JP4209353B2 - アルキルポリグリセリルエーテルの製法 - Google Patents

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Description

本発明は、非イオン界面活性剤として有用なアルキルポリグリセリルエーテルの製法に関する。
一般に、アルキルポリグリセリルエーテルの製造方法としては、(1)ポリグリセリンの水酸基にハロゲン化アルキルを反応させる方法、(2)アルキルグリシジルエーテルをポリグリセリンと反応させてそのエポキシ環を開環させる方法、(3)エピクロロヒドリンを脂肪族アルコールに1モル付加したのち、アルカリ条件下で脱塩化水素閉環し、次いで希硫酸で開環する操作を、目的の重合度に達するまで繰り返す方法、(4)脂肪族アルコールにグリシジルエステルを付加重合したのち、アルカリを用いて鹸化処理することによりアシル基を脱離する方法(特許文献1)、(5)アルキルグリシジルエーテルをグリセリンと反応させ、アルキルジグリセリルエーテルを合成し、その水酸基にハロゲン化アリルを縮合させ、次いでアリル基を2個の水酸基に変換する操作を、目的の重合度に達するまで繰り返す方法(特許文献2)、(6)脂肪族アルコールにグリシドールを付加重合させる方法(非特許文献1)、などが知られている。
しかし、(1)のハロゲン化アルキルを反応させる方法は、ポリグリセリン中に反応に関与する水酸基が多数存在するため、アルキル基が1個以上付加するという問題がある。(2)のアルキルグリシジルエーテルをポリグリセリンと反応させてそのエポキシ環を開環させる方法も、アルキルグリシジルエーテルが1個以上反応するという問題がある。(3)のエピクロロヒドリンを用いる方法は、反応工程が煩雑になるという問題があり、工業的方法としては未だ満足しうるのものではない。(4)の脂肪族アルコールにグリシジルエステルを付加重合したのち、アルカリを用いて鹸化処理することによりアシル基を脱離する方法も、反応工程が煩雑になるという問題があり、工業的方法としては未だ満足しうるものではない。(5)のアルキルジグリセリルエーテルを合成し、その水酸基にハロゲン化アリルを縮合させ、次いでアリル基を2個の水酸基に変換する方法も、反応工程が煩雑になるという問題があり、工業的方法としては未だ満足しうるのものではない。(6)のグリシドールを重合させる方法では、未反応の脂肪族アルコールが不純物として含まれ、アルキルポリグリセリルエーテルの高親水性や、低温から高温における高い乳化安定性といった特徴が十分に発揮できないという問題がある。
特開平9−188755号公報 特開2001−114720号公報 Macromolecules, 1999, Vol.32, No.13, 4240-4246
本発明の課題は、簡易に、親水性が高く、低温安定性のよいアルキルポリグリセリルエーテルの製造方法を提供することにある。
本発明者らは、アルキルグリセリルエーテルにグリシドールを付加することにより、脂肪族アルコールが含まれない高品質のアルキルポリグリセリルエーテルが得られることを見出した。
すなわち、本発明は、一般式(I)で表されるアルキルグリセリルエーテル(以下アルキルグリセリルエーテル(I)という)に、酸性又は塩基性触媒の存在下、グリシドールを付加する、アルキルポリグリセリルエーテルの製法を提供する。
Figure 0004209353
[式中、Rは直鎖又は分岐鎖の炭素数1〜52の炭化水素基を示す。]
本発明により、親水性が高く、低温安定性に優れたアルキルポリグリセリルエーテルを、簡便に製造することができる。
[アルキルグリセリルエーテル(I)]
本発明で用いられるアルキルグリセリルエーテル(I)において、Rで示される炭素数1〜52の炭化水素基は、特に限定されるものではないが、炭素数1〜42の炭化水素基が好ましく、炭素数4〜36の脂肪族炭化水素基が更に好ましく、炭素数5〜22のアルキル基が特に好ましい。また、Rで示される炭化水素基は、直鎖であっても良いが、分岐構造を有しても良い。
このような脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、2−エチルヘキサデシル基、イソステアリル基、オレイル基、エイコシル基、ベヘニル基、2−デシルテトラデシル基、2−ヘキサデシルエイコシル基等が挙げられる。
アルキルグリセリルエーテル(I)は、市販品を用いることもできるし、公知の方法で容易に製造することができる。例えば、アルキルグリシジルエーテルを酸触媒又はアルカリ触媒の存在下で加水分解することで、アルキルグリセリルエーテル(I)を得ることができる(特開2000−160190号)。また、アルキルグリシジルエーテルに、塩基存在下、ベンジルアルコールを反応させ、次いで得られる反応物を金属触媒存在下で水素化分解することにより、アルキルグリセリルエーテル(I)を得ることができる(特公平6−21087号)。
[アルキルポリグリセリルエーテルの製法]
本発明のアルキルポリグリセリルエーテルの製法に用いられる酸性触媒としては、BF3・OEt2、HPF6・OEt2、TiCl4、SnCl4、硫酸、PhCOSbF6、過塩素酸、フルオロ硫酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸等のルイス酸が挙げられる(ここで、Etはエチル基、Phはフェニル基を示す)。
塩基性触媒としては、LiOH、NaOH、KOH、CsOH等の金属水酸化物、Li、Na、K、Cs等のアルカリ金属単体又はこれらの水銀アマルガム、一般式R1OM1(R1:アルキル基、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、M1:アルカリ金属)で表わされる金属アルコラート、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の金属水素化物、n−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、ペンタジエニルカリウム、ナフタレンカリウム、グリニャール試薬等の有機金属化合物、等が挙げられる。これらの中では、アルカリ金属単体、金属水酸化物、金属アルコラートや有機金属化合物が、高活性で好ましく、中でも、K、KOH、CsOH、カリウム水素化物、カリウムメトキシド、カリウムイソプロポキシド、カリウムブトキシドが、利便性と高活性を兼備した触媒種として特に好ましい。
これらの触媒の使用量は、使用する触媒の重合活性や、アルキルグリセリルエーテル(I)の量や濃度等により、適宜選択すればよいが、アルキルグリセリルエーテル(I)に存在する、水酸基の総モル当量に対して、酸性触媒では、0.001〜2モル当量が好ましく、0.005〜1.0モル当量が更に好ましく、0.01〜0.3モル当量が特に好ましい。また、塩基性触媒では、0.001〜2モル当量が好ましく、0.005〜1.0モル当量が更に好ましく、0.01〜0.8モル当量が特に好ましい。これらの範囲内では、円滑に高収率で反応が進行し、副反応も生じにくく、高純度のアルキルポリグリセリルエーテルが得られる。なお、ここで起こりうる副反応として、ポリグリセロールの生成、グリセロールの巨大環状化反応等が挙げられる。
ここで、塩基性触媒のうち、金属水酸化物又は金属アルコラートを用いると、これらの触媒種とアルキルグリセリルエーテル(I)との混合により、水又はアルコールが生成する。水及び/又はアルコールは、前記の副反応を引き起こす一因となるため、出来るだけ存在量を減少させることが好ましい。故にこれらの触媒を使用する際には、これらの触媒とアルキルグリセリルエーテル(I)との混合後、グリシドールの添加を開始する前に、水又はアルコールを除去することが好ましい。水又はアルコールを除去するには、これらの沸点以上に混合物を加熱してもよいし、減圧下に留去してもよい。本発明で用いるグリシドールは、市販品をそのまま用いることができるが、脱水乾燥/脱酸素後、減圧不活性気流下、50℃以下で蒸留する等により精製するなどして用いると、より好ましい。これらの精製処理は、使用の直前に行うのがより好ましいが、やむを得ず貯蔵する場合は、乾燥した不活性ガス雰囲気下に−20℃以下で貯蔵するのがよい。
グリシドールの使用量は、目的とするグリセロール基の導入量により適宜選択すればよい。アルキルグリセリルエーテル(I)が含有する水酸基の総モル数に対する、グリシドールの使用モル数で、ポリグリセロール鎖当たりの平均のグリセロール基数を調節することが可能で、水酸基1モルに対して、グリシドールは、0.1モル以上が好ましく、1モル以上がより好ましく、1〜200モルが更に好ましく、1〜50モルが特に好ましく、1〜5モルが最も好ましい。この範囲内では、親水性溶媒への親和性を良好に保ちつつ、各種油剤への乳化力が優れたアルキルポリグリセリルエーテルが得られる。
本発明のアルキルポリグリセリルエーテルの製造を実施するには、アルキルグリセリルエーテル(I)に上記酸性触媒又は塩基性触媒を添加混合後、グリシドールを添加/重合すればよい。重合温度は、使用する触媒の重合活性や、アルキルグリセリルエーテル(I)の分子量又は水酸基の濃度等により、適宜決定すればよいが、−78〜220℃が好ましく、−30℃〜150℃がより好ましい。酸性触媒や前記有機金属系触媒を使用する際の重合温度としては、−30〜70℃が好ましく、有機金属系以外の塩基性触媒を使用する際の重合温度としては、30〜130℃が好ましく、さらに好ましくは60〜110℃である。
グリシドールを添加するには、好ましくは攪拌しながら添加するのがよく、総量を一度に添加するのではなく、滴下するかあるいは分割して間欠的に添加することが好ましい。滴下時間は、グリシドールの添加量や触媒の使用量及び重合活性に依存するが、好ましくは0.25〜24時間、更に好ましくは1〜12時間かけて添加する。長時間に亘って滴下するほど、分岐グリセロール基の多いアルキルポリグリセリルエーテルが得られる。また、グリシドールの添加完了後、0.1〜3時間熟成してもよい。
本発明の、アルキルグリセリルエーテル(I)へのグリシドールの開環重合反応は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行うか、脱気減圧下で行うことが、重合活性を高める上で、より好ましい。
本発明の、アルキルグリセリルエーテル(I)へのグリシドールの開環重合反応は、無溶媒下で行った方が工業的利便性に優れるが、アルキルグリセリルエーテル(I)の組成や触媒種、触媒量、グリシドールの添加量により、反応系が著しく高粘度又は固体状、ないし不均一なスラリー混合物となる場合は、適当な溶媒を用いてその中で重合を行うことができる。そのような溶媒として、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル等の両極性溶媒;ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、イソオクタン、水添トリイソブチレン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素、等の炭化水素系溶媒;オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のシリコーン系溶媒等が挙げられる。溶媒はアルキルグリセリルエーテル(I)に予め添加して使用してもよいし、その一部又は全てを予めグリシドールの稀釈溶媒として用いてもよい。溶媒を用いる場合は、アルキルグリセリルエーテル(I)1重量部に対して、溶媒を好ましくは0.01〜1000重量部、更に好ましくは0.1〜100重量部、特に好ましくは0.2〜20重量部使用する。なお、これらの溶媒は通常、十分に脱水、脱気して用いるのがよい。
[アルキルポリグリセリルエーテル]
本発明の製法で得られるアルキルポリグリセリルエーテルは、下記構造式(II)で表される分岐グリセロール基を1個以上含有する分岐ポリグリセロール鎖を有する、アルキル分岐ポリグリセリルエーテルであることが、親水性が高くなる点から好ましい。
Figure 0004209353
[式中、2つの酸素原子には、同一又は異なって、上記構造式(II)、下記構造式(III)、(IV)又は(V)
Figure 0004209353
で表されるグリセロール基又はグリシドール基が、該グリセロール基又はグリシドール基の炭素原子で結合する。]
前記アルキル分岐ポリグリセリルエーテルは、分岐基として1個以上の構造式(II)で表わされる分岐グリセロール基(以下、基(II)という)を含有し、分岐ポリグリセロール鎖の構造は、a個の基(II)、b個の構造式(III)で表されるグリシドール基(以下、基(III)という)、c個の構造式(IV)で表されるグリセロール基(以下、基(IV)という)、及び末端基としてd個の構造式(V)で表されるグリセロール基(以下、基(V)という)が結合してなるものである。分岐ポリグリセロール鎖中において、基(II)、(III)及び(IV)は、任意の配列で相互に結合していてもよい。基(II)の数が多いほど分岐構造が発達しており、各分岐鎖の末端に、基(V)が存在する。
本発明のアルキルポリグリセリルエーテルが、基(II)の分岐構造を1個以上含有することは、後述するように13C−NMR解析において、基(II)特有のピークが見られることから容易に証明することができる。好ましくは、分岐ポリグリセロール鎖当たりの平均の基(II)の含有数は1以上である。
本発明のアルキルポリグリセリルエーテルに於いて、NMR解析ないし炭化水素基との分子量比較により、分岐ポリグリセロール鎖中の基(II)、(III)、(IV)及び(V)の平均結合総数(a+b+c+d)を算出することができるが、これは好ましくは3以上の数である。本発明のアルキルポリグリセリルエーテルが適度な親水性を付加するためには、この値は、3以上400以下の数であることが好ましく、3〜100であることが更に好ましく、3〜10であることが最も好ましい。
本発明のアルキルポリグリセリルエーテルに於いて、前記13C−NMRの解析が良好な分解能で行われた系では特に、a、b、c及びdの相対比を見積もることができる。分岐ポリグリセロール鎖中の分岐の割合は、a/(a+b+c+d)で表されるが、良好な親水性を示すために、この値は、1/20以上1/2未満が好ましく、1/5以上1/2未満が更に好ましい。
本発明の方法により得られるアルキルポリグリセリルエーテルは、前記のように、非イオン界面活性剤として有利に用いられる。また、分岐ポリグリセロール鎖を有するアルキルポリグリセリルエーテルは、各種基材への吸着性や被覆性が高いので、従来カチオン界面活性剤が用いられていたさまざまな産業分野で、低刺激性で、生物に対する安全性が高く、長期の使用に対しても黄色や褐色に変色することが無い好ましい素材として使用することができる。
本発明の方法で得られるアルキルポリグリセリルエーテルを使用する際の形態は特に限定されず、単独、水溶液又は水分散液又は他の油相を含んだ乳化液や含水ゲル、アルコールなどの溶液又は分散液や油性ゲル、ワックス又はその他固体状物質との混合又は浸潤/浸透、等いかなる状態/形態であってもよい。
本発明の方法で得られるアルキルポリグリセリルエーテルは、親水性が高く、低温安定性が良いため、透明性が要求される製品に好適に用いられる。例えば、透明化粧水、透明柔軟剤等が挙げられる。
本発明の方法で得られるアルキルポリグリセリルエーテルの用途としては特に限定されず、乳化、可溶化、分散、洗浄、起泡、消泡、浸透、抗菌等の目的で食品、化粧品、医薬品および工業用途で利用できる。
例中の%は、特記しない限り重量%である。
実施例1:イソステアリルポリグリセリル(3)エーテルAの製法
イソステアリルグリセリルエーテル(花王(株)製「ペネトールGE−IS」)130gをフラスコに取り、攪拌しながら減圧下に90℃まで加温して、低沸点物を除去した。50℃まで放冷し、カリウムメトキシド30%メタノール溶液17.63gを加え、攪拌しながら減圧下に60℃まで加温して、メタノールを全て留去し、黄色油状物としてカリウム化イソステアリルグリセリルエーテルを得た。95℃まで昇温し、激しく攪拌しながらアルゴン気流下にグリシドール55.85g(1.0当量)を定量液送ポンプを用いて3.5時間にわたり添加した。20分間さらに加熱攪拌後、室温まで放冷すると、淡黄白色固体状生成物が得られた。得られたイソステアリルポリグリセリルエーテルはこのまま用いてもよいが、共存するカリウムを除去するため、メタノール500mLを加えカチオン交換樹脂によりカリウムを除去後、濃縮し、微黄色ペースト状物としてイソステアリルポリグリセリルエーテルを得た。収率98%。
得られたイソステアリルポリグリセリルエーテルは13C−NMRの測定により、基(II)を有することが確認できた。また1H−NMRの測定により、平均グリセロール基数(G)を見積もったところ、G=3.1であった。このイソステアリルポリグリセリルエーテルをイソステアリルポリグリセリル(3)エーテルAという。GPC解析[カラム:G2000HXL+G1000HXL、THF溶液、40℃、ポリエチレングリコール換算]に依れば、Mn=930,Mw=940のイソステアリルポリグリセリルエーテル(グリセロール基(以下GC基という)数3以上)が面積比30.6%、Mn=760,Mw=760のイソステアリルポリグリセリルエーテル(GC基数2)が面積比28.7%、Mn=560,Mw=570のイソステアリルグリセリルエーテルが面積比40.7%、であった。
このイソステアリルポリグリセリル(3)エーテルAの1H−NMRスペクトル(メタノールd4溶液)を図1に、13C−NMRスペクトル(メタノールd4溶液)を図2に示す。
1H−NMRスペクトル中の各ピークの帰属は、概ね以下の通りである。
0.8−0.9ppm:アルキル鎖のCH3(6H)
1.0−1.4ppm:アルキル鎖の−CH2−,−CH−(27H)
2.5−1.6ppm:アルキル鎖の−CH2−CH2−O−(2H)
3.3ppm:溶媒のメタノールのCH3
3.4−4.0ppm:アルキル鎖の−CH2−O−(2H),ポリグリセロール鎖の−CH2−O,−CH−O(5H×GC基数)
4.6ppm:溶媒のメタノールのOH
4.9ppm:水
13C−NMRスペクトル中の各ピークの帰属は、概ね以下の通りである。分岐ポリグリセロール鎖を形成する基(II)〜(V)の各炭素由来のピークの帰属は(Macromolecules, Vol.32, No.13, p4240-4246 (1999))の値を参考にした。
15−40ppm:アルキル鎖中のC(O隣のCを除く)(17C)
49−51ppm:溶媒のメタノールのC
62.5ppm:基(III)の−CH2−OH
65.0−65.5ppm:基(V)の−CH2−OH
71.4ppm:基(IV)の−CH−OH
71.6ppm:基(III)の−CH2
72.8−74.2ppm:基(II)の−CH2−,基(V)の−CH−OH,−CH2
74.6−75.2ppm:基(IV)の−CH2−,アルキル鎖中の−CH2−O−
80.5−81.0ppm:基(II)の−CH−
82.0ppm:基(III)の−CH−
図2の13C−NMRスペクトル中の、基(II)〜(V)の各積分値より求められた各基の割合は以下のようになり、a/(a+b+c+d)の値は、0.245となる。
基(II):24.5%、
基(III):3.7%
基(IV):23.5%
基(V):48.3%
実施例2:ドデシルポリグリセリル(3)エーテルBの製法
ドデシルグリセリルエーテル129.6gをフラスコに取り、攪拌しながら減圧下に90℃まで加温して、低沸点物を除去した。50℃まで放冷し、カリウムメトキシド30%メタノール溶液23.3gを加え、攪拌しながら減圧下に60℃まで加温して、メタノールを全て留去し、黄色油状物としてカリウム化ドデシルグリセリルエーテルを得た。95℃まで昇温し、激しく攪拌しながらアルゴン気流下にグリシドール73.7g(1.0当量)を定量液送ポンプを用いて3.5時間にわたり添加した。30分間さらに加熱攪拌後、室温まで放冷すると、淡黄色ペースト状生成物が得られた。得られたドデシルポリグリセリルエーテルはこのまま用いてもよいが、共存するカリウムを除去するため、メタノール800mLを加えカチオン交換樹脂によりカリウムを除去後、濃縮し、淡黄色ペースト状物としてドデシルポリグリセリルエーテルを得た。収率98%。
得られたドデシルポリグリセリルエーテルは13C−NMRの測定により、基(II)を有することが確認できた。また1H−NMRの測定により、平均グリセロール基数(G)を見積もったところ、G=3.0であった。このドデシルポリグリセリルエーテルをドデシルポリグリセリル(3)エーテルBという。GPC解析[カラム:G2000HXL+G1000HXL、THF溶液、40℃、ポリエチレングリコール換算]に依れば、Mn=860,Mw=870のドデシルポリグリセリルエーテル(GC基数4以上)が面積比28.3%、Mn=710,Mw=710のドデシルポリグリセリルエーテル(GC基数3)が面積比21.7%、Mn=580,Mw=580のドデシルポリグリセリルエーテル(GC基数2)が面積比21.0%、Mn=450,Mw=450のドデシルグリセリルエーテルが面積比29.0%、であった。
実施例3:ドデシルポリグリセリル(6)エーテルCの製法
ドデシルグリセリルエーテル104.4gをフラスコに取り、攪拌しながら減圧下に90℃まで加温して、低沸点物を除去した。50℃まで放冷し、カリウムメトキシド30%メタノール溶液18.8gを加え、攪拌しながら減圧下に60℃まで加温して、メタノールを全て留去し、黄色油状物としてカリウム化ドデシルグリセリルエーテルを得た。95℃まで昇温し、激しく攪拌しながらアルゴン気流下にグリシドール148.6g(2.5当量)を定量液送ポンプを用いて4.0時間にわたり添加した。30分間さらに加熱攪拌後、室温まで放冷すると、淡黄色ペースト状生成物が得られた。得られたドデシルポリグリセリルエーテルはこのまま用いてもよいが、共存するカリウムを除去するため、メタノール900mLを加えカチオン交換樹脂によりカリウムを除去後、濃縮し、淡黄色ペースト状物としてドデシルポリグリセリルエーテルを得た。収率98%。
得られたドデシルポリグリセリルエーテルは13C−NMRの測定により、基(II)を有することが確認できた。また1H−NMRの測定により、平均グリセロール基数(G)を見積もったところ、G=6.0であった。このドデシルポリグリセリルエーテルをドデシルポリグリセリル(6)エーテルCという。親水性が高くTHFに溶解しなかったので、高分解能GPCによる解析はできなかったが、GPC解析[カラム:α−M×2、溶離液:60mmol/L H3PO4,50mmol/L LiBr DMF溶液、40℃、ポリエチレングリコール換算]に依れば、Mn=1090,Mw=1470のドデシルポリグリセリルエーテルであった。
実施例4:2−エチルヘキシルポリグリセリル(3)エーテルDの製法
2−エチルヘキシルグリセリルエーテル204.9gをフラスコに取り、攪拌しながら減圧下に90℃まで加温して、低沸点物を除去した。50℃まで放冷し、カリウムメトキシド30%メタノール溶液46.9gを加え、攪拌しながら減圧下に60℃まで加温して、メタノールを全て留去し、黄色油状物としてカリウム化2−エチルヘキシルグリセリルエーテルを得た。95℃まで昇温し、激しく攪拌しながらアルゴン気流下にグリシドール148.6g(1.0当量)を定量液送ポンプを用いて4.0時間にわたり添加した。30分間さらに加熱攪拌後、室温まで放冷すると、淡黄色オイル状生成物が得られた。得られた2−エチルヘキシルポリグリセリルエーテルはこのまま用いてもよいが、共存するカリウムを除去するため、メタノール900mLを加えカチオン交換樹脂によりカリウムを除去後、濃縮し、淡黄色オイルとして2−エチルヘキシルポリグリセリルエーテルを得た。収率97%。
得られた2−エチルヘキシルポリグリセリルエーテルは13C−NMRの測定により、基(II)を有することが確認できた。また1H−NMRの測定により、平均グリセロール基数(G)を見積もったところ、G=3.1であった。この2−エチルヘキシルポリグリセリルエーテルを2−エチルヘキシルポリグリセリル(3)エーテルDという。GPC解析[カラム:G2000HXL+G1000HXL、THF溶液、40℃、ポリエチレングリコール換算]に依れば、Mn=760,Mw=770の2−エチルヘキシルポリグリセリルエーテル(GC基数4以上)が面積比25.8%、Mn=620,Mw=620の2−エチルヘキシルポリグリセリルエーテル(GC基数3)が面積比23.1%、Mn=480,Mw=490の2−エチルヘキシルポリグリセリルエーテル(GC基数2)が面積比23.9%、Mn=360,Mw=360の2−エチルヘキシルグリセリルエーテルが面積比27.2%、であった。
実施例5:2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリル(3)エーテルEの製法
2−ヘキサデシルエイコシルグリセリルエーテル180.0gをフラスコに取り、攪拌しながら減圧下に90℃まで加温して、低沸点物を除去した。50℃まで放冷し、カリウムメトキシド30%メタノール溶液14.1gを加え、攪拌しながら減圧下に60℃まで加温して、メタノールを全て留去し、黄色ペースト状物としてカリウム化2−ヘキサデシルエイコシルグリセリルエーテルを得た。95℃まで昇温し、激しく攪拌しながらアルゴン気流下にグリシドール44.7g(1.0当量)を定量液送ポンプを用いて3.0時間にわたり添加した。30分間さらに加熱攪拌後、室温まで放冷すると、淡黄色固体状生成物が得られた。得られた2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリルエーテルはこのまま用いてもよいが、共存するカリウムを除去するため、クロロホルム/メタノール=1/1(重量比)の混合溶媒600mLを加えカチオン交換樹脂によりカリウムを除去後、濃縮し、淡黄色固体として2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリルエーテルを得た。収率97%。
得られた2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリルエーテルは13C−NMRの測定により、基(II)を有することが確認できた。また1H−NMRの測定により、平均グリセロール基数(G)を見積もったところ、G=3.0であった。この2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリルエーテルを2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリル(3)エーテルEという。GPC解析[カラム:G2000HXL+G1000HXL、THF溶液、40℃、ポリエチレングリコール換算]に依れば、Mn=1810,Mw=1890の2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリルエーテル(GC基数4以上)が面積比24.4%、Mn=1350,Mw=1460の2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリルエーテル(GC基数3)が面積比20.1%、Mn=1180,Mw=1200の2−ヘキサデシルエイコシルポリグリセリルエーテル(GC基数2)が面積比18.9%、Mn=1060,Mw=1070の2−ヘキサデシルエイコシルグリセリルエーテルが面積比36.6%、であった。
比較例1:イソステアリルポリグリセリル(3)エーテルFの製法
イソステアリルアルコール(ユニケマ(株)製「PRISORINE3515」)136.0gをフラスコに取り、攪拌しながら減圧下に90℃まで加温して、低沸点物を除去した。50℃まで放冷し、カリウムメトキシド30%メタノール溶液23.5gを加え、攪拌しながら減圧下に60℃まで加温して、メタノールを全て留去し、黄色油状物としてカリウム化イソステアリルアルコールを得た。95℃まで昇温し、激しく攪拌しながらアルゴン気流下にグリシドール111.7g(3.0当量)を定量液送ポンプを用いて3.5時間にわたり添加した。20分間さらに加熱攪拌後、室温まで放冷すると、淡黄白色固体状生成物が得られた。得られたイソステアリルポリグリセリルエーテルはこのまま用いてもよいが、共存するカリウムを除去するため、メタノール800mLを加えカチオン交換樹脂によりカリウムを除去後、濃縮し、微黄色ペースト状物としてイソステアリルポリグリセリルエーテルを得た。収率98%。
得られたイソステアリルポリグリセリルエーテルは13C−NMRの測定により、基(II)を有することが確認できた。また1H−NMRの測定により、平均グリセロール基数(G)を見積もったところ、G=3.1であった。このイソステアリルポリグリセリルエーテルをイソステアリルポリグリセリル(3)エーテルFという。GPC解析[カラム:G2000HXL+G1000HXL、THF溶液、40℃、ポリエチレングリコール換算]に依れば、Mn=890,Mw=890のイソステアリルポリグリセリルエーテル(GC基数3以上)が面積比18.0%、Mn=750,Mw=750のイソステアリルポリグリセリルエーテル(GC基数2)が面積比25.1%、Mn=600,Mw=610のイソステアリルグリセリルエーテルが面積比24.4%、Mn=430,Mw=440のイソステアリルアルコールが面積比32.5%、であった。
比較例2:ドデシルポリグリセリル(3)エーテルGの製法
ドデシルアルコール(花王(株)製「カルコール2098」)95.6gをフラスコに取り、攪拌しながら減圧下に90℃まで加温して、低沸点物を除去した。50℃まで放冷し、カリウムメトキシド30%メタノール溶液23.5gを加え、攪拌しながら減圧下に60℃まで加温して、メタノールを全て留去し、黄色油状物としてカリウム化ドデシルアルコールを得た。95℃まで昇温し、激しく攪拌しながらアルゴン気流下にグリシドール111.7g(3.0当量)を定量液送ポンプを用いて3.5時間にわたり添加した。30分間さらに加熱攪拌後、室温まで放冷すると、淡黄色ペースト状生成物が得られた。得られたドデシルポリグリセリルエーテルはこのまま用いてもよいが、共存するカリウムを除去するため、メタノール800mLを加えカチオン交換樹脂によりカリウムを除去後、濃縮し、淡黄色ペースト状物としてドデシルポリグリセリルエーテルを得た。収率98%。
得られたドデシルポリグリセリルエーテルは13C−NMRの測定により、基(II)を有することが確認できた。また1H−NMRの測定により、平均グリセロール基数(G)を見積もったところ、G=3.0であった。このドデシルポリグリセリルエーテルをドデシルポリグリセリル(3)エーテルGという。GPC解析[カラム:G2000HXL+G1000HXL、THF溶液、40℃、ポリエチレングリコール換算]に依れば、Mn=810,Mw=810のドデシルポリグリセリルエーテル(GC基数4以上)が面積比16.6%、Mn=690,Mw=700のドデシルポリグリセリルエーテル(GC基数3)が面積比24.9%、Mn=570,Mw=570のドデシルポリグリセリルエーテル(GC基数2)が面積比20.6%、Mn=440,Mw=440のドデシルグリセリルエーテルが面積比19.9%、Mn=310,Mw=320のドデシルアルコールが面積比18.1%、であった。
試験例1:HLB測定
実施例1で得られたイソステアリルポリグリセリル(3)エーテルA、実施例2で得られたドデシルポリグリセリル(3)エーテルB、比較例1で得られたイソステアリルポリグリセリル(3)エーテルF、比較例2で得られたドデシルポリグリセリル(3)エーテルGのHLB(Griffin式)を下記方法で測定した(参考文献;Sagitani, H., JAOCS, Vol.66, No.1, p146 (1989))。
すなわち、15.0gの流動パラフィン(和光純薬試薬、所用HLB=11.2)に、各アルキルポリグリセリルエーテルと、ソルビタンモノステアレート(花王(株)製「レオドールSP−P10」、HLB=4.7)又はPOE(12)ソルビタンモノステアレート(花王(株)製「レオドールTW−S120V」、HLB=14.9)を、種々の比率で、合わせて5.0%となるように加え、65℃の温水中で15分間、撹拌した。そこに15.0gのイオン交換水を加え、10分間、強撹拌した。50mL遠沈管に移し入れ、遠心分離(3000rpm、30分間)し、乳化安定性を目視で評価し、すべての油相が乳化され、乳化相厚みが最大となる混合比率を探した。
その各アルキルポリグリセリルエーテルとソルビタンエステルの最適混合比率から、下記式(VI)で表されるGriffinnの式に基づいて、各アルキルポリグリセリルエーテルのHLBを算出した。結果を表1に示す。
Figure 0004209353
(式中、WA:アルキルポリグリセリルエーテルの重量%,WB:ソルビタンエステルの重量%,HLBA:アルキルポリグリセリルエーテルのHLB値,HLBB:ソルビタンエステルのHLB値,HLBO:流動パラフィンに必要なHLB値。)
Figure 0004209353
この結果より、本発明のアルキルポリグリセリルエーテルは高い親水性を有することが明らかである。
試験例2:界面張力測定
実施例1〜5及び比較例1〜2で得られたアルキルポリグリセリルエーテルについて、界面張力を測定した。
界面張力測定は、スピニング・ドロップ法(参考文献;A.C.S. Symp. Ser.8, “Adsorption at Interfaces”, p234 (1975))によって行った。屈折率=1.332のガラスチューブ(内径=3.00mm、外径=6.00mm、長さ=95.50mm)に充填した蒸留精製水の中に、予めアルキルポリグリセリルエーテル1.0%を溶解させた油層(メチルシクロヘキサン)を1滴注入し、高速回転させ(温度:25.0℃,回転速度:8888.9rpm)、平衡に達した後(5分以上経過後)、実測した油滴の変形度から界面張力を算出した。結果を表2に示す。
Figure 0004209353
この結果より、本発明のアルキルポリグリセリルエーテルは高い界面活性を有することが明らかである。
試験例3:低温安定性
実施例2で得られたドデシルポリグリセリル(3)エーテルB、比較例2で得られたドデシルポリグリセリル(3)エーテルG、比較の界面活性剤であるモノラウリン酸デカグリセリン(太陽化学(株)製「サンソフトM−12J」)について、低温安定性試験を行った。
低温安定性試験は、それぞれ10%水溶液について、5℃に7日間保存後の外観を目視により観察することにより行った。結果を表3に示す。
Figure 0004209353
この結果より、本発明のアルキルポリグリセリルエーテルは高い低温安定性を有することが明らかである。
実施例1で得られたイソステアリルポリグリセリル(3)エーテルAの1H−NMRスペクトルである。 実施例1で得られたイソステアリルポリグリセリル(3)エーテルAの13C−NMRスペクトルである。

Claims (3)

  1. 一般式(I)で表されるアルキルグリセリルエーテル(以下アルキルグリセリルエーテル(I)という)に、酸性又は塩基性触媒の存在下、グリシドールを付加する、アルキルポリグリセリルエーテルの製法。
    Figure 0004209353
    [式中、Rは直鎖又は分岐鎖の炭素数1〜52の炭化水素基を示す。]
  2. アルキルポリグリセリルエーテルが、下記構造式(II)で表される分岐グリセロール基を1個以上含有する分岐ポリグリセロール鎖を有する、請求項1記載の製法。
    Figure 0004209353
    [式中、2つの酸素原子には、同一又は異なって、上記構造式(II)、下記構造式(III)、(IV)又は(V)
    Figure 0004209353
    で表されるグリセロール基又はグリシドール基が、該グリセロール基又はグリシドール基の炭素原子で結合する。]
  3. アルキルグリセリルエーテル(I)に、金属水酸化物又は金属アルコラートを添加し、脱水又は脱アルコール後、グリシドールを滴下又は間欠的に添加する、請求項1又は2記載の製法。
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