JP2015105312A - 共重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記所定の質量比が、疎水性不飽和単量体(A)と不飽和単量体(B)の総質量に対する疎水性不飽和単量体(A)の質量比であって、0.08以上、0.40以下であり、
下記測定方法(1)で得られる混合溶媒中の水の含有量をS質量%とした時に、混合溶媒中の水の含有量がS質量%以上、(S+10)質量%以下であり、
前記有機溶媒の20℃における水100gに対する溶解量が20g以上である、共重合体の製造方法が提供される。
測定方法(1)
疎水性不飽和単量体(A)と不飽和単量体(B)からなる前記所定の質量比の単量体混合物15質量部を水及び前記有機溶媒からなる混合溶媒84.15質量部及び非イオン性界面活性剤0.85質量部と混合し、透過率を測定する。混合溶媒中の水の含有量を97.5質量%から2.5質量%ずつ減らして透過率を測定し、透過率が初めて90%以上となる水の含有量をS質量%とする。
本発明の共重合体の製造に用いられる疎水性不飽和単量体(A)は、親水化性能向上の観点から、好ましくは20℃における水100gに対する溶解量が10g以下であり、より好ましくは1g以下であり、さらに好ましくは0.1g以下である。また、疎水性不飽和単量体(A)は、同様の観点から、下記一般式(1)で表される単量体及び一般式(2)で表される単量体から選ばれる1種以上であることが好ましく、より好ましくは一般式(1)で表される単量体から選ばれる1種以上である。
R4:炭素数1以上、22以下の炭化水素基、
R5〜R7:同一又は異なって、水素原子又は炭素数1又は2のアルキル基、
R8,R9:同一又は異なって、水素原子又は炭素数1以上、4以下の炭化水素基を示す。]
本発明の共重合体の製造に用いられるスルホベタイン基を有する不飽和単量体(B)は、親水化性能の向上及び重合性の観点から、下記一般式(3)で表される単量体、下記一般式(4)で表される単量体及び下記一般式(5)で表される単量体からなる群から選ばれる1種以上であることが好ましく、同様の観点から一般式(3)で表される単量体から選ばれる1種以上であることがより好ましい。
R13,R14:同一又は異なって、メチル基、またはエチル基、
X1:炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
X2:水酸基を有してもよい炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
R15〜R17:同一又は異なって、水素原子又は炭素数1又は2のアルキル基、
R18,R19:同一又は異なって、メチル基、またはエチル基、
X3:炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
X4:水酸基を有してもよい炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
X5:水酸基を有してもよい炭素数2以上、4以下のアルキレン基を示す。]
本発明によれば、疎水性不飽和単量体(A)とスルホベタイン基を有する不飽和単量体を含有する不飽和単量体(B)とは、水及び有機溶媒の混合溶媒中で、所定の質量比で重合される。ここで所定の質量比とは、疎水性不飽和単量体(A)と不飽和単量体(B)の総質量に対する疎水性不飽和単量体(A)の質量比であって、0.08以上、0.40以下の値を有する。
疎水性不飽和単量体(A)と不飽和単量体(B)からなる上記所定の質量比の単量体混合物15質量部を水及び上記有機溶媒からなる混合溶媒84.15質量部及び非イオン性界面活性剤0.85質量部と混合し、透過率を測定する。混合溶媒中の水の含有量を97.5質量%から2.5質量%ずつ減らして透過率を測定し、透過率が初めて90%以上となる水の含有量をS質量%とする。
ここで非イオン性界面活性剤は、アルキル基の炭素数が12であり、オキシエチレン基の平均付加モル数が9モルであるポリオキシエチレンアルキルエーテルである。
本発明の共重合体は親水化処理剤として用いることができる。即ち本発明によれば、親水化処理剤の製造方法が提供される。
また本発明によれば、本発明の共重合体及び水を含有する、親水化処理剤組成物が提供される。親水化処理剤組成物において、本発明の共重合体は1種又は2種以上を用いることができる。
親水化処理剤組成物は、親水化処理剤組成物の親水化性能を高める観点から、界面活性剤を含有することが好ましい。界面活性剤を用いることにより、親水化処理剤組成物が固体表面に濡れ広がりやすくなり、親水化性能が向上する。また、固体表面に汚れ物質、特に疎水性の高い例えば油性の汚れ物質が付着している場合には、界面活性剤を用いることにより、界面活性剤により疎水性の高い汚れ物質が除去され、固体表面の親水化性能が向上する。
陰イオン性界面活性剤としては、疎水性部位を有する硫酸エステル塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩、リン酸エステル塩、及びアミノ酸塩から選ばれる1種又は2種以上が好ましい。具体的には、アルキル硫酸塩、アルケニル硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩等の疎水性部位を有する硫酸エステル塩;スルホコハク酸アルキルエステル塩、ポリオキシアルキレンスルホコハク酸アルキルエステル塩、アルカンスルホン酸塩、内部オレフィンスルホン酸塩、アシルイセチオネート、アシルメチルタウレート等の疎水性部位を有するスルホン酸塩;炭素数8以上16以下の高級脂肪酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル酢酸塩等の疎水性部位を有するカルボン酸塩;アルキルリン酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸塩等の疎水性部位を有するリン酸エステル塩;アシルグルタミン酸塩、アラニン誘導体、グリシン誘導体、アルギニン誘導体等の疎水性部位を有するアミノ酸塩等が挙げられる。
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレン(硬化)ヒマシ油等のポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤と、ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリンアルキルエーテル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、アルキルグリコシド等の多価アルコール型非イオン性界面活性剤及び脂肪酸アルカノールアミド等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、イミダゾリン系ベタイン、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、脂肪酸アミドプロピルベタイン、スルホベタイン等のベタイン系界面活性剤、及びアルキルジメチルアミンオキサイド等のアミンオキサイド型界面活性剤等が挙げられる。
陽イオン性界面活性剤としては、アミド基、エステル基又はエーテル基で分断されていてもよい炭素数12以上、28以下、好ましくは炭素数16以上、22以下の炭化水素基を有する第4級アンモニウム塩、ピリジニウム塩、又は3級アミンの鉱酸又は有機酸の塩が挙げられる。
親水化処理剤組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲で、シュウ酸、マレイン酸、クエン酸、アジピン酸、セバシン酸、リンゴ酸、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリ2−アクリルアミド―2−メチルプロパンスルホン酸、ポリp−スチレンスルホン酸等の多価カルボン酸;エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等の溶剤;NaCl等の親水化処理剤の水への溶解性を向上させる塩;トルエンスルホン酸塩、キシレンスルホン酸塩、尿素等の可溶化剤;粘土鉱物、水溶性高分子化合物等の粘度調整剤(但し、本発明の共重合体であるものを除く);方解石、珪石、リン酸カルシウム、ゼオライト、炭酸カルシウム、ポリエチレン、ナイロン、ポリスチレン等の水不溶性研磨剤;グリセリン、ソルビトール等の保湿剤;カチオン化セルロース等の感触向上剤(但し、本発明の共重合体であるものを除く);炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム等のアルカリビルダー;酵素、色素、香料、防腐・防かび剤等を添加することができる。
親水化処理剤組成物は、本発明の共重合体、水及び必要に応じて前述した界面活性剤や多価有機酸等のその他の成分を加えて、公知の方法により攪拌、混合することにより得ることができる。
親水化処理剤組成物は、固体表面の種類や処理目的に応じて、適宜組成割合を調整することができる。また、濃厚溶液を調製しておき、使用時に希釈して用いることもできる。
本発明により得られる親水化処理剤組成物は、固体表面に接触させることにより、固体表面を親水化処理することができる。ここで「固体表面」の「固体」とは、特に制限はなく、ガラス、陶器、磁器、琺瑯、タイル、セラミックス;アルミニウム、ステンレス、真鍮等の金属;ポリエチレン、ポリプロピレン、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ABS樹脂、FRP等の合成樹脂;木綿、絹、羊毛等の天然繊維;ポリエステル、ナイロン、レーヨン等の合成繊維;毛髪、爪、歯等の固体を意味する。
本発明方法を適用しうる好適な固体表面としては、疎水性硬質表面、更にセラミックス、金属、合成樹脂から選ばれる1種又は2種以上の疎水性硬質表面が挙げられる。ここで、疎水性硬質表面とは、水に対する静止接触角が70°以上であることを意味し、親水性硬質表面とは70°未満であることを意味する。なお、静止接触角は、実施例に記載の方法で測定することができる。
また、親水化処理剤組成物は、取扱いの安定性の観点から、水溶液であることが好ましい。
(i)親水化処理剤組成物に固体を浸漬させる方法
(ii)親水化処理剤組成物を固体表面に噴霧又は塗布する方法
(iii)親水化処理剤組成物で常法に従い固体表面を洗浄する方法
(1)S質量%の測定方法
20mLのスクリュー管に、対応する実施例及び比較例と同じ所定質量比の疎水性不飽和単量体(A)および不飽和単量体(B)を合わせて1.50g、イオン交換水97.5質量%および所定の有機溶媒2.5質量%の混合溶媒を8.415g、非イオン性界面活性剤「エマルゲン109P」(花王(株)製)0.085g、直径2cmのスターラーチップを入れ、1000rpmで30分間撹拌した。続いて、2分間超音波処理した後、ただちに紫外可視分光光度計「UV−2550」(島津製作所製)にて、25℃における波長600nmの光の透過率を測定し、不飽和単量体未添加の混合溶媒の透過率を100%とした時の相対透過率を求めた。混合溶媒中の水の含有量を97.5質量%から2.5質量%ずつ減らして同様にして透過率を測定し、透過率が初めて90%以上となる水の含有量をS質量%と決定した。
撹拌機(テフロン(登録商標)製60mm三日月翼使用)、窒素導入管、温度計を備えた300mL4つ口セパラブルフラスコに、N−(3−スルホプロピル)−N−メタクリロキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン(SBMA、シグマアルドリッチ製)24.6g、メタクリル酸n−ブチル(BMA、和光純薬工業(株)製)5.37g、混合溶媒としてエタノール46g及びイオン交換水72gを入れ、200rpmで撹拌しながら、窒素ガスを100mL/分で30分間吹き込み、窒素置換を行った。次に、70℃まで昇温し、エタノール2.0g、2、2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(V−65、和光純薬工業(株)製)0.156gを加え、重合を開始した。4時間後冷却し、80℃で17時間減圧乾燥することで白色固体の共重合体を得た。
不飽和単量体や混合溶媒を表2に示す通りに変更した他は、実施例1と同様に行い、白色固体の共重合体を得た。
重合開始剤をV−65からt−ブチルパーオキシネオデカノエート(パーブチルND、日本油脂(株)製)0.879gに変更した他は、実施例1と同様に行い、白色固体の共重合体を得た。
撹拌機(テフロン(登録商標)製60mm三日月翼使用)、窒素導入管、温度計を備えた300mL4つ口セパラブルフラスコに、N−(3−スルホプロピル)−N−メタクリロキシエチル−N、N−ジメチルアンモニウムベタイン(SBMA、シグマアルドリッチ製)24.6g、メタクリル酸n−ブチル(BMA、和光純薬工業(株)製)5.37g、混合溶媒としてエタノール48g及びイオン交換水67gを入れ、200rpmで撹拌しながら、窒素ガスを100mL/分で30分間吹き込み、窒素置換を行った。次に、70℃まで昇温し、イオン交換水5g、2、2’―アゾビス−2−アミジノプロパン二塩酸塩(V−50、和光純薬工業(株)製)0.512gを加え、重合を開始した。4時間後冷却し、80℃で17時間減圧乾燥することで白色固体の共重合体を得た。
重合開始剤をV−50から過硫酸アンモニウム(APS、シグマアルドリッチ製)0.575gに変更した他は、実施例12と同様に行い、共重合体の白色固体を得た。
実施例1〜13及び比較例1〜7の共重合体を用いて、下記の親水化処理剤組成物1を調製し、接触角を測定した。
予め清浄にしたテストピース「塩化ビニルテストピース」((株)エンジニアリングテストサービス製、材質:硬質ポリ塩化ビニル、25mm×75mm)を水平に固定し、ポリマー溶液1mLを滴下して5分間静置した後、イオン交換水約200mLで軽くすすいで風乾した。風乾後のテストピースの表面の処理部分を目視で観察し、表面処理の均一性を評価した。このテストピースの表面の処理部分のイオン交換水に対する静止接触角を、自動接触角計「DM−500」(協和界面科学株式会社製)を用いて、添加量10μL、添加6秒後の条件にて測定した。測定は2枚のテストピースを用いて、1枚のテストピース当たり5回行い、10回の測定値の平均値を用いた。
本発明の共重合体:0.5質量%
ジエチレングリコールモノブチルエーテル:7.5質量%
ミリスチン酸ナトリウム:1質量%、
炭素数12〜16の直鎖アルキル基、エチレンオキサイド平均付加モル数4.0のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩:1.5質量%
炭素数12〜16の直鎖アルキル基、エチレンオキサイド平均付加モル数10のポリオキシエチレンアルキルエーテル:1.5質量%
炭素数12〜16の直鎖アルキルポリグルコース(平均糖縮合度1〜2):1.5質量%
ラウリン酸アミドプロピル−N,N−ジメチル−酢酸ベタイン:2質量%
炭素数12〜16の直鎖アルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライド:1質量%
クエン酸:0.5質量%
エチレンジアミン四酢酸ナトリウム:2.5質量%
水:残部
接触角が小さいほど、親水化性能に優れる。実施例1〜10について行った均一性評価と共に、結果を表2及び表3に示す。
実施例1、13〜15の共重合体を用いて、親水化処理剤組成物1及び2を調製し、各親水化処理剤組成物の透過率を測定した。紫外可視分光光度計「UV−2550」(島津製作所製)にて、25℃における波長600nmの光の透過率を測定し、共重合体未添加の溶液の透過率を100%とした時の相対透過率を求めた。親水化処理剤組成物1は、試験例1で用いたものと同じである。親水化処理剤組成物2は、本発明の共重合体0.5質量%を含有した0.1mol/L塩化ナトリウム水溶液である。透過率が大きいほど、本発明の共重合体の溶解性又は分散性に優れる。結果を表3に示す。
また、表3から明らかなように、水溶性重合開始剤を用いた実施例12及び13の親水化処理剤組成物は、溶解性又は分散性に優れ、親水化処理剤組成物の製剤化の汎用性に優れる。
Claims (8)
- 疎水性不飽和単量体(A)と、スルホベタイン基を有する不飽和単量体を含有する不飽和単量体(B)とを、水及び有機溶媒の混合溶媒中で所定の質量比で重合させ、前記所定の質量比が、疎水性不飽和単量体(A)と不飽和単量体(B)の総質量に対する疎水性不飽和単量体(A)の質量比であって、0.08以上、0.40以下であり、
下記測定方法(1)で得られる混合溶媒中の水の含有量をS質量%とした時に、混合溶媒中の水の含有量がS質量%以上、(S+10)質量%以下であり、
前記有機溶媒の20℃における水100gに対する溶解量が20g以上である、
共重合体の製造方法。
測定方法(1)
疎水性不飽和単量体(A)と不飽和単量体(B)からなる前記所定の質量比の単量体混合物15質量部を水及び前記有機溶媒からなる混合溶媒84.15質量部及び非イオン性界面活性剤0.85質量部と混合し、透過率を測定する。混合溶媒中の水の含有量を97.5質量%から2.5質量%ずつ減らして透過率を測定し、透過率が初めて90%以上となる水の含有量をS質量%とする。 - スルホベタイン基を有する不飽和単量体が下記一般式(3)で表される単量体、下記一般式(4)で表される単量体及び下記一般式(5)で表される単量体からなる群から選ばれる1種以上である、請求項1又は2に記載の共重合体の製造方法。
R13,R14:同一又は異なって、メチル基、またはエチル基、
X1:炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
X2:水酸基を有してもよい炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
R15〜R17:同一又は異なって、水素原子又は炭素数1又は2のアルキル基、
R18,R19:同一又は異なって、メチル基、またはエチル基、
X3:炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
X4:水酸基を有してもよい炭素数2以上、4以下のアルキレン基、
X5:水酸基を有してもよい炭素数2以上、4以下のアルキレン基を示す。] - 開始剤として、水溶性重合開始剤を用いる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の共重合体の製造方法。
- 有機溶媒が、炭素数2以上4以下のエーテル、炭素数3以上4以下のケトン、炭素数1以上4以下のアルコール、ジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド及びアセトニトリルからなる群から選ばれる1種以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の共重合体の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により得られる共重合体からなる親水化処理剤。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により得られる共重合体と水を含有する親水化処理剤組成物。
- 更に界面活性剤を含有する、請求項7に記載の親水化処理剤組成物。
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