DE4003658A1

DE4003658A1 - Verfahren zur herstellung von nichtionischen oberflaechenaktiven verbindungen

Info

Publication number: DE4003658A1
Application number: DE19904003658
Authority: DE
Inventors: Ansgar Dr Behler; Uwe Dr Ploog; Helmut Dr Endres; H-Christian Dr Raths; Almud Folge
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1991-08-08
Also published as: WO1991012220A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nichtio nischen oberflächenaktiven Verbindungen durch Alkoxylierung von Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen in Gegenwart schwer löslicher Erdalkaliphosphate.

Anlagerungsprodukte von Ethylen- und/oder Propylenoxid an primäre Alkohole, sogenannte "Alkoholalkoxylate", besitzen als nichtioni sche Tenside infolge ihrer ausgezeichneten Detergenseigenschaften und ihrer hohen Kaltwasserlöslichkeit große Bedeutung für die Herstellung von Wasch-, Spül- und Reinigungsmitteln. Im Verlauf der Alkoxylierung, die in der Regel in Gegenwart von leicht lös lichen Alkalihydroxiden oder -alkoholaten durchgeführt wird, kommt es jedoch nicht zu einer selektiven Anlagerung einer diskreten Anzahl von Ethylen- und/oder Propylenoxideinheiten an jeweils ein Molekül des Alkohols, die Reaktion folgt vielmehr statistischen Gesetzen und führt zu einem Gemisch homologer Additionsprodukte, deren Alkoxylierungsgrade ein breites Spektrum umfassen.

Aus J.Am.Oil.Chem.Soc. 63, 691 (1986) und HAPPI 52 (1986) ist be kannt, daß die Verteilung der Alkoxylierungsgrade im Gemisch der Alkoholalkoxylate, die sogenannte "Homologenverteilung", die Ei genschaften der erhaltenen Additionsprodukte maßgeblich beeinflußt. Dabei wurde gefunden, daß Produkte mit "eingeengter" Homologenverteilung, sogenannte "narrow-range alkoxylates", Vor teile gegenüber vergleichbaren Produkten mit "breiter" Homologen verteilung aufweisen, so z. B.:

- niedrigere Fließpunkte,
- höhere Rauchpunkte,
- geringere Anzahl von Molen Alkylenoxid zum Erreichen der Wasser löslichkeit,
- geringere Anteile an nichtumgesetzten Alkohol und damit verbun den, eine verminderte Geruchsbelastung sowie
- Reduzierung des Plumings beim Sprühtrocknen von Alkoholalkoxy lat-enthaltenden Waschmittelslurries.

In der Vergangenheit hat es nicht an Versuchen gemangelt, durch Variation des Alkoxylierungskatalysators, Anlagerungsprodukte von Ethylen- und/oder Propylenoxid an primäre Alkohole herzustellen, die eine eingeengte Homologenverteilung aufweisen und über das geschilderte Eigenschaftsprofil verfügen.

So sind aus den Patentanmeldungen EP-A-0 06 105 und EP-A-0 33 760 Verfahren bekannt, die dieses Ziel unter Verwendung von Erdalka limetalloxiden und -hydroxiden erreichen. Gemäß der Lehre der EP-B-0 92 256 und EP-B-1 15 084 lassen sich auch Erdalkalimetall alkoxide und -phenoxide in Kombination mit Phosphorsäure sowie gemäß der Patentschrift US 47 21 817 Aluminiumalkoholate bzw. - phenolate in Verbindung mit phosphorhaltigen Säuren als Katalysa toren zur Herstellung von Alkoxylierungsprodukten mit eingeengter Homologenverteilung verwenden. Alle genannten Katalysatorsysteme sind jedoch homogen, d. h. im Reaktionsgemisch vollständig löslich und können daher die anwendungstechnischen Eigenschaften der Alkoxylierungsprodukte negativ beeinflußen, da ihre Abtrennung aus dem Reaktionsgemisch technisch aufwendig ist.

Man hat versucht, dieses Problem durch Verwendung heterogener, im Reaktionsgemisch schwerlöslicher Katalysatorsysteme, wie z. B. Hydrotalcit (DE-A-38 43 713), Magnesium-/Aluminiumsalze (DE-A-38 33 076), Zirkoniumoxysulfat (US 47 27 199) oder Kombinationen aus Calciumsalzen, Aluminiumtrialkoxiden und anorganischen Säuren (US 47 75 653) zu lösen, doch bereiten diese Systeme infolge ihrer Feinteiligkeit Probleme bei der Abtrennung, lassen sich nur mit hohem technischen Aufwand handhaben oder führen zu Alkoxylie rungsprodukten, deren Homologenverteilung keine ausreichende Ein engung erkennen läßt.

Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von nichtionischen oberflächenaktiven Verbindungen zu entwickeln, das frei von den geschilderten Nachteilen ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von nichtionischen oberflächenaktiven Verbindungen durch Alkoxylierung von Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch schwerlöslichen Erdalkalisalzen, bei dem man als Alkoxylierungskatalysatoren Erdalkaliphosphate verwendet und diese nach Beendigung der Alkoxylierung durch Filtration abtrennt.

Unter Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen im Sinne der Er findung sind z. B. Fettsäuren, Hydroxyfettsäuren, Alkylphenole, Polyglycole, Fettamine, Fettsäurealkanolamide, vicinale hy droxy,alkoxy-substituierte Alkane, sekundäre Alkohole, insbeson dere aber Fettalkohole zu verstehen.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung werden nicht ionische oberflächenaktive Verbindungen der Formel (I) herge stellt,

in der R¹ für lineare oder verzweigte aliphatische oder cycloali phatische Kohlenwasserstoffreste mit 6 bis 44 Kohlenstoffatomen und 0, 1, 2 oder 3 Doppelbindungen, R² für Wasserstoff oder eine Methylgruppe und n für ganze oder gebrochene Zahlen von 1 bis 20 stehen. Dabei geht man von primären Alkoholen der Formel (II) aus,

R¹-OH (II)

in der R¹ die oben angegebene Bedeutung hat. Als typische Bei spiele für primäre Alkohole mit linearem Kohlenwasserstoffrest kommen Capronalkohol, Caprylalkohol, Caprinalkohol, Cetylalkohol, Stearylalkohol, Oleylalkohol, Elaidylalkohol, Petroselinylalkohol, Linolylalkohol, Linolenylalkohol, Behenylalkohol oder Erucylalko hol in Betracht. Nichtionische oberflächenaktive Verbindungen mit besonders vorteilhaften Detergenseigenschaften werden erhalten, wenn man von linearen, gesättigten primären Alkoholen ausgeht, die 12 bis 14 Kohlenstoffatome enthalten. Aus diesem Grund ist die Verwendung von Myristyl- und Laurylalkohol bevorzugt.

Wie in der Fettchemie üblich, können diese Alkohole auch in Form technischer Gemische vorliegen, wie sie z. B. durch Hochdruckhy drierung von Fettsäuremethylesterschnitten pflanzlicher oder tierischer Herkunft oder durch Hydrierung von technischen Aldehyd fraktionen aus der Roelen′schen Oxosynthese zugänglich sind.

Als typische Beispiele für primäre Alkohole mit verzweigtem Kohlenwasserstoffrest kommen Guerbetalkohole in Betracht, die durch Oxidation primärer Alkohole zu den entsprechenden Aldehyden, nachfolgende Aldolkondensation, Dehydrierung des entstandenen Aldols und abschließende Hydrierung des gebildeten Allylaldehyds zugänglich sind (Soap.Cosm.Chem.Spec., 52 (1987)). Nichtionische oberflächenaktive Verbindungen mit besonders vorteilhaften Deter genseigenschaften werden erhalten, wenn man von Guerbetalkoholen mit 16 bis 36 Kohlenstoffatomen ausgeht. Aus diesem Grund ist die Verwendung von 2-Octyl-dodecanol-1 bevorzugt.

Unter Erdalkaliphosphaten sind die Magnesium-, Calcium- Strontium- und Bariumsalze der Phosphorsäure zu verstehen, die man z. B. durch Erhitzen von kristallwasserhaltigen Erdalkalimetallhaloge niden mit 85 gew.-%iger Phosphorsäure erhält. Da Strontiumphosphat in der Alkoxylierung eine besonders deutliche Einengung der Homologenverteilung bewirkt und anschließend durch Filtration problemlos abgetrennt werden kann, ist seine Verwendung bevorzugt.

Die Alkoxylierung von Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen wird in Gegenwart von 0,1 bis 5 Gew.-% eines Erdalkaliphosphats, bezogen auf das Endprodukt der Alkoxylierung, durchgeführt. Zur Erzielung einer optimalen Reaktionsgeschwindigkeit empfiehlt es sich, Katalysatorkonzentrationen von mindestens 0,4 Gew.-% zu wählen, während Einsatzmengen von mehr als 2 Gew.-% in der Regel keinen erhöhten Einfluß auf Reaktionsgeschwindigkeit und die Homologenverteilung haben.

Die Alkoxylierung wird bei Temperaturen von 120 bis 220°C und Drücken von 1 bis 5 bar durchgeführt. Zur Erzielung einer optima len Reaktionsgeschwindigkeit empfiehlt es sich, bei Temperaturen von mindestens 160°C zu arbeiten. Temperaturen oberhalb von 200°C können die Reaktionsprodukte thermisch stark belasten und gegebe nenfalls zu unerwünschten Verfärbungen und Zersetzungen Anlaß ge ben.

Die Alkoxylierung kann mit Ethylen- oder Propylenoxid sowie mit Gemischen beider (in Random- oder Blockverteilung) durchgeführt werden, wobei ein Mol des primären Alkohols mit durchschnittlich 1 bis 20 Mol des Alkylenoxids umgesetzt wird. Da die Alkoxylierung einem statistischen Verlauf unterliegt, gibt die Indexzahl n in Formel (I) den durchschnittlichen Alkoxylierungsgrad an und kann somit ganzzahlige oder gebrochene Werte - auch kleiner 1 - anneh men.

Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern, wobei auf Abbildungen Bezug genommen wird. Die Abbil dungen zeigen die gemäß den Beispielen erzielten Homologenvertei lungen im Vergleich zu den bei der Verwendung von Natriummethylat erzielbaren.

Beispiele I. Herstellung von Strontiumphosphat

79,7 g (0,3 Mol) Strontiumhydroxid-octahydrat wurden in 100 ml Wasser auf 90°C erhitzt und mit 24,2 g (0,2 Mol) 85 gew.-%iger Phosphorsäure versetzt. Das Wasser wurde abdestilliert und der kristalline Rückstand bei 120°C im Vakuum getrocknet. Eine 1 gew.-%ige Suspension des hergestellten Strontiumphospahts in Was ser zeigte einen pH-Wert von 12,6.

II. Alkoxylierungen Beispiel 1

Dodecanol + 2 Mol Ethylenoxid. 6 g Strontiumphosphat wurden in 407,3 g (2,19 Mol) Dodecanol (Lorol® C12, Hydroxylzahl 298, Fa.Henkel) gelöst und in einen Autoklaven überführt. Es wurde mit Stickstoff gespült und 30 min bei 0°C evakuiert. Anschließend wurden bei 180°C und einem Druck von max. 5 bar 192,7 g (4,38 Mol) Ethylenoxid innerhalb von 90 min portionsweise aufgedrückt. Nach Beendigung der Ethylenoxidzugabe ließ man 30 min nachreagieren. Der Katalysator wurde über eine Nutsche abfiltriert. Die Ausbeute betrug 601 g. Das Produkt besaß eine Hydroxylzahl von 207 (Hydro xylzahl berechnet : 204,7). Die Homologenverteilung ist Abb. 1 zu entnehmen.

Beispiel 2

Dodecanol + 6 Mol Ethylenoxid. Beispiel 1 wurde mit 330,7 g (1,78 Mol) Dodecanol (Lorol(® C12, Hydroxylzahl 298, Fa.Henkel), 6,0 g Strontiumphosphat und 469,3 g (10,67 Mol) Ethylenoxid wiederholt. Die Reaktionszeit betrug 180 min, nach Filtration des Katalysators wurden 789 g Produkt erhalten. Das Produkt besaß eine Hydroxylzahl von 128 (Hydroxylzahl berechnet: 125). Die Homologenverteilung ist Abb. 2 zu entnehmen.

Beispiel 3

2-Octyl-dodecanol + 2 Mol Ethylenoxid. Beispiel 1 wurde mit 469,5 g (1,48 Mol) 2-Octyl-dodecanol (Eutanol® G, Fa.Henkel) 6 g Strontiumphosphat und 130,5 g (2,97 Mol) Ethylenoxid wiederholt. Die Reaktionszeit betrug 180 min, nach Filtration des Katalysators wurden 550 g Produkt erhalten. Das Produkt besaß eine Hydroxylzahl von 135 (Hydroxylzahl berechnet: 136). Die Homologenverteilung ist Abb. 3 zu entnehmen.

Beispiel 4

Dodecanol + 2 Mol Propylenoxid. Beispiel 1 wurde mit 245,3 g (4,38 Mol) Propylenglycol wiederholt. Die Reaktionszeit betrug 180 min, nach Filtration des Katalysators wurden 595 g Produkt erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von nichtionischen oberflächenakti ven Verbindungen durch Alkoxylierung von Verbindungen mit ak tiven Wasserstoffatomen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch schwerlöslichen Erdalkalisalzen, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkoxylierungskatalysatoren Erdalkaliphosphate verwen det und diese nach Beendigung der Alkoxylierung durch Filtra tion abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen primäre Alkohole darstellen.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoxylierung mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid durchgeführt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkoxylierungskatalysator Stronti umphosphat verwendet.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtionischen oberflächenaktiven Ver bindungen der Formel (I) folgen, in der R¹ für einen linearen oder verzweigten aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 44 Kohlenstoffatomen und 0, 1, 2 oder 3 Doppelbindungen, R² für Wasserstoff oder eine Methylgruppe und n für ganze oder ge brochene Zahlen von 1 bis 20 stehen.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ für einen linearen, gesättigten, ali phatischen Kohlenwasserstoffrest mit 12 bis 14 Kohlenstoff atomen steht.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ für einen verzweigten, gesättigten ali phatischen Kohlenwasserstoffrest mit 16 bis 36 Kohlenstoff atomen steht.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoxylierung bei Temperaturen von 120 bis 220°C und Drücken von 1 bis 5 bar durchgeführt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoxylierung in Gegenwart von 0,1 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf das Endprodukt der Alkoxylierung, des Erdalkaliphosphates durchgeführt wird.