DE2231070B2 - Aminoalkansulfonsaeure-derivate, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung - Google Patents

Description

HN

IO

15

in der

Ri für einen Cg-C^-Alky]- oder C_Ä-C;?-Alkenylrest oder einen Rest der Rizinol-, Hydroxystearin-, Dihydroxystearin- oder Phenylstearinsäure steht, R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Ci-Ca-Alkylrest und

R₅, Rb und R7 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Ci-Ch-Alkylrest bedeuten, η 0 oder 1 ist,

R4 Wasserstoff oder einen Ci-Cb-Alkylrest und Me ein Alkali-, Erdalkali-, Ammonium- oder ein Mono-, Di- oder Triäthanolammonium-lon bedeuten.

2. Verfahren zur Herstellung von Aminoalkansulfonsäurederivaten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Aminoalkansulfonsäuren der Formel

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CH-CH-SO₁Me

Vh-ch

R*

in der R₂, Rj. R*. R5. Ro, R7, η und Me die vorstehend angegebene Bedeutung haben, mit Carbonsäuren bzw. Carbonsäurechloriden der Formel

Ri-COOHbZVv₁R₁-COCI

in der Ri die vorstehend angegebene Bedeutung hat, in an sich bekannter Weise umsetzt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Aminoalkansulfonsäuren und Carbonsäuren in etwa äquimolaren Mengen bei Temperaturen von 100 bis JOO⁰C umsetzt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Aminoalkansulfonsäuren und Carbonsäuren in der Schmelze bei Temperaturen von 150 bis 250⁰C, gegebenenfalls unter Schutzgasatmosphäre, umsetzt. (Ό

5. Verwendung der Arninoalkansiilfonsüuredcrivate gemalj Anspruch I als Waschmittel, Dispergiermittel, Emulgatoren und Weichmacher für Textilmaterialien und Leder.

'•5 Die Erfindung betrifft neue Aminoalkansulfonsüurc-Derivate, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung gemäß den vorstehenden Ansprüchen.

Besonders bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel I, in denen R₂ und R₁ für Wasserstoff und X für Sauerstoff stehen: unter diesen Verbindungen haben sich wiederum besonders diejenigen bewährt, in denen R5, R6 und R7 Wasserstoff bedeuten.

Werden beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zur Acylierung der Aminoalkansulfonsäuren Carbonsäurechloride verwendet, so wird nach dem Verfahren von Schotten-Bau mann, d. h. in wäßrigem Medium in Gegenwart einer zum Binden des entstehenden Chlorwasserstoffs ausreichenden Menge Alkali gearbeitet. Vorzugsweise wird jedoch die Acylierung mit Carbonsäuren vorgenommen, weil auf diese Weise salzfreie Acylderivate und diese in einer wesentlich günstigeren Raum-Zeit-Ausbeute erhalten werden. Zur Acylierung mit Carbonsäuren werden Aminoalkansulfonsäuren und Carbonsäuren vorteilhaft in etwa äquimolaren Mengen bei Temperaluren von 100° C bis 300° C umgesetzt.

Die Acylierung der Aminoalkansulfonsäuren mit den Carbonsäuren kann sowohl absatzweise wie auch kontinuierlich durchgeführt werden. Bei der Acylierung unterhalb von 15O⁰C wird das bei der Reaktion gebildete Wasser vorteilhaft durch azeotrope Destillation mittels eines üblichen Schleppmittels wie Toluol oder Xylol entfernt. Besonders vorteilhaft verläuft jedoch die Acylierung, wenn Aminoalkansulfonsäuren und Carbonsäuren in der Schmelze bei 150°C bis 250°C, vorzugsweise 180⁰C bis 220⁰C, gegebenenfalls in einer Schutzgasatmosphäre (z. B. unter Stickstoff oder Kohlendioxyd), umgesetzt werden.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Aminoalkansulfonsäuren sind unter den Reaktionsbedingungen in den zur Acylierung verwendeten Carbonsäuren löslich. Daher wird eine sehr glatte, vollständige Umsetzung erzielt; die Acylierungsproduk te zeichnen sich durch hohe Reinheit aus.

Als Kation Me kommen Alkaliionen, wie das Natriumion, Erdalkaliionen, wie das Magnesium- und Calciumion, und Ammoniumionen, wie das Ammoniumoder Mono-. Di- oder Triäthanolammoniumion. in Betracht.

Als Vertreter der in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Carbonsauren seien beispielsweise genannt:

Caprinsäure, Caprylsäure. Undecylsäure, Laurinsäurc, Myristinsäure, Stearinsäure. Arachinsäure, Behensäure, ölsäure, Rizinolsäure. Hydroxystearinsäure, Dihydroxysteannsäure. Phenylstearinsäure, Erucasäure: Säuregemische wie sie aus natürlichen Fetten durch Verseifung gewonnen werden, z. B. aus Kokosfett, Palmöl, Palmkernfett, Erdnußöl, Sojaöl, Distelöl, Bauniwollsaatöl, Rapsöl, Sonnenblumenöl, Schweineschmalz oder Talg.

Die Herstellung der in dem erfindungsgemäßen Verfahren ais Ausgangsverbindungen einzusetzenden Aminoalkansulfonsäuren wird vorteilhaft in der Weise vorgenommen, daß man die Hydroxyalkansulfonsiiurcn bzw. deren Alkalisalzc, z. B. das Natriumsalz der /i-Hydroxyäthansulfonsäure, mit den entsprechenden Alkanolaminen oder Alkoxyalkylamincn, z. B. Äthanolamin, l-Aminopropanol-(2), l-Amino-butanol-(2) oder 3-Buioxy-propylamin, bei Temperaturen von 180⁰C bis 220⁰C umsetzt. Die Reaktion verläuft bereits unter

Normaldruck bei I8O"C bis I9O°C bis zu einem Umsetzungsgrad von über 75% und kann bei 2IQ⁰C im Autoklav bis zu einem Umsetzungsgrad von 85 bis 95% der Theorie vervollständigt werden.

Die auf diese Weise anfallenden Rohprodukte können ohne weitere Reinigung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäßen Aminoalkansulfonsäurederivate sind ausgezeichnete Waschmittel insbesondere für Wolle und Leder, ferner wirksame Emulgatoren. Ihre Tensidwirkung ist größer als die der bekannten N-Acyl-N-methyltauride. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Verbindungen als Dispergiermittel entspricht der Wirksamkeit der bekannten Dispergiermittel auf Basis von Formaldehyd-Arylsulfor.säure-Kondensationsprodiukten, gegenüber denen sie jedoch den Vorteil der biologischen Abbaubarkeit bieten. Hervorragend ist außerdem ihr Vermögen, Feststoffanschlämmungen in Wasser, ζ. B. Pigmentformierungcn, dünnflüssig zu halten und die Thixotropic zurückzudrängen. Die erfindungsgemäßen Aminonlkansulfonsäurederivate zeigen hervorragende Weichmachereigenschuften für Textilniüterialien und Leder, wenn Ri für einen Ci8-C22-Alkyl- oder C18-C22-Alkylenrest steht.

Außerdem eignen sich die erfindung'sgemäßen Verbindungen, die sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen, als Formentrennmittel bei der Herstellung von Gummi- und Kunststoffartikcln nach dem Formenpreß- oder Spritzgußverfahren.

Der anwendungstechnische Fortschritt (erhöhte Dispergierwirkung) der erfindungsgemäßen Verbindungen geht aus folgendem Versuchsbericht hervor:

Versuchsbericht
I. 100 mg des Farbstoffs der Formel

CH₁-O-CO

wurden als gemahlenes Pulver mit 125 mg der Substanz nach vorliegendem Beispiel 4 in 100 ml Wasser verrührt und 30 Minuten gekocht. Die heiße Lösung wurde über ein Papierfilter abgesaugt. Nach dem Erkalten wurde der Farbstoffgehalt des Filtrats spektral photometrisch bei 395 nm im Maximum gemessen (Küvette 1 cm).
Die Extinktion betrug E = 3,64.

II. Es wurde wie in I. verfahren, jedoch 125 mg N-Oleyl-N-n-butyl-taurid gemäß USPS 28 80 21«), Spalte 4, eingesetzt.
Die Extinktion betrug E = i,674.
Aus diesen Messungen ist eine Dispcrgierwirkung von 217% des erfindungsgemäßen Produktes abzulesen. 111. 100 mg des Farbstoffs der Formel

NO

= N—/~\—N(CH₂- CH₂-O-CO-O-CH.,),

wurden als gemahlenes Pulver mit 125 mg der Substanz nach vorliegendem Beispiel 4 in 100 ml Wasser verrührt und 30 Minuten gekocht. Die heiße Lösung wurde über ein Papierfilter abgesaugt und nach dem Erkalten wurde der Farbstoffgehalt des Filtrats spektral photometrisch bei 510 nm im Maximum der Absorptionskurve geniessen (Küvette 1 cm).
Die Extinktion betrug E = 4.416.
IV. Es wurde wie in III. verfahren, jedoch 125 mg N-Oleyl-N-butyl-taurid eingesetzt.
Die Extinktion betrug E = 2,896.

Die Messungen ergeben eine Dispergierwirkung von 152% des erfindungsgemäßen Produktes.

Die Grenzflächenspannungen der erfindungsgemäßen Verbindungen (gemessen nach DIN 53 414) sind .ms den nachfolgenden Beispielen ersichtlich.

Beispiel 1

a) Das als Ausgangsverbindung verwendete N-Hydroxyäthyltaurid wurde wie folgt hergestellt:

148 g Hydroxyäthansulfonsäure (Natriumsalz) wurden mit 61 g Monoäthanolamin im Autoklav 5 Stunden auf 210⁰C erhitzt. Nach dem Abkühlen der Reaktionsinischune auf 150⁰C bis I6O°C wurden im Vakuum 18 g Wasser und 3 bis 5 g Monoäthanolamin abdestillieri. Das zurückbleibende N-Hydroxyäthyltaurid war etwa 92-94%ig.

b) 280 g Stearinsäure werden bei 120°C einer Schmelze von 210 g technischem N-Hydroxyiithyltaurid zugesetzt; die flüssige Reaktionsmischung wird unter Rühren schnell auf 160⁰C und weiter auf 180°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird unter Überleiten eines leichten Stickstoffstromes das Reaktionswasser abdestilliert (Dauer etwa 5 Stunden). Das N-Stearoyl-N-hydroxyäthyl-iaurid fällt in Form eines leicht gelblichen Wachses an. Die Säurezahl des Produktes beträgt 5 bis 7. Die Grenzflächenspannung 0 einer wäßrigen Lösung von 1 g/l betrügt 30.4 dyn/cm.

Die erstarrte Schmelze kann mit einer geeigneten Vorrichtung (Kühlwalze) zu Schuppen verarbeitet oder mit der gleichen Menge Wasser zu einer steifen, in Wasser leicht löslichen Paste verrührt werden.

Das erhaltene N-Stearoyl-N-liydroxyäthyl-uuirid hat hervorragende Eigenschaften als Waschmittel. Bei der Verwendung zum Waschen von Baumwolle wird hiermit gleichzeitig ein angenehm weicher Griff des Gewebes erzielt. Die Verbindung ist besonders zur Wäsche und Nachbehandlung von Leder geeignet, da das Leder seinen vollen angenehm weichen Griff behält.

Beispiel 2

27Og ölsäure (Säurezahl: 207; JodzaH: 80) werden mit 210 g 92%igcm N-Hydroxyäthyliaurid unler Rühren auf 180"C erhitzt. Unler Einleiten eines leichten Stickstoffstromes werden bei 180 bis 190°C innerhalb von 5 Stunden 18 g Wasser abdcslillicrt. Das N-Olcoyl-N-hydroxyälhyl-taurid fällt in Form einer gelblichen Masse vascJinartigcr Konsistenz an.

Die Verbindung eignet sich ausgezeichnet zum Dispergieren von Farbstoff pigmenten.

Die Grenzflächenspannung ο der wäßrigen Lösung von I g der Verbindung /I beträgt 30,4 dyn/cm. Die Grenzflächenspannung einer wäßrigen Lösung von 1 g/l des bekannten N-Oleoyl-N-mcthyl-taurids (vgl. IJS-PS 28 80 219) beträgt 33,fa dyn/cm.

Beispiel 3

290 g technisches Olsäurcehlorid werden unler gutem Rühren bei 25 bis 30¹C langsam zu einer 50%igcn wäßrigen Lösung von 1IOg92%igcm N-Hydroxyälhyllaurid getropft. Nach Zugabe von etwa 100 g Ölsäurechlorid weiden gleichzeitig 89 g 45%ige Natronlauge mit einer solchen Geschwindigkeit zugctropfl. daß der pH-Wert der Reaktionsmischung 8 bis 9 beträgt. Nach beendeter Umsetzung fälli das Reaktionsprodukt in Form einer 5O°/oigen weißen Pasie an. Diese ist sowohl als Waschmittel als auch als Dispergiermittel in Färbeflotten und zum Dispergieren von Farbstoffpigmenicn hervorragend geeignet.

Beispiel 4

a) Das als Ausgangsverbindung cingesct/te N-(3-Meihoxypropyl)-iaurid wurde durch Umsetzung von 90 g Methoxypropylamin mit 150 g Hydroxyäthansulfonsäurc bei 210"C und b bis 7 alü im Autoklav hergestellt. Das Rcaktionsprodukt war farblos, bei Raumtemperatur fest und enthielt etwa 7.5% Wasser.

b) 240 g N-(3-Mcthoxypropyl)-taurid werden mit 27Og technischer ölsäure (Säurczahl: 207; Jodzahl: 90) unter Siicksloffattnosphäre und unter Rühren zunächst

3 Stunden auf 190 bis 195 C und anschließend 3 bis

4 Stunden auf 210 bis 220"C erhitzt. Es destillieren insgesamt 36 g Wasser ab. Das N-Olcoyl-N-(3-methoxypropyl)-iaurid fällt in Form einer in Wassc^r sehr leicht löslichen hellbraunen Masse vaselinartiger Konsistenz an.

Die Verbindung besitzt ausgezeichnete Dispcrgiermittclcigenschaftcn. Die Grenzflächenspannung ο der wäßrigen Lösung von 1 g/l beträgt 29,5 dyn/cm; d.h., das Produkt weist eine hohe Oberflächenaklivität auf. Die Grenzflächenspannung einer wäßrigen Lösung von 1 g/l des bekannten N-Oleoyl-N-bulyltaurids beträgt 30.7 dyn/cm. N-Olcoyl-N-(3-methoxypropyl)-taurid ist ein wirksames Netzmittel: Nutzwerte (der l%igcn wäßrigen Lösung bestimmt nachTauchnctzmcthodc bei fc0°C) für Wolle: 9,3 Sekunden; für Baumwolle: 25,8 Sekunden (vgl. DIN 53 901).

Die Bestimmung der Schaumzahl nach DIN 53 902 (Schaumschlagrncthodc von Schi a c h t c r) ergibt für die Lösung von 1,5 g/l bei 25 C einen Wert von 1200 cm'.

Beispiel 5

25Og des im Beispiel 4 beschriebenen, rohen N-(3-McthoxypropylJ-taurids werden mit 270 g technischer Stearinsäure 3 .Stunden bei 190" C und anschließend 4 Stunden bei 200 bis 205"C, wie im Beispiel 4 beschrieben, umgesetzt. Nach Abdcstillicrcn von etwa 3b g Wasscr und Abkühlen der Reaktionsmischung fällt das N-Stearoyl-N-(3-melhoxypropyl)-taurid in Form eines schwach gelblichen Wachses an.
Die Verbindung ist in Wasser leicht löslich (Grenzflächenspannung 29,7 dyn/cm). Sie eignet sich sehr gut als Dispergiermittel bei der Herstellung von Polymerlatices. In der Gummiindusiric kann sie als wirksames und temperaturbeständiges Formentrennmittel bei der

ίο Heißvulkanisation eingesetzt werden.

Bei der Verwendung der Verbindung als Waschmittel für Leder und Wolle zeichnet sie sieh neben einer sehr guten Waschwirkung dadurch aus, daß sie den gewaschenen Materialien einen vollen weichen Griff verleiht.

Beispiel b

Werden in der im Beispiel 4 beschriebenen Weise 22Og Kokosfettsäure und 240 g rohes N-(3-Methoxypropyl)-taurid umgesetzt, so erhält man das N-Kokosfettsiuire-N-(3-methoxypropyl)-taurid. Die Verbindung fällt in Form eines leicht gelblichen Wachses an.

Die Verbindung ist sehr leicht in Wasser löslich (Grenzflächenspannung 29,0 dyn/cm). Sie stellt ein

^5 ausgezeichnetes Waschmittel für Wolle, Leder Lind Baumwolle dar. Außerdem eignet sie sich als Dispergiermittel in Frirbcbädcrn beim Färben von Tcxlilmaierialien aus Polyesterfasern mit Dispersionsfarbstoffe!!.

Beispiel 7

27Og technische Ölsäure und 280g rohes N-(3-Butoxypropyl)-taurid werden, wie im Beispiel 4 beschrieben, verschmolzen. Aus der Schmelze werden durch 3siündiges Erhitzen auf 190 bis I95"C und anschließendes etwa 4stündiges Erhitzen auf 215"C insgesamt 18 g Wasscr abdcstilliert. Das auf diese Weise erhaltene N-Olcoyl-N-(3-butoxypropyl)-taurid ist eine hcllbräunlichc Masse vaselinartiger Konsistenz, die eine Säurczahl von etwa 4 aufweist und sich sehr gut in Wasser löst (Grenzflächenspannung 29,5 dyn/cm).

Die hervorragenden Dispergicreigenschaftcn der Verbindung gehen aus den folgenden Dispcrgierversuchen hervor:

1) Durch Zusatz von 3% N-Olcoyl-N-(3-butoxypropyl)-taurid (bezogen auf Zinkoxyd) zu einer 5%igcn Dispersion eines feinteiligen Zinkoxids wird eine auch nach 24stündigem Stehen noch stabile feinteilige Dispersion erhalten. Ohne den Zusatz des Dispergiermittels flockt das Zinkoxyd aus der Dispersion bereits nach 10 Minuten aus.

2) Die 50%ige Mischung eines feinteiligen Zinkoxids mit Wasser stellt eine steife bröckelige nichtrührbare Masse dar. Versetzt man diese mit 5% N-01coyl-N-(3-butoxypropyl)-taurid (bezogen auf Zinkoxyd), so erhält man eine dünnflüssige Aufschlämmung, die sich ohne Schwierigkeiten zu einer stabilen Dispersion verdünnen läßt.

Beispiel 8

f«> .1) Das als Ausgangsverbindung eingesetzte N-(2-Hvdroxypropyl)-iaurid wurde durch 7stündiges Erhitzen von 150g Hydroxyälhansulfonsäurc und 75g 2-llydroxypropylamin-(l) auf 205 bis 210"C unter 5 bis b aiii hergestellt. Nach dem Abkühlen der Rcaktionsmischiing

f'S auf 150 bis IbO"C wurden aus dieser 18 g Wasser abdestilliert.

b) 27Og technische Ölsäure werden mit 230 g N-(2-llydroxypropyl)-taurid (Rohprodukt etwa 90%igj

unter Rühren und unter Stickstoffatmosphitre verschmolzen. Aus der klaren Schmelze werden durch 3stündiges Erhitzen auf 180"C und nachfolgendes 3slündigcs Erhitzen auf 210"C 18 g Wasser abdcstillicrt. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung füllt das

N-Olcoyl-N-(2-Hydroxypropyl)-taui"id in Form einer gelblichen Masse vaselinartiger Konsistenz an. Die Grenzflächenspannung beträgt 30,8 dyn/cm.

Die Verbindung eignet sich als Dispergiermittel und Waschmittel.

Claims (1)

1. Patentansprüche: I. Aminoalkansulfonsäurederivutedcr Forme!

   O R, Rj

   // Γ Ι

   R₁-C CH-CH-SO₁Mc

   CH-CH-ZCHV-O-R₄

   R₅ κ U 1