JP2006083381A - 高pH水性系のための増粘剤 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、高いpHにおいて良好な安定性及び有利な流動学的性質を有するレオロジー変性ポリマーの必要性を提供する。
【解決手段】少なくとも10のpHを有し、且つ(メタ)アクリル酸残基2.5%〜65%と、(メタ)アクリル酸(C−C)アルキル残基10%〜80%と、親油性変性(メタ)アクリル酸塩残基2%〜25%と、エステル又はアミド官能性を有していない架橋剤の残基とからなる少なくとも1種の架橋されたコポリマーを0.1%〜5%含有する水性組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、高いpHを有し、かつレオロジー変性ポリマーを有する水性系に関する。
レオロジー変性剤は、例えばシャンプーをはじめとする水性洗浄剤製品において、より高い剪断速度では製品の流動性を維持する一方、低い剪断速度では粘度を高めるために使用される。さらに、レオロジー変性剤は、水性相に分散した粒状物質又はビーズの効果的な熱老化安定性懸濁液を提供することができる。ビニルモノマーから調製される様々なコポリマー増粘剤が、この目的のために使用されている。例えば、米国特許出願公開第2004/0063855号には、メタクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリル酸及びメタクリル酸ステアリルオキシポリ(エチレンオキシ)20エチルのアクリルエマルジョンポリマーが開示されている。しかし、かかる増粘剤は、中性に近いpH値を有する消費製品に使用することを目的とする。これに対して、工業用洗浄剤組成物、及びある種のパーソナルケア製品は、少なくとも10のpH値を有し得る。
米国特許出願公開第2004/0063855号明細書
本発明が取り扱う問題は、高いpHにおいて良好な安定性及び有利な流動学的性質を有するレオロジー変性ポリマーの必要性である。
本発明は、少なくとも10のpHを有し、及び(メタ)アクリル酸残基2.5%〜65%と、(メタ)アクリル酸(C−C)アルキル残基10%〜80%と、親油性に変性された(メタ)アクリレート残基2%〜25%と、エステル又はアミド官能性を有していない架橋剤の残基とを含む少なくとも1種の架橋されたコポリマーを0.1%〜5%含有する、水性組成物を提供する。
パーセントは、特に他に明記しない限りは全組成物を基準とした重量パーセントである。本明細書で使用する場合、用語「(メタ)アクリル」は、アクリル又はメタクリルを示し、及び「(メタ)アクリレート」はアクリレート又はメタクリレートを示す。用語「アクリルポリマー」は、アクリルモノマー、すなわちアクリル酸(AA)、メタクリル酸(MAA)及びこれらのエステルのポリマー、並びに少なくとも50%のアクリルモノマーを含むコポリマーを示す。AA及びMAAのエステルとしては、これらに限定されないが、メタクリル酸メチル(MMA)、メタクリル酸エチル(EMA)、メタクリル酸ブチル(BMA)、メタクリル酸ヒドロキシエチル(HEMA)、アクリル酸メチル(MA)、アクリル酸エチル(EA)、アクリル酸ブチル(BA)、アクリル酸エチルヘキシル(EHA)及びアクリル酸ヒドロキシエチル(HEA)、並びにその他のAA若しくはMAAのアルキルエステル、例えば以下に記載の親油性に変性されたモノマーが挙げられる。アクリルポリマーは、(メタ)アクリル酸又は(メタ)アクリレートモノマーから誘導されるモノマー残基を、好ましくは少なくとも75%、さらに好ましくは少なくとも90%、さらに好ましくは少なくとも95%、最も好ましくは少なくとも98%含有する。用語「ビニルモノマー」は、付加重合に好適であり、かつ1つの重合可能な炭素−炭素二重結合を含有するモノマーを示す。
本発明に従って使用される親油性に変性されたコポリマーは、親油性に変性された(メタ)アクリレート残基を含有し、該残基のそれぞれは1個又は複数個の親油性基を含有していてもよい。一実施形態によれば、かかる基は、好適には、同じコポリマー成分中に存在し、かつ親水性鎖、例えばポリオキシエチレン鎖に結合される。別の実施形態によれば、該コポリマーは、ポリマーをその他のビニル含有構成要素と共重合させてポリマーの性質を変化させるか又は改良するために使用し得るビニル基を含有していてもよい。あるいは、別の共重合系を使用してもよい。重合性基は、親油性基に直接に結合されていてもよいし、又は間接的に、例えば1個又はそれ以上の、例えば最大で60個、好ましくは最大で40個の水溶性の連結基、例えば−CH[R]CHO−又は−CH[R]CHNH−基(式中、Rは水素又はメチルである)を介して結合されていてもよい。あるいは、重合性基は、親油性基に、親水性成分、例えばポリオキシエチレンと、不飽和基含有ウレタン化合物との反応によって結合されてもよい。1個又は複数個の親油性変性基の分子量は、コポリマー中に必要な最小親油性含有量を得るために、及び好ましくは広い範囲の系において満足できる性能のために、かかる基の数と共に選択されることが好ましい。
本発明に有用なコポリマー中の親油性に変性された成分の量は、好ましくは少なくとも5%、さらに好ましくは少なくとも10%、最も好ましくは少なくとも16%であり、及び20%以下であることが好ましい。
親油性変性基それ自体は、直鎖の飽和アルキル基であることが好ましいが、少なくとも6個、最大で30個の炭素原子を有するアラルキル基又はアルキル炭素環式基、例えばアルキルフェニル基であってもよい(しかし、分岐鎖の基を考慮してもよい)。アルキル基は、合成起源のもの又は天然起源のものの何れであってもよく、特に後者の場合には、ある一定の範囲の鎖長を含有し得ることが理解される。例えば、天然起源のステアリン酸は、市販の純粋な品質のものでさえ、約90%のみのステアリン酸鎖、最大で約7%のパルミチン酸鎖及びある割合のその他の鎖を含有する場合があり、またより低い品質の製品は実質的に、より少量のステアリン酸を含有する場合がある。本明細書では、かかる基の鎖長の基準は、鎖の50%を越え、好ましくは75%を越えて存在する主たる鎖長であることを意図とする。
親油性変性基の鎖長は最小限にされ、かつアルキル鎖長、又は主たる鎖長が、炭素原子が好ましくは25個未満、さらに好ましくは8〜22個、最も好ましくは10〜18個であることが、本発明の重要な補足的な特徴である。親油性に変性されたコポリマーの親水性成分は、好適にはポリオキシエチレン成分であってよく、該ポリオキシエチレン成分は、少なくとも2個、好ましくは少なくとも5個、さらに好ましくは少なくとも10個、及び最大で60個、好ましくは最大で40個、さらに好ましくは最大で30個のエチレンオキシド単位を有する少なくとも1個の鎖を含有することが好ましい。かかる成分は、通常は、複数の鎖長の混合物中で生成される。
本発明において使用するコポリマー中の(メタ)アクリル酸(C−C)アルキル残基は、好ましくは(メタ)アクリル酸(C−C)アルキル残基、最も好ましくはEAである。(メタ)アクリル酸(C−C)アルキル残基の量は、好ましくは少なくとも20%、さらに好ましくは少なくとも30%、さらに好ましくは少なくとも40%、最も好ましくは少なくとも50%である。(メタ)アクリル酸(C−C)アルキル残基の量は、好ましくは70%以下、さらに好ましくは65%以下、最も好ましくは60%以下である。本発明において使用するコポリマー中の(メタ)アクリル酸残基の量は、好ましくは少なくとも15%、さらに好ましくは少なくとも17.5%、さらに好ましくは少なくとも20%、最も好ましくは少なくとも25%である。(メタ)アクリル酸残基の量は、好ましくは65%以下、さらに好ましくは50%以下、さらに好ましくは40%以下、最も好ましくは35%以下である。(メタ)アクリル酸残基は、(メタ)アクリル酸、又は重合性ビニル基を有する(メタ)アクリル酸オリゴマーの何れかを、使用するモノマー混合物中に含有させることによってコポリマー中に導入されてコポリマーを生成する。コポリマーは、アクリル酸から誘導される残基を好ましくは30%以下、さらに好ましくは27.5%以下、さらに好ましくは25%以下、最も好ましくは22%以下の量で含有する。コポリマーは、アクリル酸から誘導される残基を好ましくは少なくとも2.5%、さらに好ましくは少なくとも5%、さらに好ましくは少なくとも7.5%、さらに好ましくは少なくとも10%、最も好ましくは少なくとも15%の量で含有する。
また、任意に、コポリマーは、好ましくはヒドロキシル官能性、カルボン酸官能性又はスルホン酸官能性を有する親水性のコモノマーを2%〜25%、好ましくは5%〜20%含有する。親水性のコモノマーの例としては、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA又はHEA)、イタコン酸及びアクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸が挙げられる。
本発明の水性組成物は、少なくとも1種のコポリマーを0.5%〜5%含有する。すなわち、コポリマー(群)の合計量はこの範囲内にある。水性組成物中のコポリマーの量は、好ましくは少なくとも0.75%、さらに好ましくは少なくとも1%、最も好ましくは少なくとも1.25%である。水性組成物中のコポリマーの量は、好ましくは4%以下、さらに好ましくは3%以下、最も好ましくは2.5%以下である。コポリマーはアクリルポリマーであることが好ましい。水性分散物又は乾燥形態のコポリマーは、増粘させるために水性系中に混合されることができ、次いで必要ならば好適な酸性又は塩基性物質が加えられてもよい。
水性組成物のpHは、少なくとも10.5であることが好ましい。本発明の一実施形態において、pHは少なくとも11である。pHは、好ましくは14以下、さらに好ましくは13以下である。本発明の一実施形態において、pHは12以下である。
本発明の水性組成物は、少なくとも1種の界面活性剤を0.5%〜25%含有することが好ましい。すなわち、界面活性剤(群)の合計量はこの範囲内にある。本発明の水性組成物は、少なくとも1種の界面活性剤を少なくとも1%含有することが好ましい。水性組成物は、少なくとも1種の界面活性剤を好ましくは10%以下、さらに好ましくは4%以下、最も好ましくは2.5%以下含有する。
界面活性剤(群)は、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸塩又はリン酸塩可溶性基を特徴とする陰イオン性界面活性剤、及びアミド又はヒドロキシル基、又はエチレンオキシド鎖を特徴とする非イオン性界面活性剤の群の中から選択されることが好ましい。陽イオン性、両性又は両性イオン性界面活性剤もまた、あるいはかわりに使用してもよいが、ただし、これらが増粘性コポリマー及び本発明で必要な量の水性系のその他の成分と相溶性であることを条件とする。アミン又はアンモニウム可溶性基を特徴とする陽イオン性界面活性剤、及び/又は陰イオン性又は陽イオン性の可溶性基の組合せを特徴とする両性界面活性剤を選択してもよい。本発明の実施において使用される好ましい界面活性剤は、C〜C18脂肪酸又はそれらの水溶性塩、C〜C18アルコールの水溶性硫酸塩、スルホン化アルキルアリール化合物、例えばドデシルベンゼンスルホン酸塩、アルキルフェノキシポリエトキシエタノール、例えばC〜C18アルキル基と9〜40個又はそれ以上のオキシエチレン単位を有するアルキルフェノキシポリエトキシエタノール、長鎖カルボン酸(例えばラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸又はオレイン酸)のエチレンオキシド誘導体、長鎖アルコール(例えばラウリルアルコール又はセチルアルコール)のエチレンオキシド誘導体、アルカノールアミド及びポリグルコシド、例えばアルキルポリグルコシド、中から選択し得る。好適な陽イオン性界面活性剤は、例えば、ラウリルピリジニウムクロリド、オクチルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド及び第一級脂肪酸アミンのエチレンオキシド縮合生成物であり得る。
本発明の組成物は、任意に、その他の成分、例えば、塩類、補助レオロジー変性剤(例えば、Laponite(商標)クレー、セルロース系誘導体、カラギーナン、キサンタン、その他のアクリル又はウレタンレオロジー変性剤)、有機又は無機粒子(例えば、研磨剤、ビーズ、雲母、カプセル化オイルビーズ)、分散液、分散剤、殺生物剤、酵素、漂白剤、保湿剤、芳香剤、染料、チオグリコール酸等を含有していてもよい。
本発明のコポリマーは架橋される、すなわち架橋剤、例えば2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーが、重合過程において、コポリマー成分と共に含有される。架橋剤は、エステル又はアミド官能性を有していないものである。このようなモノマーの好ましい例としては、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、テトラアリルペンタエリスリトール、トリアリルペンタエリスリトール、ジアリルペンタエリスリトール及びアリルスクロースが挙げられる。ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパンジアリルエーテル(TMPDE)及びテトラアリルペンタエリスリトールが特に好ましい。ポリマー中の架橋剤残基の量は、コポリマー成分の重量に基づいて、典型的には少なくとも0.01%、好ましくは少なくとも0.1%である。ポリマー中の架橋剤残基の量は、好ましくは2.5%以下、さらに好ましくは2.2%以下である。架橋剤が二官能価(例えばジビニルベンゼン)である本発明の一実施形態においては、ポリマー中の架橋剤残基の量は、好ましくは少なくとも0.5%、さらに好ましくは少なくとも1%、最も好ましくは少なくとも1.5%である。架橋剤が二官能価よりも大きい本発明の別の実施形態においては、ポリマー中の架橋剤残基の量は、好ましくは1.0%以下、さらに好ましくは0.5%以下である。エステル基又はアミド基を含有する別の架橋剤の追加の残基が存在してもよい。
本発明の一実施形態においては、コポリマーは、架橋剤を使用する場合には、連鎖移動剤の存在下で調製される。好適な連鎖移動剤の例は、四塩化炭素、ブロモホルム、ブロモトリクロロメタン、及びメルカプト基を有する化合物、例えば3−メルカプトプロピオン酸又は長鎖アルキルメルカプタン及びチオエステル、例えばドデシル−、オクチル−、テトラデシル−又はヘキサデシル−メルカプタンあるいはチオグリコール酸ブチル、イソオクチル又はドデシルである。使用する場合には、連鎖移動剤の量は、コポリマー成分の重量に基づいて典型的には0.01%〜5%、好ましくは0.1%〜1%である。架橋剤が連鎖移動剤と併用される場合には(これは重合の目的とは対立する操作である)、極めて優れた効率が認められるばかりではなく、高められた生成物の透明性によって証明されるように、親水性界面活性剤と極めて高い相溶性も認められる。
レオロジー変性剤は、酸性pHでの公知の水性又は逆乳化法、中性pHでの逆乳化重合、を使用して、又は沈殿重合法又は溶液重合法を使用してモノマーを共重合させることによって調製され得る。かかる方法においては、当該技術で公知の任意のその他の好適な添加剤、例えば、フリーラジカル開始剤、例えばペルオキシ化合物又はジアゾ化合物、及び任意に連鎖移動剤を使用してもよい。好適なペルオキシ化合物は、過酸化物、ヒドロペルオキシド、過硫酸塩又は有機過酸化物であってもよく、開始剤の好適な量は、コポリマーの成分の重量で0.01%〜3%であり得る。共重合温度は、典型的には25℃〜92℃、さらに好ましくは60℃〜90℃である。コポリマーエマルジョンは、濾過することによって回収され得、コポリマーは、所望ならば、スプレー乾燥又は凝固によって乾燥形態で提供され得る。米国特許第4,384,096号、第4,663,385号、第4,429,097号及び第4,514,552号が、好適な共重合及び回収法、並びに好適なモノマー及び添加剤のさらなる一般的及び具体的詳細のための参照となり得る。非架橋の親油性に変性されたコポリマーの分子量は、典型的には約100,000〜1,000,000の範囲内にある。
該コポリマーが有用である具体的な水性組成物は、ハードサーフェイス用クリーナーである。ハードサーフェイス用クリーナーの典型的な成分としては、前記のコポリマー増粘剤及び界面活性剤に加えて、10〜13のpHを得るのに十分な量の塩基、並びに任意成分、例えば0.25〜5%の電解質、1〜10%のグリコール、及び0.5〜5%のケイ酸塩、例えば、ケイ酸カリウム又はナトリウムあるいはメタケイ酸塩が挙げられる。典型的には、使用される界面活性剤は、非イオン性界面活性剤又は陰イオン性界面活性剤、あるいはこの両者の混合物の何れかである。コポリマーはまた、研磨ハードサーフェイス用クリーナーに使用されることができ、これは前記の成分に加えて5〜35%の炭酸カルシウムを含有する。
該コポリマーが有用である別の水性組成物は、脱毛剤である。脱毛剤の典型的な成分としては、コポリマー、チオグリコール酸又はその塩、11〜13のpHを得るためのアルカリ、及び任意成分、例えば水酸化カルシウム、グリセリン、非イオン性及び/又は陰イオン性界面活性剤、鉱油、脂肪アルコール、及びケイ酸ナトリウムが挙げられる(Chemistry and Manufacture of Cosmetics、第3版、第2巻、第11章;Allured Publishing Corp.,Carol Stream IL、2000参照)。
該コポリマーはまた、クリームヘアーリラクサー(cream hair relaxer)処方物に有用である。これらの処方物の他の成分としては、1〜10%のグリコール、5〜20%のワセリン、10.5〜13のpHを得るための塩基、及び任意成分、例えば0.5〜10%のグアニジン、0.5〜10%の非イオン性界面活性剤、1〜10%の鉱油、1〜15%の脂肪アルコール及び0.2〜2%の陽イオン性ポリマーが挙げられる(Chemistry and Manufacture of Cosmetics、第3版、第2巻、第17章、第19章;Allured Publishing Corp.,Carol Stream IL、2000参照)。
該コポリマーが有用なその他の処方物としては、ヘアジェル(アルコール含有及びアルコール無含有);ヘアスタイリングクリーム、ペースト、又はガム;シャンプー、コンディショナー、2イン1コンディショニングシャンプー、ボディウォッシュ/シャワーゲル、液状石鹸、日焼け止めローション及びスプレー、日焼けローション、スキンケアローション、2成分毛染め剤、パーマネントウェーブ処方物、繊維及びハードサーフェイス用クリーナー、例えば洗濯用洗剤、液体自動食器洗剤、手動食器洗剤、染み前処理剤、オーブンクリーナー、及びガラス/窓クリーナー、並びに増粘する全てのタイプのアルコール又は水/アルコール処方物が挙げられる。該コポリマーはまた、補助乳化剤又は界面活性剤と共にあるいはこれらを用いずに高分子乳化剤としても使用してもよい。
試験試料の調製
1.小さなビーカーに50gのハードサーフェイス用クリーナーベースを秤量する。
2.最終処方物中にコポリマー2.0%を有するのに十分な量のコポリマーを秤量する。レオロジー変性剤を5.0gの脱イオン水で予備希釈する。
3.希釈したポリマーをビーカーに攪拌しながら加える。完全に組み込まれるまで混合する。
4.10%NaOH溶液を用いて処方物のpHを11に調節する。
5.脱イオン水を用いて全体を60gにする。試料を1時間より長く平衡化し、必要ならばNaOH又はクエン酸を用いてpHを調節する。
6.試料を小分けする。その一の部分に、0.1gのポリエチレンビーズを加え、組み込むために混合する。第二の部分は、レオロジー測定に使用される。
7.室温で一日経過した後及び45℃又は60℃で加熱老化させた後に、試料のレオロジーを測定する。室温、45℃、60℃でビーズ懸濁物を観察する。
ハードサーフェイス用クリーナーベースは、陰イオン性界面活性剤と非イオン性界面活性剤の混合物2〜3.5%と、塩類2〜3%を含有し、約11のpHを有する。
レオロジー分析は、TA Instruments製のAR2000レオメーターで60mm0.5°スチール製円錐を用いて25℃で行った。0.002Paから700Paまでの剪断応力の傾きを用いて、標準定常状態流、低から高への剪断応力法を分析に使用した。
Figure 2006083381
a. Lipo1は、約18〜26個のオキシエチレン残基を介してメタクリロイル基に連結された線状飽和C16−18アルキル基を有する親油性に変性されたモノマーである。
b. Lipo3は、20〜28個のオキシエチレン残基を介してメタクリロイル基に連結された線状飽和C20−24アルキル基を有する親油性に変性されたモノマーである。
c. DAPは、フタル酸ジアリルである。
d. nDDMは、n−ドデシルメルカプタンである。
e. TMPDE:トリメチロールプロパンジアリルエーテル
ポリマー1は、フタル酸ジアリル(DAP)架橋剤の残基を含有する。該残基はエステル基を含有するので、ポリマー1は、特許請求の範囲の発明の範囲内に入らず、比較のためにだけに含有される。同様に、ポリマー6はメチレン−ビスアクリルアミド架橋剤の残基を含有する。該残基はアミド基を含有するので、ポリマー6もまた特許請求の範囲の発明の範囲内に入らず、比較のためにだけに含有される。
Figure 2006083381
Figure 2006083381
Figure 2006083381
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Figure 2006083381
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上記の表の計測値は、本発明の範囲に入るポリマー2〜5及び7〜8が低い剪断速度ではpH安定性の高い粘度を提供し、且つ高い剪断速度では低い粘度を提供することを実証している。これに対して、その架橋剤残基中にエステル官能性を有するポリマー1及びその架橋剤残基中にアミド官能性を有するポリマー6は、高いpH処方物中でエージングした後に低い剪断速度で高い粘度を提供しない。

Claims (10)

  1. 少なくとも10のpHを有し、かつ(メタ)アクリル酸残基2.5%〜65%と、(メタ)アクリル酸(C−C)アルキル残基10%〜80%と、親油性に変性された(メタ)アクリレート残基2%〜25%と、エステル又はアミド官能性を有していない架橋剤の残基とを含む少なくとも1種の架橋されたコポリマーを0.1%〜5%含有する水性組成物。
  2. さらに少なくとも1種の界面活性剤を0.5〜25%含有する請求項1記載の組成物。
  3. 架橋剤がジビニルベンゼン、トリメチロールプロパンジアリルエーテル及びテトラアリルペンタエリスリトールの少なくとも一つである請求項2記載の組成物。
  4. pHが13以下である請求項3記載の組成物。
  5. 前記少なくとも1種のコポリマーがアクリル酸残基を5%〜25%有する請求項4記載の組成物。
  6. 前記少なくとも1種のコポリマーを0.75%〜4%含有する請求項5記載の組成物。
  7. 前記少なくとも1種のコポリマーがさらにメタクリル酸残基を含有し、かつアクリル酸残基にメタクリル酸残基を加えた合計がコポリマーの20%〜40%である請求項6記載の組成物。
  8. エステル又はアミド官能性を有していない架橋剤の残基がコポリマー中に0.1%〜2.5%の量で存在する請求項7記載の組成物。
  9. 前記少なくとも1種のコポリマーが親油性に変性された(メタ)アクリレート残基を16%〜20%含有する請求項8記載の組成物。
  10. 前記少なくとも1種の界面活性剤が1%〜5%の量で存在する請求項9記載の組成物。
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