DE69817799T2

DE69817799T2 - Bindemittel für festes stückförmiges funktionelles material

Info

Publication number: DE69817799T2
Application number: DE69817799T
Authority: DE
Inventors: Jason G. Wei; E. Steven LENTSCH; E. Keith OLSON; F. Victor MAN
Original assignee: Ecolab Inc
Current assignee: Ecolab Inc
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2018-01-07
Also published as: BR9806953A; CN1194082C; KR100465279B1; ES2206883T3; AU5820398A; AU724117B2; US20040106535A1; JP3913788B2; DE69817799D1; KR20000070103A; TW416983B; WO1998030675A1; JP2001508112A; US7341987B2; EP0975732A1; US6653266B2; ID22588A; US20080287338A1; EP0975732B1; ATE248910T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Bindemittel, das dazu verwendet wird, funktionelle Materialien zu binden, die in Form eines festen Blockes hergestellt werden können. Das feste, wasserlösliche oder -dispergierbare funktionelle Material wird typischerweise mittels eines Aufsprüh-Dispensers abgegeben, der den festen Block auflöst, wobei ein wässeriges Konzentrat des funktionellen Materials mit einer brauchbaren Konzentration entsteht. Das wässerige Konzentrat wird zu einem Verwendungsort geleitet. Der Ausdruck "funktionelles Material" bezeichnet ein Waschmittel zum Geschirrspülen oder für Wäsche oder eine andere aktive Verbindung oder Substanz, die, wenn sie in einer wässerigen Phase gelöst oder dispergiert ist, dem wässerigen Material bei seiner Verwendung an einem Verwendungsort eine nützliche Eigenschaft verleihen kann.
Hintergrund der Erfindung
Der Verwendung von Verfestigungstechnologie und festen blockförmigen Waschmitteln bei institutionellen und industriellen Arbeitsgängen wurde in der SOLID POWER®-Markentechnologie, die in den US-Reissue-Patenten Nr. 32,762 und 32,818 von Fernholz et al. beansprucht ist, bahnbrechend der Weg bereitet. Ferner wurden gegossene feste Natriumcarbonat-Hydrat-Produkte, die im wesentlichen hydratisierte Natriumcarbonat-Materialien verwenden, in Heile et al., US-Patent Nr. 4,595,520 und 4,680,134 offenbart. In den letzten Jahren richtete sich die Aufmerksamkeit auf die Produktion hochwirksamer Waschmittelmaterialien aus weniger ätzenden Substanzen wie Sodaasche, auch als Natriumcarbonat bekannt. Frühe Arbeiten bei der Entwicklung der Waschmittel auf Natriumcarbonatbasis stellten fest, daß Materialien auf Basis von Natriumcarbonat-Hydrat aufquollen (d. h. nach der Verfestigung nicht formbeständig waren). Ein solches Quellen kann den Verpackungsvorgang, die Abgabe und Verwendung stören. Die Formunbeständigkeit der festen Materialien hängt mit der instabilen Beschaffenheit verschiedener Hydratformen zusammen, die bei der Herstellung der festen Natriumcarbonat-Materialien erzeugt werden. Frühere Produkte aus hydratisiertem Natriumcarbonat enthielten typischerweise ein 1-Hydrat, ein 7-Hydrat, ein 10-Hydrat oder noch typischer Mischungen davon. Es hat sich gezeigt, daß sich der Hydratationszustand des anfänglichen Produkts nach der Herstellung bei Lagerung bei Raumtemperaturen verändert. Oft beinhaltete diese Veränderung eine Veränderung von einem dichten Hydrat zu einem weniger dichten Hydrat und führte zu einer Volumenvergrößerung des blockförmigen Produkts. Man nahm an, daß diese Hydratveränderung der Grund für die Formunbeständigkeit der blockförmigen Chemikalien war. Es wurden wesentliche Anstrengungen unternommen, um einen Festkörper zu bilden, der ein 1-Hydrat enthielt, das chemisch stabil und formbeständig war. Bei diesem Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde ein beträchtlicher Erfolg erzielt. Jedoch richtete sich weitere Arbeit auf sowohl die Chemie als auch das mit der Herstellung gegossener fester Blöcke verbundene Verfahren. Ausführliche Versuche befaßten sich mit verschiedenen Zusammensetzungen, die zur Herstellung von Natriumcarbonat-Waschmitteln verwendet werden konnten. Überdies wurden bedeutende Verfahrensstudien begonnen, um verbesserte Prozeßparameter bei der Herstellung von festen blockförmigen Waschmitteln zu entwickeln.
EP 0 363 852 beschreibt eine partikuläre Zusammensetzung, die Natriumcarbonat, Natriumpercarbonat und einen Stabilisator enthält. Diese Zusammensetzung wird als ein Sodaasche- Persauerstoff-Träger beschrieben. WO 92/02611 befaßt sich mit der Herstellung fester, gegossener, nichtquellender Waschmittelzusammensetzungen. Dieser Verweis beschreibt allgemein Reinigungszusammensetzungen, die hydratisierbare Chemikalien enthalten, welche verschiedene hydratisierte Formen mit deutlich verschiedenen Dichten bilden können.
Eine Vielzahl verschiedener Forschungsprogramme wurden begonnen, um die Parameter der Herstellung fester blockförmiger Waschmittel unter Anwendung von Gieß- und Extrusionstechnologie zu untersuchen. Die Wirtschaftlichkeit, Verarbeitbarkeit, Gebrauchseignung und Produktstabilität der festen Produkte wurden ständig untersucht, um Verbesserungen bei der Qualität und brauchbare Produkte zu erhalten.
Kurze Erörterung der Erfindung
Früher wurden feste blockförmige Waschmittel durch Gefrieren eines Natriumhydroxid-Hydrats mit niedrigem Schmelzpunkt unter Verwendung eines thermoplastischen organischen oder anorganischen Verfestigungsmittels oder durch andere Mechanismen verfestigt. Wir haben festgestellt, daß diese Feststofftechnologie auf andere Materialien als Waschmittel ausgedehnt werden kann und daß ein verbessertes festes blockförmiges funktionelles Material anhand eines Bindemittels hergestellt werden kann, das absichtlich in dem Verfestigungsmix erzeugt wird. Das Bindemittel umfaßt ein Carbonatsalz, eine organische Acetat- oder Phosphonat-Komponente und Wasser in einem Bindermaterial, das wir als das E-Form-Hydrat identifiziert haben. In dem E-Form-Hydrat-Binder sind, bezogen auf das Bindergewicht, pro Mol an organischem Phosphonat oder Aminoacetat 3 bis 10 Molteile Alkalimetallcarbonat-Monohydrat und 5 bis 15 Molteile Wasser enthalten, so daß sich ein Molverhältnis Wasser : Carbonat zwischen 0,9 : 1 und 1,3 : 1 ergibt.
Dieses Hydrat ist bisher in früheren Carbonat-Materialien nicht gebildet worden.
In unseren Experimenten hinsichtlich der Verwendung von organischen Phosphonat-Sequestriermitteln in festen blockförmigen Natriumcarbonat-Waschmitteln wurden schlüssige Beweise für die Existenz des Hydratationskomplexes gefunden und von früheren Carbonat-Waschmitteln unterschieden. Der neue Komplex enthält ein Alkalimetallcarbonat, ein organisches Phosphonat-Sequestriermittel und Wasser. Dieser Komplex unterscheidet sich deutlich von typischem Natriumcarbonat-Monohydrat oder höheren Hydratformen (Na₂CO₃ × H₂O, wobei sich × zwischen 1 und 10 bewegt). Bei der Herstellung von carbonathaltigen festen blockförmigen Waschmitteln des bekannten Stands der Technik umfaßt das brauchbarste Verfestigungsmittel Natriumcarbonat-Monohydrat. Wir haben festgestellt, daß ein festes blockförmiges Waschmittel hergestellt werden kann, das Natriumcarbonat, ein organisches Phosphonat oder Acetat, weniger als 1,3 Mol Wasser pro Mol Natriumcarbonat und weitere fakultative Bestandteile wie nichtionische Tenside, Entschäumer, Chlorquellen enthält. Unter diesen Bedingungen wird ein einzigartiges gegossenes festes blockförmiges funktionelles Material aus einem Zutatengemisch mit sowohl hydratisiertem Natriumcarbonat als auch nicht hydratisiertem Natriumcarbonat hergestellt. Das Gemisch wird mittels eines Hydratationskomplexes, der einen Teil des Natriumcarbonats, das organische Phosphonat- oder Acetat-Sequestriermittel und Wasser umfaßt, zu einem festen Block geformt. Ein Großteil des Wassers bildet in dem Gesamtkomplex Carbonat-Monohydrat. Der Komplex scheint ein im wesentlichen amorphes Material zu sein, das im wesentlichen frei von kristalliner Struktur ist, wie röntgenkristallographische Untersuchungen zeigen. Das durch den Komplex verfestigte Material ist zu einem großen Teil, etwa 10 bis 85 Gew.%, Na₂CO₃·H₂O (Monohydrat). Weniger als etwa 25 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,1 bis 15 Gew.-%, sind wasserfreies Carbonat.
Das E-Form-Hydrat wirkt als ein Bindermaterial oder Bindemittel, das fein in dem gesamten Festkörper verteilt ist, welcher die Bestandteile enthält, die das funktionelle Material und die gewünschten Eigenschaften bereitstellen. Das feste blockförmige Waschmittel verwendet einen beträchtlichen, zur Erzielung funktioneller Eigenschaften ausreichenden Anteil an Wirkstoff wie einem Waschmittel, einem Schmiermittel, einem Desinfektionsmittel, einem Tensid etc. sowie ein hydratisiertes Carbonat und nicht hydratisiertes Carbonat, die mittels eines neuartigen E-Form-Bindermaterials in einem neuartigen Herstellungsverfahren in neuartiger Struktur zu einem Festkörper geformt werden. Die Festkörper-Integrität des funktionellen Materials, welches das wasserfreie Carbonat und weitere Reinigungszusammensetzungen umfaßt, wird durch die Anwesenheit der E-Form-Bindungskomponente aufrechterhalten, die Carbonat, ein organisches Phosphonat oder Acetat und im wesentlichen sämtliches dem Waschmittelsystem zugesetzte Wasser umfaßt (ein entsprechender Anteil des Carbonats bildet sich mit dem Komplex). Diese E-Form-Hydrat-Bindungskomponente ist über den Festkörper verteilt und verbindet hydratisiertes Carbonat und nicht hydratisiertes Carbonat sowie weitere Waschmittelkomponenten zu einem stabilen festen blockförmigen Waschmittel.
Das Alkalimetallcarbonat wird in einer Formulierung verwendet, die zusätzlich eine wirksame Menge eines Härte-Sequestriermittels einschließen kann, das sowohl Erdalkaliionen wie Calcium, Magnesium und Mangan komplexiert wie auch schmutzentfernende und suspendierende Eigenschaften bietet. Die Formulierungen können auch ein Tensidsystem enthalten, das in Kombination mit dem Natriumcarbonat und anderen Komponenten bei typischen Gebrauchstemperaturen und -konzentrationen wirksam Schmutz entfernt. Die Blockstruktur kann außerdem andere gebräuchliche Zusatzstoffe wie Tenside, Gerüststoffe, Verdickungsmittel, Vergrauungsinhibitoren, Enzyme, Chlorquellen, oxidierende oder reduzierende Bleichmittel, Entschäumer, Spülmittel, Farbstoffe, Parfüme enthalten.
Solche blockförmigen funktionellen Materialien sind vorzugsweise im wesentlichen frei von einer Komponente, die mit dem Alkalimetallcarbonat um Hydratationswasser konkurrieren und die Verfestigung stören kann. Das gängigste störende Material umfaßt eine zweite Alkaliquelle. Das Waschmittel enthält vorzugsweise weniger als eine die Verfestigung störende Menge der zweiten Alkalinitätsquelle und kann weniger als 5 Gew.%, vorzugsweise weniger als 4 Gew.-%, an gebräuchlichen Alkalinitätsquellen enthalten, die entweder Natriumhydroxid umfassen oder ein alkalisches Natriumsilicat, bei dem das Verhältnis Na₂O : SiO₂ etwa 2 : 1 bis 1 : 1 beträgt. Während ein geringer Anteil an Natriumhydroxid in der Formulierung vorhanden sein kann, um die Leistung zu unterstützen, kann die Anwesenheit einer größeren Natriumhydroxidmenge die Verfestigung stören. Natriumhydroxid bindet bevorzugt Wasser in diesen Formulierungen und verhindert im wesentlichen die Beteiligung von Wasser an der Bildung des E-Form-Hydrat-Bindemittels und an der Verfestigung des Carbonats. Auf einer Mol : Mol-Basis enthält das feste Waschmittelmaterial über 5 Mol Natriumcarbonat pro Gesamtmol an sowohl Natriumhydroxid als auch Natriumsilicat.
Wir haben festgestellt, daß ein hochwirksames festes Material mit wenig Wasser (d. h. weniger als 11,5 Gew.%, vorzugsweise weniger als 10 Gew.-% Wasser) bezogen auf den Block hergestellt werden kann. Die festen Waschmittelzusammensetzungen von Fernholz et al. erforderten je nach der Zusammensetzung eine Mindestmenge von etwa 12–15 Gew.-% Hydratationswasser für eine erfolgreiche Verarbeitung. Das Fernholz-Verfestigungsverfahren benötigt Wasser, um den Materialien bei der Verarbeitung oder Erwärmung einen ausreichenden Fluidfluß oder Schmelzfluß zu ermöglichen, so daß sie zur Verfestigung in eine Form wie eine Kunststoffflasche oder -kapsel gegossen werden können. Bei geringeren Wassermengen würde das Material zu viskos sein, um für eine effiziente Produkterzeugung in wesentlichem Umfang zu fließen. Jedoch können die Materialien auf Carbonatbasis in Extrusionsverfahren mit wenig Wasser erzeugt werden. Wir haben festgestellt, daß das Hydratationswasser während der Extrusion der Materialien dazu neigt, sich mit der Phosphonatkomponente zu assoziieren und, abhängig von den Bedingungen, mit einem Teil des wasserfreien Natriumcarbonats, das bei der Herstellung der Materialien verwendet wird. Wenn sich zugesetztes Wasser mit anderen Materialien wie Natriumhydroxid oder Natriumsilicaten assoziiert, erfolgt eine ungenügende Verfestigung und hinterläßt ein schlamm-, pasten- oder breiartiges Produkt ähnlich nassem Beton. Wir haben festgestellt, daß die Gesamtmenge an Wasser, die in den festen blockförmigen Waschmitteln der Erfindung vorhanden ist, weniger als 11 bis 12 Gew.-% Wasser bezogen auf die gesamte chemische Zusammensetzung (das Gewicht des Behältern nicht eingeschlossen) ausmacht. Das feste funktionelle Material enthält 0,9 bis 1,3 Mol Wasser pro Mol Carbonat. In Anbetracht dieser Tatsache und zum Zwecke dieser Patentanmeldung bezeichnet das in den Ansprüchen angeführte Hydratationswasser in erster Linie das der Zusammensetzung zugesetzte Wasser, das sich hauptsächlich mit dem Binder assoziiert und diesen hydratisiert, wobei der Binder einen Teil des Natriumcarbonats, das Phosphonat und Hydratationswasser umfaßt. Eine Chemikalie mit Hydratationswasser, die dem Verfahren oder den Produkten dieser Erfindung zugesetzt wird, wobei die Hydratation mit dieser Chemikalie assoziiert bleibt (nicht von der Chemikalie dissoziiert und sich mit einer anderen assoziiert) wird in dieser Beschreibung von zugesetztem Hydratationswasser nicht mitgerechnet. Ein hartes formbeständiges festes Waschmittel wird etwa 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.% an wasserfreiem Carbonat enthalten. Der Rest des Carbonats umfaßt Carbonat-Monohydrat. Überdies kann eine geringe Menge an Natriumcarbonat-Monohydrat bei der Herstellung des Waschmittels Verwendung finden, solches Hydratationswasser wird jedoch in diese Rechnung miteinbezogen.
Zum Zwecke dieser Anmeldung umfaßt der Ausdruck "fester Block" extrudierte Pellet-Materialien mit einem Gewicht von 50 Gramm bis zu 250 Gramm, einen extrudierten Festkörper mit einem Gewicht von etwa 100 Gramm oder mehr oder ein festes blockförmiges Waschmittel mit einer Masse zwischen etwa 1 und 10 Kilogramm. Diese Waschmittel können sowohl beim Wäschewaschen als auch beim Geschirrspülen Verwendung finden. Waschmittel für Wäsche können Tenside, optische Aufheller, Weichmacher und andere beim Geschirrspülen nicht verwendete Zusammensetzungen enthalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 bis 8 zeigen thermische Daten, photographische Beweise und ein Phasendiagramm, welche die Existenz des E-Form-Hydrats belegen und dieses charakterisieren, den Unterschied zwischen diesem E-Form-Hydrat und herkömmlichen Carbonat-Hydraten veranschaulichen und außerdem nützliche Hydrateigenschaften aufzeigen. 9 zeigt eine bevorzugte Produktgestalt.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die festen blockförmigen funktionellen Materialien der Erfindung können ein alkalisches Waschmittel, ein Tensid, ein Schmiermittel, ein Spülmittel, ein Desinfektionsmittel, eine Alkalinitätsquelle und ein den Carbonat/Phosphonat/ Wasser-Komplex umfassendes E-Form-Bindemittel enthalten.
Wirkstoffe
Das vorliegende Verfahren eignet sich zur Herstellung von verschiedensten festen Reinigungszusammensetzungen wie zum Beispiel funktionellen Zusammensetzungen in Form eines gegossenen Festkörpers, extrudierten Pellets oder extrudierten Blocks. Die funktionellen Formulierungen oder Zusammensetzungen der Erfindung enthalten ein herkömmliches funktionelles Mittel und andere Wirkstoffe, die je nach der Art der in einer von dem Bindemittel gebildeten festen Matrix hergestellten Zusammensetzung variieren werden.
Das Bindemittel
Die wesentlichen Bestandteile in dem Bindemittel sind wie folgt:
Molverhältnisse von Substanzen in der Bindemittelzusammensetzung (bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels)
Das Sequestriermittel kann mit Mengen von etwa 0,1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-% des festen Blockes vorhanden sein. Bei der Verfestigung dieses Materials bildet sich eine einzige E-Form-Binderzusammensetzung, welche die Waschmittelkomponenten bindet und verfestigt. Ein Teil der Bestandteile assoziiert, um den Binder zu bilden, während der Rest der Bestandteile den festen Block bildet. Dieser Hydratbinder ist kein einfaches Hydrat der Carbonatkomponente. Wir glauben, daß das feste Waschmittel einen größeren Anteil an Carbonat-Monohydrat, einen Anteil an nicht hydratisiertem (im wesentlichen wasserfreiem) Alkalimetallcarbonat und die E-Form-Bindemittelzusammensetzung enthält, welche einen Teil des Carbonatmaterials, eine Menge an Organophosphonat und Hydratationswasser umfaßt. Der E-Form-Hydratkomplex besitzt einen Schmelzübergang zwischen 120 und 160°C.
Das typische feste funktionelle Material enthält eine funktionelle Komponente und ein Bindemittel. Das Bindemittel enthält typischerweise ein Carbonatsalz, ein Sequestriermittel, das ein organisches Phosphonat oder ein Aminoacetat umfaßt, und Wasser. Bevorzugte Carbonatsalze umfassen Alkalimetallcarbonate wie Natrium- oder Kaliumcarbonat. Organische Phosphonate, die in dem E-Form-Hydrat der Erfindung brauchbar sind, schließen 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure, Aminotrimethylenphosphonsäure, Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsäure) und andere ähnliche organische Phosphonate ein. Diese Substanzen sind wohlbekannte Sequestriermittel, sind jedoch nicht als Komponenten in einem Verfestigungskomplexmaterial erwähnt worden. Der Komplex kann alternativ ein Sequestriermittel von der Art einer Aminocarbonsäure in dem E-Form-Komplex enthalten. Brauchbare Aminocarbonsäuresubstanzen schließen zum Beispiel N-Hydroxyethylaminodiessigsäure, eine Hydroxyethylendiamintetraessigsäure, Diethylentriaminpentaessigsäure und weitere ähnliche Säuren ein, die eine Aminogruppe mit einem Carbonsäuresubstituenten aufweisen. Die Zusammensetzung kann neben dem Sequestriermittel, das einen Teil des Bindemittels ausmacht, zusätzlich ein Chelatier-/Sequesteriermittel wie eine Aminocarbonsäure, ein kondensiertes Phosphat, ein Phosphonat, ein Polyacrylat enthalten. Im allgemeinen ist ein Chelatbildner ein Molekül, das in der Lage ist, die in natürlichem Wasser häufig vorkommenden Metallionen zu koordinieren (d. h. zu binden), um zu verhindern, daß die Metallionen die Wirkungsweise der anderen Waschmittel-Bestandteile einer Reinigungszusammensetzung stören. Das Chelatier/Sequestriermittel kann auch als Härtestabilisator dienen, wenn es in einer wirksamen Menge enthalten ist. Vorzugsweise enthält eine Reinigungszusammensetzung etwa 0,1–70 Gew.-%, bevorzugt etwa 5–60 Gew.-% an Chelatier-/Sequestriermittel.
Brauchbare Aminocarbonsäuren schließen zum Beispiel N-Hydroxyethyliminodiessigsäure, Nitrilotriessigsäure (NTA), Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), N-Hydroxyethyl-ethylendiamintriessigsäure (HEDTA), Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) und dergleichen ein.
Beispiele für kondensierte Phosphate, die in der vorliegenden Zusammensetzung brauchbar sind, umfassen Natrium- und Kaliumorthophosphat, Natrium- und Kaliumpyrophosphat, Natriumtripolyphosphat, Natriumhexametaphosphat und dergleichen. Ein kondensiertes Phosphat kann auch in begrenztem Maße die Verfestigung der Zusammensetzung durch Bindung des in der Zusammensetzung vorhandenen freien Wassers als Hydratationswasser unterstützen.
Die Zusammensetzung kann ein Phosphonat wie 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure CH₃C(OH)[PO(OH)₂]₂; Aminotri(methylenphosphonsäure) N(CH₂PO(OH)₂]₃; Aminotri(methylenphosphonat), Natriumsalz
2-Hydroxyethyliminobis(methylenphosphonsäure) HOCH₂CH₂N[CH₂PO(OH)₂]₂ ;
Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsäure) (HO)₂POCH₂N[CH₂CH₂N[CH₂PO(OH)₂]₂]₂;
Diethylentriaminpenta(methylenphosphonat), Natriumsalz C₉H_(28–x)_ N₃Na_xO₁₅P₅ (x = 7);
Hexamethylendiamin(tetramethylenphosphonat), Kaliumsalz C₁₀H_(28–x) N₂K_xO₁₂P₄ (x = 6)
Bis(hexamethylen)triamin(pentamethylenphosphonsäure) (HO₂)POCH₂N[(CH₂)₆N[CH₂PO(OH)₂]₂]₂; und phosphorige Säure H₃PO₃ enthalten.
Eine bevorzugte Phosphonatkombination ist ATMP und DTPMP. Bevorzugt wird ein neutralisiertes oder alkalisches Phosphonat oder eine Kombination des Phosphonats mit einer Alkaliquelle vor dem Zusetzen zum Gemisch, so daß es nur eine geringe oder keine Wärme- oder Gasentwicklung durch eine Neutralisierungsreaktion bei Zusatz des Phosphonats gibt.
Weitere Sequestriermittel sind nur zu Sequestrierungszwecken brauchbar. Beispiele für kondensierte Phosphate, die in der vorliegenden Zusammensetzung brauchbar sind, umfassen Natriumund Kaliumorthophosphat, Natrium- und Kaliumpyrophosphat, Natriumtripolyphosphat, Natriumhexametaphosphat und dergleichen. Ein kondensiertes Phosphat kann auch in begrenztem Maße die Verfestigung der Zusammensetzung durch Bindung des in der Zusammensetzung vorhandenen freien Wassers als Hydratationswasser unterstützen.
Polymere Polycarboxylate, die sich zur Verwendung als Sequestriermittel in den funktionellen Materialien der Erfindung eignen, besitzen Carboxylat-Seitengruppen (-CO₂) und umfassen zum Beispiel Polyacrylsäure, Maleinsäure-Olefin-Copolymer, Acrylsäure-Maleinsäure-Copolymer, Polymethacrylsäure, Acrylsäure-Methacrylsäure-Copolymere, hydrolysiertes Polyacrylamid, hydrolysiertes Polymethacrylamid, hydrolysierte Polyamid-Methacrylamid-Copolymere, hydrolysiertes Polyacrylonitril, hydrolysiertes Polymethacrylonitril, hydrolysierte Acrylonitril-Methacrylonitril-Copolymere und dergleichen. Für eine weiterführende Erörterung von Chelatier/Sequestriermitteln siehe Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Ausgabe, Band 5, Seite 339–366 und Band 23, Seite 319–320.
Funktionelle Materialien
Zum Zwecke dieser Anmeldung beinhaltet der Ausdruck "funktionelle Materialien" ein Material, das, wenn es in einer wässerigen Lösung dispergiert oder gelöst ist, an einem bestimmten Verwendungsort eine nützliche Eigenschaft bietet. Beispiele für ein solches funktionelles Material umfassen organische und anorganische Waschmittel, Schmiermittelzusammensetzungen, desinfizierende Zusammensetzungen, Spülmittelzusammensetzungen.
Anorganische Waschmittel oder Alkaliquellen
Die erfindungsgemäß hergestellte Reinigungszusammensetzung enthält geringe, aber wirksame Mengen einer oder mehrerer Alkaliquellen, um die Reinigung eines Substrats zu verbessern und die Schmutzentfernungsleistung der Zusammensetzung zu steigern. Die alkalische Matrix ist aufgrund der Anwesenheit der Binderhydrat-Zusammensetzung, die ihr Hydratationswasser einschließt, in einen Festkörper eingebunden. Die Zusammensetzung enthält zu etwa 10–80 Gew.-%, vorzugsweise zu etwa 15–70 Gew.-% eine Alkalimetallcarbonatquelle, besonders bevorzugt etwa 20–60 Gew.-%.
Organische Waschmittel, Tenside oder Reinigungsmittel
Die Zusammensetzung kann wenigstens ein Reinigungsmittel enthalten, das vorzugsweise ein Tensid oder Tensidsystem ist. In einer Reinigungszusammensetzung kann eine Vielzahl verschiedener Tenside verwendet werden, einschließlich anionischer, nichtionischer, kationischer und zwitterionischer Tenside, die von etlichen Quellen im Handel erhältlich sind. Anionische und nichtionische Tenside werden bevorzugt. Für eine Erörterung von Tensiden siehe Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Ausgabe, Band 8, Seite 900–912. Vorzugsweise umfaßt die Reinigungszusammensetzung ein Reinigungsmittel in einer zur Gewährleistung eines gewünschten Reinigungsgrades wirksamen Menge, vorzugsweise etwa 0–20 Gew.-%, noch bevorzugter etwa 1,5 bis 15 Gew.-%. Es können 0,1–15 Gew.-% an nichtionischem Tensid oder anionischem Tensid oder Mischungen davon vorhanden sein.
Anionische Tenside, die in der vorliegenden Reinigungszusammensetzung brauchbar sind, umfassen zum Beispiel Carboxylate wie Alkylcarboxylate (Carbonsäuresalze) und Polyalkoxycarboxylate, Alkoholethoxylat-Carboxylate, Nonyl-phenolethoxylat-carboxylate und dergleichen; Sulfonate wie Alkylsulfonate, Alkylbenzensulfonate, Alkylarylsulfonate, sulfonierte Fettsäureester und dergleichen; Sulfate wie sulfatierte Alkohole, sulfatierte Alkoholethoxylate, sulfatierte Alkylphenole, Alkylsulfate, Sulfosuccinate, Alkylethersulfate und dergleichen; und Phosphatester wie Alkylphosphatester und dergleichen. Bevorzugte anionische Substanzen sind Natriumalkylarylsulfonat, α-Olefinsulfonat und Fettalkoholsulfate.
Nichtionische Tenside, die in Reinigungszusammensetzungen brauchbar sind, schließen jene ein, die ein Polyalkylenoxid-Polymer als einen Teil des Tensidmoleküls aufweisen. Solche nichtionischen Tenside umfassen zum Beispiel Chlor-, Benzyl-, Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl- und andere ähnliche alkylgruppentragende Polyethylenglycolether von Fettalkoholen; polyalkylenoxid-freie nichtionische Substanzen wie Alkylpolyglykoside; Sorbitan- und Saccharoseester und deren Ethoxylate; alkoxyliertes Ethylendiamin; Alkoholalkoxylate wie Alkoholethoxylat-propoxylate, Alkoholpropoxylate, Alkoholpropoxylat-ethoxylat-propoxylate, Alkoholethoxylat butoxylate und dergleichen; Nonylphenolethoxylat, Polyoxyethylenglycolether und dergleichen; Carbonsäureester wie Glycerolester, Polyoxyethylenester, ethoxylierte Ester und Glycolester von Fettsäuren und dergleichen; Carbonamide wie Diethanolamin-Kondensate, Monoalkanolamin-Kondensate, Polyoxyethylen-Fettsäureester und dergleichen; und Polyalkylenoxid-Blockcopolymere einschließlich Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymeren wie zum Beispiel die unter dem Handelsnamen PLURONIC (BASF-Wyandotte) erhältlichen und dergleichen; und andere ähnliche nichtionische Verbindungen. Silikon-Tenside wie ABIL B8852 können ebenfalls verwendet werden.
Kationische Tenside, die in eine Reinigungszusammensetzung zur Desinfektion oder als Textil-Weichspüler eingeschlossen werden können, umfassen Amine wie primäre, sekundäre und tertiäre Monoamine mit C₁₈-Alkyl- oder -Alkenylketten, ethoxylierte Alkylamine, Alkoxylate von Ethylendiamin, Imidazole wie 1-(2-Hydroxyethyl)-2-imidazolin, ein 2-Alkyl-1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin und dergleichen; und quaternäre Ammoniumsalze wie zum Beispiel quaternäre Alkylammoniumchlorid-Tenside wie n-Alkyl(C₁₂-C₁₈)dimethylbenzylammoniumchlorid, n-Tetradecyldimethylbenzylammoniumchlorid-Monohydrat, ein naphthalen-substituiertes quaternäres Ammoniumchlorid wie Dimethyl-1-naphthylmethylammoniumchlorid und dergleichen; und andere ähnliche kationische Tenside.
Weitere Zusatzstoffe
Erfindungsgemäß hergestellte feste Reinigungszusammensetzungen können außerdem herkömmliche Zusatzstoffe wie ein Chelatier-/Sequestriermittel, ein Bleichmittel, eine Alkaliquelle, einen sekundären Härter oder einen Löslichkeitsmodifizierer, einen Waschmittel-Füllstoff, einen Entschäumer, einen Vergrauungsinhibitor, einen Härtestabilisator bzw. ein härtestabilisierendes System, ein die Ästhetik verbesserndes Mittel (d. h. Farbstoff, Parfüm) und dergleichen enthalten. Hilfsstoffe und andere Additive werden je nach der Art der hergestellten Zusammensetzung variieren.
Desinfektionsmittel
Desinfektionsmittel, auch als antimikrobielle Mittel bekannt, sind chemische Zusammensetzungen, die in einem festen blockförmigen funktionellen Material verwendet werden können, um eine mikrobielle Kontamination und Schädigung von Handelsprodukt-Materialsystemen, Oberflächen etc. zu verhindern. Im allgemeinen fallen diese Materialien unter spezielle Klassen wie Phenole, Halogenverbindungen, quaternäre Ammoniumverbindungen, Metallderivate, Amine, Alkanolamine, Nitroderivate, Analide, Organoschwefel- und Schwefel-Stickstoff-Verbindungen und sonstige Verbindungen. Je nach der chemischen Zusammensetzung und Konzentration kann das bestimmte antimikrobielle Mittel lediglich eine weitere Vermehrung der Mikrobenzahl einschränken oder die gesamte bzw. einen wesentlichen Teil der mikrobiellen Population zerstören. Die Bezeichnungen "Mikroben" und "Mikroorganismen" beziehen sich typischerweise in erster Linie auf Bakterien und Pilz-Mikroorganismen. In der Praxis werden die antimikrobiellen Mittel zu einem festen funktionellen Material geformt, das, wenn es mittels eines wässerigen Stromes verdünnt und abgegeben wird, eine wässerige Desinfektions- oder Hygienisierungszusammensetzung bildet, die mit einer Vielzahl verschiedener Oberflächen in Kontakt gebracht werden kann, mit dem Ergebnis, daß das Wachstum der mikrobiellen Population verhindert oder ein wesentlicher Teil derselben abgetötet wird. Eine fünffache Verringerung der mikrobiellen Population ergibt eine Hygienisierungszusammensetzung. Übliche antimikrobielle Mittel schließen phenolische Antimikrobiotika wie Pentachlorphe nol, Orthophenol ein. Halogenhaltige antibakterielle Mittel umfassen Natriumtrichlorisocyanurat, Iodpoly(vinylpyrrolidinonen)-Komplexe, Bromverbindungen wie 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, quaternäre antimikrobielle Mittel wie Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumchlorid, amin- und nitrohaltige antimikrobielle Zusammensetzungen wie Hexahydro-1,3,5-tris(2-hydroxyethyl)-s-triazin, Dithiocarbamate wie Natriumdimethyldithiocarbamat und eine Vielfalt anderer Materialien, die auf dem Fachgebiet für ihre mikrobiellen Eigenschaften bekannt sind.
Funktionelle Spülmittelmaterialien
Funktionelle Materialien der Erfindung können eine formulierte Spülmittelzusammensetzung umfassen, die ein Netzoder Benetzungsmittel in Kombination mit anderen fakultativen Bestandteilen in einem festen Block enthält, der mittels des Hydratkomplexes der Erfindung hergestellt wurde. Die Spülmittelkomponente des gegossenen festen Spülmittels der Erfindung ist eine wasserlösliche oder dispergierbare wenig schäumende organische Substanz, die in der Lage ist, die Oberflächenspannung des Spülwassers herabzusetzen, um die Benetzung zu fördern und Flecken oder Schlieren, die nach Beendigung des Spülens bei Geschirrspülvorgängen durch Wasserperlen verursacht werden, zu verhindern. Solche Benetzungsmittel sind typischerweise organische tensidähnliche Substanzen mit einem charakteristischen Trübungspunkt. Der Trübungspunkt des oberflächenaktiven Spül- oder Benetzungsmittels ist als die Temperatur definiert, bei der eine wässerige Lösung von 1 Gew.-% Tensid bei Erwärmung trüb wird. Mittlerweile gibt es zwei Haupttypen von Spülzyklen bei handelsüblichen Geschirrspülmaschinen, wobei ein erster, im allgemeinen als Hygienisierungs-Spülzyklus betrachteter Spülwasser mit einer Temperatur von etwa 180°F, etwa 80°C, oder darüber verwendet. Ein zweiter Typ von nicht hygienisierenden Maschinen verwendet einen nicht hygienisierenden Spülgang von geringerer Temperatur, typischerweise mit einer Temperatur von etwa 125°F, etwa 50°C, oder darüber. Bei diesen Anwendungen brauchbare Tenside sind wässerige Spülmittel mit einem Trübungspunkt, der über dem verfügbaren heißen Gebrauchswasser liegt. Folglich beträgt der niedrigste brauchbare Trübungspunkt, der für die Tenside der Erfindung gemessen wird, etwa 40°C. Der Trübungspunkt kann auch 60°C oder höher, 70°C oder höher, 80°C oder höher sein, etc., je nach der Heißwassertemperatur am Verwendungsort und der Temperatur und Art des Spülzyklus. Bevorzugte Benetzungsmittel umfassen typischerweise eine aus Ethylenoxid, Propylenoxid oder einem Gemisch hergestellte Polyetherverbindung in einer Homopolymer- oder Block- oder Heterocopolymer-Struktur. Solche Polyetherverbindungen sind als Polyalkylenoxid-Polymere, Polyoxyalkylen-Polymere oder Polyalkylenglycol-Polymere bekannt. Solche Benetzungsmittel erfordern eine Region von relativer Hydrophobie und eine Region von relativer Hydrophilie, um dem Molekül Tensideigenschaften zu verleihen. Solche Benetzungsmittel besitzen ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 500 bis 15.000. Es hat sich gezeigt, daß bestimmte Arten von polymeren (PO)(EO)-Spülmitteln, die wenigstens einen Block von Poly(PO) und wenigstens einen Block von Poly(EO) in dem polymeren Molekül enthalten, gut brauchbar sind. Es können zusätzliche Blöcke von Poly(EO) oder Poly(PO) oder zufällig polymerisierte Regionen in dem Molekül ausgebildet sein. Besonders geeignete Polyoxypropylen-Polyoxyethylen-Blockcopolymere sind solche, die einen mittleren Block aus Polyoxypropyleneinheiten und Blöcke aus Polyoxyethyleneinheiten auf jeder Seite des Mittelblocks aufweisen. Solche Polymere besitzen die unten dargestellte Formel: (EO)_n-(PO)_m-(EO)_n worin n eine ganze Zahl von 20 bis 60 ist und jedes Ende unabhängig eine ganze Zahl von 10 bis 130 ist. Weitere brauchbare Blockcopolymere sind Blockcopolymere mit einem mittleren Block aus Polyoxyethyleneinheiten und Blöcken aus Polyoxypropyleneinheiten auf jeder Seite des Mittelblocks. Solche Polymere besitzen die unten dargestellte Formel: (PO)_n-(EO)_m-(PO)_n worin m eine ganze Zahl von 15 bis 175 ist und jedes Ende unabhängig eine ganze Zahl von 10 bis 30 ist. Die festen funktionellen Materialien der Erfindung können oft eine hydrotrope Substanz verwenden, welche die Löslichkeit der Benetzungs- oder Netzmittel aufrechtzuerhalten hilft. Hydrotrope können dazu verwendet werden, die wässerige Lösung so zu verändern, daß eine erhöhte Löslichkeit für die organische Substanz geschaffen wird. Bevorzugte Hydrotrope sind niedermolekulare aromatische Sulfonatsubstanzen wie Xylol-sulfonate und Dialkyldiphenyloxidsulfonat-Substanzen.
Bleichmittel zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Formulierungen zum Aufhellen oder Weißmachen eines Substrats umfassen bleichende Verbindungen, die in der Lage sind, unter Bedingungen, die typischerweise während des Reinigungsprozesses anzutreffen sind, eine aktive Halogenspezies wie Cl₂, Br₂, -OCl^– und/oder -OBr^– freizusetzen. Geeignete Bleichmittel zur Verwendung in der vorliegenden Reinigungszusammensetzung umfassen zum Beispiel chlorhaltige Verbindungen wie Chlor, ein Hypochlorit, Chloramin. Bevorzugte halogenfreisetzende Verbindungen schließen die Alkalimetalldichlorisocyanurate, chloriertes Trinatriumphosphat, die Alkalimetallhypochlorite, Monochloramin und Dichloramin und dergleichen ein. Es können auch verkapselte Chlorquellen verwendet werden, um die Stabilität der Chlorquelle in der Zusammensetzung zu erhöhen (siehe zum Beispiel US-Patente Nr. 4,618,914 und 4,830,773). Ein Bleichmittel kann auch eine Quelle für Persauerstoff oder aktiven Sauerstoff wie Wasserstoffperoxid, Perborate, Natriumcarbonat-Peroxyhydrat, Phosphat-Peroxyhydrate, Kaliumperoxomonosulfat und Natriumperborat-Mono- und Tetrahydrat mit und ohne Aktivatoren wie Tetraacetylethylendiamin und dergleichen sein. Eine Reinigungszusammensetzung kann eine geringe, aber wirksame Menge eines Bleichmittels, vorzugsweise etwa 0,1-10 Gew.-%, bevorzugt etwa 1–6 Gew.-%, enthalten.
Waschmittel-Gerüststoffe oder -Füllstoffe
Eine Reinigungszusammensetzung kann eine geringe, aber wirksame Menge eines oder mehrerer Waschmittel-Füllstoffe enthalten, die nicht als Reinigungsmittel per se agieren, sondern so mit dem Reinigungsmittel zusammenwirken, daß die Gesamtreinigungsleistung der Zusammensetzung gesteigert wird. Beispiele für Füllstoffe, die sich zur Verwendung in den vorliegenden Reinigungszusammensetzungen eignen, umfassen Natriumsulfat, Natriumchlorid, Stärke, Zucker, C₁-C₁₀-Alkylenglycole wie Propylenglycol und dergleichen. Vorzugsweise ist ein Waschmittelfüllstoff in einer Menge von etwa 1–20 Gew.%, bevorzugt etwa 3–15 Gew.-%, enthalten.
Entschäumer
Eine geringe, aber wirksame Menge eines Entschäumers zur Verringerung der Stabilität von Schaum kann ebenfalls in den vorliegenden Reinigungszusammensetzungen enthalten sein. Vorzugsweise enthält die Reinigungszusammensetzung etwa 0,0001–5 Gew.-% an Entschäumer, bevorzugt etwa 0,01–3 Gew.-%.
Beispiel für Entschäumer, die sich zur Verwendung in den vorliegenden Zusammensetzungen eignen, umfassen Silikonverbindungen wie in Polydimethylsiloxan dispergiertes Siliciumdioxid, Fettsäureamide, Kohlenwasserstoffwachse, Fettsäuren, Fettsäureester, Fettalkohole, Fettsäureseifen, Ethoxylate, Mineralöle, Polyethylenglycolester, Alkylphos phatester wie Monostearylphosphat und dergleichen. Eine Erörterung von Entschäumern ist zum Beispiel in US-Patent Nr. 3,048,548 von Martin et al., US-Patent Nr. 3,334,147 von Brunelle et al. und US-Patent Nr. 3,442,242 von Rue et al. zu finden .
Vergrauungsinhibitoren
Eine Reinigungszusammensetzung kann auch einen Vergrauungsinhibitor enthalten, der imstande ist, eine dauerhafte Suspension von Schmutz in einer Reinigungslösung zu erleichtern und die Wiederablagerung des entfernten Schmutzes auf dem gereinigten Substrat zu verhindern. Beispiele für geeignete Vergrauungsinhibitoren umfassen Fettsäureamide, Fluorkohlenwasserstoff-Tenside, komplexe Phosphatester, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und Cellulosederivate wie Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose und dergleichen. Eine Reinigungszusammensetzung kann etwa 0,5–10 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1–5 Gew.-%, an Vergrauungsinhibitor enthalten.
Optische Aufheller
Optische Aufheller, die auch als fluoreszierende Weißtöner oder fluoreszierende Aufheller bezeichnet werden, gewährleisten eine optische Kompensation für den Gelbstich in Textilsubstraten. Mit optischen Aufhellern wird die vergilbung durch Licht ersetzt, das von optischen Aufhellern ausgesendet wird, die in einem der Gelbfärbung entsprechenden Umfang in dem Bereich vorhanden sind. Das von den optischen Aufhellern gelieferte violette bis blaue Licht kombiniert sich mit anderem Licht, das von dem Ort reflektiert wird, und schafft ein im wesentlichen völlig oder verstärkt leuchtend weißes Erscheinungsbild. Dieses zusätzliche Licht wird von dem Aufheller durch Fluoreszenz erzeugt. Optische Aufheller absorbieren Licht im ultravioletten Bereich von 275 bis 400 nm und emittieren Licht im Ultraviolett-Blau-Spektrum von 400 bis 500 nm.
Fluoreszierende Verbindungen, die zur Familie der optischen Aufheller gehören, sind typischerweise aromatische oder aromatische heterocyclische Substanzen, die oft ein kondensiertes Ringsystem enthalten. Ein wesentliches Merkmal dieser Verbindungen ist das Vorhandensein einer ununterbrochenen Kette konjugierter Doppelbindungen, die mit einem aromatischen Ring assoziiert sind. Die Anzahl solcher konjugierter Doppelbindungen hängt von den Substituenten sowie von der Planheit des fluoreszierenden Teils des Moleküls ab. Die meisten Aufhellerverbindungen sind Derivate von Stilben oder 4,4'-Diaminostilben, Biphenyl, fünfgliedrige Heterocyclen (Triazole, Oxazole, Imidazole etc.) oder sechsgliedrige Heterocyclen (Cumarine, Naphthalamide, Triazine etc.). Die Wahl der optischen Aufheller zur Verwendung in Waschmittelzusammensetzungen wird von mehreren Faktoren abhängen, wie beispielsweise von der Art des Waschmittels, der Beschaffenheit anderer in der Waschmittelzusammensetzung vorhandener Komponenten, der Temperatur des Waschwassers, dem Grad der Bewegung und dem Verhältnis von gewaschenem Material zur Trommelgröße. Die Aufhellerwahl hängt auch von der Art des zu reinigenden Materials ab, z. B. Baumwolle, Synthetik etc. Da die meisten Waschmittelprodukte für Wäsche dazu verwendet werden, eine Vielzahl verschiedener Textilien zu reinigen, sollte die Waschmittelzusammensetzung ein Gemisch von Aufhellern enthalten, die für verschiedenste Gewebe wirksam sind. Es ist natürlich erforderlich, daß die einzelnen Komponenten eines solchen Aufhellergemisches kompatibel sind.
Optische Aufheller, die in der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, sind im Handel erhältlich und dem Fachmann bekannt. Handelsübliche optische Aufheller, die in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können, können in Untergruppen klassifiziert werden, die Derivate von Stilben, Pyrazolin, Cumarin, Carbonsäure, Methincyanine, Dibenzothiophen-5,5-dioxid, Azole, 5- und 6-Ring-Heterocyclen und sonstige Agenzien einschließen, jedoch nicht zwingend auf diese beschränkt sind. Beispiele für diese Arten von Aufhellern sind in "The Production and Application of Fluorescent Brightening Agents", M. Zahradnik, veröffentlicht von John Wiley & Sons, New York (1982) offenbart.
Stilben-Derivate, die in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können, schließen Derivate von Bis(triazinyl)amino-stilben; Bisacylamino-Derivate von Stilben; Triazol-Derivate von Stilben; Oxadiazol-Derivate von Stilben, Oxazol-Derivate von Stilben und Styryl-Derivate von Stilben ein, sind jedoch nicht zwingend auf diese beschränkt.
Farbstoffe/Geruchsstoffe
Verschiedene Farbstoffe, Geruchsstoffe einschließlich Parfümen und andere, die Ästhetik verbessernde Agenzien können ebenfalls in der Zusammensetzung enthalten sein. Farbstoffe können zugesetzt werden, um die äußere Erscheinung der Zusammensetzung zu verändern, wie zum Beispiel Direct Blue 86 (Miles), Fastusol Blue (Mobay Chemical Corp.), Acid Orange 7 (American Cyanamid), Basic Violet 10 (Sandoz), Acid Yellow 23 (GAF), Acid Yellow 17 (Sigma Chemical), Sap Green (Keyston Analine and Chemical), Metanil Yellow (Keystone Analine and Chemical), Acid Blue 9 (Hilton Davis), Sandolan Blue/Acid Blue 182 (Sandoz), Hisol Fast Red (Capitol Color and Chemical), Fluorescein (Capitol Color and Chemical), Acid Green 25 (Ciba-Geigy) und dergleichen.
Duftstoffe oder Parfüme, die in der Zusammensetzung enthalten sein können, schließen zum Beispiel Terpenoide wie Citronellol, Aldehyde wie Amylcinnamaldehyd, ein Jasmin wie C1S-Jasmin oder Jasmal, Vanillin und dergleichen ein.
Weitere Bestandteile
Eine breite Vielfalt weiterer in Waschmittelzusammensetzungen brauchbarer Bestandteile kann in der vorliegenden Zusammensetzung enthalten sein, die weitere Wirkstoffe, Gerüststoffe, Trägerstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, Farbstoffe oder Pigmente, Parfüme, Lösungsmittel für flüssige Formulierungen, Hydrotrope (wie oben beschrieben) etc. einschließt. Flüssige Waschmittelzusammensetzungen können Wasser und andere Lösungsmittel enthalten. Niedermolekulare primäre oder sekundäre Alkohole, zum Beispiel Methanol, Ethanol, Propanol und Isopropanol, sind geeignet. Einwertige Alkohole werden zur Solubilisierung von Tensid bevorzugt, es können jedoch auch Polyole wie jene, die etwa 2 bis etwa 6 Kohlenstoffatome und etwa 2 bis etwa 6 Hydroxylgruppen enthalten, (z. B. Propylenglycol, Ethylenglycol, Glycerin und 1,2-Propandiol) Verwendung finden.
Die Einweichzusammensetzungen der Erfindung werden vorzugsweise so formuliert sein, daß das Waschwasser während der Verwendung in wässerigen Reinigungsgängen einen pH-Wert zwischen etwa 6,5 und etwa 11, vorzugsweise zwischen etwa 7,5 und etwa 10,5 aufweisen wird. Flüssigprodukt-Formulierungen besitzen vorzugsweise einen pH-Wert (bei 10%iger Verdünnung) zwischen etwa 7,5 und etwa 10,0, noch bevorzugter zwischen etwa 7,5 und etwa 9,0. Techniken zur pH-Kontrolle bei empfohlenen Gebrauchskonzentrationen umfassen die Verwendung von Puffern, Alkalien, Säuren etc. und sind dem Fachmann wohlbekannt.
Wässeriges Medium
Die Bestandteile können wahlweise in einer geringen, jedoch wirksamen Menge eines wässerigen Mediums wie Wasser verarbeitet werden, um eine homogene Mischung zu erzielen, um die Verfestigung zu unterstützen, um einen wirksamen Grad an Viskosität zur Verarbeitung der Mischung zu gewährleisten und um die verarbeitete Zusammensetzung mit dem gewünschten Maß an Festigkeit und Kohäsion während der Abgabe und nach dem Härten zu versehen. Während der Verarbeitung enthält die Mischung typischerweise etwa 0,2–12 Gew.-% an wässerigem Medium, vorzugsweise etwa 0,5–10 Gew.-%.
Wir haben auch festgestellt, daß das einzigartige Bindemittel der Erfindung dazu verwendet werden kann, andere feste funktionelle Materialien zu bilden als Waschmittel. Wir haben festgestellt, daß die Wirkstoffe in Desinfektionsmitteln, Spülmitteln, wässerigen Schmiermitteln und anderen funktionellen Materialien mittels der Bindemittel der Erfindung in einem festen Format geformt werden können. Solche Materialien werden mit ausreichenden Mengen an Alkalimetallcarbonat-Hydrat, organischem Sequestriermittel und Wasser kombiniert, so daß sich ein stabiles festes blockförmiges Material ergibt.
Verarbeitung der Zusammensetzung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verarbeitung einer festen Reinigungszusammensetzung bereit. Erfindungsgemäß werden ein funktionelles Mittel und fakultative andere Bestandteile mit einer wirksamen verfestigenden Menge an Bestandteilen in einem wässerigen Medium gemischt. Eine minimale Wärmemenge kann von einer externen Quelle zugeführt werden, um die Verarbeitung des Gemisches zu erleichtern.
Ein Mischsystem gewährleistet das kontinuierliche Mischen der Bestandteile bei hoher Scherspannung, um eine im wesentlichen homogene Flüssigkeit oder halbfeste Mischung zu bilden, bei der die Bestandteile in ihrer gesamten Masse verteilt sind. Vorzugsweise umfaßt das Mischsystem Mittel zum Mischen der Bestandteile, die eine wirksame Scherspannung liefern, um die Mischung in einer fließfähigen Konsistenz zu halten, mit einer Viskosität während der Verarbeitung von etwa 1.000–1.000.000 cP (1–1.000 Pa·s), vorzugsweise etwa 50.000-200.000 cP (50–200 Pa·s). Das Mischsystem ist vorzugsweise ein Durchflußmischer und noch bevorzugter eine Ein- oder Doppelschneckenextruder-Vorrichtung, wobei ein Doppelschneckenextruder besonders bevorzugt wird.
Die Mischung wird typischerweise bei einer Temperatur verarbeitet, bei der die physikalische und chemische Stabilität der Bestandteile erhalten bleibt, vorzugsweise bei Umgebungstemperaturen von etwa 20–80°C, noch bevorzugter etwa 25–55°C. Obwohl der Mischung ein begrenztes Maß an externer Wärme zugeführt werden kann, mag die von der Mischung erreichte Temperatur während der Verarbeitung infolge Reibung, Veränderungen der Umgebungsbedingungen und/ oder durch eine exotherme Reaktion zwischen Bestandteilen steigen. Wahlweise kann die Temperatur der Mischung zum Beispiel an den Einlässen oder Auslässen des Mischsystems erhöht werden.
Ein Bestandteil kann in Form einer Flüssigkeit oder eines Feststoffes wie trockener Partikel vorliegen und kann der Mischung getrennt oder als Teil einer Vormicchung mit einem anderen Bestandteil wie zum Beispiel dem Reinigungsmittel, dem wässerigen Medium und zusätzlichen Bestandteilen wie einem zweiten Reinigungsmittel, einem Waschmittel-Hilfsstoff oder anderen Zusatzstoff, einem sekundären Härter und dergleichen zugesetzt werden. Der Mischung können ein oder mehrere Vormischungen zugesetzt werden.
Die Bestandteile werden gemischt, um eine im wesentlichen homogene Konsistenz zu bilden, worin die Bestandteile im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Masse verteilt sind. Die Mischung wird dann durch eine Düse oder ein anderes Formungsmittel aus dem Mischsystem abgegeben. Das profilierte Extrudat kann dann in brauchbare Größen mit einer kontrollierten Masse zerteilt werden. Vorzugsweise wird der extrudierte Festkörper in Folie verpackt. Die Temperatur der Mischung bei Abgabe aus dem Mischsystem ist vorzugsweise niedrig genug, um ein direktes Gießen oder Extrudieren der Mischung in ein Verpackungssystem ohne vorheriges Abkühlen der Mischung zu ermöglichen. Die Zeit zwischen Extrusionsabgabe und Verpackung kann so eingestellt werden, daß die Härtung des Waschmittelblockes zwecks besserer Handhabung während der weiteren Verarbeitung und Verpackung ermöglicht wird. Vorzugsweise beträgt die Temperatur der Mischung zum Zeitpunkt der Abgabe etwa 20–90°C, bevorzugt etwa 25–55°C. Man läßt die Zusammensetzung dann zu einer festen Form aushärten, die sich zwischen einer schwammartigen, geschmeidigen, dichtmassenartigen Konsistenz niedriger Dichte und einem verschmolzenen festen, betonartigen Block hoher Dichte bewegen kann.
Wahlweise können angrenzend an die Mischvorrichtung Heizund Kühlvorrichtungen montiert werden, um zur Erreichung eines gewünschten Temperaturprofils in dem Mischer Wärme zu- oder abzuführen. Zum Beispiel kann an einem oder mehreren Trommelabschnitten des Mischers wie dem Stoff-Einlaßabschnitt, dem Endauslaßabschnitt und dergleichen eine externe Wärmequelle angebracht werden, um die Fließfähigkeit der Mischung während der Verarbeitung zu erhöhen. Vorzugsweise wird die Temperatur der Mischung während der Verarbeitung, einschließlich der Temperatur an der Austragsöffnung, auf etwa 20–90°C gehalten.
Wenn die Verarbeitung der Bestandteile abgeschlossen ist, kann die Mischung durch eine Austragsdüse aus dem Mischer abgegeben werden. Die Zusammensetzung härtet schließlich aufgrund der chemischen Reaktion der den E-Form-Hydrat-Binder bildenden Bestandteile aus. Der Verfestigungsprozess kann wenige Minuten bis etwa sechs Stunden dauern, abhängig zum Beispiel von dem Format der gegossenen oder extrudierten Zusammensetzung, den Bestandteilen der Zusammensetzung, der Temperatur der Zusammensetzung. Vorzugsweise "erhärtet" bzw. beginnt die gegossene oder extrudierte Zusammensetzung innerhalb von etwa 1 Minute bis 3 Stunden, vorzugsweise etwa 1 Minute bis etwa 2 Stunden, bevorzugt etwa 1 Minute bis etwa 20 Minuten, zu einer festen Form zu erhärten.
Verpackungssystem
Das Verpackungsbehältnis oder -gebinde kann starr oder flexibel sein und aus jedem Material bestehen, das sich zur Aufnahme der erfindungsgemäß erzeugten Zusammensetzung eignet, wie zum Beispiel Glas, Metall, Kunststoff-Folie, Karton, Kartonverbundmaterialien, Papier.
Da die Zusammensetzung bei oder fast bei Umgebungstemperaturen verarbeitet wird, ist die Temperatur der verarbeiteten Mischung vorteilhafterweise niedrig genug, so daß die Mischung direkt ohne eine strukturelle Beschädigung des Materials in das Behältnis oder ein anderes Verpackungssystem gegossen oder extrudiert werden kann. Folglich kann eine größere Vielfalt von Materialien zur Herstellung der Gebinde verwendet werden als jene, die für Zusammensetzungen verwendet werden, welche unter geschmolzenen Bedingungen verarbeitet und abgegeben werden. Bevorzugte Verpackungen zur Aufnahme der Zusammensetzungen sind aus einem flexiblen, leicht zu öffnenden Folienmaterial hergestellt.
Abgabe der verarbeiteten Zusammensetzungen
Die erfindungsgemäß erzeugte Reinigungszusammensetzung wird von einem Sprüh-Dispenser wie dem in US-Patent Nr. 4,826,661, 4,690,305, 4,687,121, 4,426,362 und in US-Patent Nr. Re 32,763 und 32,818 offenbarten abgegeben. Ein Sprüh-Dispenser arbeitet, kurz gesagt, indem er einen Wassersprühregen auf eine freiliegende Oberfläche der festen Zusammensetzung auftreffen läßt, um einen Teil der Zusammensetzung aufzulösen, und dann die Konzentrat-Lösung, welche die Zusammensetzung enthält, sofort aus dem Dispenser in ein Speicherreservoir oder direkt zu einem Verwendungspunkt leitet. Eine bevorzugte Produktgestalt ist in 9 dargestellt. Bei Gebrauch wird das Produkt aus der Verpackung (z. B. Folie) entnommen und in den Dispenser eingelegt. Der Wassersprühregen kann durch eine Düse erzeugt werden, deren Gestalt der Gestalt des festen Waschmittels entspricht. Auch kann bei einem Abgabesystem, das die Einführung und Abgabe eines falschen Waschmittels verhindert, die Dispenserkammer der Gestalt des Waschmittels genau angepaßt sein.
Die obige Beschreibung liefert die Grundlage, um die Ziele und Grenzen der Erfindung im weiten Sinne zu verstehen. Die folgenden Beispiele und Versuchsdaten gewähren Einsicht in bestimmte spezielle Ausführungsformen der Erfindung und beinhalten eine beste Art der Durchführung. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden genauen Beispiele näher beschrieben werden. Diese Beispiele sollen den in der vorangegangenen Beschreibung dargelegten Umfang der Erfindung nicht einschränken. Abwandlungen innerhalb des Erfindungsgedankens sind für den Fachmann ersichtlich.
Beispiel 1
Der Versuch wurde lediglich durchgeführt, um die Wasserkonzentration zu bestimmen, die für die Extrusion eines Natriumcarbonat-Produkts erforderlich ist. Als solches steht dieses Beispiel außerhalb des Umfangs der Patentansprüche. Das Produkt aus diesem Beispiel ist ein Einweichmittel, gilt jedoch ebenfalls für ein Geschirrwaschmittelprodukt. Unter Verwendung von Wasser, Nonylphenolethoxylat mit 9,5 Mol EO (NPE 9,5), dem Farbstoff Direct Blue 86, einem Duftstoff und Silikon-Entschäumer 544 wurde eine flüssige Vormischung hergestellt. Diese wurden in einem ummantelten Mischkessel gemischt, der mit einem Propeller-Rührwerk ausgestattet war. Die Temperatur dieser Vormischung wurde zwischen 85 und 90°F (29–32°C) gehalten, um ein Gelieren zu verhindern. Die restlichen Bestandteile für diesen Versuch waren Natriumtripolyphosphat, Natriumcarbonat und LAS-90%-Flocken, die sämtlich durch separate Pulver-Eintragsvorrichtungen zugespeist wurden. Diese Materialien wurden alle mit den in Tabelle 1 angeführten Prozentanteilen in einen Teledyne-2''-Pastenmischer eingespeist.
Produktionsgeschwindigkeiten für diesen Versuch variierten zwischen 20 und 18 lb/Minute (8 und 9 kg/Minute). Der Versuch wurde in fünf verschiedene Abschnitte unterteilt, wobei jeder Abschnitt eine andere Einspeisgeschwindigkeit für die flüssige Vormischung aufwies, welche die Wassermenge in der Formel verringerte. Die Prozente dieser Abnahme können in Tabelle 1 abgelesen werden. Produkt gab der Teledyne durch ein Kniestück und ein Sanitärrohr von 1½'' (3,8 cm) Durchmesser ab. In Tabelle 1 enthalten sind die Verhältnisse von Wasser zu Sodaasche für jeden der Versuche. Ebenfalls in dieser Tabelle stehen die Ergebnisse des Versuchs, wobei die höheren Molverhältnisse von Wasser zu Sodaasche (etwa 1,8 bis 1,5) ein massives Reißen und Quellen hervorriefen. Erst wenn die Werte für Wasser 1,3 oder weniger erreichten, war kein Reißen oder Quellen der Blöcke zu beobachten. Beste Ergebnisse wurden bei einem Wässer-zu-Sodaasche-Verhältnis von 1,25 beobachtet. Dies zeigt zum Beispiel, daß ein extrudiertes Produkt auf Sodaaschebasis hergestellt werden kann, jedoch die Wasserkonzentration gering gehalten werden muß, um ein massives Reißen oder Quellen zu verhindern.
TABELLE 1 PATENTBEISPIELE FÜR EIN FESTES FUNKTIONELLES PRODUKT VORMISCHUNGSFLÜSSIGKEIT – ERSTE FLÜSSIGKEITSEINTRAGSÖFFNUNG
PULVER – ERSTE PULVEREINTRAGSÖFFNUNG
Beispiel 2
sDas nächste Beispiel ist ein Beispiel für ein Geschirrwaschmittel, hergestellt in einem 5''(12,7 cm)-Teledyne-Pastenmischer. Die Vormischung wurde aus "Surfactant Premix 3" (der zu 84% aus einer nichtionischen Substanz des Pluronic-Typs und zu 16% aus einem gemischten Mono- und Di(etwa C₁₆)alkylphosphatester besteht) mit grobkörnigem Natriumtripolyphosphat und sprühgetrocknetem ATMP (Aminotri(methylenphosphonsäure)) hergestellt. Das sprühgetrocknete ATMP wurde vor dem Sprühtrocknen bis zu einem pH-Wert von 12–13 neutralisiert. Der Zweck dieser Vormischung ist es, ein gleichförmiges Material herzustellen, das dem Teledyne zugespeist werden kann, ohne daß eine Entmischung erfolgt. Die Formel für diesen Versuch ist wie folgt:
TABELLE 2
Der Farbstoff, bei dem es sich um Direct Blue 86 handelt, wurde mit dem weichen Wasser in dem Mischtank vorgemischt. Die Produktionsgeschwindigkeit bei diesem Versuch betrug 30 lb/Minute (13,6 kg/Minute), und es wurde eine Charge von 350 lb (159 kg) hergestellt. Das Molverhältnis von Wasser zu Sodaasche betrug für diesen Versuch 1,3. Der Teledyne-Prozeßextruder wurde an der Austragsöffnung mit einem runden Kniestück und einem geraden Sanitärrohr von 5 ½'' (14 cm) bestückt. Blöcke wurden in Blöcke von etwa 3 lb (1,4 kg) geschnitten. Der Teledyne wurde mit etwa 300 UpM betrieben, und der Lieferdruck betrug etwa 20 psi (138 kPa). Die Wassertemperatur für diesen Versuch wurde auf 15°C (59°F) gehalten, die Tensidtemperatur betrug 26°C (80°F) und die durchschnittliche Blockaustragstemperatur war 46°C (114°F). Die Produktion lief gut, wobei die Blöcke 15 bis 20 Minuten nach dem Austrag aus dem Teledyne erhärteten und bei diesem Versuch kein Reiften oder Quellen zu bemerken war.
Beispiel 3
Es wurden Laborproben angefertigt, um das Phasendiagramm von ATMP, Natriumcarbonat und Wasser zu bestimmen. Die in Beispiel 2 verwendete sprühgetrocknete neutralisierte Version von ATMP ist das gleiche Material, das in diesem Versuch verwendet wurde. Wasserfreies Carbonat geringer Dichte (FMC Klasse 100) und Wasser wurden als weitere Bestandteile verwendet. Man ließ diese Mischungen über Nacht in einem Ofen bei 38°C (100°F) reagieren und ins Gleichgewicht kommen. Die Proben wurden dann mittels DSC analysiert, um für jede Probe den Beginn des Hydratzerfallspeaks zu bestimmen. Das Ergebnis dieser Versuche war ein Phasendiagramm, das in 8 zu sehen ist . Es ist eine Verschiebung der Hydratzerfallstemperatur bei Zugabe von ATMP zu den Mischungen zu erkennen. Bei sehr geringen Konzentrationen von ATMP ist der normale Peak von Natriumcarbonat-Monohydrat zu erkennen. Mit steigenden Mangen an ATMP tritt jedoch ein Bereich von größeren Anteilen eines stabileren E-Form-Hydrat-Bindemittels auf, das wir für einen Komplex von ATMP, Wasser und Sodaasche halten. Wir glauben außerdem, daß es sich hierbei um eine Zusammensetzung handelt, die für eine viel größere Härte der Blöcke bei ATMP-haltigen Produkten verantwortlich ist. Die Wahrscheinlichkeit, daß ATMP-haltige Blöcke reißen, ist geringer als bei Blöcken, die kein ATMP enthalten. Auch können ATMPhaltige Blöcke einen höheren Wassergehalt aufweisen als Blöcke, die kein ATMP enthalten.
Beispiel 4
Für diesen Versuch wurde der gleiche Versuch gefahren wie in Beispiel 3, mit der Ausnahme, daß ATMP durch Bayhibit AM (das 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure ist) ersetzt wurde. Das verwendete Material wurde bis zu einem pH-Wert von 12–13 neutralisiert und getrocknet. Es wurden dann Mischungen aus diesem Material, Sodaasche und Wasser zubereitet und über Nacht in einem Ofen von 100°F (38°C) äquilibriert. Dann wurden mittels DSC Proben auf den Beginn der Hydratzerfallstemperatur analysiert. Dieses System lieferte vergleichbare Ergebnisse bei einem höherem Beginn des Hydratzerfalls.
Zur Zeit glauben wir, daß durch Zugabe eines Phosphonats zur. Formel ein verbesserter extrudierter Festkörper auf Sodaaschebasis erhalten werden kann. Wir meinen, daß der E-Form-Komplex aus Phosphonaten, Sodaasche und Wasser die wesentliche Verfestigungsmethode für diese Systeme darstellt. Dieses Verfestigungssystem ist dem bestehenden Natriumcarbonat-Monohydrat überlegen, da es einen viel härteren, stabileren Feststoff liefert und weniger anfällig für Risse und Quellung ist.
Ausführliche Erörterung der Zeichnungen
1 bis 7 sind Daten, welche die Existenz des neuartigen E-Form-Hydrats der Erfindung belegen und das E-Form-Hydrat von einfachen Natriumcarbonat-Hydrat-Formen unterscheiden. Die Existenz des neuartigen Hydrats und die Unterscheidung von herkömmlichen Natriumcarbonat-Hydraten werden durch die Thermogramme der dynamischen Differenzkalometrie der Figuren anschaulich dargestellt.
Die Thermogramme der dynamischen Differenzkalometrie (DSC) des Produkts dieser Erfindung zeigen einen dem Komplex zugeschriebenen endothermen Peak bei einer Temperatur, die deutlich höher ist als die für Natriumcarbonat-Monohydrat und andere bekannte Hydrate erwartete. Der höhere endotherme Peak ist charakteristisch für das amorphe Komplexmaterial, das Carbonatsalz, organisches Phosphonat und Wasser enthält. Die amorphe Beschaffenheit des Materials wurde durch Röntgenspektroskopie bestätigt, die ein Fehlen von Kristallinität zeigt.
1 zeigt ein DSC-Thermogramm des Produkts, das einen hydratisierten Komplex mit einer Hydratations-Onset-Temperatur von etwa 134,7°C enthält, und zeigt außerdem ein Referenz-Monohydrat von Natriumcarbonat mit einer Onset-Temperatur des Hydratationspeaks von etwa 110,2°C. Der Unterschied in den Onset-Temperaturen ist markant und offensichtlich. Wir meinen, daß dieser Unterschied in der Onset-Temperatur belegt, daß in diesem festen blockförmigen Waschmittel eine andere Zusammensetzung vorhanden ist und daß der Unterschied zwischen Onset-Temperaturen auf die Anwesenheit eines Carbonat/Phosphonat/Wasser-Komplexmaterials zurückzuführen ist. Der Ausdruck "Onset-Temperatur" bezeichnet die Temperatur in dem DSC-Thermogramm, bei der das Material entweder exotherm oder endotherm wird.
Eine weitere Bestätigung der Anwesenheit des Carbonat/ Phosphonat/Wasser-Komplexes erhält man durch Versetzen eines den Komplex enthaltenden Produkts mit bekanntem Natriumcarbonat-Monohydrat. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in 2 dargestellt. Ein endothermer DSC-Peak, der auf den Zusatz von 30% Natriumcarbonat-Monohydrat zurückzuführen ist, beginnt wie erwartet bei 109.1°C (typisch für Natriumcarbonat-Monohydrat), neben einem für den hydratisierten Komplex typischen Peak bei einer Onset-Temperatur von 128,3°C. Wir haben außerdem festgestellt, daß bei einem festen Block mit Formbeständigkeit und Produktintegrität die Verfahrensbedingungen optimiert sind, um zu gewährleisten, daß wenig oder kein Carbonat-Heptahydrat oder -Decahydrat gebildet wird und das feste blockförmige Waschmittel durch die Anwesenheit des hydratisierten Komplexes aus Carbonat/Phosphonat/Wasser verfestigt wird. Das Molverhältnis von organischem Phosphonat zu H₂O ist wesentlich. Wir glauben, daß das beste feste Material etwa 5–15 Mol Wasser pro Mol organischem Phosphonat enthält. Die Schmelztemperatur von Natriumcarbonat-Monohydrat wird durch das Wasser/Phosphonat(ATMP)-Netzwerk anscheinend erhöht. Wir nehmen an, daß eine Käfig- oder Clathrat-Struktur gebildet wird, in der Wasser und Phosphonat so zusammenwirken, daß sie eine Struktur bilden, welche ein oder mehrere Carbonat-Hydrat-Moleküle umgibt. Diese Struktur besitzt, wenn sie einmal gebildet und stabilisiert ist, einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als freies Carbonat-Monohydrat. Bei einer dynamischen Differenzkalometrie mit offener Pfanne verdampft das Wasser in dem Netzwerk unter 80°C. Nach dem Verdampfen kann das Natriumcarbonat-Monohydrat bei fast normalen Schmelztemperaturen von etwa 105–110°C schmelzen. Bei einer dicht verschlossenen DSC-Pfanne wird die Verdampfung von Wasser unterbunden und das im Netzwerk eingeschlossene Natriumcarbonat-Monohydrat schmilzt typischerweise bei einer Temperatur von etwa 130°C oder leicht darüber.
3 zeigt ein DSC-Thermogramm eines solchen formunbeständigen und physikalisch instabilen Produkts mit und ohne Zusatz von Natriumcarbonat-Monohydrat, das die Anwesenheit von sowohl der Natriumcarbonat-Monohydrat-Komponente als auch des hydratisierten Carbonat/Phosphonat/Wasser-Bindemittelkomplexes bestätigt.
In ersten Versuchen haben wir festgestellt, daß die Anwesenheit des organischen Phosphonats Aminotrimethylenphosphonat an der Bildung eines Natriumcarbonat-Hydrat-Komplexes mitwirkt. In unseren Versuchen haben wir Lösungen von Natriumcarbonat und Aminotrimethylenphosphonat mit verschiedenen Molverhältnissen in entionisiertem Wasser zubereitet. Die Lösungen wurden getrocknet und die Endstöchiometrie von Natriumcarbonat/Phosphonat/Wasser für jede Kombination untersucht. Beigefügt sind Photographien (6) von Komplex-Produkten, die wie angegeben mit verschiedenen Molverhältnissen von Natriumcarbonat zu Phosphonat hergestellt wurden. Die Materialien unterscheiden sich optisch, was auf eine Veränderung der Materialien innerhalb der gezeigten Molverhältnisse hinweist. Wir haben festgestellt, daß die Anwesenheit des organischen Phosphonats in dem hydratisierten Carbonat/Phosphonat/Wasser-Bindemittelkomplex das Wasserrückhaltevermögen durch Herabsetzung der Wasseraktivität in dem Komplex steigert. Höhere Phosphonatkonzentrationen (siehe 4) beschleunigten auch die Trocknung und unterstützen vermutlich die Bildung eines festen Blockes von Natriumcarbonat. In der Reihe bildet die Kombination von fünf Mol Natriumcarbonat pro Mol Phosphonat schnell hydratisierte Kristalle des hydratisierten Carbonat/Phosphonat/Wasser-Komplexes.
Wir haben ebenfalls Beweise dafür gefunden, wie den in 5, daß der Komplex bei verschiedenen Verhältnissen von Natriumcarbonat zu Phosphonat Schmelzpunkte aufweisen mag, die für verschiedene Komplexverhältnisse charakteristisch sind. Eine angeschlossene dynamische Differenzkalometrie unter Verwendung einer versiegelten Pfanne mit Indizien für thermische Eigenschaften eines Komplexes, der 5 Mol Carbonat pro Mol Phosphonat enthält, zeigt einen kleinen Peak bei 133°C und einen großen Peak bei 159°C. Diese Peaks repräsentieren vermutlich Komplexe mit verschiedenen Substanzverhältnissen. Überdies mag das den Blöcken zugesetzte Wasser an der Bildung des Carbonat/Phosphonat/Wasser-Bindemittelkomplexes beteiligt sein oder mag lediglich als lose gebundenes Wasser verbleiben, das nicht fest mit irgendeiner Komponente assoziiert ist. Die thermogravimetrische Analyse des Produkts mit offener Pfanne zeigt zwei Peaks, wobei ein Peak bei etwa 37°C lose gebundenes Wasser zeigt, während der Peak bei etwa 80°C die Komplexbildung betrifft. Die TGA-Daten für das Produkt der Erfindung zeigen zwei Zustände von Wasser in dem festen Waschmittel. Ein Zustand des Wassers, der einen TGA-Peak bei etwa 40°C zeigt, scheint Wasser zu sein, das mit einem Bindemittel assoziiert ist (2,7 Gew.-% des gesamten Wassers). Der zweite Zustand von Wasser scheint Natriumcarbonat-Monohydrat mit einem Schmelzpunkt von etwa 80°C zu sein, das etwa 7,2 Gew.-% des gegossenen festen Materials ausmacht. Ein Beweis für diese Zustände von Wasser wird in 7 gezeigt, die zwei unterscheidbare TGA-Peaks aufweist.
Die obige Beschreibung, Beispiele und Daten liefern eine vollständige Beschreibung der Herstellung und Verwendung der Zusammensetzung der Erfindung. Da viele Ausführungsformen der Erfindung ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken und -umfang hergestellt werden können, beruht die Erfindung in den nachstehenden Ansprüchen.

Claims

Feste blockförmige alkalische Waschmittelzusammensetzung, umfassend: (a) eine wirksame Menge einer Alkalinitätsquelle, die ausreicht, um eine Schmutzentfernung zu gewährleisten, ohne daß die Verfestigung gestört wird; und (b) ein Bindemittel, das in dem festen Waschmittel fein verteilt ist, wobei das Bindemittel ein Alkalimetallcarbonat-Monohydrat, ein organisches Sequestriermittel, das bei der Bildung des Bindemittels mitwirken kann und ein Organophosphonat oder ein Organoaminoacetat umfaßt, und Wasser beinhaltet, wobei in dem Bindemittel pro Mol der organischen Sequestriermittelzusammensetzung 3 bis 10 Mol des Carbonat-Monohydrats und 5 bis 15 Mol Wasser vorhanden sind, so daß sich ein Molverhältnis Wasser : Carbonat zwischen 0,9 : 1 und 1,3 : 1 ergibt; wobei das Bindemittel eine Schmelzübergangstemperatur zwischen 120°C und 160°C aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das organische Sequestriermittel Aminotri(methylenphosphon)säure oder deren Natriumsalz umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das organische Sequestriermittel 1-Hydroxyethyliden-1,1-diphosphonsäure oder deren Natriumsalz umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das organische Sequestriermittel Diethylentriaminopenta(methylenphosphon)säure oder deren Natriumsalz umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das organische Sequestriermittel β-Alanin-N,N-diessigsäure oder deren Natriumsalz umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das organische Sequestriermittel Diethylentriaminpentaessigsäure oder deren Natriumsalz umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung zusätzlich einen Gerüststoff enthält, der Natriumtripolyphosphat, Natriumnitrilotriacetat oder Mischungen davon umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung zusätzlich ein Tensid enthält, das ein nichtionisches Tensid, ein anionisches Tensid oder Mischungen davon umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung abgesehen von dem Bindemittel ein Carbonat-Monohydrat und ein wasserfreies Carbonat enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung eine Mischung von zwei oder mehr Organophosphonatverbindungen, eine Mischung von zwei oder mehr Amino- acetatverbindungen oder eine Mischung von wenigstens einem Organophosphonat und einem Aminoacetat enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die feste Zusammensetzung in Form eines in einem Behälter gebildeten festen Blockes vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung zusätzlich zu 0,1 bis 15 Gew.-% ein nichtionisches Tensid, oder anionisches Tensid oder Mischungen davon enthält.