Связывающая кальций композиция

Связывающая кальций композиция

Реферат

ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США 61/477774, поданной 21 апреля 2011, содержание которой полностью приведено здесь в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к композициям, способным связывать ионы кальция, получаемым частично из возобновляемого углеводного сырья. Связывающие кальций композиции включают одну или несколько солей гидроксикарбоновой кислоты, включая гидроксимонокарбоновые кислоты и гидроксидикарбоновые кислоты, одну или несколько солей анионов оксокислоты и одну или несколько солей лимонной кислоты.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Гидроксикарбоновые кислоты и соли гидроксикарбоновых кислот были описаны как хелатирующие агенты, способные связывать ионы металлов в растворе (Mehltretter, 1953; Abbadi, 1999). Соли гидроксикарбоновых кислот в качестве связывающих агентов для ионов металлов, таких как кальций и магний, в целом обладают малой эффективностью по сравнению с обычными связывающими агентами, такими как триполифосфат натрия (STPP), этилендиаминтетраацетат (EDTA) или нитрилтриацетат (NTA). Несмотря на низкую способность к связыванию соли гидроксикарбоновых кислот представляют интерес в связи с тем, что они, как правило, способны к биодеградации, не токсичны и получаются из возобновляемых ресурсов, таких как углеводы. Таким образом, использование солей гидроксикарбоновых кислот в качестве связывающих агентов, заменяющих STPP и EDTA, обеспечивает преимущество, особенно в случаях, когда эти соединения могут быть выброшены в окружающую среду. Эффективность солей гидроксикарбоновых кислот в качестве связывающих агентов для ионов жесткой воды может быть увеличена путем добавления подходящих соединений аниона оксокислоты, таких как борат и алюминат. Эффективность повышается благодаря образованию диэфирных комплексов между двумя смежными гидроксильными группами соли гидроксикарбоновой кислоты и боратом или алюминатом, как описано van Duin et al (Carb. Res. 1987, 162, 65-78 и J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1987, 8, 2051-2057). Работа van Duin et al. показывает, что образование диэфирного комплекса осуществляется с соединениями, содержащими две вицинальные гидроксильные группы, предпочтительно в трео-конфигурации. Стабильность данных комплексов зависит от значения рН, при этом увеличенная стабильность обеспечивается при более высоких значениях рН. Комплексы между солями гидроксикарбоновых кислот и боратом натрия или алюминатом натрия были описаны как кальцийсвязывающие агенты для использования в качестве детергентов (Hessen, патент США 4000083; Tumerman, патент США 3798168; и Miralles et al., патент США 8153573). Таким образом, хорошо известно, что комплексы между солями полигидроксикарбоновых кислот и подходящими анионными солями оксокислот, такими как алюминат натрия и борат натрия, могут быть использованы в качестве связывающих агентов ионов двухвалентного металла для использования в качестве детергентов. Удивительным является то, что нами обнаружено, что эффективность связывания кальция в комплексах между солями полигидроксикарбоновых кислот и подходящими солями анионов оксокислот может быть увеличена за счет добавления определенных связывающих агентов, таких как нитратные соли. Это является неожиданным с учетом того, что эффективность цитрата не увеличивается в случае добавления алюмината натрия или бората натрия, как показано van Duin et al. (Carb. Res. 1987, 162, 65-78).

Многие химические соединения, которые традиционно использовались в качестве связывающих агентов металлов, представляют собой соединения на основе фосфора. В связи со связанными с охраной окружающей среды нормативными актами использование фосфорных соединений с последующим выбросом этих материалов в поверхностные воды остается ограниченным. Данные нормативные акты обусловили потребность в наличии приемлемых с точки зрения окружающей среды материалов для использования в качестве связывающих агентов металлов в различных областях.

Одной сферой, в которой используются связывающие агенты металлов, являются составы детергентов. Детергенты представляют собой чистящие смеси, в основном состоящие из поверхностно-активных веществ, формообразующих агентов, отбеливающих агентов, ферментов и наполнителей. Двумя основными компонентами являются поверхностно-активные вещества и формообразующие агенты. Поверхностно-активные вещества отвечают за эмульгирование масла и жира, в то время как формообразующие агенты добавляют для продления или увеличения чистящих свойств поверхностно-активного вещества. Формообразующий агент может представлять собой отдельное вещество или смесь веществ и, как правило, может осуществлять несколько функций. Важной функцией формообразующего агента является связывание катионов металлов, как правило, катионов кальция и магния, в жесткой воде. Формообразующие агенты действуют в качестве смягчающих воду агентов за счет связывания катионов кальция и магния и, таким образом, препятствуют образованию нерастворимых в воде солей между катионными и анионными компонентами в промывочном растворе, таких как поверхностно-активные вещества и карбонат. В случае детергентов для стирки, формообразующие агенты также помогают предотвращать связывание катионов с хлопком, что является одной из основных причин устойчивости грязи на хлопковых тканях. Другие функции формообразующих агентов включают повышение щелочности растворов детергентов, дефлокулирование мицелл поверхностно-активного вещества и ингибирование коррозии.

Первыми формообразующими агентами, используемыми в коммерческих детергентах, были фосфатные соли и производные фосфатных солей. Триполифосфат натрия (STPP) являлся в одно время наиболее часто используемым в сфере потребительских и промышленных детергентов. Фосфатные формообразующие агенты также использовались в качестве ингибиторов коррозии на металлических поверхностях стиральных машин и посудомоечных машин. Фосфаты постепенно перестали быть компонентами детергентов в течение последних 40 лет в основном в связи с риском для окружающей среды, обусловленным выбросами богатых фосфатами сточных вод в поверхностные воды, что ведет к увеличению эвтрофикации и, в конце концов, к гипоксии (Lowe, 1978). По-прежнему сохраняется потребность в высокоэффективных заменителях фосфатов в составе детергентов.

Традиционные детергенты, используемые в сфере ухода за автомобилем, пищевых продуктов и напитков (например, в молочной, сыропроизводящей, сахарной, мясной, пищевой, пивоваренной отрасли и других связанных с производством напитков отраслях), мытье изделий и прачечной сфере, включают щелочные детергенты. Щелочные детергенты, особенно те из них, которые предназначены для институционального или коммерческого использования, в основном содержат фосфаты, нитрилтриуксусную кислоту (NTA) и этилендиаминтетрауксусную кислоту (EDTA). Фосфаты, NTA и EDTA представляют собой компоненты, которые широко используются в качестве детергентов для облегчения удаления грязи и связывания ионов металлов, таких как кальций, магний и железо.

В частности, NTA, EDTA или полифосфаты, такие как триполифосфат натрия, и их соли используют в составе детергентов в связи с их способностью солюбилизировать присутствующие неорганические соли и/или грязь. При осаждении солей кальция, магния и железа кристаллы могут приставать к очищаемой поверхности и вызывать нежелательные эффекты. Например, осаждение карбоната кальция на поверхности изделия может негативно повлиять на эстетический вид изделия, придавая ему грязный вид. В прачечной сфере осаждение карбоната кальция и его приставание к поверхности ткани ведет к тому, что кристаллы могут вызывать ощущение грубости ткани и жесткости при прикосновении. В пищевой отрасли и в сфере производства напитков остаток карбоната кальция может влиять на уровни кислотности пищевых продуктов. Способность NTA, EDTA и полифосфатов удалять ионы металлов способствует моющей способности раствора за счет предотвращения вызывающего жесткость осаждения, облегчения удаления грязи и/или предотвращения повторного осаждения грязи в чистящем растворе или промывочной воде.

Оставаясь эффективными, фосфаты и NTA являются объектом государственного регулирования в связи с опасениями, связанными с влиянием на окружающую среду и здоровье. Несмотря на то, что EDTA в настоящее время не является объектом регулирования, считается, что в ее отношении может быть введено государственное регулирование в связи с сохраняющимися опасениями, связанными с охраной окружающей среды. Таким образом, в данной области существует потребность в наличии альтернативной и, предпочтительно, мягкой относительно окружающей среды чистящей композиции, которая может заменить по свойствам фосфорсодержащие соединения, такие как фосфаты, фосфонаты, фосфиты и акриловые фосфинатные полимеры, а также вещества, не являющиеся аминкарбоксилатами, такие как NTA и EDTA.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к связывающей кальций композиции, включающей комбинацию, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, выбранной из группы, состоящей, по меньшей мере, из одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты и комбинации, по меньшей мере, одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты и, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты (такой как, например, соль бората или соль алюмината) и, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. Вообще, соль гидроксимонокарбоновой кислоты может включать, по меньшей мере, одну соль гликолевой кислоты, по меньшей мере, одну соль глюконовой кислоты и, по меньшей мере, одну соль 5-кето-глюконовой кислоты. В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна соль гликолевой кислоты включает гликолат натрия, гликолат калия, гликолат лития, гликолат цинка, гликолат аммония или их смеси. В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна соль глюконовой кислоты может включать глюконат натрия, глюконат калия, глюконат лития, глюконат цинка, глюконат аммония или их смеси. В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна соль 5-кето-глюконовой кислоты включает 5-кето-глюконат натрия, 5-кето-глюконат калия, 5-кето-глюконат лития, 5-кето-глюконат цинка, 5-кето-глюконат аммония или их смеси.

Кроме того, соль гидроксидикарбоновой кислоты может, в целом, включать, по меньшей мере, одну соль глюкаровой кислоты, по меньшей мере, одну соль винной кислоты, по меньшей мере, одну соль тартроновой кислоты, по меньшей мере, одну соль ксиларовой кислоты, по меньшей мере, одну соль галактаровой кислоты или их смеси. В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна соль глюкаровой кислоты включает динатрий-глюкарат, натрий-калий-глюкарат, дикалий-глюкарат, глюкарат цинка, диаммоний-глюкарат, дилитий-глюкарат, литий-натрий-глюкарат, литий-калий-глюкарат или их смеси. В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна соль винной кислоты включает динатрий-тартрат, натрий-калий-тартрат, дикалий-тартрат, дилитий-тартрат, литий-натрий-тартрат, литий-калий-тартрат, тартрат цинка, диаммоний-тартрат или их смеси. В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна соль тартроновой кислоты включает динатрий-тартронат, натрий-калий-тартронат, дикалий-тартронат, дилитий-тартронат, литий-натрий-тартронат, литий-калий-тартронат, тартронат цинка, диаммонияй-тартронат или их смеси.

Известно, что, по меньшей мере, одна соль гидроксикарбоновой кислоты, выбранная из группы, состоящей, по меньшей мере, из одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты и комбинации, по меньшей мере, одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты и, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты, может включать смесь, по меньшей мере, одной соли глюкарата, по меньшей мере, одной соли глюконата, по меньшей мере, одной соли 5-кето-глюконата, по меньшей мере, одной соли тартрата, по меньшей мере, одной соли тартроната, по меньшей мере, одной соли гликолата. В одном варианте осуществления изобретения смесь гидроксикарбоновых кислот может включать от около 30% до около 75%, по меньшей мере, одной соли глюкарата, от около 0% до около 20%, по меньшей мере, одной соли глюконата, от около 0% до около 10%, по меньшей мере, одной соли 5-кето-глюконата, от около 0% до около 10%, по меньшей мере, одной соли тартрата, от около 0% до около 10%, по меньшей мере, одной соли тартроната и от около 0% до около 10%, по меньшей мере, одной соли гликолата. Смесь включает от около 40% до около 60%, по меньшей мере, одной соли глюкарата, от около 5% до около 15%, по меньшей мере, одной соли глюконата, от около 3% до около 9%, по меньшей мере, одной соли 5-кето-глюконата, от около 5% до около 10%, по меньшей мере, одной соли тартрата, от около 5% до около 10%, по меньшей мере, одной соли тартроната и от около 1% до около 5%, по меньшей мере, одной соли гликолата. В другом варианте осуществления смесь включает от около 45% до около 55%, по меньшей мере, одной соли глюкарата, от около 10% до около 15%, по меньшей мере, одной соли глюконата, от около 4% до около 6%, по меньшей мере, одной соли 5-кето-глюконата, от около 5% до около 7%, по меньшей мере, одной соли тартрата, от около 5% до около 7%, по меньшей мере, одной соли тартроната и от около 3% до около 5%, по меньшей мере, одной соли гликолата. В другом варианте осуществления изобретения смесь включает около 50%, по меньшей мере, одной соли глюкарата, около 15%, по меньшей мере, одной соли глюконата, около 4%, по меньшей мере, одной соли 5-кето-глюконата, около 6%, по меньшей мере, одной соли тартрата, около 6%, по меньшей мере, одной соли тартроната и около 5%, по меньшей мере, одной соли гликолата.

Связывающая кальций композиция в основном включает от около 25% до около 75% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, от около 1% до около 50% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты и от около 1% до около 50% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты. В одном варианте осуществления изобретения композиция включает от около 40% до около 60% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, от около 10% до около 35% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты и от около 10% до около 35% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты. В дополнительном варианте осуществления изобретения композиция включает около 50% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, около 20% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и около 30% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты.

Подходящие соли аниона оксокислоты включают натриевые и калиевые соли бората, алюмината, станната, германата, молибдата, антимоната или их смеси. Также известно, что, по меньшей мере, одна алюминиевая соль связывающей кальций композиции может включать алюминат натрия, хлорид алюминия или их смеси. По меньшей мере, одна соль лимонной кислоты может включать цитрат натрия, цитрат калия, цитрат кальция, цитрат магния или их смеси.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу связывания ионов кальция из среды, включающему применение композиции с комбинацией, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, выбранной из группы, состоящей, по меньшей мере, из одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты и комбинации, по меньшей мере, одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты и, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. По меньшей мере, одна соль гидроксикарбоновой кислоты может включать соль глюкаровой кислоты, соль глюконовой кислоты, соль 5-кето-глюконовой кислоты, соль винной кислоты, соль тартроновой кислоты, соль гликолевой кислоты, соль глицериновой кислоты, соль ксиларовой кислоты, соль галактаровой кислоты или их смеси. Кроме того, по меньшей мере, одна соль гидроксикарбоновой кислоты может включать смесь, по меньшей мере, одной соли глюкарата, по меньшей мере, одной соли глюконата, по меньшей мере, одной соли 5-кето-глюконата, по меньшей мере, одной соли тартрата, по меньшей мере, одной соли тартроната и, по меньшей мере, одной соли гликолата. Подходящие соли аниона оксокислоты включают натриевые и калиевые соли бората, алюмината, станната, германата, молибдата, антимоната или их смеси. Кроме того, по меньшей мере, одна алюминиевая соль может включать алюминат натрия, хлорид алюминия или их смеси. По меньшей мере, одна соль лимонной кислоты может включать цитрат натрия, цитрат калия, цитрат кальция, цитрат магния или их смеси.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к детергентной композиции, включающей связывающую кальций композицию, состоящую из, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, выбранной из группы, состоящей, по меньшей мере, из одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты и комбинации, по меньшей мере, одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты и, по меньшей мере, одной соли гидроксидикарбоновой кислоты; по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты; и, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. Композиция детергента может также включать один или несколько дополнительных функциональных материалов, таких как, например, ополаскиватель, отбеливающий агент, дезинфицирующее средство/противомикробный агент, активаторы, формообразующие агенты или наполнители детергента, рН-буферирующие агенты, релаксанты ткани, смягчители ткани, агенты для удаления грязи, пеногасители, препятствующие повторному осаждению агенты, стабилизирующие агенты, дисперсанты, оптические отбеливатели, антистатические агенты, препятствующие сминанию агенты, запахоулавливающие агенты, агенты для защиты волокон, агенты для защиты цвета, красители/отдушки, защищающие от ультрафиолетового излучения агенты, препятствующие распушиванию волокон агенты, водоотталкивающие агенты, укрепляющие агенты/модификаторы растворимости, ингибиторы коррозии металла и стекла, ферменты, препятствующие образованию накипи агенты, окислительные агенты, растворители и репелленты от насекомых.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к обладающим новизной связывающим кальций композициям, включающим смеси солей гидроксикарбоновых кислот, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. Гидроксикарбоновые кислоты представляют собой соединения, которые содержат одну или несколько гидроксильных групп, а также обладают одним или несколькими функциональными свойствами карбоновой кислоты. Гидроксимонокарбоновая кислота может быть описана как соединение с одной карбоксильной группой. Гидроксидикарбоновая кислота может быть описана как соединение с двумя карбоксильными группами. Гидроксильные группы данных соединений способны образовывать комплексы, связывающие ионы металлов при соединении с подходящей солью аниона оксокислоты. Было установлено, что данные комплексы образуют стабильные растворимые в воде комплексы с ионами металлов, таких как кальций и магний, в отличие от гидроксикарбоновых кислот, которые, как правило, образуют нерастворимые в воде соли с ионами многих металлов, тем самым обеспечивая наличие связанных с связыванием металлов свойств.

Согласно использованному здесь определению, термин "гидроксикарбоновые кислоты" может в целом относиться к любому окисленному производному углеводов или других полиолов, и должен истолковываться в качестве включающего главным образом гидроксимонокарбоновые кислоты и гидроксидикарбоновые кислоты. Смеси гидроксикарбоновой кислоты, подходящие для использования в рамках данного изобретения, также легко получают путем окисления углевода или другого полиольного соединения. Окисление углеводных соединений может осуществляться с помощью различных способов, включая окисление азотной кислотой, окисление двуокисью азота, окисление воздухом или кислородом с помощью катализаторов на основе металлов, и окисление радикальными соединениями тетралкилнитроксила, такими как TEMPO. Термин "полиол" в целом означает любое органическое соединение с двумя или более чем двумя гидроксильными группами спиртов. Подходящие углеводы или полиолы для окисления включают: простые альдозы и кетозы, такие как глюкоза, ксилоза или фруктоза; простые полиолы, такие как глицерин, сорбит или маннит; редуцирующие дисахариды, такие как мальтоза, лактоза или целлобиоза, редуцирующие олигосахариды, такие как мальтотриоза, мальтотетроза или мальтотетралоза; нередуцирующие углеводы, такие как сахароза, трегалоза и стахиоза; смеси моносахаридов и олигосахаридов (которые могут включать дисахариды); глюкозные сиропы с различными значениями декстрозного эквивалента; полисахариды, такие как (без ограничения) крахмал, целлюлоза, арабиногалактаны, ксиланы, маннаны, фруктаны, гемицеллюлозы; смеси углеводов и других полиолов, которые включают один или несколько перечисленных выше углеводов или полиолов. Конкретные примеры гидроксикарбоновых кислот, которые могут быть использованы в рамках данного изобретения, включают (без ограничения) глюкаровую кислоту, ксиларовую кислоту, галактаровую кислоту, глюконовую кислоту, винную кислоту, тартроновую кислоту, гликолевую кислоту, глицериновую кислоту и их комбинации. В одном варианте осуществления изобретения гидроксикарбоновая кислота включает глюкаровую кислоту, ксиларовую кислоту и галактаровую кислоту. Кроме того, специалисту в данной области будет понятно, что гидроксикарбоновые кислоты данного изобретения охватывают все возможные стереоизомеры, включая диастереомеры и энантиомеры в по существу чистой форме, в также в смеси при любом соотношении, включая рацематы гидроксикарбоновых кислот.

Связывающие кальций композиции данного изобретения включают солевую форму описанных здесь гидроксикарбоновых кислот. Специалисту в данной области будет понятно, что соли в целом представляют собой соединения, которые получают реакцией нейтрализации кислоты и основания. Любое окисленное производное углевода или другого полиола может быть использовано в форме соли в рамках данного изобретения. Примеры солей гидроксикарбоновой кислоты включают (без ограничения) динатрий-глюкарат, натрий-калий-глюкарат, дикалий-глюкарат, дилитий-глюкарат, литий-натрий-глюкарат, литий-калий-глюкарат, глюкарат цинка, диаммоний-глюкарат, динатрий-ксиларат, натрий-калий-ксиларат, дикалий-ксиларат, дилитий-ксиларат, литий-натрий-ксиларат, литий-калий-ксиларат, ксиларат цинка, аммоний-ксиларат-натрий-глюконат, глюконат калия, глюконат лития, глюконат цинка, глюконат аммония, динатрий-галактарат, натрий-калий-галактарат, дикалий-галактарат, дилитий-галактарат, литий-натрий-галактарат, литий-калий-галактарат, галактарат цинка, диаммоний-галактарат, динатрий-тартрат, натрий-калий-тартрат, дикалий-тартрат, дилитий-тартрат, литий-натрий-тартрат, литий-калий-тартрат, тартрат цинка, диаммоний-тартрат, динатрий-тартронат, натрий-калий-тартронат, дикалий-тартронат, дилитий-тартронат, литий-натрий-тартронат, литий-калий-тартронат, тартронат цинка, диаммоний-тартронат, гликолат натрия, гликолат калия, гликолат лития, гликолат цинка, гликолат аммония, глицерат натрия, глицерат калия, глицерат лития, глицерат цинка, глицерат аммония и их комбинации. В другом варианте осуществления изобретения гидроксикарбоновая кислота может включать (без ограничения) глюкарат динатрия, натрий-калий-глюкорат, глюкарат дикалия, глюкарат цинка, ксиларат динатрия, натрий-калий-ксиларат, ксиларат дикалия, ксиларат цинка, галактарат динатрия, натрий-калий-галактарат, галактарат дикалия, галактарат цинка, ксиларат диаммония и их комбинации.

В соответствии с использованным здесь значением термин "соль аниона оксокислоты" означает любую растворимую в воде солевую форму кислоты, содержащей, по меньшей мере, один атом кислорода. Соль аниона оксокислоты может включать (без ограничения) соли бората, алюмината, станната, германата, молибдата, антимоната и их комбинации. В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна подходящая соль аниона оксокислоты включает борат натрия, борат калия, динатрий-октаборат, метаборат натрия, молибдат натрия, молибдат калия, сульфат алюминия, нитрат алюминия, хлорид алюминия, формат алюминия, алюминат натрия, бромид алюминия, фторид алюминия, гидроксид алюминия, фосфат алюминия, иодид алюминия, сульфат алюминия, станнат натрия, станнат калия, германат натрия, германат калия, антимонит натрия, антимонит калия и их комбинации. В другом варианте осуществления изобретения соль алюминия включает алюминат натрия и хлорид алюминия.

В соответствии с использованным здесь значением термин "соль лимонной кислоты" включает любые известные из уровня техники солевые формы лимонной кислоты. Как правило, соль лимонной кислоты является растворимой в воде. Известно, что соли лимонной кислоты обладают свойствами, связанными с связыванием металлов, таким образом, любая известная соль лимонной кислоты может быть использована в рамках композиций данного изобретения. Подходящие примеры солей лимонной кислоты могут включать (без ограничения) цитрат натрия, цитрат калия, цитрат кальция, цитрат магния, цитрат аммония и их комбинации.

Связывающая кальций композиция в целом включает от около 25% до около 75% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксимонокарбоновой кислоты или гидроксидикарбоновой кислоты, от около 1% до около 50% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и от около 1% до около 50% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. Конкретные процентные доли, по меньшей мере, одной гидроксикарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты могут быть различными в зависимости от желаемых характеристик композиции. В целом, композиции с различными концентрациями одной или нескольких солей гидроксикарбоновой кислоты, подходящих солей анионов оксокислоты и подходящих солей лимонной кислоты обладают различной способностью связывать ионы металлов в соответствии с рН среды, в которой находятся связываемые ионы металлов. Как таковые, в зависимости от рН желаемой среды, подвергаемой действию связывающего кальций агента, относительные процентные доли гидроксикарбоновой кислоты, подходящих солей аниона оксокислоты и подходящих солей лимонной кислоты могут быть различными. Связывающая кальций композиция в целом включает от около 25% до около 75% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, от около 1% до около 50% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и от около 1% до около 50% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. В одном варианте осуществления изобретения композиция включает от около 40% до около 60% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, от около 10% до около 35% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и от около 10% до около 35% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. В одном варианте осуществления изобретения композиция включает от около 45% до около 55% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, от около 15% до около 25% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и от около 15% до около 35% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. В дополнительном варианте осуществления изобретения композиция включает около 55% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, около 25% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и около 35% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. В еще одном дополнительном варианте осуществления изобретения композиция включает около 50% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, около 20% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и около 30% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты. В еще одном дополнительном варианте осуществления изобретения композиция включает около 45% по весу, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, около 15% по весу, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и около 25% по весу, по меньшей мере, одной соли лимонной кислоты.

Специалисту в данной области будет понятно, что в связывающие кальций композиции данного изобретения могут быть добавлены дополнительные добавки при условии, если данные добавки не оказывают неблагоприятного воздействия на способность связывающих кальций композиций связывать ионы металлов. Типичные добавки могут включать (без ограничения) органические детергенты, очищающие агенты, ополаскиватели, отбеливающие агенты, дезинфицирующие средства/противомикробные агенты, активаторы, формообразующие агенты детергента или наполнители, пеногасители, препятствующие повторному осаждению агенты, оптические отбеливатели, красители/отдушки, дополнительные модификаторы жесткости/растворимости, поверхностно-активные вещества или любой другой натуральный или синтетический агент, способный изменять свойства связывающей кальций композиции.

Связывающие кальций композиции данного изобретения могут быть использованы в любой сфере, где требуется связывание или захват ионов металлов. Подходящие примеры промышленных вариантов применения, в рамках которых могут использоваться композиции данного изобретения, включают (без ограничения) формообразующие агенты детергента, ингибиторы оседания для целей промышленной обработки воды, и использование в качестве возобновляемого заменителя этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA), нитрилтриуксусной кислоты (NTA), триполифосфата натрия (STPP) и других распространенных связывающих агентов.

Гидроксикарбоновые кислоты данного изобретения могут быть получены в соответствии с любыми способами, известными в настоящее время в данной области. Используемые в настоящее время коммерческие способы получения обычных гидроксикарбоновых кислот или их солей представляют собой главным образом биологически индуцируемые трансформации или ферментации, как, например, при производстве винной кислоты (патент США 2314831) и глюконовой кислоты (патент США 5017485). Существуют также химические способы окисления, однако они не так распространены в сфере коммерческого производства. Некоторые способы химического окисления, подходящие для полиольного сырья, включают окисление кислородом с помощью катализаторов на основе металлов (патент США 2472168) и окисление, опосредованное радикальными соединениями тетралкилнитроксила, такими как TEMPO (патент США 6498269). Дополнительные способы предусматривают использование азотной кислоты в качестве окисляющего агента в водном растворе и были описаны ранее (Kiely, патент США 7692041). Специалисту в данной области будет понятно, что для получения гидроксикарбоновой кислоты может быть использован любой из описанных здесь способов, а также любые комбинации данных способов.

При окислении полиольного сырья, например глюкозы, в целом получают смесь продуктов окисления. Например, окисление глюкозы с помощью любого из перечисленных выше способов продуцирует глюкаровую кислоту, а также другие продукты окисления, которые включают глюконовую кислоту, глюкаровую кислоту, винную кислоту, тартроновую кислоту и гликолевые кислоты, все из которых представляют собой гидроксикарбоновые кислоты, в рамках данного изобретения. Одна из преобладающих гидроксикарбоновых кислот, продуцируемых с помощью данных способов окисления, включает глюкаровую кислоту. В данной области известно, что продукт в виде глюкаровой кислоты в солевой форме может быть селективно выделен из смеси других гидроксикарбоновых кислот с помощью титрования основным соединением, таким как гидроксид калия, и далее использован в качестве компонента, представляющего собой гидроксикарбоновую кислоту в связывающих кальций композициях данного изобретения. Данная композиция, включающая глюкаровую кислоту в качестве гидроксикарбоновой кислоты, изолированную из оставшихся гидроксикарбоновых кислот, продуцированных в рамках процесса окисления, может быть обозначена как "очищенная" глюкаратная композиция. Альтернативно, смесь гидроксикарбоновых кислот, продуцированных с помощью окисления глюкозы, может быть использована в качестве компонента в виде гидроксикарбоновой кислоты композиций данного изобретения без выделения глюкаровой кислоты. Данная смесь обозначается как "неочищенная" глюкаратная композиция. Соответственно, неочищенная глюкаратная композиция включает смесь одной или нескольких гидроксикарбоновых кислот, продуцированных с помощью окисления сырья, и может включать глюконовую кислоту, 5-кето-глюконовую кислоту, глюкаровую кислоту, винную кислоту, тартроновую кислоту и гликолевые кислоты. Применение неочищенной глюкаратной смеси в качестве компонента в виде гидроксикарбоновой кислоты данных композиций обеспечивает многие преимущества по сравнению с уровнем техники, включая снижение стоимости в связи с уменьшенным количеством стадий обработки, а также увеличением выхода продукта.

Данное изобретение также включает способы связывания кальция из различных сред с различными уровнями рН. Специалисту в данной области будет понятно, что любая среда, в том числе (без ограничения) гели, полутвердые и твердые среды, могут быть обработаны связывающими кальций композициями данного изобретения. В целом, композиции данного изобретения обладают эффективностью в связи с тем, что, по меньшей мере, одна гидроксикарбоновая кислота и, по меньшей мере, одна соль аниона оксокислоты, образуют комплекс, который является подходящим для связывания ионов металлов. Образование комплекса гидроксикарбоксилат/анион оксокислоты зависит от рН, при этом данный комплекс образуется более быстро при повышении рН, а связывание кальция в целом улучшается при повышении рН. Кроме того, считается, что глюкарат представляет собой наилучшую альтернативу для связывания ионов кальция в связи со структурными характеристиками данного соединения. Более того, соль лимонной кислоты способна связывать ионы металлов из любых сред; тем не менее, способность лимонной кислоты осуществлять связывание не улучшается в присутствии аниона оксокислоты, в отличие от глюкарата, вероятно в связи с тем, что она обладает лишь одной гидроксильной группой и не способна образовывать диэфирный комплекс. Неожиданно было открыто, что комбинация одной или нескольких солей гидроксикарбоновой кислоты, одной или нескольких подходящих солей аниона оксокислоты и одной или нескольких солей лимонной кислоты синергетически обеспечивает связывание ионов металлов. В частности, связывающие кальций композиции данного изобретения связывают ионы кальция в заметно более значительной степени, чем если бы хелатирующая способность гидроксикарбоксилата/алюмината и хелатирующая способность цитрата являлись только дополнительными.

Отмечено, что связывающие кальций композиции данного изобретения могут быть применены для связывания ионов кальция из сред с различными уровнями рН. В целом, данные композиции могут применяться для связывания ионов кальция из сред со значением рН в диапазоне от около 6 до около 14. В одном варианте осуществления данное изобретение предусматривает способ связывания ионов кальция из среды со значением рН в диапазоне от около 8,5 до около 11,5, включающий применение композиции, включающей комбинацию, по меньшей мере, одной соли гидроксикарбоновой кислоты, по меньшей мере, одной подходящей соли аниона оксокислоты и, по меньшей мере, одной подходящей соли лимонной кислоты. По меньшей мере, одна соль гидроксикарбоновой кислоты может представлять собой соль глюкаровой кислоты, соль глюконовой кислоты, соль 5-кето-глюконовой кислоты, соль винной кислоты, соль тартроновой кислоты, соль гликолевой кислоты, соль ксиларовой кисл