Концентрированный водный раствор амфотерного поверхностно-активного вещества, в частности бетаина, и способ его получения

Концентрированный водный раствор амфотерного поверхностно-активного вещества, в частности бетаина, и способ его получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к концентрированному водному раствору амфотерного поверхностно-активного вещества, в частности бетаина, и к способу его получения.

Амфотерные поверхностно-активные вещества обладают хорошей пенообразующей и моющей способностью в сочетании с хорошей дерматологической совместимостью и способны снижать раздражающие свойства анионных поверхностно-активных веществ, таких как лаурил/лаурилэтоксисульфат натрия, которые обычно используют в косметических целях. Амфотерные поверхностно-активные вещества используют в качестве исходных веществ как для получения моющих средств, таких как, например, жидкости для промывки, так и для получения косметических продуктов, таких как, например, шампуни и пены для ванн.

Среди амфотерных поверхностно-активных веществ наиболее важными с коммерческой точки зрения являются алкилбетаины и, в частности, алкиламидобетаины. Среди них, без сомнения, самым важным является кокамидопропилбетаин.

Амфотерные поверхностно-активные вещества поставляются на рынок в форме концентрированных водных растворов. Тенденция в данной области заключается в максимально возможном увеличении степени концентрации активного вещества в поставляемых на рынок водных растворах. Однако возможности увеличения содержания активного вещества ограничены, поскольку высокие концентрации активного вещества приводят к образованию чрезвычайно вязкого ламеллярного геля, с которым трудно работать. Увеличение вязкости или гелеобразование может также возникать при хранении. По указанной причине водные растворы амфотерных поверхностно-активных веществ, в частности алкиламидопропилбетаина, имеют концентрацию приблизительно 30% активного вещества и 35% в виде сухого остатка.

В области техники описано несколько попыток получения обладающих низкой вязкостью концентрированных водных растворов бетаина.

В европейском патенте EP 0560114 B1 описывается добавление необходимого количества жирных кислот, необязательно в комбинации с глицерином. Однако жирные кислоты являются весьма дорогими добавками, а их присутствие в моющем средстве или косметическом продукте не всегда считается приемлемым, поскольку часто в процессе обработки жирные кислоты образуют остатки, так что на их содержание в конечном продукте накладываются определенные ограничения. Кроме того, заметное снижение вязкости растворов поверхностно-активного вещества наблюдается лишь в том случае, когда концентрация жирной кислоты превышает 1% масс.

В патенте США № 5962708 предлагается уменьшать вязкость раствора бетаина путем добавления гидроксикарбоновых кислот или их солей, в частности цитрата натрия. Подобные добавки еще более дороги, чем жирные кислоты, что делает указанное техническое решение малопривлекательным.

В заявке на патент США 20060110354 описывается применение, по крайней мере, одного сульфата, в частности сульфата натрия, в количестве от 0,01% до 5% масс. Однако сульфаты также считаются примесями, присутствие которых в конечных составах не всегда желательно.

Таким образом, целью настоящего изобретения является концентрированный водный раствор амфотерного поверхностно-активные вещества, предпочтительно бетаина, который лишен недостатков известных технических решений.

Указанная и другие цели настоящего изобретения достигаются с помощью концентрированного водного раствора амфотерного поверхностно-активного вещества, определение которого приведено в пункте 1 формулы изобретения, отличающегося тем, что он содержит мочевину с концентрацией от 0,01% до 5% масс. от общей массы раствора.

Другие особенности раствора согласно настоящему изобретению определяются в приведенных зависимых пунктах формулы изобретения, которая составляет неотъемлемую часть настоящего описания.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что добавления небольшого количества мочевины к концентрированному водному раствору амфотерного поверхностно-активного вещества достаточно для снижения вязкости до величины меньше или равно 3000 сП, предпочтительно меньше или равно 1000 сП (вязкость измеряют на вискозиметре модели LV Brookfield при 20°С, 20 об/мин, шпиндель 3).

Мочевину добавляют в подходящем количестве в процессе синтеза или после синтеза амфотерного поверхностно-активного вещества. Концентрация мочевины составляет от 0,01% до 5% масс., предпочтительно от 0,1% до 3% масс., более предпочтительно от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора поверхностно-активного вещества.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения амфотерное поверхностно-активное вещество выбрано из группы, которая включает алкилбетаины, алкиламидобетаины, аминопропионаты, аминоглицинаты, бетаины имидазолиния, сульфобетаины и их смеси.

Более предпочтительно алкиламидобетаинами являются алкиламидопропилбетаины формулы (I):

где R обозначает линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную алкильную группу, имеющую от 6 до 22 атомов углерода, или смесь линейных или разветвленных, насыщенных или ненасыщенных алкильных групп, имеющих от 6 до 22 атомов углерода. Предпочтительным значением для R является алкильная группа из жирных кислот кокосового масла. Усредненная композиция жирных кислот кокосового масла, выделенных из кокосового масла, описана, в частности, в патенте США № 5354906. Описание указанного патента включено в настоящее изобретение посредством ссылки.

Растворы алкиламидопропилбетаинов формулы (I) содержат соли электролитов, которые нейтрализуют заряды, и их предпочтительно выбирают из хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов или хлоридов с другими одновалентными (такими как, например, Cu⁺), двухвалентными (такими как, например, Pb²⁺), трехвалентными (такими как, например, Al³⁺), поливалентными (такими как, например, Sn⁴⁺ или NH⁴⁺) катионами или с аминовыми основаниями, выбранными из триэтаноламина, моноэтаноламина, диэтаноламина, моноизопропаноламина, триизопропаноламина, 2-аминобутанола, аминоэтилпропандиола, аргинина, лизина, орнитина, аминометилпропанола, аминометилпропандиола, 2-амино-2-гидроксиметил-1,3-пропандиола. Указанные соли электролитов могут использоваться как индивидуально, так и в виде смеси.

Концентрация амфотерного поверхностно-активного вещества в концентрированном водном растворе по настоящему изобретению составляет от 25% до 60% масс., более предпочтительно от 35% до 48% масс. от общей массы раствора.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения концентрированный водный раствор амфотерного поверхностно-активного вещества содержит фосфат натрия в качестве дополнительного компонента, способного уменьшать вязкость и предотвращать гелеобразование в растворе при его хранении. Концентрация фосфата натрия составляет от 0 до 5% масс., предпочтительно меняется в диапазоне от 0,01% до 5% масс., более предпочтительно в диапазоне от 0,1% до 3% масс. и еще более предпочтительно в диапазоне от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора. Фосфат натрия используют в форме Na₃PO₄, NaH₂PO₄, Na₂HPO₄ или в виде любой их комбинации.

Предпочтительная композиция согласно настоящему изобретению включает следующие ингредиенты:

амфотерное поверхностно-активное вещество (предпочтительно алкиламидопропилбетаины формулы (I)): от 25% до 60% масс.;

мочевина: от 0,01% до 5% масс.;

фосфат натрия: от 0,01% до 5% масс.; и

вода: до 100% масс.

Водный раствор по настоящему изобретению не включает дополнительные активные вещества. Тем не менее, могут присутствовать образовавшиеся при приготовлении остатки, такие как, например, вышеуказанные соли электролитов (в частности, хлорид натрия), в количестве, которое, если они присутствуют, в общем случае составляет вплоть до 5-10% масс., непрореагировавшие исходные вещества и небольшие количества свободных жирных кислот или их солей. Количество свободных жирных кислот или их солей поддерживают на как можно более низком уровне.

Водный раствор по настоящему изобретению может быть кислым, нейтральным или щелочным, и величина его рН предпочтительно составляет от 1 до 9.

Поскольку проблема повышения вязкости концентрированного водного раствора амфотерного поверхностно-активного вещества в основном возникает для кислых растворов с рН≤5, то добавление мочевины с целью снижения вязкости особенно удобно в случае растворов, имеющих подобные значения рН. Таким образом, предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является концентрированный водный раствор амфотерного поверхностно-активного вещества, определение которого приведено выше, имеющий рН в диапазоне от 1 до 5, более предпочтительно в диапазоне от 4,0 до 4,9. Другими предпочтительными диапазонами значений рН являются следующие: от 4,0 до 4,5; от 4,0 до 4,4; от 4,0 до 4,3; от 4,0 до 4,2; и от 4,0 до 4,1.

Как указано выше, одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что мочевина может быть добавлена при проведении реакции синтеза поверхностно-активного вещества или же, в качестве альтернативы, она может быть добавлена к уже синтезированному поверхностно-активному веществу при получении конечного продукта. Добавление мочевины к уже синтезированному поверхностно-активному веществу предпочтительно в том случае, когда необходимо очень точно регулировать вязкость поверхностно-активного вещества. Напротив, фосфат натрия добавляют в конце реакции синтеза поверхностно-активного вещества.

Таким образом, другим объектом настоящего изобретения является способ в соответствии с вводной частью пункта 15 формулы изобретения, отличающийся тем, что он включает синтез указанного амфотерного поверхностно-активного вещества в присутствии такого количества мочевины, которое позволяет получить концентрацию мочевины в диапазоне от 0,01% до 5% масс., предпочтительно от 0,1% до 3% масс., предпочтительно от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения способ согласно изобретению отличается тем, что он включает добавление к указанному амфотерному поверхностно-активному веществу такого количества мочевины, которое позволяет получить концентрацию мочевины в диапазоне от 0,01% до 5% масс., предпочтительно, от 0,1% до 3% масс., более предпочтительно от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора.

Оба вышеуказанных способа осуществления настоящего изобретения могут включать добавление к амфотерному поверхностно-активному веществу такого количества фосфата натрия, чтобы его концентрация была в диапазоне от 0 до 5% масс., предпочтительно в диапазоне от 0,01% до 5% масс., более предпочтительно в диапазоне от 0,1% до 3% масс. и еще более предпочтительно в диапазоне от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора.

Примеры проведения реакций синтеза амфотерного поверхностно-активного вещества включают кватернизацию жирных аминов или амидоаминов жирных кислот с помощью галогензамещенных карбоновых кислот или их солей с образованием алкилбетаинов или алкиламидобетаинов.

Следующие примеры приведены для иллюстрации, а не для ограничения объема настоящего изобретения, который определен формулой изобретения.

Пример 1

200 г (0,78 моль) жирной кислоты кокосового масла и 79,7 г (0,78 моль) N,N-диметиламинопропиламина помещают в 4-горлую круглодонную колбу емкостью 2 л, снабженную термометром, холодильником, насадкой для удаления воды, трубой для подачи азота и мешалкой, и нагревают в атмосфере азотом при температуре 180°C. Сконденсировавшаяся вода непрерывно удаляется. Реакцию проводят до тех пор, пока кислотность смеси не упадет до 5. Излишек амина затем удаляют в вакууме. Указанным образом получают 250 г амидопропилдиметиламина жирной кислоты кокосового масла и разбавляют водой до концентрации 45% масс. активного вещества. Полученный продукт представляет собой в основном твердое вещество.

Пример 2

Пример 1 повторяют, за исключением того, что реакцию жирной кислоты кокосового масла с N,N-диметиламинопропиламином проводят в присутствии 0,81 г (соответствует 0,3% масс. в конечной композиции) мочевины. Смесь разбавляют водой до концентрации 45% масс. активного вещества и получают вязкость по Брукфилду 210 сП при 20°С.

Пример 3

Количества мочевины, соответствующие 0,3% и 0,5% масс., последовательно добавляют к водному препарату кокоамидопропилбетаина с концентрацией активного вещества 45% масс., полученному, как описано в Примере 1. Внешний вид и вязкость паст определяют при 20°C. Результаты представлены в Таблице 1.

Таблица 1
Внешний вид и вязкость паст кокоамидопропилбетаина	Количество добавленной мочевины (% масс.)
	0	0,3	0,5
Внешний вид при 20°С	гель	жидкость	жидкость
Вязкость при 20°С	-	320 сП	305 сП

Исследуют также влияние рН в составах, содержащих 0,5% масс. мочевины. Результаты представлены в Таблице 2.

Таблица 2
рН	4,2	4,6	4,9	5,5	7,0
Вязкость при 20°С (сП)	наблюдается тенденция к выделению твердого вещества	305	306	310	325

Пример 4

Количества Na₃PO₄, соответствующие 0,3% и 0,5% масс., последовательно добавляют к водному препарату кокоамидопропилбетаина с концентрацией активного вещества 45% масс., полученному, как описано в Примере 1. Внешний вид и вязкость паст определяют при 20°C. Результаты представлены в Таблице 3.

Таблица 3
Внешний вид и вязкость паст кокоамидопропилбетаина	Количество добавленного Na3PO4 (% масс.)
	0	0,3	0,5
Внешний вид при 20°С	гель	жидкость	жидкость
Вязкость при 20°С	-	360 сП	351 сП

Исследуют также влияние рН в составах, содержащих 0,5% масс. Na₃PO₄. Результаты представлены в Таблице 4.

Таблица 4
рН	4,2	4,6	4,9	5,5	7,0
Вязкость при 20°С (сП)	наблюдается тенденция к выделению твердого вещества	305	306	310	325

1. Концентрированный водный раствор амфотерного поверхностно-активного вещества с вязкостью меньше или равной 3000 сП, предпочтительно меньше или равной 1000 сП, которую измеряют на вискозиметре модели LV Brookfield при 20°C, 20 об/мин, шпиндель 3, отличающийся тем, что раствор имеет значение pH в диапазоне от 1 до 5, содержит мочевину с концентрацией от 0,01% до 5% масс. от общей массы указанного раствора, фосфат натрия с концентрацией в диапазоне от 0,01% до 5% масс. от общей массы указанного раствора и концентрация амфотерного поверхностно-активного вещества составляет от 25% до 60% масс.

2. Концентрированный водный раствор по п. 1, где амфотерное поверхностно-активное вещество выбрано из группы, которая включает алкилбетаины, алкиламидобетаины, аминопропионаты, аминоглицинаты, бетаины имидазолиния, сульфобетаины и их смеси.

3. Концентрированный водный раствор по п. 2, где алкиламидобетаинами являются алкиламидопропилбетаины формулы (I): где R обозначает линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную алкильную группу, имеющую от 6 до 22 атомов углерода, или смесь линейных или разветвленных, насыщенных или ненасыщенных алкильных групп, имеющих от 6 до 22 атомов углерода.

4. Концентрированный водный раствор по любому из пп. 1-3, величина pH которого оставляет от 4,0 до 4,9.

5. Концентрированный водный раствор по п. 4, имеющий pH в диапазоне от 4,0 до 4,5.

6. Концентрированный водный раствор по любому из пп. 1-3, содержащий фосфат натрия с концентрацией в диапазоне от 0,1% до 3% масс. и более предпочтительно в диапазоне от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора.

7. Концентрированный водный раствор по п. 4, содержащий фосфат натрия с концентрацией в диапазоне от 0,1% до 3% масс. и более предпочтительно в диапазоне от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора.

8. Концентрированный водный раствор по п. 6, где фосфат натрия выбран из группы, которая включает Na₃PО₄, NaH₂PO₄, Na₂HPO₄ или любую их комбинацию.

9. Концентрированный водный раствор по п. 7, где фосфат натрия выбран из группы, которая включает Na₃PО₄, NaH₂PO₄, Na₂HPO₄ или любую их комбинацию.

10. Концентрированный водный раствор по любому из пп. 1-3, содержащий одну или несколько солей электролитов преимущественно с концентрацией в диапазоне от 5% до 10% масс. от общей массы раствора.

11. Концентрированный водный раствор по п. 4, содержащий одну или несколько солей электролитов преимущественно с концентрацией в диапазоне от 5% до 10% масс. от общей массы раствора.

12. Концентрированный водный раствор по п. 6, содержащий одну или несколько солей электролитов преимущественно с концентрацией в диапазоне от 5% до 10% масс. от общей массы раствора.

13. Концентрированный водный раствор по любому из пп. 1-3, содержащий амфотерное поверхностно-активное вещество с концентрацией от 35% до 48% масс. от общей массы раствора.

14. Концентрированный водный раствор по любому из пп. 1-3, содержащий мочевину с концентрацией в диапазоне от 0,1% до 3% масс., предпочтительно в диапазоне от 0,1% до 0,5% масс. от общей массы раствора.

15. Способ получения концентрированного водного раствора амфотерного поверхностно-активного вещества, имеющего значение pH в диапазоне от 1 до 5, по любому из пп. 1-14, заключающийся в том, что он включает синтез указанного амфотерного поверхностно-активного вещества в присутствии такого количества мочевины, которое позволяет получить концентрацию мочевины в диапазоне от 0,01% до 5% масс. от общей массы конечного раствора, и добавление к указанному амфотерному поверхностно-активному веществу такого количества фосфата натрия, которое позволяет получить концентрацию фосфата натрия в диапазоне от 0,01% до 5% масс. от общей массы конечного раствора.

16. Способ получения концентрированного водного раствора амфотерного поверхностно-активного вещества, имеющего значение pH в диапазоне от 1 до 5, по любому из пп. 1-14, заключающийся в том, что он включает стадию приготовления амфотерного поверхностно-активного вещества и стадию добавления к указанному амфотерному поверхностно-активному веществу такого количества мочевины, которое позволяет получить концентрацию мочевины в диапазоне от 0,01% до 5% масс. от общей массы конечного раствора, и такого количества фосфата натрия, которое позволяет получить концентрацию фосфата натрия в диапазоне от 0,01% до 5% масс. от общей массы конечного раствора.