JP2011006483A - Method for producing amphoteric propionate surfactant composition - Google Patents

Method for producing amphoteric propionate surfactant composition Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a salt-free amphoteric propionate surfactant.SOLUTION: The method for producing the improved salt-free amphoteric propionate surfactant includes reacting an imidazoline compound with a mixture of acrylic acid and sodium acrylate in an aqueous medium at high temperatures, wherein acrylic acid and sodium acrylate are blended as the mixture in a molar ratio ranging from 1:6 to 1:3 of each of them.

Description

本発明は、化粧品および石けん、シャンプー、洗顔・化粧用品等のパーソナルケア用途に有用な界面活性剤および清浄化組成物に広く関する。特に、本発明はこれらの組成物の製造、ならびに使用者および環境に優しい改良された方法に関する。   The present invention relates broadly to surfactants and cleaning compositions useful for cosmetics and personal care applications such as soaps, shampoos, facial cleansing and cosmetic products. In particular, the present invention relates to the manufacture of these compositions and improved methods that are user and environmentally friendly.

界面活性剤は、1つの化合物もしくは材料の分子間引力をもう1つの化合物もしくは材料から低下させるので、清浄化組成物において有用である。すなわち、それらはほこり、油もしくはグリースと皮膚、髪もしくは磁器、織物、硬い表面等のような他の不活性材料の間に存在する表面張力を低下させる。そうすることにおいて、ほこりもしくはグリースはその結果清浄化される第2の材料の表面から離れる。   Surfactants are useful in cleaning compositions because they reduce the intermolecular attractive force of one compound or material from another compound or material. That is, they reduce the surface tension that exists between dust, oil or grease and other inert materials such as skin, hair or porcelain, textiles, hard surfaces and the like. In doing so, the dust or grease moves away from the surface of the second material that is thereby cleaned.

3つの基本的な種類の界面活性剤およびそれぞれの多くの異なる種がある。洗剤は水の表面張力を低下させ、そして油―水の界面で乳化作用を特に発揮し、このように汚れを除去するように作用する。乳化剤は基本的に一種の洗剤であり、懸濁液中に2つ以上の液体を保持する。湿潤剤は水の表面張力を低下させ、それによりもう1つの材料の表面にわたってもっと容易に浸透もしくは拡散しうる。   There are three basic types of surfactants and many different species of each. The detergent lowers the surface tension of the water and exerts an emulsifying action especially at the oil-water interface, thus acting to remove dirt. An emulsifier is basically a type of detergent that holds more than one liquid in suspension. The wetting agent reduces the surface tension of the water so that it can more easily penetrate or diffuse across the surface of another material.

さらに、界面活性剤はその電荷によって分類されうる。アニオン界面活性剤は負に帯電され、カチオンは正に帯電され、非イオンは何ら電荷を有さないが、両性界面活性剤はその環境に依存して正もしくは負に帯電され得、まわりの溶液のpHに依存して酸もしくは塩基のいずれかとして作用する能力を有する。さらに、各群には多くの異なる種があり、そしてそれぞれは異なる態様で作用しうる。イミダゾリンに由来する両性界面活性剤は比較的温和であることを特徴とするのが通常であり、ベビーシャンプー配合のようなパーソナルケア組成物での用途に理想的である。しかも、それらは幅広いpH範囲にわたって安定で有効である傾向があり、これは特定の清浄化用途に用いられる多くのアルカリもしくは酸性清浄化剤のために有用な特性である。   In addition, surfactants can be classified by their charge. Anionic surfactants are negatively charged, cations are positively charged, nonionics have no charge, but amphoteric surfactants can be positively or negatively charged depending on their environment It has the ability to act as either an acid or a base depending on the pH. In addition, there are many different species in each group, and each can act in different ways. Amphoteric surfactants derived from imidazolines are usually characterized by relatively mildness and are ideal for use in personal care compositions such as baby shampoo formulations. Moreover, they tend to be stable and effective over a wide pH range, which is a useful property for many alkali or acidic detergents used in specific cleaning applications.

McBrideの米国特許第3,187,003号明細書は油安定剤、グリース添加剤、繊維帯電防止剤等として有用である1−(2−アミノ−エチルイミダゾリン)の両性イオンの製造方法を開示する。アミノエチル置換基を有するイミダゾリンは12〜22の炭素原子を有するα−β−不飽和酸と反応される。   McBride U.S. Pat. No. 3,187,003 discloses a process for producing zwitterions of 1- (2-amino-ethylimidazoline) which are useful as oil stabilizers, grease additives, fiber antistatic agents, and the like. . An imidazoline having an aminoethyl substituent is reacted with an α-β-unsaturated acid having 12 to 22 carbon atoms.

Rafneyらの米国特許第2,820,043号明細書は、事実上両性の界面活性剤であり、湿潤剤、浸透剤、乳化剤、分散および清浄化剤として有用であるイミダゾリンプロピオン酸誘導体の製造方法を開示する。それらは幅広い範囲のpHにわたって有用とされており、そして熱の存在下に2−炭化水素置換イミダゾリンを低級アルキルアクリレートと反応させることにより製造され、こうして2−置換イミダゾリンプロピオン酸の低級アルキルエステルを形成し、ついでそれは加水分解される。   US Pat. No. 2,820,043 to Rafney et al. Is a process for the preparation of imidazoline propionic acid derivatives that are virtually amphoteric surfactants and are useful as wetting, penetrating, emulsifying, dispersing and cleaning agents. Is disclosed. They have been useful over a wide range of pH and are made by reacting 2-hydrocarbon substituted imidazolines with lower alkyl acrylates in the presence of heat, thus forming lower alkyl esters of 2-substituted imidazoline propionic acids. Then it is hydrolyzed.

Katzの米国特許第3,555,041号明細書は、幅広い範囲のpH値にわたって有効な界面活性特性を有する1種の両性イミダゾリン界面活性剤を開示する。これらの界面活性剤は、アミノ、アルキル、もしくはヒドロキシアルキル置換基を含む長鎖のイミダゾリン化合物をアクリロニトリル、メチルアクリレートもしくはベータ−プロピオラクトンと反応させることにより製造される。好ましくは、メチルアクリレートが使用される。   Katz U.S. Pat. No. 3,555,041 discloses one amphoteric imidazoline surfactant having effective surfactant properties over a wide range of pH values. These surfactants are made by reacting long-chain imidazoline compounds containing amino, alkyl, or hydroxyalkyl substituents with acrylonitrile, methyl acrylate or beta-propiolactone. Preferably methyl acrylate is used.

最後に、Arndtの英国特許第1,078,101号は、2−R−イミダゾリン−1−エチレン−2−オキシ−プロピオン酸として知られる一種の両性イミダゾリンを教示し、それはアミノエチルエタノールアミンおよび脂肪酸の縮合反応によりイミダゾリン中間体を生成し、ついでそれはアクリル酸と反応されて最終生成物を得ることにより製造される。その化合物は、幅広い範囲のpHにわたって、乳化剤、洗剤、湿潤および界面活性剤として有用であると主張される。   Finally, Arndt British Patent 1,078,101 teaches a class of amphoteric imidazolines known as 2-R-imidazoline-1-ethylene-2-oxy-propionic acids, which are aminoethylethanolamine and fatty acids. To produce an imidazoline intermediate, which is then reacted with acrylic acid to give the final product. The compounds are claimed to be useful as emulsifiers, detergents, wetting and surfactants over a wide range of pH.

イミダゾリンにもとづく両性界面活性剤は2つの群に分割されうる:塩分を含む(salt−containing)ものと塩分を含まない(salt−free)ものである。すぐ下に示される一般的構造を有する、塩分を含むイミダゾリン両性界面活性剤はイミダゾリンとモノクロロ酢酸ナトリウムの縮合反応から製造されるのが通常であるが、塩化ナトリウムが副生物として製造される。   Amphoteric surfactants based on imidazolines can be divided into two groups: those that are salt-contained and those that are salt-free. Salt-containing amphoteric surfactants having the general structure shown immediately below are usually produced from the condensation reaction of imidazoline and sodium monochloroacetate, but sodium chloride is produced as a by-product.

Figure 2011006483
Figure 2011006483

後述の式で示されるモノ両性プロピオン酸塩のような塩分を含まない両性物質は産業用途において塩分を含む対照物(counterparts)に対していくつかの利点を有する。塩分を含まない両性物質は無水条件下でイミダゾリン間の、メチルアクリレートもしくはアクリル酸とのマイケル付加反応、つづくアルカリ加水分解により製造され得る。不幸にも、反応はNMR,毛細管電気泳動およびHPLCにより示唆されるような複雑な混合物を与える。したがって、イミダゾリンおよびアクリル酸から、下に示すようなモノ両性プロピオン酸を高い収率で塩分を含まない両性物質を製造するのが非常に望ましい。   Salt-free amphoteric substances such as the monoamphoteric propionate shown in the formula below have several advantages over salt-containing counterparts in industrial applications. A salt-free amphoteric material can be prepared by michael addition reaction with methyl acrylate or acrylic acid between imidazolines under anhydrous conditions, followed by alkaline hydrolysis. Unfortunately, the reaction gives a complex mixture as suggested by NMR, capillary electrophoresis and HPLC. Therefore, it is highly desirable to produce a mono-amphoteric propionic acid as shown below in a high yield and a salt-free amphoteric substance from imidazoline and acrylic acid.

Figure 2011006483
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メチルアクリレートに対立するものとして反応物化合物であるアクリル酸の使用は数多くの利点を与える。たとえばアクリル酸はもっと高い引火点を有し、したがって一緒に使用するのに比較的安全で容易である。さらにその化合物は不愉快なにおいもずっと少ない。   The use of the reactant compound acrylic acid as opposed to methyl acrylate provides numerous advantages. For example, acrylic acid has a higher flash point and is therefore relatively safe and easy to use together. In addition, the compound has much less unpleasant odor.

本発明方法において価値がもっと大きいのは、モノ両性プロピオン酸塩のような塩分を含まない両性界面活性剤の製造は副生物としてメタノールを発生しないことである。メタノールは米国環境保護局により危険な化学品として名簿に載せられている。メチルアクリレートを用いて製造されるたいていの両性プロピオン酸塩界面活性剤は、約2.0から5.0%を超えるメタノールを副生物として含む。メチルアクリレートの貯蔵は高価なタンクならびにその蒸気の除去のための換気および吸収装置を必要とする。   Even more valuable in the process of the present invention is that the production of a salt-free amphoteric surfactant such as monoamphoteric propionate does not generate methanol as a by-product. Methanol is listed on the list as a dangerous chemical by the US Environmental Protection Agency. Most amphoteric propionate surfactants made with methyl acrylate contain about 2.0 to more than 5.0% methanol as a by-product. Storage of methyl acrylate requires expensive tanks and ventilation and absorption equipment for its vapor removal.

従来公知の方法を用いて塩分を含まない両性プロピオン酸塩を製造するのに伴う、もう1つの大きな問題は、得られるモノ両性プロピオン酸塩の比較的低い収率である。イミダゾリン ココ−縮合物(coco−condensate)をメチルアクリレートと反応させると、わずか20%〜25%の収率で塩分を含まないモノ両性プロピオン酸塩を生成する。さらにこれは反応混合物中に製造される7つもの異なる化合物を含む非常に不純な生成物である。   Another major problem associated with producing salt-free amphoteric propionate using previously known methods is the relatively low yield of the resulting monoamphoteric propionate. Reaction of the imidazoline coco-condensate with methyl acrylate yields a salt-free mono-amphoteric propionate in a yield of only 20% to 25%. In addition, this is a very impure product containing as many as seven different compounds produced in the reaction mixture.

塩分を含まない両性界面活性剤を高収率で製造する改良された方法はイミダゾリンをアクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの混合物とそれぞれ約1:3のモル比で縮合反応させることを含む。その反応は約85℃〜100℃の高温において水性媒体中で実施される。   An improved method for producing salt-free amphoteric surfactants in high yield involves the condensation reaction of imidazoline with a mixture of acrylic acid and sodium acrylate in a molar ratio of about 1: 3 each. The reaction is carried out in an aqueous medium at an elevated temperature of about 85 ° C to 100 ° C.

イミダゾリンが無水条件下にアクリル酸メチルもしくはアクリル酸と容易にマイケル付加反応をするのはよく知られている。炭素13のNMR分析は、水酸化ナトリウムでの加水分解後に反応生成物が単1の化合物、すなわち上記の式の所望の両性プロピオン酸塩よりも多くの成分を含むことを示唆する。なぜマイケル反応が複雑な混合物を与えるかについての1つの可能な説明はスキーム1に概要を示される。第1段階でマイケル反応はsp窒素で生じ、中間体2aを与え、それは共鳴機構により2bの生成により安定化される。 It is well known that imidazoline readily undergoes a Michael addition reaction with methyl acrylate or acrylic acid under anhydrous conditions. NMR analysis of carbon-13 suggests that after hydrolysis with sodium hydroxide, the reaction product contains more components than the single compound, ie, the desired amphoteric propionate of the above formula. One possible explanation for why the Michael reaction gives a complex mixture is outlined in Scheme 1. In the first stage, the Michael reaction takes place with sp 2 nitrogen, giving intermediate 2a, which is stabilized by the formation of 2b by a resonance mechanism.

Figure 2011006483
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水酸化ナトリウムによる付加物(2a)および(2b)の加水分解は、2つのC−N結合のどちらか1つの開裂により2つのモノ両性プロピオン酸塩(3)および(4)を与える。過剰のアルキル化試薬の存在下に、(3)および(4)は、それぞれジプロピオン酸塩(5)および(6)にさらに転換されうる。アクリル酸メチルの場合、イミダゾリン環の窒素原子のほかに、ヒドロキシル基もマイケル付加反応を受けることが判明した。これは67ppmの領域における炭素13信号の出現により証明される。   Hydrolysis of the adducts (2a) and (2b) with sodium hydroxide gives two monoamphoteric propionates (3) and (4) by cleavage of either one of the two CN bonds. In the presence of excess alkylating reagent, (3) and (4) can be further converted to dipropionates (5) and (6), respectively. In the case of methyl acrylate, it was found that in addition to the nitrogen atom of the imidazoline ring, the hydroxyl group also undergoes a Michael addition reaction. This is evidenced by the appearance of the carbon-13 signal in the 67 ppm region.

Figure 2011006483
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アルキル化はsp窒素原子にも生ずることが可能である。しかし、スキーム2に示されるように、得られる中間体(7)は共鳴構造により安定化される中間体(2)よりも安定ではない。したがって、所望の両性プロピオン酸塩は混合物中の少ない成分にすぎない。 Alkylation can also occur at the sp 3 nitrogen atom. However, as shown in Scheme 2, the resulting intermediate (7) is less stable than intermediate (2) which is stabilized by a resonance structure. Thus, the desired amphoteric propionate is only a minor component in the mixture.

Figure 2011006483
Figure 2011006483

水性媒体において反応を行なうことにより得られる生成物は(8)を多く含むことが期待される。なぜならイミダゾリンは水により加水分解を受けて少量の(10)とともにアミドアミン(a)を与えることが知られており、ついで(10)はアミンの窒素においてアルキル化剤と反応してそれぞれ(8)および(11)を生じる(スキーム3を参照)。イミダゾリンのその生成物への転換は低く、そして得られた生成物はかなりの量の未反応アミドアミン(a)を含む。   The product obtained by carrying out the reaction in an aqueous medium is expected to be rich in (8). Because imidazoline is known to undergo hydrolysis with water to give amidoamine (a) with a small amount of (10), and then (10) reacts with an alkylating agent at the amine nitrogen to react with (8) and (8), respectively. (11) is produced (see Scheme 3). The conversion of imidazoline to its product is low and the resulting product contains a significant amount of unreacted amidoamine (a).

Figure 2011006483
Figure 2011006483

本発明は容易に入手しうるアクリル酸およびココ−イミダゾリンから高い含量のモノ両性プロピオン酸塩を有する、塩分を含まない両性界面活性剤を製造するための方法である。明らかに、マイケル反応はアクリル酸およびココ−イミダゾリンから両性プロピオン酸塩を製造するのに利用されなければならない。しかし、アクリル酸でのイミダゾリンの直接的処理は典型的な酸にもとづく種類の反応であり、マイケル付加反応と競合しうる。この問題を克服する1つの方法はアクリル酸ナトリウムの使用による。   The present invention is a process for producing a salt-free amphoteric surfactant having a high content of mono-amphoteric propionate from readily available acrylic acid and coco-imidazoline. Clearly, the Michael reaction must be utilized to produce amphoteric propionate from acrylic acid and coco-imidazoline. However, the direct treatment of imidazolines with acrylic acid is a typical acid-based reaction and can compete with the Michael addition reaction. One way to overcome this problem is by using sodium acrylate.

アミドアミン(a)でのマイケル付加は、スキーム4に示されるようにまず中間体(12)を与え、ついで、再配列を受け比較的高い収率で(8)を与える。   Michael addition with amidoamine (a) gives intermediate (12) first as shown in Scheme 4 and then undergoes rearrangement to give (8) in a relatively high yield.

Figure 2011006483
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ついで、本発明は不純物および他の望ましくない副生物がほとんどないモノ両性プロピオン酸塩を高収率で得る、塩分を含まない両性プロピオン酸塩の製造を含む。その方法は、高温でイミダゾリンをアクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの混合物と水性媒体中で反応させることを含むのが通常である。メチルアクリレートの代わりにアクリル酸を使用することは、メタノール、その他の危険な副生物を生成しないで反応を実施することを可能にする。過去に、メタノールは目的成生物の混合物の合計量の2.0wt%〜5.0wt%もの量で生成された。   The present invention then involves the preparation of a salt-free amphoteric propionate that yields a high yield of monoamphoteric propionate with little impurities and other undesirable by-products. The process typically involves reacting imidazoline with a mixture of acrylic acid and sodium acrylate in an aqueous medium at elevated temperatures. The use of acrylic acid instead of methyl acrylate makes it possible to carry out the reaction without producing methanol or other dangerous by-products. In the past, methanol was produced in amounts of 2.0 wt% to 5.0 wt% of the total amount of the mixture of target organisms.

副生物としてのメタノールをすっかり除去することにより、塩分を含まない両性界面活性剤が製造され得、パーソナルケア製品および、特に化粧品組成物に配合され得、それらは刺激をほとんど伴わないで優れた清浄化効能を与える。さらに、これらの界面活性剤は世界中で需要が増大している低アレルギー誘発(hypoallergenic)組成物に配合されうる。   By completely removing methanol as a by-product, amphoteric surfactants without salt can be produced and can be incorporated into personal care products and especially cosmetic compositions, which are excellent cleans with little irritation Gives a chemical effect. In addition, these surfactants can be incorporated into hypoallergenic compositions that are in increasing demand worldwide.

マイケル付加反応は高温において水性媒体中で生じる。イミダゾリンおよびアクリル酸/アクリル酸ナトリウム混合物はモル比1:1で、すなわち等量のイミダゾリンおよび酸/アクリル酸塩混合物で、一緒にされる。混合物自体は約1:6〜約1:3のモル質量比でアクリル酸とアクリル酸ナトリウムからなる。好ましくは2つの化合物はアクリル酸ナトリウム75部にアクリル酸25部の量で混合される。それらの化合物はイミダゾリンの添加の前に水中で一緒に混合される。本発明の実施に有用なイミダゾリン誘導体は2−(2−アミノエチルアミノ)エタノールおよび脂肪酸から製造される。脂肪酸の例は、ココやし油(coconut oil)脂肪酸、カプリル、カプリン、ミリスチン、パルミチンおよびステアリン酸を含みうる。   The Michael addition reaction occurs in aqueous media at elevated temperatures. The imidazoline and acrylic acid / sodium acrylate mixture are combined in a molar ratio of 1: 1, ie, an equal amount of imidazoline and acid / acrylate mixture. The mixture itself consists of acrylic acid and sodium acrylate in a molar mass ratio of about 1: 6 to about 1: 3. Preferably, the two compounds are mixed in 75 parts of sodium acrylate in an amount of 25 parts acrylic acid. The compounds are mixed together in water before the imidazoline addition. The imidazoline derivatives useful in the practice of this invention are made from 2- (2-aminoethylamino) ethanol and fatty acids. Examples of fatty acids can include coconut oil fatty acids, capryl, caprin, myristic, palmitic acid and stearic acid.

ラウリンイミダゾリン(構造1;R=C1123)が、約70℃において水性媒体中でアクリル酸および水酸化ナトリウムから調製されたアクリル酸ナトリウムで処理されたとき、所望のマイケル付加反応は5時間後に生じなかった。炭素13 NMRは、イミダゾリンが使用された反応条件下に1時間でアミドアミンに加水分解されたことを示した。ついで反応混合物は90℃に加熱され、およびその温度は20時間維持された。反応成生物の炭素13 NMRスペクトルは所望のマイケル付加反応が生じ、そして両性プロピオン酸塩界面活性剤(構造8)がイミダゾリンにもとづいて37%の収率で生成されたことを示した。8に対する構造帰属(assignment)は、前述の式に示されるような周知の両性酢酸塩のスペクトルとのその13C−NMRスペクトルの比較に基づいた。 When lauric imidazoline (structure 1; R = C 11 H 23 ) was treated with sodium acrylate prepared from acrylic acid and sodium hydroxide in an aqueous medium at about 70 ° C., the desired Michael addition reaction was 5 hours. It didn't happen later. Carbon-13 NMR showed that the imidazoline was hydrolyzed to amidoamine in 1 hour under the reaction conditions used. The reaction mixture was then heated to 90 ° C. and the temperature was maintained for 20 hours. The carbon 13 NMR spectrum of the reaction product showed that the desired Michael addition reaction occurred and that the amphoteric propionate surfactant (structure 8) was produced in 37% yield based on imidazoline. The structural assignment to 8 was based on a comparison of its 13 C-NMR spectrum with that of the well-known amphoteric acetate spectrum as shown in the previous formula.

次の例は、本発明の方法を実施するためにもっと詳細に本発明を開示しようとするものである。しかし、それらは例示の目的のためにすぎず、ここで予期されていないような小さな変更がなされうることが認識される。そのような変更が最終反応生成物もしくは結果に実質的に作用しないような程度まで、それらは請求範囲に規定される本発明の精神および範囲内に入ると考えられることが理解されるべきである。   The following examples are intended to disclose the invention in more detail for carrying out the method of the invention. However, it will be appreciated that they are for illustrative purposes only and minor changes may be made as would not be expected here. To the extent that such changes do not substantially affect the final reaction product or result, it should be understood that they are considered to fall within the spirit and scope of the invention as defined in the claims. .

例I
スターラー、温度計および滴下ロートを備えた四つ口丸底フラスコに、ココ−イミダゾリン268g(1.0mol),水400g、ならびにアクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの混合物(アクリル酸72g(1.0mol)を、水200g中の50%NaOH(0.3mol)24gに、攪拌そして冷却しながら添加することにより別々の容器で調製された)が添加された。反応混合物は90℃に加熱され、20時間継続された。
Example I
In a four-necked round bottom flask equipped with a stirrer, thermometer and dropping funnel, 268 g (1.0 mol) of coco-imidazoline, 400 g of water, and a mixture of acrylic acid and sodium acrylate (72 g (1.0 mol) of acrylic acid) , Prepared in a separate container by adding with stirring and cooling to 24 g of 50% NaOH (0.3 mol) in 200 g of water). The reaction mixture was heated to 90 ° C. and continued for 20 hours.

分析された生成物は固体38.0%であった。炭素13のNMRによる分析は、反応がココ−イミダゾリンの量にもとづき40%の収率でモノ−両性プロピオン酸(8)を生成し、未反応アミドアミン(9)が20%であることを示した。   The analyzed product was 38.0% solids. Analysis by carbon 13 NMR showed that the reaction produced mono-amphoteric propionic acid (8) in 40% yield based on the amount of coco-imidazoline and 20% unreacted amidoamine (9). .

例II
この例は、モノ両性プロピオン酸塩(8)がアクリル酸ナトリウムに対するアクリル酸の比を変えることにより改良されうることを例示する。
Example II
This example illustrates that the monoamphoteric propionate (8) can be improved by changing the ratio of acrylic acid to sodium acrylate.

例Iの方法は、アクリル酸72g(1.0mol)および水200g中の50%水酸化ナトリウム(0.75mol)60gから調製された、アクリル酸とアクリル酸ナトリウムの混合物を用いて繰返された。モノ両性プロピオン酸塩(8)の収率はココ−イミダゾリンの量にもとづいて52%に改良された。   The method of Example I was repeated using a mixture of acrylic acid and sodium acrylate prepared from 72 g (1.0 mol) acrylic acid and 60 g 50% sodium hydroxide (0.75 mol) in 200 g water. The yield of monoamphoteric propionate (8) was improved to 52% based on the amount of coco-imidazoline.

例III
この例は上述のアクリル酸ナトリウム単独を用いることはモノ両性プロピオン酸塩(8)の収率を増加させないことを例示する。
Example III
This example illustrates that using sodium acrylate alone as described above does not increase the yield of monoamphoteric propionate (8).

例Iの方法は、アクリル酸72g(1.0mol)および水200g中の50%水酸化ナトリウム(1.0mol)80gから調製されたアクリル酸ナトリウムを用いて繰返された。両性プロピオン酸塩(8)の収率はココ−イミダゾリンの量にもとづいて37%であった。   The procedure of Example I was repeated using sodium acrylate prepared from 72 g (1.0 mol) acrylic acid and 80 g 50% sodium hydroxide (1.0 mol) in 200 g water. The yield of amphoteric propionate (8) was 37% based on the amount of coco-imidazoline.

例IV
この例は、イミダゾリンが水酸化ナトリウムによりまずアミドアミンに転換され、ついでアクリル酸とアクリル酸ナトリウムの混合物によりアルキル化される方法を示す。さらに、それは、両性プロピオン酸塩(8)の収率が、アクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの過剰量を用いることによりさらに増大されることを示す。
Example IV
This example shows a process in which imidazoline is first converted to amidoamine with sodium hydroxide and then alkylated with a mixture of acrylic acid and sodium acrylate. Furthermore, it shows that the yield of amphoteric propionate (8) is further increased by using an excess of acrylic acid and sodium acrylate.

スターラー、温度計および滴下ロートを備えた四つ口丸底フラスコに、ココ−イミダゾリン268g(1.0mol)50%NaOH(0.05mol)4gおよび水200gが添加された。得られた混合物は85℃で攪拌下に1時間加熱された。個別の容器中で、アクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの混合物が、アクリル酸90g(1.25mol)を水200g中の50%NaOH(0.89mol)71gに、攪拌および冷却しながら添加することにより調製された。水200gがその反応フラスコに添加され、ついでアクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの混合物がつづいた。加熱はもう16時間、継続され、そして反応温度は85℃に維持された。   To a 4-neck round bottom flask equipped with a stirrer, thermometer and dropping funnel was added 268 g (1.0 mol) 50% NaOH (0.05 mol) 4 g coco-imidazoline and 200 g water. The resulting mixture was heated at 85 ° C. with stirring for 1 hour. In a separate container, a mixture of acrylic acid and sodium acrylate was prepared by adding 90 g (1.25 mol) acrylic acid to 71 g 50% NaOH (0.89 mol) in 200 g water with stirring and cooling. It was done. 200 g of water was added to the reaction flask, followed by a mixture of acrylic acid and sodium acrylate. Heating was continued for another 16 hours and the reaction temperature was maintained at 85 ° C.

分析された生成物は固体38.4%であった。炭素13のNMRによる分析は、イミダゾリンの量にもとづいて80%の収率のモノ両性プロピオン酸塩(8)が10%未満の未反応アミドアミン(9)および約10%の未同定成分(多分(5)および(6)のようなジプロピオン酸塩)とともに得られたことを示した。Rhone−Poulenc,Inc.からのMiranol C2M SFのような商業製品に比べて、製品中に高含量のモノ両性プロピオン酸塩(8)が、毛細管電気泳動により確認された。これらの条件下で、アミドアミンについての反応転換率は90%であることが示された。アクリル酸塩混合物の約25%が、NMRならびに液体クロマトグラフィーにより測定されるように、反応の終了時に消費されないまま残っている。大過剰のアクリル酸塩混合物を用いてもっと高い反応転換率を得ることは可能であるが、最終製品中に大過剰の未反応アクリル酸塩を有することは望ましくないことは確かである。最終製品は構造(5)および(6)のようなジプロピオン酸塩を10%まで含みうる。   The analyzed product was 38.4% solids. Analysis of carbon 13 by NMR showed that based on the amount of imidazoline, 80% yield of monoamphoteric propionate (8) was less than 10% unreacted amidoamine (9) and about 10% unidentified component (probably ( 5) and dipropionate as in (6)). Rhone-Poulenc, Inc. Compared to a commercial product such as Miranol C2M SF from No. 1, a high content of monoamphoteric propionate (8) in the product was confirmed by capillary electrophoresis. Under these conditions, the reaction conversion for amidoamine was shown to be 90%. About 25% of the acrylate mixture remains unconsumed at the end of the reaction, as determined by NMR as well as liquid chromatography. Although it is possible to obtain a higher reaction conversion with a large excess of acrylate mixture, it is certainly not desirable to have a large excess of unreacted acrylate in the final product. The final product may contain up to 10% dipropionate, such as structures (5) and (6).

消費されないアクリル酸塩は、所望により、化学量論的な量の亜硫酸水素ナトリウムで85℃で1時間、処理することにより容易に除去され得る。逆のマイケル付加反応による、可能性のあるアクリル酸の改質は3ヶ月を過ぎても注目に値する速度では生じない。これは、最終製品が亜硫酸水素ナトリウムで処理された後にアクリル酸100ppm未満を含み、室温で3ヶ月後になお100ppm未満のアクリル酸を含むことがわかったという事実で支持される。好ましくは、反応は空気の存在下で実施され、そうでないと最終生成物は、くもったものとなり得、それはアクリル酸もしくはアクリル酸ナトリウムの重合に帰するものである。   Unconsumed acrylate can be easily removed by treatment with a stoichiometric amount of sodium bisulfite at 85 ° C. for 1 hour, if desired. The possible modification of acrylic acid by the reverse Michael addition reaction does not occur at a noticeable rate after 3 months. This is supported by the fact that the final product was found to contain less than 100 ppm acrylic acid after treatment with sodium bisulfite and still contain less than 100 ppm acrylic acid after 3 months at room temperature. Preferably, the reaction is carried out in the presence of air, otherwise the final product can be cloudy, which is attributed to the polymerization of acrylic acid or sodium acrylate.

例V
塩分を含まない本発明の両性物質の機能的な界面活性剤特性が、商業的に入手しうる両性のMiranol C2M SF(登録商標)(ニュージャージー州 Monmouth JctのRhone−Poulenc Inc.)(ココ−両性プロピオン酸ナトリウム)の特性と比較された。塩分を含まない両性酢酸塩の界面活性特性は、その両性酢酸塩が亜硫酸水素ナトリウムで処理する前と後の両方で比較された。その結果は表1に要約される。
Example V
The functional surfactant properties of the amphoteric material of the present invention, free of salt, are found in the commercially available amphoteric Miranol C2M SF® (Rhone-Poulenc Inc., Monmouth Jct, NJ) (coco-amphoteric The properties of sodium propionate) were compared. The surfactant properties of amphoteric acetate without salt were compared both before and after the amphoteric acetate was treated with sodium bisulfite. The results are summarized in Table 1.

Figure 2011006483
Figure 2011006483

表1に示されるように、Miranol C2M SFに比べて、亜硫酸水素ナトリウムで処理された、もしくは処理されていない、塩分を含まない両性プロピオン酸塩はいずれも表面張力を低下し、ミセルを形成するのにもっと効率的である。新規な両性界面活性剤は、さらに、Miranol C2M SFよりも良好な気泡形成およびぬれ特性を示す。   As shown in Table 1, both amphoteric propionates with or without sodium bisulfite treated with or without sodium bisulfite have reduced surface tension and form micelles compared to Miranol C2M SF. Even more efficient. The novel amphoteric surfactant further exhibits better bubble formation and wetting properties than Miranol C2M SF.

例VI
この例は例Iに示されたものの代替方法を示す。イミダゾリンはアクリル酸ナトリウムに添加されたが、その結果、アクリル酸/アクリル酸混合物の調製のための個別容器が避けられうる。
Example VI
This example shows an alternative to that shown in Example I. Imidazoline was added to sodium acrylate, so that separate containers for the preparation of acrylic acid / acrylic acid mixtures can be avoided.

50%NaOH(0.94mol)75gおよび水300gを含む四つ口丸底フラスコに、アクリル酸63.9g(0.89mol)、ついでココ−イミダゾリン268gが添加された。得られた混合物は攪拌下に65℃で1時間加熱され、ついでアクリル酸26.1g(0.36mol)が添加された。反応温度は90℃に上昇され、この温度で20時間維持された。   To a four-necked round bottom flask containing 75 g of 50% NaOH (0.94 mol) and 300 g of water was added 63.9 g (0.89 mol) acrylic acid, followed by 268 g coco-imidazoline. The resulting mixture was heated with stirring at 65 ° C. for 1 hour, and then 26.1 g (0.36 mol) of acrylic acid was added. The reaction temperature was raised to 90 ° C. and maintained at this temperature for 20 hours.

Claims (7)

イミダゾリン化合物を水性媒体中において高温でアクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの混合物と反応させることを含み、該アクリル酸およびアクリル酸ナトリウムがそれぞれ1:6〜1:3のモル比の範囲の該混合物で配合される、改良された無機塩を含まない両性プロピオン酸塩界面活性剤組成物を製造する方法。   Reacting an imidazoline compound with a mixture of acrylic acid and sodium acrylate in an aqueous medium at elevated temperature, wherein the acrylic acid and sodium acrylate are each formulated in the mixture in a molar ratio range of 1: 6 to 1: 3 Process for producing an improved amphoteric propionate surfactant composition free of inorganic salts. 該イミダゾリン化合物が、ラウリンイミダゾリン、カプリルイミダゾリン、カプリンイミダゾリン、ミリスチンイミダゾリン、パルミチンイミダゾリン、ステアリンイミダゾリン、それらの誘導体およびそれらの混合物からなる群より選ばれる請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the imidazoline compound is selected from the group consisting of lauric imidazoline, capryluimidazoline, caprin imidazoline, myristic imidazoline, palmitic imidazoline, stear imidazoline, derivatives thereof and mixtures thereof. 該イミダゾリン化合物が該アクリル酸/アクリル酸ナトリウム混合物と1:1〜1:1.25モル比で反応される請求項2記載の方法。   The process of claim 2 wherein said imidazoline compound is reacted with said acrylic acid / sodium acrylate mixture in a 1: 1 to 1: 1.25 molar ratio. 該反応が80℃〜100℃の温度で実施される請求項3記載の方法。   The process according to claim 3, wherein the reaction is carried out at a temperature of 80C to 100C. 該反応が85℃〜95℃の温度で実施される請求項4記載の方法。   The process according to claim 4, wherein the reaction is carried out at a temperature of 85C to 95C. 過剰のアクリル酸を除去するのに十分な量で亜硫酸水素ナトリウムを続いて添加することをさらに含む請求項1記載の方法。   The method of claim 1, further comprising subsequently adding sodium bisulfite in an amount sufficient to remove excess acrylic acid. 該反応がメタノールを生成しないで実施される請求項6記載の方法。   The process of claim 6, wherein the reaction is carried out without producing methanol.
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