Alkylbetainsulfosuccinate und ihre Verwendung zur Herstellung von textilen Präparationen

Abstract

 Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkylbetainsulfosuccinaten in Filament- und Spinnpräparationen als stark adhäsive, antistatische, avivierende und fadenschließende Komponenten mit ausgesprochen positiven Einwirkungen auf die Laufeigenschaften des behandelten Materials, insbesondere geeignet für nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellte Synthesefäden wie Polyamid und Polyester.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkylbetainsulfosuccinaten in Filament- und Spinnpräparationen als stark adhäsive, antistatische, avivierende und fadenschließende Komponenten mit ausgesprochen positiven Einwirkungen auf die Laufeigenschaften des behandelten Materials, insbesondere geeignet für nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellte Synthesefäden wie Polyamid und Polyester.

[0002] Es ist bekannt, daß die Verarbeitung von synthetischen Filamenten und Spinnfäden den Einsatz von Präparationen bedarf.

[0003] Die Rolle dieser Präparationen ist, die Laufeigenschaften des behandelten Materials zu optimieren, wobei die Faser/Faser(F/F)- und Faser/Metall(F/M)-Reibung praktisch von den Eigenschaften des Präparationsfilmes bestimmt werden. Um eine optimale Haftung dieses Filmes zu gewährleisten, werden den Präparationen verschiedene netzende und haftende Komponenten hinzugefügt. Präparationen bestehen grundsätzlich aus mehreren Komponenten. Die wichtigsten, nach Funktion betrachtet sind: Gleitmittel, Emulgatoren, Fadenschlußmittel und Antistatika.

[0004] Zu den wichtigsten Eigenschaften, die eine moderne Präparation zu erfüllen hat, zählen folgende: Hitzebeständigkeit, geringe Flüchtigkeit, gute antistatische Wirksamkeit, gutes Netzvermögen, mittlere bis niedrige Faden/Reibkörper-Reibung, ausreichendes Fadenschlußvermögen, Verträglichkeit mit anderen Hilfsmitteln, gute Auswaschbarkeit.

[0005] Diesen Ansprüchen können klassische mineralölbasierte Präparationen nicht standhalten.

[0006] Verbesserte Alternativen sind die esterölbasierten Präparationen, die den durch die technische Entwicklung bedingten hohen Temperaturanforderungen besser entsprechen (DD 280 532 A1). Im Falle der beschriebenen Trimethylolpropanester führt das Fehlen einer thermischen Abbaureaktion aber zum Festsitzen und Vercracken auf Heizaggregaten. Ferner muß in diesen Präparationen ein erhöhter Anteil an Fadenschlußmitteln eingebaut werden, da die Viskosität der synthetischen Ester niedriger ist als jene der ersetzten Mineralöle.

[0007] In der DD 260 405 A3 wird zur Lösung des geschilderten Problems und gleichzeitig zur Sicherung eines guten Fadenschlusses die Verwendung von Alkylbetainen in Kombination mit Fettsäureethoxylaten und quaternierten Fettsäureamid-Verbindungen, dargelegt.

[0008] Obwohl diese Lösung ausgesprochen vorteilhaft erscheint, bringt die Verwendung des Alkylbetains durch synthesebedingten NaCl-Gehalt eine Salzbelastung mit sich, die sich in den Präparationseigenschaften negativ auswirkt.

[0009] Die Verwendung einer substantiv aufziehenden kationischen Struktur, die nicht vollständig auswaschbar ist, kann für den allgemeinen Einsatz nicht akzeptiert werden, da sie sich in den folgenden Verarbeitungsstufen negativ auswirken kann.

[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Produktgruppe zu finden, die, als Teilkomponente in Filament- und/oder Spinnpräparationen eingesetzt, eine hohe Affinität zu den synthetischen Fäden aufweist, sie gut benetzt, um die Gleichmäßigkeit des Präparationsfilmes zu gewährleisten, antistatische Wirkung und hohes Fadenschlußvermögen aufweist, hitzestabil, vergilbungsfrei und gleichzeitig auswaschbar ist; ferner soll die Verträglichkeit mit Tensiden anderer Ionogenität und eine gewisse Löslichkeit in Mineral- und/oder Esterölen sowie ein neutraler bis schwach alkalischer pH-Wert und Salzarmut gegeben sein.

[0011] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Alkylbetainsulfosuccinate.

[0012] Gegenstand der Erfindung sind Alkylbetainsulfosuccinate der allgemeinen Formel


worin
n, m = unabhängig voneinander ein Wert von 1 - 10 mit

bis 20, vorzugsweise 2 - 5 sein kann,
R ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Alkylenrest mit 8 - 24 C-Atomen, vorzugsweise 12 - 18 C-Atomen,


A = -CH₂-CH₂-, -CH₂-CH(CH₃)- und
Me⁺ = Na⁺, K⁺, NH₄⁺, vorzugsweise Na,
X⁻ ein Anion, vorzugsweise der Chlorid-, Metho- oder Ethosulfatrest sein kann.

[0013] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Alkylbetainsulfosuccinate der allgemeinen Formel, worin

sein können und R, R¹, A und X- die obengenannte Bedeutung haben und

ist.

[0014] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Alkylbetainsulfosuccinate der allgemeinen Formel, worin R ein Alkyl- oder Alkylenrest mit 12 C-Atomen ist und R¹, A, n, m, n + m, Me⁺ die obengenannte Bedeutung haben und X⁻ der Methosulfatrest ist.

[0015] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der Alkylbetainsulfosuccinate als Fadenschlußmittel und Antistatika in Filamentpräparationen für Polyester und Polyamid, Spinn-Verstreckpräparationen für PES-Stapelfasern (B- und W-Typen) und in Spinnpräparationen für PA 6/6.6 Stapelfasern.

[0016] Die beschriebenen Produkte stellen ca. 50 %ige wässrige farblose bis leicht gelbliche, niedrigviskose Flüssigkeiten dar, die mit anionischen, nichtionischen, amphoteren und kationischen Tensiden verträglich sind und im pH-Bereich von 6,5 bis 8,0 hydrolysestabil und hitzebeständig sind (Thermostabilität bei 220 °C nach 1 Stunde: ca. 92 % (berechnet auf Feststoffgehalt); die Rückstände sind viskose gelbe Flüssigkeiten, die leicht abwaschbar sind). Die flüchtigen Anteile (Bestimmung in Anlehnung an DGF-Methode C-IV9/Rauchpunktbestimmung) liegen bei den erfindungsgemäßen Verbindungen beim Erhitzen auf 205 °C bei ca. 1,5 Gew.-%, berechnet auf Feststoffgehalt.

[0017] Die Produkte sind wasser- und öllöslich. Sie besitzen ein mittleres Schaumvermögen und erniedrigen die Oberflächenspannung des Wassers auf ca. 37 - 40 mN/m.

[0018] Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen können alkoxilierte, vorzugsweise ethoxilierte Fettamine wie insbesondere die nach bekannten Verfahren aus den natürlichen Fettsäuren durch Nitrilierung und Hydrierung herstellbaren Amine verwendet werden. Diese Amine sind handelsübliche Mischungen mit einem Kettenlängenbereich zwischen 8 - 24, insbesondere zwischen 12 - 18 C-Atomen. Mögliche Amine sind Cocosamin, Stearylamin, Laurylamin, Talgamin.

[0019] Der Alkoxilierungsgrad kann gemäß den Anforderungen des jeweiligen Einsatzgebietes eingestellt werden und liegt insgesamt bei 2 - 20, vorzugsweise jedoch bei ca. 2 - 5, Alkylenoxideinheiten pro Mol Amin.

[0020] Diese Alkanoletheramine werden mit einem Alkylierungsmittel, vorzugsweise Dimethylsulfat oder Methylchlorid, bei 40 - 80 °C lösungsmittelfrei quaterniert.

[0021] An diese quaternären Alkanoletheramine wird nach an sich bekannten Verfahren mit Maleinsäureanhydrid im Molverhältnis von ca. 1 : 1 bis ca. 1 : 2 addiert, welche dann anschließend bei 40 - 80 °C mit wässrigem Alkali- oder Ammoniumsulfit sulfoniert werden.

[0022] Die so hergestellten wässrigen Lösungen können, gegebenenfalls nach Einstellung des gewünschten pH-Wertes, ohne weitere Maßnahmen mit den auf diesem Gebiet üblichen Zusatzstoffen versetzt und eingesetzt werden. Übliche Zusatzstoffe sind Gleitmittel wie Mineralöl, Trimethylolpropantriester von gesättigten Fettsäuren der Kettenlänge C₈-C₁₀, Penterythritester, Polyglycerinester, Ethylenoxid, Propylenoxid, Block- und Randomcopolymeren, butyl- oder methylverschlossene Nonylphenol- bzw. Oxo- oder Fettalkohol-Alkylenoxidether, Emulgatoren wie Cocosfettalkoholpolyglykolether, Nonylphenolpolyglykolether, Ölsäure- oder Stearinsäurepolyglykolester, Rizinusöl-Ethylenoxid-Addukte, Talgaminpolyglykolether, Cocosfettsäuremonoethanolamidpolyglykolether usw.

Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen

A. Herstellungsbeispiele

Beispiel 1

Herstellung des Cocospentaethoxymethylammoniummethosulfats

[0023] In einem 1 l-Vierhalskolben mit Rührer, Thermometer, Kühler und Tropftrichter werden 422 g (1 Mol) Cocosamin mit

Mol Ethylenoxid (EO) (z. B. GENAMIN^R C-050 von HOECHST) vorgelegt. Bei 60 - 70 °C werden binnen 1 h 122 g (0,97 Mol) Dimethylsulfat zugetropft. Nach 1 h stellt sich eine Gesamtaminzahl von 4 mg KOH/g ein.

Beispiel 2

Herstellung des Maleinsäuremonoesters aus Beispiel 1

[0024] Zu 544 g (1 Mol) Quat aus Beispiel 1 werden bei 70 °C 98 g (1 Mol) Maleinsäureanhydrid gegeben. Nach 3 h Reaktionszeit stellen sich folgende Analysenzahlen ein:

Säurezahl (SZ) in Aceton	93,5 mgKOH/g
SZ in n-Propanol	91,5 mgKOH/g

Beispiel 3

Herstellung des Monosulfosuccinats aus Beispiel 2

[0025] In einem 2 l-Vierhalskolben mit Rührer, Thermometer, Kühler und Tropftrichter werden 126 g (1 Mol) Natriumsulfit und 768 g H₂O bei 70 °C vorgelegt. 642 g (1 Mol) Reaktionsprodukt aus Beispiel 2 werden binnen 1/2 Stunde zugetropft. Es wird gerührt, bis der SO₂-Gehalt der jodometrischen Bestimmung <0,01 % ist. Es entsteht eine klare Flüssigkeit mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.-%.

Beispiel 4

Herstellung des Di-Maleinsäuremonoesters aus Beispiel 1

[0026] Zu 544 g (1 Mol) Quat aus Beispiel 1 werden bei 70 °C 196 g (2 Mol) Maleinsäureanhydrid gegeben. Die nach 3 h Reaktionszeit erhaltene klare Flüssigkeit weist folgende Analysenzahlen auf:

SZ in Aceton	190,0 mgKOH/g
SZ in n-Propanol	180,0 mgKOH/g

Beispiel 5

Herstellung des Di-Sulfosuccinats

[0027] In eine Lösung von 252 g (2 Mol) Natriumsulfit in 992 g H₂O werden bei 70 °C 740 g (1 Mol) Reaktionsprodukt aus Beispiel 4 gegeben. Es wird wie in Beispiel 3 weiterverfahren.

[0028] Bestimmung der Analysenwerte

Gesamtaminzahl (GAZ)

[0029] Die Gesamtaminzahl gibt die Anzahl Milligramm Kaliumhydroxid an, die der Gesamtaminbasizität von 1 g der Aminverbindung equivalent sind (mg KOH/g).

[0030] Die Werte werden bestimmt nach American Oil Chemists Society (A.O.C.S.) Official Method Tf 2a - 64.

Säurezahl (SZ)

[0031] Die Säurezahl ist ein Maß für den Gehalt eines Fettes oder von technischen Fettsäuren an freien Säuren und gibt die Milligramm Kaliumhydroxid an, die notwendig sind, um 1 Gramm Substanz zu neutralisieren.

[0032] Die Werte werden bestimmt nach der DGF-Einheitsmethode C-V4.

B. Anwendungsbeispiele

[0033] Die folgenden Formulierungsbeispiele sollen die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Verbindungen in Filament- und Stapelfaserpräparationen veranschaulichen:

Beispiel 1

[0034] 

28,0 Gew.-Teile

Blockcopolymerisat von Propylenoxid und Ethylenoxid (Molekulargewicht ca. 2500, Gehalt an Ethylenoxid ca. 10 %), ca. 100 %ig,

21,0 Gew.-Teile

Butanol-Random EO-PO-Polyether (mittleres Molekulargewicht ca. 1000), ca. 100 %ig,

14,0 Gew.-Teile

erfindungsgemäße Verbindung gemäß Beispiel A.3,

7,0 Gew.-Teile

methylverschlossenen Cocosfettalkoholpolyglykolether, Ethoxylierungsgrad ca. 6,5 (gewaschen), ca. 95 %ig,

30,0 Gew.-Teile

entmineralisiertes Wasser.

Beispiel 2

[0035] 

42,5 Gew.-Teile

methylverschlossener Isotridecylalkoholpolvalkylenglykolether (REP-Typ),
Ethoxylierungsgrad n = 5,7, Propoxylierungsgrad m = 2,2

17,0 Gew.-Teile

erfindungsgemäße Verbindung gemäß Beispiel A.3

25,5 Gew.-Teile

Isotridecylalkoholpolyalkylenglykolether (REP-Typ),
Ethoxylierungsgrad n = 9, Propoxylierungsgrad m = 12

15,0 Gew.-Teile

entmineralisiertes Wasser.

Beispiel 3

[0036] 

15,5 Gew.-Teile

erfindungsgemäße Verbindung gemäß Beispiel A.3

29,0 Gew.-Teile

Paraffinöl Typ DAB 9/PIONIER 5990 (Hansen & Rosenthal)

10,0 Gew.-Teile

Trimethylolpropantriester von linearen gesättigten Fettsäuren der Kettenlänge C₈-C₁₀

14,5 Gew.-Teile

ethoxylierter Cocosglyceridester Ethoxylierungsgrad n = 7, ca. 100 %ig

11,0 Gew.-Teile

Ölsäurepolyglykolester,
Ethoxylierungsgrad n = 7 (gewaschen), ca. 100 %ig

11,0 Gew.-Teile

methylverschlossener Cocosfettalkoholpolyglykolether,
Ethoxylierungsgrad ca. 6,5 (gewaschen), ca. 95 %ig

7,0 Gew.-Teile

Fettalkohol (C12/C14) = 70/30) Polyglykolether,
Ethoxylierungsgrad n = 3 (gewaschen)

2,0 Gew.-Teile

entmineralisiertes Wasser.

Beispiel 4

[0037] 

17,0 Gew.-Teile

ethoxylierter Cocosglyceridester Ethoxylierungsgrad n = 7, ca. 100 %ig

34,0 Gew.-Teile

erfindungsgemäße Verbindung gemäß Beispiel A.3

8,5 Gew.-Teile

Butanol-Random EO-PO-Polyether mittleres Molekulargewicht ca. 1000,
Trübungspunkt 2 %ig in destilliertem Wasser ca. 55 °C, 100 %ig

17,0 Gew.-Teile

Cocosfettsäuremono-diglyceridpolyethylenglykolether
Ethoxylierungsgrad n = 30

8,5 Gew.-Teile

Fettalkohol (C12/C14 = 70/30) Polyglykolether, Ethoxylierungsgrad n = 3 (gewaschen)

15,0 Gew.-Teile

entmineralisiertes Wasser.

1. Viskosität nach Ubbelohde wurde gemäß DIN 51562 bestimmt.
2. Der Feststoffgehalt wurde als Differenz FS = 100 - % Wassergehalt bestimmt. Der Wassergehalt wurde nach Karl Fischer gemäß DIN 51777 ermittelt.
3. Die flüchtigen Anteile in geschlossenem System wurden bei 130 °C und 90 min bestimmt (Einwaage: 2 g).

m = Einwaage, in g
m1 = Auswaage, in g.
4. Die flüchtigen Anteile im offenen System (Herzog-Rauchpunktbestimmungsgerät mit Cleveland-Flammpunktprüfer) wurden in Anlehnung an die DGF-Methode C-IV9 gleichzeitig mit den Rauchpunkten bei kontrollierter Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf 205 °C (5 °C/min) als Massendifferenz unter Berücksichtigung des Wassergehaltes bestimmt.
Es wurden jeweils zwei Rauchpunkte bestimmt, wobei für ein schwaches unregelmäßiges Rauchen die Temperatur T1 (°C) und für das starke regelmäßige Rauchen die Temperatur T2 (°C) notiert wurde.
5. Thermostabilität.
Der Rückstand wurde unter Verwendung des Rückstandes von der Bestimmung der flüchtigen Anteile im geschlossenen System als Massendifferenz bei 220 °C und 60 min bestimmt (Einwaage: 1 g).
Die Farbe des Rückstandes wurde anhand folgender Punkte-Skala beurteilt:

Farbe	Punkte
- unverändert gegenüber Formulierungsbeispiel	0
- strohgelb	1
- gelb-rötlich	2
- rötlich-braun	3
- braun	4
- schwarz, verkohlt	5

6. Das Schaumvermögen der 0,1 %igen Verdünnung in entmineralisiertem Wasser wurde bei 40 °C nach dem modifizierten Ross-Miles-Test nach DIN 53902 Teil 2 ausgeprüft.
7. Das Korrosionsverhalten wurde in Anlehnung an Späne-Filter-Test DIN 51360 Teil 2 geprüft, indem die 2 %igen Verdünnungen in entmineralisiertem Wasser im paarweisen Doppelversuch durchgeführt und jeweils mit dem Blindwert für entmineralisiertes Wasser verglichen wurden.
8. Die Verdünnbarkeit der Formulierungen mit Wasser wurde im Becherglas bei Raumtemperatur ausgeprüft. Unter stetigem Rühren wurden zu 90 g entmineralisiertem Wasser 10 g Produkt in dünnem Strahl zugegeben und die Auflösung bzw. das Anspringen der Emulsion sowie das Viskositätsverhalten beobachtet.
9. Die Stabilitäten der 1 %igen Verdünnungen wurden bei Raumtemperatur 72 h nach dem Ansetzen, bei 40 °C 6 h nach dem Ansetzen wie folgt beurteilt:

sehr gut =

unverändert gegenüber Anfangsaussehen bei Raumtemperatur und 40 °C

gut =

unverändert bei Raumtemperatur, leichte Randbildung bei 40 °C

mittel =

unverändert bei Raumtemperatur, Eintrübung und Randbildung bei 40 °C

schlecht =

Abtrennung, Randbildung, Aufrahmung bei Raumtemperatur und 40 °C.

Ansprüche

1. Alkylbetainsulfosuccinate der allgemeinen Formel

worin
n, m = unabhängig voneinander ein Wert von 1 - 10 mit

bis 20, vorzugsweise 2 - 5 sein kann,
R ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Alkylenrest mit 8 - 24 C-Atomen, vorzugsweise 12 - 18 C-Atomen,

A = -CH₂-CH₂-, -CH₂-CH(CH₃)- und
Me⁺ = Na⁺, K⁺, NH₄⁺, vorzugsweise Na,
X⁻ ein Anion
sein kann.

2. Alkylbetainsulfosuccinate der allgemeinen Formel, worin

sein können und R, R¹, A und X⁻ die obengenannte Bedeutung haben und Me⁺ = Na⁺ ist.

3. Alkylbetainsulfosuccinate der allgemeinen Formel, worin R ein Alkyl- oder Alkylenrest mit 12 C-Atomen ist und R¹, A, n, m, n + m, Me⁺ die obengenannte Bedeutung haben und X⁻ der Methosulfatrest ist.

4. Verwendung der Alkylbetainsulfosuccinate gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 als Fadenschlußmittel und Antistatika in Filamentpräparationen für Polyester und Polyamid, Spinn-Verstreckpräparationen für Polyester-Stapelfasern (B- und W-Typen), Spinnpräparationen für Polyamid 6/6.6 Stapelfasern.