DE60022216T2

DE60022216T2 - Zusammensetzung umfassend quaternäre ammoniumsalze

Info

Publication number: DE60022216T2
Application number: DE60022216T
Authority: DE
Inventors: Yasuki Wakayama-shi OHTAWA; Tohru Wakayama-shi Katoh; Takeshi Wakayama-shi Tomifuji
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: ES2243310T3; MXPA02004335A; DE60022216D1; CA2384317C; US7214718B1; CA2384317A1; WO2001032813A1; EP1226225A1; EP1226225B1; JP2001131871A; JP4024438B2

Description

TECHNISCHES GEBIET:
Die Erfindung betrifft eine quaternäre Ammoniumsalzzusammensetzung, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und eine Weichmacherzusammensetzung, die diese enthält.
STAND DER TECHNIK:
Die meisten im Handel erhältlichen Weichmacherzusammensetzungen für Fasern sind Zusammensetzungen, die ein quaternäres Ammoniumsalz, enthaltend zwei langkettige Alkylgruppen in einem Molekül, enthalten und die als ein Di(langkettiges Alkyl)dimethylammoniumchlorid typifiziert werden. Das quaternäre Ammoniumsalz weist jedoch das Problem auf, dass es sich überwiegend ohne Bioabbau akkumuliert, wenn Reste hiervon nach der Behandlung in die Umwelt, wie z.B. einen Fluss, freigesetzt werden.
Als im Hinblick auf dieses Problem verbesserte Produkte sind N-Methyl-N,N-bis(langkettiges Alkanoyloxyethyl)-N-(2-hydroxyethyl)ammoniummethylsulfat usw. im Handel erhältlich. Das Produkt wird durch Veresterung von Triethanolamin mit einer langkettigen Fettsäure und dann Quaternisieren mit Dimethylsulfat hergestellt. Das molare Reaktionsverhältnis von Fettsäure zu Triethanolamin beträgt normalerweise 1,8 bis 2,1, und gleichzeitig beträgt das Verhältnis an dem quaternären Diestersalz zu der Gesamtmenge an quaternären Monoester-, Diester- und Triestersalzen 43 bis 47 Gew.%. Es ist in Betracht gezogen worden, dass das molare Reaktionsverhältnis im Bereich von 1,8 bis 2,1 einzustellen, damit das Verhältnis von quaternärem Diestersalz in diesem Bereich maximiert wird, während der Anteil an quaternärem Diestersalz vermindert wird, wenn das molare Reaktionsverhältnis weniger als 1,8 oder mehr als 2,1 beträgt, so dass die Weichmacherleistung vermindert wird. Selbst wenn jedoch das molare Reaktionsverhältnis im Bereich von 1,8 bis 2,1 liegt, kann keine ausreichende weichmachende Wirkung erhalten werden.
Um dieses Problem zu lösen, offenbart WO 97/42279 ein quaternäres Ammoniumsalz, worin die Menge an quaternärem Diestersalz grösser als 55 Gew.% ist, und diese Schrift offenbart auch ein Verfahren zu seiner Herstellung. Dieses Material weist eine verbesserte Weichmacherleistung auf, ist aber noch immer nicht zufriedenstellend. WO 97/42279, US-A-5 916 863, US-A-6 004 913 und US-A-6 037 315 offenbaren Textilweichmacherzusammensetzungen, die ein quaternäres Ammoniumsalz umfassen, das eine Mischung von Mono-, Di- und Triesterkomponenten umfasst, wobei die Menge des quaternären Diesters mehr als etwa 55 Gew.% beträgt. Die Textilweichmacherzusammensetzung kann ein Lösungsmittel, wie z.B. Wasser, aufweisen.
EP-A-675 941 offenbart Dispersionen, enthaltend quaternäre Ammoniumverbindungen, die sich von Triethanolamin ableiten und die eine, zwei oder drei Fettsäureacyloxyethylgruppen enthalten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der Prozentgehalt der Verbindungen, enthaltend zwei Fettsäureacyloxyethylgruppen, mehr als 50 mol-%, in bezug auf die Gesamtmenge an quaternären Ammoniumverbindungen, beträgt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG:
Das erfindungsgemässe Ziel ist die Bereitstellung eines Weichmachergrundstoffs und eines Weichmachers, die hervorragend sind bezüglich der Weichmacherwirkung und der Bioabbaubarkeit.
Die Erfindung betrifft eine quaternäre Ammoniumsalzzusammensetzung, die die folgenden Komponenten (M), (D) und (T) umfasst, wobei die Menge an (M) 15 bis 85 Gew.%, die Menge an (D) 0 bis 44 Gew., vorzugsweise 1 bis 44 Gew.%, und die Menge an (T) 15 bis 85 Gew.%, in bezug auf die Gesamtmengen von (M), (D) und (T), betragen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung derselben und eine Weichmacherzusammensetzung, umfassend die quaternäre Ammoniumsalzzusammensetzung.
(M) ein durch die Formel (I) dargestelltes quaternäres Monoestersalz:
wobei R eine C_5-35-Alkyl- oder -Alkenylgruppe darstellt, R¹ eine C_1-4-Alkyl- oder -Hydroxyalkylgruppe darstellt, n eine Zahl, ausgewählt von 2 bis 4, ist und X^– eine anionische Gruppe ist;
(D) ein durch die Formel (II) dargestelltes quaternäres Diestersalz:
wobei R, R¹, n und X^– jeweils die gleichen Bedeutungen wie oben definiert aufweisen; und
(T) ein durch die Formel (III) dargestelltes quaternäres Triestersalz:
wobei R, R¹, n und X^– jeweils die gleichen Bedeutungen wie oben definiert aufweisen.
Weiterhin stellt die Erfindung die Verwendung der oben erwähnten Zusammensetzung als Weichmacher für Fasern und ein Verfahren zum Weichmachen von Fasern mit der oben erwähnten Zusammensetzung bereit.
ERFINDUNGSGEMÄSSE AUSFÜHRUNGSFORMEN:
Im Hinblick auf den Erhalt einer ausreichenden Weichmacherwirkung werden die Mengen der Komponenten (M), (D) und (T) in der erfindungsgemässen Zusammensetzung so ausgewählt, dass die Menge von (M) 15 bis 85 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 84 Gew.%, noch bevorzugter 20 bis 79 Gew.%, die Menge von (D) 0 bis 44 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 44 Gew.%, noch bevorzugter 1 bis 40 Gew.%, und die Menge von (T) 15 bis 85 Gew.%, vorzugsweise 15 bis 80 Gew.%, noch bevorzugter 20 bis 60 Gew.%, in bezug auf die Gesamtmengen von (M), (D) und (T), betragen.
In den Formeln (I), (II) und (III) beträgt die Anzahl an Kohlenstoffatomen in R vorzugsweise 11 bis 23. R¹ ist vorzugsweise eine Methyl- oder Ethylgruppe. n ist vorzugsweise 2. X^– ist vorzugsweise ein Halogenion, wie z.B. ein Chloridion, oder ein Alkylsulfation, wie z.B. ein Methylsulfation und Ethylsulfation.
In dem Verfahren zur Herstellung der quaternären Verbindung durch Umsetzen eines Trialkanolamins mit einer Fettsäure, um einen Trialkanolaminester zu erhalten, und anschliessendem Quaternisieren des Dialkanolaminesters, wird im allgemeinen das Verhältnis der monoveresterten Produkte vermindert, während das Verhältnis der Triesterprodukte im Verhältnis erhöht wird, wenn das molare Reaktionsverhältnis von Fettsäure zu Trialkanolamin erhöht wird. Wenn Triethanolamin und eine Talgfettsäure verwendet werden, liegt das quaternäre Monoestersalz als eine Hauptkomponente zu 40 Gew. oder mehr vor, während das quaternäre Diestersalz zu weniger als 15 Gew.% in den quaternären Salzen der veresterten Produkte vorliegt, wenn das molare Verhältnis von Fettsäure zu Triethanolamin weniger als 1,3 beträgt. Wenn das molare Verhältnis 1,3 bis 2,0 beträgt, wird als eine Hauptkomponente weiterhin das quaternäre Diestersalz in einer Menge von 45 bis 48 Gew.% hergestellt. Wenn das molare Verhältnis mehr als 2,0 beträgt, wird weiterhin als eine Hauptkomponente das quaternäre Triestersalz in einer Menge von 40 Gew.% oder mehr hergestellt, während das quaternäre Monoestersalz zu weniger als 15 Gew.% vorliegt. Das heisst, die erfindungsgemässe quaternäre Ammoniumsalzzusammensetzung wird kaum in einem herkömmlichen Verfahren durch einfaches Umsetzen von Triethanolamin mit einer Fettsäure und anschliessender Quaternisierung erhalten.
Obwohl das Verfahren zum Erhalt der erfindungsgemässen quaternären Ammoniumsalzzusammensetzung nicht besonders beschränkt ist, gibt es ein Verfahren, bei dem zwei oder mehr Alkanolamin-veresterte Produkte mit unterschiedlichen Veresterungsgraden gemischt und dann quaternisiert werden, oder bei dem zwei oder mehr quaternäre Salze von Alkanolamin-veresterten Produkten mit verschiedenen Veresterungsgraden gemischt werden. Insbesondere ist es mehr als genug, ein quaternäres Ammoniumsalz, das unter Bedingungen eines geringen molaren Reaktionsverhältnisses von Fettsäure zu Trialkanolamin hergestellt wurde, und ein weiteres quaternäres Ammoniumsalz, das unter Bedingungen eines hohen molaren Reaktionsverhältnisses hergestellt wurde, zu mischen. Das molare Reaktionsverhältnis und das Misch (oder Vermisch)-Verhältnis kann so ausgewählt werden, dass die Verhältnisse der Komponenten (M), (D) und (T) im oben erwähnten Bereich liegen, und drei oder mehr quaternäre Ammoniumsalze können gemischt werden. Die Alkanolamin-veresterten Produkte können zuerst gemischt und dann quaternisiert werden.
Erfindungsgemäss werden das quaternäre Ammoniumsalz, das unter Bedingungen eines niedrigen molaren Reaktionsverhältnisses von Fettsäure zu Trialkanolamin hergestellt wurde, und das quaternäre Ammoniumsalz, das unter Bedingungen eines entsprechenden hohen molaren Reaktionsverhältnisses hergestellt wurde, in der gleichen Weise hergestellt wie N-Methyl-N,N-bis(langkettiges Alkanoyloxyethyl)-N-(2-hydroxyethyl)ammoniummethylsulfat usw. Das heisst, das Salz kann hergestellt werden durch Verestern eines Trialkanolamins, wie z.B. Triethanolamin, mit einer langkettigen Fettsäure, wie z.B. Talgfettsäure, einer hydrierten Talgfettsäure, Stearinsäure von einer Palme und hydrierter (oder gehärteter) Stearinsäure von einer Palme, und Mischungen von zwei oder mehr Mitgliedern hiervon, mit einem Niederalkylester hiervon oder mit einem Fett und/oder Öl und dann Quaternisieren des resultierenden Esters mit einem quaternisierenden Mittel, wie z.B. Dimethylsulfat, Diethylsulfat und Methylchlorid.
In diesem Fall wird ein quaternisiertes Produkt eines nicht-umgesetzten Trialkanolamins gebildet, wenn das molare Reaktionsverhältnis von Fettsäure zu Trialkanolamin niedriger ist, aber es ist unschädlich, dass das quaternisierte Produkt des in der Veresterungsreaktion nicht-umgesetzten Amins vorliegt. Weiterhin verbleibt nicht-umgesetzte Fettsäure, wenn das molare Reaktionsverhältnis hoch ist, aber es ist nicht schädlich, dass Fettsäure vorliegt.
Wenn zwei oder mehr Alkanolamin-veresterte Produkte mit unterschiedlichen Veresterungsgraden gemischt werden oder wenn zwei oder mehr entsprechende quaternisierte Produkte mit unterschiedlichen Veresterungsgraden gemischt werden, können die Fettsäurereste hiervon gleich oder unterschiedlich sein. Im Hinblick auf die Weichmacherleistung wird der Fettsäurerest einer Verbindung mit einem hohen Veresterungsgrad vorzugsweise ein Rest sein, der sich von einer Talgfettsäure oder Stearinsäure von einer Palme ableitet. Andererseits ist der Fettsäurerest einer Verbindung mit geringen Veresterungsgraden vorzugsweise eine hydrierte Talgfettsäure im Hinblick auf die Weichmacherleistung.
Die erfindungsgemässe quaternäre Ammoniumsalzzusammensetzung kann in einen flüssigen Weichmacher durch Dispergieren von 3 bis 50 Gew.% der Zusammensetzung in Wasser gebildet werden.
Ein nicht-ionisches Tensid wird vorzugsweise mit der erfindungsgemässen Weichmacherzusammensetzung vermischt, um die Dispersionsfähigkeit und die Weichmacherwirkung zu verbessern. Das zu verwendende nicht-ionische Tensid ist vorzugsweise ein Alkylenoxid-Addukt eines höheren Alkohols, bevorzugter ein Addukt von Ethylenoxid mit 5 bis 100 Molen, insbesondere 10 bis 60 Molen, an einen höheren Alkohol mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen. Ein höherer Alkohol oder eine höhere Fettsäure können zugefügt werden, um die Weichmacherleistung weiter zu verbessern. Ein niederer Alkohol, wie z.B. Ethanol und Isopropanol, Glykol oder Polyol, wie auch ein Ethylenoxid oder Propylenoxid hiervon, können als ein Lagerungsstabilisator hinzugefügt werden. Weiterhin können, falls erforderlich, ein anorganisches Salz, ein pH-Einstellmittel, ein hydrotropes Mittel, ein Duftstoff, ein Entschäumungsmittel, ein Pigment und dergleichen hinzugefügt werden.
VERFAHREN ZUR ANALYSE DES QUATERNÄREN ESTERSALZES:
Die erfindungsgemässe Zusammensetzung des quaternären Monoesters, Diesters und Triesters wird in der folgenden Weise bestimmt.
Ein aus Triethanolamin und einer Fettsäure erhaltenes Esteramin wird in CDCl₃ gelöst und durch kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR mit internem Standard TMS) analysiert. Das Gewichtsverhältnis der quaternären Salze wird auf Basis des Verhältnisses, das durch Integration des Peaks einer Methylengruppe (-CH ₂-OH-), die einer Hydroxylgruppe benachbart ist und bei etwa 3,5 bis 3,7 ppm beobachtet wird, und einem weiteren Peak einer anderen Methylengruppe (-OCO-CH ₂-), die einer Estergruppe benachbart ist und bei etwa 4,0 bis 4,2 ppm beobachtet wird, berechnet, um das Verhältnis der Zusammensetzung zu bilden.
BEISPIELE
BEISPIELE 1 BIS 17 UND VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 10
Triethanolamin wurde mit einer hydrierten Talgfettsäure oder mit Talgfettsäure jeweils in dem in Tabelle 1 gezeigten molaren Verhältnis umgesetzt und dann mit Dimethylsulfat quaternisiert, wobei die Verbindungen (A-1) bis (A-7) und (B-1) bis (B-2) mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen erhalten wurden.
Die Zusammensetzung (Gew.%) in Tabelle 1 ist berechnet als ein Gewichtswert in dem quaternären Salz auf Grundlage der erhaltenen Zusammensetzung, die durch Messen des kernmagnetischen Resonanzspektrums (NMR, in CDCl₃-Lösungsmittel mit TMS als internem Standard) des Esteramins erhalten wurde.
Die Verbindungen (A-1) bis (A-7) und (B-1) bis (B-2) wurden jeweils einzeln verwendet oder in den in Tabellen 2 und 3 gezeigten Gewichtsverhältnissen gemischt, um die quaternären Ammoniumsalzzusammensetzungen mit den in den Tabellen 2 und 3 gezeigten Zusammensetzungen zu erhalten.
Anschliessend wurden 5 Gew.% der Zusammensetzung zu Wasser bei 60°C, in dem 5 Gew.% eines Ethylenoxid-Addukts mit 20 mol an Laurylalkohol gelöst waren, hinzugetropft, um jeden der Weichmacher herzustellen. Der Weichmacher wurde bezüglich der Weichmacherwirkung in der folgenden Weise bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Verfahren zur Bewertung der Weichmacherwirkung:
(1) Weichmacherbehandlung:
1 kg im Handel erhältlicher Baumwollhandtücher oder Jerseystoffe aus Acrylatfasern wurden fünfmal wiederholt mit dem im Handel erhältlichen Waschmittel "Attack" (eingetragene Marke, hergestellt von Kao Corporation) in hartem Wasser von 3,5° DH in einer Waschmaschine mit einer Kapazität von 15 l gewaschen. Dann wurden 25 ml des Weichmachers hierzu hinzugefügt und dann bei 25°C 1 Minute lang unter Rühren behandelt.
(2) Bewertung der Weichmacherwirkung:
Der so einer Weichmacherbehandlung unterworfene Stoff wurde an Luft bei Raumtemperatur getrocknet und dann in einer Kammer mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit von 25°C und 65 % Raumfeuchte 24 Stunden lang stehen gelassen. Der Stoff mit dem Weichmacher von Vergleichsbeispiel 8 wurde als Kontrolle verwendet, und 10 fachmännische Prüfer bewerteten diese mit den folgenden Kriterien durch einen paarweisen Vergleichstest. Der Durchschnittswert der Bewertungen durch die 10 Prüfer wurde wie folgt abgerundet, nämlich der Bruchteil hiervon von 0,5 oder mehr wurde als eine Einheit gerechnet, und der Rest wurde gestrichen. Der gerundete Wert wurde zum Bewertungswert.

+2: weicher als die Kontrolle
+1: etwas weicher als die Kontrolle
0: bezüglich der Weichmacherwirkung wie die Kontrolle
–1: etwas härter als die Kontrolle
–2: härter als die Kontrolle

TABELLE 2

* nicht innerhalb des Bereichs der beanspruchten Erfindung

TABELLE 3

*: Gew.% in bezug auf die Gesamtheit von quaternären Monoester-, Diester- und Triestersalzen, und Gew.% in den Klammern auch umfassend das quaternäre Salz von Triethanolamin

TABELLE 4

Claims

Quaternäre Ammoniumsalzzusammensetzung, umfassend die folgenden Komponenten (M), (D) und (T), wobei in bezug auf die Gesamtmenge an (M), (D) und (T) die Menge an (M) 50 bis 85 Gew.%, die Menge an (D) 0 bis 44 Gew.% und die Menge an (T) 15 bis 85 Gew.% beträgt: (M) ein durch die Formel (I) dargestelltes quaternäres Monoestersalz:
wobei R eine C_5-35-Alkyl- oder -Alkenylgruppe darstellt, R¹ eine C_1-4-Alkyl- oder -Hydroxyalkylgruppe darstellt, n eine Zahl, ausgewählt von 2 bis 4, ist und X^– eine anionische Gruppe ist; (D) ein durch die Formel (II) dargestelltes quaternäres Diestersalz:
wobei R, R¹, n und X^– jeweils die gleichen Bedeutungen wie oben definiert aufweisen; und (T) ein durch die Formel (III) dargestelltes quaternäres Triestersalz:
wobei R, R¹, n und X^– jeweils die gleichen Bedeutungen wie oben definiert aufweisen.
Verfahren zur Herstellung der quaternären Ammoniumsalzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei zwei oder mehrere Alkanolamin-veresterte Produkte mit verschiedenen Veresterungsgraden vermischt und dann quaternisiert werden, oder wobei zwei oder mehrere quaternäre Salze von Alkanolamin-veresterten Produkten mit unterschiedlichen Veresterungsgraden gemischt werden.
Weichmacherzusammensetzung, umfassend die quaternäre Ammoniumsalzzusammensetzung nach Anspruch 1.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Menge an (D) 1 bis 44 Gew.% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Menge an (M) 20 bis 79 Gew.%, die Menge an (D) 1 bis 40 Gew.% und die Menge an (T) 20 bis 60 Gew.% beträgt.