DE4338974A1

DE4338974A1 - Verfahren zur Herstellung von Fettstoffen mit verbesserter Produktqualität

Info

Publication number: DE4338974A1
Application number: DE4338974A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Koehler; Michael Dr Nitsche; Guenther Dr Demmering; Horst-Dieter Komp
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2013-11-16
Also published as: DE4338974C2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fettstoffen mit verbesserter Farb- und Geruchsqualität, bei dem man weitgehend ungesättigte Fettalkohole unter besonderen Verfahrensbedingungen einer fraktionierten Destillation un terwirft.

Stand der Technik

Ungesättigte Fettalkohole stellen Ausgangsstoffe zur Her stellung kosmetischer Produkte, wie beispielsweise Ölbäder oder Cremes dar. Eine Übersicht hierzu findet sich bei spielsweise von U. Ploog et al. in Seifen-Öle-Fette-Wachse 109, 225 (1983). Zu ihrer Herstellung geht man von mehr oder minder ungesättigten Fettsäuremethylestern aus, die bei spielsweise in der Gasphase in Gegenwart zinkhaltiger Misch katalysatoren, in der Rieselphase über Zink-Cadmium-Katalysa toren oder in der Suspension mit Hilfe von Cupfer-Zink-Kata lysatoren hydriert werden können [Ullmann′s Enzyclopaedie der technischen Chemie, Verlag Chemie, Weinheim, 4. Aufl., Bd. 11, S. 436f].

Gerade auf dem Kosmetikmarkt besteht ein dringendes Bedürfnis nach immer reineren und qualitativ hochwertigeren Rohstoffen, eine Forderung, die üblicherweise nur durch immer aufwendige re technische Verfahren und zusätzliche Reinigungsschritte zur Verfügung gestellt werden können. Im Fall der ungesättigten Fettalkohole besteht dabei insbesondere das Bedürfnis nach Produkten mit verbesserter Farb- und Geruchsqualität sowie vorteilhafterem Kälteverhalten.

Stand der Technik, der den Ausgangspunkt für die neue, ver besserte Lehre darstellt, ist ein großtechnisches Verfahren, wie es bislang auch bei der Anmelderin durchgeführt worden ist, nach dem die nach der Hydrierung anfallenden ungesättig ten Fettalkohole bei einer Sumpftemperatur von 220 bis 250°C und einem verminderten Druck von 10 bis 20 mbar - gemessen am Kolonnenkopf - über eine Sieb-, Glocken- oder Ventilbodenko lonne destilliert werden. Da die Herstellung von ungesättig ten Fettalkoholen mit hohen Kosten verbunden ist, wurde auf eine möglichst geringen Rohstoffverlust destilliert. Tatsäch lich konnte auf diese Weise eine Ausbeute von ca. 90% der Theorie - und entsprechend ein Verlust von 10% - erreicht werden, die Produkte waren jedoch in der Regel gelblich ver färbt und zeigten einen deutlichen Eigengeruch. Dies machte weitere Reinigungsschritte, wie beispielsweise eine zweite Destillation, Filtration über Bleicherden oder eine Wasser dampfdesodorierung erforderlich. Ein weiterer Nachteil be steht ferner darin, daß die Fettalkohole des Stands der Technik bei längerer Lagerung zu Austrübungen neigen und so mit ein unbefriedigendes Lager- und Kälteverhalten zeigen.

Die Aufgabe der Erfindung hat darin bestanden, ein verbes sertes Verfahren zur Herstellung ungesättigter Fettalkohole zur Verfügung zu stellen, das frei von den geschilderten Nachteilen ist.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Fettstoffen mit verbesserter Produktqualität, bei dem man ungesättigte Fettalkohole der Formel (I)

R¹OH (I)

in der R¹ für einen Alkenylrest mit 16 bis 22 Kohlenstoffato men steht, sowie technische Gemische dieser ungesättigten Fettalkohole mit gesättigten Fettalkoholen gleicher Ketten länge in einer Destillationsanlage, bestehend aus einer Bla se, einem Fallfilmverdampfer und einer gepackten Kolonne mit druckverlustarmen Einbauten bei einem Kolonnenkopfvakuum von 1 bis 2 mbar fraktioniert und dabei einen Vorlauf, entspre chend 2 bis 5 Gew.-% der insgesamt zu fraktionierenden Fettalkoholmenge abnimmt und verwirft.

Obschon die Destillation ungesättigter Fettalkohole unter vermindertem Druck bereits seit langem bekannt ist, hat die Anmelderin nun überraschend festgestellt, daß die Fraktio nierung unter Anlegen eines Feinvakuums von 1 bis 2 mbar - gemessen am Kolonnenkopf - zu einer signifikante Verbesserung der Produkteigenschaften führt, die die damit verbundenen wirtschaftlichen Belastungen wettmachen.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß die Fettstoffe mit den verbesserten Produkteigenschaften nur dann erhalten werden können, wenn anstelle der für diesen Zweck üblichen Bodenkolonnen gepackte Kolonnen mit druckverlustarmen Einbau ten eingesetzt werden.

Als weiteres essentielles Merkmal hat sich die Abnahme eines Vorlaufes, entsprechend 2 bis 5, vorzugsweise 3 bis 4 Gew.-% der gesamten zu destillierenden Fettalkoholmenge erwiesen, in der nicht weniger als 160 potentielle Farb- und Geruchsträger nachgewiesen werden konnten. Unter den vergleichsweise milderen Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Sumpf die Bildung von hochsiedenden En- bzw. Diels-Alder-Oli gomerisierungsprodukten zurückgedrängt, so daß die Menge an destillierbarem Material und damit die Ausbeute an ungesät tigten Fettalkoholen deutlich gesteigert wird. Gleichzeitig wird auch der Anteil an mehrfach ungesättigten Fettalkoholen mit konjugierter Doppelbindung ("Konjuenfettalkohole") re duziert, die nach Untersuchungen der Anmelderin schon in kleinsten Mengen als Farbträger wirken.

Ein weiterer Vorteil liegt schließlich darin, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Fettalkohole ein verbessertes Kälte- und Lagerverhalten aufweisen.

Ungesättigte Fettalkohole

Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen als unge sättigte Fettalkohole Palmoleylalkohol, Oleylalkohol, Elai dylalkohol, Petroselinylalkohol, Gadoleylalkohol und Eru cylalkohol in Betracht. Ungesättigte Fettalkohole, von denen der Oleylalkohol bevorzugt ist, werden üblicherweise nicht in reiner Form gewonnen, sondern fallen als technische Gemische zusammen mit gesättigten Fettalkoholen gleicher Kettenlänge an. Demzufolge bezieht sich das Verfahren auch auf solche Gemische, die die ungesättigten und gesättigten Fettalkohole im Gewichtsverhältnis 40 : 60 bis 95 : 5 und vorzugsweise im Verhältnis 50 : 50 bis 80 : 20 enthalten. Ein Beschreibung dieser Fettalkoholgemische kann auch über die Iodzahl erfol gen. Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens sind tech nische Fettalkoholgemische im Iodzahlbereich von 40 bis 100 und insbesondere im Bereich von 50 bis 90 bevorzugt.

Zur Herstellung dieser Fettalkoholgemische geht man übli cherweise von ungesättigten bzw. weitgehend ungesättigten Fetten und Ölen aus. Besonders bevorzugt sind hierbei tie rische Talge, wie beispielsweise Rindertalg oder Schweine schmalz. Die Triglyceride werden einer Druckspaltung unter worfen und die resultierende Mischung gesättigter und unge sättigter Fettsäuren über den Weg der Umnetzung in eine stearinsäurereiche ("Stearin") und eine ölsäurereiche Phase ("Olein") getrennt. Letztere wird mit Methanol verestert und die Methylester unter weitgehendem Erhalt der Doppelbindungen in an sich bekannter Weise zu den korrespondierenden Fettal koholen hydriert.

Da mehrfach ungesättigte Fettalkohole als potentielle Farb träger wirken und auch im Hinblick auf eine zufriedenstel lende Autoxidationsstabilität der Produkte von Nachteil sind, kommen pflanzliche Rohstoffe mit signifikantem Anteil an Li nol- und/oder Linolensäuregehalt für die Herstellung der gewünschten ungesättigten Fettalkohole nur eingeschränkt in Betracht. Eine Ausnahme bildet beispielsweise Sonnenblumenöl neuer Züchtung, dessen Ölsäureanteil oberhalb 80 Gew.-% und dessen Linolsäuregehalt unter 1 Gew.-% liegt.

Fraktionierung

Die Fraktionierung kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise wird aus einer Blase destilliert, wobei die Verdampfung aus einer dünnen Schicht, d. h. in einem Fallfilm- bzw. Dünn schichtverdampfer erfolgt. Die Beheizung der Blase kann bei spielsweise durch Heißdampf erfolgen, wobei eine Sumpftem peratur von 220 bis 250, vorzugsweise 230 bis 240°C optimal ist.

Die eigentliche Fraktionierung findet in einer gepackten Ko lonne mit druckverlustfreien Einbauten statt. Als Einbauten kommen beispielsweise Blechpackungen in Betracht. Weitere Beispiele finden sich in RÖMPP Chemie Lexikon, Thieme Verlag, Stuttgart, 9. Auflage, Bd. 3, S. 2305 (1990) unter dem Stich wort "Kolonnen-Einbauten" und in der dort genannten Litera tur.

Das erforderliche Feinvakuum von 1 bis 2 mbar am Kopf der Kolonne kann beispielsweise mit Hilfe von Wasserringpumpen und vorgeschalteten Dampfstrahlern erzielt werden. Vorzugs weise sollte der Druckabfall über die gesamte Destillations anlage nicht mehr als 10 bis 20 mbar betragen.

Die Vorlaufmenge beträgt 2 bis 5, vorzugsweise 3 bis 4 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des zu destillierenden Fettal kohols. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erzielende Ausbeute, also der Hauptlauf, liegt in der Größen ordnung von 92% der Theorie und damit um mehrere Prozent punkte höher als bei den Verfahren des Stands der Technik.

Wird die Fraktionierung kontinuierlich durchgeführt, so em pfiehlt es sich, mit zwei Fraktionierkolonnen zu arbeiten, wobei man den Vorlauf an der einen, den Hauptlauf an der zweiten abnehmen kann. Der Durchsatz liegt vorzugsweise bei 2,5 bis 4 t/h.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen unge sättigten Fettalkohole sind farb- und geruchlos und weisen ein besonders vorteilhaftes Kälteverhalten auf. Sie eignen sich daher als Rohstoffe zur Herstellung von Wasch-, Spül- und Reinigungsmitteln sowie Produkten zur Haar- und Körper pflege, in denen sie in Mengen von 1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% - bezogen auf die Mittel - enthalten sein kön nen. Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Er findung näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.

Beispiele

Herstellung des Roh-Ocenols. Technische C₁₆/₁₈-Talgfettsäure auf Basis einer F-Talgqualität mit einem freien Fettsäurege halt von ca. 4 Gew.-% wurde einer Umnetztrennung unterworfen. Die Oleinphase (Edenor® A-TiO5, Fa. Henkel KGaA, Düssel dorf/FRG) mit einem Anteil von 76 Gew.-% Ölsäure wurde mit Methanol verestert und der resultierende Methylester in an sich bekannter Weise unter Erhalt der Doppelbindung zu einem technischen Alkoholgemisch ("Roh-Ocenol") folgender Zusam mensetzung hydriert:
Cetylalkohol: 25 Gew.-%
Oleylalkohol: 75 Gew.-%

Beispiel 1

In einer Destillationsanlage, bestehend aus einem Fallfilm verdampfer mit 60 m² Verdampferoberfläche und einer druck verlustarmen Kolonne mit regelmäßiger Blechpackung (Packungs höhe: 8 m, Durchmesser: 1,5 m) wurden innerhalb von 1 h 3,5 t Roh-Ocenol fraktioniert. Das Vakuum am Kolonnenkopf betrug 1 mbar, die Destillationsblase wurde mit 42-bar-Dampf be heizt, entsprechend einer Sumpftemperatur von ca. 240°C. Am Kopf der Kolonne wurden 100 kg Vorlauf (2,8 Gew.-%) abgenom men und 3,2 t Hauptlauf (91,4 Gew.-%) erhalten. 200 kg (5,8 Gew.-%) Rückstand verblieben im Sumpf und wurden verworfen.

Vergleichsbeispiel V1

In einer Destillationsanlage, bestehend aus einem Fallfilm verdampfer mit 60 m² Verdampferoberfläche und einer Glocken bodenkolonne mit 5 Böden (Höhe: 8 m, Durchmesser: 1,5 m) wurden innerhalb von 1 h 3,5 t Roh-Ocenol fraktioniert. Das Vakuum am Kolonnenkopf betrug 15 mbar, die Destillationsblase wurde mit 42-bar-Dampf beheizt, entsprechend einer Sumpftem peratur von ca. 240°C. Am Kopf wurden 3,1 t Produkt (88,6 Gew.-%) erhalten. 400 kg (ca. 11,4 Gew.-%) Rückstand ver blieben im Sumpf und wurden verworfen.

Vergleichsbeispiel V2

In einer Destillationsanlage, bestehend aus einem Fallfilm verdampfer mit 60 m² Verdampferoberfläche und einer Glocken bodenkolonne mit 5 Böden (Höhe: 8 m, Durchmesser: 1,5 m) wurden innerhalb von 1 h 3,5 t Roh-Ocenol fraktioniert. Das Vakuum am Kolonnenkopf betrug 1 mbar, die Destillationsblase wurde mit 42-bar-Dampf beheizt, entsprechend einer Sumpftem peratur von ca. 240°C. Am Kopf wurden 3,2 t Produkt (91,4 Gew.-%) erhalten. 300 kg (8,6 Gew.-%) Rückstand verblieben im Sumpf und wurden verworfen.

Vergleichsbeispiel V3

In einer Destillationsanlage, bestehend aus einem Fallfilm verdampfer mit 60 m² Verdampferoberfläche und einer Glocken bodenkolonne mit 5 Böden (Höhe: 8 m, Durchmesser: 1,5 m) wurden innerhalb von 1 h 3,5 t Roh-Ocenol fraktioniert. Das Vakuum am Kolonnenkopf betrug 1 mbar, die Destillationsblase wurde mit 42-bar-Dampf beheizt, entsprechend einer Sumpftem peratur von ca. 240°C. Am Kopf wurden 100 kg Vorlauf (2,8 Gew.-%) abgenommen und 3,1 t Produkt (88,6 Gew.-%) erhalten. 300 kg (8,6 Gew.-%) Rückstand verblieben im Sumpf und wurden verworfen.

Vergleichsbeispiel V4

In einer Destillationsanlage, bestehend aus einem Fallfilm verdampfer mit 60 m² Verdampferoberfläche und einer druck verlustarmen Kolonne mit regelmäßiger Blechpackung (Packungs höhe: 8 m, Durchmesser: 1,5 m) wurden innerhalb von 1 h 3,5 t Roh-Ocenol fraktioniert. Das Vakuum am Kolonnenkopf betrug 1 mbar, die Destillationsblase wurde mit 42-bar-Dampf be heizt, entsprechend einer Sumpftemperatur von ca. 240°C. Am Kopf der Kolonne wurden 3,3 t Produkt (94,2 Gew.-%) erhalten. 200 kg (5,8 Gew.-%) Rückstand verblieben im Sumpf und wurden verworfen.

Die Ergebnisse der Versuche sind in Tab. 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Versuchsergebnisse

Bewertung der Versuche

Führt man die Destillation nach dem Stand der Technik, d. h. unter Einsatz einer Bodenkolonne, einem verminderten Druck von 10 bis 20 mbar aus und verzichtet auf die Abnahme eines Vorlaufs, fallen stark verfärbte, geruchlich minderwertige Stoffe an, die mit hohem technischen Aufwand weiter auf gerei nigt werden müssen; zudem wird eine hohe Rückstandsmenge er halten.

Durch Kombination einzelner Merkmale kann das Ergebnis zwar verbessert werden, ungesättigte Fettalkohole einer zufrieden stellenden Farb- und Geruchsqualität bei gleichzeitig mini mierter Rückstandsmenge können jedoch nur in Gegenwart aller Merkmale des erfinderischen Verfahrens, d. h. Einsatz einer gepackten Kolonne, einem Kolonnenkopfvakuum von 1-2 mbar und einer Vorlaufabnahme erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Fettstoffen mit verbesser ter Produktqualität, bei dem man ungesättigte Fettalko hole der Formel (I) R¹OH (I)in der R¹ für einen Alkenylrest mit 16 bis 22 Kohlen stoffatomen steht, sowie technische Gemische dieser un gesättigten Fettalkohole mit gesättigten Fettalkoholen gleicher Kettenlänge in einer Destillationsanlage, be stehend aus einer Blase, einem Fallfilmverdampfer und einer gepackten Kolonne mit druckverlustarmen Einbauten bei einem Kolonnenkopfvakuum von 1 bis 2 mbar fraktio niert und dabei einen Vorlauf, entsprechend 2 bis 5 Gew.-% der insgesamt zu fraktionierenden Fettalkohol menge abnimmt und verwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man technische Fettstoffgemische einsetzt, die die un gesättigten und gesättigten Fettalkohole im Gewichts verhältnis 40 : 60 bis 95 : 5 enthalten.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Fraktionierung bei einer Tempe ratur von 220 bis 250°C durchführt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Fraktionierung kontinuierlich durchführt.