DE4413431A1

DE4413431A1 - Verfahren zur Herstellung von quaternierten Fettsäuretriethanolaminester-Salzen

Info

Publication number: DE4413431A1
Application number: DE19944413431
Authority: DE
Inventors: Queralt Ester Dr Prat; Llosas Joaquim Dr Bigorra
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA; Pulcra SA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA; Pulcra SA
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 1995-10-19

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von qua ternierten Fettsäuretriethanolaminester-Salzen durch Vereste rung von Fettsäuren mit einer Triethanolamin-Komponente und nachfolgende Quaternierung in Gegenwart von Wasser als Lö sungsmittel.

Stand der Technik

Quaternierte Fettsäuretriethanolaminestersalze, sogenannte "Esterquats", haben in den letzten Jahren als ökotoxikolo gisch unbedenkliche Rohstoffe für Wäscheweichspüler zunehmend an Bedeutung gewonnen [vgl. O.Ponsati in C.R. CED-Kongress, Barcelona, 167 (1992) und R.Puchta in C.R. CED-Kongress, Sit ges, 59 (1993)].

Gemäß der Lehre der Internationale Patentanmeldung WO 91/01 295 (Henkel) geht man zur Herstellung von Esterquats übli cherweise von Triethanolamin oder Ethylenoxid-Addukten an Triethanolamin aus, die zunächst in Gegenwart von unterphos phoriger Säure mit linearen C_16/18-Fettsäuren partiell ver estert und dann mit Luft behandelt werden. Anschließend er folgt die Quaternierung der Fettsäuretriethanolaminester beispielsweise mit Alkylhalogeniden oder vorzugsweise Dial kylsulfaten.

Üblicherweise wird die Quaternierung in einem alkoholischen Lösungsmittel, vorzugsweise Isopropylalkohol durchgeführt. Dies ist jedoch mit Nachteilen verbunden: zum einen kann die Quaternierung nur in solchen Anlagen durchgeführt werden, die über einen Explosionsschutz verfügen, zum anderen besteht die Gefahr einer unerwünschten Nebenproduktbildung durch Quater nierung des Lösungsmittels.

In der Vergangenheit hat es nicht an Versuchen gemangelt, diesem Problem abzuhelfen. So hat man beispielsweise ver sucht, die Quaternierung in Substanz, also in Abwesenheit von Lösungsmitteln durchzuführen. Dies hat jedoch nicht zu einem befriedigenden Umsatz geführt. Die Quaternierung in Gegenwart von Tensiden, beispielsweise propoxyliertem Palmöl, verläuft zwar zufriedenstellend, liefert jedoch Compounds, die nicht in allen Einsatzgebieten erwünscht sind.

Die Aufgabe der Erfindung hat somit darin bestanden, ein Ver fahren zur Herstellung von quaternierten Fettsäuretrietha nolaminester-Salzen zur Verfügung zu stellen, das frei von den geschilderten Nachteilen ist.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von quaternierten Fettsäuretriethanolaminester-Salzen der Formel (I),

in der R¹CO für einen linearen Acylrest mit 6 bis 10 Kohlen stoffatomen, einen ungesättigten Acylrest mit 16 bis 22 Koh lenstoffatomen oder einen verzweigten Acylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, R² und R³ unabhängig voneinander für Was serstoff oder R¹CO, n, m und p in Summe für 0 oder Zahlen von 1 bis 10 und R⁴ für eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlen stoffatomen und X für Halogen, Alkylsulfat oder Alkylcarbonat steht, durch Umsetzung von Triethanolamin oder Ethylenoxid- Addukten an Triethanolamin mit Fettsäuren und nachfolgende Quaternierung der Ester mit Alkylierungsmitteln, daß sich dadurch auszeichnet, daß man die Quaternierung in Gegenwart von Wasser als Lösungsmittel durchführt.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß man die Quaternierung in Gegenwart von Wasser als Lösungsmittel durchführen kann, wenn man Triethanolaminester einsetzt, die sich von kurzket tigen, linearen Fettsäuren oder verzweigten Fettsäuren ablei ten. Bei Einsatz von Triethanolaminestern auf Basis langket tiger, linearer Fettsäuren liegen hingegen unvorteilhafte Löslichkeitsverhältnisse vor, die eine Quaternierung erschwe ren.

Fettsäuren

Wie schon erwähnt, besteht der kritische Punkt des erfin dungsgemäßen Verfahrens in der Löslichkeit der eingesetzten Fettsäuretriethanolaminester. Ester, die im Sinne der Erfin dung als Ausgangsstoffe für die Herstellung der Esterquats in Betracht kommen, leiten sich beispielsweise von Capronsäure, Caprylsäure, Capronsäure, 2-Ethylhexansäure, Isotridecansäu re, Isopalmitinsäure, Isostearinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Petroselinsäure, Linolsäure, Linolensäure und/oder Behensäure sowie deren technischen Gemischen ab.

Es ist ferner möglich, die genannten Säuren in Abmischung mit bekannten gesättigten, langkettigen Fettsäuren einzusetzen, sofern der Anteil der eingangs genannten bevorzugten Fett säuren mindestens ein Drittel ausmacht. So gelingt die Qua ternierung von Fettsäuretriethanolaminestern in Gegenwart von Wasser auch beispielsweise dann, wenn Ester auf Basis einer Mischung aus gleichen Teilen 2-Ethylhexansäure, Palmfettsäure und Talgfettsäure eingesetzt werden.

Veresterung

Zur Herstellung der Estervorstufen können die Fettsäuren und das Triethanolamin bzw. das Ethylenoxid-Addukt an Triethanol amin im molaren Verhältnis von 1,1 : 1 bis 3 : 1 eingesetzt werden. Im Hinblick auf die anwendungstechnischen Eigenschaf ten der Esterquats hat sich ein Einsatzverhältnis von 1,2 : 1 bis 2,2 : 1, vorzugsweise 1,5 : 1 bis 1,9 : 1 als besonders vorteilhaft erwiesen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren erhältlichen Esterquats stellen technische Mischungen von Mono-, Di- und Triestern mit einem mittleren Veresterungsgrad von 1,5 bis 1,9 dar und leiten sich vorzugsweise von 2-Ethyl hexansäure und/oder Isostearinsäure ab.

Aus anwendungstechnischer Sicht haben sich quaternierte Fett säuretriethanolaminester-Salze der Formel (I) als besonders vorteilhaft erwiesen, in der R¹CO für den Acylrest der 2- Ethylhexansäure und/oder Isostearinsäure, R² für R¹CO, R³ für Wasserstoff, R⁴ für eine Methylgruppe, m, n und p für 0 und X für Methylsulfat steht.

Die Durchführung der Veresterung ist an sich bekannt; in die sem Zusammenhang sei wiederum auf die Internationale Patent anmeldung WO 91/01 295 (Henkel) verwiesen.

Quaternierung

In der Quaternierung können die Fettsäuretriethanolaminester und die Alkylierungsmittel im molaren Verhältnis von 1 : 0,85 bis 1 : 1,2, vorzugsweise 1 : 0,9 bis 1 : 1,0 eingesetzt wer den. Als Alkylierungsmittel kommen Alylhalogenide wie bei spielsweise Methylchlorid, Dialkylsulfate wie beispielsweise Dimethylsulfat und Dialkylcarbonate wie beispielsweise Dime thylcarbonat oder Diethylcarbonat in Betracht. Die Menge des Lösungsmittels Wasser ist solange unkritisch, wie sie ausrei chend ist, um den Ester zu lösen bzw. zu dispergieren. Vor zugsweise wird die Umsetzung bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 120 und insbesondere 40 bis 90°C durchgeführt. Die Re aktionszeit kann 1 bis 24, vorzugsweise 2 bis 8 h betragen. Im Anschluß an die Quaternierung empfiehlt es sich, nicht umgesetztes Alkylierungsmittel durch Zugabe von Ammoniak oder Glycin zu zerstören.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen quater nierten Fettsäuretriethanolaminester-Salze verleihen Fasern, Textilien und Haaren einen angenehmen Weichgriff und bewirken eine antistatische Ausrüstung. Sie eignen sich daher zur Her stellung von Textilhilfs- und Haarbehandlungsmitteln, in de nen sie in Mengen von 1 bis 70, vorzugsweise 3 bis 30 Gew.-% - bezogen auf die Mittel - enthalten sein können.

Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.

Beispiele Beispiel 1 a) Veresterung

In einem 1-l-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer und Destillationsaufsatz wurden 173 g (1,2 mol) 2-Ethylhexansäure, 149 g (1 mol) Triethanol amin und 1,4 g 50gew.-%ige unterphosphorige Säure vor gelegt. Über einen Zeitraum von 4 h wurde die Reaktions mischung bei einem verminderten Druck von 40 mbar auf eine Temperatur von 160°C erhitzt, bis die Säurezahl unterhalb von 5 lag.

b) Quaternierung

In einem 1-l-Glasautoklaven mit Rührer und Innenthermometer wurden 150 g (0,5 mol) des Esters aus 1a) in 200 ml Wasser vorgelegt und mit 45 g (0,5 mol) Dimethylcarbonat versetzt. Die Reaktionsmischung wurde 5 h bei 80°C gerührt, danach abgekühlt, entspannt und in eine Destillationsapparatur überführt, in der das Lösungsmittel und nichtumgesetztes Dimethylcarbonat un ter vermindertem Druck abgetrennt wurden. Der Umsatz - berechnet über die Menge rückgewonnenen Dimethylcarbo nats - betrug 88% der Theorie.

Beispiel 2 a) Veresterung

b) Quaternierung

In einem 1,5-l-Glasautoklaven mit Rührer und Innenthermometer wurden 150 g (0,5 mol) des Esters aus 2a) in 100 ml Wasser vorgelegt und mit 63 g (0,5 mol) Dimethylsulfat versetzt. Die Reaktionsmischung wur de 4 h bei 60°C gerührt, danach abgekühlt und entspannt. Um Spuren nichtumgesetzten Alkylierungsmittels zu zer stören, wurde der Reaktionsansatz anschließend mit 2 g Glycin versetzt und über einen Zeitraum von 1 h bei 60°C gerührt.

Beispiel 3 a) Veresterung

b) Quaternierung

In einem 1,5-l-Glasautoklaven mit Rührer und Innenthermometer wurden 150 g (0,5 mol) des Esters aus 3a) in 200 ml Wasser vorgelegt und mit 66 g (0,5 mol) Methylchlorid versetzt. Die Reaktionsmischung wurde 3 h bei 80°C gerührt, danach abgekühlt und entspannt. Um Spuren nichtumgesetzten Alkylierungsmittels zu zerstö ren, wurde der Reaktionsansatz anschließend mit 2 g Gly cin versetzt und über einen Zeitraum von 1 h bei 60°C gerührt.

Beispiel 4 a) Veresterung

In einem 1-l-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer und Destillationsaufsatz wurden 284 g (1,2 mol) Isostearinsäure, 149 g (1 mol) Triethanolamin und 1,4 g 50 gew.-%ige unterphosphorige Säure gegeben. Über einen Zeitraum von 4 h wurde die Reaktionsmischung bei einem verminderten Druck von 40 mbar auf eine Tem peratur von 160°C erhitzt, bis die Säurezahl unterhalb von 5 lag.

b) Quaternierung

In einem 1,5-l-Glasautoklaven mit Rührer und Innenthermometer wurden 207 g (0,5 mol) des Esters aus 4a) in 200 ml Wasser vorgelegt und mit 63 g (0,5 mol) Dimethylsulfat versetzt. Die Reaktionsmischung wur de 4 h bei 90°C gerührt, danach abgekühlt und entspannt. Um Spuren nichtumgesetzten Alkylierungsmittels zu zer stören, wurde der Reaktionsansatz anschließend mit 2 g Glycin versetzt und über einen Zeitraum von 1 h bei 60°C gerührt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von quaternierten Fettsäure triethanolaminester-Salzen der Formel (I), in der R¹CO für einen linearen Acylrest mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, einen ungesättigten Acylrest mit 16 bis 22 Kohlenstoffatomen oder einen verzweigten Acylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, R² und R³ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder R¹CO, n, m und p in Summe für 0 oder Zahlen von 1 bis 10 und R⁴ für eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und X für Ha logen, Alkylsulfat oder Alkylcarbonat steht, durch Um setzung von Triethanolamin oder Ethylenoxid-Addukten an Triethanolamin mit Fettsäuren und nachfolgende Quater nierung der Ester mit Alkylierungsmitteln, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Quaternierung in Gegenwart von Wasser als Lösungsmittel durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Fettsäuren einsetzt, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die gebildet wird von Capronsäure, Caprylsäure, Capronsäure, 2-Ethylhexansäure, Isotridecansäure, Iso palmitinsäure, Isostearinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Petroselinsäure, Linolsäure, Linolensäure und/oder Be hensäure.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man Alkylierungsmittel einsetzt, die aus gewählt sind aus der Gruppe, die gebildet wird von Al kylhalogeniden, Dialkylsulfaten und Dialkylcarbonaten.