DE3719968A1 - Use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids as catalysts for alkoxylation - Google Patents

Use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids as catalysts for alkoxylation

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Abstract

The use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the general formula I <IMAGE> in which R is C1 to C22 alkyl, C3 to C22 alkenyl, phenyl, alkylphenyl having 1 to 3 C1 to C15 alkyl radicals, benzyl or phenylethyl, M is Ca or Ba, M = 2-20, m = 2 and/or 3 and x = 2 and R is a group of the formula -CH2-COO<->, x = 1 and M, m and n are defined as above, as catalysts for the ethoxylation or propoxylation of compounds containing active H atoms offers advantages as a result of the solubility of the catalysts in the reaction medium and gives a narrow homolog distribution of the polyalkoxylation products.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Erdalkalisalzen von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel IThe invention relates to the use of alkaline earth metal salts of Ether carboxylic acids of the general formula I

[RO-(C m H2m O) n -CH₂-COO-] x M2+ (I)[RO- (C m H 2 m O) n -CH₂-COO - ] x M 2+ (I)

in der
Rein Rest aus der von C₁ bis C₂₂-Alkyl, C₃- bis C₂₂-Alkenyl, Phenyl, Alkylphenyl mit 1 bis 3 C₁- bis C₁₅-Alkylresten, Benzyl und Phenylethyl gebildeten Gruppe, Mein Erdalkalimetall aus der von Ca und Ba gebildeten Gruppe, mdie Zahl 2 und/oder 3 und ndie Zahl 1 bis 20 und xdie Zahl 2 oder Reine Gruppe der Formel -CH₂-COO- xdie Zahl 1 und M, m und n wie oben definiert sind,
in the
Pure residue from the group formed by C₁ to C₂₂ alkyl, C₃ to C₂₂ alkenyl, phenyl, alkylphenyl with 1 to 3 C₁ to C₁- alkyl groups, benzyl and phenylethyl, my alkaline earth metal from the group formed by Ca and Ba, m the number 2 and / or 3 and n the number 1 to 20 and x the number 2 or pure group of the formula -CH₂-COO - x the number 1 and M, m and n are as defined above,

als Katalysatoren für die Ethoxylierung bzw. Propoxylierung von Verbindungen mit aktiven H-Atomen.as catalysts for ethoxylation or propoxylation of compounds with active H atoms.

Unter Verbindungen mit aktiven H-Atomen sind z. B. Fettalkohole, Fettsäuren und Amine zu verstehen, die bei der Ethoxylierung bzw. Propoxylierung nicht-ionische Detergentien bilden. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Umsetzung von Fettalkoholen mit üblicherweise 10 bis 18 Kohlenstoffatomen mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid in Gegenwart von Katalysatoren, wobei die Fettalkohole mit mehreren Molekülen Ethylenoxid und/oder Propylenoxid reagieren.Among compounds with active H atoms z. B. fatty alcohols, To understand fatty acids and amines involved in ethoxylation or propoxylation form non-ionic detergents. A typical example of this is the implementation of fatty alcohols with usually 10 to 18 carbon atoms with ethylene oxide and / or propylene oxide in the presence of catalysts, where the fatty alcohols with several molecules of ethylene oxide and / or propylene oxide react.

Als Katalysatoren für die vorgenannte Polyalkoxylierung sind hierfür u. a. die folgenden eingesetzt worden:
Calcium- und Strontiumhydroxide, -alkoxide und phenoxide (EP-A 00 92 256),
Calciumalkoxide (EP-A 00 91 146),
Bariumhydroxid (EP-B 01 15 083),
basische Magnesiumverbindungen, z. B. Alkoxide (EP-A 00 82 569),
Magnesium- und Calciumfettsäuresalze (EP-A 0 85 167).
The following have been used as catalysts for the aforementioned polyalkoxylation:
Calcium and strontium hydroxides, alkoxides and phenoxides (EP-A 00 92 256),
Calcium alkoxides (EP-A 00 91 146),
Barium hydroxide (EP-B 01 15 083),
basic magnesium compounds, e.g. B. alkoxides (EP-A 00 82 569),
Magnesium and calcium fatty acid salts (EP-A 0 85 167).

Die vorgenannten Katalysatoren weisen u. a. den Nachteil auf, daß sie schlecht in das Reaktionssystem einarbeitbar und/oder schwierig herstellbar sind.The aforementioned catalysts have u. a. the disadvantage that they are difficult to incorporate into the reaction system and / or are difficult to manufacture.

Gebräuchliche Polyalkoxylierungskatalysatoren sind weiterhin Kaliumhydroxid und Natriummethylat.Common polyalkoxylation catalysts are still Potassium hydroxide and sodium methylate.

Für Fettalkoholpolyalkoxylate ist eine enge Bandbreite des Polyalkoxylierungsgrades von besonderer Bedeutung, vgl. JAOCS, Vol. 63, 691-695 (1986), und HAPPI, 52-54 (1986). Die sogenannten "narrow-range"-Alkoxylate weisen demnach insbesondere die folgenden Vorteile auf:For fatty alcohol polyalkoxylates, there is a narrow range of Degree of polyalkoxylation of particular importance, cf. JAOCS, Vol. 63, 691-695 (1986) and HAPPI, 52-54 (1986). The so-called "Narrow-range" alkoxylates accordingly have in particular the following benefits:

  • - niedrige Fließpunkte,- low pour points,
  • - höhere Rauchpunkte,- higher smoke points,
  • - weniger Mole Alkoxid zum Erreichen der Wasserlöslichkeit,- fewer moles of alkoxide to achieve water solubility,
  • - weniger Hydrotope für das Einbringen in flüssige Universalwaschmittel,- fewer hydrotopes for incorporation in liquid universal detergents,
  • - ein geringerer, durch Anwesenheit freier (nicht umgesetzter) Fettalkohole bedingter Geruch),- less, due to the presence of free (not implemented) Smell caused by fatty alcohols),
  • - Reduzierung des Plumings beim Sprühtrocknen von Waschmittelslurries, die Fettalkoholpolyalkoxylat-Tenside enthalten.- Reduction of plumings when spray drying detergent slurries, which contain fatty alcohol polyalkoxylate surfactants.

Die Bandbreite bzw. Homologenverteilung der Fettalkoholpolyalkoxylate hängt wesentlich von der Art des verwendeten Katalysators ab. Als Maß für die Homologenverteilung gilt der sogenannte Q-Wert gemäß der BeziehungThe range or homolog distribution of the fatty alcohol polyalkoxylates depends essentially on the type of catalyst used. The measure of the homolog distribution is the so-called Q value according to the relationship

Q = · P ² Q =  ·P ²

in der die durchschnittliche Adduktzahl (mittlerer Ethoxylierungsgrad) und p den Prozentsatz des Adduktes mit bestimmten EO-Grad, das überwiegend gebildet wird, bedeuten. Ein großer Q-Wert bedeutet somit eine enge Bandbreite der Homologenverteilung.in the  the average adduct number (average degree of ethoxylation) andp the percentage of the adduct with certain EO degree, which is predominantly formed. A greaterQ-Value thus means a narrow range of homolog distribution.

Die den erfindungsgemäß zu verwendenden Erdalkalisalzen zugrunde liegenden Ethercarbonsäuren sind bekannte Verbindungen, die im Handel erhältlich sind und z. B. nach der DE-AS 24 18 444 hergestellt werden können. Die Alkali- und Erdalkalisalze dieser Ethercarbonsäuren sind als solche ebenfalls bekannt und sind als hautschonende, gut schäumende Tenside eingesetzt worden, z. B. Körperpflegemitteln (JP 86/21 199), in kosmetischen und pharmazeutischen Formulierungen (DE 35 21 505, JP 82/202 391), in Reinigungsformulierungen (JP 85/185 298, BE 8 88 761) sowie als geschmacklose Tenside in Zahncremes (US 41 30 636, GB 15 26 379), weiterhin in Polstermöbel-Shampoos (DE 21 55 004) sowie als Tenside in der tertiären Erdölförderung (DE 33 07 712, EP 73 894, EP 47 370).The basis of the alkaline earth metal salts to be used according to the invention lying ether carboxylic acids are known compounds, which are commercially available and e.g. B. according to DE-AS 24 18 444 can be produced. The alkali and alkaline earth salts these ether carboxylic acids are also known as such and have been used as skin-friendly, good foaming surfactants, e.g. B. personal care products (JP 86/21 199), in cosmetic and pharmaceutical formulations (DE 35 21 505, JP 82/202 391), in cleaning formulations (JP 85/185 298, BE 8 88 761) and as tasteless surfactants in toothpastes (US 41 30 636, GB 15 26 379), also in upholstered shampoos (DE 21 55 004) and as surfactants in tertiary oil production (DE 33 07 712, EP 73 894, EP 47 370).

Es wurde nun gefunden, daß man unter erfindungsgemäßer Verwendung der Erdalkalisalze von Ethercarbonsäuren der obigen Formel I ebenfalls zu polyethoxylierten bzw. polypropoxylierten Fettalkoholen mit hohem Q-Wert kommt. Gegenüber den vorbekannten Katalysatoren weisen die erfindungsgemäß zu verwendenden Erdalkalisalze den Vorteil auf, daß sie kurze Reaktionszeiten ermöglichen und infolge ihrer Alkohollöslichkeit im Reaktionssystem, anders als z. B. Erdalkalisalze gemäß dem Stand der Technik, löslich sind. It has now been found that using the alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the above formula I according to the invention also leads to polyethoxylated or polypropoxylated fatty alcohols with a high Q value. Compared to the previously known catalysts, the alkaline earth metal salts to be used according to the invention have the advantage that they enable short reaction times and, owing to their alcohol solubility in the reaction system, unlike e.g. B. alkaline earth metal salts according to the prior art, are soluble.

Die den erfindungsgemäß zu verwendenden Erdalkalisalzen zugrunde liegenden Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel I leiten sich formal ab von einer polyalkoxylierten α-Hydroxyessigsäure, wobei die Polyalkoxylgruppen von Ethylenoxid oder Propylenoxid oder von Ethylenoxid und Propylenoxid in random- oder Block-Verteilung gebildet sind; im Falle der Bildung mit Propylenoxid läßt sich die Position der Methylgruppen nicht genau angeben. Bevorzugt werden Ethercarbonsäuren, deren Polyalkoxykette ausschließlich von Ethylenoxid gebildet ist (m = 2). Die freie Hydroxylgruppe der Polyalkoxykette ist mit einem Alkohol oder Phenol der Formel ROH verethert, wobei der Rest R aus der von geradkettigem oder verzweigtem C₁- bis C₂₂-Alkyl, geradkettigem oder verzweigtem C₃- bis C₂₂-Alkenyl, Phenyl, Alkylphenyl mit 1 bis 3 C₁- bis C₁₅-Alkylresten, Benzyl und Phenylethyl gebildeten Gruppe ausgewählt ist. Bevorzugt sind Erdalkalisalze von Ethercarbonsäuren, bei denen die die Gruppe R eine C₁-C₈-Alkylgruppe ist, weil diese Verbindungen in Methanol löslich sind. Die höher alkylierten Derivate sind lediglich in höheren Alkoholen als Methanol löslich, können jedoch ohne weiteres auch als Alkoxylierungskatalysatoren im Sinne der Erfindung eingesetzt werden.The ether carboxylic acids of the general formula I on which the alkaline earth metal salts to be used according to the invention are based are formally derived from a polyalkoxylated α- hydroxyacetic acid, the polyalkoxyl groups being formed from ethylene oxide or propylene oxide or from ethylene oxide and propylene oxide in random or block distribution; in the case of formation with propylene oxide, the position of the methyl groups cannot be specified precisely. Preference is given to ether carboxylic acids whose polyalkoxy chain is formed exclusively from ethylene oxide ( m = 2). The free hydroxyl group of the polyalkoxy chain is etherified with an alcohol or phenol of the formula ROH, the radical R consisting of from straight-chain or branched C₁ to C₂₂ alkyl, straight-chain or branched C₃ to C₂₂ alkenyl, phenyl, alkylphenyl with 1 to 3 C₁ to C₁₅ alkyl radicals, benzyl and phenylethyl group is selected. Alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids are preferred, in which the group R is a C₁-C₈-alkyl group, because these compounds are soluble in methanol. The more alkylated derivatives are only soluble in alcohols higher than methanol, but can also be used as alkoxylation catalysts within the meaning of the invention.

Bevorzugt ist weiterhin die Verwendung von Erdalkalisalzen von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel 1, in der n eine Zahl von 1 bis 12 bedeutet; Verbindungen, in denen n größer als 20 wird, sind weniger interessant, weil ihre katalytische Aktivität sich vom Optimum entfernt.Preference is furthermore given to the use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the general formula 1, in which n denotes a number from 1 to 12; Compounds in which n becomes greater than 20 are less interesting because their catalytic activity moves away from the optimum.

Die zur Verwendung im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Calcium- und Bariumseifen können nach den für die Herstellung von Erdalkaliseifen von Carbonsäuren bekannten Verfahren erhalten werden. The intended for use in the invention Calcium and barium soaps can be used for making Processes known from alkaline earth soaps from carboxylic acids be preserved.  

Erfindungsgemäß werden die Erdalkalisalze von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel I als Katalysatoren in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Endprodukt der Ethoxylierung bzw. Propoxylierung, eingesetzt. According to the invention, the alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the general formula I as catalysts in an amount from 0.1 to 2% by weight, based on the end product of the ethoxylation or propoxylation.  

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments explained in more detail.

A. Allgemeine Herstellungsvorschrift für Barium- bzw. Calciumsalze von Erdalkalisalzen von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel IA. General manufacturing instructions for barium or calcium salts of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the general formula I

Die Ethercarbonsäuren wurden in einem Gemisch von Wasser, Ethanol und Isopropanol (3 : 2 : 1) gelöst bzw. aufgeschlämmt und bei 90°C mit äquimolaren Mengen Barium- bzw. Calciumacetat (Menge berechnet über die Säurezahl) umgesetzt. Die freiwerdende Essigsäure wurde mit dem Lösemittel abdestilliert.The ether carboxylic acids were in a mixture of water, Ethanol and isopropanol (3: 2: 1) dissolved or slurried and at 90 ° C with equimolar amounts of barium or calcium acetate (amount calculated from the acid number) implemented. The released acetic acid was with the Distilled off solvent.

Es wurden die in der folgenden Tabelle I zusammengefaßten Katalysatoren hergestellt. There were summarized in Table I below Catalysts made.  

Tabelle I Table I

Hergestellte Katalysatoren der allgemeinen Formel I Manufactured catalysts of the general formula I.

Tabelle II Table II

Ethoxylierung eines handelsüblichen Laurylalkohols (Lorol®C₁₂) unter erfindungsgemäßer Verwendung von Katalysatoren der Formel I Ethoxylation of a commercially available lauryl alcohol (Lorol®C₁₂) using catalysts of the formula I according to the invention

B. Ethoxylierung mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren der allgemeinen Formel IB. ethoxylation with those to be used according to the invention Catalysts of the general formula I

Der Katalysator wurde in der zu ethoxylierenden Substanz gelöst. Die Lösung wurde in einen für die Alkoxylierung geeigneten Autoklaven überführt. Es wurde mit Stickstoff gespült und 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 100°C evakuiert. Anschließend wurde die Temperatur auf 180°C gesteigert; die gewünschte Menge Ethylenoxid wurde bei einem Druck von 5 bar aufgedrückt. Nach Beendigung der Reaktion ließ man 30 Minuten nachreagieren.The catalyst was in the substance to be ethoxylated solved. The solution was put in one for alkoxylation transferred to an appropriate autoclave. It was made with nitrogen rinsed and for 30 minutes at a temperature of 100 ° C evacuated. Then the temperature was up Increased 180 ° C; the desired amount of ethylene oxide pressed on at a pressure of 5 bar. After completion the reaction was left to react for 30 minutes.

Die nach dieser Arbeitsvorschrift mit den erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren bei der Ethoxylierung eines handelsüblichen Laurylalkohols (Lorol®C₁₂) erhaltenen Ergebnisses sind in der Tabelle II zusammengefaßt. Es bedeutenThe according to this working procedure with the invention catalysts used in the ethoxylation of a commercially available lauryl alcohol (Lorol®C₁₂) obtained Results are summarized in Table II. It mean

Qder obengenannte Q-Wert OH-Zahl, ist/sollOH-Zahlen der als Endprodukt erhaltenen polyethoxylierten Laurylalkohole, Kat.-%Katalysatorkonzentration, bezogen auf das Endprodukt, FFAGehalt des Endproduktes an freien Fettalkoholen in Flächen-% (GC-Analyse), tReaktionszeit der Polyethoxylierung. Q the abovementioned Q value OH number, is / should OH numbers of the polyethoxylated lauryl alcohols obtained as the end product, cat.% Catalyst concentration, based on the end product, FFA content of the end product of free fatty alcohols in area% (GC analysis), t Response time of the polyethoxylation.

In Tabelle III sind die Ergebnisse von Vergleichsversuchen mit bekannten Katalysatoren zusammengefaßt. Es wird ebenfalls ein handelsüblicher Laurylalkohol polyethoxyliert. Der Vergleich zeigt, daß die Verbindungen der Erfindung bessere Homologenverteilungen (größere Q-Werte) als Kaliumhydroxid, Natriummethylat und Calciumhydroxid ergeben. Sie liefern weiterhin ähnlich gute Ergebnisse wie Bariumhydroxid, Calciumoleat und Calciumstearat, sind im Gegensatz zu diesen jedoch in dem Reaktionsgemisch löslich. Calciumethylat, das ebenfalls ähnlich gute Ergebnisse liefert, ist wesentlich schwerer herzustellen und nur unter Schwierigkeiten handhabbar. The results of comparative experiments with known catalysts are summarized in Table III. A commercially available lauryl alcohol is also polyethoxylated. The comparison shows that the compounds of the invention give better homolog distributions (larger Q values) than potassium hydroxide, sodium methylate and calcium hydroxide. They continue to give results similar to those of barium hydroxide, calcium oleate and calcium stearate, but, in contrast to these, are soluble in the reaction mixture. Calcium ethylate, which also gives similarly good results, is much more difficult to produce and can only be handled with difficulty.

Tabelle III Table III

Ethoxylierung eines handelsüblichen Laurylalkohols (Lorol®C₁₂) unter Verwendung bekannter Katalysatoren Ethoxylation of a commercially available lauryl alcohol (Lorol®C₁₂) using known catalysts

Claims (5)

1. Verwendung von Erdalkalisalzen von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel I [RO-(C m H2m O) n -CH₂-COO-] x M2+ (I)in derRein Rest aus der von C₁ bis C₂₂-Alkyl, C₃- bis C₂₂-Alkenyl, Phenyl, Alkylphenyl mit 1 bis 3 C₁- bis C₁₅-Alkylresten, Benzyl und Phenylethyl gebildeten Gruppe, Mein Erdalkalimetall aus der von Ca und Ba gebildeten Gruppe, mdie Zahl 2 und/oder 3 und ndie Zahl 1 bis 20 und xdie Zahl 2 oder Reine Gruppe der Formel -CH₂-COO- xdie Zahl 1 und M, m und n wie oben definiert sind,als Katalysatoren für die Ethoxylierung bzw. Propoxylierung von Verbindungen mit aktiven H-Atomen.1. Use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the general formula I [RO- (C m H 2 m O) n -CH₂-COO - ] x M 2+ (I) in the pure residue from that of C₁ to C₂₂-alkyl, C₃- to C₂₂-alkenyl, phenyl, alkylphenyl with 1 to 3 C₁- to C₁ Alkyl-alkyl radicals, benzyl and phenylethyl group, my alkaline earth metal from the group formed by Ca and Ba, m the number 2 and / or 3 and n the number 1 to 20 and x the number 2 or pure group of the formula -CH₂-COO - x the number 1 and M, m and n are as defined above, as catalysts for the ethoxylation or propoxylation of compounds with active H atoms. 2. Verwendung von Erdalkalisalzen von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel I nach Anspruch 1, in der
m die Zahl 2 ist sowie R, M, n und x wie oben definiert sind.
2. Use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the general formula I according to claim 1, in which
m is the number 2 and R, M, n and x are as defined above.
3. Verwendung von Erdalkalisalzen von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel I nach Anspruch 1, in der R ein Rest aus der von C₁- bis C₈-Alkyl gebildeten Gruppe ist.3. Use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids general formula I according to claim 1, in which R is a radical is the group formed by C₁ to C₈ alkyl. 4. Verwendung von Erdalkalisalzen von Ethercarbonsäuren der allgemeinen Formel I nach Anspruch 1, in der n eine Zahl von 1 bis 12 bedeutet.4. Use of alkaline earth metal salts of ether carboxylic acids of the general formula I according to claim 1, in which n is a number from 1 to 12. 5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Katalysatoren in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Endprodukt der Ethoxylierung bzw. Propoxylierung, einsetzt.5. Use according to one of claims 1 to 4, characterized in that the catalysts in an amount of 0.1 to 2 wt .-%, based on the end product of the ethoxylation or propoxylation.
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US5034159A (en) * 1988-05-21 1991-07-23 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Aqueous surfactant solutions thickened with an adduct of ethylene oxide or propylene oxide and a C8 -C22 fatty alcohol

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