DE2231070C3

DE2231070C3 - Aminoalkansulfonsäure-Derivate, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2231070C3
Application number: DE19722231070
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. 5090 Leverkusen Boehmke
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Filing date: 1972-06-24
Publication date: 1978-02-23

Description

Normaldruck bei 180⁰C bis 190⁰C bis zu einem Umsetzungsgrad von über 75% und kann bei 210⁰C 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-Aeyl-N-methyltauride. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Verbindungen als Dispergiermittel entspricht der Wirksamkeit der bekannten Dispergiermittel auf Basis von Formaldehyd-Arylsulfonsäure-Kondensationsprudukten, gegenüber denen sie jedoch den Vorteil der biologischen Abbaubarkeit bieten. Hervorragend ist außerdem ihr Vermögen, Feststoffanschlämmungen in Wasser, ζ. Β. Pigmentformierungen, dünnflüssig zu halten und die Thixotropic zurückzudrängen. Die erfindungsgemäßen Aminoalkansulfonsäuredsrivate zeigen hervorragende Weichmachereigenschaften für Textümaterialien und Leder, wenn Ri für einen Ci8-C22-Alkyl- oderCig-C^-Alkylenrest steht

Außerdem eignen sich die erfindungsgemäßen Verbindungen, die sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen, als Formentrennmittel bei der Herstellung von Gummi- und Kunststoffartikeln 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

CH₃-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.

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II. Es wurde wie in I. verfahren, jedoch 125 mg N-Oleyl-N-n-butyl-taurid gemäß US-PS 28 80 219, Spalte 4, eingesetzt.
Die Extinktion betrug E = 1,674.
Aus diesen Messungen ist eine Dispergierwirkung von 217% des erfindungsgemäßen Produktes abzulesen. III. 100 mg des Farbstoffs der Formel

NO₂-

-N=N-

-N(CH₂—CH₂—O—CO—O—CH₃)₂

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 gemessen (Küvette 1 cm).
Die Extinktion betrug E = 4,416.

IV. Es wurde wie in III. verfahren, jedoch 125 mg N-OIeyl-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 53 914) sind aus 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 210°C erhitzt. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung auf 15O⁰C bis 160° C wurden im Vakuum 18 g Wasser und 3 bis 5 g Monoäthanolamin abdestilliert.

Das zurückbleibende N-Hydroxyäthyltaurid war etwa 92-940/oig.

b) 280 g Stearinsäure werden bei 120° C einer Schmelze von 210 g technischem N-Hydroxyäthyltaurid 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-taurid fällt in Form eines leicht gelblichen Wachses an. Die Säurezahl des Produktes beträgt 5 bis 7. Die Grenzflächenspannung ο einer wäßrigen Lösung von 1 g/l beträgt 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-hydroxyäthyl-taurid 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; Jodzahl: 80) werden mit 210 g 92%igem N-Hydroxyäthyhaurid unter Rühren auf 180⁰C erhitzt. Unter Einleiten eines leichten Stickstoffstromes werden bei 180 his 190⁰C innerhalb von 5 Stunden 18 g Wasser abdestilliert Das N-Oleoyl-N-hydroxyäthyl-taurid fällt in Form einer gelblichen Masse vaselinartiger Konsistenz an.

Die Virbindung eignet sich ausgezeichnet zum Dispergieren von Farbstoff pigmenten.

Die Grenzflächenspannung σ der wäßrigen Lösung von ] g der Verbindung /1 beträgt 30,4 dyn/cm. Die Grenzflächenspannung einer wäßrigen Lösung von 1 g/l des bekannten N-Oleoyl-N-methyl-taurids (vgl. US-PS 28 80 219) beträgt 33,6 dyn/cm.

Beispiel 3

290 g technisches Ölsäurechlorid werden unter gutem Rühren bei 25 bis 30⁰C langsam zu einer 5O°/oigen wäßrigen Lösung von 110 g 92%igem N-Hydroxyäthyltaurid getropft. Nach Zugabe von etwa 100 g Ölsäurechlorid werden gleichzeitig 89 g 45°/oige Natronlauge mit einer solchen Geschwindigkeit zugetropft, daß der pH-Wert der Reaktionsmischung 8 bis 9 beträgt. Nach beendeter Umsetzung fällt das Reaktionsprodukt in Form einer 50%igen weißen Paste an. Diese st sowohl als Waschmittel als auch als Dispergiermittel in Färbeflotten und zum Dispergieren von Farbstoffpigmenten hervorragend geeignet.

Beispiel 4

a) Das als Ausgangsverbindung eingesetzte N-(3-Methoxypropyl)-taurid wurde durch Umsetzung von 90 g Methoxypropylamin mit 150 g Hydroxyäthansulfonsäure bei 210⁰C und 6 bis 7 atü im Autoklav hergestellt Das Reaktionsprodukt war farblos, bei Raumtemperatur fest und enthielt etwa 7,5% Wasser.

b) 240 g N-(3-Methoxypropyl)-taurid werden mit 270 g technischer ölsäure (Säurezahl: 207; Jodzahl: 90) unter Stickstoffatmosphäre und unter Rühren zunächst

3 Stunden auf 190 bis 195⁰C und anschließend 3 bis

4 Stunden auf 210 bis 220⁰C erhitzt. Es destillieren insgesamt 36 g Wasser ab. Das N-Oleoyl-N-(3-methoxypropyl)-taurid fällt in Form einer in Wasser sehr leicht löslichen hellbraunen Masse vaselinartiger Konsistenz an.

Die Verbindung besitzt ausgezeichnete Dispergiermitteleigenschaften. Die Grenzflächenspannung 0 der wäßrigen Lösung von 1 g/l beträgt 29,5 dyn/cm; d. h_M das Produkt weist eine hohe Oberflächenaktivität auf. Die Grenzflächenspannung einer wäßrigen Lösung von 1 g/I des bekannten N-Oleoyl-N-butyltauiids beträgt 30,7 dyn/cm. N-Oleoyl-N-(3-methoxypropyl)-taurid ist ein wirksames Netzmittel; Netzwerte (der l°/oigen wäßrigen Lösung bestimmt nach Tauchnetzmethode bei 6O⁰C) für Wolle: 93 Sekunden; für Baumwolle: 25,8 Sekunden (vgl. DIN 53 901).

Die Bestimmung der Schaumzahl nach DlN 53 902 (Schaumschlagmethode von Schlachter) ergibt für die Lösung von 1,5 g/l bei 25° C einen Wert von 12OOcm3.

Beispiel 5

250 g des im Beispiel 4 beschriebenen, rohen N-(3-Methoxypropyl)-taurids werden mit 270 g technischer Stearinsäure 3 Stunden bei 190⁰C und anschließend 4 Stunden bei 200 bis 205°C. wie im Beispiel 4 beschrieben, umgesetzt. Nach Abdestillieren von etwa 36 g Wasser und Abkühlen der ReakiionsmischVng fällt das N-Slearoyl-N-(3-methoxypropyl)-laurid in I^örm eines schwach gelblichen Wachsts 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 de: Gummiindustrie kann sie als wirksames und temperaturbeständiges Formentrennmittel bei der Heißvulkanisation eingesetzt werden.

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

Beispiel 6

Werden in der im Beispiel 4 beschriebenen Weise 220 g Kokosfettsäure und 240 g rohes N-(3-Methoxypropy()-taurid umgesetzt, so erhält man das N-Kokosfettsäure-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 ausgezeichnetes Waschmittel für Wolle, Leder und Baumwolle dar. Außerdem eignet sie sich als Dispergiermittel in Färbebädern beim Färben von Textilmaterialien aus Polyesterfasern mit Dispersionsfarbstoffen.

Beispiel 7

270 g technische ölsäure und 280 g rohes N-(3-Butoxypropyl)-taurid werden, wie im Beispiel 4 beschrieben, verschmolzen. Aus der Schmelze werden durch 3stündiges Erhitzen auf 190 bis 195° C und anschließendes etwa 4stündiges Erhitzen auf 215°C insgesamt 18 g Wasser abdestilliert. Das auf diese Weise erhaltene N-Oleoyl-N-(3-butoxypropyl)-taurid ist eine hellbräunliche Masse vaselinartiger Konsistenz, die eine Säurezahl von etwa 4 aufweist und sich sehr gut in Wasser löst (Grenzflächenspannung 29,5 dyn/cm).

Die hervorragenden Dispergiereigenschaften der Verbindung gehen aus den folgenden Dispergierversuchen hervor:

1) Durch Zusatz von 3% N-Oleoyl-N-(3-butoxypropyl)-taurid (bezogen auf Zinkoxyd) zu einer 5%igen 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-01eoyl-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

a) Das als Ausgangsverbindung eingesetzte N-(2-Hydroxypropyl)-taurid wurde durch 7stündiges Erhitzen von 150 g Hydroxyäthansulfonsäure und 75 g 2-Hydroxypropylamin-(l) auf 205 bis 21O⁰C unter 5 bis 6 atü hergestellt. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung auf 150 bis 160° C wurden aus dieser 18 g Wasser abdestilliert.

b) 270 g technische Ölsäure werden mit 230 g N-(2-HvdroxvproDVl)-taurid (Rohprodukt etwa 90%iß)

unter Rühren und unter Stickstoffatmosphäre verschmolzen. Aus der klaren Schmelze werden durch 3stündiges Erhitzen auf 18O⁰C und nachfolgendes 3stündiges Erhitzen auf 210⁰C 18 g Wasser abdestilliert. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung fällt das

N-Oleoyl-N-(2-Hydroxypropyl)-taurid in Form eine gelblichen Masse vaselinartiger Konsistenz an. Di Grenzflächenspannung beträgt 30,8 dyn/cm.

Die Verbindung eignet sich als Dispergiermittel un Waschmittel.

Claims

Patentansprüche:

1. Aminoalkansulfonsäurederivate der Formel
O R, R₃

R₁-C CH-CH-SO₃Me

CH-CH-/CH\ —Ο—R*

R₅ Rs

in der

Ri für einen C8-C₂₂-Alkyl- oder C₈-C₂₂-Alkenyl rest oder einen Rest der Rizinol-, Hydroxystearin-, Dihydroxystearin- oder Phenylstearinsäure steht,
R₂ und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Ci-C₂-AIkylrest und

R₅, Re und R7 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Ci-Ce-Alkylrest bedeuten,
η O oder 1 ist,

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

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

R₂ R₃
CH-CH-SO₃Me

HN

CH-CH-ZCH^-O-R₄

in der R₂, R₃, R4, R5, R^ R7, π und Me die vorstehend angegebene Bedeutung haben, mit Carbonsäuren bzw. Carbonsäurechloriden der Formel

R₁-COOH bzw. R₁ -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 Tem peratüren von 10O bis 300° C umsetzt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Aminoalkansulfonsäuren und Carbonsäuren in der Schmelze bei Temperaturen von 150 bis 25O°C, gegebenenfalls unter Schutzgasatmosphäre, umsetzt.

5. Verwendung der Aminoalkansulfonsäurederivate gemäß Anspruch 1 als Waschmittel, Dispergiermittel, Emulgatoren und Weichmacher für Textilmaterialien und Leder.

Die Erfindung betrifft neue Aminoalkansulfonsäure-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 R₃ für Wasserstoff und X für Sauerstoff stehen; unter diesen Verbindungen haben sich wiederum besonders diejenigen bewährt, in denen R₅, Ri und R₇ Wasserstoff bedeuten.

Werden beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zur Acylierung der Aminoalkansulfonsäuren Carbonsäurechloride verwendet, so wird nach dem Verfahren von Schotten-Baumann, d.h. jn 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

zo wesentlich günstigeren Raum-Zeit-Ausbeute erhalten werden. Zur Acylierung mit Carbonsäuren werden Aminoalkansulfonsäuren und Carbonsäuren vorteilhaft in etwa äquimolaren Mengen bei Temperaturen 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 150° C 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 180°C bis 220°C, gegebenenfalls in einer Schutzgasatmosphäre (ζ. 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 Acylierungsprodukte 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 Carbonsäuren seien beispielsweise genannt:

Caprinsäure, Caprylsäure, Undecylsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure, ölsäure, Rizinolsäure, Hydroxystearinsäure, Dihydroxystearinsäure, Phenylstearinsäure, Erucasäure; Säuregemische wie sie aus natürlichen Fetten durch Verseifung gewonnen werden, z. B. aus Kokosfett, Palmöl, Palmkernfett, Erdnußöl, Sojaöl, Distelöl, Baumwollsaatöl, Rapsöl, Sonnenblumenöl, Schweineschmalz oder Talg.
Die Herstellung der in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsverbindungen einzusetzenden Aminoalkansulfonsäuren wird vorteilhaft in der Weise vorgenommen, daß man die Hydroxyalkansulfonsäuren bzw. deren Alkalisalze, z. B. das Natriumsalz der /f-Hydroxyäthansulfonsäure, mit den entsprechenden

Alkanolaminen oder Alkoxyalkylaminen, z. B. Äthanolamin, 1-Aminopropanol-(2), l-Amino-bulanol-(2) oder 3-Butoxy-propylamin, bei Temperaturen von 180°C bis 220°C umsetzt. Die Reaktion verläuft bereits unter