洗滌劑市場目前正在經(jīng)歷重要的變化。由于生態(tài)和管控原因，洗滌劑配制劑中高濃度磷酸鹽的使用一起被禁止或者必須極大地降低。洗滌劑產(chǎn)品的配制者必須找到備選方案以替代磷酸鹽化合物，最有希望的替代使更容易生物降解的螯合劑，例如天冬氨酸N,N二乙酸及其鹽(ASDA)、甲基甘氨酸N,N-二乙酸及其鹽(MGDA)和谷氨酸N,N-二乙酸及其鹽(GLDA)。這類螯合劑傾向于容易得到并且以5％至60％的濃度使用。許多洗滌劑配制劑包含輔助助洗劑，其通常為聚合物或者膦酸鹽以及磷酸鹽、硅酸鹽和沸石。這些輔助助洗劑以1％至50％的濃度存在于配制劑中。

在粉末或片狀洗滌劑配制劑中，配制者要求固體原料。例如在自動器皿洗滌(ADW)應(yīng)用中，原料必須為粉末，優(yōu)選顆粒形式以改進(jìn)配制劑的制片和固體處理。粉末或顆粒通常具有50-3,000μm的粒度。然而，在以無定形狀態(tài)得到時，許多螯合劑的粉末或顆粒顯示出吸濕性能，這對ADW配制者而言是不可接受的。吸濕性能使材料為粘性的，因此引起儲存、處理和生產(chǎn)問題。顆粒的流動性能在許多方面是關(guān)鍵的。在顆粒本身的生產(chǎn)期間，它們必須相對于彼此光滑地流動。另外，它們?nèi)缓蟊仨毘晒Φ剌斔椭羶Υ婧瓦\輸容器。最后，它們也必須從儲存中運輸出來并供入粉末或片劑生產(chǎn)裝置。流動問題由于幾個原因而產(chǎn)生。在無定形螯合劑及其鹽的情況下，弱流動性由濕氣吸收導(dǎo)致，產(chǎn)生會形成團(tuán)塊的濕粘性產(chǎn)物。避免吸濕性能的一種方法是用其結(jié)晶形式的螯合劑工作。

US20120046491公開了包含一種或多種結(jié)晶度為≥30％的谷氨酰胺-N,N-二乙酸或甘氨酸-N,N-二乙酸衍生物的粉末的制備，所述方法包括將水溶液濃縮以得到晶體漿料，其中一個濃度范圍基于晶體漿料的總重量為20％至60重量％(原料)，和將晶體漿料在糊倉中，然后在薄膜接觸干燥器中熟化，其中在糊倉中(晶種：總重量的至多50％的細(xì)粉末)以及在薄膜接觸干燥器中的停留時間為總計≥15分鐘，并在具有旋轉(zhuǎn)內(nèi)部構(gòu)件的蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮，所述旋轉(zhuǎn)內(nèi)部構(gòu)件以相對于蒸發(fā)器的內(nèi)壁為蒸發(fā)器直徑的≤1％的距離排列(內(nèi)壁上的液體膜中的高剪切速率)。第一工藝步驟的溫度范圍為50℃-140℃，優(yōu)選80℃-110℃，且壓力范圍為0.1-4巴，優(yōu)選0.8-1.2巴。熟化進(jìn)行至少15分鐘且至多3小時，且薄膜處理從60℃至140℃進(jìn)行0.5分鐘至20分鐘。得到主要具有MGDA(甲基甘氨酸二乙酸)的一水合物或二水合物的晶體改性的粉末。該復(fù)雜方法顯現(xiàn)出是對MGDA三鈉專門設(shè)計的。

US20120149936公開了如下制備具有足夠低吸濕性的甘氨酸-N,N-二乙酸衍生物的結(jié)晶固體的方法：引入一種結(jié)晶化合物作為晶種；進(jìn)行噴霧制粒，其可以后接熱處理步驟以提高結(jié)晶度。該文件中僅提到甘氨酸-N,N-二乙酸衍生物。

DE 42 11 713公開了制備螯合劑GLDA和ASDA(天冬氨酸N,N-二乙酸)的方法。盡管一般性地建議材料可通過幾種方法分離，其中一種是結(jié)晶，所有實施例涉及ASDA以無定形形式沉積。

US 5,981,798公開了甘氨酸N-N-二乙酸衍生物的結(jié)晶固體的制備。在實施例中，使用晶種作為結(jié)晶引發(fā)劑將MGDA(甲基甘氨酸N,N-二乙酸)三鈉鹽的濃溶液結(jié)晶。在該文件中，甘氨酸N,N二乙酸衍生物，例如MGDA三鈉鹽在機(jī)械應(yīng)力下結(jié)晶。在實施例中，顯示據(jù)說來自混合、攪拌、捏合或擠出設(shè)備的該機(jī)械應(yīng)力應(yīng)當(dāng)理解意指低剪切條件，例如20rpm的旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點是除了是復(fù)雜且緩慢的外，關(guān)于MGDA公開的方法對各個GLDA衍生物和鹽不起作用，或者產(chǎn)生在要求材料為可自由流動的或片狀形式的應(yīng)用中仍面臨改進(jìn)的固體材料。

因此，本領(lǐng)域中需要以其結(jié)晶形式制備螯合劑的方法，這得到更好的粒度分布和晶體形狀、改進(jìn)的自由流動性、強度和形態(tài)。另外，需要容易制片且在最終應(yīng)用如ADW(自動器皿洗滌)中具有足夠的溶解速度的固體螯合劑。

現(xiàn)在，本發(fā)明提供將螯合劑結(jié)晶的方法，其包括將晶種加入螯合劑的飽和或過飽和水溶液或分散體中的第一步驟和將分散體研磨的第二步驟，和可通過該方法得到的產(chǎn)物。

在它不僅更快，而且在許多情況下提供更好的粒度分布且具有較少的極小顆粒的意義上，該方法證明比技術(shù)發(fā)展水平方法有效得多。發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明制備的晶體具有改進(jìn)的形態(tài)，甚至在高濕度下是更加可自由流動的，并且發(fā)現(xiàn)鑒于它們具有提高的強度以及另外良好的溶解速率，可由它們制備片劑。

另外，本發(fā)明方法是有利的，因為不產(chǎn)生母液廢料流，這與傳統(tǒng)結(jié)晶方法相反。

優(yōu)選，在本發(fā)明方法中，將分散體研磨的步驟使用以至少1,000rpm，更優(yōu)選以至少10,000rpm操作的設(shè)備進(jìn)行。

在一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明方法中所用晶種為螯合劑晶種，更優(yōu)選在溶液或分散體中的相同螯合劑的晶種，并由其結(jié)晶。

應(yīng)當(dāng)指出，使用不同于在方法中結(jié)晶的材料的另一材料的晶種為本領(lǐng)域中稱為異相成核的方法。異相成核可能比均相成核快得多，但缺點是得到較不純的產(chǎn)物。

在一個實施方案中，本發(fā)明方法包括另一第三步驟，其中將材料至少部分干燥，和任選將由第三步驟得到的材料壓碎或者研磨和篩分(以收集具有恰當(dāng)尺寸的部分)、擠出、壓縮、制片或者以任何其它方式加工以轉(zhuǎn)化成所需固體形式。

將材料干燥可例如通過將研磨的接種分散體的液滴或薄膜在爐中干燥而進(jìn)行，并且優(yōu)選在25-100℃的溫度下進(jìn)行。

在一個優(yōu)選實施方案中，螯合劑為甲基甘氨酸N,N-二乙酸或其鹽(MGDA)、谷氨酸N,N-二乙酸或其鹽(GLDA)、天冬氨酸N,N二乙酸或其鹽(ASDA)，更優(yōu)選它為GLDA或MGDA。當(dāng)螯合劑為GLDA時，甚至更優(yōu)選它為部分酸化或者完全酸化的GLDA(其中一部分或所有抗衡離子為質(zhì)子)。

下面通過實施例闡述本發(fā)明。

實施例

所用材料為：

Dissolvine GL-47-S(L-GLDA四鈉鹽在水中的47重量％溶液)，來自Akzo Nobel Functional Chemicals LLC，Chicago IL，美國。

Trilon M Powder，Trilon M Granules，Trilon M Compactate，Trilon M Liquid(在水中40重量％)，其都是來自BASF Corporation，美國的MGDA三鈉產(chǎn)品。

ASDA(L-天冬氨酸N,N-二乙酸四鈉鹽)，來自Mitsubishi Rayon Co，Ltd.，日本。

氫氧化鈉，50％溶液，來自Avantor

XRD方法和用于分析的設(shè)備：

本發(fā)明結(jié)晶鹽的衍射圖使用Bruker-AXS D8反射-衍射計使用Ni過濾的Cu-Kα射線記錄。發(fā)生器設(shè)置為40kV，40mA。石墨單色器以發(fā)射和抗散射狹縫V20(變量20mm)，檢測器狹縫0.6mm使用。測量范圍為2Θ＝2.0-70.0°，步長0.02°，每步時間6.5秒。

來自Bruker的Topas軟件包用于衍射圖。

實施例1GLDA-NaH3溶液和晶種的制備

為降低GLDA-Na4溶液，Dissolvine GL-47-S的pH，使用雙極膜(BPM)方法進(jìn)行酸化。在BPM方法中，使用如WO 2008/065109所述的雙極膜電滲析堆棧。該裝置由雙極膜和陽離子交換膜組成。鈉陽離子通過陽離子交換膜除去，同時借助電化學(xué)反應(yīng)將氫加入產(chǎn)物流中。這樣，將溶液逐步酸化而不存在殘留鈉陽離子。這意指進(jìn)行了“無鹽”酸化。

實驗裝置由三個容器組成以使流體再循環(huán)通過BPM裝置。溫度通過向夾套式反應(yīng)器施加加熱/冷卻而控制。酸反應(yīng)器為1升攪拌玻璃反應(yīng)器，且堿和電解質(zhì)回路都使用1.5L玻璃反應(yīng)器而不具有攪拌。氮氣通過氣體噴霧器通過電解質(zhì)以將在陰極產(chǎn)生的氫氣稀釋至遠(yuǎn)低于爆炸極限。

將反應(yīng)器中裝入約42重量％GLDA-Na4溶液并起動反應(yīng)器內(nèi)容物在BPM堆棧上再循環(huán)。當(dāng)將GLDA溶液加熱至40℃時，施加電流。堆棧上的電壓(V)限于25V并將電流(I)手動控制為15A的最大值。當(dāng)達(dá)到所需pH時，使通向BPM的電流最小化，并收集反應(yīng)器和BPM內(nèi)容物。酸化GLDA溶液確立為具有約2.5的pH的44重量％GLDA溶液。

使所得具有pH 2.5(其對應(yīng)于約1當(dāng)量鈉陽離子/GLDA陰離子)的44.1重量％L-GLDA水溶液經(jīng)受在約100℃下熱處理174小時以用于外消旋作用。將所得D,L-GLDA-NaH3溶液在旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器中、在水浴溫度70℃和降低的壓力(20毫巴)下濃縮至50.2重量％(50:50)L,D-GLDA-NaH3水溶液。

將1,852g的量的以上溶液裝入具有錨式攪拌器的3升夾套式玻璃反應(yīng)器中。將水溶液加熱至98℃以完全溶解。在攪拌時，將清澈溶液用GLDA-NaH3晶體接種并在15小時內(nèi)冷卻至30℃。

將晶體漿料在臥式Rousselet轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)中離心分離以將母液與結(jié)晶產(chǎn)物分離。

在分離以后，得到1,198g的具有29.3％的濃度(通過Fe-TSV，總鐵螯合值確立)的母液和598.6g濕餅。將濕餅用少量水洗滌兩次，并在真空下在40℃下干燥，得到～450g干晶體。

實施例2：GLDA-NaH3在高剪切下結(jié)晶

將243.6g的如以上實施例1中所制備的包含約50％GLDA(基于Fe-TSV化驗＝51.8％)的水溶液GLDA-NaH3稱重放入燒杯中。向試樣中加入10g的如以上實施例1中所制備的GLDA-NaH3晶種(針狀，具有50-100μm×5-10μm的尺寸)。接著，使用以24,000rpm操作1分鐘的Ultra Turrax將晶種研磨并分散(裝配有S25n-25F混合元件的Ultra Turrax型T25)。

對比例3：GLDA-NaH3在低剪切下結(jié)晶

制備具有如實施例2中所述組成的試樣。向試樣中加入具有50-100μm×5-10μm的尺寸(與實施例2中所述那些相同)的針狀晶種。接著，使用抹刀將溶液中的晶種分散體攪拌約1分鐘。

使來自對比例3和實施例2的分散體經(jīng)受在將組分混合以后同時起動的DSC分析程序。在該程序中，將試樣以2.5℃/min的加熱速率從25加熱至95℃。

來自實施例2的使用Ultra Turrax的材料在57℃下達(dá)到放熱最高值，而對于對比例3中不經(jīng)Ultra Turrax處理而得到的固體顯示出在70℃下的最大峰值，這顯示用本發(fā)明方法制備的材料比使用技術(shù)發(fā)展水平方法制備的材料更快地結(jié)晶。

實施例4GLDA-NaH3晶體的結(jié)晶和性能

如同實施例2中，將243.6g的包含約50％GLDA(Fe-TSV＝51.8％)的水溶液GLDA-NaH3稱重放入燒杯中。將10g結(jié)晶GLDA-NaH3晶種加入GLDA溶液中。根據(jù)實施例2在混合物上應(yīng)用高剪切。

將所得混合物作為厚膜(～2.5mm)施涂于聚丙烯基底上并使其在爐中在80℃下干燥。所得產(chǎn)物可容易破裂并應(yīng)用Frewitt篩篩分，而不具有關(guān)于篩積垢的任何困難。75％的材料在規(guī)格設(shè)定(0.5-1.6mm)內(nèi)。

實施例2的所得粉末(各篩部分：<0.5；0.5-0.71；0.71-1；1-1.6mm)在70小時期間在40℃下在75％相對濕度(RH)下儲存以后都顯示出自由流動行為，盡管粉末顯示出至多10％的濕氣吸收這一事實。

在環(huán)境條件下，使用紅外線干燥天平在120℃下測量產(chǎn)物的含濕量取決于相對濕度為約8-12％。樣品的結(jié)晶度根據(jù)XRD為49％。

實施例5溫度對GLDA-NaH3結(jié)晶的影響

重復(fù)與實施例2中所述相同的程序，但現(xiàn)在將所得混合物分成四個部分；兩個部分作為～2.5mm的厚膜施涂，且兩個其它部分作為約2-2.5mm的分離液滴部分施涂并且在兩種情況下使一種在80℃下干燥且另一種在室溫下干燥。

隨后將干燥的膜如實施例4所述破碎和篩分。將篩分部分和顆粒(干燥滴)在44小時期間在40℃下在75％相對濕度下儲存。所有試樣顯示出自由流動行為，盡管它們的最終含濕量為11-13重量％這一事實。

實施例6：濃度和晶種含量對GLDA-NaH3結(jié)晶的影響

使用與實施例4中所述類似的程序，制備GLDA濃度和晶種含量不同的試樣。

在制備以后直接使用Denver IR-60實驗室干燥器在120℃下將5g各試樣干燥，記錄得到恒重的時間。其后，使用XRD測定結(jié)晶度。

從下表1中所示結(jié)果得出，在這些條件下，結(jié)晶在水蒸發(fā)的時間量程內(nèi)進(jìn)行，因為所有試樣的結(jié)晶度是近似的，其中考慮該結(jié)晶度測定方法的統(tǒng)計差(估算為～10％)。

表1

實施例7 MGDA-Na3的結(jié)晶

將48g的包含40％固體的水溶液MGDA-Na3(Trilon M Liquid，來自BASF)稱重放入燒杯中。將2g結(jié)晶MGDA-Na3(Trilon M Granule，來自BASF；結(jié)晶度根據(jù)XRD為43％)作為晶種加入MGDA溶液中。使用Ultraturrax以24,000rpm將高剪切應(yīng)用于混合物1分鐘(裝配有S25n-25F混合元件的Ultra Turrax型T25)。

將所得混合物作為厚膜(～2.5mm)施涂于聚丙烯基底上并使其在爐中在80℃下干燥。

產(chǎn)物的結(jié)晶度根據(jù)XRD為41％。

所得產(chǎn)物可容易破碎和篩分而不具有關(guān)于篩積垢的困難。粒度為0.71-2mm的部分的篩回收率為70％。

在流動能力和濕氣吸收試驗之前，將該部分在真空下在50℃下干燥過夜。在16℃下在60％相對濕度下儲存29小時以后，試樣仍是自由流動的，顯示出16％的濕氣吸收。

在更嚴(yán)厲的條件，40℃和75％RH下，產(chǎn)物保持自由流動至少6小時，但它在29小時以后失去該性能。

對比例8—MGDA-Na3商品儲存和濕氣試驗

作為對比，使如用于實施例7中接種的BASF的Trilon M Granulate與通過實施例7的方法得到的試樣經(jīng)受相同的儲存條件。得出結(jié)論：本發(fā)明產(chǎn)物的自由流動性性能是至少類似的。

實施例9—濃度對MGDA-Na3的結(jié)晶的影響

重復(fù)如實施例7中所述的方法，唯一的區(qū)別在于將所用Trilon M溶液濃縮至50重量％。

所得產(chǎn)物的結(jié)晶度根據(jù)XRD為45％。

關(guān)于濕氣吸收和自由流動行為：在實驗誤差內(nèi)，材料與實施例7中所得材料相同地執(zhí)行。

實施例10—晶種對MGDA-Na3的結(jié)晶的影響

重復(fù)如實施例7中所述的方法，但現(xiàn)在Trilon M Powder(來自BASF；結(jié)晶度49％)用作晶種。

所得產(chǎn)物的結(jié)晶度根據(jù)XRD為38％。

在流動能力和濕氣吸收試驗之前，也將0.71-2的篩分部分在真空下在50℃下干燥過夜。在16℃下在60％相對濕度下儲存29小時以后，試樣仍是自由流動的，顯示出11％的濕氣吸收。

在更嚴(yán)厲的條件，40℃和75％RH下，產(chǎn)物在1小時內(nèi)失去其自由流動能力。

關(guān)于Trilon M Powder(來自BASF)，發(fā)現(xiàn)相同的儲存特性。

實施例11 ASDA-Na4的結(jié)晶

將48g水溶液ASDA-Na4(36重量％)稱重放入燒杯中。加入2g的通過將在濃溶液儲存期間形成的沉淀物離心分離而得到的含ASDA-Na4材料，根據(jù)XRD，其具有15％的結(jié)晶度。

使用Ultraturrax以24,000rpm將高剪切應(yīng)用于混合物1分鐘(裝配有S25n-25F混合元件的Ultra Turrax型T25)。

將所得混合物作為厚膜(～2.5mm)施涂于聚丙烯基底上并使其在爐中在80℃下干燥。

將所得產(chǎn)物粉化并使用XRD分析，顯示出22％的結(jié)晶度。

遵循如上所述相同程序，該材料用作隨后實驗的接種材料。

將所得產(chǎn)物粉化并使用XRD分析，顯示出29％的結(jié)晶度。

在流動能力和濕氣吸收試驗之前，將0.71-2mm的篩分部分在真空下在50℃下干燥過夜。在16℃下在60％相對濕度下高達(dá)3小時以后，試樣仍是自由流動的，顯示出僅12％的濕氣吸收。

實施例12研磨步驟對螯合劑晶體的形態(tài)、結(jié)晶度和溶解行為的影響

如實施例7中所述方法用于制備一系列產(chǎn)物，其中使用濃縮至50重量％的Trilon M Liquid。

通過使用以50rpm旋轉(zhuǎn)的八字形玻璃攪拌器溫和攪拌或者通過使用Ultraturrax以24,000rpm應(yīng)用高剪切(裝配有S25n-25F混合元件的Ultra Turrax型T25)6分鐘而加入2重量％或20重量％的結(jié)晶MGDA-Na3(Trilon M Granule，來自BASF)的晶種。

對于全部產(chǎn)物，測定這些產(chǎn)物的結(jié)晶度并在表2中給出。另外，還計算不是源自加入的晶種的物質(zhì)(非接種相)的結(jié)晶度。

從這些數(shù)據(jù)中獲悉，使用本發(fā)明方法使用Ultraturrax研磨(使用相同量的晶種)得到的產(chǎn)物具有與借助攪拌混入的那些相比明顯更高的結(jié)晶度。

根據(jù)NEN-ISO 13322-2通過使用Sympatec系統(tǒng)動態(tài)圖像分析測量粒度特性，還使用如使用He-測比重術(shù)測量為1.72g/ml的密度由其計算比表面積。

在制備的產(chǎn)物之間沒有發(fā)現(xiàn)明顯區(qū)別(參見表2)。

在室溫下在水中通過監(jiān)控在加入固定量的MGDA顆粒時水溶液的傳導(dǎo)率而測定產(chǎn)物的試樣溶解速率。

對于該試驗，將3.0g產(chǎn)物在500ml燒杯中加入300ml軟化水中，同時使用攪拌器(葉片：燒杯直徑的2/3)以固定轉(zhuǎn)速(150rpm)將溶液攪拌。

結(jié)果在表2中給出，以99％和100％溶解所需的時間表示。

令人驚訝的是，顯示出使用Ultraturrax制備并因此以高剪切研磨(使用相同量的晶種)的產(chǎn)物顯示出明顯更快的溶解速率，盡管它們顯示出較高的結(jié)晶度這一事實。

作為參比，還給出市售MGDA-Solid、Trilon M Granule和Trilon M Compactate的特性，顯示出根據(jù)本發(fā)明制備的材料更快地溶解，同時它們甚至是較大的且具有較小的比表面積。

在3天期間在真空中在50℃下干燥以后，將產(chǎn)物試樣在16℃下在60％的相對濕度(RH)下儲存20小時或者在40℃下在RH 75％下儲存6小時，其后通過將試樣稱重而材料濕氣吸收。

從表2中給出的結(jié)果得出，使用本發(fā)明方法制備并使用Ultraturrax(使用相同量的晶種)研磨的試樣顯示出最低的濕氣吸收。

在經(jīng)受這些條件以后，所有產(chǎn)物仍是自由流動的，同時Trilon M Granule參比試樣在40℃下在RH 75％下儲存6小時以后顯示出一些聚集，盡管該參比試樣顯示出與本發(fā)明試樣相比更低的濕氣吸收值這一事實。

在3天期間在真空中在50℃下干燥以后，使用型號HTP 40的Herzog壓片機(jī)以100kN(204MPa)的壓力將7.5g產(chǎn)物試樣擠壓成具有25mm的直徑的片2秒，得到11.1mm的厚度。其后使用Hydrospex型斷裂強度試驗機(jī)測量片的徑向斷裂強度。

從表2中給出的結(jié)果得出，使用本發(fā)明方法制備并使用Ultraturrax(使用相同量的晶種)研磨的試樣得到比在攪入相同量的相同晶種的方法中得到的那些明顯更強的片。

表2

NB：對于這些產(chǎn)物，結(jié)晶度用更新XRD設(shè)備測定，得到比實施例4、6、7、9中測量的明顯更高的表觀結(jié)晶度值。因此，以上值不能與其它實施例提到的值并且僅相互對比。