JP2016504463A

JP2016504463A - 脂肪アミドの水性分散液

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Publication number: JP2016504463A
Application number: JP2015550417A
Authority: JP
Inventors: ミッシェル・アン・チャーチフィールド; ティモシー・ジェイ・ヤング; マイ・チェン; トーマス・エル・トムチャック
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2016-02-12
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: JP6367227B2; CN104884425A; MX364401B; US20150352509A1; BR112015013265B1; US9579617B2; CN104884425B; TW201429926A; EP2914576B1; WO2014105379A1; EP2914576A1; RU2685729C2; TWI510457B; MX2015007855A; RU2015131042A

Abstract

水性媒体中に分散した粒子を含む組成物が提供され、該分散した粒子が、脂肪アミドおよび１つ以上の脂肪酸を含み、該脂肪酸の５０モル％以上が、カルボキシレート形態であり、該脂肪アミドと該脂肪酸との重量比が、０．１２：１〜２．３：１である。また、該脂肪アミド、該脂肪酸、および水を含む混合物に剪断を加えるステップを含む、組成物を作製する方法も提供し、該剪断を加えることが、５９℃を超える温度で実施され、該混合物中の水の量が、該混合物の重量に基づいて、７０重量％以下である。【選択図】なし

Description

脂肪アミドは、例えば、ポリオレフィンのための滑り補助添加剤としてなどを含む様々な目的に有用である。水性媒体中の安定した分散液として脂肪アミドを提供することが望ましい。脂肪アミドは水溶性ではないので、水性組成物中には含まれ得ない。水中にかかる分散液を提供する能力は、水性組成物中に脂肪アミドを含めることを可能にし得る。分散した粒子が有用な量の脂肪アミドを保有するために、分散した粒子は、粒子の重量に基づいて、１０重量％を超える脂肪アミドを含有しなければならない。しかしながら、過去において、安定した保存可能期間を有するかかる分散液を作製する方法は知られていなかった。

国際公開第２０１１／０５３９０４号は、アルキド樹脂の水性分散液を作製する方法を提供する。分散した粒子が脂肪アミドを含有する分散液を作製する方法を発見することが所望される。

以下は本発明の陳述である。

本発明の第１の態様は、水性媒体中に分散した粒子を含む組成物であり、該分散した粒子が、脂肪アミドおよび１つ以上の脂肪酸を含み、該脂肪酸の５０モル％以上がカルボキシレート形態であり、該脂肪アミドと該脂肪酸との重量比が、０．１２：１〜２．３：１である。

本発明の第２の態様は、該脂肪アミド、該脂肪酸、および水を含む混合物に剪断を加えるステップを含む、組成物を作製する方法であり、該剪断を加えることが、５９℃を超える温度で実施され、該混合物中の水の量が、該混合物の重量に基づいて、７０重量％以下である。

以下は本発明の詳細な記述である。

本明細書で使用される場合、以下の用語は、文脈が別途明確に示さない限り、指定された定義を有する。

本明細書で使用される場合、分散液は、連続液体媒体の至る所に分布される離散粒子を含有する組成物である。分布された粒子は分散型と言われる。各離散粒子は、固体、液体、またはそれらの組み合わせであり得る。連続液体媒体は、１０℃〜４０℃を含む温度範囲にわたって液体である。連続液体媒体の組成物が、連続液体媒体の重量に基づいて、６０重量％以上の量の水を含有する場合、連続液体媒体は、水性媒体である。

一群の粒子の組成は、組成物が粒子の間で実質的に変化しない場合、本明細書において均一であると見なされる。

本明細書で使用される場合、脂肪酸は、化学式Ｒ^１−ＣＯＯＨを有し、式中、Ｒ^１は、８個以上の炭素原子を含む置換または非置換ヒドロカルビル基である。本明細書で使用される場合、用語脂肪酸は、カルボキシル形態Ｒ^１−ＣＯＯＨおよびカルボキシレート形態
の両方を含むよう意図されている。カルボキシレート形態は、溶液形態または塩形態であり得る。

本明細書で使用される場合、脂肪アミドは、化学式Ｒ^２−Ｃ（Ｏ）ＮＨＲ^３を有し、式中、Ｒ^２は、８個以上の炭素原子を含む置換または非置換ヒドロカルビル基であり、Ｒ^３は、以下から選択される：
（Ｉ）Ｒ^３は、水素である（「Ｉ型」脂肪アミド）
（ＩＩ）Ｒ^３は、脂肪族非置換ヒドロカルビル基である（「ＩＩ型」脂肪アミド）か、または
（ＩＩＩ）Ｒ^３は、構造−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＮＨＣ（Ｏ）−Ｒ^４（式中、Ｒ^４が、８個以上の炭素原子を含む置換または非置換ヒドロカルビル基である）を有する（「ＩＩＩ型」脂肪アミド）。

エルカミドは、化学式ＣＨ_３−（ＣＨ_２）_７−ＣＨ＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_１１−Ｃ（Ｏ）−ＮＨ_２を有する。エルカ酸は、化学式ＣＨ_３−（ＣＨ_２）_７−ＣＨ＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_１１−Ｃ（Ｏ）−ＯＨを有する。

本明細書で使用される場合、液体組成物に剪断を加えることは、液体のサンプルの一部が液体のサンプルの別の部分に対して移動する機械的構成で液体の連続サンプルを配置することを意味する。

本明細書で使用される場合、中和剤は、本発明の組成物中に使用される脂肪酸をカルボキシレート形態に変換するのに十分な強度の塩基である。

本明細書で使用される場合、比率が「Ｘ：１以上」であるという陳述は、比率がＹ：１であることを意味し、Ｙは、Ｘ以上である。例えば、「３：１以上」であると言われる比率は、３：１または４：１または１００：１であり得るが、２．９：１にはなり得ない。同様に、比率が「Ｗ：１以下」であるという陳述は、比率がＺ：１であることを意味し、Ｚは、Ｗ以下である。例えば、「２０：１以下」であると言われる比率は、２０：１または１９：１または０．１５：１であり得るが、２１：１にはなり得ない。

本明細書で使用される場合、「室温」は約２５℃である。

本発明は、水性媒体である連続液体媒体に関する。好ましくは、水性媒体中の水の量は、水性媒体の重量に基づいて、７０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上である。

本発明において、分散相は水性媒体中に分散する。好ましくは、体積基準での分散した粒子のメジアン直径は、５０マイクロメートル以下、より好ましくは２０マイクロメートル以下、より好ましくは１０マイクロメートル以下、より好ましくは５マイクロメートル以下である。好ましくは、体積基準での分散した粒子のメジアン直径は、０．０１マイクロメートル以上、より好ましくは０．０２マイクロメートル以上、より好ましくは０．０５マイクロメートル以上、より好ましくは０．１マイクロメートル以上である。

好ましい脂肪アミドにおいて、Ｒ^２は、１２個以上の炭素原子、より好ましくは１６個以上の炭素原子、より好ましくは１８個以上の炭素原子を有する非置換ヒドロカルビル基である。好ましい脂肪アミドにおいて、Ｒ^２は、３０個以下の炭素原子、より好ましくは２５個以下を有する非置換ヒドロカルビル基である。

ＩＩＩ型脂肪アミドの中でも、好ましくは、Ｒ^４は、１２個以上の炭素原子、より好ましくは１６個以上の炭素原子、より好ましくは１８個以上の炭素原子を有する非置換ヒドロカルビル基である。ＩＩＩ型脂肪アミドの中でも、好ましくは、Ｒ^４は、３０個以下の炭素原子、より好ましくは２５個以下を有する非置換ヒドロカルビル基である。ＩＩ型脂肪アミドの中でも、好ましくは、Ｒ^３は、１２個以上の炭素原子、より好ましくは１６個以上の炭素原子、より好ましくは１８個以上の炭素原子を有する。ＩＩ型脂肪アミドの中でも、好ましくは、Ｒ^３は、３０個以下の炭素原子、より好ましくは２５個以下を有する。

Ｉ型脂肪アミドが好ましい。好ましい脂肪アミドは、エルカミドおよびオレアミドであり、エルカミドが最も好ましい。

好ましくは、分散した粒子の組成物は、均一である。

好ましくは、粒子中の脂肪アミドの量は、粒子の重量に基づいて、６０重量％以下、より好ましくは５５重量％以下である。好ましくは、粒子中の脂肪アミドの量は、粒子の重量に基づいて、１０重量％を超え、より好ましくは１５重量％以上である。

好ましくは、粒子中の脂肪酸の量は、粒子の重量に基づいて、４０重量％以上、より好ましくは４５重量％以上である。好ましくは、粒子中の脂肪酸の量は、粒子の重量に基づいて、９５重量％以下、より好ましくは９０重量％未満、より好ましくは８５重量％以下である。

粒子中、脂肪アミドと脂肪酸との重量比は、０．１２：１以上、好ましくは０．１８：１以上である。粒子中、脂肪アミドと脂肪酸との重量比は、２．３：１以下、好ましくは１．５：１以下、より好ましくは１．２：１以下である。

好ましくは、脂肪酸のＲ^１基（上で定義された通りの）は、８個以上の炭素原子、より好ましくは１４個以上の炭素原子、より好ましくは１８個以上の炭素原子、より好ましくは２０個以上の炭素原子を有する非置換炭化水素基である。好ましくは、脂肪酸のＲ^１基は、３０個以下の炭素原子、より好ましくは２５個以下の炭素原子を有する炭化水素基である。好ましくは、脂肪酸のＲ^１基は、１つまたは２つの炭素−炭素二重結合を有する炭化水素基である。好ましくは、脂肪酸はエルカ酸である。

好ましくは、一部または全ての脂肪酸はカルボキシレート形態である。好ましくは、カルボキシレート形態である脂肪酸のモル％は、５０％〜１００％、より好ましくは７５％〜１００％である。

いくつかの実施形態において、１つ以上の界面活性剤も分散液中に存在する。陰イオン性および非イオン性界面活性剤が好ましい。非イオン性界面活性剤がより好ましい。好ましい非イオン性界面活性剤は、ブロックコポリマー界面活性剤およびエトキシル化脂肪化合物界面活性剤である。エトキシル化脂肪化合物界面活性剤は、構造−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−を含み、かつ非置換炭化水素基を含む分子を有する界面活性剤であり、好ましくは、ｎは３以上であり、より好ましくは、ｎは５以上であり、好ましくは、炭化水素基は、８個以上の炭素原子、より好ましくは１２個以上の炭素原子、より好ましくは１６個以上の炭素原子を有する。

１つ以上の界面活性剤が組成物中に存在するとき、界面活性剤の好ましい量は、組成物の総重量に基づいて、５重量％以下、より好ましくは４重量％以下、より好ましくは３重量％以下である。１つ以上の界面活性剤が組成物中に存在するとき、界面活性剤の好ましい量は、組成物の総重量に基づいて、０．１重量％以上、より好ましくは０．２重量％以上である。

本発明は、本明細書に記載される組成物を作製する方法も伴う。本発明の方法は、該脂肪アミド、該脂肪酸、および水を含有する混合物に剪断を加えるステップを含み、該剪断を加えることが、５９℃を超える温度で実施され、該混合物中の水の量が、該混合物の重量に基づいて、３０重量％以下である。

本発明の方法は、好ましくは、分散相が、エマルジョンの重量に基づいて、エマルジョンの３０重量％以上を占めるエマルジョンとして本明細書で定義される高内相エマルジョン（ＨＩＰエマルジョン）を作製することを伴う。好ましいＨＩＰエマルジョン中、分散相の量は、エマルジョンの重量に基づいて、５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上である。ＨＩＰエマルジョンを生成するために、水、脂肪アミド、脂肪酸、中和剤、任意の界面活性剤、および任意のさらなる成分を含有する混合物（Ｉ）が作製される。

好ましくは、混合物（Ｉ）中、脂肪アミドと脂肪酸との重量比は、２．３：１以下、より好ましくは１．５：１以下、より好ましくは１．２：１以下である。好ましくは、混合物（Ｉ）中、脂肪アミドと脂肪酸との重量比は、０．１２：１以上、より好ましくは０．１８：１以上である。

混合物（Ｉ）中、水の量は、混合物（Ｉ）の重量に基づいて、好ましくは７０重量％以下、より好ましくは５０重量％以下、より好ましくは３０重量％以下、より好ましくは２０重量％以下、より好ましくは１５重量％以下である。好ましくは、混合物（Ｉ）中、水の量は、混合物（Ｉ）の重量に基づいて、１重量％以上、より好ましくは２重量％以上である。

混合物（Ｉ）中、好ましい中和剤は、無機塩基および有機塩基である。有機塩基の中でも、有機アミンが好ましい。無機塩基が好ましい。好ましい無機塩基は、水酸化物化合物であり、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化アンモニウムがより好ましく、水酸化カリウムおよび水酸化アンモニウムがより好ましい。

混合物（Ｉ）中、中和剤の量は、中和剤の当量と脂肪酸の当量との比率として本明細書で定義される当量比によって特徴付けられる。好ましくは、混合物（Ｉ）中の当量比は、１．２：１以下、より好ましくは１．０１：１以下である。好ましくは、混合物（Ｉ）中の当量比は、０．５：１以上、より好ましくは０．６：１以上、より好ましくは０．７：１以上である。

好ましくは、１つ以上の界面活性剤が混合物（Ｉ）中に含まれる。混合物（Ｉ）の好ましい界面活性剤および好ましい量は、本発明の組成物に関して本明細書で上述されたものと同一である。

好ましくは、剪断は、機械式撹拌機を使用して混合物（Ｉ）に加えられる。好ましくは、機械式撹拌機は、均一な混合を提供し、これは、混合物（Ｉ）のあらゆる部分が剪断に曝され、混合物（Ｉ）の様々な成分が密に混合されることを意味する。混合物（Ｉ）中の水の量が、エマルジョンを生成することを目的とする典型的な混合物と比較して相対的に低いことが企図され、したがって、混合物（Ｉ）の粘度が、エマルジョンを生成することを目的とする典型的な混合物の粘度と比較して相対的に高いであろうことが企図されるため、機械式撹拌機が、かかる混合物において均一な混合を提供するのに十分な力を有さなければならないことが企図される。

好ましい機械式撹拌機は、融解混練機、回転ブレードミキサー、および回転子−固定子ミキサーである。融解混練機の中でも、混練機、Ｂａｎｂｕｒｙ（商標）ミキサー、一軸押出機、および二軸押出機が好ましい。好ましい回転ブレードミキサーは、５００ｒｐｍ以上の回転速度で動作する。好ましい回転ブレードミキサーは、例えば、Ｃｏｗｌｅｓ型ブレードのような歯付きのブレードを有する。

剪断は、混合物（Ｉ）が５９℃以上の温度である間に混合物（Ｉ）に加えられる。好ましくは、脂肪酸の融点が５９℃を超える場合、剪断は、脂肪酸の融点を超える温度で混合物（Ｉ）に加えられる。好ましくは、混合物（Ｉ）が単一融点を有する場合、剪断は、混合物（Ｉ）が混合物（Ｉ）の融点を超える温度である間に混合物（Ｉ）に加えられる。

混合物（Ｉ）が１００℃以上の温度に曝される場合、好ましくは、混合物（Ｉ）は、混合物（Ｉ）中の水が液体状態を保つように、密閉され、かつ１気圧を超える圧力を含み得る容器内に保管される。

好ましくは、混合物（Ｉ）に剪断を加えた結果、混合物（Ｉ）はＨＩＰエマルジョンになる。好ましくは、分散した粒子の粒径分布は、本発明の組成物における粒径分布について本明細書に上述される特徴を有する。

ＨＩＰエマルジョンの形成後、組成物は、好ましくは、室温に冷却される。

任意に、ＨＩＰエマルジョンの形成後、ＨＩＰは、水または他の水性媒体の添加によって希釈される。希釈プロセスによって形成されるＨＩＰおよび組成物の両方が本発明の組成物であることが企図される。

室温への冷却およびさらなる水の添加が分散した粒子の粒径を変化させないことが企図される。

好ましくは、本発明の組成物は、安定した分散液である。分散液が、いかなる著しい沈殿、クリーミング、相分離の他の兆候、粒径変化、または粘度変化を伴うことなく、２５℃で保管され得る場合、本明細書において、分散液は安定していると見なされる。粘度は、ブルックフィールド粘度計を使用して、２５℃で測定される。粘度の著しい変化とは、初期粘度に基づいて、２５％以上の変化である。粒径の著しい変化とは、初期メジアン直径に基づいて、メジアン直径の５０％以上の変化である。好ましくは、本発明の組成物は、１日間以上、より好ましくは３日間以上、より好ましくは１ヶ月間以上、より好ましくは６ヶ月間以上安定している。

以下は、本発明の実施例である。

組成物を、以下の調製方法（「ＰｒｅｐＭｅｔｈ」）１または２のうちの１つを使用して作製した。

調製方法１は、以下の通りであった。エルカミド、エルカ酸、水酸化カリウム（または水酸化アンモニウム）、および水（この方法の混合物（Ｉ））を、Ｃｏｗｌｅｓブレードを装着した３００ｍＬのＰａｒｒ反応器容器内に配置した。材料を、緩徐に混合しながら１００℃に加熱した。設定温度に達した時点で、ミキサーを高速（約１８００ｒｐｍ）で２５分間稼動させた。引き続き高速で混合しながら、サンプルを、２０ｍＬ／分の速度で、ＨＰＬＣポンプを用いて反応器に供給される水（「初期水」）で所望の濃度に希釈した。熱を除去し、温度が４５℃以下に冷却されるまで撹拌を続けた。その後、Ｐａｒｒを開放し、分散液を収集した。いくつかの場合において、結果として生じた混合物をさらなる水（「希釈水」）と混合した。

調製方法２は、以下の通りであった。調製方法２は、以下の通りであった。エルカミド（ＡｋｚｏＮｏｂｅｌのＡｒｍｏｓｌｉｐＥ）およびエルカ酸（ＣｒｏｄａのＰｒｉｆｒａｃ２９９０）を、ｒｏｔｏｖａｐシステム上で６０〜８０℃で、界面活性剤と一緒にブレンドした。加熱されたブレンド物を加熱した供給タンクに移した。加熱されたブレンド物を、１５グラム／分の速度で、回転子固定子ミキサーにポンプで供給する。２８パーセント（重量／重量）溶液の水酸化アンモニウム溶液を、さらなる水と共に回転子固定子ミキサーに供給し、乳化混合物生成物を作成した。２つのストリームの比率は、以下の表で見つけることができる。ミキサー速度を約７００ｒｐｍに設定した。いくつかの場合において、乳化混合物生成物を、本発明の分散液として収集した。必要に応じて、乳化混合物を、さらなる水と共に第２の回転子固定子ミキサーに供給して、本発明の分散液を作成することができる。第２のミキサー速度を約５００ｒｐｍに設定することができる。分散液の固形分の体積平均粒径直径を測定し、結果を以下の表に示す。

粒径を、サンプル送達システムとしてＵｎｉｖｅｒｓａｌＬｉｑｕｉｄＭｏｄｕｌｅを有するＣｏｕｌｔｅｒＬＳ（商標）１３−３２０粒径分析器（ＢｅｃｋｍａｎＣｏｕｌｔｅｒ，Ｉｎｃ．）を使用して決定した。システムは、ＩＳＯ１３−３２０標準に従う。使用したソフトウエアのバージョンは、バージョン６．０１であった。全ての測定の分析条件は、１．３３２の流体屈折率、１．５のサンプル実屈折率、および０．０のサンプル仮想屈折率を使用した。偏光強度微分散乱（ＰＩＤＳ）オプションを作動させ、粒径情報を生み出すために使用した。体積平均粒径直径を測定し、μｍで報告した。ＣｏｕｌｔｅｒＬＡＴＲＯＮ（商標）３００ＬＳラテックス標準を使用して、粒径分析器を較正した。

以下の組成物を作製した。それぞれを、許容できる分散液が生成されたかに従って判定した。許容できると見なされるためには、分散液は、５０マイクロメートル以下のメジアン粒径を有し、可視の別個の粒子がなく、かつ安定していなければならない。安定した分散液は、作製時に許容でき、室温での少なくとも３日間の保管の間それを保った。

以下の界面活性剤を使用した。
Ｄｏｗｆａｘ（商標）２Ａ１界面活性剤＝アルキルジフェニルオキシドジスルホネート（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．）
Ｐｌｕｒｏｎｉｃ（商標）Ｆ−１０８界面活性剤＝エチレンオキシド／プロピレンオキシドブロックコポリマー（ＢＡＳＦ）
Ｔｅｒｇｉｔｏｌ（商標）１５−Ｓ−３０界面活性剤＝二級アルコールエトキシレート、（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．）
Ｓｅｒｄｏｘ（商標）ＮＸＣ６界面活性剤＝オレイン酸モノエタロールアミド＋６ＥＯ（ＥｌｅｍｅｎｔｉｓＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．）
Ｎｅｏｄｏｌ（商標）２３−６−６．５界面活性剤＝１モルのアルコール当たり約６．５モルのエチレンオキシドを含むＣ１２〜Ｃ１３アルコール（ＳｈｅｌｌＣｈｅｍｉｃａｌｓ）
Ｂｒｉｊ（商標）７００界面活性剤＝エトキシル化脂肪アルコール（Ｃｒｏｄａ）

以下の組成物それぞれにおいて、エルカミドを、以下の表で示される通り、水、構成成分２（「Ｃ２」）、界面活性剤１（「Ｓ１」）、および界面活性剤２（「Ｓ２」）のうちの１つ以上と混合することによって、混合物（Ｉ）を形成した。「Ｅｘ．」は「実施例」であり、「Ｅ／Ｃ２」はエルカミドとＣ２との重量比であり、「ＰＳ」はマイクロメートルでの粒径であり、「Ｕ」は許容できない分散液を示す。「Ｃ」を含む実施例番号は、比較実施例を示す。脂肪酸を塩として列挙するとき、脂肪酸は、別途示さない限り、カルボキシレート形態において１００モル％であった。
実施例１８７、１８９、１９０、１９３、１９４、２３９、２４０、および２４２は、６ヶ月間、室温（約２５℃）で保管され、その時点で安定した分散液であると観察された。
実施例１００１、１００２、１００３、および１００４は、１ヶ月間、室温（約２５℃）で保管され、安定した分散液であると観察された。

Claims

水性媒体中に分散した粒子を含む組成物であって、前記分散した粒子が、１つ以上の脂肪アミドおよび１つ以上の脂肪酸を含み、前記脂肪酸の５０モル％以上が、カルボキシレート形態であり、前記脂肪アミドと前記脂肪酸との重量比が０．１２：１〜２．３：１である、組成物。
前記脂肪アミドがエルカミドである、請求項１に記載の組成物。
前記エルカミドと前記脂肪酸との重量比が０．１８：１〜１．２：１である、請求項１に記載の組成物。
前記粒子のメジアン径が５０マイクロメートル以下である、請求項１に記載の組成物。
前記脂肪酸の７５モル％以上がカルボキシレート形態である、請求項１に記載の組成物。
請求項１に記載の組成物を作製する方法であって、前記脂肪アミド、前記脂肪酸、および水を含む混合物に剪断を加えるステップを含み、前記剪断を加えることが５９℃を超える温度で実施され、前記混合物中の水の量が、前記混合物の重量に基づいて、７０重量％以下である、方法。
前記脂肪アミドがエルカミドである、請求項６に記載の方法。
前記混合物中の水の量が、前記混合物の重量に基づいて、１２重量％以下である、請求項６に記載の方法。
前記混合物が１つ以上の中和剤をさらに含み、前記中和剤の当量と前記脂肪酸の当量との比率が０．５：１〜１．０１：１である、請求項６に記載の方法。
エルカミドと脂肪酸との重量比が０．１８：１〜１．２：１である、請求項６に記載の方法。
前記混合物に前記剪断を加えることが、前記脂肪酸の融点を超える温度で実施される、請求項６に記載の方法。