DE2501622A1

DE2501622A1 - Verfahren zum herstellen waessriger loesungen von gelbildenden alkylsulfaten

Info

Publication number: DE2501622A1
Application number: DE19752501622
Authority: DE
Inventors: Douglas Edward Mather; Edward Messenger; Brynn Morris Phillips
Original assignee: Albright and Wilson Ltd
Current assignee: Solvay Solutions UK Ltd
Priority date: 1974-01-16
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1975-07-24
Also published as: DE2501622C2; IT1030981B; GB1488352A; FR2325639B1; FR2325639A1; ES433861A1

Description

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Albright & Wilson Limited,

Oldbury, Warley, Worcestershire (England)

Verfahren zum Herstellen wäßriger Lösungen von gelbildenden Alkylsulfaten

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Alkylsulfaten in hochkonzentrierten wäßrigen Lösungen.

Bisher wurden Alkylsulfate, die als oberflächenaktive Mittel Verwendung finden, durch Umsetzen eines Fettal— kohols mit einem SuIfatierungsmittel, wie SO,· ClSCUH, zu einer Säure RSO^H, in der R eine Alkylgruppe ist, und Neutralisieren dar Säure mit einer verdünnten wäßrigen Base hergestellt. Ls wurde bisher als wesentlich angesehen, verdünnte Basen zu verwenden, weil die Viskosität von wäßrigen Lösungen von Alkylsulfaten, wie festgestellt wurde, scharf mit ansteigenden Konzentrationen ansteigt, bis eine Konzentration erreicht ist, bei welcher das Produkt zur Handhabung zu viskos ist und ein Gel bildet, was es unmöglich macht, ein ausreichendes Vermischen der wäßrigen Base mit der Säure zu erzielen. Diese Konzentration

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hängt von dem Stoffgemisch ab und liegt gewöhnlich in dem Bereich von 25 bis h5%.

Aus d.en genannten Gründen wurden bisher Alkylsulfate nur in verdünnten Lösungen hergestellt, obwohl für Lagerungszwecke und für den Transport derartige Lösungen offensichtliche Nachteile haben. Es wurde allgemein als unmöglich angesehen, Alkylsulfate oberhalb einer kritischen Konzentration herzustellen, wobei diese Konzentration je nach dem Material schwankt, jedoch in einem typischen Fall, z.B. bei R = C₁Jj- bis C ^-Alkyl etwa 30 bis 45 Gew.-^ beträgt. Versuche, konzentriertere Lösungen mit Hilfe von Zusätzen herzustellen, welche die Viskosität beeinflussen, hatten nur sehr begrenzten Erfolg. Es wurde bisher nicht für möglich angesehen, erheblich konzentriertere Lösungen bei erhöhten Temperaturen herzustellen, da gefunden wurde, daß dann, wenn die Konzentration wesentlich höher als die kritische Grenze liegt, ein Erhitzen die Lösung nicht flüssig macht, sondern lediglich dazu führt, daß eine Hydrolyse verursacht wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß wenn die Konzentration von Alkylsulfaten auf den Bereich von 60 bis 80 Gew.-% bei einer angemessenen Temperatur, die von der Art des oberflächenaktiven Mittels abhängt, erhöht wird, die Viskosität scharf abfällt, bis ein Punkt erreicht ist, bei v/elchem die Lösung ausreichend flüssig ist, daß sie leicht ausgegossen werden kann.

Bei einem weiteren Konzentrationsanstieg durchläuft die Viskosität ein Minimum und steigt dann scharf an, so daß

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die Lösung erneut in ein Gel oder einen ähnlichen nicht gießfähigen Zustand überführt wird. Überraschenderweise wurde gefunden, daß man flüssige Produkte bei einer Konzentration erhalten kann, die herzustellen bisher nicht möglich war ohne Mitwirkung von Viskositäts-Modifiziermitteln. Diese erwünschten Produkte können dadurch hergestellt werden, daß das saure Alkylsulfat mit einer wäßrigen Base der erforderlichen Konzentration derart vermischt wird, daß die Konzentration des Produkts innerhalb des Bereichs des flüssigen Zustandes gehalten wird.

Die Konzentration, bei der die minimale Viskosität auftritt, schwankt je nach dem bestimmten Alkj^lsulfat und dessen Re inheit. Die Gegenwart von Verunreinigungen, z.B. nicht sulfatiertem Alkohol oder überschüssigen Sulfationen führt dazu, daß die Lage des Minimums geändert wird. Die Lage des Minimums kann ebenfalls in gewissem Ausmaß durch die Temperatur beeinflußt werden.

Viele Alkylsulfate bilden einen flüssigen Zustand bei Umgebungstemperaturen, während andere diese Zustand bei erhöhten Temperaturen bilden. Die gießfähige Flüssigkeit, die Alkylsulfate bei einer Konzentration enthält, die wesentlich oberhalb der kritischen Grenze liegt, bei der eine Gelbildung zuerst beobachtet wird, wird im folgenden als "konzentrierter flüssiger Zustand" bezeichnet.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Alkylsulfaten durch Vermischen einer Säure der allgemeinen Formel RS(LH, in der R eine Alkylgruppe ist, und einer Base in Gegenwart von Wasser und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und die ¥assermenge im Gemisch

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auf einer Höhe gehalten werden, bei welcher das Produkt in einem konzentrierten flüssigen Zustand vorliegt und eine Konzentration aufweist, die höher als die Mindestkonzentration liegt, bei v/elcher eine Gelbildung auftritt.

Die Temperatur soll niedriger als diejenige Temperatur liegen, bei der das Alkylsulfat zersetzt wird.

Die Gruppe R ist typisch eine Alkylgruppe mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, z.B. 12 bis 18 Kohlenstoffatomen. Die Erfindung umfaßt die Verwendung von Gemischen von Säuren. Beispiele von geeigneten Säuren sind solche, die durch Sulfatierung von Dodecyl-, Hexadecyl- oder Octadecylalkoholen oder deren Gemische, wie sie aus Palmkernöl oder Kokosnußöl hergestellt werden, erhalten werden. Eine typische Alkylgruppe ist eine geradkettige Alkylgruppe, jedoch können auch verzweigte Alkylgruppeii Anwendung finden.

Die Base kann ein Alkali sein, wie Natrium- oder Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid oder eine organische Base, wie ein Amin, z.B. Äthylamin, Dimethylamin, Triäthylamin, Äthylandiamin, Pyridin oder insbesondere ein Alkylolamin, z.B. Monoäthanolamin, Diethanolamin oder Triäthanolamin.

Gemische von Basen können verwendet werden.

Die Base wird gewöhnlich als wäßrige Lösung eingesetzt, deren Konzentration von der Wassermenge anhängt, die zur Bildung des konzentrierten flüssigen Zustandes benötigt wird. Eine angemessene Konzentration in jedem besonderen

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Fall kann z.B. durch eine Reihe von Probeversuchen ermittelt werden, wonach die Viskosität gegen die Konzentration grafisch aufgetragen werden kann, um die Lage des Minumums in der Viskosität zu ermitteln. In dem Fall,, daß eine konzentrierte flüssige Phase nicht bei Umgebungstemperatur aufgefunden werden kann, können die Viskositäten der Proben erneut bei aufeinanderfolgend steigenden Temperaturen bestimmt werden, bis das Viskositätsminimum festgestellt worden ist. Dieses Minimum tritt allgemein bei einer Konzentration zwischen 60 und 90 Gew.-?o des aktiven Bestandteils auf und liegt gewöhnlich zwischen 65 und 85 Gew.-%. In einem typischen Fall wird ein gießfähiger konzentrierter flüssiger Zustand bei Konzentrationen innerhalb etwa - 5 % des Wertes erhalten, der dem Viskositätsminimum entspricht. Dieser Bereich schwankt in gewissem Ausmaß je nachdem Material und kann manchmal bei erhöhten Temperaturen leicht ansteigen.

Die Neutralisation wird vorzugsweise in einem Reaktor durchgeführt, in welchen eine erhebliche Menge des Produkts zurückgeführt wird. Ein solcher Reaktor wurde bisher zur Herstellung üblicher relativ verdünnter Alkylsulfatlösungen verwendet. Der Unterschied besteht im wesentlichen in der verminderten vorhandenen Wassermenge und der Notwendigkeit, in einigen Fällen erhöhte Temperaturen anzuwenden, um den konzentrierten flüssigen Zustand zu erhalten. Die relativen Mengenverhältnisse von Säure und Base werden gewöhnlich so eingestellt, daß ein Produkt des gewünschten pH-Wertes erhalten wird. Gewöhnlich liegt der angestrebte pH-Wert oberhalb 6,5, um eine Zersetzung des Produktes durch saure Hydrolyse zu vermeiden, und kann bis zu 8,5 betragen. Höhere ph-Werte sind möglich, aber gewöhnlich nicht erwünscht,

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da sie bei technischen Produkten solche Produkte ergeben, die für viele der üblichen Verwendungszwecke für Alkylsulfate zu alkalisch sind.

Es wird bevorzugt, obwohl dies nicht wesentlich ist, die Reaktion in einem System durchzuführen, das als "Neutralisationsschleife" bezeichnet wird, wobei ein Reaktor mit kontinuierlichem Durchstrom verwendet wird und ein erheblicher Teil des Produkts zum Reaktor zurückgeführt wird. Vorzugsweise werden die Säure, eine wäßrige Lösung der Base und das rückgeführte Produkt getrennt in einen Reaktor eingespeist, der mit Mitteln zum Vermischen, wie einem Rührer, ausgerüstet ist. Die Temperatur im Reaktor kann zweckmäßig durch Erhitzen oder Kühlen des rückgeführten Produkts geregelt werden.

Die Erfindung macht es möglich, Alkylsulfate in Form einer konzentrierten wäßrigen Lösung herzustellen, die etwa doppelt so konzentriert ist, wie die nach dem entsprechenden Stand der Technik bisher hergestellten handelsüblichen Alkylsulfate. Im Fall der Verwendung von beispielsweise Ammonium- oder Alkylolaminsalzen von C^p"bis C^. »-Alkyl— sulfaten, die einen konzentrierten flüssigen Zustand bei Umgebungstemperaturen haben, können die Produkte als frei fließende Flüssigkeiten gehandhabt werden.

Im Fall von z. ~B,~Natrium- oder Kaliumsalzen von C-i?"bis C^/-Alkylsulfaten, die bei Raumtemperatur nicht gießfähig sind, kann das Produkt bei Umgebungstemperatur gelagert werden und vor der Handhabung ausreichend erwärmt werden, daß die flüssige Phase gebildet wird.

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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, bei denen ein Reaktor zur Durchführung einer "Neutralisationsschleife" gemäß der vorstehenden Beschreibung verwendet wurde. Alle Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen, sofern nichts anderes erwähnt ist.

Beispiel 1

Es wurde der gießfähige Zustand eines sulfatierten Gemisches von CLp- ufl-ä C-IA-Alkoholen, die mit Monoäthanolamin neutralisiert waren, bestimmt, der bei Umgebungstemperatur bei einer Konzentration von etwa 82% lag.

Es wurde ein sulfatiertes Gemisch von Dodecyl- und Tetradecylalkoholen als Säureeinspeisung und eine Lösung von 61g Monoäthanolamin je 48,3 g Wasser als Baseneinspeisung verwendet. Die Einspeisungsmengen wurden derart eingestellt, daß ein pH-Wert von 7,5 und eine kombinierte Strömungsgeschwindigkeit von 11,5 g je Minute erreicht wurden. Die Temperatur wurde auf 32⁰C gehalten.

Das nach der Neutralisation erhaltene gießfähige und pumpbare flüssige Produkt enthielt 82,8% aktives oberflächenaktives Mittel mit einem Molekulargewicht von 335, eine Fettalkoholrest von 1,95% und Sulfationen (SCh ) von 0,83%.

Beispiel 2

Zur Erläuterung der Wirkung einer Einspeisung von Säure geringerer Reinheit wurde Beispiel 1 wiederholt unter Verwendung einer ähnlichen Säure, die bis zu einer

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geringeren Umsetzung sulfatiert worden war. Das Viskositätsminimum wurde bei einer Konzentration von etwa 74% aufgefunden.

Die Baseneinspeisung enthielt 61 g Monoethanolamin je 59 g Wasser, Die Einspeisungsmengen wurden so eingestellt, daß ein pH-Wert von 7,5 und eine kombinierte Strömungsgeschwindigkeit von 12 g je Minute erzielt wurden. Das Produkt enthielt 73,7% aktiven Bestandteil mit einem Molekulargewicht von 335, 3,2% freies Fettalkoholmaterial und 2% Sulfationen (als SO^²"). Das Produkt war eine gießfähige Flüssigkeit bei Umgebungstemperatur, aber verfestigte sich bei 13° C.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von Ammoniak anstelle von Honoäthanolamin. Das Ammoniumsalz bildete eine konzentrierte flüssige Phase bei Umgebungstemperatur.

Die Baseneinspeisung enthielt 48,6 g konzentriertes v/äßriges Ammoniak (Dichte 0,880) in 66,7 g Wasser. Der pH-Wert des Produkts betrug 7,5 und die kombinierte Einspeisungsgeschwindigkeit betrug 52 g je Minute. Die Temperatur wurde auf 35° C eingestellt. Das gießfähige flüssige Produkt enthielt 62% aktiven Bestandteil mit einem Molekulargewicht von 295 sowie 3,2 % freies Fettalkoholmaterial und 1,1 % Sulfationen (als SO^²""). Das Produkt war oberhalb 18° C flüssig.

Beispiel 4
Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung einer

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einspeisung eines Basengemisches, das 12,5 g Monoäthanolainin, 20,8 g handelsübliches TriEthanolamin und 32,4 g konzentriertes Ammoniak (Dichte 0,880) ±n 34 g Wasser enthielt. Die Temperatur wurde auf 30° C eingestellt und die kombinierte Sinspeisegeschwindigkeit betrug 10 g/Min.

Das Produkt enthielt 73,1 % aktiven Bestandteil mit einem Molekulargewicht von 321, 3,7 % freies Fettalkoholmaterial und 1,8% Sulfationen (als SO^ ""). Ss stellte eine gießfähige Flüssigkeit bei Temperaturen oberhalb 15° C dar.

Das Verfahren der vorstehenden Beispiele wurde erfolgreich mit verschiedenen Säuren als Einspeisung wiederholt, wobei verschiedene sulfatierte Alkohole bis zu C₂₀ und verschiedene Basen verwendet wurden. Im Fall von Natriumhydroxid und dem Salz von C^₂-bis ^c<i Λ-Alkylsulfaten wurde das Reaktionsgemisch auf einer Temperatur von 85 C gehalten, um das Produkt in flüssigem Zustand zu halten. Das Natriumsalz des Produkts verfestigte sich bei etwa 80° C.

- Patentanspruch -

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung wäßriger Lösungen von gelbildenden Alkylsulfaten durch Vermischen einer Säure der allgemeinen Formel RSO.H,in der R eine Alkylgruppe darstellt, mit einer Base in Gegenwart von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und die Wassermenge im Gemisch auf einer Höhe gehalten werden, bei welcher das Produkt in einem konzentrierten flüssigen Zustand vorliegt und eine Konzentration aufweist, die hSher als die Mindestkonzentration liegt, bei welcher eine Gelbildung auftritt.

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