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Amphotere Propylenoxyd-Polyaddukte,
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ihre Herstellung und ihre Verwendung als Küpenegalisiermittel.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind neue amphotere Propylenoxyd-Polyaddukte
und deren Salze, die durch AnlagerurlD von a) 5 bis 100 Mol Propylenoxyd an b) 1
Mol eines aliphatischen Amins mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, welches mindestens
eine primäre oder sekundäre Aminogruppe oder mindestens eine Hydroxylgruppe. und
eine tertiäre Aminogruppe aufweist, c) Quaternierung der tertiären Aminogruppe(n),
d) Veresterung des Polyadduktes mit einer mehrbasischen Sauerstoffsäure oder einem
funktionellen Derivat dieser Säure und e) gegebenenfalls Ueberfflhrung des erhaltenen
sauren Esters in ein Salz, hergestellt werden. Diese Polyaddukte lassen sich vorteilhaft
als Egalisierungsmittel für Kflpenfärbungen verwenden.
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Die erfindungsgemässen Polyaddukte leiten sich
vorzugsweise
von Amin-Propylenoxyd-Polyaddukten ab, die durch Anlagerung von 8 bis 70 Mol, insbesondere
50 bis 67 Mol Propylenoxyd an 1 Mol Amin erhalten werden.
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Bei der Komponente (b) d.h. dem Amin handelt es sich vorzugsweise
um ein aliphatisches Amin mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und höchstens 4 Aminogruppen.
Geeignete derartige Amine sind Alkylenpolyamine, Alkanolamine oder Alkylamine mit
je 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und höchstens 4 Aminogruppen. Beispiele derartiger
Amine sind also polyfunktionelle Alkylenamine wie Aethylendiamin, Propylendiamin,
Butylendiamin, Pentylendiamin, 1,2-Propylendiamin, Dipropylentriamin, Alkanolamine
wie Hydroxyalkylamine, z.B.
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2-Hydroxyäthylamin, 2- oder 3-Kydroxypropylamin oder 2,3-Dihydroxypropylamin,
Bishydroxyalkylamine, z. B. sis-(2-hydroxyäthylamin), Bis-3-hydroxypropylamin oder
Bis(-methyl-2-hydroxyäthyl)amin, Tris-hydroxyalkylamine, z.B, Tris-(2-hydroxyäthyl)-amin;
-Alkyl-tT-hydroxyalkylamine, z,S, N-Methyl- oder N-Aethyl-N-3-Hydroxypropylamin;
und schliesslich auch Alkylmonoamine wie n-Butylamin oder n-Hexylamin.
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Bevorzugte Amine sind Alkylendiamine mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen,
wie Propylendiamin und insbesondere Aethylendiamin.
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Das Zwischenprodukt, das Amin-Propylenoxyd-Addukt hat in der Regel
ein mittleres Molekulargewicht von 500 bis 4000, insbesondere 3000 bis 4000.
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Zur Quaternierung des Amin-Propylenoxyd-Adduktes dienen die üblichen
Quaternierungsmittel wie Alkylhalogenide, z.B. Methyljodid, Methylchlorid, Aethylbromid
oder Aethylchlorid; Dialkylsulfate, z.B. Dimethyl- oder Diäthylsulfat; Halogencarbonsäureamide,
z.B. Chloracetamid; Toluolsulfonsäurealkylester, z.B. p-Toluolsulfonsäuremethylester;
Aralkylhalogenide
wie Benzylchlorid; Halogenalkylnitrile wie Chloracetonitril oder Epihalogenhydrine
wie Epibrom- oder Epichlorhydrin. Vorzugsweise wird (c) mit einem Dialkylsulfat
mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen pro Alkylrest, einem Halogencärbonsäureamid oder
einem Epihalogenhydrin quaterniert.
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Chloracetamid, Epichlorhydrin und vor allem Dimethylsulfat werden
als Quaternierungsmittel am meisten bevorzugt.
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Zur Veresterung der quaternierten Polyaddukte dienen mehrbasische,
vorzugsweise 2- oder 3-basische Säuren oder deren funktionellen Derivate.
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Als mehrbasische Sauerstoffsäuren für die Bildung der neuen amphoteren
Ester können sulfonierte, organische, vorzugsweise aliphatische, Mono- oder Dicarbonsäuren
mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Bernsteinsäure-Sulfonsäure oder insbesondere
mehrbasische, anorganische Sauerstoffsäuren, wie Schwefelsäure oder Orthophosphorsäure
dienen. Anstelle der Säuren können deren funktionelle Derivate, wie Säureanhydride,
Säurehalogenide, Säureester oder Säureamide versvendet werden. Als Beispiele dieser
funktionellen Derivate seien Phosphorpentoxyd, Chlorsulfonsäure und insbesondere
Sulfaminsäure genannt.
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Die Veresterung wird in der Regel durch einfaches Vermischen der
Reaktionspartner unter Erwärmen zweckmässig auf eine Temperatur zwischen 50° und
100°C, durchgeführt.
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Die zunächst entstehenden, freien Säuren können anschliessend in die
entsprechenden Alkalimetall-, Ammonium- oder Aminsalze übergeführt werden. Die Zeberführung
in die Salze erfolgt auf übliche Weise durch Zugabe von Basen, wie z.B.
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Ammoniak, Monoäthanolamin, Triäthanolamin oder Alkalimetall-.
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hydroxyde, z.B. Natrium- oder Kaliumhydroxyd. Gemäss einer besonders
bevorzugten AusfUhrungsart werden die sauren
Schwefelsäureester
in Form ihrer Ammoniumsalze direkt hergestellt, indem man die Propylenoxydanlagerungsprodukte,
zweckmässig in Gegenwart von Harnstoff, mit Sulfaminsäure erwärmt.
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Besonders vorteilhafte amphotere Propylenoxyd-Polyaddukte werden
durch Anlagerung von a) 8 bis 70 Mol Propylenoxyd an b) 1 Mol eines aliphatischen
Amins mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und höchstens 4 Aminogruppen, welches mindestens
eine primäre oder sekundäre Aminogruppe oder mindestens eine Hydroxylgruppe und
eine tertiäre Aminogruppe aufweist, c) Quaternierung der tertiären Aminogruppe(n)
mit einem Alkylhaiogenid, Dialkylsulfat, Aralkylhalogenid, Halogencarbonsäureamid,
Tolulsulfons äurealkyles ter, Halogenalkylnitril oder Epihalogenhydrin, d) Veresterung
des Polyadduktes mit Schwefel- oder Orthophosphorsäure-oder einem funktionellen
Derivat dieser Säuren, und e) gegebenenfalls Ueberführung des erhaltenen sauren
Esters in ein.Alkali-, Ammonium- oder Aminsalz.
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erhalten.
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Sehr gut geeignete Polyaddukte werden al;il^ durch Anlagerung von
a) 50 bis 67 Mol Propylenoxyd an b) ein Alkylenpolyamin, ein Alkanolamin oder ein
Alkylamin mit je 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und höchstens 4 Amine gruppen, c) Quaternierung
mit einem Diukylsulfat mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen pro Alkylrest, einem HalogencarbonsSureamid
oder einem Epihalogenhydrin und d) Veresterung mit Sulfaminsäure erhalten.
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Das Verfahren zur Herstellung von amphoteren Propylenoxyd-Polyaddukten
und deren Salzen der angegebenen Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, dass
man a) 5 bis 100 Mol Propylenoxyd an b) 1 Mol eines aliphatischen Amins mit 2 bis
6 Kohlenstoffatomen, welches mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe
oder mindestens eine Elydroxylgruppe und eine tertiäre Aminogruppe aufweist, anlagert,
c) quaterniert, d) mit einer mehrbasischen Sauerstoffc äure oder einem funktionellen
Derivat dieser Säuren verestert, und e) gegebenenfalls den erhaltenen sauren Ester
in ein Salz UberfUhrt.
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Sowohl die Propylenoxydanlagerung als auch die Quaternierung und
die Veresterung können nach bekannten Methoden durchgefUhrt werden. Das Amin-Propylenoxyd
Adclukt enthält stets tertiäre Aminogruppen, einerseits vom ursprünglichen Amin
direkt herstammend oder durch die Addition von Propylenoxyd an primäre oder sekundäre
Aminogruppen bei der Anlagerung entstanden. Diese tertiären Aminogruppen werden
quaterniert, während-die Elydroxylgruppen, welche vom Propylenoxyd und gegebenenfalls'
von einem hydroxylgruppenhaltigen Amin herstammen, verestert werden unter Bildung
von sauren Estergruppierungen, z.B. der Schwefel- oder Orthophosphorsäure. Am Schluss
können diese Produkte nOch in Salze UberfUhrt werden, was in der Regel auch bevorzugt
getan wird.
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Die erfindungsgemässen Produkte werden vorteilhafterweise in z.B.
25 bis 60 %ige Lösungen übergeführt, wobei die erhaltenen Präparate sich in Wasser
leicht lösen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch
eine wässerige Zubereitung'welche mindestens 25 bis 60 insbesondere 45 bis 55 Gewichtsprozent
der erfindungsgemässen Polyaddukte gelöst enthält.
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Die Oberflächenspannung einer wässerigen Lösung, die 1 g des Polyadduktes
pro Liter enthält, beträgt bei 220 C in der Regel 37 bis 48, insbesondere 38 bis
45 dyn/cm.
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Die erfindungsgemässen amphoteren Polyaddukte werden als Egalisierungsmittel
flir KUpenfärbungen verwendet.
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Sie eignen sich insbesondere für Cellulosefasern und können im Ubrigen
überfall dort angewendet werden, wo, durch den Farbstoff und/oder das zu färbende
Material bedingt, ungleichmässige Färbungen zu befUrchten sind oder schon vorliegen.
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Man kann also beispielsweise die Polyaddukte den Färbebädern zusetzen,
sodass sie während des Färbevorganges egalisierend wirken. Man kann aber auch unegale
Küpenfärbungen nachträglicli mit Hilfe der Polyaddukte in einem Hydrosulfit enthaltenden,
alkaLischen Bade ausegalisieren. Die Menge an Polyaddukt, das den Behandlungsbädern
zugesetzt wird, kann in ziemlich weiten Grenzen schwanken; sie beträgt zweckmässig
etwa 0,25 bis 5 gil Polyaddukt.
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Das Verfahren zum Färbe von cellulosehaltigem Fasermaterial mit KUpenfarbstoffen
ist somit dadurch gekennzeichnet, dass man in Gegenwart eines erfindungsgemässen
amphoteren Propylenoxyd-Polyadduktes oder dessen Salz färbt oder die Färbungen nachbehandelt.
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In den nachfolgenden Beispielen bedeuten Prozente Gewichtsprozente.
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Beispiel 1 31,40 g (0,01 Mol) des Addukts aus N-Methylaethanolamin
und 53 Mol Propylenoxyd und 1,4 g Dimethylsulfat werden unter RUhren 2 Stunden bei
einer Badtemperatur von 800C gehalten.
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Bei 60 bis 650c gibt man innerhalb von 15 Minuten 12 g Harnstoff und
innerhalb von 30 Minuten 12 g Sulfaminsäure zu und hält darauf 6 Stunden bei 95
- I00OO. Nach Lösen in 82 g Wasser erhält man ein klares flüssiges Präparat, welches
25 % des Ammoniumsalzes, des sauren Schwefelsäureesters, des quaternierten Addukts
enthält und welches in Wasser klar löslich ist.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanzil enthält,beträgt
46,5 dyn/cm bei 220C.
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Beispiel 2 35.0 g des Addukt aus Triaethanolamin und 58 Mol Propylenoxyd
(0,01 Mol) und 1,4 g Dimethylsulfat werden unter Rühren 2 Stunden bei einer Badtemeperatur
von 800C gehalten.
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Bei 60-650C gibt man innerhalb von 15 Minuten 9,0 g Harnstoff und
innerhalb von 30 Minuten 9,0 g Sulfaminsäure hinzu und hält während 6 Stunden bei
95 - 1000C. Nach dem Lösen in 102 g Wasser erhält man ein flUssiges Präparat, welches
2570 des Ammoniumsalzes des quaternierten Addukts enthält. Das Produkt ist in Wasser
klar löslich.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung,die 1 g Wirksubstanz/l enthält>
beträgt, 38,4 dyn/cm bei 220C.
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Beispiel 3 27,6 g (0,01 Mol) des Addukts aus n-Hexylamin und 46 Mol
Propylenoxyd und 1,4 g Dimethylsulfat werden unter Rühren während 2 Stunden bei
einer Badtemperatur von 800C gehalten.
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Bei 60 - 650C werden innerhalb von 15 Minuten Harnstoff und innerhalb
von 30 Minuten 6,0 g Sulfaminsäure eingetragen, worauf man während 6 Stunden die
Badtemperatur auf 95 -i000C hält. Nach dem Lösen in 73 g Wasser erhält man ein flüssiges
Präparat, welches 25% des Ammoniumsalzes des sauren Schwefelsäureesters des quaternierten
Addukts enthält und welches in Wasser klar löslich ist.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanzil enthält'beträgt
39,0 dyn/cm bei 22"C.
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Beispiel 4 36,0 g des Addukt aus 1 Mol Dipropylentriamin und 60 Mol
Propylenoxyd (0,001 Mol) und 2,6 g Dimethylsulfat werden während 2 Stunden unter
RUhren bei einer Badtemperatur von 80"C gehalten, Bei 60 - 65°C werden innerhalb
von 15 Minuten 12 g Harnstoff und innerhalb von 30 Minuten 12 g Sulfaminsäure eingetragen.
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Dann wird während 6 Stunden die Badtemperatur auf 95-100°C gehalten.
Nach dem Lösen in 110 g Wasser wird ein klares Präparat verhalten, welches 25% des
Ammoniumsalzes des sauren Schwefelsäureesters des quaternierten Adduktes enthält
und welches in Wasser klar löslich ist.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanz/l enthält,
beträgt 38,2 dyn/cm bei 22"C.
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Beispiel 5 24,9 g (0,0085 Mol) des Addukts aus 1 Mol Triaethylentetramin
und 50 Mol Propylenoxyd und 2,2 g Dimethylsulfat werden während 2 Stunden unter
Rühren bei einer Badtemperatur von 80"C gehalten.
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Bei 60-65°C gibt man innerhalb von 15 Minuten 10 g Harnstoff und innerhalb
von 30 Minuten 10 g Sulfaminsäure zu und hält 6 Stunden die Badtemperatur auf 95-100"C.
Nach dem Lösen
in 81 g Wasser erhält man ein flüssiges Präparat,
welches in Wasser klar löslich ist und welches 25% des Ammoniumsalzes des sauren
Schwefelsäureesters des quaternierten Addukts enthält.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanzll enthält,
beträgt 44,2 dyn/cm bei 22"C.
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Beispiel 6 a) Zu 720 g des Addukt aus 1 Mol Aethylendiamin und 61
Mol Propylenoxyd (Molgewicht 3600) lässt man bei einer Badtemperatur von 60°C 51
g Dimethylsulfat innerhalb von 15 Minuten zutropfen und hält dann weitere 2 Stunden
die Badtemperatur auf 80"C.
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b) Zu 69,3 g (0,025 Mol) des gemäss a) erhaltenen Quaternierungsprodukts
gibt man bei 60-65°C innerhalb von 5 Minuten 107 g Harnstoff und dann innerhalb
von 30 Minuten 10 7 g Sulfaminsäure zu und hält darauf während 6 Stunden die Badtemperatur
auf 95-100°C. bÄan löst in 94 g Wasser und erhält ein klares flüssiges Produkt,
welches 50% des Ammoniumsalzes des sauren Schwefelsäureesters des quaternierten
Addukts enthält und welches in Wasser klar löslich ist.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung,die 1 g Wirksubstanz/l enthält,
beträgt 40/8 dyn/cm bei 220C.
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Beispiel 7 Zu 192 g (0,05 Mol) des gemäss Beispiel 6a)hergestellten
Quaternierungsproduktes lässt man innerhalb von 1-2 Stunden bei 60"C 23Z3 g Chlorsulfonsäure
zutropfen und hält weitere 2 Stunden bei 600C. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird
in etwa 3 Stunden bei 20-250C zu einer Lösung von 60 g einer 30 %igen Natriumhydroxydlösung
und 100 g Wasser zufliessen gelassen. Mit Wasser wird darauf auf ein Endgewicht
von
836 g gestellt, wobei man ein flüssiges Präparat erhält, welches 25% des Natriumsalzes
des quaternierten Addukts enthält und welches in Wasser klar löslich ist.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanz/l enthält,
beträgt 38,1 dyn/cm bei 22"C.
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Beispiel 8 Zu 96,4 g (0,025 Mol) des gemäss Beispiel 6a) hergestellten
Quaternierungsproduktes gibt man innerhalb einer Stunde unter Rühren bei einer Temperatur
unter 400C 7,1 g Phosphorpentoxyd zu, hält weitere 1i Stunden bei 50-55"C und dann
während 4 Stunden bei 60-650C. Mit 9 g Monoaethanolamin wird darauf neutralisiert
und in 94 g Wasser gelöst. Man erhält ein klares, etzvas viskoses Präparat, welches
50% des Monoaethanolaminsalzes des sauren Phosphorsäureesters des quaternierten
Addukts enthält.
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Die Oberflächenspannung eines Lösung, die 1 g Wirksubstanz/l enthältrbecrägt
38,6 dyn/cm bei 22"C.
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Beispiel 9 Zu 90 g (0,025 Mol) des Addukts aus 1 Mol Aethylendiamin
und 61 Mol Propylenoxyd werden bei 600C 7,2 g Chloracetamid innerhalb von 15 Minuten
unter Rühren eingetragen. Man hält weitere 30 Minuten bei einer Badtemperatur von
60-650C und dann während 4 Stunden bei 95-1000C. Bei 60-65"C werden in 15 Minuten
10,7 g Harnstoff und in 30 Minuten 10,7 g Sulfaminsäure eingetragen, worauf man
während 6 Stunden die Badtemperatur auf 95-1000C hält und dann in 90 g Wasser löst.
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Man erhält ein klares flüssiges Präparat, welches 50% des Ammoniumsalzes
des sauren Schwefelsäureesters des quaternierten Addukts enthält.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanzll enthält,
beträgt 40,4 dyn/cm bei 22"C..
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Beispiel 10 Zu 125 g (14 Mol) des Addukts aus 1 Mol Aethylendiamin
und etwa 8 Mol Propylenoxyd werden innerhalb von 30 Minuten bei einer Badtemperatur
von 600C 63 g Dimethylsulfat zutropfen gelassen, worauf man weitere 2 Stunden bei
80"C hält. Bei 60-65"C werden dann 107 g Harnstoff innerhalb von 15 Minuten und
107 g Sulfaminsäure innerhalb von 30 Minuten eingetragen. Man hält während 6 Stunden
die Badtemperatur auf 95-100"C und löst dann in 168 g Wasser, worauf man eine-Lösung
erhält, die 50% des Ammoniumsalzes des sauren Schwefelsäureesters des quaternierten
Addukts enthält.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanz/l enthält,
beträgt 45,6 dyn/cm bei 24"C.
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Beispiel 11 Zu 90 g (140 Mol) des Addukts aus 1 Mol Aethylendiamin
und 61 Mol Propylenoxyd werden bei einer Badtemperatur von 800C 6,9 g Epichlorhydrin
innerhalb von 15 Minuten zugegeben, worauf man weitere 10 Stunden bei 100-105°C
hält.
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Bei 60-65°C werden innerhalb von 15 Minuten 10,7 g Harnstoff und innerhalb
von 30 Minuten 10,7 g Sulfaminsäure eingetragen. Man hält dann während 6 Stunden
die Badtemperatur auf 95-100"C und löst dapn in 90 g Wasser. Man erhält ein klares,
flüssiges Präparat, welches 50% des Ammoniumsalzes des quaternierten Addukts enthält
und welches in Wasser klar löslich ist.
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Die Oberflächenspannung einer Lösung, die 1 g Wirksubstanz/l enthält,
beträgt 38,9 dyn/cm bei 24"C.
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Beispiel 12 500 g eines mercerisierten, gebleichten Baumwollzwirnes
(30/2) gewickelt auf einen perforierten Materialträger (Kreuzspule) werden in einen
Zirkulationsfärbeapparat mit 8 Liter einer auf 300C erwärmten Flotte, die 2,75 g
des Farbstoffes Color Index Nr. 60010 112 ml Natriumhydroxydlösung 30% 20 g llydrosulfit
86 %ig und 4 g eines Polyadduktes (25 %ig) hergestellt gemäss Beispiel 6 enthält,
eingebracht. Danach wird die Flotte abwechselnd von "innen-aussen", und "aussen-innen'l
durch das Substrat gepumpt und innerhalb vc 30 Minuten auf 60°G erwärmt. Bei dieser
Temperatur färbt man weitere 30 Minuten.
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Hiernach wird das Substrat wie iiblich gespUlt, oxydiert, geseift,
gespült und getrocknet.
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Man erhält so eine brillante, egale, violette Färbung mit einer sehr
guten Durchfärbung und sehr guten Echtheiten.
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Aehnlich gute Färbungen erhält man auch mit d- n folgenden Präparaten
hergestellt gemäss den Beispielen 1 bis 5 und 7 bis 11.
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Beispiel 13 140 ml einer Färbeflotte, die auf 60"C gestellt ist und
die 0,05 g eines Polyadduktes hzrgestellt gemäss Beispiel 6 1,4 ml Natriumhydroxydlösung
30% 0,35 g Hydrosulfit 86% 0,0224 g eines Farbstoffes Color Index Nr. 69525 enthält,
werden durch 7 g Baurmqollmolton-Gewebe, bestehend aus 50 Ubereinander gelegtenScheiben
( 20 mm) in einer Richtung im Kreislauf während 8 Minuten durchgepumpt.
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Danach wird der Materialblock wie Ublich gespült und an der Luft oxydiert.
Seifen ist nicht erforderlich.
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Beurteilt wird der Grad der Anfärbung und die Egalität der Scheiben.
In der Gegenwart des beanspruchten Polyadduktes sind alle 50 Scheiben praktisch
gleich tief und egal angefärbt.
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Ohne den Hilfsmittelzusatz sind die Scheiben, die zuerst mit der Färbeflotte
in BerUhrung kommen, sehr dunkel, während die Letzten praktisch noch weiss sind.
Aehnlich gute Egalisiereffekte erhält man auch mit den Präparaten hergestellt gemäss
den Beispielen 1 bis 5 und 7 bis 11.