DE19856003A1

DE19856003A1 - Process for the production of highly viscous ester quat preparations

Info

Publication number: DE19856003A1
Application number: DE1998156003
Authority: DE
Inventors: Joaquin Bigorra; Gilabert Nuria Bonastre; Subirana Rafael Pi
Original assignee: Cognis Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: BASF Personal Care and Nutrition GmbH
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2000-06-08
Also published as: WO2000034225A1

Abstract

The invention relates to a method for producing high viscosity ester quaternary preparations by esterifying or interesterifying mixtures comprised of fatty acids and of triglycerides with triethanolamine and by subsequently esterifying the resulting esters with dimethylsulfate in an alcohol solution. According to the inventive method: (a) Mixtures of tallow fatty acid and hardened beef fat are used with regard to the fatty acid constituents in a molar ratio of 40 : 60 to 85 : 15, and; (b) a molar application ratio of fatty acid constituents : triethanolamine is set in the range of 2.0 : 1 to 2.8 : 1.

Description

Field of the Invention

Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der kationischen Tenside und betrifft ein neues Verfahren, das die Herstellung von hochviskosen Esterquatzubereitungen ermöglicht.The invention is in the field of cationic surfactants and relates to a new process, that enables the production of highly viscous esterquat preparations.

State of the art

Unter der Bezeichnung "Esterquats" werden im allgemeinen quaternierte Fettsäuretriethanolaminester salze verstanden. Es handelt sich dabei um bekannte Stoffe, die man nach den einschlägigen Metho den der präparativen organischen Chemie erhalten kann. In diesem Zusammenhang sei auf die Inter nationale Patentanmeldung WO 91(01295 (Henkel) verwiesen, nach der man Triethanolamin in Ge genwart von unterphosphoriger Säure mit Fettsäuren partiell verestert, Luft durchleitet und an schließend mit Dimethylsulfat oder Ethylenoxid quatemiert. Aus der Deutschen Patentschrift DE 43 08 794 C1 (Henkel) ist überdies ein Verfahren zur Herstellung fester Esterquats bekannt, bei dem man die Quatemierung von Triethanolaminestern in Gegenwart von geeigneten Dispergatoren, vor zugsweise Fettalkoholen, durchführt. Übersichten zu diesem Thema sind beispielsweise von R. Puchta et al. in Tens.Surf.Det., 30, 186 (1993), M. Brock in Tens.Surf.Det. 30, 394 (1993), R. Lagerman et al. in J. Am.Oil.Chem.Soc., 71, 97 (1994) sowie I. Shapiro in Cosm.Toil. 109, 77 (1994) erschienen. Für die Herstellung von Wäscheweichspülmitteln haben sich insbesondere Esterquats auf Basis von tech nischer C₁₆-C₁₈-Talgfettsäure bzw. Rindertalg als geeignet erwiesen. Während die Konzentrate her stellungsbedingt eine vergleichsweise niederige Viskosität aufweisen, was im Hinblick auf eine erleich terte Handhabbarkeit gewünscht ist, müssen den daraus herstellbaren Verdünnungen häufig Verdic kungsmittel zugesetzt werden, damit sich die Zubereitungen, wie z. B. Flüssigwaschmittel oder Sof tener, leichter dosieren lassen. Es besteht jedoch ein Bedürfnis nach verdünnten Esterquatzubereitun gen, die auch ohne Zusatz von Hilfsstoffen eine ausreichend hohe Viskosität aufweisen.The term "esterquats" generally means quaternized fatty acid triethanolamine ester salts. These are known substances that can be obtained according to the relevant methods of preparative organic chemistry. In this connection, reference is made to international patent application WO 91 (01295 (Henkel), according to which triethanolamine is partially esterified with fatty acids in the presence of hypophosphorous acid, air is passed through and then quaternized with dimethyl sulfate or ethylene oxide. From German Patent DE 43 08 794 C1 (Henkel) also discloses a process for the preparation of solid ester quats, in which the quaternization of triethanolamine esters is carried out in the presence of suitable dispersants, preferably fatty alcohols, for example by R. Puchta et al. In Tens .Surf.Det., 30, 186 (1993), M. Brock in Tens.Surf.Det. 30, 394 (1993), R. Lagerman et al. In J. Am.Oil.Chem.Soc., 71, 97 (1994) and I. Shapiro in Cosm. 109, 77 (1994) published. For the production of fabric softeners, in particular ester quats based on tech nical C ₁₆ -C ₁₈ tallow fatty acid or tallow have been found suitable. W While the concentrates forth position due have a comparatively Lowered viscosity which is desired in view of handleability erleich shouldered, the dilutions prepared therefrom must often be thickened protect kung medium added, so that the preparations such. B. liquid detergent or sof tener, easier to dose. However, there is a need for dilute Esterquatzufertigungun conditions that have a sufficiently high viscosity even without the addition of auxiliaries.

Demzufolge hat die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin bestanden, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Esterquatzubereitungen auf Basis von Talgfettsäure und Rindertalg zur Verfügung zu stellen, bei dem Konzentrate erhalten werden, die beim Verdünnen mit Wasser hinreichend Visko sität aufbauen, so daß der Zusatz von Verdickungsmitteln nicht mehr erforderlich ist.Accordingly, the object of the present invention was to provide an improved method available for the production of ester quat preparations based on tallow fatty acid and beef tallow in which concentrates are obtained which are sufficiently viscous when diluted with water build up so that the addition of thickeners is no longer necessary.

Description of the invention

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochviskosen Esterquatzubereitungen durch Veresterung bzw. Umesterung von Gemischen aus Fettsäuren und Triglyceriden mit Triethano lamin und nachfolgende Quaternierung der resultierenden Ester mit Dimethylsulfat in alkoholischer Lösung, bei dem man
The invention relates to a process for the preparation of highly viscous ester quat preparations by esterification or transesterification of mixtures of fatty acids and triglycerides with triethano lamin and subsequent quaternization of the resulting esters with dimethyl sulfate in alcoholic solution, in which

a) Mixtures of tallow fatty acid and hardened beef tallow - based on the fatty acid components ten - in a molar ratio of 40:60 to 85:15, preferably 75:25 to 80:20 and
b) (b a molar ratio of fatty acid component: triethanolamine in the range from 2.0: 1 to 2.8: 1, preferably sets 2.1: 1 to 2.7: 1.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß konzentrierte Zubereitungen von Esterquats auf Basis von Talgfettsäure und Rindertalg bei Verdünnung Viskosität aufbauen, wenn man innerhalb enger Grenzen zum einen ein definiertes molares Verhältnis zwischen Säure und Triglycerid und zum anderen ein weiteres definiertes molares Verhältnis zwischen Fettsäure und Alkanolamin einstellt.Surprisingly, it was found that concentrated preparations of esterquats based on Tallow fatty acid and beef tallow build up viscosity when diluted if within narrow limits on the one hand a defined molar ratio between acid and triglyceride and on the other hand a sets another defined molar ratio between fatty acid and alkanolamine.

Esterification / transesterification

Die Veresterung bzw. Umesterung der Mischungen aus Triglyceriden, Fettsäuren und Alkanolaminen, die gegebenenfalls weiterhin noch Polyole enthalten können, kann in an sich bekannter Weise, d. h. bei Temperaturen im Bereich von 180 bis 220 und vorzugsweise 190 bis 200°C durchgeführt werden; ein solches Verfahren wird beispielsweise in der Deutschen Patentschrift DE 196 11 999 C2 (Henkel) be schrieben. Es empfiehlt sich, das Kondensationswasser kontinuierlich aus dem Reaktionsansatz zu entfernen, um so das Gleichgewicht auf die Seite der Zielprodukte zu verlagern. Als Katalysatoren kommen Hypophosphorsäure und deren Alkali- und/oder Erdalkalisalze in Betracht, die in Mengen von 0,01 bis 0,5 Gew.-% - bezogen auf die Einsatzstoffe - eingesetzt werden können. Besonders vorteilhaft ist die Mitverwendung von Reduktionsmitteln, wie insbesondere Natriumborhydrid, in Mengen von 10 bis 50 Gew.-% - bezogen auf den Katalysator - da die Co-Katalysatoren nicht nur die Umesterung un terstützen, sondern auch die Farbqualität der Reaktionsprodukte verbessern. Nicht umgeesterte Trigly ceride und nicht abreagierte freie Fettsäuren verbleiben in der Mischung. The esterification or transesterification of the mixtures of triglycerides, fatty acids and alkanolamines, which may also still contain polyols, can in a manner known per se, i. H. at Temperatures in the range of 180 to 220 and preferably 190 to 200 ° C are carried out; on Such a method is described, for example, in German Patent DE 196 11 999 C2 (Henkel) wrote. It is advisable to add the condensation water continuously from the reaction batch remove so as to shift the balance to the side of the target products. As catalysts hypophosphoric acid and its alkali and / or alkaline earth metal salts, which are present in amounts of 0.01 to 0.5 wt .-% - based on the starting materials - can be used. Particularly advantageous is the use of reducing agents, such as sodium borohydride in particular, in amounts of 10 up to 50 wt .-% - based on the catalyst - since the co-catalysts not only the transesterification un support, but also improve the color quality of the reaction products. Not transesterified trigly Cerid and unreacted free fatty acids remain in the mixture.

Quaternization

Auch die Quatemierung kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Die Umsetzung mit Dimethylsulfat findet typischerweise in alkoholischer Lösung statt, wobei die Verwendung von Isopropylalkohol bevor zugt ist. In der Regel wird die Quatemierung bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 90 und vorzugs weise 60 bis 70°C durchgeführt, wobei sich die Menge an Alkylierungsmittel danach richtet, welches Eigenschaftsprofil eingestellt werden soll. Demzufolge kann die Einsatzmenge zwischen 50 und 105 und vorzugsweise 90 bis 100 Mol% - bezogen auf den für die Quatemierung zur Verfügung stehenden Stickstoff - liegen. Falls erforderlich, kann nicht umgesetztes Alkylierungsmittel beispielsweise durch Zugabe von Monoethanolamin oder Glycin nachträglich zerstört werden.The quaternization can also be carried out in a manner known per se. The reaction with dimethyl sulfate typically takes place in alcoholic solution, with the use of isopropyl alcohol before is moving. As a rule, quaternization is preferred at temperatures in the range from 50 to 90 as 60 to 70 ° C, the amount of alkylating agent depends on which Property profile should be set. As a result, the amount used can be between 50 and 105 and preferably 90 to 100 mol% - based on that available for quaternization Nitrogen - lie. If necessary, unreacted alkylating agent can, for example, by Addition of monoethanolamine or glycine can be subsequently destroyed.

Industrial applicability

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Esterquatzubereitungen eignen sich insbe sondere zur Herstellung von Wäschweichspülmitteln, in denen sie in Mengen von 1 bis 50, vorzugswei se 3 bis 30 und insbesondere 5 bis 15 Gew.-% - bezogen auf die Mittel - enthalten sein können. The ester quat preparations obtainable by the process according to the invention are particularly suitable especially for the production of fabric softeners, in which they are used in quantities of 1 to 50, preferably two se 3 to 30 and in particular 5 to 15 wt .-% - based on the agent - may be included.

Examples

Allgemeine Herstellvorschrift. In einem 1-l-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Destillations aufsatz wurden bei 70°C Talgfettsäure, gehärteter Rindertalg und 0,65 g Hypophosphorsäure ver mischt. Anschließend wurde der Druck bis auf 35 mbar vermindert, portionsweise Triethanolamin zuge geben und schließlich die Temperatur bis auf 165°C gesteigert. Nach Beendigung der Zugabe wurde das Vakuum auf 2 mbar abgesenkt und die Mischung 3 Stunden gerührt, bis kein Wasser mehr abge schieden wurde. 0,9 mol des resultierenden Talgfettsäuretriethanolaminesters wurden bei 60°C in 78 g Isopropylalkohol gelöst. Anschließend wurde die Mischung portionsweise mit 0,86 mol Dimethylsulfat versetzt und 5 h gerührt. Es wurde eine gelblich gefärbte Paste erhalten. Die Einsatzkonzentrationen und die Viskositäten sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Bestimmt wurden die Viskositäten (Brookfield RVT-Viskosimeter, 20°C, 10 Upm, Spindel 1) von Konzentraten mit 20 Gew.-% Aktivsubstanzgehalt sowie von 5 Gew.-%igen wäßrigen Verdünnungen. Die Beispiele 1 und 2 sind erfindungsgemäß, die Beispiele V1 bis V3 dienen zum Vergleich.General manufacturing instructions. In a 1 liter three-necked flask with stirrer, dropping funnel and distillation Essence were tallow fatty acid, hardened beef tallow and 0.65 g hypophosphoric acid at 70 ° C mixes. The pressure was then reduced to 35 mbar and triethanolamine was added in portions give and finally the temperature increased to 165 ° C. After the addition was complete the vacuum was reduced to 2 mbar and the mixture was stirred for 3 hours until no more water was discharged was divorced. 0.9 mol of the resulting tallow fatty acid triethanolamine ester were at 60 ° C in 78 g Isopropyl alcohol dissolved. The mixture was then added in portions with 0.86 mol of dimethyl sulfate added and stirred for 5 h. A yellowish colored paste was obtained. The application concentrations and the viscosities are summarized in Table 1. The viscosities (Brookfield RVT viscometer, 20 ° C, 10 rpm, spindle 1) of concentrates with 20% by weight active substance content and 5% by weight aqueous dilutions. Examples 1 and 2 are according to the invention, the Examples V1 to V3 are used for comparison.

Tabelle 1 Table 1

Einsatzkonzentrationen und Viskositäten Concentrations and viscosities

Claims

1. Process for the preparation of highly viscous ester quat preparations by esterification or transesterification of mixtures of fatty acids and triglycerides with triethanolamine and subsequent quaternization of the resulting esters with dimethyl sulfate in alcoholic solution, characterized in that

a) Mixtures of tallow fatty acid and hardened beef tallow - based on the fatty acid components - in a molar ratio of 40:60 to 85:15 and
b) a molar ratio of fatty acid component: triethanolamine in the range from 2.0: 1 to 2.8: 1 is established.

2. The method according to claim 1, characterized in that mixtures of tallow fatty acid and hardened beef tallow in a molar ratio of 75:25 to 80:20.

3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized in that one uses a molar ratio of fatty acid component to triethanolamine in the range from 2.1: 1 to 2.7: 1.