JP5154634B2 - 第４級アンモニウム塩組成物及び柔軟剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は柔軟基剤として有用な第４級アンモニウム塩の製法、及びその製法により得られた第４級アンモニウム塩並びにそれを含有する優れた柔軟性を有する柔軟剤組成物に関する。

近年、繊維用柔軟剤として市販されている商品はほとんどがジ（長鎖アルキル）ジメチルアンモニウムクロライドに代表される1分子中に2つの長鎖アルキル基を有する第４級アンモニウム塩を含む組成物である。しかし、このような第４級アンモニウム塩は、処理後の残存物が河川等の自然界に放出された場合、殆どが生分解されずに蓄積されるという問題点がある。

この問題点の改良品としてN-メチル-N,N-ビス（長鎖アルカノイルオキシエチル）-N-（2-ヒドロキシエチル）アンモニウム メチルサルフェート等が上市されている。このものは、上記第４級アンモニウム塩に比べ、生分解性は改善されているものの柔軟性が充分満足できる基剤ではない。また、係る第４級アンモニウム塩は、対応する第３級アミンを４級化剤と反応させ製造されており、この４級化反応の時イソプロピルアルコールやエタノールなどのアルコール系溶媒を用いるのが一般的であった。このようなアルコール系溶媒は、引火点が低く火災の危険性があり、特有の匂いを有し、これらの基剤が配合された製品の匂いに悪影響を与え、布及び毛髪等の柔軟化有効成分として働かないので、その分余分なコストがかかるなどの問題点を有する。しかし、このような溶媒を用いない場合は、第４級アンモニウム塩の融点が高く、取り扱いが難しいという問題点を有する。

従って、本発明の課題は、柔軟基剤として優れ、生分解性が良好な第４級アンモニウム塩の効率的な製造法、並びに優れた柔軟性を有する柔軟剤組成物を提供することである。

本発明は、一般式（Ｉ）

（式中、R¹、R²及びR³は、同一又は異なって、炭素数１〜６のアルキル基、アルケニルもしくはヒドロキシアルキル基、あるいはR⁴を示し、R⁴はエーテル基、エステル基又はアミド基で分断されていても良い総炭素数８〜40の長鎖アルキル基又はアルケニル基を示し、R¹、R²及びR³のうち少なくとも１つはR⁴である。）
で表される第３級アミン（以下第３級アミン（Ｉ）という）を、一般式(II)で表される化合物から選ばれる少なくとも１種の非プロトン性溶媒を反応溶媒として、４級化剤と反応させて得られる、第４級アンモニウム塩と一般式（II）で表される化合物を含有する第４級アンモニウム塩組成物、並びにこの第４級アンモニウム塩組成物を含有する柔軟剤組成物を提供する。

R⁵O-(AO)n-R⁶ （II）
（式中、R⁵及びR⁶は、同一又は異なって、炭素数１〜30のアルキル基、アルケニル基又はアシル基を示し、Aは炭素数２〜４のアルキレン基、nは平均値で１〜40の数を示し、n個のAは同一でも異なっていても良い。）

［非プロトン性溶媒］
本発明に用いられる非プロトン性溶媒は、一般式(II)で表される化合物から選ばれ、４級化反応時に液体であれば室温（２５℃）で液体であっても固体であってもよい。一般式(II)で表される化合物は、水との混和性が良好で、得られる第４級アンモニウム塩の匂いが良好である点から好ましい。

一般式(II)において、アシル基は、牛脂脂肪酸、硬化牛脂脂肪酸、パームステアリン酸、硬化パームステアリン酸又はそれらから選ばれる２種以上の混合物のような炭素数8〜30、好ましくは12〜24の長鎖脂肪酸から誘導されるアシル基が好ましい。Aは、エチレン基又はプロピレン基が好ましく、エチレン基が更に好ましい。nは１〜30が好ましく、５〜30が更に好ましい。

一般式(II)で表される化合物としては、下記一般式(III)〜(VII)で表される化合物が挙げられ、水との混和性が良好で、得られる第４級アンモニウム塩の匂いが良好で、更に柔軟剤の分散剤としても兼用できる点から、一般式(III)又は(IV)で表される化合物が好ましく、一般式(III)で表される化合物が特に好ましい。

R⁷COO-(AO)n-R⁸ (III）
R⁷COO-(AO)n-COR⁹ (IV）
R¹⁰O-(AO)n-R¹¹ (Ｖ）
R¹²COO-(AO)n-R⁸ (VI）
R¹²COO-(AO)n-COR¹³ (VII）
（式中、R⁷及びR⁹は、同一又は異なって、炭素数７〜29、好ましくは11〜23のアルキル基又はアルケニル基を示し、R⁸、R¹⁰及びR¹¹は、同一又は異なって、炭素数１〜６、好ましくは１〜５のアルキル基又はアルケニル基を示し、R¹²及びR¹³は、同一又は異なって、炭素数１〜５、好ましくは１〜４のアルキル基又はアルケニル基を示し、A及びnは前記の意味を示す。）
［第３級アミン（Ｉ）］
第３級アミン（Ｉ）において、R¹、R²及びR³のうち少なくとも１つはR⁴であるが、R⁴としては、それぞれ、式(VIII)又は（IX）で表される基が好ましい。

（式中、R¹⁴及びR¹⁵は同一又は異なって、炭素数2〜6、好ましくは2〜3のアルキレン基を示し、R¹⁶COは炭素数8〜30、好ましくは12〜24の脂肪酸から水酸基を除いた残基を示す。）
また、R¹、R²及びR³で示される炭素数１〜６アルキル基、アルケニル基もしくはヒドロキシアルキル基としては、炭素数1〜３のアルキル基又はヒドロキシアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基が更に好ましい。

第３級アミン（Ｉ）としては、R¹、R²及びR³が全てR⁴であるトリ長鎖アルキル第３級アミンを多く含有するほど、得られる第４級アンモニウム塩の柔軟性効果は大きく、第３級アミン（Ｉ）中のトリ長鎖アルキル第３級アミンの割合が20重量％以上、更に50重量％以上、特に70重量％以上のものが好ましい。トリ長鎖アルキル第３級アミンとしては以下に示すものが特に好ましい。

（R¹⁶COは前記の意味を示し、ｍは２又は３を示す。）
これらのトリ長鎖アルキル第３級アミンは、例えば、トリエタノールアミン等のトリアルカノールアミンをトリエステル化する方法、N-アミノプロピル-N,N-ヒドロキシエチルアミンの様な分子内にアミノ基を持つアルカノールアミン類をトリアシル化する方法等により得られる。この時、トリエステル化、トリアシル化反応に用いる脂肪酸又はそのエステルとしては、牛脂脂肪酸、硬化牛脂脂肪酸、パームステアリン酸、硬化パームステアリン酸又はそれらから選ばれる２種以上の混合物のような炭素数8〜30、好ましくは12〜24の長鎖脂肪酸、及びその低級アルキルエステル、又は油脂等が挙げられる。

［４級化反応］
本発明において、４級化反応は、第３級アミン（Ｉ）に、非プロトン性溶媒を加え４級化剤で４級化することにより行う。非プロトン性溶媒は、第３級アミン（Ｉ）に対して、好ましくは５〜90重量％、更に好ましくは９〜70重量％用いる。４級化反応に用いる４級化剤としては、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸、メチルクロライド等が挙げられる。４級化反応時の温度は30〜150℃が好ましく、50〜120℃が更に好ましい。

非プロトン性溶媒として一般式(II)で表される化合物を用いる本発明では、溶媒を留去せず、そのまま柔軟剤に用いることができる。

本発明により得られる第４級アンモニウム塩（以下第４級アンモニウム塩（Ｉ）という）としては、第４級アンモニウム塩（Ｉ）中のトリ長鎖アルキル体の割合が20重量％以上、更に50重量％以上、特に70重量％以上のものが好ましい
［柔軟剤組成物］
本発明の柔軟剤組成物中の第４級アンモニウム塩（Ｉ）の含有量は、３〜50重量％が好ましく、４〜30重量％が更に好ましい。

本発明の柔軟剤組成物には、更に柔軟性能や保存安定性を向上させるために、非イオン界面活性剤（炭素数８〜24のアルコールのアルキレンオキサイド付加物等）、高級アルコール（炭素数８〜24）、高級脂肪酸（炭素数８〜24）、エタノール、イソプロパノール等の低級アルコール、グリコール、ポリオール、更にはそれらのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド付加物等を添加することができ、また無機塩、pH調整剤、ハイドロトロープ剤、香料、消泡剤、顔料等を必要に応じて添加することができる。

例中の％は、特記しない限り重量基準である。

参考例１
トリエタノールアミン149gと硬化牛脂脂肪酸821gを用いて、200℃、窒素雰囲気下で10時間エステル化反応を行い、N,N,N-トリ（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）アミンを得、ついでヘキサン458gを加え、ジメチル硫酸126gを用いて、70℃、10時間かけて４級化反応を行った。反応後、減圧で溶媒を留去した後、イソプロパノール184g を加えて、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及びその組成を表１に示した。

尚、４級化率及び組成は、VARIAN製、MERCURY400を用いて¹Ｈ−ＮＭＲ手法による内部標準法で測定した。

参考例２
N,N-ジ（ヒドロキシエチル）アミノプロピルアミン162gと硬化牛脂脂肪酸821gを用いて参考例１と同様の反応を行い、N,N-ジ（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）-N-硬化牛脂アルカノイルアミノプロピルアミンを得、ついでヘキサン465gを加えジメチル硫酸126gを用いて参考例１と同様に４級化反応を行い、溶媒留去後、イソプロパノール186gを加えて、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

参考例３
N,N-ジ（ヒドロキシエチル）-N-硬化牛脂アルカノイルアミノエチルアミン404gと硬化牛脂脂肪酸547gを用い、参考例１と同様にエステル化反応を行い、N,N-ジ（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）-N-硬化牛脂アルカノイルアミノエチルアミンを得、ついでヘキサン458gを加えジメチル硫酸126gを用いて参考例１と同様に４級化反応を行い、溶媒留去後、イソプロパノール184gを加えて、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

参考例４
N,N-ジ（ヒドロキシエチル）-N-硬化牛脂アルキルアミン299gと硬化牛脂脂肪酸547gを用い参考例１と同様にエステル化反応を行い、N,N-ジ（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）-N-硬化牛脂アルキルアミンを得、ついでヘキサン405gを加えジメチル硫酸126gを用いて参考例１と同様に４級化反応を行い、溶媒留去後、イソプロパノール165gを加えて、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

参考例５
４級化溶媒としてヘキサンの代わりにアセトン458gを用いる以外は参考例１と同様な操作を行い、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

参考例６
４級化溶媒としてヘキサンの代わりにテトラヒドロフラン458gを用いる以外は参考例１と同様な操作を行い、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

実施例１
トリエタノールアミン149gと硬化牛脂脂肪酸821gを用いて200℃、窒素雰囲気下で10時間エステル化反応を行い、N,N,N-トリ（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）アミンを得、ついで４級化溶媒として硬化牛脂脂肪酸メチルエステルのエチレンオキサイド12モル付加物417gを加え、ジメチル硫酸126gを用いて100℃、10時間かけて４級化反応を行い、第４級アンモニウム塩の硬化牛脂脂肪酸メチルエステルエチレンオキサイド12モル付加物溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

実施例２
４級化溶媒として硬化牛脂脂肪酸メチルエステルのエチレンオキサイド12モル付加物の代わりにエチレングリコールジメチルエーテル417gを用いる以外は実施例１と同様な操作を行い、第４級アンモニウム塩のエチレングリコールジメチルエーテル溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

実施例３
４級化溶媒としてエチレングリコールジメチルエーテルの代わりにエチレングリコールジアセテート417gを用いる以外は実施例２と同様な操作を行い、第４級アンモニウム塩のエチレングリコールジアセテート溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

実施例４
N,N-ジ（ヒドロキシエチル）アミノプロピルアミン162gと硬化牛脂脂肪酸821gを用いて参考例１と同様の反応を行い、N,N-ジ（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）-N-硬化牛脂アルカノイルアミノプロピルアミンを得、ついで４級化溶媒として硬化牛脂脂肪酸メチルエステルのエチレンオキサイド12モル付加物422gを加え、実施例１と同様の４級化反応を行い、第４級アンモニウム塩の硬化牛脂脂肪酸メチルエステルエチレンオキサイド12モル付加物溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

実施例５
N,N-ジ（ヒドロキシエチル）-N-硬化牛脂アルカノイルアミノエチルアミン404gと硬化牛脂脂肪酸547gを用いて参考例１と同様のエステル化反応を行い、N,N-ジ（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）-N-硬化牛脂アルカノイルアミノエチルアミンを得、ついで４級化溶媒として硬化牛脂脂肪酸メチルエステルのエチレンオキサイド12モル付加物416gを加え、実施例１と同様の４級化反応を行い、第４級アンモニウム塩の硬化牛脂脂肪酸メチルエステルエチレンオキサイド12モル付加物溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

参考例７
トリエタノールアミン149gと硬化牛脂脂肪酸547gを用いて200℃、窒素雰囲気下で10時間エステル化反応を行い、N,N-ビス（硬化牛脂アルカノイルオキシエチル）-N-(2-ヒドロキシエチル)アミンを得、ついで４級化溶媒としてヘキサン330gを用いて参考例１と同様な操作を行い、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及びその組成を表１に示した。

比較例１
４級化溶媒としてヘキサンの代わりにイソプロピルアルコール184gを用いる以外は参考例１と同様な操作を行い、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及びその組成を表１に示した。

比較例２
４級化溶媒として硬化牛脂脂肪酸メチルエステルのエチレンオキサイド12モル付加物の代わりにステアリルアルコールエチレンオキサイド13モル付加物417gを用いる以外は実施例１と同様の操作を行い、第４級アンモニウム塩のステアリルアルコールエチレンオキサイド13モル付加物溶液を得た。４級化率及び組成を表１に示した。

比較例３
４級化溶媒としてヘキサンの代わりイソプロピルアルコール184gを用いる以外は参考例７と同様な操作を行い、第４級アンモニウム塩のイソプロパノール溶液を得た。４級化率及びその組成を表１に示した。

参考例１〜７、実施例２、３及び比較例１〜３で得られた第４級アンモニウム塩の溶液を第4級アンモニウム塩の合計が5ｇとなるような量とり、ステアリルアルコールエチレンオキサイド13モル付加物2ｇと混合し、60℃に加熱後、溶解した状態で60℃の水に滴下し、柔軟剤組成物100ｇを調製した。また、実施例１、４、５で得られた第4級アンモニウム塩の溶液を、第4級アンモニウム塩含量の合計が5ｇとなるような量とり、60℃に加熱後、溶解した状態で60℃の水に滴下し、柔軟剤組成物100ｇを調製した。これらの柔軟剤組成物の柔軟性を下記方法で評価した。結果を表２に示す。

＜柔軟性の評価法＞
(1) 柔軟仕上げ処理
市販の木綿タオル又はアクリルジャージ１kgを、15リットル洗濯機を用い、3.5°DH硬水にて市販洗剤アタック（花王株式会社製、登録商標）で5回繰り返し洗濯した後、上記柔軟剤組成物を25mL投入し、25℃、1分間攪拌下で処理した。

(2) 柔軟性評価
上記柔軟仕上げ処理した布を温室で乾燥後、25℃、65％RH恒温、恒湿室にて24時間放置した。これらの布について柔軟性の評価を行った。評価は前記比較例３で調製した柔軟剤組成物で処理した布を対照にして、10人の熟練試験者が一対比較を行い、次の基準で評価し、10人の評価の平均値を小数点以下１桁で四捨五入して評価値とした。
＋２；対照より柔らかい
＋１；対照よりやや柔らかい
０；対照と柔らかさが同等
−１；対照よりややかたい
−２；対照よりかたい

Claims (6)

1. 一般式（Ｉ）
   

   

   （式中、R¹、R²及びR³は、同一又は異なって、炭素数１〜６のアルキル基、アルケニル基もしくはヒドロキシアルキル基、あるいはR⁴を示し、R⁴はエーテル基、エステル基又はアミド基で分断されていても良い総炭素数８〜40の長鎖アルキル基又はアルケニル基を示し、R¹、R²及びR³のうち少なくとも１つはR⁴である。）
   で表され、R ¹ 、R ² 及びR ³ が全てR ⁴ であるトリ長鎖アルキル第３級アミンの割合が７０重量％以上である第３級アミンを、一般式（II）で表される化合物から選ばれる少なくとも１種の非プロトン性溶媒を反応溶媒として、４級化剤と反応させて得られる、第４級アンモニウム塩と一般式（II）で表される化合物を含有する第４級アンモニウム塩組成物。
   R⁵O-(AO)n-R⁶ （II）
   （式中、R⁵及びR⁶は、同一又は異なって、炭素数１〜30のアルキル基、アルケニル基又はアシル基を示し、Aは炭素数２〜４のアルキレン基、nは平均値で１〜40の数を示し、n個のAは同一でも異なっていても良い。）
2. 前記一般式（Ｉ）におけるR ⁴ のそれぞれが式(VIII)又は(IX)である、請求項１記載の第４級アンモニウム塩組成物。
   

   

   （式中、R ¹⁴ 及びR ¹⁵ は同一又は異なって、炭素数2〜6のアルキレン基を示し、R ¹⁶ COは炭素数8〜30の脂肪酸から水酸基を除いた残基を示す。）
3. 前記トリ長鎖アルキル第３級アミンが、下記式のいずれかで表される請求項１又は２記載の第４級アンモニウム塩組成物。
   

   

   （式中、R ¹⁶ COは炭素数8〜30の脂肪酸から水酸基を除いた残基を示し、ｍは２又は３を示す。）
4. 第４級アンモニウム塩中のトリ長鎖アルキル体の割合が70重量％以上である請求項１〜３いずれか記載の第４級アンモニウム塩組成物。
5. 一般式（II）で表される化合物が、一般式（III）で表される化合物である請求項１〜４いずれか記載の第４級アンモニウム塩組成物。
   R⁷COO-(AO)n-R⁸ （III）
   （式中、R⁷は炭素数７〜29のアルキル基又はアルケニル基を示し、R⁸は炭素数１〜６のアルキル基又はアルケニル基を示し、A及びnは前記の意味を示す。）
6. 請求項１〜５いずれか記載の第４級アンモニウム塩組成物を含有する柔軟剤組成物。