WO1999014293A1 - Stabile mikroemulsionen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to temperature-stable microemulsions which contain fatty acid methyl esters as the oil component and the use of such emulsions as lubricants or smoothing agents for fiber treatment.
  • emulsions according to the invention preferably have a pH in the weakly acidic to neutral range, ie between 5.5 and 7.5. PH values between 6.5 and 7.5 are preferred.

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Abstract

Stabile Öl-in-Wasser Mikroemulsion, deren Tröpfchengrösse im wesentlichen zwischen 10 und 100 nm liegt, enthaltend a) 25 bis 50 Gew.-% C12-22-Fettsäuremethylester, b) 10 bis 20 Gew.-% Salze der Sulfobernsteinsäureester, c) 0,5 bis 10 Gew.-% nichtionische Emulgatoren sowie ggf. weitere Hilfs- und Zusatzstoffe.

Description

„Stabile Mikroemulsionen"
Die Erfindung betrifft temperaturstabile Mikroemulsionen, die als Ölkomponente Fettsäuremethylester enthalten sowie die Verwendung derartiger Emulsionen als Gleitoder Glättemittel für die Faserbehandlung.
Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabile, optisch isotrope und transparente, einphasige und niedrigviskose Mischungen aus Wasser, einem Kohlenwasserstoff und Tensiden. Sie kommen im Gegensatz zu den Makroemulsionen nur in einem bestimmten Zusammensetzungsbereich des Mehrkomponentensystems vor. Zur Unterscheidung der beiden Emulsionsformen dient häufig die Tröpfchengrössenverteilung in den Emulsionen. Makroemulsionen weisen in der Regel Tröpfchengrößen von mindestens 100 bis 200 nm auf, während die Mikroemlusionen Tröpfchengrößen unter 100 nm aufweisen.
Solche Mikroemulsionen sind aufgrund ihrer thermodynamischen Stabilität für den Anwendungstechniker in verschiedensten Bereichen der Technik interessant, da es auf diese Weise gelingen kann, wasserunlösliche Verbindungen lagerstabil zu formulieren (vgl. Kosswig, Stäche, Die Tenside, Hanser Verlag München, 1993, Seiten 89 bis 96). Ein Beispiel für derartige technisch nutzbaren Mikroemulsionen findet sich in der EP 637 629, die flüssige Reiniger beschreibt, welche anionische Tenside, ein Co-Tensid, ein nichtionisches Tensid auf Basis von ethoxylierten Glycerinestern und einen wasserunlöslichen Kohlenwasserstoff enthalten und in Form einer Mikroemulsion vorliegt. Die DE 44 11 557 beansprucht Emulsionskonzentrate, die wenigstens 30 Gew.-% Dialkylether enthalten sowie ggf. Fettsäureester und eine Kombination von nichtionischen Emulgatoren, die HLB-Werten von 6-10 bzw. oberhalb 11 aufweisen, welche sich in Mikroemulsionen überführen lassen. Diese eignen sich insbesondere als Träger für pharmazeutische und kosmetische Zubereitungen.
Die Herstellung von Mikroemulsionen ist in der Praxis häufig mit großen Schwierigkeiten verbunden, da der Existenzbereich der Mikroemulsionen, in dem aus Ölkomponente, Wasser und Emulgatoren gebildeten Dreiphasen-Diagramm, meist sehr klein sind und die Lage dieses Existenzbereichs durch strukturelle Merkmale der Inhaltsstoffe stark beeinflußt wird. Außerdem hat die Temperatur einen deutlichen Einfluß auf die Ausbildung bzw. Existenz der Mikroemulsion. Häufig gelingt es daher nur, Emulsionen herzustellen, die nur in einem engen Temperaturbereich als Mikroemulsion vorliegen. In der Regel werden aber Emulsionen für den technischen Einsatz den unterschiedlichsten Temperaturen ausgesetzt. Es besteht daher ein Bedarf nach Emulsionen, die über breite Temperaturbereiche in Form der feinteiligen Mikroemulsion existent und stabil sind.
Es wurde gefunden, daß eine Kombination von Fettsäuremethylestern als Ölphase und ausgewählten anionischen und nichtionischen Emulgatoren zu Mikroemulsionen führt, die über einen weiten Temperaturbereich stabil sind.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind daher stabile Öl-in- Wasser Mikroemulsionen, deren Tröpfchengröße im wesentlichen zwischen 10 und 100 nm liegt, und die enthalten a) 25 bis 50 Gew.-% CI2.22-Fettsäuremethylester, b) 10 bis 20 Gew.-% Salze der Sulfobernsteinsäureestern, c) 0,5 bis 10 Gew.-% nichtionische Emulgatoren sowie ggf. weitere Hilfs- und Zusatzstoffe.
Die hier beschriebenen Mikroemulsionen sind Emulsionen des Öl-in- Wasser Typs. Sie sind optisch isotrope, thermodynamisch stabile Systeme, die wasserunlösliche Öle, Emulgatoren und Wasser enthalten. Das klare bzw. transparente Aussehen der Mikroemulsionen ist eine Folge der geringen Tröpfchengröße der dispergierten Öle, die im wesentlichen, d.h. zu mehr als 50 %, vorzugsweise zu mehr als 80 % der Tröpfchen, unter 300 nm liegt, wobei im Bereich zwischen 100 und 300 nm feinteilige. in der Durchsicht braunrot und im Auflicht bläulich schimmernde Mikroemulsionen und in dem hier besonders bevorzugten Bereich von 10 bis 100 nm weitgehend optisch klare Mikroemulsionen vorliegen. Der optische Eindruck der klaren Transparenz ist dann besonders gut, wenn die Transmissivität der Emulsion für Licht der Wellenlänge von 650 nm bei mindestens 85 % liegt.
Die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen zeichnen sich weiterhin dadurch aus, daß sie über einen weiten, ununterbrochenen Temperaturbereich von mindestens 25 °C und vorzugsweise von mehr als 30 °C stabil sind. Vorzugsweise liegt die untere Grenze dieses Temperaturbereichs bei 25 °C, vorzugsweise bei 10 °C und insbesondere bei - 5°C, während die obere Grenze des Temperaturbereichs bei mindestens 35 °C, vorzugsweise bei 60 °C und insbesondere bei 85 °C liegt. Besonders bevorzugt sind insbesondere solche Emulsionen, bei denen der obere Temperaturbereich über 60 °C hinausgeht.
Die Ölphase der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen enthält C12.22 Fettsäuremethylester in den angegebenen Mengen, wobei die Ester nach bekannten Methoden durch direkte Veresterung der Fettsäuren mit Methanol oder vorzugsweise durch Umesterung der in natürlichen Ölen, z.B. Talg, Palm- oder Kokosöl, erhaltenen Triglyceride, mit Methanol hergestellt werden, wobei in der Regel alkalische Katalysatoren verwendet werden.
Als Fettsäuren kommen sowohl lineare und/oder verzweigte, gesättigte und/oder ungesättigte bzw. Mischungen dieser Säuren der angegebenen Kettenlängen in Betracht. Geeignete Fettsäuren sind beispielsweise die Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin- und Arachinsäure. Als ungesättigte Fettsäuren eignen sich z.B. Laurolein-, Myristolein-, Palmitolein-, Öl- und Linolsäure.
Bevorzugt enthalten die erfmdungsgemäßen Mikroemulsionen Methylester auf Basis von gesättigten und/oder ungesättigten C12.18-Fettsäuren bzw. Mischungen dieser Säuren. Besonders bevorzugt sind Methylester auf Basis von Taigfettsäuren, Palmkernfettsäure bzw. Mischungen von Palmitin- und Stearinsäure. Neben den Fettsäuremethylestern kann die Ölphase noch weitere, optionale Zusatzstoffe enthalten. Die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen enthalten, bezogen auf die gesamte Emulsion, zwischen 25 und 50 Gew.-% an Fettsäuremethylestern. Bevorzugt sind Mikroemulsionen die 30 bis 45 Gew.-% an Fettsäuremethylestern enthalten.
Als zweite Komponente enthalten die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen Salze der Alkylsulfobernsteinsäureester in Mengen zwischen 10 und 20 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen zwischen 10 und 15 Gew.-%. Diese auch als Sulfosuccinate bezeichneten Sulfobemsteinsäureester stellen Monoester oder Diester der Sulfobemsteinsäure mit Alkoholen dar. Diese Tenside können durch Sulfonierung von Maleinsäureestem mit SO3 oder durch Sulfochlorierung zu den entsprechenden Produkte umgesetzt werden (vgl. Kosswig, Stäche, Die Tenside, Hanser Verlag München, 1993, Seiten 145 bis 147). Bevorzugte Sulfosuccinate sind Diester der Sulfobemsteinsäure mit verzweigten oder unverzweigten C4.12-Alkohole. Bevorzugte Alkohole sind beispielsweise Butyl-, Hexyl- oder 2-Ethylhexylalkohol. Die Diester dieser kurzkettigen Alkohole sind wasserlöslich. Als Kationen eignen sich Alkali- und Erdalkalimetallionen, bevorzugt sind Natrium- Salze. Besonders bevorzugt sind daher Mikroemulsionen, die das Natriumssalz des Sulfobemsteinsäuredi(2-ethylhexyl)esters enthalten.
Als dritte Komponente enthalten die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen nichtionische Emulgatoren. Als nichtionische Emulgatoren werden vorteilhafterweise ethoxylierte und/oder propoxylierte, insbesondere primäre Alkohole mit 8 bis 18 C- Atomen und durchschnittlich 1 bis 12 Mol Ethylenoxid und/oder 1 bis 6 Mol Propylenoxid pro Mol Alkohol eingesetzt, in denen der Alkoholrest linear oder bevorzugt in 2-Stellung methylverzweigt sein kann bzw. lineare und methylverzweigte Reste im Gemisch enthalten kann, so wie sie üblicherweise in Oxoalkoholresten vorliegen.
Insbesondere sind jedoch Alkoholalkoxylate bevorzugt, die durch Umsetzung von Alkoholen mit 12 bis 22 C- Atomen mit durchschnittlich 2 bis 4 Mol Ethylenoxid und 1 bis 3 Mol Propylenoxid pro Mol Alkohol erhalten werden. Die Anlagerung erfolgt dabei nach bekannten Methoden. Bei Umsetzung mit Ethylenoxid und Propylenoxid können die Alkohole sowohl mit Mischungen der Alkoxide umgesetzt werden. Es ist aber auch möglich zuerst nur Ethylen- bzw. Propylenoxid einzusetzen und anschließend in einem zweiten Schritt das andere Alkoxid. Die angegebenen Ethoxylierungs- bzw. Propoxylierungsgrade stellen statistische Mittelwerte dar, die für ein spezielles Produkt eine ganze oder eine gebrochene Zahl sein können. Die Alkoholalkoxylate können auch eine eingeengte Homologenverteilung aufweisen (narrow ränge ethoxylates, NRE).
Eine weitere Klasse geeigneter nichtionische Emulgatoren, die entweder als alleiniger nichtionischer Emulgator oder in Kombination mit anderen nichtionischen Emulgatoren, insbesondere zusammen mit alkoxylierten Fettalkoholen eingesetzt werden, sind alkoxylierte, vorzugsweise ethoxylierte bzw. ethoxylierte und propoxylierte Fettsäurealkylester, vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette, insbesondere Fettsäuremethylester, wie sie beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung JP 58/217598 beschrieben sind oder die vorzugsweise nach dem in der internationalen Patentanmeldung WO-A-90/13533 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen enthalten die nichtionischen Emulgatoren in Mengen zwischen 0,5 und 10 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 8 Gew.-%. Mikroemulsionen, welche die Salze der Sulfobernsteinsäurester und die nichtionischen Emulgatoren in Mengenverhältnissen von 15 : 1 bis 2 : 1 enthalten, zeigen besonders vorteilhafte Eigenschaften und sind bevorzugt.
Der Wassergehalt der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 20 und 50 Gew.-%. Bevorzugt sind solche Mikroemulsionen, die ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu Fettsäuremethylester im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 2 aufweisen, insbesondere aber ein Gewichtsverhältnis von 1 : 1. Neben den oben beschriebenen Inhaltsstoffen können die erfindungsgemäßen Emulsionen noch weitere, für den jeweiligen Verwendungszweck geeignete Inhaltsstoffe enthalten. Diese optionalen Hilfs- und Zusatzstoffe sind in der Regel in Mengen zwischen 0,1 und maximal 10 Gew.-% enthalten. Dazu zählen z.B. Netzmittel, Entschäumer, Färb- und Konservierungsstoffe oder wasserlösliche ein- und mehrwertige Alkohole mit 1 bis 8 C-Atomen, beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, 1,2- Hexandiol, Ethylenglykol oder Propylenglykol. Weiterhin können anorganische oder organische Säuren zur Stabilisierung des pH- Wertes der Emulsionen enthalten sein. Die erfindungsgemäßen Emulsionen weisen vorzugsweise einen pH-Wert im schwach sauren bis neutralen Bereich auf, d.h. zwischen 5,5 und 7,5 auf. Bevorzugt sind pH- Werte zwischen 6,5 und 7,5.
Besonders bevorzugt sind Mikroemulsionen, die als Zusatzstoffe Paraffinkohlenwasserstoffe mit 8 bis 24 C-Atomen und/oder symmetrische oder unsymmetrische Dialkylether mit insgesamt 12 bis 24 C-Atomen enthalten. Als Paraffinkohlenwasserstoffe eignen sich insbesondere lineare unverzweigte Alkane, beispielsweise Octan, Nonan, Decan, Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, Pentadecan oder Hexadecan. Als Dialkylether eignen sich insbesondere solche mit linearen primären Alkylgruppen mit je 6 bis 12 C-Atomen, insbesondere die symmetrischen Di-n-Alkylether, wie z.B. Di-n-Octylether.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen kann nach allen dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen. Die oben beschriebenen Mikroemulsionen sind aufgrund ihrer Stabilität in einem breiten Temperaturbereich vielseitig technisch verwendbar. Außerdem lassen sie sich hervorragend mit Wasser verdünnen. Die Mikroemulsionen enthalten hohe Anteile an Fettsäuremethylestern und eignen sich hervorragend als Gleitmittel in der Textilindustrie.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikroemulsionen als Gleit- oder Glättemittel für die Faserbehandlung. Beispielsweise können die Mikroemulsionen als Schmälzen verwendet werden, insbesondere aber als Kämmölen für die Kammzugherstellung von Wolle.
Die Mikroemulsionen können auch als Träger für agrochemische Wirkstoffe verwendet werden. Unter agrochemischen Wirkstoffen werden solche Mittel verstanden, die zum Pflanzenschutz verwendet werden können und beispielsweise Insektizide. Akarizide, Nematizide, Pestizide oder Repellents enthalten.
Beispiel
Es wurden folgende Emulsionen hergestellt und deren Temperaturstabilität vermessen. Zur Herstellung der Emulsionen wurden die einzelnen Bestandteile eingewogen und einmal auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der alle Bestandteile in flüssiger Form vorliegen. Dann wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde die Emulsionen mechanisch gerührt, wobei sich spontan die Mikroemulsionen bildeten.
Die so hergestellten Mikroemulsionen wurden dann bei unterschiedlichen Temperaturen gelagert und regelmäßig mit dem Auge auf Phasentrennung hin begutachtet.
Die einzelnen Rezepturen können den Tabellen 1 und 2 entnommen werden. Die Mengenangaben erfolgen in Gew.-% Aktivsubstanz. Die erfindungsgemäßen Mikroemulsionen sind wasserklar und zeigen über einen Zeitraum von mindestens 6 Monaten keine Phasentrennung.
Tabelle 1 :
Figure imgf000010_0001
"Mengenangaben beziehen sich auf eine 75 Gew.-% Lösung in einer Wasser/Ethanol-Mischung. Tabelle 2:
Figure imgf000011_0001
*Mengenangaben beziehen sich auf eine 75 Gew.-% Lösung in einer Wasser/Ethanol-Mischung.

Claims

Patentansprüche
1. Stabile Öl-in- Wasser Mikroemulsion, deren Tröpfchengröße im wesentlichen zwischen 10 und 100 nm liegt, enthaltend a) 25 bis 50 Gew.-% C12.22-Fettsäuremethylester, b) 10 bis 20 Gew.-% Salze der Sulfobemsteinsäureester, c) 0,5 bis 10 Gew.-% nichtionische Emulgatoren sowie ggf. weitere Hilfs- und Zusatzstoffe.
2. Mikroemulsion nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion in einem ununterbrochenen Temperaturbereich von mindestens 15 °C bis 35 °C und vorzugsweise von 10 °C bis 60 °C als Mikroemulsion vorliegt.
3. Mikroemulsion nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 30 bis 45 Gew.-% CI2.22-Fettsäuremethylester enthält.
4. Mikroemulsion nach Anspmch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Methylester von gesättigten und/oder ungesättigten C12.18-Fettsäuren enthält.
5. Mikroemulsion nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Natriumsalze von Diestem der Sulfobemsteinsäure mit C4.ι2-Alkoholen enthält.
6. Mikroemulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als nichtionische Emulgatoren Umsetzungsprodukte von C8.22-Fettalkoholen mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid enthält.
7. Mikroemulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als nichtionische Emulgatoren Umsetzungsprodukte von 1 Mol eines C8.22- Fettalkohols mit 2 bis 4 Mol Ethylenoxid und 1 bis 3 Mol Propylenoxid enthält.
8. Mikroemulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie Zusatzstoffe enthält, ausgewählt aus der Gruppe der Paraffinkohlenwasserstoffe mit 8 bis 24 C-Atomen und/oder symmetrischen oder unsymmetrischen Dialkylether mit insgesamt 12 bis 24 C-Atomen.
9. Verwendung von Mikroemulsionen gemäß Anspmch 1 als Gleit- oder Glättemittel für die Faserbehandlung.
10. Verwendung von Mikroemulsionen gemäß Anspmch 1 als Träger für agrochemische Wirkstoffe
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