DE102007037345A1 - Quaternary ammonium-containing organosilicon compounds and their preparation - Google Patents
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Classifications
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Abstract
Quaternäre Ammoniumgruppen aufweisende Organosiliciumverbindungen (1), enthaltend mindestens eine Si-gebundene Gruppe G der allgemeinen Formel, $F1 wobei Y ein zweiwertiger organischer Rest mit 1 bis 100 C-Atomen, der ein oder mehrere Ethersauerstoffatome und/oder ein oder mehrere Hydroxygruppen enthalten kann, bedeutet, R<SUP>1</SUP> ein einwertiger organischer Rest mit 1 bis 30 C-Atomen bedeutet, R<SUP>2</SUP> ein Methyl- oder Ethylrest bedeutet, A ein einwertiger organischer Rest mit mindestens vier Kohlenstoffatomen, der mit mindestens zwei Hydroxygruppen substituiert ist, bedeutet, L<SUP>-</SUP> Gegenion zu der positiven Ladung an der quaternierten Stickstoffgruppe, ausgewählt aus Anionen von anorganischen oder organischen Säuren HL, bedeutet.Quaternary ammonium-containing organosilicon compounds (1) containing at least one Si-bonded group G of the general formula, $ F1 wherein Y is a bivalent organic radical having 1 to 100 carbon atoms, which may contain one or more ether oxygen atoms and / or one or more hydroxy groups , R <SUP> 1 </ SUP> is a monovalent organic radical having 1 to 30 C atoms, R <SUP> 2 </ SUP> is a methyl or ethyl radical, A is a monovalent organic radical having at least four carbon atoms substituted with at least two hydroxy groups, means L <SUP> - </ SUP> counterion to the positive charge on the quaternized nitrogen group selected from anions of inorganic or organic acids HL.
Description
Die Erfindung betrifft quaternäre Ammoniumgruppen aufweisende Organosiliciumverbindungen und deren Herstellung.The The invention relates to quaternary ammonium groups Organosilicon compounds and their preparation.
Die
Synthese von α,ω-quaternären Ammoniumsiloxanen
ist aus
Ähnliche
Polymere beansprucht die
Die
Herstellung von Polysiloxanen, die Wiederholungseinheiten von Siloxanblöcken
und isolierten quaternären Stickstoffatomen enthalten,
wird in
Die
Umsetzung strukturgleicher Epoxisiloxane mit ditert. Aminen ist
in
Zu
sehr ähnlichen Polymeren kommt
Eine
andere Vorgehensweise ist in
Aminofunktionelle
Siloxane, die zusätzlich Polyhydroxygruppen enthalten,
sind aus
Hydrophile
Siloxane, die jeweils mindestens eine Polyethergruppe und gleichzeitig
mindestens ein quaternäres Stickstoffatom enthalten, sind
aus
Gemäß
Es bestand die Aufgabe quaternäre Ammoniumgruppen aufweisende Organosiliciumverbindungen bereitzustellen, die (Mikro)Emulsionen bilden, die auch im alkalischen Bereich stabil sind (alkalitolerant). Weiterhin bestand die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung von quaternären Ammoniumgruppen aufweisenden Organosiliciumverbindungen bereitzustellen, das einfach ist, ohne Verwendung aufwendig herzustellender Siliconmacromere.It The task consisted of quaternary ammonium groups To provide organosilicon compounds containing (micro) emulsions form, which are stable even in the alkaline range (alkali-tolerant). Furthermore, the object was a process for the preparation of quaternary ammonium-containing organosilicon compounds provide that is simple, without using consuming to produce Siliconmacromere.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.The Task is solved by the invention.
Gegenstand
der Erfindung sind quaternäre Ammoniumgruppen aufweisende
Organosiliciumverbindungen (1) enthaltend mindestens eine Si-gebundene
Gruppe G der allgemeinen Formel wobei
Y ein zweiwertiger
organischer Rest mit 1 bis 100 C-Atomen, vorzugsweise mit 1 bis
12 C-Atomen, der ein oder mehrere Ethersauerstoffatome und/oder
ein oder mehrere Hydroxygruppen enthalten kann, vorzugsweise einen
ringgeöffneten Epoxidrest enthält, bedeutet,
R1 ein einwertiger organischer Rest mit 1
bis 30 C-Atomen, vorzugsweise ein organischer Rest mit 1 bis 18 C-Atomen,
der C-, H- und O-Atome enthält, bevorzugt ein Kohlenwasserstoffrest
mit 1 bis 18 C-Atomen, bedeutet
R2 ein
Methyl- oder Ethylrest, bevorzugt ein Methylrest bedeutet,
A
ein einwertiger organischer Rest mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen,
der mit mindestens 2 Hydroxygruppen, vorzugsweise mit mindestens
3 Hydroxygruppen substituiert ist, bedeutet,
L– Gegenion
zu der positiven Ladung an der quaternierten Stickstoffgruppe ausgewählt
aus Anionen von anorganischen oder organischen Säuren HL
bedeutet.The invention relates to quaternary ammonium-containing organosilicon compounds (1) containing at least one Si-bonded group G of the general formula in which
Y is a divalent organic radical having 1 to 100 C atoms, preferably having 1 to 12 C atoms, which may contain one or more ether oxygen atoms and / or one or more hydroxyl groups, preferably contains a ring-opened epoxide radical,
R 1 is a monovalent organic radical having 1 to 30 carbon atoms, preferably an organic radical having 1 to 18 carbon atoms, which contains C, H and O atoms, preferably a hydrocarbon radical having 1 to 18 carbon atoms
R 2 is a methyl or ethyl radical, preferably a methyl radical,
A is a monovalent organic radical having at least 4 carbon atoms which is substituted by at least 2 hydroxyl groups, preferably by at least 3 hydroxyl groups,
L - counterion to the positive charge on the quaternized nitrogen group selected from anions of inorganic or organic acids HL.
Gegenstand
der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der quaternäre
Ammoniumgruppen aufweisenden Organosiliciumverbindungen, indem organische
Aminoverbindungen (2) der allgemeinen Formel
wobei
R1, R2, A und L– die oben dafür angegebene
Bedeutung haben,
mit Organosiliciumverbindungen (3), die mindestens
einen Si-gebundenen Rest X, der eine das N-atom in der Aminoverbindung
der Formel (II) alkylierende Gruppe E enthält, aufweisen,
vorzugsweise in Gegenwart von anorganischen oder organischen Säuren
HL,
umgesetzt werden.The invention further provides a process for the preparation of the quaternary ammonium-containing organosilicon compounds, by organic amino compounds (2) of the general formula
wherein R 1 , R 2 , A and L - have the meaning given above,
with organosilicon compounds (3) which contain at least one Si-bonded radical X which contains a group E which alkylates the N atom in the amino compound of the formula (II), preferably in the presence of inorganic or organic acids HL,
be implemented.
Die erfindungsgemäßen Organosiliciumverbindungen (1) können lineare, verzweigte, cyclische oder auch harzartige Strukturen mit einer Vielzahl von tri- oder/und tetrafunktionellen Siloxaneinheiten aufweisen. Die Organosiliciumverbindungen (1) weisen vorzugsweise mindestens zwei Siloxaneinheiten, bevorzugt mindestens zehn Siloxeneinheiten pro Molekül auf.The Organosilicon compounds according to the invention (1) can be linear, branched, cyclic or resinous Structures with a variety of tri- and / or tetrafunctional ones Have siloxane units. The organosilicon compounds (1) have preferably at least two siloxane units, preferably at least ten siloxane units per molecule.
Bevorzugt
werden als quaternäre Ammoniumgruppen aufweisende Organosiliciumverbindungen
(1) Organopolysiloxane der allgemeinen Formel
R einen
einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 C-Atomen bedeutet,
g
0 oder 1 ist,
k 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 30, bevorzugt
1 bis 5, ist und
l 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 1000, bevorzugt
20 bis 600 ist,
mit der Maßgabe, dass mindestens ein
Rest G je Molekül enthalten ist, erhalten.Preferred organosilicon compounds having quaternary ammonium groups (1) are organopolysiloxanes of the general formula
R denotes a monovalent hydrocarbon radical having 1 to 18 C atoms,
g is 0 or 1,
k is 0 or an integer from 1 to 30, preferably 1 to 5, and
l is 0 or an integer from 1 to 1000, preferably 20 to 600,
with the proviso that at least one residue G per molecule is included.
Vorzugsweise ist Y ein SiC-gebundener Rest.Preferably Y is an SiC-bonded radical.
Bevorzugt ist Y ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12 C-Atomen, der einen ringgeöffneten Epoxidrest enthält und der zusätzlich ein oder mehrere Ethersauerstoffatome und/oder Hydroxylgruppen enthalten kann.Prefers Y is a divalent hydrocarbon radical having 1 to 12 C atoms, which contains a ring-opened epoxy radical and additionally one or more ether oxygen atoms and / or May contain hydroxyl groups.
Beispiele
für Reste Y, die einen ringgeöffneten Epoxidrest
enthalten, sind in
Die Siliciumverbindungen (1) enthalten den zweiwertigen organischen Rest Y als Verbindungsgruppe zwischen quaternären N-Atomen der umgesetzten organischen Aminoverbindungen (2) und Si-Atomen der umgesetzten Siliciumverbindungen (3).The Silicon compounds (1) contain the bivalent organic Rest Y as a linking group between quaternary N atoms the reacted organic amino compounds (2) and Si atoms the reacted silicon compounds (3).
Beispiele
für den Rest Y sind:
Beispiele für Reste R sind Alkylreste, wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, 1-n-Butyl-, 2-n-Butyl-, iso-Butyl-, tert.-Butyl-, n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert.-Pentylrest, Hexylreste, wie der n-Hexylrest, Heptylreste, wie der n-Heptylrest, Octylreste, wie der n-Octylrest und iso-Octylreste, wie der 2,2,4-Trimethylpentylrest, Nonylreste, wie der n-Nonylrest, Decylreste, wie der n-Decylrest, Dodecylreste, wie der n-Dodecylrest, und Octadecylreste, wie der n-Octadecylrest; Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl- und Methylcyclohexylreste; Alkenylreste, wie der Vinyl-, 5-Hexenyl-, Cyclohexenyl-, 1-Propenyl-, Allyl-, 3-Butenyl- und 4-Pentenylrest; Alkinylreste, wie der Ethinyl-, Propargyl- und 1-Propinylrest; Arylreste, wie der Phenyl-, Naphthyl-, Anthryl- und Phenanthrylrest; Alkarylreste, wie o-, m-, p-Tolylreste, Xylylreste und Ethylphenylreste; und Aralkylreste, wie der Benzylrest, der α- und der β-Phenylethylrest.Examples R radicals are alkyl radicals, such as the methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, 1-n-butyl, 2-n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, neo-pentyl, tert-pentyl, hexyl, such as n-hexyl, heptyl, such as the n-heptyl, octyl, such as the n-octyl radical and iso-octyl radicals, such as the 2,2,4-trimethylpentyl radical, Nonyl radicals, such as the n-nonyl radical, decyl radicals, such as the n-decyl radical, Dodecyl radicals, such as the n-dodecyl radical, and octadecyl radicals, such as n-octadecyl radical; Cycloalkyl radicals, such as cyclopentyl, cyclohexyl, Cycloheptyl and methylcyclohexyl radicals; Alkenyl radicals, such as the vinyl, 5-hexenyl, cyclohexenyl, 1-propenyl, allyl, 3-butenyl and 4-pentenyl; Alkynyl radicals, such as the ethynyl, propargyl and 1-propynyl radicals; aryl radicals, such as the phenyl, naphthyl, anthryl and phenanthryl radical; alkaryl, such as o-, m-, p-tolyl radicals, xylyl radicals and ethylphenyl radicals; and aralkyl radicals, such as the benzyl radical, the α- and the β-phenylethyl radical.
Beispiele für R1 sind lineare oder verzweigte oder cyclische Alkylreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, 1-n-Butyl-, 2-n-Butyl-, iso-Butyl-, tert.-Butyl-, n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert.-Pentylrest, Hexylreste, wie der n-Hexylrest, Heptylreste, wie der n-Heptylrest, Octylreste, wie der n-Octylrest und iso-Octylreste, wie der 2,2,4-Trimethylpentylrest, Nonylreste, wie der n-Nonylrest, Decylreste, wie der n-Decylrest, Dodecylreste, wie der n-Dodecylrest, und Octadecylreste, wie der n-Octadecylrest; und Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl- und Methylcyclohexylreste.Examples of R 1 are linear or branched or cyclic alkyl radicals having 1 to 18 carbon atoms, such as the methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, 1-n-butyl, 2-n-butyl, iso Butyl, tert-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, neo-pentyl, tert-pentyl, hexyl, such as the n-hexyl, heptyl, such as the n-heptyl, octyl, such as n-octyl and iso-octyl such as 2,2,4-trimethylpentyl, nonyl such as n-nonyl, decyl such as n-decyl, dodecyl such as n-dodecyl, and octadecyl such as n-octadecyl ; and cycloalkyl radicals such as cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and methylcyclohexyl radicals.
Beispiele für C-, H- und O enthaltende organische Reste R1 sind Alkanolreste, wie der 2-Hydroxyethyl- und der 2-Hydroxypropylrest, Alkanoletherreste wie der 2-Methoxyethyl-, 2-Butoxyethyl- und der 2-Methoxypropylrest.Examples of C, H and O-containing organic radicals R 1 are alkanol radicals such as 2-hydroxyethyl and 2-hydroxypropyl, alkanol ether radicals such as 2-methoxyethyl, 2-butoxyethyl and 2-methoxypropyl.
Bevorzugt ist R1 der Methyl- oder der Ethylrest, besonders bevorzugt der Methylrest.Preferably, R 1 is the methyl or ethyl radical, more preferably the methyl radical.
Die
Struktur von A setzt sich zusammen aus den Strukturelementen -B-(Z)n,
wobei n eine ganze Zahl von 1 bis
10, vorzugsweise 1 oder 2, bevorzugt 1 ist,
B einen (n + 1)-wertigen
(d. h. mehrwertigen) organischen Rest bedeutet, in der Funktion
n Gruppen Z (d. h. eine oder mehrere Gruppen Z), vorzugsweise eine
oder zwei Gruppen Z, bevorzugt eine Gruppe Z, mit dem (den) quaternären
Stickstoffatom(en) zu verbinden. Bevorzugt ist der Rest B daher
zwei- oder dreiwertig, vorzugsweise zweiwertig.The structure of A is composed of the structural elements -B- (Z) n ,
where n is an integer from 1 to 10, preferably 1 or 2, preferably 1,
B is an (n + 1) -valent (ie polyvalent) organic radical, in the function n groups Z (ie one or more groups Z), preferably one or two groups Z, preferably a group Z, with the quaternary To connect nitrogen atom (s). Preferably, the radical B is therefore bivalent or trivalent, preferably bivalent.
Das
Strukturelement Z enthält vorzugsweise mindestens zwei
Hydroxygruppen, die jeweils an verschiedene Kohlenstoffatome gebunden
sind. Vorzugsweise enthält Z 2 bis 12 C-Atome, bevorzugt
enthält Z 3 bis 12 C-Atome und 2 bis 10 Hydroxygruppen.
Vorzugsweise steht Z für Reste, die sich von Hydroxycarbonsäuren
oder oxidierten Mono- oder Disacchariden ableiten, welche mindestens
zwei Hydroxygruppen enthalten. Besonders bevorzugt steht Z für
Reste, die sich von oxidierten Monosacchariden der Formeln
Diese Reste Z leiten sich von den ihnen zugrunde liegenden Carbonsäuren durch Abwesenheit der Hydroxygruppe des Carboxylteils ab, welche in diesen speziellen Fällen bei der Verknüpfung von Z mit B zu einem Amid oder Ester mit einem Wasserstoffatom aus B formal ein Mol Kondensationswasser bildet.These Z residues are derived from their underlying carboxylic acids by the absence of the hydroxy group of the carboxyl part, which in these special cases when linking from Z with B to an amide or ester with a hydrogen atom B formally forms one mole of condensation water.
Beispiele für den Resten Z zugrunde liegende Carbonsäuren sind die Glycerinsäure, Mevalonsäure, Gluconsäure, Mannonsäure, 2-Ketogulonsäure, Galactarsäure, Glucarsäure, Isosaccharinsäure sowie mit ihren cyclischen Strukturen die Glucuronsäure, Galacturonsäure und Chinasäure.Examples for the radicals Z underlying carboxylic acids are glyceric acid, mevalonic acid, gluconic acid, Mannoic acid, 2-ketogulonic acid, galactaric acid, Glucaric acid, isosaccharic acid as well as with theirs cyclic structures the glucuronic acid, galacturonic acid and quinic acid.
Vorzugsweise ist der Rest B ein organischer Rest mit 2 bis 20 C-Atomen, bevorzugt ein Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 10 C-atomen, der ein oder mehrere Sauerstoff- oder Stickstoff-atome enthält und durch eine Veresterung oder Amidierung über Ester- oder Amidgruppen mit dem (oder den) Rest(en) Z verknüpft ist.Preferably the radical B is an organic radical having 2 to 20 C atoms, preferably a hydrocarbon radical having 2 to 10 C atoms, one or more Contains oxygen or nitrogen atoms and by a Esterification or amidation via ester or amide groups is associated with the (or the) remainder (s) Z.
Beispiele
für den mehrwertigen organischen Rest B sind
Die Verknüpfung der Strukturelemente B und Z kann prinzipiell durch eine beliebige chemische Reaktion erfolgen, bevorzugt durch Veresterung oder Amidierung. Aufgrund der einfachen Durchführung ist die Amidierung besonders bevorzugt. Hierbei werden bevorzugt die Lactone (5) der den Resten Z zugrunde liegenden Polyhydroxysäuren eingesetzt, welche meist in hohen Ausbeuten mit prim. sowie mit sek. Aminogruppen reagieren. Daher enthalten die den Resten B zugrundeliegenden organischen Verbindungen (4) bevorzugt mindestens eine prim. Aminogruppe.The Linking of the structural elements B and Z can in principle be carried out by any chemical reaction, preferably by Esterification or amidation. Due to the simple implementation the amidation is particularly preferred. Here are preferred the lactones (5) of the polyhydroxy acids underlying the Z radicals used, which are usually in high yields with prim. as well as with sec. React amino groups. Therefore, they contain the residues B organic compounds (4) preferably at least one prim. Amino group.
Beispiele
für diese organischen Verbindungen (4) sind Amine wie
2-Dimethylaminoethylamin
3-Dimethylaminopropylamin
Bis(3-Aminopropyl)methylamin
3-(3-Dimethylaminopropylamino)propylamin
3-Dimethylaminopropyl-methylamin
2-Dimethylaminoethanol
1-Dimethylamino-2-propanolExamples of these organic compounds (4) are amines such as
2-Dimethylaminoethylamine
3-dimethylaminopropylamine
Bis (3-aminopropyl) methylamine
3- (3-dimethylaminopropylamino) propylamine
3-dimethylaminopropyl-methylamine
2-dimethylaminoethanol
1-dimethylamino-2-propanol
Bevorzugte Verbindung (4) enthalten eine NH2- und eine NMe2-Gruppe (Me = Methylrest) pro Molekül. Beispiele für Verbindungen (5), die mit den organischen Aminen (4) in einer Vorreaktion zu den organischen Aminoverbindungen (2) umgesetzt werden sind die Lactone Glucarsäure-1,4-lacton, Glucono-1,5-lacton, Glucurono-6,3-lacton, Galactono-1,4-lacton, Mannonsäure-1,4-lacton, Gulonsäure-1,4-lacton, Ascorbinsäure und Glucoascorbinsäure.Preferred compound (4) contain one NH 2 and one NMe 2 group (Me = methyl radical) per molecule. Examples of compounds (5) which are reacted with the organic amines (4) in a pre-reaction to the organic amino compounds (2) are the lactones glucaric acid-1,4-lactone, glucono-1,5-lactone, glucurono-6, 3-lactone, galactono-1,4-lactone, mannonic acid-1,4-lactone, gulonic acid-1,4-lactone, ascorbic acid and gluco-ascorbic acid.
Vorzugsweise wird bei der Herstellung der Aminoverbindung (2) Verbindung (5) in Mengen von 0,8 bis 1,2 Mol je Mol Prim. und sek. Aminogruppe in Verbindung (4) eingesetzt.Preferably in the preparation of the amino compound (2), Compound (5) in amounts of from 0.8 to 1.2 moles per mole of prim. and sec. amino group used in connection (4).
Die Umsetzung von (4) mit (5) wird vozugsweise bei Temperaturen von 40 bis 100°C, bevorzugt 40 bis 70°C, durchgeführt, entweder unverdünnt oder auch durch Lösemittel wie niedere Alkohole abgemischt. Die Reaktion von prim. Amin mit der Lactongruppe erfolgt spontan und benötigt meist keinen Katalysator. Da die Viskosität der Verbindungen (2) meist sehr hoch ist, kann eine Verdünnung mit polaren niedermolekularen Stoffen wie niederen Alkoholen, z. B. Ethanol, vorteilhaft sein, wobei eine ca. 50 bis 80%-ige Lösung bevorzugt ist. Die Umsetzung kann auch in Gegenwart weiterer Additive wie Säuren erfolgen, besonders dann, wenn die Verbindungen (2) in Form von Ammoniumsalzen HN+R1R2A L– erhalten werden sollen. Dazu können dann als Säuren HL organische Säuren, vorzugsweise C1- bis C18-Carbonsäuren, bevorzugt Essigsäure und/oder anorganische Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure verwendet werden.The reaction of (4) with (5) is preferably carried out at temperatures of 40 to 100 ° C., preferably 40 to 70 ° C., either undiluted or else mixed by solvents such as lower alcohols. The reaction of prim. Amine with the lactone group is spontaneous and usually requires no catalyst. Since the viscosity of the compounds (2) is usually very high, a dilution with polar low molecular weight substances such as lower alcohols, eg. As ethanol, be advantageous, with about 50 to 80% solution is preferred. The reaction can also be carried out in the presence of further additives such as acids, especially if the compounds (2) in the form of ammonium salts HN + R 1 R 2 A L - to be obtained. For this purpose, organic acids, preferably C 1 to C 18 carboxylic acids, preferably acetic acid and / or inorganic acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid or phosphoric acid, can then be used as acids.
Beispiele
für Aminoverbindungen (2) sind solche der Formeln
Bei der Umsetzung der organischen Aminoverbindungen (2) zu den erfindungsgemäßen Siliciumverbindungen (1) wird die tert. Aminogruppe in Formel (II) durch die Siliciumverbindungen (3) alkyliert und so in die erfindungsgemäßen quaternären Ammoniumverbindungen umgewandelt.at the reaction of the organic amino compounds (2) to the inventive Silicon compounds (1) is the tert. Amino group in formula (II) alkylated by the silicon compounds (3) and thus in the inventive converted to quaternary ammonium compounds.
Als Verbindungen (3) können generell alle Siliciumverbindungen eingesetzt werden, die pro Molekül mindestens eine, bevorzugt mindestens zwei Si-gebundene Reste X enthalten, die jeweils eine alkylierende Gruppe E enthalten.When Compounds (3) can generally all silicon compounds are used, which per molecule at least one, preferably at least contain two Si-bonded radicals X, each having an alkylating group E included.
Vorzugsweise ist X ein einwertiger Si-gebundener, organischer Rest mit 1 bis 100 C-Atomen, vorzugsweise 1 bis 12 C-Atomen, der eine alkylierende Gruppe E enthält. Der Rest X kann ein oder mehrere Ethersauerstoffatome und/oder Hydroxylgruppen enthalten.Preferably X is a monovalent Si-bonded organic radical of 1 to 100 C atoms, preferably 1 to 12 C atoms, which is an alkylating Group E contains. The radical X may be one or more ether oxygen atoms and / or hydroxyl groups.
Vorzugsweise ist X ein SiC-gebundener Rest.Preferably X is an SiC-bonded radical.
Bevorzugt ist die alkylierende Gruppe E eine Epoxygruppe, vorzugsweise in terminaler Position des Si-gebundenen Restes X.Prefers the alkylating group E is an epoxy group, preferably in terminal position of the Si-bonded radical X.
Bevorzugt ist X ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12 C-Atomen, der eine Epoxygruppe enthält und der zusätzlich ein oder mehrere Ethersauerstoffatome und/oder Hydroxylgruppen enthalten kann.Prefers X is a hydrocarbon radical having 1 to 12 C atoms, which is a Contains epoxy group and the additional one or contain a plurality of ether oxygen atoms and / or hydroxyl groups can.
Besonders bevorzugt ist X eine Epoxyalkyl-, wie die 5,6-Epoxyhexyl-, 7,8-Epoxyoctyl-, 11,12-Epoxydodecyl- oder die 2-(Epoxycyclohexyl)ethylgruppe oder Glycidoxypropylgruppe.Especially preferably X is an epoxyalkyl such as 5,6-epoxyhexyl, 7,8-epoxyoctyl, 11,12-epoxydodecyl or the 2- (epoxycyclohexyl) ethyl group or Glycidoxypropyl.
Weitere
Beispiele für Reste X mit alkylierend wirkenden Gruppen
E sind
3,4-Epoxycyclohexylethyl-(Si)
2-(3,4-Epoxy-4-methylcyclohexyl)-2-methylethyl-(Si)
4-Chlormethylphenyl-(Si)
4-Chlormethylphenylethyl-(Si)
4-Brommethylphenylethyl-(Si)
3-Brom-1-propenyl-(Si)
p-Tosylmethyl-(Si)Further examples of radicals X with alkylating groups E are
3,4-Epoxycyclohexylethyl- (Si)
2- (3,4-epoxy-4-methylcyclohexyl) -2-methylethyl (Si)
4-chloromethylphenyl (Si)
4-Chlormethylphenylethyl- (Si)
4-Brommethylphenylethyl- (Si)
3-bromo-1-propenyl (Si)
p-Tosylmethyl- (Si)
Polymere Siliciumverbindungen (3) können lineare, verzweigte, cyclische oder auch harzartige Strukturen mit einer Vielzahl von tri- oder/und tetrafunktionellen Siloxaneinheiten aufweisen.polymers Silicon compounds (3) can be linear, branched, cyclic or resinous structures with a variety of tri- and / or have tetrafunctional siloxane units.
Die Organosiliciumverbindungen (3) weisen vorzugsweise mindestens zwei Siloxaneinheiten, bevorzugt mindestens zehn Siloxeneinheiten pro Molekül auf.The Organosilicon compounds (3) preferably have at least two Siloxane units, preferably at least ten siloxane units per Molecule up.
Bevorzugt
werden als Organosiliciumverbindungen (3) Organopolysiloxane der
allgemeinen Formel
R einen
einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 C-Atomen bedeutet,
g
0 oder 1 ist,
k 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 30, bevorzugt
1 bis 5, ist und
l 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 1000, bevorzugt
20 bis 600, ist,
mit der Maßgabe, dass mindestens
ein Rest X je Molekül enthalten ist, eingesetzt.Preferred organosilicon compounds (3) are organopolysiloxanes of the general formula
R denotes a monovalent hydrocarbon radical having 1 to 18 C atoms,
g is 0 or 1,
k is 0 or an integer from 1 to 30, preferably 1 to 5, and
l is 0 or an integer from 1 to 1000, preferably 20 to 600,
with the proviso that at least one radical X per molecule is included.
Bevorzugt enthalten die Organosiliciumverbindungen (3) alkylierend wirkende Gruppen E, insbesondere Epoxygruppen, in einer Konzentration von ca. 0,1 m Equ./g bis ca. 4 m Equ./g Siliciumverbindungen (3).Prefers contain the organosilicon compounds (3) alkylating Groups E, in particular epoxy groups, in a concentration of approx. 0.1 m equ./g to approx. 4 m equ./g silicon compounds (3).
Die Umsetzung der Verbindungen (2) mit (3) erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 20°C bis ca. 150°C, bevorzugt von 50°C bis ca. 120°C.The Reaction of the compounds (2) with (3) is preferably carried out at a temperature of 20 ° C to about 150 ° C, preferably from 50 ° C to about 120 ° C.
Die Umsetzung kann beim Druck der umgebenden Atmosphäre (ca. 1020 hPa) oder bei höheren oder niedrigeren Drücken durchgeführt werden.The Reaction can occur under pressure of the surrounding atmosphere (approx. 1020 hPa) or at higher or lower pressures be performed.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt das molare Verhältnis von alkylierenden Gruppen E in (3) zu basischem Stickstoff in (2) vorzugsweise ca. 0,1:1 bis 3:1, bevorzugt 0,1:1 bis 2:1, wobei eher ein höheres molares Verhältnis angewendet wird, wenn der basische Stickstoff sekundärer Natur ist, da dieser erst zum tert. Stickstoff alkyliert werden muss.at the method according to the invention the molar ratio of alkylating groups E in (3) to basic nitrogen in (2) preferably about 0.1: 1 to 3: 1, preferably 0.1: 1 to 2: 1, being more of a higher molar ratio is applied when the basic nitrogen is secondary Nature is, since this only to the tert. Nitrogen are alkylated got to.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Gegenwart einer anorganischen oder organischen Säure HL durchgeführt. Beispiele für anorganische Säuren sind Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, wobei Salzsäure bevorzugt ist.The inventive method is preferably in Presence of an inorganic or organic acid HL carried out. Examples of inorganic acids are hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, Phosphoric acid, with hydrochloric acid being preferred.
Beispiele für organische Säuren sind C1-C18-Carbonsäuren, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Laurylsäure, Myristylsäure, 2-Ethylhexansäure, Toluolsulfonsäure, Methylschwefelsäure, Trifluoressigsäure, Perfluoroctansäure, Trifluormethansulfonsäure.Examples of organic acids are C 1 -C 18 -carboxylic acids, such as formic acid, acetic acid, propionic acid, lauric acid, myristylic acid, 2-ethylhexanoic acid, toluenesulfonic acid, methylsulfuric acid, trifluoroacetic acid, perfluorooctanoic acid, trifluoromethanesulfonic acid.
Das Anion L– der anorganischen oder organischen Säure ist daher das Gegenion zu der positiven Ladung an der quaternären Stickstoffgruppe in der erfindungsgemäßen Organosiliciumverbindung (1).The anion L - of the inorganic or organic acid is therefore the counterion to the positive La at the quaternary nitrogen group in the organosilicon compound (1) according to the invention.
Zur besseren Handhabung wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in Gegenwart von organischen Lösungsmitteln durchgeführt. Beispiele für organische Lösungsmittel sind Ethanol, Diethylenglycolmonobutylether, Propylenglycol, Dipropylenglycolmonomethylether.to better handling is the invention Process preferably in the presence of organic solvents carried out. Examples of organic solvents are ethanol, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether.
Nach der Umsetzung können die Lösungsmittel – vorzugsweise destillativ – entfernt werden. Wird mit einem Gemisch von Lösungsmitteln gearbeitet, bevorzugt mit einem Gemisch aus einem Tiefsieder (Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von vorzugsweise unter 100°C, wie Ethanol) und einem Hochsieder (Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von vorzugsweise über 150°C, wie Diethylenglycolmonobutylether), wird bevorzugt der Tiefsieder entfernt und der Hochsieder als Viskositätsregler in der erfindungsgemäßen Organosiliciumverbindung (1) belassen.To the reaction, the solvents - preferably distillatively - removed. Is with a mixture of Solvents worked, preferably with a mixture from a low boiler (solvent with a boiling point preferably below 100 ° C, such as ethanol) and a high boiler (Solvent with a boiling point of preferably over 150 ° C, such as diethylene glycol monobutyl ether) is preferred Low boilers removed and the high boiler as a viscosity regulator in the organosilicon compound of the invention (1) leave.
Mit den erfindungsgemäßen Organosiliciumverbindungen (1) können wässrige (Mikro)Emulsionen erhalten werden.With the organosilicon compounds of the invention (1) can obtain aqueous (micro) emulsions become.
Gegenstand der Erfindung sind daher Emulsionen enthaltend quaternäre Ammoniumgruppen aufweisende Organosiliciumverbindungen (1) und Wasserobject The invention therefore emulsions containing quaternary Ammonium-containing organosilicon compounds (1) and water
Die erfindungsgemäßen Emulsionen haben den Vorteil, dass sie auch im alkalischen Bereich stabil sind.The emulsions according to the invention have the advantage that they are stable even in the alkaline range.
Beispiel 1:Example 1:
20,4 g 3-Dimethylaminopropylamin werden mit 56 g Ethanol verdünnt und mit 12,0 g Essigsäure teilneutralisiert. In dieses Gemisch gibt man unter mäßigem Rühren 35,6 g Gluconolacton. In leicht exothermer Reaktion erreicht das Gemisch ca. 55°C und wird dabei zunehmend klarer. Die Temperatur wird über zwei Stunden bei 50°C gehalten, während dessen sich das Lacton vollständig auflöst. Man erhält eine gelbliche Lösung von 3-Diethylammoniumpropylgluconsäureamid in Ethanol mit einem Gehalt 1,62 m Equ. Stickstoffbase pro g Lösung.20.4 g of 3-dimethylaminopropylamine are diluted with 56 g of ethanol and partially neutralized with 12.0 g of acetic acid. In this Mixture is added with moderate stirring 35.6 g of gluconolactone. In a slightly exothermic reaction that achieves Mixture about 55 ° C and is becoming increasingly clear. The temperature is held at 50 ° C for two hours while which completely dissolves the lactone. you receives a yellowish solution of 3-diethylammonium propylgluconamide in ethanol containing 1.62 m equ. Nitrogen base per g solution.
42,6 g dieser Lösung werden in 140 g etwa 60°C warmes α,ω-Bis(glycidoxypropyl)polydimethylsiloxan mit einer mit einer Konzentration von Epoxygruppen von 0,49 m Equ./g dosiert und mit 1 ml 25%-iger Salzsäure katalysiert. Zur besseren Handhabung werden 41 g Diethylenglycolmonobutylether zugegeben. Das Gemisch wird dann bei 100°C 2 Stunden lang gut gerührt, auf 60°C abgekühlt und im Vakuum von Ethanol befreit. Es werden 202 g eines klaren, gelblichen Siliconöls erhalten mit einem Gehalt an quaternärem Stickstoff von 0,34 m Equ./g Lösung.42.6 g of this solution are in 140 g about 60 ° C warm α, ω-bis (glycidoxypropyl) polydimethylsiloxane with one with a concentration of epoxy groups of 0.49 m equ./g dosed and catalysed with 1 ml of 25% hydrochloric acid. to For better handling, 41 g of diethylene glycol monobutyl ether are added. The mixture is then stirred well at 100 ° C for 2 hours, cooled to 60 ° C and freed from ethanol in vacuo. It 202 g of a clear, yellowish silicone oil are obtained containing quaternary nitrogen of 0.34 m equ./g Solution.
In 40 g dieser Lösung werden langsam 60 g deionisiertes Wasser eingerührt, worauf man eine schwach gelbliche, klare Mikroemulsion erhält.In 40 g of this solution are slowly 60 g of deionized water stirred in, whereupon a pale yellowish, clear microemulsion receives.
Mit dem erfindungsgemäßen quaternäre Ammoniumgruppen aufweisenden Polysiloxan wird auf einfache Weise eine spontane Bildung einer (Mikro)Emulsionen erzielt.With the quaternary ammonium groups of the invention having polysiloxane becomes a spontaneous formation in a simple manner achieved a (micro) emulsions.
Beispiel 2:Example 2:
Ähnlich wie in Beispiel 1 werden 42,6 g der dort als Vorprodukt hergestellten Lösung des basischen Gluconsäureamids in eine vorgewärmte Lösung von 245 g eines methylterminierten Copolymerisats aus Dimethylsiloxy- und Glycidoxypropylmethyl siloxaneinheiten mit einer Konzentration von Epoxygruppen von 0,28 m Equ./g und einer Viskosität von 540 mm2/s (25°C) in 72 g Diethylenglycolmonobutylether dosiert. Nach Katalyse mit 1 ml 25%-iger Salzsäure lässt man die stark trübe Mischung 3 Stunden bei 100°C und eine weiter Stunde bei 120°C ausreagieren. Ethanol wird bei 60°C im Vakuum entfernt, worauf man 359 g eines schwach trüben Siliconöls mit 0,18 m Equ. quaternären Stickstoff pro g Lösung erhält.Similarly as in Example 1 42.6 g of there prepared as a precursor solution of the basic Gluconsäureamids in a preheated solution of 245 g of a methyl-terminated copolymer of dimethylsiloxy and Glycidoxypropylmethyl siloxane units having a concentration of epoxy groups of 0.28 m Equ./g and a viscosity of 540 mm 2 / s (25 ° C) in 72 g Diethylenglycolmonobutylether. After catalysis with 1 ml of 25% hydrochloric acid, the strongly turbid mixture is allowed to react for 3 hours at 100 ° C. and for a further hour at 120 ° C. Ethanol is removed at 60 ° C in vacuo, whereupon 359 g of a slightly cloudy silicone oil with 0.18 m equ. quaternary nitrogen per g of solution.
Aus 40 g dieser Lösung und der gleiche Menge deionisiertem Wasser lässt sich durch einfaches Rühren mit einem Spatel eine schwach gefärbte Mikroemulsion herstellen.Out 40 g of this solution and the same amount of deionized Water can be made by simply stirring with a Spatel produce a weakly colored microemulsion.
Beispiel 3:Example 3:
20,4 g 3-Dimethylaminopropylamin werden mit 96 g Ethanol verdünnt und auf 50°C erwärmt. Nacheinander werden erst 40 g Laurinsäure und danach 35,6 g Gluconolacton zudosiert. Nach vorübergehender leichter Erwärmung wird das Gemisch drei Stunden bei 50°C gut gerührt, wobei es bereits nach ca. 20 Minuten aufklart. Die klare, gelbliche Lösung enthält 1,02 m Equ. Stickstoffbase pro g.20.4 g of 3-dimethylaminopropylamine are diluted with 96 g of ethanol and heated to 50.degree. Nachei Nander be first added 40 g of lauric acid and then 35.6 g of gluconolactone. After a brief slight warming, the mixture is stirred well for 3 hours at 50 ° C, where it clears after about 20 minutes. The clear, yellowish solution contains 1.02 m equ. Nitrogen base per g.
40 g dieser 50%-igen ethanolischen Lösung werden in eine auf 60°C vortemperierte Lösung von 85 g eines α,ω-Bis(glycidoxypropyl)polydimethylsiloxans mit einer Konzentration von Epoxygruppen von 0,49 m Equ./g und 26 g Diethylenglycolmonobutylether dosiert und mit 1 ml 25%-iger Salzsäure katalysiert. Die Reaktionsmischung wird eine Stunde bei 100°C gerührt, wobei sie aufklart, danach noch eine weitere Stunde bei 120°C. Bei 60°C wird der Ethanol im Vakuum entfernt. Man erhält 130 g einer klaren, rötlichen Lösung eines quaternäre Ammoniumgruppen aufweisenden Polysiloxans mit einem Gehalt an quaternärem Stickstoff von 0,31 m Equ./g.40 g of this 50% ethanolic solution are in a 60 ° C preheated solution of 85 g of an α, ω-bis (glycidoxypropyl) polydimethylsiloxane with a concentration of epoxy groups of 0.49 m equ./g and 26 g Diethylenglycolmonobutylether dosed and with 1 ml of 25% hydrochloric acid catalyzed. The reaction mixture is at 100 ° C for one hour stirred, she clears up, then another hour at 120 ° C. At 60 ° C, the ethanol in vacuo away. This gives 130 g of a clear, reddish Solution of a quaternary ammonium group having Polysiloxane containing quaternary nitrogen of 0.31 m equ./g.
40 g dieser Lösung werden mit der gleichen Menge an deionisiertem Wasser durch leichtes Umrühren in eine klare Mikroemulsion übergeführt.40 g of this solution are mixed with the same amount of deionized Turn the water into a clear microemulsion by stirring gently.
Vergleichsversuch
gemäß
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird wiederholt
mit der Abänderung, dass als Aminoverbindung eine Aminoverbindung
mit einer sekundären Aminogruppe anstelle der erfindungsgemäßen
tertiären Aminogruppe eingesetzt wird. So werden die 20,4
g 3-Dimethylaminopropylamin durch 17,6 g 3-Methylaminopropylamin
ersetzt, die Menge Ethanol auf 58,8 g erhöht, so dass die
nach der Umsetzung mit Gluconolacton erhaltene gelbliche Lösung
von Methylammoniumpropylgluconsäureamid ebenfalls 1,62
mEqu. Stickstoffbase pro g Lösung enthält, diesmal
aber als sekundäre Aminoverbindung. Die 2. Stufe wird mit
gleichen Mengen wie in Beispiel 1 bei gleichen Bedingungen durchgeführt.Comparative experiment according to
The procedure of Example 1 is repeated with the modification that is used as the amino compound, an amino compound having a secondary amino group in place of the tertiary amino group according to the invention. Thus, the 20.4 g of 3-dimethylaminopropylamine are replaced by 17.6 g of 3-methylaminopropylamine, the amount of ethanol increased to 58.8 g, so that the obtained after the reaction with gluconolactone yellowish solution of Methylammoniumpropylgluconsäureamid also 1.62 meq. Nitrogen base per g of solution contains, but this time as a secondary amino compound. The second stage is carried out with the same amounts as in Example 1 under the same conditions.
Das
Einrühren von 40 g erhaltener Produktlösung in
60 g Wasser ergibt eine feinteilige Emulsion. Die jeweils schwach
sauren Emulsionen aus Beispiel 1 und Vergleichsversuch gemäß
Beispiel 4:Example 4:
Das Beispiel 1 wird sinngemäß wiederholt, in dem das Gluconolacton durch andere erfindungsgemäße Lactone ersetzt wird, und zur Herstellung der quaternäre Ammoniumgruppen aufweisenden Polysiloxane mit folgenden Lactonen jeweils eine ethanolische Lösung eines Dimethylammoniumpropylzuckersäureamids gleichen Wirkstoffgehalts hergestellt:
- a) D-Glucurono-6,3-lacton
- b) D-(–)-Galactono-1,4-lacton
- c) L-Mannonsäure-gamma-lacton
- d) L-(+)-Gulonsäure-gamma-lacton
- a) D-glucurono-6,3-lactone
- b) D - (-) - galactono-1,4-lactone
- c) L-mannonic acid gamma-lactone
- d) L - (+) - gulonic acid gamma-lactone
Wie in Beispiel 1 werden die jeweiligen ethanolischen Lösungen mit den selben Epoxisiloxanen umgesetzt, und daraus wässrige Verdünnungen hergestellt. In allen Fällen werden gelbliche, klare Mikroemulsionen erhalten.As in Example 1, the respective ethanolic solutions reacted with the same Epoxisiloxanen, and from it aqueous Dilutions made. In all cases will be obtained yellowish, clear microemulsions.
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