КАТИОННАЯ СИСТЕМА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩАЯ МИКРОВОЛОКНИСТУЮ ЦЕЛЛЮЛОЗУ
CATIONIC SURFACTANT SYSTEM CONTAINING MICROFIBRE CELLULOSE

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Продукты на основе катионных поверхностно-активных веществ, такие как антибактериальные средства для мытья поверхностей, средства для смягчения тканей, кондиционеры для кожи, кондиционеры для волос, кондиционирующие шампуни и др., часто бывает трудно загустить стандартными загустителями. Многие широко используемые загустители, такие как ксантановая камедь, CMC (карбоксиметилцеллюлоза, КМЦ), каррагенан и полиакрилаты, являются анионными и поэтому могут вступать в реакцию с катионными поверхностно-активными веществами и вызывать осаждение катионного поверхностно-активного вещества и загустителя или снижать эффективность катионного поверхностно-активного вещества. Неионные загустители, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС), гидроксипропилметилцеллюлоза (НРМС) и склероглюкан могут обеспечить повышение вязкости катионных систем, однако НЕС и НРМС придают жидкости очень слабые суспензионные свойства. При использовании склероглюкана часто удается получить хорошую суспензию, однако его использованию может препятствовать его высокая стоимость. Катионные загустители, такие как поликватерниум 10 (катионная НЕС) и катионный гуар, обеспечивают в катионных системах загущение, но не образование суспензии. Некоторые формы полиакрилатов эффективно загущают катионные системы, но они могут быть ограничены по рН, использоваться в высоких концентрациях, быть дорогими; кроме того, часто они имеют узкий диапазон совместимости с катионными поверхностно-активными веществами.
В промышленности существует потребность в придании надежных суспендирующих свойств и вязкости катионным системам поверхностно-активных веществ. В этих системах часто желательно суспендировать частицы включений, и такими частицами могут быть абразивные агенты, эстетические агенты (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.
Было обнаружено, что микроволокнистую целлюлозу (MFC), полученную с помощью бактерий или другим способом, можно использовать для получения суспензии частиц в катионных системах. Также было обнаружено, что MFC можно использовать для этой цели с вспомогательными средствами (веществами) или без них. Если используется микроволокнистая целлюлоза, полученная с помощью бактерий, то можно удалить клеточный дебрис, что приведет к получению прозрачных растворов при характерных концентрациях, используемых в некоторых композициях.
Микроволокнистая целлюлоза является неионной, поэтому на нее не влияют катионные поверхностно-активные вещества и она поддерживает хорошее качество суспензии в таких системах. Микроволокнистая целлюлоза обладает уникальной способностью к функционированию в этих системах в значительной мере потому, что она скорее диспергируется, чем солюбилизируется, что обеспечивает возможность ее использования в широком диапазоне значений рН и концентраций катионных поверхностно-активных веществ без возникновения проблемы с осаждением полимера из-за «высаливания» или других эффектов, связанных с конкуренцией за молекулы воды.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описаны катионные системы поверхностно-активных веществ, содержащие микроволокнистую целлюлозу. Термин «катионные системы» в контексте настоящего изобретения включает в себя (но не ограничивается этим) катионные поверхностно-активные вещества, используемые в промышленных прикладных задачах и в прикладных задачах, связанных с личной гигиеной, из-за их антимикробных свойств, способности смягчать ткани и кондиционировать кожу и волосы. 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 характерных используемых концентрациях. В настоящем изобретении MFC используется для получения суспензии частиц включений в композициях, содержащих катионные поверхностно-активные вещества.
Концентрация катионных поверхностно-активных веществ в этих системах варьируется от примерно 0,1% до примерно 50% (массовый процент активного поверхностно-активного вещества), хотя конкретная концентрация зависит от продукта. Антибактериальные средства для мытья бытовых поверхностей обычно содержат от примерно 0,1 массового % до примерно 4 массовых % активного катионного поверхностно-активного вещества, кондиционеры для кожи и волос обычно содержат от примерно 0,5 массовых % до примерно 3 массовых % катионных поверхностно-активных веществ, а средства для смягчения тканей обычно содержат от примерно 3 массовых % до примерно 15 массовых % катионного поверхностно-активного вещества (при этом концентрация, равная 15%, характерна для «концентрированного» продукта для смягчения тканей). Концентраты катионных поверхностно-активных веществ можно также загустить с целью их последующего разбавления с получением соответствующих композиций. Такие концентраты могут содержать более 50 массовых % активного катионного поверхностно-активного вещества.
MFC присутствует в этих продуктах в концентрациях от примерно 0,05% до примерно 1,0%, предпочтительно до 0,09%, однако концентрация будет зависеть от желаемого продукта. Например, если для суспендирования мелких гранул альгината в бытовом моющем средстве, содержащем 4% антибактериального катионного поверхностно-активного вещества, бензалкония хлорида, предпочтительно использовать примерно 0,06 массовых % MFC, то для суспендирования пузырьков воздуха в средствах для смягчения тканей предпочтительно использовать примерно 0,075 массовых % MFC.
Частицами, подлежащими суспендированию, могут быть абразивные агенты, средства, улучшающие внешний вид (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 применению вспомогательных средств
(веществ) и/или средств, облегчающих технологический процесс, таких как катионная НЕС, катионный гуар 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 (вещества). Описаны четыре смеси: смесь, содержащая MFC, катионный гуар и гуаровую камедь в соотношении 6:3:1; смесь, содержащая MFC и катионный гуар в соотношении 1:1 или 3:2, и смесь, содержащая MFC и катионную НЕС в соотношении 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 веществ/средств, облегчающих технологический процесс. После гидратации вспомогательных веществ/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.
Изобретение также относится к способам получения катионных систем поверхностно-активных веществ, описанных выше, с добавлением или без добавления вспомогательных средств (веществ) и/или средств, облегчающих технологический процесс.
Приведенное выше краткое содержание изобретения можно лучше понять, если прочитать его совместно с подробным описанием изобретения.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Упрощенная композиция антибактериального средства для мытья твердых поверхностей, демонстрирующая совместимость катионного поверхностно-активного вещества с 4%-ным раствором бензалкония хлорида и свойства суспензии при использовании 0,15% смеси MFC/катионного гуара (1:1), описана в Примере 1. Это моющее средство проявляет способность суспендировать шарики.
В примере 2 описано концентрированное коммерческое жидкое средство для смягчения тканей, содержащее примерно 7,5% катионного поверхностно-активного вещества, 0,15% смеси MFC/катионного гуара (1:1) и суспендированный в нем альгинат.
Кондиционер для волос в форме аэрозоля содержит катионное поверхностно-активное вещество и 0,125% смеси MFC/катионного гуара (6:4). В этом продукте суспендированы блестки, и он описан в Примере 3.
В Примере 4 для получения системы с высоким содержанием катионного поверхностно-активного вещества, содержащей концентрированный раствор бензалкония, использована микроволокнистая целлюлоза в форме отфильтрованного осадка. Раствор, содержащий 40% бенэалкония хлорида и 0,06% MFC, проявляет способность суспендировать альгинатные шарики и описан в Примере 4.
В Примере 5 для получения системы с высоким содержанием катионного поверхностно-активного вещества, содержащей концентрированный раствор бензалкония, использована микроволокнистая целлюлоза в форме отфильтрованного осадка. Раствор, содержащий 40% бензалкония хлорида и 0,075% активной MFC, проявляет способность суспендировать пузырьки воздуха и описан в Примере 5.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1

Была приготовлена упрощенная композиция антибактериального средства для мытья твердых поверхностей, содержащая 4% бензалкония хлорида, с суспендированными в ней альгинатными гранулами. Моющее средство проявляло измеримый предел текучести и обладало способностью к суспендированию пузырьков воздуха и гранул. Был определен предел текучести, равный 0,82 Па (по результатам измерения реометром Брукфилда для измерения предела текучести). Вначале был приготовлен концентрат, содержавший 0,3% смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/катионного гуара в соотношении 1:1) в деионизированной воде. Концентрат был приготовлен посредством перемешивания раствора в смесителе Oster в режиме «разжижения» (максимальная скорость) в течение 5 минут. Затем смесь, содержавшую микроволокнистую целлюлозу, разбавляли в соотношении 1:1 8%-ным раствором бензалкония хлорида. К раствору, содержавшему микроволокнистую целлюлозу, добавили раствор катионного поверхностно-активного вещества при перемешивании со скоростью около 600 об/мин при помощи лопастной мешалки «Jiffy». Для демонстрации суспендирующих свойств были добавлены гранулы альгината. Была получена превосходная суспензия пузырьков воздуха и/или альгинатных гранул, в которой не наблюдалось оседания при комнатной температуре или при 45°С в течение 3 месяцев. Микроволокнистая целлюлоза хорошо распределялась в растворе, несмотря на относительно низкое сдвиговое усилие, создаваемое лопастной мешалкой «Джиффи» или лопастями пропеллерной мешалки.
Пример 2

™

Было приготовлено концентрированное коммерческое средство для смягчения тканей, содержащее примерно 7,5% катионного поверхностно-активного вещества. «Ультраконцентрированное» жидкое средство для смягчения тканей «Downy Clean Breeze ultraconcentrated» было модифицировано с использованием MFC. 0,3% концентрированной смеси на основе микроволокнистой целлюлозы (смесь MFC/катионного гуара в соотношении 1:1) активировали в дистиллированной воде с помощью смесителя Oster, установленного на максимальную скорость (режим разжижения), путем перемешивания в течение 5 минут. Раствор микроволокнистой целлюлозы разбавляли в соотношении 1:1 ультраконцентрированным средством для смягчения тканей Downy путем перемешивания при скорости около 600 об/мин с помощью лопастной мешалки «Jiffy». К испытываемой суспензии были добавлены гранулы альгината. После разбавления была получена очень хорошая суспензия гранул, которая имела предел текучести, равный 1,4 Па (по результатам измерения реометром Брукфилда для измерения предела текучести). Средство для смягчения тканей было помещено в термостат с температурой 45°С для оценки термостабильности и показало превосходную термостабильность с сохранением свойств суспензии после выдерживания в течение 4 недель.
Пример 3
Был приготовлен кондиционер для волос в форме аэрозоля с суспендированными в нем блестками. Полученный аэрозоль для волос обладал хорошими аэрозольными характеристиками и превосходными суспензионными свойствами. Был определен предел текучести, равный примерно 0,2 Па (по результатам измерения реометром Брукфилда для измерения предела текучести).

Стадия А: Деионизированную воду и динатрий ЭДТА добавили в небольшой резервуар для смешивания Oster. На поверхность воды добавили микроволокнистую целлюлозу (смесь MFC/катионного гуара в соотношении 6:4), после чего установили лопастную мешалку Oster и перемешивали смесь при максимальной скорости в течение 5 минут (скорость «разжижения»).
Стадия В: STS и отдушку смешали с предварительно нагретым RH-40 и пропиленгликолем и солюбилизировали в водной фазе.
Стадия С: Последовательно добавили остальные ингредиенты и перемешали. В результате был получен маловязкий пригодный для распыления кондиционер для волос с суспендированными в нем блестками, имевший рН 4,8.
Таблица 1
Распыляемый кондиционер для волос со свойствами суспензии
Стадия процесса
Ингредиент
% (масс./мас.)
Содержание в граммах
А
Деионизированная вода
93,725
374,9
А
Смесь, содержащая микроволокнистую целлюлозу (смесь MFC/катионного гуара в соотношении 6:4)
0,125
0,5
А
Динатрий ЭДТА
0,1
0,4
В
Отдушка
Достаточное количество
В
Crodamol STS
0,5
2
В
Cremophor RH 40
1.5
6
В
Пропиленгликоль
0,75
3
С
СТАС 29 (29% цетримония хлорида, катионного кондиционирующего средства)
1
4
С
Белок пшеницы
1
4
С
Пантенол
0,2
0,8
С
Ацетамид МЭА
1
4
С
Катон
0,1
0,4
С
Краситель
Достаточное количество
Достаточное количество
С
Блестки
Достаточное количество
Достаточное количество
Всего
100,0
400,0
Пример 4

Были получены системы с высоким содержанием катионных поверхностно-активных веществ с концентрацией бензалкония хлорида, равной 40%, и с микроволокнистой целлюлозой в форме отфильтрованного осадка. Концентрат, содержавший 1,85% отфильтрованного осадка микроволокнистой целлюлозы, был активирован в дистиллированной воде с помощью смесителя Oster, установленного на максимальную скорость (режим «разжижения»), посредством перемешивания в течение 5 минут. Раствор микроволокнистой целлюлозы разбавили до 80% 50%-ным раствором бензалкония хлорида путем перемешивания при скорости около 600 об/мин с помощью лопастной мешалки «Jiffy». К испытываемой суспензии были добавлены гранулы альгината. Активность (%-ное содержание твердых веществ) в MFC в форме отфильтрованного осадка составляла примерно 16%, что обеспечило концентрацию MFC в конечном растворе, равную 0,06%. По результатам визуальной инспекции была получена хорошая суспензия для дальнейшего разбавления, которая имела предел текучести, равный 0,36 Па (по результатам измерения реометром Брукфилда для измерения предела текучести).
Пример 5

Были получены системы с высоким содержанием катионных поверхностно-активных веществ с концентрацией бензалкония хлорида, равной 50%, и с микроволокнистой целлюлозой в форме отфильтрованного осадка. В растворе был суспендирован воздух. 0,47% отфильтрованного осадка микроволокнистой целлюлозы активировали в дистиллированной воде с помощью смесителя Oster, установленного на максимальную скорость (режим «разжижения»), посредством перемешивания в течение 5 минут. Активность (%-ное содержание твердых веществ) в MFC в форме отфильтрованного осадка составляла примерно 16%, что обеспечило концентрацию MFC в конечном растворе, равную 0,075%. По результатам визуальной инспекции была получена хорошая суспензия воздуха для дальнейшего разбавления, которая имела предел текучести, равный 4,5 Па. Прозрачность была очень хорошей, наблюдалась лишь легкая мутность.