АКТИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ МЯГЧИТЕЛЯ ТКАНИ
ACTIVE COMPOSITION OF FABRIC SOFTENER

Настоящее изобретение относится к активным композициям мягчителя ткани, обладающих низким содержанием воспламеняющихся растворителей, низкой вязкостью расплава и высокой стабильностью в расплавленном состоянии.
Четвертичные аммониевые соли, содержащие два гидрофобных длинноцепочечных углеводородных фрагмента, широко применяются в качестве активных веществ мягчителей ткани. Четвертичные аммониевые соли алканоламинов, этерифицированные в среднем двумя фрагментами жирной кислоты в пересчете на одну молекулу, обычно называющиеся четвертичными сложными эфирами, в значительной степени заменяют использовавшиеся ранее четвертичные аммониевые алкилпроизводные, что обусловлено их способностью к биологическому разложению.
Бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридные диэфиры жирных кислот, использующиеся в коммерческих целях, затруднительно использовать в чистом состоянии, поскольку твердые вещества склонны образовывать комки, и расплав обладает высокой вязкостью при низких температурах расплава и неудовлетворительной стабильностью при высоких температурах расплава. Поэтому, бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридные диэфиры жирных кислот обычно транспортируют в виде расплавленной композиции, содержащей не менее 13 мас.% этанола или 2-пропанола, которая при температурах, равных от 65 до 75°С, обладает вязкостью, достаточно низкой, чтобы ее можно было перекачивать. Однако такие композиции обладают низкой температурой вспышки, равной ниже 30°С, и поэтому подпадают под действие регламентирующих ограничений, и при их использовании необходимо соблюдать дополнительные меры предосторожности.
В WO 2007/026314 предложена замена воспламеняющегося растворителя в таких композициях на 2-40 мас.% разбавителя, выбранного из группы, включающей алкиловые сложные эфиры или сложные полиэфиры, алкиламиды или полиамиды, жирные кислоты, неионогенные соединения или их комбинации, и в частности, раскрыты гидрированный талловый жир, гидрированная талловая жирная кислота, гидрированное кокосовое масло, гидрированный пальмовый стеарин, гидрированное соевое масло, этиленгликольдистеарат сахарозы твердой сои, цетилпальмитат и пентаэритриттетракаприлат/тетракапринат. В WO 2007/026314 также предложено использовать дополнительный реагент сочетания, выбранный из группы, включающей многоосновные спирты, частичные сложные эфиры многоатомных спиртов, неионогенные поверхностно-активные вещества, в количестве, составляющем от 0,1 до 15 мас.%. Однако композиции, предложенные в WO 2007/026314, обладают тем недостатком, что характеризуются в расплавленном состоянии низкой стабильностью по отношению к дезалкилированию четвертичной аммониевой соли, что приводит к увеличению содержания свободного сложного эфира амина при транспортировке и использовании в расплавленном состоянии.
Поэтому необходимы активные композиции мягчителя ткани, которые обладают низкой вязкостью расплава и высокой стабильностью в расплавленном состоянии и одновременно плохой воспламеняемостью.
Согласно изобретению было установлено, что активные композиции мягчителя ткани на основе бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира жирной кислоты, полученные из жирных кислот с определенной длиной цепи и определенной степенью ненасыщенности, и обладающие определенным отношением количества молей фрагментов жирной кислоты к количеству молей аминных фрагментов, которые содержат определенное количество триглицерида жирной кислоты, содержащего определенное количество обладающих короткой цепью фрагментов жирной кислоты, а также определенное количество спирта, выбранного из группы, включающей этанол, 1-пропанол и 2-пропанол, характеризуются неожиданным сочетанием низкой вязкости расплава, высокой стабильности по отношению к дезалкилированию в расплавленном состоянии и плохой воспламеняемости.
Поэтому настоящее изобретение относится к активной композиции мягчителя ткани, содержащей
a) от 65 до 95 мас.% бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира жирной кислоты, обладающего отношением количества молей фрагментов жирной кислоты к количеству молей аминных фрагментов, равным от 1,80 до 1,96, средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 16 до 18 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 50,
b) от 2 до 8 мас.% триглицерида жирной кислоты, обладающего средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 10 до 14 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 15, и
c) от 3 до 12 мас.% спирта, выбранного из группы, включающей этанол, 1-пропанол и 2-пропанол.
Настоящее изобретение также относится к способу получения таких композиций, включающему стадии:
а) реакцию смеси, содержащей от 78 до 95 мас.% бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты, обладающего отношением количества молей фрагментов жирной кислоты к количеству молей аминных фрагментов, равным от 1,80 до 1,96, средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 16 до 18 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 50, от 2 до 9 мас.% триглицерида жирной кислоты, обладающего средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 10 до 14 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 15, и от 3 до 13 мас.% спирта, выбранного из группы, включающей этанол, 1-пропанол и 2-пропанол, с избытком метилхлорида при температуре, равной от 60 до 120°С, с получением реакционной смеси, и
и) выделение непрореагировавшего метилхлорида из реакционной смеси, полученной на стадии а), путем отгонки смеси метилхлорида и указанного спирта, конденсации спирта из указанной смеси метилхлорида и спирта и возвращение конденсированного спирта в указанную реакционную смесь с обеспечением содержания спирта, равного от 3 до 12 мас.%.
Настоящее изобретение также относится к альтернативному способу получения таких композиций, включающему стадии:
a) реакцию смеси, содержащей от 88 до 98 мас.% бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты, обладающего отношением количества молей фрагментов жирной кислоты к количеству молей аминных фрагментов, равным от 1,80 до 1,96, средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 16 до 18 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 50, от 2 до 9 мас.% триглицерида жирной кислоты, обладающего средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 10 до 14 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 15, и от 0 до 3 мас.% спирта, выбранного из группы, включающей этанол, 1-пропанол и 2-пропанол, с избытком метилхлорида при температуре, равной от 60 до 120°С, с получением реакционной смеси,
b) добавление дополнительного количества спирта к реакционной смеси, полученной на стадии а) с обеспечением содержания спирта, равного от 3 до 12 мас.%, и
c) выделение непрореагировавшего метилхлорида из смеси, полученной на стадии и), путем отгонки смеси метилхлорида и указанного спирта, конденсации спирта из указанной смеси метилхлорида и спирта и возвращение конденсированного спирта в указанную реакционную смесь с обеспечением содержания спирта, равного от 3 до 12 мас.%.
Активная композиция мягчителя ткани, предлагаемая в настоящем изобретении, содержит от 65 до 95 мас.% бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира жирной кислоты. Композиция предпочтительно содержит от 80 до 90 мас.% указанного эфира.
3
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
+
-
+
-
Бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридный эфир жирной кислоты содержит по меньшей мере один диэфир формулы (CH)N(CHCHOC(=O)R)Cl и по меньшей мере один моноэфир формулы (CH)N(CHCHOH)(CHCHOC(=O)R)Cl, в которой R обозначает фрагмент углеводородной группы жирной кислоты RCOO. Бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридный эфир жирной кислоты обладает отношением количества молей фрагментов жирной кислоты к количеству молей аминных фрагментов, равным от 1,80 до 1,96 и предпочтительно от 1,85 до 1,94. Указанное молярное отношение обеспечивает хорошую смягчающую способность в цикле ополаскивания мягчителем ткани.
Фрагмент жирной кислоты бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира жирной кислоты можно получить из чистой жирной кислоты или смеси жирных кислот формулы RCOOH, в которой R обозначает углеводородную группу. Углеводородная группа может быть разветвленной или неразветвленной и предпочтительно является неразветвленной.
2
Фрагмент жирной кислоты обладает средней длиной цепи, составляющей от 16 до 18 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 50. Средняя длина цепи составляет предпочтительно от 16,5 до 17,8 атомов углерода. Предпочтительно, если фрагмент жирной кислоты обладает йодным числом, равным от 1,0 до 50, более предпочтительно равным от 2 до 50, еще более предпочтительно равным от 5 до 40 и наиболее предпочтительно равным от 15 до 35. Среднюю длину цепи рассчитывают по массовой доле отдельных жирных кислот в смеси жирных кислот. Для жирных кислот с разветвленной цепью длиной цепи считают длину самой длинной последовательной цепи атомов углерода. Йодное число означает выраженное в граммах количество йода, расходующееся на реакцию с двойными связями 100 г жирной кислоты, определенное по методике стандарта ISO 3961. Для обеспечения необходимой средней длины цепи и йодного числа фрагмент жирной кислоты можно получить из смеси жирных кислот, содержащей насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенными жирными кислотами предпочтительно являются мононенасыщенные жирные кислоты. Бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридный эфир жирной кислоты предпочтительно содержит менее 6 мас.% полиненасыщенных фрагментов жирной кислоты. Примерами подходящих насыщенных жирных кислот являются пальмитиновая кислота и стеариновая кислота. Примерами подходящих мононенасыщенных жирных кислот являются олеиновая кислота и элаидиновая кислота. Соотношение цис-транс-двойных связей в ненасыщенных фрагментах жирной кислоты предпочтительно составляет более 55:45 и более предпочтительно более 65:35. Содержание полиненасыщенных фрагментов жирной кислоты можно уменьшить путем селективного гидрирования, которое представляет собой гидрирование, при котором селективно гидрируется одна двойная связь субструктуры -СН=СН-СН-CH=СН-, но не двойные связи мононенасыщенных углеводородных групп. Заданные средняя длина цепи и йодное число необходимы для одновременного обеспечения высокой смягчающей способности и низкой температуры плавления композиции. Если средняя длина цепи составляет менее 16 атомов углерода или йодное число превышает 50, то смягчающая способность будет неудовлетворительной, и температура плавления композиции может быть слишком высокой, если средняя длина цепи составляет более 18 атомов углерода.
Фрагмент жирной кислоты можно получить из жирных кислот природного или синтетического происхождения и его предпочтительно получают из жирных кислот природного происхождения, наиболее предпочтительно из талловой жирной кислоты. Необходимое йодное число можно обеспечить путем использования в смеси жирной кислоты природного происхождения, которая уже обладает таким йодным числом, например, талловой жирной кислоты. Альтернативно, необходимое йодное число можно обеспечить путем частичного гидрирования смеси жирных кислот или смеси триглицеридов, обладающих более значительным йодным числом. В другом и предпочтительном варианте осуществления необходимое йодное число обеспечивают путем смешивания смеси жирных кислот, обладающих более значительным йодным числом, со смесью насыщенных жирных кислот. Смесь насыщенных жирных кислот можно получить гидрированием смеси жирных кислот, содержащей ненасыщенные жирные кислоты или из гидрированной смеси триглицеридов, такой как гидрированное растительное масло.
Активная композиция мягчителя ткани, предлагаемая в настоящем изобретении, дополнительно содержит от 2 до 8 мас.% и предпочтительно от 3 до 6 мас.% триглицерида жирной кислоты, обладающего средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 10 до 14 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 15. Средняя длина цепи фрагментов жирной кислоты предпочтительно составляет от 12 до 13,8 атомов углерода. Триглицеридом жирной кислоты предпочтительно является кокосовое масло или гидрированное кокосовое масло и наиболее предпочтительно рафинированное кокосовое масло. Заданные количество триглицерида жирной кислоты и средняя длина цепи фрагментов жирной кислоты важны для одновременного обеспечения низкой температуры плавления и плохой воспламеняемости активной композиции мягчителя ткани. Согласно изобретению неожиданно было установлено, что заданное количество триглицерида жирной кислоты также улучшает смягчающую способность в цикле ополаскивания мягчителем ткани, полученным из активной композиции мягчителя ткани, предлагаемой в настоящем изобретении.
Активная композиция мягчителя ткани, предлагаемая в настоящем изобретении, также содержит от 3 до 12 мас.% и предпочтительно от 6 до 10 мас.% спирта, выбранного из группы, включающей этанол, 1-пропанол и 2-пропанол. Спиртом предпочтительно является этанол или 2-пропанол и наиболее предпочтительно 2-пропанол. Заданное количество спирта важно для одновременного обеспечения плохой воспламеняемости активной композиции мягчителя ткани и высокой стабильностью композиции в расплавленном состоянии по отношению к дезалкилированию бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира жирной кислоты. Улучшение стабильности, которое можно обеспечить путем использования заданного количества спирта, представляется специфичным для хлорида и не установлено в предшествующем уровне техники.
Суммарное количество триглицерида жирной кислоты и спирта предпочтительно составляет от 10 до 15 мас.%.
Активные композиции мягчителя ткани, предлагаемые в настоящем изобретении, характеризуются сочетанием высокой стабильности по отношению к дезалкилированию в расплавленном состоянии, низкой вязкости расплава и плохой воспламеняемости. Активная композиция мягчителя ткани, содержащая 86 мас.% бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира талловой жирной кислоты, 3 мас.% кокосового масла и 9 мас.% 2-пропанола обладает температурой вспышки, определенной в соответствии со стандартом DIN 53213, равной 38°С.
Активную композицию мягчителя ткани, предлагаемую в настоящем изобретении, можно получить путем смешивания бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира жирной кислоты, триглицерида жирной кислоты и спирта в заданных количествах. Однако активную композицию мягчителя ткани предпочтительно получать одним из двух способов, предлагаемых в настоящем изобретении, в которых используются кватернизация бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты избытком метилхлорида в присутствии триглицерида жирной кислоты и последующее отделение избытка метилхлорида в присутствии спирта.
Первый способ, предлагаемый в настоящем изобретении, включает две стадии.
На первой стадии смесь, содержащую от 78 до 95 мас.% бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты, от 2 до 9 мас.% триглицерида жирной кислоты и от 3 до 13 мас.% спирта, выбранного из группы, включающей этанол, 1-пропанол и 2-пропанол, вводят в реакцию с избытком метилхлорида при температуре, равной от 60 до 120°С и предпочтительно от 90 до 110°С. Молярное содержание метилхлорида больше молярного содержания бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты и отношение количества молей метилхлорида к количеству молей бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты предпочтительно составляет от 1,1 до 1,5. Бис-(2-гидроксиэтил)-метиламиновый эфир жирной кислоты обладает отношением количества молей фрагментов жирной кислоты к количеству молей аминных фрагментов, равным от 1,80 до 1,96, предпочтительно от 1,82 до 1,92, средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 16 до 18 атомов углерода, предпочтительно от 16,5 до 17,8 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 50, предпочтительно от 1,0 до 50, более предпочтительно равным от 2 до 50, еще более предпочтительно равным от 5 до 40 и наиболее предпочтительно равным от 15 до 35. Триглицерид жирной кислоты обладает средней длиной цепи фрагментов жирной кислоты, составляющей от 10 до 14 атомов углерода, предпочтительно от 12 до 13,8 атомов углерода, и йодным числом, рассчитанным для свободной жирной кислоты, равным от 0 до 15 и предпочтительно представляет собой кокосовое масло или гидрированное кокосовое масло. Реакцию предпочтительно проводят в сосуде высокого давления при полном давлении, равном от 1 до 10 бар, предпочтительно 3 до 8 бар. Метилхлорид предпочтительно добавляют к смеси бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты, триглицерида жирной кислоты и спирта со скоростью, которая исключает повышение давления выше заданного верхнего предельного значения. Реакцию предпочтительно проводят, пока в реакцию не вступит более 80%, предпочтительно более 85% бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты. Подходящая продолжительность реакции находится в диапазоне от 2 до 8 ч в зависимости от температуры и давления при реакции.
На второй стадии непрореагировавший метилхлорид выделяют из реакционной смеси, полученной на стадии а) путем отгонки смеси метилхлорида и спирта, конденсации спирта из смеси метилхлорида и спирта, которая отгоняется, и возвращения конденсированного спирта в реакционную смесь с получением содержания спирта в реакционной смеси, равного от 3 до 12 мас.%. Смесь метилхлорида и спирта предпочтительно отгоняют при полном давлении, равном от 0,2 до 1 бар. Спирт предпочтительно конденсируют из смеси метилхлорида и спирта в парциальном конденсаторе при температуре, находящейся между температурами кипения метилхлорида и спирта при давлении, использующемся при перегонке. Весь или часть конденсированного спирта можно вернуть в реакционную смесь в зависимости от содержания спирта, которое необходимо в полученной смеси.
Второй способ, предлагаемый в настоящем изобретении, включает три стадии и отличается от первого способа, предлагаемого в настоящем изобретении, тем, что на первой стадии исходная смесь содержит от 88 до 98 мас.% бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты и от 0 до 3 мас.% спирта, и тем, что на дополнительной стадии к реакционной смеси, полученной на первой стадии, добавляют дополнительное количество спирта с обеспечением содержания спирта, равного от 3 до 12 мас.%, до проведения стадии отделения непрореагировавшего метилхлорида из смеси.
Эти два способа, предлагаемые в настоящем изобретении, обладают тем преимуществом, что дают активную композицию мягчителя ткани, обладающую низким содержанием некватернизованного бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты при непродолжительном проведении реакции. Второй способ, предлагаемый в настоящем изобретении, обладает тем дополнительным преимуществом, что образуется меньше побочного продукта алкилирования спирта и дополнительно уменьшается продолжительность реакции алкилирования.
Настоящее изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами, которые, однако, никоим образом не ограничивают объем настоящего изобретения.
Примеры
Активные композиции мягчителя ткани получали из кокосового масла, 2-пропанола и бис-(2-гидроксиэтил)-диметиламмоний хлоридного эфира талловой жирной кислоты, обладающего йодным числом, равным 20, рассчитанным для свободной жирной кислоты, обладающего отношением количества молей фрагментов жирной кислоты к количеству молей аминных фрагментов, равным 1,89, и содержащего 0,044 ммоль/г бис-(2-гидроксиэтил)-метиламинового эфира жирной кислоты, 0,041 ммоль/г бис-(2-гидроксиэтил)-метиламмонийхлоридного эфира жирной кислоты и 0,111 ммоль/г жирной кислоты, путем смешивания порошкообразной четвертичной аммониевой соли с растворителями в количествах, приведенных в таблице 1, и плавления смесей.
Стабильность при хранении определяли для активных композиций мягчителя ткани, которые хранили в течение 5 дней при 100°С в закрытых стеклянных флаконах.
-1
Вязкости расплавов измеряли при 90°С с помощью реометра StressTech, выпускающегося фирмой REOLOGICA instruments, с использованием параллельных пластин 50 мм, расстояния между пластинами, равного 1 мм, и скоростей сдвига, равных 1, 10 и 100 с.
Таблица 1
Характеристики активных композиций мягчителя ткани
Пример
1*
2*
3
Отношение доля четвертичного соединения: кокосовое масло: 2-пропанол, в мас.%
92:0:8
96:4:0
88:4:8
Вязкость расплава при 1 с<sup>-1</sup> в мПа·с
272
13200
262
Вязкость расплава при 10 с<sup>-1</sup> в мПа·с
237
9010
236
Вязкость расплава при 100 с<sup>-1</sup> в мПа·с
219
2290
194
Доля четвертичного соединения, дезалкилированного после 5 дней хранения при 100°С, в %
7,8
10,0
7,9
*Не предлагаемая в настоящем изобретении.