Brevet FR2613377A1 — publié le 19881007

UTILISATION DANS LES COMPOSITIONS DETERGENTES POUR LAVE-LINGE DE CO-GRANULES SILICATE-SILICE La présente invention concerne l'utilisation en détergence de granulés constitués de silicate et de silice. Elle concerne plus particulièrement leur utilisation comme agents antiredéposition et antisalissure dans les compositions détergentes pour le lavage du linge. Les contraintes écologiques actuelles obligent les fabricants de détergents à diminuer le taux de phosphate présent dans les lessives. Aussi de nomreux pays ayant adoptés des normes de taux maximum de phosphates pouvant être présents dans les détergents, tous les fabricants de compositions lessivielles cherchent un substitut au tripolyphosphate; substitut devant présenter tous les avantages du tripolyphosphate. Parmi les avantages du tripolyphosphate, on peut citer non limitativement: une efficacité maximale qui se traduit par une élimination des salissures des fibres, leur maintien en suspension plus connu sous le nom d'effet antiredéposition et par un effet complexant du calcium présent dans l'eau plus connu sous le nom d'effet adoucissant. Le tripolyphosphate est d'autre part un produit non toxique ni pour l'homme, ni pour l'animal car il est totalement biodégradable. Il est fabriqué à un coût minimal, ce qui permet d'offrir à la ménagère des détergents à prix réduits. Le seul inconvénient du tripolyphosphate est de provoquer l'eutrophisation des eaux par prolifération des algues. Parmi les substituts proposés pour remplacer le tripolyphosphate de nombreux produits dont les polymères ont été synthétisés. Les uns sont plus nuisibles pour l'environnement et l'homme que le tripolyphosphate, les autres sont d'un prix de revient beaucoup trop élevé ou présentent des qualités bien médiocres pour pouvoir être utilisés. La présente invention a permis de trouver une solution au problème actuel. En effet, il existe parmi les produits minéraux utilisables en détergence une classe de produits présentant des - 2 - propriétés peu éloignées de celles des phosphates, non nuisible pour l'environnement et que l'industrie peut produire & un coût raisonnable permettant de pas accroitre de façon irréversible le coût du baril de lessive. Les composés objet de la présente invention sont des silicates de composition bien définie. Les silicates et notamment les métasilicates sont des produits d'usage courant dans les compositions détergentes. Ils apportent des propriétés d'inhitition de corrosion vis à vis des métaux mais ils présentent des phénomèmes regrettables d'incrustation du linge lorque l'on utilise une eau de forte dureté. Les silicates employés dans toute composition détergente pour lave-vaisselle ou lave-linge demandent les mêmes exigences. Ainsi,lorsque l'on introduit le silicate dans la composition par mélange à sec le silicate doit avoir une présentation impeccable car l'aspect dans le domaine de la détergence a souvent des conséquences commerciales considérables. Les grains des silicates doivent présenter: une bonnA blancheur, une forme sphérique et une répartition granulométrique régulière afin de ne pas provoquer de phénomèmes de sédimentation au sein du baril de poudre. Les matières premières doivent en plus de leurs caractéristiques d'aspect présenter une bonne stabilité au stockage. Les compositions détergentes sont parfois conservées pendant des durées relativement longues, dans des conditions hygrométriques et thermiques souvent très variables. Il faut donc qu'après ces périodes de stockage la composition détergente se présente toujours sous forme d'une poudre fluide de préférence exempte d'agglomérats dûs à des phénomèmes de mottage. En plus de cette stabilité physique, la poudre détergente doit présenter une stabilité chimique. Ainsi le silicate au cours des variations hygrométriques ne doit pas dégrader les constituants plus fragiles comme les parfums, les sels chlorés, les tensio actifs non ioniques tels que les polyoxyéthylèneglycols. Le silicate utilisé dans la présente invention est un granulé de métasilicate et de silice, il est caractérisé en ce qu'il présente un - 3 - rapport molaire moyen SiO2/Na2O compris entre 1,2 et 2,6 le granulé est préparé par exemple par compactage sous pression du mélange des deux composés introduits sous forme de poudre fine. On obtiendra alors un granulé homogène. Le granulé est de préférence constitué du métasilicate décrit en tant que produit nouveau dans la demande de brevet déposée en France sous le numéro 86/07764. Ce métasilicate est caractérisé en ce qu'il présente un rapport molaire moyen SiO2/Na2O compris entre 1, 2 et 2,6 et en ce que qu'il est constitué d'un coeur de métasilicate et d'une périphérie constituée au moins en partie de silice. Le silicate de l'invention présente de préférence un rapport molaire moyen SiO2/Na2O compris entre 1, 2 et 2,2. Il présente une masse volumique comprise de préférence entre 0,85 et 1,2 ce qui est supérieur aux granulés de silicate de rapport SiO2/Na2O égal à 2 de l'art antérieur (brevet US 3 687 640). La teneur en eau calculée en poids par rapport au silicate desdits granulés est comprise de préférence entre 15 et 40 %. Pour une meilleure utilisation dans les compositions détergentes on préfère avoir une granulométrie des présents silicates comprise entre 0,3 mm et 1,8 mm. Le diamètre moyen des granulés selon l'invention est de préférence compris entre 0,5 et 0,8 mm, bien que cette valeur ne soit pas essentielle, elle est simplement préférée car les autres constituants de la composition détergente présentent déjà cette granulométrie. Les granulés préférés de la présente invention présentent les propriétés suivantes: - alcalinité de surface fortement réduite, - densité élevée en moyenne d'environ 1, - très bonne stabilité autant en atmosphère chaude qu'en atmosphère humide, - très bonne compatibilité avec les sels chlorés, les tensio actifs, les parfums et les produits naturels sensibles au pH très alcalin (enzymes), - bonne résistance à l'attrition. - 4 - La structure de ces produits est obtenue notamment à partir du mode de préparation et à partir de matières premières suivantes: Comme matières premières, on utilise les granulés de métasilicate pentahydraté, éventuellement en mélange avec du métasilicate anhydre, et de la silice. Le métasilicate pentahydraté peut être d'origine très diverse, on préfère cependant utiliser un métasilicate pentahydraté granulaire présentant une dimension de grains comprise entre 0,2 et 1,6 mm. On utilise tout particulièrement le métasilicate pentahydraté vendu par Rhône-Poulenc sous la marque SIMET 5G. Le métasilicate anhydre éventuellement utilisé est un composé pulvérulent dont la granulométrie est inférieure à 0,6 mm. On utilise tout particulièrement le métasilicate anhydre vendu par Rhône-Poulenc sous la marque SIMET AP. La silice utilisée est une silice précipitée pulvérulente dont la granulométrie est inférieure à 0,0075 mm. On utilise tout particulièrement la silice précipitée vendue par Rhône-Poulenc sous la marque TIX-O-SIL 38 A. Le procédé de préparation des granulés de silicate objet de la demande de brevet déposée sous le numéro 86/07764 présentant un rapport molaire SiO2/Na20 compris entre 1,2 et 2,6, est caractérisé en ce qu'on effectue au cours d'une première étape une granulation thermique par mise en contact de granulés de métasilicate anhydre, avec de la silice à une température comprise entre 60 et 75 C et en ce qu'au cours d'une deuxième étape on refroidit et on effectue une maturation de fagon à laisser subsister dans le granulé une quantité d'eau comprise entre 15 et 40 % en poids de fagon à provoquer en surface d'adhésion de la silice et en partie sa transformation en silicate de rapport molaire SiO2/Na2O supérieur à 2. La première étape dudit procédé est effectuée par mise en contact des matières premières précédemment définies dans un matériel classique de mélange de poudre tel que tambour tournant, assiette à granuler, lit fluide ou des mélangeurs de poudres du type Lbdige, Vidax, Spangenberg. On préfère cependant utiliser un tambour tournant. On introduit dans le mélangeur les quantités de poudre qui seront définies par l'homme de l'art selon le rapport molaire désiré du silicate à obtenir. Le mélangeur de poudre est ensuite chauffé par tout moyen mais de préférence par un chauffage à rayonnement notamment par infrarouge ou microondes. Le chauffage à rayonnement est de préférence installé perpendiculairement à la paroi du mélangeur. On maintient à l'intérieur du réacteur une humidité relative correspondante à celle de la tension de vapeur du métasilicate pentahydraté à son point de fusion, c'est à dire une humidité relative exprimée en pression d'eau supérieure à 2.104 Pascal. Le chauffage est maintenu de préférence pendant 20 à 60 secondes à partir du moment o la masse de poudre a atteint la température désirée. La deuxième étape du procédé selon l'invention consiste à assurer une maturation du mélange précédemment obtenu après refroidissement. On utilise comme appareil de maturation les mêmes appareils que ceux utilisés pour la granulation et de préférence le lit fluide. Cette maturation est effectuée de préférence pendant une période de 5 à 15 minutes lorsqu'on utilise comme appareil de maturation un lit fluide et de 5 à 30 minutes lorsque l'on utilise comme appareil de maturation un tambour tournant. Si la maturation est effectuée à une température supérieure et pendant une période de temps plus longue (par exemple aux environs d'une heure) l'eau du métasilicate pentahydraté a tendance à migrer et à transformer la couche superficielle de silice en silicate de haut rapport. Les produits obtenus par le présent procédé présentent tous une alcalinité superficielle réduite par rapport aux métasilicates et même par rapport aux silicates présentant le même rapport global mais obtenus par un autre procédé. Les silicates de la présente invention sont utilisés comme agent antiredéposition et antisalissure dans des compositions lessivielles très variées contenant ou non du tripolyphosphate. -6- Ils peuvent en partie substituer le tripolyphosphate en tant que "builder" ou agent de constitution des lessives. Ils présentent en plus de ces propriétés antiredéposante ou antisalissure des performances d'agent anti-incrustant particulièrement notables lorqu'ils sont utilisés avec un builder du type zéolite. Les co-granulés de la présente invention sont utilisés en tant qu'additif aux builders habituels des lessives selon un rapport pondérai cogranules/ensemble de la composition lessivielle compris entre 2 et 10 %. Ils peuvent aussi être utilisés en tant que substituts des builders habituels selon des proportions ponderales bien plus larges. Les avantages des silicates de la présente invention seront mieux compris à l'aide des exemples suivants qui ne doivent en aucun cas être considérés comme limitatifs de l'invention. Les essais sont réalisés avec un co-granulé silicate silice de rapport global Si02/Na2O égal à 2 obtenu par une granulation dans un tambour à 72 C suivi d'un séchage. Il présente après séchage une teneur en eau de 23 % et une densité de 1,00. METHODE D'EVALUATION DES PERFORMANCES DE LAVAGE I - Principe: On procède à des lavages de linge, dans des conditions les plus proches possibles de la réalité, grâce à l'utilisation d'un appareil ménager de marque BRANDT. Une charge de linge de 5 kg constituée d'un mélange de torchons et de serviettes éponges, sert de support à des éprouvettes témoins qui sont cousues sur les torchons. Ces éprouvettes sont: - soit des tissus salis de manière standard, et fournis par des laboratoires spécialisés, - soit des tissus témoins, neufs, non salis. La réflectance de ces tissus est mésurée à l'aide d'un réflectomètre GARDNER avant et après lavage, et la différence observée est 7proportionnelle à l'effet détergent de la lessive testée. L'appareil donne la réflectance de l'échantillon de tissu selon les 3 coordonnés trichromatiques X, Y, Z. Dans notre cas spécifique, nous ne prendrons en compte que les variations de la coordonnée Y (A Y dans nos tableaux). Cette méthode permet de distinguer: - Les effets " primaires" de détergence, qui sont relatifs à l'élimination des souillures ou des tâches, et qui s'observent après un seul lavage. - Les effets "secondaires" de détergence qui s'observent après un cumul de plusieurs lavages et que l'on définit par la "redéposition" des souillures sur les tissus initialement propres et par l"incrustation" des précipités qui peuvent se produire durant le lavage, sur ces mêmes tissus. Ces effets secondaires sont mesurés après 5 lavages cumulés, grâce à l'évolution du L Y pour la redéposition, et grâce à la calcination à 900 C des tissus pour l'incrustation. II- APPAREILLAGE ET REACTIFS: -------------------- - Matériel courant de laboratoire, - Machine à laver le linge à tambour:Brandt 844 électronique, - Torchons coton blancs désapprêtés, serviettes éponges blanches, - 5 éprouvettes (10 cm x 10 cm) de chacun des tissus suivants: * coton blanc désapprété (1) * coton sali (KREFELD) Gris (2) * coton sali (THE) (3) * coton sali vin (St GALL) (4) * coton sali cacao (St GALL) (5) * coton sali sang (St GALL) (6) * coton sali EMPA (St GALL) (7) -- 8 -- * Polyester-coton sali EMPA (St-GALL) (8) * polyester sali TEST-FABRIC (USA) (9) * coton sali TNO (N.L.) (10) * polyester-coton blanc désapprêté (11) * polyester blanc (12) * eau de ville à 33 th de dureté (33 francais: 330 mg CaC03/1) *concentration en lessive: 8 g/litre. III- Mode opératoire: Toutes les éprouvettes sont mesurées, au moyen du GARDNER, avant lavage, selon les coordonnées X, Y, Z. Elles sont cousues sur les torchons. On effectue le lavage & 60 C, en introduisant 150g de la lessive & tester dans le godet de la machine. Après séchage du linge, on découd toutes les éprouvettes salies et on mesure à nouveau leurs coordonnées X, Y, Z. Les écarts obtenus avec les valeurs initiales indiquent les performances de détergence de la lessive sur les diverses salissures (effets primaires). Les éprouvettes non salies ne sont pas décousues. On remplace les éprouvettes salies lavées par d'autres éprouvettes salies, qui constituent ainsi une nouvelle source de souillure pour le lavage suivant, que l'on réalise à nouveau dans les mêmes conditions. L'opération est répétée cinq fois, et à la suite de ces cinq lavages, après séchage, on découd les épouvettes initialement propres. On mesure alors les X, Y, Z de ces éprouvettes et les A Y obtenues donnent la "redéposition " ou le "grisaillement" cumulé après 5 lavages. L'incinération à 900 C donne le taux de cendres des tissus, ou l"'incrustation" minérale des tissus, exprimée en % pondéral par rapport à la masse de l'éprouvette de tissu séchée, avant calcination. _ g EXEMPLE I: Préparation de la lessive Dans un appareil de mélange constitué d'un tambour tournant, on introduit les matières premières suivantes: TABLEAU I I I} I I f FORMULATIONS ESSAI REFERENCEI ESSAI SELON !l f |L'INVENTION i j__ _ _ _ _ _ f Silicate 2 Si02/Na20, n H20 atomisél 8,6 f| (n égal à environ 3) Coagglomérats Silice-Méta 5 H20 - 8,6 selon l'invention Sodium silicoaluminate Zéolite - - Sodium tripolyphosphate anhydre 27,5 27,5 Sodium pyrophosphate 2,0 2,0 Sodium orthophosphate 0,5 0,5 Sodium sulfate 17,5 17,5 Sodium alkybenzènesulfate 7,5 7,5 Sodium stéarate 3,0 3,0 Alcool éthoxyle C18-12 0E 2,5 2,5 Alcool éthoxylé C12-6 0E 2,5 2,5 Carboxyméthylcellulose 1,5 1, 5 Azurants optiques (Tinopal) 0,4 0,4 Enzymes (Esperase) 0,3 0,3 f Sodium perborate 25,0 25,0 Magnésium silicate 1,0 1,0 EDTA 0,2 0,2 Redéposition après 5 lavages (en machine ménagère) A Y sur coton -4,25 -1, 6 A Y sur polyester coton -0,56 +2,1 t Y sur polyester -0,76 +2,65 I Incrustation après 5 lavages | % cendres sur coton 0,663 0,476 | % cendres sur polyester coton 0,139 0,155 I - 10 - Ce premier exemple correspond à l'évaluation du silicate selon l'invention dans une formulation classique de détergent contenant du tripolyphosphate de sodium en quantité importante, et un antiredéposant classique pour coton, la carboxyméthylcellulose (CMC). Dans le tableau récapitulatif, nous avons indiqué uniquement la comparaison des performances au niveau des effets dits "secondaires" (cumul 5 lavages). On constate de façon très nette une amélioratoin de la performance d'antiredépositon sur les 3 types de textiles utilisés. On constaste également une amélioration de l'effet anti-incrustation, visible surtout sur coton. Sur Polyester-coton, il n'y a pas eu incrustation, ni pour la composition référence,. ni pour la composition contenant le silicate selon l'invention ( la différence des résultats n'est pas significative). Les taux d'incrustation sont d'ailleurs relativement faibles, ce qui s'explique par la teneur élevée en tripolyphosphate de sodium, utilisée dans cet exemple 1. EXEMPLE II: Deux lessives sont préparées de la même façon que pour l'exemple 1, mais les compositions sont différentes (voir tableau II), le système "builder" est un système mixte zéolite-tripolyphosphate, et il n'a pas été rajouté d'agent antiredéposant type CMC. On constate curieusement un intéressant effet antiredéposant sur coton et sur polyester qui n'apparaît pas sur le tissu mixte. Mais, particulièrement, on constate un effet anti-incrustation important sur coton et polyester-coton, d'autant plus qu'il est obtenu avec une composition à faible taux de TPP, dans des condition très défavorables car propices à une forte minéralisation des tissus. L'effet est visible aussi bien sur coton que sur le tissu mixte polyester-coton. - 11 - TABLEAU II FORMULATIONS ESSAI REFERENCE ESSAI SELON L'INVENTION Silicate 2 Si02/Na2O, n H20 atomisé 8,6 J| (n égal & environ 3) Coagglomérats Silice-Méta 5 H20 8,6 selon l'invention | Sodium silicoaluminate (Zéolite) 14,0 14,0 Sodium tripolyphosphate anhydre 13,5 13,5 Sodium pyrophosphate 2,0 2,0 Sodium orthophosphate 0,5 0,5 Sodium sulfate 17,5 17,5 Sodium alkybenzènesul.fate 7,5 7,5 | Sodium stéarate 3, 0 3,0 Alcool éthoxyle C18-12 0E 2,5 2,5 Alcool éthoxylé C12-6 0E 2,5 2,5 Carboxyméthylcellulose - - Azurants optiques (Tinopal) 0,4 0,4 Enzymes (Esperase) 0,3 0,3 Sodium Perborate 25,0 25,0 Magnésium silicate 1,0 1,0 EDTA 0,2 0,2 Redéposition après 5 lavages (en machine ménagère) J y sur coton -4,03 -2, 56 AY sur polyester coton -0,21 -0,65 J LY sur polyester -0,21 -0,11 Incrustation après 5 lavages % cendres sur coton 2,27 1,28 % cendres sur polyester coton 1,28 0,51 - 12 - REVENDICATIONS 1 ) Utilisation dans les compositions lessivielles pour lave-linge de silicates sous forme granulaire présentant un rapport molaire SiO2/Na2O compris entre 1,2 et 2,6, composés d'un mélange de métasilicate et de silice. 2 ) Utilisation des granulés selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport molaire SiO2/Na2O est compris entre 1,2 et 2,2. 3 ) Utilisation des granulés selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en eau est comprise entre 15 et 40 %. 4 ) Utilisation des granulés selon la revendication 1 dans les compositions lessivielles selon un rapport pondéral exprimé en matière sèche à l'ensemble de la composition lessivielle compris entre 2 et %. ) Utilisation des granulés selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'ils sont constitués d'un coeur de métasilicate et d'une périphérie constituée au moins en partie de silice.