“UMA MISTURA DE ÉSTER ÂNION COM PROPRIEDADES SURFACTANTES PARA FORMULAR PRODUTOS DE HIGIENE PESSOAL, E, UM PRODUTO DE HIGIENE PESSOAL”
Relatório descritivo [1] A presente invenção reivindica prioridade ao pedido provisório da patente norte-americana número de série 60/537,511, depositado em 20 de janeiro de 2004.
[2] A presente invenção relaciona-se à preparação de sais de ésteres de isetionato de acha alquila, intermediários em sua produção e aplicação em produtos de consumo.
[3] Ésteres de isetionato de acha alquila são surfactantes aniônicos que podem ser usados em uma variedade de produtos para cuidados pessoais, tais como sabonetes, composições cosméticas e formulações de limpeza. Um éster de isetionato de acha alquila, isetionato de cocoíla de sódio (“SCI”), é um éster que atualmente é amplamente utilizado em barras combinadas de sabonete (ou sejam, barras sindéticas), devido á sua baixa solubilidade em água e neutralidade (ou sejam, não-irritantes) para a pele, em comparação com barras de sabonete de ácidos graxos mais fortes. No entanto, por causa de sua baixa solubilidade em água, o SCI não é adequado para uso em limpadores líquidos. Um método para aprimorar a limitada solubilidade em água do SCI é combinar SCI com outros surfactantes, como taurato, anfoacetatos e betaínas. No entanto, essa combinação de surfactantes produz ainda uma solução obscura que tende a separar durante o armazenamento. Portanto, seria desejável produzir ésteres de isetionato de acila alquila que sejam altamente solúveis em água, hidroliticamente estáveis e não-irritantes, para uso em produtos de consumo tanto aquosos como não-aquosos, como produtos de limpeza de uso pessoal.
[4] A presente invenção inclui sulfonatos de hidroxialquila com substituição por alquila e métodos de preparação de sulfonatos de
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2/37 hidroxialquila com substituição por alquila. Os sulfonatos de hidroxialquila com substituição por alquila podem então ser reagidos com um ácido carboxílico, para produzir ésteres de isetionato de acila alquila. Os ésteres de isetionato de acila alquila podem ser usados como um surfactante ou agente ativo de superfície em produtos de consumo, tais como produtos de limpeza de uso pessoal. Os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção são no mínimo tão neutros para a pele quanto o SCI. Além disso, diferentemente do SCI, os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção fazem pouca espuma, são altamente solúveis em água, e hidroliticamente estáveis, tomando os ésteres mais fáceis de manusear, armazenar e compor. Por causa de suas propriedades de solubilidade avançadas, os ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila podem ser dissolvidos em água ou escamados em um concentrado de rápida dispersão, com isso tomando altamente desejável o seu uso na formulação de produtos de consumo aquosos e não-aquosos.
[5] Para um entendimento detalhado e melhor apreciação da presente invenção, será feita referência à seguinte descrição detalhada da invenção, tomada em conjunto com as figuras em anexo, nas quais:
A Fig.l é um gráfico representando a estabilidade hidrolítica de isetionato de cocoíla de sódio (SCI), isetionato de metila cocoíla de sódio (SCMI) e isetionato de etila cocoíla de sódio, por um período de 30 dias;
A Fig. 2A representa as características espumantes de SCMI;
A Fig. 2B representa as características espumantes de lauril éter sulfato de sódio (SLES) e lauril sulfato de sódio (SLS); e
A Fig. 3 representa a solubilidade das soluções contendo um SCI, SCMI e SCEI.
[6] A presente invenção fornece ésteres de isetionato de acila alquila altamente solúveis, hidroliticamente estáveis, com bastante espuma firme, neutros (ou sejam, não-irritantes), úteis como surfactante primário ou
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3/37 secundário em produtos de consumo não-aquosos, tais como produtos de limpeza de uso pessoal. Um éster de isetionato de acila alquila da presente invenção refere-se aqui a um éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila, em que no mínimo um hidrogênio na cadeia de alquila da porção de isetionato da molécula seja substituído por um grupo de alquila. Ou seja, um grupo de alquila é substituído em no mínimo um átomo de carbono da porção de sulfonato de alcano do éster de isetionato de acila alquila. Por exemplo, em uma configuração, o éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila é um éster de isetionato de acila etila com substituição por alquila tendo a seguinte fórmula geral (I):
Ri Ra
R-COO-CHCH-SO3X em que R é qualquer grupo de hidrocarbono tendo entre 4 e 25 átomos de carbono; Ri e R2 são cada um independentemente selecionados do grupo que consiste de hidrogênio e um grupo de alquila Ci a Ce alifático ramificado ou reto, sujeito à ressalva de que somente um Ri e R2 é um grupo de alquila Ci a Có alifático ramificado ou reto, enquanto o Ri e R2 restante é hidrogênio; e X pode ser qualquer espécie catiônica presente para neutralidade de carga como hidrogênio, um álcali metal como sódio, potássio e lítio, cálcio, magnésio, zinco, alumínio, amônio e ions de amônio que sejam substituídos por um ou mais grupos orgânicos.
[7] Em outra configuração, o éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila é um éster de isetionato de acila propila com substituição por alquila tendo a fórmula geral (II):
Ri R? R3
R-COO-CH-CH-CH-SO3X em que R é qualquer grupo de hidrocarbono tendo entre 4 e 25 átomos de carbono; Ri e R2 e R3 são cada um independentemente selecionados do grupo
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4/37 que consiste de hidrogênio e um grupo de alquila Ci a Ce alifático ramificado ou reto, sujeito à ressalva de que somente um Ri e R2 é um grupo de alquila Ci a Có alifático ramificado ou reto enquanto o Ri ou R2 ou R3 restante é hidrogênio; e X pode ser qualquer espécie catiônica presente para neutralidade de carga como hidrogênio, um álcali metal como sódio, potássio e lítio, cálcio, magnésio, zinco, alumínio, amônio e íons de amônio que sejam substituídos por um ou mais grupos orgânicos.
[8] Os ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila da presente invenção podem ser preparados por esterificação direta de um ou mais isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila com um ou mais ácidos carboxílicos. A esterificação ocorre pela mistura de isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila com ácido carboxílico e opcionalmente um catalisador de esterificação sob condições de esterificação. O isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila pode estar presente como o sal do isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila ou em sua forma ácida. Com isso, a esterificação de uma configuração pode ocorrer de acordo com a reação:
O R] R2 O O Ri R2 O
R-COH + HOCHCHSOX---> R-CO-CH-CHSOX + H2O
O O em que R é qualquer grupo de hidrocarbono tendo entre cerca de 4 e 25 átomos de carbono, incluindo grupos de hidrocarbono de cadeia reta, ramificada, saturados e não-saturados; Ri e R2 são cada um independentemente hidrogênio ou um grupo de alquila selecionado do grupo que consiste de: alquila Ci a Ce, sujeito à ressalva de que ambos Ri e R2 não são simultaneamente hidrogênio e ambos não são simultaneamente um grupo de alquila Ci a Ce, e em que X é uma espécie catiônica presente para neutralidade de carga, que pode ser qualquer espécie catiônica, mas preferivelmente selecionado do grupo que consiste de: hidrogênio, álcalis
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5/37 metais, metais terrosos alcalinos, zinco, alumínio, amônio e íons de amônio que são substituídos por um ou mais grupos orgânicos, que podem ser qualquer grupo orgânico. Quando X for hidrogênio, o ácido alquilisetiônico com substituição por alquila está presente, que surpreendentemente foi constatado ser catalítico durante a esterificação. Pode-se fazer com que X esteja presente como hidrogênio pela adição de qualquer ácido forte; no entanto, é mais preferível adicionar o próprio ácido alquilisetiônico com substituição por alquila em sua forma pura, quando for adicionado como um catalisador de esterificação.
[9] Os isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila podem ser preparados por meio da reação de um ou mais óxidos de alquileno com uma solução aquosa de bissulfito. Os óxidos de alquileno usados na preparação dos isetionatos de hidroxialquila podem incluir, por exemplo, óxido de propileno, óxido de butileno e quaisquer óxidos de alquileno mais altos. A concentração da solução aquosa de bissulfito pode variar de 10% a 70% por peso e pode incluir qualquer solução aquosa de álcali metal de bissulfito, como sódio, potássio ou amônio.
[10] Em uma configuração, o isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila é um sulfonato de hidroxietano com substituição por alquila produzido pela reação a seguir:
O R1 R2 Rí R4 / \ II I p R-CH-CH2 + p HSO3-----► q HO-CHCH-SO3· + r HO-CHCH-SO3· em que R é um grupo de alquila Ci a Ce, Ri e R2 são cada um independentemente selecionados do grupo de hidrogênio e um grupo de alquila Ci a Ce, mas somente um de Ri e R2 é hidrogênio, enquanto o outro é um grupo de alquila Ci a Ce; R3 e R4 são cada um independentemente selecionados do grupo de hidrogênio e um grupo de alquila Ci a Ce, mas somente um de R3 e R4 é hidrogênio, enquanto o outro é um grupo de alquila
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Ci a Ce; e q + r é igual a p. Com isso, os isômeros podem ser produzidos durante a reação. Preferivelmente, um ou mais cátions como íons de sódio, potássio, lítio, cálcio, magnésio, zinco, alumínio e amônio estão presentes na solução aquosa de bissulfito para manter a neutralidade da carga, e de fato qualquer ion pelo qual a neutralidade da carga pode ser conseguida é adequadamente incluído na solução aquosa, incluindo íons monopositivos, íons dipositivos e íons triplamente positivos.
[11] Em outra configuração, o óxido de propileno é reagido com bissulfito de sódio para produzir o sulfonato de 2-metila 2-hidroxietano de sódio e/ou sulfonato 1-metila 2-hidroxietano de sódio, ou uma mistura dos mesmos. Em ainda outra configuração, o óxido de butileno é reagido com bissulfito de sódio para produzir sulfonato 2-etila 2-hidroxietano de sódio e/ou sulfonato 1-etila 2-hidroxietano de sódio, ou uma mistura dos mesmos. Em ainda outra configuração, uma mistura de óxido de propileno e óxido de butileno é reagida com bissulfito de sódio para produzir sulfonato de 2-metila 2- hidroxietano de sódio, sulfonato 2-etila 2-hidroxietano de sódio, sulfonato 1-metila 2-hidroxietano de sódio e/ou sulfonato de 1-etila 2-hidroxietano de sódio, ou misturas dos mesmos. O óxido de propileno e óxido de butileno ou óxido de etileno podem ser combinados em qualquer proporção para se obter as quantidades desejadas de cada sulfonato de hidroxietano com substituição por alquila.
[12] Na produção de éster de isetionato de acila alquila pela reação de um ácido carboxílico com um isetionato de alquila, tal como um sulfonato de hidroxietano com substituição por alquila, o átomo de carbono da porção de sulfonato de hidroxietano da molécula conectada ao átomo de oxigênio do encadeamento de éster é referido na presente invenção como o “átomo de carbono de cadeia de éster”. Foi surpreendentemente verificado que, quando o isetionato de alquila contém um alto grau de carbonos de cadeia de éster, que são átomos de carbono secundários, a estabilidade hidrolítica do produto final
Petição 870180134020, de 25/09/2018, pág. 14/55 /37 de éster de isetionato de acila alquila é substancialmente aumentada. Nenhum aumento similar na estabilidade hidrolítica foi observado em relação ao aumento do conteúdo secundário de carbono do outro átomo de carbono ligado diretamente ao átomo de enxofre no isetionato de alquila. Portanto, é altamente desejável produzir um isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila que permita um éster de isetionato de hidroxialquila produzido a partir do mesmo para possuir um grau de carbonos de cadeia de éster que sejam átomos secundários de carbono o mais alto possível.
[13] Durante a produção dos isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila, o pH da solução de reação compreendendo o óxido de alquileno e bissulfito pode variar de cerca de 4,0 a cerca de 10,0. No entanto, para minimizar as reações colaterais e os produtos colaterais, tais como dióis, o pH da solução de reação pode ser mantido dentro de uma faixa de 5,5 a 8,5. Além disso, o pH da solução de reação pode ser mantido idealmente a um pH de cerca de 7,0 para maximizar a produção de isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila tendo um alto conteúdo de carbonos secundários de cadeia de éster. Para manter o pH da solução de reação em uma faixa de pH desejado durante toda a reação, pode ser adicionado à solução de reação um ácido fraco ou ácido tampão e/ou mais bissulfito conforme necessário.
[14] Em outra configuração, os isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila são preparados fazendo-se in situ o bissulfito, reagindo uma solução de hidróxido, como hidróxido de sódio, com dióxido de enxofre sob pressão. O alcóxido pode ser adicionado durante ou após a produção dos correspondentes isetionatos de hidroalquila e isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila.
[15] Além disso, a temperatura e pressão da solução de reação, durante a produção dos isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila, podem variar de cerca de 50°C a cerca de 200°C e de cerca de 10 psi
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8/37 a cerca de 100 psi, respectivamente. A temperatura e pressão da solução de reação podem ser mantidas constantes durante toda a reação, ou um ou ambos podem ser aumentados ou abaixados a qualquer momento, por qualquer período de tempo, para produzir o isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila.
[16] Além disso, os isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila podem ser preparados na forma líquida ou sólida. Por exemplo, os isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila podem primeiramente ser preparados na forma líquida e, em seguida, secos por atomização, até formar um pó. Assim, em uma configuração, os isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila são preparados na forma líquida pela reação de óxido de propileno e/ou óxido de butileno com bissulfito de sódio. Os sais líquidos do isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila são então secos por atomização até a sua correspondente forma em pó. Foi verificado que os pós de isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila são menos higroscópicos e portanto mais fáceis de lidar do que os pós de isetionatos sem substituição por alquila, tomando o transporte mais eficiente e menos caro. Além disso, o uso de pó de isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila permite a eliminação de uma etapa de remoção de água que é normalmente necessária -quando se usa um isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila durante a esterificação direta.
[17] Os isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila podem então ser usados como matéria-prima junto com ácidos carboxílicos na produção de ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila da presente invenção. Os ácidos carboxílicos empregados na produção de ésteres da presente invenção têm a fórmula geral (III): R-COOH, em que R é qualquer grupo de hidrocarbono tendo entre cerca de 4 a cerca de 25 átomos de carbono. O grupo de hidrocarbono R pode ser saturado ou não-saturado, e
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9/37 de se na de cadeia reta ou ramificada. De modo geral, o excesso de ácido carboxílico é usado na produção dos ésteres da presente invenção. Com isso, a quantidade de ácido carboxílico usado pode variar de uma razão molar de ácido carboxílico para isetionato de hidroxialquila de 1,3:1 para 1,1:1. No entanto, uma faixa de razão molar de ácido carboxílico para isetionato hidroxialquila de no máximo 2:1 a no mínimo 0,9:1 pode ser usado desejado.
[18] Exemplos de ácidos carboxílicos adequados para uso presente invenção incluem: ácido de coco; ácido butírico; ácido hexanóico; ácido capróico; ácido caprílico; ácido cáprico; ácido láurico; ácido mirístico; ácido palmítico; ácido palmitoléico; ácido esteárico; ácido oléico; ácido linoléico; ácido araquídico; ácido gadoléico; ácido araquidônico; EPA; ácido behênico; ácido erúcico; DHA; ácido lignocérico; ácidos graxos de ocorrência natural como óleo de coco, sebo, óleo de semente de palma, nata, óleo de palma, óleo de oliva, óleo de milho, óleo de linhaça, óleo de amendoim, óleo de peixe e óleo de semente de colza; ácidos graxos sintéticos feitos como cadeias de um comprimento único ou uma distribuição selecionada de comprimentos de cadeia; e misturas de qualquer um dos anteriores.
[19] As pessoas com experiência na técnica irão notar que os ácidos graxos obtidos de fontes de ocorrência natural são misturas de ácidos tendo várias cadeias de carbono de vários comprimentos. Portanto, está dentro do escopo desta invenção utilizar um ou mais ácidos graxos de ocorrência natural (incluindo misturas dos mesmos), ácidos graxos sintéticos (incluindo misturas dos mesmos), e misturas de ácidos graxos naturais e sintéticos. Além disso, “ácido de coco” ou “ácido graxo de coco”, conforme aqui utilizado, é uma mistura de ácido graxo comercial contendo uma faixa de ácidos carboxílicos tendo comprimentos de cadeia entre cerca de Cs a Cis e alguma saturação que pode ser removida por hidrogenação. Com isso, o ácido de coco hidrogenado é uma mistura de ácidos carboxílicos tendo comprimentos de cadeia de Cs a
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Ci8, majoritariamente láuricos e mirísticos, junto com alguns ácidos cápricos e caprílicos, e contém pouca, ou nenhuma, insaturação.
[20] Para auxiliar na preparação dos ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila, um catalisador de esterificação pode ser empregado, combinado com o isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila e ácido carboxílico. Catalisadores de esterificação apropriados, e que são adequados para uso, incluem ácidos alquilisetiônicos, sais de sulfonatos de hidroxialcano, ácido metano sulfônico, ácido sulfônico ptolueno, ácidos inorgânicos, como ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fosforoso, ácido bórico ou seus anidridos, sais de metal pesado, como sulfato de zinco, sulfato de zircônio, isetionato de zinco, citrato de zinco, borato de zinco, sulfato de alumínio, sulfato de titânio ou fosfato de tungstênio, óxidos de metal, como óxido de zinco, óxido de alumínio, óxido de magnésio, óxido de cério, óxido de zircônio ou óxido de lantânio, e também misturas de dois ou mais desses catalisadores, e sabões formados a partir de metais pesados e óxidos de metal. O catalisador de esterificação pode ser empregado em uma quantidade de 0,05 a 2% por peso, preferivelmente de 0,05 a 1% por peso, com base no peso total dos reagentes.
[21] Em uma configuração, o éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila é preparado utilizando a forma ácida de sulfonato de hidroxietano com substituição por alquila como catalisador de esterificação. O ácido isetiônico de hidroxietano com substituição por alquila pode ser adicionado em sua forma pura, ou um ácido forte pode ser adicionado à mistura de reação contendo ácido carboxílico e sal do isetionato de hidroxietano com substituição por alquila, para converter o sal de isetionato para a forma ácida.
[22] O uso duplo do sulfonato de hidroxietano com substituição por alquila como reagente e como catalisador é preferido, desde que não haja necessidade de umedecer ou remover o catalisador, e não haja resíduos de
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11/37 catalisador; portanto há uma mudança mínima na distribuição de peso molecular do éster de isetionato de acila alquila, as despesas capitais de fabricação são reduzidas e o tempo de processamento é diminuído.
[23] Os ésteres de isetionato de acila alquila de acordo com a presente invenção, produzidos a partir de isetionatos de hidroxialquila com substituição por alquila, são muito mais estáveis hidroliticamente do que os ésteres de isetionato de acila alquila produzidos a partir de isetionatos de hidroxialquila sem substituição por alquila, tais como SCI. Atualmente, os usuários de SCI empregam um teste para determinar a estabilidade hidrolítica de SCI, sujeitando uma solução aquosa do SCI a uma temperatura elevada de 55°C por um período de tempo de até 30 dias, durante o qual o grau de hidrólise do SCI é determinado. Conforme mostrado na Fig. 1, a presente invenção alivia o problema de hidrólise. A Fig. 1 representa a estabilidade hidrolítica de uma solução aquosa a 10% de SCI e ésteres de isetionato de acila metila, preparada a partir de ácidos graxos de coco e isetionato com substituição por metila (feito a partir da reação de óxido de propileno e bissulfito de sódio) e ésteres de isetionato de acila etila preparados a partir de ácidos graxos de coco e isetionato com substituição por etila, por um período de 30 dias, a uma temperatura de 56°C. O éster produzido a partir de ácidos graxos de coco e isetionato com substituição de metila será denominado pelo termo “isetionato de cocoíla metila de sódio” ou “SCMI” em sua forma abreviada. O éster produzido a partir de ácidos graxos de coco e isetionato com substituição de etila será denominado pelo termo “isetionato de cocoíla etila de sódio” ou “SCEI” em sua forma abreviada. Conforme mostrado na Fig. 1, o éster SCI se submete a hidrólise, enquanto os ésteres de SCMI e SCEI são hidroliticamente estáveis pelo período de 30 dias. Além disso, os ésteres de SCMI e SCEI eram completamente solúveis, quando adicionados à água, formando assim uma solução de éster a 10% transparente. Em comparação, a solução de SCI a 10% era turva e precisou ser aquecida para
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12/37 solubilizar o SCI em água.
[24] Com isso, foi surpreendentemente verificado que, substituindo o hidrogênio com grupos de alquila Ci a Ce em um ou ambos átomos de carbono da porção de sulfonato de etano de um éster de isetionato de acila alquila, a estabilidade hidrolítica e a solubilidade em água do éster de isetionato de acila alquila são drasticamente aprimoradas. Ou seja, fornecendo Ci a Có em um ou ambos átomos de carbono da matéria-prima de ácido isetiônico (ou sal de isetionato) usada na produção de éster de isetionato de acila alquila, a solubilidade em água e a estabilidade hidrolítica do éster modificado são aprimoradas. Esse resultado é totalmente inesperado, em vista do conhecimento geral na técnica de que aumentar o caráter de hidrocarbono de um material geralmente resulta na redução da solubilidade em água. Como resultado dessa solubilidade e estabilidade hidrolítica aprimoradas, os isetionatos de acila alquila da presente invenção são adequados para uso em produtos de limpeza líquidos de uso pessoal e não se limitam a sabonetes em barra.
[25] Em detalhes gerais, a reação de esterificação pode ser conduzida carregando-se o ácido carboxílico, o isetionato de hidroxialquila com substituição por alquila, e opcionalmente o catalisador de esterificação sob pressão atmosférica ou vácuo para um recipiente de reação. O recipiente de reação é inteiramente incandescido com gás inerte seco, como nitrogênio. A esterificação direta é conduzida pelo aquecimento da mistura de reação à temperatura de reação com agitação. A água pode ser introduzida na mistura de reação com os componentes iniciais e a água que é formada como resultado da reação de esterificação é descarregada do recipiente de reação. Além disso, também pode ser necessário destilar parte do excesso de ácido carboxílico durante o cursa da reação de esterificação. O tempo de reação para completar a esterificação irá variar de 1 a 12 horas, dependendo da temperatura de reação e, se presente, da quantidade de catalisador de
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13/37 esterificação. O produto final de éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila pode então ser liberado na forma líquida ou sólida, como na forma de um pó ou pasta, para uso como matéria-prima na formulação de produtos de limpeza de uso pessoal.
[26] A reação de esterificação pode ser feita em um recipiente de reação sob pressão atmosférica. No entanto, para auxiliar na remoção da água, pode ser aplicado vácuo leve (500-550 mm Hg) durante o início do carregamento dos reagentes, ou em qualquer momento durante a reação. A aplicação de vácuo leve também permite a remoção de água sem destilar o ácido carboxílica. Preferivelmente, o vácuo aplicado não é deixado cair abaixo de 500 mm Hg, de modo a prevenir a destilação de ácido carboxílico quando a mesma não é desejada.
[27] De modo geral, o recipiente de reação é aquecido a uma faixa única de temperatura de reação. No entanto, o processo pode empregar mais de uma faixa de temperatura de reação. Por exemplo, o recipiente de reação pode ser aquecido a uma primeira faixa de temperatura de reação e mantido nessa temperatura por um período para remover a água, e em seguida aquecido a uma segunda faixa de temperatura maior do que a primeira, e mantido por um período de tempo. As faixas de temperatura de reação empregadas durante a reação de esterificação podem variar de cerca de 200°C a cerca de 240°C. No entanto, foi surpreendentemente verificado que, se o ácido isetiônico de hidroxietano com substituição por alquila for usado como catalisador, a temperatura de reação pode ser abaixada a uma faixa de temperatura de cerca de 90°C a cerca de 180°C, preferivelmente de cerca 120°Cacerca de 160°C.
[28] Em uma configuração, o éster de isetionato de acila alquila é produzido pela combinação de um ou mais ácidos carboxílicos e um ou mais sais de sódio do isetionato de hidroxialcano com substituição por alquila com um catalisador de ácido isetiônico de hidroxietano com substituição por
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14/37 alquila em um recipiente de reação. O recipiente de reação é purificado usando nitrogênio e a mistura de reação é aquecida em uma primeira faixa de temperatura de cerca de 120°C a cerca de 130°C por 30 minutos para remover água dos componentes de reação. A mistura de reação é em seguida aquecida a uma faixa de cerca de 140°C a cerca de 150°C para iniciar a reação de esterificação. É aplicado vácuo leve (500-550 mm Hg) durante a reação de esterificação para auxiliar na remoção de água e a mistura de reação é continuamente aquecida até que a destilação de água termine. O vácuo pode ser ajustado durante a reação para prevenir a destilação do ácido carboxílico. Após a esterificação ser completada, o ácido isetiônico de hidroxietano com substituição por alquila residual presente como catalisador pode ser neutralizado com um álcali, tais como corrosivos, amina, amônia ou compostos de amônio substituídos como mono-, di- e triaminas, e alcanolamina como etanolamina. O excesso de ácido graxo pode ser convenientemente removido por destilação a vácuo em temperaturas e pressões que variam de 100°C a 250°C ela 200 mm Hg para tomar o produto substancialmente livre de ácidos graxos.
[29] Uma vez formados, os ésteres de isetionato de acila alquila podem ser usados como surfactante ou agente ativo de superfície em uma variedade de produtos de limpeza de uso pessoal. Produtos de limpeza de uso pessoal incluem mas não se limitam a sabonetes líquidos, xampus, géis de banho, espumas de banho, sabonetes sintéticos em barra de combinação, sabonetes contra acne, xampus anticaspa, removedores de maquiagem, esfoliantes faciais, lenços para bebês e crianças. Com isso, os compostos da invenção podem ser usados em qualquer composição de produto de limpeza de uso pessoal conhecida por pessoas com experiência na técnica.
[30] Os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção podem ser usados em produtos de limpeza de uso pessoal como um surfactante primário a níveis variando de 1% a 60% por peso. Além disso, os
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15/37 ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção podem ser misturados com outros surfactantes e materiais que são usados em produtos de limpeza de uso pessoal com níveis de éster de isetionato de acila alquila variando até cerca de 60% por peso. Até o ponto em que outros surfactantes podem ser usados em combinação com os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção para formação de sistemas ativos binários, sistemas ativos temários, e outros, o éster de isetionato de acila alquila pode compreender a maior parte do sistema ativo de superfície (se for necessário mais de um ativo), em que seja referido como surfactante primário, ou pode compreender menos do que a maior parte do sistema ativo de superfície em que é referido como surfactante secundário.
[31] Outros surfactantes e materiais que podem ser usados em combinação com os ésteres de isetionato de acila alquila na formação do produto de limpeza de uso pessoal incluem surfactantes anfotéricos/zwitteriônicos; surfactantes aniônicos; surfactantes não-iônicos; surfactantes catiônicos; e ingredientes opcionais.
[32] Surfactantes anfotéricos úteis na invenção podem ser descritos de forma ampla como um agente ativo de superfície contendo no mínimo um grupo aniônico e um grupo catiônico e pode agir como ácidos ou bases, dependendo do pH. Alguns desses compostos são derivados alifáticos de aminas heterocíclicas secundárias e terceiras, em que o radical alifático pode ser reto ou ramificado, e em que um dos substituintes alifáticos contenha de cerca 6 a cerca de 20, preferivelmente de 8 a 18, átomos de carbono, e no mínimo um contenha um grupo aniônico solubilizante em água, como por exemplo carboxi, fosfonato, fosfato, sulfonato, sulfato.
[33] Os surfactantes zwitteriônicos podem ser descritos de forma ampla como agentes ativos de superfície tendo uma carga positiva e negativa na mesma molécula, em que a molécula é zwitteriônica em todos os pHs. Os surfactantes zwitteriônicos podem ser melhor ilustrados por betaínas e
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16/37 sultaínas. Os compostos zwitteriônicos de modo geral contêm um amônio quaternário, fosfônio quaternário ou uma porção de sulfônio terciário. O átomo catiônico no composto quaternário pode ser parte de um elo heterocíclico. Em todos esses compostos, há no mínimo um grupo alifático, de cadeia reta ou ramificada, contendo cerca de 6 a 20, preferivelmente 8 a 18, átomos de carbono, e no mínimo um substituinte alifático contendo um grupo aniônico solubilizante em água, como por exemplo carboxi, sulfonato, sulfato, fosfato ou fosfonato.
[34] Exemplos de surfactantes anfotéricos e zwitteriônicos adequados incluem metal álcali, metal terroso alcalino, amônio ou sais de amônio substituídos de anfocarboxi glicinatos de alquila e anfocarboxi propionatos de alquila, anfo dipropionatos de alquila, monoacetato de alquila, diacetatos de alquila, anfoglicinatos de alquila e anfopropionatos de alquila em que o alquila represente um grupo de alquila tendo cerca de 6 a cerca de 20 átomos de carbono. Outros surfactantes adequados incluem alquilimino monoacetatos, alquilimino diacetatos, alquilimino propionatos, alquilimino dipropionatos e alquilanfopropil sulfonatos tendo entre 12 e 18 átomos de carbono, betaínas de alquila e betaínas de alquilamido alquileno e sultaínas de alquila e sulfonatos de alquilamido alquilenohidroxi.
[35] Surfactantes aniônicos que podem ser usados na presente invenção são os compostos surfactantes que contenham um grupo hidrofóbico de hidrocarbono de cadeia longa em sua estrutura molecular e um grupo hidrofílico, incluindo sais como grupos de carboxilato, sultanato, sulfato ou fosfato. Os sais podem ser sais de sódio, potássio, cálcio, magnésio, bário, ferro, amônio e amina de tais surfactantes.
[36] Surfactantes aniônicos incluem os sais de álcali metal, amônio e alcanol amônio de produtos de reação sulfúrica orgânica tendo em sua estrutura molecular um grupo de alquila, ou alcarila contendo de 8 a 22 átomos de carbono e um grupo de éster de ácido sulfônico ou sulfúrico.
Petição 870180134020, de 25/09/2018, pág. 24/55 /37 [37] Exemplos de tais surfactantes aniônicos incluem sais solúveis em água de sulfonatos de alquila benzeno, tendo entre 8 e 22 átomos de carbono no grupo de alquila, sulfatos de alquila éter tendo entre 8 e 22 átomos de carbono no grupo de alquila e 2 a 9 moles de óxido de etileno no grupo éter. Outros surfactantes aniônicos que podem ser mencionados incluem sulfosuccinatos de alquila, sulfosuccinatos de alquila éter, sulfonatos de olefina, sarcosinatos de alquila, sulfatos monoglicérides de alquila e sulfatos de éter, carboxilatos de alquila éter, sulfonatos parafínicos, mono e dialquila fosfato ésteres e derivados etoxilados, tauratos de acila metila, sabões de ácidos graxos, derivados de colágeno hidrosilado, sulfoacetatos, lactatos de acila, dissulfonatos de arilóxido, sulfosucinamidas, condensados de naftalenoformaldeído e outros. Os grupos arila geralmente incluem um e dois elos, alquila geralmente inclui de 8 a 22 átomos de carbono e os grupos éter geralmente variam de 1 a 9 moles de óxido de etileno (EO) e/ou PO, preferivelmente EO.
[38] Surfactantes aniônicos específicos que podem ser selecionados incluem sulfonatos lineares de alquila benzeno, tais como sulfonato de decilbenzeno, sulfonato de undecilbenzeno, sulfonato de dodecilbenzeno, sulfonato de tridecilbenzeno, sulfato de nonilbenzeno e os sais de sódio, potássio, amônio, trietanolamônio e isopropilamônio dos mesmos.
[39] Surfactantes não-iônicos também podem ser usados em combinação com os ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila da presente invenção. O(s) surfactante(s) não-iônico(s) não é(são) importantes e pode(m) ser qualquer um dos surfactantes não-iônicos conhecidos, que são geralmente selecionados com base em compatibilidade, eficácia e economia.
[40] Exemplos de surfactantes não-fônicos úteis incluem condensados de óxido de etileno com porção hidrofóbica que tenha um equilibro lipolítico hidrofílico (HLB) médio entre cerca de 8 a cerca de 16, e
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18/37 preferivelmente entre cerca de 10 e cerca de 12,5. Os surfactantes incluem os álcoois alifáticos etoxilados primários ou secundários tendo cerca de 8 a 24 átomos de carbono, em configuração de cadeia reta ou ramificada, com cerca de 2 a 40, preferivelmente entre cerca de 2 a 9 mols de óxido de etileno por mol de álcool.
[41] Outros surfactantes não-fônicos adequados incluem os produtos de condensação de cerca de 6 a 12 átomos de carbono de fenóis de alquila com cerca de 3 a 30, e preferivelmente entre cerca de 5 a 14 mols de óxido de etileno.
[42] Muitos surfactantes catiônicos são conhecidos na técnica, e praticamente qualquer surfactante catiônico tendo no mínimo um grupo de alquila de cadeia longa de cerca de 10 a 24 átomos de carbono é adequado para uso opcional na presente invenção.
[43] Outros ingredientes ou aditivos opcionais que podem ser usados em combinação com os ésteres de isetionato de acua alquila com substituição por alquila na formulação de produtos de limpeza de uso pessoal incluem produtos químicos para ajuste de pH, por exemplo, alcanolaminas menores como monoetanolamina (MEA) e trietanolamina (TEA). Soluções de hidróxido de sódio também podem ser usadas como um agente alcalino de ajuste de pH. Os produtos químicos para ajuste de pH funcionam para neutralizar materiais ácidos que possam estar presentes. Misturas de mais de um produto químico para ajuste de pH também podem ser utilizados.
[44] Reguladores de fase (a conhecida tecnologia de detergentes líquidos) também podem ser opcionalmente usados na presente invenção. Esses podem ser representados por álcoois alifáticos menores tendo de 2 a 6 átomos de carbono e de 1 a 3 grupos hidroxila, éteres de dietileno glicol e monoálcoois alifáticos menores tendo de 1 a 4 átomos de carbono e outros.
[45] Também podem ser incluídos hidrótropos detergentes. Exemplos de hidrótopos detergentes incluem sais de sulfonatos de alquila
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19/37 arila tendo até 3 átomos de carbono no grupo de alquila, como por exemplo sais de sódio, potássio, amônio e etanolamina de ácidos sulfônicos de xileno, tolueno, etilbenzeno, cumeno e isopropilbenzeno.
[46] Outros aditivos suplementares opcionais incluem desespumadores como ácidos alifáticos de peso molecular alto, especialmente ácidos graxos saturados e sabões derivados dos mesmos, tinturas e perfumes; agentes fluorescentes ou abrilhantadores óticos; agentes anti-redeposição como carboximetil celulose e hidroxipropilmetil celulose; agentes estabilizadores de suspensão e promotores de liberação do solo como copolímeros de tereftalato de polietileno e tereftalato de polioxietileno; antioxidantes; agentes amaciantes e agentes antiestáticos; fotoativadores e preservativos; poliácidos, reguladores de água de sabão, opacificadores, bactericidas e outros. Reguladores de água de sabão podem ser ilustrados por polisiloxanos alquilados e os opacificadores podem ser ilustrados por poliestireno; os bactericidas podem ser ilustrados por hidroxitolueno burilado.
[47] Embora não exigido, um construtor orgânico ou inorgânico pode ser opcionalmente adicionado à composição final em pequenas quantidades. Exemplos de construtores inorgânicos incluem carbonatos, bicarbonatos, silicatos de álcali metal solúveis em água e silicatos de alumínio cristalinos e amorfos. Exemplos de construtores orgânicos incluem poliacetatos, carboxilatos, policarboxilatos, poliacetila, carboxilatos e polihidroxi sulfonatos de álcali metal, metal alcalino, amônio e amônio substituídos. Um exemplo de um construtor comumente usado é o citrato de sódio.
[48] Os ingredientes opcionais e surfactantes opcionais podem ser adicionados ao éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila antes, durante ou após a formulação do produto de limpeza de uso de pessoal. Além disso, misturas do éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila em combinação com esses ingredientes e surfactantes opcionais
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20/37 podem ser feitos diretamente para venda ou para uma composição que atenda às necessidades do usuário.
[49] Com isso, os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção são úteis em formulações que contenham materiais tipicamente usados e conhecidos por pessoas com experiência na técnica como sendo úteis na formulação de produtos de sabão, produtos detergentes e outros produtos de limpeza, especificamente, porém não limitados a produtos de limpeza de uso pessoal. Para os fins desta invenção, a expressão “material conhecido por pessoas com experiência na técnica como sendo úteis na formulação de sabões, detergentes e outros” significam um ou mais dos materiais selecionados do grupo que consiste de: ácidos graxos, sulfatos de alquila, etanolaminas, óxidos de amaina, alcalicarbonatos, água, etanol, isopropanol, óleo de pinho, cloreto de sódio, silicato de sódio, polímeros, álcool alcoxilados, zeólitos, sais de perborato, álcali sulfatos, enzimas, hidrótropos, tinturas, fragrâncias, preservativos, abrilhantadores, construtores, poliacrilatos, óleos essenciais, álcali hidróxidos, sulfatos de éter, etoxilatos de alquilfenol, amidas de ácidos graxos, sulfonatos de alfa olefina, sulfonatos de parafina, betaínas, agentes quelantes, etoxilatos de tallowamina, etoxilatos de polieteramina, copolímeros de bloco de óxido de etileno/óxido de propileno, surfactantes de espuma baixa de óxido de etileno/óxido de propileno de álcool, sulfonatos de metila éster, polissacarídeos de alquila, N metil glucamidas, óxido difenila sulfonada alquilada, e sulfonatos de alquilbenzeno ou sulfonatos de alquiltolueno solúveis em água, como o uso dos mesmos na formulação de sabões, detergentes e produtos de limpeza semelhantes são conhecidos na técnica.
[50] Em uma configuração, os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção podem estar presentes em composições de limpeza facial e corporal. Essas composições de limpeza podem também compreender um sabão de ácido graxo junto com outros surfactantes não-saponáceos, como
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21/37 surfactantes sintéticos neutros. As composições de limpeza facial e corporal também podem incluir de modo geral um hidratante ou emoliente e auxiliadoras poliméricos de suavidade para a pele. As composições podem opcionalmente incluir ainda espessantes (como silicato de magnésio alumínio, carbopol), condicionadores, polímeros solúveis em água (como carboximetil celulose), tinturas, hidrótropos, abrilhantadores, perfumes e germicidas.
[51] Em outra configuração, os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção podem estar presentes em um xampu. A composição do xampu pode também compreender um ou mais outros surfactantes, um composto considerado útil no tratamento de caspa, como sulfeto de selênio, um agente de suspensão, uma ainda, um material de polímero não-fônico para auxiliar na dispersão de partículas, fluido de silicone não-volátil e uma variedade de outros componentes não-essenciais adequados para tomar a composição mais formulável, como preservativos, modificadores de viscosidades, produtos químicos de ajuste de pH e tinturas.
[52] Em ainda outra configuração, os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção podem estar presentes em uma composição detergente líquida leve. A composição detergente líquida leve pode incluir ainda um ou mais outros surfactantes, opacificadores (como distearato de etileno glicol), espessantes (como goma guar), agentes antimicrobianos, agentes antimanchas, queladores de metais pesados (como EDTA), perfumes e tinturas.
[53] Em uma outra configuração, o éster de isetionato de acila alquila da presente invenção pode estar presente em uma composição detergente líquida pesada. A composição detergente líquida pesada pode incluir ainda um ou mais outros surfactantes, um eletrólito (ou seja, sal solúvel em água), enzimas com ou sem estabilizastes, como íon de cálcio, ácido bórico, propileno glicol e/ou ácidos carboxílicos de cadeia curta, e construtores de detergência convencionais alcalinos.
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22/37 [54] Em ainda uma outra configuração, o éster de isetionato de acila alquila com substituição por alquila pode estar presente em uma composição de condicionador que compreenda compostos de alquilamina.
[55] Em uma configuração diferente, os ésteres de isetionato de acila alquila da presente invenção podem estar presentes em uma composição cosmética. A composição cosmética pode incluir ainda no mínimo um agente polímero espessante, um ou mais preservativos químicos ou depressantes de atividade de água para prevenir desperdício microbiano, um filtro solar como ácido aminobenzóico e um veículo. O veículo pode incluir qualquer diluente, dispersante ou veículo útil para garantir uma distribuição uniforme da composição quando aplicado à pele e pode incluir água, um emoliente como álcool ou óleo, um propelente, por exemplo triclometano, dióxido de carbono ou óxido nitroso, um umectante e um pó como carvão, talco e amido.
[56] As vantagens dos ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila da presente invenção têm outras surfactantes tradicionais que incluem: (1) a alta solubilidade em água dos ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila permite que os ésteres sejam usados sozinhos em produtos de limpeza de uso pessoal ou outras soluções detergentes, com isso não tendo necessidade de adicionar outros cosurfactantes caros que são usados para solubilizar outros ésteres de isetionato de acila alquila como SCI; (2) os ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila são hidroliticamente estáveis em soluções aquosas em função de sua estrutura de álcool éster secundária; (3) por causa de suas propriedades não-irritantes, os ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila podem ser usados como surfactante primário em vez de surfactantes aniônicos tradicionais como [lauril sulfato de sódio e lauril éter sulfato de sódio] em produtos de limpeza de uso pessoal; (4) nenhum 1:4 dioxano é feito ou está presente durante a produção de ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila; e (5) produtos de limpeza de uso
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23/37 pessoal “livres de sulfato” podem ser feitos usando-se os ésteres de isetionato de acila alquila com substituição por alquila sem necessitar a adição de tauratos e sarcosinatos, necessários para remoção de sulfatos nos atuais produtos de limpeza de uso pessoal.
[57] Os exemplos a seguir devem ser considerados como amostras da presente invenção, e de forma alguma eles pretendem delimitar a mesma. EXEMPLO 1
Preparação de Isetionato Metila de Sódio [58] Um reator de autoclave 316 de aço inoxidável para 3 galões foi carregado com 9,40 libras (4,26 kg) de solução aquosa de bissulfito de sódio a 35% tendo pH de 6,5 a 7,0 e, em seguida, com nitrogênio purificado para retirar o ar. O reator foi então aquecido a cerca de 70°C e foi adicionada 1,0 libra (0,45 kg) de óxido de propileno ao reator a uma pressão de 60 psi. Os reagentes foram deixados reagindo por cerca de 30 minutos a uma temperatura de cerca de 80°C, após a qual a pressão no reator caiu para cerca de 1 psi. A reação foi deixada a continuar por 60 minutos a 80°C e, em seguida, esfriada para 50°C, e a solução do produto foi removida do reator e analisada. A análise mostrou que a solução do produto tinha pH de 13,50, <0,50% por peso de propileno glicol e ambos isômeros 2-metila, 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 1- metila 2-hidroxi etano 1-sulfonato estavam presentes.
[59] Um segundo reator de autoclave 316 de aço inoxidável para 3 galões foi carregado com 9,69 fibras (4,40 kg) de solução aquosa de bissulfito de sódio a 35% tendo pH de 6,5 a 7,0 e, em seguida, com nitrogênio purificado para retirar o ar. O reator foi então aquecido a cerca de 70°C e foi adicionada 1,5 fibra (0,68 kg) de óxido de propileno ao reator a uma pressão de 60 psi. Os reagentes foram deixados reagindo a 80°C por cerca de 30 minutos após o período que a pressão no reator caiu para cerca de 1 psi. A reação foi deixada a continuar por 60 minutos a uma temperatura de 95 °C e, em seguida, esfriada para 50°C, e a solução do produto foi removida do reator
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24/37 e analisada. A análise mostrou que a solução do produto tinha pH de 14,00, cerca de 3,0% por peso de propileno glicol e ambos isômeros 2-metila, 2hidroxi etano 1- sulfonato e 1-metila 2-hidroxi etano 1-sulfonato estavam presentes.
[60] Em um reator de autoclave 316 de aço inoxidável para 170 galões equipado com agitador, Unha de nitrogênio, Unha de óxido, sonda de temperatura e sonda de pH, foi carregado com 300 libras (136 kg) de água deionizada e 150 libras (68 kg) de solução cáustica a 50%. O reator foi então purificado com nitrogênio três vezes (40-0 psig). SO2 foi então passado através do reator e a solução com agitação a um pH de 7,0 a 7,50. O reator foi em seguida aquecido a cerca de 70 a 75 °C e foi adicionado óxido de propileno ao reator a uma taxa de 0,50 fibra (0,22 kg) por minuto. O pH durante a reação controlou a adição por meio da adição de pequenas injeções de SO2. Além disso, a adição de PO foi reduzida até o fim da reação para manter o bom controle do pH. Os reagentes foram deixados digerindo a 95 °C por cerca de 4 horas. Um total de 93 fibras (42 kg) de SO2 e 90 fibras (41 kg) de óxido de propileno foram usados durante toda a reação. O reator foi então aberto para emanar qualquer óxido de propileno não-reagido com purificação por nitrogênio durante uma hora. A mistura de reação foi esfriada até a temperatura ambiente e descarregada em tambores. O produto transparente e incolor foi analisado e os resultados mostraram: 0,50% por peso de propileno glicol e 50,20% por peso de isetionato metila de sódio (com ambos isômeros 2- metila, 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 1-metila 2-hidroxi etano 1-sulfonato presentes).
EXEMPLO 2
Preparação de Isetionato Etila de Sódio [61] Um reator de autoclave 316 de aço inoxidável para 3 galões foi carregado com 9,69 libras (4,40 kg) de solução aquosa de bissulfito de sódio a 35% tendo pH de 6,5 a 7,0 e, em seguida, com nitrogênio purificado para
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25/37 retirar o ar. O reator foi então aquecido a cerca de 70°C e foram adicionadas 2,6 libras (1,17 kg) de óxido de butileno ao reator a uma pressão de 60 psi. Os reagentes foram deixados reagindo por cerca de 30 minutos a uma temperatura de cerca de 80°C, após a qual a pressão no reator caiu para cerca de 1 psi. A reação foi deixada a continuar por 60 minutos a 95°C e, em seguida, esfriada para 50°C e a solução do produto foi removida do reator. Com o esfriamento, placas cristalinas brilhantes separadas da solução do produto necessitando de água foram adicionadas para dissolver os sólidos novamente para solução. A solução do produto foi então analisada e a análise mostrou que a solução do produto tinha pH de 14,00, cerca de 3,0% por peso de butileno glicol e ambos isômeros 2-etila, 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 1etila 2- hidroxi etano 1-sulfonato estavam presentes.
[62] Um segundo reator de autoclave 316 de aço inoxidável para 3 galões foi carregado com 9,69 libras (4,40 kg) de solução aquosa de bissulfito de sódio a 35% tendo pH de 5,0 a 5,5 e, em seguida, com nitrogênio purificado para retirar o ar. O reator foi então aquecido a cerca de 70°C e foram adicionadas 2,6 libras (1,17 kg) de óxido de butileno à reação a uma pressão de 60 psi. Os reagentes foram deixados reagindo a 80°C por 30 minutos após o período que a pressão caiu para cerca de 1 psi. A reação foi deixada a continuar por 60 minutos a uma temperatura de 95 °C e, em seguida, esfriada para 50°C, e a solução do produto foi removida do reator. Com o esfriamento, placas cristalinas brilhantes separadas da solução do produto necessitando de água foram adicionadas para dissolver os sólidos novamente para solução. A. solução do produto foi então analisada e a análise mostrou que a solução do produto tinha pH de 14,00, cerca de 13,0% por peso de butileno glicol e ambos isômeros 2-etila, 2- hidroxi etano 1-sulfonato e 1-etila 2-hidroxi etano 1- sulfonato estavam presentes.
EXEMPLO 3
Preparação de Ester Isetionato Metila Cocoíla (Cs a C_is_) de Sódio
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26/37 [63] Um reator de laboratório (frasco com fundo redondo de 500 ml equipado com agitador mecânico, funil de adição, condensador, par térmico e provisão de aspersão de gás) foi inicialmente carregado com 212 gramas (0,98 moles) de um ácido carboxílico (ácido hidrogenado de coco C-110, P&G Chemicals, Cincinnatti, Ohio). Também foi adicionado ao reator um total de 165 gramas (1,0 mol) de isetionato metila de sódio contendo uma mistura dos sais de sódio de 2-metila, 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 1-metila 2-hidroxi etano 1-sulfonato. 5,00 gramas do isetionato metila de zinco correspondente, nas mesmas proporções acima, foram adicionados como catalisador. O reator foi então inteiramente incandescido com nitrogênio seco e aquecido a 120 a 130°C por 30 minutos para remover a água do isetionato metila de sódio. A temperatura do conteúdo do reator foi então elevada para 200°C por 6 horas, após as quais o excesso de ácido graxo é removido por destilação a vácuo a 10 mm Hg para níveis aceitáveis de ácidos graxos (<10%), e a mistura do produto continha 80% por peso dos ésteres correspondentes adequados para mistura em uma composição de produto de limpeza de uso pessoal.
[64] Em um segundo reator de laboratório (frasco com fundo redondo de 500 ml equipado com agitador mecânico, funil de adição, condensador, par térmico e provisão de aspersão de gás) foram adicionados 131,5 gramas (0,625 moles) de um ácido carboxílico (ácido hidrogenado de coco C-110, P&G Chemicals, Cincinnatti, Ohio), um total de 82,5 gramas (sólidos de 0,5 mol) de isetionato metila de sódio contendo uma mistura dos sais de sódio de 2-metila, 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 1-metila 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 2,2 gramas do citrato de zinco como catalisador. O reator foi inteiramente incandescido com nitrogênio seco e a solução aquecida a 220°C por 6 horas, após as quais o excesso de ácido graxo é removido por destilação a vácuo a 10 mm Hg para níveis aceitáveis de ácidos graxos (<10%) e a solução do produto é esfriada para 160 a 170°C. A solução do produto é removida do reator e analisada, e os resultados mostraram um
Petição 870180134020, de 25/09/2018, pág. 34/55 /37 produto contendo 81,5% por peso dos ésteres correspondentes adequados para mistura em uma composição de produto de limpeza de uso pessoal, 12,0% por peso de ácido carboxílico não-reagido e 3,9% por peso de isetionato metila de sódio não-reagido.
EXEMPLO 4
Preparação de Ester Isetionato Metila Caprilofla/Caprofla (Cs a Cio) de Sódio [65] Em um reator de laboratório (frasco com fundo redondo de 500 ml equipado com agitador mecânico, funil de adição, condensador, par térmico e provisão de aspersão de gás) foram adicionados 118 gramas (0,75 moles) de um ácido carboxílico (ácido graxo C810, P&G Chemicals, Cincinnatti, Ohio) e ao reator foi adicionado um total de 82 gramas (sólidos de 0,5 moi) de isetionato metila de sódio contendo uma mistura dos sais de sódio de 2-metila, 2-hidroxi. etano 1-sulfonato e lmetila 2-hidroxi etano 1sulfonato. 2,2 gramas de citrato de zinco foram adicionados à mistura como catalisador. O reator foi inteiramente incandescido com nitrogênio seco e os reagentes aquecidos a 220°C por 6 horas, após as quais o produto é esfriado para 160°C a 170°C. A solução do produto é removida do reator e analisada, e os resultados mostraram que o sólido branco tinha um valor de saponificação de 186, ativos por duas titulações de fase2,54 meq/g e contendo 86,7% por peso dos ésteres correspondentes adequados para mistura em uma composição de produto de limpeza de uso pessoal, 6,7% por peso de ácido carboxílico não-reagido e 6,5% por peso de isetionato metila de sódio não-reagido. EXEMPLO 5
Preparação de Ester Isetionato Metila Caproíla (Cio) de Sódio [66] Em um reator de laboratório (frasco com fundo redondo de 500 ml equipado com agitador mecânico, funil de adição, condensador, par térmico e provisão de aspersão de gás) foram carregados 108 gramas (0,625 moles) de um ácido carboxílico (ácido graxo C-1095, P&G Chemicals, Cincinnatti, Ohio) e ao reator foi adicionado um total de 82,5 gramas (sólidos
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28/37 de 0,5 mol) de isetionato metila de sódio contendo uma mistura dos sais de sódio de 2-metila, 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 1-metila 2-hidroxi etano 1sulfonato. 1,9 grama de citrato de zinco foi adicionado à mistura como catalisador. O reator foi inteiramente incandescido com nitrogênio seco e os reagentes aquecidos a 220°C por 6 horas, após as quais o produto é esfriado para 160°C a 170°C. A solução do produto é removida do reator e analisada, e o sólido branco resultante continha 82,5% por peso dos ésteres correspondentes adequados para mistura em uma composição de produto de limpeza de uso pessoal, 7,7% por peso de ácido carboxílico não-reagido e 7,4% por peso de isetionato metila de sódio não-reagido.
EXEMPLO 6
Preparação de Ester Isetionato Metila Lauroíla (C12) de Sódio [67] Em um reator de laboratório (frasco com fundo redondo de
500 ml equipado com agitador mecânico, funil de adição, condensador, par térmico e provisão de aspersão de gás) foram adicionados 125 gramas (0,625 moles) de um ácido carboxílico (ácido graxo C1299, P&G Chemicals, Cincinnatti, Ohio) e ao reator foi adicionado um total de 83 gramas (sólidos de 0,5 mol) de isetionato metila de sódio contendo uma mistura dos sais de sódio de 2-metila, 2-hidroxi etano 1-sulfonato e 1-metila 2-hidroxi etano 1sulfonato. 2,2 gramas de citrato de zinco foram adicionados à mistura como catalisador. O reator foi inteiramente incandescido com nitrogênio seco e os reagentes aquecidos a 220°C por 6 horas, após as quais a solução do produto é esfriada para 160°C a 170°C. O sólido branco resultante é removido do reator e analisado, e os resultados mostraram um produto contendo 82,0% por peso do éster correspondente adequado para mistura em uma composição de produto de limpeza de uso pessoal, 15,6% por peso de ácido carboxílico nãoreagido e 3,9% por peso de isetionato metila de sódio não-reagido. EXEMPLO 7
Preparação de Ester Isetionato Metila Cocoíla (C_i2-C_is_) de Sódio
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29/37 [68] Em um reator de laboratório (frasco com fundo redondo de 500 ml equipado com agitador mecânico, funil de adição, condensador, par térmico e provisão de aspersão de gás) foram adicionados 137,5 gramas (0,625 moles) de um ácido carboxílico (ácido graxo Emery 627, Henkel Corp., Emery Group, Cincinnatti, Ohio) e ao reator foi adicionado um total de 85 gramas (sólidos de 0,5 mol) de isetionato metila de sódio (95% por peso) contendo uma mistura dos sais de sódio de 2-metila, 2- hidroxi etano 1sulfonato e 1-metila 2-hidroxi etano 1- sulfonato. 1,2 grama de citrato de zinco foi adicionado à mistura como catalisador. O reator é inteiramente incandescido com nitrogênio seco e os reagentes aquecidos a 220°C por 6 horas, após as quais a solução do produto é esfriada para 160°C a 170°C. O sólido branco é removido do reator e analisado, e os resultados mostraram um produto contendo 82,2% por peso dos ésteres correspondentes adequados para mistura em uma composição de produto de limpeza de uso pessoal, e 7,9% por peso de ácido carboxílico não-reagido.
EXEMPLO 8
Testes de Espuma [69] Os testes de espuma foram realizados utilizando uma máquina de espuma de cilindro de medição giratório com tampa de 1 litro a uma taxa de 30 revoluções por minuto e temperatura ambiente variando de cerca de 20°C a cerca de 22°C e a uma concentração de 0,5% de surfactantes totais. As alturas de espuma no cilindro graduado foram medidas no início e com 10 minutos de rotação. Os resultados foram mostrados abaixo na Tabela I:
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Tabela I
|
Amostra |
Ingredientes
(% por peso) |
Altura de
espuma a 0 minuto |
Altura de espuma a 10 minutos |
Aparência da
Espuma |
|
1 |
80% lauril sulfato de sódio
20% CAPB* |
250 |
238 |
Espuma aberta |
|
2 |
100% laureth sulfato de
sódio** |
200 |
1 70 |
Espuma aberta |
|
3 |
80% laureth sulfato de sódio
20% CAPB* |
260 |
220 |
Espuma aberta |
|
4 |
100% SCMI*** |
190 |
160 |
Cremosa, firme |
|
5 |
80% SCMI***
20% CAPB* |
190 |
180 |
Cremosa, firme |
* Betaína de Cocoamidopropila (EMPIGEN® BS/FA);
** EMPICOL® ES A;
*** SCMI produzido a partir de ácido graxo de coco integral Cs a Cis [70] A amostra 1 é um exemplo de produto comercial tendo um dos mais altos níveis de espuma antiestática na indústria de produtos de uso pessoal e foi usada como padrão interno nesses testes.
[71] Os resultados desse teste de espuma mostram que a espuma do SCMI Cs a Cis sozinha não é tão boa quanto a do SLES sozinha, mas ainda mostra sinergia com a betaína de CAPB. Essa sinergia é similar a outros surfactantes aniônicos, conforme mostrado pelos resultados na Amostra 5, quando 20% por peso de SCMI é substituído por CAPB. Com isso, o SCMI pode ser usado com outros surfactantes e ainda mantém excelentes propriedades espumantes. O SCMI também mostra uma espuma consistentemente mais firme, mais cremosa, pois o tamanho das bolhas é menor do que no SLES nesses tipos de formulações.
[72] Um segundo teste de espuma foi feito usando-se os mesmos parâmetros conforme acima, mas um SCMI de cadeia de ácido graxo de coco
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31/37 dividido foi testado em vez de um SCMI de cadeia de ácido graxo de coco inteiro. Os resultados desse teste são mostrados na Tabela II:
Tabela II
|
Amostra |
Ingredientes (% por peso) |
Altura de
espuma a 0 minuto |
Altura de espuma
10 minutos |
Aparência da Espuma |
|
1 |
80% lauril sulfato de sódio
20% CAPB* |
250 |
235 |
Espuma aberta |
|
2 |
100% lauril sulfato de
sódio |
255 |
245 |
Espuma aberta |
|
3 |
100% SCMI** |
205 |
205 |
Cremosa, firme |
|
4 |
75% SCMI**
25% CAPB* |
220 |
215 |
Cremosa, firme |
|
5 |
82% SCMI***
18% CAPB* |
230 |
230 |
Cremosa, firme |
* Betaina de Cocoamidopropila (EMPIGENCO BS/FA);
** SCMI produzido a partir de ácido graxo de coco dividido C12 a Cis [73] Novamente, os resultados desse teste de espuma mostram que a espuma pode ser significantemente aumentada ao usar um SCMI alimentado por ácido graxo de coco dividido em vez coco integral. A altura da espuma antiestática de SCMI de C12 a Cis assim como a estabilidade com 10 minutos, são melhores do que SLES sozinho e são similares à performance de SLES/betaína. Além disso, o SCMI de C12 a Cis é também sinergístico com CAPB, conforme mostrado pelos resultados das Amostras 4 e 5 quando 25% e 18% por peso de SCMI é substituído por CAPB. Com isso, o SCMI pode ser usado com outros surfactantes aniônicos e ainda manter ou aprimorar excelentes propriedades espumantes.
[74] Por fim, conforme mostrado nas Figs. 2A e 2B, a aparência da espuma do SCMI é mais firme e cremosa do que o SLES ou SLS com base em produtos de limpeza que fazem uso de SCMI em produtos de limpeza de uso pessoal altamente desejáveis. Todas as amostras mostradas nas Figs. 2A e
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2Β são no mínimo 0,5% ativas de surfactante.
EXEMPLO 9
Contagem de Irritação de Zeina [75]
Para avaliar a neutralidade dos produtos da presente invenção, foram determinadas as contagens de zeina de uma variedade de surfactantes de sulfato e isetionato e suas contagens são relatadas na Tabela III:
Tabela III
Produto
Contagem de Zeinas
Lauril Sulfato de Sódio
Isetionato Cocoíla de Sódio
Isetionato Cocoíla Metila de Sódio
Isetionato Cocoíla Etila de Sódio
Isetionato Lauroila de Sódio
Isetionato Lauroila Metila de Sódio
Isetionato Lauroila Etila de Sódio
527
254
147
104
160
134
187 [76]
A partir desses resultados in vitro, espera-se que os isetionatos de metila e etila da presente invenção sejam menos irritantes e portanto mais neutras do que o isetionato cocoíla de sódio que tenha sido observado na literatura como não-irritante para pele e olhos em níveis de 10% por peso. EXEMPLO 10
Uso de Isetionato Cocoíla Metila de Sódio Como Surfactante Primário em Produtos de Limpeza de Uso Pessoal com Bastante Espuma [77] Um concentrado de SCMI pode ser produzido pela adição direta do SCMI derretido produzido, como no Exemplo 3, em uma solução de água e betaínas (como EMPIGEN® BS/FA, Huntsman Corporation, Austin, Texas). Se o SCMI for em pó ou em flocos, o concentrado de SCMI pode ser formado pela dissolução do pó ou flocos de SCMI em uma solução contendo água fria e betaínas.
[78] O concentrado de SCMI que é formado é uma solução perolada branca tendo uma viscosidade variando de 3000 a 5000 cps. O concentrado de SCMI é fácil de manusear e suas propriedades físicas são
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33/37 similares ao laureth sulfato de sódio (como EMPICOL®, Huntsman Corporation, Austin, Texas), deixando para uso em instalações de fabricação existentes sem a necessidade de atualizações no equipamento.
[79] Conforme mostrado na Tabela IV, o concentrado de SCMI pode ser formulado conforme segue:
Tabela IV do Concentrado de SCMI
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
24,0 |
|
CAPB* |
17,0 |
|
Hidantoína DMDM 55%** |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPIGEN® BS/FA [80] O concentrado de SCMI pode ser usado na formulação de uma variedade de produtos de limpeza de uso pessoal conforme mostrado nas Tabelas V a XI.
Tabela V - Formulação de Xampu Econômico Simples
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
8,0 |
|
CAPB* |
2,0 |
|
Laureth sulfato de sódio** |
18 |
|
Hidantoína DMDM 55% |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPIGEN® BS/FA;
** EMPICOL® ESB
Tabela VI - Formulação de Xampu de Baixa Irritação
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
5,0 |
|
Lauroanfoacetato dissódico* |
2,8 |
|
Polisorbato 80 |
4,9 |
|
Hidantoína DMDM 55% |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPIGEN® CDL6OP
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34/37
Tabela VII - Formulação de Xampu para Bebês
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
4,0 |
|
Lauroanfoacetato dissódico* |
3,0 |
|
Polisorbato 80 |
5,9 |
|
Hidantoína DMDM 55% |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPIGEN® CDL6OP
Tabela VIII - Formulação de Sabonete Líquido de Luxo
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
6,7 |
|
Lauroanfoacetato dissódico* |
2,5 |
|
CAPB** |
2,5 |
|
Hidantoína DMDM 55% |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPIGEN® CDL60P;
** EMPIGEN® BS/FA
Tabela IX - Formulação de Sabonete Líquido Econômico
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
4,9 |
|
Lauroanfoacetato dissódico* |
3,0 |
|
CAPB** |
2,2 |
|
Hidantoína DMDM ** |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPIGEN® NHSSA;
** EMPIGEN® BS/FA
|
Tabela X - Formulação de Gel de Ban] |
tio |
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
10,2 |
|
Laureth sulfato de sódio* |
3,9 |
|
CAPB** |
2,5 |
|
Hidantoína DMDM 55% |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPICOL® ESB70;
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35/37 ** EMPIGEN® BS/FA
Tabela XI - Formulação de Gel de Banho Concentrado
|
Ingrediente |
Quantidade (% por peso) |
|
SCMI |
12,0 |
|
Laureth sulfato de sódio* |
4,0 |
|
CAPB** |
2,5 |
|
Hidantoína DMDM 55% |
0,4 |
|
Agua |
q.s. a 100,0 |
* EMPICOL® ESB70;
** EMPIGEN® BS/FA [81] Todas as formulações acima produzidas utilizando SCMI como o surfactante primário formam uma solução transparente que é hidroliticamente estável quando armazenada. Em comparação, quando o SCMI é substituído por SCI como surfactante primário, as formulações são turvas e se separam quando armazenadas. Portanto, o uso de SCMI Como surfactante primário em produtos de limpeza de uso pessoal é desejável, pois é altamente solúvel, hidroliticamente estável e neutro para a pele.
EXEMPLO 11
Solubilidade em Taurato [82] Para determinar a solubilidade de SCI, SCMI e SCEI em taurato, foram preparadas três soluções em temperatura ambiente. As soluções foram formuladas para que cada uma contenha um de SCI, SCMI e SCEI e cada um continha os seguintes ingredientes conforme mostrado na Tabela XII:
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Tabela XII - Solubilidade em Taurato
|
Ingrediente |
Solução 1 (% por peso) |
Solução 2 (% por peso) |
Solução 3 (% por peso) |
|
SCI |
12,5 |
0 |
0 |
|
SCMI |
0 |
12,5 |
0 |
|
SCEI |
0 |
0 |
12,5 |
|
Lauroanfoacetato dissódico* |
3,7 |
3,7 |
3,7 |
|
Taurato Metila Cocoíla de Sódio |
9 |
9 |
9 |
|
Sulfonato Xileno de Sódio |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
|
Propileno Glicol |
1,9 |
1,9 |
1,9 |
|
Hidantoína DMDM 55% |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
|
Agua |
q/.s. a 100,0 |
q.s. a 100,0 |
q.s. a 100,0 |
* EMPIGEN® CDL6OP [83] Conforme mostrado na Fig. 3, mediante formulação, a solução de SCMI (Solução 2) e a solução de SCEI (Solução 3) produzem uma solução transparente cristal e, assim, são completamente solúveis. Além disso, as soluções de SCMI e SCEI não se separam durante o armazenamento. Em comparação, a solução de SCI (Solução 1) forma uma solução turva leitosa, que em seguida se separa durante o armazenamento.
[84] Deve-se considerar o fato de que embora esta invenção tenha sido descrita e revelada com relação a determinadas configurações preferidas, serão evidentes a uma pessoa com experiência na técnica, mediante leitura e compreensão desta especificação e as reivindicações em anexo, modificações e alterações obviamente equivalentes. A presente revelação inclui a matéria do assunto definida por qualquer combinação de qualquer uma das várias reivindicações a este anexadas com qualquer uma das reivindicações restantes, incluindo a incorporação das características e/ou limitações de qualquer reivindicação dependente, singularmente ou em combinação com características e/ou limitações de qualquer uma ou mais das outras reivindicações dependentes, com características e/ou limitações de qualquer
Petição 870180134020, de 25/09/2018, pág. 44/55 /37 uma ou mais das reivindicações independentes, com as reivindicações dependentes restantes em seu texto original sendo lidas e aplicadas a qualquer reivindicação independente assim modificada. Isso também inclui a combinação das características e/ou limitações de uma ou mais das reivindicações independentes com as características e/ou limitações de outra reivindicação independente para chegar a uma reivindicação independente modificada, com as reivindicações dependentes restantes em seu texto original sendo lido e aplicado a qualquer reivindicação independente assim modificada. Coerentemente, a invenção presentemente revelada pretende cobrir todas essas modificações e alterações, e se limita somente pelo escopo das reivindicações a seguir, em vista do acima colocado e outros conteúdos desta especificação. Ao longo dessa especificação, várias porcentagens foram estabelecidas e essas porcentagens todas se referem por peso, a menos que fique explícito o contrário.