REDUCCION AL MÍNIMO DE PRODUCTOS SECUNDARIOS DE AZUFRE
ORGANICOS VOLATILES EN CUATERNIZACON DE SULFATO DE DIMETILO DE AMINAS ELABORADAS CON ACIDO HIPOFOSFOROSO
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a un procedimiento para la reducción al mínimo de productos secundarios de azufre orgánicos volátiles en cauterización de sulfato de dimetilo de aminas elaboradas con ácido hipofosforoso, que conduce a la formación de un producto estable en cuanto al olor.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Las sales de trietanolamin éster de ácido graso cuaternizadas son agentes tensioactivo catiónicos que son excelentes suavizantes de tela que tienen compatibilidad ecotoxicológica elevada. Los cuaternarios de éster típicamente se producen en un procedimiento de dos etapas en donde la trietolamina primero se esterifica en partes con ácidos grasos y el producto de reacción se alquila subsecuentemente o se cuaterniza con un agente de alquilación. El ácido hipofosforoso e hipofosfito de sodio son catalizadores preferidos para el paso de esterificación. Sin embargo, durante el tratamiento, particularmente a temperaturas relativamente elevadas, ciertos productos secundarios se forman, dando como resultado un efecto adverso en el olor del producto cuatemizado. La presente invención proporciona un procedimiento para la producción de sales de trietanolamin éster de ácido graso cuaternizadas que tienen problemas mínimos de olor. Más específicamente, la invención proporciona un procedimiento para la reducción al mínimo de productos secundarios de azufre orgánicos volátiles en cuatemización de sulfato de dimetilo de aminas elaboradas con ácido hipofosforoso, que conduce a la formación de un producto estable en cuanto al olor.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a un procedimiento para la reducción al mínimo de productos secundarios de azufre orgánicos volátiles en cuatemización de sulfato de dimetilo de aminas elaboradas con ácido hipofosforoso, que conduce a la formación de un producto estable en cuanto al olor. El procedimiento de la invención es especialmente útil en la producción de sales de trietanolamin éster de ácido graso cuatemizado estables en cuanto al color y olor. Los cuaternarios de sulfato de dimetilo típicamente se elaboran en dos pasos. El primer paso es esterificar la etanolamina de partida, por ejemplo trietanolamina, con ácido graso en presencia de un catalizador de esterificación/agente de blanqueo reductivo, es decir, por ejemplo, ácido hipofosforoso. El segundo paso es cuaternizar la ésteramina con sulfato de dimetilo con el fin de formar el compuesto de amonio cuaternario de éster. La síntesis de los cuaternarios de éster puede, sin embargo, dar como resultado un producto que presente un olor molesto desagradable. Los inventores de la presente han determinado que la causa de este olor molesto es una pequeña cantidad de impureza de dióxido de azufre en el agente de alquilación de sulfato de dimetilo. Más particularmente, la impureza del dióxido de azufre en el sulfato de dimetilo se encuentra, bajo condiciones de cuaternización, parcialmente convertido a sulfuro de hidrógeno, mercaptano de metilo, sulfuro de dimetilo, y disulfuro de dimetilo, y otros productos secundarios que provocan olor en forma de traza. Estos productos secundarios indeseables son la fuente de olores molestos en el producto final. Asimismo, la presente invención se basa en el descubrimiento de que el dióxido de azufre es la fuente de productos secundarios de olor en la producción de cuaternarios de sulfato de dimetilo. Por extensión, si el dióxido de azufre se remueve o reduce al mínimo en el sulfato de dimetilo, entonces las concentraciones del producto secundario de azufre se reducirán al mínimo y mejorarán el perfil del olor del producto final. Los inventores de la presente han descubierto un procedimiento para la producción de productos estables en cuanto al olor preparados a partir de la cuaternización del sulfato de dimetilo de aminas elaboradas con ácido hipofosforoso. Dichos productos son estables en cuanto al olor ya que los productos secundarios de azufre orgánicos volátiles que conducen a la formación de olores molestos se reducen al mínimo. A este respecto a la invención comprende cuaternización de dichas aminas con un agente de cuaternización de sulfato de dimetilo en donde dicho sulfato de dimetilo tiene un contenido de dióxido de azufre de menos de 10 partes por millón (ppm), preferiblemente menos de 8 ppm, y aún más preferiblemente menos de 5 ppm. Al reducir al mínimo el contenido de dióxido de azufre en el agente de cuaternización de sulfato de dimetilo se reduce o elimina la formación de productos secundarios que provocan olor indeseable tal como sulfuro de hidrógeno, mercaptano de metilo, sulfuro de dimetilo y disulfuro de dimetilo, dando como resultado un perfil del olor en gran medida mejorado del producto final. La presente invención no se limita a procedimiento para la preparación de cuaternarios de éster sino preferiblemente, se aplica a cualquier procedimiento de cuaternización de sulfato de dimetilo de aminas elaboradas con catalizador de esterificación/agentes de blanqueo reductivos. Los catalizadores de esterificación/agentes de blanqueo reductivos empleados en el contexto de la presente invención se caracterizan porque típicamente tienen un potencial de reducción estándar de por lo menos 0.5 voltios. Ejemplos no limitativos de dichos catalizadores de esterificación/agentes de blanqueo reductivos son ácido hipofosforoso, hipofosfito de sodio y mezclas de los mismos. En otra modalidad, la presente invención se refiere a compuestos de amonio cuaternario que tienen rendimiento particularmente bueno y perfiles de estabilidad obtenidos mediante la reacción de ácidos grasos de C-i2 — C22 o los productos de hidrogenación de los mismos, o una mezcla de dichos ácidos, con una alcanolamina en presencia de un catalizador ácido, en donde la relación de ácido graso a alcanolamina es de aproximadamente 1.40 -2.0. Los productos de reacción de ésteramina resultantes se cuaternizan subsecuentemente para obtener las sales de amonio cuaternario de la presente invención. El ácido graso preferiblemente es un ácido de C16 - C22 que contiene un grado de insaturación de manera que el valor de yodo ("IV") se encuentra en la escala de alrededor de 0-140, preferiblemente de alrededor de 3-90, más preferiblemente en la escala de 40-60 y aún más preferiblemente, en una escala de alrededor de 45-55. Preferiblemente, la fuente de ácido graso se selecciona de ácidos grasos de C12-C22 representados por la fórmula: Rx-COOH, en donde Rx es un grupo alquilo de Ci C2i . Las fuentes preferidas de ácidos grasos de C-12-C22 se seleccionan del grupo que consiste en: ácido láurico, ácido tridecílico, ácido mirístico, ácido pentadecílico, ácido palmítico, ácido margárico, ácido esteárico, ácido araquídico, ácido fitánico, ácido behénico, derivados aniónicos de los mismos, sales de los mismos, y combinaciones de los mismos. Fuentes preferidas de ácido son ácidos grasos de C12-C22 que comprenden un grupo alquilo saturado. Otras fuentes preferidas de ácidos son ácidos grasos de C12-C22 que comprenden un grupo insaturado, típicamente con un valor de yodo de 5 a 25, preferiblemente de 18 a 22. La fuente de ácido puede seleccionarse del grupo que consiste en ácido palmitoleico, ácido oleico, ácido elaidico, ácido vacénico, ácido linoléico, ácido cis-eleosteárico, ácido trans-eleosteárico, ácido linoléico, ácido araquidónico, derivados aniónicos de los mismos, sales de los mismos, y combinaciones de los mismos. Fuentes preferidas de ácidos grasos se seleccionan del grupo que consiste en coco, soya, sebo, palmera, semilla de palmera, semilla de colza, manteca de cerdo, girasol, maíz, cártamo, cánola, oliva, cacahuate, y combinaciones de los mismos. Una fuente preferida de ácido es ácido graso de sebo duro y/o ácido graso de sebo parcialmente hidrogenado. Los ácidos grasos preferidos incluyen pero no se limitan a oleico, palmítico, erúcico, eicosánico y mezclas de los mismos. Soya, sebo, palmera, semilla de palmera, semilla de colza, manteca de cerdo, mezclas de los mismos y similares son fuentes típicas para ácidos grasos que pueden emplearse en la presente invención. Los ácidos grasos empleados en el procedimiento de la presente tienen opcionalmente una relación de isómero cis a trans de alrededor de 80:20 a aproximadamente 95:5. En otra modalidad, el contenido de isómero trans de dichos ácidos grasos es menor a aproximadamente 10%. Un contenido de isómero trans típico se encuentra entre aproximadamente 0.5-9.9%. Un ácido graso preferido es una mezcla de sebo/sebo destilado que tiene una relación de isómero cis:trans de más de 9:1. Los ácidos grasos parcial o totalmente hidrogenados pueden emplearse en el procedimiento de la presente invención. Las alcanolaminas que se pueden emplear en la presente invención generalmente corresponden a la fórmula:
R
I R1-N-R2
en donde R, R-i y R2 se seleccionan independientemente de los grupos hidroxialquilo de C2-C6 o un grupo de la fórmula
(CH2CHO)z
en donde R3 es independientemente H o alquilo de C1 a C4 y z es 1 a 10. Alternativamente, las alcanolaminas pueden tener la fórmula:
R4— N \
En donde R4 es un grupo alquilo sustituido o no sustituido, lineal o ramificado, un grupo amidoalquilo, grupo éteralquilo, o un grupo polioxialquileno, n y m= 1-10 y F¾ tiene los significados definidos anteriormente. Ejemplos de alcanolaminas útiles en el contexto de la presente invención, incluyen pero no se limitan a, trietanolamina, propanol dietanolamina, etanol diisopropanolamina, triisopropanol amina, dietanolisopropanol amina, dietanolisobutanolamina, metil dietanolamina y mezclas de los mismos. La relación molar de ácido graso a alcanol amina generalmente se encuentra en la escala de alrededor de 1 .4 a 2.0, preferiblemente de alrededor de 1.55 a 1.90, y más preferiblemente, en la escala de alrededor de 1.65-1.75. Mejores resultados se obtienen generalmente cuando la relación molar se encuentra entre alrededor de 1.68-1.72. El catalizador ácido que se puede emplear en el procedimiento de la presente incluye, pero no se limita a, catalizadores ácidos tales como ácido sulfúrico, ácido fosforoso, ácido p-toluen sulfónico, ácido metan sulfónico, ácido oxálico, ácido hipofosforoso o un ácido de Lewis aceptable en una cantidad de 500-3000 ppm con base en la cantidad de carga de ácido graso. Un catalizador ácido preferido es ácido hipofosforoso. Típicamente, 0.02-0.2% en peso, y más preferiblemente 0.1 a 0.15% en peso del catalizador ácido, con base en el peso del ácido graso, se emplea en el procedimiento de la presente.
La esterificación de ácidos grasos con alcanolaminas se lleva a cabo a una temperatura de alrededor de 150°-250°C hasta que el producto de reacción tiene un valor ácido por debajo de 5. Después de la esterificación, el producto crudo se hace reaccionar con agentes de alquilacion con el fin de obtener el producto de amonio cuaternario. El agente de alquilacion empleado en la presente invención es sulfato de dimetilo que tiene un contenido de dióxido de azufre de menos de alrededor de 10 ppm. Típicamente, 0.7 a 1.0, preferiblemente 0.75 a 0.98 moles de sulfato de dimetilo por mol de ésteramina es satisfactorio en la producción del producto cuaternizado. La cuaternización puede llevarse a cabo a granel o en un solvente, a temperaturas que oscilan de 60°-120°C. Si se emplea un solvente, entonces los materiales de partida y/o producto deben ser solubles en el solvente a un grado necesario para la reacción. Los solventes de este tipo generalmente son conocidos en la técnica. Ejemplos adecuados incluyen solventes polares tales como, por ejemplo, alcoholes inferiores, es decir, alcoholes de Ci-C6. Otros solventes que pueden emplearse incluyen, pero no se limitan a mono-, di-, y triglicéridos, ácidos grasos, glicoles y mezclas de los mismos. Los productos de la invención pueden emplearse benéficamente en composiciones suavizantes de telas y/o para el cuidado personal y en otras aplicaciones típicas para agentes tensioactivos catiónicos. La invención ahora se ilustrará mediante los siguientes ejemplos no limitativos.
EJEMPLO 1 Cuaternización de TEEMA (ásteres de ácido graso de sebo de trietanolamina)
En un matraz de 3 cuellos de 500 mi se colocaron 250.3 g (0.386 moles) de HT (sebo endurecido) TEEMA (carga 2279 de Planta Piloto) que contiene 320 ppm de dicho ácido hipofosforoso residual. Se trató esto a 75-90° con un total de 45.6 g (0.361 moles) de sulfato de dimetilo que contiene 7 ppm de dióxido de azufre mediante análisis GC. Después de la adición, la reacción se mantuvo a 90° durante 1 hora, antes de que se agregaran 30 g de alcohol isopropílico para hacer la TEQ final (sal de amonio cuaternario de metilo de ésteres de trietanolamina).
EJEMPLO 1 COMPARATIVO
Se utilizó el mismo procedimiento e ingredientes del ejemplo 1 salvo que el sulfato de dimetilo que contiene 948 ppm de dióxido de azufre se empleó. La TEQ de los ejemplos anteriores se formuló en composiciones suavizantes de tela cuyos olores fueron comparados mediante un panel. Además, ambas muestras cuaternarias se analizaron para especies que contienen azufre mediante GC. Los resultados se resumen en el cuadro que se presenta a continuación.
TEQ elaborada a partir de SQ2 D S inferior y superior