Способ получения сыпучего порошка, содержащего одно или несколько производных глицин-n,n-диуксусной кислоты, и применение сыпучего порошка для получения прессованных агломератов

Способ получения сыпучего порошка, содержащего одно или несколько производных глицин-n,n-диуксусной кислоты, и применение сыпучего порошка для получения прессованных агломератов

Реферат

Изобретение относится к способу получения сыпучего порошка, содержащего одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты, и к применению сыпучего порошка для получения прессованных агломератов, а также к применению прессованных агломератов в твердых или в жидких очищающих средствах, в частности при получении таблеток для посудомоечных машин.

Для получения моющих средств, в частности моющих средств для текстильных изделий, или очищающих средств, в частности очищающих средств для посудомоечных машин, могут быть выбраны твердые или жидкие составы.

Моющие или очищающие средства содержат, как правило, комплексообразователи для ионов йодощелочных и тяжелых металлов. В качестве таковых чаще всего применяют производные глицин-N,N-диуксусной кислоты.

Их применяют в виде сыпучих порошков, которые получают из образующихся синтетическим путем водных растворов способом распылительной сушки. Такие сыпучие порошки должны иметь как можно более высокую насыпную массу, чаще всего в пределах от примерно 0,3 до 0,7 кг/л, и они должны иметь остаточную влажность в сравнительно узких пределах концентраций от примерно 4 до 8% воды для того, чтобы быть стабильными при хранении, и для того, чтобы их можно было использовать на последующей производственной операции, представляющей собой переработку в прессованные агломераты. Сыпучие порошки с более высоким содержанием воды слишком быстро превращаются в комки, тогда как сыпучие порошки с более низким содержанием воды плохо поддаются переработке.

Кроме того, сыпучие порошки должны иметь хорошую сыпучесть.

Известно, что сыпучие порошки образуются в виде частиц различной формы, в частности они могут иметь форму полых шариков, которые, в зависимости от толщины стенок, могут дробиться, они могут также иметь форму сплошных шариков или игл.

Полые шарики, как и сплошные шарики, имеют особенно хорошую сыпучесть и желательную высокую насыпную массу в пределах от примерно 0,5 до 0,7 кг/л, в частности даже тогда, когда они находятся в виде раздробленных полых шариков и идеально подходят для получения компактных изделий. Иглы, конечно, также подходят для получения компактных изделий, но у них плохая сыпучесть и слишком низкая насыпная масса в пределах от примерно 0,2 до 0,5 кг/л. Сплошные шарики имеют высокую насыпную массу и хорошую сыпучесть, но они непригодны для получения из них компактных изделий.

Состоящие из комплексообразователей, в частности из производных глицин-N,N-диуксусной кислоты в виде индивидуальных веществ или в смеси с полиэтиленгликолями в количестве от 2 до 10%, сыпучие порошки подвергаются прессованию между двумя валками или штамповочными прессами, после этого их измельчают и фракционируют с целью получения прессованных агломератов.

Прессованные агломераты должны обычно иметь определенный размер частиц, в частности в пределах от примерно 0,3 до 1,6 мм, что соответствует среднему размеру частиц в пределах от примерно 0,6 до 0,7 мм, и нужно это для того, чтобы все вещества, используемые на следующей технологической операции, представляющей собой прессование в таблетки для посудомоечных машин, имели аналогичные размеры. Это необходимо для равномерного смешивания всех используемых веществ и, в частности, для предотвращения их сепарации при получении таблеток для посудомоечных машин.

Задача настоящего изобретения состояла в разработке способа, в соответствии с которым можно в промышленном масштабе получать сыпучие порошки, соответствующие представленным выше требованиям.

Решение задачи представлено способом получения сыпучего порошка, содержащего одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты общей формулы (I)

M O O C − C H R − N ( C H 2 C O O M ) 2                                                            ( I ) ,

где

R означает алкильную группу с числом атомов углерода от одного до двенадцати и

М означает щелочной металл,

из водного раствора в качестве исходного материала, содержащего одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты, который сушат способом распылительной сушки с подачей воздуха, при этом способ отличается тем, что водный раствор содержит одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты в количестве ≥84 масс.% из расчета на общую массу сухого вещества, и тем, что распылительную сушку проводят в сушильном аппарате, в который водный раствор и воздух подают в прямоточном режиме с разницей температур между водным раствором и воздухом в пределах от 70 до 350°С, при этом водный раствор диспергируют в сушильном аппарате с образованием мельчайших жидких капель путем подачи его на один или на несколько дисков, вращающихся с линейной скоростью ≥100 м/с, или же путем создания в нем с помощью насоса абсолютного давления ≥20 бар и подачи его при этом давлении в сушильный аппарат через одну или несколько форсунок.

Было обнаружено, что таким способом могут быть получены сыпучие порошки, содержащие одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты, которые отличаются не только очень хорошими свойствами, относящимися к насыпной массе, сыпучести и стабильности при хранении, но кроме этого и к превосходной способности подвергаться компактированию с образованием прессованных агломератов с требуемой высокой прочностью и, соответственно, с невысокой степенью абразивного истирания.

Неожиданно было обнаружено, что прочность прессованных агломератов резко улучшается в том случае, когда для их получения используют соответствующие настоящему изобретению сыпучие порошки, которые образуются из водных растворов, содержащих одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты в чистом виде, то есть с низким содержанием образующихся при их синтезе побочных компонент, при этом их получают из водных растворов, которые содержат одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты в количестве ≥84 масс.% из расчета на общую массу сухого вещества.

Для этого, в частности, подходят производные глицин-N,N-диуксусной кислоты, получаемые в соответствии заявкой на патент ФРГ № А 4319935 в результате взаимодействия соответствующих 2-алкил- или, соответственно, 2-алкенилглицинов или же 2-алкил- или, соответственно, 2-алкенилгилициннитрилов или же двойных глицинов формулы

или двойных глициннитрилов формулы

по реакции с формальдегидом и с циановодородом или с цианидом щелочного металла, или же по реакции иминодиукусной кислоты или иминодиацетонитрила с соответствующими моноальдегидами или диальдегидами формулы ОНС-А-СНО и с циановодородом или с цианидом щелочного металла с последующим гидролизом имеющихся нитрильных групп до карбоксильных групп.

Кроме того, соответствующий изобретению способ реализуют в сушильных аппаратах, которые в предпочтительном случае функционируют так, чтобы получался сыпучий порошок с высоким содержанием полых шариков и/или раздробленных полых шариков.

Это достигается за счет быстрой сушки, когда между поступающим на сушку водным раствором и используемым для этого горячим воздухом устанавливают большой перепад температур, обеспечивающий быстрый унос растворителя, и за счет того, что сушку проводят в сушильном аппарате, включающем устройства, которые дробят поступающий на распылительную сушку водный раствор на очень мелкие капельки с размером капелек в пределах от 20 до 100 мкм.

Требуемый для этого перепад температур для испарения достигается в результате того, что водный раствор и используемый для сушки воздух подают в сушильный аппарат с разницей температур в пределах от примерно 70 до 350°С, в предпочтительном случае в пределах от примерно 150 до 250°С.

В частности, водный раствор при этом имеет температуру от примерно 20 до 120°С, а используемый для сушки воздух подают в сушильный аппарат при температуре в пределах от примерно 150 до 250°С.

В предпочтительном случае используют водный раствор, который содержит одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты с суммарной концентрацией от 20 до 60% из расчета на всю массу водного раствора.

При этом требуемое распыление водного раствора может достигаться в результате того, что его подают на один быстро вращающийся диск или на несколько быстро вращающихся дисков с линейной скоростью ≥100 м/с. Такие условия достигаются в сушилках с так называемыми дисковыми диспергаторами, которые функционируют при соответствующей скорости вращения дисков.

Можно также получать требуемое очень тонкое распыление водного раствора в результате того, что его абсолютное давление доводят с помощью насоса до ≥20 бар и при этом давлении подают его в одну форсунку или в несколько форсунок, расположенных в сушильном аппарате. В предпочтительном случае для этого может быть использован мембранный насос.

Предпочтительно также, когда абсолютное давление в водном растворе доводят до ≥30 бар.

Находящийся под повышенным давлением водный раствор можно подавать в форсунки, число которых составляет от одного до тридцати, в частности число форсунок может составлять от одного до двадцати, при этом предпочтительно, когда каждая форсунка имеет отверстие в пределах от 1 до 4 мм.

Распыление находящегося под высоким давлением водного раствора происходит в сушилках с форсунками, которые известны специалисту, например, по Masters: Spray Drying Handbook.

При реализации соответствующего изобретению способа получают сыпучий порошок, содержащий одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты общей формулы (I)

,

где

R означает алкильную группу с числом атомов углерода от одного до двенадцати и

М означает щелочной металл.

В соединениях общей формулы (I) M означает щелочной металл, в предпочтительном случае натрий или калий, в особо предпочтительном случае натрий.

Остаток R означает алкильную группу с числом атомов углерода от одного до двенадцати, в предпочтительном случае с числом атомов углерода от одного до шести, в особо предпочтительном случае означает метальный или этильный остаток. В особо предпочтительном случае в качестве компоненты(а) используют соль щелочного металла и метилглициндиукусной кислоты. В наиболее предпочтительном случае используют тринатриевую соль метилглициндиукусной кислоты.

Одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты используют в виде водного раствора, в предпочтительном случае его концентрация составляет от 20 до 60 масс.% из расчета на общую массу раствора.

В предпочтительном случае получают сыпучий порошок с содержанием полых шариков и/или раздробленных полых шариков в сумме ≥60%, при этом определение их содержания проводят представленным далее способом: пробу сыпучего порошка диспергируют в силиконовом масле, получают изображение в проходящем свете при увеличении от примерно 56-кратного до 300-кратного и подсчитывают частицы, представляющие собой полые шарики и/или раздробленные полые шарики, а также общее число частиц в изображении в проходящем свете, после этого рассчитывают процентное содержание частиц, которые представляют собой полые шарики и/или раздробленные полые шарики, по отношению к суммарному количеству всех частиц.

В предпочтительном случае соответствующим изобретению способом получают сыпучий порошок с содержанием полых шариков и раздробленных полых шариков в сумме ≥80%.

Объектом настоящего изобретения является также применение полученного одним из приведенных выше способов сыпучего порошка для получения прессованных агломератов путем прессования сыпучего порошка, в случае необходимости вместе с другими компонентами, в частности с полиэтиленгликолями, в предпочтительном случае в количестве от 2 до 10 масс.%, и/или с другими добавками, при этом прессование проводят пропусканием через два валка или штампованием с последующим измельчением и фракционированием. Получаемые таким путем прессованные агломераты имеют высокую прочность и, соответственно, низкую степень истирания.

Прочность определяют представленным далее способом.

Прессованием при давлении пресса 200 МПа получают компримированные образцы для испытаний в форме цилиндриков диаметром 12 мм и высотой 4 мм и определяют прочность на излом на аппарате для испытания таблеток WHT II® фирмы Pharmatest/Hainburg. Исходя из данных по прочности на излом (ВК), высоты (Н) и диаметра (D) прессованных образцов по представленной далее формуле рассчитывают прочность (TS) (tensile strength):

TS=ВКх2/(DхНхтт)

При использовании полученных соответствующим изобретению способом сыпучих порошков достигаются прочностные характеристики ≥1,45 МПа.

Этим данным по прочности соответствует незначительное абразивное истирание с величиной порядка <5%. Абразивное истирание определяют представленным далее способом: пробу измельченного и фракционированного материала, в частности, из прессованного образца, с размером частиц от 0,3 до 1,6 мм в течение двух минут подвергают предварительному просеиванию на сите 500 мкм и взвешивают остаток на сите, затем эту пробу в течение 10 минут выдерживают на вибрационном сите с амплитудой 2 мм и определяют количество прошедшего через сито материала. Этот материал рассматривается как абразивный износ.

Объектом настоящего изобретения является также применение прессованных агломератов из сыпучих порошков, полученных при реализации соответствующего изобретению способа, в твердых или в жидких моющих или чистящих средствах, в частности, для получения таблеток для посудомоечных машин.

Более детально изобретение иллюстрируется приведенными далее примерами.

Способ получения 1 (пример сравнения)

В качестве исходного раствора используют водный раствор тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты с концентрацией 39,4 масс.% и, соответственно, с содержанием тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты 81,5 масс.% из расчета на общую массу сухого вещества в исходном водном растворе. Из этого раствора в промышленной башне с форсунками получают сыпучий порошок с остаточным содержанием воды 6,5 масс.% и с содержанием полых шариков около 15%. Затем этот порошок прессуют с добавлением 7 масс.% полиэтиленгликоля.

Получают прессованный агломерат (компактированный материал) с прочностью (TS), определенной представленным выше способом, 0,77 МПа.

Способ получения 2 (в соответствии с изобретением)

В качестве исходного раствора используют водный раствор тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты с концентрацией 39,8 масс.% и, соответственно, с содержанием тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты 84,8 масс.% из расчета на общую массу сухого вещества.

Из этого раствора в промышленной башне с тарелками, вращающимися со скоростью 12900 об/мин, получают сыпучий порошок с остаточным содержанием воды 6,0% и с содержанием полых шариков около 85%. Затем, как это представлено в примере 1, этот порошок прессуют с добавлением полиэтиленгликоля.

Получают прессованный агломерат (компактированный материал) с прочностью (TS) 1,99 МПа.

Способ получения 3 (в соответствии с изобретением)

В качестве исходного раствора используют водный раствор тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты с концентрацией 39,9 масс.% и, соответственно, с содержанием тринатриевой соли метилглицин-N,N-диуксусной кислоты 87,1 масс.% из расчета на общую массу сухого вещества.

Из этого раствора в промышленной башне с форсунками получают сыпучий порошок с остаточным содержанием воды 0,5% и с содержанием полых шариков около 10%.

Получают прессованный агломерат (компактированный материал) с прочностью 1,9 МПа.

Представленные выше примеры однозначно показывают улучшение прочности прессованных агломератов, которые получают из водных растворов, содержащих тринатриевую соль метилглицин-N,N-диуксусной кислоты высокой чистоты, составляющей ≥84% масс.% из расчета на общую массу сухого вещества.

1. Способ получения сыпучего порошка, содержащего одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты общей формулы (I) ,гдеR означает алкильную группу с числом атомов углерода от одного до двенадцати иМ означает щелочной металл,из водного раствора в качестве исходного материала, содержащего одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты, который сушат способом распылительной сушки с подачей воздуха,отличающийся тем, чтоводный раствор содержит одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты в количестве ≥84 мас.% из расчета на общую массу сухого вещества, и тем, чтораспылительную сушку проводят в сушильном аппарате, в который водный раствор и воздух подают в прямоточном режиме с разницей температур между водным раствором и воздухом в пределах от 70 до 350°С, и тем, чтоводный раствор диспергируют в сушильном аппарате с образованием мельчайших капелек жидкости путем подачи его на один или несколько дисков, вращающихся с линейной скоростью ≥100 м/с, или путем создания в нем с помощью насоса абсолютного давления ≥20 бар и подачи его при этом давлении в сушильный аппарат через одну или несколько форсунок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве производного глицин-N,N-диуксусной кислоты используют одну соль или несколько солей метилглициндиуксусной кислоты со щелочными металлами.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сушильный аппарат представляет собой дисковый сушильный аппарат.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сушильный аппарат представляет собой сушильный аппарат с форсунками.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что водный раствор содержит одно или несколько производных глицин-N,N-диуксусной кислоты в суммарной концентрации от 20 до 60 мас.% из расчета на общую массу водного раствора.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что водный раствор одного или нескольких производных глицин-N,N-диуксусной кислоты подают с температурой от примерно 20 до 120°С и воздух подают с температурой от примерно 150 до 250°С.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что насос представляет собой мембранный насос.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в водном растворе с помощью насоса создают абсолютное давление ≥30 бар.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что получают сыпучий порошок с содержанием полых шариков или раздробленных полых шариков ≥60%, при этом определение их содержания проводят представленным далее способом: пробу сыпучего порошка диспергируют в силиконовом масле, получают изображение в проходящем свете при увеличении от примерно 56-кратного до 300-кратного и подсчитывают частицы, представляющие собой полые шарики или раздробленные полые шарики, а также общее число частиц в изображении в проходящем свете, и рассчитывают процентное содержание частиц, которые представляют собой полые шарики или раздробленные полые шарики, по отношению к суммарному количеству частиц.

10. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что получают сыпучий порошок с содержанием полых шариков или раздробленных полых шариков ≥60%, при этом определение их содержания проводят представленным далее способом: пробу сыпучего порошка диспергируют в силиконовом масле, получают изображение в проходящем свете при увеличении от примерно 56-кратного до 300-кратного и подсчитывают частицы, представляющие собой полые шарики и раздробленные полые шарики, а также общее число частиц в изображении в проходящем свете, и рассчитывают процентное содержание частиц, которые представляют собой полые шарики и раздробленные полые шарики, по отношению к суммарному количеству частиц.

11. Применение полученного способом по одному из пп.1-9 сыпучего порошка для получения прессованных агломератов с добавлением или без добавления полиэтиленгликоля.

12. Применение прессованных агломератов по п.11 для использования в твердых или в жидких очищающих средствах.

13. Применение по п.12 для получения таблеток для посудомоечных машин.