WO2010121591A1 - Method for the production of hydrocarbons from fatty alcohols, and use of hydrocarbons thus produced - Google Patents
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- WO2010121591A1 WO2010121591A1 PCT/DE2010/000434 DE2010000434W WO2010121591A1 WO 2010121591 A1 WO2010121591 A1 WO 2010121591A1 DE 2010000434 W DE2010000434 W DE 2010000434W WO 2010121591 A1 WO2010121591 A1 WO 2010121591A1
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Definitions
- the present invention relates to a process for the preparation of hydrocarbons from fatty alcohols or fatty alcohol oligomers and their use in cosmetic compositions, as leather and textile auxiliaries, in paints and varnishes and in lubricants.
- the oligomerization of alpha olefins to mixtures of olefin dimers, trimers and oligomers is known. Depending on the catalyst and the reaction conditions used, the product distribution can be shifted to dimers, trimers or longer-chain oligomers.
- Branched hydrocarbons in the form of the oligomers of long chain alpha-olefins, such as their hydrogenated products, are known per se, e.g. as dimers of 1-decene or 1-dodecene. Such products are e.g. has been proposed as an ingredient of cosmetic compositions (see WO 2004/082641).
- linear paraffins are such defined compounds.
- the purity can be easily determined by gas chromatography and any impurities are easily identifiable.
- the linear paraffins have the disadvantage that they crystallize easily and have a melting point of +6 0 C even at a chain length of 14 carbon atoms.
- PAOs require a source of linear alpha-olefins.
- the short-chain olefins originate from cracking processes of the paraffins; the medium or long chain alpha olefins from ethylene oligomerization processes, all of which are raw materials or derived products of the crude oil.
- the object of the invention is to provide a process for the preparation of structured paraffins which, on the one hand, avoids the disadvantage of undesirable by-product formation as in polyalphaolefin production and, on the other hand, opens up a new raw material source, in particular that of renewable raw materials.
- the base-catalyzed oligomerization of fatty alcohols leads to a mixture of defined structured alcohols, in particular dimer and trimeralcohols, by dehydration in defined structured olefins or after subsequent hydrogenation in paraffins of the formula
- n 0 to 2 and R is H or a hydrocarbon radical having 2 to 16 carbon atoms.
- the fatty alcohol used may be both synthetic in nature, but is preferably made from renewable resources, for example by fatty acid or fatty acid ester hydrogenation.
- An advantage of using native raw material sources, especially for longer-chain alcohols, is the higher linearity of the alcohols obtainable from the respective esters, this applies in particular to alcohols having 16 or 18 and more carbon atoms.
- the oligomerization of fatty alcohols to monohydroxy alcohols is known and probably leads to an aldehyde intermediate and subsequent aldol condensation.
- the regioselectivity of the condensation is dictated by the alcohol / aldehyde functionality and selectively leads first to a 2-alkyl branched dimer, which in turn can react to trimers, tetramers, etc.
- the given mechanism of oligomerization explains the increased regioselectivity compared to the chromium-catalyzed olefin oligomerization, where the olefin can insert into the carbon-metal bond in two ways (1,2- and 2,1-insertion).
- the purification of the crude mixture is not absolutely necessary, but can be carried out both at the stage of the alcohols and during one of the subsequent reaction steps of the olefin or paraffin stage.
- the mixture is preferably distilled into different fractions, e.g. As a linear monomer fraction and a branched oligomer fraction, separated. It is also possible to isolate a dimer fraction or trimer fraction from the branched products.
- the dehydration of the fatty alcohols is preferably carried out in the presence of acidic homogeneous or heterogeneous catalysts in batch reactors or continuously operated fixed bed reactors in the gas or liquid phase.
- Al 2 O 3 , SiO 2 or their mixed oxides can be used as catalysts, in particular in a heterogeneous fixed bed reaction on corresponding shaped bodies, in particular spheres, extrudates or granules.
- Dehydration with Al 2 O 3 is preferred over dehydration with SiO 2 or Al / Si mixed oxides, because the products prepared with the latter catalysts contain higher proportions of skeletal isomers.
- Preference is given to catalysts having a purity of greater than 99% by weight of aluminum oxides, based on the totality of all dehydration-active metals / metal compounds of the catalyst composition.
- WO 2004/078336 A2 Preferred reaction conditions and catalysts for the dehydration are described in WO 2004/078336 A2 and lead in the gas phase dehydration preferably to the alpha-olefins.
- the liquid-phase dehydration can be carried out under the same reaction conditions as disclosed in WO 2004/078336 A2, but at a pressure of 1 to 3 bar.
- the liquid-phase dehydration can increasingly lead to mixtures of alpha and internal olefins by subsequent isomerization of the double bond.
- both dehydration routes can be used equally.
- the disclosure of WO 2004/078336 is hereby expressly made the disclosure content of the present application with regard to the conditions of dehydration and / or the catalysts.
- the hydrogenation is effected according to known methods, preferably on nickel-containing fixed-bed catalysts at temperatures of 20 to 200 0 C and pressures of 1 to 50 bar.
- the monomer was distilled off via a column and the bottom hydrogenated over Raney nickel (use 100 g of alloy) at 20 0 C within 16 h with hydrogen.
- the product was then filtered through a 0.2 micron polyamide filter and the methanol required for washing and slurrying the catalyst removed on a rotary evaporator. There was obtained an alcohol mixture containing as main products 2-octyldodecanol (Dirner alcohol) and 2,4-Dioctyltetradecanol (trimer-alcohol).
- This experimental procedure exemplifies a base-catalyzed oligomerization of fatty alcohols. After the reaction, a crude alcohol mixture consisting predominantly of monomer, dimer, trimer and small amounts of tetramer alcohols is obtained, which can be freed from the base both by distillation and by neutralization. Depending on the experimental condition, the product distribution can be varied.
- Example 2 Dehydration and hydrogenation of decanol dimers (2-octyldodecanol) to produce 9-methylnonadecane
- Example 3 Dehydration and Hydrogenation of Decanol Trimers (2,4-Dioctyltetradecanol) to Make 9-Methyl-ll-octylheneicosane?)
- Example 4 Dehydration and hydrogenation of dodecanol trimers (2,4-didecylhexadecanol) to produce II ⁇ methyl-13-decylpentaeicosan
- Example 5 Dehydration and hydrogenation of tetradecanol to produce tetradecane
- Example 7a-7d Dehydration of long-chain fatty alcohols
- Example 7a was repeated but a synthetic fatty alcohol was prepared from
- Example 7a The hydrogenation step of Example 7a was repeated, but became a synthetic compound
- Hexadecene (ex Chevron Phillips) with a purity of 94.2% used as feed olefm.
- the paraffins obtained are characterized by a high percentage of a defined structured main component.
- the major component in the dimer paraffm is mono-methyl branched; the major component is dialkyl branched in trimer paraffin wherein one of the branches is a methyl group.
- the branched paraffins have a low pour point and a high viscosity index.
- the following table presents physical data for selected monomer, dimer and trimer paraffins.
- Phase A and B are heated separately to 80 0 C.
- Phase B is added to Phase A and dispersed.
- the emulsion is cooled to about 30 0 C and vented before Phase C (preservative) is added.
- Phase C preservative
- Bioparaf ⁇ ne prepared according to the invention can be used to substitute the available from other sources paraffins and show the same or better properties.
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Fettalkoholen und Verwendung derartig hergestellter Kohlenwasserstoffe Process for the preparation of hydrocarbons from fatty alcohols and use of such produced hydrocarbons
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Fettalkoholen bzw. Fettalkohol-Oligomeren und deren Verwendung in kosmetischen Zusammensetzungen, als Leder- und Textilhilfsmittel, in Farben und Lacken sowie in Schmiermitteln.The present invention relates to a process for the preparation of hydrocarbons from fatty alcohols or fatty alcohol oligomers and their use in cosmetic compositions, as leather and textile auxiliaries, in paints and varnishes and in lubricants.
Die Oligomerisierung von alpha-Olefmen zu Mischungen aus Olefϊn-Dimeren, -Trimeren und -Oligomeren ist bekannt. Je nach Katalysator und verwendeten Reaktionsbedingungen kann die Produktverteilung zu Dimeren, Trimeren oder längerkettigen Oligomeren verschoben werden.The oligomerization of alpha olefins to mixtures of olefin dimers, trimers and oligomers is known. Depending on the catalyst and the reaction conditions used, the product distribution can be shifted to dimers, trimers or longer-chain oligomers.
Verzweigte Kohlenwasserstoffe in Form der Oligomere langkettiger alpha-Olefine wie deren hydrierten Produkten sind an sich bekannt, z.B. als Dimere von 1-Decen oder 1- Dodecen. Derartige Produkte sind z.B. als Bestandteil kosmetischer Zusammensetzungen vorgeschlagen worden (vergleiche WO 2004/082641) .Branched hydrocarbons in the form of the oligomers of long chain alpha-olefins, such as their hydrogenated products, are known per se, e.g. as dimers of 1-decene or 1-dodecene. Such products are e.g. has been proposed as an ingredient of cosmetic compositions (see WO 2004/082641).
Auch ist vorgeschlagen worden (WO 2007/068371) Paraffine durch Dehydroxymethylierung aus Fettalkoholen zugänglich zu machen. Diese weisen jedoch eine um ein C-Atom kürzere Kette auf und sind daher nicht atomökonomisch, auch unter dem Gesichtspunkt der CO2-Freisetzung.It has also been proposed (WO 2007/068371) to make paraffins accessible by dehydroxymethylation from fatty alcohols. However, these have a chain shorter by one C atom and are therefore not atom-economical, even from the point of view of CO 2 release.
Die US 5,817,899 offenbart hydrierte Olefϊndimere mit verbesserten Tieftemperatureigenschaften als Schmiermittel. Die Dimerisation erfolgt unter BF3- Katalyse. Bortrifluorid-Katalysatoren fuhren zu einer Isomerisierung der Ausgangsolefine. Somit ergeben sich viele Möglichkeiten der Verknüpfung und bereits die Herstellung von Dimeren oder Trimeren führt zu einer Vielzahl von isomeren Olefϊnen, die anschließend zu den entsprechenden Paraffinen hydriert werden können. Man erhält somit keine definiert strukturierten Paraffine, sondern Mischungen enthaltend eine Vielzahl von Gerüstisomeren.US 5,817,899 discloses hydrogenated olefin dimers having improved low temperature properties as lubricants. The dimerization takes place under BF 3 catalysis. Boron trifluoride catalysts lead to an isomerization of the starting olefins. Thus, many possibilities of linking arise and even the preparation of dimers or trimers leads to a large number of isomeric olefins, which can then be hydrogenated to the corresponding paraffins. Thus, no defined structured paraffins are obtained, but mixtures containing a plurality of skeleton isomers.
Insbesondere in kosmetischen Anwendungen sind aber Substanzen bevorzugt, die eine definierte Struktur und hohe Einheitlichkeit aufweisen und deren Reinheit sich durch gängige Methoden gut analysieren lässt. Lineare Paraffine sind solche definierten Verbindungen. Die Reinheit lässt sich mittels Gaschromatographie leicht bestimmen und etwaige Verunreinigungen sind leicht identifizierbar. Die linearen Paraffine weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie leicht kristallisieren und bereits bei einer Kettenlänge von 14 Kohlenstoffatomen einen Schmelzpunkt von +6 0C aufweisen. Für Anwendungen, bei denen ein Auskristallisieren eines linearen Paraffins aus einer Formulierung zu Problemen führen würde, ist auf verzweigte Paraffine auszuweichen.In particular, in cosmetic applications, however, substances are preferred which have a defined structure and high uniformity and whose purity can be analyzed well by current methods. Linear paraffins are such defined compounds. The purity can be easily determined by gas chromatography and any impurities are easily identifiable. However, the linear paraffins have the disadvantage that they crystallize easily and have a melting point of +6 0 C even at a chain length of 14 carbon atoms. For applications in which crystallization of a linear paraffin from a formulation would lead to problems, it is necessary to switch to branched paraffins.
Bekannte iso-Paraffine sind allerdings oftmals komplexe Produktgemische und eine Strukturaufklärung ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Zusätzlich können sich durch schwankende Prozessparameter im Herstellungsprozess wechselnde Produktzusammensetzungen ergeben und unerwünschte Produktverunreinigungen blieben bei einer einfachen gaschromatographischen Analyse möglicherweise verborgen.However, known iso-paraffins are often complex mixtures of products and a structure elucidation is associated with considerable effort. In addition, fluctuating process parameters in the manufacturing process may result in changing product compositions, and undesirable product contaminants may be hidden in a simple gas chromatographic analysis.
Es besteht daher ein Bedarf an iso-Paraffinen, die diese Nachteile nicht aufweisen und als definiert-strukturierte Verbindungen vorliegen.There is therefore a need for iso-paraffins which do not have these disadvantages and are present as defined-structured compounds.
Die US 4,827,064 beschreibt chromhaltige Katalysatoren für die Herstellung von Polyalphaolefinen (PAO). Durch die Verwendung dieser speziellen Katalysatoren wird eine Isomerisierung des Ausgangsolefms vermieden und man erhält PAOs mit erhöhtem Viskositätsindex (HVI-PAO). Die Analyse der Dimer- und Trimerfraktion zeigt, dass zwar Paraffine mit definierten Strukturen erhalten werden, die Insertion des alpha-Olefms findet jedoch auch mit unerwünschter Regioselektivität statt und führt zu einem linearen Dimer-Paraffm. Die Dimer-Fraktion der 1-Decen-Oligomerisierung enthält neben dem gewünschten 9-Methylnonacosane 28 bis 73% n-Eicosane. Die DE 69626882 T2 (entspricht der US 5,817,899) beschreibt die Nachteile eines zu hohen linearen Paraffinanteiles in Polyalphaolefinen.US 4,827,064 describes chromium-containing catalysts for the preparation of polyalphaolefins (PAO). The use of these special catalysts avoids isomerization of the starting olefin and gives increased viscosity index (HVI-PAO) PAOs. Analysis of the dimer and trimer fractions shows that although paraffins with defined structures are obtained, the insertion of the alpha olefin also takes place with undesirable regioselectivity leading to a linear dimer paraff. The dimer fraction of 1-decene oligomerization contains, in addition to the desired 9-methylnonacosane, 28 to 73% of n-eicosans. DE 69626882 T2 (corresponding to US Pat. No. 5,817,899) describes the disadvantages of a too high linear paraffin content in polyalphaolefins.
Die Herstellung von PAOs erfordert eine Quelle für lineare alpha-Olefine. Die kurzkettigen Olefine stammen aus Crackprozessen der Paraffine; die mittel- oder langkettigen alpha-Olefme aus Ethylen-Oligomerisierungs-Prozessen, wobei alle Verfahren Rohstoffe oder Folgeprodukte des Rohöls sind.The production of PAOs requires a source of linear alpha-olefins. The short-chain olefins originate from cracking processes of the paraffins; the medium or long chain alpha olefins from ethylene oligomerization processes, all of which are raw materials or derived products of the crude oil.
Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Rohöl hat sich ein Trend zu nachwachsenden Rohstoffen entwickelt. Insbesondere in kosmetischen Anwendungen zeichnet sich ein Trend zu Naturprodukten ab. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung definiert strukturierter Paraffine bereitzustellen, das zum einen den Nachteil der unerwünschten Nebenproduktbildung wie bei der Polyalphaolefm-Herstellung vermeidet und zum anderen eine neue Rohstoffquelle, insbesondere die der nachwachsenden Rohstoffe, erschließt.Due to the limited availability of crude oil, a trend towards renewable resources has developed. Especially in cosmetic applications there is a trend towards natural products. The object of the invention is to provide a process for the preparation of structured paraffins which, on the one hand, avoids the disadvantage of undesirable by-product formation as in polyalphaolefin production and, on the other hand, opens up a new raw material source, in particular that of renewable raw materials.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Verwendung nach Anspruch 11, bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschreiben.The object is achieved by the method according to claim 1 and the use according to claim 11, preferred embodiments are subject of the dependent claims or described below.
Die basenkatalysierte Oligomerisierung von Fettalkoholen führt zu einer Mischung aus definiert strukturierten Alkoholen, insbesondere Dimer- und Trimeralkoholen, die durch Dehydratisierung in definiert strukturierte Olefine bzw. nach anschließender Hydrierung in Paraffine der FormelThe base-catalyzed oligomerization of fatty alcohols leads to a mixture of defined structured alcohols, in particular dimer and trimeralcohols, by dehydration in defined structured olefins or after subsequent hydrogenation in paraffins of the formula
überführt werden, wobei n für 0 bis 2 und R für H oder ein Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen steht. where n is 0 to 2 and R is H or a hydrocarbon radical having 2 to 16 carbon atoms.
Der verwendete Fettalkohol kann sowohl synthetischer Natur sein, wird jedoch vorzugsweise aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise mittels Fettsäure- bzw. Fettsäureester-Hydrierung, hergestellt.The fatty alcohol used may be both synthetic in nature, but is preferably made from renewable resources, for example by fatty acid or fatty acid ester hydrogenation.
Von Vorteil bei der Verwendung von nativen Rohstoffquellen, insbesondere bei längerkettigen Alkoholen, ist die höhere Linearität der aus den jeweiligen Estern erhältlichen Alkohole, dies gilt insbesondere für Alkohole mit 16 oder 18 und mehr Kohlenstoffatomen.An advantage of using native raw material sources, especially for longer-chain alcohols, is the higher linearity of the alcohols obtainable from the respective esters, this applies in particular to alcohols having 16 or 18 and more carbon atoms.
Die Oligomerisierung von Fettalkoholen zu Monohydroxyalkoholen ist bekannt und führt vermutlich über eine Aldehyd-Zwischenstufe und anschließende Aldol-Kondensation. Die Regioselektivität der Kondensation wird durch die Alkohol/ Aldehyd-Funktionalität vorgegeben und fuhrt selektiv zunächst zu einem 2-alkyl-verzweigten Dimer, das wiederum zu Trimeren, Tetrameren, usw. weiterreagieren kann. Der vorgegebene Mechanismus der Oligomerisierung erklärt die erhöhte Regioselektivität im Vergleich zur chrom-katalysierten Olefm-Oligomerisierung, bei dem das Olefin auf zwei Weisen (1,2- und 2,1 -Insertion) in die Kohlenstoff-Metallbindung insertieren kann.The oligomerization of fatty alcohols to monohydroxy alcohols is known and probably leads to an aldehyde intermediate and subsequent aldol condensation. The regioselectivity of the condensation is dictated by the alcohol / aldehyde functionality and selectively leads first to a 2-alkyl branched dimer, which in turn can react to trimers, tetramers, etc. The given mechanism of oligomerization explains the increased regioselectivity compared to the chromium-catalyzed olefin oligomerization, where the olefin can insert into the carbon-metal bond in two ways (1,2- and 2,1-insertion).
Die Aufreinigung des Rohgemisches ist nicht zwingend erforderlich, kann aber sowohl auf der Stufe der Alkohole als auch während einer der nachfolgenden Reaktionsschritte der Olefin- oder Paraffinstufe durchgeführt werden. Das Gemisch wird vorzugsweise destillativ in unterschiedliche Fraktionen, z. B. eine lineare Monomerfraktion und eine verzweigte Oligomer-Fraktion, aufgetrennt. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, aus den verzweigten Produkten eine Dimerfraktion oder Trimerfraktion zu isolieren.The purification of the crude mixture is not absolutely necessary, but can be carried out both at the stage of the alcohols and during one of the subsequent reaction steps of the olefin or paraffin stage. The mixture is preferably distilled into different fractions, e.g. As a linear monomer fraction and a branched oligomer fraction, separated. It is also possible to isolate a dimer fraction or trimer fraction from the branched products.
Die Dehydratisierung der Fettalkohole erfolgt bevorzugt in Gegenwart von sauren homogenen oder heterogenen Katalysatoren in Batch-Reaktoren oder kontinuierlich betriebenen Festbettreaktoren in der Gas- oder Flüssigphase. Als Katalysatoren können Al2O3, SiO2 oder deren Mischoxide eingesetzt werden, insbesondere in heterogener Festbett-Reaktion an entsprechenden Formkörpern, insbesondere Kugeln, Extrudate oder Granulate. Die Dehydratisierung mit Al2O3 ist gegenüber der Dehydratisierung mit SiO2 oder Al/Si-Mischoxiden bevorzugt, weil die mit letztgenannten Katalysatoren hergestellten Produkte höhere Anteile an Gerüstisomeren enthalten. Bevorzugt sind Katalysatoren mit einer Reinheit von größer 99 Gew.% Aluminiumoxiden, bezogen auf die Gesamtheit aller dehydratisierungsaktiven Metalle/Metallverbindungen der Katalysator-Zusammensetzung.The dehydration of the fatty alcohols is preferably carried out in the presence of acidic homogeneous or heterogeneous catalysts in batch reactors or continuously operated fixed bed reactors in the gas or liquid phase. Al 2 O 3 , SiO 2 or their mixed oxides can be used as catalysts, in particular in a heterogeneous fixed bed reaction on corresponding shaped bodies, in particular spheres, extrudates or granules. Dehydration with Al 2 O 3 is preferred over dehydration with SiO 2 or Al / Si mixed oxides, because the products prepared with the latter catalysts contain higher proportions of skeletal isomers. Preference is given to catalysts having a purity of greater than 99% by weight of aluminum oxides, based on the totality of all dehydration-active metals / metal compounds of the catalyst composition.
Bevorzugte Reaktionsbedingungen und Katalysatoren für die Dehydratisierung sind in der WO 2004/078336 A2 beschrieben und führen bei der Gasphasen-Dehydratisierung bevorzugt zu den alpha-Olefmen. Die Flüssigphasen-Dehydratisierung kann unter gleichen Reaktionsbedingungen, wie in der WO 2004/078336 A2 offenbart, jedoch bei einem Druck von 1 bis 3 bar, durchgeführt werden. Die Flüssigphasen-Dehydratisierung kann durch anschließende Isomerisierung der Doppelbindung vermehrt zu Mischungen aus alpha und internen Olefinen führen. Da die Olefme anschließend zu Paraffinen hydriert werden, können aber beide Dehydratisierungswege gleichermaßen verwendet werden. Die Offenbarung der WO 2004/078336 wird hiermit hinsichtlich der Bedingungen der Dehydratisierung und/oder der Katalysatoren ausdrücklich auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. Die Hydrierung erfolgt nach bekannten Verfahren, vorzugsweise an Nickel-haltigen Festbettkatalysatoren bei Temperaturen von 20 bis 200 0C und Drücken von 1 bis 50 bar.Preferred reaction conditions and catalysts for the dehydration are described in WO 2004/078336 A2 and lead in the gas phase dehydration preferably to the alpha-olefins. The liquid-phase dehydration can be carried out under the same reaction conditions as disclosed in WO 2004/078336 A2, but at a pressure of 1 to 3 bar. The liquid-phase dehydration can increasingly lead to mixtures of alpha and internal olefins by subsequent isomerization of the double bond. However, since the olefins are subsequently hydrogenated to paraffins, both dehydration routes can be used equally. The disclosure of WO 2004/078336 is hereby expressly made the disclosure content of the present application with regard to the conditions of dehydration and / or the catalysts. The hydrogenation is effected according to known methods, preferably on nickel-containing fixed-bed catalysts at temperatures of 20 to 200 0 C and pressures of 1 to 50 bar.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen zum Herstellverfahren und ausgewählten Anwendungen näher erläutert werden. Die Prozentwerte in den Beispielen meinen Gew.-%, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.The invention will be explained in more detail below with reference to examples of the manufacturing process and selected applications. The percentages in the examples mean wt%, unless expressly stated otherwise.
Beispiel 1: Oligomerisierung von DecanolExample 1: Oligomerization of decanol
In einem 20 1-Planschliffkolben mit Rührer wurden unter Stickstoff 12 kg 1 -Decanol (Nacol 10-99 ex Sasol) mit 3 mol-% Kaliumhydroxid versetzt und am Wasserabscheider erhitzt. Das Fortschreiten der Reaktion konnte an der abgeschiedenen Wassermenge verfolgt werden. Nach ca. 4 h wurden katalytische Mengen Zinkoctanoat (100 ppm) zugegeben. Nach 9 h Reaktionszeit verlangsamte sich die Wasserbildung und das Produkt wurde auf 20 °C abgekühlt. Die Abtrennung des basischen Katalysators erfolgte mittels Flashdestillation. Anschließend wurde der Monomeralkohol über eine Kolonne abdestilliert und der Sumpf über Raney-Nickel (Einsatz 100 g Legierung) bei 20 0C innerhalb von 16 h mit Wasserstoff hydriert. Das Produkt wurde anschließend über ein 0.2 μm Polyamid-Filter filtriert und das zum Waschen und Aufschlämmen des Katalysators benötigte Methanol am Rotationsverdampfer abgezogen. Es wurde eine Alkohol-Mischung erhalten, die als Hauptprodukte 2-Octyldodecanol (Dirner-Alkohol) und 2,4-Dioctyltetradecanol (Trimer- Alkohol) enthielt.12 kg of 1-decanol (Nacol 10-99 ex Sasol) were admixed with 3 mol% potassium hydroxide under nitrogen in a 20 l flat-bottomed flask equipped with a stirrer and heated on a water separator. The progress of the reaction could be traced to the amount of water separated. After about 4 hours, catalytic amounts of zinc octanoate (100 ppm) were added. After a reaction time of 9 hours, the formation of water slowed down and the product was cooled to 20 ° C. The separation of the basic catalyst was carried out by means of flash distillation. Subsequently, the monomer was distilled off via a column and the bottom hydrogenated over Raney nickel (use 100 g of alloy) at 20 0 C within 16 h with hydrogen. The product was then filtered through a 0.2 micron polyamide filter and the methanol required for washing and slurrying the catalyst removed on a rotary evaporator. There was obtained an alcohol mixture containing as main products 2-octyldodecanol (Dirner alcohol) and 2,4-Dioctyltetradecanol (trimer-alcohol).
Diese Versuchsvorschrift steht exemplarisch für eine basenkatalysierte Oligomerisation von Fettalkoholen. Man erhält nach der Reaktion zunächst eine Rohalkoholmischung, bestehend aus überwiegend Monomer-, Dimer-, Trimer- und geringen Mengen Tetramer- Alkoholen, die sowohl durch Destillation als auch Neutralisation von der Base befreit werden kann. Je nach Versuchsbedingung kann die Produktverteilung variiert werden.This experimental procedure exemplifies a base-catalyzed oligomerization of fatty alcohols. After the reaction, a crude alcohol mixture consisting predominantly of monomer, dimer, trimer and small amounts of tetramer alcohols is obtained, which can be freed from the base both by distillation and by neutralization. Depending on the experimental condition, the product distribution can be varied.
Beispiel 2: Dehydratisierung und Hydrierung von Decanol-Dimeren (2- Octyldodecanol) zur Herstellung von 9-MethylnonadecanExample 2: Dehydration and hydrogenation of decanol dimers (2-octyldodecanol) to produce 9-methylnonadecane
500 g 2-Octyldedecanol (ISOFOL 20 ex Sasol, Reinheit 97,6 %), 100 g Tonerdekugeln (Reinheit Al2O3 >99 %) und 20 mL Toluol wurden am Wasserabscheider innerhalb von 4 h auf 270 °C erwärmt und 2 V2 h zwischen 270 °C und 279 °C gehalten. Dabei konnten 29 mL Reaktionswasser abgeschieden werden. Das Toluol wurde nach Filtration am Rotationsverdampfer abgetrennt. 100 g des erhaltenen Olefins wurden in einem Parr- Autoklav in Gegenwart von 11,4 g eines Nickel-Katalysators (HTC 400, Johnson Matthey) bei 122 0C und 20 bar hydriert. Nach Filtration erhielt man ein 9-Methylnonadecan mit einer Reinheit von 95,8 %. Die physikalischen Daten sind in Tabelle 1 wiedergegeben.500 g of 2-octyl-decanol (ISOFOL 20 ex Sasol, purity 97.6%), 100 g of alumina spheres (purity Al 2 O 3 > 99%) and 20 mL of toluene were heated to 270 ° C. in the water separator over the course of 4 h and 2V Held between 270 ° C and 279 ° C for 2 h. In this case, 29 mL of reaction water could be separated. The toluene was separated after filtration on a rotary evaporator. 100 g of the obtained olefin were hydrogenated in a Parr autoclave in the presence of 11.4 g of a nickel catalyst (HTC 400, Johnson Matthey) at 122 ° C. and 20 bar. Filtration gave a 9-methylnonadecane with a purity of 95.8%. The physical data are shown in Table 1.
Beispiel 3: Dehydratisierung und Hydrierung von Decanol-Trimeren (2,4- Dioctyltetradecanol) zur Herstellung von 9-Methyl-ll-octylheneicosan?)Example 3: Dehydration and Hydrogenation of Decanol Trimers (2,4-Dioctyltetradecanol) to Make 9-Methyl-ll-octylheneicosane?)
1200 g Decanol-Trimer (61,7 % 2-Dioctyltetradecanol + 25 % ungesättigter Trimeralkohol), 240 g Tonerdekugeln (Reinheit Al2O3 >99 %) und 50 mL Toluol wurden am Wasserabscheider innerhalb von 3 h auf 298 °C erwärmt. Dabei konnten 33 mL Reaktionswasser abgeschieden werden. Das Toluol wurde nach Filtration am Rotationsverdampfer abgetrennt. 923 g des erhaltenen Olefins wurden in einem 2L- Hofer-Autoklav in Gegenwart von 46,7 g eines Nickel-Katalysators (HTC 400) 6 h bei 140 °C und 20 bar hydriert. Nach Filtration erhielt man 9-Methyl-l 1-octylheneicosan mit einer Reinheit von 61,3 %. Da im Endprodukt noch Trimer- Alkohol nachgewiesen wurde, wurde die Dehydratisierung über dem Tonerde-Katalysator noch einmal fortgeführt. Es konnten nach 2 h bei 294 °C weitere 3,2 mL Reaktionswasser abgeschieden werden. Nach erneuter Hydrierung über HTC 400 konnte das 9-Methyl-l l-octylheneicosan mit einer Reinheit von 71,2 % neben 17,5 % weiteren verzweigten C30-Paraffinen erhalten werden. Die physikalischen Daten sind in Tabelle 1 wiedergegeben.1200 g of decanol trimer (61.7% 2-Dioctyltetradecanol + 25% unsaturated trimer alcohol), 240 g of alumina spheres (purity Al 2 O 3 > 99%) and 50 mL of toluene were heated to 298 ° C within 3 h in a water separator. In the process, 33 mL of water of reaction could be separated. The toluene was separated after filtration on a rotary evaporator. 923 g of the resulting olefin were hydrogenated in a 2L Hofer autoclave in the presence of 46.7 g of a nickel catalyst (HTC 400) for 6 h at 140 ° C and 20 bar. After filtration, 9-methyl-1-octylheneicosan was obtained with a purity of 61.3%. Since trimer alcohol was still detected in the final product, the dehydration over the alumina catalyst was continued again. After 2 h at 294 ° C., a further 3.2 ml of reaction water were precipitated. After renewed hydrogenation over HTC 400, the 9-methyl-l l-octylheneicosan could be obtained with a purity of 71.2% in addition to 17.5% of other branched C 30 paraffins. The physical data are shown in Table 1.
Beispiel 4: Dehydratisierung und Hydrierung von Dodecanol-Trimeren (2,4- Didecylhexadecanol) zur Herstellung von ll~Methyl-13-decylpentaeicosanExample 4: Dehydration and hydrogenation of dodecanol trimers (2,4-didecylhexadecanol) to produce II ~ methyl-13-decylpentaeicosan
1200 g Dodecanol-Trimer (49,4 % 2-Dioctyltetradecanol, 26,4 % ungesättigter Trimeralkohol, 13,3 % Dimer- Alkohol), 240 g Tonerdekugeln (Reinheit Al2O3 >99 %) und 50 mL Toluol wurden am Wasserabscheider innerhalb von 2 h auf 299 °C erwärmt. Dabei konnten 32 mL Reaktionswasser abgeschieden werden. Das Toluol wurde nach Filtration am Rotationsverdampfer abgetrennt. 890,4 g des erhaltenen Olefms wurden in einem 2L-Hofer-Autoklav in Gegenwart von 44,5g eines Nickel-Katalysators (HTC 400) 8 h bei 135 °C und 20 bar hydriert. Nach 6 h wurde die Reaktion unterbrochen und weitere 20 g HTC 400 zugegeben. Nach Filtration erhielt man das l l-Methyl-13- decylpentaeicosan mit einer Reinheit von 48,2 %. Da im Endprodukt noch Trimer- Alkohol nachgewiesen wurde, wurde die Dehydratisierung über dem Tonerde-Katalysator noch einmal fortgeführt. Es konnten nach 2 h bei 295 0C weitere 1,9 mL Reaktionswasser abgeschieden werden. Nach erneuter Hydrierung über HTC 400 konnte das 11 -Methyl- 13 -decylpentaeicosan mit einer Reinheit von 64,2 % neben 17,8 % weiteren verzweigten C30-Paraffinen und 12,7 % verzweigten C24-Paraffmen erhalten werden. Die physikalischen Daten sind in Tabelle 1 wiedergegeben.1200 g of dodecanol trimer (49.4% 2-dioctyltetradecanol, 26.4% unsaturated trimer alcohol, 13.3% dimer alcohol), 240 g of alumina spheres (purity Al 2 O 3 > 99%) and 50 ml of toluene were added to the water separator heated to 299 ° C within 2 h. It was possible to deposit 32 mL of water of reaction. The toluene was separated after filtration on a rotary evaporator. 890.4 g of the resulting olefin were hydrogenated in a 2L Hofer autoclave in the presence of 44.5 g of a nickel catalyst (HTC 400) for 8 h at 135 ° C and 20 bar. After 6 h, the reaction was stopped and an additional 20 g of HTC 400 were added. After filtration, the l l-methyl-13-decylpentaeicosan was obtained with a purity of 48.2%. Since trimer alcohol was still detected in the final product, the dehydration over the alumina catalyst was continued again. After 2 h at 295 ° C., a further 1.9 ml of reaction water were precipitated. After renewed hydrogenation over HTC 400, 11-methyl-13-decylpentaeicosane with a purity of 64.2% could be obtained in addition to 17.8% of further branched C 30 paraffins and 12.7% branched C 24 paraffins. The physical data are shown in Table 1.
Beispiel 5: Dehydratisierung und Hydrierung von Tetradecanol zur Herstellung von TetradecanExample 5: Dehydration and hydrogenation of tetradecanol to produce tetradecane
In einem kontinuierlich betriebenen Festbettreaktor (DN 32), gefüllt mit 800 g Al2O3- Kugeln, wurden 0,5 bis 2,5 kg/h Tetradecanol (NACOL 14-98 ex Sasol), das aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnen wurde, bei Temperaturen von 230 °C bis 330 °C und einem N2-Druck von 2,5 bis 3 bar dehydratisiert. Das Rohprodukt wurde über Kurzwegdestillation (KWD 30) mit einem Einsatz von 10 kg/h bei 0,5 bar und 103 0C destilliert und im kontinuierlich betriebenen Festbettreaktor (DN 20) über 367 g HTC 400 mit 0,3 bis 2,4 L/h bei 80 bis 120 °C und 20 bar H2 Druck in der Rieselbettfahrweise hydriert. Der C14-Paraffingehalt betrug 98,5%. Die physikalischen Daten sind in Tabelle 1 wiedergegeben.In a continuously operated fixed bed reactor (DN 32) filled with 800 g of Al 2 O 3 balls, 0.5 to 2.5 kg / h of tetradecanol (NACOL 14-98 ex Sasol), which was obtained from vegetable raw materials, were added Temperatures of 230 ° C to 330 ° C and a N 2 pressure of 2.5 to 3 bar dehydrated. The crude product was distilled via short path distillation (KWD 30) with a use of 10 kg / h at 0.5 bar and 103 0 C and in continuously operated fixed bed reactor (DN 20) over 367 g HTC 400 with 0.3 to 2.4 L. / h at 80 to 120 ° C and 20 bar H 2 pressure hydrogenated in the trickle bed procedure. The C 14 paraffin content was 98.5%. The physical data are shown in Table 1.
Beispiel 6: Dehydratisierung und Hydrierung von Dodecanol zur Herstellung von DodecanExample 6: Dehydration and hydrogenation of dodecanol to produce dodecane
2575 g Dodecanol (NACOL 12-99 ex Sasol), 600 g Tonerdekugeln (Reinheit Al2O3 >99 %) und 60 mL Xylol wurden am Wasserabscheider innerhalb von 5 h auf 264 0C erwärmt. Dabei konnten 234 mL Reaktionswasser abgeschieden werden. Das Xylol wurde zum Teil über den Wasserabscheider ausgeschleust. Nach Filtration wurde das Produkt bei 10 bis 30 mbar destilliert, wobei ca. 2-3 % Vorlauf bei 90 °C genommen wurden. Anschließend wurde das Dodecen bei bis zu 125 0C Sumpftemperatur abgenommen. 1,5 L des erhaltenen Dodecen wurden in einem 5L-Büchi-Autoklav in Gegenwart von 100 g HTC 400 6 h bei 105 °C bis 120 0C und 20 bar hydriert. Nach Filtration erhielt man das Dodecan mit einer Reinheit von 99,7 %. Die physikalischen Daten sind in Tabelle 1 wiedergegeben.2575 g of dodecanol (NACOL 12-99 ex Sasol), 600 g of alumina spheres (purity Al 2 O 3 > 99%) and 60 ml of xylene were heated to 264 ° C. over a period of 5 hours on a water separator. In the process, 234 mL of water of reaction could be separated. The xylene was partly discharged via the water separator. After filtration, the product was distilled at 10 to 30 mbar, with about 2-3% flow at 90 ° C were taken. Subsequently, the dodecene was removed at up to 125 0 C bottom temperature. 1.5 L of the dodecene obtained were hydrogenated in a 5 L Büchi autoclave in the presence of 100 g HTC 400 6 h at 105 ° C to 120 0 C and 20 bar. After filtration, the dodecane was obtained with a purity of 99.7%. The physical data are shown in Table 1.
Beispiel 7a-7d: Dehydratisierung von langkettigen FettalkoholenExample 7a-7d: Dehydration of long-chain fatty alcohols
2474 g 1-Hexadecanol (NACOL 16-99 ex Sasol, Reinheit 99,5 %, basierend auf nachwachsenden Rohstoffen) wurden in einem 6-L-Kolben mit 500 g Al2O3 und 60 mL Xylol versetzt und bei bis zu 295 °C 4,5 Stunden am Wasserabscheider erhitzt. Dabei bildeten sich 180 mL Wasser. Das gebildete Hexadecen wurde im Vakuum destilliert. Erhalten wurde ein Gemisch aus alpha- und internen Olefmen. 685 g des Hexadecens wurden über einem heterogenen Ni-haltigen Katalysator bei 20 bar H2-Druck bei 98 0C über 7 Stunden hydriert und nach dem Abkühlen filtriert.2474 g of 1-hexadecanol (NACOL 16-99 ex Sasol, purity 99.5%, based on renewable raw materials) were mixed in a 6-L flask with 500 g of Al 2 O 3 and 60 mL of xylene and up to 295 ° C heated for 4.5 hours on a water separator. This formed 180 mL of water. The resulting hexadecene was distilled in vacuo. A mixture of alpha and internal olefins was obtained. 685 g of the hexadecene were hydrogenated over a heterogeneous Ni-containing catalyst at 20 bar H 2 pressure at 98 0 C for 7 hours and filtered after cooling.
Fettalkohole mit Kettlängen von C16 bis C22 wurden gemäß Beispiel 7a umgesetzt und folgende Paraffine wurden erhalten:Fatty alcohols with chain lengths of C 16 to C 22 were reacted according to Example 7a and the following paraffins were obtained:
Beispiel 8:Example 8:
Beispiel 7a wurde wiederholt, jedoch wurde ein synthetischer Fettalkohol aus demExample 7a was repeated but a synthetic fatty alcohol was prepared from
Ziegler-Prozess mit einer Reinheit von 95,6 % als Einsatzalkohol verwendet.Ziegler process with a purity of 95.6% used as feed alcohol.
Beispiel 9:Example 9:
Der Hydrierschritt von Beispiel 7a wurde wiederholt, jedoch wurde ein synthetischesThe hydrogenation step of Example 7a was repeated, but became a synthetic
Hexadecen (ex Chevron Phillips) mit einer Reinheit von 94,2 % als Einsatzolefm verwendet.Hexadecene (ex Chevron Phillips) with a purity of 94.2% used as feed olefm.
Ein Vergleich der Hexadecan-Reinheiten, hergestellt auf Basis kommerziell erhältlicher Fettalkohole bzw. Olefme, ist in folgender Tabelle zusammengestellt. Aufgrund der Verwendung eines hochlinearen Rohstoffes auf Basis nachwachsender Rohstoffe konnten hochlineare Paraffine ohne aufwendige Isomerentrennung erhalten werden.A comparison of the hexadecane purities, prepared on the basis of commercially available fatty alcohols or olefins, is summarized in the following table. Due to the use of a highly linear raw material based on renewable raw materials, highly linear paraffins could be obtained without complex isomer separation.
Die erhaltenen Paraffine zeichnen sich durch einen hohen prozentualen Anteil einer definiert strukturierten Hauptkomponente aus. Die Hauptkomponente im Dimer-Paraffm ist mono-methyl-verzweigt; die Hauptkomponente im Trimer-Paraffin dialkyl-verzweigt, wobei eine der Verzweigungen eine Methylgruppe ist. Die verzweigten Paraffine weisen einen niedrigen Pourpoint und einen hohen Viskositätsindex aus. In der folgenden Tabelle sind physikalische Daten ausgewählter Monomer-, Dimer- und Trimer-Paraffϊne dargestellt. The paraffins obtained are characterized by a high percentage of a defined structured main component. The major component in the dimer paraffm is mono-methyl branched; the major component is dialkyl branched in trimer paraffin wherein one of the branches is a methyl group. The branched paraffins have a low pour point and a high viscosity index. The following table presents physical data for selected monomer, dimer and trimer paraffins.
Tabelle: Physikalische Daten ausgewählter Paraffine hergestellt aus Monomer, Dimer und Trimer-Alkoholen.Table: Physical data of selected paraffins prepared from monomer, dimer and trimer alcohols.
Wichtige physikalische Eigenschaften von Emollients für den Einsatz im kosmetischen Bereich sind Oberflächenspannung und Spreitverhalten. In der folgenden Tabelle sind diese Parameter für ausgewählte Paraffine dargestellt.Important physical properties of emollients for use in the cosmetic sector are surface tension and spreading behavior. The following table shows these parameters for selected paraffins.
Tabelle: Physikalische Daten ausgewählter Paraffine hergestellt aus Monomer, Dimer und Trimer-Alkoholen. Table: Physical data of selected paraffins prepared from monomer, dimer and trimer alcohols.
Im Folgenden werden Beispielrezepturen für kosmetische Anwendungen beschrieben.In the following, example formulations for cosmetic applications are described.
OAV CremeOAV cream
Phase A und B werden getrennt auf 80 0C erwärmt. Phase B wird zu Phase A gegeben und dispergiert. Die Emulsion wird auf ca. 30 0C abgekühlt und entlüftet, bevor Phase C (Konservierungsmittel) zugegeben wird. Die Zusammensetzung und die Ergebnisse der durchgeführten Messungen sind in nachfolgender Tabelle wiedergegeben.Phase A and B are heated separately to 80 0 C. Phase B is added to Phase A and dispersed. The emulsion is cooled to about 30 0 C and vented before Phase C (preservative) is added. The composition and results of the measurements made are shown in the table below.
Die erfindungsgemäß hergestellten "Bioparafϊne" können verwendet werden, um die aus anderen Quellen erhältlichen Paraffine zu substituieren und zeigen hierbei gleiche bzw. bessere Eigenschaften. The "Bioparafϊne" prepared according to the invention can be used to substitute the available from other sources paraffins and show the same or better properties.
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