Verfahren zur Herstellung von Trialkanolamindifettsäureestern und deren Verwendung

Abstract

 Die Veresterung von Trialkanolaminen mit ca. zwei Äquivalenten Fettsäuren bzw. Fettsäuremethylestern führt nach der üblichen Quarternisierung zu Ammoniumverbindungen, deren handelsübliche 85gewichtsprozentige Konzentrate zu Kristallbildung und zum Absitzen neigen.
Es wird vorgeschlagen, die Umsetzung des Trialkanolamins mit der Fettsäure in Gegenwart geringer Mengen eines Fettsäureesters durchzuführen.
Die erhaltenen Trialkanolaminfettsäuredieester können durch üb­liche Quarternisierungsmittel in das quarternäre Ammoniumsalz überführt werden und lassen sich als Wäscheweichspülmittel ein­setzen.

Beschreibung

[0001] Die Herstellung von Fettsäurestern, wie auch Trialkanolaminfettsäure­estern, ist wohlbekannt. Als Veresterungskatalysatoren werden i.a. Alkalihydroxide, Mineralsäuren, Lewissäuren etc. eingesetzt.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] Zweckmäßigerweise enthalten die Fettsäuren der Fettsäureester 4 bis 24, vorzugsweise 8 bis 22, insbesondere 10 bis 20 Kohlenstoffatome.

[0010] Die Alkohole der Fettsäureester enthalten zweckmäßigerweise 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 3 Kohlenstoffatome.

[0011] Die Alkohole der Fettsäureester sollten 1- bis 6wertige Alkohole, vor­zugsweise 1- bis 3wertige Alkohole, sein.

[0012] Die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten Trialkanolamin­fettsäurediester sind - nach der üblichen Quarternisierung mit z. B. Dimethylsulfat - als Wäscheweichspülmittel zu verwenden.

[0013] Als Trialkanolamine, welche erfindungsgemäß umzusetzen sind, kommen zweckmäßigerweise solche infrage, die der Formel

genügen, in der R, R¹ und R² verschieden sein können und Wasserstoff oder Alkylreste mit 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4, insbesondere mit einem Kohlenstoffatom(en) bedeuten. In besonders bevorzugter Weise be­deuten R, R¹ und R² Wasserstoff.

[0014] Beispiele für Trialkanolamine sind Triethanolamin, Triisopropanolamin, Triisobutanolamin, Triisopentanolamin, Triisohexanolamin, Diethanol-­monoisopropanolamin, Monoethanol-diisopropanolamin, Monoethanol-diiso­butanolamin und Analoge.

[0015] 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.

[0016] Es kommen beispielsweise infrage: Carpylsäure, Caprinsäure, Laurinsäu­re, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behen­säure sowie deren verzweigte oder deren ungesättigte Homologe, wie z. B. Ölsäure.

[0017] 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.

[0018] Diese Fettsäureester leiten sich z. B. von Fettsäuren mit 4 bis 24 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 8 bis 22, insbesondere 10 bis 20 Kohlenstoffatomen ab.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] Es ist nicht notwendig, daß die bei der Veresterungsreaktion einge­setzten Fettsäureester im Acylteil dieselbe C-Zahl aufweisen wie die für die Veresterung bestimmten Fettsäuren.

[0024] 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.

[0025] Die nun folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfin­dung.

Beispiel 1

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] 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.

Beispiel 2

[0029] 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.

Beispiel 3

[0030] 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.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Trialkanolamindifettsäureestern durch Umsetzung von Triethanolamin mit 1,5 bis 2,5 Äquivalenten Fett­säure,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Umsetzung in Gegenwart von 0,05 bis 5,0 Gewichtspro­zent, bezogen auf die Gesamtmischung, eines Fettsäureesters vornimmt.

2. Verfahren zur Herstellung von Trialkanolamindifettsäureestern nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fettsäuren der Fettsäureester 4 bis 24 Kohlenstoffatome enthalten.

3. Verfahren zur Herstellung von Trialkanolamindifettsäureestern nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkohole der Fettsäureester 1- bis 6wertige Alkohole mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen sind.

4. Verwendung der aus den Triethanolamindifettsäureestern der Ansprüche 1 bis 3 durch übliche Quarternisierung erhaltenen quarternären Ammoniumverbindungen als Wäscheweichspülmittel.