Звуковой способ интенсификации химических реакций - RU2232629C2

Чертежи

Описание

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к звуковым (например, ультразвуковым) способам приготовления суспензий однородных, неагломерированных частиц, а более конкретно к способам изготовления продукта химической реакции, то есть суспензии, дисперсии или эмульсии неагломерированных, однородных по форме частиц, с высокой производительностью, до 100 галлонов (0,4 м³) в минуту или выше. Когда химическая реакция осуществляется в присутствии звуковой энергии, в непосредственной близи от точки контакта (взаимодействия) реагентов в реакторе, то достигается глубокое перемешивание реагентов, что упрощает протекание более полной и однородной реакции, чем это происходит при использовании традиционных систем с лопастными смесителями.

2. ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Суспензии очень маленьких, твердых или жидких частиц требуются для многочисленных применений, включая изделия личной гигиены (например, шампуни, мыла и т.д.), чистящие средства, краски, покрытия, продукты питания, удобрения, резервуарные химические продукты и др. Обычно хорошо диспергированная суспензия или эмульсия однородных по размеру, неагломерированных частиц требуется из-за того, что такие суспензии обеспечивают большую однородную площадь поверхности, вследствие чего улучшаются характеристики этих продуктов. Соответственно, большие усилия делаются для развития методов приготовления хорошо диспергированных суспензий однородных по размеру, неагломерированных маленьких частиц, особенно таких, в которых размеры частиц находятся в диапазоне от менее микрона до нескольких микрон. Один из способов включает использование химических методов для регулирования размера частиц и/или формы частиц во время их образования в процессе химической реакции, применяемой для получения этих частиц. В другом способе для обеспечения требующегося размера или формы частиц используется физическое перемешивание частиц во время или после их получения в жидкой суспензии или эмульсии, или измельчение частиц, которые образовываются. В качестве альтернативы исследуются способы, представляющие собой комбинацию из вышеупомянутых способов.

Химические способы регулирования размера частиц и/или их формы обычно сосредотачиваются на манипулировании параметрами реакции осаждения, при которых образуются частицы. Например, для того чтобы подходящим образом использовалась смесь частиц, образующихся в реакции осаждения, для получения суспензии с конкретной формой частиц, имеющих распределение размера в диапазоне от примерно 0,5 до 30 микрон (микрометров или мкм) по размеру, используют добавки, такие как поверхностно-активные вещества.

Однако трудно получить суспензию с небольшими твердыми или жидкими частицами, имеющими “по существу однородный размер и форму”, используя только поверхностно-активные добавки. Выражение “по существу однородный размер”, как оно использовано здесь, предназначено для указания на то, что частицы, о которых идет речь, имеют размеры, которые не различаются по величине для отдельных частиц в продукте, состоящем из микрочастиц, более чем на двадцать процентов, предпочтительно не более чем на десять процентов. Выражение “по существу однородную форму”, как оно использовано здесь, предназначено для указания на то, что частицы, о которых идет речь, имеют по существу идентичную форму, т.е. форма частиц, которые находятся в пределах заданного распределения частиц, по существу идентична. Более конкретно, если частицы в распределении, называемом как “по существу однородные по форме”, по форме в большинстве гексагональны, тогда по меньшей мере 80%, предпочтительно по крайней мере 90% частиц в этом распределении будут иметь гексагональную форму.

Изменяя другие параметры реакции, например уменьшая температуру реакции осаждения, в комбинации с использованием поверхностно-активных добавок, возможно получать суспензии с твердыми частицами, имеющими размеры в диапазоне от 0,5 до 5 мкм. Однако этот диапазон распределения размера все еще больше, чем может потребоваться в других случаях. Следовательно, по-прежнему существует потребность в дисперсиях, суспензиях или эмульсиях, составляющих общую группу для продуктов, содержащих микрочастицы, имеющие распределение частиц, которое по существу однородно по размеру и форме. Настоящее изобретение дает одно решение, которое позволяет удовлетворить такую потребность.

До настоящего времени в усилиях по дополнительному уменьшению размера частиц без ухудшения конфигурации или формы частиц применялись различные методы перемешивания и/или измельчения. Обычно в традиционных технологиях перемешивания используют смесительные аппараты лопастного типа, такие как мешалка. Лопастная часть аппарата вращается с установленной скоростью для создания сил сдвига, которые физически (механически) уменьшают размер частиц. Однако, к сожалению, эти лопастные смесители создают ряд проблем при изготовлении суспензий с маленькими частицами, такими как биоциды. Например, лопастные смесители “вталкивают” воздух в реакционную среду, и поступающий воздух может вызывать нежелательное вспенивание или загустение суспензии. Смесители лопастного типа также обладают нежелательным эффектом создания неоднородного перемешивания в различных точках в пределах реакционной камеры. Предполагается, что это приводит к последствиям, которые могут быть связаны с тем фактом, что величина силы сдвига, создаваемая на кромке лопасти, больше, чем где-либо в других местах в реакционном резервуаре, таких как поверхность, дно или боковые стороны реакционного резервуара. Не говоря уже о том, что изменяющиеся силы сдвига, прикладываемые в различных точках в реакционном резервуаре, могут отрицательно повлиять на химию (процесс протекания химических реакций) образования частиц.

С точки зрения этих проблем и недостатков, трудно приготовить хорошо диспергированную суспензию с однородными по размеру и форме, неагломерированными частицами, используя подход лопастного перемешивания. Тем не менее, при получении твердых биоцидов широко используются лопастное перемешивание, измельчение и центрифугирование. Например, биоциды иодопропаргилбутилкарбамат (так называемый “IPBC” (ИПБК)) и пиритион обычно производятся, используя лопастное перемешивание или центрифугирование, а полученный продукт по размеру и форме обычно зависит от реагентов и параметров реакции, которые применялись. В прошлом изготовители биоцидов использовали измельчение для дополнительного уменьшения размера или изменения формы частиц относительно размера и формы, которые получались в результате самой реакции. Однако, к сожалению, измельчение имеет тенденцию оказывать отрицательное влияние на требующуюся однородность, формы частиц биоцидов, как обсуждается более подробно ниже.

Конкретные примеры полезных пиритионовых биоцидов включают соли пиритиона с поливалентными металлами (пиритион также известен как 1-гидрокси-2-пиридинтион; 2-пиридинтиол-1-оксид; 2-пиридинтион; 2-меркаптопиридин-N-оксид; пиридинтион; и пиридинтион-N-оксид). Эти пиритионы имеют успешное широкое применение как фунгициды и бактерициды в красках и средствах личной гигиены, таких как шампуни против перхоти. Соли пиритиона с поливалентными металлами являются твердыми веществами, которые лишь умеренно растворимы в воде и включают пиритион магния, пиритион бария, пиритион висмута, пиритион стронция, пиритион меди, пиритион цинка, пиритион кадмия, пиритион циркония. Наиболее широко используемые двухвалентные соли пиритиона - это пиритион цинка и пиритион меди. Пиритион цинка и пиритион меди полезны в качестве антимикробных добавок, действующих против грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибков и дрожжей. Пиритион цинка используется в качестве “антиперхотного” (против перхоти) компонента в шампунях, а технические суспензии пиритиона цинка и/или пиритиона меди используется в качестве консервантов в красках и полимерах. Синтез поливалентных солей пиритиона описан в патенте США № 2809971 Бернстейна и др. Другие патенты, раскрывающие подобные соединения и способы их изготовления, включают патенты США № 2786847; 3589999; 3590035 и 3773770.

Ограничения по размеру частиц соли пиритиона, которые имеются при их производстве с помощью традиционной технологии лопастного перемешивания, демонстрируют недостатки использования такого технологического процесса. Для иллюстрации известные способы получения нерастворимых поливалентных солей пиритиона обычно приводят к образованию твердых частиц, имеющих средний размер больше, чем один микрометр (мкм). Однако, как обсуждалось выше, часто требуются более мелкие частицы солей пиритиона (т.е. меньше, чем один микрон по размеру), поскольку они более легко образуют суспензии и обеспечивают большую площадь поверхности для усиления биоцидной активности. Кроме того, более мелкие частицы, особенно в низком субмикронном диапазоне (например, ниже примерно 0,1 или 0,2 мкм), могут быть прозрачными для света и, следовательно, они могли бы обеспечить возможность изготовления “светлых” продуктов, таких как светлые шампуни и мыла, которые популярны сегодня на товарном рынке.

Более мелкие частицы солей пиритиона обычно возникают при выполнении отдельного этапа механической обработки (например, измельчение или дробление) больших по размеру частиц или кристаллов, которые изготавливаются с помощью традиционных способов. Например, Европейская патентная заявка № 70046 описывает приготовление пиритиона цинка с использованием органических растворителей. Этот процесс приводит к получению больших кристаллов пиритиона цинка, которые легко выделяются путем фильтрования. Для размельчения больших кристаллов и получения частиц пиритиона цинка меньшего размера используется отдельный дополнительный этап измельчения. Патент США № 4670430 описывает способ получения частиц пиритиона цинка со средним размером примерно 0,2 мкм путем измельчения более крупных по размеру частиц пиритиона цинка.

В качестве альтернативы измельчению для дробления больших твердых или жидких частиц на более мелкие частицы используется звуковой метод. Однако на сегодняшний день, насколько известно авторам настоящего изобретения, этот метод не используется для усиления (интенсификации) протекания химических реакций в промышленных масштабах по разнообразным причинам, таким как, например, обсуждаемые ниже проблемы, связанные с увеличением масштаба производства. Тем не менее, в выходящих в последнее время технических журналах приводятся данные о лабораторном масштабе изготовления продукта, предполагая, что звуковое воздействие дает обнадеживающие результаты для получения высокого выхода продукта при проведении химических реакций при умеренных условиях протекания реакции и за короткое время реакции. Легкость протекания химических реакций при использовании: звукового воздействия в промышленности могла бы обеспечить главное достоинство промышленного производства, как, например, при производстве биоцидов, таких как пиритион цинка или ИПБК, в смысле увеличения производительности и в смысле уменьшения порчи продукта при использовании умеренных условий обработки.

Классические применения звукового воздействия для промышленных целей включают “физическую” обработку, такую как очистка, сверление, ускорение эмульсификации, пайку, звуковое детектирование, медицинскую терапию и сварку. Ультразвуковые волны также используются на промышленной основе для анализа и оценки физических и химических свойств материалов, таких как плотность, пористость, вязкость и химический состав.

Другая область техники, обратившая в последнее время на себя внимание, называемая “звукохимия”, это область, в которой ультразвук прикладывается опосредованно при проведении реакций органического синтеза в лабораторных масштабах, как указано в монографии Жан-Луи Луча “Синтетическая органическая звукохимия” (Jean-Louis Luche “Synthetic Organic Sonochemistry”, Plenum Publishing Corporation, 1998). Однако вызов брошен в попытках масштабировать такие лабораторные звукохимические методы, как описано на странице 326 книги Луча, где он утверждает, что “начальные шаги для успешного промышленного внедрения звукохимического метода - это геометрические проблемы (конструкция реактора), связанные с отображением и измерениями раствора”. В подобном ключе в технической журнальной статье Фрерича Дж.Кейна и Саша Даенке, опубликованной в Венгерском журнале промышленной химии (Frerich L.Keil, Sascha Daehnke. Hungarian Journal of Industrial Chemistry, vol.25, № 1, p. 71-80, 1997), указывают на получение масштабируемого выхода на основе расчетов по распределению плотности энергии и кавитации пузырьков в реакторе. В аспекте этих проблем и масштабируемого выхода, насколько известно авторам настоящего изобретения, технология звукохимии не применялась для полностью промышленных целей, изложенных выше.

Ввиду вышеизложенного ясно, что имеется потребность в индустрии, использующей технологию звукохимии, которая до настоящего времени не удовлетворяла производителей, для промышленного использования способа быстрого приготовления суспензии, дисперсии или эмульсии неагломерированных частиц требующегося размера и формы. В идеале такой способ должен производить частицы по существу однородного размера и формы при умеренных условиях протекания реакции и при исключении жестких сдвиговых воздействий, связанных с применением лопастных смесителей или измельчающих машин. Настоящее изобретение предлагает одно решение для удовлетворения этой потребности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По первому аспекту изобретение направлено на усовершенствованный способ изготовления суспензии, эмульсии или дисперсии неагломерированных твердых или жидких частиц, включающий этап образования частиц путем проведения химической реакции между по меньшей мере двумя реагентами в жидкой среде в присутствии звуковой энергии, в котором усовершенствование заключается во вводе упомянутой звуковой энергии в жидкую среду в точке контакта реагентов друг с другом, тем самым вызывая глубокое перемешивание реагентов и связанное с этим быстрое завершение реакции, для получения требующегося продукта при сведении к минимуму или уменьшении риска образования нежелательного побочного продукта, причем упомянутый требующийся продукт получается в виде упомянутой суспензии, эмульсии или дисперсии неагломерированных частиц, имеющих по существу однородный размер и форму.

В другом аспекте настоящее изобретение касается непрерывного способа изготовления суспензии, эмульсии или дисперсии неагломерированных твердых или жидких частиц в промышленном масштабе, упомянутый способ включает непрерывное образование частиц путем осуществления реакции трансхелатообразования, по меньшей мере, двух реагентов путем введения в контакт упомянутых реагентов в точке контакта и введения звуковой энергии в упомянутой точке контакта для того, чтобы вызвать глубокое перемешивание и облегчить быстрое хелатообразование в упомянутой точке контакта, благодаря чему получается требующийся продукт, а получение побочного продукта сводится к минимуму или уменьшается, при этом упомянутый требующийся продукт получается в виде упомянутой суспензии, эмульсии или дисперсии неагломерированных частиц, образующихся в результате упомянутого трансхелатообразования.

В другом аспекте изобретение направлено на способ изготовления суспензии неагломерированных частиц соли пиритиона путем образования частиц соли пиритиона в жидкой среде путем реакции трансхелатообразования, по меньшей мере двух реагентов, в котором во время этапа образования частиц в жидкую среду вводят звуковую энергию в точке контакта упомянутых реагентов, для получения суспензии неагломерированных частиц соли пиритиона.

В еще одном аспекте изобретение направлено на способ изготовления суспензии неагломерированных частиц солей пиритиона, включающий этап осуществления взаимодействия пиритиона или растворимой в воде соли пиритиона и растворимой в воде соли поливалентного металла в водной среде и в присутствии диспергирующей добавки для получения частиц солей пиритиона, в котором во время упомянутого этапа осуществления взаимодействия в упомянутую водную среду вводят звуковую энергию для получения упомянутой суспензии неагломерированных частиц соли пиритиона, причем упомянутые неагломерированные частицы соли пиритиона имеют средний размер от примерно 0,01 до примерно 50 микрон. “Диспергирующие добавки” - это диспергатор или другой агент (например, загущающий агент, такой как карбоксиметилцеллюлоза, так называемый “CMC” (КМЦ)), который упрощает образование требующейся стабильной суспензии твердых или жидких частиц в водной среде.

Эти и другие аспекты станут понятными после прочтения нижеприведенного подробного описания изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет понятно более полно из последующего подробного описания в сочетании с чертежами, на которых:

фиг.1 - изображение с вырезом конструкции реактора одного из вариантов выполнения для непрерывного способа, предложенного в изобретении;

фиг.2 - фотография структуры при увеличении Х10000 частиц пиритиона цинка гексагональной формы, имеющих острые края и полученных в соответствии со способом, предложенным в настоящем изобретении;

фиг.3 - фотография структуры при увеличении Х10000 частиц пиритиона цинка неправильной формы, имеющих неровные края, полученных при использовании традиционной технологии с лопастным перемешиванием;

фиг.4 - перспективное изображение одного из вариантов выполнения конструкции реактора для осуществления непрерывного процесса согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Неожиданно обнаружено, что в соответствии с настоящим изобретением предлагается решение давно стоящей проблемы, состоящей в том, как получить хорошо диспергированную суспензию, дисперсию или эмульсию с однородными по размеру и форме неагломерированными твердыми или жидкими частицами без применения последующей агрессивной, разрушающей частицы обработки, такой как измельчение. Авторы настоящего изобретения решили эту проблему, используя этап звукового воздействия вместо традиционных этапов перемешивания и/или измельчения в известных из уровня техники способах получения частиц. Предложенный в настоящем изобретении способ также может быть использован как общий метод для быстрого образования кристаллов или небольших твердых или жидких частиц любого состава из одного или более реагентов. Предложенный в изобретении способ может быть осуществлен на практике в периодическом режиме (отдельных порционных загрузок) или в непрерывном режиме. Предложенный в изобретении способ при осуществлении его на практике в непрерывном режиме может дать более высокую производительность, чем традиционные загрузочные технологические процессы. Другими словами, настоящее изобретение предлагает более дешевый способ для получения большего количества частиц, который может быть осуществлен за более короткое время, по сравнению с известными из уровня техники загрузочными (с периодической загрузкой) технологическими процессами. Высокая производительность предложенного в изобретении способа при использовании его на промышленной установке позволяет увеличить эффективность, понизить стоимость и увеличить производство благодаря непрерывности технологического процесса.

Несмотря на то, что изобретение подходит для применения любых звуковых волн для осуществления требующегося звукового воздействия, особенно благоприятна энергия в ультразвуковом спектре. В альтернативном варианте, подходящим для применения является спектральный диапазон радиоволн, для обеспечения требующейся энергии, чтобы облегчить получение глубокого перемешивания в точке контакта (взаимодействия) реагентов.

Несмотря на то, что изобретение является подходящим для применения в производстве жидких дисперсий твердых биоцидов, оно подходит и для использования в различных других приложениях, таких как, например, эмульсионная полимеризация.

В одном из вариантов осуществления изобретения однородная суспензия неагломерированных частиц - это суспензия частиц солей пиритиона, которая особенно полезна в средствах личной гигиены, таких как мыла, шампуни и др.; красках; покрытиях; удобрениях; резервуарных химикатах или других применениях, где требуется однородная совокупность небольших частиц или кристаллов. Частицы соли пиритиона, изготовленные способом согласно изобретению, пригодны в качестве реагентов против перхоти в шампунях из-за однородного характера смеси, достигаемого с помощью звукового воздействия, и хорошей диспергированности частиц, получаемой с помощью предложенного в изобретении способа.

Термин “звуковая энергия” авторами настоящего изобретения трактуется широко и охватывает звуковые волны в аудиозвуковом спектре, инфразвуковом спектре и ультразвуковом спектре, предпочтительно в частотном диапазоне от 20 900000 Гц (900 кГц), 250,000 Гц (250 кГц) с уровнем мощности в диапазоне от примерно 20 до примерно 5000 Вт, более предпочтительно от 100 до 1000 Вт, наиболее предпочтительно от 250 до 750 Вт, а уровни децибел (дБ) от примерно 10 дБ до примерно 180 дБ, предпочтительно от 50 до 100 дБ, наиболее предпочтительно от 65 до 85 дБ. Термин “звуковое воздействие” используется здесь в смысле прикладывания (ввода) звуковой энергии.

Используемое здесь выражение “растворимые в воде соли пиритиона” или “растворимые в воде пиритионовые соли” обозначает те соли пиритиона, в которых атом водорода тиоловой группы замещен на одновалентный катион. Выражение “растворимая в воде соль поливалентного металла” относится к таким растворимым в воде солям, в которых катион имеет заряд +2 или больше. Выражение “частицы солей пиритиона” или “частицы пиритионовой соли”, в том смысле, как оно используется здесь, относится к солям пиритиона, которые образуют осадки и по существу являются нерастворимыми или плохо растворимыми в окружающей среде. Термин “поверхностно-активный”, в том смысле, как он используется здесь, относится к соединению, которое способствует однородному разделению чрезвычайно мелких твердых частиц (т.е. коллоидных по размеру и форме) и разделению их в максимальной степени.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, предложенного в настоящем изобретении, частицы в носителе подвергаются воздействию звуковой энергии для получения однородной, неагломерированной суспензии отдельных частиц.

Частицы согласно изобретению могут быть из любого промышленного источника. В альтернативном варианте частицы могут быть получены in situ, как описано более подробно ниже. К подходящим частицам относятся биоциды, такие как пиритион магния, пиритион бария, пиритион висмута, пиритион стронция, пиритион меди, пиритион цинка, пиритион кадмия, пиритион железа (II), пиритион олова, пиритион никеля, пиритион кобальта, пиритион марганца, пиритион циркония и их комбинации. Другие органические соли, такие как сульфаты калия и гипохлориты кальция также могут быть приготовлены в соответствии со способом, предложенным в настоящем изобретении.

Обычно частицы пиритионовой соли получаются в виде осадка в реакции пиритиона или растворимой в воде соли пиритиона с растворимой в воде солью выбранного поливалентного металла в присутствии поверхностно-активного агента. В реакции может быть использован пиритион в его кислотной форме или растворимая в воде соль пиритиона. Пригодные растворимые в воде соли пиритиона предпочтительна включают ион аммония или ион щелочного металла, такого как натрий. Соответственно, примерные растворимые в воде соли пиритиона включают пиритион натрия, пиритион калия, пиритион лития, пиритион аммония и их комбинации. Наиболее предпочтительная растворимая в воде соль пиритиона, пригодная для настоящего изобретения, - это соль с натрием (т.е. пиритион натрия).

Количество пиритиона или растворимой в воде соли пиритиона может изменяться в широком диапазоне и установление подходящего количества - это вопрос, который находится в рамках возможностей среднего специалиста-практика, количество определяется на основе стехиометрии реакции и требующегося количества частиц, которое должно быть получено. Предпочтительное количество пиритиона или растворимой в воде соли пиритиона составляет от примерно 1 мас.% до примерно 40 мас.%, более предпочтительно от примерно 5 мас.% до примерно 25 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 12 мас.% до примерно 15 мас.%, все проценты указаны от общей массы реакционной смеси.

Примерные растворимые в воде соли поливалентных металлов, подходящие для использования в соответствии с предложенным в изобретении способом, включают, например, соли цинка, соли олова, соли кадмия, соли меди, соли циркония, соли магния, соли алюминия и др. Также могут использоваться комбинации этих солей. Подходящие противоположные по знаку ионы для этих металлов включают нитраты, ацетаты, сульфаты, галогениды или их комбинации. Предпочтительные растворимые в воде соли поливалентных металлов включают хлорид цинка (ZnCl₂), хлорид меди (CuCl₂), ацетат цинка (Zn(О₂ССН₃)₂ и сульфат цинка (ZnSO₄).

Количество растворимой в воде соли поливалентного металла может изменяться в зависимости от количества растворимой в воде соли пиритиона, но предпочтительно это количество находится в диапазоне от примерно 1 до примерно 70 мас.%, более предпочтительно от примерно 5 до примерно 30 мас.% и наиболее предпочтительно от 15 до 20 мас.%, все проценты указаны от общей массы реакционной смеси. Молярное отношение пиритиона или растворимой в воде соли пиритиона к растворимой в воде соли поливалентного металла находится в диапазоне от одного моля соли металла до примерно двух молей растворимой в виде соли пиритиона. Небольшой стехиометрический избыток (например, от 0,5 до 1 молярного процента растворимой в воде соли поливалентного металла по массе над пиритионом или растворимой в воде соли пиритиона) помогает гарантировать полное осуществление реакции, как это требуется.

Подходящая среда для реакции включает водную среду, такую как вода или вода в комбинации с одним или несколькими органическими растворителями. Подходящие органические растворители включают спирты, такие как метаноловый, этаноловый, амины, такие как диэтаноламин, простой эфир, сложный эфир и др. В реакционную смесь также могут быть добавлены дополнительные составляющие, такие как натрий мета-бисульфит. Водный раствор может содержать нафталинсульфионовые кислоты.

Особенно подходящий диспергирующий агент согласно способу изобретения нафталин сульфоновая кислота или ее соль - “DARVAN 1” (натрий нафталин сульфоновая кислота формальдегид, продукт R.T.Vanderbilt Co. Inc.). Аналогичные диспергирующие агенты представляют собой промышленно выпускаемые под торговыми марками “DEMOL N” (натриевая соль нафталинсульфоновой кислоты, продукт Као Chemicals), “DAXAD 11” (натриевая соль полимеризованных алкилнафталинсульфоновых кислот, продукт W.R. Grace & Co.), и “TAMOL N” (натриевая соль конденсированной нафталинсульфоновой кислоты, продукт Rohn and Haas Co.).

В способе настоящего изобретения диспергирующий агент может применяться один или в комбинации с поверхностно-активным агентом. Подходящими поверхностно-активными агентами являются соответствующим образом выбранные соединения из классов поверхностно-активных веществ, известных как неионные, анионные, катионные и амфотерные (последние также обычно называются “цвиттерионными”). Поверхностно-активные агенты применяются соответствующим образом, отдельно или в комбинации с двумя, тремя или даже четырьмя или более поверхностно-активными агентами, выбранными из четырех вышеупомянутых классов.

Подходящие неионные поверхностно-активные агенты включают алкоксилаты линейных спиртов, такие как этоксилаты линейных спиртов, этиоксилированные/пропоксилированные блоксополимеры, этиоксилированные/пропоксилированные жирные спирты и полиоксиэтиленцетил эфиры и др. Подходящие алкоксилаты линейных спиртов промышленно выпускаются, например, под зарегистрированной торговой маркой POLY-TERGENT SL-42, продукт Olin Corporation. Если требуется, то этот алкоксилат спирта - это соответствующим образом блокированный на конце алкоксилат спирта с более низкой алкильной группой, и такой продукт промышленно выпускается как POLY-TERGENT SLF-18, алкоксилат пропиленового оксид-блокированного линейного спирта, который также является продуктом Olin Corporation, и эти блокированные на конце алкоксилаты линейных спиртов во время использования чрезвычайно слабо вспениваются.

Также подходящими для использования в соответствии с настоящим изобретением являются поверхностно-активные агенты из группы промышленно выпускаемых поверхностно-активных веществ в сериях POLY-TERGENT SLF-18B, которые являются поверхностно-активными веществами, характеризующимися повышенной склонностью к вредному воздействию микроорганизмов (также продукты Olin Corporation), причем представляют собой алкоксилаты алкен оксид-блокированных линейных спиртов, содержащие в своей основе части с оксидом этилена, и подходят также содержащие в своей основе части с оксидом пропилена, как описано, например, в патентах США № 4925587 и 4898621.

Другие подходящие неионные поверхностно-активные агенты включают промышленно выпускаемое вещество NEODOL 91-6 - зарегистрированный товарный знак поверхностно-активного вещества, производимого фирмой Shell Chemical. Это поверхностно-активное вещество представляет собой детергентную смесь из этоксилатов линейных первичных спиртов с С₉-С₁₁, имеющую в среднем шесть молей оксида этилена на один моль спирта. Другие подходящие неионные поверхностно-активные агенты включают вещества, содержащие линейные углеродные цепочки С₉-С₁₁ и пять или шесть групп оксида этилена или оксида пропилена на одну молекулу.

Подходящие анионные поверхностно-активные агенты включают алкилдифенилэфирдисульфонаты, алкилфенилэтоксилированные фосфат эфиры, карбоксилированные алкоксилаты линейных спиртов, линейную алкилбензолсульфоновую кислоту, диизобутилсульфосукцинат и алкилсульфонаты. Подходящие анионные поверхностно-активные агенты также включают алкилированные дифенилоксидсульфонаты, а способы их приготовления хорошо известны, как это показано в описаниях патентов США № 3264242; 3634272 и 3945437. В промышленных способах приготовления алкилированных дифенилоксидсульфонатов обычно не получают разновидности (виды), которые являются моноалкилированными, моносульфонированными, диалкилированными или дисульфонированными. Промышленно выпускаемые разновидности обычно представляют собой преимущественно (более чем на 90 процентов) дисульфонированные и являющиеся смесью моно- и диалкилированных с процентом диалкилирования примерно от 15 до примерно 25 процентов, и процентом моноалкилирования от примерно 75 до 85 процентов. Наиболее типично, промышленно выпускаемые разновидности являются примерно на 80 процентов моноалкилированными и 20 процентов диалкилированными.

Два иллюстрированных, промышленно выпускаемых раствора, содержащих алкилированные дифенилоксидсульфонатные поверхностно-активные вещества - это поверхностно-активные вещества DOWFAX 8390 и DOWFAX 8390A, продукты The Dow Chemical Company. В каждом из них алкильная группа преимущественно представляет собой гексадецильную C₁₆ группу. Эти продукты соответствующим образом используются в растворе, полностью или частично нейтрализованном гидроксидом аммония, если требуется.

Благоприятные анионные поверхностно-активные агенты также получают путем осуществления реакции вышеописанных алкилированных дифенилоксидсульфонатов с соединениями пиперазина, для получения молярного отношения сульфонатного соединения к соединению пиперазина между примерно 10:1 и примерно 1:10, предпочтительно между примерно 2:1 и примерно 1:2. Несмотря на то, что любое соединение пиперазина может быть использовано для такой реакции, предпочтительные соединения включают соединения, выбранные из группы, состоящей из 1,2-аминэтилпиперазин, 1,4-пиперазиндиэтансульфоновая кислота, безводный пиперазин, гидратированный пиперазин и их комбинации.

Другие подходящие анионные соединения - алкоксилаты поликарбоксилированных спиртов, предпочтительно выбранные из кислот или органических или неорганических солей: алкоксилаты поликарбоксилированных линейных спиртов, алкоксилаты поликарбоксилированных разветвленных спиртов, алкоксилаты поликарбоксилированных циклических спиртов и их комбинации. Эти алкоксилаты поликарбоксилированных спиртов обычно содержат по меньшей мере два радикала янтарной кислоты на одну молекулу. Предпочтительные алкоксилаты поликарбоксилированных спиртов - это соединения, имеющие основу, содержащую блоки поли(пропилен оксид) и поли(этилен оксид) и такие предпочтительные алкоксилаты поликарбоксилированных спиртов являются легко доступными, например, в виде POLY-TERGENT CS-1, торговый знак поверхностно-активного вещества, выпускаемого Olin Corporation. Если требуется, то по меньшей мере часть кислотных групп в поликарбоксилированном спирт алкоксилате нейтрализуется основанием для получения соответствующей соли. Подходящие основания включают гидроксиды щелочных металлов, гидроксиды щелочноземельных металлов и неметаллические гидроксиды, включающие гидроксид калия, гидроксид аммония, гидроксид кальция, гидроксид магния, аммиак, моно-, ди- и триэтанол амины и их комбинации. Гидроксид натрия предпочтителен и, хотя гидроксид калия может быть использован, он не является предпочтительным. Органическое или неорганическое основание предпочтительно применяется, по меньшей мере, в эквимолярном количестве относительно числа молей используемого поликарбоксилированного спирт алкоксилата. Поликарбоксилированный спирт может также содержать поликарбоксильную кислоту, например полиакриловую кислоту, наряду с алкоксилатом исходного спирта и сложными эфирами этого алкоксилата поликарбоксильной кислоты.

Несмотря на то, что отдельные катионные и амфотерные поверхностно-активные вещества приемлемы для использования в технологическом процессе, предложенном в настоящем изобретении, они также могут быть использованы в комбинации, по меньшей мере, с одним поверхностно-активным веществом из других классов. Иллюстративные катионные поверхностно-активные агенты включают поверхностно-активные вещества, содержащие алкилтриаммоний галогенид, нелинейный алкилдиметил галогенид и алкилдиметилбензил аммоний галогенид. Иллюстративные амфотерные поверхностно-активные агенты включают производные полигликоль эфира, производные этоксилатоксазолина, лаурамидопропилбетаин и лецитин.

Подходящие смеси для использования в способе согласно настоящему изобретению могут быть основаны на различных комбинациях вышеописанных поверхностно-активных веществ. Такие смеси могут быть любой комбинацией из двух или более поверхностно-активных агентов, находящихся между или входящих в вышеописанные четыре широких класса поверхностно-активных веществ. Комбинации могут включать смеси: анионного с анионным, анионного с неионным, анионного с катионным, анионного с амфотерным, катионного с катионным, катионного с амфотерным, неионного с неионным, неионного с амфотерным и амфотерного с амфотерным поверхностно-активным веществом. Аналогичным образом, могут быть трехкомпонентные и четырехкомпонентные смеси поверхностно-активных веществ, составленные путем выбора трех или четырех поверхностно-активных веществ, соответственно, из входящих в вышеописанные классы или наряду с ними.

Подходят для применения любое отдельное поверхностно-активное вещество или комбинация двух, трех или четырех поверхностно-активных веществ из следующего иллюстративного перечня:

(а) неионные, включающие алкоксилированные линейные спирты (такие как поверхностно-активное вещество POLY-TERGENT SLF-18, продукт Olin Corporation), этоксилаты линейных спиртов (такие как поверхностно-активное вещество NEODOL 91-8, продукт Shell Corporation), этоксилированный линейный алкилбензол (такой как поверхностно-активное вещество TRITON Х-100, продукт Union Carbide Corporation) и блоксополимеры ЕО/РО (ОЭ/ОП)(такие как поверхностно-активное вещество POLY-TERGENT E-17A, продукт Olin Corporation);

(b) анионные, включающие алкилдифенил эфир дисульфонаты (такие как поверхностно-активное вещество POLY-TERGENT 2А1, продукт Olin Corporation), сложные эфиры алкилфенилэтоксилированного фосфата (такие как поверхностно-активное вещество Wayfos М-60, продукт Olin Corporation), алкоксилаты карбоксилированного линейного спирта (такие как поверхностно-активное вещество POLY-TERGENT CS-1, продукт Olin Corporation), линейная алкилбензолсульфоновая кислота (такая как поверхностно-активное вещество BIOSOFT S-130, продукт Stepan Company), альфа-олефин сульфонаты (такие как поверхностно-активное вещество BIO TERG AS-40, продукт Stepan Company), диалкилсульфосукцинаты (такие как поверхностно-активное вещество SC-75, продукт Arol Chemical Company) и алкилсульфаты (такие как поверхностно-активное вещество STEPANOL SLS, продукт Stepan Company);

(c) катионные, включающие алкилтриаммоний галогениды (такие как поверхностно-активное вещество СТАВ, продукт VWR Scientific Inc.), полиоксиэтиленкокоамин (такое как поверхностно-активное вещество MAZEEN, продукт PPG Industries), первичные алкил амины (такие как поверхностно-активное вещество ARMEEN, продукт Akzo Chemical Co.), дикокодиметиламмоний галогенид (такой как поверхностно-активное вещество JET QUAT, продукт Jetco Chemical Inc.), диизодецилдиметиламмоний галогениды (такие как поверхностно-активное вещество AMMONYX K9, продукт Stepan Company) и диэтиламинэтилстеарат (такой как поверхностно-активное вещество CERA-SYNT 303, продукт ISP Van Dyke); и

(d) амфотерные, включающие производные полигликоль эфира (такие как поверхностно-активное вещество ALBEGAL А, продукт Ciba-Geigy), производные этоксилированного оксазолина (такие как поверхностно-активное вещество ALKATERG Т-IV, продукт Angus Chemicals), лаурамидпропилбетаин (такой как поверхностно-активное вещество LEXAINE С, продукт Inolex Chemicals), лецитин (такой как поверхностно-активное вещество CANASPERSE, продукт Can Amoral), динатрийкокоамфодиацетат (такое как поверхностно-активное вещество MONATERICS, продукт Mona Industries), комплексная соль жирного амина (такая как поверхностно-активное вещество MAFO 13, продукт PPG Industries) и кокоаминоксид (такой как поверхностно-активное вещество MACKAMINE СО, продукт McIntyre Group Ltd.).

Диспергирующий агент или комбинация диспергирующий агент/поверхностно-активный агент предпочтительно применяется всего в количестве между примерно 0,05 и 10 мас.%, более предпочтительно между примерно 0,1 и 5 мас.%, наиболее предпочтительно между примерно 0,5 и примерно 1,5 мас.%, относительно общей массы реакционной смеси.

Температура реакции может быть любой температурой, которая позволяет получить осадок из частиц соли пиритиона. Предпочтительные температуры для реакции в диапазоне между примерно -10 и примерно 100°С, а более предпочтительно между примерно 25°С и примерно 95°С. Особенно подходящая рабочая температура примерно 60-70°С.

При периодическом (порционная загрузка) приготовлении частицы реагента соединяются медленно, предпочтительно более 30-240 минут, более предпочтительно от примерно 35 до примерно 120 минут, а наиболее предпочтительно от примерно 40 до примерно 90 минут.

Во время реакции звуковая энергия подводится к реакционной смеси для образования суспензии неагломерированных частиц, имеющей высокую однородность. Звуковая энергия предпочтительно имеет частоту от примерно 20 Гц до примерно 250000 Гц (250 кГц), более предпочтительно от примерно 5 кГц до примерно 105 кГц, а наиболее предпочтительно от примерно 16 кГц до примерно 20 кГц. Также могут использоваться комбинации частот в зависимости от конфигурации конкретного устройства для звукового воздействия. Уровень энергии, который получается в результате ввода звуковой энергии в реакционную смесь, предпочтительно в диапазоне от примерно 20 до примерно 5000 Вт, более предпочтительно от примерно 100 до примерно 1000 Вт, а наиболее предпочтительно от примерно 400 до примерно 600 Вт. Пример подходящего устройства для звукового воздействия, которое подходит для способа, предложенного в изобретении, - это акустический процессор Nearfield NAP Model 3606 (промышленно выпускаемый Advanced Sonic Proccessing Systems, Woodbury, CT), хотя применяться в предложенном в изобретении способе могут любые устройства для звукового воздействия.

Заметим, что уровни звука, которые могли бы быть получены при использовании обсуждаемых выше уровней звуковой энергии, могут превышать 100 децибел (дБ) и потенциально достигать уровней до 140 дБ. Для того, чтобы исключить травмирование слухового аппарата, должны приниматься надлежащие меры безопасности и применяться технологии по ослаблению звука, когда уровни децибел превышают 80 дБ.

Предпочтительно, в периодическом технологическом процессе звуковая энергия вводится в реакционную смесь через локальный электрод (зонд), который размещен в непосредственном контакте с реагентами. Другие методы ввода звуковой энергии также возможны, как например, с помощью трубки, которая переносит звуковую энергию в реакционный резервуар, или с помощью камеры, установленной в ряд с преобразователями звуковой энергии. Последний способ особенно подходит при непрерывном изготовлении частиц, как это описано ниже более подробно.

Частицы солей пиритиона, полученные в соответствии со способом, предложенным в изобретении, предпочтительно имеют размер в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 50 микрон, более предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 15 микрон, а наиболее предпочтительно от примерно 0,1 до 5 микрон.

Суспензии неагломерированных частиц, изготовленные в соответствии со способом, предложенным в изобретении, могут быть получены в режиме отдельной порции или в непрерывном режиме. Как описано ниже более подробно, периодический (с отдельными порциями) технологический процесс обычно включает размещение всех реагентов в реакционном резервуаре и подвод звуковой энергии к содержимому реакционного резервуара. В альтернативном варианте периодический процесс может включать размещение в резервуаре всех кроме одного из реагентов и медленное добавление одного оставшегося реагента, когда в реакционную смесь вводится звуковая энергия.

В альтернативном варианте способ согласно изобретению может быть осуществлен на практике в “непрерывном проточном” режиме, как показано на фиг.1, для быстрого и непрерывного образования однородной, хорошо диспергированной суспензии частиц.

Как показано на фиг.1, при осуществлении способа согласно изобретению в “непрерывном проточном” режиме используется проточный реактор 10 непрерывного действия для осуществления химических реакций между реагентами, который включает реакционную камеру 12, которая предназначена для непрерывного перемешивания реагентов. Первый и второй входные трубопроводы 14, 16 предназначены для ввода первого и второго реагентов в реакционную камеру 12, а коллекторный трубопровод 18 собирает продукт, полученный в результате непрерывно протекающей реакции. В одном варианте первый трубопровод 14 для ввода реагентов может переносить водный раствор пиритиона натрия и поверхностно-активный реагент, а второй трубопровод 16 ввода реагентов может переносить водный раствор сульфата цинка или хлорида цинка.

Реактор имеет узлы 20 и 22 преобразователей звуковой энергии, расположенные с противоположных сторон реакционной камеры 12. Узлы 20 и 22 преобразователей имеют соответствующие кожухи 24 и 26, содержащие первый и второй преобразователи 28 и 30 звуковой энергии, из которых показаны 28А-28С и 30А-30С, соответственно. Преобразователи звуковой энергии расположены парами (например, 28А и 30А, 28В и 30В, и 28С и 30С). Первый и второй преобразователи звуковой энергии расположены так, чтобы направлять, по меньшей мере, в соответствующие входные потоки первого и второго реагентов, которые вошли в контакт друг с другом, звуковую энергию в эффективном количестве. Каждый преобразователь 28 подводит энергию к первой стенке или стороне 32 реакционной камеры 12, а расположенный непосредственно напротив соответствующий преобразователь 30 подводит энергию ко второй стенке 34.

В проиллюстрированном варианте первый входной трубопровод 14 входит в конец реакционной камеры 12, находящейся “вверху по потоку”, вдоль стороны 32. Второй входной трубопровод 16 входит “вниз по потоку” первого входного трубопровода 14, вдоль стенки 36, расположенной поперек стенок 32 и 34. Впуск из трубопровода 16 ввода реагентов в реакционную камеру 12 расположен так, чтобы вводить раствор из трубопровода 16 в раствор из трубопровода 14 в месте, находящемся вблизи первой пары преобразователей (28А и 30А). По мере того, как соединенные реагенты протекают через реакционную камеру 12, вводится звуковая энергия с помощью преобразователей 28 и 30 звуковой энергии, и выполнены они так, чтобы воздействовать звуковой энергией почти по всей длине реакционной камеры 12, когда реагенты движутся через реакционную камеру 12 в направлении коллекторного трубопровода 18. Дополнительно может быть установлено множество входных трубопроводов 16, имеющих впуски в реакционную камеру 12 в многочисленных местах вдоль ее длины. Кроме того, такие входные трубопроводы 16 могут быть расположены на стороне (не показано), противоположной стороне 36 или вдоль сторон 32 и 34. Вдоль длины реакционной камеры 12 могут также быть размещены дополнительные аппараты, такие как теплообменник (не показан) для поддержания надлежащей температуры во время реакции.

Два потока реагентов, содержащихся в трубопроводах 14 и 16 ввода реагентов, сходятся на одном конце группы пар преобразователей, и получаются твердые осажденные частицы. По мере того, как реагенты сходятся, то предпочтительно в точке контакта реагентов в реакционную смесь вводится звуковая энергия от преобразователей звуковой энергии. Без желания привязаться к какой-либо конкретной теории полагаем, что звуковая энергия, которая вводится в точке контакта (взаимодействия) реагентов друг с другом, вызывает глубокое перемешивание реагентов за короткий период времени и увеличивает вероятности того, что реакция будет протекать быстро до требующегося полного завершения. Предпочтительно, чтобы преобразователи звуковой энергии в двух узлах 20, 22 испускали звуковую энергию на различных частотах, например 16 и 20 кГц. Использование звуковой энергии от преобразователей звуковой энергии приводит в результате к получению однородной суспензии отдельных, неагломерированных частиц в водной среде, причем каждая частица имеет размер от 0,1 до примерно 30 микрон.

Подходящие скорости потока для непрерывного процесса, выполняемого в соответствии с настоящим изобретением, в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 350 галлонов в минуту (6,3-23000 см³/с), более предпочтительно от примерно 5 до примерно 100 галлонов в минуту (300-6300 см³/с), а наиболее предпочтительно от примерно 15 до примерно 50 галлонов в минуту (900-3150 см³/с).

Понятно, что хотя в примерах показаны суспензии частиц пиритиона, которые получаются в соответствии с предложенным в изобретении способом, любые суспензия небольших частиц могут быть изготовлены с помощью этого способа при надлежащем выборе реагентов и уровней вводимой звуковой энергии. Кроме того, средний размер частиц, изготовленных в соответствии с предложенным способом, может изменяться от маленького (например, 0, 1-5 микрон) до большого (например, 10-30 микрон).

Однородная, хорошо диспергированная суспензия неагломерированных частиц, приготовленная в соответствии с предложенным в изобретении способом, полезна при производстве средств личной гигиены (например, шампуней, мыла и т.д.), чистящих средств, красок, покрытий, продуктов питания, удобрений, резервуарных химикатов и др.

Более того, когда на практике реализуется непрерывный режим работы, то предложенный способ позволяет получать большее количество однородных, хорошо диспергированных, неагломерированных частиц в суспензии за короткий интервал времени по сравнению с традиционным периодическим технологическим процессом. Высокая производительность предложенного в изобретении способа позволяет повысить эффективность, понизить стоимость и получить большую производительность предприятия по производству требующегося продукта.

Также понятно, что предложенный в настоящем изобретении способ также обеспечивает эффективный метод для смешивания различных жидкостей, например для образования эмульсии. В одном варианте, в соответствии с предложенным в изобретении способом соединяются органическая жидкость и водная жидкость. Применение звуковой энергии приводит к быстрому и однородному получению эмульсии этих двух реагентов путем получения хорошо диспергированной смеси очень маленьких пузырьков водной жидкости и органической жидкости.

Последующие примеры предназначены для иллюстрации и ни в коей мере не ограничивают объем настоящего изобретения. Все частицы и проценты указаны по массе, а температуры в градусах Цельсия, если не оговорено другое.

ПРИМЕРЫ

ПРИМЕР 1: Непрерывное приготовление пиритиона цинка

12,0% водный раствор натриевой соли 2-меркартопиридин N-оксид (пиритион натрия), содержащий 0,5% DARVAN 1 и 0,15% натрий мета бисульфит, нагревались до 58-65°С. Этот раствор непрерывно подавался в лабораторного масштаба Акустический процессор поля в ближней зоне (Nearfield Acoustical Processor - “NAP”, Модель NAP-1808, промышленно выпускаемый Advanced Sonic Processing Systems, Woodbury, CT) со скоростью примерно 156 грамм в минуту. Второй раствор 20% сульфата цинка при комнатной температуре подавался в акустический процессор со скоростью примерно 56 грамм в минуту для получения стехиометрической реакции с раствором пиритиона натрия. По мере того, как реагенты двигались через акустический модуль, подавалась звуковая энергия с частотой 16 и 20 кГц и уровнем мощности примерно 500 Вт, для смешивания реагентов, чтобы они образовывали продукт пиритиона цинка. Получающиеся твердые частицы выделяли путем фильтрования. После фильтрации частицы промывали холодной водой до тех пор, пока измерения проводимости не показывали отсутствие загрязняющей соли.

Анализ полученного в результате осадка показал, что частицы пиритиона цинка представляли примерно 35-55 мас.% общей массы влажного материала. Необязательный этап фильтрации с использованием фильтрующего устройства Larox смог уменьшить количество воды и увеличить количество пиритиона в осадке до примерно 75-80 мас.%. Затем осадок превратили в водную дисперсию примерно 5-65 мас.%, более предпочтительно примерно 10-50 мас.%, а наиболее предпочтительно примерно 20-48 мас.%. Для сохранения дисперсии во время хранения могли быть включены вспомогательные добавки, такие как поверхностно-активные агенты. Перед разливом водная дисперсия также могла быть дополнительно стерилизована.

Частицы анализировались на Анализаторе размера частиц Horiba 910 и с помощью микроскопа, и было показано наличие однородной, хорошо диспергируемой суспензии неагломерированных частиц пиритиона цинка.

ПРИМЕР 2: Непрерывное приготовление пиритиона цинка

Использовалась такая же технология и такие же количества материалов, как описано выше в Примере 1. Однако расход раствора пиритион натрия/DARVAN 1/ натрийметабисульфит был 78 грамм в минуту, а расход раствора сульфата цинка - 28 грамм в минуту. Звуковое воздействие, фильтрация и анализ частиц проводились так же, как описано в Примере 1.

Анализ полученного в результате осадка показал, что частицы пиритиона цинка представляли примерно 35-55 мас.% от общей массы влажного материала. Дополнительный этап фильтрации с использованием фильтрующего устройства Larox смог уменьшить количество воды и увеличить количество пиритиона в осадке до примерно 75-80 мас.%. Затем осадок превратили в водную дисперсию примерно 5-65 мас.%, более предпочтительно примерно 10-50 мас.%, а наиболее предпочтительно примерно 20-48 мас.%. Для сохранения дисперсии во время хранения в водную дисперсию могли быть включены вспомогательные добавки, такие как поверхностно-активные агенты. Перед разливом водная дисперсия также могла быть дополнительно стерилизована.

Частицы анализировались на Анализаторе размера частиц Horiba 910 и с помощью микроскопа, и было показано наличие однородной, хорошо диспергированной суспензии неагломерированных частиц пиритиона цинка.

ПРИМЕР 3: Непрерывное приготовление пиритиона цинка

А. Производство в лабораторном масштабе:

Использовалась такая же технологий и такие же количества материалов, как описано выше в Примере 1. Однако расход раствора пиритион натрия /DARVAN 1/ натрийметабисульфит через реактор NAP-1808-ТС, модифицированный для включения входных трубопроводов 14 и 16, как показано на фиг.4, был 312 грамм в минуту, а расход раствора сульфата цинка был 112 грамм. Звуковое воздействие, фильтрация и анализ частиц проводились так же, как описано в Примере 1.

b. Опытное производство в масштабе заводской установки:

Использовалась такая же технология и такие же количества материалов, как описано выше в Примере 1. Однако расход раствора пиритион натрия /DARVAN 1/ натрийметабисульфит был 65 фунтов в минуту (30 кг/мин), подаваемый в модель NAP 606, а расход раствора сульфата цинка был 20 фунт/мин (9 кг/мин), подаваемый в NAP 3606. Звуковое воздействие, фильтрация и анализ частиц проводились так же, как описано в Примере 1.

Анализ полученного в результате материала осадка показал, что частицы пиритиона цинка представляют примерно 35055 мас.% от общей массы влажного материала. Дополнительный этап фильтрации с использованием фильтрующего устройства Larox смог уменьшить количество воды и увеличить количество пиритиона в осадке до примерно 75-80 мас.%. Затем осадок превратили в водную дисперсию примерно 5-65 мас.%, более предпочтительно примерно 10-50 мас.%, а наиболее предпочтительно примерно 20-48 мас.%. Для сохранения дисперсии во время хранения в водную дисперсию могли быть включены вспомогательные добавки, такие как поверхностно-активные агенты. Перед разливом водная дисперсия также могла быть дополнительно стерилизована.

Частицы анализировались на Анализаторе размера частиц Horiba 910 и с помощью микроскопа, и было показано наличие однородной, хорошо диспергированной суспензии неагломерированных частиц пиритиона цинка. Анализ частиц с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) показал, что частицы имеют гексагональную форму с острыми ребрами и углами. Частицы по существу не имеют “террасированного” вида, подобного слюде, который обнаруживается при использовании традиционных периодических способов в отсутствии звукового воздействия.

ПРИМЕР 4: Периодическое приготовление пиритиона цинка

500,0 г 12,0% водного раствора натриевой соли 2-меркаптопиридин N-оксид (пиритион натрия) загружался в стеклянный реактор с 4 горловинами, с круглым дном, на 1 литр. Электрод (зонд) для звукового воздействия помещался внутрь реактора через широкую центральную горловину. Вершина электрода для звукового воздействия была примерно в 0,5-1 дюйме (12,7-25,4 мм) от дна реактора. Мощность, подаваемая на электрод для звукового воздействия, была приблизительно 30-80 Вт и обеспечивала звуковое воздействие частотой примерно 10 кГц. В реактор добавляли 1,5 г DARVAN 1 и 0,75 г натрийметабисульфат и реактор нагревали до температуры 55, 72 и 92°С в зависимости от требующегося размера частиц. 185,0 г 20% (процентное соотношение массы) раствора сульфата цинка, который предварительно нагревали до 78-90°С, добавляли в реактор в подповерхностный слой в течение свыше 40 минут. В процессе реакции образовывались твердые частицы пиритиона цинка.

Когда реакция была полностью завершена, звуковое воздействие продолжали в течение дополнительных 30 минут. И реактор охлаждался до примерно 55°С. Процесс охлаждения не регулировался с помощью каких-либо охлаждающих устройств. Получающаяся в результате суспензия пиритиона цинка была чрезвычайно жидкой и могла быть выделена путем фильтрации с помощью воронки Бюхнера, используя фильтровальную бумагу Ватман № 5. Возможно также осуществлять выделение путем центрифугирования. После фильтрации или центрифугирования частицы промывались холодной водой до тех пор, пока по измерению проводимости не было установлено отсутствие загрязняющих солей.

Анализ полученного в результате материала осадка показал, что частицы пиритиона цинка представляют примерно 35-55 мас.% от общей массы влажного материала. Дополнительный этап фильтрации с использованием фильтрующего устройства Larox смог уменьшить количество воды и увеличить количество пиритиона в осадке до примерно 75-80 мас.%.

Затем осадок подходящим образом превратили в водную дисперсию примерно 5-65 мас.%, более предпочтительно примерно 10-50 мас.%, а наиболее предпочтительно примерно 20-48 мас.%. Для сохранения дисперсии во время хранения в водную дисперсию могли быть включены вспомогательные добавки, такие как поверхностно-активные агенты. Перед разливом водная дисперсия также могла быть дополнительно стерилизована.

Частицы анализировались в Анализаторе размера частиц Horiba 910 и с помощью микроскопа, и было показано наличие однородной, хорошо диспергированной суспензии неагломерированных частиц пиритиона цинка.

ПРИМЕР 5: Периодическое приготовление пиритиона цинка

Использовалась такая же процедура и такие же количества материалов, как описано выше в Примере 4, за исключением того, что DARVAN 1 был заменен на состав из трех поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активный состав готовился путем смешивания 7,5 г анионного POLY-TERGENT 2A-1L, 7,5 г анионного POLY-TERGENT CS-1 и 15 г катионного триметиламмоний хлорида (также известного как КТАХ (СТАС)).

Эта предварительно перемешанная смесь поверхностно-активных веществ добавлялась в пиритион натрия, находящийся в реакторе, при этом осуществлялось звуковое воздействие в течение 10 минут для обеспечения получения подходящего смешения. Затем реактор нагревался до требующейся температуры свыше 10-30 минут и, как описано в Примере 4, происходило выпадение осадка, охлаждение, выделение (путем фильтрации или центрифугирования) и промывка.

Анализ полученного в результате материала осадка показал, что частицы пиритиона цинка представляли примерно 35-55 мас.% от общей массы влажного материала.

Необязательный этап фильтрации с использованием фильтрующего устройства Larox, Larox Corp. Columbus, Мэриланд смог уменьшить количество воды и увеличить количество пиритиона в осадке до примерно 75-80 мас.%. Затем осадок подходящим образом превратился в водную дисперсию примерно 5-65 мас.%, более предпочтительно примерно 10-50 мас.%, а наиболее предпочтительно примерно 20-48 мас.%. Для сохранения дисперсии во время хранения в водную дисперсию могли быть включены вспомогательные добавки, такие как поверхностно-активные агенты. Перед разливом водная дисперсию также могла быть дополнительно стерилизована.

Частицы анализировались на Анализаторе размера частиц Horiba 910 и с помощью микроскопа, и было показано наличие однородной, хорошо диспергированной суспензии неагломерированных частиц пиритиона цинка.

ПРИМЕР 6: Периодическое приготовление пиритиона цинка

Использовалась такая же процедура, как описано выше для Примера 4, за исключением того, что вместо 500 г 12% раствора пиритиона натрия использовали 500 г 22,4% раствора пиритиона натрия и вместо 185 г 20% раствора сульфата цинка использовали 103 г 50% раствора хлорида цинка. Количество других добавок, способ их добавления, температуры, фильтрация, центрифугирование и промывка осадка были такими же, как в Примере 4. Выпадение осадка, охлаждение, выделение (фильтрацией или центрифугированием) и промывка - все операции проводились, как описано в Примере 4.

Анализ полученного в результате материала осадка показал, что частицы пиритиона цинка представляют примерно 35-55 мас.% от общей массы влажного материала. Дополнительный этап фильтрации с использованием фильтрующего устройства Larox смог уменьшить количество воды и увеличить количество пиритиона в осадке до примерно 75-80 мас.%.

Затем осадок подходящим образом превратили в водную дисперсию примерно 5-65 мас.%, более предпочтительно примерно 10-50 мас.%, а наиболее предпочтительно примерно 20-48 мас.%. Для сохранения дисперсии во время хранения в водную дисперсию могли быть включены вспомогательные добавки, такие как поверхностно-активные агенты. Перед разливом водная дисперсия также могла быть дополнительно стерилизована.

Частицы анализировались на Анализаторе размера частиц Horiba 910 и с помощью микроскопа, и было показано наличие однородной, хорошо диспергированной суспензии неагломерированных частиц пиритиона цинка.

ПРИМЕР 7: Композиция 1 шампуня против перхоти

(Предлагаемый Пример)

Композиция шампуня против перхоти изготавливается с использованием неагломерированных частиц пиритиона цинка, приготовленных, как описано выше в Примерах 1-6, в комбинации со следующими составляющими, %:

Компонента А:

Вода 41,0

Магний алюмосиликат 1,0

Гидроксипропилметилцеллюлоза 0,8

Компонента В:

Пиритион цинка (25% водная дисперсия) 4,0

Компонента С:

Кокамид ДЭА (диэтиланилин) 1, 0

Компонента D:

Триэтаноламин лаурил сульфат, 40% 40,0

Триэтаноламин, 99% 3,2

FD&C Blue (Синий) № 1 (0,2%) 1,5

FD&C Yellow (Желтый) № 5 (0,1%) 0,5

Аромат q.s. (сокр.лат. quique suum - “каждому свое”)

Композиция шампуня против перхоти изготавливалась следующим образом

Компонента А готовилась путем нагрева воды до 70°С и растворения других двух компонентов при перемешивании (примерно 1500 об/мин). Добавляли компоненту В и перемешивание продолжали в течение 5 минут. Скорость перемешивания уменьшали до примерно 300 об/мин. Компоненту С расплавляли в отдельном контейнере и добавляли в смесь А/В. Нагрев убирали и добавляли компоненту D, пока смесь охлаждалась.

ПРИМЕР 8: Композиция II шампуня против перхоти

(Предлагаемый Пример)

Другая композиция шампуня против перхоти изготавливалась с использованием пиритиона цинка, приготовленного, как описано в Примерах 1-3, в комбинации: со следующими составляющими, %:

Компонента А:

Деионизованная вода 76,0

Аммоний лаурилсульфат 15,0

Кокамид ДЭА 2,0

Компонента В:

Амид ди(гидрированной) жирной фталевой кислоты 5,0

Пиритион цинка (25% водная дисперсия) 4,0

Компонента С:

Стабилизатор дисперсии q.s.

Компонента D:

Лимонная кислота, 50% вод. раствор, или натрий гидроксид, 50% водный раствор q.s.

Компонента Е:

Хлорид аммония q.s.

Композиция шампуня против перхоти изготавливалась следующим образом:

В отдельных резервуарах хорошо перемешивали каждый из компонентов А и В. Компоненту А нагревали до 165-170°F (74-77°С) и добавляли компоненту В. Смесь перемешивали в течение 30 минут. Затем смесь охлаждали до 120°F (49°C), и добавляли компоненту С. рН полученной смеси доводили до 5,0-6,2 с помощью компоненты D, а вязкость регулировали с помощью компоненты Е.

ПРИМЕР 9: Шампунь против перхоти с кондиционером I

(Предлагаемый пример)

Композиция шампуня против перхоти и кондиционера изготавливалась с использованием пиритиона цинка, приготовленного, как описано в Примерах 1-3, в комбинации со следующими составляющими, %:

Компонента А:

Деионизованная вода 77,0

Аммоний лаурилсульфат 20,0

Кокамид ДЭА 2,0

Компонента В:

Амид ди(гидрированной) жирной фталевой кислоты 4,0

Пиритион цинка (25% водная дисперсия) 4,0

Диметикон, 12000 cps (сантипуазов) (~12 Н·с/м²) 0,5

Компонента С:

Стабилизатор дисперсии q.s.

Компонента D:

Лимонная кислота, 50% водный раствор, или гидроксид натрия, 50% водный раствор q.s.

Компонента Е:

Хлорид аммония q.s.

Композиция шампуня против перхоти и кондиционера изготавливалась следующим образом:

В отдельных резервуарах хорошо перемешивали каждую из компонент А и В. Компоненту А нагревали до 165-170°F (74-77°С) и добавляли компоненту В. Смесь перемешивали в течение 30 минут. Затем смесь охлаждали до 120°F (49°C) и добавляли компоненту С. рН полученной смеси доводили до 5,0-6,2 с помощью компоненты D, а вязкость регулировали с помощью компоненты Е.

ПРИМЕР 10: Шампунь против перхоти с кондиционером II

(Предлагаемый пример)

Другая композиция шампуня против перхоти и кондиционера изготавливалась с использованием пиритиона цинка, приготовленного, как описано в Примерах 1-3, в комбинации со следующими составляющими, %:

Компонента А:

Деионизованная вода 21,75

Гуаргидроксипропилтримоний хлорид 0,30

Магний алюмосиликат 0, 70

Пиритион цинка (25% водная дисперсия) 4,0

Компонента В:

Натрий лаурил сульфат 30,0

Аммонийксилонсульфонат, 40% вод. 02,0

Компонента С:

Трицетиламмонийхлорид 0,50

Цетиловый спирт NF 0,40

Стеариловый спирт 0,40

Гликольдистеарат 2,00

Компонента D:

Кокамид МЕА 1,70

Аммоний лаурилсульфат 36,00

Компонента Е:

Стабилизатор дисперсии 0,05

Ароматизатор и краситель q.s.

Компонента F:

Лимонная кислота, 25% водный раствор q.s.

Композиция шампуня против перхоти и кондиционера изготавливалась следующим образом:

Компоненту А готовили путем нагрева воды до 50°С и диспергирования гуаргидроксипропилтримоний хлорида и магний алюмосиликата с быстрым перемешиванием. Дисперсию пиритиона цинка добавляли в этот состав при перемешивании. рН компоненты А доводили до 4,5-5,0 с помощью компоненты F. Обе составляющие компоненты В медленно добавляли в компоненту А, хорошо перемешивая. рН смеси доводили до 5,7-6,3 с помощью компоненты F. В отдельном резервуаре нагревали до 70-75°С компоненту С. Смесь А/В нагревали до 70-75°С и смешивали с компонентой С, хорошо перемешивая. Обе составляющие компоненты D добавляли в горячую смесь и хорошо перемешивали. рН смеси доводили до 5,7-6,3 с помощью компоненты F. Смесь охлаждали до 40-45°С и при перемешивании добавляли компоненту Е. Если требуется, то, добавляя 0,05-1% хлорида натрия, можно увеличить вязкость продукта.

ПРИМЕР 11: Шампунь против перхоти “Extra Body”

(Предлагаемый пример)

Композиция шампуня против перхоти и кондиционера “extra body” изготавливалась с использованием пиритиона цинка, приготовленного, как описано в Примерах 1-3, в комбинации со следующими составляющими, %:

Компонента А:

Деионизованная вода 62,6

Пиритион цинка (25% водная дисперсия) 4,0

Компонента В:

Метилпарабен 0,30

Пропилпарабен 0,10

Пропиленгликоль 0,50

Хлорид натрия 0,50

Компонента С:

Триэтаноламинлаурилсульфат 20,0

Кокамид МЕА 4,0

Этиленгликольдистеарат 7,0

Компонент D:

Кокодимоний гидролизованный животный

Белок 1,00

Компонента Е:

FD&Blue (синий) № 1 q.s.

Компонента F:

Лимонная кислота, 50% водный раствор q.s.

Композиция шампуня против перхоти и кондиционера изготавливалась следующим образом:

Компоненту А нагревали до 70°С. Добавляли составляющие компоненты В, хорошо перемешивая, до растворения. Составляющие компоненты С добавляли в смесь последовательно и нагревали при перемешивании до 75°С. Смесь охлаждали при перемешивании до 40°С и при перемешивании добавляли компоненты D и Е. рН готовой композиции доводили до 4,7 с помощью компоненты F.

Несмотря на то, что изобретение было показано и описано в отношении проиллюстрированных его вариантов, понятно, что могут быть сделаны вышеприведенные и различные другие изменения, добавления и изъятия в форме и деталях, не выходя за рамки сущности и объема изобретения, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к звуковым (например, ультразвуковым) способам для приготовления суспензий однородных, неагломерированных частиц. Сущность изобретения: способ приготовления суспензии, дисперсии или эмульсии неагломерированных частиц включает образование частиц в жидкой среде, в котором во время этапа образования частиц в жидкую среду в точку контакта реагентов вводят звуковую энергию для получения суспензии, дисперсии или эмульсии неагломерированных частиц. Изобретение также направлено на способ изготовления суспензии неагломерированных частиц соли пиритиона, включающий этап образования частиц соли пиритиона в жидкой среде, в котором во время этапа образования частиц в жидкую среду вводится звуковая энергия для получения суспензии неагломерированных частиц соли пиритиона. Изобретение позволяет получать хорошо диспергированную суспензию, дисперсию или эмульсию с однородными по размеру и форме неагломерированными твердыми или жидкими частицами без применения последующей агрессивной, разрушающей частиц обработки, такой как измельчение. 9 с и 51 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула