JP3526451B2 - ソープフリー型ワックスエマルジョンの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ソープフリー型
（即ち、ワックス乳化のために界面活性剤を使用しな
い）ワックスエマルジョンの製造方法に関する。更に詳
しくは、本発明は、ワックスとして酸化ワックスを用
い、これに塩基性物質（例えば、揮発性有機アミン）を
加えて、該ワックス中の遊離脂肪酸の酸基を中和すると
ともに、該ワックスを部分又は完全鹸化させた後、機械
力によって安定な微粒子を形成するワックスエマルジョ
ンの製造方法に関する。本発明の製造方法により得られ
るソープフリー型ワックスエマルジョンは、例えば、家
庭用床材の保護つや出し剤、防錆剤、撥水剤、更には熱
転写リボン用添加剤等として好適に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】ワックスエマルジョンは、フロアーワッ
クス、カーワックス、防錆ワックス、紙製品の撥水剤、
熱転写リボン用添加剤、繊維のサイジング助剤等を始め
として、様々な分野で種々の用途に使用されている。と
ころで、このワックスエマルジョンには、通常ワックス
乳化のために界面活性剤が含有されているが、この界面
活性剤については、最近環境ホルモンの問題が指摘され
ており、地球環境、生態系保全の観点から、ワックスエ
マルジョンにおいても界面活性剤の削減が社会的急務と
なっている。また一方、ワックスエマルジョンに界面活
性剤が含まれていると、該ワックスの耐水性、耐ブロッ
キング性、及び防汚性等の諸性質の著しい低下をもたら
すことも知られている。例えば、界面活性剤を含有する
ワックスエマルジョンが熱転写リボン用添加剤として用
いられる場合には、熱転写リボンの印字鮮明度、耐ブロ
ッキング性、耐擦過性、耐水性、密着性等の低下を誘発
する。以上のような理由から、界面活性剤を使用しない
でワックスを乳化するワックスエマルジョンの製造方法
が切望されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題（目的）
は、ワックス乳化のために界面活性剤を使用せずに、希
釈安定性、保存安定性（貯蔵安定性）、アルコール混和
性に優れ、分離や増粘が少なく、且つ環境に優しい高性
能のワックスエマルジョンを製造する方法を提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】界面活性剤を用いたワッ
クスの乳化技術としては、従来から、後述する（転相法
による粗乳化）＋（高速攪拌機）（例えば、ホモミキサ
ー）＋（高圧均質機）（例えば、ホモジナイザー）の一
連の機械力によるワックスの微粒子安定化方法が知られ
ている。一方、酸化ワックスに塩基性物質を混合して、
その鹸化および含有される脂肪酸の塩の形成を図ると、
自己乳化作用が発揮されることも公知である。本発明者
は、この２つの手法を併用することにより、界面活性剤
を使用しないでワックスの乳化ができるのではないかと
考え、界面活性剤量を徐々に減らす実験を行った。結果
として、界面活性剤を減らして行くとやはり次第に転相
状態が悪くなり、ホモミキサーの攪拌を止めると巨大粒
子が析出し、次にこれをホモジナイザー（圧力：５０〜
１００ｋｇ／ｃｍ² ）で処理しても、上記した高性能の
ワックスエマルジョンは得られなかった。

【０００５】ところが、試みにワックスとして酸化ワッ
クスを用い、且つホモジナイザーの圧力を１００ｋｇ／
ｃｍ² 以上に調整して処理を行ったところ、実用に耐え
得るエマルジョンが得られ、特にホモジナイザーの圧力
を３００〜６００ｋｇ／ｃｍ ² に上げると均質で良好な
エマルジョンが得られることを知見した。そして、引き
続き検討した結果、 塩基性物質の添加量は、酸化ワックスの酸価・鹸化価
から算出した理論量（即ち、酸化ワックスの完全中和及
び完全鹸化に必要な苛性カリの最小モル数を言う。）を
大幅に下回った量であっても、良好なエマルジョンが得
られること、 酸化ワックスとしては、酸価が５〜１５０、鹸化価が
５０〜２５０の酸化ワックスが、並びに塩基性物質とし
ては、揮発性有機アミン又はアンモニアが優れているこ
と、加えて 酸化ワックスにその９０重量％以下の非酸化ワックス
を併用しても、良好なエマルジョンが得られることも発
見した。 その後、更に酸化ワックスや揮発性有機アミンの種類と
その使用量、他の最適乳化条件をつぶさに研究し、つい
に本発明を完成するに至った。

【０００６】以下、本発明の構成について具体的に説明
する。酸化ワックス 酸化ワックスとしては、酸価、鹸化価がいずれの値のも
のであっても使用できるが、好ましくは酸価が５〜１５
０／鹸化価が５０〜２５０、より好ましくは酸価が７〜
１００／鹸化価が５０〜２００、特に好ましくは酸価が
１０〜８０／鹸化価が６０〜１５０の酸化ワックスであ
る。具体的には、キャンデリラワックス、カルナバワッ
クス、ライスワックス、木ろう、ホホバ油、みつろう、
ラノリンから選択された天然ワックス、および酸化マイ
クロ、酸化ポリエチレン、マレイン酸変性ポリマー、モ
ンタン変性ワックス等の合成ワックスが挙げられる。上
記天然ワックスの中では、キャンデリラワックス及びみ
つろうが遊離脂肪酸を１０〜２０％含有しているので乳
化性に優れ、又合成ワックスの中では、マレイン酸変性
ポリマー及びモンタン変性ワックスが酸価、鹸化価が高
く乳化性に優れているのでより好ましく用いられる。

【０００７】塩基性物質 塩基性物質としては、酸化ワックスを鹸化し、且つそれ
に含有される脂肪酸を中和する作用を有するものであれ
ば制限がなく、具体的には、水酸化カリウム、水酸化ナ
トリウム等の苛性アルカリ、揮発性有機アミン、アンモ
ニアが挙げられる。その中でも、ワックス中に残留せ
ず、耐水性を低下させない揮発性有機アミンやアンモニ
アが好ましく、更に刺激臭の点から揮発性有機アミンが
推奨される。

【０００８】揮発性有機アミンとしては、モルホリン
類、アルキルアミン、アルカノールアミン等が好ま
しい。更にモルホリン類としては、モルホリン、メチ
ルモルホリン、エチルモルホリンが、アルキルアミン
としては、低分子のモノ〜トリメチルアミン、モノ〜ト
リエチルアミンが、そしてアルカノールアミンとして
は、モノ〜トリエタノールアミンが、より好ましい。こ
れら〜の揮発性有機アミンは、用途により選択でき
るが、揮発性、中和および鹸化の促進、乳化安定性の点
で特にモルホリンが好ましい。塩基性物質の添加量は、
上記酸化ワックスの酸価及び鹸化価から算出される理論
量の１０〜１３０モル％であり、好ましくは２０〜１２
０モル％、更に好ましくは３０〜１１０モル％である。
その配合量が１０モル％未満では中和・部分鹸化による
自己乳化能が不足し、希釈安定性、保存安定性、機械安
定性等が低下し、又１３０モル％を越えても安定なエマ
ルジョンが得られるが、臭気や残存性に問題を生じる場
合があり、いずれも好ましくない。

【０００９】微粒子化 転相法による粗乳化 転相法による粗乳化とは、ワックスと塩基性物質を溶融
混合し、これを攪拌下の熱水中に徐々に添加する方法、
又はワックスと塩基性物質の溶融混合物を攪拌しなが
ら、これに熱水を徐々に添加して、ワックスを粗乳化す
る工程である。 高速攪拌機（ホモミキサー）による均質分散化 高速攪拌による均質化とは、の行程で得られたワック
スの粗乳化物を、８０〜９７℃の温度下で、高速攪拌機
により均質分散を行う行程である。通常はホモミキサー
等の市販の高速攪拌機で２, ０００〜４, ０００ｒｐｍ
の回転速度で攪拌し、目視で均質分散が確認できるまで
混合する。この際、高速攪拌機の回転速度が２, ０００
ｒｐｍ未満では分散不足となり、又４, ０００ｒｐｍ以
上では泡の巻き込みが多くなる場合がある。

【００１０】高圧均質機（ホモジナイザー）による微
粒子化 高圧均質機による微粒子化とは、の行程で得られた乳
化物の平均粒子径は２０〜１００μｍ程度が限界であ
り、３００μｍ以上の大粒子も混在しているので、高圧
均質機を用いて乳化物の平均粒子径が２μｍ以下になる
ように処理する行程である。この高圧均質機とは、処理
液に高圧をかけてバルブの微細な間隙から該処理液を噴
射させ、均質で微細な、容易に分離しない乳濁液を作る
乳化分散機のことで、一般にホモジナイザーの名称で知
られている。このホモジナイザーの市販品としては、商
品名「HOMOGENIZER 」( 三和機械株式会社製) 、商品名
「超高圧ホモジナイザー；M-110-E/H,M-140K,M-210C-E/
H,M-610 」( みずほ工業株式会社製) 、商品名「ナノマ
イザー；YSNM-1500AR,YSNM-1500-0025N 」( 吉田機械興
業株式会社製) 等がある。

【００１１】上記の行程で得られた乳化物は、高圧均
質機の圧力を１００ｋｇ／ｃｍ² 以上、好ましくは１０
０〜６００ｋｇ／ｃｍ²とすることで平均粒子径が２μ
ｍ以下の、又更に好ましくは３００〜６００ｋｇ／ｃｍ
² とすることで平均粒子径が２μｍ以下で、且つ最大粒
子が５μｍ以下の均質で良好なエマルジョンが得られ
る。高圧均質機の圧力が１００ｋｇ／ｃｍ² 未満では、
期待するような粒子径が得られず、６００ｋｇ／ｃｍ²
超では更なる微粒子化が行われにくくなるとともに、泡
の巻き込みが多くなり、且つ粘度も上がり冷却行程に時
間が掛かるので不経済である。以上の〜の工程で連
続処理した後に室温まで冷却すると、安定なソープフリ
ー型ワックスエマルジョンが得られる。

【００１２】非酸化ワックス 本発明のソープフリー型ワックスエマルジョンにおいて
は、非酸化ワックスを、酸化ワックス／非酸化ワックス
の重量比が９９／１〜１０／９０となる割合、好ましく
は９９／１〜１５／８５となる割合で含有することがで
きる。非酸化ワックスの含有量が９０重量％を越えると
乳化不良となって、好ましくない。不揮発分濃度 本発明のソープフリー型ワックスエマルジョンの不揮発
分濃度は、１０〜６０質量％、好ましくは２０〜４０質
量％である。不揮発分濃度が１０％未満だとエマルジョ
ンの希釈安定性が悪くなり、６０％を越えると増粘しや
すく作業性が低下するので、好ましくない。尚、本発明
のソープフリー型ワックスエマルジョンは界面活性剤を
本質的に必要としないが、本発明の目的・効果を逸脱し
ない範囲でその配合を妨げるものではない。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施例１〜５）酸価２０、鹸化
価５０、融点６６〜７１℃のキャンデリラワックス３０
部を８５〜９５℃で加熱溶解し、次いでこれにモルホリ
ン（Ｃ₄ Ｈ₉ ＯＮ）を０. ３〜４. ２部添加し攪拌しな
がら、続いてこれに８５〜９５℃の熱水７０部を徐々に
加え、転相乳化を行った。転相乳化終了後、得られた粗
乳化物を保温しながらホモミキサー（特殊機化工株式会
社製：T.K.ホモミクサー）で２, ５００〜３, ５００ｒ
ｐｍで高速攪拌し、続いてホモジナイザー（APV GAULI
N,INC. 15MR-STA）で３８０〜４２０ｋｇ／ｃｍ² の高
圧下で処理を行った。その後、攪拌を行いながら３８℃
まで冷却して、平均粒子径が２μｍ以下のソープフリー
型ワックスエマルジョンを得た。

【００１４】次の表１の実施例１〜５に示されるよう
に、モルホリン量は０. ３部（理論量の約１０モル％に
相当）で実用に供し得るエマルジョンが、更に１．０〜
４. ２部（理論量の約３０〜１３０モル％に相当）で良
好なエマルジョンが得られることが判る。尚、モルホリ
ンの上記理論量は、以下の計算（モルホリンの１当量を
８７、苛性カリの１当量を５６として算出）により求め
たものである。 下記式（１）より、完全中和に必要なモルホリン量＝
３０×２０（酸価）×８７／５６≒９３２ 下記式（２）より、完全鹸化に必要なモルホリン量＝
３０×５０（鹸化価）×８７／５６≒２, ３３０ 完全中和及び完全鹸化に必要なモルホリン量＝＋
＝３, ２６２ｍｇ即ち、上記酸価２０、鹸化価５０のキ
ャンデリラワックス３０部を乳化するのに必要なモルホ
リン量は３. ２６部である。 中和反応：Ｒ−ＣＯＯＨ＋Ｃ₄ Ｈ₉ ＯＮ ────＞Ｒ−ＣＯＯ^- 〔Ｃ₄ Ｈ₁₀ＯＮ〕⁺ ・・・（１） 鹸化反応：Ｒ’−ＣＯＯＲ”＋Ｃ₄ Ｈ₉ ＯＮ＋Ｈ₂ Ｏ ───＞Ｒ−ＣＯＯ^- 〔Ｃ₄ Ｈ₁₀ＯＮ〕⁺ ＋Ｒ”ＯＨ・・・（２）

【００１５】（比較例１〜２）融点６３〜６９℃の非酸
化１５０°Ｆパラフィンワックス（日本精蝋株式会社
製：パラフィンワックス１５０）３０部、又は融点６７
〜７３℃の非酸化マイクロクリスタリンワックス（日本
精蝋株式会社製：Hi-Mic-1045 ）を各々８５〜９５℃ま
で加熱溶解し、その後モルホリンを各々５部添加して混
合し、続いて攪拌しながら８５〜９５℃の熱水７０部を
徐々に添加した。実施例１〜５、比較例１〜２のエマル
ジョンの状態及びその２〜１０倍希釈のエマルジョンの
状態は、次の表１に示されている。

【００１６】

【表１】 注−１：エマルジョンの透明感／粒子の有無／分離／増
粘の状態を目視で観察する。 注−２：エマルジョン／水＝１／１に希釈し、上記状態
を目視で観察する。 注−３：エマルジョン／水＝１／４に希釈し、上記状態
を目視で観察する。 注−４：エマルジョン／水＝１／９に希釈し、上記状態
を目視で観察する。 〈状態の評価〉 ○：良好（粒子の析出がなく、分離、増粘等の外観の変
化が見られない。） △：やや悪い（若干の粒子が析出したり、わずかに分
離、増粘等が発生する。） ×：不良（乳化不良、粒子の析出、分離増粘が著し
い。） 尚、上記〈状態の評価〉の内、△は実用に供し得るエマ
ルジョンであり、又以下の表２〜４における○、△、×
も、上記〈状態の評価〉におけるのと同じ意味である。

【００１７】（実施例６〜１１）酸価２０、鹸化価５
０、融点６６〜７１℃のキャンデリラワックス３０部を
８５〜９５℃で加熱溶解し、次いでこれにモルホリン
（Ｃ₄ Ｈ₉ ＯＮ）を３. ０部添加し攪拌しながら、続い
てこれに８５〜９５℃の熱水７０部を徐々に加え、転相
乳化を行った。転相乳化終了後、得られた粗乳化物を保
温しながらホモミキサー（特殊機化工株式会社製：T.K.
ホモミクサー）で３, ０００ｒｐｍで高速攪拌し、続い
てホモジナイザー（APV GAULIN,INC. 15MR-STA）で１０
０〜６００ｋｇ／ｃｍ² の高圧で処理を行った。その
後、攪拌を行いながら３８℃まで冷却して、平均粒子径
が２μｍ以下のソープフリー型ワックスエマルジョンを
得た。

【００１８】（比較例３）上記粗乳化物に対して、ホモ
ミキサー（特殊機化工株式会社製：T.K.ホモミクサー）
で３, ０００ｒｐｍで高速攪拌する処理だけを行った。
その後、攪拌を行いながら３８℃まで冷却した。実施例
６〜１１、比較例３のエマルジョンの状態は、次の表２
に示されている。

【００１９】

【表２】

【００２０】（実施例１２）酸価２０、鹸化価５０のキ
ャンデリラワックス３部および１３５°Ｆパラフィンワ
ックス２７部を８０〜９０℃まで加熱溶解した後に、モ
ルホリンを１. ０部添加しこれを攪拌しながら、これに
８０〜９０℃の熱水７０部を徐々に添加し、転相乳化を
行った。転相乳化終了後、得られた粗乳化物を保温しな
がらホモミキサーの回転速度を３, ０００ｒｐｍ、ホモ
ジナイザーの圧力を４００ｋｇ／ｃｍ ² として処理を行
った。続いて、３８℃まで冷却して、平均粒子径が２μ
ｍ以下のソープフリー型ワックスエマルジョンを得た。 （実施例１３）実施例１２において、酸価２０、鹸化価
５０のキャンデリラワックスを５部、１３５°Ｆパラフ
ィンワックスを２５部とする以外は、実施例１２と同様
にして、平均粒子径が２μｍ以下のソープフリー型ワッ
クスエマルジョンを得た。 （実施例１４）実施例１２において、酸価２０、鹸化価
５０のキャンデリラワックスを１０部、１３５°Ｆパラ
フィンワックスを２０部とする以外は、実施例１２と同
様にして、平均粒子径が１μｍ以下、最大粒子径が５μ
ｍ以下のソープフリー型ワックスエマルジョンを得た。

【００２１】（比較例４）１３５°Ｆパラフィンワック
スを３０部を８０〜９０℃まで加熱溶解した後に、ソル
ビタンモノステアレート（花王（株）製界面活性剤：レ
オドールSP-S10）３. ２部、ポリオキシエチレソルビタ
ンモノステアレート（花王（株）製界面活性剤：レオド
ールTW-S120 ）４. ８部およびポリオキシエチレンラウ
リルエーテル（花王（株）製界面活性剤：エマルゲン12
0 ）２. ０部を添加した。これに攪拌を行いながら８５
〜９５℃の熱水７０部を徐々に添加し、転相乳化を行っ
た。続いて３８℃まで冷却した。実施例１２〜１４、比
較例４のエマルジョンの状態及びアルコール混和性試験
後のエマルジョンの状態は、次の表３に示されている。

【００２２】

【表３】 〈注−５：アルコール混和性試験〉濃度５０％に調整し
たイソプロピルアルコールをエマルジョンに１／１重量
比で混合し、一昼夜放置後の状態を観察する。

【００２３】（実施例１５〜２４）実施例１において、
酸化ワックスとして、天然ワックス（キャンデリラワッ
クス、カルナバワックス、ライスワックス、みつろう）
５種類、マレイン酸変性ポリマー（三菱化成工業（株）
製：ダイヤカルナ３０）、モンタン変性ワックス（ヘキ
ストワックスＥ）から選ばれる１種以上を、そして、該
酸化ワックスを完全中和及び完全鹸化するに必要な上記
理論量のモルホリンを使用する以外は、実施例１と同様
にして、平均粒子径が１μｍ以下、最大粒子径が５μｍ
以下のソープフリー型ワックスエマルジョンを得た。但
し、ワックスの使用量は、１種の場合は３０部、２種の
場合は１５部／１５部、３種の場合は１０部／１０部／
１０部である。実施例１５〜２４のエマルジョンの状
態、その２〜１０倍希釈のエマルジョンの状態、貯蔵安
定性（５０℃１ヶ月後の状態）及びアルコール混和性の
結果は、次の表４に示されている。なお、表４中、＋は
使用、−は不使用を示す。

【００２４】

【表４】 注−６ 貯蔵安定性：５０℃１ヶ月後の状態変化を観察
した。 注−７ 上記〈注−５：アルコール混和性試験〉におけ
るのと同じ意味である。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により製造さ
れたエマルジョンは、平均粒子径が２μｍ以下で、好ま
しくは平均粒子径が２μｍ以下で且つ最大粒子径が５μ
ｍ以下のソープフリー型ワックスエマルジョンであり、
希釈安定性、貯蔵安定性、アルコール混和性、機械安定
性（スプレー等の機械力によりエマルジョンが破壊され
ない）、撥水性、ブロッキング防止性に優れており、且
つ界面活性剤を使用しないので、環境ホルモンの問題が
なく、環境に優しい特性を有する。その上、他の非酸化
ワックスを１〜９０％混合しても、安定なソープフリー
型ワックスエマルジョンが得られるから、他の非酸化ワ
ックスの性能を引出し利用することができるので、その
結果該ワックスエマルジョンの応用範囲を拡大すること
が可能となる。これに対し、従来のワックスエマルジョ
ンは，エマルジョンそのものの状態は良好であっても、
界面活性剤を用いることにより、ワックスの撥水性、ブ
ロッキング防止性等の性能低下をもたらし、且つ環境ホ
ルモンの問題を惹起する。

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】ホモジナイザーの加圧力の変化によるワックス
の平均粒子径の変化を説明する図である。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08J 3/03 - 3/07 C08L 91/06

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）酸化ワックスと、（ｂ）塩基性物
   質を必須成分として含有する組成物を、先ず転相法に
   よって粗乳化し、次いで高速攪拌機（ホモミキサー）
   で均質分散化し、続いて１００ｋｇ／ｃｍ² 以上の高
   圧均質機（ホモジナイザー）によって微粒子化すること
   を特徴とするソープフリー型ワックスエマルジョンの製
   造方法。
2. 【請求項２】 上記塩基性物質の配合量が、上記酸化ワ
   ックスの酸価及び鹸化価から算出される理論量の１０〜
   １３０モル％であることを特徴とする請求項１に記載の
   ソープフリー型ワックスエマルジョンの製造方法。
3. 【請求項３】 上記酸化ワックスが、酸価が５〜１５
   ０、鹸化価が５０〜２５０の酸化ワックスであることを
   特徴とする請求項１又は請求項２記載のソープフリー型
   ワックスエマルジョンの製造方法。
4. 【請求項４】 上記塩基性物質が、揮発性有機アミン及
   び／又はアンモニアであることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載のソープフリー型ワックスエマルジ
   ョンの製造方法。
5. 【請求項５】 上記揮発性有機アミンが、モルホリン、
   アルキルアミン、アルカノールアミンから選択された１
   種類以上の化合物であることを特徴とする１〜４のいず
   れかに記載のソープフリー型ワックスエマルジョンの製
   造方法。
6. 【請求項６】 上記高速攪拌機の回転速度が、２，００
   ０〜４，０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１
   〜５のいずれかに記載のソープフリー型ワックスエマル
   ジョンの製造方法。
7. 【請求項７】 上記高圧均質機の圧力が、１００〜６０
   ０ｋｇ／ｃｍ² であることを特徴とする請求項１〜６の
   いずれかに記載のソープフリー型ワックスエマルジョン
   の製造方法。
8. 【請求項８】 上記組成物が、非酸化ワックスを、上記
   酸化ワックス／非酸化ワックスの重量比が９９／１〜１
   ０／９０となる割合で含有することを特徴とする請求項
   １〜７のいずれかに記載のソープフリー型ワックスエマ
   ルジョンの製造方法。
9. 【請求項９】 上記組成物の不揮発分濃度が、１０〜６
   ０質量％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれ
   かに記載のソープフリー型ワックスエマルジョンの製造
   方法。