Добавка для усиления качеств стирального порошка и моющих средств

Данное изобретение относится к категории экологических моющих средств и является сухим порошком, применяющимся для стирки тканей. Приведен его процентный массовый состав, содержащий следующие соединения:

• Натриевые соли сульфированных метиловых эфиров жирных карбоновых кислот (С₁₂-С₁₈), имеющих четное число углеродных атомов в цепи и полученных из растительных масел натурального происхождения: 8 – 15%;
• Натриевые либо калиевые соли сульфированных жирных спиртов (С₈-С₁₈), имеющих четное количество углеродных атомов в цепи и полученных из растительных масел натурального происхождения: 3 – 10%;
• Натриевые либо калиевые соли насыщенных, либо ненасыщенных жирных карбоновых кислот (С₈-С₂₄), имеющих четное количество углеродных атомов в цепи, которые были получены из растительных масел натурального происхождения: 3 – 5%;
• Этоксилированные жирные спирты, имеющие обобщенную химическую формулу R-(OCH₂CH₂)_x-OH. В ней ROH — жирные спирты (С₁₀-С₁₈), имеющие четное количество углеродных атомов и полученные из растительных масел натурального происхождения, Х – общее число молей окиси этилена от 0.5 до 9: 4 – 9%;
• Минералы цеолиты: 15 – 30%;
• Карбонат натрия: 0.5 – 10%;
• Силикат натрия: 0.5 – 10%;
• Перкарбонат натрия: 10 – 30%;
• Тетраацетилэтилендиамин: 1 – 10%;
• Смесь из энзимов (протеаз, липаз, амилаз): 0.05 – 5%;
• Поливинилпирролидон: 0.1 – 2%;
• Карбоксиметилинулин: 1.5 – 3.5%;
• Комплексон аминополикарбоксилатный: 1 – 7%;
• Пеногаситель: 0.2 – 2%.

Результат и особенности применения профессиональных добавок к моющим средствам

Техническим результатом применения средства COMIXIL, является:

• Повышение отбеливающей способности при низких температурах стирки;
• Увеличение моющего эффекта, очистки от различного рода загрязнений;
• Предотвращение инкрустации и повреждения волокон ткани.

Рост эффективности применения средства достигается за счет подбора и комбинации эффектов отдельных биоразлагаемых ПАВ, созданных на основе сырья натурального происхождения, энизмов, смягчителей, а также прочих активных химических добавок.

Экодобавка COMIXSIL является экологичным моющим средством, представляет собой сухой порошок для стирки. Может применятся как для ручной, так и машинной стирки, а также для замачивания всех видов тканей. Исключения составляют ткани из шерсти и шелка.

Требования к современным моющим средствам

В настоящее время, приоритетом исследований и разработок новых составов экологичных функциональных добавок для моющих средств и стиральных порошков является создание рецептур, которые сочетают:

• Высокие показатели отбеливающей и моющей способности;
• Высокий уровень активности при низких температурах стирки;
• Низкий уровень загрязнений природы.

Главным требованием к составам выступает бережное воздействие моющего состава на ткань, что заключается в отсутствии ее инкрустации, а также сохранении пигментации окрашенных участков. Современные способы и оборудование для анализа позволяют определить такие рецептуры, которые частично или в полной мере соответствуют указанным выше требованиям. 

Существующие альтернативы и их недостатки

Альтернативами настоящему изобретению могут служить:

• Универсальное сухое моющее средство

Средство в виде порошка, в состав которого входит перемолотые фракции сапонинсодержащих растений. Эти растения выделяют ПАВ в момент применения. Дополнительными компонентами, имеющими природное происхождение и выполняющими стабилизирующую функцию, выступают: цеолит, порошок горчицы, соль, гуар либо кварц. Недостатками указанного моющего средства выступает низкая эффективность и отбеливающая способность. Они вызваны повышенным образованием пены и недостаточным уровнем мягкости тканей после проведения стирки.

• Органическое моющее средство.

В состав рецептуры входит: от 0.1% до 95% мыльной ягоды, от 0.1% до 35% ПАВ, от 0.01% до 95% компонентов (карбонат натрия, бикарбонат натрия, гидроксид натрия, гидроксид калия), от 0.1% до 95% омыленных масел, от 0.1% до 45% спирта, от 0.01% до 10% различных консервантов, от 0.01% до 10% хлорида кальция, от 0.1% до 35% различных химических загустителей, а также от 0.1% до 10% ароматизирующих веществ искусственного происхождения. Недостатками данного средства выступает низкая эффективность по удалению пятен и слабые отбеливающие возможности. Это связано с отсутствием химически активных отбеливателей и ферментов. Поэтому при использовании данного средства со временем неизбежно появление загрязнений ткани, в том числе минерального происхождения. Это делает ее волокна более грубыми на ощупь и чувствительными к механическим повреждениям. Также ткань начнет утрачивать пигментацию.

• Рецепт, на основе натуральных стиральных порошков

По ряду причин считается наиболее похожим техническим решением к данном изобретению. В его состав входят: >60% источников перекиси водорода, создаваемого из перкарбоната натрия, пербората натрия, а также их смеси, до 30% карбоната натрия, от 0.1% до 10% ПАВ жирных спиртов. Главным минусом состава является невысокая эффективность, что выражается в слабой моющей способности в сравнении к очистке от загрязнений при невысоких температурах. Также для использования состава характерна инкрустация, недостаточная мягкость тканей после стирки. Подобные эффекты являются следствием содержания большого количества перекисных отбеливателей, которые становятся эффективными лишь при высоким температурах воздействия. Еще одной причиной выступает отсутствие ферментов, комплексообразователей и композиций ПАВ с достаточной моющей способностью для очистки от различного рода загрязнений.

Задачи, которые решает активная добавка к моющему средству

Основными задачами, ставящимися перед изобретением, являются:

• Повышение эффективности моющего средства при стирке ткани в невысоких температурах;
• Улучшение отбеливающей и моющей способней при стирке ткани в невысоких температурах;
• Снижение инкрустации постиранных тканей;
• Создании рецепта, в состав которого входят исключительно экологически чистые и биоразлагаемые компоненты.

Результат при использовании данного изобретения достигается за счет состава, наличия биоразлагаемых ПАВ, энзимов, а также компонентов, умягчающих воду. Подбор оптимальной концентрации и пропорции отдельных составляющих обеспечивает более высокую эффективность в сравнении с другими экологическими средствами.

Подробный состав порошкообразной смеси представлен в таблице

Таким образом, приведенная в таблице 1 рецептура, взятая в соответствующих процентных массовых долях, обеспечивает требуемые показатели моющей и отбеливающей способности. При этом, само средство не подвержено слеживанию, сохраняет все свои активные свойства даже если не используется длительное время.

Описание компонент состава изобретения

Анионные ПАВ

В качестве анионных поверхностно-активных веществ в данном изобретении выступают натриевые соли альфа-сульфированных метиловых эфиров жирных кислот (MES). Высокая биоразлагаемость и хорошая растворимость в воде, делает их доступной и эффективной альтернативой классическим алкилбензолсульфонатам, использующимся в современных средствах для стирки тканей.

MES состоит из мононатриевых солей R-CH(SO₃Na)-COOCH₃, но может дополнительно содержать примесь динатриевых солей R-CH(SO₃Na)-COONa. Подобные составы получают посредством сульфирования метиловых эфиров жирных кислот сульфирующим агентом (SO₃), после чего производят их нейтрализацию гидроксидом натрия. Подобный способ производства приводит к тому, что нужные элементы образуются в результате омыления эфира. А поскольку динатриевые соли имеют более низкую отстирывающую способность в сравнении с мононатриевыми, то их использование целесообразно лишь в качестве промышленных продуктов, в которых содержание находится на уровне до 6%. А поэтому, для получения MES используют жирные карбоновые кислоты с четным числом углеродных атомов С₁₂-С₁₈, которые удобно получать из масел растительного происхождения: пальмовое, пальмоядровое, соевое и т.д.

Если учесть, что составы с углеродной цепочкой С₁₆-С₁₈ имеют минимальное пенообразование и высокую моющую способность, то именно они являются наилучшим решением ПАВ для машинной стирки. Применительно к товарным продуктам, представленным на рынке, это следующие средства:

• Mizulan P-82 от «LION ECO CHEMICALS SDN BHD»;
• Wilfames C16 PR-15 от «Wilmar, PT GLOBAL ECO CHEMICALS INDONESIA»;
• PALMFONATE 6738 от «KLK Oleo» и т.д.

В данном изобретении, MES выступают в роли базовых ПАВ. И в сравнении с алкилбензолсульфонатами натрия, они более экологичны, так как производятся не из нефтяного, а натурального – растительного сырья. У них выше биоразлагаемая способность, а процентный массовый состав от суммарного количества ПАВ достигает от 50% до 75%. В общей массовой доле, средства MES составляют от 8% до 15%.

Еще одним компонентом активных анионных ПАВ в средстве являются алкилсульфаты щелочных металлов. Они имеют формулу R-SO₃M и обладают высокой смачивающей и диспергирующей способностями, что обеспечивает высокие моющие свойства. Выполненные из натурального сырья, алкилсульфаты также хорошо и быстро разлагаются в окружающей среде. А чтобы снизить сильное пеновыделение, в их состав добавляют специальные пеногасители. Рекомендованными к использованию в данном изобретении алкилсульфатами являются компоненты с С₁₂-С₁₄ или С₁₂-С₁₆ углеродными цепочками. Вариантами товарных продуктов, представленных на рынке с подобными компонентами, выступают следующие средства:

• Emal 10G производства «Kao Chemicals Europe»;
• Sulfolon LMG95 от «AARTI INDUSTRIES LIMITED»;
• Sulfopon 1216 G от «BASF»; GINOPOL — 24 N от «Godrej Industries Limited»; и т.д.

Не смотря на высокую моющую способность, алкилсульфаты выпадают в осадок в жесткой воде. Их совместное использование с MES имеет синергетический эффект, который выражается в лучшей моющей способности, вне зависимости от уровня жесткости воды. Оптимальным соотношением между алкилсульфатами и MES является пропорция: от 3:1 до 3:2. Поэтому, их процентная массовая доля в составе изобретения, составляет от 3% до 10%.

Средство также содержит натриевые и калиевые соли карбоновых кислот, полученных из растительного сырья. Соли жирных кислот представлены формулой R-COOM. Подобные средства известны давно и используются как эффективные мыла для стирки разных тканей. Дополнительно, они обладают эффектом снижения пенообразования в машинке, что выгодно для стиральных машин с горизонтальной загрузкой белья.

Жирные кислоты, используемые в изобретении, могут быть получены из натурального сырья, продуктов кокосового, хлопкового оливкового, соевого и некоторых других видов масла, а также их смеси. Приоритетным вариантом являются жиры, выделенные из кокосового масла.

Для обеспечения пеногасящих и отбеливающих свойств, жирнокислотные мыла составляют от 3% до 5% массовой доли в общем составе изобретения. Если их использовать менее 3%, то пеногасящие свойства смеси будут недостаточными. А введение более 5% приведет к тому, что средство будет менее эффективно для стирки в жесткой воде.

Неионные ПАВ

Неионные ПАВ выполняют функции смачивателя, эмульгатора и солюбилизатора гидрофобных загрязнений. В данном средстве, в качестве неионных ПАВ выступают этоксилированные первичные спирты, имеющие формулу R-(OCH₂CH₂)_x-OH. Они хорошо справляются с загрязнениями тканей и получаются из сырья природного происхождения, являются полностью биоразлагаемыми.

Для обеспечения максимальной синергии и моющей способности состава, пропорция анионных и неионных ПАВ выбирается в соотношении диапазона: от 4:1 до 2:1. Процентный массовый состав этоксилированных спиртов в данном средстве составляет от 4% до 9%.

Приведенные соотношения компонентов ПАВ обеспечивают высокую моющую способность и отбеливание тканей от различных загрязнений в мягкой воде. В жесткой воде, активность анионных ПАВ существенно уменьшается, что вызвано воздействием солей кальция и магния. Более того, они начинают принимать участие в самом процессе очистки тканей от загрязнений, что приводит к перерасходу моющего средства. А также осаждаются на ткани, делая ее менее эластичной, ухудшая воздухопроницаемость и гигроскопичность.

Важно отметить, что вне зависимости от качества стирки, каждое полоскание в жесткое воде и последующая сушка приводят к образованию минеральных солей в волокнах. И данная проблема лишь накапливается в результате последующих циклов стирки и полоскания тканей. Кристаллы соли снижают гладкость и эластичность ткани. Она становится восприимчивой к механическим нагрузкам, так как усиливается трение между отдельными волокнами в результате их смещения друг относительно друга. Как следствие, такая ткань быстрее повреждается и рвется.

Чтобы предотвратить образования солей в жесткой воде и сохранить эффективность ПАВ, подбирается сбалансированный комплекс минеральных и органических добавок. Он позволяет устранить негативное влияние ионов магния и кальция. В качестве подобных добавок служат: цеолиты, комплексоны, силикаты и т.д.

Цеолиты

Цеолиты в данном изобретении выступают в качестве связующих ионов кальция и магния. Это алюмосиликаты щелочных элементов, как натурального, так и искусственного происхождения. Имеют вид твердого порошка, который не растворяется в воде. Кристалл цеолита имеет каналы и полости, что придает ему развитую внутреннюю структуру. Когда раствор контактирует с жесткой водой, то цеолиты сорбируют ионы кальция и магния, замещая их ионами натрия и калия. Именно ионообменная емкость цеолитов является их основной характеристикой.

В природе цеолиты довольны доступны и обладают хорошей регенерацией. Они без проблем выдерживают температуры до + 600 градусов Цельсия, устойчивы к агрессивными средам. А еще признаны экологичными и нетоксичными элементами, что позволяет их использовать для подобных моющих составов.

Машинная стирка использует воду централизованного водоснабжения с показателем жесткости в 7Ж. Если взять соотношение воды и моющего средства как 10 литров к 60 граммам, то для умягчения такого показателя потребуется до 12 грамм безводного цеолита (20% от общей массы моющего средства). А учитывая, что товарная форма цеолитов имеет около 10% воды при обменной емкости до 80%, то расчетное значение цеолита для таких условий составляет 30%. Если жесткость воды меньше, то и процентное соотношение цеолита также ниже. Отсюда и получаем требуемые 15% — 30% доли массового состава в общей рецептуре. 

Аминополикарбоксилатные комплексоны

Данные вещества добавляются для снижения инкрустаций ранее постиранной ткани и смягчения действия цеолитов. Это экологичные вещества, представленные следующими компонентами:

• — натриевая соль метилглициниминодиуксусной кислоты (МГДА) CAS № 164462-16-2;
• — натриевая соль глютаминиминодиуксусной кислоты (ГЛДА) CAS № 51981-21-6;
• — натриевая соль гидроксиэтилиминодиуксусной кислоты (ГЭИДА) CAS № 135-37-5.

Вещества используются как по отдельности, так и в качестве смеси. Комплексоны хорошо растворимы в щелочном растворе, преобразуют ионы кальция, магния и тяжелых металлов в устойчивые водорастворимые соединения – комплексонаты. Те, в свою очередь, нетоксичны, биоразлагаемы и абсолютно безопасны в бытовом применении.

Комплексоны отличаются высокими скоростями связывания ионов, весьма успешно дополняют свойства цеолитов. Также их введение в состав моющего средства способствует сохранению высоких показателей моющих и отбеливающих свойств при небольших дозировках и высоких уровнях жесткости воды. Поскольку комплексоны имеют различную молярную массу, то их общая массовая доля в средстве колеблется от 1% до 7%.

Карбоксиметилинулин

Порошкообразное средство, легкорастворимое в воде, не токсично и полностью биоразлагаемо. В данном изобретении используется CAS № 430439-54-6в качестве комплексообразователя, диспергатора и ингибитора солевых отложений. Изготавливается из натурального сырья.

Карбоксиметилинулин позволяет стирать в жесткой воде либо при сниженных концентрациях моющего средства. Его наличие обеспечивает отсутствие осадка в виде солей жесткости на тканях. Норма ввода вещества в общий состав, колеблется от 1.5% — 3.5% по массовой доле.

Силикат натрия

Натриевые соли кремниевой кислоты с формулой хNa₂O ⋅ уSiO₂. Отношение y / х называется кремнеземным модулем. Он определяет растворимость и склонность к реакции гидролиза. Нормой использования вещества в общем составе настоящего изобретения составляет от 1.7 % до 2.5% массы.

Силикаты натрия выступают в качестве связующих солей жесткости, преобразуя их в мелкие нерастворимые соединения, что способствует удалению пятен и загрязнений. Также они являются ингибиторами коррозии металлов, уменьшают критическую концентрацию мицеллообразования ПАВ, а также увеличивает их химическую активность.

В данном изобретении применяется дисиликат натрия. Это гранулированная смесь, с приблизительно равными пропорциями карбоната и дисиликата натрия.

В данном изобретении, вводится от 2% до 10% дисиликата натрия. Если его меньше, то ухудшаются ресорбиующие свойства компонента, а если больше – среда приобретает слишком высокую щелочность (снижается эффективность ПАВ и прочих компонент).

Карбонат натрия

Натриевые соли угольной кислоты с формулой Na₂CO₃. Являются белым порошком с высокой растворимостью. В воде карбонат натрия гидролизуется, насыщая среду щелочными свойствами. При стирке позволяет убрать натуральные жировые и масляные загрязнения, переводя их в растворы, что способствует лучшей моющей активности всего вещества. Также выполнять роль смягчителя, осаждая соли жесткости в качестве осадка карбоната кальция и магния.

Карбонат натрия добавляют в массовом количестве от 4% до 10%. При более низкой концентрации, осадительные и буферные свойства компонента проявляются недостаточно. При более высоких концентрациях, водный раствор приобретает высокую щелочность.

Ферменты (энзимы)

Вещества, используемые по отдельности, либо в комбинации из двух и более компонент одновременно, для удаления белковых, углеводных и натуральных пятен жира с волокон. Они состоят из:

• Целлюлазы;
• гемицеллюлазы,
• протеазы,
• глюкоамилазы и т.д.

Используемые в данном изобретении энзимы натурального происхождения, растительного либо микроорганизмового. Приоритетными вариантами для использования являются те, которые имеют высокую устойчивость в щелочных средах, термостабильны, и устойчивы к ПАВ, снижающим их ферментативные свойства.

Приоритетной комбинацией ферментов является рецептура, содержащая смеси гидролаз. Они входят в состав настоящего изобретения в концентрациях от 0.05% до 5%, а оптимальная концентрация будет зависеть от ферментативной активности компонент.

Перекарбонат натрия (отбеливатель)

Отбеливатель применяется для повышения эффективности, удаления пигментированных загрязнителей с волокон ткани при стирке. Наиболее распространенным из них является перокарбонат натрия (химическая формула Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂,). Средство является белым порошком, с высокой растворимостью в воде, и образует перекись водорода, которая обладает сильной окислительной и дезинфицирующей способностью. 

На качество отбеливания влияют 4 основных фактора:

• Концентрация вещества;
• Уровень рН раствора;
• Температура;
• Длительность стирки.

При температурах от +20 до +40 градусов Цельсия, вместе с данным средством используют тетраацетилэтилендиамин (ТАЭД). Это вещество образует промежуточные соединения с перексид ионами, имеющими более высокую активность при низких температурах. ТАЭД имеет органическое происхождение, низкотоксичен и биоразлагаем.

Для настоящего изобретения, можно использовать перокарбонат натрия, используя процентное массовое содержание от 1% до 10%.

Сополимер винилпирролидон

Вещество, необходимое для предотвращения переноса красителей во время процесса стирки тканей. Это биоразлагаемый и нетоксичный ингибитор, его количество сополимера в общем составе: от 0.1% до 2%.

Пеногаситель

Средства для снижения образования пены при стирке. В настоящем изобретении используются пеногасители в виде натуральных монокарбоновых кислот, сложных эфиров и одноатомных спиртов. Его оптимальная концентрация составляет от 0.2 до 2.0%.

Как получают изобретение в лабораторных условиях

Моющее средство для стирки и отбеливания тканей получают с использованием технологического оборудования посредством смешивания порошкообразных и гранулированных компонентов. Оно отличается высокими потребительскими характеристиками, технологичностью, экономно в производстве, бытовом и промышленном применении. Состав данного изобретения включает только доступное на рынке сырье.

Стандарты и сертификация

Для определения эффективности, экологичности и других свойств текущего изобретения, оно было протестировано в соответствии с отечественными и международными стандартами:

• Моющая способность определялась исходя из методики ГОСТ 22567.15-95. В частности, проводились испытания на соотношение степени очистки от загрязнений данным средством к степени очистки от загрязнений сравнительными растворами, используя одинаковые искусственно созданные условия загрязнения, такие как: масляные и белковые составы хлопчатобумажной ткани при температурах в +40 градусов Цельсия и машинной стирке.
• Отбеливающая способность определялась исходя из методики ГОСТ 22567.11-82. В частности, проводились испытания на соотношение увеличения белизны ткани при отбеливании данным средством к увеличению белизны сравнительными растворами, используя одинаковые искусственно созданные условия (температура +40 градусов Цельсия, концентрация средства 3 г/л, время стирки – 30 минут);
• Неорганическая инкрустация определялась исходя из стандарта DIN 53 919, часть 2. В частности, проводилось сжигание образца хлопка после стирки и взвешивание массы остатка золы. Результаты проведенных измерений представлены в таблице 3.
• Органическая инкрустация (ПАВ, кальциевое мыло и т.д.) определялась исходя из стандарта ISO 4312:1989. В частности, проводилась экстракция стандартного образца ткани после нескольких машинных стирок. В дальнейшем, из остатка экстракта выпаривался растворитель после чего он взвешивался. Расчет проводился в качестве процента от массы исследуемой ткани. Результаты приведены в таблице 3.

Все полученные в таблице результаты представлены для образцов, полученных в промышленных условиях. Они свидетельствуют о том, что указанное экологическое моющее средство:

• Способно расширить существующий ассортимент моющих средств для машинной и ручной стирки;
• Имеет высокую эффективность, моющую и отбеливающую способности;
• Экономично в производстве, бытовом и промышленном использовании;
• Создает меньшую высоту пенного столба, что актуально для современных высокоскоростных автоматических машин;
• Имеет уникальную рецептуру из биоразлагаемых ПАВ натурального растительного происхождения, а также прочих компонент и добавок, что оказывает высокую эффективность, в сравнении с другими известными экологическими моющими средствами для стирки.

Отличительные качества экологичной добавки для моющего средства

• Натриевые соли карбоновых кислот и цеолит могут применяться в виде заранее составленной смеси порошков;
• Карбонат и силикат натрия могут применяться в виде заранее составленной смеси порошков;
• В качестве комплексона используются натриевые соли метилглициниминодиуксусной, глютаминиминодиуксусной гидроксиэтилиминодиуксусной кислот, взятые по отдельности либо в качестве смеси;
• Массовая доля пеногасителя в виде алкоксилированного терпена составляет до 2%.