Способ получения порошкообразных синтетических моющих средств

 

Сущность изобретения: последовательно смешивают поверхностно-активное вещество, жидкое стекло, карбоксиметилцеллюлозу, сульфат натрия, карбонат натрия и триполифосфат натрия, дифонат - побочный продукт производства нитрилотриметилфосфоновой кислоты - и/или цеолит. Дифонат предварительно нейтрализуют щелочью до рН 7,8-8,2. Затем полученную смесь гомогенизируют и подвергают распылительной сушке с последующим добавлением нетермостабильных компонентов. 3 табл.

Изобретение относится к бытовой химии, в частности к производству порошкообразных синтетических моющих средств (СМС) способом распылительной сушки, который имеет целый ряд неоспоримых преимуществ.

Указанным способом можно получать гранулированные порошкообразные СМС самого разнообразного состава. Другими достоинствами этого способа являются: широкая возможность изменения пределов насыпной плотности, отсутствие значительной коррозии оборудования, малое количество продукта, одновременно находящиеся в башне при высокой температуре, и т.д.

Основными стадиями известных способов производства CМC распылительной сушкой являются: стадия смешения исходных компонентов; стадия созревания композиции; стадия гомогенизации композиции СМС; распылительная сушка; стадия введения нетермостабильных компонентов; сбор и фасовка готового продукта.

Стадии смешения компонентов предшествуют вспомогательные предварительные операции подготовки исходных компонентов, включающие растворение, просеивание, фильтрацию, сепарацию и т.д.

Во всех известных способах приготовления порошкообразных СМС в композиционный смеситель обычно загружают дозированный объем жидких поверхностно-активных компонентов, все иные компоненты, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), триполифосфат натрия (ТПФNа), сульфат натрия, цеолит дозируют в той или иной последовательности в полученный раствор (1).

Цеолит и триполифосфат натрия являются хорошими комплексообразователями и применяются в СМС для снижения жесткости воды и обычно вводятся последними в композиционный смеситель при смешении исходных компонентов.

В настоящее время по экологическим и экономическим соображениям возникла настоятельная проблема частичной или полной замены ТПФNа в составе СМС.

Для того, чтобы исключить в рецептурах полностью или частично ТПФNа, за рубежом используют в качестве комплексообразователя органические фосфоновые кислоты (2-5).

Фосфоновые кислоты как комплексообразователи более эффективны, чем ТПФNа, предупреждают выпадение в осадок не только карбоната кальция, но и других солей жесткости, включая сульфаты бария, кальция и стронция. Это дает возможность применять СМС, содержащие фосфоновые кислоты, в жесткой воде.

Наиболее часто используются окси- и аминофосфоновые кислоты: нитрилотриметилфосфоновая (НТФ), оксиэтилидендифосфоновая (ОЭДФ), этилендиаминотетраметилфосфоновая (ЭДТФ) кислоты или смесь аминоалканполифосфоновых кислот и ОЭДФ в соотношении от 3:1 до 1:6. Кроме того, фосфоновые кислоты обладают биодеградирующей способностью, сводящей к минимуму проблемы загрязнения окружающей среды.

Зарубежные фирмы ("Монсанто", "Хенкель", "Канебо" и др.) уже выпускают СМС, содержащие фосфонаты типа Nа₂ОЭДФ или Na₃НТФ.

Однако производство СМС методом распылительной сушки с частичной или полной заменой ТПФNа на индивидуальные соединения фосфоновых кислот или их смеси по традиционной технологии, когда они вводятся в смеситель так же, как и триполифосфат натрия, т.е. после дозирования всех термостабильных компонентов СМС, вызывает технологические трудности: расслоение композиции, увеличение вязкости, образование комков и др. что приводит к забивке трубопроводов, налипанию смеси на стенки смесителей, неритмичной работе сушильной башни и т.д.

Известен способ введения фосфорорганических комплексонов в состав композиции СМС после сушильной башки одновременно с нетермостабильными компонентами (2). Однако указанный прием не обеспечивает равномерного распределения комплексона в составе СМС и приводит к ухудшению потребительских свойств моющего средства.

Цель данного изобретения устранение указанных выше недостатков, повышение производительности оборудования и качества готового продукта при одновременной замене дефицитных комплексообразователей на более доступные и дешевые отечественные продукты, так как использование индивидуальных фосфоновых кислот зачастую приводит к существенному увеличению себестоимости СМС.

Указанная цель достигается тем, что в качестве полной или частичной замены ТПФNа применяют дифонат, который является побочным продуктом производства HТФ.

Дифонат (ТУ 6-09-20-235-93) представляет собой водный раствор частично замещенных натриевых солей ряда кислот: HТФ, ОЭДФ, метилиминодиметилфосфоновой (МИДФ), гидроксиметилфосфоновой (ОМФ), фосфористой, соляной, муравьиной и уксусной. Массовая доля фосфоновых кислот в условном пересчете на Nа₃НТФ х 2Н₂O составляет в пределах 17-21% массовая доля NН₃ не более 0,6% хлоридов не более 12% вода остальное.

Дифонат жидкость однородной консистенции, слегка окрашенная в желтовато-зеленоватый цвет, со слабым аминным запахом, хорошо растворимая в воде, кислотах, щелочах, плохо смешивается с органическими растворителями (наблюдается выпадение осадка).

Дифонат не горит и не взрывается. Температура разложения выше 255^oС. Температура замерзания ниже -30^oС. При оттаивании расслаивания не наблюдается, физико-химические свойства продукта не изменяются.

Новый комплексообразующий реагент дифонат является продуктом малоопасным (4 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76) при различных гигиенически значимых путях поступления в организм, а содержащие дифонат составы СMС при однократном и повторных нанесениях на кожу раздражения практически не вызывают. Содержащиеся в дифонате амино- и оксиалкилфосфоновые кислоты, по литературным данным, обладают высокой гидролитической стабильностью, в связи с чем не оказывают столь вредного влияния на естественные водоемы, как ТПФNа.

Исследования показали, что дифонат может быть использован практически в любых порошкообразных СМС в качестве заменителя ТПФNа и более эффективен, чем индивидуальные соединения фосфоновых кислот, применяющихся в СМС.

Дифонат представляет собой добавку комплексного действия, позволяющую как ингибировать выпадение солей жесткости, так и сохранять потребительские свойства на уровне СМС, содержащих до 40% ТПФNа.

Дифонат как сырье для СМС был опробован в производстве порошкообразных СМС, таких как "Радуга", "Радуга-А", "Ландыш", "Биолан", "Витязь", "Альфа". Однако при использовании в рецептурах СМС дифоната должна быть изменена последовательность загрузки термостабильных компонентов в смеситель.

Учитывая сложный состав современных СМС, предсказать избранную последовательность загрузки компонентов в смеситель на основе имеющегося практического и научного опыта не представляется возможным. Например, в способе, взятом за прототип, компоненты загружают в смеситель в следующем порядке: водные растворы поверхностно-активных веществ, раствор, щелочи, кальцинированная сода, жидкое стекло, водный раствор карбоксиметилцеллюлозы, сульфат натрия и комплексообразователь (триполифосфат натрия, цеолит) (3).

Отличие предложенного способа состоит в том, что в начале процесса в смеситель в соответствии с материальным балансом вводят дифонат, нейтрализуют его раствором едкого натра до рН 7,8-4,2, перемешивают 5-10 мин, а затем вводят другие компоненты рецептуры, такие как поверхностно-активные вещества, мыло, оптический отбеливатель, водные растворы карбоксиметилцеллюлозы, жидкое стекло, сульфат натрия, карбонат натрия, триполифосфат натрия и цеолит.

В таблице 1 приведены примеры реализации предложенного способа с указанием компонентов СМС и последовательности их загрузки в смеситель при производстве вышеназванных СМС.

Проведенные опыты показали, что введение указанных выше комплексонов в иной последовательности, чем предлагаемая, приводит к резкому возрастанию вязкости любой рецептуры СМС в пределах известного соотношения компонентов, что негативно сказывается на реологических свойствах композиции и усложняет технологический процесс производства СМС, даже при оптимальных скоростях перемешивания, и на наличии гомогенизации, приводя к образованию малорастворимых агломератов, к забивке трубопроводов и налипанию массы на стенках аппаратов.

Нетермостабильные компоненты рецептуры, такие как перекисные отбеливатели, отдушки и энзимы, напыляются на продукт после башни, т.е. вводятся известным приемом.

Пример 1. Санитарно-токсические свойства дифоната.

Токсические свойства. Реальная опасность острого смертельного отравления при ингаляции организма в нормальных условиях производственной среды практически отсутствует. При однократном введении в желудок в дозах от 5000 до 15000 мг/кг клинических проявлений острого отравления и гибели подопытных животных (мышей и крыс) в течение всего эксперимента не вызывает. При однократном парэнтеральном (внутрибрюшинном) введении в дозе 1000 мг/кг клинических проявлений отравления и гибели мышей и крыс не вызывает, т.е. продукт практически не токсичен.

Действие на кожу и глаза. При однократном и повторных нанесениях ножу морских свинок не раздражает. У кроликов после однократной и повторных аппликаций вызывает расширение сосудов и слабое разлитое покраснение кожи, исчезавшее в течение первых 3-4 часов наблюдения. После 5-7 аппликаций и до конца эксперимента кожа суха, слабо шелушится. Рост шерстного покрова на участках нанесения не нарушается.

Однократное закапывание двух капель в конъюктивальный мешок глаза вызывает кратковременное слабое покраснение слизистой оболочки, незначительную инъекцию сосудов и небольшой отек век. Обратное развитие процесса завершается к концу вторых суток без каких-либо следов.

Исследование кожно-резорбтивного действия в опытах на мышах и сенсибилизирующих свойств в опытах на свинках и кроликах показало, что способность проникать через неповрежденную кожу, а также способность аллергизировать организм у дифоната практически не выражены. На основании результатов исследований применение дифоната в качестве компонента синтетических моющих средств разрешается без установления ПДК (ОБУВ) в воздухе рабочей зоны при условии соблюдения санитарно-гигиенических и санитарно-технических требований, предъявляемых к работе в контакте с малоопасными жидкими химическими веществами.

Пример 2. Приготовление композиции СМС "Альфа" при разной последовательности загрузки сырья.

Основными параметрами, влияющими на работу оборудования, являются вязкость и текучесть композиции. При проведении исследований в лабораторных условиях использовалась методика ВНИИхимпроекта.

Приготовление композиции СМС производили в стеклянном цилиндрическом сосуде с лопастной мешалкой, помещенном в термостат.

Показатель "динамическая вязкость" определяли на ротационном вискозиметре, текучесть с помощью термостатируемой воронки. С целью максимального приближения к заводским условиям выдерживались очередность и время загрузки компонентов.

Результаты исследований свойств композиции СМС "Альфа", получаемой по различным схемам, приведены в таблице 2. Как видно из таблицы 2, порядок загрузки сырья сильно влияет на свойства получаемой композиции.

Приготовление композиции по схемам К-5 и К-10 является оптимальным и не требует в дальнейшем дозревания перед распылительной сушкой. Выводы, полученные для СМС "Альфа", оказались верными и для приготовления композиций других СМС.

Пример 3. Изучение потребительских свойств СМС "Альфа".

Синтетическое моющее средство "Альфа", содержащее дифонат и полученное по схеме К-10, было подвергнуто испытаниям с целью изучения его потребительских свойств. Были изучены моющая, антиресорбционная и пенообразующая способности средства, а также влияние СМС "Альфа" на физико-механические свойства тканей.

Определение моющей и антиресорбционной способности проводилось по общепринятым методикам, используя незагрязненную и загрязненную ткань. Пенообразующая способность образцов СМС определялась методом встряхивания с использованием градуированного сосуда Лисенко. Для определения пенообразующей способности смешивают 100 мл испытуемого раствора с 1 л дистиллированной воды. Вносят 100 мл приготовленного раствора в сосуд Лисенко, закрывают притертой пробкой и интенсивно встряхивают в течение 1 мин (120 встряхиваний). Через 1 мин после окончания встряхивания открывают пробку и отсчитывают объем пены. Одновременно определяют устойчивость пены, отмечая уровень по градуировке сосуда через 1, 2, 5 и 10 мин. Для характеристики пенообразующей способности СМС определяют кратность пены, причем чем меньше объем пены, тем ниже кратность.

Влияние СМС на физико-механические свойства тканей изучалось путем измерения прочности на разрыв и удлинение в момент разрыва.

Разрывную нагрузку и разрывное удлинение определяли путем испытания трех пробных полосок на основе и четырех по утоку. Полоски тканей подвергали растяжению до разрушения с помощью машины РТ-250М с переменной скоростью возрастания нагрузки.

Результаты исследований приведены в таблице 3. Как видно из таблицы, применение дифоната в качестве органического комплексона, вводимого определенным образом на стадии смешения компонентов, улучшает технические параметры процесса и позволяет получать СМС с хорошими потребительскими свойствами. ТТТ1

Формула изобретения

Способ получения порошкообразных синтетических моющих средств путем последовательного смешения поверхностно-активного вещества, жидкого стекла, карбоксиметилцеллюлозы, сульфата натрия, карбоната натрия и комплексообразователя, гомогенизации полученной смеси и распылительной сушки с последующим добавлением нетермостабильных компонентов, отличающийся тем, что в качестве комплексообразователя используют триполифосфат натрия, дифонат - побочный продукт производства нитрилотриметилфосфоновой кислоты и/или цеолит, причем при использовании дифоната его предварительно нейтрализуют щелочью до рН 7,8-8,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3