DE3402146A1 - Neue quartaere ammoniumverbindungen, deren herstellung und verwendung als textilweichmacher - Google Patents

Description

• ??Neue quartäre Ammoniumverbindungen, deren Herstellung
• und Verwendung als Textilweichmacher"~ Die Erfindung betrifft neue quartäre Ammoniumverbindungen mit einem oder zwei langkettigen Esterresten, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung in Textilbehandlungsmitteln.
• Quartäre Ammoniumverbindungen, die einen bzw. zwei langkettige und drei bzw. zwei kurzkettige aliphatische Kohlenwasserstoffreste im Molekül enthalten, wie z. B. die Verbindung Distearyldimethylammoniumchlorid werden seit langem als Textilweichmacher zum Behandeln von Textilien, insbesondere zum Nachbehandeln gewaschener Wäsche, aber auch in weichmachenden Waschmitteln und in Tumblerhilfsmitteln verwendet. Durch eine Behandlung mit derartigen Verbindungen erhalten die Textilien einen weichen und flauschigen Griff. Beim Gebrauch jedoch zeigt das behandelte Textilgut ein deutlich geringeres Saugvermögen im Vergleich zu unbehandelter Ware. Frottiertetilien, Geschirrtücher oder Windeln beispielweise, die nach der Wäsche immer wieder mit diesen quartären Ammoniumverbindungen behandelt worden sind, zeigen aufgrund ihres verringerten bzw. verzögerten Wasseraufnahmevermögens eine Beeinträchtigung der Gebrauchseigenschaften. Diese nachteiligen Auswirkungen sind darauf zurückzuführen, daß die auf die Fasern aufgebrachten quartären Ammoniumverbindungen bei der späteren Wäsche nicht oder nicht vollständig entfernt werden und deshalb die wiederholte Nachbehandlung zu einer Akkumulation auf der Faser führt.
• Man hat durch vielerlei MaRnahmen, die im wesentlichen auf eine Vergrößerung der Hydrophilie der weichmachenden Verbindungen hinzielten, versucht, die geschilderten Nachteile der bekannten Textilweichmacher zu verringern oder zu beseitigen. So hat man z. B. Hydroxylgruppen in die langkettigen Reste eingeführt, oder man hat in eine oder mehrere der langkettigen oder kurzkettigen Reste der Quartärverbindungen Ethoxygruppen eingefügt oder man hat als langkettige Gruppen solche verwendet, deren Kohlenwasserstoffkette beispielsweise durch Ether-, Amid- oder Estergruppen unterbrochen sind. So sind z. B. aus der DE-AS 16 19 058 quartäre Ammoniumverbindungen bekannt, die sich von Methyldiethanolamin herleiten, deren Ethanolreste mit gesättigten oder ungesättigten Monocarbonsäuren verestert sind. Aus der EP-OS 21 431 sind quartäre Ammoniumverbindungen bekannt, die Ester-, Ether- und Ethoxy- oder Propoxygruppen enthalten. In der DE-OS 26 25 945 sind quartäre Ammoniumverbindungen beschrieben, die zwei oder drei kurzkettige Alkylreste und einen Guerbetalkylrest enthalten. Im Guerbetalkylrest weist die Hauptkette vier Kohlenstoffatome mehr auf als die Seitenkette in 2-Stellung. Guerbetalkohole entstehen aus zwei Molekülen eines aliphatischen primären Alkohols in Gegenwart geeigneter Katalysatoren durch Kondensation zu einem verzweitkettigen primären Alkohol der Formel mit der doppelten Anzahl Kohlenstoffatome. Die aus den zuletzt genannten Literaturstellen bekannten quartären Ammoniumverbindungen weisen zwar die geschilderten Nachteile nicht oder nur in abgeschwächter Form auf; sie lassen sich aber entweder nur in mehreren Verfahrensschritten herstellen oder sie fallen bei der Herstellung in verdünnten Dispersionen an, die für die in letzter Zeit interessant gewordenen Textilweichmacher-Konzentraten nicht verwendet werden können, oder sie sind schlecht löslich oder schlecht dispergierbar.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind neue quartäre Ammoniumverbindungen der Formel I, worin R1 und R2 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, R3 einen Rest der Formel II in der m eine Zahl von 1 bis 4, vorzugsweise 2, n eine Zahl von 5 bis 15, R4 einen Rest R1 oder R2 oder R3 und ein Anion bedeuten.
• Die neuen Verbindungen leiten sich für den Fall, daß 3 beide Reste R und R4 Gruppen der Formel II sind, von Alkyldialkanolamin, vorzugsweise von Methyldiethanolamin ab, das mit 2 Mol einer sogenannten Guerbet-Fettsäure verestert ist. Guerbet-Fettsäuren leiten sich von Guerbet-Alkoholen ab, aus denen man die Alkalisalze der Guerbet-Fettsäuren durch Alkalischmelze erhält. Im Fall, daß R3 und R4 Reste der Formel II sind, nimmt n Werte zwischen 5 und 10 an; vorzugsweise bedeuteten dann R1 und R2 Methylgruppen. Ist dagegen nur R3 ein Rest der Formel II, nimmt n vorzugsweise Werte zwischen 11 und 15 an; Verbindungen, bei denen n im wesentlichen zwischen 14 und 15 liegt und R1, R2 und R4 insbesondere Methylgruppen sind, haben besonders gute textilweichmachende Eigenschaften. Ausgangsstoffe für diese Verbindung sind demnach Dimethylethanolamin und Guerbet-Fettsäure mit insgesamt 32 bis 36 Kohlenstoffatomen.
• Die Verwendung der Verbindungen der Formel I als Konditioniermittel für synthetische und natürliche Fasern und daraus hergestellte Gebilde ist ebenfalls ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, d. h., die neuen Verbindungen lassen sich beispielsweise als Textilweichmacher verwenden. Die Verbindungen der Formel I sind dabei sowohl im Spülbad als auch während des Waschvorgangs und während des Trocknens in automatischen Wäschetrocknern als Textilweichmacher einsetzbar; sie finden außerdem zur Textilfaserausrüstung und in Haarpflegemitteln Verwendung.
• Andere geeignete Verbindungen, bei denen Rß und R4 sich von Guerbet-Fettsäureestern ableiten, lassen sich z. B.
• aus 2 Mol C16 oder C20 -Guerbet-Fettsäuren, die mit Methyldiethanolamin verestert werden, herstellen. Die Quaternierung erfolgt beispielsweise durch Umsetzen mit Methylchlorid oder Dimethylsulfat. Durch die Auswahl des Quaternierungsmittels wird die Art des Anions Au und des Restes R2 in Formel I festgelegt.
• Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der neuen Verbindungen, bei welchen man Guerbet-Fettsäuren mit Alkyldialkanolamin oder Dialkylalkanolamin der Formel IV, 1 5 in der R1 die oben genannte Bedeutung hat und R5 entweder ein Rest R oder eine Hydroxyalkylgruppe mit endständiger Hydroxylgruppe und mit m Kohlenstoffatomen ist, wobei m die für Formel II angegebene Bedeutung hat, im Verhältnis 2 Mol Guerbet-Fettsäure zu 1 Mol Alkyldialkanolamin oder 1 Mol Guerbet-Fettsäure zu 1 Mol Dialkylalkanolamin bei Temperaturen von 150 bis 250 "C, vorzugsweise unter Inertgasatmosphäre und unter Rühren erhitzt, wobei man das entstandene Wasser aus dem Reaktionsgemisch ständig abtrennt, bis man die einem vollständigen Umsatz entsprechende Wassermenge abgeschieden hat und wobei man anschließend die Quaternierung des Veresterungsproduktes mit einem den Rest R2 einführenden Quaternierungsmittel bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem Druck vornimmt.
• Besonders bewährt hat sich für die Veresterungsreaktion eine Stickstoffatmosphäre. Als eine Reaktionstemperatur, bei der ohne allzu starke thermische Belastung eine praktisch vollständige Veresterung innerhalb einiger Stunden stattfand, hat sich ca. 200 "C herausgestellt. Der Druck bei der Quaternierungsreaktion liegt im Fall der Verwendung von beispielsweise Methylchlorid zwischen etwa 3 und 20 bar, wobei die Temperatur etwa 80 bis 150 °C beträgt.
• Die erfindungsgemäßen Reaktionsprodukte der Formel I sind flüssig bis pastös und lassen sich leicht in Wasser oder Wasser/Alkohol-Gemisch lösen bzw. dispergieren, wobei die Viskosität der Lösungen oder Dispersionen geringer ist als die der Quaternierungsprodukte.
• Die weichmachende Wirkung der neuen Verbindungen ist ausgezeichnet und mit der der besten bekannten Textilweichmacher vergleichbar. Die Saugfähigkeit der mit den neuen Verbindungen behandelten Textilien ist zum Teil deutlich besser als von Textilien, die mit bekannten, sehr gut weichmachenden Verbindungen behandelt wurden. Ein Mittel unter Verwendung der neuen Verbindungen als Wirkstoffe zur Behandlung von Textilien ist daher ein weiterer Gegenstand der Erfindung.
• Mittel zur Wäschenachbehandlung haben beispielsweise folgende Zusammensetzung: 2 - 80 Gew.-% Verbindungen der Formel I 20 - 98 Gew.-% Trägermittel, Lösungsmittel, Verdünnungsmittel 0 - 20 Gew.-% Emulgator 0 - 3 Gew.-% Konservierungsmittel 0 - 5 Gew.-% Duftstoff 0 - 1 Gew.-% Farbstoff Rest bis auf 100 Gew.-% Viskositätsstellmittel, Trübungsmittel, gegebenenfalls saure Verbindungen und sonstige Zusatzstoffe.
• Auch wenn man die Verfahrensprodukte zu entsprechend zusammengesetzten Waschmitteln, die wenigstens eine waschaktive Verbindung enthalten, hinzufügt, können sie eine -weichmachende Wirkung entfalten. Derartige Waschmittel basieren vorzugsweise auf Rezepturen mit nichtionischen Tensiden. Trägt man die Verfahrensprodukte gegebenenfalls zusammen mit üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen auf textile Flächengebilde als Träger auf, können diese auch als Tumblerhilfsmittel Verwendung finden.
• BEISPIELE Beispiel 1 2 Mol (506 g) C16-Guerbet-Fettsäure der Formel mit einer Säurezahl von 222, wurden mit 1 Mol (119 g) Methyldiethanolamin unter Stickstoff bei ständigem Rühren auf 200 "C erhitzt. Nach Abscheiden von 2 Mol Wasser innerhalb von 4 Stunden in einem Wasserabscheider wurden 576 g einer schwach gelben Flüssigkeit erhalten, die den Diester des Methyldiethanolamins darstellte. Bei einem Druck von 11 bar wurde der Diester bei 120 "C mit Methylchlorid behandelt bis die Quaternierung praktisch vollständig war. Das quaternierte Produkt lag als gelbe viskose Flüssigkeit vor.
• Beispiel 2 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 2 Mol einer C20-Guerbetsäure mit 1 Mol Methyldiethanolamin 5 Stunden lang unter Abscheidung von 2 Mol Wasser verestert. Der hellgelbe Diester wurde bei 120 "C und 12 bar Methylchloriddruck quaterniert. Das Endprodukt war eine viskose, bräunliche Flüssigkeit.
• Beispiel 3 1,2 Mol (600 g) einer C32/36 -Guerbet-Fettsäure wurden, wie zuvor beschrieben, bei 200 "C 5 Stunden lang mit 1,2 Mol (107 g) Dimethylethanolamin umgesetzt. Der Ester war eine gelbliche Flüssigkeit, die bei 90 "C unter 5 bar Methylchloriddruck quaterniert wurde. Das Quaternierungsprodukt wurde in einem Gemisch aus 69 g Isopropylalkohol und 22 g Wasser zu einer 75 Gew.%igen gelblichen Lösung gelöst.
• Beispiel 4 Die Produkte der Beispiele 1 bis 3 wurden in einer Konzentration von 0,1 g pro Liter Wasser dispergiert. Als Vergleich diente das sehr gut weichmachende handelsübliche Dimethyldistearylammoniumchlorid in gleicher Konzentration in Wasser. Mit diesen Dispersionen wurde Baumwoll-Frottiergewebe, das zuvor 96 Stunden lang mit einer Lösung von 4 g Natriumtripolyphosphat pro Liter Wasser behandelt worden war und das sehr hart war, 5 Minuten lang in Kontakt gebracht, worauf die Behandlungsflotte durch 15 Sekunden dauerndes Zentrifugieren abgetrennt wurde. Nach dem Trocknen wurden die Frottierproben durch Personen, die in der Beurteilung der Weichheit von Textilien geübt sind, auf ihre Weichheit im Vergleich zu dem harten Ausgangsmaterial geprüft. Dabei wurden alle Frottierproben als praktisch gleich weich beurteilt. Die Saugfähigkeit der Textilien, geprüft nach der Steighöhenmethode, war dagegen unterschiedlich: Die mit den Produkten der Beispiele 1 bis 3 behandelten Proben waren in allen Fällen saugfähiger, zum Teil sogar wesentlich saugfähiger als das mit Dimethyldistearylammoniumchlorid behandelte Prüfgewebe.

Claims (9)

1. PATENTANSFRCHE f l Quartäre Ammoniumverbindungen der Formel I, worin R1 und R2 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, R3 einen Rest der Formel II in der m eine Zahl von 1 bis 4, vorzugsweise 2, n eine Zahl von 5 bis 15, R4 einen Rest R1 oder R2 oder R3 und AO ein Anion bedeuten.
2. 2. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß i und + gleiche Reste sind und darin n eine Zahl von 5 bis 10 bedeutet.
3. 3. VerD1nelungetl nach den Ansprlichen 1 und 2, dadurch R1 und R2 gekennzeichnet, daß R und R Methylgruppen sind.
4. 4. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R4 ein Rest wie R1 oder R ist und im Rest R3 n eine Zahl von 11 bis 15 und m die Zahl 2 bedeuten.
5. 5. Verbindungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß n die Zahl 14 oder 15 bedeutet.
6. 6. Verbindungen nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß R1 , R2 und R4 Methylgruppen sind.
7. 7. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Guerbet-Fettsäure in stöchiometrischem Verhältnis mit Alkyldialkanolamin oder Dialkylalkanolamin der Formel IV.

   in der R1 die in Anspruch 1 definierte Bedeutung hat und R5 entweder gleich R1 oder eine Hydroxyalkylgruppe mit endständiger Hydroxylgruppe und mit m Kohlenstoffatomen ist, wobei m die oben genannte Bedeutung hat, verestert, wobei man die Veresterung bei Temperaturen von 150 bis 250 "C, insbesondere bei ca. 200 "C, vorzugsweise unter Inertgasatmosphäre, unter Wasserabscheidung bis zur vollständigen Veresterung umsetzt und das Veresterungsprodukt bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem Druck quaterniert.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Quaternierung bei 3 bis 20 bar und bei 80 bis 150 "C vornimmt.
9. 9. Verwendung der Verbindungen der Ansprüche 1 bis 6 als Konditioniermittel für synthetische und natürliche Fasern und daraus hergestellte Gebilde, insbesondere als Textilweichmacher.