JPH06501263A - 高濃度触媒によるグルカミド洗剤の製造法 - Google Patents

高濃度触媒によるグルカミド洗剤の製造法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高濃度触媒によるグルカミド洗剤の製造法技術分野 本発明は洗剤分野に関するものであって、洗濯用洗剤界面活性剤を製造するため に、触媒の存在下で脂肪酸エステルとN−アルキルグルカミンを縮合する改良さ れた方法に関する。
発明の背景 本発明は天然資源の使用方法に対する社会情勢の変化を背景として行われたもの である。石油原料は再生不能でありかつ国家の収支にさえかなりの影響を及ぼす までにますます高価になってきており、供給が不確実になることも起こりつる。
消費者用使い捨て商品の製造のことような原料への依存をより少なくすることは 、社会および環境面での全般的利益のためになるという認識があり、次第に一般 に受け入れられるようになってきている。しかし、かかる考え方に真剣に対応す るには、各地方において、即ち地域的に入手できる再生可能な資源原料を洗濯用 洗剤等の望まれている消費財に変換するための効率的な方法が必要とされる。
米国ではグルコースやトウモロコシ、シロップ等の砂糖および脂肪性物質が大量 に生産されている。これらの特定の再生可能な資源の伝統的な消費パターンは下 降傾向にある。すなわち国民は健康上の理由から砂糖摂取量を減らし、また脂肪 性食品、特に飽和脂肪の摂取も減らす傾向にある。このためその他の用途、例え ば洗濯用洗剤等の用途を開発することが、ますます関心を集めるようになってい る。
何年も前に、グルコースの還元アミノ化によって製造されるN−アルキルグルカ ミンと組み合わせて脂肪酸またはその誘導体から織物用助剤または洗剤を製造す る方法が探求された。グルコースの還元アミノ化法は、1935年10月8日発 行のFlint等による米国特許第2,016,962号に詳しく開示されてい る。
1934年12月25日発行のPiggottによる米国特許第1.985.4 24号は、水素および水素化触媒の存在下、加圧下で、グルコースとメチルアミ ン水との加熱生成物(a)を、ステアリン酸またはオレイン酸などの有機カルボ ン酸(b)と反応させることによる「織物用助剤」の製造が開示されている。約 160℃で調製された縮合生成物は、「全部ではないにしても大部分はアミド」 であると言われ、その構造式は明らかに−R−Co−NR−CH2(CHOH)  4−CH20Hである。ここでRは少くとも炭素3原子を有するアルキル基で あり、R1は水素またはアルキル基である。
1955年3月8日発行のSchwartzの米国特許第2,703,798号 では脂肪酸または無水脂肪酸をN−アルキルグルカミンと反応させて得られる組 成物(恐ら<Pjggottにより教示を得た方法等による)は、着色性および 洗浄性に劣ると主張している。複数の化合物がPiggott法により生成され ることは化学的には全く正当である。P i ggo t tは自分が調製した 化合物または混合物の構造を定量的に証明する試みを行ってはいない。
Schwartz (’798)は脂肪族エステルを(脂肪酸または無水脂肪酸 とは明確に区別して)N−アルキルグルカミンと反応させた結果として行われた 改良を続けて報告している。この方法はPiggott法のような技術の欠点の いくつかを克服できるが、化合物の複雑な混合物がSchwartz法でさえも 形成されることがあるために、Schwartz法がなお欠点を有することが現 在間らかにされている。その反応は数時間を要することがあり、この方法では高 品質の生成物は得られない。Piggottの方法と、Schwartzの方法 はともに商業的な実用性においてはまだ完成していないと思われる。
更に詳しくは、N−モノアルキルグルカミン類が脂肪酸エステル即ち油脂と縮合 された場合は、数種の可能な化学反応のうちの一つのみが起きることをSchw artzは示している。この反応は、例えば下記のようなアミドの構造をもつ化 合物を生じるという。
(式中、R′は脂肪アルキル、Rは短鎖アルキル、典型的にはメチル基である) 。この構造は明らかにPiggottが提示した構造と同一である。
Schwartzは彼が得たと信じる単一生成物を、N−アルキルグルカミン類 を酸と反応させた時に実際に生成すると彼が主張する化合物と対比している。こ の化合物はアミド(I)と一種類以上の副生物との混合物であり、これに、彼は エステルアミドおよびエステルアミン構造を当てはめ、またこれは「不活性でろ う状」の化合物を含み、構造(I)のアミドの「界面活性を悪化させる」と主張 している。
Schwartzによれば、はぼ等モル比のN−モノアルキルグルカミン類を脂 肪酸アルキルエステルと常圧、減圧下または加圧下で「1時間を若干越える時間 」140 ’C〜230℃、好ましくは160℃〜180℃に加熱することによ り反応させることができ、その間に初めは不混和性であった二相が混ざり合って 有用な洗剤と言われる生成物を生じる。
適切なN−モノアルキルグルカミンは、N−メチルグルカミン、N−エチルグル カミン、N−イソプロピルグルカミン、N−ブチルグルカミンであると説明され ている。適当な脂肪酸アルキルエステルは06〜C3oの脂肪酸と脂肪族アルコ ールとの反応生成物、例えばラウリン酸のメチルエステルが例として挙げられる 。マニラ油の混合グリセリドまたはコーチンやし油の混合グリセリドも明らかに 脂肪酸エステルとして使用することができる。
グルカミンがN−メチルグルカミンの時は、これら脂肪酸エステルとの対応する 生成物は「N−メチルグルカミンの脂肪酸アミド」と呼ばれ、有用な洗剤用界面 活性剤である。その他の報告された特定の組成物には「N−イソプロピルグルカ ミンやし油脂肪酸アミド」があると主張している。
1961年7月25日発行のZechの米国特許第2.993,887号では脂 肪物質のN−メチルグルカミンとの反応は更により複雑であると述べている。特 に、Schwartzが開示した範囲での高温反応(180℃〜200℃)の生 成物は環状構造を有するとZechは主張している。4種類以上の可能な構造が 示されている。′887号特許明細書の第1欄、63行〜第2欄、31行を参照 。
Schwartzの脂肪酸エステル−N−アルキルグルカミン法により実際に得 られると考えられているものは、構造式(I)の化合物と、かなりの比率(例え ば約25%、しばしばそれ以上)の他の数種の組成物、特に環状グルカミド副生 物(Zechが提示した構造を含むがそれに限定されない)、これに関連する誘 導体、例えば式(I)と比較するとき少くとも一つの一〇H部分がエステル化さ れているエステルアミド、との混合物を含む組成物である。
更に、Schwartzの再研究は、この方法にはそれ以外の重大な工程上の未 解決の問題、例えば、生成物に非常に不満足な色調や臭気を与える微量の物質を 生成する傾向等のあることが示されている。
さらに最近では、Schwartzの研究にも拘らず、Hlldrethは構造 式(I)の化合物は新規であると主張している(Biochem、J、(198 2年)207巻、 363〜366ページ参照)。
いずれにしても、これらの組成物はrN−D−グルコ−N−メチルアルカンアミ ド洗剤」および略称rMEGAJという新しい名称を与えられている。
Hildrethは脂肪酸エステルの代りに脂肪酸の反応物の使用に戻るという 点で、Schwartzとは根本的に異なる化合物を製造するために溶媒補助法 を提供している。さらに、Ht l d r e t hは溶媒、活性化剤とし て、ピリジン、エチルクロロホルメートを使用している。この方法はオクタノイ ル−N−メチルグルカミド(rOMEGAJ ) 、ノナノイル−N−メチルグ ルカミド(rMEGA 9J)およびデカノイル−N−メチルグルカミド(rM EGA−10J) について特に説明されている。この方法は廉価で高収率であ ると言われる。
当然ながら「廉価」とは相対的なものであって、その著者の関心である特定の生 化学用途を意識して言及されたものであるとみなければならない。洗剤の大量生 産の場合には、ピリジンやクロロ蟻酸エチルの使用は経済的な方法あるいは環境 的に魅力のある方法として受入れられるとは殆んど考えられない。従って、Hl ldreth法はここではこれ以上検討しないこと\する。
Hildrethやその他の研究者は、ある種の構造式(I)の化合物を例えば 再結晶によって精製し、式(I)の化合物の一部の特性を記載している。再結晶 は言うまでもなくそれ自体は経費のコストのかかる潜在的に危険な(引火性溶媒 の)工程であり、洗剤の大量生産はこの工程がなければより経済的かつより安全 なものになるであろう。
上記のSchwartzによれば、Schwartz法の生成物は硬い表面の洗 浄に使用することが出来る。
Thomas Hedley & Co、Ltd。
(現在のProcter & Gamble社)の1959年2月18日発行の 英国特許第809,060号によれば、式(I)の化合物は、例えば粒状の洗濯 用洗剤の界面活性剤として有用である。Hildreth(上記)は式(I)の 化合物を原形質隔膜を可溶化するための洗浄剤として生化学分野における使用を 述べており、1988年12月10日発行のEP−A−第285.768号は式 (I)の化合物を増粘剤として用途を記載している。このように、これらの化合 物またはこれらを含有する組成物は非常に好ましい界面活性剤となり得る。
さらに、式(I)の化合物からなる組成物を製造するためのなお別の方法が上記 の改良増粘剤の開示中に含まれている(EP−A−第285,768号参照)。
また、N−アルキルグルカミンの製造法についてのさらに別の製法は、H,Ke lkenbergの′″Ten5ide 5ur−factanN Deter gents″25 (1988) it 〜13を参照されたいが、これは上記 の技術開示されたN−アルキルグルカミン法と共に、グルコースと脂肪原料を有 用な界面活性剤組成物に全転化のための簡便な製法と組み合わせることが出来る 。
EP−A−第285,768号の関連開示中には、「脂肪酸または脂肪酸エステ ルを多水酸基アルキルアミン(N−置換してもよい)と溶融状態で、必要に応じ てアルカリ触媒の存在下に反応させることにより式(I)の化合物の調製を行う ことは公知である」という旨の短い記述が含まれている。上に言及した技術は、 この記述が全く単純化されている、または、不正確であることを強く示唆してい る。EP−A−285,768号は引用した記述を裏付けるいかなる文献も引用 しておらず、またEP−A−285,768号以外に、脂肪酸エステルまたは脂 肪酸トリグリセリドとN−アルキルグルカミンの触媒縮合を実際に開示している 文献は見出されていない。
この欧州特許出願明細書には「N−メチルやし油脂肪酸グルカミドの調製」と表 記した下記の実施例が含まれており、その中ではrNaメチラート」は「ナトリ ウム・メトキシド」の同義語であると理解され、同出願はドイツ語から翻訳され たものである。すなわち、「撹拌フラスコ中で、やし油脂肪酸メチルエステル6 69g(3,0mol )とN−メチルグルカミ:z585g(3,0mol  )にNaメチラート3.3gを加え、135℃まで徐々に加熱した。反応中に生 成するメタノールは冷却した捕集語中で100がら15 m b a rまで減 圧しながら凝縮した。メタノールの発生が終了した後、反応混合物は加温したイ ソプロパツール1,5リツトル中に溶解、濾過し、結晶化させた。濾過し、乾燥 させた後、ろう状のN−メチルやし油脂肪酸グルヵミド882g (=理論値の 76%)を得た。軟化点は80〜84℃、アルカリ価= 4 B KOH/gで あった。」EP−A−第285,768号は以下のように続けている。
「同様の方法で、次の脂肪酸グルヵミドを調製した。
収 率 軟化点 アルカリ価 % (℃) (mg KOH/g) N〜メチルラウリン酸グルカミド 7694〜966N−メチルミリスチン酸グ ルカミド 7598〜In 3N〜メチルパルミチン酸グルカミド 75 10 3〜1055N−メチルステアリン酸グルカミド 8496〜98 6 」この 技術から得られるものの重要な点を要約すれば、前記のSchwartzの特許 は脂肪酸エステル、即ちトリグリセリドおよびN−アクリルグルカミンから式( I)の化合物を製造する課題が、脂肪反応物として(脂肪酸の代りに)脂肪酸エ ステルを選択し、また単純な無触媒縮合を行うことによって解決されることを教 示している。Hi 1drethなどの以降の文献では、脂肪酸系の合成に方向 を転換しているがSchwartzの特許の教示に誤りのあるのか、または、高 純度の式CI)の化合物は別として、そのような界面活性剤を洗剤配合者の使用 に如何にして適合させるのか、記述していない。
他方では、全く異なる技術分野において、ナトリウムメトキシド触媒の反応によ る式(1)の化合物の合成についての開示がなされている。前記のように、この 方法は135℃まで徐々に段階的に温度を上昇させ、生成物を再結晶する工程を 含んでいる。
前述の観察に従って、式(1)の化合物を含む界面活性剤組成物を製造する方法 を更に改善することが望まれている。この様な方法は大量生産に有用でありかつ 再結晶を必要とすることなく洗濯用洗剤配合者の仕様に合致する組成物を直接径 られるものでなければならない。
従って、本発明の目的は、脂肪酸エステルとN−アルキルグルカミンとを相転移 剤の存在下で反応させることにより、界面活性剤組成物を製造する改良方法を提 供することにある。
これらおよびその他の目的は、以下の開示から理解できるであろう。
発明の概要 本発明は洗剤用界面活性剤、さらに詳しくは、高い比率で式(1)の化合物を含 む界面活性剤組成物を調製するための改良された方法に関する。式中R′は脂肪 族アルキル基であり、Rは短鎖の炭化水素、代表的にはメチル基、エチル基等で ある。本発明の生成物には洗剤用界面活性剤、および、実質的に界面活性剤とし て一種類以上の追加の洗濯用に有用な成分、特に、アルカリ性の洗濯用洗剤ビル ダーとの混合物より成る洗剤組成物とが含まれる。
一般に、本方法は高濃度の特定の触媒の存在下での脂肪酸エステルとN−アルキ ルグルカミンとの反応に関する。
ニーで使用するに適した触媒は、リン酸三リチウム、リン酸三ナトリウム、リン 酸三カリウム、ピロリン酸四ナトリウム、ピロリン酸四カリウム、トリポリリン 酸五ナトリウム、トリポリリン酸五カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、 炭酸カリウム、酒石酸二ナトリウム、酒石酸二カリウム、酒石酸ナトリウムカリ ウム、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、塩基性ケイ酸ナトリウム、 塩基性ケイ酸カリウム、塩基性アルミノケイ酸ナトリウム、塩基性アルミノケイ 酸カリウム、およびそれらの混合物からなる群から選ばれる。
最も好ましい触媒には、炭酸ナトリウム、ピロリン酸三ナトリウム、塩基性アル ミノケイ酸ナトリウム、塩基性ケイ酸ナトリウムおよびそれらの混合物がある。
本方法は、N−アルキルグルカミン類、例えばN−メチル−D−グルカミンを洗 濯用洗剤配合用に適した品質の直鎖グルカミド界面活性剤に再結晶化を必要とせ ずに効率よく転化するものである。
好ましい実施例においては、本発明に包含される方法では、炭酸ナトリウム、炭 酸カリウム、およびそれらの混合物から成る群から触媒が選択され、前記触媒の 量は反応物の合計の約10重量%〜約95重量%であり、N−アルキルグルカミ ンの一般式: (式中、Rはグルカミンのアルキル残基であり、R′は脂肪酸エステルの残基で ある)の直鎖構造を有する化合物への転化は、N−アルキルグルカミンの約70 %以上%以上であり、環状グルカミドまたはエステルアミド副生成物へのN−ア ルキルグルカミンの転化は約15m++1%以下である。
本触媒は本方法に使用するとき、所望のアミド化反応の触媒作用と同時に、エス テルアミドまたは環状グルカミド等の副生成物の生成を触媒作用的に増加させな いという利点を有する。このことはエステルアミド副生成物の生成はエステル化 反応であり、炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウム等の触媒は従来エステル化反応 の触媒作用に使われていたことから、これは驚くべきことである。
(例えば、サッカロースのサッカロース脂肪酸エステルへの転化を開示している 、1961年9月12日発行のCurtisの米国特許第2,999.858号 参照。
また1971年1月26日発行のvanBrache 1等の米国特許第3,5 58,597号参照。) 要約すれば、本発明は副生成物の生成を触媒作用的に同時に増加することなく、 選択的に特にエステル化により式(I)の化合物を多く含む界面活性剤組成物を 触媒作用的に生成する能力において大いに優れる。
一般に、本方法はN−アルキルグルカミンで約70%以上、さらに好ましくは約 80mo1%以上の転化で、N−アルキルグルカミンを利用して式(I)の直鎖 グルカミドを得るものであって、環状グルカミドまたはエステルアミド構造の副 生成物へのN−アルキルグルカミンの転化は一般に約15mo1%以下である。
出発原料のN−アルキルグルカミンは、上に引用した文献の方法のいずれによっ ても調製可能であり、その例としてN−メチルグルカミン、N−エチルグルカミ ン、N−プロピルグルカミン、N−ブチルグルカミンが挙げられる。
非常に好ましい脂肪酸エステルは飽和脂肪酸メチルエステルおよび脂肪酸トリグ リセリドから選ばれる。
N−アルキルグルカミンおよび脂肪酸エステルは、好ましくはN−アルキルグル カミン1m01当たりの脂肪酸エステルの脂肪酸カルボニル部分のモル数に関し て、は9等モル比で使用される。すぐれた成果はや\過剰の脂肪酸エステル、例 えばN−アルキルグルカミン1m01当たり約1.10molが存在するときに 達成することができる。
本発明は洗濯用洗剤の配合を行う場合に、これ以上精製の必要なく有用な生成物 を得る一般的に迅速かつ効率的な方法を含め、多くの利点を有している。本方法 の生成物は一般に良好な色調を有し、不揮発性副生成物(特に環状副生成物なら びにエステルアミド等)の含有量はわずかにすぎない。本発明のいくつかの態様 によれば、粒状の洗濯用洗剤の配合用の界面活性剤、ビルグー中間体等の新規か つ有用な組成物もまた得られる。
こ\での「転化」百分率は、別設の指示のない限り、通常モル百分率基準で示さ れている。
発明の詳細な説明 本発明は脂肪酸エステルおよびN−アルキルグルカミンから直鎖グルカミド界面 活性剤を製造する改良された触媒反応方法に関する。好ましい生成組成物では、 高率(典型的には70mo1%以上、好ましくは80mo1%以上)のN−アル キルグルカミンが式(I)の化合物(こ\でR′は脂肪族アルキル基、Rは短鎖 のハイドロカルビル基、代表的にはメチル基、エチル基等である)に転化される 。
こ\で「転化」百分率言う時には、転化百分率はmol百分率基準で表現される 。
実質的に純粋な式(I)の化合物、または(I)を含む他の最終の、高度に不純 な組成物が新規なものではないことは認識されているが、[直鎖グルカミド界面 活性剤」の語は、こ\では、洗濯用洗剤の大規模生産用の界面活性剤として直接 有用となる方法の特徴的な生成物を示すために用いる。
一般に、こ\で生成される[直鎖グルカミド界面活性剤」は出発原料のN−アル キルグルカミンの大部分が式(I)の化合物に転化され、少量のみ、例えば15 mo1%以下、が環状グルカミドおよび/またはエステルアミドには転化される にすぎない。
これに較べると、schwartzの生成物のような従来技術の教示する生成物 は出発原料のポリヒドロキシ部分の環状化(環状グルカミド)またはヒドロキシ 部分のエステル化(エステルアミド)により式(I)とは異なる化合物へ、多量 に(例えば25mo1%以上)転化されると信じられている。
要約すると、本方法はN−アルキルグルカミン、脂肪酸エステル、触媒の混合物 の反応よりなり、前記触媒は高濃度で使用される。
触 媒 本発明に適する触媒は、リン酸三リチウム、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリ ウム、ピロリン酸四ナトリウム、ビロリン酸四カリウム、トリポリリン酸四ナト リウム、トリポリリン酸五カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリ ウム、酒石酸二ナトリウム、酒石酸ニカリウム、酒石酸ナトリウムカルシウム、 クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、塩基性ケイ酸ナトリウム、塩基性 ケイ酸カリウム、塩基性アルミノケイ酸ナトリウム、塩基性アルミノケイ酸カリ ウム、およびそれらの混合物からなる群から選ばれる。
本発明に適する好ましい触媒は、リン酸三ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カ リウム、ピロリン酸四カリウム、塩基性アルミノケイ酸ナトリウム、塩基性ケイ 酸ナトリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
最も好ましい触媒は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸 化カリウム、ピロリン酸四カリウム、塩基性アルミノケイ酸ナトリウム、塩基性 ケイ酸ナトリウムおよびそれらの混合物からなる群から選ばれる。
適当なアルミノケイ酸塩の好ましい例は、ゼオライト、特にゼオライトNa−A である。この様なケイ酸質触媒は、すべて好ましくは小粒径、例えば約1〜10 ミクロンである。
更に一般的に、本発明の文脈中での「触媒」とはN−アルキルグルカミンおよび 脂肪酸エステルからの式(I)の化合物の生成速度を著しく高める化合物または 混合物を指す。N−アルキルグルカミン中にはまたこの潜在的に反応性のエステ ル化、または環状化可能なヒドロキシル基があるので、上記の反応は独特なアミ ド化反応である。特にこのような高触媒濃度によって達成される改善の中には、 この方法の好ましい温度の低温端では、他の方法において可能であるよりも急速 に所要の式(I)の化合物を生成し、またこの方法の好ましい温度の高温端では 極めて迅速に、例えばおよぞ数分以内に(I)を生成することが含まれる。こ\ での触媒は環状化およびエステルアミドの生成等の望ましくない副反応に対して 同時に触媒作用を示すことなく、アミド化を反応条件下でかなりの程度助ける。
すなわち、これらの触媒は選択的である。
触媒は工業用の主反応物を用いて、反応を行うときの水、石けん、または脂肪酸 等の処理に固有な不純物化合物とは異なる。従って「触媒」は本方法に必須の物 質であると断言でき、本発明が機能するために、N−アルキルグルカミンおよび 脂肪酸エステルに添加することが必要とされる物質である。
「触媒」は実用上は完成した安定な化学物質またはそれらの混合物として定義さ れる。個々の触媒化合物または混合物は市販されているかまたは文献の方法で製 造できる。これらは計量して簡単な方法で他の反応物に加えることができる。従 って本発明における触媒は化学者が機械論的な論調で「活性種」として定義する ようなものではない。か\る種は本方法の反応混合物中で実際に直ちに生成され ることもあり、また生成されないこともあり得る。本発明はか\るいかなる触媒 作用の理論によっても制限されないものと考えるべきである。
こ\で言う触媒は一般に、本方法と適合性を有するものである。これらの触媒に は通常の技量を有する化学者が、この種の高温アミド化反応にとって望ましくな いと一般に認める種類の著しく反応性であって全く不満足な官能基、たとえばパ ーオキシ、クロロ、ヨード、ケテン、等の官能基は含まれていない。
本発明の触媒は好ましくは微粒状であって、典型的には一般に市販されているよ うな粉末の形状をとる。微細に分割された粉末が一般には好ましい。
小粒径、例えば50ミクロン未満または1〜10ミクロンの粒径が非常に有用な ことがある。
好ましい触媒は相当量の結合水を含む塩基性アルミノケイ酸ナトリウムのように 無水である必要はない。しかしピロリン酸四ナトリウムおよび炭酸ナトリウム等 の好ましい触媒の場合には、無水の状態が最も望ましい。
本発明において極めて好ましい触媒は一般に1価陽イオンを有する水溶性または 水分散性の触媒である。このような好ましい触媒の例をより特定して例示するな らば、炭酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、塩基性ケイ酸ナトリウムおよ び塩基性アルミノケイ酸ナトリウムである。
一般に、本方法で用いる触媒の濃度は10重量%以上、例えば反応物の総量の約 10重量%〜約95重量%である。好ましい濃度は約25重量%〜約85重量% 、更に好ましくは約50重量%〜約80重量%である。
この方法の非常に好ましい一態様においいては、触媒は無水の炭酸ナトリウム粉 末であって、反応物の総量の約50重量%〜約80重量%の濃度である。
混合触媒も有用であり、炭酸ナトリウムと塩基性アルミノケイ酸ナトリウムの混 合物について比率を変えたものがある。
この方法は改良された線状グルカミド界面活性剤を生成するためのナトリウムメ トキシドより温和でかつ便利な高濃度で使用可能な触媒を見出した点において注 目に本発明の実施において、各種のN−アルキルグルカミンが利用される。この 種のN−アルキルグルカミン類の例としては、N−メチルグルカミン、N−エチ ルグルカミン、N−プロピルグルカミン、N−ブチルグルカミンである。好まし いN−アルキルグルカミンはD−グルコース、例えばN−メチル−D−グルカミ ンから誘導される。
N−アルキルグルカミンは、ある規格に準拠するならば精製品でもよく、また工 業用でもよい。従って工業用のN−アルキルグルカミンは、糖類、例えばグルコ ース、ソルビトールまたはその他のN−アルキルグルカミンの製造における比較 的不活性な副生成物等を含有していることがある(典型的には0〜5重量%)。
しかし、本方法用の工業用のN−アルキルグルカミンは、有色物の生成その他の 不利な効果を最小にしようとするときには、ニッケル等の遷移金属をppm単位 の微量、即ち無視できる程度の量(例えば0〜2oppm1好ましくは0〜2p pm)にしなければならない。工業用のN−アルキルグルカミンは、グルコース またはコーンシロップの遷移金属の触媒作用による還元的アミノ化により製造さ れるために、通常この様な遷移金属を含有している。
本発明で使用するN−アルキルグルカミンは一般には良好な色調のものであり、 好ましくは微量の有色不純物をも含まず純白色である。また、N−アルキルグル カミンは好ましくは実質的に無水である。
N−アルキルグルカミンの品質の便利な検査の一つに、試料を単に本方法の温度 、たとえば140℃に加熱する方法がある。工業用のN−アルキルグルカミンが 、この温度で直ちに黒変する場合には、許容できない濃度の不純物を含む可能性 が高い。
初期品質検査で不合格となった工業用のN−アルキルグルカミンは、通常メタノ ールもしくは水で洗浄するが、または再結晶するかのいずれかにより不純物を除 去することが可能である。ニッケルの濃度を下げる有用な方法としては、N−ア ルキルグルカミンの溶液を塩基性シリカゲルまたは漂白土により濾過する。
脂肪酸エステル 本発明で用いられる脂肪酸エステルは好ましくは脂肪て飽和度の高いトリグリセ リドであるが、その他の飽和脂肪酸および飽和、不飽和の脂肪酸のエチルエステ ル、脂肪酸のモノグリセリドまたは脂肪酸のジグリセリド等のエステルも使用で きる。適当な脂肪酸エステルには、前記のSchwartzが例示したものが含 まれる。好ましい脂肪酸エステルの良い例を挙げると、ラウリン酸メチルエステ ル、パルミチン酸メチルエステルが、または複数の鎖長の混合物を用いるときは 、やし油脂肪酸のメチルエステルがある。
工業用の脂肪酸エステルを用いるときは、以下により優れた結果が得られる。
Procrer & Gamble社のCE−1270メチルエステル:酸価: o、2 ヨウ素価二 〇 水分(%、に、F) 0.03 色調(460nmにおける透過率%)97鎖長(G C,重量%) Procjer & Gamble社のCE−1218メチルエステル:酸価: 0.6 けん化1i[[r: 242 ヨウ素価 9.4 水分(%、に、F) 0.04 色調(460nmにおける透過率%)97鎖長(G C,重量%) C1420・ 7 C1610,0 C1811g C18,−不飽和 7.3 C18,二不飽和 1.5 C20。
実質的に純粋なラウリン酸メチルエステルおよびパルミチン酸メチルエステルも また使用可能である。本方法で使用するに好ましい工業用の脂肪酸エステルは典 型的には重金R10p p m以下でOppmの方がよく、また遊離の脂肪酸含 有量は5重量%以下、好ましくは1重量%以下である。
N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルの混合には、本方法では若干の困難を 伴う。このことは特に脂肪酸エステルがやし油メチルエステルと比べて比較的疎 水性のとき、例えばC16の飽和脂肪酸のエチルエステルのときに当てはまる0 016以上のエチルエステルまたはトリグリセド等の大抵の疎水性の脂肪酸エス テルでは、満足すべき反応は得にくい。この問題を解決するために、予備生成の 式(I)の化合物(但しR′はCHSRはメチル基)のような非イオン界面活性 剤を相転移剤即ち、乳化剤として使用できることが見出されている。本方法に相 転移剤を使用する時は、触媒を除く反応混合物の約0.5重量%から約95重量 %の濃度で用いる。50%以上の様な高濃度は連続方式の実施例のために用意さ れたものであって、反応時間を非常に短くすることが出来る。回分方式(すなわ ち不連続法)では、好ましい濃度は約0.5重量%から20重量%であって、さ らにより好ましくは約1重量%から約10重量%である。か\る濃度は実施態様 が連続方式である場合の使用にも適している。
連続方式の実施例では、熱論、ある触媒によっては同時に再循環を行なう。
さらに、一般的には、本方法の相転移剤は非イオン界面活性剤からなる群から選 ばれるものである。さらに好ましくは、その相転移剤は実質的に飽和脂肪アルコ ールポリエトキシレート、アルキルポリグリコシド界面活性剤等からなる群から 選ばれた構成要素からなる。
このように、本発明は好ましい実施例において、式(I)の界面活性剤を生成す るために炭酸塩触媒相転移剤により助成されたN−アルキルグルカミンと脂肪酸 エステルとの縮合という概念を導入した。
反応条件 一般にこれらの二種の反応物の温度、時間および割合は技術的に開示することが 可能である。本方法における温度は通常約120℃から約200’C1好ましく は約140℃以上である。本方法の反応時間は通常約0. 5分から約1時間で ある。
しかし、本発明では好ましい温度と反応時間とを、この方法を連続方式で実施す るか、非連続方式で実施するかにより区別している。この場合、非連続方式では 、好ましい温度は約り20℃〜約170℃で、これに対応する反応時間は約7〜 8時間分である。連続方式においては、好ましい温度は約り60℃〜約2oo℃ で、これに対応する時間は約0,5分〜約1o分である。一般に温度が高い程、 時間は短くなる。
この技術に関しては、S c hwa r t zは約170’Cの高温を支持 しているが、これは彼が適当な触媒を有していなかったためであると考えざるを 得ない。かかる温度では、特に比較的反応時間が長く、例えば1時間以上の時に は、副生成物の生成、とくに環状化がかなり増加する。
EP−A−第285,769号では、比較的低温で具体的には135℃に緩やか に加熱している。これはナトリウムメトキシド触媒については炭化を避ける必要 があることによるものであって、比較的不経済である。
本方法は空気または酸素の存在しない状態で行うことが好ましい。反応混合上に 窒素またはアルゴンの不活性雰囲気を維持するか、または真空にすることにより 簡便に実施でき、後者は特に処理の終段において便利である。
本発明によらずに、例えばSchwartz法を使用して、この様な低温で非触 媒法で処理を行う場合には、所要の反応時間は著しく長くなり(典型的には数時 間)、従って反応装置の滞留時間が長くなり、このような温度での非触媒処理は 魅力のないものになる。例えば、約150℃ではSchwartz法は一般には 約7〜8時間を必要とする。
これに対して、上に示した好ましい温度、例えば、約30重量%の代表的な触媒 濃度での回分方式では約150℃で、この触媒反応の方法に従って運転する場合 には、反応時間はわずか20〜30分を要するにすぎない。またさらに短い反応 時間の連続処理も痛論可能である。
本発明によれば、適当な手法、たとえば、メタノール発生の終点を監視したり、 薄層クロマトグラフィー(後述)またはガスクロマトグラフィーにより反応の完 了を確認し、完了次第直ちに冷却によって、反応を停止できることが強く望まれ る。
本方法は、反応物を適切に混合するために一般には撹拌を使用して行われる。こ の簡便法の開始時点で反応混合物は三相であって、液状の脂肪酸エステル相、溶 融N−アルキルグルカミン相および固体触媒相から成る。従って、反応物を適切 に混合することがいかに重要かが理解できる。最良の結果は一般には熱伝達およ び物質移動が効果的に行なえる様に設計された反応器において達成される。反応 器中でバッフルプレートを使用すると有利なことがある。
N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルとの相対比率は一般には本明細書に引 用されるSchwartzの米国特許第、2,703,798号に開示されてい る通りである。典型的な比率はほぼ等モルであり、最良の結果を得る。
本発明の方法は、一般に溶媒を必要とせず、また好ましくは溶媒を加えることな く行われ、従って、一般には既に公知の前記H41drethの方法とは異なる 。しかし簡便法では種々の量のメタノール、エタノール、グリセリンが存在して もよく、これらが役に立つことさえもある。これらは実際には工程の副生成物で ある。エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、グリセリン等のグ リコール類は工程の初期に、溶媒量ではなく、比較的少量を活性化剤として加え ることができる。
揮発性の物質(特にメタノール)が工程中に発生する時は、それを効率よく除去 するために、本工程中に特に工程が完了に近づく時点で、場合によって、真空を 使用することがある。真空を使用すると製品の臭気をも改善できる。脂肪酸エス テルがトリグリセリドの場合は、メタノールの代りにグリセリンが工程中で生成 される。
触媒を触媒作用とその他の望ましい機能の両目的に使用して、最終生成物の構成 の一部とすることも可能である。従って本法は製法の単純化に有利であり、また 触媒が洗濯用洗剤としての機能に有用であることが知られている時には、特に有 益である。後になって生成物中で線状グルカミドを含有する粒子の水分散性等の 望ましい特性を修正するように機能することの出来る材料を、線状グルカミド生 成用の触媒として使用することは、これまで知られていなかったところである。
触媒または相転移剤が極めて水溶性、極めて分散性、またはグルカミドのクラフ ト点を下げる能力のある場合には、水分散性を特に向上させることができる。こ れは低温用または全温度用洗剤の製造には極めて望ましい。
従って本発明の新しい無溶媒法により、特異な粒状洗剤中間体、例えば線状グル カミド界面活性剤と触媒活性または相転移活性の材料との均質混合物を含む粒子 を作るという経済的に魅力的な選択を行なうことができる。
この様な粒子は容易に水中に分散され、追加の混合前処理工程を必要とせずに、 他の洗剤成分と直接乾燥混合出来るので、洗剤配合業者には有利となる。
本発明の方法は簡単であるために、国内においても、また海外においても、例え ば産業経済が発展途上にある地域においても非常に有用である。
本発明の方法は多くの別の実施態様を有する。従って多数の追加逐次工程を利用 することも出来る。この様な逐次工程の1つにおいてはある処理は次のように配 列された逐次工程からなる。(a)N−アルキルグルカミン、脂肪酸エステルお よび触媒を予備混合してペースト状とするか、または触媒濃度が最高の場合には 、粉末状混合を行なう。(b)ペーストまたは粉末を混合しながら前記温度に加 熱する。(C)上記温度で、上記反応時間の終了点まで反応を継続する。(d) 撹拌しながら冷却して粉末状生成物を生成する。場合によっては生成物を高温で 取り出し、板上で薄膜状に冷却し、後で粒状に処理することもできる。別の逐次 工程として次の工程がある。
すなわち(a)脂肪酸エステルを上記温度に予熱する。
(b)上記の温度でN−アルキルグルカミンを加え、二相の液体/液体混合物を 生成するのに必要な程度に混合する。(C)触媒と混合する。(d)上記の温度 で上記反応時間の終了点まで撹拌する。
さらに別の逐次工程では、下記の工程を実施する。
(a)N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルの固体/液体混合物を上記温度 に混合しながら予熱しN−アルキルグルカミンを溶融し、同時に最短時間で脂肪 酸エステルと混合する。(b)上記温度で撹拌しながら予備生成した生成物を加 える。予備生成した生成物は相転移用の線状グルカミド界面活性剤となり、同時 に触媒の一部となる。相転移剤および触媒の結合相として加えられた上記の予備 生成した生成物の全量は触媒を除く反応物の約2重量%〜約20重量%である。
(C)前記温度で、上記触媒濃度を得るのに充分な量の追加触媒を加える。
(d)反応時間の終了まで撹拌しながら反応を継続する。
この逐次工程に(e)として、溶融状態の工程(d)の生成物を追加の触媒と混 合し、線状グルカミド界面活性剤/アルカリ性洗剤用ビルダー混合物を生成する 工程を加えることができる。
実施例I N−メチルグルカミン(5,0g、0.0256mol 。
Aldrich社、AX#99922EW) 、ラウリン酸メチル(5,48g 、0.0256mal、Procter & Gamble社1295、品質コ ード925605)、および炭酸ナトリウム、無水粉末(全反応物の32.2重 量%、5.0g、0.0472mol 、J、T、Bake r社0ット番号B 12172)を50m1ビーカーに入れる。次に混合物を混ぜ合せてペースト状 にする。ビーカーをホットプレート上に置き加熱する。反応温度は8分後に12 5℃となる。反応温度を125℃と145℃との間に保つ。全反応時間14分が 経過後、ビーカーをホットプレートから取り除く。
TLC(後記参照)による分析の結果、この時点で工程の完了していることが分 かる。最終生成物は無色、無臭であり、冷却後は、物理的に硬質質ろう状である 。
実施例■ ラウリン酸メチルの代りに等モル量のミリスチン酸メチル(Aldrich社ロ ット#02022LP)を用いたことを除き、実施例工と同様の手順を繰り返す 。冷却後の反応からの生成物は粉末状に粉砕可能である。
実施例■ N−メチルグルカミン(15,0g、 0. 0768mo1.Aldrich 社のoットAX#99922EW)、ラウリン酸メチル(16,46g、0.0 768mol、Procter & Gamble社のCEI295)および無 水粉末状の炭酸ナトリウム(反応物総量の65.6重量%、60g、0.571 mal 、J、T。
Baker社のロット#B12172)を−緒にしてよく混合する。混合物は粘 稠性の粉末である。混合物を250m1のステンレス鋼製のビーカーに入れ、ビ ーカーを油浴中に入れる。電動式のステンレス鋼製の種型撹拌羽根を使用して、 混合物を撹拌する。最初は低い撹拌速度で粉末をビーカー内に保持する。油浴を 145℃に14分間加熱し、この温度に維持する。10分後には反応混合物は高 速で撹拌可能なスラリー状になる。この時点で反応の完了したことをTLCによ り判定する。冷却した生成物は粉末状に粉砕可能である。
実施例■ N−メチルグルカミン(25g、0.128mol、Aldrich社のロット AX#99922EW)を電動撹拌機およびステンレス鋼の撹拌軸と羽根を備え た2 00m lステンレス鋼製ビーカーに入れる。ビーカーを170℃(内部 温度は典型的には140℃乃至155℃である)に加熱した油浴中に入れる。次 にやし油脂肪酸メチルエステル(28,29g、0.128mal、Proct er & Gamble社のCE1270)を溶融したN−メチルグルカミンに 添加する。次にこの混合物を加熱し完全に液体の2相系を生成する。次にケイ酸 ナトリウム(反応物総量の31.9重量%、25g13KS−6)を撹拌しなが ら添加する。反応混合物を撹拌し、165℃で30分間加熱し、次いで冷却する 。
TLCにより反応が完了したことを判定する。
実施例V ケイ酸ナトリウムの代りに塩基性アルミノケイ酸ナトリウムを使用することを除 いて実施例■と同様の手順を繰り返し、また反応を45分間行う。この時点でT LCにより反応が完了したことを判定する。
実施例■ ケイ酸ナトリウムの代りにピロリン酸四ナトリウムを使用することを除き、実施 例■と同様の手順を繰り返す。
実施例■ N−メチルグルカミン(Aldrich社のM4700−0.99%、195g 、1mol)とやし油脂肪酸メチルエステル(Proct6r gzGamb  l e社のCE1270.220.9g、1.0mal )の混合物を溶融する 。溶融物が147℃に達したら、直ちに無水炭酸ナトリウムの粉末(J、T。
Baker社の3602−01.10.5g、2.5重量%)を添加する。この 時の反応時間を零とする。最初の10分間、最小真空度(0〜5インチHg真空 )において150℃で反応物を撹拌する。7分の導入期間が経過すると、急激に メタノールが発生ずる。次に加えられる真空により泡の高さを制御しながら、1 50℃で攪拌下に真空度を徐々に上昇させる。全反応時間18分経過後、真空度 は2フインチHgに達する。灰白色の溶融物を、61gの残渣を除いて、直ちに 高温(170℃)の無炭酸ナトリウムの粉末1142gに混ぜ合せる。高トルク の空気圧式駆動装置に取りつけた堅牢な単ループのこう解用ブレードを使用して 生成した混合物をこう解する。混合物を周囲の雰囲気中で徐冷(30分間)しな がら、烈しく耐えずこう解する。粘稠度は始めは非常に変化が少く、冷えるに従 い非常に大きく変化する。こう解により殆んどが直径3mm未満の粉末に砕かれ る。粉末物は壜詰めに十分な硬さになる。
薄層クロマトグラフィー(T L C)分析本発明の方法は、シリカゲルGFプ レート(Anaitech社)と容積比80 : 23 : 3のCHCl :  M e OH: N H40Hからなる溶剤系を用いるTLCにより監視する ことが可能である。溶剤フロントにおける変色をなくすために、プレートは使用 前に2:1のCHCl :MeOHで予備調整しておく。
分析の典型的手順としては、工程から採取した試料の5〜10重量%メタノール 溶液を準備する。プレートに溶液をスポットし、乾燥させ、さらに前記80 :  23 :3溶剤溶液で約10〜15分間処理する。プレートを処理室から取り 出し、加熱乾燥する。冷却しながらプレートをリンモリブデン酸10重量%溶液 に浸したのち乾燥する。次にスポットが明白になるまで5〜10分間プレートを 穏やかに加熱したホットプレート上におく。過熱するとプレートの変色、スポッ トの退色の原因となる。
リンモリブデン酸浸漬の代りに、ヨウ素置処理を用いることも出来るが、スポッ トの永続性が劣る。代表的なRF値は下記の通りである。
化 合 物 RF値 未反応N−メチル−D−グルカミン 0.0脂肪酸不純物 0.2 一般式(I)の化合物 0゜3 一般式(I)の化合物の脱水による 環状副生成物 0.5 エステルアミド副生成物 0.7 未反応脂肪酸エステル 0.9 補正書の翻訳文提出書(特許法第184条の8)平成 5 年 3 月 29日

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.線状グルカミド界面活性剤を製造するための改良された方法であって、N− アルキルグルカミン、脂肪酸エステル、ならびに、リン酸三リチウム、リン酸三 ナトリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸四ナトリウム、ピロリン酸四カリウ ム、トリポリリン酸五ナトリウム、トリポリリン酸五カリウム、炭酸リチウム、 炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酒石酸二ナトリウム、酒石酸二カリウム、酒石 酸ナトリウムカリウム、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、塩基性ケ イ酸ナトリウム、塩基性ケイ酸カリウム、塩基性アルミノケイ酸ナトリウム、塩 基性アルミノケイ酸カリウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される触 媒を反応させることを含んでなり、前記触媒を反応物の全量に対して10重量% 〜95重量%の量存在させる、方法。
  2. 2.前記触媒が、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムおよびそれらの混合物からなる 群から選択され、前記触媒の量が反応物の総量の50重量%〜80重量%であり 、下記の式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中Rはグルカミンのアルキル残基、R′は脂肪酸エステルの残基を表わす) の線状構造を有する化合物へのN−アルキルグルカミンの転化がN−アルキルグ ルカミンの70mol%以上であり、環状グルカミドまたはエステルアミド副生 成物へのN−アルキルグルカミンの転化が15mol%以下である、請求項1記 載の方法。
  3. 3.前記N−アルキルグルカミンが、重金属含有量20ppm以下および遊離糖 類含有量5重量%以下の工業用のN−アルキルグルカミンであり、また前記線状 構造のグルカミド界面活性剤へのN−アルキルグルカミンの転化が80mol% 以上および環状グルカミドまたはエステルアミド副生成物へのN−アルキルグル カミンの転化が10mol%以下である、請求項2記載の方法。
  4. 4.前記脂肪酸エステルが重金属含有量10ppm以下、遊離脂肪酸含有量5重 量%以下の工業用の脂肪酸エステルである、請求項3記載の方法。
  5. 5.前記N−アルキルグルカミン、脂肪酸エステルおよび触媒を5分間〜60分 間、120℃〜170℃の温度で混合物として非連続方式において反応させる、 請求項4記載の方法。
  6. 6.前記反応を、飽和脂肪酸アルコールポリエトキシレート、アルキルポリグリ コシド、線状グルカミド界面活性剤およびそれらの混合物からなる群から選択さ れる相転移剤の存在下で行う、請求項5記載の方法。
  7. 7.請求項5記載の方法であって、次の順序の逐次工程: (a)前記脂肪酸エステルを前記温度に予熱する工程と、 (b)前記温度で前記N−アルキルグルカミンを添加し、二相の液体/液体混合 物を生成するために必要な程度に混合する工程と、 (c)上記触媒中で混合する工程と、 (d)前記温度で、前記時間の終了まで撹拌する工程と を含んでなる、方法。
  8. 8.請求項6記載の方法であって、次の順序の逐次工程: (a)前記N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルの固体/液体混合物を混合 しながら前記温度に予熱することにより前記N−アルキルグルカミンを溶融し、 同時に実用上の最短時間で前記脂肪酸エステルと混合する工程と、 (b)前記温度において撹拌しながら予備生成したグルカミド生成物を加える工 程であって、前記予備生成した生成物が前記相転移剤として線状グルカミド界面 活性剤を供給し、同時に前記触媒の一部を供給し、かつ前記予備生成した生成物 の全量が触媒を除く反応物の2重量%〜20重量%である工程と、 (c)前記温度において、前記触媒濃度を得るのに十分な量の触媒を添加する工 程と、 (d)反応生成物を確保するために、前記時間の終了まで撹拌しながら反応を継 続する工程と、を含んでなる、方法。
  9. 9.前記N−アルキルグルカミン、脂肪酸エステル、および触媒を、0.5分間 〜10分間、160℃〜200℃の温度において、混合物として連続方式で反応 させる、請求項8記載方法。
  10. 10.工程(d)からの前記反応生成物を、大過剰量の前記触媒と溶融状態で混 合することにより、線状グルカミド界面活性剤/アルカリ性洗剤用ビルダーの混 合物を生成する工程(e) を更に含んでなる、請求項8記載の方法。
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