стабильная композиция для умягчения тканей в цикле полоскания с соумягчителем из глицеринмоностеарата

Формула изобретения

1. Стабильная, текучая и диспергируемая в воде жидкая композиция для умягчения тканей, содержащая:

(а) примерно от 1 до 25 мас.% сочетания тканеумягчающих компонентов (А) и (В), где (А) означает биоразлагаемый эфир жирной кислоты и аммониевого основания формулы (II)

где каждый R₄ независимо означает алифатическую углеводородную группу, содержащую от 8 до 22 атомов углерода, и (В) означает глицеринмоностеарат, причем указанный компонент (А) составляет примерно от 1 до примерно 20 мас.%, а содержание компонента (В) составляет примерно от 0,1 до 8 мас.% композиции;

(b) эффективное количество эмульгатора, включающего жирное спиртовое этоксилатное неионогенное поверхностно-активное вещество с величиной гидрофильно-липофильного баланса (HLB) примерно более 8,25, определенного групповым числовым методом Девиса;

(с) при необходимости регулятор вязкости, отличный от MgCl ₂, в количестве, эффективном для поддержания вязкости композиции, не выше примерно 400 сП, и

(d) водный растворитель.

2. Композиция для умягчения тканей по п.1, в которой эфир жирной кислоты и аммониевого основания является метилсульфатом диэфира талловой кислоты N-метил-N,N,N-триэтаноламмония.

3. Композиция для умягчения тканей по п.1, в которой указанным эмульгатором является этоксилированный C₁₃-C₁₅ жирный спирт с 20 молями этоксилирования на моль спирта.

4. Способ умягчения тканей, включающий контактирование тканей с эффективным количеством композиции для умягчения тканей по п.1.

5. Способ по п.4, в котором указанные ткани подвергаются указанному контакту в цикле полоскания.

Описание изобретения к патенту

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к жидким композициям для умягчения тканей, предназначенным для применения в цикле полоскания в автоматических стиральных машинах и при ручной стирке тканей. Более конкретно, настоящее изобретение относится к водным композициям для умягчения тканей, которые обеспечивают улучшенную мягкость тканей и одновременно повышенную стабильность продукта, доказательством чему служит наличие таких свойств, как постоянство вязкости в широком диапазоне температур и отсутствие фазового разделения.

Соединения, содержащие четвертичные аммониевые соли, обычно применяют с целью умягчения тканей при полоскании в прачечных.

Опубликовано большое число патентов, в которых раскрываются соединения и композиции этого типа.

Недавно, однако, в свете требований по экологической безопасности (например, склонности к биоразложению) четвертичных аммониевых умягчителей выдвинут ряд предложений по частичной или полной замене «квата», т.е. стандартного тканевого умягчителя, примером которого служит диметилдистеарил (или диталло)аммоний хлорид.

Например, в патенте США №5133885 описываются композиции для умягчения тканей, которые являются водными дисперсиями квата замещенных сложных эфиров жирных кислот, формулы:

где одна или две R группы представляют собой остаток алифатического сложного эфира с числом атомов углерода от 12 до 30, а остальные R группы представляют низшие алифатические, арильные или гидроксиалкильные группы, X^- означает анион и «а» означает ионную валентность аниона, и смягчитель, - амидоамин жирной кислоты формулы:

где R¹ представляет C₁₂-С₃₀ алкил или алкенил группу, R² означает R ¹, R¹CONH(CH₂)_m или CH ₂CH₂OH; R³ представляет водород, метил или (СН₂СН₂O)рН, m равно числу от 1 до 5 и р равно числу от 1 до 5, при массовом отношении сложного эфира квата к амидоамину от 10:1 до 1:10.

Патент США №4844823, Jacques с сотр., раскрывает композиции для умягчения тканей, в которых предпочтительным классом умягчителей являются четвертичные аммониевые соединения диэстерифицированных длинноцепочечных жирных кислот.

Глицеринмоностеарат (ГМС) является известным эмульгатором для указанных выше эстерифицированных четвертичных аммониевых умягчителей, обычно именуемых умягчителями «квата сложного эфира». Патент США №5066414 Чанга раскрывает умягчающие композиции для тканей, содержащие сложный эфир квата, который представляет собой сложную моно- или диэфирную модификацию диталлодиметиламмоний хлорида (ДТДМАХ) в сочетании с глицеринмоностеаратом или линейным алкоксилированным спиртом, выбираемым из продуктов конденсации C₈-C₁₈ линейных жирных спиртов примерно с 1-10 молями окиси этилена.

В патенте США №5545350, Baker с сотр., раскрываются композиции для умягчения тканей, содержащие четвертичное аммониевое основание сложного диэфира, необязательно также содержащие неионогенный умягчитель, такой как сорбитановый сложный эфир в качестве дополнительного умягчающего компонента. В колонке 13, в строках 22-24 патента указывается, что «глицеринмоностеарат, характеризуемый низким HLB, оказывает отрицательный эффект на стабильность композиций». Далее, в колонке 14, в строках 65-67 патента указывается, что «композиции по настоящему изобретению практически не содержат глицеринмоностеарат (ГМС)». Причиной этого является то, что из-за низкой величины HLB в присутствии ГМС возникают осложнения, вызываемые фазовым разделением и/или нестабильностью композиций по патенту.

Из ЕР 691391396 А2 известна стабильная текучая и диспергируемая композиция для умягчения тканей, наиболее близкая по составу к заявляемой и содержащая в качестве умягчающего компонента смесь, содержащую от 5 до 40% эфира жирной кислоты и аммониевого основания формулы и от 0,1 до 25% вес. эфира жирной кислоты C₁-C ₂₂ с многоатомным спиртом, например глицерином, эффективное количество эмульгатора и водный растворитель.

Хотя в известных решениях раскрываются сочетания сложных диэфиров четвертичных аммониевых соединений, применяемых в качестве умягчителей, с соумягчителем, сохраняется потребность в улучшении мягкости при применении сложной диэфирной умягчающей композиции «квата» без ухудшения стабильности и вязкости продукта.

Краткое содержание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается стабильная, текучая и диспергируемая в воде жидкая композиция для умягчения тканей, содержащая:

(а) примерно от 1 до 25% масс. сочетания тканей умягчающих компонентов (А) и (В), где (А) представляет собой биоразлагаемый эфир жирной кислоты и четвертичного аммониевого основания формулы (II)

где каждый R₄ независимо означает алифатическую углеводородную группу, содержащую от 8 до 22 атомов углерода, и (В) означает глицеринмоностеарат,

причем указанный компонент (А) составляет примерно от 1% до примерно 20% масс., а содержание компонента (В) составляет примерно от 0,1 до 8% масс. композиции;

(b) эффективное количество эмульгатора, включающего жирное спиртовое этоксилатное неионогенное поверхностно-активное вещество с величиной гидрофильно-липофильного баланса (HLB) примерно более 8,25, определенного групповым числовым методом Девиса;

(c) при необходимости регулятор вязкости, отличный от MgCl ₂, в количестве, эффективном для поддержания вязкости композиции не выше примерно 400 сП, и

(d) водный растворитель.

Настоящим изобретением также предлагается способ умягчения тканей путем контакта тканей с эффективным умягчающим количеством композиции для умягчения тканей по изобретению, и предпочтительно, в цикле полоскания в автоматических стиральных машинах в прачечных.

Настоящее изобретение основано на установленном факте, что глицеринмоностеарат (ГМС) может эффективно применяться в качестве соумягчителя в сочетании со сложным диэфиром четвертичного аммониевого соединения, описанным здесь, без нежелательного изменения вязкости и общей стабильности продукта, при условии, что выбираемый эмульгатор в соответствии с настоящим изобретением имеет величину HLB больше 7,5. Для целей настоящего изобретения величину HLB рассчитывают, используя групповые числовые значения по Девису, описанные в Proceedings 2^nd Intern. Congress on Surface Activity, Butterworths, London (1957). Согласно этому методу расчета величина HLB, равная 7, означает, что поверхностно-активное вещество обладает одинаковым сродством как к водной фазе, так и масляной фазе. Отрицательные значения соответствуют липофильным группам в молекуле, а положительные значения соответствуют гидрофильным группам. HLB данного поверхностно-активного вещества определяют добавлением к числу 7 суммы положительных значений, представляющих гидрофильные группы, и вычитанием отрицательных значений для гидрофобных групп.

Например, жирный спиртовой этоксилированный неионогенный поверхностно-активный продукт, который используется в качестве эмульгатора в композиции по настоящему изобретению, в соответствии с групповым числовым методом Девиса имеет следующие значения для присутствующих в молекуле групп поверхностно-активного вещества.

Группа	Значения
-СН2-	-0,475
-СН3-	-0,475
-(СН2 -СН2-O)-	+0,33
-О-	+1,3

Ниже, для иллюстрации, приведен расчет HLB неионогенного поверхностно-активного эмульгатора, применяемого здесь, G ₁₃-C₁₅ ЕО 20:1. Это неионогенное поверхностно-активное вещество представляет собой жирный спирт с усредненным содержанием атомов углерода от 13 до 15, этоксилированный 20 молями окиси этилена на моль спирта.

Для простоты длина алкильной цепи усреднена как С₁₄. Получающаяся молекула в этом случае содержит следующие группы:

1 СН₃-; 13 -CH ₂-; 1 -О- и 20 -(СН₂-СН₂-O)-

По значениям, приведенным выше, определена величина HLB:

HLB=7+[1×(-0,475)]+[13×(-0,475)]+[1×(1,3)]+[20×(0,33)]HLB=8,25

Подробное описание изобретения

Основным умягчающим соединением по настоящему изобретению является эфир жирной кислоты и четвертичного аммониевого основания, имеющий следующую формулу:

где каждый R₄ может быть производным, например, твердого или мягкого таллового жира, кокосового жира, стеарил, олеил и так далее, т.е. представляет алифатическую углеводородную группу С₈-C₂₂. Такие соединения выпускаются промышленностью, как например, Тетранил АТ-75 фирмы Као Corp., Япония, который представляет собой метилсульфат сложного диэфира талловой кислоты триэтаноламмония. Тетранил АТ-75 представляет собой смесь примерно 25% твердого таллового жира и примерно 75% мягкого таллового жира. Соответственно, этот продукт включает примерно 34% ненасыщенных алкильных цепей. Вторым примером может служить Хипокем Х-89107 фирмы High Point Chemical Corp., который является аналогом Тетранил АТ-75 примерно со 100%-ным насыщением таллового остатка.

Глицеринмоностеарат (ГМС) является соумягчителем, применяемым в сочетании с умягчителем - эфиром жирной кислоты и четвертичным аммониевым основанием, описанным выше. Содержание эфира жирной кислоты и четвертичного аммониевого основания в композиции обычно меняется в пределах примерно от 1% до примерно 20% мас. композиции; предпочтительно, в пределах примерно от 2% до примерно 10% мас. Содержание ГМС в композиции может меняться в пределах примерно от 0,1% до примерно 8% мас.; предпочтительно примерно от 0,5% до примерно 8% мас. и особо предпочтительно примерно от 0,5% до примерно 5% мас.

Эмульгатор, применяемый в настоящей композиции для умягчения тканей, предназначен для стабилизации композиции и для предотвращения раздела фаз и/или нестабильности вязкости в течение по крайней мере нескольких месяцев или в диапазоне температур, при которых в противном случае в отсутствие такого эмульгатора такая композиция дестабилизировалась бы присутствующим в композиции ГМС. Жирные спиртовые этоксилаты, используемые в изобретении, соответствуют продуктам конденсации окиси этилена с высшими жирными спиртами, причем высшие жирные спирты содержат примерно от 9 до 15 атомов углерода и число этиленоксидных групп на моль равняется примерно от 10 до 30. В предпочтительных жирных спиртовых этоксилатах по изобретению длина алкильной цепи составляет примерно от 13 до 15 атомов углерода и содержание этиленовых групп составляет примерно от 15 до 20 на моль. Особенно предпочтительным для применения в соответствии с настоящим изобретением является Синпероник А20, производимый ICI Chemicals, причем указанное неионогенное поверхностно-активное вещество представляет собой оксиэтилированный C₁₃-C₁₅ жирный спирт, содержащий 20 молей окиси этилена в расчете на моль спирта и имеющий величину HLB, равную 8,25.

Обычно HLB неионогенных этоксилатов жирных спиртов равно примерно от 7,5 до примерно 10, причем предпочтительны значения HLB в диапазоне примерно от 8 до примерно 9. В композиции они используются в достаточном количестве для осуществления эмульгирования, как правило, примерно от 1 до 5% мас. от массы композиции.

Композиции по настоящему изобретению готовят в виде водных дисперсий, в которых умягчающие ткань соединения присутствуют в тонкоизмельченном состоянии, стабильно диспергированном в водной фазе. Обычно диспергированные частицы имеют размер меньше примерно 25 мкм, предпочтительно, менее 20 мкм, особо предпочтительно, не более 10 мкм, что приемлемо и для умягчения, и для стабилизации, поскольку размеры частиц могут сохраняться при фактическом применении, обычно в цикле полоскания в стиральных машинах автоматических прачечных.

Водная фаза дисперсии в основном представляет собой воду, обычно деионизированную или дистиллированную. Для регулирования вязкости могут добавляться небольшие количества сорастворителя (например, вплоть до примерно 5% мас.). Типично, в качестве сорастворителя могут применяться низшие одно- или многоатомные спирты, обычно в количествах примерно вплоть до 5% мас. от композиции. Предпочтительны такие спирты и их водные растворы, которые содержат от 2 до 4 атомов углерода, например этанол, пропанол, изопропанол и пропиленгликоль или этиленгликоль. Особо предпочтителен изопропиловый спирт (2-пропанол). Однако применение сорастворителей не является обязательным, и они могут не применяться.

Композиции по настоящему изобретению включают электролит с целью уменьшения вязкости дисперсии. Обычно в качестве электролита могут применяться различные соли щелочных металлов и щелочноземельных металлов. Благодаря доступности, хорошей растворимости и низкой токсичности предпочтение отдается NaCl, CaCl₂ и MgSO₄ и аналогичным солям щелочных и щелочноземельных металлов, причем CaCl₂ особо предпочтителен. Содержание электролита выбирают из условия, чтобы композиция не образовала гель. Обычно гелеобразование эффективно предотвращают концентрации электролитной соли примерно от 0,05 до 2,0% мас., предпочтительно 0,1-1,5% мас., особо предпочтительно, 0,25-1,4% мас.

Предлагаемые композиции умягчителей тканей не содержат неорганической минеральной кислоты, а также органической кислоты, т.к. такие кислотные компоненты могут оказывать отрицательное влияние на реологические свойства и/или стабильность получаемой композиции.

Необязательные компоненты, обычно применяемые в композициях для умягчения тканей, могут добавляться в минимальных количествах, чтобы усилить либо проявление, либо осуществление рабочих характеристик жидких умягчающих композиций для тканей по настоящему изобретению. Типичные компоненты этого типа включают, но не ограничиваются ими, красители, например краски или пигменты, реологические модификаторы, цветозащищающие агенты, защитные средства от пятен, антисептики, гермициды и душистые вещества.

Конечный продукт, независимо от того, будет ли он в концентрированной или разбавленной форме, на стадии конечного потребления должен быть легкотекучим. Поэтому, обычно, вязкость конечного продукта (для свежеприготовленного образца) не должна превышать примерно 400 сП, предпочтительно, не должна превышать 300 сП, но также не должна быть слишком низкой, менее чем примерно 50 сП. Предпочтительная вязкость для концентрированного продукта по изобретению находится в диапазоне от 120 до 300 сП. Если особо не оговорено, вязкость измеряют при 25°С (22-26°С) цифровым вискозиметром Брукфилда RVTD с использованием шпинделя №2 при скорости вращения 50 об/мин.

Пример 1

Ниже описан способ получения композиций по изобретению (композиция D).

Компонент	% масс.
Метилсульфат сложного диэфира талловой кислоты триэтаноламмония	7,33
Глицеринмоностеарат	1,38
C 13-C15 спирт ЕО 20:1	0,6
Деквест 2000 (1)	0,1
Краситель	0,002
Хлорид кальция	0,05-0,5 (из условия вязкости)
Ароматизатор	0,2-0,8
Вода	остальное

(1) Фосфонатный связывающий компонент фирмы Monsanto Chemical Company.

Воду нагревают до 60°С и затем в горячей воде растворяют краситель, связывающее вещество Деквест и неионогенный эмульгатор для получения первой порции. Во втором сосуде плавят и смешивают мешалкой при 60°С сложный умягчитель и глицеринмоностеарат. Получаемую гомогенную смесь затем диспергируют при перемешивании с описанной выше первой порцией. Перемешивание осуществляют в течение примерно 10 мин до получения однородной эмульсии. Получающейся эмульсии позволяют охладиться до 25°С при перемешивании.

К охлажденной эмульсии при перемешивании добавляют ароматизатор. Добавлением хлорида кальция регулируют вязкость умягчителя в диапазоне от 100 до 200 сП.

Пример 2

Проводят следующие эксперименты по старению для иллюстрации влияния на стабильность продукта применения эмульгатора по изобретению в сравнении с использованием известных эмульгаторов на основе четвертичных аммониевых умягчителей.

Готовят три умягчающих композиции, как описано в Примере 1, на основе сложного диэфира жирной кислоты и четвертичного аммониевого основания и ГМС, обозначаемые композициями А, В и С.

Таблица 1
	Композиция А	Композиция В	Композиция С
Сложный диэфир жирной кислоты и четвертичного аммониевого основания	7,33	7,33	7,33
ГМС	1,38	1,38	1,38
Ароматизатор	0,2-0,8	0,2-0,8	0,2-0,8
Синпероник А20	0,60
С16-18 19ЕО		0,60
С12-15 3ЕО			0,60
Краситель	0,0018	0,0018	0,0018
Антисептик	0,2	0,2	0,2
Вода	до 100	до 100	до 100

Композиция А соответствует изобретению и содержит в качестве эмульгатора Синпероник А20; композиция В является сравнительной композицией, содержащей в качестве эмульгатора этоксилат C ₁₆-C₁₈ жирного спирта с 19 молями окиси этилена, имеющая HLB, равный 6,5. Композиция С является сравнительной композицией, которая содержит в качестве эмульгатора этоксилат C₁₂-C₁₃ жирного спирта с 3 молями окиси этилена и имеющая HLB, равный 1,81.

Готовят три композиции, как описано выше, и измеряют вязкость непосредственно после приготовления, 1 день спустя и через 6 недель при температурах 4°С; комнатной температуре; 35°С и 43°С. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2
Вязкость при старении для умягчающих композиций в зависимости от HLB эмульгатора
	Композиция А	Композиция В	Композиция С
HLB эмульгатора	8,25	6,5	1,81
После приготовления	84 сП	107 сП	>800
Через 1 день	116	164	>800
Через 6 недель
при 4°С	176	240	>800
при комнатной температуре	133	178	>800
при 35°С	165	248	>800
при 43°С	250	436	>800

Из таблицы 2 следует, что только композиция А по настоящему изобретению остается стабильной, ниже 300 сП, через 6 недель старения при 43°С. Композиции В и С непригодны из-за нестабильности.

Пример 3

Для иллюстрации влияния величины HLB эмульгатора на стабильность композиции сложный диэфир (компонент А) и ГМС, показанной в таблице 1 Примера 2, готовят шесть композиций, меняя только выбираемый конкретный эмульгатор. Старение проводят в течение 6 недель при температуре 35°С.

В таблице 3 ниже описаны эмульгаторы, используемые в каждой из шести композиций, для которых указываются значения HLB и достигаемая стабильность композиции на основании эксперимента по старению.

Таблица 3
Стабильность при старении для умягчающих композиций в зависимости от HLB (Девис)
Эмульгатор	HLB	Результаты старения
C13-C15 20EO	8,25	Удовлетворительная стабильность
C13 -C15 25EO	9,9	Удовлетворительная
C16-C18 30EO	9,7	Удовлетворительная
C16-C 18 15EO	4,7	Нестабильная вязкость
С10 EO 15:1	8,5	Удовлетворительная
C10 EO 5:1	4,2	Нестабильная вязкость