Загущенная система поверхностно-активных веществ, содержащая микроволокнистую целлюлозу, и способ ее получения

Загущенная система поверхностно-активных веществ, содержащая микроволокнистую целлюлозу, и способ ее получения

Реферат

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Продукты на основе поверхностно-активных веществ, такие как средства для мытья тела, шампуни, пены для ванн, средства для мытья посуды, моющие средства для посудомоечных машин, средства для стирки белья, автомобильные детергенты, средства для мытья туалетов, концентрированные поверхностно-активные вещества, противопожарные пенообразующие средства и др., часто загущают посредством использования высокой концентрации поверхностно-активных веществ, посредством сочетания поверхностно-активных веществ с синергическим эффектом в отношении вязкости или посредством объединения поверхностно-активных веществ с небольшими количествами солей, например натриевых солей. Такие композиции позволяют получить продукты с высокой вязкостью, которые выглядят густыми и однородными, но они имеют ограничение, состоящее в том, что эти продукты не обеспечивают достаточно низкой сдвиговой вязкости для получения суспензии частиц. Такими частицами могут быть добавки, улучшающие внешний вид (декоративные шарики, средства, придающие жемчужный блеск, пузырьки воздуха, ароматические гранулы и т.п.), или активные ингредиенты (нерастворимые ферменты, инкапсулированные активные вещества, такие как увлажнители, цеолиты, отшелушивающие средства (например, альфа-гидроксикислоты и/или гликолевые кислоты или полиэтиленовые шарики), витамины (например, витамин Е)) и т.п., или и те, и другие.

Стандартные загустители и средства, способствующие образованию суспензий, такие как ксантановая камедь, карбоксиметилцеллюлоза (CMC), гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС), гидроксипропилметилцеллюлоза (НРМС) и многие типы полиакрилатов, не функционируют достаточно хорошо при высоких концентрациях поверхностно-активных веществ или в загущенных системах поверхностно-активных веществ, и часто приводят к потере прозрачности из-за помутнения, гелеобразования и/или разделения фаз, или к потере достаточных суспендирующих свойств. Например, ксантановая камедь обладает превосходными суспендирующими свойствами в некоторых композициях составов для мытья тела с низким загущением поверхностно-активными веществами, но эта камедь часто утрачивает свои суспендирующие свойства в системах с высоким загущением поверхностно-активными веществами, что приводит к мутному, неоднородному виду продуктов и к зернистой или комковатой текстуре. Целлюлозные продукты (CMC, НЕС, НРМС и др.), являющиеся другим примером стандартных загустителей, обеспечивают нестойкую суспензию и обладают значительными ограничениями с точки зрения их совместимости с поверхностно-активными веществами. Часто используют акрилатные системы, однако эти системы не всегда обеспечивают достаточный уровень прозрачности, требуют высоких концентраций полимера и не считаются натуральными. Соли часто способны понизить высокую сдвиговую вязкость в загущенных системах поверхностно-активных веществ, но они не обеспечивают длительных суспендирующих свойств.

Поэтому в настоящее время для промышленности, производящей товары широкого потребления, желательно получить прозрачные загущенные системы поверхностно-активных веществ с суспендированными в них частицами включений, а также средство, способствующее образованию суспензии, для использования в системах с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, где не функционируют многие альтернативные загустители.

Было обнаружено, что микроволокнистую целлюлозу (MFC), полученную с помощью бактерий или другим способом, можно использовать для получения суспензии частиц включений в загущенных системах поверхностно-активных веществ, а также в композициях с высокими концентрациями поверхностно-активных веществ. Также было обнаружено, что MFC можно использовать для этой цели со вспомогательными веществами или без них. Если используется микроволокнистая целлюлоза, полученная с помощью бактерий, то можно удалить клеточный дебрис, что приведет к получению прозрачных растворов при обычно используемых концентрациях.

На микроволокнистую целлюлозу, по-видимому, не влияет образование мицелл из поверхностно-активных веществ, и она поддерживает хорошее качество суспензии в этих системах. Микроволокнистая целлюлоза обладает уникальной способностью функционировать в этих системах, в значительной мере потому, что она скорее диспергируется, чем солюбилизируется, за счет чего обеспечиваются хорошие суспензионные свойства в таких композициях, в которых в ином случае происходили бы помутнение и/или выпадение осадка, часто наблюдаемые при использовании альтернативных солюбилизированных полимеров.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описаны системы поверхностно-активных веществ, содержащие микроволокнистую целлюлозу. Термин «системы поверхностно-активных веществ» охватывает, но не ограничивается этим, загущенные системы поверхностно-активных веществ и системы, содержащие высокие концентрации поверхностно-активных веществ. Микроволокнистая целлюлоза (MFC) включает в себя MFC, полученную посредством микробной ферментации, и MFC, полученную посредством механического измельчения/разрушения целлюлозных волокон, полученных из злаков, древесины или хлопка. Если используется микроволокнистая целлюлоза, полученная с помощью бактерий, то можно удалить клеточный дебрис, что приведет к получению прозрачных растворов при обычно используемых концентрациях. В настоящем изобретении поверхностно-активные вещества использованы для получения очень густых (высоковязких) систем с высокой сдвиговой вязкостью, содержащих суспендированные в них частицы включений, за счет использования микроволокнистой целлюлозы.

Концентрация поверхностно-активных веществ в этих системах варьируется от примерно 5% до примерно 99% (массовый процент активного поверхностно-активного вещества), хотя конкретная концентрация зависит от продукта. Составы для мытья тела обычно содержат от примерно 5 массовых % до примерно 15 массовых % поверхностно-активного вещества, жидкие средства для мытья посуды обычно содержат от примерно 20 массовых % до примерно 40 массовых % поверхностно-активного вещества (при этом концентрация, равная 40%, характерна для «ультраконцентрированного» продукта), а средства для стирки белья обычно содержат от примерно 15 массовых % до примерно 50 массовых % поверхностно-активного вещества. Промышленные концентраты поверхностно-активных веществ (предназначенные для последующего разбавления в процессе производства или потребителем) могут иметь концентрации поверхностно-активных веществ, близкие к 100% в случае неионных поверхностно-активных веществ или превышающие 50% в случае анионных поверхностно-активных веществ. Такие концентраты можно использовать для производства потребительских товаров, таких как пены для ванн или шампуни, или для таких применений, как огнегасящие пены, когда поверхностно-активное вещество при употреблении разбавляется. К этим концентратам можно добавить MFC для увеличения сдвиговой вязкости концентрата или разбавленной системы. MFC присутствует в таких системах в концентрациях от примерно 0,05% до примерно 1,0%, однако концентрация будет зависеть от желаемого продукта.

Например, если для суспендирования мелких пузырьков воздуха в системе, содержащей 80% поверхностно-активного вещества, предпочтительно использовать примерно 0,06 массовых % MFC, то в системе, содержащей 99% поверхностно-активного вещества, для суспендирования пузырьков воздуха предпочтительно использовать примерно 0,078 массовых % MFC, а в системе, содержащей примерно 40 массовых % поверхностно-активного вещества, для суспендирования пузырьков воздуха или шариков предпочтительно использовать примерно 0,150 массовых % MFC. Кроме того, концентрацию MFC можно соответствующим образом отрегулировать, если желательно получить систему с высокой прозрачностью. Более конкретно, очень прозрачный состав для мытья тела при концентрации активного поверхностно-активного вещества в диапазоне от примерно 5 массовых % до примерно 15 массовых % можно получить при концентрации MFC от примерно 0,055 массовых % до примерно 0,25 массовых %.

Частицами включений, подлежащими суспендированию, могут быть средства, улучшающие внешний вид (декоративные шарики, средства, придающие жемчужный блеск, пузырьки воздуха, ароматические гранулы и т.п.), или активные ингредиенты (нерастворимые ферменты, инкапсулированные активные вещества, такие как увлажнители, цеолиты, отшелушивающие средства (например, альфа-гидроксикислоты и/или гликолевые кислоты или полиэтиленовые шарики), витамины (например, витамин Е) и т.п., или и те, и другие. Специалисту в данной области техники будут очевидны другие подходящие частицы.

Изобретение также относится к применению вспомогательных веществ и/или веществ, облегчающих технологический процесс, таких как CMC, ксантановая и/или гуаровая камедь, совместно с микроволокнистой целлюлозой в системах поверхностно-активных веществ, описанных выше. Смеси, содержащие микроволокнистую целлюлозу, являются продуктами микроволокнистой целлюлозы, содержащими вспомогательные вещества. Описаны две смеси: смесь, содержащая MFC, ксантановую камедь и CMC в соотношении 6:3:1, и смесь, содержащая MFC, гуаровую камедь и CMC в соотношении 3:1:1. Эти смеси обеспечивают возможность получения MFC в виде сухого продукта, который можно «активировать» высокой деформацией сдвига или интенсивным перемешиванием в воде или других растворах на основе воды. «Активация» происходит, когда смеси, содержащие MFC, добавляют в воду, и происходит гидратация вспомогательных веществ/веществ, облегчающих технологический процесс. После гидратации вспомогательных веществ/веществ, облегчающих технологический процесс, обычно требуется высокая деформация сдвига для эффективного диспергирования волокон микроволокнистой целлюлозы с получением трехмерной функциональной сети, которая обладает истинным пределом текучести. Неожиданно оказалось, что вспомогательное вещество и/или вещество, облегчающее технологический процесс, такое как CMC, ксантановая или гуаровая смола, присутствующее в таких смесях на основе микроволокнистой целлюлозы, остается солюбилизированным (после активации в воде) во многих композициях с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, несмотря на обычное отсутствие совместимости с системами с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, что, вероятнее всего, обусловлено низкими уровнями концентраций этих полимеров в композициях, содержащих MFC.

Изобретение также относится к способам получения описанных систем поверхностно-активных веществ, содержащих или не содержащих вспомогательные вещества и/или вещества, облегчающие технологический процесс.

Изложенная выше сущность изобретения станет более понятной после прочтения сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Растворы, содержащие высокие концентрации поверхностно-активных веществ, были приготовлены с использованием микроволокнистой целлюлозы совместно со вспомогательными веществами или без вспомогательных веществ. рН систем, описанных в данной заявке, варьировался от примерно 2 до примерно 12.

Пример 1

Загущенный раствор, содержащий 80% неионного поверхностно-активного вещества, был приготовлен с использованием 0,1% смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1). Вначале был приготовлен концентрат, содержавший 0,5% смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1) в деионизированной воде. 40 г этого раствора поместили в стакан объемом 250 мл, после чего медленно добавили 160 г неразбавленного Triton^® Х-100 (~100% активного Octoxynol-9 производства компании Union Carbide) при перемешивании со скоростью 600 об/мин с помощью лопастной мешалки «Джиффи». Полученный раствор обладал высокой прозрачностью по результатам визуальной инспекции и обладал способностью суспендировать полиэтиленовые шарики, желатиновые капсулы, шарики геллановой камеди и пузырьки воздуха. Предел текучести был равен 0,33 Па при рН 5,3 (по результатам измерения реометром для измерения предела текучести Brookfield^®).

Пример 2

Загущенный раствор, содержащий 80% неионного поверхностно-активного вещества, был приготовлен с использованием 0,1% смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1). Вначале был приготовлен концентрат, содержавший 0,5% смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1) в деионизированной воде. 40 г этого раствора поместили в стакан объемом 250 мл, после чего медленно добавили 160 г неразбавленного Tween^® 20 (-100% активного Polysorbate 20 производства компании ICI) при перемешивании со скоростью 600 об/мин с помощью лопастной мешалки «Джиффи». Полученный раствор обладал высокой прозрачностью по результатам визуальной инспекции и обладал способностью суспендировать полиэтиленовые шарики, желатиновые капсулы, капсулы из гуммиарабика и пузырьки воздуха. Предел текучести был равен 0,11 Па при рН 6,0 (по результатам измерения реометром для измерения предела текучести Brookfield^®).

Пример 3

Загущенный раствор, содержавший 99% неионного поверхностно-активного вещества, был приготовлен с использованием микроволокнистой целлюлозы в форме отфильтрованного осадка. 0,78% отфильтрованного осадка добавили к неразбавленному Triton X-100 и перемешивали с помощью смесителя Oster^® при скорости «разжижения» (максимальная скорость) в течение 5 минут. Активность (%-ное содержание твердых веществ) MFC в форме отфильтрованного осадка составляла примерно 16%, так что концентрация активной MFC в поверхностно-активном веществе была равна 0,125%. Полученный раствор обладал высокой прозрачностью по результатам визуальной инспекции и обладал способностью суспендировать полиэтиленовые шарики, желатиновые капсулы, капсулы из гуммиарабика и пузырьки воздуха. Раствор деаэрировали под вакуумом и измерили предел текучести. Раствор обладал хорошей прозрачностью с легкой мутностью по результатам визуальной инспекции и пределом текучести, равным 14,6 Па.

Пример 4

Загущенный раствор, содержавший 99% неионного поверхностно-активного вещества, был приготовлен с использованием микроволокнистой целлюлозы в форме отфильтрованного осадка. 0,78% отфильтрованного осадка добавили к неразбавленному Tween^® 20 и перемешивали с помощью смесителя Oster^® при скорости «разжижения» (максимальная скорость) в течение 5 минут. Активность (%-ное содержание твердых веществ) MFC в форме отфильтрованного осадка составляла примерно 16%, так что концентрация активной MFC в поверхностно-активном веществе была равна 0,125%. Полученный раствор обладал высокой прозрачностью по результатам визуальной инспекции и обладал способностью суспендировать полиэтиленовые шарики, желатиновые капсулы, капсулы из гуммиарабика и пузырьки воздуха. Раствор деаэрировали под вакуумом и измерили предел текучести. Раствор обладал хорошей прозрачностью с легкой мутностью по результатам визуальной инспекции и пределом текучести, равным 17,8 Па.

1. Водная композиция, включающая систему с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, содержащая микроволокнистую целлюлозу в концентрации от 0,05% до 0,15% (мас./мас.), поверхностно-активное вещество в концентрации от 51% до 99% (мас./мас. активного поверхностно-активного вещества) и суспендированные частицы включений, причем водная композиция является прозрачной.

2. Водная композиция по п.1, отличающаяся тем, что микроволокнистая целлюлоза присутствует в концентрации, равной 0,06%.

3. Водная композиция по п.1, отличающаяся тем, что микроволокнистая целлюлоза присутствует в концентрации, равной 0,075%.

4. Водная композиция по п.1, отличающаяся тем, что микроволокнистая целлюлоза присутствует в концентрации, равной 0,125%.

5. Водная композиция по п.2, отличающаяся тем, что поверхностно-активное вещество присутствует в концентрации, равной 80% (мас./мас. активного поверхностно-активного вещества).

6. Водная композиция по п.5, отличающаяся тем, что частицы включений содержат пузырьки воздуха.

7. Водная композиция по п.4, отличающаяся тем, что поверхностно-активное вещество присутствует в концентрации, равной 99% (мас./мас. активного поверхностно-активного вещества).

8. Водная композиция по п.5, отличающаяся тем, что рН лежит в диапазоне от 3 до 11.

9. Водная композиция по п.7, отличающаяся тем, что рН лежит в диапазоне от 3 до 11.

10. Водная композиция по п.1, отличающаяся тем, что микроволокнистая целлюлоза содержится в ней в виде смеси микроволокнистой целлюлозы, ксантановой камеди и карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 6:3:1.

11. Водная композиция по п.1, отличающаяся тем, что микроволокнистая целлюлоза содержится в ней в виде смеси микроволокнистой целлюлозы, гуаровой камеди и карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1:1.

12. Способ получения системы поверхностно-активных веществ, включающий объединение микроволокнистой целлюлозы с водой и перемешивание с высокой деформацией сдвига; добавление поверхностно-активного вещества и последующее перемешивание; добавление частиц включений с последующим перемешиванием, причем микроволокнистая целлюлоза присутствует в концентрации от 0,05% до 0,15% (мас./мас.), а поверхностно-активное вещество присутствует в концентрации от 51% до 99% (мас./мас. активного поверхностно-активного вещества), при этом образующаяся система является прозрачной, а частицы включений суспендированы в этой системе.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что микроволокнистая целлюлоза присутствует в концентрации, равной 0,06%.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что микроволокнистая целлюлоза присутствует в концентрации, равной 0,075%.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что микроволокнистая целлюлоза присутствует в концентрации, равной 0,125%.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что поверхностно-активное вещество присутствует в концентрации, равной 80% (мас./мас. активного поверхностно-активного вещества).

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что поверхностно-активное вещество присутствует в концентрации, равной 99% (мас./мас. активного поверхностно-активного вещества).

18. Способ по любому из пп.12-17, отличающийся тем, что микроволокнистая целлюлоза получена в виде сухого продукта, включающего вспомогательное вещество.

19. Способ по п.12, отличающийся тем, что микроволокнистая целлюлоза присутствует в виде смеси микроволокнистой целлюлозы, ксантановой камеди и карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 6:3:1.

20. Способ по п.12, отличающийся тем, что микроволокнистая целлюлоза содержится в ней в виде смеси микроволокнистой целлюлозы, гуаровой камеди и карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1:1.