EP0492228B1 - Verfahren zur Herstellung fliessfähiger wässriger Dispersionen von Betainen - Google Patents

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EP0492228B1
EP0492228B1 EP91121021A EP91121021A EP0492228B1 EP 0492228 B1 EP0492228 B1 EP 0492228B1 EP 91121021 A EP91121021 A EP 91121021A EP 91121021 A EP91121021 A EP 91121021A EP 0492228 B1 EP0492228 B1 EP 0492228B1
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EP
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radical
weight
carbon atoms
alkyl
anionic surfactants
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Volkbert Dr. Bade
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Evonik Operations GmbH
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TH Goldschmidt AG
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    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • 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
    • C11D1/88—Ampholytes; Electroneutral compounds
    • C11D1/94—Mixtures with anionic, cationic or non-ionic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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
    • C11D1/88—Ampholytes; Electroneutral compounds
    • C11D1/90—Betaines

Definitions

  • Betaines of the aforementioned formula in which R1 is an alkyl radical with 8 to 14 carbon atoms or whose radical R4CO is the acyl radical of a fatty acid with 8 to 12 carbon atoms, have in recent years become increasingly important for the production of personal cleansers. They combine excellent cleaning properties with good skin tolerance.
  • the betaines form a stable, dense foam in aqueous solution, which does not collapse even in the presence of soap.
  • betaines are described in many patents, of which US Pat. No. 3,225,074 is named as a representative.
  • the corresponding tertiary amine of the general formula II is reacted with the alkali salt of an ⁇ -halocarboxylic acid, generally the sodium salt of chloroacetic acid.
  • the reaction preferably takes place in an aqueous medium.
  • the alkali chloride formed in the reaction remains in the solution and is not removed.
  • the betaines of the prior art are usually marketed in the form of their 30% strength by weight aqueous solutions. These are essentially betaines which have been obtained by quaternization of fatty alkyl dialkylamines or fatty acid amidamines whose fatty alkyl or fatty acid residue has on average 12 to 14 carbon atoms.
  • the greater the chain length of the alkyl radical or of the fatty acid mixture used to produce the betaine the more the viscosity of the betaine solutions increases with increasing concentration. It was therefore only possible to produce low-concentration aqueous solutions with about 2 to 5% by weight betaine from betaines whose acyl radical R4CO is derived from higher fatty acids, such as stearic acid.
  • This relates to a process for the production of a concentrated aqueous surface-active preparation, which as the active ingredient is a mixture of at least two non-homologous ones surface-active substances, each of the two substances being present in an amount of at least 5% by weight, based on the mixture, and the mixture being capable of forming a liquid G phase
  • at least one of the surface-active substances being formed by a Reaction can be prepared in aqueous solution from a starting material which is liquid under the reaction conditions and does not cause any significant degradation of the other surface-active substance in the mixture, and the preparation is formed by at least one of the starting materials in the corresponding surface-active substance in In the presence of at least one of the other surfactant component, and this conversion is carried out in the presence of sufficient amounts of water to keep the reaction mixture in a liquid state and to obtain a final preparation which is at least predominantly in the G phase.
  • Example 2 of British patent application 2 022 125 A 797 g of a 70% solution of sodium ether lauryl sulfate, which is in the G phase, are combined with 442 g of a C12 / C14-alkyldimethylamine heated with 209 g of chloroacetic acid in 140 g of water, the pH of the mixture being kept at 7.8 ⁇ 0.2 by adding NaOH solution. So here a betaine is produced in the presence of an alkyl ether sulfate.
  • the product contains 63% surfactant, the weight ratio of betaine to anionic surfactant is 1: 1.
  • the product is liquid and is in the G phase.
  • the invention is thus concerned with the technical problem of flowable, pourable and thus meterable aqueous preparations of betaines as well of the general formula I, the radical R1 or the radical R4CO- has 16 or more carbon atoms.
  • anionic surfactants are added to the reaction mixture before the quaternization reaction in such amounts that the finished solution contains 1 to 10% by weight of anionic surfactants.
  • the finished solution preferably contains 2 to 5% by weight of anionic surfactants.
  • an aqueous betaine dispersion is obtained.
  • the betaine is thus in the form of small particles as the outer phase in the dispersion.
  • Product according to the invention Dispersion with G phase white dispersion transparent to slightly cloudy gel stable in a wide range of concentrations stable G phase only within a very narrow concentration range shows behavior of a Newtonian fluid shows behavior of a thixotropic gel
  • Tertiary amines whose R 1 radical is an alkyl radical having 18 to 22 carbon atoms are particularly preferably used in the process according to the invention. The same applies to the rest R4.
  • radicals R1 are the radicals C18H36-, C20H22- and C22H25-, the radicals R4CO- the acyl radicals of stearic acid, arachic acid, behenic acid.
  • Alkali, ammonium or amine salts of alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, alkylarylsulfonates, ⁇ -olefin sulfonates or sulfosuccinic acid semiesters are particularly preferred as anionic surfactants.
  • examples include lauryl sulfate, polyoxyethylene-3-lauryl ether sulfate, Na-dodecylbenzyl sulfonate. Their concentration, based on the preparation, is about 1 to a maximum of 5% by weight.
  • the product is a white, flowable dispersion with a viscosity of 3000 to 5000 mPas at 25 ° C.
  • This mixture is allowed to react for 10 hours at 95 to 98 ° C with stirring and then cool.
  • the mixture is allowed to react at 95 to 98 ° C for 10 hours and then cooled.
  • 187 g of a flowable, white dispersion of the following composition are obtained: 22.9% by weight of stearic acid betaine 2.0% by weight sodium lauryl ether sulfate 3.5% by weight sodium chloride 71.6% by weight water.
  • the viscosity of the dispersion is ⁇ 4000 mPas at room temperature.
  • a flowable, white dispersion of a stearic acid betaine having the following composition is also obtained: 22.9% by weight of stearic acid betaine 5.0% by weight sodium lauryl ether sulfate 3.5% by weight sodium chloride 68.6% by weight water.
  • the viscosity of the dispersion is ⁇ 2000 mPas at room temperature.
  • the table shows that the dispersions obtained according to the invention are flowable. If the anionic surfactants are replaced by nonionic surfactants, products which are no longer flowable or gelled are obtained.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fließfähiger wäßriger Dispersionen, welche 10 bis 30 Gew.-% Betaine der allgemeinen Formel
    Figure imgb0001
    enthalten,
    • R¹
    Alkylrest mit mindestens 16 Kohlenstoffatomen oder der Rest R⁴CONH(CH₂)x-, wobei R⁴CO ein von einer gesättigten Fettsäure mit mindestens 16 Kohlenstoffatomen abgeleiteter Acylrest und x = 2 oder 3 ist,
    R², R³
    gleich oder verschieden und jeweils ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
    y
    1, 2 oder 3,
    durch Quaternierung eines tertiären Amins der allgemeinen Formel



            R¹-NR²R³   II



    mit ω-Halogenalkylcarbonsäuren X(CH₂)yCOOY oder deren Salzen (X = Halogenrest, Y = Wasserstoff-, Alkali- oder Ammoniumion) in wäßriger oder wäßrig-alkoholischer Lösung bei erhöhten Temperaturen.
  • Betaine der vorgenannten Formel, bei denen R¹ ein Alkylrest mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder deren Rest R⁴CO der Acylrest einer Fettsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen ist, haben in den vergangenen Jahren zunehmende Bedeutung zur Herstellung von Körperreinigungsmitteln erlangt. Sie verbinden ausgezeichnete Reinigungseigenschaften mit guter Hautverträglichkeit. Die Betaine bilden in wäßriger Lösung einen stabilen dichten Schaum aus, der auch in Gegenwart von Seife nicht zusammenfällt.
  • Die Herstellung der Betaine ist in vielen Patentschriften beschrieben, von denen die US-PS 3 225 074 stellvertretend genannt wird. Im allgemeinen setzt man dabei das entsprechende tertiäre Amin der allgemeinen Formel II mit dem Alkalisalz einer ω-Halogencarbonsäure, in der Regel dem Natriumsalz der Chloressigsäure, um. Die Reaktion verläuft vorzugsweise in wäßrigem Medium. Das bei der Reaktion entstandene Alkalichlorid verbleibt in der Lösung und wird nicht entfernt.
  • Die Betaine des Standes der Technik werden meist in Form ihrer 30 gew.-%igen wäßrigen Lösungen in den Handel gebracht. Dabei handelt es sich im wesentlichen um Betaine, die durch Quaternierung von Fettalkyldialkylaminen oder Fettsäureamidaminen erhalten worden sind, deren Fettalkyl- bzw. Fettsäurerest im Mittel 12 bis 14 Kohlenstoffatome aufweist. Je größer die Kettenlänge des Alkylrestes bzw. des zur Herstellung des Betains verwendeten Fettsäuregemisches ist, um so stärker erhöht sich jedoch die Viskosität der Betainlösungen bei steigender Konzentration. Es war deshalb nur möglich, von Betainen, deren Acylrest R⁴CO von höheren Fettsäuren, wie etwa von Stearinsäure abgeleitet ist, niedrigkonzentrierte wäßrige Lösungen mit etwa 2 bis 5 Gew.-% Betain, herzustellen.
  • Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Viskosität von Betainlösungen dadurch zu verringern, daß man durch Zusatz anderer Tenside die Ausbildung einer wäßrigen Phase mit lamellarer Struktur, einer sogenannten G-Phase, anstrebt. Hierzu ist die britische Patentanmeldung 2 022 125 A zu nennen. Diese betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer konzentrierten wäßrigen oberflächenaktiven Zubereitung, welche als aktiven Bestandteil eine Mischung von wenigstens zwei nicht homologen grenzflächenaktiven Substanzen umfaßt, wobei jede der beiden Substanzen in einer Menge von wenigstens 5 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, vorliegt, und wobei die Mischung befähigt ist, eine flüssige G-Phase zu bilden, wobei wenigstens eine der oberflächenaktiven Substanzen durch eine Reaktion in wäßriger Lösung aus einem Vormaterial hergestellt werden kann, welches unter den Reaktionsbedingungen flüssig ist und keinen wesentlichen Abbau der anderen oberflächenaktiven Substanz in der Mischung bewirkt, und wobei die Zubereitung dadurch gebildet wird, daß man wenigstens eines der Vormaterialien in die entsprechende oberflächenaktive Substanz in Gegenwart wenigstens einer der anderen oberflächenaktiven Substanz-Komponente umwandelt, und diese Umwandlung in Gegenwart von ausreichenden Mengen Wasser durchführt, um das Reaktionsgemisch in einem flüssigen Zustand zu halten und eine Endzubereitung zu erhalten, welche mindestens überwiegend in der G-Phase vorliegt.
  • Dieses Verfahren läßt sich am besten durch ein Beispiel verdeutlichen: In Beispiel 2 der britischen Patentanmeldung 2 022 125 A werden 797 g einer 70 %igen Lösung eines Natriumetherlaurylsulfates, welche in der G-Phase vorliegt, mit 442 g eines C₁₂/C₁₄-Alkyldimethylamins zusammen mit 209 g Chloressigsäure in 140 g Wasser erhitzt, wobei der pH-Wert der Mischung durch Zugabe von NaOH-Lösung auf 7,8 ± 0,2 gehalten wird. Hier wird also ein Betain in Gegenwart eines Alkylethersulfates hergestellt. Das Produkt enthält 63 % oberflächenaktive Substanz, das Gewichtsverhältnis von Betain zu anionischem Tensid beträgt 1 : 1. Das Produkt ist flüssig und liegt in der G-Phase vor.
  • Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht auf Betaine anwenden, deren Alkylrest R¹ oder deren Acylrest R⁴CO- 16 und mehr Kohlenstoffatome aufweist. Mit diesen Produkten bilden sich in wäßrigem Medium mit anionaktiven Tensiden in den angegebenen Konzentrationsbereichen keine lamellaren Strukturen aus, die in der G-Phase vorliegen.
  • Die Erfindung befaßt sich somit mit dem technischen Problem, fließfähige, gießbare und damit dosierbare wäßrige Zubereitungen auch von Betainen der allgemeinen Formel I, deren Rest R¹ bzw. deren Rest R⁴CO- 16 oder mehr Kohlenstoffatome aufweist, bereitzustellen.
  • Dies gelingt durch das erfindungsgemäße Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem Reaktionsgemisch vor der Quaternierungsreaktion anionische Tenside in solchen Mengen zusetzt, daß die fertige Lösung 1 bis 10 Gew.-% anionische Tenside enthält.
  • Vorzugsweise enthält die fertige Lösung 2 bis 5 Gew.-% anionische Tenside.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine wäßrige Betain-Dispersion erhalten. Das Betain liegt somit in Form kleiner Teilchen als äußere Phase in der Dispersion vor. Zu einem Produkt mit lamellarer G-Phase bestehen u. a. folgende Unterschiede:
    Erfindungsgemäßes Produkt Dispersion mit G-Phase
    weiße Dispersion transparentes bis schwach trübes Gel
    in weitem Konzentrationsbereich stabil nur innerhalb eines sehr engen Konzentrationsbereiches stabile G-Phase
    zeigt Verhalten einer Newtonschen Flüssigkeit zeigt Verhalten eines thixotropen Gels
  • Es handelt sich somit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um einen anderen Zustand der wäßrigen Zubereitung, als er in der britischen Patentanmeldung 2 022 125 A beschrieben worden ist. Dabei war es in keiner Weise vorhersehbar, daß bei den Betainen der allgemeinen Formel I mit längerer Kohlenstoffkette anstelle der flüssigen lamellaren G-Phase eine Dispersion anderen Viskositätsverhaltens entstehen würde.
  • Besonders bevorzugt werden beim erfindungsgemäßen Verfahren tertiäre Amine verwendet, deren Rest R¹ ein Alkylrest mit 18 bis 22 Kohlenstoffatomen ist. Gleiches gilt für den Rest R⁴.
  • Besonders bevorzugt sind somit als Reste R¹ die Reste C₁₈H₃₆-, C₂₀H₂₂- und C₂₂H₂₅-, als Reste R⁴CO- die Acylreste der Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure.
  • Als anionaktive Tenside sind insbesondere Alkali-, Ammonium- oder Aminsalze von Alkylsulfaten, Alkylethersulfaten, Alkylarylsulfonaten, α-Olefinsulfonaten oder Sulfobernsteinsäurehalbestern bevorzugt. Beispiele hierfür sind Laurylsulfat, Polyoxyethylen-3-laurylethersulfat, Na-Dodecylbenzylsulfonat. Ihre Konzentration, bezogen auf Zubereitung, liegt bei etwa 1 bis maximal 5 Gew.-%.
  • Eine typische, beim erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Zubereitung hat folgende Zusammensetzung
    Betain * 22,8 Gew.-%
    Natriumlaurylethersulfat 3,5 Gew.-%
    Natriumchlorid 3,4 Gew.-%
    Glykolsäure 0,3 Gew.-%
    Wasser 70,0 Gew.-%
    100,0 Gew.-%
    * R¹ = C₁₇H₃₅CONH(CH₂)₃- ; R², R³ = CH₃ ; y = 1
  • Das Produkt ist eine weiße, fließfähige Dispersion mit einer Viskosität von 3000 bis 5000 mPas bei 25°C.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die Eigenschaften der hierbei erhaltenen Produkte sollen durch die folgenden Beispiele noch näher erläutert werden.
    • Beispiel 1
  • In einen 500-ml-Dreihalskolben, ausgerüstet mit Rührer, Thermometer und Rückflußkühler, werden eingewogen:
       36,8 g (0,1 Mol) Stearinsäuredimethylaminopropylamid
       12,8 g (0,11 Mol) Natriummonochloracetat
       23,2 g Natriumlaurylethersulfat (28 gew.-%ig in H₂O) 6,5 g 100 gew.-%ig
    und 124,0 g Wasser.
  • Dieses Gemisch läßt man 10 Stunden bei 95 bis 98°C unter Rühren reagieren und anschließend abkühlen.
  • Man erhält 186,3 g einer fließfähigen, weißen Dispersion folgender Zusammensetzung:
    42,6 g Stearinsäurebetain = 22,8 Gew.-%
    6,5 g Natriumlaurylethersulfat = 3,5 Gew.-%
    6,5 g Natriumchlorid = 3,5 Gew.-%
    130,7 g Wasser = 70,2 Gew.-%

    Die Viskosität der Dispersion beträgt bei Raumtemperatur 3000 mPas.
    • Beispiel 2
  • In einen 500-ml-Dreihalskolben, ausgerüstet mit Rührer, Thermometer und Rückflußkühler, werden eingewogen:
       36,8 g Stearinsäuredimethylaminopropylamid
       12,8 g Natriummonochloracetat
       13,4 g Natriumlaurylethersulfat (28 gew.-%ig in H₂O)
    und 124,0 g Wasser.
  • Das Gemisch läßt man 10 Stunden bei 95 bis 98°C reagieren und anschließend abkühlen.
  • Man erhält 187 g einer fließfähigen, weißen Dispersion der folgenden Zusammensetzung:
       22,9 Gew.-% Stearinsäurebetain
       2,0 Gew.-% Natriumlaurylethersulfat
       3,5 Gew.-% Natriumchlorid
       71,6 Gew.-% Wasser.
  • Die Viskosität der Dispersion beträgt bei Raumtemperatur ≈ 4000 mPas.
    • Beispiel 3
  • In einem Versuch gemäß Beispiel 2 wird unter sonst gleichen Bedingungen die Einsatzmenge des Natriumlaurylethersulfats (100 gew.-%ig) auf 5 Gew.-% des Ansatzes erhöht.
  • Man erhält ebenfalls eine fließfähige, weiße Dispersion eines Stearinsäurebetains der folgenden Zusammensetzung:
       22,9 Gew.-% Stearinsäurebetain
       5,0 Gew.-% Natriumlaurylethersulfat
       3,5 Gew.-% Natriumchlorid
       68,6 Gew.-% Wasser.
  • Die Viskosität der Dispersion beträgt bei Raumtemperatur ≈ 2000 mPas.
  • In den nachfolgenden Versuchen werden bei sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 jeweils 0,1 Mol des entsprechenden Fettsäuredimethylaminopropylamids mit 0,11 Mol Natriumchloracetat unter Zusatz von 3,5 Gew.-% des jeweiligen Tensids (100 gew.-%ig) eingesetzt.
  • In der nachfolgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse im einzelnen dargestellt.
    Figure imgb0002
  • Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäß erhaltenen Dispersionen fließfähig sind. Ersetzt man die anionischen Tenside durch nichtionogene Tenside, erhält man nicht mehr fließfähige bzw. vergelte Produkte.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung fließfähiger wäßriger Dispersionen, welche 10 bis 30 Gew.-% Betaine der allgemeinen Formel
    Figure imgb0003
     enthalten,
    R¹   geradkettiger Alkylrest mit mindestens 16 Kohlenstoffatomen oder der Rest R⁴CONH(CH₂)x-, wobei R⁴CO ein von einer gesättigten geradkettigen Fettsäure mit mindestens 16 Kohlenstoffatomen abgeleiteter Acylrest und x = 2 oder 3 ist,
    R², R³   gleich oder verschieden und jeweils ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
    y   1, 2 oder 3,
    durch Quaternierung eines tertiären Amins der allgemeinen Formel



            R¹-NR²R³



    mit ω-Halogenalkylcarbonsäuren X(CH₂)yCOOY oder deren Salzen (X = Halogenrest, Y = Wasserstoff-, Alkali- oder Ammoniumion) in wäßriger oder wäßrig-alkoholischer Lösung bei erhöhten Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Reaktionsgemisch vor der Quaternierungsreaktion anionische Tenside in solchen Mengen zusetzt, daß die fertige Lösung 1 bis 10 Gew.-% anionische Tenside enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Reaktionsgemisch anionische Tenside in solchen Mengen zusetzt, daß die fertige Lösung 2 bis 5 Gew.-% anionische Tenside enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man tertiäre Amine quaterniert, deren Rest R¹ entweder ein Alkylrest mit 18 bis 22 Kohlenstoffatomen ist, oder deren Rest R⁴CO der Acylrest einer Fettsäure mit 18 bis 22 Kohlenstoffatomen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als anionisches Tensid Alkali-, Ammonium- oder Aminsalze von Alkylsulfaten, Alkylethersulfaten, Alkylarylsulfonaten, α-Olefinsulfonaten oder Sulfobernsteinsäurehalbestern verwendet.
EP91121021A 1990-12-20 1991-12-07 Verfahren zur Herstellung fliessfähiger wässriger Dispersionen von Betainen Expired - Lifetime EP0492228B1 (de)

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