DE19740452A1 - Stabile Mikroeumulsionen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft temperaturstabile Mikroemulsionen, die als Ölkomponente
Fettsäuremethylester enthalten sowie die Verwendung derartiger Emulsionen als Gleit- oder
Glättemittel für die Faserbehandlung.
Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabile, optisch isotrope und transparente,
einphasige und niedrigviskose Mischungen aus Wasser, einem Kohlenwasserstoff und
Tensiden. Sie kommen im Gegensatz zu den Makroemulsionen nur in einem bestimmten
Zusammensetzungsbereich des Mehrkomponentensystems vor. Zur Unterscheidung der
beiden Emulsionsformen dient häufig die Tröpfchengrößenverteilung in den Emulsionen.
Makroemulsionen weisen in der Regel Tröpfchengrößen von mindestens 100 bis 200 nm
auf, während die Mikroemlusionen Tröpfchengrößen unter 100 nm aufweisen.
Solche Mikroemulsionen sind aufgrund ihrer thermodynamischen Stabilität für den
Anwendungstechniker in verschiedensten Bereichen der Technik interessant, da es auf
diese Weise gelingen kann, wasserunlösliche Verbindungen lagerstabil zu formulieren (vgl.
Kosswig, Stache, Die Tenside, Hanser Verlag München, 1993, Seiten 89 bis 96). Ein
Beispiel für derartige technisch nutzbaren Mikroemulsionen findet sich in der EP 637 629,
die flüssige Reiniger beschreibt, welche anionische Tenside, ein Co-Tensid, ein
nichtionisches Tensid auf Basis von ethoxylierten Glycerinestern und einen
wasserunlöslichen Kohlenwasserstoff enthalten und in Form einer Mikroemulsion vorliegt.
Die DE 44 11 557 beansprucht Emulsionskonzentrate, die wenigstens 30 Gew.-%
Dialkylether enthalten sowie ggf. Fettsäureester und eine Kombination von nichtionischen
Emulgatoren, die HLB-Werten von 6-10 bzw. oberhalb 11 aufweisen, welche sich in
Mikroemulsionen überführen lassen. Diese eignen sich insbesondere als Träger für
pharmazeutische und kosmetische Zubereitungen.
Die Herstellung von Mikroemulsionen ist in der Praxis häufig mit großen Schwierigkeiten
verbunden, da der Existenzbereich der Mikroemulsionen, in dem aus Ölkomponente,
Wasser und Emulgatoren gebildeten Dreiphasen-Diagramm, meist sehr klein sind und die
Lage dieses Existenzbereichs durch strukturelle Merkmale der Inhaltsstoffe stark beeinflußt
wird. Außerdem hat die Temperatur einen deutlichen Einfluß auf die Ausbildung bzw.
Existenz der Mikroemulsion. Häufig gelingt es daher nur, Emulsionen herzustellen, die nur
in einem engen Temperaturbereich als Mikroemulsion vorliegen. In der Regel werden aber
Emulsionen für den technischen Einsatz den unterschiedlichsten Temperaturen ausgesetzt.
Es besteht daher ein Bedarf nach Emulsionen, die über breite Temperaturbereiche in Form
der feinteiligen Mikroemulsion existent und stabil sind.
Es wurde gefunden, daß eine Kombination von Fettsäuremethylestern als Ölphase und
ausgewählten anionischen und nichtionischen Emulgatoren zu Mikroemulsionen führt, die
über einen weiten Temperaturbereich stabil sind.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind daher stabile Öl-in-Wasser Mikroemul
sionen, deren Tröpfchengröße im wesentlichen zwischen 10 und 100 nm liegt, und die
enthalten
- a) 25 bis 50 Gew.-% C12-22-Fettsäuremethylester,
- b) 10 bis 20 Gew.-% Salze der Sulfobernsteinsäureestern,
- c) 0,5 bis 10 Gew.-% nichtionische Emulgatoren
sowie ggf. weitere Hilfs- und Zusatzstoffe.
Die hier beschriebenen Mikroemulsionen sind Emulsionen des Öl-in-Wasser Typs. Sie
sind optisch isotrope, thermodynamisch stabile Systeme, die wasserunlösliche Öle,
Emulgatoren und Wasser enthalten. Das klare bzw. transparente Aussehen der
Mikroemulsionen ist eine Folge der geringen Tröpfchengröße der dispergierten Öle, die im
wesentlichen, d. h. zu mehr als 50%, vorzugsweise zu mehr als 80% der Tröpfchen, unter
300 nm liegt, wobei im Bereich zwischen 100 und 300 nm feinteilige, in der Durchsicht
braunrot und im Auflicht bläulich schimmernde Mikroemulsionen und in dem hier
besonders bevorzugten Bereich von 10 bis 100 nm weitgehend optisch klare
Mikroemulsionen vorliegen. Der optische Eindruck der klaren Transparenz ist dann
besonders gut, wenn die Transmissivitat der Emulsion für Licht der Wellenlänge von 650
nm bei mindestens 85% liegt.
Die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen zeichnen sich weiterhin dadurch aus, daß sie
über einen weiten, ununterbrochenen Temperaturbereich von mindestens 25°C und
vorzugsweise von mehr als 30°C stabil sind. Vorzugsweise liegt die untere Grenze dieses
Temperaturbereichs bei 25°C, vorzugsweise bei 10°C und insbesondere bei - 5°C,
während die obere Grenze des Temperaturbereichs bei mindestens 35°C, vorzugsweise bei
60°C und insbesondere bei 85°C liegt. Besonders bevorzugt sind insbesondere solche
Emulsionen, bei denen der obere Temperaturbereich über 60°C hinausgeht.
Die Ölphase der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen enthält C12-22Fettsäuremethylester
in den angegebenen Mengen, wobei die Ester nach bekannten Methoden durch direkte
Veresterung der Fettsäuren mit Methanol oder vorzugsweise durch Umesterung der in
natürlichen Ölen, z. B. Talg, Palm- oder Kokosöl, erhaltenen Triglyceride, mit Methanol
hergestellt werden, wobei in der Regel alkalische Katalysatoren verwendet werden.
Als Fettsäuren kommen sowohl lineare und/oder verzweigte, gesättigte und/oder
ungesättigte bzw. Mischungen dieser Säuren der angegebenen Kettenlängen in Betracht.
Geeignete Fettsäuren sind beispielsweise die Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin- und
Arachinsäure. Als ungesättigte Fettsäuren eignen sich z. B. Laurolein-, Myristolein-,
Palmitolein-, Öl- und Linolsäure.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen Methylester auf Basis von
gesättigten und/oder ungesättigten C12-18-Fettsäuren bzw. Mischungen dieser Säuren.
Besonders bevorzugt sind Methylester auf Basis von Talgfettsäuren, Palmkernfettsäure
bzw. Mischungen von Palmitin- und Stearinsäure. Neben den Fettsäuremethylestern kann
die Ölphase noch weitere, optionale Zusatzstoffe enthalten.
Die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen enthalten, bezogen auf die gesamte Emulsion,
zwischen 25 und 50 Gew.-% an Fettsäuremethylestern. Bevorzugt sind Mikroemulsionen
die 30 bis 45 Gew.-% an Fettsäuremethylestern enthalten.
Als zweite Komponente enthalten die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen Salze der
Alkylsulfobernsteinsäureester in Mengen zwischen 10 und 20 Gew.-%, vorzugsweise in
Mengen zwischen 10 und 15 Gew.-%. Diese auch als Sulfosuccinate bezeichneten
Sulfobernsteinsäureester stellen Monoester oder Diester der Sulfobernsteinsäure mit
Alkoholen dar. Diese Tenside können durch Sulfonierung von Maleinsäureestern mit SO3
oder durch Sulfochlorierung zu den entsprechenden Produkte umgesetzt werden (vgl.
Kosswig, Stache, Die Tenside, Hanser Verlag München, 1993, Seiten 145 bis 147).
Bevorzugte Sulfosuccinate sind Diester der Sulfobernsteinsäure mit verzweigten oder
unverzweigten C4-12-Alkohole. Bevorzugte Alkohole sind beispielsweise Butyl-, Hexyl- oder
2-Ethylhexylalkohol. Die Diester dieser kurzkettigen Alkohole sind wasserlöslich. Als
Kationen eignen sich Alkali- und Erdalkalimetallionen, bevorzugt sind Natrium-Salze.
Besonders bevorzugt sind daher Mikroemulsionen, die das Natriumssalz des
Sulfobernsteinsäuredi(2-ethylhexyl)esters enthalten.
Als dritte Komponente enthalten die erfindungsgemaßen Mikroemulsionen nichtionische
Emulgatoren. Als nichtionische Emulgatoren werden vorteilhafterweise ethoxylierte
und/oder propoxylierte, insbesondere primäre Alkohole mit 8 bis 18 C-Atomen und
durchschnittlich 1 bis 12 Mol Ethylenoxid und/oder 1 bis 6 Mol Propylenoxid pro Mol
Alkohol eingesetzt, in denen der Alkoholrest linear oder bevorzugt in 2-Stellung
methylverzweigt sein kann bzw. lineare und methylverzweigte Reste im Gemisch enthalten
kann, so wie sie üblicherweise in Oxoalkoholresten vorliegen.
Insbesondere sind jedoch Alkoholalkoxylate bevorzugt, die durch Umsetzung von
Alkoholen mit 12 bis 22 C-Atomen mit durchschnittlich 2 bis 4 Mol Ethylenoxid und 1 bis
3 Mol Propylenoxid pro Mol Alkohol erhalten werden. Die Anlagerung erfolgt dabei nach
bekannten Methoden. Bei Umsetzung mit Ethylenoxid und Propylenoxid können die
Alkohole sowohl mit Mischungen der Alkoxide umgesetzt werden. Es ist aber auch
möglich zuerst nur Ethylen- bzw. Propylenoxid einzusetzen und anschließend in einem
zweiten Schritt das andere Alkoxid. Die angegebenen Ethoxylierungs- bzw.
Propoxylierungsgrade stellen statistische Mittelwerte dar, die für ein spezielles Produkt
eine ganze oder eine gebrochene Zahl sein können. Die Alkoholalkoxylate können auch
eine eingeengte Homologenverteilung aufweisen (narrow range ethoxylates, NRE).
Eine weitere Klasse geeigneter nichtionische Emulgatoren, die entweder als alleiniger
nichtionischer Emulgator oder in Kombination mit anderen nichtionischen Emulgatoren,
insbesondere zusammen mit alkoxylierten Fettalkoholen eingesetzt werden, sind
alkoxylierte, vorzugsweise ethoxylierte bzw. ethoxylierte und propoxylierte
Fettsäurealkylester, vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette,
insbesondere Fettsäuremethylester, wie sie beispielsweise in der japanischen
Patentarmeldung JP 58/217598 beschrieben sind oder die vorzugsweise nach dem in der
internationalen Patentanmeldung WO-A-90/13533 beschriebenen Verfahren hergestellt
werden.
Die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen enthalten die nichtionischen Emulgatoren in
Mengen zwischen 0,5 und 10 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 8 Gew.-%.
Mikroemulsionen, welche die Salze der Sulfobernsteinsäurester und die nichtionischen
Emulgatoren in Mengenverhältnissen von 15 : 1 bis 2 : 1 enthalten, zeigen besonders
vorteilhafte Eigenschaften und sind bevorzugt.
Der Wassergehalt der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen liegt vorzugsweise im Bereich
zwischen 20 und 50 Gew.-%. Bevorzugt sind solche Mikroemulsionen, die ein
Gewichtsverhältnis von Wasser zu Fettsäuremethylester im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 2
aufweisen, insbesondere aber ein Gewichtsverhältnis von 1 : 1.
Neben den oben beschriebenen Inhaltsstoffen können die erfindungsgemaßen Emulsionen
noch weitere, für den jeweiligen Verwendungszweck geeignete Inhaltsstoffe enthalten.
Diese optionalen Hilfs- und Zusatzstoffe sind in der Regel in Mengen zwischen 0,1 und
maximal 10 Gew.-% enthalten. Dazu zählen z. B. Netzmittel, Entschäumer, Farb- und
Konservierungsstoffe oder wasserlösliche ein- und mehrwertige Alkohole mit 1 bis 8
C-Atomen, beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, 1,2-Hexandiol, Ethylenglykol oder
Propylenglykol. Weiterhin können anorganische oder organische Säuren zur Stabilisierung
des pH-Wertes der Emulsionen enthalten sein. Die erfindungsgemaßen Emulsionen weisen
vorzugsweise einen pH-Wert im schwach sauren bis neutralen Bereich auf, d. h. zwischen
5,5 und 7,5 auf. Bevorzugt sind pH-Werte zwischen 6,5 und 7,5.
Besonders bevorzugt sind Mikroemulsionen, die als Zusatzstoffe Paraffinkohlen
wasserstoffe mit 8 bis 24 C-Atomen und/oder symmetrische oder unsymmetrische
Dialkylether mit insgesamt 12 bis 24 C-Atomen enthalten. Als Paraffinkohlenwasserstoffe
eignen sich insbesondere lineare unverzweigte Alkane, beispielsweise Octan, Nonan,
Decan, Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, Pentadecan oder Hexadecan. Als
Dialkylether eignen sich insbesondere solche mit linearen primären Alkylgruppen mit je 6
bis 12 C-Atomen, insbesondere die symmetrischen Di-n-Alkylether, wie z. B. Di-n-Octyl
ether.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen kann nach allen dem Fachmann
bekannten Methoden erfolgen. Die oben beschriebenen Mikroemulsionen sind aufgrund
ihrer Stabilität in einem breiten Temperaturbereich vielseitig technisch verwendbar.
Außerdem lassen sie sich hervorragend mit Wasser verdünnen. Die Mikroemulsionen
enthalten hohe Anteile an Fettsäuremethylestern und eignen sich hervorragend als
Gleitmittel in der Textilindustrie.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung
der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen als Gleit- oder Glättemittel für die
Faserbehandlung. Beispielsweise können die Mikroemulsionen als Schmälzen verwendet
werden, insbesondere aber als Kämmölen für die Kammzugherstellung von Wolle.
Die Mikroemulsionen können auch als Träger für agrochemische Wirkstoffe verwendet
werden. Unter agrochemischen Wirkstoffen werden solche Mittel verstanden, die zum
Pflanzenschutz verwendet werden können und beispielsweise Insektizide, Akarizide,
Nematizide, Pestizide oder Repellents enthalten.
Es wurden folgende Emulsionen hergestellt und deren Temperaturstabilität vermessen. Zur
Herstellung der Emulsionen wurden die einzelnen Bestandteile eingewogen und einmal auf
eine Temperatur aufgeheizt, bei der alle Bestandteile in flüssiger Form vorliegen. Dann
wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde die Emulsionen mechanisch
gerührt, wobei sich spontan die Mikroemulsionen bildeten.
Die so hergestellten Mikroemulsionen wurden dann bei unterschiedlichen Temperaturen
gelagert und regelmäßig mit dem Auge auf Phasentrennung hin begutachtet.
Die einzelnen Rezepturen können den Tabellen 1 und 2 entnommen werden. Die
Mengenangaben erfolgen in Gew.-% Aktivsubstanz. Die erfindungsgemäßen
Mikroemulsionen sind wasserklar und zeigen über einen Zeitraum von mindestens 6
Monaten keine Phasentrennung.
Claims (10)
1. Stabile Öl-in-Wasser Mikroemulsion, deren Tröpfchengröße im wesentlichen zwischen
10 und 100 nm liegt, enthaltend
- a) 25 bis 50 Gew.-% C12-22-Fettsäuremethylester,
- b) 1 0 bis 20 Gew.-% Salze der Sulfobernsteinsäureester,
- c) 0,5 bis 10 Gew.-% nichtionische Emulgatoren sowie ggf. weitere Hilfs- und Zusatzstoffe.
2. Mikroemulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion in einem
ununterbrochenen Temperaturbereich von mindestens 15°C bis 35°C und
vorzugsweise von 10°C bis 60°C als Mikroemulsion vorliegt.
3. Mikroemulsion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 30 bis 45
Gew.-% C12-22-Fettsäuremethylester enthält.
4. Mikroemulsion nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Methylester
von gesättigten und/oder ungesättigten C12-18-Fettsäuren enthält.
5. Mikroemulsion nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie
Natriumsalze von Diestern der Sulfobernsteinsäure mit C4-12-Alkoholen enthält.
6. Mikroemulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als
nichtionische Emulgatoren Umsetzungsprodukte von C8-22-Fettalkoholen mit
Ethylenoxid und/oder Propylenoxid enthält.
7. Mikroemulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als
nichtionische Emulgatoren Umsetzungsprodukte von 1 Mol eines C8-22-Fettalkohols mit
2 bis 4 Mol Ethylenoxid und 1 bis 3 Mol Propylenoxid enthält.
8. Mikroemulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie
Zusatzstoffe enthält, ausgewählt aus der Gruppe der Paraffinkohlenwasserstoffe mit 8
bis 24 C-Atomen und/oder symmetrischen oder unsymmetrischen Dialkylether mit
insgesamt 12 bis 24 C-Atomen.
9. Verwendung von Mikroemulsionen gemaß Anspruch 1 als Gleit- oder Glättemittel für
die Faserbehandlung.
10. Verwendung von Mikroemulsionen gemaß Anspruch 1 als Träger für agrochemische
Wirkstoffe.
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