JP3051169B2 - 触媒によるグルカミド洗剤の改良製造法 - Google Patents

触媒によるグルカミド洗剤の改良製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は洗剤分野に関するものであって、洗濯用洗剤
界面活性剤を製造するために、触媒の存在下で脂肪酸エ
ステルとN−アルキルグルカミンを縮合する改良された
方法に関する。
発明の背景 本発明は天然資源の使用方法に対する社会情勢の変化
を背景として行われたものである。石油原料は再生不能
でありかつ国家の収支にさえかなりの影響を及ぼすまで
にますます高価になってきており、供給が不確実になる
ことも起こりうる。消費者用使い捨て商品の製造のこと
ような原料への依存をより少なくすることは、社会およ
び環境面での全般的利益のためになるという認識があ
り、次第に一般に受け入れられるようになってきてい
る。しかし、かかる考え方に真剣に対応するには、各地
方において、即ち地域的に入手できる再生可能な資源原
料を洗濯用洗剤等の望まれている消費財に変換するため
の効率的な方法が必要とされる。
米国ではグルコースやトウモロコシ、シロップ等の砂
糖および脂肪性物質が大量に生産されている。これらの
特定の再生可能な資源の伝統的な消費パターンは下降傾
向にある。すなわち国民は健康上の理由から砂糖摂取量
を減らし、また脂肪性食品、特に飽和脂肪の摂取も減ら
す傾向にある。このためその他の用途、例えば洗濯用洗
剤等の用途を開発することが、ますます関心を集めるよ
うになっている。
何年も前に、グルコースの還元アミノ化によって製造
されるN−アルキルグルカミンと組み合わせて脂肪酸ま
たはその誘導体から織物用助剤または洗剤を製造する方
法が探求された。グルコースの還元アミノ化法は、1935
年10月8日発行のFlint等による米国特許第2,016,962号
に詳しく開示されている。
1934年12月25日発行のPiggottによる米国特許第1,98
5,424号は、水素および水素化触媒の存在下で、加圧下
で、グルコースとメチルアミン水との加熱生成物(a)
を、ステアリン酸またはオレイン酸などの有機カルボン
酸(b)と反応させることによる「織物用助剤」の製造
が開示されている。約160℃で調製された縮合生成物
は、「全部ではないにしても大部分はアミド」であると
言われ、その構造式は明らかに R−CO−NR1−CH2(CHOH)−CH2OH である。ここでRは少くとも炭素3原子を有するアルキ
ル基であり、R1は水素またはアルキル基である。
1955年3月8日発行のSchwartzの米国特許第2,703,79
8号では脂肪酸または無水脂肪酸をN−アルキルグルカ
ミンと反応させて得られる組成物(恐らくPiggottによ
り教示を得た方法等による)は、着色性および洗浄性に
劣ると主張している。複数の化合物がPiggott法により
生成されることは化学的には全く正当である。Piggott
は自分が調製した化合物または混合物の構造を定量的に
証明する試みを行ってはいない。
Schwartz(‘798)は脂肪族エステルを(脂肪酸また
は無水脂肪酸とは明確に区別して)N−アルキルグルカ
ミンと反応させた結果として行われた改良を続けて報告
している。この方法はPiggott法のような技術の欠点の
いくつかを克服できるが、化合物の複雑な混合物がSchw
artz法でさえも形成されることがあるために、Schwartz
法がなお欠点を有することが現在明らかにされている。
その反応は数時間を要することがあり、この方法では高
品質の生成物は得られない。Piggott法と、Schwartzの
方法はともに商業的な実用性においてはまだ完成してい
ないと思われる。
更に詳しくは、N−モノアルキルグルカミン類が脂肪
酸エステル即ち油脂と縮合された場合は、数種の可能な
化学反応のうちの一つのみが起きることをSchwartzは示
している。この反応は、例えば下記のようなアミドの構
造をもつ化合物を生じるという。
(式中、R′は脂肪アルキル、Rは短鎖アルキル、典型
的にはメチル基である)。この構造は明らかにPiggott
が提示した構造と同一である。Schwartzは彼が得たと信
じる単一生成物を、N−アルキルグルカミン類を酸と反
応させた時に実際に生成すると彼が主張する化合物と対
比している。この化合物はアミド(I)と一種類以上の
副生物との混合物であり、これに、彼はエステルアミド
およびエステルアミン構造を当てはめ、またこれは「不
活性でろう状」の化合物を含み、構造(I)のアミドの
「界面活性を悪化させる」と主張している。
Schwartzによれば、ほぼ等モル比のN−モノアルキル
グルカミン類を脂肪酸アルキルエステルと常圧、減圧下
または加圧下で「1時間を若干越える時間」140℃〜230
℃、好ましくは160℃〜180℃に加熱することにより反応
させることができ、その間に初めは不混和性であった二
相が混ざり合って有用な洗剤と言われる生成物を生じ
る。
適切なN−モノアルキルグルカミンは、N−メチルグ
ルカキン、N−エチルグルカミン、N−イソプロピルグ
ルカミン、N−ブチルグルカミンであると説明されてい
る。適当な脂肪酸アルキルエステルはC6〜C30の脂肪酸
と脂肪族アルコールとの反応生成物、例えばラウリン類
のメチルエステルが例として挙げられる。マニラ油の混
合グリセリドまたはコーチンやし油の混合グリセリドも
明らかに脂肪酸エステルとして使用することができる。
グルカミンがN−メチルグルカミンの時は、これら脂肪
酸エステルとの対応する生成物は「N−メチルグルカミ
ンの脂肪酸アミド」と呼ばれ、有用な洗剤用界面活性剤
である。その他の報告された特定の組成物には「N−イ
ソプロピルグルカミンやし油脂肪酸アミド」があると主
張している。
1961年7月25日発行のZechの米国特許第2,993,887号
では脂肪物質のN−メチルグルカミンとの反応は更によ
り複雑であると述べている。特に、Schwartzが開示した
範囲での高温反応(180℃〜200℃)の生成物が環状構造
を有するとZechは主張している。4種類以上の可能な構
造が示されている。‘887号特許明細書の第1欄、63行
〜第2欄、31行を参照。
Schwartzの脂肪酸エステル−N−アルキルグルカミン
法により実際に得られると考えられているものは、構造
式(I)の化合物と、かなりの比率(例えば約25%、し
ばしばそれ以上)の他の数種の組成物、特に環状グルカ
ミド副生物(Zechが提示した構造を含むがそれに限定さ
れない)、これに関連する誘導体、例えば式(I)と比
較するとき少くとも一つの−OH部分がエステル化されて
いるエステルアミド、との混合物を含む組成物である。
更に、Schwartzの再研究は、この方法にはそれ以外の
重大な工程上の未解決の問題、例えば、生成物に非常に
不満足な色調や臭気を与える微量の物質を生成する傾向
等のあることが示されている。
さらに最近では、Schwartzの研究にも拘らず、Hildre
thは構造式(I)の化合物は新規であると主張している
(Biochem.J.(1982年)207巻、363〜366ページ参
照)。
いずれにしても、これらの組成物は「N−D−グルコ
−N−メチルアルカンアミド洗剤」および略称「MEGA」
という新しい名称を与えられている。Hildrethは脂肪酸
エステルの代りに脂肪酸の反応物の使用に戻るという点
で、Schwartzとは根本的に異なる化合物を製造するため
に溶媒補助法を提供している。さらに、Hildrethは溶
媒、活性化剤として、ピリジン、エチルクロロホルメー
トを使用している。この方法はオクタノイル−N−メチ
ルグルカミド(「OMEGA」)、ノナノイル−N−メチル
グルカミド(「MEGA−9」)およびデカノイル−N−メ
チルグルカミド(「MEGA−10」)について特に説明され
ている。この方法を廉価で高収率であると言われる。当
然ながら「廉価」とは相対的なものであって、その著者
の関心である特定の生化学用途を意識して言及されたも
のであるとみなければならない。洗剤の大量生産の場合
には、ピリジンやクロロ蟻酸エチルの使用は経済的な方
法あるいは環境的に魅力のある方法として受入れられる
とは殆んど考えられない。従って、Hildreth法はここで
はこれ以上検討しないこととする。
Hildrethやその他の研究者は、ある種の構造式(I)
の化合物を例えば再結晶によって精製し、式(I)の化
合物の一部の特性を記載している。再結晶は言うまでも
なくそれ自体は経費のコストのかかる潜在的に危険な
(引火性溶媒の)工程であり、洗剤の大量生産はこの工
程がなければより経済的かつより安全なものになるであ
ろう。
上記のSchwartzによれば、Schwartz法の生成物は硬い
表面の洗浄に使用することが出来る。Thomas Hedley
& Co.Ltd.(現在のProcter & Gamble社)の1959年
2月18日発行の英国特許第809,060号によれば、式
(I)の化合物は、例えば粒状の洗濯用洗剤の界面活性
剤として有用である。Hildreth(上記)は式(I)の化
合物を原形質隔膜を可溶化するための洗浄剤として生化
学分野における使用を述べており、1988年12月10日発行
のEP−A−第285,768号は式(I)の化合物を増粘剤と
して用途を記載している。このように、これらの化合物
またはこれらを含有する組成物は非常に好ましい界面活
性剤となり得る。
さらに、式(I)の化合物からなる組成物を製造する
ためのなお別の方法が上記の改良増粘剤の開示中に含ま
れている(EP−A−第285,768号参照)。また、N−ア
ルキルグルカミンの製造法についてのさらに別の製法
は、H.Kelkenbergの“Tenside Surfactants Detergent
s"25(1988)8〜13を参照されたいが、これは上記の技
術開示されたN−アルキルグルカミン法と共に、グルコ
ースと脂肪原料を有用な界面活性剤組成物に全転化のた
めの簡便な製法と組み合わせることが出来る。
EP−A−第285,768号の関連開示中には、「脂肪酸ま
たは脂肪酸エステルを多水酸基アルキルアミン(N−置
換してもよい)と溶融状態で、必要に応じてアルカリ触
媒の存在下に反応させることにより式(I)の化合物の
調製を行うことは公知である」という旨の短い記述が含
まれている。上に言及した技術は、この記述が全く単純
化されている、または、不正確であることを強く示唆し
ている。EP−A−285,768号は引用した記述を裏付ける
いかなる文献も引用しておらず、またEP−A−285,768
号以外に、脂肪酸エステルまたは脂肪酸トリグリセリド
とN−アルキルグルカミンの触媒縮合を実際に開示して
いる文献は見出されていない。
この欧州特許出願明細書には「N−メチルやし油脂肪
酸グルカミドの調製」と表記した下記の実施例が含まれ
ており、その中では「Naメチラート」は「ナトリウム・
メトキシド」の同義語であると理解され、同出願はドイ
ツ語から翻訳されたものである。すなわち、「撹拌フラ
スコ中で、やし油脂肪酸メチルエステル669g(3.0mol)
とN−メチルグルカミン585g(3.0mol)にNaメチラート
3.3gを加え、135℃まで徐々に加熱した。反応中に生成
するメタノールは冷却した捕集器中で100から15mbarま
で減圧しながら凝縮した。メタノールの発生が終了した
後、反応混合物は加温したイソプロパノール1.5リット
ル中に溶解、濾過し、結晶化させた。濾過し、乾燥させ
た後、ろう状のN−メチルやし油脂肪酸グルカミド882g
(=理論値の76%)を得た。軟化点は80〜84℃、アルカ
リ価=4mg KOH/gであった。」 EP−A−第285,768号は以下のように続けている。
この技術から得られるものの重要な点を要約すれば、
前記のSchwartzの特許は脂肪酸エステル、即ちトリグリ
セリドおよびN−アクリルグルカミンから式(I)の化
合物を製造する課題が、脂肪反応物として(脂肪酸の代
りに)脂肪酸エステルを選択し、また単純な無触媒縮合
を行うことによって解決されることを教示している。Hi
ldrethなどの以降の文献では、脂肪酸系の合成に方向を
転換しているがSchwartzの特許の教示に誤りのあるか、
または、高純度の式(I)の化合物は別として、そのよ
うな界面活性剤を洗濯配合者の仕様に如何にして適合さ
せるのか、記述していない。
他方では、全く異なる技術分野において、ナトリウム
メトキシド触媒の反応による式(I)の化合物の合成に
ついての開示がなされている。前記のように、この方法
は135℃まで徐々に段階的に温度を上昇させ、生成物を
再結晶する工程を含んでいる。
前述の観察に従って、式(I)の化合物を含む界面活
性剤組成物を製造する方法を更に改善することが望まれ
ている。この様な方法は大量生産に有用でありかつ再結
晶を必要とすることなく洗濯用洗剤配合者の仕様に合致
する組成物を直接得られるものでなければならない。
従って、本発明の目的は脂肪酸エステルとN−アクリ
ルグルカミンとを特定の触媒の存在下で反応させること
により、界面活性剤組成物を製造するための触媒反応の
改良方法を提供することにある。
本発明の別の目的は優れた品質と色調を有する直鎖グ
ルカミド界面活性剤組成物のみならず、炭酸ナトリウム
等の複数の固体アルカリ性の洗濯用洗剤ビルダーと組み
合わせた直鎖グルカミド界面活性剤からなる組成物も含
め、洗濯用洗剤に使用するために、本発明の生成物組成
を提供することにある。
これらおよびその他の目的の確保されていることは、
以下の開示から理解できるであろう。
発明の概要 本発明は洗剤用界面活性剤、さらに詳しくは、高い比
率で(I)式の化合物を含む界面活性剤組成物を調製す
るための改良された方法に関する。式中R′は脂肪族ア
ルキル基であり、Rは短鎖の炭化水素、代表的にはメチ
ル基、エチル基等である。本発明による製品には洗剤用
界面活性剤、および、本質的に界面活性剤として一種類
以上の追加の洗濯用に有用な成分、特にアルカリ性の洗
濯用洗剤ビルダーとの混合物より成る洗剤組成物とが含
まれる。
一般的には、本方法は特定の触媒の存在下における脂
肪酸エステルとN−アルキルグルカミンとの反応に関す
る。
ここでの使用に適した触媒にはリン酸三リチウム、リ
ン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸四ナ
トリウム、ピロリン酸四カリウム、トリポリリン酸五ナ
トリウム、トリポリリン酸五カリウム、水酸化リチウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシ
ウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、
酒石酸二ナトリウム、酒石酸二カリウム、酒石酸ナトリ
ウムカリウム、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリ
ウム、塩基性ケイ酸ナトリウム、塩基性ケイ酸カリウ
ム、塩基性アルミノケイ酸ナトリウム、塩基性アルミノ
ケイ酸カリウム、およびこれらの混合物からなる群から
選ばれるものが挙げられる。
特に好ましい触媒には炭酸ナトリウムおよび炭酸カリ
ウムがある。
本方法は、N−アルキルグルカミン類、例えばN−メ
チル−Dグルカミンを洗濯用洗剤配合者用に適した品質
の直鎖グルカミド界面活性剤に再結晶化を必要とせずに
効率的に転化するものである。
好ましい実施例において、本発明による方法では、炭
酸ナトリウム、炭酸カリウムおよびそれらの混合物から
成る群の中から触媒が選択され、前記触媒の量はN−ア
ルキルグルカミンの約0.5mol%から約50mol%であり、
N−アルキルグルカミンの構造式 (ただしRはグルカミンのアルキル残基であり、R′は
脂肪酸エステルの残基である) の直鎖構造を有する化合物への転化はN−アルキルグル
カミンの約70mol%以上であり、環状グルカミドまたは
エステルアミド副生成物へのN−アルキルグルカミンの
転化は約15mol%以下である。
本触媒は本方法で作用するとき、所望のアミド化反応
の触媒作用と同時に、エステルアミドまたは環状グルカ
ミド等の副生成物の生成を触媒作用的に増加させないと
いう利点を有する。このことはエステルアミド副生成物
の生成はエステル化反応であり、炭酸ナトリウムまたは
炭酸カリウム等の触媒は従来エステル化反応の触媒作用
に使われていたので、これは驚くべきことである。(例
えば、サッカロースのサッカロース脂肪酸エステルへの
転化を開示している、1961年9月12日発行のCurtisの米
国特許第2,999,858号参照。また1971年1月26日発行のV
on Brachel等の米国特許第3,558,597号参照。) 要約すれば、本発明は副生成物の生成を触媒作用的に
同時に増加させることなく、選択的に特にエステル化に
より式(I)の化合物を多く含む界面活性剤組成物を触
媒作用的に生成する能力において大いに優れる。
一般に、本方法はN−アルキルグルカミンで約70%以
上、さらに好ましくは約80mol%以上の転化で、N−ア
ルキルグルカミンを利用して式(I)の直鎖グルカミド
を得るものであって、環状グルカミドまたはエステルア
ミド構造の副生成物へのN−アルキルグルカミンの転化
は一般に約15mol%以下である。
出発材料のN−アルキルグルカミンは、上に述べた文
献の方法のいずれによっても調製可能であり、その例と
してN−メチルグルカミン、N−エチルグルカミン、N
−プロピルグルカミン、N−ブチルグルカミンが挙げら
れる。
非常に好ましい脂肪酸エステルは飽和脂肪酸メチルエ
ステルおよび脂肪酸トリグリセリドから選ばれる。
N−アルキルグルカミンおよび脂肪酸エステルは、好
ましくはN−アルキルグルカミン1mol当たりの脂肪酸エ
ステルの脂肪酸カルボニル部分のモル数に関して、ほぼ
等モル比で使用される。すぐれた成果はやや過剰の脂肪
酸エステル、例えばN−アルキルグルカミン1mol当たり
約1.05〜約1.10molの存在する場合に達成される。
本発明は洗濯用洗剤の配合を行う場合に、これ以上精
製の必要なく有用な生成物を得る一般的にし迅速かつ効
率的な方法を含め、多くの利点を有している。本方法の
生成物は一般に良好な色調を有し、僅少量の不揮発性副
生成物(特に環状副生成物ならびにエステルアミド等)
しか含まない。本発明のいくつかの態様によれば、粒状
の洗濯用洗剤の配合者用の界面活性剤、ビルダー中間体
等の新規かつ有用な組成物も得られる。
ここでの「転化」百分率は、別段に指示のない限り、
通常モル百分率基準で示されている。
発明の具体的説明 本発明は脂肪酸エステルおよびN−アルキルグルカミ
ンから直鎖グルカミド界面活性剤を製造するための改良
された触媒反応方法に関する。好ましい生成組成物で
は、高率(典型的には70mol以上、好ましくは80mol%以
上)のN−アルキルグルカミンが式(I)の化合物(こ
こでR′は脂肪族アルキル基、Rは短鎖のハイドロカル
ビル基、代表的にはメチル基、エチル基等である)に転
化される。
ここで「転化」百分率言う時、転化百分率はmol百分
率基準で表現される。
実質的に純粋な式(I)の化合物、または(I)を含
む他の最終の、高度に不純な組成物が新しいものではな
いことは認識されているが、「直鎖グルカミド界面活性
剤」の語は、ここでは、洗濯用洗剤の大規模生産用の界
面活性剤として直接有用となる方法の特徴的な生成物を
示すために用いる。
一般に、ここで生成される「直鎖グルカミド界面活性
剤」は出発原料のN−アルキルグルカミンの大部分が式
(I)の化合物に転化され、少量のみ、例えば15mol%
以下、が環状グルカミドおよび/またはエステルアミド
には転化されるにすぎない。
これに較べると、Schwartzの生成物のような従来技術
の教示する生成物は出発原料のポリヒドロキシ部分の環
状化(環状グルカミド)またはヒドロキシ部分のエステ
ル化(エステルアミド)により式(I)とは異なる化合
物へ、多量に(例えば25mol%以上)転化すると信じら
れている。
要約すると、本方法はN−アルキルグルカミンと、脂
肪酸エステルと触媒との混合物の反応よりなる。
触 媒 本発明に適する触媒は、リン酸三リチウム、リン酸三
ナトリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸四ナトリウ
ム、ピロリン酸四カリウム、トリポリリン酸四ナトリウ
ム、トリポリリン酸五カリウム、水酸化リチウム、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭
酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酒石酸二
ナトリウム、酒石酸二カリウム、酒石酸ナトリウムカリ
ウム、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、塩
基性ケイ酸ナトリウム、塩基性ケイ酸カリウム、塩基性
アルミノケイ酸ナトリウム、塩基性アルミノケイ酸カリ
ウム、およびそれらの混合物からなる群から選ばれる。
本発明に適する好ましい触媒は、リン酸三ナトリウ
ム、リン酸三カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウ
ムおよびその混合物からなる群から選択される。この群
の中で最も好ましい触媒は、炭酸ナトリウム、炭酸カリ
ウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、およびそれ
らの混合物から選ばれるものである。
適当なアルミノケイ酸塩の好ましい例は、ゼオライ
ト、特にゼオライトNa−Aである。この様な、ケイ酸質
触媒は、すべて好ましくは小粒径、例えば約1〜10ミク
ロンである。
更に一般的に、本発明の文中での「触媒」とはN−ア
ルキルグルカミンおよび脂肪酸エステルからの式(I)
の化合物の生成速度を著しく高める化合物または混合物
を指す。N−アルキルグルカミン中にはまたこの潜在的
に反応性のエステル化、または環状化可能なヒドロキシ
ル基であるので、上記の反応は独特なアミド化反応であ
る。特に触媒によって達成される改善の中には、この方
法の好ましい温度の低温端では、他の方法において可能
であるよりも急速に所要の式(I)の化合物を生成し、
またこの方法の好ましい温度の高温端では極めて迅速
に、例えばおよそ数分以内に(I)を生成する。ここで
の触媒は環状化およびエステルアミドの生成等の望まし
くない副反応に対して同時に触媒作用を示すことなく、
アミド化を反応条件下でかなりの程度助ける。すなわ
ち、これらの触媒は選択的である。
触媒は工業用の主反応物を用いて、反応を行うときの
水、石けん、または脂肪酸等の処理に固有な不純物化合
物とは異なる。従って「触媒」は本方法に必須の物質で
あると断言でき、本発明が機能するために、N−アルキ
ルグルカミンおよび脂肪酸エステルに添加することが必
要とされる物質である。
「触媒」は実用上は完成した安定な化学物質またはそ
れらの混合物として定義される。個々の触媒化合物また
は混合物は市販されているか、または文献の方法で製造
できる。これらは計量して簡単な方法で他の反応物に加
えることができる。従って本発明における触媒は化学者
が機械論的な論調で「活性種」として定義するようなも
のではない。かかる種は本方法の反応混合物中で実際に
直ちに生成されることもあり、また生成されないことも
あり得る。本発明はかかるいかなる触媒作用の理論によ
っても制限されないものと考えるべきである。
ここで言う触媒は一般に、本方法と適合性を有するも
のである。これらの触媒には通常の技量を有する化学者
が、この種の高温アミド化反応にとって望ましくないと
一般に認める種類の著しく反応性であって全く不満足
な、たとえばパーオキシ、クロロ、ヨード、ケテン、等
の官能基は含まれていない。
本発明の触媒は好ましくは微粒状であって、典型的に
は一般に市販されているような粉末の形状をとる。微細
に分割された粉末が一般には好ましい。
小粒径、例えば50ミクロン未満または1〜10ミクロン
の粒径が非常に有用なことがある。
本発明での触媒は好ましくは実質的には無水の形態を
有する。水和塩も使用可能ではあるが、無水触媒に比べ
ると遥かに好ましくない。触媒水溶液は、後に水酸化物
触媒の箇所で説明するように、水を除去しない限り除外
される。水が存在すると、本発明において最小にするこ
とが好ましい脂肪酸を生成する恐れがある。
本発明において極めて好ましい触媒は一般に1価の陽
イオンを有する水に可溶な触媒である。かかる好ましい
触媒をさらに特定して例示すれば、炭酸リチウム、炭酸
ナトリウム、および炭酸カリウムである。
アルカリ金属水酸化物触媒は完全に使用可能ではある
が、炭酸塩と比べると、少くとも操作が比較的に困難で
あるという点で好ましくない。水酸化物触媒を処理する
好ましい一連の工程の中には、水酸化物触媒の水溶液ま
たはメタノール溶液(好ましくは水溶液)をN−アルキ
ルグルカミンにしみ込ませる段階が含まれる。さらに詳
しくは、このような簡単な工程で水酸化ナトリウムまた
は水酸化カリウムを触媒として使用する方法では、N−
アルキルグルカミンに水酸化物を水溶液として、一般に
は常温で加え、その結果生じるN−アルキルグルカミン
と水酸化物触媒の均質混合物を穏やかな条件、例えば真
空中50℃で乾燥し、次にこの乾燥した均質混合物を脂肪
エステルと反応させる。
一般に、本方法で用いる触媒の濃度は約0.5mol%以
上、例えばN−アルキルグルカミンに対して、約0.5mol
%から約50mol%である。好ましい濃度は約1molから約2
0mol%であり、更に好ましくは、約2mol%から約10mol
%である。
本方法の特に好ましい態様においては、触媒は無水の
炭酸カリウム粉末であって、N−アルキルグルカミンに
対して約2mol%から約5mol%濃度である。
混合触媒もまた、その例として炭酸ナトリウムと炭酸
カリウムの混合物を比率を変えて説明するように本発明
にとって有用である。
ここで触媒としては、特に多孔性の粒状無水炭酸カリ
ウムが有用であるが、触媒を微粉末状とするときには多
孔性は不可欠ではない。
この方法は改良された直鎖グルカミド界面活性剤を生
成するためのナトリウムメトキシドより温和でかつ便利
な触媒を見出した点において注目に値することが直ちに
明らかとなるであろう。
N−アルキルグルカミン 本発明を実施する場合には、各種のN−アルキルグル
カミンが有用である。この種のN−アルキルグルカミン
類の例をより特定して挙げると、N−メチルグルカミ
ン、N−エチルグルカミン、N−プロピルグルカミン、
N−ブチルグルカミンである。好ましいN−アルキルグ
ルカミンはD−グルコース、例えばN−メチル−D−グ
ルカミンから誘導される。
N−アルキルグルカミンは、ある規格に準拠するなら
ば、精製品でもよく、また工業用でもよい。従って工業
用のN−アルキルグルカミンは、糖類、例えばグルコー
ス、ソルビトールまたはその他のN−アルキルグルカミ
ンの製造における比較的不活性な副生成物等を含有して
いることがある(典型的には0〜5重量%)。しかし、
本方法用の工業用のN−アルキルグルカミンは、有色物
の生成その他の不利な効果を最小にしようとするときに
は、ニッケル等の遷移金属をppm単位の微量、即ち無視
できる程度の量(例えば0〜20ppm、好ましくは0〜2pp
m)にしなければならない。工業用のN−アルキルグル
カミンは、グルコースまたはコーンシロップの遷移金属
の触媒作用による還元的アミノ化により製造されるため
に、通常この様な遷移金属を含有している。
本発明で使用するN−アルキルグルカミンは一般には
良好な色調のものであり、好ましくは微量の有色不純物
をも含まず純白色である。また、N−アルキルグルカミ
ンは好ましくは実質的に無水である。
N−アルキルグルカミンの品質の便利な検査の一つ
に、試料を単に本方法の温度、たとえば140℃に加熱す
る方法がある。工業用のN−アルキルグルカミンが、こ
の温度で直ちに黒変する場合には、許容できない濃度の
不純物を含む可能性が高い。
初期品質検査で不合格となった工業用のN−アルキル
グルカミンは、通常メタノールもしくは水で洗浄する
か、または再結晶するかのいずれかにより不純物を除去
することが可能である。ニッケルの濃度を下げる有用な
方法としては、N−アルキルグルカミンの溶液を塩基性
シリカゲルまたは漂白土により濾過することが挙げられ
る。
脂肪酸エステル 本発明で用いられる脂肪酸エステルは、好ましくは脂
肪酸(例えばC12〜C20)のメチルエステル、または極め
て飽和度の高いトリグリセリドであるが、その他の飽和
脂肪酸および飽和、不飽和の脂肪酸のエチルエステル、
脂肪酸のモノグリセリドまたは脂肪酸のジクリセリド等
のエステルも使用できる。適当な脂肪酸エステルには、
前記のSchwartzが例示したものが含まれる。好ましい脂
肪酸エステルの良い例を挙げると、ラウリン酸メチルエ
ステル、パルミチン酸メチルエステルが、または複数の
鎖長の混合物を用いるときは、やし油脂肪酸のメチルエ
ステルがある。
工業用の脂肪酸エステルを用いるときは、以下により
優れた結果が得られる。
Procter & Gamble社のCE−1270メチルエステル: 酸価: 0.2 ヨウ素価: 0 水分(%,K.F) 0.03 色調(460mmにおける透過率%) 97 鎖長(GC,重量%) C10 0.4 C12 73.0 C14 25.9 C16 0.2 Procter & Gamble社のCE−1218メチルエステル: 酸価: 0.6 けん化価: 242 ヨウ素価: 9.4 水分(%,K.F) 0.04 色調(460nmにおける透過率%) 97 鎖長(GC,重量%) C10 0.5 C12 57.4 C14 20.7 C16 10.0 C18 1.9 C18,一不飽和 7.3 C18,二不飽和 1.5 C20 0 実質的に純粋なラウリン酸メチルエステルおよびパル
ミチン酸メチルエステルもまた使用可能である。本方法
で使用するに好ましい工業用の脂肪酸エステルは典型的
には重金属10ppm以下で0ppmの方がよく、また遊離の脂
肪酸含有量は5重量%以下、好ましくは1重量%以下で
ある。
N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルの混合に
は、本方法では若干の困難を伴う。このことは特に脂肪
酸エステルがやし油脂肪酸エステルと比べて比較的疎水
性のとき、例えばC16の飽和脂肪酸のエチルエステルの
ときに当てはまる。C16以上のエチルエステルまたはト
リグリセド等の大抵の疎水性の脂肪酸エステルでは、満
足すべき反応は得にくい。この問題を解決するために、
前に決めた式(I)の化合物(但しR′はC11H23、Rは
メチル基)のような非イオン界面活性剤を相転移剤即
ち、乳化剤として使用できることが見出されている。本
方法に相転移剤を使用する時は、反応混合物の約0.5重
量%から約95重量%の濃度で用いる。50%以上の様な高
濃度は連続方式の実施例のために用意されたものであっ
て、反応時間を非常に短くすることが出来る。回分方式
(すなわち不連続法)では、好ましい濃度は約0.5重量
%から20重量%であって、さらにより好ましくは約1重
量%から約10重量%である。かかる濃度は実施態様が連
続方式である場合の使用にも適している。
連続方式の実施例では、無論、触媒によっては同時に
再循環を行なう。
さらに、一般的には、本方法の相転移剤は、非イオン
界面活性剤からなる群から選ばれるものである。さらに
好ましくは、その相転移剤は実質的に飽和脂肪アルコー
ルポリエトキシレート、アルキルポリグリコシド界面活
性剤等からなる群から選ばれた構成要素からなる。
このように、本発明は好ましい実施例において、
(I)式の界面活性剤を生成するために炭酸塩触媒相転
移剤により助成されたN−アルキルグルカミンと脂肪酸
エステルとの縮合という概念を導入した。
反応条件 一般にこれらの二種の反応物の温度、時間および割合
は次のとおりである。本方法における温度は通常約120
℃から約200℃、好ましくは約138℃以上である。本方法
の反応時間は通常約0.5分から約5時間である。
しかし、本発明では好ましい温度と反応時間とを、こ
の方法を連続方式で実施するか、非連続方式で実施する
かにより区別している。この場合、非連続方式では、好
ましい各々度に約138℃〜約170℃で、これに対応する時
間は約20分〜約90分である。連続方式においては、好ま
しい温度は約160℃〜約200℃で、これに対応する時間は
約0.5分〜約10分である。一般に温度が高い程、時間は
短くなる。さらに、触媒濃度が高いと処理速度が上昇
し、最短時間は触媒濃度が高いときに得られる。
この技術に関しては、Schwarlzは約170℃の高温を支
持しているが、これは彼が適当な触媒を有していなかっ
たためであると考えざるを得ない。かかる温度では、特
に比較的反応時間が長く、例えば1時間以上の時には、
副生成物の生成、特に環状化がかなり増加する。
EP−A−第285,769号では、比較的低温で具体的には1
35℃に緩やかに加熱している。これはナトリウムメトキ
シド触媒については炭化を避ける必要があることによる
ものであって、比較的不経済である。
本方法は空気または酸素の存在しない状態で行なうこ
とが好ましい。反応混合物上に窒素またはアルゴンの不
活性雰囲気を維持するか、または真空によることにより
簡単に実施でき、後者は特に処理の終段において便利で
ある。
本発明によらず、例えばSchwartz法を使用して、この
ような低温で非触媒法で処理を行なう場合には、所要の
反応時間は著しく長くなり(典型的には数時間)、従っ
て反応装置の滞留時間が長くなり、このような温度での
非触媒処理は魅力のないものになる。例えば、約150℃
ではSchwartz法は一般には約7〜8時間を必要とする。
これに対して、上に示した好ましい温度、例えば、代
表的な2mol%の触媒濃度での回分方式では約150℃で、
本触媒使用、無溶媒法に従って運転する場合には、反応
時間はわずか90分を要するにすぎない。またさらに短い
反応時間の連続処理も無論可能である。
本発明によれば、適当な手法、例えば、メタノール発
生の終点を監視したり、薄層クロマトグラフィー(後
述)またはガスクロマトグラフィーにより反応の完了を
確認し、完了次第直ちに冷却によって、反応を停止でき
ることが強く望まれる。
本方法は、反応物を適切に混合するために一般には攪
拌を使用して行われる。この簡便法の開始時点で反応混
合物は三相であって、液状の脂肪酸エステル相、溶融N
−アルキルグルカミン相および固体触媒相からなる。従
って、反応物を適切に混合することがいかに重要かが理
解できる。最良の結果は一般には熱伝達および物質移動
が効果的に行なえるように設計された反応器において達
成される。反応器中でバッフルプレートを使用すると有
利である。
N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルとの相対比
率は一般に本明細書に引用されるSchwartzの米国特許第
2,703,798号に開示されている通りである。典型的な比
率はほぼ等モルであり、最良の結果を得る。
本発明の方法は、一般に溶媒を必要とせず、また好ま
しくは溶媒を加えることなく行なわれ、従って一般には
公知の前記Hildrethの方法とは異なる。しかし簡便法で
は種々の量のメタノール、エタノール、グリセリンが存
在していてもよく、これらが役に立つことさえもある。
これらは実際には工程の副生成物である。エチレングリ
コール、1,2−プロピレングリコール、グリセリン等の
グリコール類は工程の初期に、溶媒量ではなく、比較的
少量を活性化剤として加えることができる。
揮撥性の物質(特にメタノール)が工程中に発生する
時は、それを効率よく除去するために、本工程中に特に
工程が完了に近付く時点で、場合によって真空を使用す
ることがある。真空を使用すると製品の臭気をも改善で
きる。脂肪酸エステルがトリグリセリドの場合は、メタ
ノールの代りにグリセリンが工程中で生成する。グリセ
リンは最終生成物またはその誘導体(代表的な例は本発
明の生成物から打ちぬいた固形石鹸)中で有用なことが
あるため、すべての場合に工程の生成物から除去する必
要はない。
触媒を触媒作用とその他の望ましい機能の両目的に使
用して、最終生成物の構成の一部とすることも可能であ
る。従って本方法は、製法の単純化に有利であり、また
触媒が洗濯用洗剤としての機能に有用であることが知ら
れている時には、特に有益である。後になって生成物中
で線状グルカミドを含有する粒子の水分散性等の望まし
い特性を修正するように機能することのできる材料を、
線状グルカミド生成用の触媒として、使用することは、
これまで知られていなかったところである。触媒または
相転移剤が極めて水溶性であるか、またはグルカミドの
クラフト点を下げる能力のある場合には、水分散性を特
に向上させることができる。これは低温用または全温度
用洗剤の製造には極めて望ましい。
従って本発明の新しい方法により、特異な粒状洗剤中
間体、例えば線状グルカミド界面活性剤と触媒活性また
は相転移活性の材料との均質混合物を含む粒子を作ると
いう経済的に魅力的な選択を行なうことができる。この
ような粒子は容易に水に分散され、追加の混合前処理工
程を必要とせずに、他の洗剤成分と直接乾燥混合できる
ので、洗剤配合業者には有利となる。
本発明の方法は簡単であるために国内においても、ま
た海外においても、例えば産業経済が発展途上にある地
域においても非常に有用である。
本発明の方法は多くの別の実施態様を有する。従って
多数の追加逐次工程を利用することもできる。このよう
な逐次工程の1つにおいてはある処理は次のように配列
された逐次工程からなる。(a)脂肪酸エステルを上記
温度に予熱する。(b)上記温度でN−アルキルグルカ
ミンを加え、二相の液体/液体混合物を形成するのに必
要な程度に混合する。(c)触媒を混合する。(d)上
記温度で上記した反応時間の終了点まで攪拌する。
さらに別の逐次工程では、下記の工程を実施する。
(a)N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルの固体
/液体混合物を上記温度に混合しながら予熱し、N−ア
ルキルグルカミンを溶融し、同時に最短時間で脂肪酸エ
ステルと混合する。(b)上記温度で攪拌しながら予備
生成した生成物を加える。予備生成した生成物は相転移
剤としての線状グルカミド界面活性剤を供給し、同時に
触媒の一部を供給する。
相転移剤および触媒の結合として加えられた上記の予
備生成した生成物の全量は反応物の約2重量%から約20
重量%である。(c)前記温度で上に示した触媒濃度を
得るために充分な量の追加触媒を加える。(d)反応時
間の終了まで攪拌しながら反応を続ける。この逐次工程
に(e)として、溶融状態の工程(d)の生成物を前記
触媒の大過剰量と混合して、線状グルカミド界面活性剤
/アルカリ性洗剤用ビルダー混合物を生成する工程を加
えることができる。
実施例I 熟練した化学者ならば、装置の構成を変えることがで
きるが、ここでの使用に適切な装置の構成の一つは、3
リットルの四口フラスコに電動パドル撹拌器および反応
中間物に充分接触するだけの長さの温度計を備えたもの
である。フラスコの残りの2つの口は窒素掃引口と、大
口径の側管(注意:大口径の側管はメタノール発生が非
常に迅速な場合に重要である)用であって、これに効率
のよい捕集凝縮器と真空差込み口とを接続する。後者は
窒素排気装置および真空ゲージに接続され、さらに吸引
器および排出管に接続される。反応の加熱に使用する可
変温度制御器(「バリアック」)付きの500ワット加熱
用マントルをラボジャッキ上に置き、これを上下して反
応時に温度の制御をさらに容易にできるようにする。
N−メチルグルカミン(195g、1.0mol、Aldrich社、M
4700−0)およびラウリル酸メチル(Procter & Gambl
e社、CE1270、220.9g、1.0mol)をフラスコに入れる。
その固相、液相混合物が溶解するまで(約25分)、窒素
気流中で攪拌しながら加熱する。溶解温度で145℃に達
した時、触媒(無水の粉末状炭酸ナトリウム10.5g、0.1
mol、J.T.Baker社)を添加する。窒素気流を止め、アス
ピレータおよび窒素排気装置を真空度5インチHg(5/31
気圧)に調節する。以後は、バリアックを調節し、およ
び/またはマントルを上下することにより反応温度を15
0℃に維持する。
7分以内に最初のメタノール気泡が反応混合物のメニ
スカスに見え始める。間もなく烈しい反応が起きる。そ
の反応速度が低下するまで、メタノールを蒸留する。次
に真空を調節して真空度を約10インチHg(10/31気圧)
とする。おおよそ以下に示す速度で圧力を上げる。3分
で10インチHg、7分で20インチHg、10分で25インチHg。
メタノール発生開始から11分で加熱および攪拌を発泡に
合わせて止める。TLC(後記)による分析によって、こ
の時点で工程が完了することが分る。生成物を冷却、凝
固させる。
実施例II バッフルのあるステンレス鋼製のジャケット付き反応
装置を準備する。反応装置は加圧可能な蒸気ジャケット
を有し、実施例Iと同様の電動攪拌器、温度測定装置、
窒素/真空導入/排気口および効率のよいメタノール捕
集凝縮器およびトラップに接続された大口径側管を備え
ている。反応装置には密閉可能な覗きガラス口および反
応物を加えるための玉形弁用の閉塞可能な口があり、基
部の第三口を通して排液が可能である。蒸気は制御可能
な150psi未満の圧力でジャケットを通流し、150℃また
はそれ以上の制御温度まで反応装置を迅速に加熱するこ
とができる。
脂肪酸メチルエステル(41.5ポンド、18.85kg、85.68
グラムmol、Procter & Gamble社のCE−1270メチルエス
テル)を覗きガラス口から窒素でパージした清浄な反応
装置中に充填する。攪拌器を回転し、50psiの蒸気を用
いて攪拌中のメチルエステルを100℃(212゜F)に加熱
する。ここでN−メチルグルカミン(36.8ポンド、16.7
1kg、85.68グラムmol、純度99%以上、重金属含有量<2
ppm、Aldrich社またはMerck社)を覗きガラス口から添
加する。ガラス口を閉じ、窒素気流中で攪拌しながら70
psiの蒸気を使用して加熱し、温度を130℃(226゜F)に
達するようにして、実質上すべてのN−メチルグルカミ
ンを溶解または溶融させる。
ここで真空゜を46cmHgまで減圧する。
反応装置の内部温度が約138℃(280゜F)に達したら
触媒(無水の炭酸カリウム粉末(<50ミクロン、236グ
ラム、1.71グラムmol、LCP Chamicals社)を玉形弁を
通して窒素下で添加する。
約90分間攪拌しながら、40〜60cmHgの範囲に真空を保
持して発泡を制御するのに必要は程度に真空を調節しな
がら反応を継続する。
蒸気圧を下げ、反応装置の内容物を溶融状態のまま平
らな鋼面上に排出し、凝固させる。避けやすくなるまで
の充分な時間、例えば18時間、約20℃に保持した後、生
成物を薄片に破砕し、さらに粉末状に粉砕する。
実施例III 次の点を除き、実施例IIの手順を繰り返す。反応時間
を約30分とし、溶融温度よりやや高い温度で開始し、反
応装置中で高速攪拌されている生成物に水を徐々に加え
て、生成物を濃縮された水性混合物として得る。
実施例IV CE−1270エステルに代えてProcter & Gamble社のメ
チルエステルCE1295の等モル量を使用すること以外は実
施例IIと同様の手順を繰り返す。
実施例V 脂肪酸メチルエステルの代りに等モル量のヤシ油を用
い、相転移剤として実施例Iの予備生成した生成物約40
グラムを加えること以外は、実施例Iと同様の手順を繰
り返す。
実施例VI 溶融状態の生成物を、150℃に予備加熱した無水炭酸
ナトリウムの粉末1000グラム上に注ぎ、約25℃に徐冷し
ながらケーギビーターで完全に混合することを除き、実
施例Iと同様の手順を繰り返す。この生成物は粉末状の
洗濯用洗剤に配合するための中間体として有用な粉末で
ある。また水洗槽中での布の水洗に直接使用することも
でき、優れた結果が得られる。
実施例VII 相転移剤として、実質的に純粋なCH3(CH210C
(O)N(CH3)CH2(CHOH)4CH2OH約40グラムを溶融状
態のN−メチルグルカミンとProcter & Gamble社のCE1
270メチルエステルとの混合物に加えることを除き、実
施例Iと同様の手順を繰り返す。
薄層クロマトグラフィー(TLC)による分析 本発明の方法はシリカゲルGFプレート(Analtech社)
と容積比80:23:3のCHCl3:MeOH:NH4OHからなる溶剤系を
用いるTLCにより監視することができる。溶剤フロント
における変色をなくすために、プレートは使用前に2:1
のCHCl3:MeOHで予備調整しておく。
分析の典型的手順としては、工程から採取した試料の
5〜10重量%メタノール溶液を準備する。プレートに溶
液をスポットし、乾燥させ、さらに前記80:23:3溶剤溶
液で約10〜15分間処理する。プレートを処理箱から取り
出し、加熱乾燥する。冷却しながらプレートをリンモリ
ブデン酸10重量%溶液に浸した後乾燥する。次にスポッ
トが明白になるまで5〜10分間プレートを穏やかに加熱
したホットプレート上におく。過熱するとプレートの変
色、スポットの退色の原因となる。リンモリブデン酸浸
漬の代りに、ヨウ素室処理を用いることもできるが、ス
ポットの永続性が劣る。代表的なRF値は下記の通りであ
る。
化 合 物 RF値 未反応N−メチルD−グルカミン 0.0 脂肪酸不純物 0.2 一般式(I)の化合物 0.3 一般式(I)の化合物の脱水による 環状副生成物 0.5 エステルアミド副生成物 0.7 未反応脂肪酸エステル 0.9
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C11D 1/52 C11D 1/52 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 カオー,ジュ−ナン アメリカ合衆国オハイオ州、シンシナ チ、ホープウエル、ロード、9505 (56)参考文献 特開 平3−246265(JP,A) 特表 平6−501263(JP,A) 特表 平6−501266(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 231/02 C07C 233/18 C07C 233/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】N−アルキルグルカミン、脂肪酸エステル
    および塩基性触媒を反応させ線状グルカミド界面活性剤
    を製造する改良された方法であって、(1)前記塩基性
    触媒が水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよびこれら
    の混合物からなる群から選択され、(2)前記N−アル
    キルグルカミンの重金属含有量が20ppm以下であり、遊
    離の糖含有量が5重量%以下であり、(3)前記脂肪酸
    エステルの重金属含有量が10ppm以下であり、遊離脂肪
    酸含有量が5重量%以下であることを特徴とする、方
    法。
  2. 【請求項2】前記反応が好ましくは非イオン界面活性剤
    からなる群から選択された相転移剤の存在下に行われ、
    かつ、前記相転移剤の量が触媒を含む反応物全重量の0.
    5%〜20%である、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】前記相転移剤が実質的に、飽和脂肪アルコ
    ールポリエトキシレート、アルキルポリグリコシド、線
    状グルカミド界面活性剤およびそれらの混合物からなる
    群から選択された構成要素からなり、前記触媒の濃度が
    N−アルキルグルカミンの2mol%〜10mol%であり、か
    つ、前記相転移剤の量が1重量%〜10重量%である、請
    求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】請求項1記載の方法であって、次の順序の
    逐次工程: (a) N−アルキルグルカミンと脂肪酸エステルの固
    体/液体混合物を混合しながら前記温度に予熱すること
    により前記N−アルキルグルカミンを溶融し、同時に実
    用上の最短時間で前記脂肪酸エステルと混合する工程
    と、 (b) 前記温度において撹拌しながら予備生成した生
    成物を加える工程であって、前記予備生成した生成物が
    相転移剤としての線状グルカミド界面活性剤を供給し、
    同時に前記触媒の一部を供給し、かつ前記予備生成した
    生成物の含量が反応物の2重量%〜20重量%である工程
    と、 (c) 前記温度において、前記触媒濃度を得るために
    充分な量の追加触媒を加える工程と、 (d) 上記期間の終了するまで、撹拌しながら反応を
    継続する工程と、そして、場合によって (e) 溶融状態の工程(d)の生成物を前記触媒の大
    過剰量と混合することにより、線状グルカミド界面活性
    剤/アルカリ性洗浄用ビルダーの混合物を生成する工程
    と を含んでなる、方法。
JP3517003A 1990-09-28 1991-09-25 触媒によるグルカミド洗剤の改良製造法 Expired - Fee Related JP3051169B2 (ja)

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