ЗАГУЩЕННАЯ СИСТЕМА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩАЯ МИКРОВОЛОКНИСТУЮ ЦЕЛЛЮЛОЗУ, И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
CONDENSED SURFACTANT SYSTEM CONTAINING MICROFIBRE CELLULOSE AND METHOD FOR PREPARING IT

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Продукты на основе поверхностно-активных веществ, такие как средства для мытья тела, шампуни, средства для мытья посуды, средства для стирки белья и автомобильные детергенты, среди прочего часто загущают посредством использования высокой концентрации поверхностно-активных веществ, посредством сочетания поверхностно-активных веществ с синергическим эффектом в отношении вязкости или посредством объединения поверхностно-активных веществ с небольшими количествами солей, например - натриевых солей. Такие композиции позволяют получить продукты с высокой вязкостью, которые выглядят густыми и однородными, но они имеют ограничение, состоящее в том, что эти продукты не обеспечивают достаточно низкой сдвиговой вязкости для получения суспензии частиц включений. Такими частицами включений могут быть добавки, улучшающие эстетические свойства (декоративные шарики, средства, придающие жемчужный блеск, пузырьки воздуха, ароматические гранулы и т.п.), или активные ингредиенты (нерастворимые ферменты, инкапсулированные активные вещества, такие как увлажнители, цеолиты), отшелушивающие средства (например, альфа-гидроксикислоты и/или гликолевые кислоты или полиэтиленовые шарики), витамины (например, витамин Е) и т.п., или и те и другие.
Стандартные загустители и средства, способствующие образованию суспензий, такие как ксантановая камедь, карбоксиметилцеллюлоза (CMC), гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС), гидроксипропилметилцеллюлоза (НРМС) и многие типы полиакрилатов, не функционируют достаточно хорошо в загущенных системах поверхностно-активных веществ и часто приводят к потере прозрачности из-за помутнения, гелеобразования и/или разделения фаз, или к потере достаточных суспендирующих свойств. Например, ксантановая камедь обладает превосходными суспендирующими свойствами в некоторых композициях составов для мытья тела с низким загущением поверхностно-активными веществами, но эта камедь часто утрачивает свои суспендирующие свойства в системах с высоким загущением поверхностно-активными веществами, что приводит к мутному, неоднородному виду и к зернистой или комковатой текстуре. Целлюлозные продукты (CMC, НЕС, НРМС и др.), являющиеся другим примером стандартных загустителей, обеспечивают нестойкую суспензию и обладают значительными ограничениями с точки зрения их совместимости с поверхностно-активными веществами. Часто используют акрилатные системы, однако эти системы не всегда обеспечивают достаточный уровень прозрачности, требуют высоких концентраций полимера и не считаются натуральными. Соли часто способны понизить высокую сдвиговую вязкость в загущенных системах поверхностно-активных веществ, но они не обеспечивают длительных суспендирующих свойств.
Поэтому в настоящее время для промышленности, производящей товары широкого потребления, желательно получить прозрачные загущенные системы поверхностно-активных веществ с суспендированными в них частицами включений, а также средство, способствующее образованию суспензии, для использования в системах с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, где не функционируют многие альтернативные загустители.
Было обнаружено, что микроволокнистую целлюлозу (MFC), полученную с помощью бактерий или другим способом, можно использовать для получения суспензии частиц включений в загущенных системах поверхностно-активных веществ, а также в композициях с высокими концентрациями поверхностно-активных веществ. Также было обнаружено, что MFC можно использовать для этой цели со вспомогательными средствами или без них. Если используется микроволокнистая целлюлоза, полученная с помощью бактерий, то можно удалить клеточный дебрис, что приведет к получению прозрачных растворов при обычно используемых концентрациях.
На микроволокнистую целлюлозу, по-видимому, не влияет образование мицелл из поверхностно-активных веществ, и она поддерживает хорошее качество суспензии в этих системах. Микроволокнистая целлюлоза обладает уникальной способностью функционировать в этих системах, в значительной мере потому что она скорее диспергируется, чем солюбилизируется, за счет чего обеспечиваются хорошие суспензионные свойства в таких композициях, в которых в ином случае происходили бы помутнение и/или выпадение осадка, часто наблюдаемые при использовании альтернативных солюбилизированных полимеров.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описаны системы поверхностно-активных веществ, содержащие микроволокнистую целлюлозу. Термин «системы поверхностно-активных веществ» охватывает, но не ограничивается этим, загущенные системы поверхностно-активных веществ и системы, содержащие высокие концентрации поверхностно-активных веществ. Микроволокнистая целлюлоза (MFC) включает в себя MFC, полученную посредством микробной ферментации, и MFC, полученную посредством механического измельчения/разрушения целлюлозных волокон, полученных из злаков, древесины или хлопка. Если используется микроволокнистая целлюлоза, полученная с помощью бактерий, то можно удалить клеточный дебрис, что приведет к получению прозрачных растворов при обычно используемых концентрациях. В настоящем изобретении поверхностно-активные вещества использованы для получения очень густых (высоковязких) систем с высокими скоростями сдвига с частицами включений, суспендированными в них благодаря использованию микроволокнистой целлюлозы.
Концентрация поверхностно-активных веществ в этих системах варьируется от примерно 5% до примерно 50% (массовый процент активного поверхностно-активного вещества), хотя конкретная концентрация зависит от продукта. Составы для мытья тела обычно содержат от примерно 5 массовых % до примерно 15 массовых % поверхностно-активного вещества, жидкие средства для мытья посуды обычно содержат от примерно 20 массовых % до примерно 40 массовых % поверхностно-активного вещества (при этом концентрация, равная 40%, характерна для «ультраконцентрированного» продукта), а средства для стирки белья обычно содержат от примерно 15 массовых % до примерно 50 массовых % поверхностно-активного вещества.
MFC присутствует в концентрациях от примерно 0,05% до примерно 1,0%, однако концентрация будет зависеть от желаемого продукта. Например, если для суспендирования мелких гранул альгината в составах для мытья тела предпочтительно использовать примерно 0,06 массовых % MFC, то для суспендирования пузырьков воздуха в составах для мытья тела предпочтительно использовать примерно 0,075 массовых % MFC, а для суспендирования пузырьков воздуха или шариков в системе, содержащей примерно 40 массовых % поверхностно-активного вещества, предпочтительно использовать примерно 0,150 массовых % MFC. Кроме того, концентрацию MFC можно соответствующим образом отрегулировать, если желательно получить систему с высокой прозрачностью. Более конкретно, очень прозрачный состав для мытья тела при концентрации активного поверхностно-активного вещества в диапазоне от примерно 5 массовых % до примерно 15 массовых % можно получить при концентрации MFC от примерно 0,055 массовых % до примерно 0,25 массовых %.
Частицами включений, подлежащими суспендированию, могут быть средства, улучшающие эстетические свойства (декоративные шарики, средства, придающие жемчужный блеск, пузырьки воздуха, ароматические гранулы и т.п.). или активные ингредиенты (нерастворимые ферменты, инкапсулированные активные вещества, такие как увлажнители, цеолиты), отшелушивающие средства (например, альфа-гидроксикислоты и/или гликолевые кислоты или полиэтиленовые шарики), витамины (например, витамин Е) и т.п., или и те, и другие. Специалисту в данной области техники будут очевидны другие подходящие частицы.
Изобретение также относится к использованию вспомогательных средств (веществ) и/или средств, облегчающих технологический процесс, таких как CMC, ксантановая и/или гуаровая камедь, совместно с микроволокнистой целлюлозой в системах поверхностно-активных веществ, описанных выше. Смеси, содержащие микроволокнистую целлюлозу, являются продуктами микроволокнистой целлюлозы, содержащими вспомогательные средства. Описаны две смеси: смесь, содержащая MFC, ксантановую камедь и CMC в соотношении 6:3:1, и смесь, содержащая MFC, гуаровую камедь и CMC в соотношении 3:1:1. Эти смеси обеспечивают возможность получения MFC в виде сухого продукта, который можно «активировать» высокой деформацией сдвига или интенсивным перемешиванием в воде или других растворах на основе воды. «Активация» происходит, когда смеси, содержащие MFC, добавляют в воду и происходит гидратация вспомогательных средств/средств, облегчающих технологический процесс. После гидратации вспомогательных средств/средств, облегчающих технологический процесс, обычно требуется высокая деформация сдвига для эффективного диспергирования волокон микроволокнистой целлюлозы с получением трехмерной функциональной сети, которая обладает истинным пределом текучести. Неожиданно оказалось, что вспомогательное средство и/или средство, облегчающее технологический процесс, такое как CMC, ксантановая или гуаровая смола, присутствующее в таких смесях на основе микроволокнистой целлюлозы, остается солюбилизированным (после активации в воде) во многих композициях с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, несмотря на обычное отсутствие совместимости с системами с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, что, вероятнее всего, обусловлено низкими уровнями концентраций этих полимеров в композициях, содержащих MFC.
Изобретение также относится к способам получения описанных систем поверхностно-активных веществ, содержащих или не содержащих вспомогательные средства (вещества) и/или средства, облегчающие технологический процесс.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Изложенная выше сущность изобретения станет более понятной после прочтения сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения, совместно с Фигурами 1-5.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Композиции составов для мытья тела, проявляющие свойства загущенных систем поверхностно-активных веществ и свойства суспензии, в которых использована смесь MFC/ксантановой камеди/СМС (в соотношении 6:3:1) в концентрации 0,125%, описаны в Примерах 1 и 2. Эти составы для мытья тела порявляют очень хорошую прозрачность и способность удерживать во взвешенном состоянии пузырьки воздуха и шарики.
Также описаны жидкие моющие средства для мытья посуды вручную и для стирки белья, которые содержат более высокие концентрации поверхностно-активных веществ, чем в составах для мытья тела. Жидкости для мытья посуды вручную, содержащие суспендированные частицы альгината, описаны в Примере 3.
Жидкое моющее средство для стирки белья, содержащее суспендированные гранулы ароматизатора, описано в Примере 4.
Отфильтрованный осадок микроволокнистой целлюлозы был использован в Примере 5 для получения системы с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, содержащей концентрированное жидкое мыло для стирки белья и суспендированные в нем пузырьки воздуха.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1

Был приготовлен жидкий состав для мытья тела с пузырьками воздуха. На Фигуре 1 показаны прозрачность и суспензионные характеристики системы. Полученный состав для мытья тела на основании визуальной инспекции обнаружил реологические свойства очень густого поверхностно-активного вещества, обладал способностью к суспендированию пузырьков воздуха и предельным напряжением сдвига, равным примерно 3,4 Па (по результатам измерения реометром для определения предельного напряжения сдвига Brookfield).

Стадия А: Деионизированную воду, 10%-ный раствор NaCl и Kathon CG добавили в контейнер для смешивания Oster. Микроволокнистую целлюлозу (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1) добавили поверх воды, после чего подсоединили лопатку для перемешивания Oster и перемешивали смесь при максимальной скорости в течение 5 минут (скорость «разжижения»).

Стадия Б: Содержимое контейнера перенесли в высокий стакан объемом 400 мл с лопаткой для перемешивания краски. Лауретсульфат натрия (JEELATE ES-3) добавили к раствору, описанному на Стадии А, и перемешивали при 1000 об/мин в течение 5 минут. Затем к смеси добавили натрия кокамидопропилбетаин (JEETERIC CAB-LC) и перемешивали в течение следующих 5 минут при 1000 об/мин. Затем добавили ароматизатор.
Стадия В: К раствору, описанному на Стадии Б, добавили кокамид ДЭА. По мере добавления ДЭА происходило загущение. Затем добавили 50%-ный раствор лимонной кислоты для снижения pH до желаемого уровня (в данном случае - до pH 5,5). Содержимое удалили из миксера. Воздух, захваченный во время перемешивания, был стабилизирован благодаря присутствию смеси MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1.
Гель для мытья тела под душем
Стадия процесса
Ингредиент
% (мас./мас.)
Граммы
А
Деионизированная вода
54.775
219,10
Смесь на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1)
0.125
0,50
А
!0%-ный раствор NaCl
5,00
20,00
А
Kathon CG
0,10
0,40
Б
Натрия кокамидопропилбетаин (JEETERIC CAB-LC)
7,00
28,00
Б
Лауретсульфат натрия (JEELATE ES-3)
25,00
100,00
Б
Ароматизатор
1,00
4,00
В
Кокамид ДЭА
7,00
28,00
В
Лимонная кислота (50%-ный раствор)
По потребности
По потребности
Всего
100,00
400,00
Пример 2
Состав для мытья тела был приготовлен так, как описано в Примере 1, но вместо пузырьков воздуха содержал суспензию шариков. В конце стадии В были добавлены гранулы альгината. Визуальное представление этой формы осуществления можно видеть на Фигуре 2.
Пример 3

Системы с высоким содержанием поверхностно-активных веществ были приготовлены с использованием жидкости для ручного мытья посуды и моющего средства для стирки белья. В растворах были суспендированы гранулы альгината или пузырьки воздуха. Мыло для мытья посуды Palmolive Ultra было разбавлено в два раза для получения средства для мытья посуды «нормальной» концентрации. Вначале был приготовлен концентрат, содержащий 0,25% смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1) в деионизированной воде. Концентрат был приготовлен посредством перемешивания раствора в блендере Oster в течение 5 минут при скорости «разжижения» (максимальная скорость). Затем смесь на основе микроволокнистой целлюлозы разбавили в соотношении 1:1 детергентом Palmolive Ultra или Dawn Ultra (Palmolive содержал 0,1% триклозана) с использованием лопатки для перемешивания краски или пропеллерной мешалки. Во время перемешивания к раствору микроволокнистой целлюлозы добавляли мыло для мытья посуды. Как в образцах, содержавших детергент Palmolive Ultra, так и в образцах, содержавших детергент Down Ultra, были получены превосходная прозрачность и превосходная суспензия пузырьков воздуха и/или альгинатных гранул. Микроволокнистая целлюлоза хорошо разбавлялась, несмотря на относительно низкую деформацию сдвига, создаваемую лопаткой для перемешивания краски или пропеллерной мешалкой. Предел текучести для этих растворов составил примерно 2,5 Па. Визуальное представление можно найти на Фигуре 3.
Пример 4

Системы с высоким содержанием поверхностно-активных веществ были приготовлены с использованием концентрированного жидкого мыла для стирки белья. Был использован детергент «All Small and Mighty тройной концентрации». 0,25% смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/ксантановой камеди/СМС в соотношении 6:3:1) активировали в дистиллированной воде с использованием блендера Oster, установленного на максимальную скорость (скорость разжижения). Время перемешивания было равно 5 минутам. Раствор микроволокнистой целлюлозы был разбавлен в соотношении 1:1 детергентом «All Small and Mighty тройной концентрации». Был получен разбавленный раствор с очень высокой прозрачностью и хорошими свойствами суспензии с пределом текучести, равным 0,62 Па. Детергенты помещали в термостат при температуре 45°C для обеспечения термостабильности, и они показали превосходную стабильность без утраты прозрачности или снижения качества суспензии в течение 4-недельного хранения. Визуальное представление можно видеть на Фигуре 4.
Пример 5

Системы с высоким содержанием поверхностно-активных веществ были приготовлены с использованием отфильтрованного осадка микроволокнистой целлюлозы. Был использован детергент «All Small and Mighty тройной концентрации». Концентрат отфильтрованного осадка микроволокнистой целлюлозы с содержанием MFC, равным 1,56%, активировали в дистиллированной воде с использованием блендера Oster, установленного на максимальную скорость (скорость разжижения). Время перемешивания было равно 5 минутам. Активность (%-ное содержание твердых веществ) в этом отфильтрованном осадке MFC была равна примерно 16%, так что концентрация активной MFC в концентрате составляла примерно 0,25%. Раствор микроволокнистой целлюлозы был разбавлен в соотношении 1:1 детергентом «All Small and Mighty тройной концентрации». В результате разбавления была получена очень хорошая суспензия с пределом текучести, равным 13 Па. Визуальное представление можно видеть на Фигуре 5.