制备洗衣粉洗涤剂的方法 【技术领域】
本发明涉及一种制备洗衣粉洗涤剂的方法，它是利用吸入空气的空气提升器，而不使用逆流喷雾干燥器。更具体地说，本发明涉及一种制备洗衣粉洗涤剂的方法，该洗衣粉洗涤剂具有优良的流动性、溶解性和防结块性，还具有0.3-1.2g/ml的宽的体积密度，该方法包括：将液体物料和粉末物料供应到空气提升器的出口部分和/或其它部分，在该空气提升器中安装有一个或多个连续和/或间歇混合器，所述混合器包括安装有搅拌叶片的搅拌轴；经过造粒或反应和造粒将供应的物料造粒形成洗涤剂组合物粉末；将该粉末供应到空气提升器的出口和/或内部，在适当温度和通风压力下以与空气提升器的气流相反的方向使它们通过空气提升器；然后进行进一步造粒和表面改性。
背景技术
现有技术中已公知粉末洗涤剂的制备是：使用通过逆流喷雾干燥器干燥的低于0.5g/cc的低体积密度的干颗粒作为最终产物，或者将干颗粒注入和粉碎到混合器中，将一液体物料喷雾到该混合器中，形成干颗粒的接触点，涂布水不溶性物料如沸石、滑石粉等，得到体积密度高地粉末洗涤剂，然后加入添加剂，得到所需洗涤剂产物。然而，这些现有技术的缺陷是，很难连续工作，需要一单独的浓缩步骤增加体积密度；因此，产品的质量不好，并且生产设备和维修管理的费用高。
利用逆流喷雾干燥器制备体积密度高的粉末洗涤剂的方法公开于日本特开昭86-69900、86-69898、94-9999和92-5080以及US4639326中。然而，上面专利文献公开中公开的方法总是涉及一干燥步骤；因此其溶解性差；这些制备方法如中和、混合、干燥和浓缩步骤很复杂；生产设备和加工的成本高；并且能效低。
EP-390251(Unilever)和EP-544365(Unilever)公开了没有喷雾干燥步骤的洗涤剂组合物的制备方法。这些方法通过形成烷基苯磺酸盐并将其与表面改性剂微粒化制备了一洗涤剂组合物，但是这些方法的缺陷是，很难将脂肪酸或烷基苯磺酸充分中和；保留有未反应的物料；产品质量差；并且洗涤剂的浓度受到限制。当用作粘合剂的液体物料含量高时，贮藏期间制得的颗粒变粘，并且发生硬结块现象。而且，当不使用逆流喷雾干燥方法时，在洗涤剂颗粒中未形成空穴；因此不可能制得低于0.7g/cc的低体积密度的洗涤剂，并且很难增加液体物料的含量。
发明公开
在上述情况下，本发明人已对洗衣粉洗涤剂组合物进行了深入研究，结果发现，通过以下方法可以制备流动性、溶解性和抗结块性优良且具有0.3-1.2g/ml的宽的体积密度的粉末洗涤剂：将液体物料和粉末物料供应到空气提升器的出口部分和/或其它部分，在该空气提升器中安装有一个或多个连续和/或间歇混合器，所述混合器包括安装有搅拌叶片的搅拌轴；经过造粒或反应和造粒将供应的物料造粒形成洗涤剂组合物粉末；将该粉末供应到空气提升器的出口和/或内部，在适当温度和通风压力下以与空气提升器的气流相反的方向使它们通过空气提升器；然后进行进一步造粒和表面改性。
附图简述
尽管本说明书以具体指出并清楚要求保护本发明的权利要求书结束，但是相信，由以下实施方式的描述并结合附图，应能更好地理解本发明。
图1为制备本发明洗衣粉洗涤剂的设备的透视图。在图1中，标号具有以下含义：
(a)：空气提升器
(b)(e)：搅拌器的搅拌轴
(c)(d)：搅拌叶片
(f)：粉碎设备(切碎机)
(g)(i)(j)(n)(o)：粉末物料供应设备
(h)(k)：表面改性剂注入设备
(l)(m)：液体物料供应设备
(p)：粉末漂移方向
(q)：空气上升方向
(r)：单独安装的混合器
实施本发明的最佳方式
本发明涉及一种制备洗衣粉洗涤剂的方法，该方法包括：
(i)将液体物料和粉末物料供应到吸入空气的空气提升器中，在该空气提升器中安装有一个或多个连续和/或间歇混合器，所述混合器包括安装有搅拌叶片的搅拌轴，在混合器中供应的物料经过反应、混合、造粒和表面改性，以垂直和/或对角方向将它们注入到空气提升器的出口和/或内部，与气流相反的方向使它们通过空气提升器，然后进行进一步造粒和表面改性；或
(ii)在一个或多个单独安装的混合器中将液体物料和粉末物料经过反应、混合、造粒和表面改性，以垂直和/或对角方向将它们注入到空气提升器的出口和/或内部，与气流相反的方向使它们通过空气提升器，然后进行进一步造粒和表面改性；或
(iii)在一个或多个单独安装的混合器中将液体物料和粉末物料经过反应、混合、造粒和表面改性，在注入空气提升器的混合器中将它们进一步混合，以垂直和/或对角方向将它们注入到空气提升器的出口或内部，与气流相反的方向使它们通过空气提升器，然后进行进一步造粒和表面改性。
当常用于洗涤剂的部分中和的表面活性剂前体例如，酸性物料如烷基苯磺酸、α-链烯磺酸、烷基磺酸、脂肪酸、柠檬酸或琥珀酸，和碱性助洗剂如无水碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾(K2CO3)、碳酸氢钾(KHCO3)等以50-4000rpm的高速混合时，产生二氧化碳和水，同时与其它物料一起形成一吸收性多孔结构，同时将该液体物料吸收。然后用一将要包含在粉末物料中或单独加入的表面改性剂进行表面改性。并且如果在适当温度和流速下将它们与空气接触的话，通过空气提升器的内部形成或物料本身所含的湍流可以调节因中和产生的水分的蒸发和泡腾现象，这样可以进行洗涤剂颗粒的表面改性。因此，洗衣粉洗涤剂具有优良的流动性、溶解性和抗结块性，还具有0.3-1.2g/ml的宽的体积密度。
参照图1，具有液体物料供应设备(l)(m)和粉末物料供应设备(g)(i)(j)(n)(o)的混合器安装有空气提升器(a)的出口和/或其它位置。将液体物料和粉末物料注入，然后在50-4000rpm的速度下混合或反应/混合，与此同时，用粉末物料中所含或单独注入的表面改性剂进行表面改性。如果必需的话，在分开位置安装的混合器(r)中进行第一次混合。然后将这些混合物转移到与空气提升器(a)安装的混合器中，可以进行第二次混合，从而制得洗涤剂组合物粉末。在低于2kg/cm2的漂移压力和低于400℃的空气温度下将如此制得的粉末注入空气提升器(a)的出口和/或内部，然后使粉末以与空气漂移方向(q)相反的方向通过，从而将原料中所含的水分蒸发，同时调节中和和泡腾反应，由此形成一颗粒。在短时间内连续进行造粒、中和、表面改性和漂移，制备能力提高并且产品质量好。因此，可以获得流动性、溶解性和不结块性优良，还具有0.3-1.2g/ml的宽的体积密度的洗衣粉洗涤剂组合物。
本发明所用的空气提升器(a)的出口经构建，使得空气经空气吸入设备、粉尘收集器和热交换器流动。该空气提升器与液体物料供应设备(l)(m)、粉末物料供应设备(g)(i)(j)(n)(o)和一带有搅拌叶片(c)(d)的搅拌轴(b)(e)的混合器安装。由单独安装的混合器(r)将洗涤剂组合物粉末混合。同样，可以将由单独安装的混合器(r)制备的洗涤剂组合物再混合。将注入混合器的粉末和液体物料流畅混合并反应。将每个粉末和液体物料供应设备与能够调节注入量的原料注入设备相连。这样物料可以恒定速度注入，并且每种物料的混合比可以任意调节。同样，如果需要的话，粉末和液体供应设备配备有该混合器，并且可以添加到空气提升器。空气提升器的出口经构建，以使空气能经粉尘收集器和热交换器流动。最好还是将其封闭，可以提供一通风孔，以便调节内部的气压。粉尘收集器起从空气中收集在制备过程中产生的细粒的作用。收集的洗涤剂组合物细粉输送到粉末物料供应设备并且再循环。
经空气提升器输送的粉末洗涤剂的流动方向这样定位，以便与注入的空气流动相反的方向的空气注入口排列在空气出口的下面位置。空气和洗涤剂颗粒的运动方向相反。新鲜空气与洗涤剂颗粒连续接触，从而进行快速反应和水分蒸发。通过调节气压和物料的注入量，可以在不同条件下进行表面改性，并且产品质量良好。因此，可以获得流动性、溶解性和抗结块性优良，还具有0.3-1.2g/ml的宽的体积密度的洗衣洗涤剂产品。
可以垂直和/或对角方向安装空气提升器，这样洗涤剂组合物颗粒可以凭借重力降落。可以根据工厂建筑物和生产设备的面积、和/或根据产品的组成或性能选择空气提升器。它们没有具体限制。
混合器可以安装在空气提升器(a)的出口位置，或者安装在与空气提升器(a)分开的位置。当混合器位于空气出口时，粉末漂移方向(p)与气流方向相反。因此，洗涤剂颗粒的漂移时间长，并且洗涤剂颗粒与新鲜空气连续接触，在漂移过程中使中和充分。因此，更优选含有大量物料或者必需进行更充分的反应。通过调节气压和温度可以制备具有宽的体积密度的洗衣洗涤剂产品。
本发明的方法具有以下优点，洗涤剂组合物粉末由与空气提升器分开安装的混合器制备并将其注入空气提升器中；需要调节所用物料的混合时间，或者比液体物料含有更大量的粉末物料，这样需要进行相当长时间的混合，或者将添加剂或其它表面改性剂注入空气提升器的出口和/或内部。在这种情况下，由于颗粒反应较慢，过多的反应不很快，因此颗粒的性能，例如制备的洗涤剂的体积密度，优良。
当洗涤剂组合物粉末由与空气提升器单独安装的混合器制备并且还在具有空气提升器的混合器中混合时，将该方案用于连续方法中粉末物料的含量比液体物料含量大且必需混合相当长时间的情况，或者用于液体物料的反应性低且该反应必需通过更强搅拌进行的情况。在这种情况下，可以获得比以前混合时更高体积密度的洗涤剂。
该混合器可以使用连续型或间歇型。连续型不停地产生产品，并且批量之间的偏差低。因此，连续型适宜大量生产，并且可以既可与空气提升器安装也可与其它位置安装。对间歇型而言，以垂直和/或水平方向安装带搅拌叶片的旋转轴。可以使用任选与分离的切碎机安装的间歇型制备常规洗涤剂。这些间歇型包括转筒混合器、垂直入轨螺旋混合器、螺旋带式混合机、Ldige混合器、高速混合器等。就连续型而言，在垂直和/水平方向安装带搅拌叶片的旋转轴。可以使用任选安装有切碎机的连续型制备常规洗涤剂。这些连续型包括Lodige混合器、Schugi混合器、Kette混合反应器、转筒混合器等。但是混合器的类型根据待混合的物料的性能进行选择。对混合器没有具体限制。
漂移洗涤剂组合物粉末的空气速度优选低于15m/sec。当速度超过15m/sec时，粉末以气流方向漂移并移到粉尘收集器和热交换器中，这样不能很好地进行粉尘收集和热交换；空气提升器的空气与洗涤剂组合物颗粒混合；块不能均匀吸收/混合。就富含液体的部分而言，颗粒彼此混合形成一块，对无液体部分而言，颗粒以粉末形式存在，而没有液体物料。因此，获得商品价值低的非均匀产品。
注入空气提升器的空气或者在大气下生产或者通过空气产生设备生产，在该空气产生设备中可以进行冷却和加热。温度优选0-400℃。温度越低，中和越慢。通过不显示体积快速膨胀，有益地制备了体积密度高的产品或者具有少量待中和的酸性物料或不含酸性物料的洗涤剂组合物。与此相反，温度越高，中和越快；这样可以对制备含有少量酸性物料的洗涤剂产品是有利的。当温度超过400℃时，产品中所含的有机物被氧化或碳化；不能体现产品的性能；并且因温度高因此存在着火或爆炸的危险。可以根据产品所需的体积密度或组成选择温度。温度越低，颗粒趋于更强硬并且体积密度更高。当空气温度低于0℃时，基本上不进行蒸发和中和；在洗涤剂产品中很难使用部分中和的表面活性剂前体，而且很难增加液体物料的含量；颗粒表面光滑；并且不可能涂布表面改性剂。如果产品在贮藏过程中温度增加到室温，颗粒变粘，流动性降低并且发生结块现象。空气温度是指在空气提升器的出口部分测定的温度。
作为与碱性助洗剂反应产生二氧化碳并形成多孔吸收结构的酸性物料，可以使用常用于洗涤剂的部分中和的表面活性剂前体，例如烷基苯磺酸、烷基醚磺酸、α链烯磺酸、烷基磺酸、脂肪酸、柠檬酸、琥珀酸或其混合物。碱性助洗剂包括一种或多种选自如下的组：碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸钾(K2CO3)、碳酸氢钾(KHCO3)和硫酸钠(Na2SO4)。
由于搅拌设备的旋转和/或空气提升器的热空气，酸性物料和碱性助洗剂反应形成二氧化碳和水，并在与其它物料混合的同时形成吸收性多孔结构，并吸收液体物料。然后通过粉末物料中所含或单独注入的表面改性剂进行表面改性。在适当温度和流速下将它们暴露于空气中，蒸发水分并调整泡腾现象。当混合器位于空气提升器的出口部分时，在注入洗涤剂组合物的相同或下面位置将单独的表面改性剂注入。在相同位置的情况下，优选将表面改性剂与洗涤剂一起注入。在下面位置的情况下，体积密度相对低且为细粒形式的表面改性剂通过空气上升，然后与因重力下降的洗涤剂组合物接触，由此涂布表面并进行表面改性。
为了增加洗涤性能，可以使用用于洗涤剂的常规表面活性剂或表面活性剂溶液。例如，可以使用粉末或液体组分如α-链烯磺酸盐、烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基醚磺酸盐、烷基乙氧基化物、烷基多葡萄糖苷、葡糖酰胺、氧化胺等。将这些组分混合并吸收在通过泡腾反应形成的吸收性多孔结构中。这样将表面改性剂涂布。而且，可以使用洗涤剂的常规液体或粉末组分，例如硅酸钠、聚丙烯酸酯、荧光增白剂等。这些物料提高了洗涤性能，并且这些物料中所含的水分便于酸-碱泡腾反应并经热空气蒸发。尤其是当含有大量待吸收的液体组分时，通过在分开位置安装的混合器制备洗涤剂组合物。当所得组合物通过常规带型传送带移动时，液体物料在输送过程中稳定地吸收在多孔结构中。
表面改性剂选自以下物料中的一种或多种：粉末沸石、滑石、粘土和硅石，它们常用于洗涤剂中。表面改性剂涂布颗粒表面，增加了中和颗粒的流动性和贮藏稳定性。
将表面改性剂注入并且同时在混合器中与液体和粉末物料混合，或者直接注入空气提升器中，由此涂布混合洗涤剂组合物的表面并抑制洗涤剂粉末的整体性能如流动性或抗结块性。
由上述方法制备的洗衣洗涤剂组合物可以通过加入以下物料制备：一种或多种选自以下的荧光增白剂：氨基二苯乙烯、联苯、香豆素、吡唑啉和喹诺酮；和/或一种或多种选自以下的酶：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶；和/或一种或多种选自以下的消泡剂：聚硅氧烷或石蜡；或者添加剂如香料、污渍再沉积抑制剂、纤维染料转移抑制剂等。
通过以下实施例和对比实施例更详细地解释本发明。无论如何，应理解为本发明并不以任意方式限制在这些实施例中。
对比实施例1
通过将具有表1所示组成和含量的洗涤剂从逆流喷雾干燥器的上部向下喷雾制备珠粉洗涤剂。表1 洗涤剂组合物含量(wt％)直链烷基苯磺酸钠(C10-C14)1) 20α-链烯磺酸钠 10脂肪酸钠(C10-C18)2) 5碳酸钠(Na2CO3) 32.7硅酸钠 7硫酸钠(Na2SO4) 3.3沸石 20荧光增白剂4) 0.3酶5) 1消泡剂6) 0.4香料 0.31)由石油基烷基苯制备2)由石油α链烯制备3)由天然脂肪酸制备4)Tinopal CBS-X(Ciba-Geigy，瑞士)5)Savinase 12.OT(Novo Nordisk，丹麦)6)LDC1215(DC Silicon，韩国)
实施例1
将带搅拌叶片的搅拌器安装在吸入空气的空气提升器的出口部分。将液体物料供应设备和粉末物料供应设备与搅拌器和/或空气提升器安装在一起。按照下表2所示的组成注入液体物料和粉末物料，然后在2000rpm的速度下进行混合或反应/表面改性。洗涤剂组合物粉末以与空气提升器的空气漂移方向相反的方向以20吨/小时通过，其中空气通过速度为8m/sec，温度为120℃，由此调节中和量和泡腾反应。将原料中所含的水分蒸发形成一颗粒。由此获得洗衣粉洗涤剂A-F。
沿通过与空气提升器安装的粉末物料供应设备制备的洗涤剂组合物的入口之下注入9.5wt％的表面改性剂(50％沸石)制备洗衣粉洗涤剂F。表2
(单位：wt％)洗涤剂组合物 A B C D E F聚氧乙烯烷基醚1) 10 5 5 5烷基磺酸2) 10 5 5 2聚氧乙烯烷基醚磺酸3) 5 10 2α链烯磺酸4) 5 2烷基醚磺酸5) 10 4 2烷基苯磺酸6) 15 5 2脂肪酸7) 5 1 12.1 4 2α链烯硫酸钠(粉末) 3柠檬酸 5 1 2琥珀酸 3 2沸石 28 15 20 20 19滑石粉 2 15 30粘土 5 15 18硅石 15 18碳酸钠(Na2CO3) 37 17 10 5碳酸氢钠(NaHCO3) 8 5碳酸钾(K2CO3) 15 12 5碳酸氢钾(KHCO3) 20 5硫酸钠(Na2SO4) 11 20 21 5.9 5 20荧光增白剂8) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3酶9) 1 1 1 1 1 1消泡剂10) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4香料 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3合计 100 100 100 100 100 100
1)聚氧乙烯烷基醚：烷基的碳原子数＝12-14，平均添加的氧化乙烯摩尔数＝7
2)烷基磺酸：烷基的碳原子数＝12-14
3)聚氧乙烯醚磺酸：烷基的碳原子数＝12-14，平均添加的氧化乙烯摩尔数＝3
4)α链烯磺酸：烷基的碳原子数＝12-18
5)烷基醚磺酸：烷基的碳原子数＝12-16
6)烷基苯磺酸：烷基的碳原子数为＝12-16
7)脂肪酸：烷基的碳原子数＝10-18
8)Tinopal CBS-X(Ciba-Geigy，瑞士)
9)Savinase 12.OT(Novo Nordisk，丹麦)
10)LDC1215(DC Silicon，韩国)
实施例2
按照表2所示的组成将液体物料和粉末物料注入到安装有液体物料供应设备、粉末注入设备和带搅拌叶片的搅拌器的混合器中。在2000rpm的速度下进行混合或反应/表面改性。洗涤剂组合物粉末以与空气提升器的空气漂移方向相反的方向以20吨/小时通过，其中空气通过速度为8m/sec，温度为120℃，由此控制中和量和泡腾反应。将原料中所含的水分蒸发形成一颗粒。由此获得洗衣粉洗涤剂G-L。
沿通过与空气提升器安装的粉末注入设备制备的洗涤剂组合物粉末的入口之下注入9.5wt％的表面改性剂(沸石)制备洗衣粉洗涤剂F。
按照表2所示的组成D将洗衣粉洗涤剂M注入到安装有液体物料供应设备、粉末注入设备和带搅拌叶片的搅拌器的混合器中。在2000rpm的速度下进行混合或反应/混合/表面改性。洗涤剂组合物粉末以与空气提升器的空气漂移方向相反的方向以20吨/小时通过，其中空气通过速度为8m/sec，温度为120℃，由此控制中和量和泡腾反应。
实施例3
将带搅拌叶片的搅拌器安装在吸入空气的空气提升器的出口部分。将液体物料供应设备和粉末注入设备与搅拌器和/或空气提升器安装在一起。按照实施例1的组合物A注入液体物料和粉末物料，然后在2000rpm的速度下进行混合或反应/表面改性。洗涤剂组合物粉末以与空气提升器的空气漂移方向相反的方向以20吨/小时通过，其中空气通过速度和温度如表3所示，由此控制中和量和泡腾反应。将原料中所含的水分蒸发形成一颗粒。由此制得洗衣粉洗涤剂M-V。
表3温度(℃)速度(m/sec)实施例3 N 0 8 0 50 8 P 100 8 Q 250 8 R 400 8 S 80 1 T 80 4 U 80 7 V 80 10 W 80 15
试验
在以下条件下对实施例1-3制备的高体积密度洗衣粉洗涤剂进行测定：
(1)洗涤性能
对实施例1和2制备的洗衣粉洗涤剂进行洗涤试验，结果示于下表4中。
洗涤设备：Terg-O-Tometer
洗涤温度：20℃
水硬度：40ppm Ca++，lOppm Mg++
水的比例：4.59污渍样品/11
污溃衣服：EMPA物品号101(橄榄油，炭黑/棉)
洗涤剂剂量：0.679/l
评价：以对比实施例1为100为基础测定洗涤性能。
(2)体积密度
测定实施例1-3制备的洗衣粉洗涤剂的体积密度，结果示于表4中。
(3)流动性
测定100ml实施例1-3制备的洗衣粉洗涤剂通过底径为10mm的漏斗所需的时间。结果示于表4中。
(4)溶解性
将10g实施例1-3制备的洗衣粉洗涤剂添加到1升经过离子交换的水中并搅拌5分钟。将洗涤剂溶液通过200目标准网筛，然后测定残留物的干重(％)。结果示于表4中。
(5)产率
测定实施例1-3制备的洗衣粉洗涤剂的产率。结果示于下表4中。
表4实施例洗涤能力(％)体积密度 (g/cc) 流动性(秒)溶解性产率实施例1 A 135 0.80 20 99.5 98 B 107 0.42 30 98.7 92 C 143 0.30 31 97.8 93 D 126 0.47 32 95.4 97 E 100 1.12 12 97.7 97 F 102 0.96 15 98.6 89 实施例2 G - 0.83 25 99.7 98 H - 0.47 30 95.6 95 I - 0.35 32 98.7 99 J - 0.57 27 99.4 94 K - 1.20 11 97.6 95 L - 1.03 12 98.7 92 M - 0.67 25 98.8 97 实施例3 N - 1.18 11 99.3 99 O - 0.95 14 97.8 98 P - 0.83 19 98.7 98 Q - 0.54 27 96.5 94 R - 0.30 30 98.5 90 S - 0.60 24 98.2 93 T - 0.65 22 99.3 95 U - 0.80 19 97.8 98 V - 0.97 13 96.9 97 W - 1.16 10 99.7 98对比实施例1 100 0.45 33 94.1 83
如表所示，可以看出，本发明的洗衣粉洗涤剂具有优良的流动性、溶解性、产率和洗涤性能，还具有宽的体积密度。