EP0295385A1 - Verfahren zur Herstellung von Trialkanolamindifettsäureestern und deren Verwendung - Google Patents
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Classifications
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- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D1/00—Detergent compositions based essentially on surface-active compounds; Use of these compounds as a detergent
- C11D1/38—Cationic compounds
- C11D1/62—Quaternary ammonium compounds
Definitions
- esterification catalysts i.a. Alkali hydroxides, mineral acids, Lewis acids etc. are used.
- the quaternized trialkanolamine difatty acid esters are used as fabric softener components.
- the main component due to the thermodynamic equilibrium is also portions of the corresponding mono- and triesters.
- This thermodynamic mixture is hereinafter to be understood as trialkanolamine difatty acid ester.
- esterification of the trialkanolamines is carried out with about two equivalents of fatty acid in the presence of the known esterification catalysts mentioned above, then after the customary quaternization, e.g. B. with dimethyl sulfate, quaternary ammonium compounds obtained, such as. B. N-methyl-triethanolammonium ditallow fatty acid methyl sulfate, properties which are undesirable in a raw material for fabric softeners.
- the products adjusted to a content of 85 to 90 percent by weight with water and lower alcohols, such as isopropyl alcohol, are not flowable, that is, they are too solid, and they also tend to form strong crystals.
- the 85% by weight end product consists of a relatively thin melt with crystallites in it. These settle out within a very short time when left standing. This affects the processability and even quality fluctuations can occur in the fabric softening agents made from it.
- the task thus arises to find a method of producing trialkanolamine difatty acid esters which can be operated at comparatively low cost and leads to products which are flowable in a highly concentrated setting (85 to 90 percent by weight) and do not tend to settle.
- the fatty acids of the fatty acid esters expediently contain 4 to 24, preferably 8 to 22, in particular 10 to 20, carbon atoms.
- the alcohols of the fatty acid esters advantageously contain 1 to 8, preferably 1 to 6, in particular 1 to 3 carbon atoms.
- the alcohols of the fatty acid esters should be 1 to 6 alcohols, preferably 1 to 3 alcohols.
- trialkanolamine fatty acid diesters produced according to the process of the invention are - after the usual quaternization with z.
- Suitable trialkanolamines which are to be implemented according to the invention are those which have the formula suffice in which R, R1 and R2 can be different and are hydrogen or alkyl radicals having 1 to 6, preferably 1 to 4, in particular having one carbon atom (s). R, R1 and R2 are particularly preferably hydrogen.
- trialkanolamines are triethanolamine, triisopropanolamine, triisobutanolamine, triisopentanolamine, triisohexanolamine, diethanol-monoisopropanolamine, monoethanol-diisopropanolamine, monoethanol-diisobutanolamine and analogues.
- the fatty acids which are reacted with the trialkanolamines are expediently those having 8 to 24, preferably 12 to 22, in particular having 16 to 20, carbon atoms in the linear or branched alkyl chain or the alkene chain.
- carpyl acid For example, carpyl acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachic acid, behenic acid and their branched or unsaturated homologs, such as. B. oleic acid.
- the fatty acid esters present in the reaction of the fatty acids with the trialkanolamines are to be used in amounts of 0.05 to 5.0 percent by weight, preferably 0.1 to 2.0 percent by weight, in particular 0.2 to 1.0 percent by weight, based on the total mixture .
- fatty acid esters are derived, for. B. from fatty acids with 4 to 24 carbon atoms, preferably 8 to 22, in particular 10 to 20 carbon atoms.
- B. there are z. B. in question: butyric acid, valeric acid, capronic, caprylic, capric, lauric, myristic, palmitic, stearic, arachic, behenic and lignoceric acid and their branched isomers, such as. B. isovaleric acid, or its unsaturated isomers, such as. B. oleic acid.
- Suitable alcohols from which the fatty acid esters can be derived, have 1 to 8, preferably 1 to 6, in particular 1 to 3 carbon atoms. They can be 1- to 6-valent, preferably 1- to 3-valent.
- Examples include: methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, pentanol, isopentanol, hexanol, isohexanol, heptanol, octanol, 2-ethylhexanol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, butylene glycol 1,2, 1,4-butanediol, pentanediols, hexanediols, heptanediols, octanediols, glycerol, butanetriol, pentanetriols, hexanetriols, octanetriols, erythritol, pentaerythritol, pentites, hexites, such as sorbitol, mannitol, dulci
- fatty acid esters for example: the methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, pentyl, hexyl esters of the above.
- Fatty acids with 4 to 24 carbon atoms preferably the esters of the naturally occurring fatty acid mixtures, such as tallow fatty acid methyl ester, ethyl ester, coconut fatty acid methyl ester, ethyl ester, palm oil fatty acid methyl ester, ethyl ester, with particular preference the naturally occurring glycerol esters of fatty acids or fatty acid mixtures, such as.
- partial esters of polyhydric alcohols is also possible.
- fatty acid esters used in the esterification reaction have the same C number in the acyl part as the fatty acids intended for the esterification.
- the pressure and temperature conditions are the same as those used when using known esterification catalysts, namely e.g. B. 30 to 300 ° C, preferably 170 to 220 ° C and 3 to 3,000, preferably 700 to 1 100 mbar. Higher temperatures and pressures are also possible, but generally not necessary.
- the mixture is then cooled to 90 ° C. and quaternized with 124.7 g (0.99 mol) of dimethyl sulfate within 30 minutes.
- the product is then adjusted to a solids content of 85% with 140.6 g of isopropyl alcohol and bleached with 20 g (2.5%) of 30% hydrogen peroxide solution.
- the product is just as flowable as that produced according to Example 1.
- Example 1 The procedure is as described in Example 1. Instead of the tallow fatty acid methyl ester, 5 g of oleic acid ethyl ester are used. A product is obtained which is comparable in its properties to that prepared according to Example 1.
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Abstract
Description
- Die Herstellung von Fettsäurestern, wie auch Trialkanolaminfettsäureestern, ist wohlbekannt. Als Veresterungskatalysatoren werden i.a. Alkalihydroxide, Mineralsäuren, Lewissäuren etc. eingesetzt.
- Als Wäscheweichspülkomponenten werden die quaternierten Trialkanolamindifettsäureester eingesetzt. Bei der Reaktion von ca. zwei Äquivalenten Fettsäure mit Trialkanolamin erhält man neben diesem Trialkanolamindifettsäureester als Hauptkomponente aufgrund des thermodynamischen Gleichgewichtes auch Anteile der entsprechenden Mono- und Triester. Dieses thermodynamische Gemisch ist im weiteren unter der Bezeichnung Trialkanolamindifettsäureester zu verstehen.
- Führt man die Veresterung der Trialkanolamine mit ca. zwei Äquivalenten Fettsäure in Gegenwart der oben genannten bekannten Veresterungskatalysatoren durch, so zeigen die nach der üblichen Quarternisierung, z. B. mit Dimethylsulfat, erhaltenen quarternären Ammoniumverbindungen, wie z. B. N-Methyl-triethanolammonium-ditalgfettsäureester-methylsulfat, Eigenschaften, die bei einem Rohstoff für Wäscheweichspülmittel unerwünscht sind. Die mit Wasser und niederen Alkoholen, wie Isopropylalkohol, auf einen Gehalt von 85 bis 90 Gewichtsprozent eingestellten Produkte sind nicht fließfähig, also zu fest, und außerdem neigen sie zu starker Kristallbildung.
- In der US-A-3 915 867 wird die Herstellung von Triethanolaminfettsäurediestern durch Umsetzung von Triethanolamin mit Fettsäuremethylestern beschrieben. Die daraus durch Quarternisierung hergestellten quarternären Ammoniumverbindungen zeigen zwar nach der üblichen Einstellung mit Wasser und Isopropanol auf 85 bis 90 Gewichtsprozent die gewünschte fließfähige Beschaffenheit, jedoch ergeben sich in diesem Falle andere Probleme.
- Das 85gewichtsprozentige Endprodukt besteht aus einer relativ dünnen Schmelze, in der sich Kristallite befinden. Diese setzen sich beim Stehenlassen innerhalb recht kurzer Zeit ab. Dadurch wird die Verarbeitbarkeit beeinträchtigt, und es können sogar Qualitätsschwankungen bei den daraus hergestellten Wäscheweichspülmitteln auftreten.
- Außerdem ist zu bedenken, daß die als Reaktanten eingesetzten Methylester gegenüber den unveresterten Fettsäuren eine veredelte Verarbeitungsstufe darstellen und daß deren Einsatz somit erheblich kostenaufwendiger ist.
- Es ergibt sich somit die Aufgabenstellung, eine Methode der Herstellung von Trialkanolamindifettsäureestern zu finden, welche mit vergleichsweise geringem Kostenaufwand betrieben werden kann und zu Produkten führt, die in hochkonzentrierter Einstellung (85 bis 90 Gewichtsprozent) fließfähig sind und nicht zum Absetzen neigen.
- Diese Aufgaben wurden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Trialkanolamindifettsäureestern durch Umsetzen von Trialkanolamin mit 1,5 bis 2,5, bevorzugt 1,8 bis 2,2, insbesondere 1,9 bis 2,1 Äquivalenten Fettsäure, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 0,05 bis 5,0, vorzugsweise 0,1 bis 2,0, insbesondere von 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, eines Fettsäureesters vornimmt.
- Zweckmäßigerweise enthalten die Fettsäuren der Fettsäureester 4 bis 24, vorzugsweise 8 bis 22, insbesondere 10 bis 20 Kohlenstoffatome.
- Die Alkohole der Fettsäureester enthalten zweckmäßigerweise 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 3 Kohlenstoffatome.
- Die Alkohole der Fettsäureester sollten 1- bis 6wertige Alkohole, vorzugsweise 1- bis 3wertige Alkohole, sein.
- Die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten Trialkanolaminfettsäurediester sind - nach der üblichen Quarternisierung mit z. B. Dimethylsulfat - als Wäscheweichspülmittel zu verwenden.
- Als Trialkanolamine, welche erfindungsgemäß umzusetzen sind, kommen zweckmäßigerweise solche infrage, die der Formel
- Beispiele für Trialkanolamine sind Triethanolamin, Triisopropanolamin, Triisobutanolamin, Triisopentanolamin, Triisohexanolamin, Diethanol-monoisopropanolamin, Monoethanol-diisopropanolamin, Monoethanol-diisobutanolamin und Analoge.
- Die Fettsäuren, welche mit den Trialkanolaminen zur Umsetzung kommen, sind zweckmäßigerweise solche mit 8 bis 24, vorzugsweise 12 bis 22, insbesondere mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen in der linearen oder verzweigten Alkylkette oder der Alkenkette.
- Es kommen beispielsweise infrage: Carpylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure sowie deren verzweigte oder deren ungesättigte Homologe, wie z. B. Ölsäure.
- Die bei der Umsetzung der Fettsäuren mit den Trialkanolaminen anwesenden Fettsäureester sind in Mengen von 0,05 bis 5,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gewichtsprozent, insbesondere 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, einzusetzen.
- Diese Fettsäureester leiten sich z. B. von Fettsäuren mit 4 bis 24 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 8 bis 22, insbesondere 10 bis 20 Kohlenstoffatomen ab.
- Es kommen z. B. infrage: Buttersäure, Valeriansäure, Capron-, Capryl-, Caprin-, Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Arachin-, Behen- und Lignocerinsäure sowie deren verzweigte Isomere, wie z. B. Isovaleriansäure, oder deren ungesättigte Isomere, wie z. B. Ölsäure.
- Geeignete Alkohole, von denen sich die Fettsäureester ableiten können, haben 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 3 Kohlenstoffatome. Sie können 1- bis 6wertig, vorzugsweise 1- bis 3wertig, sein.
- Es lassen sich beispielsweise nennen: Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, Pentanol, Isopentanol, Hexanol, Isohexanol, Heptanol, Octanol, 2-Ethylhexanol, Ethylenglykol, Propandiol-1,2, Propandiol-1,3, Butylenglykol-1,2, Butandiol-1,4, Pentandiole, Hexandiole, Heptandiole, Octandiole, Glycerin, Butantriol, Pentantriole, Hexantriole, Octantriole, Erythrit, Pentaerythrit, Pentite, Hexite, wie Sorbit, Mannit, Dulcit, vorzugsweise Methanol, Ethanol und Glycerin.
- Als Fettsäureester lassen sich somit beispielsweise einsetzen: die Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexylester der o. a. Fettsäuren mit 4 bis 24 C-Atomen, mit Vorzug die Ester der natürlich vorkommenden Fettsäuregemische, wie Talgfettsäuremethylester, -ethylester, Kokosfettsäuremethylester, -ethylester, Palmölfettsäuremethylester, -ethylester, mit besonderem Vorzug die natürlich vorkommenden Glycerinester der Fettsäuren bzw. Fettsäuregemische, wie z. B. Tripalmitin, Tristearin, Talgfett, Kokosfett, Palmölfett. Auch der Einsatz von Teilestern mehrwertiger Alkohole ist möglich, also z. B. Glycerinmonostearat, Glycerindistearat, Sorbitmonolaurat, Sorbitdistearat, etc.
- Es ist nicht notwendig, daß die bei der Veresterungsreaktion eingesetzten Fettsäureester im Acylteil dieselbe C-Zahl aufweisen wie die für die Veresterung bestimmten Fettsäuren.
- Die Druck- und Temperaturbedingungen sind die gleichen, wie sie auch bei Einsatz bekannter Veresterungskatalysatoren angewendet werden, nämlich z. B. 30 bis 300 °C, vorzugsweise 170 bis 220 °C und 3 bis 3 000, vorzugsweise 700 bis 1 100 mbar. Es sind auch höhere Temperaturen und Drücke möglich, aber i. a. nicht notwendig.
- Die nun folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
- 552 g (2 Mol) Talgfettsäure (z. B. EDENOR(R) Ti der Fa. Henkel) werden aufgeschmolzen vorgelegt, auf 90 °C erwärmt und mit 4 g (= 0,56 % des gesamten Veresterungsgemisches) Talgfettsäuremethylester (z. B. EDENOR ME/Ti der Fa. Henkel) versetzt. Nachdem 15 Minuten gerührt wurde, werden 156 g (1,05 Mol) Triethanolamin hinzugegeben, das Reaktionsgemisch anschließend auf 195 °C erwärmt und bei dieser Temperatur weitergerührt, bis eine Säurezahl von ≦ 1mg KOH/G erreicht ist. Dies ist nach ca. 3 Stunden der Fall, wobei 36 g Wasser abdestillieren.
- Anschließend wird auf 90 °C abgekühlt und mit 124,7 g (0,99 Mol) Dimethylsulfat innerhalb 30 Minuten quarterniert. Danach wird das Produkt mit 140,6 g Isopropylalkohol auf einen Feststoffgehalt von 85 % eingestellt und mit 20 g (2,5 %) 30 %iger Wasserstoffperoxidlösung gebleicht.
- Man erhält ein fast farbloses fließfähiges Produkt, das sich durch eine gute Verarbeitbarkeit auszeichnet. Um diese helle Farbe zu erreichen, sollte während der gesamten Reaktionsdauer Sauerstoff aus dem Reaktionsgefäß ausgeschlossen sein. Es bietet sich ein Durchleiten von ca. 30 l/h Stickstoff an.
Nach sechsmonatigem Stehen bei Raumtemperatur konnten keine Separationserscheinungen beobachtet werden. Das Produkt war gleichbleibend fließfähig. - Man verfährt wie unter Beispiel 1 beschrieben, nur werden anstelle des Talgfettsäuremethylesters 6 g Kokosfett (= Glycerintrikokosfettsäureester) eingesetzt. Das Produkt ist ebenso fließfähig wie das nach Beispiel 1 hergestellte.
- Man verfährt wie unter Beispiel 1 beschrieben. Anstelle des Talgfettsäuremethylesters werden 5 g Ölsäureethylester eingesetzt. Man erhält ein Produkt, daß in seinen Eigenschaften dem nach Beispiel 1 hergestellten vergleichbar ist.
Claims (4)
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Umsetzung in Gegenwart von 0,05 bis 5,0 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, eines Fettsäureesters vornimmt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fettsäuren der Fettsäureester 4 bis 24 Kohlenstoffatome enthalten.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkohole der Fettsäureester 1- bis 6wertige Alkohole mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen sind.
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