DE4040887C2

DE4040887C2 - Verfahren zur Herstellung fließfähiger wäßriger Dispersionen von Betainen

Info

Publication number: DE4040887C2
Application number: DE4040887A
Authority: DE
Inventors: Volkbert Dr Bade
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: EP0492228A1; US5239095A; EP0492228B1; ES2070406T3; DE59105110D1; DE4040887A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fließfähiger wäß riger Dispersionen, welche 10 bis 30 Gew.-% Betaine der allgemeinen Formel

enthalten,
R¹ geradkettiger Alkylrest oder der Rest R⁴CONH(CH₂)_x-, wobei R⁴CO ein von einer gesättigten geradkettigen Fettsäure abgeleiteter Acylrest und x = 2 oder 3 ist,
R², R³ gleich oder verschieden und jeweils ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
y 1, 2 oder 3,
durch Quaternierung eines tertiären Amins der allgemeinen Formel

R¹-NR²R³

mit ω-Halogenalkylcarbonsäuren X(CH₂)_yCOOY oder deren Salzen (X = Halogenrest, Y = Wasserstoff-, Alkali- oder Ammoniumion) in wäß riger oder wäßrig-alkoholischer Lösung bei erhöhten Temperaturen, wo bei dem Reaktionsgemisch vor der Quaternierungsreaktion anionische Tenside zugesetzt werden.

Betaine der vorgenannten Formel, bei denen R¹ ein Alkylrest mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder deren Rest R⁴CO der Acylrest einer Fettsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen ist, haben in den vergangenen Jahren zunehmende Bedeutung zur Herstellung von Körperreinigungsmit teln erlangt. Sie verbinden ausgezeichnete Reinigungseigenschaften mit guter Hautverträglichkeit. Die Betaine bilden in wäßriger Lösung einen stabilen dichten Schaum aus, der auch in Gegenwart von Seife nicht zu sammenfällt.

Die Herstellung der Betaine ist in vielen Patentschriften beschrieben, von denen die US-PS 3 225 074 stellvertretend genannt wird. Im allge meinen setzt man dabei das entsprechende tertiäre Amin der allgemei nen Formel II mit dem Alkalisalz einer ω-Halogencarbonsäure, in der Regel dem Natriumsalz der Chloressigsäure, um. Die Reaktion verläuft vorzugsweise in wäßrigem Medium. Das bei der Reaktion entstandene Al kalichlorid verbleibt in der Lösung und wird nicht entfernt.

Die Betaine des Standes der Technik werden meist in Form ihrer 30 gew.-%igen wäßrigen Lösungen in den Handel gebracht. Dabei handelt es sich im wesentlichen um Betaine, die durch Quaternierung von Fett alkyldialkylaminen oder Fettsäureamidaminen erhalten worden sind, de ren Fettalkyl- bzw. Fettsäurerest im Mittel 12 bis 14 Kohlenstoffatome aufweist. Je größer die Kettenlänge des Alkylrestes bzw. des zur Her stellung des Betains verwendeten Fettsäuregemisches ist, um so stärker erhöht sich jedoch die Viskosität der Betainlösungen bei steigender Konzentration. Es war deshalb nur möglich, von Betainen, deren Acyl rest R⁴CO von höheren Fettsäuren, wie etwa von Stearinsäure ab geleitet ist, niedrigkonzentrierte wäßrige Lösungen mit etwa 2 bis 5 Gew.-% Betain, herzustellen.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Viskosität von Betainlö sungen dadurch zu verringern, daß man durch Zusatz anderer Tenside die Ausbildung einer wäßrigen Phase mit lamellarer Struktur, einer soge nannten G-Phase, anstrebt. Hierzu ist die britische Patentanmeldung 2 022 125 A zu nennen. Diese betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer konzentrierten wäßrigen oberflächenaktiven Zubereitung, welche als aktiven Bestandteil eine Mischung von wenigstens zwei nicht homo logen grenzflächenaktiven Substanzen umfaßt, wobei jede der beiden Substanzen in einer Menge von wenigstens 5 Gew.-%, bezogen auf die Mi schung, vorliegt, und wobei die Mischung befähigt ist, eine flüssige G-Phase zu bilden, wobei wenigstens eine der oberflächenaktiven Sub stanzen durch eine Reaktion in wäßriger Lösung aus einem Vormaterial hergestellt werden kann, welches unter den Reaktionsbedingungen flüs sig ist und keinen wesentlichen Abbau der anderen oberflächenaktiven Substanz in der Mischung bewirkt, und wobei die Zubereitung dadurch gebildet wird, daß man wenigstens eines der Vormaterialien in die ent sprechende oberflächenaktive Substanz in Gegenwart wenigstens einer der anderen oberflächenaktiven Substanz-Komponente umwandelt, und die se Umwandlung in Gegenwart von ausreichenden Mengen Wasser durchführt, um das Reaktionsgemisch in einem flüssigen Zustand zu halten und eine Endzubereitung zu erhalten, welche mindestens überwiegend in der G-Phase vorliegt. Als oberflächenaktive Substanz kann ein anionisches Tensid zugesetzt werden, ebenso kann die Mischung ein Betain enthal ten, wobei der langkettige Alkylrest des Betains 8 bis 20 Kohlenstoff atome aufweisen kann.

Dieses Verfahren läßt sich am besten durch ein Beispiel verdeutlichen: In Beispiel 2 der britischen Patentanmeldung 2 022 125 A werden 797 g einer 70%igen Lösung eines Natriumetherlaurylsulfates, welche in der G-Phase vorliegt, mit 442 g eines C₁₂/C₁₄-Alkyldimethylamins zu sammen mit 209 g Chloressigsäure in 140 g Wasser erhitzt, wobei der pH-Wert der Mischung durch Zugabe von NaOH-Lösung auf 7,8±0,2 gehalten wird. Hier wird also ein Betain in Gegenwart eines Alkyl ethersulfates hergestellt. Das Produkt enthält 63% oberflächenaktive Substanz, das Gewichtsverhältnis von Betain zu anionischem Tensid be trägt 1 : 1. Das Produkt ist flüssig und liegt in der G-Phase vor.

Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht auf Betaine anwenden, deren Alkylrest R¹ oder deren Acylrest R⁴CO- 16 und mehr Kohlenstoff atome aufweist. Mit diesen Produkten bilden sich in wäßrigem Medium mit anionaktiven Tensiden in den angegebenen Konzentrationsbereichen keine lamellaren Strukturen aus, die in der G-Phase vorliegen.

Die Erfindung befaßt sich somit mit dem technischen Problem, fließfä hige, gießbare und damit dosierbare wäßrige Zubereitungen auch von Be tainen der allgemeinen Formel I, deren Rest R bzw. deren Rest R⁴CO- 16 oder mehr Kohlenstoffatome aufweist, bereitzustellen.

Dies gelingt durch das erfindungsgemäße Verfahren, welches dadurch ge kennzeichnet ist, daß der Alkylrest R¹ oder der Acylrest R⁴ des Betains mindestens 16 Kohlenstoffatome aufweist und das anionische Tensid in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die fertige Dispersion, zugegeben wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine wäßrige Betain-Disper sion erhalten. Das Betain liegt somit in Form kleiner Teilchen als äußere Phase in der Dispersion vor. Zu einem Produkt mit lamellarer G-Phase bestehen u. a. folgende Unterschiede:

Erfindungsgemäßes Produkt
Dispersion mit G-Phase
weiße Dispersion
transparentes bis schwach trübes Gel
in weitem Konzentrationsbereich stabil	nur innerhalb eines sehr engen Konzentrationsbereiches stabile G-Phase
zeigt Verhalten einer Newtonschen Flüssigkeit	zeigt Verhalten eines thixotropen Gels

Es handelt sich somit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um einen an deren Zustand der wäßrigen Zubereitung, als er in der britischen Pa tentanmeldung 2 022 125 A beschrieben worden ist. Dabei war es in kei ner Weise vorhersehbar, daß bei den Betainen der allgemeinen Formel I mit längerer Kohlenstoffkette anstelle der flüssigen lamellaren G-Pha se eine Dispersion anderen Viskositätsverhaltens entstehen würde.

Besonders bevorzugt werden beim erfindungsgemäßen Verfahren tertiäre Amine verwendet, deren Rest R¹ ein Alkylrest mit 18 bis 22 Kohlen stoffatomen ist. Gleiches gilt für den Rest R⁴.

Besonders bevorzugt sind somit als Reste R¹ die Reste C₁₈H₃₆-, C₂₀H₂₂- und C₂₂H₂₅-, als Reste R⁴CO- die Acylreste der Ste arinsäure, Arachinsäure, Behensäure.

Als anionaktive Tenside sind insbesondere Alkali-, Ammonium- oder Aminsalze von Alkylsulfaten, Alkylethersulfaten, Alkylarylsulfonaten, α-Olefinsulfonaten oder Sulfobernsteinsäurehalbestern bevorzugt. Bei spiele hierfür sind Laurylsulfat, Polyoxyethylen-3-laurylethersulfat, Na-Dodecylbenzylsulfonat. Ihre Konzentration, bezogen auf Zubereitung, liegt bei etwa 1 bis maximal 5 Gew.-%.

Eine typische, beim erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Zubereitung hat folgende Zusammensetzung

Das Produkt ist eine weiße, fließfähige Dispersion mit einer Viskosi tät von 3000 bis 5000 mPas bei 25°C.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Eigenschaften der hierbei er haltenen Produkte sollen durch die folgenden Beispiele noch näher er läutert werden.

Beispiel 1

In einen 500-ml-Dreihalskolben, ausgerüstet mit Rührer, Thermometer und Rückflußkühler, werden eingewogen:

36,8 g (0,1 Mol) Stearinsäuredimethylaminopropylamid
12,8 g (0,11 Mol) Natriummonochloracetat
23,2 g Natriumlaurylethersulfat
(28 gew.-%ig in H₂O) 6,5 g 100 gew.-%ig und
124,0 g Wasser.

Dieses Gemisch läßt man 10 Stunden bei 95 bis 98°C unter Rühren rea gieren und anschließend abkühlen.

Man erhält 186,3 g einer fließfähigen, weißen Dispersion folgender Zu sammensetzung:

42,6 g Stearinsäurebetain
= 22,8 Gew.-%
6,5 g Natriumlaurylethersulfat	= 3,5 Gew.-%
6,5 g Natriumchlorid	= 3,5 Gew.-%
130,7 g Wasser	= 70,2 Gew.-%

Die Viskosität der Dispersion beträgt bei Raumtemperatur 3000 mPas.

Beispiel 2

36,8 g Stearinsäuredimethylaminopropylamid
12,8 g Natriummonochloracetat
13,4 g Natriumlaurylethersulfat (28 gew.-%ig in H₂O) und
124,0 g Wasser.

Das Gemisch läßt man 10 Stunden bei 95 bis 98°C reagieren und an schließend abkühlen.

Man erhält 187 g einer fließfähigen, weißen Dispersion der folgenden Zusammensetzung:

22,9 Gew.-% Stearinsäurebetain
2,0 Gew.-% Natriumlaurylethersulfat
3,5 Gew.-% Natriumchlorid
71,6 Gew.-% Wasser.

Die Viskosität der Dispersion beträgt bei Raumtemperatur ≈4000 mPas.

Beispiel 3

In einem Versuch gemäß Beispiel 2 wird unter sonst gleichen Bedingun gen die Einsatzmenge des Natriumlaurylethersulfats (100 gew.-%ig) auf 3,5 Gew.-% des Ansatzes erhöht.

Man erhält ebenfalls eine fließfähige, weiße Dispersion eines Stearin säurebetains der folgenden Zusammensetzung:

22,9 Gew.-% Stearinsäurebetain
5,0 Gew.-% Natriumlaurylethersulfat
3,5 Gew.-% Natriumchlorid
68,6 Gew.-% Wasser.

Die Viskosität der Dispersion beträgt bei Raumtemperatur ≈2000 mPas.

In den nachfolgenden Versuchen werden bei sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 jeweils 0,1 Mol des entsprechenden Fettsäuredime thylaminopropylamids mit 0,11 Mol Natriumchloracetat unter Zusatz von 3,5 Gew.-% des jeweiligen Tensids (100 gew.-%ig) eingesetzt.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse im einzelnen dargestellt.

Tabelle

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäß erhaltenen Dispersionen fließfähig sind. Ersetzt man die anionischen Tenside durch nichtionogene Tenside, erhält man nicht mehr fließfähige bzw. vergelte Produkte.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung fließfähiger wäßriger Dispersionen, wel che 10 bis 30 Gew.-% Betaine der allgemeinen Formel enthalten,
R¹ geradkettiger Alkylrest oder der Rest R⁴CONH(CH₂)_x-, wobei R⁴CO ein von einer gesättigten geradkettigen Fett säure abgeleiteter Acylrest und x = 2 oder 3 ist,
R², R³ gleich oder verschieden und jeweils ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
y 1, 2 oder 3,
durch Quaternierung eines tertiären Amins der allgemeinen FormelR¹-NR²R³mit ω-Halogenalkylcarbonsäuren X(CH₂)_yCOOY oder deren Salzen (X = Halogenrest, Y = Wasserstoff-, Alkali- oder Ammoniumion) in wäßriger oder wäßrig-alkoholischer Lösung bei erhöhten Temperatu ren, wobei dem Reaktionsgemisch vor der Quaternierungsreaktion an ionische Tenside zugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkylrest R¹ oder der Acylrest R⁴ des Betains mindestens 16 Kohlenstoffatome aufweist und das anionische Tensid in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die fertige Dispersion, zuge geben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man tertiäre Amine quaterniert, deren Rest R¹ entweder ein Alkylrest mit 18 bis 22 Kohlenstoffatomen ist, oder deren Rest R⁴CO der Acylrest einer Fettsäure mit 18 bis 22 Kohlenstoffatomen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als anionisches Tensid Alkali-, Ammonium- oder Aminsalze von Alkyl sulfaten, Alkylethersulfaten, Alkylarylsulfonaten, α-Olefinsulfo naten oder Sulfobernsteinsäurehalbestern verwendet.