Aminogruppen enthaltende Alkenylbernsteinsäureester

Abstract

 Aminogruppen enthaltenden Alkenylbernsteinsäureester der Formeln

worin R lineares oder verzweigtes C₁-C₂₀-Alkyl, R₁ Hydroxy-C₂-C₆-Alkyl oder C₁-C₄-Alkyl, R₂ Methyl oder Ethyl, R₃ C₆-C₂₀-, vorzugsweise C₁₂-C₁₈-Alkyl oder C₆-C₂₀-, vorzugsweise C₁₂-C₁₈-Alkenyl, A -C₂H₄- oder -C₃H₇- und n eine Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise von 3 bis 8 bedeuten, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als thermostabile Gleitmittel in Faserpräparationen.

Beschreibung

[0001] Bei der Herstellung von Synthesefasern ist es unbedingt notwendig, sogenannte Präparationsmittel auf der Faseroberfläche aufzubringen. Diese Präparationsmittel haben in der Hauptsache die Aufgabe, die Faden-­Metallreibung zu vermeiden, aber auch die Faden-­Fadenreibung einzustellen und die elektrostatische Aufladung zu verhindern. Bei der Texturierung von Polyesterfäden beispielsweise werden die Fäden mit hoher Geschwindigkeit durch eine Spindel und anschließend über Heizstrecken geführt, um den Bausch zu fixieren. Durch die hohen Temperaturen (oberhalb 200°C) werden die Präparationsmittel aber thermisch zersetzt oder sublimieren ab, setzen sich auf die Heizaggregate und werden zu festen schwarzen Rückständen gecrackt, die den weiteren Texturierprozeß empfindlich stören. Deshalb müssen die Anlagen in regelmäßigen Abständen abgestellt werden und die Heizeinheiten mechanisch von den Rückständen gereinigt werden, was sowohl Kosten verursacht, als auch eine gesundheitliche Beeinträchtigung der mit der Reinigung beauftragten Arbeiter bedeuten kann. Deshalb besteht ein großes Interesse an thermostabilen Gleitmitteln, die auf den Heizaggregaten lediglich flüssige Rückstände bilden, die mit Wasser emulgierbar sind und somit leicht entfernt werden können.

[0002] Ähnliche Probleme mit Zersetzungsprodukten von Präparationsmitteln bestehen für die Bandstraßen zum Herstellen technischer Fäden (Reifencorde, Förderbänder).

[0003] Es wurde nun gefunden, daß die im folgenden beschriebenen, Aminogruppen enthaltenden Alkenylbernsteinsäureester als Faserpräparationsmittel geeignet sind und sich durch eine verbesserte Thermostabilität auszeichnen.

[0004] Gegenstand der Erfindung sind somit Aminogruppen enthaltende Alkenylbernsteinsäureester der Formeln

worin R lineares oder verzweigtes C₁ -C₂₀-, vorzugsweise C₅-C₁₅-Alkyl, R₁ Hydroxy-C₂-C₆-Alkyl oder C₁-C₄-Alkyl, R₂ Methyl oder Ethyl, R₃ C₆-C₂₀-, vorzugsweise C₁₂-C₁₈-Alkyl oder C₆-C₂₀-, vorzugsweise C₁₂-C₁₈-Alkenyl, A -C₂H₄- oder -C₃H₇- und n eine Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise von 3 bis 8 bedeuten.

[0005] Diese Verbindungen werden hergestellt indem man Alkenylbernsteinsäuren der Formel

oder vorzugsweise deren Anhydride zunächst mit ungefähr einem Mol eines Amins der Formel

umsetzt und den dabei erhaltenen
Alkenylbernsteinsäurehalbester mit ungefähr einem Mol eines oxalkylierten Alkohols der Formel

R₃(OA)_n-OH

umsetzt.

[0006] Die Alkenylbernsteinsäureanhydride erhält man durch Umsetzung von α-Olefinen mit Maleinsäureanhydrid bei Temperaturen um 200°C. Für diese Reaktion können lineare oder verzweigte Olefine eingesetzt werden, wie Tripropylen (i-Nonen) oder Tetrapropylen (i-Dodecen). Die oxalkylierten Fettalkohole werden nach bekannten Verfahren durch Addition von Ethylenoxid oder Propylenoxid an die zugrundeliegenden Alkohole hergestellt.

[0007] Die Umsetzung der Alkenylbernsteinsäureanhydride mit den aliphatischen Aminoverbindungen erfolgt bei Temperaturen von 20 bis 120°C vorzugsweise bei 60 bis 100°C. Die 2. Stufe, d.h. die Veresterung der freien Carboxygruppe mit dem Fettalkoholoxäthylat, wird bei Temperaturen von 140 bis 260°C, vorzugsweise bei Temperaturen von 160 bis 200°C unter Säurekatalyse durchgeführt. Die dafür eingesetzten Säuren können anorganische Verbindungen wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, phosphorige Säure etc. sein oder organische Säuren wie p-Toluolsulfonsäure oder saure Ionentauscher. Die dafür benötigten Mengen hängen von der Art der Säure ab, sie liegen zwischen 0,1 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gew.-%. Das Reaktionswasser wird destillativ abgetrennt, bis eine Säurezahl unter 10 erreicht ist. Die beiden Stufen der Reaktion können sowohl in Anwesenheit als auch in Abwesenheit eines Lösemittels durchgeführt werden. Als Lösemittel kommen hierbei inerte organische Lösemittel mit hohem Siedepunkt in Frage wie etwa Dekalin oder chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe.

[0008] Die erfindungsgemäßen Alkenylbernsteinsäureester werden als Präparationskomponenten für das Präparieren von Fasern aus Polyester, Polyamid, Polyacrylnitril, Polyolefinen und Aramidfasern, eingesetzt. Sie können an Stelle der üblichen Gleitmittel, wie z.B. Mineralöle oder Esteröle, z.B. Hexadecylstearat u.a. in Kombination mit Emulgatoren auf Basis oxethylierter Fettalkohole oder in Verbindung mit Antistatika, Fadenschlußmittel eingesetzt werden. Ihr Anteil in den Filamentpräparationen kann von 90 bis 10 %, vorzugsweise 60 bis 30 % reichen. Die Auflagen an Präparation auf die Faser reichen im allgemeinen von 0,1 bis 2 %, vorzugsweise 0,3 bis 1,2 Gew.-%.

[0009] Diese Alkenylbernsteinsäureester haben den Vorteil, daß sie thermostabil sind und daß die Rückstände dieser Verbindungen unter den Bedingungen, unter denen sie bei der Textilfaserherstellung eingesetzt werden, flüssig sind und somit leicht entfernt werden können.

[0010] Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch einzuschränken.

Beispiel 1

[0011] In einem 250 ml Gefäß mit Rührer, Innenthermometer und Kurzwegdestillationsaufsatz wurden 53,38 Gewichtsteile n-Dodecenyl-bernsteinsäureanhydrid bei ca. 50°C aufgeschmolzen, und man läßt 18 Gewichtsteile N,N-Dimethylethanolamin unter Rühren und Stickstoffspülung in 30 Min. bei 50 bis 55°C zutropfen. Die dickflüssige Emulsion wird bei 50°C 4,5 Stunden gerührt, bis im Dünnschichtchromatogramm kein Anhydrid mehr nachweisbar ist. Man kühlt auf 30°C ab und gibt 86,3 Gewichtsteile eines Cocosfettalkoholoxäthylates (mit 5 Ethylenoxydeinheiten), 1,2 Gewichtsteile Borsäure reinst und 1,7 Gewichtsteile hypophosphorige Säure (50%ig) zu. Bei 150 bis 155°C wird 4 Stunden unter Stickstoffspülung gerührt, wobei insgesamt 4 ml Wasser abdestillieren. Anschließend destilliert man im Vakuum innerhalb von 3 Stunden bei einer Temperatur zwischen 130 bis 155°C noch 8 Gewichtsteile der Ausgangsverbindung ab und erhält 146 Gewichtsteile einer hellbraunen, gießbaren Verbindung mit einem pH (1 % in Wasser) von 6 bis 7.

Beispiel 2

[0012] Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, nur verwendet man anstelle von n-Dodecenylbernsteinsäureanhydrid 50 g i-Nonenylbernsteinsäureanhydrid. Man erhält ca. 45 g einer hellbraunen Flüssigkeit mit einem pH von 7.

Beispiel 3

[0013] In einem 500 ml Gefäß mit Rührer, Innenthermometer und Kurzwegdestillationsaufsatz werden 70 Gewichtsteile n-Octadecenylbernsteinsäureanhydrid in 150 Volumenteile Tetralin gelöst und unter Rühren und Stickstoffüberleitung werden 21,6 Gewichtsteile N,N-Diethylethanolamin innerhalb von 30 Minuten bei 35°C zugetropft. Man läßt innerhalb von 4 Stunden bei 50°C ausreagieren, kühlt auf Raumtemperatur ab und versetzt mit 107 Gewichtsteilen Stearylalkohol mit 6 Mol Ethylenoxyd und 3 Gewichtsteilen p-Toluolsulfonsäure. Innerhalb von 2 Stunden werden bei 160 bis 180°C ca. 4 ml Wasser abdestilliert, dann wird das Tetralin in Wasserstrahlvakuum bei 160°C abdestilliert und zurückgewonnen. Man erhält ca. 190 Gewichtsteile eines hellbraunen, viskosen Öles mit einem pH von 7.

Beispiel 4

[0014] Man verfährt wie im Beispiel 2 beschrieben, nur verwendet man anstelle 21,6 Gewichtsteile N,N-Diethylethanolamin 25 Gewichtsteile N,N-Dimethylbutanolamin. Man erhält ca. 193 Gewichtsteile eines hellbraunen, viskosen Öles mit einem pH von 7.

[0015] Die nach Beispiel 1 bis 4 erhaltenen Verbindungen haben folgende Struktur:

Beispiel 5

[0016] Thermotest: Von folgenden Substanzen werden in ein Alu-­Schälchen 1 g eingewogen, auf 220°C 24 Stunden erhitzt und der Verlust bestimmt:

a) Mineralöl (Viskosität bei 20°C: 300 mPas)

b) Pentaerythrittetradecylat

c) Produkt nach Beispiel 1

d) Produkt nach Beispiel 2

e) Produkt nach Beispiel 3

f) Produkt nach Beispiel 4

a + b: Vergleiche
c - f: erfindungsgemäß

	Verlust bei 220°C/24 h	Rückstand	Löslichkeit des Rückstandes in kaltem Wasser
a)	50 %	schwarz, fest	unlöslich
b)	60 %	schwarz, fest	unlöslich
c)	33 %	gelb, schmierig	emulgierbar
d)	40 %	gelb, schmierig	emulgierbar
e)	35 %	gelb, schmierig	emulgierbar
f)	30 %	gelb, schmierig	emulgierbar

Beispiel 6

[0017] 

Reibungswerte auf PES
Produkt	reines Öl		5 g/l
	statisch	dynamisch	statisch	dynamisch
a	8,4	0,44-0,48	8,2	0,49-0,50
b	8,5	0,48-0,59	8,3	0,49-0,55
c	8,9	0,42-0,47	8,0	0,43-0,47
d	8,3	0,44-0,48	8,1	0,44-0,49
e	8,2	0,41-0,46	8,0	0,40-0,45
f	8,2	0,43-0,49	8,1	0,41-0,46
a + b Vergleiche aus Beispiel 5
c - f erfindungsgemäße Beispiele 1 bis 4

[0018] Diese Werte wurden nach der Methode bestimmt, wie in der DE-OS 23 55 675 angegeben und zwar bei einer Meßgeschwindigkeit von 25 m/min (erster Wert) und 100 m/min (zweiter Wert).

Ansprüche

1. Verbindungen der allgemeinen Formeln

worin R lineares oder verzweigtes C₁-C₂₀-, vorzugsweise C₅-C₁₅-Alkyl, R₁ Hydroxy-C₂-C₆-Alkyl oder C₁-C₄-Alkyl, R₂ Methyl oder Ethyl, R₃ C₆-C₂₀-, vorzugsweise C₁₂-C₁₈-Alkyl oder C₆-C₂₀-, vorzugsweise C₆-C₂₀-Alkenyl, A -C₂H₄- oder -C₃H₇- und n eine Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise von 3 bis 8 bedeuten.

2. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Alkenylbernsteinsäuren der Formel

oder deren Anhydrid zunächst mit 1 Mol eines Amins der Formel

und dann mit 1 Mol eines oxalkylierten Alkohols der Formel

R₃(OA)_n-OH

umsetzt, wobei R, R₁, R₂, R₃, A und n die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen haben.

3. Verwendung der Verbindungen nach Anspruch 1 als Faserpräparationsmittel.