JP3980075B2 - 水性のカチオン系界面活性製剤、その製造方法およびその使用 - Google Patents
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Description
本発明は、水性のカチオン系界面活性製剤、その製造方法およびその使用に関する。
カチオン系界面活性剤は、広範に使用される需要の多い化合物であり、多数の文献および特許に記載されている。例えばＤＥ−Ａ３４１７６４６号およびＤＥ−Ａ２７１０４６８号はカチオン系界面活性剤の最も重要な代表例としての第四級アンモニウム化合物、例えば塩化セチルトリメチルアンモニウムまたは塩化ステアリルトリメチルアンモニウムを毛髪用アフタートリートメント組成物における使用に関して記載している。これらカチオン系界面活性剤を使用する際の欠点は、これらが強い腐食作用を有することである。
ＥＰ−Ｂ００９８８０２号は、例えばリン酸二水素セチルジメチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウムと酸化エチレンとの酸、例えばリン酸の存在下での第四級アンモニウム化合物の製造ならびにこれらのカチオン系界面活性剤の毛髪用化粧品における使用を記載している。前記の化合物のように、これらの界面活性剤は容易に溶液から分離（freeze out）する。従って、これらは使用する前に溶解させかつ均質化する必要がある。選択的にこれらは、その分離が不可能であるような特別の貯蔵タンク中に貯蔵する必要がある。両措置は付加的なコストを伴う。
ＤＥ−Ａ３１１６０８７号は第三級アミンとエポキシドとの触媒としての第四級アンモニウム化合物の存在下での第四級アンモニウム化合物の製造方法を記載している。この方法はカチオン系界面活性剤、例えば塩化２−ヒドロキシヘキサデシル−２−ヒドロキシエチルジメチルアンモニウムを製造するために使用することができる。これらの化合物も容易に分離し、かつ腐食作用を有する。
カチオン系界面活性剤は有利な特性範囲を有する必要がある。かかる界面活性剤の重要な要求は以下のものである：
１．良好な可溶化
２．アニオン系界面活性剤との良好な混和性
３．良好なフォーム安定化
４．腐食作用が殆どないかまたはないこと
５．良好な殺生作用
６．良好な貯蔵安定性
７．界面活性剤から分離しないこと
８．ハロゲンの不在
９．良好なコンディショニング効果
１０．良好な湿潤、乳化および分散の能力
１１．製造の容易さ。
本発明の課題はできるだけ多くの前記の特性を、今まで知られているカチオン系界面活性剤の欠点をともなわずに提供するカチオン系界面活性剤を開発することである。前記課題は、
ａ）式Ｉ：
［式中、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は独立して置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ1〜Ｃ4−アルキルまたは置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、その際少なくとも１個、多くとも２個のＲ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、かつ式ＩＩの水溶性アニオンはＲ5−Ｏ−ＳＯ3−であり、その際、Ｒ5はＣ1〜Ｃ4−アルキルである］の第四級アンモニウム化合物１０〜５０質量％、
ｂ）式ＩＩＩ：
［式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は前記のものであり、かつ多くとも２個のＲ1、Ｒ2およびＲ3は置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルである］のアミン０．０１〜１５質量％、
ｃ）ｐＨを４〜９の範囲に維持する緩衝液０．１〜５．０質量％
からの溶液中に含有する本発明の水性のカチオン系界面活性製剤によって解決されると判明した。
式Ｉおよび式ＩＩＩにおいて、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は独立して置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ1〜Ｃ4−アルキルであるか、または置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、その際少なくとも１個、多くとも２個のＲ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであってよく、かつ有利には以下のものである：
−Ｃ1〜Ｃ4−アルキル：
分枝鎖状もしくは非分枝鎖状Ｃ1〜Ｃ4−アルキル鎖、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、１−メチルエチル、ｎ−ブチル、１−メチルプロピル、２−メチルプロピルまたは１，１−ジメチルエチル、有利にはメチルまたはエチル、
−Ｃ8〜Ｃ16−アルキル：
分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、例えばｎ−オクチル、２−メチルヘプチル、３−メチルヘプチル、４−メチルヘプチル、２，２−ジメチルヘキシル、２，３−ジメチルヘキシル、２，４−ジメチルヘキシル、２，５−ジメチルヘキシル、３，３−ジメチルヘキシル、２，２，３−トリメチルペンチル、２，２，４−トリメチルペンチル、３，３，２−トリメチルペンチル、３，３，４−トリメチルペンチル、４，４，２−トリメチルペンチル、４，４，３−トリメチルペンチル、２，３，４−トリメチルペンチル、２−エチルヘキシル、３−エチルヘキシル、ｎ−ノニル、３−エチル−２−メチルヘキシル、２−メチルオクチル、４−メチルオクチル、ｎ−デシル、ｎ−ウンデシル、ｎ−ドデシル、ｎ−トリデシル、ｎ−テトラデシル、３−エチル−５−イソプロピル−４−メチルオクチル、ｎ−ペンタデシル、ｎ−ヘキサデシル、または分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の不飽和Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、例えば分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ8〜Ｃ16−アルケニル鎖、例えば１−オクテニル、２−オクテニル、３−オクテニル、４−オクテニル、５−オクテニル、６−オクテニルもしくは７−オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、トリデセニル、テトラデセニル、ｎ−ペンタデセニル、またはｎ−ヘキサデセニル；有利には脂肪アルコール、例えばカプロイルアルコール、エナンチルアルコール、カプリリルアルコール、ペラルゴニルアルコール、カプリルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ペンタデカノール、またはセチルアルコールのアミンまたは直鎖状チーグラーアルコールのアミン（アルコールからのアミンへのアミン化）から得られる飽和および不飽和のアルキルもしくはアルケニル；特に有利には飽和Ｃ12〜Ｃ16−アルキル鎖、ならびに殊に有利には、例えばココナツ油またはパーム核油をベースとして製造できる飽和Ｃ12〜Ｃ14−アルキル鎖。有利な分枝鎖状アルキルは、例えばゲルベ反応またはオキソ反応からアルコールをベースに製造できる。
置換基Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4の例はアルキル、ヒドロキシルアルキルもしくはヒドロキシルアルキルエーテル基である。
式ＩＩ中のＲ5は、有利には置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ1〜Ｃ4−アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、１−メチルエチル、ｎ−ブチル、１−メチルプロピル、２−メチルプロピル、または１，１−ジメチルエチル、有利にはメチルもしくはエチルである。適当なＲ5の置換基はアルキル、ヒドロキシアルキルもしくはヒドロキシアルキルエーテル基である。
式Ｉの第四級アンモニウム化合物（ａ）の含量は、界面活性製剤の全質量に対して１０〜５０質量％、有利には１５〜４０質量％、特に有利には２０〜３５質量％である。本発明の界面活性製剤中の特に有利なカチオン系界面活性剤は、Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、有利にはＣ12〜Ｃ16−アルキル鎖、特に有利にはＣ12〜Ｃ14−アルキル鎖を１個だけ有する界面活性剤、例えば硫酸Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｃ12／Ｃ14−アンモニウムメチルである。
式ＩＩのアミン（ｂ）の含量は界面活性製剤の全質量に対して０．０１〜１５質量％、有利には０．１〜１０質量％、特に有利には０．５〜５質量％の範囲である。本発明の界面活性製剤中で特に有利なアミンは長鎖Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、有利にはＣ12〜Ｃ16−アルキル鎖、特に有利にはＣ12〜Ｃ14−アルキル鎖ならびに２個の短鎖Ｃ1〜Ｃ4−アルキル鎖、例えばＮ，Ｎ−ジメチル−Ｃ12／Ｃ14−アミンである。
界面活性剤溶液に緩衝液を添加することによって、界面活性作用に影響を及ぼすことなく界面活性剤溶液の貯蔵安定性における顕著な改善をもたらすことができると判明した。更に、同様に緩衝液の添加によって界面活性剤溶液の安定化剤作用における顕著な改善をもたらすこともできる。
本発明の界面活性製剤は、有利には界面活性製剤の全質量に対して０．１〜５．０質量％、有利には０．５〜４質量％、特に有利には１．０〜３．５質量％の緩衝液（ｃ）を含有する。
本発明の水性カチオン系界面活性製剤のために適当な緩衝液は、原則的にｐＨを４〜９の範囲、有利には５〜８の範囲、特に有利には６〜８の範囲に維持する、例えば生化学ハンドブック（Handbook of Biochemistry(Eds.Sober, H.A., Horte R.A., The Chemical Rubber Co., 1968:J-195-J-199)）に記載されるような全ての公知の緩衝液である。
適当な緩衝液の例は、弱酸と強塩基の全ての塩または強酸と弱塩基の全ての塩であり、これらは幾つかの酸と塩基の塩または異なる酸または塩基の混合物であってもよい。
緩衝液の適当な例は、例えばＷａｌｐｏｌｅ緩衝液（酢酸／酢酸ナトリウム）、Ｇｏｍｏｒｉアコニチン酸緩衝液（アコニチン酸／ＮａＯＨ）、Ｋｏｌｔｈｏｆｆ緩衝液（ほう砂／コハク酸塩）、
のクエン酸ＩＩ緩衝液（クエン酸二ナトリウム／ＮａＯＨ）、ＭｃＩｌｖａｉｎｅのクエン酸／リン酸緩衝液（クエン酸／リン酸二ナトリウム）、Ｓｔａｆｆｏｒｄ，ＷａｔｓｏｎおよびＲａｎｄのジメチルグルタル酸緩衝液（ジメチルグルタル酸／ＮａＯＨ）、
のリン酸緩衝液（リン酸二水素カリウム／リン酸水素二ナトリウム）、Ｇｏｍｏｒｉトリスマレイン酸緩衝液（トリスマレイン酸塩／ＮａＯＨ）もしくはＧｏｍｏｒｉコハク酸緩衝液（コハク酸塩／ＮａＯＨ）である。他の適当な緩衝液は生化学において慣用の緩衝液であるＭＥＳ、ＡＤＡ、ＰＩＰＥＳ、ＢＩＳ−ＴＲＩＳ、ＭＯＰＳＯ、ＢＩＳ−ＴＲＩＳＰＲＯＰＡＮＥ、ＭＯＰＳ、ＤＩＰＳＯ、ＴＡＰＳＯ、ＨＥＰＰＳＯ、ＰＯＰＳＯ、ＥＰＰＳ、ＴＥＡ、ＴＡＰＳまたはＡＣＥＳ、またはアミノ酸緩衝液である。有利には弱酸およびその塩から製造できる緩衝液、例えば酢酸ナトリウム／酢酸、クエン酸ナトリウム／クエン酸、ホウ酸ナトリウム／ホウ酸、リン酸ナトリウム／リン酸、リン酸カリウム／リン酸、炭酸水素塩／ソーダ、水酸化ナトリウム／クエン酸、水酸化ナトリウム／酒石酸もしくはその混合物である。更に適当な緩衝液はコラミンクロリド、ＢＥＳ、ＴＥＳ、ＨＥＰＥＳ、アセトアミドグリシン、グリシンアミド、トリス、ビシン、トリシン、グリシルグリシンまたはエタノールアミンもしくはジエタノールアミンをベースとする緩衝液を含む。
個々の緩衝液もしくは混合物は本発明の界面活性製剤中で使用することができる。
特に有利には、前記した有利な作用の他に腐食保護効果を有することが知られているのでリン酸水素／リン酸二水素、例えばリン酸ナトリウム／リン酸、リン酸カリウム／リン酸、リン酸水素二ナトリウム／リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二カリウム／リン酸二水素カリウムまたはＫＯＨ／Ｈ3ＰＯ4もしくはＮａＯＨ／Ｈ3ＰＯ4が使用される。
本発明の界面活性製剤の他の有利な特性は冷蔵時の優れた安定性である；すなわち該製剤は２０℃未満では分離しない。市販品とは異なり、これらは該温度未満で沈殿もしくは不均一化を示さない。これは先ずＣ8〜Ｃ16−の長鎖アルキル鎖の有利な長さ（アルキル鎖分布においてＣ16−アルキル鎖の割合はできるだけ低いべきである）および次いで緩衝剤によるものである。高割合のＣ16−アルキル鎖を使用すると、界面活性製剤の冷蔵安定性が低下することがある。
本発明の界面活性製剤は、所望であれば当業者に公知の他の添加剤もしくは助剤、例えば粘性の低下のための電解質、塩化ナトリウムもしくは他の慣用の塩、ヒドロキシアルキルセルロース、カチオン性セルロース、カチオン性合成ポリマー、他のカチオン系界面活性剤、例えばＤｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼グレードもしくはＬｕｖｉｑｕａｔ▲Ｒ▼グレード、アルキルエーテルスルフェートもしくはアルキルポリグリコシドを含有するか、または所望であれば他の界面活性剤、例えばカチオン系もしくはアニオン性の界面活性剤と組み合わせてよい。
本発明の界面活性製剤は当業者に公知の方法の範囲で、例えばアルキル化剤、例えば硫酸アルキル、スルホン酸アルキル、ハロゲン化アルキルまたは出発物質として種々のアミンをベースとする他の活性エステルを使用して合成することができる；有利には本発明の方法はその合成のために使用することができる。
式Ｉの化合物を製造するために見出された本発明の方法は、水溶液中の式ＩＩＩ：
のアミンと式ＩＶ：
［式中、Ｒ1〜Ｒ5は前記に定義したものである］の硫酸ジアルキルとを、アミンに対して８５〜９９．９９モル％のモル比の範囲および２０〜１００℃で反応させ、次いで反応溶液にｐＨを４〜９の範囲に維持する緩衝液０．１〜５．０質量％を添加することからなる。
本発明の方法において、有利には硫酸ジアルキルはアミン（＝１００モル％）に対して８５〜９９．９モル％、有利には９５〜９９．５モル％、特に有利には９７．０〜９９．０モル％のモル比で使用し、その結果、常に過剰のアミンが存在し、反応中に形成した硫酸モノアルキルは形成する第四級アンモニウム化合物と等モル量以下で界面活性製剤中に存在する。
有利には、反応は２０〜１００℃、有利には４０〜９０℃、特に有利には５０〜８０℃で実施する。
アルキル化は（従来の場合には例えば水酸化ナトリウム溶液または水酸化カリウム溶液の添加によって）ｐＨ調整するかもしくはせずに実施できる。ｐＨを調整しないのが有利である。有利には添加される水酸化ナトリウム溶液もしくは水酸化カリウム溶液は、ｐＨを調整する場合には後に緩衝液の成分になる。
本発明の方法においては、水性のアルキルアミンの溶液、エマルションもしくは懸濁液の初期装入物と計量供給した硫酸ジアルキルとを反応させるのが有利である。有利には硫酸アルキルの計量添加は、この場合には前記の温度範囲を超えないように調節する。原則的に初期装入物として硫酸ジアルキルを有し、かつアルキルアミンを計量供給するか、または混合チャンバ中の反応を反応物の同時の添加によって実施することができる。硫酸ジアルキルの迅速な添加を促進するために、有利には反応を冷却下および不活性条件下で実施するが、冷却は一般に必要ない。
有利な態様においては、緩衝液はアルキル化後に反応溶液中に添加することができ、その際緩衝液は溶液中で製造するか（有利である）、または反応溶液に既製の緩衝液として添加することもできる。緩衝液は溶液の形または固体として使用することができる。原則的に緩衝液はアルキル化反応の前、間もしくは後に添加することができ、その際アルキル化反応の後が有利である。
本発明のカチオン系界面活性製剤は適用範囲、有利には化粧品、例えばケア特性およびコンディショニング特性を有する化粧品製剤において適当であり、その際、例はスタイリング製品、例えばヘアムース、ヘアジェルもしくはヘアスプレーまたはダメージのある端部のアフタートリートメント組成物、例えばヘアローション、トリートメントリンス、トリートメントパック、トリートメント液、ヘアリペア組成物、ホットオイルトリートメント、シャンプー、液状石鹸もしくは美容クリームである。
界面活性製剤は、疎水化剤、テキスタイルまたは皮革の被覆のための帯電防止剤、電気メッキ助剤、金属洗浄助剤、腐食防止剤、凝集剤もしくは凝固剤、印刷インキおよび印刷板のための捺染助剤、塗料およびコーティングのための分散剤、電気工業および電子工業のための助剤、殺生剤および殺菌剤の成分、医薬品助剤として、もしくは動物用化粧品のために適当である。また、本発明の界面活性製剤はカチオン重合のための開始剤、重合媒体もしくはアスファルトのための結合剤としても適当である。
実施例
例１：カチオン系界面活性製剤の製造
脱イオン水７２．０ｋｇおよびＮ，Ｎ−ジメチルココアミン（ドデシル７０〜７５％、テトラデシル２３〜２８％、デシル０〜２％、ヘキサデシル０〜２％；塩基性窒素４．２２〜４．５５ミリモル／ｇのアミン価）２５．０ｋｇを撹拌容器中に装入し、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルココアルキルアンモニウムメトスルフェート（ＩＮＳＩ名：ココトリモニウムメトスルフェート）を製造した。硫酸ジメチル１３．９ｋｇを不活性ガス下および６５〜７０℃でこの温度を維持可能な速度で撹拌しながら添加した。５０℃に冷却後、８５％濃度のリン酸１．４０ｋｇ、５０％濃度の水酸化カリウム溶液１．７０ｋｇおよび脱イオン水１４．３ｋｇを添加した。
生成物：ガードナー色数＜１を有する生成物水溶液１２６ｋｇ
検出限界未満の硫酸ジメチル；
不揮発性物の含量：３１％
塩基性窒素：０．０７％
例２：カチオン系界面活性剤を含有する種々の生成物の比較性能試験
例１において記載したように容易に製造可能な界面活性製剤は冷蔵時の良好な安定性のような有利な性能の範囲を示した；すなわち２５〜３０％濃度の界面活性剤溶液は２０℃未満で沈殿または不均一化を示さなかった。使用前の界面活性剤溶液の加熱および／または澄明な溶液を維持するための機械的撹拌は不必要である。更に、例１で製造した溶液は非腐食性であり、良好な可溶化剤作用を有し、かつその全ては貯蔵時に安定である。界面活性剤溶液は貯蔵を延長させても（数週間）変化しない。これらの有利な特性は特定の第四級アンモニウム化合物、アミンおよび緩衝液の組合せに帰することがある。
第１表は本発明の界面活性製剤と種々の市販品とを比較しており、これにより有利な特性は非常に明白である。全ての比較製品Ｌｕｖｉｑｕａｔ▲Ｒ▼Ｍｏｎｏ ＣＰ（リン酸二水素セチルヒドロキシエチルジメチルアンモニウム）、Ｄｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼Ａ（塩化セチルトリメチルアンモニウム）、Ｄｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼Ｅ［塩化Ｎ−（２−ヒドロキシヘキサデシ−１−イル）−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−２−ヒドロキシエチルアンモニウム］、Ｄｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼ＳＰ（リン酸トリスオリゴオキシエチルアルキルアンモニウム）は、例１で製造されるような本発明の界面活性製剤（Ｌｕｖｉｑｕａｔ▲Ｒ▼Ｍｏｎｏ ＬＳ：Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｃ12／Ｃ14−アンモニウムメチルスルフェート、第１表参照）に対して冷蔵時の安定性の点では不利である。
第１表に示される特性は以下の方法によって評価した。
−冷蔵時の安定性：
冷蔵時の安定性を決定するために、種々の界面活性溶液を６℃で１年間の長期試験において貯蔵し、次いで起こりうる混濁または沈殿に関して考察した。迅速な試験において、試料を２０℃から−１８℃に冷却し、次いで再び解凍し、再び起こりうる混濁または沈殿に関して考察した。
−コンディショナー効果：
コンディショナー効果は、試験毛髪の束の湿潤時の櫛通り性の本質的な試験で決定した。この目的のために毛髪の束をカチオン系界面活性剤溶液もしくはその製剤で処理し、次いで櫛通り性を独立の３個体に関して非常に良好、良好または不良として評価した。
−フォーム安定化剤作用：
フォーム安定化剤作用を決定するために、界面活性剤を使用してフォームを製造し、フォームの質を評価し、経時的なフォームの安定性を測定した。
−アニオン性界面活性剤との混和性：
アニオン系界面活性剤との混和性は、５０％のＴｅｘａｐｏｎ Ｎ５０（＝水中のラウリル硫酸ナトリウムエーテル２８％）を含有する界面活性剤の４％混合物（活性物質の含量）中で試験した。混合物の澄明な溶液は非常に良好として評価し、僅かに混濁した際には良好として、混合物中での沈殿を不良として評価した。
−可溶化剤作用：
可溶化剤作用は９種の異なる慣用の化粧用オイルを使用して試験した（第２表参照）。界面活性剤の作用を２４時間後に評価した。評価は６種以上のオイルが可溶であれば良好としている。
カチオン系界面活性剤は、広範に使用される需要の多い化合物であり、多数の文献および特許に記載されている。例えばＤＥ−Ａ３４１７６４６号およびＤＥ−Ａ２７１０４６８号はカチオン系界面活性剤の最も重要な代表例としての第四級アンモニウム化合物、例えば塩化セチルトリメチルアンモニウムまたは塩化ステアリルトリメチルアンモニウムを毛髪用アフタートリートメント組成物における使用に関して記載している。これらカチオン系界面活性剤を使用する際の欠点は、これらが強い腐食作用を有することである。
ＥＰ−Ｂ００９８８０２号は、例えばリン酸二水素セチルジメチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウムと酸化エチレンとの酸、例えばリン酸の存在下での第四級アンモニウム化合物の製造ならびにこれらのカチオン系界面活性剤の毛髪用化粧品における使用を記載している。前記の化合物のように、これらの界面活性剤は容易に溶液から分離（freeze out）する。従って、これらは使用する前に溶解させかつ均質化する必要がある。選択的にこれらは、その分離が不可能であるような特別の貯蔵タンク中に貯蔵する必要がある。両措置は付加的なコストを伴う。
ＤＥ−Ａ３１１６０８７号は第三級アミンとエポキシドとの触媒としての第四級アンモニウム化合物の存在下での第四級アンモニウム化合物の製造方法を記載している。この方法はカチオン系界面活性剤、例えば塩化２−ヒドロキシヘキサデシル−２−ヒドロキシエチルジメチルアンモニウムを製造するために使用することができる。これらの化合物も容易に分離し、かつ腐食作用を有する。
カチオン系界面活性剤は有利な特性範囲を有する必要がある。かかる界面活性剤の重要な要求は以下のものである：
１．良好な可溶化
２．アニオン系界面活性剤との良好な混和性
３．良好なフォーム安定化
４．腐食作用が殆どないかまたはないこと
５．良好な殺生作用
６．良好な貯蔵安定性
７．界面活性剤から分離しないこと
８．ハロゲンの不在
９．良好なコンディショニング効果
１０．良好な湿潤、乳化および分散の能力
１１．製造の容易さ。
本発明の課題はできるだけ多くの前記の特性を、今まで知られているカチオン系界面活性剤の欠点をともなわずに提供するカチオン系界面活性剤を開発することである。前記課題は、
ａ）式Ｉ：
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は独立して置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ1〜Ｃ4−アルキルまたは置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、その際少なくとも１個、多くとも２個のＲ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、かつ式ＩＩの水溶性アニオンはＲ5−Ｏ−ＳＯ3−であり、その際、Ｒ5はＣ1〜Ｃ4−アルキルである］の第四級アンモニウム化合物１０〜５０質量％、
ｂ）式ＩＩＩ：
ｃ）ｐＨを４〜９の範囲に維持する緩衝液０．１〜５．０質量％
からの溶液中に含有する本発明の水性のカチオン系界面活性製剤によって解決されると判明した。
式Ｉおよび式ＩＩＩにおいて、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は独立して置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ1〜Ｃ4−アルキルであるか、または置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、その際少なくとも１個、多くとも２個のＲ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであってよく、かつ有利には以下のものである：
−Ｃ1〜Ｃ4−アルキル：
分枝鎖状もしくは非分枝鎖状Ｃ1〜Ｃ4−アルキル鎖、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、１−メチルエチル、ｎ−ブチル、１−メチルプロピル、２−メチルプロピルまたは１，１−ジメチルエチル、有利にはメチルまたはエチル、
−Ｃ8〜Ｃ16−アルキル：
分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、例えばｎ−オクチル、２−メチルヘプチル、３−メチルヘプチル、４−メチルヘプチル、２，２−ジメチルヘキシル、２，３−ジメチルヘキシル、２，４−ジメチルヘキシル、２，５−ジメチルヘキシル、３，３−ジメチルヘキシル、２，２，３−トリメチルペンチル、２，２，４−トリメチルペンチル、３，３，２−トリメチルペンチル、３，３，４−トリメチルペンチル、４，４，２−トリメチルペンチル、４，４，３−トリメチルペンチル、２，３，４−トリメチルペンチル、２−エチルヘキシル、３−エチルヘキシル、ｎ−ノニル、３−エチル−２−メチルヘキシル、２−メチルオクチル、４−メチルオクチル、ｎ−デシル、ｎ−ウンデシル、ｎ−ドデシル、ｎ−トリデシル、ｎ−テトラデシル、３−エチル−５−イソプロピル−４−メチルオクチル、ｎ−ペンタデシル、ｎ−ヘキサデシル、または分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の不飽和Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、例えば分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ8〜Ｃ16−アルケニル鎖、例えば１−オクテニル、２−オクテニル、３−オクテニル、４−オクテニル、５−オクテニル、６−オクテニルもしくは７−オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、トリデセニル、テトラデセニル、ｎ−ペンタデセニル、またはｎ−ヘキサデセニル；有利には脂肪アルコール、例えばカプロイルアルコール、エナンチルアルコール、カプリリルアルコール、ペラルゴニルアルコール、カプリルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ペンタデカノール、またはセチルアルコールのアミンまたは直鎖状チーグラーアルコールのアミン（アルコールからのアミンへのアミン化）から得られる飽和および不飽和のアルキルもしくはアルケニル；特に有利には飽和Ｃ12〜Ｃ16−アルキル鎖、ならびに殊に有利には、例えばココナツ油またはパーム核油をベースとして製造できる飽和Ｃ12〜Ｃ14−アルキル鎖。有利な分枝鎖状アルキルは、例えばゲルベ反応またはオキソ反応からアルコールをベースに製造できる。
置換基Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4の例はアルキル、ヒドロキシルアルキルもしくはヒドロキシルアルキルエーテル基である。
式ＩＩ中のＲ5は、有利には置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ1〜Ｃ4−アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、１−メチルエチル、ｎ−ブチル、１−メチルプロピル、２−メチルプロピル、または１，１−ジメチルエチル、有利にはメチルもしくはエチルである。適当なＲ5の置換基はアルキル、ヒドロキシアルキルもしくはヒドロキシアルキルエーテル基である。
式Ｉの第四級アンモニウム化合物（ａ）の含量は、界面活性製剤の全質量に対して１０〜５０質量％、有利には１５〜４０質量％、特に有利には２０〜３５質量％である。本発明の界面活性製剤中の特に有利なカチオン系界面活性剤は、Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、有利にはＣ12〜Ｃ16−アルキル鎖、特に有利にはＣ12〜Ｃ14−アルキル鎖を１個だけ有する界面活性剤、例えば硫酸Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｃ12／Ｃ14−アンモニウムメチルである。
式ＩＩのアミン（ｂ）の含量は界面活性製剤の全質量に対して０．０１〜１５質量％、有利には０．１〜１０質量％、特に有利には０．５〜５質量％の範囲である。本発明の界面活性製剤中で特に有利なアミンは長鎖Ｃ8〜Ｃ16−アルキル鎖、有利にはＣ12〜Ｃ16−アルキル鎖、特に有利にはＣ12〜Ｃ14−アルキル鎖ならびに２個の短鎖Ｃ1〜Ｃ4−アルキル鎖、例えばＮ，Ｎ−ジメチル−Ｃ12／Ｃ14−アミンである。
界面活性剤溶液に緩衝液を添加することによって、界面活性作用に影響を及ぼすことなく界面活性剤溶液の貯蔵安定性における顕著な改善をもたらすことができると判明した。更に、同様に緩衝液の添加によって界面活性剤溶液の安定化剤作用における顕著な改善をもたらすこともできる。
本発明の界面活性製剤は、有利には界面活性製剤の全質量に対して０．１〜５．０質量％、有利には０．５〜４質量％、特に有利には１．０〜３．５質量％の緩衝液（ｃ）を含有する。
本発明の水性カチオン系界面活性製剤のために適当な緩衝液は、原則的にｐＨを４〜９の範囲、有利には５〜８の範囲、特に有利には６〜８の範囲に維持する、例えば生化学ハンドブック（Handbook of Biochemistry(Eds.Sober, H.A., Horte R.A., The Chemical Rubber Co., 1968:J-195-J-199)）に記載されるような全ての公知の緩衝液である。
適当な緩衝液の例は、弱酸と強塩基の全ての塩または強酸と弱塩基の全ての塩であり、これらは幾つかの酸と塩基の塩または異なる酸または塩基の混合物であってもよい。
緩衝液の適当な例は、例えばＷａｌｐｏｌｅ緩衝液（酢酸／酢酸ナトリウム）、Ｇｏｍｏｒｉアコニチン酸緩衝液（アコニチン酸／ＮａＯＨ）、Ｋｏｌｔｈｏｆｆ緩衝液（ほう砂／コハク酸塩）、
個々の緩衝液もしくは混合物は本発明の界面活性製剤中で使用することができる。
特に有利には、前記した有利な作用の他に腐食保護効果を有することが知られているのでリン酸水素／リン酸二水素、例えばリン酸ナトリウム／リン酸、リン酸カリウム／リン酸、リン酸水素二ナトリウム／リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二カリウム／リン酸二水素カリウムまたはＫＯＨ／Ｈ3ＰＯ4もしくはＮａＯＨ／Ｈ3ＰＯ4が使用される。
本発明の界面活性製剤の他の有利な特性は冷蔵時の優れた安定性である；すなわち該製剤は２０℃未満では分離しない。市販品とは異なり、これらは該温度未満で沈殿もしくは不均一化を示さない。これは先ずＣ8〜Ｃ16−の長鎖アルキル鎖の有利な長さ（アルキル鎖分布においてＣ16−アルキル鎖の割合はできるだけ低いべきである）および次いで緩衝剤によるものである。高割合のＣ16−アルキル鎖を使用すると、界面活性製剤の冷蔵安定性が低下することがある。
本発明の界面活性製剤は、所望であれば当業者に公知の他の添加剤もしくは助剤、例えば粘性の低下のための電解質、塩化ナトリウムもしくは他の慣用の塩、ヒドロキシアルキルセルロース、カチオン性セルロース、カチオン性合成ポリマー、他のカチオン系界面活性剤、例えばＤｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼グレードもしくはＬｕｖｉｑｕａｔ▲Ｒ▼グレード、アルキルエーテルスルフェートもしくはアルキルポリグリコシドを含有するか、または所望であれば他の界面活性剤、例えばカチオン系もしくはアニオン性の界面活性剤と組み合わせてよい。
本発明の界面活性製剤は当業者に公知の方法の範囲で、例えばアルキル化剤、例えば硫酸アルキル、スルホン酸アルキル、ハロゲン化アルキルまたは出発物質として種々のアミンをベースとする他の活性エステルを使用して合成することができる；有利には本発明の方法はその合成のために使用することができる。
式Ｉの化合物を製造するために見出された本発明の方法は、水溶液中の式ＩＩＩ：
本発明の方法において、有利には硫酸ジアルキルはアミン（＝１００モル％）に対して８５〜９９．９モル％、有利には９５〜９９．５モル％、特に有利には９７．０〜９９．０モル％のモル比で使用し、その結果、常に過剰のアミンが存在し、反応中に形成した硫酸モノアルキルは形成する第四級アンモニウム化合物と等モル量以下で界面活性製剤中に存在する。
有利には、反応は２０〜１００℃、有利には４０〜９０℃、特に有利には５０〜８０℃で実施する。
アルキル化は（従来の場合には例えば水酸化ナトリウム溶液または水酸化カリウム溶液の添加によって）ｐＨ調整するかもしくはせずに実施できる。ｐＨを調整しないのが有利である。有利には添加される水酸化ナトリウム溶液もしくは水酸化カリウム溶液は、ｐＨを調整する場合には後に緩衝液の成分になる。
本発明の方法においては、水性のアルキルアミンの溶液、エマルションもしくは懸濁液の初期装入物と計量供給した硫酸ジアルキルとを反応させるのが有利である。有利には硫酸アルキルの計量添加は、この場合には前記の温度範囲を超えないように調節する。原則的に初期装入物として硫酸ジアルキルを有し、かつアルキルアミンを計量供給するか、または混合チャンバ中の反応を反応物の同時の添加によって実施することができる。硫酸ジアルキルの迅速な添加を促進するために、有利には反応を冷却下および不活性条件下で実施するが、冷却は一般に必要ない。
有利な態様においては、緩衝液はアルキル化後に反応溶液中に添加することができ、その際緩衝液は溶液中で製造するか（有利である）、または反応溶液に既製の緩衝液として添加することもできる。緩衝液は溶液の形または固体として使用することができる。原則的に緩衝液はアルキル化反応の前、間もしくは後に添加することができ、その際アルキル化反応の後が有利である。
本発明のカチオン系界面活性製剤は適用範囲、有利には化粧品、例えばケア特性およびコンディショニング特性を有する化粧品製剤において適当であり、その際、例はスタイリング製品、例えばヘアムース、ヘアジェルもしくはヘアスプレーまたはダメージのある端部のアフタートリートメント組成物、例えばヘアローション、トリートメントリンス、トリートメントパック、トリートメント液、ヘアリペア組成物、ホットオイルトリートメント、シャンプー、液状石鹸もしくは美容クリームである。
界面活性製剤は、疎水化剤、テキスタイルまたは皮革の被覆のための帯電防止剤、電気メッキ助剤、金属洗浄助剤、腐食防止剤、凝集剤もしくは凝固剤、印刷インキおよび印刷板のための捺染助剤、塗料およびコーティングのための分散剤、電気工業および電子工業のための助剤、殺生剤および殺菌剤の成分、医薬品助剤として、もしくは動物用化粧品のために適当である。また、本発明の界面活性製剤はカチオン重合のための開始剤、重合媒体もしくはアスファルトのための結合剤としても適当である。
実施例
例１：カチオン系界面活性製剤の製造
脱イオン水７２．０ｋｇおよびＮ，Ｎ−ジメチルココアミン（ドデシル７０〜７５％、テトラデシル２３〜２８％、デシル０〜２％、ヘキサデシル０〜２％；塩基性窒素４．２２〜４．５５ミリモル／ｇのアミン価）２５．０ｋｇを撹拌容器中に装入し、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルココアルキルアンモニウムメトスルフェート（ＩＮＳＩ名：ココトリモニウムメトスルフェート）を製造した。硫酸ジメチル１３．９ｋｇを不活性ガス下および６５〜７０℃でこの温度を維持可能な速度で撹拌しながら添加した。５０℃に冷却後、８５％濃度のリン酸１．４０ｋｇ、５０％濃度の水酸化カリウム溶液１．７０ｋｇおよび脱イオン水１４．３ｋｇを添加した。
生成物：ガードナー色数＜１を有する生成物水溶液１２６ｋｇ
検出限界未満の硫酸ジメチル；
不揮発性物の含量：３１％
塩基性窒素：０．０７％
例２：カチオン系界面活性剤を含有する種々の生成物の比較性能試験
例１において記載したように容易に製造可能な界面活性製剤は冷蔵時の良好な安定性のような有利な性能の範囲を示した；すなわち２５〜３０％濃度の界面活性剤溶液は２０℃未満で沈殿または不均一化を示さなかった。使用前の界面活性剤溶液の加熱および／または澄明な溶液を維持するための機械的撹拌は不必要である。更に、例１で製造した溶液は非腐食性であり、良好な可溶化剤作用を有し、かつその全ては貯蔵時に安定である。界面活性剤溶液は貯蔵を延長させても（数週間）変化しない。これらの有利な特性は特定の第四級アンモニウム化合物、アミンおよび緩衝液の組合せに帰することがある。
第１表は本発明の界面活性製剤と種々の市販品とを比較しており、これにより有利な特性は非常に明白である。全ての比較製品Ｌｕｖｉｑｕａｔ▲Ｒ▼Ｍｏｎｏ ＣＰ（リン酸二水素セチルヒドロキシエチルジメチルアンモニウム）、Ｄｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼Ａ（塩化セチルトリメチルアンモニウム）、Ｄｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼Ｅ［塩化Ｎ−（２−ヒドロキシヘキサデシ−１−イル）−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−２−ヒドロキシエチルアンモニウム］、Ｄｅｈｙｑｕａｒｔ▲Ｒ▼ＳＰ（リン酸トリスオリゴオキシエチルアルキルアンモニウム）は、例１で製造されるような本発明の界面活性製剤（Ｌｕｖｉｑｕａｔ▲Ｒ▼Ｍｏｎｏ ＬＳ：Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｃ12／Ｃ14−アンモニウムメチルスルフェート、第１表参照）に対して冷蔵時の安定性の点では不利である。
−冷蔵時の安定性：
冷蔵時の安定性を決定するために、種々の界面活性溶液を６℃で１年間の長期試験において貯蔵し、次いで起こりうる混濁または沈殿に関して考察した。迅速な試験において、試料を２０℃から−１８℃に冷却し、次いで再び解凍し、再び起こりうる混濁または沈殿に関して考察した。
−コンディショナー効果：
コンディショナー効果は、試験毛髪の束の湿潤時の櫛通り性の本質的な試験で決定した。この目的のために毛髪の束をカチオン系界面活性剤溶液もしくはその製剤で処理し、次いで櫛通り性を独立の３個体に関して非常に良好、良好または不良として評価した。
−フォーム安定化剤作用：
フォーム安定化剤作用を決定するために、界面活性剤を使用してフォームを製造し、フォームの質を評価し、経時的なフォームの安定性を測定した。
−アニオン性界面活性剤との混和性：
アニオン系界面活性剤との混和性は、５０％のＴｅｘａｐｏｎ Ｎ５０（＝水中のラウリル硫酸ナトリウムエーテル２８％）を含有する界面活性剤の４％混合物（活性物質の含量）中で試験した。混合物の澄明な溶液は非常に良好として評価し、僅かに混濁した際には良好として、混合物中での沈殿を不良として評価した。
−可溶化剤作用：
可溶化剤作用は９種の異なる慣用の化粧用オイルを使用して試験した（第２表参照）。界面活性剤の作用を２４時間後に評価した。評価は６種以上のオイルが可溶であれば良好としている。
Claims (8)
- ａ）式Ｉ：
［式中、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は独立してヒドロキシアルキル置換もしくはヒドロキシアルキルエーテル置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状のＣ1〜Ｃ4−アルキルまたはヒドロキシアルキル置換もしくはヒドロキシアルキルエーテル置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、その際少なくとも１個、多くとも２個のＲ1、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4はヒドロキシアルキルもしくはヒドロキシアルキルエーテル置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルであり、かつ式ＩＩの水溶性アニオンはＲ5−Ｏ−ＳＯ3−であり、その際、Ｒ5はＣ1〜Ｃ4−アルキルである］の第四級アンモニウム化合物１０〜５０質量％、
ｂ）式ＩＩＩ：
［式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は前記のものであり、かつ多くとも２個のＲ1、Ｒ2およびＲ3はヒドロキシアルキルもしくはヒドロキシアルキルエーテル置換もしくは非置換の、分枝鎖状もしくは非分枝鎖状の、飽和もしくは不飽和のＣ8〜Ｃ16−アルキルである］のアミン０．０１〜１５質量％、
ｃ）ｐＨを、４〜９の範囲に維持する緩衝液０．１〜５．０質量％
を含有する水性カチオン系界面活性製剤。 - 第四級アンモニウム化合物としてＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｃ12〜Ｃ14−アルキルアンモニウムメトスルフェートを含有する請求項１記載の界面活性製剤。
- アミンとしてＮ，Ｎ−ジメチル−Ｃ12〜Ｃ14−アルキルアミンを含有する請求項１または２記載の界面活性製剤。
- 緩衝液としてリン酸水素塩／リン酸二水素塩緩衝液を含有する請求項１から３までのいずれか１項記載の界面活性製剤。
- 請求項１記載の界面活性製剤を製造する方法において、水溶液中の式ＩＩＩ：
のアミンと式ＩＶ：
［式中、Ｒ1〜Ｒ5は請求項１記載のものである］の硫酸ジアルキルとを、アミンに対して８５〜９９．９９モル％のモル比の範囲および２０〜１００℃で反応させ、次いで反応溶液にｐＨを４〜９に維持する緩衝液０．１〜５．０質量％を添加することを特徴とする方法。 - 請求項１から４までのいずれか１項記載の界面活性製剤を含有する美容術のための化粧用組成物。
- 毛髪用化粧品における請求項１から４までのいずれか１項記載の界面活性製剤の使用。
- 整髪剤、ヘアリンス、ヘアスプレー、パーマ用組成物もしくはヘアカラー用組成物における請求項１から４までのいずれか１項記載の界面活性製剤の使用。
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