JP2011157459A - 界面活性剤及び洗浄剤組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
この問題を解決するために、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール等のアルカノールアミンで中和した陰イオン性界面活性剤を含有する洗浄剤組成物が提案されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、アルカノールアミンで中和した陰イオン界面活性剤は起泡性が低下してしまう問題があった。
また、起泡性の良さと洗い上がりのうるおい感を両立するために、アルギニンやリジン等の塩基性アミノ酸で中和した陰イオン性界面活性剤を含有する洗浄剤組成物が提案されている(例えば、特許文献2)。しかしながら、塩基性アミノ酸で中和した陰イオン性界面活性剤は経時での臭気の発生や色相の悪化等保存安定性が悪く、安定化剤の配合が不可欠である等の問題があった。
すなわち、起泡性の良さ、洗い上がりのうるおい感及び保存安定性を同時に満たす陰イオン性界面活性剤は未だ提供されていないのが現状であった。
すなわち、本発明は以下に示されるものである。
1)陰イオン性基に対する対イオンが下記一般式(1)で示されるアルギニン誘導体である、陰イオン性界面活性剤。
2)前記界面活性剤を含有する、洗浄剤組成物。
まず、本発明の中和塩基であるアルギニン誘導体について詳細に説明する。
本発明に利用されるアルギニン誘導体は式(1)で示され、R1及びR2はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数2もしくは3の直鎖又は分岐鎖のモノヒドロキシアルキル基であり、具体的にはモノヒドロキシエチル基、モノヒドロキシプロピル基が挙げられる。洗い上がりのうるおい感についてはモノヒドロキシプロピル基がより好ましく、保存安定性の向上効果についてはモノヒドロキシプロピル基が好ましい。モノヒドロキシアルキル基のアルキル鎖長が3を超える場合、界面活性が発現され、洗い上がりのうるおい感が低下する。
本発明の対イオンとして利用されるアルギニン誘導体は、R1及びR2のいずれか一方がモノヒドロキシアルキル基である1モル付加体と、R1とR2がどちらもモノヒドロキシアルキル基である2モル付加体がある。付加モル数はエチレンオキシド又はプロピレンオキシドとアルギニンとの仕込比率で制御できるが、保存安定性の向上、洗い上がりのうるおい感が得られる点で2モル付加体がより好ましい。
出発原料としてのアルギニンは、D体、L体及びDL体のいずれも使用できるが、汎用的に入手できる点でL体が好ましい。
式(1)において、R3は水素原子、アルカリ金属原子、アンモニウム又は有機アンモニウムを示す。アルカリ金属原子としては、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム等が挙げられ、アンモニウムとは、式NH4 +で表される基である。また、有機アンモニウムとは式NR4 +で表される基であり、式中Rは、水素原子あるいは炭素数1〜4の置換又は非置換アルキル基を表し、少なくとも1つのRは水素原子ではない。例えば、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン等が挙げられる。
アルギニンとエチレンオキシド又はプロピレンオキシドとの反応に際して、アルコール等の水溶性有機溶媒を使用することもできるが、エチレンオキシドやプロピレンオキシドは任意に水と相溶するため、水溶性有機溶媒を使用しなくても全く問題なく反応は進行する。また、アルコールとアルキレンオキシドとの副反応が生じる可能性、残留溶媒の危険性、環境への負荷等を考慮すると、水溶性有機溶媒を使用せず、水を溶媒とすることが好ましい。
反応温度は好ましくは20〜90℃、より好ましくは30〜70℃、さらに好ましくは40〜60℃である。反応温度が20℃未満では、反応速度が遅くなり、反応温度が90℃より高いと臭いの発生や着色が起こりやすくなる。
反応時のエチレンオキシドやプロピレンオキシドの滴下時間は反応量によって異なるが、滴下終了後は反応を完結させるために、加温しながら3〜10時間攪拌を続けるのが好ましい。反応終了後は、窒素によるバブリング等で未反応のエチレンオキシドやプロピレンオキシドを容易に除去できることも本発明のアルギニン誘導体の製造方法の特長である。
本発明で用いられる陰イオン性界面活性剤としては、陰イオン性基の構造により分類されるカルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型及びリン酸エステル型のいずれも使用することができる。
カルボン酸型界面活性剤としては、脂肪酸型、N−アシルアミノカルボン酸型、エーテルカルボン酸型を挙げることができる。
脂肪酸型界面活性剤としては、炭素数10〜22の直鎖又は分岐鎖の飽和又は不飽和脂肪酸塩が挙げられる。脂肪酸の種類としては、例えば、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、エライジン酸、アラキン酸、ベヘン酸等の単位組成の脂肪酸が例示され、単一組成の脂肪酸あるいはこれらを組み合わせて使用することもできるが、この他にヤシ脂肪酸、パーム油脂肪酸等の混合脂肪酸を使用してもよい。起泡性、泡のクリーミィ性の点で、炭素数12〜18の飽和又は不飽和脂肪酸、又はその混合物が好ましく、特に、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ヤシ脂肪酸、オレイン酸が好ましい。
スルホコハク酸型界面活性剤としては、炭素数8〜22の前記高級アルコールもしくはそのアルキレンオキシド2〜6モル付加物のスルホコハク酸エステル又は脂肪酸アミド由来のスルホコハク酸エステル等が挙げられる。具体例としては、ウンデシレノイルアミドエチルスルホコハク酸、スルホコハク酸ポリオキシエチレン(3モル)ラウロイルエタノールアミドエステル、スルホコハク酸ポリオキシエチレン(4.5モル)ラウロイルエタノールアミドエステル、スルホコハク酸ラウリル、ポリオキシエチレン(3モル)スルホコハク酸ラウリル、ポリオキシエチレン(4.5モル)スルホコハク酸ラウリル、オレイン酸アミドスルホコハク酸等が挙げられ、そのうちアルキレンオキシド付加物のスルホコハク酸エステル又は脂肪酸アミド由来のスルホコハク酸エステルが好ましく、なかでもポリオキシエチレン(3モル)スルホコハク酸ラウリルが好適である。
また、一塩基酸タイプの有機スルホン酸型界面活性剤としては、炭素数8〜22の直鎖又は分岐のアルキル又はアルケニルスルホン酸、炭素数10〜16の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を有するアルキルベンゼンスルホン酸、及びアシル基が炭素数8〜22の直鎖又は分岐鎖の飽和もしくは不飽和脂肪酸残基であるN−アシルスルホン酸、又はO−アシルスルホン酸等が挙げられる。具体例としては、ラウリルスルホン酸、α−オレフィン(C14−16)スルホン酸、ラウリルベンゼンスルホン酸、ココイルメチルタウリン、ラウロイルメチルタウリン、ミリストイルメチルタウリン、パルミトイルメチルタウリン、ステアロイルメチルタウリン、ラウロイルタウリン、ココイルイセチオン酸等が挙げられ、好ましくはココイルメチルタウリン、ラウロイルメチルタウリンである。
上記アルキル硫酸型界面活性剤は、炭素数8〜22、好ましくは12〜16の前記高級アルコールと硫酸とのエステル等であり、例えば、ラウリル硫酸、ミリスチル硫酸、パルミトイル硫酸、オレイル硫酸等の炭素数12〜16のアルコールと硫酸とのエステルが好ましく、ラウリル硫酸、ミリスチル硫酸が特に好ましい。
また、エーテル硫酸型界面活性剤は、前記アルキル硫酸のアルキレンオキシド付加物であり、アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシドやプロピレンオキシド等が挙げられ、エチレンオキシドが好適に使用できる。また、アルキレンオキシドの付加モル数として1〜10モルのものを使用することができ、好ましくは1〜5モルである。具体例としては、ポリオキシエチレン(2モル)ラウリルエーテル硫酸、ポリオキシエチレン(3モル)ラウリルエーテル硫酸、ポリオキシエチレン(4.5モル)ラウリルエーテル硫酸、ポリオキシエチレン(3モル)ミリスチルエーテル硫酸、ポリオキシエチレン(4.5モル)ミリスチルエーテル硫酸、ポリオキシエチレン(3モル)パルミトイル硫酸、ポリオキシエチレン(3モル)オレイル硫酸等が挙げられる。このうち炭素数12〜16の高級アルコール硫酸エステルのアルキレンオキシド(1〜5モル)付加物が好ましく、とくにポリオキシエチレン(3モル)ラウリルエーテル硫酸、ポリオキシエチレン(4.5モル)ラウリルエーテル硫酸が好ましい。
スルホン酸型界面活性剤及び硫酸エステル型界面活性剤は一般に、泡のクリーミィ性が乏しく、洗い上がりのうるおい感が不十分である点が課題として挙げられるが、本発明のアルギニン誘導体を対イオンとして用いることで泡のクリーミィ性の向上と洗い上がりのうるおい感を付与することが可能である。本発明のアルギニン誘導体を対イオンとしたスルホン酸型界面活性剤及び硫酸エステル型界面活性剤は、ヘアシャンプー等の主洗浄成分として好適に使用することができる。
リン酸エステル型界面活性剤は一般に、洗浄後のうるおい感が不十分であることが課題として挙げられるが、本発明のアルギニン誘導体を対イオンとして用いることで洗浄後のうるおい感を改善することが可能である。本発明のアルギニン誘導体を対イオンとしたリン酸エステル型界面活性剤はボディシャンプー等の補助洗浄成分として好適に使用することができる。
本発明の洗浄剤組成物には、前記した各種陰イオン界面活性剤を1種ないし数種組み合わせて配合することができる。
生成した陰イオン界面活性剤は、単離することなく、適宜の濃度に調整して使用することができる。
また、使用時には、必ずしも中和塩として供給する必要はなく、未中和の陰イオン性界面活性剤とアルギニン誘導体とを独立に配合して処方系の中で中和塩を形成させる態様でもよい。
本発明の洗浄剤組成物の剤型は任意であり、溶液系、可溶化系、乳化系、ゲル系、粉末系、固形等いずれも可能であり、目的とする製品に応じて本発明の界面活性剤と上記任意配合成分とを配合して製造することができる。
<分析方法>
○ 1H−NMR 核磁気共鳴分光法(NMR)は、日本電子株式会社製 ECP−400(400MHz)を使用した。1.5〜1.7ppmに出現するL−アルギニンのβ−炭素、γ−炭素に結合している水素のピーク面積(a)と3.8ppm付近に出現する2−ヒドロキシアルキル基の2位の炭素に結合している水素のピーク面積(b)との比率から、α−アミノ基に導入された2−ヒドロキシアルキル基の数(c)を算出した。例えば、導入基が2−ヒドロキシプロピル基である場合は数式(1)に従い、また、導入基が2−ヒドロキシエチル基である場合は数式(2)に従って算出した。
尚、各アルギニン誘導体は凍結乾燥したものを測定試料とした。
CAPI3330を使用し、下記の条件で各試料について測定を行った。
・
試料導入方法 落差法(25mm、120秒)にて採取(サイフォンの原理を利用)
・
測定波長 210nm(インダイレクトUV法)
・
印加電圧 +25kV(定電圧にて泳動)
・
泳動液 10mMイミダゾール(蛍光剤)、2mM 18−クラウンエーテル(キレート剤)、5mM 2−ヒドロキシ酪酸、5mM クエン酸一水和物(緩衝剤)
・
サンプル濃度 50ppm
・
測定温度 25℃
・
キャピラリー 内径75μm、全長800mmのシリカ製の中空キャピラリーを使用
尚、各アルギニン誘導体は凍結乾燥したものを測定試料とした。
L−アルギニン174g(1モル)をイオン交換水406gに溶解し、オートクレーブに仕込み、オートクレーブ内の空気を乾燥窒素で置換した。次に60℃にオートクレーブを加温し、滴下装置によりプロピレンオキシド116g(2モル)を1時間かけて徐々に滴下し、滴下終了後、さらに6時間攪拌した。反応終了後、30分間乾燥窒素でバブリングして未反応のプロピレンオキシドを除去し、オートクレーブから反応組成物を取り出した。
反応組成物の一部を取り出し、凍結乾燥にて水分を除去したものを分析用のサンプルとした。1H−NMRスペクトルから、α−アミノ基へ導入された2−ヒドロキシプロピル基は1.94モルであった。また、キャピラリー電気泳動(CP)による分析から、保持時間8分40秒に主ピークが確認され、その他にごく少量の他成分が含まれていたが、1H−NMRとCPによる分析結果から、主成分はN,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)−L−アルギニン(BPA)であると判断した。
オートクレーブから取り出した反応生成物の固形分濃度はカールフィッシャー法によって水分を測定することで算出され、41.2質量%であった。これに対し、有効成分濃度が40質量%になるようにイオン交換水を加え、BPAの40質量%水溶液を調製し、これを対イオンとして、本発明の陰イオン性界面活性剤を得た。
例えば、ラウリン酸200gをイオン交換水1435gに投入し、攪拌しながら80℃に加温してラウリン酸を溶解した後、攪拌しながら40質量%のBPA水溶液725gを投入して中和する。均一に溶解したことを確認した後、攪拌しながら室温まで冷却することによって、ラウリン酸N,N−ビスヒドロキシプロピルアルギニン塩(ラウリン酸BPA塩)の20質量%水溶液が得られた。
表1に示すように、実施例1〜4として本発明のアルギニン誘導体(BPA)を対イオンとして4種類の陰イオン性界面活性剤の20質量%水溶液を調製し、これを試料とした。一方、比較例1〜6では対イオンとしてL-アルギニン、トリエタノールアミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムを対イオンとした6種類の陰イオン性界面活性剤の20質量%水溶液を調製し、これを試料とした。尚、試料の調製に際しては、界面活性剤と対イオンのモル比が1:1となるよう添加量を決定した。
これらの界面活性剤水溶液の性能について、「起泡性」、「洗浄後のうるおい感」、「高温保存安定性」の三項目で評価した。
表2に示すように、実施例5として硫酸エステル型界面活性剤のBPA塩を主洗浄成分としたヘアシャンプーを配合し、これを試料とした。一方、比較例7、8では硫酸エステル型界面活性剤のナトリウム塩、N-アシルアミノカルボン酸型界面活性剤のトリエタノールアミン塩を主洗浄成分としたヘアシャンプーを配合した。尚、界面活性剤の調製に際しては、界面活性剤と対イオンのモル比が1:1となるよう添加量を決定した。
これらのヘアシャンプーの性能について、「起泡性」、「泡のクリーミィ性」、「すすぎ時のすべり性」、「タオルドライ後の髪のうるおい感」の四項目で評価した。
表3に示すように、実施例6として脂肪酸のBPA塩を主洗浄成分としたボディシャンプーを配合し、これを試料とした。一方、比較例9〜11では脂肪酸のカリウム塩、L−アルギニン塩及びN−アシルアミノカルボン酸のカリウム塩を主洗浄成分としたボディシャンプーを配合した。尚、界面活性剤の調製に際しては、陰イオン性界面活性剤と対イオンのモル比が1:1となるよう添加量を決定した。
これらのボディシャンプーの性能について、「起泡性」、「耐硬水性」、「洗浄後のうるおい感」、「高温安定性」及び「低温安定性」の五項目で評価した。
○ 「起泡性」について
試料をイオン交換水で20倍に希釈し、ミルサー試験機(Iwatani(株)製、IFM−100)で5秒間攪拌し、1分間静置した後の泡の高さを測定した。判定は下記の基準で行い、AA及びAを合格とした。
AA :
泡の高さが50mm以上
A :
泡の高さが40mm以上〜50mm未満
B :
泡の高さが30mm以上〜40mm未満
C :
泡の高さが20mm以上〜30mm未満
D :
泡の高さが20mm未満
○ 「洗浄後のうるおい感」について
20名の専門パネラーによる使用感テストを行った。試料3mLを泡立てて顔を洗ってもらい、タオルドライ後20分経過時の肌の感触について、パネラー各人が下記絶対評価にて4段階に評価し評点を付けた。そして、評点の合計によってAA〜Dの下記5段階評価を行い、AA及びAを合格とした。
<絶対評価基準>
(評点) : (評価)
3 : 洗浄後の肌にうるおい感が感じられる
2 : 洗浄後の肌にうるおい感がやや感じられる
1 : 洗浄後の肌にうるおい感があまり感じられない
0 : 洗浄後の肌にふっくらとした柔軟性が全く感じられない
<評点の合計による5段階評価>
AA :
評点の合計が50〜60点
A :
評点の合計が40〜50点未満
B :
評点の合計が30〜40点未満
C : 評点の合計が20〜30点未満
D :
評点の合計が20点未満
○ 「高温保存安定性」について
試料100mLをスクリュー管に充填し、密閉した後、50℃の恒温槽で1ヶ月間保存した。試験後のサンプルの性状を確認し、以下の基準で評価を行った。
○
; 試料の臭気に変化が確認されなかった
× ; 試料の臭気の悪化が確認された
試料をイオン交換水で20倍に希釈し、ミルサー試験機(Iwatani(株)製、IFM−100)で5秒間攪拌し、攪拌直後の泡の密度を測定した。判定は下記の基準で行い、AA及びAを合格とした。
AA :
泡の密度が0.05g/cm3以上
A :
泡の密度が0.04g/cm3以上〜0.05g/cm3未満
B :
泡の密度が0.03g/cm3以上〜0.04g/cm3未満
C :
泡の密度が0.02g/cm3以上〜0.03g/cm3未満
D :
泡の密度が0.02g/cm3未満
○ 「すすぎ時のすべり性」について
20名の専門パネラーによる使用感テストを行った。試料5mL使用して髪を洗ってもらい、すすぎ時の髪のすべり性について、パネラー各人が下記絶対評価にて4段階に評価し評点を付けた。そして、評点の合計によってAA〜Dの下記5段階評価を行い、AA及びAを合格とした。
<絶対評価基準>
(評点) : (評価)
3 : すすぎ時になめらかな指通りが感じられる
2 : すすぎ時になめらかな指通りがやや感じられる
1 : すすぎ時にややきしみが感じられる
0 : すすぎ時に著しいきしみが感じられる
<評点の合計による5段階評価>
AA :
評点の合計が50〜60点
A :
評点の合計が40〜50点未満
B :
評点の合計が30〜40点未満
C : 評点の合計が20〜30点未満
D :
評点の合計が20点未満
○ 「タオルドライ後の髪のうるおい感」について
20名の専門パネラーによる使用感テストを行った。試料5mLを使用して髪を洗ってもらい、タオルドライ後20分経過時の髪の感触について、パネラー各人が下記絶対評価にて4段階に評価し評点を付けた。そして、評点の合計によってAA〜Dの下記5段階評価を行い、AA及びAを合格とした。
<絶対評価基準>
(評点) : (評価)
3 : タオルドライ後の髪にしっとりとしたうるおいが感じられる
2 : タオルドライ後の髪にしっとりとしたうるおいがやや感じられる
1 : タオルドライ後の髪にしっとりとしたうるおいがあまり感じられない
0 : タオルドライ後の髪にしっとりとしたうるおいがほとんど感じられない
<評点の合計による5段階評価>
AA :
評点の合計が50〜60点
A :
評点の合計が40〜50点未満
B :
評点の合計が30〜40点未満
C :
評点の合計が20〜30点未満
D :
評点の合計が20点未満
○ 「耐硬水性」について
試料を300ppmの人工硬水(1000mLのイオン交換水にCaCl2・2H2O(試薬特級)3.3g及びMgCl2・6H2O(試薬特級)1.5gを溶解して調製)で20倍に希釈し、ミルサー試験機(Iwatani(株)製、IFM−100)で5秒間攪拌し、1分間静置した後の泡の高さを測定した。判定は下記の基準で行い、AA、A、及びBを合格とした。
AA :
泡の高さが45mm以上
A :
泡の高さが35mm以上〜45mm未満
B :
泡の高さが25mm以上〜35mm未満
C :
泡の高さが15mm以上〜25mm未満
D :
泡の高さが15mm未満
○ 「低温保存安定性」について
試料100mLをスクリュー管に充填し、密閉した後、5℃の恒温槽で1ヶ月間保存した。試験後のサンプルの性状を確認し、以下の基準で評価を行った。
○
; 外観の変化が確認されなかった
× ; 液の白濁や沈殿の発生等外観の変化が確認された
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