ES2243310T3

ES2243310T3 - Composiciones de sales de amonio cuaternario.

Info

Publication number: ES2243310T3
Application number: ES00970165T
Authority: ES
Inventors: Yasuki c/o Kao Corporation OHTAWA; Tohru c/o Kao Corporation KATOH; Takeshi c/o Kao Corporation TOMIFUJI
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: JP2001131871A; EP1226225B1; US7214718B1; WO2001032813A1; CA2384317C; DE60022216T2; CA2384317A1; MXPA02004335A; EP1226225A1; DE60022216D1; JP4024438B2

Abstract

Una composición de sal de amonio cuaternario que comprende los siguientes componentes: (M), (D) y (T), en la que la cantidad de (M) es de 15 a 85% en peso, la cantidad de (D) es de 0 a 44% en peso y la cantidad de (T) es de 15 a 85% en peso, sobre la base de las cantidades totales de (M), (D) y (T): (M): una sal cuaternaria de monoéster, representada por la fórmula (I): en la que: R representa un grupo alquilo o alquenilo C5-35; R1 representa un grupo alquilo o hidroxialquilo C1-4; n es un número seleccionado de 2 a 4; y X- es un grupo aniónico; (D): una sal cuaternaria de diéster, representada por la fórmula (II): en la que cada uno de R, R1, n y X- tiene el mismo significado que se definió anteriormente; y (T): una sal cuaternaria de triéster representada por la fórmula (III): en la que cada uno de R, R1, n y X- tiene el mismo significado que se definió anteriormente.

Description

Composiciones de sales de amonio cuaternario.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una composición de sal de amonio cuaternario, a un procedimiento para la producción de la misma y a una composición suavizante que contiene la misma.

Técnica anterior

La mayoría de los productos comercialmente disponibles como composición suavizante para fibras son composiciones que comprenden una sal de amonio cuaternario, la cual contiene dos grupos alquilo de cadena larga en una molécula y que están tipificados por un cloruro de di(alquilo de cadena larga)-dimetilamonio. Sin embargo, la sal de amonio cuaternario adolece del problema que, cuando se descargan los residuos de la misma después del tratamiento hacia el medio ambiente -como por ejemplo, a un río- la mayoría de ellos se acumula sin biodegradación.

Como productos mejorados que combaten este problema, se encuentran disponibles comercialmente el metil-sulfato de N-metil-N,N-bis(alcanoil-oxietilo de cadena larga)-N-(2-hidroxietil)amonio y otros. El producto se elabora por esterificación de trietanolamina con un ácido graso de cadena larga y luego se cuaterniza con sulfato de dimetilo. La relación molar de reacción del ácido graso a la trietanolamina normalmente varía de 1,8 a 2,1, y, al mismo tiempo, la relación de la cantidad de sal cuaternaria de diéster a las cantidades totales de sales cuaternarias de monoéster, diéster y triéster varía del 43 al 47% en peso. Se contempló que la relación molar de reacción quedase comprendida en el intervalo de 1,8 a 2,1 porque la proporción de la sal cuaternaria de diéster se maximiza en este intervalo, mientras que la proporción de la sal cuaternaria de diéster se reduce cuando la relación molar de reacción es inferior a 1,8 ó superior a 2,1, de manera que se reduce la acción suavizante. Sin embargo, aunque la relación molar de reacción se ubique en el intervalo de 1,8 a 2,1, no puede satisfacerse en forma suficiente el efecto suavizante.

Como medio para solucionar este problema, el documento de patente WO97/42279 describe una sal de amonio cuaternario en la que la cantidad de sal cuaternaria de diéster es superior a 55% en peso, del mismo modo que también describe un procedimiento para producir la misma. Este material tiene una acción suavizante mejorada, pero aún no resulta satisfactoria. Luego, los documentos de patente W097/42279, US-A 5916863, US-A 6004913 y US-A 6037315 describen una composición suavizante para textiles, que comprende una sal de amonio cuaternario, la cual comprende una mezcla de componentes de mono-, di- y tri- éster, donde la cantidad del cuaternario de diéster es mayor que aproximadamente 55% en peso. La composición suavizante para textiles puede tener un disolvente, como por ejemplo, agua.

El documento de patente EP-A 675941 describe dispersiones que contienen compuestos de amonio cuaternario, los cuales derivan de trietanolamina, y contienen uno, dos o tres grupos de aciloxietilo graso, caracterizados porque el contenido porcentual de los compuestos que contienen dos grupos de aciloxietilo de ácido graso es superior al 50% en mol, sobre la base de la cantidad total de compuestos de amonio cuaternario.

Descripción de la invención

El objeto de la presente invención es el de proveer una base suavizante y un suavizante que alcanzan un nivel de excelencia superior en cuanto al efecto suavizante y a la biodegradabilidad.

La presente invención se refiere a una composición de sal de amonio cuaternario, que comprende los siguientes componentes (M), (D) y (T), donde: la cantidad de (M) es del 15 al 85% en peso; la cantidad de (D) es de 0 a 44% en peso, preferiblemente, de 1 a 44% en peso; y la cantidad de (T) es de 15 a 85% en peso, sobre la base de las cantidades totales de (M), (D) y (T). La presente invención también se refiere a un procedimiento para la producción de la misma y a una composición suavizante que comprende la composición de sal de amonio cuaternario.

(M): una sal cuaternaria de monoéster, representada por la fórmula (I):

1

en la que: R representa un grupo alquilo o alquenilo C_{5-35}; R^{1} representa un grupo alquilo o hidroxialquilo C_{1-4}; n es un número seleccionado de 2 a 4; y X^{-} es un grupo aniónico;

(D): una sal cuaternaria de diéster, representada por la fórmula (II)

2

en la que cada uno de R, R^{1}, n y X^{-} tiene el mismo significado que se definió anteriormente; y

(T): una sal cuaternaria de triéster representada por la fórmula (III):

3

en la que cada uno de R, R^{1}, n y X^{-} tiene el mismo significado que se definió anteriormente.

Por otra parte, la presente invención provee el uso de la composición antes mencionada como un suavizante para fibras y un método para suavizar fibras con la composición antes mencionada.

Modos de llevar a cabo la invención

Desde el punto de vista de la obtención de un efecto suavizante suficiente, las cantidades de los componentes (M), (D) y (T) incluidos en la composición de la presente invención se seleccionan de tal manera que: la cantidad de (M) sea del 15 al 85% en peso, preferiblemente del 20 al 84% en peso, más preferiblemente, del 20 al 79% en peso; la cantidad de (D) sea de 0 a 44% en peso, preferiblemente, del 1 al 44% en peso, más preferiblemente, del 1 al 40% en peso; y que la cantidad de (T) sea del 15 al 85% en peso, preferiblemente, del 15 al 80% en peso, más preferiblemente, del 20 al 60% en peso, sobre la base de las cantidades totales de (M), (D) y (T).

En las fórmulas (I), (II) y (III), la cantidad de carbonos presentes en R es preferiblemente de 11 a 23. R^{1} es preferiblemente un grupo metilo o etilo. n es preferiblemente 2. X^{-} es preferiblemente un ion halógeno, tal como un ion cloruro o un ion sulfato de alquilo, tal como ion sulfato de metilo y ion sulfato de etilo.

En el procedimiento para la producción del compuesto cuaternario, haciendo reaccionar una trialcanolamina con un ácido graso, para obtener un éster de trialcanolamina, y luego cuaternizando el éster de trialcanolamina, la relación del producto monoesterificado se reduce, mientras que la relación del producto triesterificado aumenta en proporción, a medida que aumenta la relación molar de reacción del ácido graso a la trialcanolamina, en general. Cuando se usan trietanolamina y ácido graso de sebo, la sal cuaternaria de monoéster como principal componente es del 40% en peso o más, mientras que la sal cuaternaria de triéster es menor que el 15% en peso en las sales cuaternarias de los productos esterificados, si la relación molar del ácido graso a la trietanolamina es menor que 1,3. Además, si la relación molar es de 1,3 a 2,0, se produce la sal cuaternaria de diéster en una cantidad del 45 al 48% en peso como principal componente. Por otra parte, si la relación molar supera el 2,0, se produce la sal cuaternaria de triéster en una cantidad de 40% en peso o más, como un componente principal, mientras que la sal cuaternaria de monoéster es inferior al 15% en peso. Es decir, la composición de la sal de amonio cuaternario de la presente invención rara vez se obtiene en un método usual, mediante la mera reacción de trietanolamina y un ácido graso y la posterior cuaternización.

Aunque el método de obtener la composición de sal de amonio cuaternario de la presente invención no está limitado en particular, hay un método en el que dos o más productos esterificados con alcanolamina, que tienen grados diferentes de esterificación, se mezclan y luego se cuaternizan, o en el cual se mezclan dos o más sales cuaternarias de productos esterificados con alcanolamina, que tienen diferentes grados de esterificación. Específicamente, es más que suficiente mezclar una sal de amonio cuaternario producida en una condición tal que haya una baja relación molar de reacción de un ácido graso a la trialcanolamina, con otra sal de amonio cuaternario producida en una condición tal que haya otra relación molar de reacción de la misma que sea elevada. La relación molar de reacción y la relación de mezcla (o combinación) de la misma pueden seleccionarse de manera tal que las relaciones de los componentes (M), (D) y (T) queden comprendidas en el intervalo arriba mencionado y que puedan mezclarse tres o más sales de amonio cuaternario. Los productos esterificados con alcanolamina pueden mezclarse primero y luego cuaternizarse.

De acuerdo con la presente invención, la sal de amonio cuaternario producida en una condición tal que la relación molar de reacción del ácido graso a la trialcanolamina sea baja, y la sal de amonio cuaternario producida en una condición tal que la relación molar de reacción de la misma sea alta, se producen de la misma manera que para el N-metil-N,N-bis (alcanoiloxietilo de cadena larga)-N-(2-hidroxietil) amonio, sulfato de metilo, etc. Es decir, la sal se puede producir esterificando una trialcanolamina tal como una trietanolamina, con ácido graso de cadena larga, tal como un ácido graso de sebo, un ácido graso de sebo hidrogenado, un ácido esteárico de una palmera y ácido esteárico hidrogenado (o endurecido) de una palmera y una mezcla de dos o más miembros seleccionados entre los mismos, con un éster de alquilo inferior del mismo o con una grasa y/o aceite, y luego cuaternizando el éster resultante con un agente cuaternizante, como por ejemplo sulfato de dimetilo, sulfato de dietilo y cloruro de metilo.

En este caso, se forma un producto cuaternizado de una trialcanolamina sin reaccionar cuando la relación molar de reacción del ácido graso a la trialcanolamina es menor, pero no importa que esté presente el producto cuaternizado de la amina sin reaccionar en la reacción de esterificación. Por otra parte, el ácido graso sin reaccionar permanece cuando la relación molar de reacción es elevada, pero no importa que el ácido graso esté presente.

Si se mezclan dos o más productos esterificados con alcanolamina, que tengan grados diferentes de esterificación, o si se mezclan dos o más productos de los mismos, que tengan grados diferentes de esterificación, los residuos de ácido graso de los mismos pueden ser iguales o diferentes. Desde el punto de vista de la acción suavizante, el residuo de ácido graso de un compuesto que tiene un alto grado de esterificación es preferiblemente un residuo derivado de un ácido graso de sebo o ácido esteárico de una palmera. Por otro lado, el residuo de ácido graso de un compuesto que tiene bajos grados de esterificación es preferiblemente un residuo de ácido graso de sebo hidrogenado, desde el punto de vista de una acción suavizante.

La composición de sal de amonio cuaternario de la presente invención puede asumir la forma de un suavizante líquido, dispersando del 3 al 50% en peso de la citada composición en agua.

Un tensioactivo no iónico se mezcla preferiblemente con la composición suavizante de la presente invención para mejorar la dispersibilidad y el efecto suavizante. El tensioactivo no iónico para usar es preferiblemente un aducto de óxido de alquileno de un alcohol superior, más preferiblemente, un aducto de óxido de etileno con 5 a 100 moles, en particular, 10 a 60 moles, de un alcohol superior que tenga entre 8 y 22 átomos de carbono.

Se puede adicionar un alcohol superior o ácido graso superior para mejorar aún más la acción suavizante. Un alcohol inferior, como por ejemplo, etanol e isopropanol, glicol o poliol, así como también, un aducto de óxido de etileno o de óxido de propileno del mismo se puede incorporar como un estabilizador para el almacenamiento. Además, se pueden adicionar una sal inorgánica, un ajustador de pH, un agente hidrotrópico, un perfume, un agente desespumante, un pigmento y similares, si fuera necesario.

Método para analizar la sal cuaternaria de éster

La composición de la sal cuaternaria de monoéster, diéster y triéster de acuerdo con la presente invención se determina de la siguiente manera.

Se disuelve una amina de éster obtenida de la trietanolamina con un ácido graso en CDCl y se analiza con un espectro de resonancia magnética nuclear (NMR [nuclear magnetic resonance], con un TMS estándar interno). La relación en peso de las sales cuaternarias se calculó sobre la base de la relación determinada por integración, referida a un pico de un grupo metileno (-CH_{2}-OH-) adyacente a un grupo hidroxilo observado a aproximadamente 3,5 a 3,7 ppm, y otro pico de otro grupo metileno (-OCO-CH_{2}-) adyacente a un grupo éster observado a aproximadamente 4,0 a 4,2 ppm, a fin de preparar la relación por composición.

Ejemplos

Ejemplos 1 a 17 y Ejemplos Comparativos 1 a 10

Se hizo reaccionar trietanolamina con un ácido graso de sebo hidrogenado o con ácido graso de sebo en cada una de las relaciones molares que figuran en la Tabla 1 y luego se cuaternizó con sulfato de dimetilo para obtener los Compuestos A-1 a A-7 y B-1 a B-2, cuyas composiciones se presentan en la Tabla 1.

La composición (% en peso) de la Tabla 1 se calcula como un valor en peso en la sal cuaternaria, sobre la base de la otra composición obtenida, midiendo con un espectro de resonancia magnética nuclear (NMR, en disolvente CDCl_{3}, con un TMS estándar interno) de la amina del éster.

Los compuestos A-1 a A-7 y B-1 a B-2 se usaron en forma individual, respectivamente, o se mezclaron en las relaciones en peso que se muestran en las Tablas 2 y 3, para obtener la composición de sal de amonio cuaternario que tiene las composiciones presentadas en las Tablas 2 y 3.

Luego se adicionó 5% en peso de la composición por goteo al agua, a 60ºC, donde se disolvieron 5% en peso de un aducto de óxido de etileno con 20 moles en alcohol de laurilo, a fin de preparar cada uno de los suavizantes. El suavizante se evaluó por su efecto suavizante, de la siguiente manera. Los resultados se presentan en la Tabla 4.

Método para evaluar el efecto suavizante 1) Tratamiento suavizante

1 kg de toallas de algodón comerciales o paños de tejido de punto, fabricados con fibras de acrilato, se lavaron repetidamente y cinco veces, con el detergente comercial "Attack" (una marca registrada, fabricado por Kao Corporation) en agua dura, de 3,5º DH, en un lavarropa con 15 L de capacidad. Luego, se introdujeron 25 ml del suavizante y el resultante se trató a 25ºC durante 1 minuto bajo agitación.

2) Evaluación del efecto suavizante

El paño sometido de este modo al tratamiento suavizante se secó al aire, a temperatura ambiente y luego se lo dejó en una cámara de humedad y temperatura constantes, a 25ºC, a un 65% de humedad relativa, durante 24 horas. El paño con el suavizante del Ejemplo Comparativo 8 se utilizó como control y 10 expertos evaluaron la prueba de comparación por pares, con los siguientes criterios. El valor promedio de las evaluaciones de los 10 expertos se redondeó de la siguiente manera, a saber: la fracción de 0,5 o más se contó como una unidad y el resto se eliminó. El valor redondeado se convirtió en el valor de evaluación.

+2: más suave que el control.

+1: algo más suave que el control.

0: igual al control, en cuanto al efecto suavizante.

-1: algo más duro que el control.

-2: más duro que el control.

TABLA 1

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*1:	Relación molar de ácido graso a trietanolamina.
*2:	\begin{minipage}[t]{145mm} Producido esterificando la trietanolamina con ácido graso de sebo, sometiéndolo luego a destilación con película delgada, eliminando por destilación la trietanolamina sin reaccionar y el producto monoesterificado, y cuaternizando además el producto resultante.\end{minipage}
*3:	% en peso, que también incluye a la sal cuaternaria de trietanolamina.

TABLA 2

5

* Fuera del alcance de la invención tal como se reivindica.

TABLA 3

6

*:	\begin{minipage}[t]{145mm} el % en peso para el total de sales cuaternarias de monoéster, diéster y triéster, y el % en peso del paréntesis, que incluye también la sal cuaternaria de trietanolamina.\end{minipage}

TABLA 4

7

Claims

1. Una composición de sal de amonio cuaternario que comprende los siguientes componentes: (M), (D) y (T), en la que la cantidad de (M) es de 15 a 85% en peso, la cantidad de (D) es de 0 a 44% en peso y la cantidad de (T) es de 15 a 85% en peso, sobre la base de las cantidades totales de (M), (D) y (T):

(M): una sal cuaternaria de monoéster, representada por la fórmula (I):

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(D): una sal cuaternaria de diéster, representada por la fórmula (II):

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(T): una sal cuaternaria de triéster representada por la fórmula (III):

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2. Un procedimiento para producir la composición de sal de amonio cuaternario, de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se mezclan dos o más productos esterificados con alcanolamina, que tienen diferentes grados de esterificación y luego se cuaternizan, o en el que se mezclan dos o más sales cuaternarias de productos esterificados con alcanolamina, que tienen diferentes grados de esterificación.

3. Una composición suavizante que comprende la composición de sal de amonio cuaternario de acuerdo con la reivindicación 1.

4. La composición de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la cantidad de (D) es 1 a 44% en peso.

5. La composición de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la cantidad de M es 20 a 79% en peso, la cantidad de (D) es 1 a 40% en peso y la cantidad de (T) es 20 a 60% en peso.