Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Betaintensiden mit geringem Salzgehalt bei dem man Stickstoffverbindungen in wäßrig-alkoholischer Dispersion alkyliert und in an sich bekannter Weise nachbehandelt

Stand der Technik

Amphotere Tenside vom Betaintyp werden durch Reaktion eines Fettamins oder Fettsäureamidoamins mit Alkylierungsmitteln, vorzugsweise Natriumchloracetat hergestellt und weithin als Hilfsstoff für Wasch-, Spül- und Reinigungsmittel, Kosmetik- und Textilprodukte eingesetzt Bei der vorgenannten Reaktion zur Herstellung der Betainverbindungen fallen jedoch als Nebenprodukte größere Mengen anorganische Salze an, die korrodierend auf Metalle wirken und Haut und Schleimhäute reizen können. Aus diesem Grund besteht im Markt ein Bedürfnis nach Betaintensiden mit vermindertem Salzgehalt

Betaine werden in der Regel entsalzt indem man zunächst ein Vorprodukt mit niedrigem Wassergehalt hergestellt dieses in einem organischen Lösungsmittel löst das unlösliche Salz abfiltriert und anschließend das Lösungsmittel im Vakuum entfernt Die Verdampfung größerer Wassermengen aus dem Tensid erweist sich bei diesem Verfahren aufgrund der starken Schaumbildung als problematisch, wobei weitere Nachteile in dem Wärmeverlust der erhitzungsbedingten Verfärbung sowie der Zeitaufwendigkeit des Verfahrens bestehen. Die Herstellung eines Betaintensids unter geringem Wassereinsatz ist andererseits aufgrund der extrem zunehmenden Viskosität mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden.

Das japanische Patent JP-B Sho 51-113820 beschreibt ein Entsalzungsverfahren, bei dem eine Betainlösung von geringem Wassergehalt mit einer stark alkalischen Verbindung behandelt wird. Gemäß diesem Verfahren wird die Lösung entsalzt indem man den Wasseranteil durch Verdampfung auf unter 20% reduziert und der pH-Wert der Lösung dann auf einen Wert > 9 einstellt Die Verdamp¬ fung des Wassers aus der Tensidlösung gestaltet sich jedoch, wie vorstehend bereits erwähnt sehr schwierig und zeitraubend. Zudem ergibt sich eine sehr geringe Reaktionsgeschwindigkeit wobei die Aminzahl des Fettamins unverändert bleibt wenn der Alkoholgehalt des Reaktionssystems zu hoch und der Wassergehalt zu gering ist En zu hoher Wassergehalt gewährleistet andererseits einen rei¬ bungslosen Reaktionsverlauf, bewirkt jedoch, daß ein Großteil des Salzes in Lösung geht und die Ver¬ dampfung des Wassers erschwert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat daher darin bestanden, ein Verfahren zur Herstellung von Betaintensiden mit geringem Salzgehalt und niedriger Aminzahl zur Verfügung zu stellen, das frei von den geschilderten Nachteilen ist

Beschreibuno der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Betaintensiden mit geringem Salzgehalt bei dem man Fettamine und/oder Fettsäureamidoamine in wäßrig-alkoholischer Dispersion mit Halogencarbonsäuren oder deren Alkalisalzen alkyliert gebildete anorganische Salze abfiitriert, das Lösungsmittel entfernt und den Rückstand mit Wasser auf die gewünschte Wirkstoffkonzentratjon einstellt das sich dadurch auszeichnet daß man als Dispergiermittel eine Mischung aus 5 bis 10 Gew.- % Wasser und 35 bis 50 Gew.-% Ethanol und/oder Isopropylalkohol -jeweils bezogen auf die Summe der Einsatzstoffe - einsetzt

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch Dispergieren der Ausgangsstoffe in einer definierten wäßrig-alkoholischer Lösung ein Vorprodukt erhalten wird, das sich einerseits leicht entsalzen und von Lösungsmittel befreien läßt und andererseits eine niedrige Aminzahl aufweist

Fettamine

Fettamine, die als Einsatzstoffe in Betracht kommen, folgen üblicherweise der Formel (I),

R ³

I R'-N-R' (I)

in der R ¹ für einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls hydroxysubstituierten Alkylrest mit 6 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen und R ² und R ³ unabhängig voneinander für R ¹ oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen stehen. Vorzugsweise wird Lauryldimethylamin eingesetzt

Fettsäureamidoamine

Als weitere Ausgangsstoffe können anstelle der Fettamine auch Fettsäureamidoamine der Formel (II) eingesetzt werden,

R ^s RJ

I I

R«CO-N-(CH ₂ )„N.R« (II)

in der R ⁴ CO für einen linearen oder verzweigten Acytrest mit 6 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, R ^s , R ^β und R ⁷ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und n für Zahlen von 1 bis 3 steht Typische Beispiele sind Amidoamine die sich von technischen Kokosfettsäureschnitten und Ethylendiamin, N,N-Dimethylethylendiamin bzw. N,N-Dimethylpropylendiamin ableiten.

Alkylierungsmittel

Als Alkylierungsmittel kommen sowohl Halogencarbonsäuren als auch deren Salze in Betracht Typische Beispiele sind Chloressigsäure und vorzugsweise Natriumchloracetat wobei man die Amine bzw. Amidoamine und die Alkylierungsmittel in der Regel im Molverhältnis 1 : 0,75 bis 1 : 1,05 und vorzugsweise 1 : 0,8 bis 1 : 0.95 einsetzt

Verfahren

Zur Hersteilung der Betaintenside geht man üblicherweise so vor, daß zunächst 1 Mol des Alkviie- rungsmittels, vorzugsweise wasserfreies Natriumchloracetat in dem wäßrigen Alkohol dispergiert wird, in diese Dispersion werden unter Rühren langsam 0,8 bis 0,95 Mol eines geschmolzenen Fettamins oder Fettsäureamidoamins eingetropft Die Reaktion wird bei Temperaturen im Bereich von 60 bis 90 ^a C solange durchgeführt bis die Aminzahl unter einen Wert von wenigstens 5, vorzugsweise unter 2 abgesunken ist Nach Abschluß der Reaktion wird das als Nebenprodukt gebildete Salz abfiltriert der Alkoholanteil des Gemisches im Vakuum verdampft und die Betainkonzentration des Endprodukts durch Hinzufügung von Wasser eingestellt

Das Alkylierungsmittel sollte vorteilhafterweise als möglichst feines, wasserfreies Pulver eingesetzt werden. Bei zu grober Körnung verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit in dem aus Alkohol und Wasser bestehenden Medium. Konkret sollten 10 - 20 Gew.-% des gesamten Pulvers eine Körnung von 50 - 100 mesh und über 95 Gew.-% des Pulvers eine Partikelgröße < 20 mesh aufweisen.

Das Verhältnis von Wasser zu Alkohol in dem Reaktionssystem ist vorzugsweise so zu wählen, daß das Alkylierungsmittel dispergiert wird, die Reaktion mit dem Fettamin bzw. Fettsäureamidoamin einwandfrei verläuft und das als Nebenprodukt anfallende Salz aussalzt Hierzu hat es sich als vorteil¬ haft erwiesen, beispielsweise 1 Mol Natriumchloracetat in einem Gemisch aus 5 bis 10 Gew.-% Wasser und 35 bis 50 Gew.-% Ethanol oder Isopropylalkohol zu. dispergieren. Enthält die Lösung weniger als 5 Gew.-% Wasser oder mehr als 50 Gew.-% Alkohol, so kann die Geschwindigkeit der Reaktion des Alkylierungsmrttels mit dem Fettamin oder Fettsäureamidoamin verlangsamt werden, so daß die Lö¬ sung eine zu hohe Restaminzahl aufweist Umgekehrt läuft die Reaktion bei Wasseranteilen über 10 Gew.-% oder Alkoholanteilen unter 35 Gew.-% zwar reibungslos ab, doch geht das als Nebenprodukt anfälende Salz in der Mischung in Lösung, anstatt auszusalzen, so daß sich das Salz schwer abtrennen läßt

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Betaintenside weisen einen besonders geringen Gehalt an anorganischen Salzen und daher eine besonders hohe hautkosmetische Verträglichkeit auf. Sie eignen sich daher in besonderer Weise zur Herstellung von oberflächenaktiven Mitteln, die mit der menschlichen Haut in Kontakt treten, wie beispielsweise Handgeschirrspülmitteln oder Haarshampoos, in denen sie in Mengen von 1 bis 50, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-% - bezogen auf die Mittel - enthalten sein können.

Beispiele

Beispiel 1

In einen 2-l-Vierhalskolben mit Thermometer, Kondensator, Wasserabscheider, NrGaszuleitungsrohr und Rührer wurden 1083 g (5,3 mol) einer hydrierten Kokosfettsäure sowie 552 g (5,4 mol) N,N- Dimethylaminopropylamin gefüllt und unter Stickstoffstoffabdeckung auf 180*C erhitzt Das Kondens¬ wasser wurde kontinuierlich aus dem Reaktionsgefäß entfernt Die Reaktion wurde fortgesetzt bis die Säurezahl des Gemisches auf unter 5 abgesunken war. Danach wurde überschüssiges Dimethyl- propylamin im Vakuum entfernt Auf diese Weise wurden 1500 g Kokosfettsäureamidopropyldimethyr- amin mit einer Aminzahl von 187 gewonnen.

Beispiel 2

In einen 500-ml-Vιerhalskolben mit Thermometer, Kondensator, Tropftrichter und Rührer wurden 32 g (0,29 mol) eines in feiner Pulverform vorliegenden Natriumchloracetats, 75 ml Ethanol und 10 ml Wasser gefüllt und gründlich gerührt Anschließend wurden dieser Dispersion innerhalb von 30 Minuten 85 g (0,29 mol) geschmolzenes Kokosfettsäureamidopropyldimethylamin aus Beispiel 1 zugetropft und das Gemisch auf 80*C erhitzt Sobald nach 5 h die Aminzahl auf unter 2,2 gesunken war, wurde das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt und das ausgesalzene NaCl abfiltriert Das Ritrat wurde mit 75 ml Wasser aufgefüllt Durch allmähliches Erhitzen im Vakuum bei 0,1 bar wurde das Ethanol ver¬ dampft Die Wirkstoffkonzentration der Lösung wurde durch Verdünnen mit Wasser auf 30 Gew.-% eingestellt Die resultierende Lösung wies einen Salzgehalt von 0,98 Gew.-% und eine Aminzahl von 1,25 auf.

Beispiel 3

Analog Beispiel 2 wurden 32 g Natriumchloracetat in einer Mischung aus 75 ml Ethanol und 10 ml Wasser dispergiert und anschließend mit 70 g (0,29 mol) Lauryidimethylamin umgesetzt Nach Ab¬ schluß der Reaktion wurde der Reaktor auf Raumtemperatur gekühlt das ausgesalzte NaCl abfiltriert das Ethanol verdampft und die Wirkstoffkonzentration der Lösung auf 30 Gew.-% eingestellt Die resul¬ tierende Lösung wies einen Salzgehalt von 1,01% und eine Aminzahl von 1,35 auf.

Vergleichsbeispiel V1

Analog Beispiel 2 wurden 32 g Natriumchloracetat in einer Mischung aus 150 ml isopropylalkohol und 10 ml Wasser dispergiert und mit 85 g geschmolzenem Kokosfettsäureamidopropyldimethylamin umge¬ setzt Nach Abschluß der Reaktion wurde das ausgesalzene NaCl abfiltriert der Alkohol im Vakuum verdampft und die Wirkstoffkonzentration durch Hinzufügung von Wasser auf 30 Gew.-% eingestellt Die resultierende Lösung enthielt 0,59 Gew.-% NaCl bei einer Aminzahl von 4,46.

Vergleichsbeispiel V2

Analog Beispiel 2 wurden 32 g Natriumchloracetat in einer Mischung aus 75 ml Ethanol und 40 ml Wasser dispergiert und darin 85 g geschmolzenes Kokosfettsäureamidopropyldimethylamin eingetropft Nach Abschluß der Reaktion wurde das Salz abfiltriert das Ethanol im Vakuum verdampft und die Wirkstoffkonzentration durch Hinzufügung von Wasser auf 30 Gew.-% eingestellt Die resultierende Lösung enthielt 2,89 Gew.-% NaCl; die Aminzahl betrug 1,32-

Vergleichsbeispiel V3

Analog Beispiel 2 wurden 32 g Natriumchloracetat in einer Mischung aus 150 ml Ethanol und 40 ml Wasser dispergiert In diese Dispersion wurden 85 g geschmolzenes Kokosfettsäureamidopropyldime- thylamin eingetropft Nach Abschluß der Reaktion wurde das ausgesalzene NaCl abfiltriert das Ethanol im Vakuum verdampft und die Wirkstoffkonzentration durch Hinzufügung von Wasser auf 30 Gew.-% eingestellt Die resultierende Lösung enthielt 2,11 Gew.-% NaCl bei einer Aminzahl von 2,29.

Vergleichsbeispiel V4

Analog Beispiel 2 wurden 32 g Natriumchloracetat in 198 ml Wasser dispergiert In diese Dispersion wurden 85 g geschmolzenes Kokosfettsäureamidopropyldimethylamin eingetropft Nach Abschluß der Reaktion wurde die Wirkstoffkonzentration durch Hinzufügung von Wasser auf 30 Gew.-% eingestellt Die resultierende Lösung enthielt 5,21 Gew.-% NaCl bei einer Aminzahl von 1,31.