DE1090860B - Process for the preparation of quaternary ammonium compounds of polymeric fatty acid amines - Google Patents

Process for the preparation of quaternary ammonium compounds of polymeric fatty acid amines

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DE1090860B
DE1090860B DEG25871A DEG0025871A DE1090860B DE 1090860 B DE1090860 B DE 1090860B DE G25871 A DEG25871 A DE G25871A DE G0025871 A DEG0025871 A DE G0025871A DE 1090860 B DE1090860 B DE 1090860B
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German (de)
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Stuart A Harrison
Kirtland E Mccaleb
William J Ward
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General Mills Inc
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General Mills Inc
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/34Introducing sulfur atoms or sulfur-containing groups

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Description

DEUTSCHESGERMAN

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung neuer quaternärer Ammoniumverbindungen aus Aminen polymerer Fettsäuren.The invention relates to a method for production new quaternary ammonium compounds from amines of polymeric fatty acids.

Polymere Fettsäuren sind bekannte, im Handel erhältliche Säuren. Die in dem vorliegenden Verfahren verwendeten Amine polymerer Fettsäuren weisen die gleiche Struktur auf, jedoch stehen an Stelle der — COOH-Gruppen —CHgNH^Gruppen. Sie können direkt aus polymeren Fettsäuren durch Umsetzung dieser Säuren mit Ammoniak unter Wasserentziehung zu dem entsprechenden Nitril und anschließende Hydrierung des Nitrils zu dem Amin hergestellt werden. Auch können ähnliche Amine polymerer Fettsäuren durch Polymerisation geeigneter Fettsäurenitrile und anschließende Hydrierung des polymeren Nitrils zu dem entsprechenden Amin der polymeren Fettsäure hergestellt werden.Polymeric fatty acids are known, commercially available acids. In the present proceedings The amines of polymeric fatty acids used have the same structure, but instead of the - COOH groups —CHgNH ^ groups. You can directly from polymeric fatty acids by reacting these acids with ammonia with dehydration to form the corresponding nitrile and subsequent hydrogenation of the nitrile to the amine. Also can Similar amines of polymeric fatty acids by polymerization of suitable fatty acid nitriles and then Hydrogenation of the polymeric nitrile to the corresponding amine of the polymeric fatty acid can be prepared.

Als Grundrohstoffe zur Herstellung der Amine polymerer Fettsäuren werden Fettsäuren verwendet, die zur Bildung polymerer Stoffe ausreichende funktionelle Doppelbindungen besitzen. Ein solcher idealer Ausgangsstoff für die thermische Polymerisation ist z. B. reine Linolsäure. Die verwendeten Säuren kommen meist in der Natur als. komplexe Gemische vor. Eine Isolierung von reiner Linolsäure ist technisch praktisch nicht durchführbar. Deswegen werden als Ausgangssäuren Rohstoffe mit hohem Gehalt an Linolsäure (30 bis 80%) verwendet. Eine analytische Methode zur Kennzeichnung von Gemischen von Fettsäuren mit genügend funktionellen Doppelbindungen ist die Feststellung ihrer Jodzahl, d. h. der Grammzahl Jod, die dem durch eine 100-g-Probe absorbierten Halogen entspricht. Allgemein haben Säuren mit einer Jodzahl von mindestens 120 genügend Doppelbindungen, um Polymere zu bilden. Als Ausgangsstoffe geeignete Säuren sind beispielsweise: Soja-, Lein-, Tung-, Perilla-, Baumwollkern-, Mais-, Sonnenblumen-, Saflor- und dehydratisiertes Ricinusöl sowie Tallöl. Fettsäuren mit hohem Gehalt an Linolsäure können aus diesen verschiedenen Quellen durch Kristallisation und/oder Destillation gewonnen werden.Fatty acids are used as the basic raw materials for the production of amines of polymeric fatty acids Formation of polymeric substances have sufficient functional double bonds. Such an ideal starting material for thermal polymerization, for. B. pure linoleic acid. The acids used mostly come in the Nature as. complex mixtures. Isolation of pure linoleic acid is technically not feasible. This is why raw materials with a high linoleic acid content (30 to 80%) are used as starting acids. An analytical method for characterizing mixtures of fatty acids with enough functional ones Double bonds is the determination of their iodine number, i. H. the number of grams of iodine given by a 100 g sample absorbed halogen. In general, acids with an iodine number of at least 120 have enough double bonds to to form polymers. Acids suitable as starting materials are, for example: soy, flax, tung, Perilla, cottonseed, corn, sunflower, safflower and dehydrated castor oil and tall oil. Fatty acids High linoleic acid content can be obtained from these various sources by crystallization and / or distillation be won.

Für die Polymerisation kann an Stelle einer thermischen Polymerisation auch jedes andere Verfahren, z. B. das in der USA.-Patentschrift 2 793 219 beschriebene, angewendet werden. Es können auch Verfahren zur Polymerisation ungesättigter Säuren angewendet werden.Instead of thermal polymerization, any other process, e.g. B. the in U.S. Patent 2,793,219 can be used. Polymerization processes can also be used unsaturated acids are used.

Die so hergestellten Amine polymerer Fettsäuren können mit verschiedenen, quaternäre Salze bildenden Substanzen in die erfindungsgemäßen quatemären Verbindungen übergeführt werden. Solche quaternäre Salze bildenden Stoffe sind beispielsweise: Methylchlorid, Methylbromid, Methyljodid, Äthylchlorid, Äthylbromid, Äthylj odid, n-Propylchlorid, n-Propylbromid, n-Propyljodid, Isopropylbromid, n-Butylchlorid, n-Butylbromid, Isobutylbromid, sek.-Butylbromid, n-Amylbromid, n-Hexylchlorid, Benzylchlorid, Benzylbromid, Methylsulfat,The amines of polymeric fatty acids produced in this way can form various quaternary salts with Substances are converted into the quaternary compounds according to the invention. Such quaternary salts forming substances are for example: methyl chloride, methyl bromide, Methyl iodide, ethyl chloride, ethyl bromide, ethyl iodide, n-propyl chloride, n-propyl bromide, n-propyl iodide, Isopropyl bromide, n-butyl chloride, n-butyl bromide, Isobutyl bromide, sec-butyl bromide, n-amyl bromide, n-hexyl chloride, Benzyl chloride, benzyl bromide, methyl sulfate,

Verfahren zur HerstellungMethod of manufacture

quaternärer Ammoniumverbindungenquaternary ammonium compounds

polymerer Fettsäureaminepolymeric fatty acid amines

Anmelder:Applicant:

General Mills Inc.,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)
General Mills Inc.,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Vertreter1:Representative 1 :

Dr. W. Beil und A. Hoeppener, Rechtsanwälte,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36
Dr. W. Beil and A. Hoeppener, lawyers,
Frankfurt / M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Stuart A. Harrison, Kirtland E. McCalebStuart A. Harrison, Kirtland E. McCaleb

und William J. Ward, Minneapolis, Minn. (V. St. Α.),and William J. Ward, Minneapolis, Minn. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Äthylsulfat, Methylbenzolsulfonat, Methyl-p-toluolsulfonat od. dgl. Diese Verbindungen setzen sich direkt mit den beschriebenen Aminen polymerer Fettsäuren zu den folgenden quatemären Verbindungen um: Chlormethylat, Brommethylat, Jodmethylat, Chloräthylat, Bromäthylat, Jodäthylat, Chlor-n-propylat, Brom-n-propylat, Jodn-propylat, Bromisopropylat, Chlor-n-butylat, Bromn-butylat, Bromisobutylat, Brom-sek.-butylat, Bromn-amylat, Chlor-n-hexylat, Chlorbenzylat, Brombenzylat, Methylsulfat, Äthylsulfat, Benzomethylsulfonat, bzw. p-Toluolmethylsulfonat usw. Bevorzugte Reste an den Stickstoffatomen sind aliphatische Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.Ethyl sulfate, methylbenzenesulfonate, methyl p-toluenesulfonate or the like. These compounds are directly linked to the amines of polymeric fatty acids described the following quaternary compounds: chloromethylate, bromomethylate, iodine methylate, chloroethylate, bromoethylate, Iodine ethylate, chlorine-n-propylate, bromine-n-propylate, iodine-propylate, Bromine isopropoxide, chlorine n-butoxide, bromine butoxide, Bromine isobutylate, bromine sec-butylate, bromine amylate, chlorine n-hexylate, chlorobenzylate, bromobenzylate, Methyl sulfate, ethyl sulfate, benzomethyl sulfonate, or p-toluene methyl sulfonate, etc. Preferred residues on the Nitrogen atoms are aliphatic hydrocarbon radicals with 1 to 6 carbon atoms.

Die Umsetzung zu den quatemären Verbindungen erfolgt zweckmäßig in Gegenwart eines Lösungsmittels, z. B. eines Alkohols, in dem das der polymeren Fettsäure entsprechende Amin löslich ist. Lösungsmittel sind besonders Isopropyl- und Butylalkohol, doch können auch zahlreiche andere Lösungsmittel und Kombinationen von Lösungsmitteln, z. B. Alkohol-Kohlenwasserstoff-Gemische, verwendet werden. Lösungsmittel scheinen im allgemeinen die Umsetzung nicht merklich zu beeinflussen; ihre Verwendung ist nur deshalb zweckmäßig, weil dadurch eine innigere Berührung zwischen dem Alkylierungsmittel und dem Amid erreicht wird. Die Umsetzung kann in Gegenwart von Basen, z. B. Alkalihydroxyden, Erdalkalihydroxyden, Alkalicarbo-The conversion to the quaternary compounds is expediently carried out in the presence of a solvent, z. B. an alcohol in which the amine corresponding to the polymeric fatty acid is soluble. Are solvents especially isopropyl and butyl alcohol, but numerous other solvents and combinations can be used of solvents, e.g. B. alcohol-hydrocarbon mixtures can be used. Solvent seem generally not noticeably influencing the implementation; their use is only appropriate because it achieves closer contact between the alkylating agent and the amide. The reaction can be carried out in the presence of bases, e.g. B. alkali hydroxides, alkaline earth hydroxides, alkali carbon

009 627/446009 627/446

naten, Alkalialkylaten usw., durchgeführt werden. Diese dienen zur Aufnahme der während der Umsetzung zu quatemären Verbindungen freiwerdenden Säure. Wird keine solche Base verwendet, so dienen die Aminogruppen des Amins als Aufnahme für die durch die Umsetzung entstandene Säure. Wenn z. B. keine Base verwendet und ein Alkylhalogenid eingesetzt wird, so besteht die Säureverbindung aus einem Hydrohalogenid, das sich mit den vorhandenen Aminogruppen zu einem Salz umsetzt. In diesem Falle findet nur teilweise eine Überführung in quaternäre Verbindungen statt, da einige Aminogruppen sich zu Nebenprodukten umsetzen. Auf diese Weise kann die Überführung in quaternäre Verbindungen reguliert werden, wenn eine nicht vollständige Umsetzung erreicht werden soll.naten, alkali metal alkylates, etc., are carried out. These are used to record during the implementation too quaternary compounds released acid. If no such base is used, the amino groups serve of the amine as an uptake for the acid formed by the reaction. If z. B. no base is used and an alkyl halide is used, the acid compound consists of a hydrohalide which is with the amino groups present to form a salt. In this case there is only a partial transfer in quaternary compounds, as some amino groups convert to by-products. on in this way the conversion into quaternary compounds can be regulated, if one is not complete Implementation is to be achieved.

In dem Beispiel sind alle »Teile« Gewichtsteile und alle »Prozentsätze« Gewichtsprozente.In the example, all "parts" are parts by weight and all "Percentages" percentages by weight.

Beispielexample

200 Teile polymerer »Fettsäureamine«, die durch Um-Setzung von polymeren Fettsäuren, die vorwiegend aus Dilinolsäure bestehen mit Ammoniak zu dem entsprechenden Nitril und Hydrierung des Nitrils zum Amid hergestellt worden sind, 107 Teile einer 57%igen, wäßrigen Natronlauge und 190 Teile Isopropanol wurden in einen Autoklav gegeben. Der Autoklav wurde verschlossen und mit Rühren begonnen; Methylchlorid wurde in dem Maße hinzugefügt, daß der Druck zwischen 5,6 und 8,4 kg/cm2 bei einer Temperatur zwischen 105 und 13O0C gehalten wurde. Nach 100 Minuten blieb der Druck ohne Zusatz von weiterem Methylchlorid konstant. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Gefäß auf 75 bis 8O0C abgekühlt und die Gase abgelassen. Man filtrierte das Umsetzungsgemisch, um das während der Umsetzung gebildete NaCl zu entfernen. Das Fällprodukt wurde mit 50 ecm Isopropanol gewaschen. Das Filtrat wurde mit den 50 ecm des zum Waschen verwendeten Isopropanols vereinigt, worauf man eine klare Flüssigkeit erhielt, die annähernd 50 °/0 der quatemären Ammoniumverbindung des polymeren Fettsäureamins enthielt.200 parts of polymeric "fatty acid amines", which have been produced by the reaction of polymeric fatty acids, which mainly consist of dilinoleic acid, with ammonia to form the corresponding nitrile and hydrogenation of the nitrile to the amide, 107 parts of a 57% aqueous sodium hydroxide solution and 190 parts of isopropanol were placed in an autoclave. The autoclave was closed and stirring was started; Methylene chloride was added to the extent that the pressure was maintained from 5.6 to 8.4 kg / cm 2 at a temperature between 105 and 13O 0 C. After 100 minutes the pressure remained constant without the addition of further methyl chloride. At this time, the vessel was cooled to 75 to 8O 0 C the gases vented. The reaction mixture was filtered to remove the NaCl formed during the reaction. The precipitated product was washed with 50 ecm isopropanol. The filtrate was with 50 cc of the isopropanol used for washing were combined, whereupon there was obtained a clear liquid which is approximately 50 ° 0 of the quaternary ammonium compound contained / of the polymeric fatty acid amine.

Die quatemären Ammoniumverbindungen polymerer Fettsäureamine, wie sie im Beispiel hergestellt werden, eignen sich als Weichmacher für Papier. Werden sie der Papiermasse vor der Blattbildung zugefügt, so machen sie die Papierblätter weich, wobei gleichzeitig gewisse, bei anderen Weichmachern auftretende Schwierigkeiten ausgeschaltet werden. Der Zusatz dieser quatemären Ammoniumverbindungen zu dem Papierbrei und die übliche Verarbeitung des Breies zu Papierblättem bringt keine Schwierigkeiten hinsichtlich Schaumbildung wie bei Verwendung eines quatemären Dimethylammoniumchlorids einer Difettsäure. Ferner geben die Blätter aus dem Brei, der quaternäre Ammoniumverbindungen von Aminen polymerer Fettsäuren enthält, bei ihrer Handhabung keinen, flockigen Papierstaub ab, wie dies der Fall war bei den Blättern, die mit der quatemären Dimethylammoniumverbindung einer Di-Fettsäure behandelt worden waren.The quaternary ammonium compounds of polymeric fatty acid amines, as they are prepared in the example, are suitable as plasticizers for paper. If they are added to the paper pulp before sheet formation, do so they soften the paper sheets, while at the same time certain difficulties encountered with other plasticizers turned off. The addition of these quaternary ammonium compounds to the paper pulp and the Conventional processing of the pulp into paper sheets does not cause any problems with regard to foam formation as when using a quaternary dimethylammonium chloride of a difatty acid. Also give the Leaves from the pulp containing quaternary ammonium compounds of amines of polymeric fatty acids, When handling them, no fluffy paper dust is produced, as was the case with the sheets with the quaternary dimethylammonium compound of a di-fatty acid had been treated.

Noch ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die neuen, quatemären Ammoniumverbindungen den Berstdruck nicht annähernd in dem Maße vermindern, in dem dies bei den bisher verwendeten Verbindungen der Fall ist.Another major advantage is that the new, quaternary ammonium compounds reduce the bursting pressure do not decrease nearly to the extent to which this is the case with the compounds previously used.

Nachstehende Daten zeigen den unterschiedlichen Einfluß auf denBerstdrackdurch diebeidenVerbindungen.The following data show the different effects on the cracking stress due to the two compounds.

00 Berstdruck, inBurst pressure, in willkürlich festgesetzten Einheitenarbitrarily set units 2,52.5 3,03.0 °/0 des zugefügten Reagenzes ° / 0 of the added reagent 115115 8888 8282 Quaternäre Ammoniumverbindungen polymerer Fett
säureamine
Quaternary ammonium compounds of polymeric fat
acid amines
Duaternäres Ammoniumchlorid, in dem zwei von
Talgfettsäuren durch Hydrieren abgeleitete Alkyl-
reste R sich befinden
Duaternary ammonium chloride in which two of
Tallow fatty acids derived by hydrogenation
remnants R are located
C H CH3 CH CH3 ^n+er
C H χ '
^ n + he
CH χ '
18 37 CH3 18 37 CH 3 115115 4545 3535 (R entspricht im wesentlichen den Gruppen C18H37,
wobei auch einige C10H33-Gruppen der Palmitin-
säure und ungesättigte C16- und C18-Gruppen vor
handen sein können)
(R essentially corresponds to the groups C 18 H 37 ,
some C 10 H 33 groups of the palmitin
acid and unsaturated C 16 and C 18 groups
be able to handle)
0,50.5 1,01.0 8484 8383 6969 5656

Die aus Aminen polymerer Fettsäuren hergestellten quatemären Ammoniumverbindungen ergeben einen Berstdruck, der unabhängig von der Menge der quaternären Ammoniumverbindungen verhältnismäßig konstant blieb, während durch die anderen quatemären Verbindungen der Berstdruck der Papierbögen in fast proportionalem Verhältnis zur vorhandenen Materialmenge verringert wurde.The quaternary ammonium compounds produced from amines of polymeric fatty acids give a Burst pressure, which is relatively constant regardless of the amount of quaternary ammonium compounds remained, while through the other quaternary connections the bursting pressure of the paper sheets remained in almost proportional to the amount of material available.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung quaternärer Ammoniumverbindungen polymerer Fettsäureaminej dadurch gekennzeichnet, daß man Amine polymerer Fettsäuren mit quaternäre Salze bildenden Verbindungen umsetzt.Process for the preparation of quaternary ammonium compounds of polymeric fatty acid amines, characterized in that amines of polymeric fatty acids are reacted with compounds which form quaternary salts. © 009 627/446 10.60© 009 627/446 10.60
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