DE60320552T2 - Fettsäureester von ethoxylierten alkylglukosiden

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Description

Claims

DE60320552T2

Publication number: DE60320552T2
Application number: DE60320552T
Authority: DE
Inventors: Carmella A. Edison BARBEITO; Stuart Barry Matawan POLOVSKY; Lowell Flemington KREEGER
Original assignee: Amerchol Corp; Lubrizol Corp
Current assignee: Amerchol Corp; Lubrizol Corp
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: ATE393161T1; EP1513855B1; EP1513855A1; AU2003240002A8; WO2004000862A1; US20060099165A1; DE60320552D1; AU2003240002A1; US7285647B2

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gemisch von Fettsäureestern von ethoxylierten Alkylglucosiden und deren Verwendung in kosmetischen Zusammensetzungen.
Glucosederivate, wie Fettsäureester von alkoxylierten Alkylglucosiden, können aus erneuerbaren Rohmaterialien hergestellt werden. Aufgrund von landwirtschaftlicher Überproduktion sind die Ausgangsmaterialien kostengünstig und in unbegrenzten Mengen verfügbar. Daher wurden viele Forschungsanstrengungen auf die Entwicklung von ethoxylierten Alkylglucosiden und deren Verwendung verwandt.
Das US-Patent Nr. 4,364,930 offenbart eine stabile Öl-in-Wasser-Emulsion zur Verwendung in kosmetischen oder pharmazeutischen Zusammensetzungen. Das Emugiersystem umfaßt neben anderen Komponenten ein Gemisch aus (1) Mono- und/oder Dialkylcarboxylaten von Alpha-Methylglucosid und (2) Mono- und/oder Dialkylcarboxylaten von Alpha-Methylglucosid, welches mit 10–30 Mol Ethylenoxid polyoxyethyleniert wurde.
Das US-Patent Nr. 5,502,175 offenbart Fettsäureester, die durch Ethoxylieren von Methylglucosid mit 84 bis 300 Mol, bevorzugt 120 Mol Ethylenoxid und anschließende Veresterung mit 2–4 Mol, bevorzugt 1,8–3,5 Mol einer gesättigten oder ungesättigten C₁₁-C₁₈-Fettsäure hergestellt werden. Die hergestellten Fettsäuren werden in Shampoos und Schaumbädern verwendet. Sie dienen als Verdickungsmittel und besitzen eine gute Feuchtigkeitswirkung und reduzieren Irritationswerte von üblichen Inhaltsstoffen, wie anionischen und nicht-ionischen oberflächenaktiven Stoffen.
Das US-Patent Nr. 4,687,843 offenbart veresterte propoxylierte Methylglucosidzusammensetzungen, die als Haut-Feuchtigkeitscremes und Aufweichungsmittel geeignet sind.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, neue Säureester von alkoxylierten Alkylglucosiden zu finden. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Säureester von alkoxylierten Alkylglucosiden zu finden, die bei der Hautkonditionierung und insbesondere als Verstärker von Hautlipiden, das heißt als rückfettende Mittel, von Nutzen sind.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gemisch von Fettsäureestern eines ethoxylierten Alkylglucosids der Formel I
wobei die Summe aus A, B, C und D 30 bis 40 beträgt, jeder R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander Wasserstoff oder -C(O)-M ist, wobei M ein C₁₁-C₂₉-Alkyl oder -Alkenyl ist, und R₅ ein C₁-C₅-Akyl ist, mit der Maßgabe, daß das ethoxylierte Alkylglucosid im Durchschnitt 2,1 bis 2,8 -C(O)-M-Gruppen umfaßt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine kosmetische Zusammensetzung, die ein Gemisch von Fettsäureestern umfaßt.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des Gemischs von Fettsäureestern als rückfettendes Mittel in einer kosmetischen Zusammensetzung.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des Gemischs von Fettsäureestern, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfaßt:

i) Umsetzen eines Alkylglucosids mit von 10 bis 60 Mol Ethylenoxid pro Mol Alkylglucosid und
ii) Umsetzen des ethoxylierten Alkylglucosids mit von 2,1 bis 2,8 Mol einer gesättigten oder ungesättigten C₁₁-C₂₉-Fettsäure oder einem C_1-4-Alkylester davon.

Die Fettsäureester der ethoxylierten Alkylglucoside der vorliegenden Erfindung sind ein Gemisch von Molekülen mit unterschiedlichen Veresterungsgraden, so daß die Verbindungen der Formel I im Schnitt 2,1 bis 2,8, bevorzugt 2,2 bis 2,7, bevorzugter 2,3 bis 2,5 und am meisten bevorzugt etwa 2,4 -C(O)-M-Gruppen umfassen.
Im allgemeinen variiert auch der Ethoxylierungsgrad der einzelnen Moleküle etwas, wie es für Oligomere typisch ist. Der mittlere Grad der Ethoxylierung, das heißt die Summe von A, B, C und D beträgt jedoch 30 bis 40, am meisten bevorzugt etwa 35. A, B, C und D können jeweils unabhängig voneinander einen Wert von 0 bis 40 haben, mit der Maßgabe, daß die Summe von A, B, C und D 30 bis 40 beträgt.
In Formel I ist M C₁₁-C₂₉-Alkyl oder -Alkenyl, bevorzugt C₁₁-C₁₉-Alkyl oder -Alkenyl, bevorzugter C₁₆-C₁₈-Alkenyl und am meisten bevorzugt eine C₁₇-Alkenylgruppe. Die Alkyl- und Alkenylgruppe kann verzweigtkettig sein, ist jedoch bevorzugt geradkettig.
In Formel I ist R₅ eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und am meisten bevorzugt Methyl.
Die Fettsäureester der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden, indem zuerst ein Gemisch von Fettsäureestern eines Alkylglucosids hergestellt wird und dann das Produkt ethoxyliert wird. Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden die Fettsäureester jedoch durch Ethoxylieren eines Alkylglucosids und anschließende Veresterung hergestellt.
Die Ethoxylierung kann in einer, zwei oder mehreren Stufen bewerkstelligt werden. Die Reaktionstemperatur beträgt im allgemeinen 100 bis 190°C, bevorzugt 130 bis 160°C, bevorzugter 145 bis 155°C. Der Reaktionsdruck beträgt im allgemeinen 100 bis 1000 kPa, bevorzugt 200 bis 600 kPa und bevorzugter 250 bis 550 kPa.
Wenn die Stufe der Ethoxylierung in einem Schritt durchgeführt wird, wird ein Alkylglucosid, bevorzugt Methylglucosid, mit 10 bis 60, bevorzugt 25 bis 50, bevorzugter 30 bis 40 und am meisten bevorzugt mit etwa 35 Mol Ethylenoxid pro Mol Alkylglucosid ethoxyliert. Im allgemeinen wird ein basischer Katalysator verwendet, bevorzugt ein Alkalimetallhydroxid und bevorzugter Kalium- oder Natriumhydroxid. Die Menge an Katalysator beträgt im allgemeinen 0,2 bis 5 Gewichtsprozent, bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gewichtsprozent, basierend auf trockenem Alkylglucosid. Die Ethoxylierung wird im allgemeinen unter einer inerten Atmosphäre unter Verwendung eines Gases, wie Argon, Helium oder bevorzugt Stickstoff, durchgeführt. Die Ethoxylierung ist im allgemeinen innerhalb von 2 bis 6 Stunden abgeschlossen.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ethoxylierung in zwei Stufen bewerkstelligt. Ein ethoxyliertes Alkylglucosid, welches bevorzugt 5 bis 25 Mol, bevorzugter 10 bis 20 Mol und am meisten bevorzugt etwa 20 Mol von Ethoxylenoxid abgeleitete Gruppen pro Mol Alkylglucosid umfaßt, wird als Ausgangsmaterial für die weitere Ethoxylierung verwendet. Die bevorzugten Ausgangsmaterialien sind von Amerchol Corp. unter dem Markennamen Glucam E-10 oder Glucam E-20 kommerziell erhältlich. Das ethoxylierte Alkylglucosid wird in das korrespondierende Alkoxidsalz umgewandelt, indem das ethoxylierte Alkylglucosid mit einer Base, bevorzugt einem Alkalimetallhydroxid und am meisten bevorzugt mit Kalium- oder Natriumhydroxid, umgesetzt wird. Das Alkalimetallhydroxid wird bevorzugt als eine 0,1 bis 1 gewichtsprozentige, bevorzugter als eine 0,25 bis 0,5 gewichtsprozentige wäßrige Lösung verwendet. Die Ethoxylierung wird wie oben beschrieben mit einer entsprechenden kleineren Menge an Ethylenoxid durchgeführt.
Die anschließende Veresterung wird durch direkte Veresterung mit 2,1 bis 2,8, bevorzugt 2,2 bis 2,7, bevorzugter 2,3 bis 2,5 und am meisten bevorzugt etwa 2,4 Mol einer Fettsäure oder durch Umesterung mit einer entsprechenden Menge eines Fettsäureesters durchgeführt.
Die für die direkte Veresterung verwendete Fettsäure ist eine gesättigte oder ungesättigte C₁₁-C₂₉-Fettsäure, bevorzugt eine C₁₁-C₁₉-Fettsäure, bevorzugter eine C₁₆-C₁₈-Fettsäure oder ein Gemisch solcher Fettsäuren. Bevorzugte Fettsäuren sind Stearinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Laurinsäure, Palmitinsäure, Undecansäure oder am meisten bevorzugt Ölsäure. Die direkte Veresterung mit einer gesättigten oder ungesättigten C₁₁-C₂₉-Fettsäure kann gemäß einem auf dem Gebiet bekannten Verfahren, beispielsweise durch eine Säure-katalysierte Reaktion, durchgeführt werden.
Für die Umesterung sind C_1-4-Alkylester der genannten C₁₁-C₂₉-Fettsäuren bevorzugt, und die Methylester der genannten C₁₁-C₂₉-Fettsäuren sind bevorzugter. Methyloleat ist der am meisten bevorzugte Fettsäureester. Die Umesterung wird im allgemeinen in der Gegenwart eines Basenkatalysators durchgeführt. Der Katalysator ist bevorzugt ein Alkalimetallhydroxid, wie Kalium- oder Natriumhydroxid. Im allgemeinen werden 0,03 bis 1 Gewichtsprozent, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent Basenkatalysator verwendet, basierend auf dem Gewicht des ethoxylierten Alkylglucosids. Die Reaktionstemperatur beträgt im allgemeinen 130 bis 200°C, bevorzugt 160 bis 185°C und bevorzugter 170 bis 180°C. Die Reaktion wird bevorzugt unter Vakuum durchgeführt. Bevorzugter beginnt das Vakuum bei etwa 125 mm Hg und endet bei etwa 3 mm Hg. Die Reaktion dauert typischerweise 4 bis 6 Stunden.
Das oben beschriebene Gemisch von Fettsäureestern ist in kosmetischen Zusammensetzungen, insbesondere in Hautreinigungszusammensetzungen, von Nutzen. Die Reinigung der Haut entfernt nicht nur Schmutz, sondern sie entfernt auch Fette und Öle, wodurch sich die Haut trocken und gespannt anfühlt. Daher verwendet die kosmetische Industrie viele Forschungsanstrengungen darauf, Konditionierungsmittel zu finden, die in Hautreinigungszusammensetzungen von Nutzen sind. Dies stellt eine große Herausforderung dar, da ein rückfettendes Mittel eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen sollte. Es sollte die Hautlipide verstärken, indem es die Haut glatter und weniger trocken hinterläßt und eine positive Tastempfindung bewirkt. Es sollte die Viskosität der Reinigungszusammensetzung nicht ungebührlich erhöhen, da sonst die Reinigungszusammensetzung nicht gießbar ist und von den Verbrauchern nicht angenommen wird. Das rückfettende Mittel sollte der Reinigungszusammensetzung auch keinen unangenehmen Geruch oder keine unangenehme Farbe verleihen. Es sollte die Klarheit oder die Schaumbildung nicht nachteilig beeinflussen und mit anderen reinigenden Inhaltsstoffen kompatibel sein.
Es wurde überraschend herausgefunden, daß das oben beschriebene Gemisch von Fettsäureestern von ethoxylierten Alkylglucosiden als rückfettendes Mittel in kosmetischen Formulierungen, wie Hautreinigungszusammensetzungen, von Nutzen ist. Das Gemisch von Fettsäureestern ist im allgemeinen eine klare oder leicht getrübte Flüssigkeit mit einer Viskosität, die ausreichend gering ist, um gießbar zu sein. Es hat im allgemeinen eine hellgelbe Farbe.
Die kosmetische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt im allgemeinen 0,1 bis 10, bevorzugt 0,5 bis 5 und bevorzugter 1 bis 3 Gewichtsprozent des Gemischs von Fettsäureestern, basierend auf dem Gesamtgewicht der kosmetischen Zusammensetzung. Kosmetische Zusammensetzungen, die die bevorzugten Fettsäureester der vorliegenden Erfindung umfassen, haben günstige Ergebnisse bei sensorischen Untersuchungen gezeigt, bei denen das Nachgefühl bei Hautwaschtests beurteilt wird. Es wurde auch herausgefunden, daß das Gemisch von Fettsäureestern die Schaumbildung der Reinigungsformulierung nicht nachteilig beeinflußt, sondern einen cremigeren Schaum erzeugt.
Die kosmetische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann eine Anzahl von auf dem Gebiet bekannten Zusatzstoffen, wie Wasser, oberflächenaktive Stoffe, Verdickungsmittel, Konditioniermittel, Feuchthaltemittel, Konservierungsmittel, Duftstoffe und Farbstoffe, umfassen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter veranschaulicht, die nicht so aufgefaßt werden sollen, daß sie den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränken. Alle Angaben von Teilen und Prozentsätzen beziehen sich auf das Gewicht, wenn es nicht anders angegeben ist.
Beispiel 1
Ein 1,5 Liter-Glasdruckreaktor, der so ausgestattet war, daß er Ethylenoxid auf Basis des Drucks automatisch zuführte, wurde mit 589 g ethoxyliertem Methylglucosid (umfassend 20 Mol Ethylenoxid pro Mol Methylglucosid) beladen, welches etwa 0,25 Gewichtsprozent Kaliumhydroxid enthielt. Der Inhalt des Reaktors wurde erhitzt, und der Reaktor wurde evakuiert, als die Temperatur des Inhalts etwa 130°C erreicht hatte. Das Erhitzen wurde fortgesetzt. Als die Temperatur des Reaktorinhalts etwa 145°C erreicht hatte, wurde der Reaktor mit Stickstoff bis auf etwa 450 kPa (etwa 50 psig) unter Druck gesetzt. Der Druck wurde auf etwa 180 kPa (etwa 10 psig) abgebaut. Diese Druckbeaufschlagung mit Stickstoff und das Druckabbauen wurden zwei weitere Male wiederholt. Der Reaktor wurde dann bis etwa 275 kPa (etwa 23 psig) unter Druck gesetzt. Als die Temperatur des Inhalts 155°C erreicht hatte, wurde Ethylenoxid in den Reaktor zugeführt. Die Zuführgeschwindigkeit von Ethylenoxid wurde so kontrolliert, daß der Reaktordruck niemals etwa 550 kPa (etwa 65 psig) überschritt. Nachdem etwa 376 g Ethylenoxid dem Reaktor zugeführt worden waren, wurde die Zufuhr von Ethylenoxid gestoppt, und der Reaktor wurde für 30 Minuten auf 155°C gehalten, um jegliches verbleibende Ethylenoxid im wesentlichen umzusetzen. Die Reaktion wurde abgekühlt, und der Inhalt wurde entnommen mit einer Ausbeute von etwa 965 g an gewonnenem ethoxyliertem Alkylglucosid, welches etwa 35 von Ethylenoxid abgeleitete Einheiten pro Einheit Alkylglucosid umfaßte. Das Produkt wurde mit E-35 bezeichnet.
Zur Veresterung des ethoxylierten Alkylglucosids wurde ein Labor-Rundboden-Glasreaktor mit 100 Gramm E-35, hergestellt wie oben, 41 g Methyloleat und 0,1 g unterphosphoriger Säure beladen. Ein Stickstoffverteiler wurde gestartet, und der Inhalt des Reaktors wurde auf 175°C erhitzt, während ein Vakuum angelegt wurde. Das Vakuum betrug etwa 125 Torr. Die Reaktion wurde mit diesem Vakuum für 30–60 Minuten auf 175°C gehalten. Das Vakuum wurde dann langsam auf das Maximum, etwa 3 Torr, gesteigert, und die Reaktion wurde unter diesen Bedingungen für 4 bis 5 Stunden gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde abgekühlt. Sobald seine Temperatur unter 80°C war, wurde es mit etwa 0,4 g 88-prozentiger wäßriger Milchsäure neutralisiert. Der Reaktorinhalt wurde entladen, und es wurden etwa 138 g Produkt gewonnen. Basierend auf den geladenen Gewichten kann das Produkt als ein Gemisch von Fettsäureestern von ethoxyliertem Methylglucosid beschrieben werden, welches im Schnitt 35 Mol von Ethylenoxid abgeleitete Gruppen und im Schnitt 2,4 Mol Estergruppen pro Mol Methylglucosid umfaßte. Das Produkt war eine leicht viskose, klare Flüssigkeit und hatte eine hellgelbe Farbe.
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß nur etwa 37,6 g Methyloleat verwendet wurden. Das erzeugte Gemisch von Fettsäureestern von ethoxyliertem Methylglucosid umfaßte im Schnitt 35 Mol von Ethylenoxid abgeleitete Gruppen und im Schnitt 2,2 Mol Estergruppen pro Mol Methylglucosid.
Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 47,8 Gramm Methyloleat verwendet wurden. Das erzeugte Gemisch von Fettsäureestern von ethoxyliertem Methylglucosid umfaßte im Schnitt 35 Mol von Ethylenoxid abgeleitete Gruppen und im Schnitt 2,8 Mol Estergruppen pro Mol Methylglucosid.
Die Produkte der Beispiele 1–3 oben wurden in einem sensorischen Test mit PEG-7 Glycerolcocoat (Polyoxyethylen(7)-glycerylmonococoat), kommerziell erhältlich als Cetiol HE (Marke) von Cognis, welches auf dem US-Markt ein führendes rückfettendes Mittel ist, verglichen.
Formulierung
Eine Formulierung, bestehend aus 9 Prozent Natriumlauryl-2-sulfat, kommerziell erhältlich als Standapol ES-2 (Marke) von Cognis, 4 Prozent Cocamidopropylbetain, kommerziell erhältlich als Velvetex BK-35 (Marke) von Cognis, 1 Prozent Decylglucosid, kommerziell erhältlich als Plantaren 2000 (Marke) von Cognis, und 85 Prozent Wasser, wurde hergestellt.
Um die Formulierung der Beispiele 1–3 herzustellen, wurde 1 Prozent des Produkts aus Beispiel 1, 2 oder 3 zu der Formulierung zugegeben.
Vergleichsbeispiel A
Um die Formulierung von Vergleichsbeispiel A herzustellen, wurde 1 Prozent Cetiol HE (Marke) zu der Formulierung zugegeben.

Eine Feldstudie mit 20 Personen wurde durchgeführt. Anfangs wusch der Teilnehmer beide Hände mit einem Stück Ivory(Markenname)-Seife und zog dann einen Latexhandschuh über eine Hand und wusch die andere Hand mit ungefähr einem Gramm entweder der Formulierung aus einem der Beispiele 1–3 oder der Formulierung von Vergleichsbeispiel A. Der Teilnehmer notierte die Qualität und die Menge des Schaums und das Gefühl des Schaums. Der Teilnehmer zog dann einen Handschuh über die andere Hand und wiederholte den Vorgang mit der anderen Formulierung, wobei er erneut die Qualität und die Menge des Schaums und das Gefühl des Schaums notierte. Der Teilnehmer spülte beide Hände, tupfte sie trocken, und sobald sie vollständig getrocknet waren, bestimmte er das Gefühl jeder Hand mit der jeweils anderen, um irgendwelche Unterschiede im Nachgefühl zu bestimmen. Der Prozentanteil an Personen, die eine Präferenz für die Formulierung von Beispiel 1, 2 bzw. 3 gegenüber der Formulierung von Vergleichsbeispiel A ausdrückten, der Prozentanteil an Personen, die eine Präferenz für die Formulierung von Vergleichsbeispiel A ausdrückten, und der Prozentanteil der Personen, die keine Präferenz ausdrückten, sind in Tabelle 1 unten aufgeführt.

Beurteilung von Schaummenge und -qualität

Nachgefühl, sensorische Beurteilung

Präferenz für Erfindung

Präferenz für Vergl.beisp. A

Keine Präferenz

Präferenz für Vergl.beisp. A

Präferenz für Erfindung

Keine Präferenz

Gemisch von Fettsäureestern eines ethoxylierten Alkylglucosids der Formel I
wobei die Summe aus A, B, C und D von 30 bis 40 beträgt, jeder R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander Wasserstoff oder -C(O)-M ist, wobei M ein C₁₁-C₂₉-Alkyl oder -Alkenyl ist, und R₅ ein C₁-C₅-Akyl ist, mit der Maßgabe, daß das ethoxylierte Alkylglucosid im Durchschnitt von 2,1 bis 2,8 -C(O)-M-Gruppen umfaßt.
Gemisch nach Anspruch 1, wobei die Summe aus A, B, C und D in Formel I 35 beträgt.
Gemisch nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das ethoxylierte Alkylglucosid im Durchschnitt von 2,3 bis 2,5 -C(O)-M-Gruppen umfaßt.
Gemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei M in Formel I eine C₁₇-Alkenylgruppe ist.
Gemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei R₅ Methyl ist.
Kosmetische Zusammensetzung, welche das Gemisch von Fettsäureestern nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfaßt.
Kosmetische Zusammensetzung nach Anspruch 6, welche eine Hautreinigungszusammensetzung ist.
Verwendung des Gemischs von Fettsäureestern nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als rückfettendes Mittel in einer kosmetischen Zusammensetzung.
Verfahren zum Herstellen des Gemischs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfaßt: i) Umsetzen eines Alkylglucosids mit von 10 bis 60 Mol Ethylenoxid pro Mol Alkylglucosid und ii) Umsetzen des ethoxylierten Alkylglucosids mit von 2,1 bis 2,8 Mol einer gesättigten oder ungesättigten C₁₁-C₂₉-Fettsäure oder einem C_1-4-Alkylester davon.