БРУСОК МЫЛА, СОДЕРЖАЩИЙ ЧАСТИЦЫ ГИДРОГЕЛЕВОЙ ФАЗЫ
SOAP BAR CONTAINING HYDROGEL PHASE PARTICLES

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ
Данное изобретение относится к бруску моющего мыла. В частности, изобретение относится к бруску моющего мыла с низким общим содержанием жирных веществ (ОЖВ), имеющему приемлемые для потребителей свойства, в частности, к брускам, изготавливаемым путем амальгамирования, пилирования, экструдирования и штамповки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Традиционные мыльные бруски изготавливаются из мыльной стружки, содержащей 70% масс. и более общих жирных веществ (ОЖВ) и 10-14% масс. воды, куда вводятся и другие добавки (такие как диоксид титана, поверхностно-активные вещества и ароматизаторы). Такие бруски обычно изготавливаются путем смешивания мыльной стружки с другими добавками с последующими процессами пилирования, экструдирования и штамповки.
Как правило, традиционные мыла представляют собой щелочные (обычно, натриевые) соли жирных кислот, полученные из жиров и масел животного и (или) растительного происхождения. К типичным источникам масел и жиров относятся, например, пальмовое масло, косточковое пальмовое масло, кокосовое масло, говяжий жир, овечий жир, свиной жир и другие сходные масла и жиры, выделенные из других организмов. Значительную часть жиров и масел составляют глицериды с различной длиной цепей, представляющие собой эфиры глицерола (глицерина) и жирных кислот. В щелочной среде и при нагревании глицериды жирных кислот и масел образуют глицерин и щелочные соли жирных кислот, также называемые мылами.
Изготавливаемые на продажу мыла приготавливаются путем ввода добавок в мыльную стружку с переработкой получившейся смеси в мыло. Мыльная стружка, как правило, изготавливается из жира или масла, или их смесей, тремя хорошо известными специалистам способами. Один способ представляет собой прямое омыление масла/жира, при котором масло/жир вступает в реакцию с щелочью (как правило, гидроксидом натрия) с образованием глицерина и мыльной основы (содержащей щелочную соль жирной кислоты, например, натриевую соль жирной кислоты, которая также является натриевой солью карбоновой кислоты). Мыльная основа является материалом, содержащим щелочную соль жирной кислоты, которую можно использовать для приготовления мыла путем добавления наполнителей, ароматизаторов и других добавок. Таким образом, примером мыльной основы является материал, полученный после удаления глицерина (если оно требуется) и подлежащий дальнейшей переработке. Другой способ приготовления мыла связан с нейтрализацией жирной кислоты щелочью (например, NaOH), с образованием мыльной основы. В процессе мыловарения мыльная основа может быть высушена и пропущена через червячный пресс с образованием мыльных стружек или хлопьев. В настоящем документе термином «мыльная стружка» обозначаются гранулы или кусочки мыла (имеющие вид гранул, хлопьев, обрезков или другие формы). Мыльная стружка, как правило, получается в результате высушивания и экструдирования непереработанного мыла в блочную форму для дальнейшей переработки в готовые мыльные бруски путем смешивания с добавками, как это известно специалистам в области мыловарения. Мыльная стружка содержит мыльную основу, а также может включать и другие материалы, такие как глицерин. Бруски моющего мыла, как правило, производятся путем смешивания мыльной стружки с добавками, такими как ароматизаторы, наполнители и т.п., с последующим пилированием, экструдированием и штамповкой.
Традиционно, готовые бруски пилированного мыла содержат мыльную стружку с ОЖВ более 70% масс., 10-14% масс. воды и другие добавки (такие как диоксид титана, поверхностно-активные вещества и ароматизаторы). В настоящее время бруски пилированного мыла, как правило, содержат 8-15% масс. воды, а бруски твердого непилированного мыла содержат 20-35% масс. воды. Бруски твердого непилированного мыла могут иметь содержание влаги менее 35% масс. Такие бруски имеют ОЖВ около 30-65% масс. Снижение ОЖВ, как правило, производится путем ввода в мыльные бруски нерастворимых зернистых материалов и (или) растворимых силикатов. Такие непилированные бруски, как правило, очень мягкие, и подвергание мыльных брусков процессу пилирования приводит к отделению воды.
Обычно при составлении рецептуры мыла наполнители применяются в качестве замены мыльной стружки. Например, часто применяются такие наполнители, как каолин, тальк и другие неорганические минеральные наполнители. В состав мыла с сохранением приемлемых свойств можно вводить более 16% масс. каолина, который может уменьшать ощущение жира на поверхности кожи. К другим материалам, добавляемым при приготовлении мыла, относятся силикагель, алюминат натрия и борнокислые соединения. В некоторых случаях при мыловарении добавляются водопоглощающие материалы для увеличения содержания влаги. Примерами патентных документов, относящихся к мылам, содержащим водопоглощающие материалы, являются документы US 20050276828A и WO 2007146027. Примерами патентных документов, относящихся к добавлению при мыловарении наполнителей или водопоглощающих материалов, являются документы US 2677665, US 5703026, US 6310016, US 6440908 и US 7285521.
Однако введение в мыльный брусок большого количества влаги или наполнителей может не только повлиять на чистящие свойства мыла и на ощущение, которое оно создает на коже, но также отрицательно сказаться на режимах переработки. Существует потребность в усовершенствованных мыльных брусках с повышенным содержанием влаги и наполнителей, способных, при этом, обеспечивать эффективную очистку и имеющих пониженное содержание ОЖВ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
В настоящем изобретении предлагается способ и брусок мыла, содержащий гидрогелевые наполнители, которые могут представлять собой композитный материал без сердцевины. Предпочтительно, гидрогелевые наполнители представляют собой композитный материал гидрогелевой фазы, включающий многоатомные спирты или порошки. Благодаря включению порошкового материала в гидрогелевую фазу наполнителя, наполнитель становится композитным материалом, поскольку он включает в себя два или более компонента с существенно различными физическими или химическими свойствами. Два или более материала-компонента остаются в готовой структуре отдельными и отличаемыми на макроскопическом уровне. Включение данной уникальной гидрогелевой фазы в структуру мыла приводит к созданию новых мыл и новых процессов мыловарения, приводящих к повышению эффективности, выгодному для потребителей. Настоящее изобретение также относится к способам приготовления брусков мыла, содержащих гидрогелевые наполнители.
В одном аспекте в настоящем изобретении предлагается пригодное для пилирования твердое мыло, содержащее твердофазную мыльную основу и частицы гидрогелевой фазы, рассеянные в этой мыльной основе. Мыльная основа является для среднего человека твердой на ощупь и сохраняет свою форму неизменной при упаковке, хранении, обращении и транспортировке. Предпочтительно, чтобы частицы материала гидрогелевой фазы не имели сердцевины. Предпочтительно, чтобы частицы гидрогелевой фазы включали многоатомные спирты или порошки и содержали большое количество воды.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения твердого мыла. Данный способ получения твердого мыла включает приготовление гидрогелевой жидкости, загрузку жидкости в миксер при высокой температуре, перемешивание жидкости с мыльной стружкой и другими добавками, формирование гидрогелевых частиц без сердцевины in-situ в ходе перемешивания и формовку бруска мыла. Гидрогелевая жидкость находится, в основном, в форме раствора, но, при необходимости, может содержать некоторое количество нерастворенного материала. За формированием гидрогелевых частиц без сердцевины могут следовать процессы очистки, экструдирования и штамповки. Регулируя соотношение компонентов, смешиваемых для получения гидрогелевых частиц, можно упростить формирование гидрогелевых частиц, не внося заметных отрицательных эффектов, которые могли бы заметить потребители.
В одном аспекте изобретения предлагается новый мыльный брусок и способ получения мыльных брусков, содержащих гидрогелевые частицы, включающие в себя порошковые компоненты.
Настоящее изобретение предусматривает гибкость составления рецептуры изготавливаемого мыла. При использовании частиц гидрогелевой фазы, составляющих предмет настоящего изобретения, в гидрогелевую фазу могут добавляться водорастворимые активные ингредиенты, например витамин С и т.п., причем частицы гидрогелевой фазы могут сохранять стабильность и функциональность до самого применения. Такой сохранности активных растворимых ингредиентов очень трудно достигнуть в традиционных мыльных брусках вследствие ограничения на содержание влаги в 8-15% масс. и высокого значения pH. Благодаря гидрогелевой фазе в состав мыла можно добавить больше синтетических поверхностно-активных веществ, что является еще одним способом модификации или повышения эффективности мыла. При использовании гидрогелевой фазы, составляющей предмет настоящего изобретения, долю мыльной стружки в мыле можно уменьшить до очень низкого уровня, что увеличивает мягкость мыла. Благодаря данной гидрогелевой фазе в мыло легко можно добавить глицерин, полиол и (или) другие увлажнители без увеличения трудной для устранения клейкости и предложить потребителю большее увлажнение, чем дает традиционное мыло. С другой стороны, если в традиционном процессе производства мыла добавлять в рецептуру более 5% масс. глицерина или полиола, мыльная стружка в миксере становится очень липкой, что затрудняет управление перемешиванием и увеличивает его продолжительность. Аналогично, если в состав включаются неорганические частицы, такие как тальк, эти частицы можно вводить таким образом, чтобы они в большей степени концентрировались в гидрогелевой фазе.
Настоящее изобретение также дает технологические преимущества. Гидрогелевую фазу, составляющую предмет изобретения, можно легко смешать с мыльной стружкой и вести переработку на традиционной линии окончательной обработки мыла. А при добавлении в гидрогелевую фазу глицерина или сорбитола гидрогель позволяет преодолеть технологические сложности, связанные с липкостью мыльной стружки, в сравнении с применением высокой концентрации глицерина при традиционном производстве мыла. Добавление в гидрогелевую фазу порошковых материалов, например талька, также повышает совместимость порошкового материала с мыльной стружкой, и это приводит к снижению или предотвращению растрескивания. Таким образом, при использовании гидрогелевой фазы в состав мыла можно ввести большее количество порошковых материалов, подобных тальку, по сравнению с традиционными способами производства мыла.
Гидрогелевая фаза также может быть выгодным способом введения ароматизаторов в структуру мыла, помогающим эффективно внести ароматизаторы и отдушки. Аромат или отдушка, вводимые в мыльный брусок при помощи частиц гидрогелевой фазы, могут освобождаться медленно, что производит на потребителя выгодное впечатление.
При включении в гидрогелевую фазу наполнителей, служащих заменой мыльной стружки, настоящее изобретение позволяет уменьшить дозировку мыльной стружки до очень низких значений, не влияя существенно на чистящие свойства. По сравнению с традиционным мылом такой состав может иметь относительно низкую стоимость.
Поскольку гидрогели, составляющие предмет изобретения, содержат большое количество воды (по существу состоят в основном из воды), и эти гелевые материалы, в основном, бесцветны или имеют светлую окраску, показатель преломления частиц гидрогелевой фазы можно довести до больших значений благодаря включению полиолов и регулировки количества добавляемых полиолов. При использовании прозрачной или полупрозрачной мыльной стружки, если показатель преломления материала частиц гидрогелевой фазы равен или приблизительно равен показателю преломления для стружки, частицы гидрогелевой фазы становятся гораздо менее заметными на фоне мыльной стружки. В результате с помощью наполнителей гидрогелевой фазы, составляющих предмет изобретения, можно производить прозрачные или полупрозрачные бруски мыла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 демонстрирует в разрезе реализацию бруска твердого мыла, составляющего предмет настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую типичный процесс производства брусков твердого мыла в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится к бруску мыла, содержащему твердые гидрогелевые наполнители. Предпочтительно, чтобы гидрогелевые наполнители не имели сердцевины. Предпочтительно, чтобы гидрогелевые наполнители представляли собой композитные материалы. Настоящее изобретение также относится к способам получения брусков мыла, содержащих гидрогелевые наполнители. Введение уникальной гидрогелевой фазы в структуру мыла обеспечивает беспрецедентную гибкость при составлении рецептуры и при производстве мыла, а также может предоставлять потребителям другие преимущества, связанные с эффективностью. В одной реализации брусок мыла, составляющий предмет изобретения, включает наполнители в гидрогелевой фазе, имеющие форму частиц, предпочтительно, частиц без сердцевины. Такое твердое мыло может использоваться для целей чистки в качестве туалетного или хозяйственного мыла, например, для мойки рук, стирки одежды и т.п.
В настоящем документе термином «брусок мыла» обозначается кусок твердого мыла, изготовленный в определенной форме, сохраняющий надлежащую стабильность в обычных для торговли комнатных условиях и готовый к применению. Как известно специалистам, брусок на разрезе может иметь разные формы, как то: круглую, овальную, прямоугольную, квадратную, звездообразную и т.п.
В настоящем документе термином «без сердцевины» обозначается форма гидрогеля, где частица гидрогеля в центральной своей части имеет концентрацию гелевого материала (например, каррагенана), не большую, чем периферические зоны этой частицы.
Термином «включенный компонент», применительно к гидрогелю, в настоящем документе называется ингредиент, в особенности, не содержащий воду материал, введенный в гидрогель. Предпочтительно, чтобы включенный компонент присутствовал в готовом бруске мыла за пределами указанных частиц в более высокой концентрации в гидрогеле, чем в материале мыльной основы.
При описании настоящего изобретения будут использоваться приведенные ниже термины, определяемые следующим образом. В настоящем описании и в прилагаемых пунктах формулы изобретения формы единственного числа включают и множественные обозначения, если только содержание текста не определяет иного.
В настоящем документе термин «термообратимый», применительно к гидрогелям, обозначает гидрогель, представляющий собой при температуре 90°C или выше текучий (способный течь под действием силы тяжести) золь или жидкость и превращающийся в нетекучий гидрогель с фазовой поверхностью в атмосфере при комнатной температуре (около 25°C), причем гидрогель может при нагреве до указанной повышенной температуры снова превратиться в текучую жидкость.
Термин «гидрогелевый раствор» обозначает раствор, в котором более 90% гелевого материала присутствует в растворенной или коллоидной форме. Данный раствор может (но не должен) быть прозрачным.
Термин «полезный агент» должен толковаться в самом широком смысле, обозначая любой материал, который должен оказывать некое биологическое, целебное, терапевтическое или иное задуманное полезное действие, например, улучшение пропитывания, создание более приятного ощущения или увлажнение.
Фиг.1 демонстрирует брусок мыла, соответствующий настоящему изобретению. Брусок твердого мыла 4 включает в себя частицы гидрогелевой фазы 6, распределенные по базовому материалу мыла 8, который состоит из мыльной основы и других добавок, за исключением частиц гидрогелевой фазы 6. Базовый материал мыла - это материал, в который заключены частицы гидрогелевой фазы. Частицы гидрогелевой фазы 6, предпочтительно, имеют четко выраженную поверхность границы фазы 10, отделяющую содержимое частиц гидрогелевой фазы 6 от базового материала мыла 8. Поверхность частицы не обязательно должна быть гладкой, поскольку многие частицы могут образовываться в результате распада более крупных фрагментов гидрогеля. Поскольку гелевый раствор перед гелеобразованием хорошо перемешивается, гелеобразующее вещество, вода, а также другие полезные агенты равномерно распределены по гидрогелевому раствору. Когда из материалов гидрогелевого раствора образуется гель, а затем формируются включенные в основу гидрогелевые частицы, содержимое гидрогелевых частиц продолжает сохранять равномерное или почти равномерное распределение. В изготовленном бруске мыла в условиях коммерческого хранения при комнатной температуре (например, при 25°C), даже в течение срока, в ходе которого вода и другие испаряющиеся или жидкие материалы могут диффундировать из гидрогелевых частиц в основной материал мыла, процесс диффузии протекает настолько медленно, что содержимое гидрогелевых частиц, за исключением ситуации на микроскопических границах поверхности фазы, остается, в основном, равномерно распределенным в гидрогелевой фазе в подавляющем большинстве частиц. Например, заключенные в гидрогель компоненты, такие как тальк и глицерин, распределены, в основном, равномерно по массе частиц гидрогелевой фазы (т.е. по внутреннему объему частицы на удалении от границ). В настоящем документе термином «фаза», применительно к гидрогелевой частице, обозначается линия раздела гидрогелевого материала и базового материала мыла по границе фрагмента гидрогеля (т.е. частицы), внутри которой содержимое (например, вода) распределено равномерно, причем за пределами границы данный материал имеет существенно иное распределение. В целях упрощения обработки такие частицы гидрогелевой фазы, предпочтительно, состоят из гелевого материала, жесткость которого обеспечивает твердость, ощущаемую потребителем, а при достаточно большом размере частиц (например, диаметром от 5 мкм до 2 мм) потребитель ощущает зернистость или гранулярность материала. Полезные агенты, которые могут включаться в частицы гидрогелевой фазы, например, витамины, ароматизаторы, увлажняющие средства и т.п., могут оказывать на кожу полезное действие при контакте частиц гидрогелевой фазы с кожей. Кроме того, подобные полезные агенты могут со временем медленно мигрировать через границу раздела фаз в базовый материал мыла и входить, в итоге, в контакт с кожей для обеспечения полезного эффекта в ходе использования бруска мыла.
Одним из ингредиентов бруска твердого мыла, составляющего предмет настоящего изобретения, является мыло на основе жирных кислот, которое в ходе процесса производства мыла имеет форму мыльной стружки. Термином «мыло на основе жирных кислот» обозначаются щелочные соли карбоновых жирных кислот. Мыло может быть получено из любых триглицеридов, традиционно применяемых в производстве мыла. Соответственно, карбоксилатные анионы мыла могут содержать от 8 до 22 углеродных атомов. Мыло на основе жирных кислот может быть изготовлено из обычных источников получения жирных кислот, таких как животные жиры, растительные жиры и их смеси, куда относятся пальмовое масло, косточковое пальмовое масло, касторовое масло, рисовое масло, подсолнечное масло, кокосовое масло, соевое масло, арахисовое масло, говяжий жир, свиной жир, рыбий жир их смеси и т.п. В типовых смесях пальмового и косточкового пальмового масел, пальмового и кокосового масел соотношение разных масел и жиров может составлять от около 40/60 до 97/3. Как упоминалось выше, способы и технологические процессы производства мыла из жиров и масел хорошо известны специалистам.
Как правило, содержание мыла на основе жирных кислот (т.е. ОЖВ) может составлять 40%-90% масс., предпочтительно от около 50% до 90% масс., более предпочтительно от около 60% до 80% масс., предпочтительно 70% масс. или менее от бруска мыла, являющегося предметом настоящего изобретения. Предпочтительно, чтобы мыло на основе жирных кислот имело форму мыльной стружки, например, полученной в ходе процессов омыления. Данную мыльную стружку можно смешивать с гидрогелем и подвергать дальнейшей обработке для получения готового бруска мыла с использованием процессов смешивания, пилирования, экструдирования, штамповки и т.п. По типу мыльной стружки можно определять ОЖВ. Как правило, изготовитель мыльной стружки прилагает к своей продукции информацию об ОЖВ в стружке. Например, мыльная стружка из смеси пальмового и косточкового пальмового масел в соотношении 80:20 имеет ОЖВ около 82% масс. В зависимости от массовой процентной доли мыльной стружки, использованной в мыльном бруске, можно вычислить ОЖВ для мыльного бруска. Несмотря на то, что могут быть также изготовлены бруски синтетического мыла, включающие гидрогелевые частицы, являющиеся предметом изобретения, для того, чтобы получить физические свойства, соответствующие по качеству твердому пилированному мылу, предпочтительно, чтобы брусок мыла был изготовлен из мыльной стружки. В настоящем документе термин «брусок синтетического мыла» обозначает брусок мыла, изготовленный путем отливки из состава, содержащего синтетические поверхностно-активные вещества и связующие компоненты, а не щелочные соли жирных кислот из мыльной стружки.
Вместо гидроксида натрия и традиционных натуральных жирных кислот, полученных из животных жиров и растительных масел, при получении мыла могут также использоваться другие щелочные металлы или алканол-аммонийные щелочи и алкановые или алкеновые монокарбоновые кислоты. Могут применяться катионы натрия, магния, калия, кальция, моно-, ди- и три-этаноламмония или их сочетания. Соли, образующиеся в результате реакции между жирными кислотами и такими катионами, в настоящем документе считаются щелочными солями жирных кислот. Мыла могут быть получены из жирных кислот с числом атомов углерода от около 8 до 22, предпочтительно от около 12 до 18. Такое мыло (например, в виде мыльной стружки) образует базовый материал, с которым смешивается гидрогель, после чего производится дальнейшая обработка с получением брусков мыла с включенными частицами гидрогелевого материала, содержащего значительное количество связанной воды.
Настоящее изобретение позволяет, используя гидрогель, заменить мыльную стружку влагосодержащими наполнителями, а также в нем предлагается новый способ введения материала в гидрогелевой фазе в технологический процесс вместе с мыльной стружкой с получением брусков мыла с низким содержанием ОЖВ. Как правило, наполнители представляют собой материалы, заменяющие мыло в бруске мыла, без негативного влияния на чистящие свойства бруска. В настоящем изобретении в качестве наполнителя применяется гидрогель. Гидрогель представляет собой гель, содержащий воду, но не растворимый в воде. Например, если на поверхность гидрогеля налить воду, гидрогель и вода четко разделятся на две фазы. Предпочтительно, чтобы материал гидрогелевой фазы являлся формируемой с участием ионов металла трехмерной сетью с физическими перекрестными связями, образованными полимерными гелеобразующими агентами, предпочтительно, полисахаридами или их производными. Предпочтительно, чтобы гелеобразующий агент представлял собой гидрофильный полимерный материал, способный образовывать трехмерную структуру с физическими перекрестными связями. Предпочтительно, чтобы физические поперечные связи были термообратимыми для достижения термообратимости геля. Хотя гидрогелевые частицы могут быть получены из полимерного материала с химическими поперечными связями, например, поли(2-гидроксиэтил метакрилатом), карбоксилированным метилкрахмалом, гидролизатом крахмала, сополимеризованного с акрилонитрилом, полиакриламидом, солью поли(акриловой кислоты), гидролизатом винил-ацетатметил-акрилатного сополимера, полиоксиэтиленом, поли(винилпирролидоном), полистирол сульфонатом, поли(виниловым спиртом), и т.д., путем химической реакции, облучения и т.п., предпочтительные гидрогели с физическими поперечными связями, в особенности, термообратимые гидрогели, позволяют производить переработку в частицы с желательными физическими и химическими свойствами в готовых брусках мыла.
Предпочтительными полимерными гелеобразующими реагентами являются полисахариды (куда могут относиться природные полисахариды и их производные), которые легко растворяются в воде при подходящей температуре и образуют гидрогель при охлаждении до пониженной температуры, например, до комнатной температуры, в некоторых случаях при использовании катионов. К полисахаридным материалам, подходящим для создания гидрогеля, относятся каррагенан, конджаковая камедь, агар/агароза, смола плодов рожкового дерева, коричная камедь, геллановая камедь, альгинат и их сочетания.
Rhodophyceae
Euchema cottonii
E. spinosum
4
4
Предпочтительным гелеобразующим агентом является каррагенан. Каррагенан представляет собой высокомолекулярный линейный полисахарид, состоящий из повторяющихся звеньев галактозы и 3,6-ангидрогалактозы (3,6 AG), как сульфатированных, так и несульфатированных, соединенных перемежающимися α-(1,3) и β-(1,4) гликозидными связями. К основным видам водорослей , применяемым при коммерческом производстве каррагенанов, относятся  и . Обычно каррагенаны делят на типы каппа, йота и лямбда, а молекулярная масса каррагенанов составляет от 5×10 до 70×10 дальтон. Разные типы каррагенанов могут образовывать гели, обладающие разными характеристиками мягкости или жесткости. Более предпочтительными, вследствие лучших гелеобразующих свойств, являются каррагенаны типов каппа и йота, а каррагенан каппа является еще более предпочтительным для создания гидрогелей для брусков мыла, составляющих предмет настоящего изобретения. Каррагенаны поставляются в форме стабильных натриевых, калиевых и кальциевых солей или, чаще, в виде их смеси. Все каррагенаны диспергируются в холодной воде, а при нагревании до температуры выше 80°C полностью растворяются. В ходе процесса охлаждения каррагенаны каппа и йота образуют молекулярные структуры в форме двойных спиралей, поперечно связанных ионами калия и кальция, с образованием трехмерной сети гелевого типа. Было обнаружено, что каррагенан перед солюбилизацией должен быть хорошо диспергирован для предотвращения образования комков и для достижения полных функциональных возможностей. Каррагенан предпочтительно заранее смешать с другими сухими ингредиентами и для солюбилизации добавить в холодную жидкость при перемешивании. Если нужно добиться наиболее предпочтительной температуры плавления/гелеобразования каррагенана, то самым эффективным ионом металла, позволяющим изменять температуру плавления/гелеобразования, является ион калия.
5
6
Было обнаружено, что между некоторыми полисахаридами, в частности, между каррагенаном и конджаковой камедью, и иными малыми молекулами существует синергичное взаимодействие, улучшающее характеристики геля. Сочетание каррагенана и конджаковой камеди является более предпочтительным гелевым материалом, поскольку оно позволяет создавать гели с особенно подходящими характеристиками прочности, а также технологическими параметрами, способствующими эффективной обработке, в частности, смешиванию и формированию частиц гидрогеля желательных размеров. Предпочтительное соотношение каррагенана и конджаковой камеди в массовых процентных долях составляет от около 1:10 до 10:1, более предпочтительно от около 6:4 до 4:6. При таком предпочтительном диапазоне получающийся гидрогель может содержать большое количество воды, легко обрабатывается, а также позволяет создавать в бруске мыла частицы желательного размера. Было обнаружено, что более высокая жесткость геля улучшает разбивание фрагментов гидрогеля на более мелкие частицы при смешивании компонентов мыла. Таким образом, синергическое взаимодействие каррагенана и конджаковой камеди повышает жесткость геля и способствует образованию более мелких частиц, что уменьшает ощущение зернистости формируемого бруска мыла. В клубнях конджака содержится конджаковый маннан. Конджаковый маннан представляет собой гетерополисахарид, состоящий из β-D-глюкозы (Г) и β-D-маннозы (M), при соотношении Г/М 1:3. Типичный средний диапазон молекулярных весов для конджака составляет от 0,1×10 до 10×10 дальтон. Первичный гелеобразующий агент (например, каррагенан) формирует трехмерную сеть с поперечными связями, которая поддерживает структуру и связывает воду. При создании гидрогелей для улучшения структуры или повышения способности удерживать воду могут использоваться любые синергические взаимодействия трехмерной, имеющей поперечные сшивки, сети с другими полимерами (такими, как конджак). По аналогии с синергическим взаимодействием между каррагенаном и другими камедями для повышения способности гидрогеля удерживать воду можно использовать камедь бобов рожкового дерева, конджаковую камедь или некоторые полиолы.
Желательно, чтобы частицы гидрогеля были достаточно маленькими, чтобы не создавать у потребителя ощущения шероховатости, и достаточно маленькими, чтобы полезный материал, например глицерин или ароматизатор, заключенный в гидрогелевые частицы, мог высвобождаться. Желательно, чтобы 95% частиц (по количеству, а не по весу) имели диаметр, лежащий в диапазоне от около 1 мкм до 200 мкм, более предпочтительно от около 5 мкм до 100 мкм, более предпочтительно от 5 мкм до 60 мкм. Как правило, если размер частиц в бруске мыла менее 60 мкм, они оказываются при повседневном использовании незаметными для потребителя. Если размер частиц превышает 60 мкм, потребитель сможет заметить частицы. Если частицы являются твердыми, например, при использовании некоторых неорганических наполнителей, талька, кальцита и т.п., они создают у потребителя крайне нежелательное ощущение зернистости. Если частицы мягкие и эластичные, они оказывают массирующий эффект, который некоторые клиенты считают приятным. В настоящем изобретении также предлагается полноценная рецептура с широким диапазоном распределения размеров частиц. Предполагается, что в полисахариды могут вноситься модификации с получением производных, несколько отличных от природных полимеров, но сохраняющих значительную способность к связыванию воды. Например, полисахариды могут модифицироваться с получением гидроксиалкильных (например, гидроксипропильных) производных, катионных производных и т.п. Способы получения из гидроксиалкильных и катионных производных из полисахаридов известны специалистам.
Чтобы частицы гидрогелевой фазы хорошо формировались, в одном аспекте изобретения предпочтительно, чтобы гидрогель представлял собой термообратимый гидрогель. В термообратимых гелях сеть геля представляет собой сеть с физическими поперечными связями, в которой физические связи можно разрушить нагреванием, что приводит к плавлению геля, а при удалении нагрева гель снова формируется, в отличие от сети с химическими ковалентными поперечными связями. Возможно использование других термообратимых синтетических материалов, отличных от каррагенана, конджака и агара. Документ US 5306501 является примером, иллюстрирующим термообратимые полиоксиалкиленовые блок-сополимеры. Термообратимый гель является подходящим, поскольку гидрогелевый раствор можно загрузить в миксер и дать ему возможность превратиться в гель, легко распадающийся на фрагменты и частицы. Гидрогель распределяется по объему мыльной стружки и охлаждается в миксере с образованием геля, который разбивается на мелкие куски и частицы. Гидрогелевые частицы могут рассеиваться по материалу мыльной стружки. С другой стороны, нетермообратимые гели с поперечными сшивками трудно разбить на фрагменты и, следовательно, их трудно хорошо перемешать с мыльной стружкой.
Гидрогелевые частицы, составляющие предмет настоящего изобретения, могут использоваться в значительном количестве для замены мыльной стружки. Гидрогель может составлять в итоговом составе мыла любую процентную долю до около 50% масс., предпочтительно от около 5 до 45% масс., более предпочтительно от около 5 до 35% масс., еще более предпочтительно от около 5 до 25% масс. Использование гидрогеля в предпочтительном количестве позволяет получать бруски мыла, удобные в обработке и демонстрирующие желательные чистящие свойства. Что касается содержания влаги в готовом бруске мыла, то, как правило, оно составляет 15-50% масс., предпочтительно 15-30% масс., предпочтительно более 15% масс., более предпочтительно 20-25% масс. Что касается содержания гидрогеля в бруске мыла, то содержание гелеобразующего материала (например, полисахарида, такого как каппа-каррагенан, или комбинации гелеобразующих агентов) составляет, предпочтительно, от около 0,05 до 10% масс., более предпочтительно от около 0,1 до около 5% массы бруска мыла.
Включение в брусок мыла материала гидрогелевой фазы обеспечивает преимущества относительно брусков мыла, в котором гелеобразующий материал не является гидрогелем, загустевающим из настоящего гидрогелевого раствора, а представляет собой просто набухшие частицы геля. В частицах гидрогелевой фазы, являющихся предметом изобретения, включенные компоненты введены в гидрогелевый раствор при получении геля до того, как гидрогель разделится на частицы. Вследствие этого включенные компоненты распределены в гидрогелевых частицах более равномерно и не вымываются легко из них в ходе процесса получения мыла, даже под давлением и при повышенной температуре, которые наблюдаются при перемешивании, пилировании, экструдировании и штамповке. Это значительно снижает потери ароматизаторов в ходе процесса (если ароматизаторы используются), уменьшает вязкость, что способствует облегчению перемешивания, если используется глицерин, и облегчает перемешивание и разбивание кусков гидрогеля на мелкие частицы, если в гидрогель включен тальк или другие неорганические порошки.
В рамках настоящего изобретения гидрогель изготовляется таким образом, чтобы он захватывал большое количество воды при перемешивании с мыльной стружкой в амальгаматоре или миксере. Поскольку гидрогель приготовляется путем растворения в горячей воде с последующим загустеванием, именно гидрогель с сетью, имеющей поперечные сшивки, связывает воду более или менее равномерно по всему своему объему. Таким образом, частицы, формируемые из гидрогеля, могут не иметь сердцевины. Фактически, когда частицы гидрогеля фиксируются в материале бруска мыла, часть воды из гидрогеля может уходить в базовый материал и в атмосферу, и концентрация воды во внутренней и центральной части гидрогелевой частицы будет не меньшей, чем в периферической части частицы. Включенные в гидрогель компоненты, такие как тальк, смачивающие вещества, некоторые ароматизаторы и т.п., которые не переходят легко через границу фазы в основной материал, покидая, таким образом, частицу, сохраняют относительно равномерную концентрацию в объеме гидрогеля, даже когда брусок мыла, содержащего гидрогель, помещается на некоторое время на коммерческий склад при стабильных условиях хранения. Таким образом, гидрогелевые частицы отличаются от гелевых частиц, которые просто смешиваются с мыльной смесью или с жидкостью, в результате чего происходит увлажнение гелеобразующего материала. Если гелевые частицы для поглощения воды просто диспергировать в мыльной основе, смешанной с водой, или диспергировать в водном растворе без растворения, они просто набухнут. При таком набухании вода должна медленно мигрировать в сухую сердцевину. Таким образом, образуются набухшие частицы, где сердцевина содержит меньше воды, чем периферическая часть. В некоторых случаях сердцевина может вообще оказаться негидратированной, поскольку периферическая часть препятствует проникновению воды, и вода не диффундирует в сухой материал. Таким образом, внешняя часть частицы может быть очень влажной, тогда как внутренняя может оставаться сухой. Такие набухшие частицы, сформированные путем поглощения водного раствора при диспергировании гелеобразующего агента в водном растворе, могут терять значительную часть раствора, исходно содержащегося в частицах, если эти частицы помещаются под давление, в результате чего мыльная смесь (т.е. материал, содержащий мыльную основу и смешанный с ней гидрогель) становится в ходе переработки (пилирования, экструдирования, штамповки и т.п.) мягкой и пористой. Таким образом, наполнители, такие как витамины, ароматизаторы и т.п., исходно поглощенные гелеобразующим материалом при его смачивании водным раствором, легко теряются при превращении мыльной смеси в брусок мыла.
Если при формировании некоторых гидрогелевых частиц, например, на основе каррагенана, дать гидрогелевому раствору время на то, чтобы начать загустевание, до того, как смешивать его с основой из мыльной стружки, это позволит гидрогелю образовать фрагменты и частицы, смешиваемые с мыльной основой, вместо того, чтобы смешивать с ней воду и частицы гелеобразующего материала.
В сравнении с традиционным процессом заключительной обработки мыла настоящее изобретение требует лишь наличия дополнительного предварительного миксера для приготовления гидрогелевого раствора. Ниже указан ряд дополнительных этапов модифицированного процесса заключительной обработки мыла. Для приготовления термообратимого гидрогеля в предварительный миксер вводится вода, в которую добавляется гелеобразующий агент (например, полисахариды, такие как каррагенан и конджаковая камедь), и материалы перемешиваются и нагреваются (например, до температуры около 90°C). При необходимости, далее к смешанному раствору добавляются соответствующие соли (например, для каррагенана, KCl). Затем смесь выдерживается в нагретом состоянии в течение определенного времени, например, 4-10 минут, чтобы обеспечить полное растворение гелевого материала с образованием однородного раствора. В смешанном гидрогелевом растворе, при необходимости, могут присутствовать нерастворимые материалы, такие как тальк. Предпочтительно, чтобы подобные нерастворимые материалы также были относительно хорошо перемешаны с раствором, чтобы при образовании частиц нерастворимые материалы были распределены в частицах, в основном, равномерно. В этот момент гидрогелевый раствор сразу же загружается в миксер для перемешивания с мыльной стружкой и другими добавками. Поскольку гидрогелевый раствор загустевает в тот момент, когда он перемешивается в смесителе с мыльной стружкой, он равномерно распределяется по материалу мыльной стружки и образует in-situ гидрогелевые частицы, когда температура в ходе перемешивания падает, причем крупные фрагменты и куски гидрогеля распадаются на более мелкие. Частицы гидрогелевой фазы, в конечном счете, после формирования бруска будут встроены в структуру мыла.
Затем смешанный материал проходит дальнейшие этапы обработки, такие как пилирование, экструдирование, штамповку и т.п. На фиг.2 показана блок-схема типичного процесса, составляющего предмет настоящего изобретения. Данный пример процесса включает предварительное смешивание материала гидрогеля с включаемыми ингредиентами и водой в нагреваемом предварительном миксере 16. Прошедший предварительное смешивание материал загружается в миксер 18 и смешивается с мыльной стружкой. Далее смешанный материал обрабатывается в очистительной установке 20, пилировочной машине 24, экструдере 28 и в штамп-машине 32, которые являются хорошо известными машинами для производства мыла. Обычно материал перемешивается в результате экструзии через отверстия в очистителе, экструдируется в тонкие листы в пилировочной машине и экструдируется в стержни твердого мыла в экструдере. Стержень мыла далее разрезается и штампуется в бруски. В ходе этого процесса материал очень хорошо перемешивается с базовым материалом мыла, и частицы с ингредиентами в получающемся бруске мыла оказываются рассеяны по базовой смеси и равномерно распределены.
В своей простой форме способ производства мыла, составляющий предмет настоящего изобретения, не требует больших изменений традиционного процесса заключительной обработки мыла, и требуется лишь включение простого подогревающего предварительного резервуара-миксера для приготовления гидрогелевого раствора. При использовании гидрогеля в качестве замены мыльной стружки процентная доля замещения может достигать до 45% от массы состава, предпочтительно, до 35% масс. Чтобы убедиться, что раствор полисахаридов будет способен образовывать гель, играющий роль твердого наполнителя, для технологической эффективности можно управлять жесткостью геля и температурой гелеобразования. Для облегчения образования гидрогеля в рамках настоящего изобретения могут использоваться катионы металлов, полиолы и синергические взаимодействия между полисахаридами.
Предполагается, что гидрогелевый раствор можно сформовать в виде мелких частиц до смешивания с мыльной стружкой. Предполагается, что гидрогелевый раствор может быть разбрызган или сформован в капли для смешивания с мыльной стружкой с получением, таким образом, частиц гидрогелевой фазы в базовой мыльной смеси. Также предполагается, что гидрогелю можно дать загустеть и разделить его на частицы до смешивания с мыльной стружкой.
Наряду с термообратимыми гелями для получения брусков мыла, составляющих предмет настоящего изобретения, могут использоваться другие полисахаридные гели и их производные. Например, альгинат, геллановая камедь, камедь рожкового дерева и т.п. могут образовывать гели при взаимодействии с определенными катионами. Например, альгинат или геллановую камедь можно превратить в гель путем введения ионов кальция, а камедь рожкового дерева превращается в гель при pH 5,5-7 в присутствии бората натрия. Гелеобразование можно контролировать с помощью введения подходящего количества катионов относительно количества гелеобразующего материала и воды, чтобы гелевый раствор загружался в миксер в процессе загустевания и перемешивался с мыльной основой с образованием мыльной смеси. Подобные гели имеют физические поперечные связи, образованные ионами, и эти связи проще контролировать, что делает их более предпочтительными относительно гелей с ковалентными поперечными связями. Например, гелеобразованием геллановой камеди можно управлять с помощью количества вводимых катионов и температуры. Таким образом, поперечные связи в катионно-контролируемых гидрогелях, таких как геллановая камедь, альгинат и т.п., основываются на физическом взаимодействии между нитями гелеобразующего полимера, а не на ковалентных связях. Поскольку гидрогель образуется и разделяется на частицы в ходе перемешивания и встряхивания, можно получать гидрогелевые частицы требуемых размеров.
В гидрогелевые частицы можно с пользой вводить много различных ингредиентов. Подходящие материалы могут иметь твердую, жидкую, полужидкую и т.п. формы, могут быть гидрофильными и даже гидрофобными. В случае гидрофобных материалов можно использовать различные вспомогательные диспергирующие материалы, например, эмульгаторы, которые взаимодействуют с различными ингредиентами и способствуют их равномерному распределению по гидрогелю. В гидрогель с помощью гелеобразующих агентов можно вводить ароматизаторы и отдушки, например, традиционно применяемые в данной сфере. Диспергирующие агенты, эмульгаторы и другие добавки, способствующие включению в состав продукции гидрофобных материалов, таких как ароматические масла, известны специалистам и широко применяются в технологии ароматизации. Благодаря использованию различных механизмов контроля гелеобразования и взаимодействия с ароматизирующими соединениями можно легко управлять высвобождением ароматизаторов. Например, управлять выделением ароматизаторов и отдушек при производстве мыла можно, регулируя размер гидрогелевых частиц, твердость геля, содержание влаги, контролируя эмульгирующую систему и т.п. Учитывая преимущества, описанные в настоящем изобретении, с помощью гидрогелевых частиц можно легко добиться выделения ароматических веществ.
Еще одним полезным ингредиентом гидрогеля являются технологические добавки, например, неорганические порошковые материалы, такие как тальк, кальцит, каолин, диоксид кремния, диоксид титана, диатомитовая земля и т.п. Мы обнаружили, что такие неорганические порошковые материалы при включении их в гидрогель способствуют разбиванию гидрогеля на частицы при перемешивании с мыльной стружкой, и возможно получение частиц подходящего размера с высокой эффективностью. Тальк, кальцит и каолин являются предпочтительными материалами. Еще более предпочтительными являются неорганические порошковые материалы, такие как тальк и кальцит. Как правило, неорганический порошковый материал добавляется при приготовлении гидрогелевого раствора в соотношении порошкового неорганического материала к гидрогелю 1,0%-40%, более предпочтительно 2,0%-30%, еще более предпочтительно 5%-25% от массы гидрогеля. Предпочтительно, чтобы доля неорганического порошкового материала в бруске мыла составляла от около 0,05% до 16% масс., более предпочтительно от около 0,1% до 12% масс., более предпочтительно от около 0,25% до около 10% масс. Как правило, размер частицы неорганического порошкового материала более чем в 200 раз превышает размер ячеек сетки.
Вода является основным компонентом частиц гидрогелевой фазы. Предпочтительно, чтобы в частицах гидрогелевой фазы содержалось больше воды, чем в базовом материале мыла, за пределами гидрогеля. Предпочтительно, чтобы большая часть воды готового бруска мыла содержалась в частицах гидрогелевой фазы, и меньшая часть, предпочтительно, очень малая часть воды мыльного бруска содержалась за пределами частиц гидрогелевой фазы. Предпочтительно, чтобы более 90% воды содержалось в гидрогелевых частицах. Таким образом, гидрогель, содержащий определенное количество воды и играющий роль наполнителя, будет меньше препятствовать перемешиванию мыльной стружки, чем эквивалентное количество воды, добавленное напрямую в мыльную смесь. В частицах гидрогелевой фазы вода, предпочтительно, составляет более 50% масс., более предпочтительно около 50-90% масс., более предпочтительно от около 50% до 75% масс. Было обнаружено, что после того, как гидрогелевый раствор загружен в миксер, и мыльная смесь переработана в мыльные бруски, потери веса из-за испарения воды составляют менее 2,0% воды, присутствующей в составе. Было обнаружено, что с течением времени вода, находящаяся в гидрогелевой фазе, быстро не выходит из гидрогелевых частиц в базовый материал мыла. Следовательно, как может заметить средний потребитель, брусок мыла не становится при хранении в нормальных комнатных условиях влажным или кашицеобразным. Мыльная стружка сама по себе иногда содержит небольшое количество воды, например, от около 8 до 15% масс. Таким образом, зная приблизительное содержание воды в мыльной стружке, можно оценить содержание воды в изготовленном мыльном бруске, которое также можно определить экспериментальным путем, например, путем удаления всей воды выпариванием.
Гидрогелевая фаза также может содержать смачивающее вещество. Смачивающие вещества могут выбираться из группы, состоящей из многоатомных спиртов (полиолов), водорастворимых алкоксилированных неионных полимеров и их смесей. Смачивающие вещества в составе гидрогеля могут иметь концентрацию от около 0,1% до 30% масс., более предпочтительно от около 0,5% до 25% масс., более предпочтительно от около 5% до около 20% от массы гидрогеля. К многоатомным спиртам, которые могут использоваться в рамках изобретения, относятся глицерин, сорбитол, пропиленгликоль, бутиленгликоль, гексиленгликоль, этоксилированная глюкоза, 1,2-гександиол, гексантриол, дипропиленгликоль, эритритол, трегалоза, диглицерин, ксилит, мальтит, мальтоза, глюкоза, фруктоза и их смеси. Также могут использоваться водорастворимые алкоксилированные неионные полимеры, такие как полиэтиленгликоли и полипропиленгликоли. Особенно подходящим смачивающим веществом является глицерин. Смачивающие вещества могут оказывать благоприятный для потребителя эффект в качестве увлажнителей при контакте с кожей.
Отмечаются общеизвестные факты, что смачивающие агенты, такие как глицерин, гликоли и т.п., представляющие собой вязкие жидкости, имеют склонность прилипать к другим материалам, и если данные агенты присутствуют в перемешиваемом материале, они затрудняют процесс перемешивания. Следовательно, если гелеобразующий материал и смачивающие агенты напрямую смешивать с мыльной стружкой, смесь может стать очень вязкой и трудно поддающейся обработке. Что касается настоящего изобретения, где смачивающий(ие) агент(ы) включается(ются) в гидрогель, а не вводится(ятся) в значительных количествах в базовую мыльную смесь, вязкость перемешиваемого материала значительно снижается в сравнении с прямым введением смачивающих агентов в мыльную основу. Смачивающее вещество, например глицерин, может присутствовать в гидрогеле в концентрации от около 0,1 до 60% масс., более предпочтительно от около 5 до 50% масс., еще более предпочтительно от около 10 до около 40% от массы гидрогеля.
Отмечается, что в гидрогелевый наполнитель также могут добавляться поверхностно-активные вещества (ПАВ) для улучшения пенообразующих свойств и более приятного ощущения, создаваемого на коже при использовании. К синтетическим ПАВ, которые могут использоваться в рамках настоящего изобретения, относятся анионные, амфотерные, неионные, цвиттер-ионнные и катионные ПАВ. Синтетические ПАВ, как правило, могут использоваться в гидрогелевом наполнителе в концентрации от около 0,1 до около 40% масс., предпочтительно от около 0,5 до около 20% масс.
К примерам анионных ПАВ относятся, помимо прочего, алкилсульфаты, анионные ацилсаркозинаты, метилакрилтаураты, N-ацил-глутаматы, ацил-изетионаты, сульфаты алкиловых эфиров, алкилсульфосукцинаты, алкилфосфатные эфиры, этоксилированные алкилфосфатные эфиры, тридецет-сульфаты, белковые конденсаты, смеси этоксилированных алкисульфатов и т.п. Алкильные цепи данных ПАВ содержат 8-22 атомов углерода, предпочтительно 10-18 атомов углерода. Примерами цвиттерионных ПАВ могут быть ПАВ, которые в широком смысле описываются как производные соединений алифатического четвертичного аммония, фосфония и сульфония, в которых алифатические радикалы могут иметь прямую или разветвленную цепь, и где один из алифатических заместителей содержит 8-18 атомов углерода, и один содержит анионную группу, способствующую растворению в воде, например, карбоксильную, сульфатную, сульфонатную, фосфатную или фосфонатную группу. К примерам относится: 4-[N,N-ди(2-гидроксиэтил)-N-октадециламмония]-бутан-1-карбоксилат; 3-[N,N-дипропил-N-3-додекокси-2-гидроксипропиламмония]-пропан-1-фосфонат. Примерами амфотерных ПАВ, которые могут применяться в гидрогелевом наполнителе, являются ПАВ, которые в широком смысле описываются как производные алифатических вторичных и третичных аминов, в которых алифатический радикал может быть прямым или разветвленным, и где один из алифатических заместителей содержит 8-18 атомов углерода, и один содержит анионную группу, способствующую растворению в воде, например, карбоксильную, сульфатную, сульфонатную, фосфатную или фосфонатную группу. Примерами соединений, подпадающих под это определение, являются натрия 3-додециламинопропионат, натрия 3-додециламинопропан-сульфонат, N-алкилтаурины, например, полученные в результате реакции додециламина с изетионатом натрия в соответствии с положениями патента США 2658072, N-высший алкил-аспарагиновые кислоты, например, полученные в соответствии с положениями патента США 2438091. Другие амфотерные соединения, такие как бетаины, также могут применяться в гидрогелевом наполнителе. Примерами бетаинов, которые могут использоваться в настоящем изобретении, являются бетаины высших алкилов, такие как коко-диметил-карбоксиметилбетаины, лаурил-диметил-карбоксиметилбетаин, лаурил-диметил-альфа-карбоксиэтилбетаин, цетил-диметил-карбоксиметилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксиэтил)карбоксиметилбетаин, стеарил-бис-(2-гидроксипропил)карбоксиметилбетаин, олеил-диметил-гаммакарбоксипропилбетаин и т.п. К примерам подходящих катионных ПАВ относятся стеарилдиметилбензиламмония хлорид; додецилтриметиламмония хлорид; нонилбензилэтилдиметиламмония нитрат; тетрадецилпиридиния бромид; лаурилпиридиния хлорид; цетилпиридиния хлорид; лаурилпиридиния хлорид; лаурилизохинолия бромид; дилаурилдиметиламмония хлорид; и стеаралкония хлорид; а также другие катионные ПАВ, известные специалистам. Неионные ПАВ, используемые в гидрогелевых наполнителях, в широком смысле можно определить как соединения, полученные в результате реакции конденсации алкилен-оксидных групп (гидрофильных по своей природе) с органическим гидрофобным соединением, которое может быть алифатическим или алкильным ароматическим.
Гидрогелевый наполнитель дополнительно может содержать другие полезные агенты, включая гидрофильные и (или) гидрофобные агенты. К полезным агентам относятся другие полиолы, витамины, лекарственные препараты, питательные вещества, усилители проницаемости, красители, солнцезащитные вещества, антибактериальные ингредиенты и т.п. Множество подобных полезных агентов известно специалистам и имеется в продаже. Кроме того, в мыльный брусок вне пределов гидрогелевых частиц также может быть введено много других дополнительных материалов. Как известно специалистам, в качестве таких дополнительных материалов в мыльный брусок могут быть включены полезные агенты, ПАВ, соли, жирные кислоты, структурные вещества, другие наполнители (например, неорганические), красители, ароматизаторы, технологические добавки и т.п. При необходимости для обеспечения совместимости с некоторыми полезными агентами можно отрегулировать pH гидрогеля.
В приведенных ниже примерах показаны бруски мыла, которые могут быть получены в соответствии с настоящим изобретением. Все процентные доли указаны в масс. процентах, если иное не отмечено специально.
Пример 1:
При получении брусков мыла применялся следующий способ: В предварительный миксер загружалось соответствующее рецептуре количество воды и сорбитола, производилось перемешивание при комнатной температуре и в предварительный миксер добавлялся тальк (или кальцит, или другой порошковый материал). Материал в предварительном миксере перемешивался при 500-600 об/мин в течение нескольких минут, чтобы ингредиенты распределились равномерно. Раствор был нагрет до 50-60°C, затем в него был добавлен каррагенан, скорость перемешивания была увеличена до 800 об/мин, и раствор продолжал нагреваться до 85°C, после чего указанная температура поддерживалась до полного растворения каррагенана. Далее в раствор был добавлен KCl, и температура поддерживалась в течение нескольких минут до полного растворения KCl. Мыльная стружка и другие добавки загружались в миксер с двойными S-образными ножами и перемешивались в течение нескольких минут, пока стружка не приобретала форму очень мелкого порошка, после чего в миксер с двойными S-образными ножами загружался горячий гидрогелевый раствор, как только это раствор достигал состояния готовности. Перемешивание производилось в течение нескольких минут, после чего смесь загружалась в очистительную машину и проходила этапы пилирования, экструдирования и штамповки.
Таблица 1Состав брусков мыла с каррагенановыми гидрогелевыми наполнителями (концентрации в % масс.)
Ингредиенты
Контроль-ный образец
1
2
3
4
5
6
Мыльная стружка
98,70
83,26
77,96
77,30
80,16
80,16
80,16
Диоксид титана
0,20
0,20
0,20
0,20
0,3
0,3
0,3
EDTA
0,1
0,10
0,10
0,10
0,1
0,1
0,1
Ароматиза-тор
1,0
1,00
1,00
1,00
1,0
1,0
1,0
Каррагенан
-
0,27
0,37
0,70
0,27
0,27
0,27
KCl
-
0,17
0,37
0,70
0,17
0,17
0,17
Тальк
-
2,50
2,50
-
3,0
0
Кальцит
-
-
-
-
-
3,0
3,0
Сорбитол
-
-
-
-
5,0
5,0
5,0
ПАВ
-
-
-
-
-
-
1,5
Вода
-
12,50
17,50
20,00
10,0
10,0
8,5
Дозировка гидрогеля
0
15,44
20,74
21,40
18,44
18,44
18,44
Прочность геля на разрыв г/см<sup>2</sup>
-
2266
2089
4825
1342
2320
1431
Температура гелеобразования/°C
-
68±2
75±2
92±2
72±2
82±2
74±2
В таблице 1 приводятся характеристики брусков пилированного мыла, изготовленных в соответствии с вышеописанным процессом. Каррагенан, использованный в данных примерах, представлял собой каппа-каррагенан, кодовое наименование E407, поставщик Shanghai Brilliant Gum Co., Ltd. В таблице 1 гидрогели были приготовлены из воды, каррагенана и KCl и в некоторых случаях включали в качестве ингредиента тальк. Для сравнения, контрольный брусок мыла был изготовлен из мыльной стружки (98,7% масс.), EDTA, ароматизатора и 0,2% масс. диоксида титана, без наполнителей. Бруски мыла с гидрогелем содержали ту же процентную долю EDTA и ароматизатора от массы бруска, что и в контроле, а также 0,2 или 0,3% диоксида титана от массы базовой смеси (т.е. от материала основы, не содержащего гидрогелевых наполнителей). Прочность геля измерялась с использованием стандартного тестового метода, применяемого в пищевой промышленности, с применением структурного анализатора TA.XTPlus с цилиндрическим зондом с радиусом цилиндра 1,27 см (0,5 дюйма) (P/0,5R). Для международного стандартного метода испытаний ISO 9665: 1998(E) могут использоваться следующие параметры: режим тестирования - сжатие, скорость до теста 0,5 мм/сек, скорость во время теста 0,5 мм/сек, скорость после теста 0,5 мм/сек, режим наведения - дистанционный, тип триггера - силовой, усилие срабатывания - 5 г. Указанный метод испытаний ISO 9665: 1998(E), описанный в источнике International Method - Adhesives-Animal Glues-Methods of Sampling and Testing, ISO 9665, Second Edition (1998-09-15), включается в настоящий документ в виде ссылки. Все измерения прочности геля в данной заявке были выполнены с применением этого метода. Температура гелеобразования тестировалась следующим методом: Раствор полисахарида помещался на водяную баню при температуре 95°C, чтобы гарантировать отсутствие гелеобразования. Температура водяной бани управляемо снижалась со скоростью 1°C/мин, и регистрировалась температура, при которой раствор образовывал гидрогель. Нам удалось включить в состав мыла от около 10% до 20% масс. воды и получить стабильные бруски мыла с использованием традиционных процессов смешивания, очистки, пилирования, экструдирования и штамповки.
Таблица 2Результаты измерения эффективности брусков мыла, соответствующих таблице 1
Параметры
Контрольный образец
1
2
3
4
5
6
Объем пены/см
21,0
22,0
21,8
22,0
21,0
21,3
21,0
В таблице 2 показана эффективность пенообразования у брусков мыла, соответствующих таблице 1. Использовался метод тестирования эффективности пенообразования Росса-Майлза (Ross-Miles) (ISO696-1975 или GB7462-87) при концентрации мыла 0,5 г/л и жесткости воды 150 промилле. Данный способ использовался во всех тестах пенообразования в данной заявке. Специалистам в области мыловарения известно, что эффективность пенообразования (объем пены/см) отражает чистящие свойства бруска мыла. В таблице 2 демонстрируется, что бруски мыла, соответствующие таблице 1, имеют сходные чистящие свойства. Таким образом, бруски мыла, содержащие большое количество воды в гидрогелевых наполнителях, демонстрируют эффективность, сходную с контрольными брусками, в которых нет водосодержащего наполнителя.
Таблица 3Состав брусков мыла с гидрогелевыми наполнителями на основе каррагенана/конджака (концентрации в % масс.)
Ингредиенты
7
8
9
10
11
12
13
14<sup>a</sup>
Мыльная стружка
87,81
82,67
77,99
77,67
72,97
67,97
67,97
62,90
Диоксид титана
0,30
0,30
0,20
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
EDTA
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
Ароматизатор
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
Каррагенан
0,11
0,16
0,19
0,16
0,27
0,27
0,27
0,30
Конджак
0,09
0,14
0,18
0,14
0,18
0,18
0,18
0,20
KCl
0,09
0,14
0,35
0,14
0,18
0,18
0,18
0,20
Тальк
-
-
2,50
-
-
5,00
-
10,0
Сорбитол
-
-
-
5,00
-
-
-
10,0
Глицерин
0,50
0,50
-
0,50
10,00
10,00
12,50
-
Вода
10,00
15,00
17,50
15,00
15,00
15,00
17,50
15,00
Дозировка гидрогеля
10,80
16,00
20,80
20,40
25,60
30,60
30,60
35,70
Прочность геля на разрыв (г/см<sup>2</sup>)
4252
4252
-
3842
3079
2402
670
-
Температура гелеобразова-ния/°C
63±2
63±2
-
67±2
82±2
85±2
80±2
-
a: Гидрогелевый раствор под номером 14 был очень вязким и пастообразным. Он очень быстро загустевал в ходе переноса из стеклянного стакана в контейнер. Гель образовывался до того, как его можно было перенести в контейнер. Таким образом, прочность геля и температура гелеобразования не тестировались теми методами, которые мы использовали для тестирования этих параметров в других образцах.
В таблице 3 показаны составы брусков мыла, содержащих наполнители гидрогелевой фазы, изготовленные из каррагенана, конджака, KCl и воды и включающие ингредиенты, выбираемые из глицерина, сорбитола и талька. Дозировка гидрогеля лежала в диапазоне от около 11% до 36% от массы состава, а количество воды, содержащейся в гидрогелевых наполнителях, лежало в диапазоне от около 10% до 17,5% масс. Содержание мыльной стружки лежало в диапазоне от 63% до 88% масс.
2
2
2
2
Наблюдалось, как правило, что чем выше температура гелеобразования, тем быстрее раствор полисахаридов образовывал гидрогелевую фазу при смешивании с мыльной стружкой. Следовательно, при перемешивании с мыльной стружкой можно добиться большего удержания воды гидрогелем. Предпочтительно, чтобы бруски мыла, составляющие предмет настоящего изобретения, изготавливались из гидрогелей, имеющих температуру гелеобразования от около 35°C до 95°C, более предпочтительно от 45°C до 85°C. Кроме того, наблюдалось, что чем выше прочность гидрогеля, тем большей способности к влагопоглощению можно добиться. Предпочтительно, чтобы бруски мыла, составляющие предмет настоящего изобретения, изготавливались из гидрогелей, имеющих прочность 200 г/см-15000 г/см, более предпочтительно 600 г/см-6500 г/см.
Таблица 4Результаты измерения эффективности брусков мыла, соответствующих таблице 3
Параметры
7
8
9
10
11
12
13
14
Объем пены/см
21,5
21,0
21,0
21,0
21,4
21,2
21,4
21,4
В таблице 4 показана эффективность пенообразования у брусков мыла, соответствующих таблице 3. Использовался способ испытания эффективности пенообразования Росса-Майлза (Ross-Miles) при концентрации мыла 0,5 г/л и жесткости воды 150 промилле. В таблице 2 и таблице 4 демонстрируется, что бруски мыла, соответствующие обеим таблицам, имеют сходные чистящие свойства. Таким образом, бруски мыла, содержащие большое количество воды в гидрогелевых наполнителях, демонстрируют эффективность, сходную с контрольными брусками, в которых нет водосодержащего наполнителя.
Таблица 5Состав брусков мыла с агаровыми гидрогелевыми наполнителями (концентрации в % масс.)
Ингредиенты
15
16
17
18
Мыльная стружка
85,94
80,83
74,90
69,90
Диоксид титана
0,20
0,20
0,20
0,20
EDTA
0,10
0,10
0,10
0,10
Ароматизатор
1,00
1,00
1,00
1,00
Агар
0,26
0,37
0,80
0,80
Сорбитол
-
-
5,50
5,50
Тальк
-
-
-
5,00
Вода
12,50
17,50
17,50
17,50
Дозировка гидрогеля
12,76
17,87
23,8
29,0
Прочность геля на разрыв г/см<sup>2</sup>
1086
1086
831
1886
Температура гелеобразова-ния/°C
43±2
43±2
50±2
70±2
4
6
В таблице 5 представлены составы мыльных брусков с гидрогелем, изготовленным из агара. Агар представляет собой сильно гелеобразующий гидроколлоид, получаемый из морских водорослей. Его базовая химическая структура характеризуется повторяющимися звеньями D-галактозы и 3,6-ангидро-L-галактозы, с небольшим количеством вариаций, а также низким содержанием сульфатных эфиров. Молекулярный вес подходящего агара составляет 1×10-5×10 дальтон. Агар, использованный в данных примерах, был поставлен Shanghai Brilliant Gum Co., Ltd, под кодовым наименованием BLR6001. Дозировка гидрогеля находилась в диапазоне 13%-29% масс. Содержание воды, включенной в гидрогель, находилось в диапазоне около 12,5%-17,5% от массы материала мыльного бруска.
Таблица 6Результаты измерения эффективности брусков мыла, соответствующих таблице 5
Параметры
Глицериновое мыло<sup>a</sup>
15
16
17
18
Объем пены/см
21,0
21,8
22,2
21,6
19,8
a: Брусок глицеринового мыла представлял собой брусок мыла Savlon с алоэ вера (продукт Johnson & Johnson, выпускаемый для индийского рынка компанией VVF limited, состав: натриевая соль кислот пальмового масла, натриевая соль кислот косточкового пальмового масла, глицерин, вода, ароматизатор, триклозан, экстракт листьев Aloe Barbadensis, CI 74260, CI 11680)
В таблице 6 показана эффективность пенообразования у брусков мыла, соответствующих таблице 5, и у имеющегося в продаже глицеринового мыла. В таблице 2 и таблице 6 демонстрируется, что бруски мыла, соответствующие обеим таблицам, имеют сходные чистящие свойства. Таким образом, бруски мыла, содержащие большое количество воды в агаровых гидрогелевых наполнителях, демонстрируют эффективность, сходную с контрольными брусками и с глицериновым мылом SAVLON, в которых нет водосодержащего наполнителя. Более того, сравнение таблицы 4 и таблицы 6 показывает, что в соответствии с настоящим изобретением может быть изготовлено глицериновое мыло с гидрогелевыми наполнителями, имеющее эффективность, сходную с коммерческим негидрогелевым глицериновым мылом.
Таблица 7Состав брусков мыла с гидрогелевыми наполнителями на основе альгината натрия (концентрации в % масс.)
Ингредиенты
19
20
Мыльная стружка
85,94
80,58
Диоксид титана
0,20
0,20
EDTA
0,10
0,10
Ароматизатор
1,00
1,00
Альгинат натрия
0,26
0,35
EDTA
-
0,17
CaCl<sub>2</sub>
0,00
0,1
Вода
12,50
17,50
Дозировка гидрогеля
12,76
18,12
4
6
Laminaria hyperborean, Macrocystis pyrifera, Laminaria digitata, Ascophyllum nodosum, Laminaria japonica, Eclonia maxima, Lessonia nigrescens, Durvillea Antarctica и Sargassum
2
2
2
2
В таблице 7 представлены составы мыльных брусков с гидрогелем, изготовленным из альгината натрия, который не является термообратимым. Дозировка гидрогеля находилась в диапазоне 13%-18% масс. Содержание воды, включенной в гидрогель, находилось в диапазоне около 12,5%-17,5% от массы материала мыльного бруска. Альгинат относится к семейству неразветвленных двухкомпонентных сополимеров (1→4) связанной β-D-маннуроновой кислоты (M) и α-L-остатков гулуроновой кислоты (G) различного состава и последовательности, с молекулярным весом в диапазоне 3×10-1×10 дальтон. Например, для получения брусков мыла, являющихся предметом настоящего изобретения, могут использоваться коммерческие альгинаты, производимые из водорослей . В качестве примера для получения альгинатного гидрогеля без использования CaCl альгинат в количестве 0,26% масс. был диспергирован в воде количеством 12,5% масс., и полученный раствор был нагрет до 80°С. Раствор непрерывно перемешивался со скоростью 800 об/мин в течение времени, достаточного до полного растворения альгината. Раствор был охлажден до комнатной температуры, при которой раствор превратился в очень вязкую пасту, после чего был загружен в миксер и перемешан с мыльной стружкой и другими ингредиентами. Для получения альгинатного гидрогеля с использованием CaCl 0,10% масс. CaCl и 0,17% масс. EDTA были растворены в воде количеством 1% масс., а альгинат в количестве 0,35% масс. был растворен в 16,5% масс. воды, в результате чего были получены растворы, содержащие 17,5% масс. воды. Раствор альгината был нагрет до 60°С. Раствор CaCl/EDTA добавлялся к раствору альгината медленно, чтобы обеспечить правильное формирование гидрогеля. После получения гидрогелевого раствора он был охлажден до комнатной температуры, загружен в миксер и перемешан с мыльной стружкой и другими ингредиентами.
Таблица 8Результаты измерения эффективности брусков мыла, соответствующих таблице 7
Параметры
19
20
Объем пены/см
21,8
21,0
В таблице 8 показано, что бруски мыла, содержащие большое количество воды в альгинатных гидрогелевых наполнителях, демонстрируют эффективность, сходную с контрольными брусками.
Таблица 9Состав брусков мыла с гидрогелевыми наполнителями на основе геллановой камеди (концентрации в % масс.)
Ингредиенты
21
22
Мыльная стружка
85,91
83,14
Диоксид титана
0,20
0,20
EDTA
0,10
0,10
Ароматизатор
1,00
1,00
Геллановая камедь
0,26 (LA)
0,38 (LA:HA=1:1)<sup>a</sup>
CaCl<sub>2</sub>
0,03
0,18
Вода
12,50
15,00
Дозировка гидрогеля
12,79
15,56
Прочность геля на разрыв г/см<sup>2</sup>
4441
656
a: LA означает геллановую камедь с низким содержанием ацила, HA означает геллановую камедь с высоким содержанием ацила, LA:HA=1:1 означает, что весовое соотношение LA к HA составляет 1:1.
Sphingomonas elodea
Pseudomonas elodea
4
6
2
2
2
В таблице 9 представлены составы мыльных брусков с гидрогелем, изготовленным из геллановой камеди, который не является термообратимым. Дозировка гидрогеля находилась в диапазоне 13%-16% масс. Содержание воды, включенной в гидрогель, находилось в диапазоне около 12,5%-15% от массы материала мыльного бруска. Использованная геллановая камедь представляла собой внеклеточный полисахарид, экскретируемый микроорганизмом , ранее называвшимся , с молекулярным весом в диапазоне 3×10-2×10 дальтон. Первичная структура геллановой камеди, использованной в данном составе, состояла из повторяющихся звеньев линейных тетрасахаридов: →3)-β-D-Glcp-(1→4)-β-D-GlcpA-(1→4)-β-D-Glcp-(1→4)-α-L-Rhap-(1→. Геллановая камедь поставлялась компанией CP Kelco под торговым наименованием KELCOGEL CG-HA, в случае геллановой камеди с высоким содержанием ацила, и KELCOGEL CG-LA, в случае геллановой камеди с низким содержанием ацила. Гидрогель геллановой камеди был получен следующим образом: CaCl был растворен в деионизированной (DI) воде с получением раствора CaCl. Геллановая камедь была добавлена в деионизированную воду с последующим нагревом до 50-60°С до растворения геллановой камеди. После полного растворения геллановой камеди в воде к раствору геллановой камеди был добавлен раствор CaCl, и полученный раствор был охлажден до комнатной температуры с образованием гидрогеля. Гидрогель был загружен в миксер и перемешан с мыльной стружкой и другими ингредиентами.
Таблица 10Результаты измерения эффективности брусков мыла, соответствующих таблице 9
Параметры
21
22
Объем пены/см
21,6
21,6
В таблице 10 показано, что бруски мыла, содержащие большое количество воды в гидрогелевых наполнителях на основе геллановой камеди, демонстрируют эффективность, сходную с контрольными брусками.
При практическом использовании настоящего изобретения, если иное не указано специально, будут использоваться традиционные способы, применяемые специалистами по разработке продуктов мыловаренной отрасли и лежащие в пределах их уровня компетентности. Реализации настоящего изобретения описаны с конкретными подробностями. Эти реализации призваны служить во всех аспектах иллюстрацией, а не ограничением настоящего изобретения. Очевидно, что специалист в данной сфере может реализовать различные комбинации и перестановки деталей и компонентов, описанных в настоящем документе схем без отклонения от области действия настоящего изобретения. Кроме того, если указано, что какое-то вещество содержит определенные ингредиенты, подразумевается, что в некоторых случаях это вещество может, по существу, состоять из этих ингредиентов. Все процитированные в настоящем документе патентные документы полностью включаются в настоящий документ в силу ссылки.