织物柔软化合物之一。PEC优选为一种季戊四醇的高级脂肪酸酯,一种季戊四醇低聚物的高级脂肪酸酯,一种季戊四醇低级烯化氧衍生物的高级脂肪酸酯,或一种季戊四醇低聚物的低级烯化氧衍生物的高级脂肪酸酯。
季戊四醇低聚物优选为有2到5个,更优选具有2或3个季戊四醇部分的低聚物,这些单元通过醚键结合在一起。此处的低级烯化氧衍生物优选具有环氧乙烷或环氧丙烷的单体、终端有羟基并通过醚键结合到季戊四醇或季戊四醇低聚物上的二聚体或聚合物。优选的是在每一个烯化氧基链中有1至10个烯化氧基单元,更优选2-6个,并且根据低聚物情况一个PEC上将有1至10个这样的单元。PEC中至少有1个,优选至少2个OH基,亦即1个或2个到4个羟基被一个高级脂肪酸或其它高级脂肪族酸酯化,此高级脂肪族酸可以具有奇数个碳原子。
季戊四醇化合物的高级脂肪酸酯优选为部分酯化的,更优选为在(季戊四醇、低聚物或烷氧烷基团上)酯化后至少仍有两个游离的羟基。通常在季戊四醇硬脂酸酯中,这种游离羟基数为2个或大约2个,但有时它可能是一个如季戊四醇三硬脂酸酯,或者如在五聚季戊四醇四棕榈酸酯中则有8个之多。
可以用于酯化反应的高级脂族酸或高级脂肪酸,其碳原子数范围为8-24,优选的为12-22,最优选的12-18,即月桂酸,肉豆蔻酸,棕榈酸,油酸,硬脂酸和二十二碳烷酸。来源于天然如牛油或椰子油或者这些天然资源被氢化后得到的此类脂肪酸混合物也可被使用。也可以用具有奇数或偶数碳原子的合成酸。通常优选的脂肪酸是月桂酸或硬脂酸,并且这种优选可以根据被酯化的季戊四醇化合物来定。
本发明的一些PEC酯类的实例如下:单季戊四醇酯类
单季戊四醇二月桂酸酯
R1=CH3-(CH2)10-COO- R2=CH3-(CH2)10-COO-
R3=OH R4=OH
单季戊四醇单硬脂酸酯
R1=CH3-(CH2)16COO- R2=OH R3=OH R4=OH
单季戊四醇二硬脂酸酯
R1=CH3-(CH2)16COO- R2=CH3(CH2)16-COO-,R3=OH R4=OH
单季戊四醇三硬脂酸酯
R1=CH3-(CH2)16-COO-, R2=CH3(CH2)16COO-,
R3=CH3(CH2)16COO-, R4=OH单季戊四醇四硬脂酸酯R1=CH3(CH2)16COO-, R2=CH3(CH2)16COO-,R3=CH3(CH2)16COO-, R4=CH3(CH2)16COO-单季戊四醇单棕榈酸酯R1=CH3(CH2)14COO-, R2=OH,R3=OH,R4=OH单季戊四醇二棕榈酸酯R1=CH3(CH2)14COO-, R2=CH3(CH2)14COO-,R3=OH,R4=OH单季戊四醇三棕榈酸酯R1=CH3(CH2)14COO-, R2=CH3(CH2)14COO-,R3=CH3(CH2)14COO-, R4=OH单季戊四醇四棕榈酸酯R1=CH3(CH2)14COO-, R2=CH3(CH2)14COO-,R3=CH3(CH2)14COO-, R4=CH3(CH2)14COO-单季戊四醇单山嵛酸酯R1=CH3(CH2)20-COO-, R2=OH,R3=OH,R4=OH单季戊四醇二山嵛酸酯R1=CH3(CH2)20-COO-, R2=CH3(CH2)20-COO-,R3=OH, R4=OH二季戊四醇酯类二季戊四醇四月桂酸酯R1=CH3-(CH2)10-CO, R2=CH3-(CH2)10-CO,R3=CH3-(CH2)10-CO, R4=CH3-(CH2)10-CO二季戊四醇四硬脂酸酯R1=CH3(CH2)16-CO, R2=CH3(CH2)16-CO,R3=CH3(CH2)16-CO, R4=CH3(CH2)16-CO季戊四醇10氧乙烯酯类
其中n+y=10
单季戊四醇10氧乙烯二硬脂酸酯
R1=R2=CH3-(CH2)16-COO-。
虽然本处给出的分子式中列出了某些在本发明中实际用到的优选的季戊四醇化合物,但应理解为各种各样的在本说明书范围内的其它此类季戊四醇化合物也可使用,包括如季戊四醇二氢化牛油酸酯,季戊四醇二牛油酸酯,季戊四醇二棕榈酸酯,和二季戊四醇四牛油酸酯。同样,在本说明书中当涉及此类化合物时,除非另外说明否则就可以认为这类化合物的混合物打算被使用(商业化合物通常为混合物)。
本发明的产品中为有用成分的白土是作为PEC化合物的一种有效的载体,由此可以使PEC化合物(PEC’s)在洗涤池中分散开,沉积在织物上,供此织物柔软及表面爽滑。此类粘土包括含蒙脱石的白土或绿土型白土(smectite clays)。本发明中所用的最佳的绿土型白土为膨润土,而且作为载体用的最佳膨润土是钙膨润土。钠膨润土在水中溶胀方面比钙膨润土更多,且有更佳的内在柔软效果,但它仍然较少被优选于本发明中,因为它是一种在将PEC传递至洗池里的织物表面的效果方面较差的载体。
其它无官能团的水不溶性载体如碳酸钙和二氧化硅也可使用。膨润土和类似的有效白土,具有微米范围的基本粒径,如0.01至20微米,且实际粒子尺寸在第100至400号筛的范围,优选的为第140至325号筛(美国筛系列)。膨润土和其它合适的粘土也可以被附聚成更大的粒子尺寸,如第60至120号筛。
本发明的液态制剂可以是乳状液(此术语也可以是指液体介质中的分散体和悬浮体以及乳液),且任何此类“乳状液”通常是水乳液,其水相为连续相。然而,溶剂和共溶剂如乙醇、异丙醇、丙二醇和二甘醇的各种单或两个低级烷酸酯(Carbitols)也可存在于本乳液和微乳液中以促进形成更稳定的产品,也可存在于连续介质中。合适的分散剂如乳化剂可以同上述白土一起使用以进一步助其在水相中分散PEC。这些均可用于液体和固体(包括颗粒)产品中。
当此次描述的织物柔软组合物是用于干衣机内干燥衣物时,如在一自动干衣机中,则PEC、聚膦酸盐和白土载体最好用于基质材料上,在干燥空气的热量以及基质对转动的衣物起摩擦作用的影响下,柔软剂会从基质材料上转移到干洗的衣物上。该基质可以是纸或其它纤维类材料、海绵、优选纤维素或聚氨酯、或其它合适的基底材料。
本发明中用到的聚膦酸盐化合物其特征在于至少具有两个带-CH2-PO(OX)2结构的单元,其中X为钠或钾。一种优选的化合物是二亚乙基二胺五膦酸盐。这是一种由Monsanto公司开发的已商业化使用的物质,品名为Dequest2066,它具有如下的结构式:
其它的优选化合物为Dequest2016和Dequest2044(乙二胺四膦酸酯)。
在其它的织物柔软组合物中正常存在的通用助剂也可被结合到本发明中,包括香料、定香剂、溶剂、助溶剂、水溶助剂、抗氧剂、稳定剂、pH调节剂、缓冲剂、可生物的防腐剂、增效剂、填料、酶、增稠剂和荧光增白剂,所有这些在织物柔软组合物领域中是已知种类的原料,在先有技术中给出的几种这些助剂作为本说明书提及的实例,这样的助剂在此加入以作参考。
本发明产品的组分的前面说明主要是针对那些添加在洗涤水或漂清水中,尤其是加在自动洗涤过程中的织物柔软组合物之组分,这些组分是本发明中较简单的实施例,但本发明也包括含有上述织物柔软组合物的洗涤组合物(柔软洗涤剂)。此类洗涤组合物至少含有一种合成有机洗涤剂,优选的是阴离子型或非离子型或其混合物。
阴离子洗涤剂通常是水溶的硫酸盐和/或磺酸盐亲脂体型,可以被定义为“磺化的”,且包括亲脂体部分和磺酸盐部分。那些合成阴离子有机磺化洗涤剂优选的是高级烷烃(最好是线性烷基)苯磺酸盐,高级脂肪醇硫酸盐、高级脂肪醇乙氧基磺酸盐、烯烃磺酸盐和链烷烃磺酸盐。通常这类化合物为水溶性的碱金属盐,如钠盐,并且包括高级脂肪烷烃或其它脂族部分作为亲油部分,且增加洗涤效果,尤其是抗润滑脂污垢。这种高级烷基或高级脂族部分通常含有8-22个碳原子,优选10或12至16或18个碳原子,更优选的,尤其烷基硫酸盐和烷基苯磺酸盐,烷基部分最好是12-14个碳原子。可用的高级脂肪醇乙氧基硫酸盐每摩尔通常具有1至20摩尔乙氧基,优选的为3到10或15,如3或7。作为阴离子型洗涤剂的代表可提及的有线型十二烷基苯磺酸钠,线型十三烷基苯磺酸钠,月桂醇硫酸钠,椰油醇三乙氧基硫酸钠,C16链烷烃磺酸钠;及衍生自C14烯烃的烯烃磺酸钠。
在非离子型洗涤剂中最优选的是高级脂肪醇或烷基酚与环氧乙烷的缩合物,如具10或12-18或13-17个碳原子的高级脂肪醇或者具有7-10个碳原子烷基的烷基酚每摩尔与3-20、5-15、6-12或7-11摩尔的环氧乙烷的缩合物,这类缩合产品有如Dobanol25-7,SynperonicA7,Neodol25-3,Neodol25-7,Neodol45-11,以及每摩尔的C13-17醇与7或11摩尔的环氧乙烷的缩合物。
除了上述的合适的阴离子和非离子洗涤剂的实例外,在有关合成有机洗涤剂一类的标准工具书中可以找到大量的有用的此类洗涤剂的商品目录,如前边提及的MeCutcheon教科书。
作为阴离子与非离子型洗涤剂的水溶性增效剂,优选的是水溶性盐类如钠盐或钾盐,更优选的是钠盐类,和碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、尤其优选的是聚磷酸盐,比如有碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠,其Na2O∶SiO2比例在1∶1.6至1∶3,优选为1∶2到1∶3,如大概在1∶3,1∶2.35或1∶2.4,还有三聚磷酸钠和焦磷酸钠,但倍半碳酸钠和倍半硅酸钠也可使用,在适当的时候可以用其相应钾盐和其它可溶盐类。在水不溶性增效剂中(具有软化水特性的增效剂),最优选的是沸石,特别是水合沸石。这类沸石包括晶态的、无定形的和混晶的,以及合成和天然的无定形沸石,它们对抑制洗涤水中钙离子的硬度有足够的效果。采用的沸石最好是具有高的交换钙离子的能力,其交换能力通常为每克沸石交换约200至400毫克当量的碳酸钙。尽管其它的离子交换沸石也可使用,但常用的沸石应具有分子式:
(Na2O)x·(Al2O3)y·(SiO2)·wH2O其中x为1,y为0.8-1.2,z为1.3-3.5,w为0-9且优选的为2.5-6。有用的晶态沸石中优选的包括沸石A、沸石X和沸石Y,且更优选的是沸石A,最优选的是沸石4A。当沸石与干燥前的合成洗涤剂一起加到搅和器中时,这些沸石最好呈精细分散状态,且应当具有象上述膨润土一样的基本粒径和实际尺寸。其它可用的增效剂包括经常作为硬化离子的多价螯合剂的有机化合物,这些化合物包括有机酸,尤其羟基和氨基多元羧酸,如柠檬酸、葡糖酸、乙二胺四乙酸(EDTA)和氮川三乙酸(NTA),所有的通常均为它们的水溶性盐如钠盐。另外可用的增效剂是有机磷螯合剂类,如Monsanto公司制造的Dequest中的Dequest2046。
本发明的组合物和制品中组分的配比应是那种可制得用于织物柔软方面即稳定又有效的产品之配比。多膦酸盐化合物浓度可为约0.1%至约25%(重量),更优选的是从约0.5至10%,最优选的是从约1%至5%。对PEC来说,其量在约1%至约25%(重量)一般具有柔软效果,更优选的是2%至20%,最优选的是约5%至20%。白土含量从约75%至约99%(重量),优选的是自约80%-97%(重量),最优选的为约80%-95%。
实施例1
根据本发明一种织物柔软组合物以如下所述的原材料来制备:
1.Colin Stewart-UK.(英国)销售的钙型膨润土(QPC300)。
2.德国Hoechst销售的PEC,季戊四醇二牛油酸酯(季戊四醇二牛油酸酯是一由硬牛油酸的单、二、三、四酯按2∶5∶4∶1比例的混合物(28%棕榈酸和66%硬脂酸)。
3.Monsanto公司销售的聚膦酸盐(Dequest 2066,31%Al)。
4.自来水-含300-400ppmCaCO3。
在一烧杯中加入200g钙膨润土,并置于恒温80℃的水浴中。在有螺旋桨搅拌器以约1200rpm转速搅拌烧杯里的组分时往烧杯里缓慢滴加17.7gDequest2066。在加入过程中,膨润土和Dequest2066的混合物在1500微米筛上筛分以防止聚集颗粒的形成。Dequest2066加完后,混合物再在1500微米筛上筛分一次。
在一玻璃烧杯中加入约50g的PEC(加入量多过需要量),置一微波炉中熔化。熔融PEC温度维持在70°-75℃。在约1200rpm转速的连续搅拌下将40克PEC缓慢地滴加至上述的膨润土和Dequest2066混合物中。在加入PEC过程中此干燥掺合物在1500微米筛上筛分,所有PEC加完后再筛分一次。
所得粉末的成粒可以通过缓慢滴加自来水(每批约40g)至保温在70-75℃干燥粉末掺合物上生成球状颗粒来完成。然后将此颗粒重复筛分以除去太大的物质,制成的颗粒平均粒径为500微米,且有不到约1%的粒径在1400微米以上的颗粒及不超过5%的粒径低于150微米的颗粒。
随后将成粒的物料置于约90℃的烘箱内,直至物料中的含水量降低至含7-75%水的范围内。物料的颜色为棕黄色,密度约为1.0。
实施例2
本实施例的意图是想将一种含有本发明织物柔软组合物的粒状洗涤剂之柔软特性同另外同类的但含有先有技术的柔软组合物的洗涤组合物之柔软特性作对比,后者是指白土载体中含有本处规定的PEC柔软剂但不含聚膦酸盐化合物。
一种商业的洗涤组合物“A”具有如下的组成: 成分组合物A(重量%)阴离子表面活性剂(线性烷基苯磺酸盐) 23.8% 三聚磷酸钠 19.5% 硅酸盐 9.0% 蛋白酶 0.5% 氢氧化钠 10.0% 硫酸钠 余量
本发明的柔软组合物颗粒以实施例1描述的方法制备且在此处称为柔软颗粒“I”。
为比较起见,按先有技术(“PA”)白土-PEC混合物颗粒是以实施例1的制备方法制备的,此方法只是省去了Dequest2066(聚膦酸盐)的步骤。亦即,PEC按实施例1描述的方法加至膨润土粉末上,但不加聚膦酸盐。制得的颗粒组合物在此处称为柔软颗粒“PA”。
往两份各174g的洗涤剂组合物“A”,每一份分别加入12.2克的柔软颗粒I和12.2克柔软颗粒PA制得的两份产品各自加到美国Whirlpool洗衣机中,每次洗涤加入的浓度是174克产品。每次洗涤洗衣缸中装2kg织物,洗涤温度为30℃。洗涤试验是在不同的水硬度下进行的:硬度分别在50ppm和350ppm,特别是,随后织物被在线干燥,且每一块毛巾被剪成二块小布样。
在评估柔软性方面6位鉴别者被各自要求从15对用柔软颗粒I和柔软颗粒PA洗涤的布样之对比组中挑选出最柔软的布样。挑选结果见表1。
表1 产品 挑选数目水硬度(350ppm) 50ppm组合物A+7%颗粒PA 15 22组合物A+7%颗粒I 65 58 未选择 10 10
表中显示,本发明的柔软组合物具有比颗粒PA更明显的优越的柔软效果。