DE69417922T2

DE69417922T2 - Verfahren zur herstellung von harnstoff enthaltenden festen reinigungsmitteln

Info

Publication number: DE69417922T2
Application number: DE69417922T
Authority: DE
Inventors: Helen Bailly; Rhonda Schulz; Roger Zillmer
Original assignee: Ecolab Inc
Current assignee: Ecolab Inc
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2014-12-17
Also published as: CA2170501C; AU682244B2; BR9407721A; JPH09507260A; ES2133728T3; EP0740698A1; NZ278722A; CA2170501A1; US5674831A; DE69417922D1; ZA9410379B; EP0740698B1; WO1995018212A1; ZA9410376B; AU1514095A; CN1139452A; US5698513A; CN1102956C; JP4031030B2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung von homogenen, festen Reinigungszusammensetzungen mit Harnstoff als Härtungsmittel gerichtet, z. B. Reinigungszusammensetzungen für Geschirr und/oder harte Oberflächen, Spülhilfsmittel, Sterilisierungsadditive, blockartige Deodorants und dergleichen. Die Reinigungszusammensetzungen auf Harnstoffbasis werden bei verminderten Temperaturen verarbeitet, ohne eine geschmolzene Phase um die Inhaltsstoffe zu schmelzen. Die Reinigungszusammensetzungen werden bevorzugt in einem kontinuierlichen Mischsystem hergestellt, am meisten bevorzugt einem Extruder.

Hintergrund der Erfindung

Die Entwicklung von Reinigungszusammensetzungen in Form eines festen Blocks hat die Art und Weise revolutioniert, in der Detergenzzusammensetzungen in kommerziellen und gewerblichen Einheiten, die routinemäßig große Mengen von Reinigungsmaterial verwenden, abgegeben werden. Feste blockartige Zusammensetzungen bieten einzigartige Vorteile gegenüber den konventionellen flüssigen, körnchenförmigen oder pelletisierten Formen von Detergenzien, einschließlich einer verbesserten Handhabung, einer verbesserten Sicherheit, der Überwindung der Absetzung von Komponenten während des Transports und der Lagerung und erhöhten Konzentrationen der aktiven Komponenten innerhalb der Zusammensetzung. Wegen dieser Vorteile haben feste blockartige Reinigungszusammensetzungen, wie solche, die in US-Patent-Nr. RE 32,763, RE 32,818, 4,680,134 und 4,595,520 offenbart werden, schnell die üblichen Zusammensetzungsformen auf dem kommerziellen und gewerblichen Markt ersetzt.
Harnstoff wurde in Reinigungs- und Sterilisierungszusammensetzungen als Härter und Lösungsvermittler verwendet, wie z. B. in US-Patent-Nr. 4,624,713 von Morganson et al. (ausgegeben am 25. November 1986), JP-A 61-87800 (1986) und in J. A. Melin, Encapsulation and Solidification of Nonionic Surfactants by Reaction with Urea, Akte Nr. 1253, Reihe 15f, Bericht 1, Economics Laboratory, Inc., St, Paul, MN (11. April 1967) beschrieben. Harnstoff wurde auch als geruchsveminderndes Mittel verwendet, z. B. in JP-A 58-168695 (1983) oder als klärendens Mittel oder Additiv, wie in JP-A 56-76499 (1981). Es wird angenommen, daß Harnstoff mit einer organischen Verbindung reagiert unter Bildung eines kristallinen Addukts oder einer "Einschlußverbindung", in der die Harnstoffmoleküle die Moleküle der organischen Verbindung in spiraliger oder helicaler Anordnung umwickeln. Um diese physikalische Anordnung zu erreichen, muß die organische Verbindung eine Struktur oder Stereochemie haben, die es zuläßt, daß sie in die Spirale der Harnstoffmoleküle paßt und die das Umschließen durch oder mit Harnstoff erleichtert. Allgemein bildet Harnstoff Einschlußverbindungen mit langen geradkettigen Molekülen mit sechs oder mehr Kohlenstoffatomen, nicht aber mit verzweigten oder sperrigen Molekülen.
Um eine feste blockartige Zusammensetzung auf Harnstoffbasis herzustellen, wird solubilisierter Harnstoff mit den Inhaltsstoffen bei erhöhter Temperatur vereinigt, was allgemein als "Schmelzverfahren" bezeichnet wird, um eine homogene Mischung zu erreichen. Die Mischung wird dann in eine Form gegossen und zu einer festen Form gekühlt. Z. B. offenbart US-A 4624713 ein festes Spülhilfsmittel, das von einer Harnstoffeinschlußverbindung gebildet wird, die Harnstoff und ein kompatibles Tensid umfaßt, nämlich eine Polyoxypropylen- oder Polyoxyethylenglycolverbindung. Die festen Spülhilfsstoffe werden hergestellt, indem die Inhaltsstoffe in einem, mit einem Dampfmantel umgebenen Mischgefäß bei erhöhten Temperaturen mit unter Druck gesetztem Dampf vermischt werden, wobei die Mischung auf etwa 104ºC (220ºF) erwärmt wird, die Mischung auf etwa 82ºC (180ºF) abgekühlt wird, die gekühlte Mischung in einen Kunststoffbehälter gegossen wird, die Mischung durch Abkühlen auf Raumtemperatur (etwa 15 bis 32ºC) verfestigen gelassen wird und das Produkt etwa 2 bis 4 Tage lang härten gelassen wird.
Feste blockartige Reinigungs- und Sterilisationszusammensetzungen und Spülhilfsmittel liefern eine erhebliche Verbesserung gegenüber den üblichen flüssigen, körnchenförmigen und pelletisierten Reinigungszusammensetzungen. Obwohl das Schmelzverfahren zur Herstellung von festen Blockzusammensetzungen geeignet ist, würden Zeit und Kosten gespart, wenn das Erwärmen und Abkühlen der Zusammensetzung bei dem Verfahren weggelassen werden könnte und höhere Viskositäten verwendet werden könnten. Auch würden geringere Verfahrenstemperaturen die Verwendung von wärmeempfindlichen Inhaltsstoffen in Reinigungszusammensetzungen erleichtern. Zusätzlich wäre eine weniger starre Verpackung erforderlich, wenn die verarbeitete Mischung bei niedrigerer Temperatur abgegeben werden könnte.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer festen Reinigungszusammensetzung bereitzustellen, die ein Harnstoffhärtungsmittel umfaßt, bei einer Verfahrenstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Harnstoffs und der aktiven Inhaltsstoffe. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Reinigungszusammensetzung auf Harnstoffbasis bei Umgebungstemperatur bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein kontinuierliches Beschickungsextrusionsverfahren zur Herstellung von Reinigungszusammensetzungen auf Harnstoffbasis bereitzustellen, das ein unmittelbares Vermahlen des Harnstoffs auf die gewünschte Teilchengröße einschließt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen, festen Reinigungszusammensetzung mit einem Harnstoffhärtungsmittel und einem Reinigungsmittel gerichtet, bei dem keine oder nur minimale Wärme aus einer äußeren Quelle angewendet wird. Reinigungszusammensetzungen, die erfindungsgemäß hergestellt werden können, schließen z. B. Zusammensetzungen ein zur Verwendung zum Geschirrspülen und Reinigen von harten Oberflächen, Spülen, Sterilisieren oder Desodorieren.
Das Verfahren zur Herstellung einer festen Reinigungszusammensetzung auf Harnstoffbasis gemäß der Erfindung schließt die Stufen ein, daß man (a) in einem kontinuierlichen Mischsystem mit hoher Scherung eine wirksame härtende Menge an Harnstoff und eine wirksame Menge eines Reinigungsmittels miteinander vermischt, wobei der Harnstoff eine Teilchengröße aufweist, die wirksam ist, um mit dem Reinigungsmittel als im wesentlichen homogene Mischung vereinigt zu werden ohne die Anwendung von Wärme aus einer äußeren Quelle, um ein Schmelzen des Harnstoffs zu bewirken; (b) die Mischung aus dem Mischsystem austrägt und (c) die Mischung zu einer festen Zusammensetzung härten läßt. Ein Anteil eines wässrigen Mediums in der Mischung kann wirksam verwendet werden, um die Mischung, je nach Wunsch, zu verdünnen.
Die Erfindung liefert z. B. ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen Reinigungszusammensetzung auf Harnstoffbasis unter Umgebungsverfahrenstemperaturen von 30 bis 50ºC, ohne die Notwendigkeit, der Mischung Wärme aus einer äußeren Quelle zuzuführen, um den Harnstoff und andere Inhaltsstoffe zu einer geschmolzenen Phase zu schmelzen. Es ist bevorzugt, daß die Verarbeitungstemperatur der Mischung 0,5 bis 50ºC, bevorzugt 20 bis 50ºC unter dem Schmelzpunkt von Harnstoff liegt. Die Betriebstemperatur kann unter dem Schmelzpunkt aller oder einiger anderer Inhaltsstoffe liegen. Fakultativ kann eine minimale aber wirksame Menge an Wärme aus einer externen Quelle zugeführt werden, um die Verarbeitung zu erleichtern, z. B. während der Mischphase, um in der Mischung eine wirksame Viskosität zu erhalten.
Die Inhaltsstoffe werden in einem kontinuierlichen Verarbeitungssystem verarbeitet, das die Inhaltsstoffe mit hoher Scherung miteinander vermischen kann, um eine homogene Mischung zu liefern, und das die Verfestigung verzögern kann, um die Mischung während der Verarbeitung als fließfähige Masse zu erhalten. Kontinuierliche Mischsysteme, die erfindungsgemäß nützlich sind, schließen Fließmischer oder bevorzugte Einzel- oder Doppelschnecken-Extruder ein, wobei Doppelschnecken-Extruder äußerst bevorzugt sind.
Eine Vielzahl von Reinigungszusammensetzungen auf Harnstoffbasis können mit der vorliegenden Methode hergestellt werden. Die Arten und Mengen der Inhaltsstoffe, die eine spezielle Zusammensetzung bilden, variieren je nach Zweck und Verwendung. Die Zusammensetzung enthält eine wirksam reinigende Menge eines Reinigungsmittels und gegebenenfalls andere Inhaltsstoffe, je nach Wunsch. Das Reinigungsmittel ist bevorzugt ein Tensid oder Tensidsystem und kann getrennt zu der Mischung oder als Teil einer Vormischung mit anderen Inhaltsstoffen, z. B. einem sekundären Reinigungsmittel, einem Komplexbildner, einer Alkaliquelle, einem Bleichmittel, einem desodorisierendem Mittel oder einem Entschäumungsmittel zugegeben werden. Die Inhaltstoffe können in Form eines Feststoffs sein, z. B. als trockene Teilchen, oder in Form einer Flüssigkeit. Ein Inhaltsstoff kann getrennt oder als Teil einer Vormischung mit anderen Inhaltsstoffen enthalten sein. Eine oder mehrere Vormischungen können verwendet werden und können einen Inhaltsstoff teilweise oder gesamt enthalten.
Der Harnstoff hat eine Teilchengröße, die wirksam ist um mit dem Reinigungsmittel und gegebenenfalls anderen Inhaltsstoffen als im wesentlichen homogene Mischung vereinigt zu werden, ohne oder nur mit geringer Anwendung von Wärme aus einer äußeren Quelle. Der Harnstoff kann auf eine geeignete Teilchengröße vermahlen werden. Obwohl eine von dem Mischer getrennte Mühle verwendet werden kann, ist eine In-Line-Mühle bevorzugt, um eine kontinuierliche Verarbeitung der Mischung zu erreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mischsystem ein Extruder, bevorzugt ein Doppelschnecken-Extruder, und die Teilchengröße des Harnstoffs wird durch die Scherwirkung der sich drehenden Schnecken in dem Extruder reduziert.
Nach der Verarbeitung wird die Mischung aus dem Mischer ausgetragen, z. B. durch Gießen oder Extrudieren. Die Zusammensetzung wird dann zu einer festen Form härten gelassen. Vorteilhafterweise kann auf Grund der "kalten Verarbeitung" der Inhaltsstoffe die Mischung direkt in eine Verpackungshülle oder ein Gehäuse gegoßen oder extrudiert werden oder in eine Form, die auch als Spender für die Zusammensetzung während der Verwendung dienen kann. Bevorzugt "setzt sich" die verarbeitete Zusammensetzung zu einer festen Form innerhalb von 1 Minute bis 3 Stunden, bevorzugt 5 Minuten bis 1 Stunde, nachdem sie aus dem Mischer ausgetragen wurde. Bevorzugt geschieht die vollständige Verfestigung oder Einstellung des Gleichgewichts der verarbeiteten Zusammensetzung innerhalb von 1 bis 48 Stunden, nachdem sie aus dem Mischer ausgetragen wurde, bevorzugt innerhalb von 1 bis 36 Stunden, bevorzugter innerhalb von 1 bis 24 Stunden. Die Verfestigung der Zusammensetzung erfolgt im wesentlichen gleichzeitig in der gesamten Masse und ohne ein wesentliches Quellen nach der Verfestigung.
Der Ausdruck "fest", wie er hier verwendet wird, um die verarbeitete Zusammensetzung zu beschreiben, soll bedeuten, daß die gehärtete Zusammensetzung nicht wahrnehmbar fließt und im wesentlichen ihre Form unter mäßiger Belastung oder Druck oder Schwerkraft behält, z. B. die Form einer Gießform, wenn sie aus der Gießform entnommen wird, oder die Form eines Gegenstands, wie er beider Extrusion aus einem Extruder geformt wird. Der Härtegrad der festen gegossenen Zusammensetzung kann in einem Bereich von einem verschmolzenen festen Block, der relativ dicht und hart ist, z. B. wie Beton, bis zu einer Konsistenz, die als schmiedbar und schwammartig gekennzeichnet wird, ähnlich wie Dichtungsmaterial, liegen.
Vorteilhafterweise kann mit der vorliegenden Methode eine homogene feste Reinigungszusammensetzung bei einer Temperatur verarbeitet werden, die niedriger ist als die, die typischerweise bei anderen Methoden verwendet wird, bei der der Harnstoff mit den anderen Inhaltsstoffen geschmolzen wird, um eine feste Zusammensetzung zu bilden. Da Schmelztemperaturen nicht erforderlich sind, können Probleme mit der Deaktivierung von wärmeempfindlichen Inhaltsstoffen in der Zusammensetzung vermieden werden.
Außerdem ist auf Grund der während der Verarbeitung verwendeten geringeren Temperaturen nur eine geringe oder keine Kühlung der Mischung erforderlich, bevor sie gegossen oder extrudiert wird, z. B. in eine Verpackungshülle, ein Gehäuse, eine Gießform oder einen Spender. Die Verwendung von geringeren Temperaturen verbreitert auch die Optionen an Verpackungsmaterialien, die verwendet werden können, um die verarbeitete Zusammensetzung aufzunehmen.
Außerdem wird das Härten der Reinigungszusammensetzung nach der Verarbeitung beschleunigt, da die Endprozeßtemperatur der Zusammensetzung näher an der Temperatur ist, die für die Verfestigung erforderlich ist. Die schnelle Verfestigung die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht wird, beschleunigt die Herstellung des festen Produk tes und minimiert ein Absetzen der Inhaltsstoffe der Zusammensetzung, z. B. durch Einfangen nichtkompatibler Inhaltsstoffe in einer Matrix mit einer geeignet hohen Viskosität und bei geringer Temperatur, um ein Absetzen zu verhindern. Die Verwendung eines Extruders liefert auch eine kontinuierliche Verarbeitung einer Reinigungszusammensetzung, ein leichtes Säubern und ein hohes Maß an Kontrolle und Wiederholbarkeit des Formulierungsverfahrens neben anderen Vorteilen. Weiterhin liefert ein Mehrkammerextruder abgegrenzte Kammern für die aufeinanderfolgende Verarbeitung der Reinigungszusammensetzung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von festen Reinigungszusammensetzungen, die Harnstoff als Härtungs- oder Verfestigungsmittel enthalten, unter der Schmelztemperatur des Harnstoffs, d. h. "Kaltverarbeitungs"- Bedingungen. Reinigungszusammensetzungen auf Harnstoffbasis, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, schließen z. B. Reinigungszusammensetzungen für Geschirr und/oder harte Oberflächen, Spülhilfsmittel, Sterilisierungsadditive oder blockförmige Luftverbesserer ein.
Die Zusammensetzungen werden unter Verwendung eines kontinuierlichen Mischsystems hergestellt, bevorzugt eines Einzel- oder Doppelschnecken-Extruders, indem eine Harnstoffquelle mit einem oder mehreren Reinigungsmitteln und gegebenenfalls anderen Inhaltsstoffen, z. B. einer geringen aber wirksamen Menge Wasser, mit hoher Scherung unter Bildung einer homogenen Mischung vereinigt und gemischt wird. Die verarbeitete Mischung kann aus dem Mischsystem durch Extrudieren, Gießen oder andere geeignete Mittel abgegeben werden, wonach die Zusammensetzung zu einer festen Form härtet, deren Konsistenz im Bereich von einem festen Block bis zu einer schmiedbaren, schwammartigen, sich selbst tragenden Form, z. B. einem Ring, einem Quadrat oder einer anderen Form, liegt. Variationen der Verfahrensparameter können verwendet werden, um die Entwicklung der Kristallgröße und der kristallinen Struktur der Matrix und somit die Textur des Endproduktes zu kontrollieren. Wenn z. B. die Mischung während der Verfestigung weiterhin einer Scherkraft ausgesetzt ist, erzeugt dies kleinere Kristalle und ein pastenförmiges Produkt. Die Struktur der Matrix kann nach ihre Härte, ihrem Schmelzpunkt, der Materialverteilung, der Kristallstruktur und anderen ähnlichen Eigenschaften mit bekannten Methoden des Standes der Technik gekennzeichnet werden. Eine Reinigungszusammensetzung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbei tet wurde, ist im wesentlichen homogen im Hinblick auf die Verteilung der Inhaltsstoffe in der gesamten Masse und auch im wesentlichen deformationsfrei. Wenn nicht anders angegeben, bedeutet der Ausdruck "Gew.-%" das Gewicht eines Inhaltsstoffs bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Harnstoffhärtungsmittel

Die Verfestigungsrate der erfindungsgemäß hergestellten Zusammensetzungen variiert, zumindest zum Teil, je nach der Menge und der Teilchengröße und Form des der Zusammensetzung zugegebenen Harnstoffs. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Teilchenform von Harnstoff mit einem Reinigungsmittel und gegebenenfalls anderen Inhaltsstoffen, bevorzugt einer geringen aber wirksamen Menge Wasser, vereinigt. Die Menge und Teilchengröße des Harnstoffs ist wirksam, um mit dem Reinigungsmittel und den anderen Inhaltsstoffen unter Bildung einer homogenen Mischung ohne Anwendung von Wärme aus einer äußeren Quelle, um Harnstoff und andere Inhaltsstoffe in einen geschmolzenen Zustand zu bringen, vereinigt zu werden. Es ist auch bevorzugt, daß der Harnstoff eine Matrix mit dem Reinigungsmittel und anderen Inhaltsstoffen bildet, die zu einem Feststoff unter Umgebungstemperaturen von 30 bis 50ºC, bevorzugt 35 bis 45ºC, innerhalb von 2 Minuten bis 3 Stunden, bevorzugt 5 Minuten bis 2 Stunden, bevorzugt 10 Minuten bis 1 Stunde härtet, nachdem die Mischung aus dem Mischsystem ausgetragen wurde. Eine minimale Wärmemenge aus einer äußeren Quelle kann der Mischung zugeführt werden, um die Verarbeitung der Mischung zu erleichtern. Es ist bevorzugt, daß die Harnstoffmenge, die in der Zusammensetzung enthalten ist, wirksam ist, um der Zusammensetzung eine Härte und erwünschte Löslichkeitsrate zu vermitteln, wenn sie in ein wässriges Medium gebracht wird, um eine gewünschte Abgaberate des Reinigungsmittels aus der verfestigten Zusammensetzung während der Verwendung zu erreichen. Bevorzugt enthält die Zusammensetzung 5 bis 90 Gew.-% Harnstoff, bevorzugt 8 bis 40 Gew.-%, insbesondere 10 bis 30 Gew.-%.
Der Harnstoff kann in Form von granulierten Körnchen oder granuliertem Pulver sein. Granulierter Harnstoff ist allgemein aus kommerziellen Quellen verfügbar als Mischung mit Teilchengrößen im Bereich von 8 bis 15 US-mesh (1,25 bis 2,5 mm) z. B. von Arcadian Sohio Company, Nitrogen Chemicals Division. Eine granulierte Form von Harnstoff wird bevorzugt vermahlen, um die Teilchengrüße auf 50 US-mesh bis 125 US-mesh (0,05 bis 0,3 mm), bevorzugt 75 bis 100 US-mesh (0,10 bis 0,15 mm) abzusenken, bevorzugt unter Verwendung einer Naßmühle, z. B. eines Einzel- oder Doppelschneckenextruders, eines Teledyne-Mischers oder eines Ross-Emulgators.

Wässriges Medium

Die Inhaltsstoffe können gegebenenfalls in einer geringen aber wirksamen Menge eines wässrigen Mediums, z. B. Wasser, verarbeitet werden, um die Harnstoffeinschlußreaktion zu fördern, um einem wirksamen Grad an Viskosität zur Verarbeitung der Mischung zu schaffen und um der verarbeiteten Zusammensetzung den gewünschten Anteil an Festigkeit und Kohäsion während des Austragens und der Härtung zu geben. Es ist bevorzugt, daß die Mischung während der Verarbeitung 2 bis 15 Gew.-% wäßriges Medium, bevorzugt 3 bis 5 Gew.-% umfaßt. Bevorzugt ist das Verhältnis von Wasser zu Harnstoff in der Mischung 0,5 : 3 bis 1 : 6, bevorzugt 1 : 3 bis 1 : 5, insbesondere 1 : 4. Bevorzugt enthält die Zusammensetzung, wenn sie ausgetragen wird, 2 bis 5 Gew.-% Wasser, insbesondere 3 bis 5 Gew.-%.

Aktive Inhaltsstoffe

Das vorliegende Verfahren ist geeignet, um eine Vielzahl von festen Reinigungszusammensetzungen herzustellen, z. B. Waschmittelzusammensetzungen, Keimtötungs- oder Sterilisierungszusammensetzungen, Förderbandgleitmittel, Fußbodenreiniger, Spülhilfsmittelzusammensetzungen oder blockartige Luftverbesserer. Die Reinigungszusammensetzungen der Erfindung enthalten übliche aktive Inhaltsstoffe, die je nach der Art der herzustellenden Zusammensetzung variieren.
Eine Detergenzzusammensetzung zur Entfernung von Schmutz und Flecken auf Harnstoffbasis kann z. B. eine größere Menge eines Tensids oder Tensidsystems, z. B. ein Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Kondensat oder ein quaternäres Ammoniumchloridtensid und geringere aber wirksame Anteile anderer Inhaltsstoffe, wie Komplexbildner, z. B. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) oder Natriumtripolyphosphat, ein Alkali, z. B. Alkalihydroxid oder ein Metallsilicat, ein Bleichmittel, wie Natriumhypochlorit oder Wasserstoffperoxid und ein Enzym, wie eine Protease oder eine Amylase, enthalten.
Um eine erfindungsgemäße Zusammensetzung auf Harnstoffbasis zu formen, ist es bevorzugt, daß die aktiven Inhaltsstoffe eine Molekülstruktur haben, die die Bildung von "Einschlußverbindungen" mit dem Harnstoffmolekül zulassen. Siehe z. B. US-Patent Nr. 4,624,713 von Morganson et al. und J. A. Melin, Encapsulation and Solidificaton of Nonionic Surfactants by Reaction with Urea, Akte Nr. 1253, Reihe 15f, Bericht 1, Economics Laboratory, Inc., St. Paul, MN (11. April 1967).

Reinigungsmittel

Die Zusammensetzung enthält mindestens ein Reinigungsmittel, das bevorzugt ein Tensid oder ein Tensidsystem ist. Eine Vielzahl von Tensiden kann in einer reinigenden Zusammensetzung verwendet werden, einschließlich von anionischen, kationischen, nichtionischen und zwitterionischen Tensiden, die im Handel erhältlich sind aus einer Anzahl von Quellen. Eine Diskussion von Tensiden ist in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Dritte Ausgabe, Band 8, Seiten 900-912 enthalten. Bevorzugt enthält die Reinigungszusammensetzung ein Reinigungsmittel in einer Menge, die wirksam ist, um einen gewünschten Reinigungsgrad zu liefern, bevorzugt 30 bis 95 Gew.-%, bevorzugter 50 bis 85 Gew.-%.
Anionische Tenside, die für die vorliegenden Reinigungszusammensetzungen auf Harnstoffbasis geeignet sind, schließen z. B. Carboxylate, wie Alkylcarboxylate und Polyalkoxycarboxylate, Alkoholethoxylatcarboxylate und Nonylphenolethoxylatcarboxylate; Sulfonate, wie Alkylsulfonate, Alkylbenzolsulfonate, Alkylarylsulfonate und sulfonierte Fettsäureester; Sulfate, wie sulfatierte Alkohole, sulfatierte Alkoholethoxylate, sulfatierte Alkylphenole, Alkylsulfate, Sulfosuccinate und Alkylethersulfate und Phosphatester, wie Alkylphosphatester, ein. Bevorzugte anionische Tenside sind Natriumalkylarylsulfonat, Alphaolefinsulfonat und Fettalkoholsulfate.
Nichtionische Tenside, die für Reinigungszusammensetzungen geeignet sind, schließen solche ein mit einem Polyalkylenoxidpolymer als Teil des Tensidmoleküls. Solche nichtionischen Tenside schließen z. B. Alkoholalkoxylate, wie Alkoholethoxylatpropoxylate, Alkoholpropoxylate, Alkoholpropoxylatethoxylatpropoxylate, Alkoholethoxylatbutoxylate und dgl. und mit Akylgruppen verkappte Alkoholalkoxylate; Polyoxyethylenglycolether von Fettalkohol, wie Ceteareth 27 oder Pareth 25-7; Carbonsäureester, wie Glycerinester, Polyoxyethylenester und ethoxylierte und Glycolester von Fettsäuren; Carbonsäureamide, wie Diethanolamidkondensate, Monoalkanolamidkondensate und Polyoxyethylenfettsäureamide und Polyalkylenoxid-Blockcopolymere, einschließlich einem Ethylenoxid/Propylenoxid/Blockcopolymer, wie es im Handel erhältlich ist unter dem Markenzeichen PluronicTM (BASF-Wyandotte) und andere ähnliche nichtionische Verbindungen ein.
Kationische Tenside, die zum Einschluß in einer Reinigungszusammensetzung zur Sterilisierung oder als Textilweichmacher geeignet sind, schließen Amine, z. B. primäre, sekundäre und tertiäre Monoamine mit C&sub1;&sub8;-Alkyl- oder Alkenylketten, ethoxylierte Alkyla mine, Alkoxylate von Ethylendiamin, Imidazole, wie 1-(2-Hydroxyethyl)-2-imidazolin und 2-Alkyl-1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin und quaternäre Ammoniumsalze, z. B. alkylquaternäre Ammoniumchloridtenside, wie n-Alkyl-(C&sub1;&sub2;-C&sub1;&sub8;)-dimethylbenzylammoniumchlorid, n-Tetradecyldimethylbenzylammoniumchloridmonohydrat, ein naphthalinsubstituiertes quaternäres Ammmoniumchlorid, wie Dimethyl-1-napthylmethylammoniumchlorid und andere ähnliche kationische Tenside ein.
Geeignet sind auch zwitterionische Tenside, wie β-N-Alkylaminopropionsäuren, N-Alkyl- β-iminodipropionsäuren, Imidazolincarboxylate, N-Alkylbetaine und Sultaine.

Andere Additive

Erfindungsgemäß hergestellte Zusammensetzungen auf Basis von Harnstoff können weiterhin übliche Additive, wie Komplexbildner, Bleichmittel, eine Alkaliquelle, sekundäre Härtungsmittel oder Löslichkeitsvermittler, Detergenzfüllstoffe, Entschäumer, Schmutzträger, ein Thresholdmittel oder -system und Mittel zur Verbesserung der Ästhetik (d. h. Farbstoff, Parfum) enthalten. Hilfsstoffe und andere Additivinhaltsstoffe variieren je nach Art der herzustellenden Zusammensetzung.

Komplexbildner

Die Zusammensetzung kann einen Komplexbildner, z. B. eine Aminocarbonsäure, ein kondensiertes Phosphat, ein Phosphonat oder ein Polyacrylat enthalten. Allgemein ist ein Komplexbildner ein Molekül, das Metallionen die sich häufig in natürlichem Wasser finden, koordinieren (d. h. binden) kann, um zu verhindern, daß die Metallionen die Wirkung anderer reinigender Inhaltsstoffe einer Reinigungszusammensetzung stören. Der Komplexbildner kann auch als Threshold-Mittel dienen, wenn er in einer wirksamen Menge enthalten ist. Bevorzugt enthält eine Reinigungszusammensetzung 0,1-70 Gew.-%, insbesondere 5-50 Gew.-% Komplexbildner.
Nützliche Aminocarbonsäuren schließen z. B. n-Hydroxyethyliminodiessigsäure, Nitrilotriessigsäure (NTA), Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), N-Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure (HEDTA) und Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) ein.
Beispiele für kondensierte Phospate, die für die vorliegende Zusammensetzung nützlich sind, schließen Natrium- und Kaliumorthophosphat, Natrium- und Kaliumpyrophospat, Natriumtripolyphosphat und Natriumhexametaphosphat ein. Ein kondensiertes Phosphat kann auch in einem begrenzten Ausmaß die Verfestigung der Zusammensetzung fördern, indem es das in der Zusammensetzung vorhandene freie Wasser als Hydratwasser bindet.
Die Zusammensetzung kann ein Phosphonat enthalten, z. B. Aminotris- (methylenphosphonsäure), Hydroxyethylidendiphos-phorisäure, Ethylendiamintetra- (methylenphosphonsäure) und Diethylentriaminpent-(methylenphosphonsäure). Es ist bevorzugt, ein neutralisiertes oder alkalisches Phosphonat zu verwenden oder das Phosphonat mit einer Alkaliquelle zu vereinigen, bevor es der Mischung zugegeben wird, damit nur wenig oder keine Wärme durch eine Neutralisierungsreaktion erzeugt wird, wenn das Phosphat zugegeben wird.
Polyacrylate, die zur Verwendung als Reinigungsmittel geeignet sind, schließen z. B. Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Acrylsäure-Methacrylsäure-Copolymere, hydrolysiertes Polyacrylamid, hydrolysiertes Polymethacrylamid, hydrolysierte Polyamid-Methacrylamid- Copolymere, hydrolysiertes Polyacrylnitril, hydrolysiertes Polymethacrylnitril und hydrolysierte Acrylnitril-Methacrylnitril-Copolymere ein. Für eine weitere Diskussion von Komplexbildnern siehe Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Dritte Ausgabe, Band 5, Seiten 339-366 und Band 23, Seiten 319-320.

Bleichmittel

Bleichmittel zur Verwendung in Reinigungszusammensetzungen, um ein Substrat aufzuhellen, schließen bleichende Verbindungen ein, die eine aktive Halogenmolekülart freisetzen können, z. B. -Cl, -Br, -OCl und/oder -OBr, unter Bedingungen, die typischerweise während des Reinigungsverfahrens auftreten. Geeignete Bleichmittel zur Verwendung für die vorliegenden Reinigungszusammensetzungen schließen z. B. chlorhaltige Verbindungen, wie Chlor, Hypochlorit, Chloramin, ein. Bevorzugte Halogen freisetzende Verbindungen schließen Alkalidichlorisocyanurate, chloriertes Trinatriumphosphat, Alkalihypochloride, Monochloramin und Dichloramin ein. Verkapselte Chlorquellen können auch verwendet werden, um die Stabilität der Chlorquelle in der Zusammensetzung zu verbessern (siehe auch US-Patent Nr. 4,618,914). Das Bleichmittel kann auch eine Persauerstoff- oder aktive Sauerstoffquelle, wie Wasserstoffperoxid, Perborat, Natriumcarbonatperoxyhydrat, Phosphatperoxyhydrat, Kaliumpermonosulfat und Natriumperboratmono- und -tetrahydrat sein, mit und ohne Aktivatoren wie Tetraacetylethylendiamin. Eine Reinigungszusammensetzung kann eine geringe aber wirksame Menge eines Bleichmittels enthalten, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 6 Gew.-%.

Alkaliquellen

Die erfindungsgemäß hergestellte Reinigungszusammensetzung kann geringe aber wirksame Mengen einer oder mehrerer alkalischer Quellen enthalten, um die Reinigung eines Substrats und die Schmutzentfernungsleistung der Zusammensetzung zu verbessern. Es kann davon ausgegangen werden, daß eine stark alkalische Matrix eine Tendenz dazu hat, auf Grund der Aktivität einer Alkaliquelle zu verfestigen durch Fixierung des in einer Zusammensetzung vorhandenen freien Wassers als Hydratwasser. Ein vorzeitiges Härten der Zusammensetzung kann das Mischen der aktiven Inhaltsstoffe mit dem Harnstoffhärtungsmittel unter Bildung einer homogenen Mischung und/oder das Gießen oder Extrudieren der verarbeiteten Zusammensetzung stören. Somit ist ein Alkalihydroxid oder eine andere Alkaliquelle bevorzugt in der Reinigungszusammensetzung in einer Menge enthalten, die wirksam ist, um den gewünschten Reinigungsgrad zu liefern, jedoch eine vorzeitige Verfestigung der Zusammensetzung durch Reaktion des kaustischen Materials mit den anderen Inhaltsstoffen vermeidet. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, daß ein Alkalihydroxid oder eine andere hydratisierbare Alkaliquelle in einem begrenzten Ausmaß die Verfestigung der Zusammensetzung fördern kann. Es ist bevorzugt, daß die Zusammensetzung 0,1 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, einer Alkaliquelle enthält.
Geeignete Alkalihydroxide schließen z. B. Natrium- oder Kaliumhydroxid ein. Ein Alkalihydoxid kann der Zusammensetzung in Form von festen Körnern, gelöst in einer wäßrigen Lösung oder einer Kombination davon zugegeben werden. Alkalihydroxide sind im Handel erhältlich als Feststoff in Form von granulierten Körnern mit einer Mischung von Teilchengrößen im Bereich von 12 bis 100 US-Mesh (0,10 bis 1,75 mm) oder als wäßrige Lösung, z. B. als 50 gew.-%ige und 73 gew.-%ige Lösung. Es ist bevorzugt, daß das Alkalihydroxid in Form einer wäßrigen Lösung zugegeben wird, bevorzugt einer 50 gew.- %igen Hydroxidlösung, um die Menge von in der Zusammensetzung erzeugter Wärme auf Grund einer Hydratisierung des festen Alkalimaterials zu vermindern.
Eine Reinigungszusammensetzung kann eine sekundäre Alkaliquelle außer einem Alkalihydroxid enthalten. Beispiele für nützliche sekundäre Alkaliquellen schließen ein Metallsilicat, z. B. Natrium- oder Kaliumsilicat oder -Metasilicat, ein Metallcarbonat, z. B. Natrium- oder Kaliumcarbonat, Bicarbonat und Sesquicarbonat; ein Metallborat, wie Natrium- oder Kaliumborat; Ethanolamine und Amine und andere ähnliche Alkaliquellen ein. Sekundäre Alkalinitätsmittel sind leicht verfügbar in wäßriger oder Pulverform wobei jede dieser Formen für die Formulierung der vorliegenden Reinigungszusammensetzungen geeignet ist. Die Zusammensetzung kann eine sekundäre Alkaliquelle in eine Menge von 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 20 Gew.-% enthalten.

Sekundäre Härtungsmittel/Löslichkeitsmodifikatoren

Die vorliegenden Zusammensetzungen können eine geringe aber wirksame Menge eines sekundären Härtungsmittels, z. B. eines Amids, wie Stearinsäuremonoethanolamid oder Laurinsäurediethanolamid, oder eines Alkylamids; eines festen Polyethylenglycols oder Propylenglycols; von Stärken, die durch eine saure oder alkalische Behandlung wasserlöslich wurden; verschiedener anorganischer Substanzen, die einer erwärmten Zusammensetzung beim Abkühlen verfestigende Eigenschaften vermitteln, enthalten. Solche Verbindungen können auch die Löslichkeit der Zusammensetzung in einem wäßrigen Medium während der Verwendung verändern, so daß das Reinigungsmittel und/oder andere aktive Inhaltsstoffe aus der festen Zusammensetzung über einen längeren Zeitraum abgegeben werden können. Die Zusammensetzung kann ein sekundäres Härtungsmittel in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 15 Gew.-% enthalten.

Detergenzfüllstoffe

Eine Reinigungszusammensetzung kann eine geringe aber wirksame Menge eines oder mehrerer Detergenzfüllstoffe enthalten, die nicht als Reinigungsmittel per se wirken, sondern mit dem Reinigungsmittel zusammen wirken, um die Gesamtreinigungskapazität der Zusammensetzung zu verbessern. Beispiele für Füllstoffe, die zur Verwendung in den vorliegenden Reinigungszusammensetzungen geeignet sind, schließen Natriumsulfat, Natriumchlorid, Stärke, Zucker und Alkylenglycole, wie Propylenglycol ein. Bevorzugt ist ein Detergenzfüllstoff in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 15 Gew.-% enthalten.

Entschäumer

Eine geringe aber wirksame Menge eines Entschäumungsmittels zur Verringerung der Schaumstabilität kann auch in den vorliegenden Reinigungszusammensetzungen auf Harnstoffbasis enthalten sein. Bevorzugt enthält die Reinigungszusammensetzung 0,0001 bis 5 Gew.-% eines Entschäumers, bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-%.
Beispiele für Entschäumer, die zur Verwendung für die vorliegenden Zusammensetzungen geeignet sind, schließen Siliconverbindungen, wie Siliciumdioxid dispergiert in Polydimethylsiloxan, Fettamide, Kohlenwasserstoffwachse, Fettsäuren, Fettester, Fettalkohole, Fettsäureseifen, Ethoxylate, Mineralöle, Polyethylenglycolester und Alkylphosphatester, wie Monostearylphosphat ein. Eine Diskussion von Entschäumern findet sich z. B. 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.

Schmutzträger

Eine Reinigungszusammensetzung kann auch einen Schmutzträger enthalten, der die längere Suspension von Schmutz in einer Reinigungslösung erleichtern kann und verhindert, daß der entfernte Schmutz wieder auf dem zu reinigenden Substrat abgeschieden wird. Beispiele für geeignete Schmutzträger schließen Fettsäureamide, Fluorkohlenstofftenside, komplexe Phosphatester, Styrolmaleinsäureanhydrid-Copolymere und Cellulosederivate, wie Hydroxyethylcellulose und Hydroxypropylcellulose ein. Eine Reinigungszusammensetzung kann 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% Schmutzträger enthalten.

Farbstoffe/Duftstoffe

Verschiedene Farbstoffe, Duftstoffe einschließlich Parfums und andere die Ästhetik verbessernde Mittel können auch in der Zusammensetzung enthalten sein. Farbstoffe können zugegegeben werden, um das Aussehen der Zusammensetzung zu verändern, z. B. Direct Blue 86TM (Miles), Fastusol BlueTM (Mobay Chemical Corp.), Acid Orange 7TM (American Cyanamid), Basic Violet 10TM (Sandoz), Acid Yellow 23TM (GAF), Acid Yellow 17TM (Sigma Chemical), Sap GreenTM (Keystone Analine and Chemical), Metanil YellowTM (Keystone Analine and Chemical), Acid Blue 9TM (Hilton Davis), Sandolan Blue/Acid Blue 182TM (Sandoz), Hisol Fast RedTM (Capitol Color and Chemical), FluoresceinTM (Capitol Color and Chemical) und Acid Green 25TM (Ciba-Geigy).
Duftstoffe, die in den Zusammensetzungen enthalten sein können, schließen z. B. Terpenoide, wie Citronellol, Aldehyde, wie Amylzimtaldehyd, Jasim wie CIS-Jasim oder Jasmal und Vanillin ein.

Verarbeitung der Zusammensetzung

Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Verarbeitung einer Reinigungszusammensetzung auf Harnstoffbasis ohne die Notwendigkeit, dem System Wärme aus einer äußeren Quelle zuzuführen, um den Harnstoff zu schmelzen. Erfindungsgemäß werden ein Reinigungsmittel und fakultative andere Inhaltsstoffe mit hoher Scherung vermischt mit einer wirksamen verfestigenden Menge an Harnstoff in einem bevorzugt wässrigen Medium. Obwohl eine minimale Menge an Wärme von einer äußeren Quelle zugeführt werden kann, um die Verarbeitung der Mischung zu erleichtern, versteht es sich, daß die Wärmemenge nicht wirksam ist, um den Harnstoff in der Mischung zu schmelzen.
Obwohl es nicht vorgesehen ist, den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken, wird angenommen, daß mindestens teilweise das kontinuierliche Vermischen der Inhaltsstoffe der Reinigungszusammensetzung mit hoher Scherung es ermöglicht, daß die Zusammensetzung bei wesentlich niedrigerer Temperatur verarbeitet werden kann, als es bei anderen Verarbeitungsmethoden notwendig ist, bei denen die Inhaltsstoffe der Zusammensetzung geschmolzen werden, um eine homogene Mischung zu bilden.
Es wird auch angenommen, daß zumindest teilweise die Zugabe von Harnstoff mit kleiner Teilchengröße zu einer wäßrigen Lösung, die aktive Inhaltsstoffe enthält, ermöglicht, daß die Mischung bei einer Temperatur von 30 bis 50ºC verarbeitet werden kann, was etwa 10 bis 40ºC niedriger ist, als die Temperatur, bei der die Zusammensetzung sich zu verfestigen beginnt. Da die Mischung auf Harnstoffbasis thermodynamisch instabil ist, neigt die Mischung dazu, Wärme aufzunehmen, um das thermodynamische Gleichgewicht zu erreichen und verfestigt sich möglicherweise, was zu einer thermodynamisch stabilen Zusammensetzung führt.
Das Mischsystem sorgt für ein kontinuierliches Vermischen der Inhaltsstoffe mit hoher Scherung, um eine im wesentlichen homogene flüssige oder halbfeste Mischung zu bilden, in der die Inhaltsstoffe in der gesamten Masse verteilt sind. Bevorzugt schließt das Mischsystem Mittel zum Vermischen der Inhaltsstoffe ein, um eine Scherung zu bewirken, die wirksam ist, um die Mischung in einer fließfähigen Konsistenz zu halten, mit einer Viskosität während der Verarbeitung von 1.000 bis 1.000.000 cps, bevorzugt 5.000 bis 200.000 cps. Das Mischsystem ist bevorzugt ein Fließmischer, z. B. ein kontinuierlicher Teledyne-Prozessor oder ein Breadsley-Piper-Fließmischer, bevorzugter eine Einzel- oder Doppelschneckenextrudervorrichtung, wobei ein Doppelschneckenextruder äußerst bevorzugt ist, z. B. ein Buhler Miag Doppelschneckenextruder mit mehreren Sektionen.
Die Mischung wird bei einer Temperatur verarbeitet, die geringer ist als die Schelztemperatur des Harnstoffs, bevorzugt bei einer Umgebungstemperatur von 30 bis 50ºC, bevorzugter 35 bis 45ºC. Obwohl keine oder nur begrenzt äußere Wärme der Mischung zugeführt wird, kann davon ausgegangen werden, daß die in der Mischung erreichte Temperatur etwas erhöht sein kann während der Verarbeitung auf Grund von Veränderungen der Umgebungsbedingungen und/oder von exothermen Reaktionen zwischen den Inhaltsstoffen. Gegebenenfalls kann die Temperatur der Mischung erhöht werden, z. B. am Einlaß oder Auslaß des Mischsystems, indem Wärme aus einer äußeren Quelle zugeführt wird, um eine Temperatur von 55 bis 70ºC zu erreichen, was das Verarbeiten der Mischung erleichtert.
Allgemein wird die Zusammensetzung bei einem Druck von 5 bis 150 psig (34,5 bis 1034 kPa), bevorzugt 10 bis 30 psig (69 bis 207 kPa) verarbeitet. Der Druck kann auf 160 bis 2000 psig (1.103 bis 13.790 kPa) erhöht werden, um die Fließfähigkeit der Mischung während der Verarbeitung aufrechtzuerhalten, was eine Kraft liefert, die die Mischung wirksam durch den Mischer und die Austragsöffnung zwingen kann.
Gegebenenfalls und bevorzugt enthält das Mischsystem eine Einrichtung, um den Harnstoff, z. B. granulierten Harnstoff, auf eine gewünschte Teilchengröße zu vermahlen. Der Harnstoff kann getrennt vermahlen werden, bevor er der Mischung zugegeben wird, oder zusammen mit einem anderen Inhaltsstoff. Bevorzugt wird der Harnstoff naß vermahlen mit Hilfe einer In-Line-Naßmühle, z. B. einem Doppelschneckenextruder, einem Teledyne-Mischer oder einem Ross-Emulgator. Bevorzugt wird der Harnstoff auf eine Teilchengröße vermahlen, die wirksam ist, daß sich der Harnstoff mit dem Reinigungsmittel und falkultativen anderen Inhaltsstoffen unter Bildung einer homogenen Mischung vereinigt ohne die äußere Anwendung von Wärme. Bevorzugt ist die Teilchengröße des Harnstoffs in der Mischung 50 bis 125 US-mesh (0,05 bis 0,3 mm), bevorzugter 75 bis 100 US-mesh 10,10 bis 0,15 mm).
Ein Inhaltsstoff kann in Form einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs, z. B. in Form von trockenen Teilchen, sein und kann der Mischung getrennt oder als Teil einer Vormischung mit einem anderen Inhaltsstoff zugegeben werden, z. B. dem Reinigungsmittel, dem Harnstoff, dem wässrigen Medium und zusätzlichen Inhaltsstoffen, wie einem zweiten Reinigungsmittel, einem Detergenz-Hilfsmittel oder anderen Additiven oder sekundä ren Härtungsmitteln. Eine oder mehrere Vormischungen können der Mischung zugegeben werden.
Ein wässriges Medium kann in der Mischung in einer geringen aber wirksamen Menge enthalten sein, um in der Mischung während der Verarbeitung eine erwünschte Viskosität aufrecht zu erhalten um der verarbeiteten Zusammensetzung und dem Endprodukt ein gewünschtes Ausmaß an Festigkeit und Kohäsion zu verleihen. Das wässrige Medium kann in der Mischung als getrennter Inhaltsstoff enthalten sein oder als Teil eines flüssigen Inhaltsstoffs oder einer Vormischung.
Die Inhaltsstoffe werden miteinander unter hoher Scherung vermischt, um eine im wesentlichen homogene Konsistenz zu bilden, wobei die Inhaltsstoffe im wesentlichen gleichmäßig in der gesamten Masse verteilt sind. Die Mischung wird dann aus dem Mischsystem ausgetragen, z. B. durch Gießen in eine Form oder einen anderen Behälter oder durch Extrudieren der Mischung. Bevorzugt wird die Mischung in eine Form oder ein anderes Verpackungssystem gegossen oder extrudiert, das gegebenenfalls, aber bevorzugt, als Spender für die Zusammensetzung verwendet werden kann. Es ist bevorzugt, daß die Temperatur der Mischung, wenn sie aus dem Mischsystem ausgetragen wird, ausreichend niedrig ist, um es zu ermöglichen, daß die Mischung direkt in ein Verpackungssystem gegossen oder extrudiert wird, ohne erst die Mischung zu kühlen. Bevorzugt hat die Mischung am Austragungspunkt etwa Umgebungstemperatur, 30 bis 50ºC, bevorzugt 35 bis 45ºC. Die Zusammensetzung wird dann zu einem Feststoff härten gelassen, der eine Konsistenz von geringer Dichte, schwammartig, schmiedefähig, dichtungsartig bis zu einer hohen Dichte, verschmolzen fest, einem zementartigen Block haben kann.
Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren ist das Mischsystem ein Doppelschneckenextruder, der zwei benachbarte parallel sich drehende Schnecken beinhaltet, die gleichsinning und ineinander greifend sind, wobei der Extruder mehrere Trommelabschnitte hat und eine Austragsöffnung, durch die die Mischung extrudiert wird. Der Extruder kann z. B. ein oder mehrere Beschickungs- oder Förderbereiche zur Aufnahme und Bewegung der Inhaltsstoffe, einen Verdichtungsabschnitt, Mischabschnitte mit verschiedener Temperatur, verschiedenem Druck oder verschiedener Scherung und einen Düsenabschnitt aufweisen. Geeignete Doppelschneckenextruder sind im Handel erhältlich und schließen z. B. Buhler Miag Model Nr. 62 mm, Buhler Miag, Plymouth, Minnesota USA ein.
Die Extrusionsbedingungen, wie Schneckenkonfiguration, Schneckenteilung, Schneckengeschwindigkeit, Temperatur und Druck der Trommelabschnitte, Scherung, Durchsatz der Mischung, Wassergehalt, Düsendurchmesser und Inhaltsstoffbeschickungsrate, können je nach Wunsch in einem Trommelabschnitt variieren, um eine wirksame Verarbeitung der Inhaltsstoffe zu erreichen, um eine im wesentlichen homogene flüssige oder halbfeste Mischung zu bilden, in der die Inhaltsstoffe gleichmäßig verteilt sind. Um die Verarbeitung der Mischung innerhalb des Extruders zu erleichtern, ist es bevorzugt, daß die Viskosität der Mischung auf 1.000 bis 100.000 cps, bevorzugter 10.000 bis 40.000 cps gehalten wird.
Der Extruder umfaßt eine Schneckenkonfiguration mit hoher Scherung und Schneckenbedingungen, wie Teilung, Gang (vorwärts oder rückwärts) und wirksame Geschwindigkeit, um eine Verarbeitung der Inhaltssstoffe bei hoher Scherung zu einer homogenen Mischung zu erreichen. Bevorzugt umfaßt die Schnecke eine Reihe von Elementen zum Fördern, Mischen, Kneten, Verdichten und Austragen, die so angeordnet sind, daß die Inhaltsstoffe mit hoher Scherung vermischt werden und die Mischung durch den Extruder durch die Einwirkung der Schnecke innerhalb des Trommelabschnitts gefördert wird. Das Schneckenelement kann eine Förderschnecke, paddelartig, eine Dosierschnecke und dgl. sein. Eine bevorzugte Schneckengeschwindigkeit ist 20 bis 250 Upm, bevorzugt 40 bis 150 Upm. Es ist bevorzugt, daß der Extruder eine Mahlkammer einschließt mit einer geeigneten Schneckenkonfiguration, um eine granulierte Form von Harnstoff mit einer durchschnittlichen Größe von 8 bis 15 US-mesh (1,25 bis 2,5 mm) auf eine Teilchengröße von 50 bis 125 US-mesh (0,05 bis 0,3 mm), bevorzugt 75 bis 100 US-mesh (0,10 bis 0,15 mm) zu verringern.
Gegebenenfalls kann die Heiz- und Kühlvorrichtung benachbart dem Extruder befestigt werden, um Wärme zuzuführen oder zu entfernen, um ein gewünschtes Temperaturprofil in dem Extruder zu erhalten. z. B. kann eine äußere Wärmequelle für ein oder mehrere Trommelbereiche des Extruders angewendet werden, z. B. in dem Inhaltsstoffeinlaßbereich oder dem Auslaßbereich, um die Fließfähigkeit der Mischung während der Verarbeitung in einem Bereich oder von einem Bereich zum anderen oder im letzten Trommelabschnitt durch die Austragsöffung zu erhöhen. Bevorzugt wird die Temperatur der Mischung während der Verarbeitung, einschließlich der Austragsöffnung, auf oder unter der Schmelztemperatur des Harnstoffs und anderer Inhaltsstoffe gehalten.
In dem Extruder vermischt die Wirkung der sich drehenden Schnecke oder der sich drehenden Schnecken die Inhaltsstoffe und zwingt die Mischung durch die Abschnitte des Extruders mit erheblichen Druck. Der Druck kann bis auf 2.000 psig (13.790 kPa), bevorzugt 5 bis 150 psig (34,5 bis 1.034 kPa) in einem oder mehreren Trommelabschnitten erhöht werden, um die Mischung auf einem gewünschten Viskositätsgrad zu halten oder an der Düse, um das Austragen der Mischung aus dem Extruder zu erleichtern.
Die Durchflußrate der Mischung durch den Extruder variiert je nach Art der verwendeten Vorrichtung. Im allgemeinen wird eine solche Durchflußrate aufrecht erhalten, daß eine Verweilzeit der Mischung innerhalb des Extruder erreicht wird, die wirksam ist, um ein im wesentlichen vollständiges Vermischen der Inhaltsstoffe zu einer homogenen Mischung zu liefern und die Mischung in einer fließfähigen Konsistenz zu halten, die wirksam ist für ein kontinuierliches Vermischen und gegebenenfalls eine Extrusion der Mischung ohne vorzeitiges Härten.
Wenn die Verarbeitung der Inhaltsstoffe abgeschlossen ist, kann die Mischung aus dem Extruder durch die Austragsöffnung ausgetragen werden, bevorzugt durch eine Düse. Der Druck kann auch an der Austragsöffnung erhöht werden, um die Extrusion der Mischung zu erleichtern, um das Aussehen des Extrudats zu verändern, z. B. um es zu expandieren, um es, je nach Wunsch, glatter oder körniger in der Textur zu machen.
Die gegossene oder extrudierte Zusammensetzung härtet möglicherweise zumindest teilweise auf Grund eines Abkühlens und/oder der chemischen Reaktion der Inhaltsstoffe. Das Verfestigungsverfahren kann wenige Minuten bis etwa 2 bis 3 Stunden lang dauern, abhängig z. B. von der Größe der gegossenen oder extrudierten Zusammensetzung, den Inhaltsstoffen der Zusammensetzung, der Temperatur der Zusammensetzung und anderen ähnlichen Faktoren. Bevorzugt "bindet" die gegossene oder extrudierte Zusammensetzung ab oder beginnt zu einer festen Form zu härten innerhalb 1 Minute bis 3 Stunden, bevorzugt 2 Minuten bis 2 Stunden, insbesondere 5 Minuten bis 1 Stunde.

Verpackungssystem

Die verarbeiteten Zusammensetzungen der Erfindung können in vorübergehende Formen gegossen oder extrudiert werden, aus denen die verfestigten Zusammensetzungen entnommen und zur Verpackung überführt werden können. Die Zusammensetzungen können auch direkt in ein Verpackungsgefäß gegossen oder extrudiert werden. Extrudiertes Material kann auch auf die gewünschte Größe geschnitten und verpackt oder gelagert und zu einem späteren Zeitpunkt verpackt werden.
Der Verpackungsbehälter kann starr oder flexibel sein und aus irgendeinem Material aufgebaut sein, das geeignet ist, die erfindungsgemäß erzeugten Zusammensetzungen aufzunehmen, z. B. Glas, Stahl, Kunststoff, Pappe, Pappeverbundstoffe und Papier.
Da die Zusammensetzung bei oder nahe Umgebungstemperatur verarbeitet wird, ist vorteilhafterweise die Temperatur der verarbeiteten Mischung niedrig genug, daß die Mischung direkt in den Behälter oder ein anderes Verpackungsgefäß gegossen oder extrudiert werden kann, ohne das Aufnahmematerial strukturell zu schädigen. Daher kann eine viel größer® Anzahl von Materialien zur Herstellung des Behälters verwendet werden, als bei solchen Behältern, die für Zusammensetzungen verwendet werden, die unter geschmolzenen Bedingungen verarbeitet und abgegeben werden.
Es ist äußerst bevorzugt, daß die Verpackung, die verwendet wird, um die Zusammensetzungen aufzunehmen, aus einem Material hergestellt wird, das biologisch abbaubar ist und/oder während der Verwendung wasserlöslich ist. Eine solche Verpackung ist geeignet, um eine kontrollierte Freisetzung und Abgabe der enthaltenen Reinigungszusammensetzungen zu bewirken. Die zur Verpackung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeigneten biologisch abbaubaren Materialien schließen z. B. wasserlösliche Polymerfilme mit Polyvinylalkohol, wie z. B. in US-Patent Nr. 4,474,976 von Yang, US- Patent Nr. 4,692,494 von Sonenstein, US-Patent Nr. 4,608,187 von Chang, US-Patent Nr. 4,416,793 von Haq, US-Patent Nr. 4,348,293 von Clarke, US-Patent Nr. 4,289,815 von Lee, US-Patent Nr. 3,695,989 von Albert offenbart.
Zusätzlich kann die Mischung in eine Vielzahl von Formen und Größen gegossen werden durch Extrusion, da die Viskosität der Mischung variieren kann, z. B. je nach der während des Mischens angewendeten Scherung, der Menge an Harnstoff und Wasser, die in der Mischung enthalten sind, der Temperatur der Mischung und anderen ähnlichen Faktoren. Da die Mischung, anders als bei dem "Schmelzverfahren" bei relativ geringer Temperatur verarbeitet wird, ist auch nur eine minimale Kühlung der Zusammensetzung vor oder nach dem Gießen oder Extrudieren erforderlich. Die niedrige Temperatur des ausgetragenen Materials verbessert auch die Sicherheit für diejenigen, die das Material handhaben. Zusätzlich härtet die extrudierte oder gegossene Zusammensetzung im wesentlichen gleichzeitig in der Masse durch, wenn die Mischung aus dem Mischsystem ausgetragen wird auf Grund der Abkühlung und/oder der chemischen Reaktion des Harnstoffs mit den Inhaltsstoffen der Zusammensetzung.
Wenn die Zusammensetzung ein stark basisches Material umfaßt, müssen Sicherheitsmaßnahmen während Herstellung, Lagerung, Abgabe und Verpackung der verarbeiteten Zusammensetzung getroffen werden. Insbesondere sollten Schritte unternommen werden, um das Risiko eines direkten Kontakts zwischen dem Bediener und der festen gegossenen Zusammensetzung und der Waschlösung, die die Zusammensetzung enthält, zu vermindern.

Abgabe der verarbeiteten Zusammensetzungen

Es ist bevorzugt, daß eine Reinigungszusammensetzung, die erfindungsgemäß hergestellt wurde, aus einem sprühartigen Spender abgegeben wird, wie in den US-Patenten Nr. 4,826,661, 4,690,305, 4,687,121 und 4,426,362 offenbart. Kurz gesagt funktioniert ein sprühartiger Spender, in dem ein Wassersprühnebel auf eine exponierte Oberfläche der festen Zusammensetzung auftrifft, um einen Teil der Zusammensetzung zu lösen, und dann die konzentrierte Lösung, die die Zusammensetzung aus dem Spender enthält direkt in einen Vorratsbehälter oder direkt an einen Verwendungsort geleitet wird.
Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die folgenden detaillierten Beispiele beschrieben. Diese Beispiele sollen den Schutzbereich der Erfindung, der in der vorhergehenden Beschreibung angegeben wurde, nicht beschränken. Variationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung sind für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich.

Beispiel 1

Reinigungszusammensetzung auf Harnstoffbasis, die ein nichtionisches Tensid als Reinigungsmittel enthält

Eine Spülzusammensetzung zur Verwendung für das letzte Spülen in einer kommerziellen Spülmaschine mit niedriger Temperatur wurde hergestellt.
Die Inhaltsstoffe wurden in einem Buhler-Miag-Doppelschneckenextruder 62 mm, 100 HP, mit fünf Abschnitten verarbeitet. Die ersten drei Abschnitte des Extruders waren für hohe Scherung eingerichtet und die letzten beiden Abschnitte für ein Mischen und Fördern.
Die Inhaltsstoffe der Zusammensetzung waren wie folgt

Inhaltsstoff Mischung (Gew.-%)

Ethylenoxid/Propylenoxid (EO/PO = 35/65) 84,48
(M. W. 2.500 - 2.900)
Harnstoff 12,00
weiches Wasser 3,50
Direct Blue 86 Farbstoff (Mobay; PA) 0,02
Tensid, Wasser und Farbstoff ergaben eine einzige flüssige Vormischung. Der Harnstoff bildete die einzige trockene Beschickung.
Der Harnstoff wurde in den ersten Abschnitt des Extruders geleitet. Die flüssige Vormischung wurde in Abschnitt 4 zugeführt. Die Abschnitte 1 und 2 wurden auf 150ºF (65,5ºC) erwärmt, die Ausgangstemperatur war 60ºF (15,5ºC) und der Ausgangsdruck war 75 psi (517 kPa). Das Produkt wurde in Polyethylenbehälter gefüllt.
Das extrudierte Material härtete zu einem festen Block, der nach ungefähr 5 Minuten aus dem Kunststoffbehälter entnommen werden konnte.

Beispiel 2

Reinigungszusammensetzung auf Harnstoffbasis mit einem kationischen Tensid

Eine Detergenzzusammensetzung zur Verwendung zur Kontrolle von Gerüchen und Schmutzablagerungen in Bodenabläufen, Wannen, Vertiefungen und hochliegenden Wasserablauf- und Sammelbecken in der Milch- und Lebensmittelverarbeitungsindustrie wurde hergestellt, wie oben in Beispiel 1 beschrieben, mit den unten angegebenen Ausnahmen.

Inhaltsstoff Mischung (Gew.-%)

C&sub1;&sub2;-C&sub1;&sub8; Alkyldimethylbenzylammoniomchlorid 42,00
(BTC-8249)
Propylenglycol 5,00
Stearinsäurediethanolamid 21,91
Stearinsäuremonoethanolamid 10,97
Harnstoff 19,65
Morten Blue ETM Farbstoff 0,02
Silikonentschäumer (Dow Corning 544) 0,45
Das quaternäre Ammoniumchloridtensid, Propylenglycol, Farbstoff und Entschäumer bildeten eine einzige flüssige Vormischung. Die verbleibenden Rohmaterialen bildeten eine trockene Vormischung.
Die trockene Vormischung wurde dem ersten Bereich des Extruders zugeführt. Die flüssige Mischung wurde auf 160ºF (71,1ºC) erwärmt und dem vierten Abschnitt zugeführt. Die Abschnitte 1 und 2 wurden auf 250ºF (121,1ºC) erwärmt, die Ausgangstemperatur war 120ºF (48,9ºC) und der Ausgangsdruck war 40 psi (276 kPa).
Das Produkt bildet ein Material mit dichtungsartiger Konsistenz innerhalb von 5 Minuten nach Austritt aus dem Extruder.

Claims

1. Homogene feste Reinigungszusammensetzung umfassend ein Harnstoffhärtungsmittel, hergestellt mit dem Verfahren, daß man:

(a) in einem kontinuierlichen Mischsystem mit hoher Scherung eine härtende Menge Harnstoff und eine wirksame Menge eines Reinigungsmittels miteinander vermischt, um eine im wesentlichen homogene Mischung zu bilden, wobei der Harnstoff eine Teilchengröße hat, die wirksam ist, um mit dem Reinigungsmittel als im wesentlichen homogene Mischung vereinigt zu werden ohne die Anwendung von Wärme aus einer äußeren Quelle, um ein Schmelzen des Harnstoffs zu bewirken;

(b) die Mischung aus dem Mischsystem austrägt und

(c) die Mischung zu der festen Zusammensetzung härten läßt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Menge und Teilchengröße des Harnstoffs wirksam sind, um mit dem Reinigungsmittel unter Bildung einer Matrix vereinigt zu werden, die das Reinigungsmittel und den Harnstoff während der gesamten Härtung der Mischung im wesentlichen gleichförmig verteilt halten kann, wobei die Menge an Harnstoff bevorzugt 5 bis 90 Gew.-% der Mischung bildet.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Verhältnis von Harnstoff zu Reinigungsmittel 1 : 20 bis 10 : 1 ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 2, worin der Harnstoff eine Teilchengröße von 8 bis 15 U. S. mesh (1,25 bis 2,5 mm) hat und die Teilchengröße des Harnstoffs vor oder während der Mischstufe (a), bevorzugt durch Vermahlen, vermindert wird.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Harnstoff und das Reinigungsmittel mit einem zweiten Reinigungsmittel oder einem Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Komplexbildner, Bleichmittel, Alkaliquelle, Detergenzfüllstoff, Entschäumungsmittel, Schmutzträger, sekundärem Härtungsmittel, Threshold-Mittel oder Threshold-System, einem die Ästhetik verbessernden Mittel und irgendeiner Kombination davon vereinigt wird.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, worin mindestens zwei Inhaltsstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Harnstoff, Reinigungsmittel, zweitem Reinigungsmittel und Additiv miteinander in einer Vormischung kombiniert werden.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Harnstoff und das Reinigungsmittel miteinander bei einer Temperatur von 30 bis 132,2ºC, bevorzugt 0,5 bis 50ºC unterhalb des Schmelzpunktes des Harnstoffs, vereinigt werden.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Mischung aus einem Mischsystem bei einer Temperatur von 15 bis 80ºC abgegeben wird.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das kontinuierliche Mischsystem ein Extruder ist und die Mischung in Stufe (b) durch Extrusion, bevorzugt unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders, abgegeben wird.

10. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das kontinuierliche Mischsystem ein kontinuierlicher Durchflußmischer ist und die Mischung in Stufe (b) abgegeben wird, indem die Mischung in ein Verpackungssystem gegossen wird.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Mischung zu der festen Zusammensetzung innerhalb einer Minute bis 3 Stunden nach der Abgabestufe (b) härtet, bevorzugt als (i) geschmolzener fester Block oder (ii) in geschmeidiger fester Form.

12. Zusammensetzung nach Anspruch 1 in Kombination mit einer Spendervorrichtung.

13. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Reinigungsmittel ein anionisches Tensid ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylcarboxylat, Polyalkoxycarboxylat, Alkylsulfonat, Alkylbenzolsulfonat, Alkylarylsulfonat, sulfonierten Fettsäureestern, sulfatierten Alkoholen, sulfatierten Alkoholethoxylaten, sulfatierten Alkylphenolen, Alkylsulfat, Sulfosuccinat, Alkylethersulfat, Alkylphosphatester und irgendeiner Kombination davon.

14. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Reinigungsmittel ein nichtionisches Tensid ist, umfassend ein Polyalkylenoxidpolymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholalkoxylaten, Polyoxyethylenglycolethern von Fettalkoholen, Carbonsäureestern, Carbonsäureamiden, Polyalkylenoxid-Blockcopolymeren und irgendeiner Kombination davon.

15. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Reinigungsmittel ein kationisches Tensid ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem primären, sekundären oder tertiären Monoamin mit einer C&sub1;&sub8;-Alkyl- oder -Alkenylkette, Aminoxid, ethoxyliertem Alkylamin, Alkoxylat von Ethylendiamin, einem Imidazol, einem quaternären Ammoniumsalz und irgendeiner Kombination davon.

16. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Reinigungsmittel ein zwitterionisches Tensid ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus β-N-Alkylaminopropionsäuren, N-Alkyl-β-iminodipropionsäuren, Imidazolincarboxylaten, N-Alkylbetainen, Sultainen und irgendeiner Kombination davon.

17. Verfahren zur Herstellung einer homogenen, festen Reinigungszusammensetzung umfassend ein Harnstoffhärtungsmittel umfassend, daß man

(a) in einem kontinuierlichen Mischsystem mit hoher Scherung eine härtende Menge Harnstoff und eine wirksame Menge eines Reinigungsmittels miteinander vermischt, um eine im wesentlichen homogene Mischung zu bilden; wobei der Harnstoff eine Teilchengröße aufweist, die wirksam ist, um mit dem Reinigungsmittel als im wesentlichen homogene Mischung vereinigt zu werden ohne die Anwendung von Wärme aus einer äußeren Quelle, um das Schmelzen des Harnstoffs zu verursachen;

(b) die Mischung aus dem Mischsystem austrägt und

(c) die Mischung zu der festen Zusammensetzung härten läßt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, worin das Reinigungsmittel mit einer Menge und Teilchengröße des Harnstoffs vereinigt wird, die wirksam ist, um eine Matrix zu bilden, in der das Reinigungsmittel und der Harnstoff im wesentlichen gleichförmig verteilt sind.

19. Verfahren nach Anspruch 18, worin der Harnstoff eine Teilchengröße von 8 bis 15 U. S. mesh (1,25 bis 2,5 mm) hat und das Verfahren beinhaltet, daß man die Teilchengröße des Harnstoffs vor oder während der Mischstufe (a) vermindert.

20. Verfahren nach Anspruch 19, worin die Teilchengröße des Harnstoffs durch Vermahlen vermindert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Mischtemperatur in Stufe (a) 30 bis 132,2ºC, bevorzugt 0,5 bis 50ºC unterhalb des Schmelzpunktes des Harnstoffs, ist.

22. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Mischung aus dem Mischsystem bei einer Temperatur von 15 bis 80ºC ausgetragen wird.