JP2000204102A - スルホアルキルを含む疎水性付与変性された水溶性セルロ―スエ―テル、それらの製造方法、およびエマルション塗料におけるそれらの使用 - Google Patents
スルホアルキルを含む疎水性付与変性された水溶性セルロ―スエ―テル、それらの製造方法、およびエマルション塗料におけるそれらの使用Info
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- C08L1/28—Alkyl ethers
Abstract
かつ擬似塑性を有するセルロース誘導体を得ることを目
的とする 【解決手段】 本発明は、無水グルコース単位あたり平
均0.001〜1.0個のアルキル基により置換され、
かつ無水グルコース単位あたり0.01〜0.1個のス
ルホアルキル基を有してなるヒドロキシアルキルセルロ
ースからなる群から選択された水溶性イオン系セルロー
スエーテル、それらの製造方法、および無水グルコース
単位あたり平均0.001〜1.0個のアルキル基によ
り置換され、かつ無水グルコース単位あたり0.01〜
0.4個のスルホアルキル基を有するヒドロキシアルキ
ルセルロースからなる群から選択された水溶性イオン系
セルロースエーテルのエマルション塗料における使用に
関する。
Description
明細書にその開示の一部として引用する独国優先特許出
願第19849442.4号(1998年10月27日
出願)に記載されている。本発明は、スルホアルキルを
含む、疎水性付与変性された水溶性セルロースエーテ
ル、それらの製造方法およびそれらの使用、並びにそれ
らの化合物を含んでなるエマルション塗料に関する。
ョン塗料は、顕著な擬似塑性を有する。このことは、刷
毛さばき、流動性および滴下に関して明らかに優位な、
より高いニュートンレオロジーを有する塗料を求める塗
装業者の要求するところと対照をなしている。増粘剤と
して長鎖アルキル基により疎水性付与変性されたセルロ
ースエーテルを使用することにより、あるいは従来のセ
ルロースエーテルを合成会合性増粘剤と組み合わせて使
用することにより、エマルション塗料中でより高いニュ
ートンレオロジーを確立することができる。
されたセルロースエーテルを含んでなる市販の増粘剤の
欠点は、エマルション塗料の増粘(bodying)が貯蔵時に
不当に高レベルになることである。エマルション塗料の
粘稠度が製造後に急激に増加し、1日の貯蔵で2倍を超
えることもある。このために、塗料製造業者が塗料の粘
稠度を慎重に調節し、監視し難くなっている。もう一つ
の欠点は、疎水性付与変性されたセルロースエーテルの
水溶性が、低い置換度にあっても急激に低下してしまう
ことである。
シメチル基をさらに導入することにより、疎水性付与変
性されたセルロースエーテルの溶解性を改良する試みが
なされている。しかし、カルボキシメチル基のpHに対
する感度において不利である。すなわち、カルボキシメ
チル基は弱酸領域でもプロトン化され、そのためにカル
ボキシメチル基自体が疎水性を示す。カルボキシメチル
基は2価イオン、例えばカルシウムイオン、に対しても
敏感である。しかし、カルシウム化合物は、水性エマル
ション塗料では充填材として頻繁に使用される。
G. Cikは、Chem. Papers 50(2), 101 (1996)において、
疎水性付与変性されたスルホエチルセルロースを開示し
ている。しかし、これらの化合物では、他の置換基が存
在しないために、高度に置換する必要がある。これらの
化合物は、低い重合度でのみ水溶性であり、エマルショ
ン塗料用には好ましくない発泡の傾向が強い。
アルキル鎖を使用して疎水性付与変性されたスルホアル
キル化セルロースエーテルを記載しており、これらのエ
ーテルも同様に界面活性剤作用が高く、化粧品処方に増
粘剤として使用されている。これらの化合物に関して、
スルホアルキル化度0.1〜1が特許請求の範囲に記載
されている。
用した場合に疎水性付与変性していないセルロースエー
テルの塗料に匹敵する最小限の塗料増粘しか引き起こさ
ず、同時に、ローラーで塗布した場合に塗料の非滴下特
性を長鎖アルキル基を使用して疎水性付与変性された市
販のセルロースエーテルの塗料と同程度に改善する、疎
水性付与変性された水溶性セルロース誘導体を提供する
ことである。本発明はまた、エマルション塗料に使用し
た場合に比較的低い塗料粘度でも非滴下特性が大幅に改
良され、同時に、塗料を(ブラシまたはローラー等によ
り)容易に塗り広げられる様にするセルロース誘導体を
提供することも意図している。その上、このエマルショ
ン塗料は良好な耐摩耗性有していなければならない。
位あたり平均0.001〜1.0個、好ましくは0.0
01〜0.2個、のアルキル基により置換され、かつ無
水グルコース単位あたり0.01〜0.1個のスルホア
ルキル基を有してなるヒドロキシアルキルセルロースか
らなる群から選択された水溶性イオン系セルロースエー
テルが提供される。
するセルロースエーテルである。 [C6H7O2(OR1)(OR2)(OR3)]m (式中、C6H7O2は無水グルコース単位であり、mは
50〜3000、特に100〜1000であり、R1、
R2およびR3は、互いに独立して、次式のポリアルキレ
ンオキシド鎖であり、
CH2−CH2−SO3YまたはCH2−CHOH−CH2
SO3Yであり、n=4〜20であり、Y=H、Naま
たはKであり、p、qおよびrは、R1、R2およびR3
中で互いに独立して、それぞれ0〜4の値を取ることが
でき、無水グルコース単位あたりのR1、R2およびR3
全てについて加えた(p+q+r)の総計が平均で1.
3より大きく、かつ4.5未満、好ましくは1.5〜
3.0であり、ポリアルキレンオキシド鎖中のオキシア
ルキレン単位の配列は任意であり、無水グルコース単位
あたりの疎水性付与変性された基の平均数(DS H
M)が0.001〜0.2、好ましくは0.01〜0.
04であり、無水グルコース単位あたりのスルホアルキ
ル基の平均数が0.01〜0.1、好ましくは0.01
〜0.09である。スルホアルキル基は好ましくはスル
ホエチル基である)。
基触媒存在下、アルキレンオキシドからなる群から選択
されたエーテル化剤によりエーテル化し、更にハロゲン
化アルキルまたはアルキルグリシジルエーテルおよびス
ルホネートにより、エーテル化するか、またはヒドロキ
シアルキルセルロースからなる群から選択されたエーテ
ルを、ハロゲン化アルキルまたはアルキルグリシジルエ
ーテルおよびスルホネートにより、塩基触媒存在下、エ
ーテル化することにより、好ましくは A)セルロースを、塩基触媒存在下、好ましくは懸濁液
媒体中で、エチレンオキシド、プロピレンオキシドおよ
び/またはグリシジルアルコールおよびハロゲン化アル
キルまたはアルキレンオキシドまたはアルキルグリシジ
ルエーテルおよびアルケニルスルホネートまたはクロロ
アルキルスルホネートを用いて、エーテル化することに
より、または B)ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピル
セルロース、ジヒドロキシプロピルセルロースまたは2
個以上の該ヒドロキシアルキル置換基を有するセルロー
スエーテルを、ハロゲン化アルキルまたはアルキレンオ
キシドまたはアルキルグリシジルエーテルおよびアルケ
ニルスルホネートまたはクロロアルキルスルホネートに
より、塩基触媒存在下、好ましくは懸濁液媒体中で、エ
ーテル化することにより、本発明によるセルロースエー
テルを製造する方法が提供される。
たはケトン(例えばイソプロパノール、tert−ブタ
ノールまたはアセトン)を、セルロースに対する重量比
3:1〜30:1、好ましくは8:1〜15:1で使用
するのが好ましい。塩基としては、アルカリ金属水酸化
物、特に水酸化ナトリウム、の水溶液を使用するのが一
般的である。塩基対無水グルコース単位のモル比は、使
用する炭水化物(誘導体)により決定される。セルロー
スを使用する場合(方法A)、このモル比は好ましくは
1.0〜1.5であり、すでにエーテル化されている物
質では(方法B)、無水グルコース単位あたり塩基0.
1〜1.0モルであることが好ましい。
位あたり水5〜30モルであることが好ましく、特に好
ましくは10〜20モルである。
後、セルロースを加え、そのバッチを水性塩基でアルカ
リ性にし、十分に均質化し、加熱せずに、所望により冷
却しながら、好ましくは0.5〜2時間攪拌する。続い
て、エーテル化試薬(エポキシアルカン、アルキルグリ
シジルエーテルおよび/またはハロゲン化アルキルおよ
びスルホン酸誘導体)を、一度に、または順次加える。
次いで、バッチを好ましくは温度60〜120℃、特に
好ましくは80〜100℃に、好ましくは2〜6時間加
熱する。冷却後、このバッチを酸、好ましくは塩酸、硝
酸および/または酢酸、により好ましくはpH6〜8に
中和する。懸濁液媒体をデカンテーションまたは濾過に
より除去する。好ましくは10〜50重量%の水を含む
水性アルコールまたはケトン(特にイソプロパノール、
エタノールおよびアセトン)で抽出することにより、粗
製セルロース混合エーテルを、付着している副生成物、
例えばポリグリコール、グリコールエーテルおよび塩、
から分離することができる。減圧または大気圧下、50
〜120℃で乾燥させた後、所望のセルロース混合エー
テルが無色または僅かに黄色の粉末として得られる。
ーテルの望ましい重合度は、その製造の前または最中
に、ペルオキソ化合物、例えば過酸化水素、またはペル
オキソ二硫酸塩または他の酸化剤(例えば塩化ナトリウ
ム)を加えることにより、達成することができる。これ
らの分子量低減方法およびそれぞれの工業的手順は公知
技術である(T.M. Greenway の「Cellulosic Polymers, B
lends and Composites」、R.D. Gilbert編集、Carl Hans
er Verlag, Munich, 1994, p.178 以降)。
製造に好適な反応装置としては、例えば攪拌容器、ミキ
サーおよび混練装置がある。原則的に、非疎水性置換基
を有するセルロース誘導体の製造に一般的に使用されて
いる、セルロースまたは水溶性セルロースエーテルを非
疎水性試薬と十分に混合できる、すべての装置を使用す
ることができる。
位あたり平均0.001〜1.0個のアルキル基により
置換され、かつ無水グルコース単位あたり0.01〜
0.4個のスルホアルキル基を有してなるヒドロキシア
ルキルセルロースからなる群から選択された水溶性イオ
ン系セルロースエーテルのエマルション塗料における使
用、および無水グルコース単位あたり平均0.001〜
1.0個のアルキル基により置換され、かつ無水グルコ
ース単位あたり0.01〜0.4個のスルホアルキル基
を有してなるヒドロキシアルキルセルロースからなる群
から選択された水溶性イオン系セルロースエーテルを含
んでなるエマルション塗料が提供される。
説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものでは
ない。
(C15〜C17)アルキルグリシジルエーテル(商品名Gr
ilonit RV 1814)である。馬蹄形攪拌機(anchor stirre
r)を備えた2リットルのガラス製反応器中で、事実上無
水のイソプロパノール中に、細かく粉砕した松材パルプ
を分散させる。不活性化(排気および窒素掃気)の後、
攪拌しながら、25℃で、49.5%濃度の水酸化ナト
リウム溶液および水を加える。この混合物を25℃で6
0分間、アルカリ性にする。エチレンオキシドを導入
し、温度を40℃に1時間、次いで80℃に1時間保持
する。次いで、約80℃で、所望量のアルキルグリシジ
ルエーテルをイソプロパノール20gに溶解させた溶液
を加え、エーテル化を80℃で2時間行なう。28.3
%濃度のビニルスルホン酸ナトリウム(NaVSO3)
水溶液を加え、混合物を80℃で2〜3時間反応させ
る。室温に冷却した後、この混合物を約20%濃度の塩
酸で中和する。生成物を吸引濾過し、80%濃度の水性
アセトンで、塩含有量<0.5%に洗浄し、75℃で乾
燥させる。使用量および得られた疎水性付与変性された
ヒドロキシエチルスルホエチルセルロースの置換度は表
1に示される通りである。
は、手順は例1と同様である。使用量および得られた疎
水性付与変性されたヒドロキシエチルスルホエチルセル
ロースの置換度は表2に示される通りである。
と同様である。使用量および得られた疎水性付与変性さ
れたヒドロキシエチルスルホエチルセルロースの置換度
は表3に示される通りである。
キルグリシジルエーテルによるエーテル化に続いて少量
の3%濃度の過酸化水素溶液を加えた後、温度を80℃
に15分間保持する。その後、ビニルスルホン酸ナトリ
ウムを加える。使用量および得られた疎水性付与変性さ
れたヒドロキシエチルスルホエチルセルロースの置換度
は表4に示される通りである。
Nagase Chemicals Ltd. 、大阪から市販のフェニルエト
キシレートのグリシジルエーテル(5エチレンオキシド
単位)(商品名Denacol EX-145)である。使用量および
得られた疎水性付与変性されたヒドロキシエチルスルホ
エチルセルロースの置換度は表5に示される通りであ
る。
Nagase Chemicals Ltd. 、大阪から市販のラウリルエト
キシレートのグリシジルエーテル(15エチレンオキシ
ド単位を有するC12アルキル)(商品名Denacol EX-17
1)である。 使用量および得られた疎水性付与変性さ
れたヒドロキシエチルスルホエチルセルロースの置換度
は表6に示される通りである。
剤は、tert−ブタノールとイソプロパノールの混合
物である。使用量および得られた疎水性付与変性された
ヒドロキシエチルスルホエチルセルロースの置換度は表
7に示される通りである。
粘剤として各種のエマルション塗料中に配合し、それら
の作用を先行技術の増粘剤と比較する。サテン仕上げ塗
料の処方で、塗料のレオロジー、安定性、光沢および塗
布特性を試験する。処方組成物は下記の通りである。
に、下記の先行技術の増粘剤を使用する。増粘剤の粘度
(mPa・s) はすべて、2%濃度水溶液中、20℃で、DI
N53015によるHoepplerの落球粘度計で測定した。
チルセルロース、粘度6000mPa・s、2%濃度 試料F:5重量部の、ヒドロキシエチルセルロース、粘
度6000mPa・s 、2%濃度 試料G:5重量部の、長鎖アルキル基を有するヒドロキ
シエチルセルロース、粘度6000mPa・s 、2%濃度 試料H:5重量部の、ヒドロキシエチルセルロース、粘
度6000mPa・s 、2%濃度+5重量%のポリウレタン
増粘剤RAcrysol RM 2020
後、塗料粘度をBrookfieldレオメーター(スピンドル
6、10分-1および100分-1、23℃)を使用して測
定する。100分-1および10分-1における粘度から得
た比を、擬似塑性の尺度として使用することができる。
この値が高い程、擬似塑性が低く、理想的なニュートン
挙動に近くなる。
料A〜D)が、従来のセルロースエーテル(試料Eおよ
びF)および疎水性付与変性されたセルロースエーテル
(試料G)および増粘剤の組合せ(試料H)と比較し
て、増粘の程度が低いことを示している。エマルション
塗料の製造から1日のエージング期間に続いて、塗料を
ブラシで塗布し、刷毛さばき、および塗布された塗料の
外観を採点尺度に従って査定する(評価基準参照)。
査定するために、ローラーを使用する塗料の塗布を再現
する下記の試験を行なう。調整した塗料ローラーに限定
量(35ml)のエマルション塗料を付け、モーター駆動
する往復運動により、この分野で一般的なペイントスト
リッパーグリッドの上にロール塗りする。ローラーを押
し付ける圧力は一定に維持する。長方形グリッドを支持
するのに使用する皿の底には、黒色のカードがある。そ
の上に滴下する塗料を、それらの回数および面積の広が
りに関して目視により比較し、決められた採点尺度に従
って査定する(評価基準参照)。乾燥した塗料被膜の光
沢を、反射率計を使用し、角度60°で測定する。
各種増粘剤の耐洗浄性を試験する。 重量部 成分 290 水 1 保存剤(RMergal K9N)、Riedel de Haen GmbH, DE から 10 ポリホスフェート(10%濃度RCalgon N)、BK Giulini GmbH, DE から 3 分散剤(RMowiplus XW330) 、Clariant GmbH, DE から 2 消泡剤(RTego Foamex KS6)、Tego Chemie GmbH, DEから 5 増粘剤 80 二酸化チタン(RBayertitan RKB-2) 、Bayer AG, DEから 200 充填材(CaCO3、ROmyacarb 5 GU) 、Omya GmbH, DEから 200 充填材(CaCO3、ROmyacarb 2 GU) 、Omya GmbH, DEから 30 充填材(マイカ、RPlastorit 000) 、Luzenac Group, F から 50 充填材(カオリン、RChina Clay Grade B)、ECC International,GB から 1 水酸化ナトリウム(10%濃度) 120 アクリレート分散液(RMowilith LDM 7712)、Clariant GmbH, DE から 8 被膜形成剤、ブチルジグリコールアセテート 1000
に、下記の先行技術の増粘剤を使用する。増粘剤の粘度
(mPa・s) はすべて、2%濃度水溶液中、20℃で、DI
N53015によるHoepplerの落球粘度計で測定した。
度30,000mPa・s/2%濃度 試料E:メチルヒドロキシエチルセルロース、粘度3
0,000mPa・s/2%濃度 試料F:長鎖アルキル基を有するヒドロキシエチルセル
ロース、粘度6000mPa・s 、2%濃度
に、被膜吸引装置を使用し、乾燥被膜厚100μmの塗
料被膜を吸引する。耐洗浄性は、DIN 53778
Part2により、23℃/50%相対湿度で28日間調整
した後に行なう。
際に塗料の増粘が少なく、長鎖アルキル基を使用して疎
水性付与変性されたセルロースエーテルの擬似塑性と比
較してはるかに低い擬似塑性を有する。疎水性付与変性
されていないセルロースエーテルと比較して、本発明の
セルロース誘導体は、エマルション塗料の滴下が大幅に
減少している。光沢および流動性に関して優位性は明ら
かである。水溶性のスルホエチル基を導入しているにも
関わらず、仕上がったエマルション塗料の良好な耐洗浄
性が維持されている。従来のセルロースエーテルと合成
ポリウレタン増粘剤の組合せと比較して、増粘剤濃度を
下げた塗料を製造し、所望の塗料粘稠性を達成すること
ができる。
Claims (10)
- 【請求項1】無水グルコース単位あたり平均0.001
〜1.0個のアルキル基により置換され、かつ無水グル
コース単位あたり0.01〜0.1個のスルホアルキル
基を有してなるヒドロキシアルキルセルロースからなる
群から選択される、水溶性イオン系セルロースエーテ
ル。 - 【請求項2】無水グルコース単位あたりのアルキル基の
平均数が0.001〜0.2個である、請求項1に記載
のセルロースエーテル。 - 【請求項3】下式を有する、請求項1または2に記載の
セルロースエーテル: [C6H7O2(OR1)(OR2)(OR3)]m (式中、C6H7O2は無水グルコース単位であり、mは
50〜3000であり、R1、R2およびR3は、互いに
独立して、次式のポリアルキレンオキシド鎖であり、 【化1】 式中、X=H、CnH2n+1、CnH2n+1O、CH2−CH2
−SO3YまたはCH2−CHOH−CH2SO3Yであ
り、n=4〜20であり、Y=H、NaまたはKであ
り、p、qおよびrは、R1、R2およびR3中で互いに
独立して、それぞれ0〜4の値を取ることができ、無水
グルコース単位あたりのR1、R2およびR3全てについ
て加えた(p+q+r)の総計が平均で1.3より大き
く、かつ4.5未満であり、ポリアルキレンオキシド鎖
中のオキシアルキレン単位の配列は任意であり、無水グ
ルコース単位あたりの疎水性付与変性された基の平均数
(DS HM)が0.001〜0.2であり、無水グル
コース単位あたりのスルホアルキル基の平均数が0.0
1〜0.1である)。 - 【請求項4】無水グルコース単位あたりの疎水性付与変
性された基の平均数(DS HM)が0.01〜0.0
4である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセルロ
ースエーテル。 - 【請求項5】無水グルコース単位あたりのスルホアルキ
ル基の平均数が0.01〜0.09である、請求項1〜
4のいずれか一項に記載のセルロースエーテル。 - 【請求項6】スルホアルキル基がスルホエチル基であ
る、請求項1〜5のいずれか一項に記載のセルロースエ
ーテル。 - 【請求項7】請求項1〜6のいずれか一項に記載のセル
ロースエーテルの製造方法であって、セルロースを、塩
基触媒存在下、アルキレンオキシドからなる群から選択
されたエーテル化剤によりエーテル化し、更にハロゲン
化アルキルまたはアルキルグリシジルエーテルおよびス
ルホネートにより、エーテル化することを含んでなる、
方法。 - 【請求項8】請求項1〜6のいずれか一項に記載のセル
ロースエーテルの製造方法であって、ヒドロキシアルキ
ルセルロースからなる群から選択されたセルロースエー
テルを、ハロゲン化アルキルまたはアルキルグリシジル
エーテルおよびスルホネートにより、塩基触媒存在下、
エーテル化することを含んでなる、方法。 - 【請求項9】無水グルコース単位あたり平均0.001
〜1.0個のアルキル基により置換され、かつ無水グル
コース単位あたり0.01〜0.4個のスルホアルキル
基を有してなるヒドロキシアルキルセルロースからなる
群から選択された水溶性イオン系セルロースエーテル
の、エマルション塗料における使用。 - 【請求項10】無水グルコース単位あたり平均0.00
1〜1.0個のアルキル基により置換され、かつ無水グ
ルコース単位あたり0.01〜0.4個のスルホアルキ
ル基を有してなるヒドロキシアルキルセルロースからな
る群から選択された一種以上の水溶性イオン系セルロー
スエーテルを含んでなる、エマルション塗料。
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