Прозрачные концентрированные жидкие композиции для смягчения ткани - RU2141998C1

Чертежи

Описание

1. Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к композициям для смягчения ткани, которые используют в цикле полоскания. Более конкретно, к водным жидким микроэмульсионным композициям мягчителя ткани, которые прозрачны, то есть пропускают свет даже при высокой концентрации.

2. Описание уровня техники
Патент США 3 892 669, выданный A.A.Rapisarda и др., относится к прозрачной водной композиции для смягчения ткани, содержащей солюбилизированную четвертичную тетраалкиламмониевую соль, имеющую две алкильные группы с короткой цепью и две алкильные группы с длинной цепью, причем от примерно 5% до примерно 25% последних групп имеют метильное или этильное разветвление при 2-м углеродном атоме. Солюбилизация осуществляется за счет присутствия солюбилизаторов, содержащих арилсульфонаты, диолы, простые эфиры, низкомолекулярные четвертичные соли, сульфобетаины, таурины, сульфоксиды и неионные поверхностно-активные вещества.

В патенте США 4 149 978, выданном Р.С.Е. Goffinet, описаны композиции для обработки текстильных изделий, которые содержат водорастворимый мягчитель ткани и C₁₂-C₄₀-углеводород, необязательно вместе с водорастворимым катионным поверхностно-активным веществом. Предпочтительными мягчителями ткани являются четвертичные аммонивые соли, имеющие две C₁₀-C₂₂ - алкильные цепи.

В патенте США 4 351 737, выданном S.Billenstein, описаны и заявлены концентраты мягчителя, содержащие 30-70% катионного мягчителя, 5-50% неионного мягчителя, 5-20% неионного диспергатора, 5-30% C₁-C₃-алкилового спирта, 5-30% жидкого гликоля, полигликоля или простого алкилового эфира и воды и, необязательно, отдушки и красители.

Показано, что мягчитель ткани, полученный в соответствии с данным патентом, может легко диспергироваться в воде.

В патенте США 4 569 800, выданном K.D.Stanley и др., изучали применение в композициях для смягчения ткани гидрированных таллоалкил-2-этилгексил-диметиламмонийных солей, растворенных в воде и/или этаноле или в изопропаноле. Эти композиции являются прозрачными, так как образуют истинные растворы.

Хотя потребитель предпочитает прозрачность композиций для смягчения ткани, последние предпочтительно приводят в контакт с тканью в виде макроэмульсий.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить прозрачную жидкую композицию для смягчения ткани, которая приемлема с точки зрения защиты окружающей среды.

Другая цель заключается в том, чтобы предложить такую композицию для смягчения ткани в виде водного микроэмульсионного концентрата.

Другая цель состоит в том, чтобы эта микроэмульсионная композиция была физически стабильна в течение по меньшей мере примерно шести недель.

Другая цель состоит в том, чтобы предложить микроэмульсию, которая при разбавлении, например, в распределительных устройствах стиральных машин образует макроэмульсию без образования геля.

Другие цели будут очевидны специалистам при дальнейшем изучении описания.

Краткое изложение сущности изобретения
Вышеуказанные цели могут быть достигнуты использованием прозрачной композиции для смягчения ткани, содержащей водный микроэмульсионный концентрат, включающий:
(А) мягчитель ткани, представляющий собой поверхностно-активное вещество на основе сложного диэфира четвертичного аммония, формулы

где R представляет собой алкиленовый радикал, имеющий от 2 до примерно 4 атомов углерода, R' представляет собой алкильную или алкенильную группу, имеющую от 8 до примерно 22 атомов углерода, n равно целому числу от 1 до 4, и R'' представляет собой низший алкильный радикал, имеющий от 1 до примерно 4 атомов углерода,
и/или мягчитель ткани, представляющий собой поверхностно-активное вещество на основе диамидаммония, формулы

где n, R и R', определены выше, R¹ представляет собой низший алкильный радикал, имеющий от 1 до примерно 4 атомов углерода или водорода, а X представляет собой R''SO₄^-, Br^- или Cl^- , где R'' представляет собой низший алкильный радикал, имеющий от примерно 1 до примерно 4 атомов углерода,
(Б) органический растворитель
(В) необязательные несмешивающиеся с водой масляные отдушки и
(Г) необязательный смягчитель ткани, выбранный из группы, состоящей из жирных спиртов, жирных кислот, жирных сложных эфиров, жирных аминов или аминов/амидов, причем указанную микроэмульсию можно превратить в молокообразную макроэмульсию при разбавлении водой.

Все ингредиенты вышеуказанной композиции, как обязательные, так и необязательные, должны в нормальном состоянии быть жидкими, то есть жидкими при температуре окружающей среды.

Предпочтительная концентрация мягчителей в этих микроэмульсиях составляет от примерно 40% до примерно 60%, хотя можно использовать даже такую маленькую концентрацию как 10%.

Микроэмульсионные композиции данного изобретения могут содержать от примерно 10% до примерно 60% первичных мягчителей, поверхностно-активных веществ на основе сложных диэфиров четвертичного аммония и поверхностно-активных веществ на основе диамидов четвертичного аммония, от примерно 5% до примерно 40% органического растворителя, от 0 до примерно 15% вторичного мягчителя, и от 0 до примерно 10% масляной отдушки, а остальное составляет вода до 100% по весу.

Большинство известных четвертичных аммониевых соединений, обычно обозначаемых как Кваты (Quats), не удовлетворяют требованиям по защите окружающей среды из-за их токсичности по отношению к гидробионтам и/или их плохой способности к биологическому разложению. Однако, мягчители данного изобретения, такие как соединения четвертичного аммония диолеиловых диэфиров, так и диамидаммонийные соединения, удовлетворяют требованиям по защите окружающей среды.

Мягчители ткани, представляющие собой поверхностно-активные вещества на основе сложных диэфиров четвертичного аммония, представленных уравнением (1), доступны в продаже от Stepan Co. как продукт Stepantex и от KAO Corp. как Tetranyl, но их также можно синтезировать реакцией двух молей жирной кислоты с триалканоламином, с последующим алкоксилированием и метилированием диметилсульфатом или алкилгалогенидом, таким как метилиодид. В предпочтительном способе жирная кислота является олеиновой кислотой и в качестве алкоксилирующего агента используют окись этилена. Было обнаружено, что по экономическим причинам практичным источником для данной цели являются соевые жирные кислоты, которые состоят из примерно 3%, миристиновой кислоты, примерно 5% пальмитиновой кислоты, примерно 5% пальмитолеиновой кислоты, 1.5% стеариновой кислоты, 72.5% олеиновой кислоты и примерно 13% линолевой кислоты. К другим источникам пригодных жирных кислот относятся те, которые получают при омылении говяжьего жира, сливочного масла, кукурузного масла, хлопкового масла, лярда, оливкового масла, пальмового масла, арахисового масла, масла из печени трески, кокосового масла и т.п.

К предпочтительным мягчителям ткани, представляющим собой поверхностно-активное вещество на основе сложного диэфира четвертичного аммония, относится метилсульфат метил-бис-[этил(олеил)] - 2-оксиэтиламмония. К другим сложным диэфирам, пригодным в практике настоящего изобретения, относятся:
метилсульфат метил-бис[этил(кокос)]-2-оксиэтиламмония,
метилсульфат метил-бис[этил(децил)]-2-оксиэтиламмония,
метилсульфат метил-бис[этил(додецеил)]-2-оксиэтиламмония,
метилсульфат метил-бис[этил(лаурил)]-2-оксиэтиламмония,
метилсульфат метил-бис[этил(пальмитил)]-2-оксиэтиламмония,
метилсульфат метил-бис[этил(топленое сало)]-2-оксиэтиламмония и т.п.

Термины "кокос" и "топленое сало" относятся к смеси сложных эфиров, соответствующих источнику жирной кислоты.

При получении поверхностно-активных веществ на основе сложных диэфиров четвертичного аммония в качестве примеси может образовываться определенное количество сложного триэфирного гомолога. В отличие от сложного диэфира он не растворим в воде и его следует рассматривать как масло, которое нужно эмульгировать.

Предпочтительным мягчителем ткани, представляющим собой поверхностно-активное вещество на основе диамидаммония, является метилсульфат метил-бис-(олеиламидоэтил)-2-оксиэтиламмония, четвертичная соль. Ее можно синтезировать взаимодействием одного моля триэтиламина с двумя молями олеиновой кислоты, с последующим этоксилированием окисью этилена и метилированием диметилсульфатом. Также как и в случае получения вышеуказанных соединений сложных диэфиров, для их синтеза можно использовать либо чистые жирные кислоты, либо смеси, полученные омылением природных жиров и масел. Данные мягчители тканей, представляющие собой поверхностно-активное вещество на основе диамидопроизводных четвертичного аммония, также коммерчески доступны от Rewo под торговой маркой Rewopo P.

Другим предпочтительным мягчителем ткани, представляющим собой поверхностно-активное вещество на основе диамидаммония, является диолеилдиамидоамин, имеющий структуру:

Термин "отдушка" используется в его обычном понятии и включает любое нерастворимое в воде пахучее вещество или смесь веществ, включая природные (то есть полученные путем экстракции из цветов, трав, цветков или растений), искусственные (то есть смесь природных масел или составляющих масел) и синтетические (то есть одно синтетически полученное вещество или их смесь) душистые вещества. Обычно отдушки являются сложными смесями из смесей различных органических соединений, таких как сложные эфиры, кетоны, углеводороды, лактоны, спирты, альдегиды, простые эфиры, ароматические соединения и изменяемые количества эфирных масел (например, терпенов), например, от приблизительно 0% до приблизительно 80%, как правило, от примерно 10% до 70% по весу, причем эфирные масла сами по себе являются летучими душистыми соединениями и также служат для того, чтобы растворить остальные компоненты отдушки. Точный состав отдушки не влияет каким-либо образом на смягчение ткани, пока он отвечает критериям несмешиваемости с водой и приятного запаха.

К органическим растворителям, пригодным для использования в данном изобретении, относятся: алифатические спирты, имеющие от 1 до примерно 6 атомов углерода, такие как этанол, пропанол, изопропанол, н-бутанол, изобутанол, трет-бутанол, н-пентанол, изопентанол, втор-пентанол, н-гексанол, изогексанол, другие изомеры и т.п.; алифатические многоатомные спирты, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 2-метилпентандиол, гексантриол, трипропиленгликоль, пентаэритрит, глицерин, сорбит и т.п.; простые алифатические эфиры, такие как монобутиловый эфир этиленгликоля (МБЭЭГ), монобутиловый эфир диэтиленгликоля (МБЭДЭГ), диметиловый эфир диэтиленгликоля, диметиловый эфир триэтилена, монометиловый эфир этиленгликоля, моноэтиловый эфир пропиленгликоля, монометиловый эфир дипропиленгликоля, пропиловый эфир дипропиленгликоля (ПЭДПГ), бутиловый эфир дипропиленгликоля (БЭДПГ), монометиловый эфир трипиленгликоля, метоксиметилбутанол и т.п.; сложные алифатические эфиры, такие как метиллактат, этиллактат, изопропиллактат, бутиллактат, двухосновные сложные эфиры карбоновых кислот, этоксиэтилацетат и бутоксиэтилацетат.

К подходящим вторичным мягчителям тканей относятся такие жирные кислоты как лауриновая кислота, пальмитиновая, кислота, кислота топленого сала, олеиновая кислота и т.п.; такие жирные спирты, как лауриловый спирт, пальмитиловый спирт, спирт топленого сала, олеиновый спирт и т.п.; такие сложные эфиры жирных кислот, как моноолеат глицерина, диолеат глицерина, моноолеат пентаэритрита, олеат сорбита, олеат сахарозы, а также данные сложные эфиры жирных кислот, в которых олеатный фрагмент заменен кокосовыми, лауриловыми или пальмитиловыми фрагментами и т.п.; такие жирные амины как ди(этиллаурил)-2- оксиэтиламин, ди(этил-топленое сало)-2-оксиэтиламин и т.п. ; а также такие амидоамины как ди-коко-амидоэтил-2-оксиэтиламин, дилауриламидоэтил-2-оксиэтиламин, ди-(топленое сало)амидоэтил-2- оксиэтиламин и т.п.

Прозрачные микроэмульсии по данному изобретению имеют размер частиц от примерно 10 до примерно 100 нанометров. Они также позволяют составить мягчители тканей в концентрированной форме, в количестве от примерно 10% до примерно 60% от веса всей композиции. Эти микроэмульсии стабильны при хранении и остаются таковыми по меньшей мере шесть недель. После разбавления водой либо для того, чтобы получить водную дисперсию (с концентрацией) от примерно 4 до примерно 6% в бутылке, либо для того, чтобы получить в стиральной машине жидкость для полоскания, содержащую примерно 0,2 г активного мягчителя на литр, данные микроэмульсии превращают в напоминающие молоко макроэмульсии, имеющие размер частиц от примерно 0,1 до примерно 100 микрометров, в которых мягчители легко осуществляют мягчение обрабатываемых изделий. Стадия превращения микроэмульсии в микроэмульсию достигается без образования геля.

Для того, чтобы соединить компоненты данных микроэмульсий, не требуется специального оборудования. Достаточно оборудования для перемешивания, известного специалистам.

Специалисты также поймут, что описанная выше композиция может дополнительно содержать в качестве необязательных компонентов такие материалы, как красители, регуляторы пенообразования, загустители и т.п.

Изобретение будет описано далее в следующих примерах. Если не указано иначе, все части и процентные содержания приведены по весу.

Пример 1. Получение мягчителя на основе диолеилового диэфира четвертичной соли
Микроэмульсию получили путем смешивания 48,03 частей воды, 21,2 частей гексиленгликоля, 2,5 частей Dobanol 91-8 (торговая марка неионного поверхностно-активного спирта, имеющего 9-11 углеродных атомов и 8 этоксильных групп, от Shell Chemical Co.), 1.27 части, содержащей масло отдушки и метилсульфата метил-бис[этил(олеил)] -2- оксиэтиламмония, представленного формулой

где R представляет собой -C₂H₄ и R'' представляет собой -CH₃. Операцию смешения осуществляют в стакане, оборудованном электрическим миксером с 4-лопастной мешалкой. Получили водную прозрачную микроэмульсию, которая оставалась устойчивой в течение по меньшей мере шести недель и которая превращалась в макроэмульсию, подобную молоку, при разбавлении водой. Достаточно разбавления примерно 1 части микроэмульсии в 1000 частях воды.

Пример 2 является повторением примера 1 за исключением того, что в смеситель не загружали содержащую масло отдушку. При этой комбинации микроэмульсия разделялась на фазы и не достигалось получение устойчивой микроэмульсии.

Примеры 3-6. Влияние органического растворителя
Повторяли методику, описанную в примере 1, при различных количествах органического растворителя. Соответствующие данные представлены в табл. 1 вместе с физическими наблюдениями над полученными продуктами.

В табл. 1 показано влияние органического растворителя в композиции, содержащей только диолеиловый эфир четвертичной соли и воду. Эти данные демонстрируют выбор подходящих растворителей для получения микроэмульсий конкретных комбинаций мягчителя и растворителя. Показано, что предпочтительными растворителями являются гексиленгликоль и бутанол. Вместо желаемого результата, то есть макроэмульсии, которая необходима для умягчения тканей, МБЭЭГ (пример 4) при разбавлении водой приводит к прозрачному раствору. Изопропиллактат является неудовлетворительным растворителем в этой системе, так как он приводит к разделению фаз при хранении, даже несмотря на то, что его использование позволяет получить прозрачную микроэмульсию и мутную макроэмульсию.

Примеры 7-10. Влияние других органических растворителей.

Изучали влияние низшего гликоля, неполного эфира многоатомного спирта, высшего алкиллактата и спирта при использовании вместе с диолеиловым эфиром четвертичной соли для образования микроэмульсии. Соответствующие данные, приведенные в табл. 2, указывают на то, что эти комбинации в данном случае имеют ограничения.

Сравнивая классы растворителей, можно сделать определенные обобщения относительно того, использование каких растворителей диолеиловым диэфиром четвертичной соли в предыдущих примерах позволяет получить устойчивые прозрачные микроэмульсии, а какие приводят к получению неустойчивых продуктов. Данные представлены в табл. 3. Кроме того, стабильность также зависит от концентраций растворителя-диолеилового диэфира четвертичной соли, используемой в примерах.

Примеры 11-13. Влияние вторичного поверхностно-активного вещества.

Получаем микроэмульсии с использованием методики примера 1 при добавлении вторичного поверхностно-активного вещества, а именно олеилового спирта. Результаты приведены в табл. 4.

Как видно из приведенных результатов, добавление вторичного поверхностно-активного вещества, олеилового спирта, изменяет выбор растворителей, используемых выше для образования прозрачной микроэмульсии. Так, гексиленгликоль приводит к прозрачному гелю, а не к микроэмульсии. Наилучшим из трех является изопропиллактат, в то время как использование МБЭЭГ отвергается, как в примере 4, так как он не приводит при разбавлении к макроэмульсии, подобной молоку. При дальнейших использованиях было обнаружено, что гексиленгликоль можно адаптировать в примере 11, чтобы обеспечить прозрачную микроэмульсию добавлением 0.1 части нитрило-триметиленфосфоновой кислоты, доступной от Protex Со как Masquol P320 и имеющей структуру
N≡(CH₂PO₃H₂)₃.
В примере 12 показана необходимость получения мутной макроэмульсии после разбавления водой, поскольку показано плохое мягчение ткани. Эффективность мягчения для данных композиций измеряли путем оценки в сравнении с известными контрольными мягчительными веществами. Процедура оценки осуществлялась посредством парных сравнительных испытаний шестью экспертами. Ткани, обработанные испытываемыми веществами, сравнивали с тканями, обработанными контрольными веществами путем представления их экспертам. Эксперты оценивали различие в мягкости между соответствующими образцами по шкале от 0 (различий нет) до 3 (очень большое различие). Например, с помощью этой методики оценки было обнаружено то, что микроэмульсия по примеру 1 при концентрации раствора 0.2375 г/дл (45%) эквивалентна известному стандартному мягчителю, состоящему из дисперсии 0.2 г/л (4.5%) хлорида дистеарилдиметиламмония.

Примеры 14-17. Добавление вторичных мягчителей
Оценивали вторичные мягчители в настоящих композициях изобретения. Количества ингредиентов и физические результаты представлены в табл. 5.

Примеры 14-17 относятся к добавлению вторичных мягчителей к основному мягчителю - диолеиловому диэфиру четвертичной соли. Структура моноолеат глицерина сама по себе очевидна из названия, где одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована одним молем олеиновой кислоты. Моноолеат полиэтиленгликоля 600 является полиэтиленгликолем, имеющим приблизительный молекулярный вес 600 и этерифицированным одним молем олеиновой кислоты. Структура кокоата сахарозы приведена ниже:

Триолеат сорбита является продуктом, полученным этерификацией одного моля сорбита тремя молями олеиновой кислоты. Все эти вторичные мягчители являются жидкими при комнатной температуре и содержат олефиново ненасыщенные алифатические цепи. Выбранным растворителем является изопропиловый спирт, а содержание диолеилового диэфира четвертичной соли снижено благодаря использованию того преимущества, что введение вторичных мягчителей дает синергитический эффект при мягчении и эмульгировании. Использование моноолеата глицерина, моноолеата полиэтиленгликоля-600 и кокоата сахарозы дает устойчивые микроэмульсии. Если число алкенильных цепочек увеличивается (ГЛБ), система дает не микроэмульсию, а неустойчивую макроэмульсию.

Примеры 18-21. Эмульгирование диолеилдиамидоамина.

Диолеилдиамидомин, имеющий структуру

эмульгировали с получением микроэмульсии после превращения в соль с использованием методики примера 1. Соль получали нейтрализацией свободного амина соляной кислотой (25%), малеиновой кислотой или молочной кислотой соответственно. Использованные ингредиенты и физические результаты приведены в табл. 6.

Нейтрализующая кислота определяла, происходит ли микроэмульгирование или нет. Использование малеиновой кислоты привело к удовлетворительным результатам в отличие от использования соляной и молочной кислот. Эмульгирование вообще не происходило тогда, когда амин не был нейтрализован (пример 18).

Примеры 22-24. Влияние растворителя
Роль растворителя демонстрировали при изучении микроэмульгирования системы диолеилдиамидоамин малеиновая кислота. Соответствующие данные представлены в табл. 7 вместе с данными из ранее приведенного примера 20.

Приведенные данные показывают, что гексиленгликоль и МБЭДЭГ являются предпочтительными растворителями для данной системы в отношении образования и устойчивости микроэмульсии. Трет-бутанол и МБЭЭГ не стабилизируют эмульсию, которая разделяется на фазы.

Примеры 25-28. Стабилизация синергитической смеси
Примеры относятся к стабилизации синергитической смеси диолеиловый диэфир четвертичной соли и диолеилдиамидоамин. Материалы исследования приведены в табл. 8.

В серии примеров 25-28 н-бутанол является предпочтительным растворителем. В случае гексиленгликоля получался гель, а не прозрачная микроэмульсия, хотя желаемый эффект достигается при добавлении 0,1 части Masquol P320. В данном случае добавление эмульгатора Dobanol 91-8 не помогло избежать образования гелей, а привело к разделению фаз.

Примеры 29-32. Применение мягчителя на основе диолеилового эфира четвертичной соли
Примеры 29-32 относятся к использованию диолеилового эфира четвертичной соли с н-бутанолом в качестве растворителя при различных концентрациях. Полученные данные приведены в табл. 9.

Данные показывают, что при использовании н-бутанола можно получить микроэмульсии в диапазоне концентраций от примерно 10% до примерно 35% и что концентрация растворителя, которая требуется для того, чтобы получить микроэмульсию, непропорциональна концентрации активного ингредиента, но, неожиданно, отношение растворителя к диолеиловому эфиру четвертичной соли снижается, когда возрастает концентрация активного ингредиента. В примере 32 отношение составляет 0,74. В примере 29 отношение составляет 0.51.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что не все возможные комбинации различных компонентов данного изобретения, которые попадают в область приведенных диапазонов, будут полностью удовлетворять всем конечным результатам, которые можно представить. Тщ

Реферат

Предложена прозрачная микроэмульсионная композиция для смягчения тканей для применения в цикле полоскания, содержащая (А) мягчитель ткани, представляющий собой поверхностно-активное вещество на основе сложного диэфира четвертичного аммония, имеющего формулу 1, где R представляет собой алкиленовый радикал, имеющий от 2 до примерно 4 атомов углерода, R' представляет собой алкильную или алкенильную группу, имеющую от 8 до примерно 22 атомов углерода, n равно целому числу от 1 до 4 и R" представляет собой низший алкильный радикал, имеющий от 1 до примерно 4 атомов углерода, и/или мягчитель ткани, представляющий собой поверхностно-активное вещество на основе диамидоаммония, имеющего формулу 2, где n, R и R' определены выше, R¹ представляет собой низший алкильный радикал, имеющий от 1 до примерно 4 атомов углерода или водорода, а Х представляет собой R"SO₄^-, Br^- или Cl^-, где R" представляет собой низший алкильный радикал, имеющий от 1 до примерно 4 атомов углерода; (Б) органический растворитель, (В) необязательную несмешиваемую с водой масляную отдушку и (Г) необязательный вторичный мягчитель ткани, выбранный из группы, состоящей из жирных спиртов, жирных кислот, жирных сложных эфиров, жирных аминов или аминов/амидов, причем указанная микроэмульсия может превращаться в подобную молоку макроэмульсию после разбавления водой. Технический результат - создание композиции с более высокими характеристиками, необходимыми при ее использовании. 27 з.п.ф-лы, 9 табл.

Формула