DE19620792A1

DE19620792A1 - Herstellung und Verwendung gut verarbeitbarer Komponenten für halbsynthetische Toiletteseifen

Info

Publication number: DE19620792A1
Application number: DE1996120792
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Hollstein
Original assignee: Zschimmer and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Zschimmer and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-11-27

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung binärer Gemische aus partiell oder vollständig verseiften Fettsäuren mit jeweils einem anionischen, nichtionischen oder amphoteren Tensid sowie deren Verwendung in halbsynthetischen Feinseifen.

Seife in Form von Alkalisalzen aus der Natur gewonnener Fettsäuren ist das älteste bekannte Körperreinigungsmittel. Im Laufe der technischen Entwicklung wurde sie laufend verbessert bis zum heutigen Qualitätsstandard moderner hochwertiger Toiletteseifen. Neben ihren positiven Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften jedoch besitzt Seife einige negative Merkmale, so z. B. Unverträg lichkeit mit hartem Wasser und empfindlicher Haut.

Mit der großtechnischen Verfügbarkeit synthetischer grenzflächen aktiver Substanzen, im folgenden Tenside genannt, wurde daher versucht, diese Nachteile einer Toiletteseife durch völlige oder teilweise Substitution der Fettsäureseife zu eliminieren. Das Resultat dieser Bemühungen waren sogenannte Syndetseifen (Syndets, Syndetbars) bzw. halbsynthetische Seifen (Combo-bars, Combars). Der Stand der entsprechenden Technologien ist in der Literatur beschrieben, z. B. M. Hollstein and L. Spitz, JAOCS 59 (1982) 442; Z. Piso and C. A. Winder, Soap, Syndet and Soap/Syndet Bar Formulations, in: L. Spitz (Editor), Soap Technology for the 1990′s, American Oil Chemists′ Society, Champaign 1990, p. 209 ff . . Halbsynthetische Seifen sollen die Vorteile der Fettsäureseife mit denen der Syndets in sich vereinen, ohne deren Nachteile aufzuweisen, so vor allem kostengünstige Rohstoffe und Fertigung, gutes Schaum- und Ver sumpfungsverhalten sowie insbesondere gute Haut- und Schleimhaut verträglichkeit.

Zur Kombination mit Fettsäureseife wurde eine Vielzahl von Tensiden vorgeschlagen, zumeist als Mehrkomponenten-Gemische. So beschreibt die WO 92/16609 als Mischungsbestandteile Na-Cocoylglycerylether sulfonat und Na-Lauroylsarkosinat in Verbindung mit Fettsäuren und deren Magnesium-Salzen. Transparente Combo-bars beschreibt die USP 4 963 284, wobei Na-Cocoylisethionat zusammen mit Na-Lauryl ethercarboxylaten und/oder Na-Laurylsulfat bzw. Cocoyltaurat als Mischung von Tensiden mit Seife kombiniert wird. Auch die Verwendung anderer marktüblicher Tenside wie Sulfosuccinate und Cocoamidopropyl betain in Kombination mit Fettsäuren bzw. deren Seifen ist bekannt (EP 0542526 A1).

Die Herstellung der halbsynthetischen Toiletteseifen erfolgt in üblicher Verfahrensweise durch Mischen der einzelnen Bestandteile in einem Knetmischer, Homogenisieren der Masse in einem Walzenstuhl und/oder Extruder sowie anschließendem Verstrangen in einer Strang presse mit Schneiden und Stanzen oder aber direktem Formgießen zu Seifenstücken. Diese Verfahren sind Stand der Technik, als solche in der Fach- und Patentliteratur beschrieben und nicht Gegenstand der Erfindung.

Die derart hergestellten Combo-bars können außer Seife bzw. Fettsäuren und Tensiden Füllstoffe, Plastifikatoren und neben Farb- und Riech stoffen andere Additive zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften enthalten. Der Gehalt an Wasser liegt je nach Formulierung zumeist zwischen 3 und 15%. Höhere Wassergehalte führen zu Verarbeitungs problemen bei der Herstellung und der Verschlechterung einiger Gebrauchseigenschaften wie Versumpfung und Abrieb.

Die Reduzierung des Wassergehalts kann auf zwei Wegen erreicht werden, entweder durch Trocknen einer wäßrigen Lösung bzw. Dispersion der Mischung vor der eigentlichen Verarbeitung oder durch Vermischen von Komponenten mit entsprechend niedrigen Wasseranteilen. Ersteres erfordert einen hohen technischen Aufwand für Trocknungseinrichtungen wie Sprühtrockner oder Oberflächenverdampfer, über die viele Hersteller von Toiletteseifen nicht verfügen. Andererseits ist die Einsatzmöglichkeit weitgehend wasserfreier synthetischer Tenside eingeschränkt, da diese häufig in z. B. Pulver- oder Granulatform nicht oder nur unter hohen Kosten herstell- und lieferbar sind. Daraus resultiert eine oft gravierende Einengung der Formulierungs freiheit und Rezepturoptimierung.

Weitere Probleme ergeben sich bei pulverförmigen Tensiden, deren Staubbildung bei der Verarbeitung zusätzlichen Aufwand für Arbeits- und Umweltschutz erfordert, so z. B. Absaugungs- und Abscheidungs vorrichtungen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, Tenside in Form gut verarbeitbarer Komponenten für Combo-bars zur Verfügung zu stellen, die obige Nachteile nicht aufweisen. Als Lösung wurde erfindungsgemäß die Kombination jeweils eines Tensids mit Seife bzw. Fettsäure in Form eines binären Compounds gefunden. In diesem Sinne ist die Matrix Seife/Fettsäure als der eine Bestandteil des Compounds definiert.

Binäre Gemische von Seife bzw. Fettsäuren mit Tensiden sind an sich bekannt. Zum Beispiel enthalten die marktüblichen, den Seifen chemisch verwandten Na-Fettsäureisethionate Anteile von ca. 10% Fettsäure bzw. Seife als herstellungsbedingte Verunreinigungen (Beispiele: Arlatone SCI von ICI Surfactants, Elfan AT 84 von Akzo Chemicals). Diese Anteile können bei der Fertigung bewußt höher eingestellt werden, um spezielle physikalische Eigenschaften zu erzielen.

So beschreibt die DE 42 36 502 A1 die Herstellung seifenhaltiger Fettsäureisethionate unter Zusatz von 10-25% Fettsäuren und deren Seifen. Die enthaltenen Gemische bleiben dadurch homogen und unter 100°C fließfähig. Ihre Verwendung u. a. zu Herstellung von "Syndetseife" wird zwar erwähnt, bleibt aber auf die Tensidklasse der Isethionate beschränkt. Somit fehlt die technische Lösung, Combo-bars mit einer größeren Auswahl von Tensiden, jeweils in Kombination mit Seife/Fettsäure vorliegend, weitgehend variabel und komplex in ein facher Weise formulieren und herstellen zu können.

Die DE 37 03 258 A1 beschreibt die Kombination von Seife mit mindestens einem Tensid unter Zusatz von Additiven als hautverträgliches Körperpflegemittel auf Seifenbasis. Eine mögliche Verwendung als Komponente zur Herstellung halbsynthetischer Seifen wird nicht erwähnt. Als Mischungsverhältnis Seife:Tensid wird der Bereich 92 : 3 bis 65 : 30, vorzugsweise 85 : 10 bis 75 : 20, angegeben. Als Tensid komponente sind ausschließlich Carboxymethylether oxethylierter Fett säurederivate und Fettalkohole genannt, die bereits in relativ geringen Mengen hautverträglich wirksam werden. Dabei ist die Kombination nicht auf stückförmige Körperpflegemittel beschränkt, sondern auf flüssige oder pastöse Darreichungsformen ausgedehnt. Gemische von Seife mit anderen Tensiden als den beanspruchten Carboxymethylethern werden aufgrund ihrer Konsistenz als nicht befriedigend verarbeitbar bezeichnet.

Es wurde nun gefunden, daß gut verarbeitbare Komponenten für halb synthetische Toiletteseifen nach einem Verfahren erhalten werden können, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Komponenten in Form binärer Mischungen von vollständig oder nur teilweise verseiften Fettsäuren mit anionischen, nichtionischen oder amphoteren synthetischen Tensiden hergestellt werden.

Die vollständig oder teilweise in Form von Seife vorliegenden Fettsäuren sind als der eine Bestandteil der Komponente definiert, der als Matrix für das jeweilige synthetische Tensid als den anderen Bestandteil der Komponente dient, um dessen Verarbeitbarkeit zu Combo-bars zu verbessern und zu vereinfachen. Der Anteil unverseifter, freier Fettsäuren zu Seifen/Fettsäureanteil kann zwischen 0 und 50% liegen; vorzugsweise beträgt er 5-15%. Die Beimischung der Fett säuren kann vorteilhafter Weise bereits "in situ" bei der Herstellung des Tensids oder aber danach erfolgen. Im ersten Fall wird die gegebenenfalls zur Umsetzung verwendete Fettsäure in entsprechendem Überschuß eingesetzt und am Ende teilweise oder ganz neutralisiert. Überschüssiges Wasser wird durch übliche Trocknungsverfahren wie beispielsweise Sprühen, Oberflächenverdampfung, Gefriertrocknung u.ä. entfernt. Die binären Mischungen werden auf einen Restwassergehalt von 0-20%, vorzugsweise 3-15% getrocknet. Je nach Trocknungs- und Austragsart erhält man Granulate, Schuppen, Pallets oder ähnliche geeignete Lieferformen.

Das Mischungsverhältnis von Seife/Fettsäure zu synthetischem Tensid liegt im Bereich von 10 : 90 bis 90 : 10, jeweils bezogen auf Aktivsubstanz, vorzugsweise im Bereich 25 : 75 und 40 : 60. Damit ist ausreichender Spielraum für die Fertigformulierung der Combo-bars gewährleistet. Es sind aber auch Verhältnisse außerhalb dieses Bereiches möglich. Überraschenderweise zeigte sich, daß bereits mit relativ niedrigen Anteilen, wie z. B. 10-30% an ganz oder partiell verseiften Fettsäuren weitgehend feste, wachsartige binäre Tensid-Compounds in gut weiterverarbeitbarer Form erhältlich sind. Im Gegensatz dazu ergeben viele marktgängige Tenside allein für sich unter analogen Trocknungsbedingungen zähe, klebrige Massen, die so kaum verarbeitbar sind. Aus diesem Grund sind sie zumeist nur in wäßrigen Lösungen im Handel, z. B. Na-Laurylethersulfat, Cocoamidopropylbetain oder Alkylpolyglycoside.

Als Seifen-/Fettsäureanteil der erfindungsgemäßen Komponenten kommen die in der Seifenindustrie üblicherweise verwendeten Schnitte der Cocos-, Palmöl-, Palmkernöl- und Talgfettsäuren in Frage, so insbesondere die gängigen "Grundseife"-Mischungen Talg:Cocos bzw. Palmkern von 90 : 10 bis 40 : 60. Freie Fettsäuren bewirken die Eigenschaften der "überfetteten" Seife und dienen gleichermaßen als Matrix-Bestandteil. Außerdem verbessern sie die Verarbeitbarkeit und die Struktur der resultierenden Stücke. Der Anteil unverseifter, freier Fettsäuren im Seifen/Fettsäureanteil kann im Bereich zwischen 0 und 50% liegen; vorzugsweise beträgt er 5-15%.

Als jeweiliger synthetischer Tensidanteil der Komponenten kommen alle für kosmetische Anwendungen geeigneten synthetischen grenzflächenaktiven Substanzen in Frage. Aus der Gruppe der anionischen Tenside sind dies beispielsweise Sulfate, Carboxylate, Sulfosuccinate, Sulfoacetate, Phosphate von Alkyl- und Alkylether resten, Sulforizinoleate, Sulfofettsäureester, Tauride, Sarcosinate und Alkylglycerylethersulfonate. Geeignete nichtionische Tenside sind Fettsäure-, Fettalkohol- und Triglyceridethoxylate, Fettsäure alkanolamide und Alkylpolyglycoside. Als amphotere Tenside kommen insbesondere Fettsäureamidoalkylbetaine und -amphodiacetate in Frage. Die erfindungsgemäß hergestellten binären Komponenten werden in üblichen Seifenanlagen zu stückförmigen halbsynthetischen Toiletteseifen verarbeitet. Dazu werden sie rezepturgemäß allein oder miteinander kombiniert mit Fettsäure-Grundseife und Additiven vermischt, homogenisiert, verstrangt und zu Stücken gepreßt. Spezielle Einrichtungen sind nicht erforderlich. Zusätze an Hilfsstoffen wie Paraffine, Fettalkohole, Glyceride etc. sind möglich.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie darauf zu beschränken.

A) Herstellung der Komponenten

Bedingt durch die Ansatzgrößen im Labormaßstab wurde als Trocknungs methode die Gefriertrocknung gewählt. Andere Trocknungsverfahren sind gleichermaßen geeignet.

Beispiel 1 Na-Cocoylamidopropylbetain

258 g Dimethylaminopropylamin wurden mit Cocosölfettsäure in 60% molarem Überschuß zum entsprechenden Amidamin in bekannter Verfahrens weise umgesetzt. Die anschließende Quarternierung erfolgte in ebenfalls üblicher Reaktionsführung durch äquimolekulare Umsetzung des Amidamins mit Na-Monochloracetat in wäßrig NaOH-alkalischem Medium. Es resultierte ein gelblich, leicht opakes hochviskoses Produkt, das nach dem Trocknen als beigefarbene, wachsartige Komponente mit folgender Zusammensetzung vorlag:

65% Cocoamidopropylbetain
22% Cocosölfettsäure, Na-Salz
9% Kochsalz (Reaktions-Nebenprodukt)
4% Wasser

Beispiel 2 Na-Laurylethersulfosuccinat

0,69 mol Laurylalkoholpolyglycolether (3 EO) wurden in bekannter Weise mit 0,74 mol Maleinsäureanhydrid zum entsprechenden Halbester umgesetzt und anschließend mit 0,75 mol Na-Sulfit in Gegenwart einer äquimolaren Masse von Na-Hydroxyd zum Sulfobernsteinsäurehalbester sulfitiert. Anschließend wurden bei 50 °C 0,16 mol Cocosölfettsäure eingerührt und mit ca. 4 g 45%iger wäßriger NaOH-Lösung auf einen pH-Wert von 7-8 neutralisiert. Die viskose, gelige und fast farblose Mischung ergab nach Trocknung eine nahezu weiße wachsartige Komponente annähernd folgender Zusammensetzung:

86% Sulfosuccinat
10% Cocosölfettsäure, Na-Salz
4% Wasser

Beispiele 3-6 Weitere anionische Tenside

Die hier aufgeführten binären Komponenten wurden durch Mischen einer Talg-/Cocos-Grundseifenmasse mit jeweils einem marktüblichen anionischen Tensid und anschließendes Trocknen hergestellt. Je nach Höhe des Restwassergehalts betrug der Seifen-/Fettsäureanteil 23-25%. In allen Fällen lagen Na-Salze vor.

Beispiel 7 Cocosfettsäurediethanolamid

Durch Mischen bei ca. 130°C wurde ein Compound mit 90% nichtionischem Bestandteil und 10% Seife hergestellt. Alternativ kann auch eine entsprechend überstöchiometrische Zugabe von Fettsäure bei der Synthese des Diethanolamids mit anschließender ggf. partieller Verseifung erfolgen. Es resultierte eine hellfarbige weiche, wachs artige Masse.

Beispiel 8 Ethoxyliertes Isostearinsäuremonoglycerid

Durch Mischen bei ca. 130°C wurde eine binäre Komponente aus 80% nichtionischem Tensid und 20% Seife hergestellt. Der Compound war gelblich gefärbt und weich-pastös.

Beispiel 9 Alkylpolyglucosid

Wie in den Beispielen 3-6 wurde ein Compound aus 75% nichtionischem Tensid (Glucopon 600 CSUP, Henkel KGaA) und 25% Seife, bezogen auf den nach Trocknen erhaltenen Feststoff, zubereitet. Es resultierte ein nahezu weißes, weiches Wachs.

B) Verarbeitung der Komponenten zu halbsynthetischen Toiletteseifen

Die erfindungsgemäßen Komponenten werden allein oder in unter schiedlichen Kombinationen zusammen mit Seife und ggf. Fettsäuren in einem Z-Kneter vermischt, über einen Walzenstuhl piliert (homogenisiert) und durch eine Duplex-Vakuumstrangpresse extrudiert. Die nach Zuschneiden auf Rohlinge mit einer Seifenstanze gepreßten Stücke wurden vergleichenden, typischen Gebrauchtests unterworfen. Die folgenden Rezepturen sollen die vielfältigen Möglichkeiten der Verarbeitung zu Combo-bars beispielhaft erläutern. Die erfindungsgemäße Verwendung ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Um Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften besser vergleichen zu können, wurde auf Zusätze von Wirk- und Farbstoffen sowie Parfüm ölen verzichtet. Derartige Additive entsprechen dem Stand der Technik und sind auch hier problemlos einzuarbeiten.

Beispiel 10 Combar mit Na-Laurylethersulfat

33,3 Gewichtsteile des Compounds aus Beispiel 4 wurden mit 56.7 Teilen Talg-Cocos-Grundseife und 10 Teilen Stearinsäure gemischt, piliert und bei 48°C Kopftemperatur in einer Strangpresse extrudiert. Die aus den Rohlingen gepreßten Stücke waren homogen, ausreichend hart und opaleszent. Ihre Zusammensetzung entsprach

26,1% Na-Laurylethersulfat
60,1% Na-Seife
10,1% Fettsäure
3,4% Wasser

Der pH-Wert einer 10%igen wäßrigen Lösung betrug 8,7. Im Gebrauchstest zeigten die Stücke gutes Anschäumen sowie einen feinblasigen stabilen Schaum mit cremeartiger Struktur.

Beispiel 11 Combar mit Na-Laurylsulfoacetat

33,3 Gewichtsteile des Compounds aus Beispiel 4 wurden mit 33,3 Teilen des Compounds aus Beispiel 5 sowie 33,4 Teilen Grundseife gemischt, piliert und bei 44°C extrudiert. Die resultierenden Stücke zeigten ausreichende Härte und hatten ein homogenes, weiß-glänzendes Aussehen. Sie entsprachen folgender Zusammensetzung:

25,0% Na-Laurylethersulfat
24,2% Na-Laurylsulfoacetat
45,1% Na-Seife
5,7% Wasser

Der pH-Wert einer 10%igen wäßrigen Lösung betrug 9,6. Die Gebrauchs eigenschaften wurden gleichermaßen positiv beurteilt wie im Beispiel 10.

Beispiel 12 Combar mit Na-Laurylethersulfosuccinat und Na-Lauryl sulfoacetat

29,4 Gewichtsteile des Compounds aus Beispiel 2 wurden mit 33,3 Teilen des Compounds aus Beispiel 5 sowie 27,3 Teilen Grundseife und 10 Teilen Stearinsäure wie in den Beispielen 10 und 11 verarbeitet (Kopftemperatur 45°C). Die resultierenden Stücke waren hart, homogen und glatt-weiß. Sie hatten folgende Zusammensetzung:

25,2% Na-Laurylethersulfosuccinat
24,0% Na-Laurylsulfoacetat
35,1% Na-Seife
10,0% Stearinsäure
5,7% Wasser

Der pH-Wert einer 10%igen Lösung betrug 9,1. Die Gebrauchseigen schaften entsprachen denen im Beispiel 10 und 11.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Komponenten für halbsynthetische Toiletteseifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten in Form binärer Mischungen von vollständig oder nur teilweise verseiften Fettsäuren mit synthetischen Tensiden hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäure- bzw. Seifenanteile gegebenenfalls bei der Herstellung des beizumischenden synthetischen Tensids als Reaktionspartner im Überschuß zugegeben werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seifen/Fettsäureanteile den üblicherweise für Toilette seifen verwendeten Talg : Cocos- bzw. Talg : Palmkernschnitten im Verhältnis von 90 : 10 bis 40 : 60 entsprechen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil unverseifter Fettsäuren insgesamt 0-50%, vorzugsweise 5-15%, beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetischen Tensidanteile anionisch, nichtionisch oder amphoter sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige synthetische Tensidanteil ein Sulfat, Carboxylat, Sulfosuccinat, Sulfoacetat, Phosphat eines Alkyl- oder/und Alkyletherrestes, Sulforizinoleat, Sulfofettsäureester, Alkylglycerylethersulfonat, Fettsäure sarcosinat oder -taurat, ein Fettsäure-, Fettalkohol-, Glycerid-/Polyolethoxylat, Fettsäurealkanolamid oder Alkyl polyglycosid, ein Fettsäureamidoalkylbetain oder -amphodiacetat ist.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von Seife/Fettsäure zu synthetischem Tensid im Bereich von 10 : 90 bis 90 : 10, jeweils bezogen auf Aktivsubstanz, liegt, vorzugsweise zwischen 25 : 75 und 40 : 60.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Mischungen auf einen Restwassergehalt von 0-20%, vorzugsweise 3-15%, getrocknet werden.

9. Verwendung der in Form binärer Mischungen von vollständig oder nur teilweise verseiften Fettsäuren mit synthetischen Tensiden nach den Ansprüchen 1 bis 8 hergestellten Komponenten allein oder in Kombination untereinander mit oder ohne Zusatz von Fettsäureseifen und/oder freien Fettsäuren für die Verarbeitung zu halbsynthetischen Toiletteseifen.