DE69523623T2

DE69523623T2 - Verfahren zur herstellung von flüssigen zusammensetzungen

Info

Publication number: DE69523623T2
Application number: DE69523623T
Authority: DE
Inventors: Galip Akay; Neil Irving; Jan Kowalski; David Machin
Original assignee: Unilever PLC; Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: AU4436596A; ES2166839T3; AU710511B2; US6345907B1; AR000538A1; HU223089B1; BR9510362A; DE69523623D1; WO1996020270A1; EP0799303A1; HUT77303A; US6004917A; ZA9510847B; CA2208092A1; CA2208092C; EP0799303B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Zusammensetzungen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten flüssigen Zusammensetzung. Die Erfindung betrifft auch eine flüssige Zusammensetzung, die durch ein derartiges Verfahren hergestellt wurde, und eine neue Vorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren.
Strukturierte flüssige Zusammensetzungen findet man in vielen Produkten einschließlich Nahrungsmitteln, zum Beispiel Margarinen und Niedrigfettaufstrichen, Kosmetika und Körperpflegeprodukten und Detergensprodukten, zum Beispiel flüssigen Detergenszusammensetzungen und Zusammensetzungen zur Behandlung von Textilien.
Im allgemeinen werden flüssige Zusammensetzungen, die Lösungen, Gele und Dispersionen einschließen, durch einfaches Mischen der Komponenten der Zusammensetzung hergestellt. Die Wirkstoffe, die flüssig oder fest sein können, werden üblicherweise zu einem flüssigen Lösungsmittel gegeben, im Fall von wässrigen Zusammensetzungen zum Beispiel zu Wasser, und geschüttelt oder gerührt und gegebenenfalls erhitzt, um die flüssige Zusammensetzung herzustellen. Zahlreiche flüssige Zusammensetzungen werden im allgemeinen unter Verwendung eines diskontinuierlichen (chargen- oder ansatzweise arbeitenden) Rührmischers hergestellt.
Einfaches Mischen, um eine flüssige Zusammensetzung herzustellen, beinhaltet herkömmlicherweise, daß man die Bestandteile beim Mischvorgang relativ niedrigen Deformationsgeschwindigkeiten unterwirft, wodurch eine mechanische Scherwirkung auf die Zusammensetzung ausgeübt wird. Ein typisches Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeit, zum Beispiel einer flüssigen Detergenszusammensetzung, kann beinhalten, daß eine Scherdeformationsgeschwindigkeit in der Größenordnung von zum Beispiel 10&sup4; sec&supmin;¹ auf die Bestandteile der Zusammensetzung ausübt wird.
Herkömmliche flüssige Zusammensetzungen enthalten im allgemeinen aufgrund von Schwierigkeiten, auf die man bei der Verarbeitung stößt, eine relativ niedrige Menge an Wirkstoff. Solche Schwierigkeiten entstehen, da die Viskosität des Gemisches des Wirkstoffs und flüssigen Lösungsmittels im allgemeinen mit einer höheren Menge an Wirkstoff steigt, was zur Produktion einer inhomogenen Masse von hochviskosen und strukturviskosen Zwischenzusammensetzungen führen kann. Derartige Zusammensetzungen sind in Mischverfahren und herkömmlichen Vorrichtungen schwierig zu dispergieren, da unkontrollierte Phasentrennung eintreten kann. Darüber hinaus kann die wirksame Funktionsweise der Mischvorrichtung beeinträchtigt sein oder der erforderliche Energieaufwand bei hohen Viskositäten untragbar hoch sein.
In manchen Verfahren können die Wirkstoffe, zum Beispiel Öl und Tensid, vor dem Mischen mit dem flüssigen Lösungsmittel gleich am Anfang gemischt werden und sie können fest sein. Um eine ausreichende Durchmischung zu sichern, wird das Wirkstoffgemisch üblicherweise auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der Wirkstoffe erhitzt, wenn es sich um Feststoffe handelt. Die Wärmeübertragung in solchen Gemischen ist aufgrund der allgemein hohen Viskosität des Wirkstoffgemisches typischerweise gering und bereitet so weitere Schwierigkeiten bei der Verarbeitung.
Somit weisen die herkömmlichen Verfahren, in denen die Wirkstoffe in das flüssige Lösungsmittel aufgenommen werden und die Konzentration der Wirkstoffe während des Verfahrens konstant bleibt oder sich erhöht, mehrere Nachteile auf. Diese Probleme schließen Strukturviskositätseffekte, ineffizienten Betrieb der Mischvorrichtung und schwache Wärmeübertragung ein. Folglich ist eine sorgfältige Auswahl der Wirkstoffe und der aufzunehmenden Mengen erforderlich, insbesondere wenn der Wirkstoff einen Feststoff umfaßt. Als praktischer Nahteil kann die Flexibilität bei der Formulierung aufgrund der Empfindlichkeit des Verfahrens gegenüber Variationen in der Formulierung etwas eingeschränkt sein.
EP-A-580262 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer konzentrierten flüssigen wässrigen Salzlösung eines Alkylethercarbonsäuresalzes und daß man gegebenenfalls dazu ein ethoxyliertes und gegebenenfalls carboxymethyliertes Produkt zugibt, das von einem mehrwertigen Alkohol abgeleitet ist. Das Gemisch kann dann mit Wasser verdünnt werden. In den Beispielen wird eine homogene "Paste" hergestellt, die dann mit Wasser auf die gewünschte Konzentration verdünnt wird. Auf Grundlage der offenbarten Bestandteile scheint es, daß die "Paste" eine konzentrierte Lösung von Tensiden ist, von denen einige als hydrotroper Stoff wirken können. Es wird festgestellt, daß das Wasser durch ein einfaches Mischverfahren aufgenommen wird und daß kontrollierte Zugabe des Wassers zu der Paste, um Homogenität zu erhalten und um unkontrollierte Phasentrennung zu vermeiden, nicht notwendig zu sein scheint.
GB-A-1523678 offenbart ein Verfahren, in dem Öl zu Wasser gegeben wird, um eine konzentrierte Öl in Wasser-Emulsion herzustellen, und dann mit Wasser bis zur gewünschten Zusammensetzung verdünnt wird. Die Verfahrensschritte werden über einen langen Zeitraum (Stunden) ausgeführt und dies kann einen ernsthaften Nachteil darstellen.
EP-A-328176 gibt ein Beispiel für die Bildung besonderer wässriger Detergenszusammensetzungen, wobei die gesamte Menge an Wasser in der Zusammensetzung vor der Zugabe der gesamten Menge an Tensid vorhanden ist und keine weitere Zugabe von Wasser erfolgt.
Es wurde gefunden, daß diese Probleme dadurch verbessert werden können, daß man wenigstens einen Wirkstoff mit einem flüssigen Bestandteil der Zusammensetzung mischt, um ein viskoses Gemisch, zum Beispiel eine Paste, herzustellen, das Gemisch homogenisiert und schrittweise ein Verdünnungsmittel in das Gemisch aufnimmt, während die Homogenität desselben erhalten wird, um eine Zusammensetzung mit der gewünschten Konzentration an Wirkstoffen herzustellen. Um die flüssige Zusammensetzung herzustellen, wird das Verdünnungsmittel in kontrollierter Weise zu dem homogenen Wirkstoffgemisch gegeben, wodurch die Wirkstoffkonzentration in dem Gemisch während der Zugabe abnimmt.
Es wurde ebenfalls gefunden, daß Probleme, die mit dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung strukturierter flüssiger Zusammensetzungen verbunden sind, dadurch weiter verbessert werden können, daß man das homogene Gemisch einer hohen Deformations-, insbesondere Dehnungsdeformationsgeschwindigkeit, unterwirft.
Entsprechend stellt ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten flüssigen Zusammensetzung umfassend einen Wirkstoff und ein Verdünnungsmittel zur Verfügung, das umfaßt, daß man
i) einen Wirkstoff der Zusammensetzung mit einem flüssigen Wirkstoff und/oder einem Teil des Verdünnungsmittels mischt, um ein im wesentlichen homogenes Flüssigkristallgemisch herzustellen;
ii) Verdünnungsmittel aufnimmt, um das Flüssigkristallgemisch in Bezug auf das Verdünnungsmittel zu sättigen, wodurch eine im wesentlichen homogene kontinuierliche Phase, die den Wirkstoff und das Verdünnungsmittel umfaßt, und gegebenenfalls eine disperse Phase, die das Verdünnungsmittel umfaßt, hergestellt wird;
iii) eine im wesentlichen homogene Dispersion des gesättigten Flüssigkristallgemisches in einer kontinuierlichen Phase des Verdünnungsmittels herstellt;
iv) gegebenenfalls die Dispersion mit weiterem Verdünnungsmittel verdünnt, um die gewünschte Wirkstoffkonzentration zur Verfügung zu stellen,
wobei das Gemisch beim Fortschreiten von Schritt ii) zu iii) einer Dehnströmungsgeschwindigkeit und/oder Schergeschwindigkeit von mehr als 3 · 10³ sec&supmin;¹ unterworfen wird.
Vorzugsweise hat das Anfangsgemisch eine Viskosität von wenigstens 4000 mPas bei einer Schergeschwindigkeit von 21 s&supmin;¹
Unter "homogen" ist ein Gemisch zu verstehen, das als eine einzige Phase existiert, zum Beispiel eine Flüssigkristallphase und ein isotropes Gemisch, eine gleichmäßige Dispersion eines Verdünnungsmittels im Wirkstoffgemisch, oder eine gleichmäßige Dispersion des Wirkstoffgemisches im Verdünnungsmittel. Das homogene Gemisch kann in seiner Struktur planar-lamellar oder viskular- lamellar sein. Aufrechterhaltung der Homogenität des Gemisches beinhaltet nicht, daß es während des Verfahrens in einer einzigen physikalischen Form bleiben muß, sondern daß, wenn sich die physikalische Form ändert, dann jede physikalische Form homogen sein sollte. Daher ist ist es innerhalb des Umfangs der Erfindung, daß das Anfangsgemisch als eine einzige Phase vorliegt und dann während der Zugabe des Verdünnungsmittels ein Gemisch mit mehreren Phasen wird, zum Beispiel kann die kontinuierliche Zugabe des Verdünnungsmittels aus einem Gemisch mit einer einzigen Phase eine Dispersion herstellen. Es ist wesentlich, daß keine unkontrollierte Phasentrennung erfolgt.
Die Homogenität kann als aufrechterhalten angesehen werden, wenn entweder der Verfahrensablauf, wenn er wiederholt wird, Produkte aus den Abläufen liefert, die Relative Brechungsindizes haben, die innerhalb von 2 Punkten voneinander liegen, oder in einem kontinuierlichen Verfahren die Schwankung im Relativen Brechungsindex des hergestellten Produkts an verschiedenen Punkten in dem Verfahren nicht mehr als 2 ist.
Der Relative Brechungsindex kann berechnet werden, indem man die Differenz zwischen dem Brechungsindex des Endprodukts und dem des Verdünnungsmittels (zum Beispiel Wasser bei wässrigen Produkten) mit 1000 multipliziert. Der Brechungsindex kann mittels eines herkömmlichen Refraktometers bestimmt werden.
Durch Zugabe des Verdünnungsmittels zum Wirkstoffgemisch, um die Wirkstoffkonzentration zu senken, während Homogenität aufrecht erhalten wird, können flüssige Zusammensetzungen mit hohen Wirkstoffgehalten hergestellt werden, und Flexibilität bei der Formulierung kann gesichert werden, was im herkömmlichen Verfahren Schwierigkeiten bei der Verarbeitung ergeben würde aufgrund der Schwierigkeit eine viskose Paste in einem herkömmlichen diskontinuierlichen Mischer zu mischen.
Das Verfahren kann eingesetzt werden, um eine isotrope flüssige Zusammensetzung, zum Beispiel eine flüssige Detergenszusammensetzung herzustellen, es ist aber besonders vorteilhaft bei der Herstellung einer strukturierten flüssigen Zusammensetzung.
Das Flüssigkristallgemisch kann in jeder bekannten Form sein, wie zum Beispiel einer hexagonalen, revers hexagonalen, kubischen oder lamellaren Phasenmischung.
Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß, während weiteres Verdünnungsmittel aufgenommen wird, und, falls vorhanden, während des Phasenumkehrschritts zum Beispiel zwischen den Schritten ii) und iii) gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, im wesentlichen Homogenität in dem Gemisch aufrechterhalten wird. Das Verdünnungsmittel wird in geeigneter Weise in mehreren Dosen in Schritt i) und vorzugsweise Schritt ii) mit raschem Mischen und in einer solchen Menge aufgenommen, daß die Homogenität im wesentlichen erhalten wird.
Vorzugsweise wird der Phasenumkehrschritt, falls vorhanden, unter Bedingungen hoher Deformation durchgeführt. Hohe Deformation des Verfahrensgemisches erlaubt es, daß Spannung auf die disperse Phase übertragen wird, so daß Homogenität aufrechterhalten werden kann. Die Phase des Verdünnungsmittels ist im allgemeinen weniger viskos als die Phase des Wirkstoffs, und nach der Umkehr wird das Gemisch in geeigneter Weise einer Dehnungsdeformation unterworfen, wodurch Spannung auf die disperse Phase übertragen wird. Scherdeformation ist im allgemeinen beim Phasenumkehrschritt auch erwünscht.
Unter "Wirkstoff" ist ein Bestandteil der flüssigen Zusammensetzung zu verstehen, der von dem Verdünnungsmittel verschieden ist, und die Rheologie des Verfahrensgemisches während der Aufnahme des Verdünnungsmittels beeinflußt. Im Falle einer flüssigen Detergenszusammensetzung zum Beispiel können ein anionisches Tensid und/oder ein. nichtionisches Tensid den/die Wirkstoff(e) darstellen, und Wasser kann das Verdünnungsmittel darstellen. Andere Wirkstoffe können nach Bedarf anwesend sein. Der/Die 'Wirkstoff(e)' können in dem Verfahren in flüssiger Form anwesend sein, sie können aber Feststoffe, die in irgendeinem der anderen Bestandteile in der Zusammensetzung löslich sind, einschließen, da ein derartiger Stoff die Rheologie des Verfahrensgemisches beeinflussen wird.
Das Verdünnungsmittel stellt eine solche Flüssigkeit oder solche Flüssigkeiten dar, in denen die Wirkstoffe in der flüssigen Zusammensetzung dispergiert und/oder gelöst sind, zum Beispiel bildet Wasser das Verdünnungsmittel in einem wässrigen Spülungs-Conditioner oder einer wässrigen flüssigen Detergenszusammensetzung. Falls gewünscht kann eine Vielzahl von Verdünnungsmitteln eingesetzt werden, und das Verdünnungsmittel, das an jedem Punkt in dem Verfahren zugegeben wird, kann das gleiche wie das an anderer Stelle zugegebene oder davon verschieden sein.
Dieses Verfahren erlaubt eine signifikante Erweiterung der Flexibilität der Formulierung bei der Verarbeitung von flüssigen Zusammensetzungen, da eine größere Bandbreite von Bestandteilen aufgenommen werden kann und Zusammensetzungen mit einer höheren Konzentration an Wirkstoffen hergestellt werden können als es bisher der Fall war. Verbesserte Verarbeitungsflexibilität wird gesichert, zum Beispiel kann die optimale Reihenfolge der Zugabe der Wirkstoffe in dem Verfahren bestimmt und toleriert werden, und das Verdünnungsmittel kann an mehreren verschiedenen Punkten in dem Verfahren zugegeben werden. Unter extremen Verarbeitungsbedingungen zum Beispiel, während der Deformation während der Phasenumkehr kann eine Feinstruktur in der Zusammensetzung hergestellt und genau kontrolliert werden. Das hat den Vorteil, daß die Herstellung einer Zusammensetzung, die konsistente physikalische Merkmale hat und damit weniger Produktschwankungen während eines Produktionslaufs zeigt, erleichtert wird.
Der Wirkstoff kann eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein. Weiter kann bei Bedarf eine Vielzahl von Wirkstoffen eingesetzt werden und gemischt werden, um ein Vorgemisch von Wirkstoffen herzustellen. Das Vorgemisch kann dann mit dem Verdünnungsmittel oder einem flüssigen Wirkstoff in Schritt i) gemischt werden, um das Flüssigkristallgemisch herzustellen. Der Wirkstoff kann mit dem Verdünnungsmittel und/oder mit dem flüssigen Wirkstoff aufeinanderfolgend und/oder gleichzeitig gemischt werden und, falls gewünscht, als eine Lösung oder Dispersion in dem Verdünnungsmittel und/oder einem flüssigen Wirkstoff in Schritt i) und/oder ii) in das Verfahren eingeführt werden.
Die Aufnahme des Verdünnungsmittels in Schritt i) und/oder ii) kann bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden, insbesondere wenn der Wirkstoff bei Umgebungstemperatur ein Feststoff ist, in welchem Fall die Temperatur geeigneterweise oberhalb des Schmelzpunkts des festen Wirkstoffs ist.
Gegebenenfalls können in Schritt i) der Wirkstoff und das Verdünnungsmittel und/oder der flüssige Wirkstoff Deformationsbedingungen ausgesetzt werden, die ein Scherströmungs- und/oder ein Dehnströmungselement enthalten können, um das Mischen, Homogenisieren und die Bildung des Flüssikristallgemisches zu unterstützen.
Das Flüssigkristallgemisch ist geeigneterweise eine Paste und umfaßt im allgemeinen wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 65% und insbesondere mehr als 70% Wirkstoff. Geeigneterweise macht das Verdünnungsmittel und/oder der flüssige Wirkstoff das Gleichgewicht des Gemisches aus. Das Flüssigkristallgemisch kann eine Dispersion, Emulsion oder Suspension sein. Das Flüssigkristallgemisch kann lamellar sein, abhängig von dem/den Wirkstoff(en), dem Verdünnungsmittel und ihren relativen Mengen.
Es ist besonders bevorzugt, daß ein Teil des Verdünnungsmittels in das Flüssigkristallgemisch nach seiner Bildung aufgenommen wird und bevorzugter, daß mehrere nachfolgende Anteile des Verdünnungsmittels schrittweise zugeführt werden, da dies die Aufrechterhaltung eines im wesentlichen homogenen Flüssigkristallgemisches erleichtert.
Durch diesen Verfahrensschritt ändert sich das Verhältnis von Wirkstoff zu Verdünnungsmittel, und nimmt, genauer gesagt, während der Bildung des Flüssigkristallgemisches ab.
Wenn das Flüssigkristallgemisch lamellar ist, wird die Temperatur des lamellaren Gemisches geeigneterweise kontrolliert, um sicherzustellen, daß das Gemisch während der Zugabe des Verdünnungsmittels zum Anfangsgemisch in der Lα- Phase ist oder diese durchläuft. Geeigneterweise geht das Gemisch mit weiterer Zugabe von Verdünnungsmitel direkt oder indirekt durch die Zwischenphase(n) in die L&sub1; + Lα-Phase über. In Abhängigkeit von der Art der Zusammensetzung kann das Gemisch beim Abkühlen in die L&sub1; + Lß-Phase übergehen, in der die Molekülketten relativ unbeweglich sind. Im allgemeinen ist es bevorzugt das Gemisch bei einer Temperatur oberhalb der L&sub1; + Lα/L&sub1; + Lß-Phasenübergangstemperatur bis zur gewünschten Endkonzentration zu verdünnen, da dies geeigneterweise ein Produkt mit niedrigerer Viskosität zur Verfügung stellt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein homogenes lamellares Gemisch mit einer Wirkstoffschicht und einer Verdünnungsmittelschicht zur Verfügung, das erhältlich ist, und vorzugsweise erhalten wird durch ein Verfahren, das umfaßt, daß man einen Wirkstoff mit einem flüssigen Wirkstoff und/oder einem Verdünnungsmittel der Zusammensetzung mischt, um ein Anfangsgemisch herzustellen, das vorzugsweise im wesentlichen homogen ist, und Verdünnungsmittel in das genannte Anfangsgemisch aufnimmt, wobei das Verdünnungsmittel so aufgenommen wird, daß das Gemisch während der genannten Aufnahme im wesentlichen homogen bleibt, um ein im wesentlichen homogenes lamellares Gemisch herzustellen, das eine Wirkstoffkonzentration hat, die niedriger ist als die Konzentration der Wirkstoffe in dem genannten Wirkstoffgemisch.
Die überraschende Lagerungsstabilität des homogenen Gemisches hat den praktischen Nutzen, daß es möglich ist, daß der Verdünnungsschritt im ersten Teil des Verfahrens nur teilweise abgeschlossen wird, oder daß der Verdünnungsschritt und, falls vorhanden, der Phasenumkehrschritt entkoppelt werden können. So kann die Herstellung des homogenen Gemisches fortgesetzt werden, wenn der Phasenumkehrschritt nicht praktizierbar ist und, falls gewünscht kann die Herstellung an verschiedenen Stellen durchgeführt werden.
Da in den Schritten i) und ii) hohe Viskositäten auftreten, ist die Verwendung herkömmlicher Mischapparate im allgemeinen nicht geeignet. Es wurde gefunden, daß ein herkömmlicher Extruder, der geeigneterweise mit einer Förderschnecke, bevorzugt mit zwei ineinandergreifenden Förderschnecken ausgestattet ist, eine hervorragende Vorrichtung zur Verfügung stellt, um darin den Wirkstoff mit dem Verdünnungsmittel und/oder dem flüssigen Wirkstoff zu mischen, da die Komponenten durch sie hindurchgedrückt werden, wodurch Deformation ausgeübt wird und eine innige und rasche Durchmischung zur Verfügung gestellt wird, um das homogene Flüssigkristallgemisch, vorzugsweise ein lamellares herzustellen. Weiterhin kann der Extruder verwendet werden, um die Bestandteile durch die nachfolgenden Schritte in dem Verfahren zu zwingen, wenn die in solchen Schritten eingesetzte Vorrichtung keine Förderfunktion zur Verfügung stellt.
Es ist wünschenswert, daß der Extruder entlang seiner Längsseite eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen hat, durch die der Wirkstoff und insbesondere das Verdünnungsmittel in einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Chargen eingeführt werden können. Das Verfahren kann diskontinuierlich sein, ist aber bevorzugt kontinuierlich, der Extruder ist besonders geeignet zur Verwendung in einem kontinuierlichen Verfahren.
Das weitere Verdünnungsmittel wird in das Flüssigkristallgemisch aufgenommen, um es zu sättigen und kann verursachen, daß das Gemisch eine Phasenumkehr zu einer Dispersion eines gesättigter Flüssigkristall-in- Verdünnungsmittel-Systems und/oder eines Verdünnungsmittel- in-gesättigtem Flüssigkristall-in-Verdünnungsmittel-Systems vollzieht. Geeigneterweise wird das weitere Verdünnungsmittel mit dem Flüssigkristallgemisch vor und gegebenenfalls während des Phasenumkehrschritts, falls vorhanden, gemischt.
Die Phasenumkehr wird vorzugsweise dadurch induziert, daß man das gesättigte Flüssigkristallgemisch einer hohen Deformationsgeschwindigkeit unterwirft.
Das gesättigte Flüssigkristallgemisch umfaßt geeigneterweise wenigstens 20 Gew.-%, und bevorzugt wenigstens 25 Gew.-% an Wirkstoff. Geeigneterweise bildet das Verdünnungsmittel den Ausgleich.
Wenn die kontinuierliche Verdünnungsmittelphase der im wesentlichen homogenen Dispersion nach der Phasenumkehr weniger viskos als die disperse gesättigte Flüssigkristallphase ist, wie es allgemein der Fall sein wird, bewirkt Dehnungsdeformation die Übertragung von Spannung auf die disperse Phase, so daß fortgesetzte Durchmischung dazu führt, daß eine im wesentlichen homogene Dispersion aufrechterhalten wird. Es ist wünschenswert, daß zusätzlich zur Dehnungsdeformation Scherdeformation auf die Dispersion ausgeübt wird.
Die eingesetzte Deformationsgeschwindigkeit und bevorzugt Dehnungsdeformationsgeschwindigkeit wird durch die Art der Zusammensetzung, die verarbeitet wird, bestimmt werden, zum Beispiel wird eine Spülungs-Conditioner-Zusammensetzung im allgemeinen einer Deformationsgeschwindigkeit von wenigstens 3 · 10³ sec&supmin;¹ unterworfen werden. Hochleistungflüssigkeiten werden am besten verarbeitet, wenn eine Deformationsgeschwindigkeit von bevorzugt 3 · 10³ bis 10&sup5; sec&supmin;¹ verwendet wird. Vorzugsweise ist die Deformationsgeschwindigkeit höher als 10&sup4; sec&supmin;¹, bevorzugter 3 · 10&sup4; sec&supmin;¹, zum Beispiel 10&sup5; sec&supmin;¹
In besonders bevorzugten Verfahren wird der Verfahrensstrom einer Scherung in Höhe von mehr als 3 · 10³, bevorzugter wenigstens 10&sup4; s&supmin;¹, einer Dehnströmung in Höhe von mehr als 3 · 10³, bevorzugter wenigstens 10&sup4; s&supmin;¹ oder sogar noch bevorzugter sowohl einer Dehnung als auch einer Scherung in diesen Höhen oder darüber unterworfen.
Es wurde gefunden, daß, wenn eine Kombination von Dehnungs- und Scherdeformation eingesetzt wird, die Gesamtdeformationsgeschwindigkeit, die in einem besonderen Fall erforderlich ist, geringer ist als die, die erforderlich ist, wenn entweder Dehnungs- oder Scherdeformation allein eingesetzt werden sollen.
Die hohen Deformationsbedingungen intensivieren den Strukturierungsprozeß und erlauben die Verarbeitung von hochviskosen Gemischen, so daß hohe Mengen an Wirkstoffen in die Zusammensetzung aufgenommen werden können.
Kontrolle von Temperatur und Deformationsgeschwindigkeit stellt ein Mittel zur Verfügung, durch das die Kristallisierung eines Wirkstoffs, zum Beispiel eines flüssigen Tensids, gesichert werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt eine im wesentlichen homogene, strukturierte Dispersion zur Verfügung, die eine disperse Phase hat, die einen Wirkstoff und ein Verdünnungsmittel und eine kontinuierliche Phase enthaltend ein Verdünnungsmittel enthält, und die dadurch erhältlich ist, und vorzugsweise dadurch erhalten wird, daß man ein im wesentlichen homogenes Flüssigkristallgemisch mit einer Wirkstoffschicht und einer Verdünnungsmittelschicht zur Verfügung stellt, weiteres Verdünnungsmittel aufnimmt, um das Gemisch zu sättigen und um eine im wesentlichen homogene Dispersion des Verdünnungsmittels in einer kontinuierlichen gesättigten Flüssigkristallphase herzustellen, das gesättigte Gemisch einer Deformation unterwirft, wodurch die Phasen umgekehrt werden und Spannung auf die dispergierte Wirkstoffphase ausgeübt wird, um eine strukturierte, im wesentlichen homogene Dispersion herzustellen.
Die Dispersion hat geeigneterweise eine mittlere Tröpfchengröße von weniger als 10 um, vorzugsweise weniger als 5 um und wünschenswerterweise 0,01 bis 4 um, zum Beispiel 1 um. Es wurde gefunden, daß man bei Durchführung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung für eine gegebene Zusammensetzung und Viskosität eine signifikant niedrigere Tröpfchengröße erhält. Dies stellt Dispersionen mit hervorragender Lagerungsstabilität zur Verfügung.
Die Tröpfchengröße kann geeigneterweise unter Verwendung eines Lichtstreuungsinstruments, zum Beispiel eines "Malvern Mastersizer" gemessen werden.
Der Deformationsschritt hat den weiteren Vorteil, daß Bakterien, die in dem Verfahrensgemisch oder der Verfahrensvorrichtung vorhanden sind, aufgrund von Zellrupturen unter hohen Deformationsbedingungen zerstört werden können. Unter statischen Bedingungen ist im allgemeinen ein Druck in der Größenordnung von 5000 bar erforderlich, um Bakterien zu töten, im vorliegenden Verfahren ist jedoch eine Kombination aus hohem Druck und Deformation zusammen bei der Zerstörung von Bakterien wirksamer als statischer Druck, und die Verfahrensbedingungen der vorliegenden Erfindung stellen deshalb eine mikrobiologisch "reine" Zusammensetzung zur Verfügung. Der Deformationsschritt kann in jeder Vorrichtung durchgeführt werden, in der hohe Dehnungsdeformationsgeschwindigkeiten erhalten werden können. Eine in dieser Hinsicht bevorzugte Vorrichtung ist unten beschrieben.
Die strukturierte flüssige Zusammensetzung, die aus dem Deformationsschritt erhalten wird, wird geeigneterweise einer weiteren Verarbeitung gemäß der besonderen Ausführungsform unterworfen. Da die Zusammensetzung im allgemeinen eine hohe Menge an Wirkstoff enthalten wird, ist Verdünnung der Zusammensetzung mit weiterem Verdünnungsmittel, um die Wirkstoffkonzentration einzustellen, im allgemeinen wünschenswert. Eine derartige weitere Verdünnung wird wünschenswerterweise in Bezug auf die Zugabegeschwindigkeit des Verdünnungsmittels und die Durchmischungsgeschwindigkeit kontrolliert, um den im wesentlichen homogenen Charakter der Dispersion zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Herstellung einer strukturierten Reinigungsflüssigkeit für Textilien oder harte Oberflächen, und von Körperpflegeprodukten, wobei geeigneterweise wenigstens ein Tensid als Wirkstoff anwesend ist, und Wasser als das Verdünnungsmittel anwesend ist. Zusammensetzungen zur Behandlung von Textilien enthaltend eine organische quaternäre Ammoniumverbindung als Wirkstoff und Wasser als das Verdünnungsmittel können auch hergestellt werden. Die flüssige Zusammensetzung kann eine Vielzahl von dispergierten Flüssigkristall-Phasen und andere dispergierte flüssige und/oder feste Phasen nach Bedarf enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von flüssigen Zusammensetzungen enthaltend als Wirkstoff ein oder mehrere anionische, nichtionische, kationische und/oder zwitterionische Tenside, die auf dem Gebiet der Detergentien bekannt sind, und wobei das Verdünnungsmittel Wasser und/oder ein Tensid ist, das mit dem Tensid-Wirkstoff nicht mischbar ist.
Beispiele geeigneter Tenside, die eingesetzt werden können, schließen Alkylbenzolsulfonate, Alkylsulfate, Alkylethersulfate, Olefinsulfonate, Xylolsulfonate, Seife und Alkoholalkoxylate ein, die jeweils bevorzugt eine C&sub9;- bis C&sub2;&sub2;- Alkylkette haben. Alkoholalkoxylate und Alkylbenzolsulfonate haben bevorzugter eine Alkylkettenlänge von 9 bis 15 Kohlenstoffatomen.
Geeignete alkoxylierte, vorzugsweise ethoxylierte Stoffe können einen mittleren Alkoxylierungsgrad von 1 bis 40 haben, in Abhängigkeit von der Anwendung. Für eine Waschzusammensetzung für Textilien ist der Alkoxylierungsgrad vorzugsweise 1 bis 15, bevorzugt 1 bis 10, und für einen Spül-Conditioner für Textilien bevorzugt 10 bis 25.
Conditioner für Textilien enthalten geeigneterweise ein kationisches Tensid, vorzugsweise eine quaternäre Ammoniumverbindung in einer Menge von 1 bis 30%, vorzugsweise von 1 bis 10% für ein verdünntes Conditioner-Produkt und vorzugsweise von 10 bis 30%, insbesondere 10 bis 25% für ein konzentriertes Produkt. Beispiele geeigneter kationischer Tenside sind in EP 239910, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird, offenbart.
Waschzusammensetzungen für Textilien schließen typischerweise, zusätzlich zu dem üblichen anionischen und gegebenenfalls nichtionischen Tensid, einen Builder-Stoff ein. Geeignete Builder schließen Phosphate wie Tripolyphosphate und Zeolithe insbesondere des A- und P-Typs ein.
Andere Bestandteile können in Waschzusammensetzungen für Textilien nach Bedarf eingeschlossen werden und schließen Polymere ein, wie zum Beispiel Homo- und Copolymere von Acrylsäure, Maleinsäure oder -anhydrid; Electrolyte wie anorganische Salze, zum Beispiel Zitronensäure-, Citrat- und Chloridsalze von Alkalimetallen, und Glycerol und Borax; andere herkömmliche Bestandteile wie Carbonat- und Silikat- Alkalimetallsalze und Nebenbestandteile. Falls gewünscht, können Enzyme und/oder Bleichmittel, zum Beispiel Alkalimetallpercarbonat in die Zusammensetzung eingeschlossen werden.
Die Bestandteile können in der flüssigen Zusammensetzung in herkömmlichen Mengen oder sogar in höheren Mengen anwesend sein, da es das vorliegende Verfahren erlaubt, daß derartige Stoffe in Mengen verarbeitet werden, bei denen gewöhnlich die Viskosität so hoch wäre, daß die Verwendung eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für Flüssigkeiten ausgeschlossen wäre.
Der Deformationsschritt wird vorzugsweise in einem neuen Mischer durchgeführt, der gegenüberliegende Oberflächen umfaßt, wobei jede eine Reihe von Aussparungen hat, die darin ausgebildet sind, und in dem sich die Oberflächen relativ zueinander bewegen und in dem ein flüssiger Stoff zwischen den Oberflächen durchgeleitet wird und entlang eines Weges nacheinander durch die Aussparungen in jeder Oberfläche fließt und einer Dehnungsdeformation und/oder Scherdeformation und vorzugsweise sowohl einer Dehnungs- als auch Scherdeformation unterworfen wird.
Es ist ein Mischer bekannt, in dem die Aussparungen auf den relevanten Oberflächen so angeordnet sind, daß Scherung auf die Flüssigkeit ausgeübt wird, wenn sie zwischen den Oberflächen fließt. Die Aussparungen sind auf den jeweiligen Oberflächen so angeordnet, daß es eine relativ geringe Änderung in der wirksamen Querschnittsfläche des Flusses gibt, wenn der Stoff durch den Mischer fließt. In solchen Mischern erhält man vorrangig Verteilungs-Durchmischung. Im allgemeinen variiert die Querschnittsfläche für den Fluß um einen Faktor von weniger als 3 durch die Vorrichtung. Scherung wird durch die relative Bewegung der Oberflächen in einer im allgemeinen zum Materialfluß dazwischen senkrecht stehenden Richtung ausgeübt. Diese Vorrichtung ist in EP-A- 194 812 und EP-A-203 628 beschrieben.
Es wurde gefunden, daß zusätzlich zur Scherung signifikante Dehnströmung und effiziente distributive und dispersive Durchmischung dadurch gesichert werden kann, daß man eine Vorrichtung mit gegenüberliegenden Oberflächen und Aussparungen darin zur Verfügung stellt, in der die Aussparungen so angeordnet sind, daß die Querschnittsfläche für den Fluß der Flüssigkeit durch die Vorrichtung nacheinander um einen Faktor von wenigstens 5 steigt und fällt.
Die Erfindung stellt weiterhin eine dynamische Mischvorrichtung zur Induktion von Dehnströmung in einer flüssigen Zusammensetzung zur Verfügung, die räumlich nahe aneinander angebrachte, relativ zueinander bewegliche gegenüberliegende Oberflächen umfaßt, von denen jede wenigstens einen Ring von Aussparungen darin hat, in der die Flüssigkeit zwischen den Oberflächen entlang eines Weges durch die Aussparungen fließt, und in der die Aussparungen auf jeder Oberfläche so angeordnet sind, daß bei Betrieb die Querschnittsfläche für den Fluß der Flüssigkeit, die während der Passage durch die Vorrichtung zur Verfügung steht, nacheinander um einen Faktor von wenigstens 5 und bevorzugt wenigstens 10 steigt und fällt.
Vorzugsweise hat jede gegenüberliegende Oberfläche wenigstens einen Ring von Aussparungen, die darin so angeordnet sind, daß die Aussparungen in jedem Ring die gleiche Entfernung oder annähernd die gleiche Entfernung von der gemeinsamen Rotationsachse haben und auf einer Ebene senkrecht zur gemeinsamen Rotationsachse liegen oder von ihr geschnitten werden. Der/die Ring(e) von Aussparungen auf jeder Oberfläche sind geeigneterweise relativ zueinander so angeordnet, daß die Querschnittsfläche für den Fluß, die dem Material während der Passage durch die Vorrichtung zur Verfügung steht, nacheinander um einen Faktor von wenigstens 5, bevorzugt wenigstens 10 fällt und steigt. Gegebenenfalls sind die Aussparungen in den gegenüberliegenden Oberflächen relativ zueinander versetzt und können so überlappen.
Geeigneterweise umfassen die gegenüberliegenden Oberflächen alle wenigstens 2 und bevorzugt wenigstens 3 Ringe von Aussparungen. Geeigneterweise steigt und fällt die Querschnittsfläche für den Fluß um einen Faktor von wenigstens 5 zwischen aneinandergrenzenden Paaren von Ringen von Aussparungen auf jeder gegenüberliegenden Oberfläche.
Vorzugsweise haben die gegenüberliegenden Oberflächen eine gemeinsame Rotationsachse und sind im allgemeinen komplementär. Eine oder beide Oberflächen können je nach Bedarf beweglich sein, das einzige Erfordernis ist es sicherzustellen, daß es relative Bewegung zwischen den Oberflächen gibt. Die gegenüberliegenden Oberflächen können irgendeine geeignete Konfiguration haben, aber konische, planare, in welchem Fall die Rotationsachse senkrecht zu der Ebene ist, und insbesondere zylindrische sind bevorzugt.
Bei Bedarf können 2 oder mehr Paare von gegenüberliegenden Oberflächen für einen einzigen Prozeßströmuns-Weg eingesetzt werden. Zum Beispiel können bei einer zylindrischen Anordnung konzentrische Paare von gegenüberliegenden Flächen zur Verfügung gestellt werden, wodurch konzentrische Wege definiert werden. Die Wege kommunizieren geeigneterweise um einen kontinuierlichen Prozeßströmungs-Weg zur Verfügung zu stellen.
Geeigneterweise ist die Temperatur der Oberflächen kontrollierbar, somit ist es bevorzugt, daß die Vorrichtung mit einem thermischen Kontrollmittel, zum Beispiel Kühl-/ Heizummantelungen für diesen Zweck ausgestattet ist.
Vorrichtungen mit einer zylindrischen Geometrie können einen Ständer umfassen, in dem ein Rotor gelagert ist; die gegenüberliegenden Seiten des Ständers und des Rotors tragen die Aussparungen, durch die das Material während seiner Passage durch die Vorrichtung fließt. Die Aussparungen im Ständer und im Rotor sind geeigneterweise so angeordnet, daß sie im allgemeinen in einer axialen Richtung ausgerichtet oder leicht davon versetzt sind, wodurch das Material von einer Aussparung in einem, durch einen begrenzten Weg, der durch die gegenüberliegenden Oberflächen definiert wird, in eine Aussparung in dem anderen fließt, wobei während des Flusses die Querschnittsfläche für den Fluß um einen Faktor von wenigstens 5, und bevorzugter wenigstens 10, fällt und steigt.
Die Vorrichtung stellt einen Mischer zur Verfügung, in dem die Deformationsarten (Dehnung und Scherung), -grade, -geschwindigkeiten und -zeiten kontrollierbar, quantifizierbar und daher in Bezug auf das zu verarbeitende Material optimierbar sind. Dies sorgt für eine hervorragende Prozeßkontrolle, -flexibilität und -beeinflussung.
Das Verfahrensmaterial wird geeigneterweise durch Scherdeformation während eines jeden Transfers durch das Ringrohr, das zwischen dem Ständer und dem Rotor gebildet wird, gemischt. Eine kontrollierte Dehnungsdeformation wird durch die relativen axial versetzten Positionen der Aussparungen am Rotor und am Ständer eingeführt, und ist maximal, wenn die axiale Versetzung auf ihren Grenzwert von 0 gesenkt wird. Das Verfahrensmaterial wird vorzugsweise auch einer Scherdeformation unterworfen, wenn es gedehnt wird.
Die Erfindung stellt auch die Verwendung einer neuen dynamischen Mischvorrichtung, wie hier beschrieben, zur Herstellung einer flüssigen, gelförmigen oder anderen fluiden Zusammensetzung zur Verfügung.
Die Vorrichtung der Erfindung wird nachstehend weiter beschrieben, lediglich beispielhaft, mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die Fig. 1a, 1b und 1c einen Querschnitt eines Ständers und eine Draufsicht des Rotors zeigen, der innerhalb des Ständers gelagert ist, mit dem Rotor in einer vorgeschobenen, zurückgezogenen bzw. Null- Versetzungs-Position in Bezug zum Ständer.
Insbesondere besteht die dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung aus einem zylindrischen Rotor (1), der in einem zylindrischen Ständer (2) während des normalen Betriebs rotiert, wobei der Rotor (1) und der Ständer (2) beide sechs ringförmige Reihen von gleich großen Aussparungen entlang ihrer axialen Richtung aufweisen. Jede ringförmige Reihe auf dem Rotor hat acht Aussparungen (3) und jede Reihe auf dem Ständer hat acht Aussparungen (4). Typischerweise haben die Aussparungen eine elliptische Form und eine axiale Erstreckung, die ungefähr zweimal die maximale Aussparungsweite ist, die wiederum ungefähr zweimal die Aussparungstiefe ist.
Der Rotor (1) kann entweder in 'vorgeschobenen' oder 'zurückgezogenen' Stellungen sein, wie in den Fig. 1a bzw. 1b gezeigt. Die Begriffe 'vorgeschoben' und 'zurückgezogen' beschreiben die relativen axialen Positionen der ringförmigen Reihen von Aussparungen auf dem Rotor (1)(3) zu denen auf dem Ständer (2)(4), wenn sie mit denen für die axiale Null- Versetzungs-Position verglichen werden, welche in Fig. 1c gezeigt ist, in Bezug auf die Flußrichtung des Verfahrensstromes. In der vorgeschobenen Position geschieht die Dehnungsströmung hauptsächlich während der Passage vom Rotor (1) zum Ständer (2), wohingegen in der zurückgezogenen Position die Dehnungsströmung hauptsächlich während der Passage vom Ständer (2) zum Rotor (1) geschieht. Scherung wird auf die Prozeßströmung durch die relative Bewegung des Rotors (1) und des Ständers (2) ausgeübt.
Die Erfindung wird durch die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutert. Die folgende Tabelle zählt verschiedene Komponenten auf, die in den Beispielen eingesetzt wurden.

Beispiel 1

Eine Reihe von Zusammensetzungen zur Behandlung von Textilien wurde durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt, indem in einen Werner Pfleiderer Extruder mit. ko-rotierender Zwillingsschnecke eine Verbindung zur Behandlung von Textilien (VARISOFT®) als Wirkstoff bei einer Zugabegeschwindigkeit von 25kg/Stunde, und Wasser als Verdünnungsmittel durch einen Einlaß in der Gefäßwand bei einer Zugabegeschwindigkeit von 6 kg/Stunde und einer Temperatur von 900C zugeführt wurde. Die Komponenten wurden gemischt, um ein im wesentlichen homogenes Flüssigkristallgemisch enthaltend 80 Gew.-% Wirkstoff und 20 Gew.-% Verdünnungsmittel herzustellen.
Dann wurde weiteres Wasser langsam in das Gemisch aufgenommen, um ein im wesentlichen homogenes gesättigtes oder annähernd gesättigtes Flüssigkristallgemisch herzustellen, das eine Temperatur von 50 bis 60ºC hatte und 30 Gew.-% Wirkstoff und 70 Gew.-% Wasser enthielt.
Dieses Gemisch wurde dann in einen erfindungsgemäßen dynamischen Mischer mit ausreichend Wasser in Umgebungstemperatur zugeführt, um ein Gemisch herzustellen, das eine Wirkstoffzusammensetzung zwischen 5 und 12 Gew.-% hat. Bei der Passage durch den Mischer wurde eine homogene Dispersion von Wasser in Wirkstoff hergestellt durch Umkehr der Flüssigkristallphase und des gesättigten Verdünnungsmittels.
Der Mischer hatte einen inneren Durchmesser von 50 mm, eine Rotorlänge von 270 mm und wurde bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 1400 Umdrehungen/min (rev/min) betrieben. Die Aussparungen erstreckten sich entlang des Rotors und des Ständers, und beim Durchfluß zwischen Aussparungen wurde das Gemisch durch Passage durch eine Querschnittsfläche des Flusses von weniger als 0,2-mal der Querschnittsfläche des Flusses durch die Aussparungen begrenzt.
Die Viskosität der resultierenden Zusammensetzungen (in mPas) wurden bei 110 sec&supmin;¹ und 25ºC gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Vergleichsbeispiele A und B

Zusammensetzungen enthaltend die gleichen Bestandteile wie diejenigen, die in Beispiel 1 hergestellt wurden, nämlich zwischen 5 und 11% VARISOFT Wirkstoff zur Behandlung von Textilien wurden durch herkömmliche Verfahren zur Herstellung von flüssigen Zusammensetzungen hergestellt.
In Beispiel A wurde Wasser in ein Rührgefäß gegeben und der Wirkstoff wurde unter Rühren bis zur gewünschten Konzentration zugegeben. Das Mischen wurde bei erhöhter Temperatur ausgeführt, um den Wirkstoff zu schmelzen.
In Beispiel B wurden die Zusammensetzungen, die in Beispiel A hergestellt wurden, einem herkömmlichen Nach- Scherungsverfahren unterworfen, um die Viskositäts- Charakteristika der Endzusammensetzung zu verbessern.
Nach Sichtprüfung waren die Zusammensetzungen A und B klar inhomogener im Vergleich zu Beispiel eins, insbesondere bei hoher Wirkstoffkonzentration.

Tabelle 1

Wirkstoff (%) Beispiel 1 (Viskosität)

5 40
8 65
11 155
Die Ergebnisse zeigen, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung als alternativer Verfahrensweg zu herkömmlichen Wegen eingesetzt werden kann. Ein Vorteil des Verfahrens von Beispiel 1 ist, daß beim Erhitzen des Wirkstoffs, um ihn mit Wasser zu mischen, nur ein Teil des Wassers erhitzt werden muß, während in den Beispielen A und B das gesamte Wasser erhitzt werden muß.

Beispiel 2

Eine isotrope Waschflüssigkeit für Textilien wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. Eine Paste (Anfangsgemisch) wurde in einem 25L diskontinuierlichen Mischer des "Z-Blatt"- Typs gebildet. Die Bestandteile wurden in der Reihenfolge zugegeben wie in Tabelle 2.1 gezeigt, wobei die Paste kein zugegebenes Wasser enthielt. Die Paste war in einer kontinuierlichen Flüssigkristallphase und hatte eine Viskosität von höher als 20 000 mPas bei 40ºC & 20/s. Die Paste wurde dann in eine kontinuierliche Hochscher- Mischvorrichtung (ein Aussparungs-Transfer-Mischer wie in EP- A-194812 beschrieben) und dann in eine Scherungs- /Dehnungszone wie in Beispiel 1 und hier mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, überführt. Wasser (Verdünnungsmittel) bei 80ºC wurde dann mit der Paste bei 4 getrennten Punkten gemischt, wie in Tabelle 2.1 genau ausgeführt, und rasch aufgenommen, um Homogenität zu erhalten, um das Endprodukt zu bilden, das isotrop war. Die zwei ersten Verdünnungsströme wurden vor der Dehnungszone zugegeben, der dritte wurde in der Mitte der Dehnungszone, und der letzte Strom wurde am Ende der Dehnungszone zugegeben. Tabelle 2.1
Während des kontinuierlichen Laufs wurden die Fluß- und die Deformationsbedingungen variiert, wie in Tabelle 2.2 im Detail ausgeführt. Wenn Homogenität nicht erhalten wird, sind Restmengen von undispergierter Paste im Produkt vorhanden und erscheinen als unerwünschte kleine Punkte. Diese Produkte werden somit durch ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsverfahren hergestellt. Tabelle 2.2
Die Produktviskosität war in allen Fällen ungefähr 200 mPas. Die Ergebnisse zeigen, daß Scherung allein ausreichend ist, um die Paste mit hoher Wirkstoffkonzentration zu dispergieren, wenn Homogenität aufrechterhalten wird, aber daß die Anwendung von Scherung in Kombination mit Dehnungsströmung unter Verwendung zum Beispiel der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung, es erlaubt, die Homogenität bei einem niedrigeren Wert der Scherkomponente im Fluß aufrechtzuerhalten. Es wird beobachtet, daß eine erhöhte Flußgeschwindigkeit sowohl mit als auch ohne Dehnung höhere Mengen an Mindestscherung erfordert, um Homogenität aufrecht zu erhalten und so die Paste zu dispergieren. Wird die Dehnungsgeschwindigkeit bei gegebenen Betriebsbedingungen erhöht, beispielsweise durch Erhöhung der Variation in der Querschnittsfläche des Flusses in der Dehnungszone, dann kann die erforderliche Mindestschergeschwindigkeit verringert werden.

Beispiel 3

Eine Spülungs-Conditioner-Zusammensetzung für Textilien wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. VARISOFT Pulver wurde stetig (25kg/Stunde) in einen W&P Extruder mit Wasser (6,25kg/Stunde)(Verdünnungsmittel) zugeführt, um eine 80% Wirkstoffpaste (Anfangsgemisch) mit einer Viskosität von 4000 mPas bei 20/s herzustellen. Das Gemisch wurde auf über 95ºC, um den Wirkstoff zu schmelzen, und unterhalb 130ºC, worüber das Wasser zum Abkochen neigen wird, erhitzt. Die Schneckenelemente und die Schneckengeschwindigkeit wurden so ausgewählt, daß der Wirkstoff und das Wasser gründlich durchmischt werden und auch sichergestellt ist, daß die Hochtemperaturzonen (> 100ºC) bei ausreichendem Druck arbeiten, um die Umwandlung des Wassers in Dampf zu verhindern. Der Extruder führte die Paste direkt in einen Mischer zu, wie er in Beispiel 2 verwendet wurde, wo sie weiter mit entmineralisiertem Wasser (50-70ºC) verdünnt wurde. Verdünnungsmittel wurde nach der Dehnungsströmungszone bei Umgebungstemperatur zugegeben. Die eingesetzten Flußgeschwindigkeiten sind in Tabelle 3.1 im einzelnen angegeben und die Deformationsgeschwindigkeiten sind in Tabelle 3.2 gezeigt. Während des kontinuierlichen Verfahrens wurde die Menge an Verdünnungsmittel, die in den Mischer eingeführt wurde, variiert, um eine Wirkstoff-Konzentration von 15 bis 40% herzustellen (siehe Tabelle 3.2) und die Menge an Verdünnungsmittel, die nachher aufgenommen wurde, eingestellt, um eine Endkonzentration von 5% zu ergeben.
Die Partikel-/Tröpfchengröße der Produkte wurde gemessen. Eine kleinere Partikelgröße ergab dabei eine verbesserte Lagerungsstabilität. Tabelle 3.1
Kontrollproben wurden ebenfalls unter Verwendung eines herkömmlichen Standardverfahrens in einem gerührten 3L- Behälter, gefolgt von Nachscherung (NS) in einem Ultra-turrax Hochscher-Mischer gemacht (siehe jeweils Kontrolle 1 und 2 in Tabelle 3.2). Produkte mit mehr als 10-12% Wirkstoff konnten nicht hergestellt werden. Tabelle 3.2
Die kleinste Partikelgröße (und daher die beste Stabilität) wird erreicht, wenn das Produkt nach der ersten Stufe eine Wirkstoffkonzentration von 25% hat. Diese Konzentration ist nahe dem Phasenübergang (30%) zwischen der kontinuierlichen oder lamellaren Schichtphase (> 30%) zu einer dispersen Phase (< 30%). Es wird davon ausgegangen, daß die höhere Viskosität die Wirkung von Scherung und Dehnung verstärkt. Die kleinste Partikelgröße wird erreicht, wenn sowohl Scherung als auch Dehnung angewendet wurden. Ein Vergleich von Kontrolle 2 und Ansatz 2, 3, 4, 7 zeigt, daß man bei niedrigeren Scher- und/oder Dehnungsintensitäten eine kleinere Partikelgröße erhält als für starke Scherung allein. Verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren können Produkte mit höherer Konzentration hergestellt werden.

Beispiel 4

Verschiedene konzentrierte Waschprodukte für Textilien wurden hergestellt, wobei alle die in Tabelle 4.1. aufgezählte Formulierung hatten. Alle Bestandteile außer Wasser sind als "Wirkstoffe" im Sinne der Erfindung anzusehen.
Pasten (Anfangsgemisch) wurden in einem diskontinuierlichen Mischer des "Z-Blatt"-Typs gebildet. Die Pastenbestandteile wurden aus den in Tabelle 4.1 genau angegebenen ausgewählt und in der in Tabelle 4.2 gezeigten Reihenfolge zugegeben. Es wurde ausreichend Wasser zugegeben, um Pasten mit einer Tensidkonzentration relativ zum Wassergehalt herzustellen wie in Tabelle 4.2 angegeben. Das übrige Wasser und andere Bestandteile wurden als Verdünnungsstrom während des späteren Durchmischungsschritts eingeschlossen. Der Einfachheit halber wird das Natriumhydroxid mit den Tensiden eingeschlossen, da es im "Z-Blatt"-Mischer zugegeben wurde, um das PRIOLENE® zu neutralisieren. Die gebildete Paste war eine lamellare Flüssigkristallphase. Die Pastenviskositäten wurden gemessen und sind in Tabelle 4.2 aufgelistet. Tabelle 4.2
Das Verdünnungsmittel wurde in einer herkömmlichen Ausführung eines Rührbehälters bei Umgebungstemperatur hergestellt. Die Paste und das Verdünnungsmittel wurden in ein kurzes Rohr injiziert, das zu einer Einlaßöffnung des Mischers führt, wie in Beispiel 2 eingesetzt. Die Pastentemperatur war 35 bis 55ºC. Flußgeschwindigkeiten wurden so eingestellt, daß man eine Produktflußgeschwindigkeit von 20 kg/Stunde erhielt, was eine lange Verbleibzeit in dem Mischer in der Größenordnung von 3 min ergab. Die Temperatur der Bestandteile wurde erhöht durch Heizen des Mischers auf ungefähr 70-80ºC, was Austrittstemperaturen ergab, die ähnlich den Pastentemperaturen waren. Typische Schergeschwindigkeiten waren im Bereich 3,5 bis 10,5 x10³/s. Die Endprodukte enthielten eine disperse Flüssigkristallphase.
Ein Produkt mit der Zusammensetzung in Tabelle 4.1 wurde durch ein herkömmliches diskontinuierliches Verfahren zu Vergleichszwecken hergestellt.
Der Relative Brechungsindex und die Viskosität der Endprodukte wurden bestimmt und die Ergebnisse sind im Detail in Tabelle 4.3 dargestellt. Ergebnisse Tabelle 4.3
Die Ergebnisse zeigen, daß Produkte von mit den herkömmlichen Produkten vergleichbarer Viskosität hergestellt werden können, aber mit einer viel kleineren Partikelgröße (gekennzeichnet durch einen starken Anstieg im RBI) und damit besserer Stabilität. Für ähnlichen RBI erhält man ein Produkt mit niedrigerer Viskosität dadurch, daß man den Elektrolyten von der Paste ausschließt und ihn zum Strom des Verdünnungsmittels gibt. Ein Vergleich von WSPA(1) mit SPAW zeigt, daß die Reihenfolge der Zugabe bei der Bildung der Paste keine größere Auswirkung auf die Eigenschaften des Endprodukts hat. Ähnliche Eigenschaften des Endprodukts wurden bei Verwendung einer höheren Menge an Wasser in der Paste (vergleiche WSPA(1) mit WSPA(2)) erzielt. Dies ist in der Praxis vorteilhaft, da das Verfahren nicht wesentlich durch Schwankungen im Wassergehalt der Einsatzmaterialien beeinflußt wird.

Vergleichsversuche:

Als ein Vergleichsversuch wurden zwei Pasten (WESPA und WSPA, wie in Tabelle 4.2 gezeigt) in einem kleinen "Z-Blatt"- Mischer (600 ml) hergestellt und dann in demselben Mischer verdünnt. Kleine Aliquote des Verdünnungsmittels (jeweils 5 Gew.-%) wurden dann jeweils über 1 Minute zugegeben, aber dies führte zu einer Verstopfung um den Rotor herum und machte es erforderlich, daß der Mischer regelmäßig angehalten wurde, um die Paste zu entfernen.
Dieser Versuch zeigte, daß die Verwendung von herkömmlichen diskontinuierlichen Mischern, die für herkömmliches Mischen von Pasten geeignet sind, nicht durchführbar ist. Die erhaltenen Zusammensetzungen hatten sehr hohe Viskositäten und waren nicht akzeptabel.
Eine weitere Reihe Vergleichsversuche wurde durch Bildung von Pasten, wie in Tabelle 4.2 angeführt, und den Versuch sie in einem herkömmlichen diskontinuierlichen Rührbehälter zu verdünnen, durchgeführt. Es wurde gefunden, daß die Pasten dazu neigten in Klumpen zu zerbrechen und nicht leicht zu dispergieren.

Beispiel 5

Eine konzentrierte Waschzusammensetzung für Textilien wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. Eine Paste wurde in einem diskontinuierlichen Mischer des "Z-Blatt"-Typs durch Mischen der in Tabelle 5.1 gezeigten Bestandteile in der angeführten Reihenfolge hergestellt. Die Paste bildete eine lamellare Flüssigkristallphase und hatte eine Viskosität von 98 000 mPas gemessen bei 40ºC & 20/s. Die Homogenität der Paste wurde getestet durch Messung des RBI von 10 Proben der Paste, die zufällig aus dem Ansatz genommen wurden. Die Verteilung der RBI-Messungen für alle Proben ergab einen mittleren RBI von 161,5 bei einer Standardabweichung von 1,6.
Der Strom des Verdünnungsmittels wurde in einer herkömmlichen Ausführung eines Rührbehälters bei 80ºC (aufgrund der Neutralisierungswärme) gebildet. Der Strom des Verdünnungsmittels wurde in einem Schritt in einer Mischvorrichtung mit einer Scherungs- und Dehnungszone wie in Beispiel 2 angegeben zu der Paste gegeben. Die kombinierte Flußgeschwindigkeit der beiden Ströme war 220-230 kg/Stunde. Die Scher- und Dehnungsgeschwindigkeiten wurde verändert, um wie in Tabelle 5.2 gezeigt ein unterschiedliches Produkt herzustellen.
Das Endprodukt enthielt eine disperse Flüssigkristallphase. Tabelle 5.1 Tabelle 5.2
Die Ergebnisse zeigen, daß bei niedriger Scherung die Anwendung von Dehnung wesentlich kleinere Tröpfchen in dem Produkt hervorbringt, und daß man bei höherer Scherung, gegebenenfalls mit Dehnung, viel kleinere Tröpfchen erhalten kann bei einer mit niedriger Scherung vergleichbaren Viskosität und mit einer Abweichung nach unten in der Viskosität. Die Produkte waren über 4 Wochen annehmbar stabil.

Beispiel 6

Ein konzentriertes Waschprodukt für Textilien mit der in Tabelle 6.1 aufgeführten Zusammensetzung wurde folgendermaßen hergestellt. Das Vorgemisch des Wirkstoffs war eine Flüssigkeit und wurde in einem Rührbehälter hergestellt. Der Verdünnungsmittelstrom war auch eine Flüssigkeit und wurde in einem Rührbehälter hergestellt, wo seine Temperatur aufgrund der Neutralisierung der Zitronensäure bei 80ºC gehalten wurde. Der Wirkstoffstrom und die Hälfte des Verdünnungsmittelstroms (Elektrolyt) wurden in einer Mischvorrichtung zusammengebracht, wie sie in Beispiel 2 eingesetzt wurde, um eine Paste/ein Gel mit einer Viskosität von 19 000 mPas, gemessen bei 40ºC & 20/s, zu bilden.
Der Rest des Verdünnunsmittelstroms wurde dann an einem stromabwärts gelegenen Punkt des Mischers in den Prozeßstrom injiziert, um das Endprodukt zu bilden. Die kombinierte Flußgeschwindigkeit der Ströme war in der Größenordnung von 190-210 kg/Stunde. Die auf den Produktstrom ausgeübte Schergeschwindigkeit wurde wie in Tabelle 6.2 unten gezeigt variiert.
Für Vergleichszwecke wurde ein 40 L-Ansatz des Produkts auf herkömmliche Weise durch Zugabe der Bestandteile zu Wasser in einem Rührbehälter hergestellt. Ein Teil der Vergleichsprobe wurde nachfolgend einer Scherung in einem Dispax Hochschermischer unterworfen. Die Ergebnisse sind als die ersten drei Proben in Tabelle 6.2 dargestellt.
Die Ausübung eines Mindestmaßes an Scherung ist wünschenswert, um ein Produkt zur Verfügung zu stellen, das nach 4 Wochen stabil bleibt. Die Ergebnisse zeigen auch, daß im allgemeinen niedriger-viskose stabile Produkte durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem Homogenität erhalten wurde, besser als durch herkömmliche Mittel hergestellt wurden. Darüberhinaus stellt das Verfahren der Erfindung bei vergleichbaren Schergeschwindigkeiten eine kleinere Partikelgröße zur Verfügung, was die Produktstabilität erhöht.

Beispiel 7

Eine flüssige Waschzusammensetzung für Textilien herkömmlicher Stärke wurde gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt. Die Zusammensetzung des Endprodukts ist in Tabelle 7.1 gezeigt.
Die Paste wurde ansatzweise unter Verwendung eines "Z-Blatt"- Mischers hergestellt und hatte eine Viskosität von mehr als 200 000 mPas gemessen bei 40ºC & 20/s. Die Homogenität der Paste wurde dadurch bestimmt, daß RBI-Messungen von 10 Proben, die zufallsweise aus dem Ansatz genommen wurden, durchgeführt wurden. Der mittlere RBI war 125,3 bei einer Standardabweichung der Probe von 0,9.
Die übrigen Bestandteile wurden zusammen in einem herkömmlichen Rührbehälter gemischt, um den Verdünnungsmittelstrom zu bilden. Die Paste wurde in den Mischer, auf den in Beispiel 2 Bezug genommen wurde, zugeführt, und der Verdünnungsmittelstrom wurde in 2 Stufen vor dem Dehnungsabschnitt des Mischers injiziert. Die kombinierte Flußgeschwindigkeit der Ströme war zwischen 190- 210 kg/Stunde und die Schergeschwindigkeit wurde variiert wie in Tabelle 7.2 im einzelnen angegeben. Tabelle 7.1
Zu Vergleichszwecken wurde auch ein Produkt mit der gleichen Zusammensetzung, aber hergestellt in einem herkömmlichen Rührbehälter, gegebenenfalls mit Nach-Scherung, hergestellt. Die Viskositäts- und RBI-Daten für diese Materialien sind auch in Tabelle 7.2 gezeigt. Tabelle 7.2
Das Verfahren der voriegenden Erfindung erlaubt es ein Produkt mit einer niedrigeren Viskosität und kleinerer Tröpfchengröße herzustellen, verglichen mit dem herkömmlichen Weg, der sogar mit hoher Nach-Scherung ein Produkt ergibt, das eine inakzeptabel hohe Viskosität hat.

Beispiel 8

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer stabilen flüssigen Waschzusammensetzung für Textilien.
Ein Produkt mit einer in Tabelle 8.1 gezeigten Formulierung wurde auf die herkömmliche Art und Weise unter Verwendung eines Rührbehälters hergestellt. Die Bestandteile wurden in der in der Tabelle gezeigten Reihenfolge zugegeben.
Das Produkt wurde dann dadurch einer Dehnströmung, gegebenenfalls mit Scherung ausgesetzt, daß es durch die Mischvorrichtung, auf die in Beispiel 2 Bezug genommen wurde, unter den in Tabelle 8.2 spezifizierten Bedingungen geleitet wurde. Die Produkte waren anfangs stabil und ihre Stabilität wurde nach 8 Wochen überprüft.

Tabelle 8.1

Bestandteile % erhalten

Entmin. Wasser 32,1
Zitronensäure 5,5
Glycerol 5,0
Borax 3,5
Tinopal CBS-X® 0,1
NaOH (47%) 14,3
Narlex DC1® 2,15
Synperonic A7® 10,8
Priolene 6902® 7,55
Prifac 7904® 5,0
LAS® 13,0
Parfüm 0,35
Antischaum 0,1
Dequest 0,55 Tabelle 8.2
Die Ergebnisse zeigen, daß mit einer geeigneten Kombination von Scherung und Dehnung ein Produkt mit guter Stabilität erhalten werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten flüssigen Zusammensetzung umfassend einen Wirkstoff und ein Verdünnungsmittel, das umfaßt, daß man:

i) einen Wirkstoff der Zusammensetzung mit einem flüssigen Wirkstoff und/oder einem Teil des Verdünnungsmittels mischt, um ein im wesentlichen homogenes Flüssigkristallgemisch herzustellen;

ii) Verdünnungsmittel aufnimmt, um das Flüssigkristallgemisch in Bezug auf das Verdünnungsmittel zu sättigen, wodurch eine im wesentlichen homogene kontinuierliche Phase, die den Wirkstoff und das Verdünnungsmittel umfaßt, und gegebenenfalls eine disperse Phase, die das Verdünnungsmittel umfaßt, hergestellt wird;

iii) eine im wesentlichen homogene Dispersion des gesättigten Flüssigkristallgemisches in einer kontinuierlichen Phase des Verdünnungsmittels herstellt;

iv) gegebenenfalls die Dispersion mit weiterem Verdünnungsmittel verdünnt, um die gewünschte Konzentration an Wirkstoff zur Verfügung zu stellen,

wobei das Gemisch beim Fortschreiten von Schritt (ii) zu Schritt (iii) einer Dehnströmungsgeschwindigkeit und/oder Schergeschwindigkeit von mehr als 3 · 10³ sec&supmin;¹ unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem wenigstens 50 Gewichts-% des Flüssigkristallgemisches wenigstens einen Wirkstoff umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Dispersion eine mittlere Tröfchengröße von weniger als 10 um hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem das Flüssigkristallgemisch lamellar ist und in der Lα-Phase ist oder während oder nach der Zugabe des Verdünnungsmittels zum Anfangsgemisch direkt oder indirekt durch diese in die L&sub1; + Lα-Phase übergeht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Wirkstoff ein anionisches, nichtionisches, kationisches und/oder zwitterionisches Tensid umfaßt.

6. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen flüssigen Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Verdünnungsmittel Wasser umfaßt.

7. Flüssige Zusammensetzung erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

8. Dynamische Mischvorrichtung, die geeignet ist zur Induktion von Dehnströmung in einer flüssigen Zusammensetzung, und die räumlich nahe beeinander angeordnete, relativ zueinander bewegliche gegenüberliegende Oberflächen umfaßt, von denen eine jede wenigstens einen Ring von Aussparungen darin hat, in der die Flüssigkeit zwischen den Oberflächen entlang eines Weges durch die Aussparungen fließt, und in der die Aussparungen auf jeder Oberfläche so angeordnet sind, daß in Betrieb die Querschnittsfläche für den Fluß der Flüssigkeit, die während der Passage durch die Vorrichtung zur Verfügung steht, nacheinander um einen Faktor von wenigstens 5 steigt und fällt.

9. Verwendung einer dynamischen Mischvorrichtung nach Anspruch 8 zur Herstellung einer flüssigen, gelförmigen oder anderen fluiden Zusammensetzung.