Gegenstand der Erfindung sind anionische Tenside erhältlich durch Sulfatierung gegebenenfalls alkoxylierter Fettsäuresorbitanester und nachfolgende Neutralisation mit Basen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung zur Herstellung oberflächenaktiver Mittel.The invention relates to anionic surfactants obtainable fromSulfation of optionally alkoxylated fatty acid sorbitan estersand subsequent neutralization with bases, a process for theirManufacturing and their use for manufacturing surfacesactive funds.
Fettsäuresorbitanester stellen eine wichtige Gruppe nichtionischer Tenside dar, die man z. B. durch Veresterung von Fettsäuren oder Umesterung von Fettsäuremethylestern mit Sorbit erhält. Durch Anlagerung von Ethylenoxid an die freien Hydroxylgruppen der Fettsäuresorbitanester, lassen sich ferner Polyethoxylate erhalten, die als Polysorbate bekannt sind [J. Falbe (Hrsg.), Surfactants in Consumer Products, Springer-Verlag, Berlin, 1987, S. 100]. Beide Gruppen von Verbindungen sind ökotoxikologisch unbedenklich und finden daher Verwendung als Emulgatoren in Kosmetik, Nahrungsmittelindustrie und Pharmazie.Fatty acid sorbitan esters represent an important group of nonionicsAre surfactants, which one z. B. by esterification of fatty acids orTransesterification of fatty acid methyl esters with sorbitol. By ToStorage of ethylene oxide on the free hydroxyl groups of the fatacid sorbitan esters, polyethoxylates can also be obtained,known as polysorbates [J. Falbe (ed.), Surfactants inConsumer Products, Springer-Verlag, Berlin, 1987, p. 100]. BothGroups of compounds are ecotoxicologically safe andtherefore find use as emulsifiers in cosmetics, foodmedium industry and pharmacy.
Von Nachteil ist jedoch, daß insbesondere nicht- oder nur niedrigalkoxylierte Fettsäuresorbitanester eine unzureichende Hydrophilie aufweisen und somit für die Herstellung von oberflächenaktiven Mitteln, die eine hohe Wasserlöslichkeit erfordern, wie z. B. flüssige Waschmittel, Spülmittel oder Haarshampoos, ungeeignet sind.The disadvantage, however, is that in particular not or onlylow alkoxylated fatty acid sorbitan esters are inadequateHave hydrophilicity and thus for the production of uppersurfactants that require high water solubility,such as B. liquid detergent, dish soap or hair shampoo, unare suitable.
Das zu lösende technische Problem bestand somit darin, Tenside auf Basis von gegebenfalls alkoxylierten Fettsäuresorbitanestern zu entwickeln, die als entscheidendes Merkmal eine hohe Wasserlöslichkeit aufweisen.The technical problem to be solved was, therefore, surfactantsBasis of optionally alkoxylated fatty acid sorbitan estersdevelop that as a key feature a high water solubilityexhibit
Gegenstand der Erfindung sind anionische Tenside erhältlich durch Sulfatierung von gegebenenfalls alkoxylierten Fettsäuresorbitanestern der allgemeinen Formel (I),The invention relates to anionic surfactants obtainable fromSulfation of optionally alkoxylated fatty acid sorbitanesters of the general formula (I),
R-CO-[S] (I)R-CO- [S] (I)
in der R-CO für einen Fettacylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen und 0, 1, 2 oder 3 Doppelbindungen und [S] für einen gegebenenfalls alkoxylierten Sorbitanrest steht, und anschließende Neutralisation mit Basen.in the R-CO for a fatty acyl radical having 6 to 22 carbon atomsand 0, 1, 2 or 3 double bonds and [S] for a givenif alkoxylated sorbitan residue, and subsequent neutralization with bases.
Zur Herstellung von Fettsäuresorbitanestern geht man von Sorbit, einem Hydrierprodukt der Glucose aus, das über sechs freie Hydroxylgruppen verfügt. Der Sorbit wird bei 200 bis 250°C entweder mit einer Fettsäure verestert [Boll.Chim.farm. 88, 413 (1949)] oder aber mit einem Fettsäuremethylester umgeestert [J. Rech. Centre National de la Recherche Sci., Paris, 227 (1950)]. Hierbei geht der Sorbit zunächst unter Abspaltung von Wasser in 1,4- bzw. 3,6-Sorbitan (Anhydrosorbit), ein cyclisches Polyol mit vier Hydroxylgruppen über, welches dann mit dem Acylierungsmittel abreagieren kann. Die Veresterung findet dabei vorzugsweise an der primären Hydroxylfunktion statt [Tenside Detergents 5, 266 (1968)]. Fettsäuresorbitanester können ferner Veresterungsprodukte enthalten, die sich vom dimeren 1,4 : 3,6-Dianhydro-sorbit (Isosorbid) ableiten.Sorbitol is used to produce fatty acid sorbitan esters,a hydrogenation product of glucose, which has six free hydroxyl groups. The sorbitol is either at 200 to 250 ° Ca fatty acid esterified [Boll.Chim.farm. 88, 413 (1949)] orbut transesterified with a fatty acid methyl ester [J. Right Centertional de la Recherche Sci., Paris, 227 (1950)]. Here goes theSorbitol initially with the elimination of water in 1,4- or3,6-Sorbitan (anhydrosorbitol), a cyclic polyol with four hydroxyl groups, which then abrea with the acylating agentcan greed. The esterification takes place preferably on theprimary hydroxyl function instead of [Tenside Detergents 5, 266(1968)]. Fatty acid sorbitan esters can also be esterification productscontain, which differ from the dimeric 1,4: 3,6-dianhydro-sorbitol (isosorbid).
Zur Veresterung des Sorbitans werden gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren R-COOH oder Fettsäuremethylester R-COOCH3 verwendet, bei denen R-CO für einen Fettacylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen und 0, 1, 2 oder 3 Doppelbindungen steht. Typische Beispiele sind Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Palmitoleinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Petroselinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure, Behensäure, Erucasäure sowie diese enthaltende technische Schnitte oder die entsprechenden Methylester. Sulfate von gebenenfalls alkoxylierten Fettsäuresorbitanestern mit besonders günstigen Schaum-, Spül- und Wascheigenschaften werden erhalten, wenn R-CO für einen gesättigten Fettacylrest mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen steht.For the esterification of sorbitan, saturated or unsaturated fatty acids R-COOH or fatty acid methyl ester R-COOCH3 are used, in which R-CO represents a fatty acyl radical with 6 to 22 carbon atoms and 0, 1, 2 or 3 double bonds. Typical examples are caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, palmitoleic acid, stearic acid, oleic acid, elaidic acid, petroselinic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, behenic acid, erucic acid and technical sections containing them or the corresponding methyl esters. Sulfates of optionally alkoxylated fatty acid sorbitan esters with particularly favorable foaming, rinsing and washing properties will be retained if R-CO stands for a saturated fatty acyl radical with 12 to 18 carbon atoms.
Die Fettsäuresorbitanester können auch in Form ihrer Alkylenoxidanlagerungsprodukte vorliegen. Die Alkoxylierung mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder Gemischen dieser Alkylenoxide kann nach den bekannten großtechnischen Verfahren erfolgen. Hierbei findet nicht nur die Anlagerung des Alkylenoxids an freie, nichtveresterte Hydroxylgruppen statt, es kann vielmehr davon ausgegangen werden, daß unter basischen Reaktionsbedingungen Alkylenoxidgruppen auch in Carbonylesterbindungen eingeschoben werden (Schick,M.J., Nonionic Surfactants, Vol. 1, New York, Marcel Dekker, 1967). In die Sulfatierung werden solche Produkte eingesetzt, bei denen [S] in der allgemeinen Formel (I) für einen alkoxylierten Sorbitanrest steht, der sich durch Anlagerung von durchschnittlich 1 bis 30 Mol eines Alkylenoxids an 1 Mol Sorbitan ergibt. Infolge der niedrigen Viskosität empfielt es sich von Fettsäuresorbitanestern auszugehen, die durchschnittlich 10 bis 20 Mol Ethylenoxid enthalten. Da nicht nur die Acylierung, sondern auch die Alkoxylierung einem statistischen Verlauf unterliegt, muß der durchschnittliche Alkoxylierungsgrad nicht notwendigerweise eine ganze Zahl darstellen, sondern kann vielmehr auch gebrochene Zahlenwerte - auch solche kleiner 1 - annehmen.The fatty acid sorbitan esters can also be in the form of their alkylene oxideadd-on products are available. The alkoxylation with ethylene oxide,Propylene oxide or mixtures of these alkylene oxides can be according to theknown large-scale processes. This does not take placeonly the addition of the alkylene oxide to free, non-esterified Hydroxyl groups instead, it can rather be assumedthat under basic reaction conditions also alkylene oxide groupscan be inserted into carbonyl ester bonds (Schick, M.J., Nonionic Surfactants, Vol. 1, New York, Marcel Dekker, 1967). In theSulfation products are used in which [S] inof the general formula (I) for an alkoxylated sorbitan residuestands, which is accumulated by an average of 1 to 30 molof an alkylene oxide to 1 mole of sorbitan. As a result of the lowViscosity is recommended to be extracted from fatty acid sorbitan estershen containing an average of 10 to 20 moles of ethylene oxide. Therenot only the acylation but also the alkoxylationsubject to statistical development, the average Degree of alkoxylation is not necessarily an integerlen, but rather can also be broken numerical values - tooless than 1 - assume.
Die Sulfatierung freier, gegebenenfalls alkoxylierter Hydroxylfunktionen der Fettsäuresorbitanester kann mit üblichen Sulfieragentien, wie z. B. Schwefelsäure, Oleum, Chlorsulfonsäure oder Amidosulfonsäure erfolgen. Vorzugsweise werden die gegebenenfalls alkoxylierten Fettsäuresorbitanester jedoch mit gasförmigem Schwefeltrioxid bei Temperaturen von 30 bis 100°C, vorzugsweise 50 bis 98°C umgesetzt, wobei die Reaktion kontinuierlich oder diskontinuierlich in üblichen, für die Sulfierung von Fettalkoholen, Fettsäureestern, Alkylbenzol oder Olefinen geeigneten Reaktoren, insbesondere vom Typ der Fallfilmreaktoren durchgeführt wird. Dabei wird das Schwefeltrioxid mit Luft oder Stickstoff verdünnt, vorzugsweise in Form eines Gasgemisches mit ca. 1 bis 8 Vol.-% SO3, und mit dem gegebenenfalls alkoxylierten Fettsäuresorbitanester in Kontakt gebracht. Das molare Einsatzverhältnis von Ester zu Schwefeltrioxid beträgt 1 : 0.5 bis 1 : 3.5. Zur Erzielung hellfarbiger Produkte mit ausreichend hohem Sulfiergrad ist es jedoch sinnvoll, ein Verhältnis von 1 : 1.0 bis 1 : 2.5 zu wählen.The sulfation of free, optionally alkoxylated hydroxyl functions of the fatty acid sorbitan esters can be carried out with conventional sulfation agents, such as, for. B. sulfuric acid, oleum, chlorosulfonic acid or amidosulfonic acid. However, the optionally alkoxylated fatty acid sorbitan esters are reacted with gaseous sulfur trioxide at temperatures from 30 to 100 ° C., preferably from 50 to 98 ° C., the reaction being carried out continuously or batchwise in the customary manner for the sulfonation of fatty alcohols, fatty acid esters, alkylbenzene or Suitable olefins reactors, in particular of the type of falling film reactors is carried out. The sulfur trioxide is diluted with air or nitrogen, preferably in the form of a gas mixture with about 1 to 8% by volume of SO3 , and brought into contact with the optionally alkoxylated fatty acid sorbitan ester. The molar ratio of ester to sulfur trioxide is 1: 0.5 to 1: 3.5. However, to achieve light-colored products with a sufficiently high degree of sulfonation, it makes sense to choose a ratio of 1: 1.0 to 1: 2.5.
Nach der Sulfatierung wird die saure Reaktionsmischung gemeinsam mit einer wässrigen Base in wenig Wasser eingerührt und bei pH = 6.5 bis 7.5 neutralisiert. Als Basen kommen Alkalimetallhydroxide wie Natrium-, Kalium- und Lithiumhydroxid, Erdalkalimetalloxide und -hydroxide wie Magnesiumhydroxid, Calciumoxid und Calciumhydroxid, Ammoniak, Mono-, Di- und Tri-C2-4-Alkanolamine, beispielsweise Mono-, Di- und Triethanolamin sowie primäre, sekundäre oder tertiäre C1-4-Alkylamine in Betracht. Die Neutralisationsbasen gelangen dabei in Form 5 bis 55 gew.-%iger wässriger Lösungen zum Einsatz, wobei 25 bis 50 gew.-%ige Natriumhydroxidlösungen bevorzugt sind.After sulfation, the acidic reaction mixture is stirred into a little water together with an aqueous base and neutralized at pH = 6.5 to 7.5. As bases come alkali metal hydroxides such as sodium, potassium and lithium hydroxide, alkaline earth metal oxides and hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium oxide and calcium hydroxide, ammonia, mono-, di- and tri-C2-4 -alkanolamines, for example mono-, di- and Triethanolamine as well as primary, secondary or tertiary C1-4 alkylamines. The neutralization bases are used in the form of 5 to 55% by weight aqueous solutions, with 25 to 50% by weight sodium hydroxide solutions being preferred.
Die Struktur der anionischen Tenside, die durch Sulfatierung von gegebenfalls alkoxylierten Fettsäuresorbitanestern und nachfolgende Neutralisation mit Basen erhalten werden, ist noch nicht abschließend geklärt. Geht man von Fettsäuresorbitanestern mit gesättigtem Fettacylrest aus, werden ausschließlich Produkte mit Sulfatstruktur erhalten. Es kann ferner davon ausgegangen werden, daß insbesondere bei überstöchiometrischem Einsatz von Schwefeltrioxid die Sulfatierung von mehr als einer Hydroxylgruppe stattfindet. Leiten sich die Fettsäuresorbitanester von ungesättigten Fettsäuren oder deren Methylestern ab, kann fener der Angriff des Schwefeltrioxids - wenngleich nur untergeordnet - auch an einer oder mehreren Doppelbindungen des Fettacylrestes erfolgen. In diesen Fällen erhält man anionische Tenside, die nicht nur Sulfat-, sondern auch Sulfonatstruktur aufweisen.The structure of the anionic surfactants by sulfation ofoptionally alkoxylated fatty acid sorbitan esters and successorsufficient neutralization with bases is not yetfinally clarified. If one starts from fatty acid sorbitan esters with gesaturated fatty acyl residue, only products withPreserved sulfate structure. It can also be assumedthat especially when using stoichiometric sulfurtrioxide the sulfation of more than one hydroxyl group insteadfinds. The fatty acid sorbitan esters are derived from unsaturated onesFatty acids or their methyl esters can also attack theSulfur trioxide - even if only subordinate - on oneor more double bonds of the fatty acyl radical. InIn these cases, anionic surfactants are obtained which are not only sulfat, but also have sulfonate structure.
Die Sulfatierungsprodukte liegen nach der Neutralisation in Abhängigkeit des Alkoxylierungsgrades entweder als blanke Flüssigkeiten oder cremige Pasten vor und können in an sich bekannter Weise durch Zusatz von Wasserstoffperoxid- oder Natriumhypochloritlösung gebleicht werden. Dabei werden, bezogen auf den Feststoffgehalt in der Lösung der Sulfierprodukte, 0.2 bis 2 Gew.-% Wasserstoffperoxid, berechnet als 100 gew.-%ige Substanz, oder entsprechende Mengen Natriumhypochlorit eingesetzt. Der pH-Wert der Lösungen kann unter Verwendung geeigneter Puffermittel, z. B. mit Natriumphosphat oder Citronensäure konstant gehalten werden. Zur Stabilisierung empfiehlt sich ferner eine Konservierung, z. B. mit Formaldehydlösung, p-Hydroxybenzoat, Sorbinsäure oder anderen bekannten Konservierungsstoffen.The sulfation products are in Ab after neutralizationdependence of the degree of alkoxylation either as a bare liquidor creamy pastes and can be made in a known mannerWay by adding hydrogen peroxide or sodium hypochlosolution can be bleached. Here, based on the festivalsubstance content in the solution of the sulfonation products, 0.2 to 2% by weightHydrogen peroxide, calculated as 100% by weight substance, orappropriate amounts of sodium hypochlorite are used. The pHthe solutions can be prepared using suitable buffering agents, e.g. B.be kept constant with sodium phosphate or citric acid.Preservation is also recommended for stabilization, e.g. B. with formaldehyde solution, p-hydroxybenzoate, sorbic acid or othersknown preservatives.
Die Sulfatierungsprodukte zeichnen sich durch eine deutliche Erniedrigung der Oberflächenspannung des Wassers aus und fördern die Benetzung fester Grenzflächen mit Wasser. Ferner eignen sie sich zur Emulgierung von Ölen und Fetten in wässrigen Systemen.The sulfation products are characterized by a clear Erlowering the surface tension of the water and promote theWetting solid interfaces with water. They are also suitablefor emulsifying oils and fats in aqueous systems.
Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung anionischer Tenside, erhältlich durch Sulfatierung von gegebenenfalls alkoxylierten Fettsäuresorbitanestern und nachfolgender Neutralisation mit Basen, zur Herstellung oberflächenaktiver Mittel.The invention therefore also relates to the use of anionicSurfactants obtainable by sulfating optionally alkoxygated fatty acid sorbitan esters and subsequent neutralizationwith bases, for the production of surface-active agents.
Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern.The following examples are intended to illustrate the subject matter of the inventionexplain.
Beispiele
 Examples
Verwendete Sorbitanester (Ausgangsprodukte)
 Sorbitan esters used (starting products)
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Sulfatierung von Fettsäuresorbitanestern. In einem 1-l-Sulfierreaktor mit Mantelkühlung und Gaseinleitungsrohr wurden 1.0 Mol Fettsäuresorbitanester A, B, C, D, E oder F vorgelegt und bei T = 50 bis 98°C mit 1.0 bis 3.5 Mol gasförmigem Schwefeltrioxid umgesetzt. Das Schwefeltrioxid wurde durch Erhitzen aus einer entsprechenden Menge 65 gew.-%igen Oleums ausgetrieben, mit Stickstoff auf eine Konzentration von 5 Vol.-% verdünnt und innerhalb von 50 bis 100 min in das Ausgangsprodukt eingeleitet. Das rohe Sulfierprodukt wurde anschließend mit wässriger, 25 gew.-%iger Natronlauge neutralisiert, wobei der pH-Wert zwischen 6.5 und 7.5 gehalten wurde. Die Kenndaten der Produkte sind in Tab. 1 zusammengefaßt.General working procedure for the sulfation of fatty acid sorbitanest. In a 1 liter sulfonation reactor with jacket cooling and1.0 mol of fatty acid sorbitan esters A, B, C,D, E or F submitted and at T = 50 to 98 ° C with 1.0 to 3.5 molgaseous sulfur trioxide implemented. The sulfur trioxide wasby heating from an appropriate amount of 65% by weight oleumexpelled, with nitrogen to a concentration of 5 vol .-%diluted and within 50 to 100 min in the starting productinitiated. The crude sulfonation product was then withneutralized aqueous, 25 wt .-% sodium hydroxide solution, thepH was kept between 6.5 and 7.5. The characteristics of theProducts are summarized in Tab. 1.
Der Aniontensidgehalt (WAS) und die Unsulfierten Anteile (US) wurden nach den DGF-Einheitsmethoden, Stuttgart, 1950-1984, H-III-10 bzw. G-II-6b ermittelt. Der Sulfatgehalt wurde als Natriumsulfat berechnet, die Bestimmung des Wassergehaltes erfolgte nach der Fischer-Methode.The anionic surfactant content (WAS) and the unsulfonated proportions (US)were based on the DGF standard methods, Stuttgart, 1950-1984,H-III-10 and G-II-6b determined. The sulfate content was called NatriCalculated sulfate, the determination of the water content was madeaccording to the Fischer method.
Tabelle 1
 Table 1
Sulfatierung von Fettsäuresorbitanestern
 Sulfation of fatty acid sorbitan esters
Prozentangaben als Gew.-%
 Percentages as% by weight
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title | 
|---|---|---|---|
| DE3941061ADE3941061A1 (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Anionic surfactant - obtd. by sulphating opt. poly:alkoxylated fatty acid sorbitan ester] used in prepn. of surfactant | 
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| Date | Code | Title | Description | 
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |