Konzentrierte, fließfähige Aniontenside und Verfahren zu ihrer Herstellung.Concentrated, flowable anionic surfactants and process for their preparation.
Die Erfindung betrifft konzentrierte, fließfähige Aniontenside mit einem Wassergehalt von < 1, insbesondere von < 0,5 Gew.-%.The invention relates to concentrated, flowable anionic surfactants with a water content of <1, in particular <0.5% by weight.
Es ist bekannt, daß durch Abmischen von verschiedenen Anion- und Niotensiden hochkonzentrierte, wasserfreie, bei Umge¬ bungstemperatur fließfähige Pasten erhalten werden können. So beschreibt z.B. die US-C 4 477 372 ein wasserfreies Konzentrat aus einem anionischen und einem nichtionischen Tensid, das ein organisches Sulfat oder Sulfonat, neutralisiert mit ver¬ zweigten Hydroxyalkyla-minen, enthält. Weiterhin beschreibt die EP-A 243 685 eine wasserverdünnbare, konzentrierte, wässrige Tensidzusammensetzung, die ein nichtionisches Tensid, Löse¬ mittel sowie zwei anionische Tenside aus der von Triethanola- minsalzen von linearen Alkylbenzolsulfonaten, Na-Ethoxysulfat und Na-Alkansulfonat gebildete Gruppe enthalten. Wasserfreie, bei Umgebungstemperatur fließfähige Aniontensidkonzentrate, die nur eine tensidische Komponente enthalten, sind bisher nicht bekannt geworden.It is known that highly concentrated, water-free pastes which are flowable at ambient temperature can be obtained by mixing various anionic and nonionic surfactants. For example, US Pat. No. 4,477,372 contains an anhydrous concentrate composed of an anionic and a nonionic surfactant, which contains an organic sulfate or sulfonate, neutralized with branched hydroxyalkylamines. Furthermore, EP-A 243 685 describes a water-dilutable, concentrated, aqueous surfactant composition which contains a nonionic surfactant, solvent and two anionic surfactants from the group formed by triethanolamine salts of linear alkylbenzenesulfonates, Na ethoxysulfate and Na alkanesulfonate. Anhydrous anionic surfactant concentrates which flow at ambient temperature and contain only one surfactant component have hitherto not been disclosed.
Die GB-C 1 278 421 beschreibt sulfonierte Fettsäuren, die mit wässrigen Basen, z.B. wässrigem Triethanolamin, neutralisiert
und hydrolysiert werden können. Entsprechende Wasser enthal¬ tende Verbindungen sind aus der US-C 2 743 288 bekannt.GB-C 1 278 421 describes sulfonated fatty acids which are neutralized with aqueous bases, for example aqueous triethanolamine and can be hydrolyzed. Corresponding water-containing compounds are known from US Pat. No. 2,743,288.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß wasserfreie Pasten eines Triethanolammoniumεalzes von sulfonierten, ungesättigten Cιg-C22-I'e't'tsäuren ohne weitere Zusätze in Form von Verdünnungsmitteln oder anderen Additiven, z.B. nichtio¬ nischen Tensiden, bei Umgebungstemperatur fließfähige Aniontensidkonzentrate darstellen. Dies ist um so mehr über¬ raschend, als Triethanolammoniumsalze anderer Aniontenside, die von der Struktur her mit Ölsäuresulfonaten verwandt sind, keine fließfähigen Konzentrate bilden; so stellen z.B. Triethanolammoniumsalze von alpha-Sulfo-Cig/ig-Fettsäuren und Methylestern derselben in wasserfreiem Zustand Pasten dar, die bei Umgebungstemperatur nicht mehr fließfähig sind.The invention is based on the knowledge that anhydrous pastes of a triethanolammonium salt of sulfonated, unsaturated C 1 -C 22 I ' e ' t ' t acids without further additives in the form of diluents or other additives, for example nonionic surfactants, are flowable anionic surfactant concentrates at ambient temperature. This is all the more surprising since triethanolammonium salts of other anionic surfactants, which are structurally related to oleic acid sulfonates, do not form free-flowing concentrates; for example, triethanolammonium salts of alpha-sulfo-cig / ig fatty acids and methyl esters thereof in the water-free state are pastes which are no longer flowable at ambient temperature.
Demgemäß ist die Erfindung auf konzentrierte, bei Umgebungs¬ temperatur fließfähige Aniontenside mit einem Wassergehalt von < 1, insbesondere von < 0,5 Gew.-%, gerichtet, die durch Sulfonierung von ungesättigten Fettsäuren mit 16 bis 22 Kohlenstoffatomen mit Schwefeltrioxid bei molaren Verhältnis¬ sen von Schwefeltrioxid zu in den Fettsäuren enthaltenen olefinischen Doppelbindungen von 0,8 bis 1,2 : 1, insbesondere von 0,9 bis 1,0 : 1, und Neutralisation der Sulfonierungspro- dukte mit Triethanolamin erhältlich sind.Accordingly, the invention is directed to concentrated anionic surfactants which are flowable at ambient temperature and have a water content of <1, in particular <0.5% by weight, which are obtained by sulfonation of unsaturated fatty acids having 16 to 22 carbon atoms with sulfur trioxide at a molar ratio from sulfur trioxide to olefinic double bonds contained in the fatty acids from 0.8 to 1.2: 1, in particular from 0.9 to 1.0: 1, and neutralization of the sulfonation products with triethanolamine.
Zu den erfindungsgemäß einsetzbaren ungesättigten Fettsäuren mit 16 bis 22 Kohlenstoffatomen zählen synthetische Fettsäuren mit entsprechender Struktur, insbesondere jedoch Fettsäuren natürlichen, z.B. pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs, einschließlich technischer Gemische derselben, wie sie übli¬ cherweise in der Tensidchemie eingesetzt werden. Typische Beispiele für derartige Fettsäuren sind Palmitolein-, Öl-, Elaidin-, Gadolein-, Brassidin- und Erucasäure. Vorteilhaft¬ erweise verwendet man technische Gemische von Fettsäuren, die
mindestens 50, insbesondere mindestens 60 Gew.-% einfach ungesättigte Fettsäuren mit 18 Kohlenstoffatomen enthalten.The unsaturated fatty acids with 16 to 22 carbon atoms which can be used according to the invention include synthetic fatty acids with a corresponding structure, but in particular fatty acids of natural, for example vegetable and / or animal origin, including technical mixtures thereof, as are usually used in surfactant chemistry. Typical examples of such fatty acids are palmitoleic, oleic, elaidic, gadolein, brassidin and erucic acid. Advantageously, technical mixtures of fatty acids are used contain at least 50, in particular at least 60% by weight of monounsaturated fatty acids with 18 carbon atoms.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Sulfonierung der Fettsäuren mit hierfür üblichen technischen Apparaturen, insbesondere vom Typ der Fallfilmreaktoren. Die Sulfonierung erfolgt im allgemeinen in Abwesenheit von Lösemitteln; falls besondere Umstände, z.B. eine zu hohe Viskosität des Reaktionsgemisches, auftreten, kann jedoch auch in Gegenwart üblicher, unter den Sulfonie- rungsbedingungen inerter Lösemittel gearbeitet werden. Bevor¬ zugt erfolgt die Sulfonierung bei Temperaturen von 15 bis 90, insbesondere von 40 bis 70°C, wobei man mit einem mit einem inerten Trägergas verdünnten Schwefeltrioxidstrom mit einem Schwefeltrioxidgehalt von 1 bis 10 Vol.-% arbeitet.The sulfonation of the fatty acids is expediently carried out using conventional technical equipment, in particular of the falling film reactor type. The sulfonation is generally carried out in the absence of solvents; if special circumstances, e.g. If the reaction mixture is too viscous, it can also be carried out in the presence of customary solvents which are inert under the sulfonation conditions. The sulfonation is preferably carried out at from 15 to 90, in particular from 40 to 70 ° C., using a sulfur trioxide stream diluted with an inert carrier gas and having a sulfur trioxide content of 1 to 10% by volume.
Es ist weiterhin vorteilhaft, die Sulfonierungsprodukte mit Triethanolamin zu neutralisieren, das einen Wassergehalt von weniger als 1, insbesondere von weniger als 0,5 Gew.-% auf¬ weist. Zwar ist der Einsatz von Triethanolamin mit einem etwas höheren Wassergehalt möglich, die erhaltenenen Aniontenside müssen dann jedoch einem zusätzlichen Trocknungsschritt unterworfen werden.It is furthermore advantageous to neutralize the sulfonation products with triethanolamine, which has a water content of less than 1, in particular less than 0.5% by weight. Although the use of triethanolamine with a slightly higher water content is possible, the anionic surfactants obtained must then be subjected to an additional drying step.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin¬ dung neutralisiert man die Sulfonierungsprodukte mit einer zu umgesetztem Schwefeltrioxid und den Carboxylgruppen der Fettsäuren äquivalenten Menge an Triethanolamin, wobei es weiterhin vorteilhaft ist, die Sulfonierungsprodukte unmit¬ telbar nach der Sulfonierung in Triethanolamin zu geben. Weiterhin ist es vorteilhaft, das neutralisierte Gemisch aus Sul onierungsprodukten und Triethanolamin einer z.B. mehr¬ stündigen Wärmebehandlung bei mindestens 60°C, insbesondere mindestens 80°C, zu unterziehen, um intermediär bei der Sulfonierung gebildete Reaktionsprodukte, z.B. Sultone, zu zersetzen.
Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung der oben genannten konzentrierten, fließfähigen Aniontenside mit den oben erläuterten Merkmalen.
According to a further advantageous embodiment of the invention, the sulfonation products are neutralized with an amount of triethanolamine equivalent to sulfur trioxide converted and the carboxyl groups of the fatty acids, it being further advantageous to add the sulfonation products immediately after the sulfonation to triethanolamine. It is also advantageous to subject the neutralized mixture of sulfonation products and triethanolamine to heat treatment at, for example, several hours at at least 60 ° C., in particular at least 80 ° C., in order to decompose reaction products, for example sultones, formed during the sulfonation. The invention further relates to methods for producing the above-mentioned concentrated, flowable anionic surfactants with the features explained above.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of a preferred exemplary embodiment.
Beispiel.Example.
Aus Ausgangsmaterial wurde eine technische, handelsübliche Ölsäure mit einer Säurezahl von 198 bis 203 und einer Jodzahl von 80 bis 97 eingesetzt, die die folgende* Zusammensetzung (in Gew.-%) aufwies:A technical, commercially available oleic acid with an acid number from 198 to 203 and an iodine number from 80 to 97 was used from the starting material, which had the following * composition (in% by weight):
C12-C-I6 10 %C12-C-I6 10%
Cis ungesättigt 5 %Cis unsaturated 5%
C17 gesättigt 1 %C17 saturated 1%
Cχ8 gesättigt 2 %Cχ8 saturated 2%
Cig einfach ungesättigt 5 %Cig monounsaturated 5%
Cjg einfach ungesättigt 67 %C j g monounsaturated 67%
Cig zweifach ungesättigt 12 % c18 dreifach ungesättigt 1 %Cig double unsaturated 12% c 18 triple unsaturated 1%
> Cχ8 2 %.> Cχ8 2%.
Die Sulfonierung wurde in einem Fallfilmreaktor aus Glas vorgenommen, der im wesentlichen aus einem von einem Heiz- und Kühlmantel umgebenen Rohr von 1100 mm Länge und 6 mm Innen¬ durchmesser bestand. Der Reaktor war am Kopf mit einer Aufga- bevorrichtung für das technische Fettsäuregemisch und einem Gaseinleitungsrohr versehen. Gasförmiges Schwefeltrioxid, durch Erhitzen von Oleum erzeugt, wurde in Form einer Mischung mit Stickstoff (5 Vol.-% SO3) eingesetzt.The sulfonation was carried out in a falling film reactor made of glass, which essentially consisted of a tube surrounded by a heating and cooling jacket, 1100 mm long and 6 mm inside diameter. The head of the reactor was equipped with a feeder for the technical fatty acid mixture and a gas inlet pipe. Gaseous sulfur trioxide, produced by heating oleum, was used in the form of a mixture with nitrogen (5 vol.% SO3).
Das Fettsäuregemisch wurde mit einer konstanten Geschwindig¬ keit von 550 g/h aufgegeben. Die Zufuhr des Schwefeltrioxid- Stickstoff-Gemisches wurde so eingestellt, daß das Molver¬ hältnis von Schwefeltrioxid zu ungesättigten Doppelbindungen der Fettsäure 0,92 betrug. Mit Hilfe eines Wasserkreislaufs
durch den Reaktormantel wurde die Reaktionstemperatur bei 60°C gehalten.The fatty acid mixture was applied at a constant speed of 550 g / h. The feed of the sulfur trioxide-nitrogen mixture was adjusted so that the molar ratio of sulfur trioxide to unsaturated double bonds of the fatty acid was 0.92. With the help of a water cycle the reaction temperature was kept at 60 ° C. through the reactor jacket.
Beim Verlassen der Reaktionszone wurde das Reaktionsgemisch in einem Becherglas aufgefangen, in dem wasserfreies Triethano¬ lamin in einer Menge, die zur Neutralisation der Sulfon- und Carbonsäuregruppen erforderlich ist, vorgelegt wurde. An¬ schließend wurde das Produkt zwei Stunden auf 90°C erwärmt. Das wasserfreie Produkt war bei Raumtemperatur fließfähig und wies die folgenden Kennzahlen auf:When leaving the reaction zone, the reaction mixture was collected in a beaker in which anhydrous triethano ¬ lamin was introduced in an amount which is necessary for neutralizing the sulfonic and carboxylic acid groups. The product was then heated to 90 ° C. for two hours. The anhydrous product was flowable at room temperature and had the following key figures:
Sulfonatgehalt: 90,9 % unsulfierte Bestandteile: 5,1 %Sulphonate content: 90.9% unsulphated components: 5.1%
Triethanolammonium-Sulfat: 4,0 %Triethanolammonium sulfate: 4.0%
Wasser: weniger als 0,1 %.
Water: less than 0.1%.