ES2206906T3

ES2206906T3 - Procedimiento para la obtencion de granulados de tensioactivos anionicos.

Info

Publication number: ES2206906T3
Application number: ES98912429T
Authority: ES
Inventors: Thomas Lider; Konstantinos Scholinakis; Bernhard Gutsche
Original assignee: Cognis Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: BASF Personal Care and Nutrition GmbH
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2004-05-16
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: ATE248909T1; US6140302A; DE19710152C2; EP0972006A1; DE59809495D1; WO1998040461A1; AU6727198A; EP0972006B1; DE19710152A1

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento para producir gránulos de tensioactivos aniónicos mediante la neutralización simultánea de tensioactivos aniónicos ácidos con bases, el secado y la granulación en un evaporador horizontal de capas finas o en una secadora, que se caracteriza en que los tensioactivos aniónicos ácidos y/o las bases se utilizan como preparaciones acuosas con un contenido de sólidos tal que la cantidad total de agua en la instalación no exceda en ningún momento el 15% del peso.

Description

Procedimiento para la obtención de granulados de tensioactivos aniónicos.

Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento mejorado para la obtención de granulados de tensioactivos aniónicos, en el cual se someten pastas acuosas de tensioactivos aniónicos, en su forma ácida, con un contenido definido en materia sólida, a una neutralización, un secado y una granulación simultáneos en un evaporador de capa delgada.

Estado de la técnica

Los tensioactivos aniónicos se fabrican usualmente según procedimientos con varias etapas: la sulfonación va seguida por la neutralización con lejías de hidróxidos alcalinos en medio acuoso, finalmente se elimina de nuevo el agua en un proceso subsiguiente de secado hasta la cantidad deseada. Los costes de fabricación están determinados en este caso fundamentalmente por la cantidad de agua que tiene que eliminarse a continuación del producto. Es inmediatamente evidente que debe tenderse a mantener esta cantidad tan pequeña como sea posible y ahorrar tanto como sea posible la etapa del secado.

En el pasado se ha llevado a cabo una pluralidad de esfuerzos para poner a disposición procedimientos de este tipo y mejorar la economía del procedimiento mediante la reducción de los costes energéticos y el aumento de la producción. Sin embargo, la reducción del contenido en agua en la neutralización conduce, como consecuencia de la formación de gel, a un aumento de la viscosidad pronunciado de los productos que va acompañado por heterogeneidades en el producto debido al mezclado insuficiente de los tensioactivos aniónicos ácidos y de las bases para la neutralización. Así pues con instalaciones adaptadas a la tecnología pueden fabricarse y secarse todavía pastas altamente concentradas de tensioactivos aniónicos con contenidos residuales en agua de al menos un 25 hasta un 30% en peso.

Una forma de proceder, de concepción diferente a la anterior, consiste en la integración de la neutralización y el secado en una sola etapa del procedimiento. Se conoce por la solicitud de patente alemana DE-A1 3741401 (Henkel), en el cual se transportan con una corriente gaseosa tensioactivos aniónicos acuosos, ácidos y bases acuosas para la neutralización y, a continuación, se secan mediante pulverización. El objeto de la solicitud de patente internacional WO 96/06917 (Unilever) consiste en un procedimiento para la fabricación de granulados de tensioactivos aniónicos, en el cual se mezclan tensioactivos aniónicos acuosos, ácidos, en un evaporador o bien secador de capa delgada, dispuesto horizontalmente con agentes acuosos para la neutralización, de tal manera que se formen preparaciones neutralizadas con un contenido en agua por encima del 10, preferentemente por encima del 20% en peso y éstas se secan a continuación a temperaturas por encima de 130ºC hasta el contenido deseado en agua, por debajo del 20% en peso, preferentemente por debajo del 15% en peso y, simultáneamente, se granulan. El elevado contenido en agua en la neutralización es desfavorable desde el punto de vista energético y conduce, además, a una producción comparativamente pequeña. De este modo se produce en el balance de la neutralización allí descrita de los semiésteres de alquilo del ácido sulfúrico acuoso con lejías de hidróxido de sodio al 30% en peso, que se forma en este caso temporalmente un producto con un contenido total en agua de al menos el 25% en peso, que debe ser liberado del agua a continuación.

Por el contrario se propone en la solicitud de patente internacional WO 96/06916 (Unilever) un procedimiento para el secado de pastas acuosas de tensioactivos aniónicos en un evaporador de capa delgada, horizontal, que trabaja con ligero vacío hasta casi la presión normal y a temperaturas por encima de 130ºC. Otra característica de este procedimiento consiste en el empleo de una velocidad periférica muy elevada del órgano de agitación empleado, de al menos 15 m/s, lo cual excluye prácticamente un contacto directo con la pared y conduce a productos de color claro. Durante el secado de las pastas acuosas de tensioactivos aniónicos, especialmente de pastas acuosas de alquilsulfatos o de alquilétersulfatos, existe, sin embargo, básicamente, el peligro de la hidrólisis indeseada en el producto. Ya reducciones puntuales, momentáneas, del valor del pH conducen, en presencia de agua, a la redisociación, a la formación de sulfato inorgánico y al descenso del contenido en substancia con actividad de lavado. Cuando se reproducen las enseñanzas de la WO 96/06916, la solicitante ha encontrado que no puede reproducirse un producto exento de hidrólisis durante un lapso de tiempo de varias horas de funcionamiento.

Por lo tanto la tarea de la invención consistía en poner a disposición un procedimiento para la obtención de granulados de tensioactivos aniónicos mediante neutralización, secado y granulación simultáneos, que estuviese exento de los inconvenientes citados.

Descripción de la invención

El objeto de la invención es un procedimiento para la obtención de granulados de tensioactivos aniónicos mediante neutralización de los tensioactivos aniónicos ácidos con bases, secado y granulación simultáneos en un evaporador o bien secador de capa delgada, horizontal, caracterizado porque los tensioactivos aniónicos ácidos y/o las bases se emplean en forma de preparaciones acuosas con un contenido en materia sólida tal que la cantidad total de agua en la instalación no sobrepase, en ningún momento, el 15 % en peso, y la neutralización y el secado se llevan a cabo a contracorriente con aire o con una corriente gaseosa, ajustada de manera alcalina, a temperaturas en el intervalo desde 120 hasta 130ºC.

Sorprendentemente, se ha encontrado que la neutralización y el secado simultáneos en el secadero de capa delgada pueden llevarse a cabo también con resultados excelentes y se carga el aparato directamente con tensioactivos aniónicos ácidos exentos de agua o acuosos altamente concentrados y con bases acuosas altamente concentradas de manera que, durante todo el proceso, es decir durante la neutralización, el secado y la granulación, el contenido total en agua no sobrepase el 15% en peso, preferentemente no sobrepase el 10% en peso. Frente al procedimiento de la WO 96/06917se ha reducido el balance total de agua en hasta un 44% y se ha mejorado la producción en más de un 60%. Mediante el reciclado parcial del producto seco es posible, además, un aumento adicional de la producción. La neutralización/secado se lleva a cabo en el intervalo de 120 hasta 130ºC en aire o en corriente gaseosa, ajustada de manera alcalina, lo que conduce a granulados perfectos desde el punto de vista del color, especialmente esparcibles.

Tensioactivos aniónicos ácidos

Ejemplos típicos de tensioactivos aniónicos, que pueden ser secados en el sentido del procedimiento según la invención, son jabones, alquilbencenosulfonatos, alcanosulfonatos, olefinasulfonatos, alquilétersulfonatos, glicinétersulfonatos, \alpha-metiléstersulfonatos, ácidos sulfograsos, alquilsulfatos, étersulfatos de alcoholes grasos, étersulfatos de glicerina, hidroxiétersulfatos mixtos, monoglicérido(éter)sulfatos, amido(éter)sulfatos de ácidos grasos, mono- y dialquilsulfosuccinatos, mono- y dialquilsulfosuccinamatos, sulfotriglicéridos, jabones de amidas, ácidos etercarboxílicos y sus sales, isetionatos de ácidos grasos, sarcosinatos de ácidos grasos, tauridos de ácidos grasos, N-acilaminoácidos tales como por ejemplo lactilatos de acilo, tartratos de acilo, glutamatos de acilo y aspartatos de acilo, alquiloligoglucosidosulfatos, condensados de ácidos grasos de proteína (especialmente productos vegetales a base de trigo), alquil(éter)fosfatos así como sulfatos de productos de apertura del anillo de olefina-epóxidos con agua o alcoholes. En tanto en cuanto los tensioactivos aniónicos contengan cadenas de poliglicoléter, éstas pueden presentar una distribución de los homólogos convencional, pero, sin embargo, preferentemente estrechada. Los tensioactivos citados están constituidos exclusivamente por compuestos conocidos. En lo que se refiere a la estructura y a la fabricación de estos productos se hará referencia a las recopilaciones del ramo, por ejemplo de J. Falbe (ed.), "Surfactants in Consumer Products", Springer Verlag, Berlín, 1987, páginas 54-124 o de J. Falbe (ed.), "Katalysatoren, Tenside und Mineralöladditive", Thieme Verlag, Stuttgart, 1978, páginas 123-217. Los tensioactivos se presentan, antes del secado, en su forma ácida, es decir, no neutralizada y pueden emplearse bien en forma de preparaciones acuosas con un contenido en materia sólida en el intervalo desde 80 hasta 99,9, preferentemente desde 85 hasta 95% en peso o en forma exenta de agua. Preferentemente se emplearan ácidos carboxílicos, semiésteres del ácido sulfúrico de alcoholes o etoxilatos de alcoholes así como ácidos alquilbencenosulfónicos, que proporcionan, tras la neutralización, jabones, alquil(éter)sulfatos o bien alquilbencenosulfonatos.

Ácidos carboxílicos

Los ácidos carboxílicos, que se producen después de la neutralización, y que entran en consideración como materias primas para el procedimiento según la invención, siguen la fórmula (I),

(I)R^{1}CO-OH

en la que R^{1}CO significa un resto alquilo y/o alquenilo, lineal o ramificado, con 6 hasta 22 átomos de carbono. Ejemplos típicos son ácido caprónico, ácido caprílico, ácido 2- etilhexanóico, ácido caprínico, ácido láurico, ácido isotridecanóico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido palmoléico, ácido esteárico, ácido isoesteárico, ácido oleico, ácido elaidínico, ácido petroselínico, ácido linoléico, ácido linolénico, ácido elaeoesteárico, ácido araquínico, ácido gadoléico, ácido behénico, y ácido erúcico, ácidos de Guerbet así como sus mezclas industriales, que se obtienen, por ejemplo en la disociación a presión de grasas y aceites naturales, en la reducción de aldehídos a partir de la oxosíntesis de Roelen o el dimerizado de ácidos grasos insaturados. Son preferentemente los ácidos grasos industriales con 12 hasta 18 átomos de carbono tales como, por ejemplo, ácidos grasos de coco, de palma de semillas de palma o de sebo.

Semiésteres de alquilo y/o de alquenilo del ácido sulfúrico

Los semiésteres de alquilo y/o de alquenilo del ácido sulfúrico, a partir de los cuales se forman los sulfatos de alquilo y/o de alquenilo, tras neutralización, representan los productos de sulfatada de alcoholes primarios, que siguen de la fórmula (II),

(II)R^{2}O-SO_{3}H

en la que R^{2} significa un resto alquilo y/o alquenilo lineal o ramificado, alifático, con 6 hasta 22, preferentemente con 12 hasta 18 átomos de carbono y. Ejemplos típicos de semiésteres del ácido sulfúrico, que pueden encontrar aplicación como materia primas en el sentido de la invención, son los productos de sulfatado del caprón-alcohol, del capril-alcohol, del caprin-alcohol, del 2- etilhexil-alcohol, del lauril-alcohol, del miristil-alcohol, del cetil-alcohol, del palmoleil-alcohol, del estearil- alcohol, del isoestearil-alcohol, del oleil-alcohol, del elaidil-alcohol, del petroselinil-alcohol, del araquil- alcohol, del gadoleil-alcohol, del behenil-alcohol y del erucil-alcohol así como de sus mezclas industriales, que pueden obtenerse mediante hidrogenación a alta presión de fracciones industriales de los ésteres de metilo o de los aldehídos a partir de la oxosíntesis de Roelen. Además, pueden servir también como materias primas alcoholes de Guerbet con 16 hasta 32 átomos de carbono. Son especialmente preferentes los semiésteres de alquilo del ácido sulfúrico con 16 hasta 32 átomos de carbono. Son especialmente preferentes los semiésteres de alquilo del ácido sulfúrico a base de lauril-alcohol, de estearil-alcohol así como de los alcoholes grasos de coco correspondientes

Semiésteres de alquil- y/o de alqueniléteres del ácido sulfúrico.

Deben entenderse por semiésteres de alquil- y/o de alqueniléteres del ácido sulfúrico, tensioactivos ácidos, que se fabrican a escala industrial mediante sulfatado con SO_{3} o con ácido clorosulfónico (CSA) de poliglicoléteres de oxoalcoholes o bien de alcoholes grasos y subsiguiente neutralización dando entonces alquil- y/o alquenilétersulfatos. En el sentido de la invención entran en consideración como materias primas para el secado los semiésteres del ácido sulfúrico, que siguen en la fórmula (III),

(III)R^{3}O-(CH_{2}C_{2}O) _{m}SO_{3}H

en la que R^{3} significa un resto alquilo y/o alquenilo lineal o ramificado con 6 hasta 22 átomos de carbono, m significa números de 1 hasta 10. Ejemplos típicos son los sulfatos de los productos de adición de, en promedio, 1 hasta 10 y, especialmente, de 2 hasta 5 moles de óxido de etileno sobre caprón-alcohol, capril-alcohol, 2-etilhexil-alcohol, caprin-alcohol, lauril-alcohol, isotridecil-alcohol, miristil-alcohol, cetil-alcohol, palmoleil-alcohol, estearil-alcohol, isoestearil-alcohol, oleil-alcohol, elaidil-alcohol, petroselinil-alcohol, araquil-alcohol, gadoleil-alcohol, behenil-alcohol, erucil-alcohol y brasidil- alcohol, así como sus mezclas industriales. Además, pueden emplearse también como materias primas productos de adición de óxido de etileno sobre alcoholes de Guerbet con 16 hasta 32 átomos de carbono. Los productos del sulfatado pueden presentar, en este caso, tanto una distribución de los homólogos convencional como también estrechada. Es especialmente preferente el empleo de semiésteres del ácido sulfúrico basándose en aductos de, en promedio, 2 hasta 3 moles de óxido de etileno sobre fracciones industriales de alcoholes grasos de coco con 12/14 átomos de carbono o bien con 12/18 átomos de carbono.

Ácidos alquilbencenosulfónicos.

Deben entenderse por ácidos alquilbencenosulfónicos, que proporcionan, tras el secado, los alquilbencenosulfonatos, los productos de sulfonación de alquilbencenos, que siguen la fórmula (IV),

(IV)R^{4}-Ph-SO_{3}H

en la que R^{4} significa un resto alquilo con 8 hasta 18 átomos de carbono y Ph significa un resto de fenilo. Ejemplos típicos de ácidos alquilbencenosulfónicos son el ácido dodecilbencenosulfónico y el ácido tetradecilbencenosulfónico.

Bases

Mientras que los tensioactivos aniónicos ácidos se emplean, en tanto en cuanto lo permita la viscosidad, bien en forma exenta de agua o únicamente en pequeñas cantidades de agua, los agentes para la neutralización se emplean siempre en forma de preparaciones acuosas altamente concentradas. Bajo esta expresión deben entenderse soluciones de hidróxidos, carbonatos y/o bicarbonatos alcalinos y/o alcalinotérreos tales como hidróxido de sodio, carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de potasio, bicarbonato de potasio o amoníaco, que presenten una proporción no acuosa de al menos 35, que está limitada únicamente por la solubilidad máxima. Por lo tanto se emplean, preferentemente, soluciones acuosas aproximadamente del 50 hasta el 55% en peso de hidróxido de sodio o de carbonato de sodio.

Neutralización, secado y granulación en una capa delgada

La neutralización, el secado y la granulación simultáneos se lleva a cabo en un evaporador de capa delgada, dispuesto horizontalmente, con apliques giratorios tal como el que se comercializa, por ejemplo, por la Firma VRV bajo la denominación "secadero flash" o por la firma Vomm bajo la denominación "turbo secadero". En este caso se trata, dicho de manera simplificada, de un tubo, que puede atemperarse de manera variable a través de varias zonas. Por medio de uno o varios árboles, que están dotados con hojas o con brazos de arado a modo de apliques giratorios, se centrifuga contra la pared lateral, calentada, la mezcla constituida por el tensioactivo aniónico ácido y por la base para la neutralización, que se dosifica a través de una bomba, pared lateral sobre la que se lleva a cabo el secado en una capa delgada con un espesor típico de 1 hasta 10 mm. En una forma especial de realización del procedimiento se dosifican, separadamente, el tensioactivo aniónico ácido y las bases para la neutralización de manera que el mezclado se produce en el evaporador o bien en el secadero de capa delgada. En el sentido de la invención se ha revelado como ventajoso aplicar al aparato de capa delgada un gradiente de temperatura desde 120 hasta 130ºC (entrada del producto) hasta 20ºC (descarga del producto). Para ello pueden calentarse, por ejemplo, las dos primeras zonas del evaporador a 120 hasta 130ºC y la última puede refrigerarse a 20ºC. Ciertamente son posibles temperaturas para el secado mayores, sin embargo se han revelado como no ventajosas desde el punto de vista de la labilidad térmica de las materias primas. En lo que se refiere a los semiésteres del ácido sulfúrico, que tienen tendencia a la hidrólisis, es deseable una temperatura de trabajo tan baja como sea posible. El evaporador de capa delgada se hace trabajar a presión atmosférica y se gasifica, a contracorriente, con aire (caudal 50 hasta 150 m^{3}/h) o con una corriente gaseosa, ajustada de manera alcalina (por ejemplo aire/amoníaco = 1:1). La temperatura de entrada de los gases se encuentra, por regla general, en 20 hasta 30, la temperatura de salida en 90 hasta 110ºC.

Tras el secado se ha revelado, además, como ventajoso, disponer los granulados calientes, que se encuentran todavía aproximadamente a 50 hasta 70ºC, sobre una cinta transportadora, preferentemente una correa oscilante y llevar a cabo su refrigeración, en la misma, rápidamente, en el transcurso de un tiempo de residencia de 20 hasta 60 segundos, con el aire ambiente, hasta temperaturas de aproximadamente 30 hasta 40ºC. Para mejorar todavía más la estabilidad frente a la absorción de agua indeseable, pueden espolvorearse también a continuación los granulados de los tensioactivos especialmente sensibles a la hidrólisis, tales como por ejemplo los sulfatos de alquilo, mediante la adición de un 0,5 hasta un 2% en peso de ácido silícico.

Aplicación industrial

Los granulados, obtenibles según el procedimiento de la invención, pueden mezclarse bien en el aparato después de la zona de neutralización o a continuación con otros componentes de los agentes tensioactivos pulverulentos, tales como por ejemplo polvos de torre para agentes de lavado. Además es posible, sin problemas, incorporar los polvos en preparaciones acuosas. Realmente, cuando se utiliza el polvo, no se observa ninguna diferencia con respecto a las pastas de partida acuosas en cuanto a las propiedades de aplicación industrial. También pueden incorporarse sin más los granulados en recetas para jabones sintéticos o en pastas dentales por ejemplo junto con ácidos grasos, sales de ácidos grasos, almidones, poliglicol y similares.

Ejemplos

Ejemplo 1 (no corresponde a la invención)

La obtención de los granulados se llevó a cabo en un secadero flash de la Firma VRV S.p.A., Milán/Italia. En este caso se trata de un secadero de capa delgada, dispuesto horizontalmente (longitud 1.100 mm, diámetro interno: 155 mm) con 4 árboles y 22 hojas, cuya distancia a la pared lateral era de 2 mm. El secadero tenía tres zonas de calefacción o bien de refrigeración separadas y una superficie para el intercambio de calor de en total 0,44 m^{2}. El trabajo se llevó a cabo a presión normal. A través de dos bombas peristálticas se bombearon, separadamente, ácido dodecilbencenosulfonato anhidro, calentado a 50ºC, y solución acuosa al 50% en peso de hidróxido de sodio, con un caudal de 11,5 kg/h en el secadero de capa delgada. El micromezclado de los componentes, necesario para el mezclado completo de la reacción espontánea, se garantizó dentro del secadero flash mediante un rotor con elevado número de revoluciones (velocidad periférica 25 m/s). Las zonas de calentamiento 1 y 2 del secadero flash se ajustaron a 170ºC y la zona de refrigeración 3 se ajustó a 20ºC. El secadero flash se gasificó con aire (aproximadamente 110 m^{3}/h); la temperatura de salida del gas fue de 65ºC aproximadamente. El granulado presecado, que todavía estaba caliente con aproximadamente 60ºC, se dispuso sobre una correa oscilante (longitud 1 m), se gasificó con aire ambiente y se refrigeró, en el transcurso de 30 segundos, aproximadamente a 40ºC. A continuación se espolvoreó con aproximadamente un 1% en peso de ácido silícico (Sipemat® 50 S). Se obtuvo un granulado seco, con blancura pura, esparcible y no formador de grumos incluso después de un almacenamiento prolongado al aire, que no mostró, tras su incorporación en recetas para agentes de lavado, ninguna diferencia respecto a un producto comparativo fabricado mediante secado por pulverización. Los datos característicos del granulado se han representado en la tabla 1.

Ejemplo 2 (no corresponde a la invención)

De manera análoga a la del ejemplo 1 se empleó un ácido graso de sebo que contenía ácido oleico (Edenor® PK 1805). Los resultados se han reunido en la tabla 1.

(Tabla pasa a la página siguiente)

TABLA 1 Datos característicos del granulado del secadero flash

1

Claims

1. Procedimiento para la obtención de granulados tensioactivos aniónicos mediante neutralización de los tensioactivos aniónicos ácidos con bases, secado y granulación simultáneos en un evaporador o bien secadero de capa delgada, horizontal, caracterizado porque los tensioactivos aniónicos ácidos y/o las bases se emplean en forma de preparaciones acuosas con un contenido en materia sólida tal que la cantidad total de agua en la instalación no sobrepase en ningún momento el 15% en peso, y la neutralización ni el secado se llevan a cabo a contracorriente con aire o con una corriente gaseosa ajustada de manera alcalina, a temperaturas en el intervalo desde 120 hasta 130ºC.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se emplean tensioactivos aniónicos en su forma ácida, que se eligen del grupo formado por ácidos carboxilícos, semiésteres del ácido sulfúrico de alcoholes y/o de etoxilatos de alcoholes así como ácidos alquilbencenosulfónicos.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los tensioactivos aniónicos ácidos se emplean en forma exenta de agua.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como bases se emplean soluciones acuosas de hidróxidos, carbonatos y/o bicarbonatos alcalinos y/o alcalinotérreos o amoníaco con una proporción no acuosa de al menos el 35% en peso.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el procedimiento se lleva a cabo a la presión atmosférica.