Verwendung von Metallacetylacetonaten als Katalysatoren für die Ethoxylierung bzw. Propoxylierung. Use of metal acetylacetonates as catalysts for the ethoxylation or propoxylation.
Die Erfindung betrifft Katalysatoren für die Ethoxylierung bzw. Propoxylierung von Verbindungen mit aktiven H-Atomen. The invention relates to catalysts for the ethoxylation or propoxylation of compounds with active H atoms.
Unter Verbindungen mit aktiven H-Atomen im Sinne der Erfindung sind z.B. Fettalkohole, Guerbetalkohole, Fettsäuren und Amine zu verstehen, die bei der Ethoxylierung bzw. Propoxylierung nicht-ionische Detergentien bilden. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Umsetzung von Fettalkoholen mit üblicherweise 10 bis 18 Kohlenstoffatomen mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid in Gegenwart von Katalysatoren, wobei die Fettalkohole mit mehreren Molekülen Ethylenoxid und/oder Propylenoxid reagieren. Among compounds with active H atoms in the sense of the invention are e.g. To understand fatty alcohols, Guerbet alcohols, fatty acids and amines, which form non-ionic detergents during ethoxylation or propoxylation. A typical example of this is the reaction of fatty alcohols with usually 10 to 18 carbon atoms with ethylene oxide and / or propylene oxide in the presence of catalysts, the fatty alcohols reacting with several molecules of ethylene oxide and / or propylene oxide.
Als Katalysatoren für die vorgenannte Polyalkoxylierung sind hierfür u.a. die folgenden eingesetzt worden: The catalysts for the aforementioned polyalkoxylation include: the following have been used:
Calcium- und Strontiumhydroxide, -alkoxide und phenoxide (EP-A 00 92 256), Calcium and strontium hydroxides, alkoxides and phenoxides (EP-A 00 92 256),
Calciumalkoxide (EP-A 00 91 146), Calcium alkoxides (EP-A 00 91 146),
Bariumhydroxid (EP-B 0 115 083),
basische Magnesiumverbindungen, z.B. Alkoxide (EP-A 00 82 569), Barium hydroxide (EP-B 0 115 083), basic magnesium compounds, e.g. alkoxides (EP-A 00 82 569),
Magnesium- und Calciumfettsäuresalze (EP-A 0 85 167). Magnesium and calcium fatty acid salts (EP-A 0 85 167).
Antimonpentachlorid (DE-A 26 32 953), Antimony pentachloride (DE-A 26 32 953),
Aluminiumisopropylat/Schwefelsäure (EP-A 22 81 21), Aluminum isopropylate / sulfuric acid (EP-A 22 81 21),
Zink, Aluminium und andere Metalle enthaltende Oxoverbindungen (EP-A 180 266), Oxo compounds containing zinc, aluminum and other metals (EP-A 180 266),
Aluminiumalkohole/Phosphorsäuren (US 4 721 817). Aluminum alcohols / phosphoric acids (US 4,721,817).
Gebräuchliche Polyalkoxylierungskatalysatoren sind weiterhin Kaliumhydroxid und Natriummethylat. Other common polyalkoxylation catalysts are potassium hydroxide and sodium methylate.
Die vorgenannten Katalysatoren weisen u.a. den Nachteil auf, daß sie schlecht in das Reaktionssystem einarbeitbar und/oder schwierig herstellbar sind. Weiterhin ist bei der Verwendung von Alkalihydroxiden sowie von Alkalialkoholaten die erreichbare Bandbreite des Polyalkoxylierungsgrades, d.h. die The aforementioned catalysts have i.a. the disadvantage that they are difficult to incorporate into the reaction system and / or are difficult to manufacture. Furthermore, when using alkali hydroxides and alkali alcoholates, the range of the degree of polyalkoxylation that can be achieved, i.e. the
Homologenverteilung, auf die nachfolgend näher eingegangen wird, groß bzw. breit. Saure Katalysatoren, z.B. Homolog distribution, which will be discussed in more detail below, large or wide. Acidic catalysts, e.g.
Antimonpentachlorid, bewirken zwar eine engere Antimony pentachloride, do cause a closer
Homologenverteilung und niedrigeren Fettalkoholgehalt der Reaktionsprodukte, zeigen jedoch hohe Korrosivität und sind teilweise toxisch. Bei der Verwendung von Gemischen aus Homolog distribution and lower fatty alcohol content of the reaction products, however, show high corrosiveness and are partially toxic. When using mixtures from
Aluminiumalkoholaten und Schwefelsäure läßt sich zwar bei linearen Fettalkoholen eine enge Homologenverteilung der Alkoxylierungsprodukte bei gutem Umsatz erreichen, nicht jedoch bei verzweigten Alkoholen, z.B. den sogenannten Aluminum alcoholates and sulfuric acid can achieve a narrow homolog distribution of the alkoxylation products with good conversion in the case of linear fatty alcohols, but not with branched alcohols, e.g. the so-called
Guerbet-Alkoholen. Guerbet alcohols.
Für Fettalkoholpolyalkoxylate ist die sogenannte enge Bandbreite des Polyalkoxylierungsgrades von besonderer Bedeutung, vgl. JAOCS, Vol. 63, 691 - 695 (1986), und HAPPI, 1986 (5),
52 - 54. Die sogenannten "narrow-ränge"-Alkoxylate weisen demnach insbesondere die folgenden Vorteile auf: The so-called narrow range of degrees of polyalkoxylation is of particular importance for fatty alcohol polyalkoxylates, cf. JAOCS, Vol. 63, 691-695 (1986), and HAPPI, 1986 (5), 52 - 54. The so-called "narrow-rank" alkoxylates therefore have the following advantages in particular:
- niedrige Fließpunkte - low pour points
- höhere Rauchpunkte - higher smoke points
- weniger Mole Alkoxid zum Erreichen der Wasserlöslichkeit - fewer moles of alkoxide to achieve water solubility
- weniger Hydrotope für das Einbringen in flüssige - fewer hydrotopes for introduction into liquid
Universalwaschmittel Universal detergent
- ein geringerer, durch Anwesenheit freier (nicht - a lesser, free by the presence (not
umgesetzter) Fettalkohole bedingter Geruch implemented) odor caused by fatty alcohols
- Reduzierung des Plumings beim Sprühtrocknen von - Reduction of plumings when spray drying
Waschmittelslurries, die Fettalkoholpolyalkoxylat-Tenside enthalten. Detergent slurries containing fatty alcohol polyalkoxylate surfactants.
Die Bandbreite bzw. Homologenverteilung der Fettalkoholpolyalkoxylate hängt wesentlich von der Art des verwendeten The range or homolog distribution of the fatty alcohol polyalkoxylates depends essentially on the type of used
Katalysators ab. Als Maß für die Homologenverteilung gilt der sogenannte Q-Wert gemäß der Beziehung Catalyst. The measure of the homolog distribution is the so-called Q value according to the relationship
Q = n* . p2 in der n* die durchschnittliche Adduktzahl (mittlerer Q = n *. p 2 in the n * is the average adduct number (mean
Ethoxylierungsgrad) und p den Prozentsatz des Adduktes mit bestimmten EO-Grad, das überwiegend gebildet wird, bedeuten. Ein großer Q-Wert bedeutet somit eine enge Bandbreite der Homologenverteilung. Degree of ethoxylation) and p mean the percentage of the adduct with certain EO degrees, which is predominantly formed. A large Q value therefore means a narrow range of homolog distribution.
Oxethylate mit einem niedrigen Gehalt an freien Fettalkoholen weisen bei der Herstellung von Ethercarbonsäuren durch Umsetzung der Oxethylate mit Natrium-chloracetaten in Gegenwart von Alkalihydroxiden einen erhöhten Umsetzungsgrad auf. Weiterhin
sind Oxethylate mit eingeschränkter Homologenverteilung höchst wirksame Verdickungsmittel für Tensidlösungen. Oxethylates with a low content of free fatty alcohols have an increased degree of conversion in the production of ether carboxylic acids by reacting the oxethylates with sodium chloroacetates in the presence of alkali metal hydroxides. Farther are ethoxylates with restricted homolog distribution, highly effective thickeners for surfactant solutions.
Es wurde nun gefunden, daß unter erfindungsgemäßer Verwendung von Metallacetylacetonaten der allgemeinen Formel I It has now been found that using metal acetylacetonates of the general formula I
M(ACAC)n (I) M (ACAC) n (I)
in der in the
M ein Metallkation aus der von Al3+, Cr3+, Fe3+, Mn2+, M is a metal cation from that of Al 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ , Mn 2+ ,
Sn2+, Ti4+, Zn2+ und Zr4+ gebildeten Gruppe, Sn 2+ , Ti 4+ , Zn 2+ and Zr 4+ formed group,
ACAC ein Anion des Acetylacetonats und n eine Zahl entsprechend der Ladungszahl des ACAC is an anion of the acetylacetonate and n is a number corresponding to the charge number of the
Metallkations bedeuten, als Katalysatoren für die Ethoxylierung bzw. Metal cations mean as catalysts for the ethoxylation or
Propoxylierung von Verbindungen mit aktiven H-Atomen es zu einer überraschend engen homologen Verteilung der Propoxylation of compounds with active H atoms resulted in a surprisingly narrow homologous distribution of the
Polyalkoxylierungsprodukte kommt. Polyalkoxylation products is coming.
Zu den erfindungsgemäß einzusetzenden Metallacetylacetonaten der allgemeinen Formel I, die bekannte Verbindungen und größtenteils im Handel erhältlich sind, gehören: The metal acetylacetonates of the general formula I to be used according to the invention which are known compounds and for the most part are commercially available include:
AI(ACAC)3 AI (ACAC) 3
Cr(ACAC)3 Cr (ACAC) 3
Fe(ACAC)3 Fe (ACAC) 3
Mn(ACAC)2 Mn (ACAC) 2
Sn(ACAC)2 Sn (ACAC) 2
Ti(ACAC)4 Ti (ACAC) 4
Zn(ACAC)2 Zn (ACAC) 2
Zr(ACAC)4.
Anstelle der vorgenannten Acetylacetonaten können auch Zr (ACAC) 4 . Instead of the aforementioned acetylacetonates can also
Gemische von Salzen der vorgenannten Metalle mit Acetyl- aceton, welche die jeweiligen Acetylacetonate "in situ". Mixtures of salts of the aforementioned metals with acetyl acetone, which the respective acetylacetonates "in situ".
bilden, verwendet werden, z.B. Zinksulfat/Acetylaceton- oder Zinn(II)oxalat/Acetylaceton-Gemische. form, are used, e.g. Zinc sulfate / acetylacetone or tin (II) oxalate / acetylacetone mixtures.
Besonders vorteilhaft sind Metallacetylacetonate aus der obigen Aufstellung, in denen das Metallkation M aus der von Al3+, Fe3+, Zn2+ und Zr4+ gebildeten Gruppen ausgewählt ist; derartige Metallacetylacetonate sind physiologisch unbedenklich und können daher, falls erwünscht, in den Alkoxylierungs- Produkten verbleiben. Metal acetylacetonates from the above list are particularly advantageous, in which the metal cation M is selected from the groups formed by Al 3+ , Fe 3+ , Zn 2+ and Zr 4+ ; Such metal acetylacetonates are physiologically harmless and can therefore, if desired, remain in the alkoxylation products.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung setzt man die Katalysatoren in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Endprodukt der Ethoxylierung bzw. Propoxylierung, zu.
According to a preferred embodiment of the process of the invention, the catalysts are added in an amount of 0.1 to 2% by weight, based on the end product of the ethoxylation or propoxylation.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Alle Prozentangaben sind in Gewichtsprozent. The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments. All percentages are in percent by weight.
1. Herstellung der Katalysatoren. 1. Preparation of the catalysts.
Die Reaktionsmischungen werden zweckmäßigerweise durch The reaction mixtures are advantageously carried out by
Vermischung der in Tabelle 1 aufgeführten Mengen an Acetylacetonaten mit dem zu polyalkoxylierenden Material, insbesondere den Fettalkoholen gemäß Tabelle 1, hergestellt. Man kann jedoch auch die Katalysatoren z.B. in Form einer konzentrierten Lösung in den Fettalkoholen herstellen, von der aliquote Teile zum Einsatz gelangen. Mixing of the amounts of acetylacetonates listed in Table 1 with the material to be polyalkoxylated, in particular the fatty alcohols according to Table 1. However, the catalysts e.g. in the form of a concentrated solution in the fatty alcohols, from which aliquots are used.
Anstelle der fertigen Katalysatoren können auch deren Ausgangsstoffe eingesetzt werden, z.B. ein Gemisch aus Instead of the finished catalysts, their starting materials can also be used, e.g. a mixture of
Zinksulfat-Heptahydrat und Acetylaceton (6 mMol/30 mMol pro 100 g Endprodukt der Ethoxylierung) und ein Gemisch aus Zinc sulfate heptahydrate and acetylacetone (6 mmol / 30 mmol per 100 g end product of the ethoxylation) and a mixture of
Zinn(II)oxalat und Acetylaceton (10 mMol/30 mMol pro 100 g Endprodukt der Ethoxylierung). Tin (II) oxalate and acetylacetone (10 mmol / 30 mmol per 100 g end product of the ethoxylation).
2. Bedingungen der Oxalkylierung. 2. Conditions of the oxyalkylation.
Die zu oxalkylierenden Fettalkohole gemäß Tabelle 1 wurden mit den angegebenen Katalysatoren versetzt und in einen geeigneten Autoklaven überführt. Nach ca. 30 min Evakuierung bei 100°C und Spülung mit Stickstoff wurde die Temperatur auf ca. 180°C gesteigert und die gewünschte Menge Ethylenoxid bei maximal 5 bar aufgedrückt. Nach einer Nachreaktionszeit von 30 min wurde nicht umgesetztes Alkylenoxid bei 100°C/14 mbar abgezogen. The fatty alcohols to be alkoxylated according to Table 1 were mixed with the specified catalysts and transferred to a suitable autoclave. After approximately 30 minutes of evacuation at 100 ° C. and flushing with nitrogen, the temperature was raised to approximately 180 ° C. and the desired amount of ethylene oxide was pressed in at a maximum of 5 bar. After a reaction time of 30 min, unreacted alkylene oxide was drawn off at 100 ° C./14 mbar.
Von den gebildeten Alkoxylaten wurden die OH-Zahl und der Polyglykolgehalt (PG) bestimmt; weiterhin wurde ein The OH number and the polyglycol content (PG) of the alkoxylates formed were determined; continued to be a
Gaschromatogramm zur Ermittlung der Homologenverteilung bzw. des Q-Wertes anhand der gemessenen Flächenprozente erstellt.
Beispiele 1 bis 4. Gas chromatogram to determine the homolog distribution or the Q value based on the measured area percentages. Examples 1 to 4.
In diesen Beispielen wurde nach der obigen ArbeitsVorschrift zur Ethoxylierung von Fettalkoholen mit 2 Mol Ethylenoxid verfahren. In Tabelle 1 sind die eingesetzten Fettalkohole und Katalysatoren, die eingesetzte Katalysatormenge (in mMol/100 g Ethoxylierungsprodukt), die Reaktionszeit, die Reaktionstemperatur, der ermittelte Q-Wert, die OH-Zahlen der In these examples, the procedure above for the ethoxylation of fatty alcohols with 2 moles of ethylene oxide was followed. In Table 1, the fatty alcohols and catalysts used, the amount of catalyst used (in mmol / 100 g of ethoxylation product), the reaction time, the reaction temperature, the Q value determined, the OH numbers of the
Ethoxylierungsprodukten (gefunden/berechnet), der Gehalt an freien Fettalkoholen (FFA, %) und der Polyglykolgehalt (PG, %) zusammengefaßt . Ethoxylation products (found / calculated), the content of free fatty alcohols (FFA,%) and the polyglycol content (PG,%) summarized.
Vergleichsversuche. Comparative tests.
Die Ergebnisse mit aus dem Stand der Technik bekannten Katalysatoren sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. The results with catalysts known from the prior art are summarized in Table 2.
Die in den Tabellen erwähnten Fettalkohole waren handelsübliche, technische Fettalkoholgemische der folgenden Zusammensetzung: The fatty alcohols mentioned in the tables were commercial, technical fatty alcohol mixtures with the following composition:
C 12/14: Fettalkohol der Kettenlängenverteilung 0 - 2 % C 10, 70 - 75 % C 12, 20 - 30 % C 14, 0 - 2 % C 16; Jodzahl kleiner als 0,3, durchschnittliches Molekulargewicht 194, Hydroxylzahl 285 - 293. C 12/14: fatty alcohol of chain length distribution 0 - 2% C 10, 70 - 75% C 12, 20 - 30% C 14, 0 - 2% C 16; Iodine number less than 0.3, average molecular weight 194, hydroxyl number 285-293.
C 12: Fettalkohol der Kettenlängenverteilung 0 - 2 % C 10, mindestens 97 % C 12, 0 - 3 % C 14, Jodzahl kleiner als 0,3, durchschnittliches Molekulargewicht 188, Hydroxylzahl 295 - 301.
C 12: fatty alcohol of the chain length distribution 0-2% C 10, at least 97% C 12, 0-3% C 14, iodine number less than 0.3, average molecular weight 188, hydroxyl number 295 - 301.