JP4313214B2 - セルロース材料処理用の油/脂−および水サイジング剤 - Google Patents

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Description

発明の分野
この発明は、セルロース材料、特に紙製品の油/脂および水サイジングにおける改良に関する。特に、本発明は、セルロース反応性のフルオロカーボン基で置換されている選択されたポリアミンに関する。
紙に油/脂−および水−サイジング性の両者を付与することができる有効な化合物または高分子化合物について、長い間切実に求められている必要が存在する。多くの銘柄の紙が耐油/脂性および耐水性の両者を必要とする。油/脂および水の両サイジング性を与えると言われる商業的に入手できる化学薬品は、実際は有効な水−サイジング剤ではない。高レベルの耐油/脂および耐水の両性質が望まれるときには、別の水−サイジング剤が油−サイジング剤と共に加えられなければならない。油/脂−および水サイジング剤は互いの性能にマイナスの影響を及ぼすことが多く、それゆえ油/脂−および水サイジング性の両性質が望まれるときは、両性質の一方だけが必要とされるときに比較して各々がより高レベルで必要とされる。
諸材料の油および水サイジングについての一般的議論は、論文・Waterproofing and Water/Oil Repellency、“Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology”、John Wiley & Sons社、ニューヨーク、1984年、第24巻、第442頁に出ている。特に、平面固体表面上での液体の濡れおよび撥液性の程度を判定するための接触角測定法の使用についての議論がある。第448頁および第458頁に、フルオロカーボン系化学薬品を使用して撥液性を改良することについての議論がある。
編織布および紙のようなセルロース材料を含めて広範囲の基材に撥油および撥脂性を付与するために、ペルフルオロカーボンセグメントを含む物質が利用されるようになって久しい(例えば、Sizing with fluorochemicals、R.D. Howells、1997 Sizing Short Course、テネシー州、ナッシュビル、4月14−16日、TAPPI Press社、アトランタ)。ペルフルオロアルキル置換化学薬品は極めて低い自由表面エネルギーを有し、このことがそれら化学薬品をして油および油脂のような低表面エネルギー物質をはじく際に特に有効となし、かくして基材表面の汚れまたは油および油脂の基材表面を覆う拡がりが防がれる。これらの物質が紙および編織布の製造プロセスに害を及ぼすことなく効果的に機能するには、それらは泡の発生が最小限でなければならず、製造装置に付着してはならず、そして基材上に効果的に保持され、かつ均一に分布されなければならない。実際の工業的用途では、それらはまた安定な分散液を形成しなければならない。最終使用用途の幾つかの例を挙げると、ペットフードの袋および箱、ファーストフード用包装材、ピザボックス、キャンディー包み紙、無カーボン紙、脂肪質食品一般の包装材、ペーパープレート等々のための成形板紙、カーペット、室内装飾材料および他の編織布用途並びに革商品がある。
工業的な製紙条件は、サイジング剤のような任意の化学添加剤はその純粋な形で水に容易に分散できるか、または水分散性エマルジョン若しくは安定な水性分散液に容易に転化できるかのいずれかでなければならないことを必要とする。水性送達系においてサイジング剤は、2つの物理的形態:溶解若しくは分散したイオン性塩および微粒子若しくは油の分散液またはエマルジョンの形態で存在する。粒状形のサイジング剤は、紙が抄紙機の乾燥機区画で加熱されたとき、そのサイジング剤物質が紙全体にくまなく拡がるように低融点の固体、大きさが非常に小さい粒子(サブミクロン)または液体でなければならない。
サイジング剤がパルプスラリーに加えられるとき(内部添加)、それはパルプに付着しなければならず、さもないと紙の中に保持されない。これはパルプとサイズとの間の反対電荷引力によって、そしてウェブ形成中におけるサイズの粒子の物理的捕捉によって成し遂げられるだろう。
油/脂−および水サイジングを与えると主張する化合物の記述はあるけれども、ほとんどは熱い油に対して効果が少なく、また熱水に曝露されるときは効果がない。現存技術の性能は紙が接触する油/脂の温度によって制限される。紙の撥油性は油/脂温度が上がる(このことは、油/脂−サイジング剤で処理された基材が経済的に利用可能である用途を制限する)につれて相当に低下するのである。
油/脂−および水−サイジング剤を完全に評価するためには、広範囲の試験法を用いなければならない。最も有力な選別試験法はTAPPI T559 pm-96、即ち所謂キット試験(Kit Test)である。拡張範囲キット試験法がこの発明を開発/理解するために用いられた。この試験法がたとえ表面エネルギーの無極性成分を測定するだけであるにしても、それは、フルオロケミカル系サイジング剤のタイプの選択後および適用方法が決定された後に、処理レベルをモニターする迅速試験法として有用である可能性がある。
真の最終用途性能に対する相関関係が必要とされる。一般に、汚染を防ぐように制御されなければならない流体の性質に対して試験液体をマッチさせることが重要である。サイジング剤の良好な試験法には、流体の外に、温度および他の環境条件も紙の最終用途を模擬するために必要である。従って、多くの試験法がこの発明によって述べられる化合物および重合体を評価し、そしてその完全な理解を啓発するために用いられた。
商業的な製品、および文献、特に特許文献に記載されている製品は油サイジングを与えることは多いが、これらの化合物/重合体に、広い工業用途に必要とされる温度範囲にわたって有効な油/脂サイズおよび有効な水サイズの両者の組み合わせを有するものは1つもない。それらには、この発明によって達成される性能基準を満たすものは1つもない。
ペルフルオロ−アリルオキシおよびペルフルオロアルキル−ヨードプロピルオキシ置換ポリアミノ酸またはポリ−RF−フルオロアリル置換ポリアミノ酸の重合体が、米国特許第6,156,222号明細書に記載されている。この文献はこれら化合物の耐脂性紙における使用を教示しているが、これら化合物にエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネート反応断片官能価(fragment functionality)、従って得られる架橋能力およびセルロース反応能力を有するものは1つもない。
国際特許公開第WO90/02110号明細書において、Szonyiはエピクロロヒドリンと付加されているペルフルオロアルキル化アミノ化合物について述べている。これらのペルフルオロアルキル化ジアミノ化合物中には2個の窒素原子しか存在しない。この特許出願ファイル中の全実施例および特許請求の範囲に対する修正項において、Szonyiはそのエピが三級として反応する窒素について述べているが、それは3−ヒドロキシアゼチジニウム基の形成を可能にしない。Szonyiの特許公開明細書は、本明細書で述べられる発明に3−ヒドロキシアゼチジニウム基の形成のために必要とされる第二窒素原子について記載していない。
国際特許公開第WO00/43438号明細書には、脂肪族ジアミノカルボン酸―3〜10個の炭素原子を有し、かつ窒素原子に連結基を介して結合されている少なくとも2個のペルフルオロアルキル基を含む―のオリゴマー/共重合体より成るペルフルオロアルキル置換ポリアミノ酸が記載されている。本質的な特長は、アミノ基が単量体単位1個当たり2個に限定されていること、およびペンダントのカルボン酸基が存在すること、即ちそのアミノ酸の化学構造中にペンダントカルボン酸基が存在することである。
エポキシ化アミド−アミンフルオロ化合物が英国特許第1,214,528号明細書に教示されている。この化合物の基本的特長は、骨格中にアミド結合が存在し、また水性分散液を安定化するだろう親水基が存在しないことである。
かくして、セルロース製品に有効な油/脂サイジングおよび有効な水サイジングの両者を与える物質を製造する努力にもかかわらず、これらの努力は必要とされるサイジングの組み合わせをごく一部分しか与えなかった。本明細書に記載される発明は、処理された紙が熱油/脂−および/または熱水環境に耐えなければならないときに特に有用である。
発明の概要
各反復単量体単位中に少なくとも3個の窒素原子を持つポリアミンから成る繰返単位を含む、セルロース材料用の水分散性の油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤であって、そのアミノ基が:
a.上記ポリアミンと、エピハロヒドリン、エピ有機スルホネート類およびオキシラン類より成る群から選ばれる少なくとも1種の反応性化学物質との反応によって形成されるセルロース−反応性基(ここで、セルロース反応性は上記ポリアミンとの反応後に存在するか、または後続の再活性化によって生成される);
b.親水性基を有するアルキル鎖で置換されている疎油性および疎水性フルオロケミカル基
によって一部または完全に置換され、
さらに、上記セルロース−反応性基がポリアミノ基を架橋させ、そして上記サイジング剤のMw分子量がサイズ排除クロマトグラフィーによりポリ(メチルメタクリレート)標準に対して測定して10,000〜35,000,000ダルトンである
上記のサイジング剤。
本発明は、さらに、水分散性の油/脂−サイジング剤および水−サイジング剤の製造方法、そのようなサイジング剤の水性分散液、そのようなサイジング剤で処理された紙、並びに紙を上記の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤で処理する方法を提供する。
さらに、この発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤化合物で処理されたセルロース材料は、改善された水、油/脂−並びに熱油および汚れをはじく性質を示す。本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤重合体の溶液/分散液は、それらが広範囲の運転pH、硬度および温度にわたって有効な性能を与えるという利点を有する。
発明の詳細な説明
驚くべきことに、見いだされたセルロース材料用の水分散性の油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤が油/脂および水の両サイジングを与えることが見いだされた。これらのサイジング剤が何と熱油および熱水条件下でも十分に作用することはさらに驚くべきことである。これら発明の鍵は、各反復単量体単位中に少なくとも3個の窒素原子を有するポリアミンの存在であって、この場合そのアミノ基は:
a.上記ポリアミンと、エピハロヒドリン、エピ有機スルホネート類およびオキシラン類のような少なくとも1種の反応性化学物質との反応によって形成されるセルロース−反応性基(ここで、セルロース反応性は上記ポリアミンとの反応後に存在するか、または後続の再活性化によって生成される);
b.親水性基を有するアルキル鎖で置換されている疎油性および疎水性フルオロケミカル基(ここで、上記フルオロケミカル基のフルオロケミカル部分は、二価の酸素若しくは硫黄原子で割り込まれていることができる3〜20個のフッ素化炭素原子を有する、一価のペルフッ素化されたアルキル若しくはアルケニルの、直鎖状、分枝鎖状若しくは環状の有機基とさらに特徴付けられる)
によって一部または完全に置換され、
さらに、上記セルロース−反応性基がポリアミノ基間を架橋し、
そして、上記サイジング剤の分子量は10,000〜35,000,000ダルトンである。
本発明者は理論で縛られることを欲しないけれども、本発明者は本発明の物質を用いるときに観察される卓越した性能が同一分子中における幾つかの基本的な構造的特長を有することに由来すると考える。性能の鍵は1つの分子構造中における次の基本的特長;
セルロース−反応性置換基および官能価(functionality)によって置換されるべき繰返単量体単位であるポリアミン、
フッ素化された置換基(構造III中のRFを参照されたい)、
上記は、一緒になると、3つの重要な機能、架橋能(アミンとセルロース反応性官能価との組み合わせ)をもたらす、
高分子量(高分子性)、および
水−相溶性官能価
との組み合わせである。
ポリアミン官能価:ポリアミンは他の必須成分が組み立てられ得る分子足場を与える。ポリアミン官能価は本発明物質(the invention)の異なる分子を互いに架橋させて高分子構造を形成し、かつ基材の表面で反応して、本発明物質を基材上の適所にロックする。その窒素が4つの基で置換されると、それらは、本発明物質の水相溶性および負に帯電した繊維に対する直接性を補助するカチオン性を有する。
セルロース反応性:セルロース反応性は、ポリアミンまたはフッ素化置換ポリアミンと、ポリアミンの窒素と反応することができ、かつセルロース反応性を保持できるか、または再活性化され得るかのいずれかである反応性化学物質との反応の結果として生ずる。エピハロヒドリン類が、ハリドがアミンによって置換されて、反応性の3−ヒドロキシアゼチジニウムおよび/またはエポキシドをあとに残すことができるという点で、このタイプの反応性の例である。
フッ素化された基:フッ素化基が存在しなければならないが、それらは適正に配向して、油および油脂が本発明によりで処理された材料を濡らさないまたは汚染しない点まで表面聴力を低下させると考えられる。
架橋能:セルロース反応性基は、また、同一ポリアミンまたは異なるポリアミンの窒素に架橋結合することができる。後者のポリアミンの場合、この分子間反応はこの発明に必要とされる高分子量重合体をもたらす。
高分子性:本発明物質の構造の高分子性は、本発明物質の異なる分子が相互に到達し、セルロース基材の上で/同基材を取り巻いて架橋するのを容易にする。この重合体が与える高分子量は、また、低分子量物質よりも低い揮発性を与える。この低揮発性は、油/脂−および水−サイジング剤が基材表面から揮発しないように、または加熱されたときに表面上で再配向しないようにする。高分子物質のより大きなサイズは、また、その高分子物質を処理された基材の内部に侵入させずにその基材の表面上に留めておき、その表面上でその高分子物質は有効であり続けることができる。
親水性官能価:親水性基は安定な水分散液をもたらす水との臨界的な分子相互作用を与える。ヒドロキシル官能性基(functional group)が親水性基の1つの形態である。ヒドロキシル官能性基は本発明物質を水に一層分散性となし、および/または一層水相溶性となす役割を果たす。水相溶性は、送達系に追加コストを加えるのみならず、環境、健康および可燃性上の危険を与え得る有機溶媒を使用する必要を回避させる。カルボン酸類、カルボン酸塩類、ポリエーテル類およびチオール類のような他の水相溶性官能価も親水性基となり得る。理論で縛られるものではないが、本発明者は、この親水性基がこの製品の水性系中における安定性および/または分散性を与えると考える。水性送達系がセルロース含有材料に好ましい。
親水性官能価のもう1つの源はカチオン性であって、それはポリアミン窒素が4つの置換基を有してカチオン性であるならばそのポリアミン窒素の一部が帯び得るものである。
化学構造の全てについて、下付のアルファベットは整数および表示されたモル置換度、モル比並びに他の化学的表示事項である。
化学構造の議論
水分散性の油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤の本質的ポリアミンは、構造Iに示される化学構造を有する。
式中、
n=1−6であり、
m=2−1,000であり、
2、R3、R5=H、-(CH2)1-4H、-(CH2CH2O)1-10H、-CH2CH(OH)CH3、-CH(CH3)CH2OH、-CH2CO2 -Met+(Met=1または2族金属)であり、
4=H、-(CH2)1-4H、-(CH2CH2O)1-10H、-CH2CH(OH)CH3、-CH(CH3)CH2OH、-CH2CO2 -Met+(Met=1または2族金属)、-(CH2)1-6NH2,1,0(R2)0,1,2であり、
ここで、R2、R3、R4またはR5の内の少なくとも2つはHであり、そして
2、R4およびR5の内の任意の2つは同じ炭素鎖であることができる。
構造I:ポリアミン
ポリアミンの例に、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタミン、ジヘキサメチレントリアミンのようなポリアルキレンイミン類、並びにそれらの分枝および/またはアルキル化誘導体がある。これらは第一級、二級および三級アミン基を含むポリアルキレンイミン類を包含する。明らかに、アミノ基はペルフルオロおよびセルロース反応性化合物のための反応中心となり、そして親水性基をしてアミノ鎖上で置換されるのを可能にする。
ポリアミンは、75〜32,000ダルトンの分子量を各単量体単位中の少なくとも3個の窒素原子と共に有するとさらに述べることができ、そしてその窒素原子の少なくとも1個は第二級窒素であり、そしてその窒素原子はフルオロカーボンおよびセルロース反応性前駆体基で一部または完全に置換されていることが好ましい。分子量は繰返アミン基に基づいて計算された分子量である。
セルロース−反応性基は、ポリアミン上の窒素と、紙工業用の化学物質を製造するためにしばしば使用される反応性化学物質との反応の結果として生ずる。これらのセルロース反応性化学物質は、2つの反応モード、即ち1)別つの有機分子、この場合ポリアミンに対する結合を形成するモード、および2)反応を紙の上に、または製紙プロセス中にパルプに対して導くモードを有する。反応性化学物質はエピハロヒドリン、エピ有機スルホネート類およびオキシラン類より成る群から選ばれる。本発明の目的には、これらの反応性化学物質は、また、「セルロース反応性基前駆体」とも称される。
セルロース反応性基前駆体は、ポリアミンと、セルロース反応性の特長が保持されるように反応しなければならないか、またはフルオロカーボン置換ポリアミンとセルロース反応性基前駆体との間の反応に続く反応によって再生されるかのいずれかである。エピハロヒドリン基またはエピ有機スルホネート基がポリアミンと反応してハロヒドリンを形成しているならば、このハロヒドリンの3−ヒドロキシアゼチジニウムおよび/またはエポキシドへの転化による塩基再活性化がセルロース反応性基の再活性化の1例である。
好ましいセルロース反応性基前駆体は、構造IIに描かれるエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類である。
構造II:好ましい反応性化学物質
セルロース反応性物質は、水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤を、セルロース含有材料にまたはその周囲に、共有結合および他の結合、またはファンデルワールス力のような力に基づく物理的会合により結合させる。
セルロース反応性官能価は、また、同一ポリアミン鎖からのアミン基間を、またはそのアミン基上の置換基と別のポリアミン鎖からのアミノ基との間を架橋させる手段となり得る。ポリアミノ鎖間に架橋が生ずるとその分子量は増大し、その結果として高分子の水分散性物質がもたらされる。
フルオロケミカル基のフルオロケミカル(RF)部分は、二価の酸素若しくは硫黄原子で割り込まれていることができる3〜20個のフッ素化された炭素原子を有する、一価のペルフッ素化された、アルキル若しくはアルケニルの、直鎖状、分枝鎖状若しくは環状の有機基と特徴付けられる。
フルオロケミカル基は、各RF基が他方のRF基と同一または異なり、そしてアミノ反応性成分を有するそのようなRF基を持つ炭素骨格を有するとさらに特徴付けられる。大きな割合の水素原子がフッ素原子で置き換えられている有機基のこのフルオロケミカル群は、サイジング剤に低表面エネルギーを提供するセグメントを与える。典型的には、この基のフルオロケミカル部分の大多数は30〜80%がフッ素である。
水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤の好ましい化学構造形態は構造IIIに示される。
上記の式において、
8、R9、R10、R11、R12=J、H、-(CH2)1-6H、-(CH2CH2O)1-10H、-CH2CH(OH)CH3、-CH(CH3)CH2OH、-CH2CH(OH)CH2Cl、
-CH2CH(OH)CH2OH、-CH2CO2 -M+(M=1または2族金属)、-(CH2)1-6NH2,1,0(R8)0,1,2であり、ここでR8、R10、R11またはR12の内の任意の2つは同じ炭素鎖であることができ、
7=H、-CH2CH(OH)CH2であって、それは異なるフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,ポリアルキルアミノハロヒドリンまたは同有機スルホネート上のKまたはLまたはMの窒素に架橋されていることができ、ここでR8、R9、R10、R11、R12の少なくとも1つはJによって示されるフルオロケミカルでなければならず、そしてJは
から選ばれ、式中、
A=-(CH2)1-9-、-CH2CHI(CH2)1-9BCH2-、-CH=(CH2)1-9BCH2-、-(CH2)1-11BCH2-、-(CH2)1-2B(CH2)1-10BCH2-であり、ここでB=O、CO2、CO2[(CH2)1-2O]1-10、OCH2CO2、OCH2CO2[(CH2)1-2O]1-10、O[(CH2)1-2O]1-10、S、SO2、SCH2CO2、C(O)S、SCH2C2O[(CH2)1-2O]1-10、S [(CH2)1-2O]1-10、S(O)NR'、C(S)NR'、S(O)NR'CH2CH2O、C(O)NR'、OCH2C(O)NR'、OPO3、NR'、SCH2C(O)NR'、-N(R)CH2CO2であり、ここでR’=H、(CH2)1-6であり;
R=H、-(CH2)1-6Hであり;
F=F(CF2)4-18、CF3CF(CF3)(CF2)3-5、CF3CF2CF(CF3)(CF2)3-5、H(CF2)4-18、HCF2CF(CF3)(CF2)3-5、HCF2CF2CF(CF3)(CF2)3-5、式CzF(2z-1)(式中、zは4−6(4および6を含む)の値を有する整数である)のシクロペルフルオロアルキル基であり;
n、p、q、s、t、vおよびwは整数であり、
p=0、1であり、
n=1−6であり、
v+q+w+s=3−1000であり、
q、w、sは各々ゼロであってもよく、
t=w+sであり、
Q=Cl-、Br-、I-、CH3C6H4SO2 -、CH3SO2 -であり、
そして、K、LおよびMはポリアミンに沿ってランダムに分布され、そしてTはポリアミン鎖の末端にあるアミンである。
構造III:油/脂−および水−サイジング剤の好ましい構造
サイジング剤の好ましい構造はペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリンまたは同有機スルホネート重合体であって、構造IIIに示される。それは次の成分を有する:
ポリアミンはランダムに分布したK、LおよびM基および末端T基から構成されるものであって、構造IIIに示される;
セルロース−反応性基はR8、R9、R10、R11、R12および/またはR7であり、
フルオロケミカル基はJであって、ポリアミン上に置換されているJはR8、R9、R10、R11および/またはR12として現れており、
親水性基はJ基礎構造中のヒドロキシル官能価であることができる。
構造IIIに示されるK、LおよびM基およびT基の組み合わせはポリアミンから誘導される。K、LおよびM基はポリアミン鎖に沿ってランダムに分布されている。ポリアミン基礎構造はまた構造IVに描かれ、そのポリアミンはフルオロカーボン置換基を基V、W、YおよびUとして持つ。
13、R14、R15、R16、R17=J、H、-(CH2)1-6H、-(CH2CH2O)1-10H、-CH2CH(OH)CH3、-CH(CH3)CH2OH、-CH2CO2 -M+(M=1または2族金属)、-(CH2)1-6NH2,1,0(R13)0,1,2であり、ここでR13、R15、R16またはR17の内の任意の2つは同じ炭素鎖であることができ、そしてJは
から選ばれ、式中、
F=F(CF2)4-18、CF3CF(CF3)(CF2)3-5、CF3CF2CF(CF3)(CF2)3-5、H(CF2)4-18、HCF2CF(CF3)(CF2)3-5、HCF2CF2CF(CF3)(CF2)3-5、式CzF(2z-1)(式中、zは4−6(4および6を含む)の値を有する整数である)のシクロペルフルオロアルキル基であり;
R=H、-(CH2)1-6Hであり;
n、q、s、vおよびwは整数であり、
n=1−6であり、
v+q+w+s=3−1000であり、
q、w、sは各々ゼロであってもよく、
そして、V、WおよびYはフルオロケミカル置換ポリアミンに沿ってランダムに分布されており、そしてUはポリアミン鎖の末端にあるアミンである。
構造IV:フルオロケミカル基置換されているポリアミン
ポリアミンを挙げると、ポリアルキレンイミン類、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタミン、ジヘキサメチレントリアミン、並びにそれらの分枝および/またはアルキル化誘導体がある。これらは第一級、二級および三級アミン基を含むポリアルキレンイミン類を包含する。明らかに、アミノ基はフルオロケミカルおよびセルロース反応性成分前駆体のための反応中心となり、そして親水性基をしてポリアミノ鎖上で置換されるのを可能にする。
最も好ましいポリアミンの一部の例にジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミンおよびテトラエチレンペンタミンがある。
セルロース反応性基前駆体は、エピハロヒドリン類、エピ有機スルホネート類およびオキシラン類より成るリストから選ばれる反応性化学物質である。
好ましいセルロース反応性基前駆体は、構造IIに描かれるエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類である。
さらに好ましいセルロース反応性基前駆体はエピクロロヒドリンである。エピハロヒドリン類は「エピ(epi)」と呼ばれることが多く、そしてこの略語がこの発明の説明で用いられる。
セルロース反応性基がエピハロヒドリンまたエピ有機スルホネート類(構造II)から誘導されるならば、フルオロカーボン置換ポリアミンとの反応の生成物は構造IVおよび反応類似体を示している上記の図に示される多くの形を取ることができる。
構造VIおよび反応類似体に示される形のほとんどはセルロースおよび/またはポリアミン類の他の窒素原子と反応すると考えられるけれども、3−ヒドロキシアゼチジニウム構造形式またはエポキシド構造は多分セルロースと最も反応性であるだろう。さらに、それらはまた異なるポリアミンからの窒素と最も反応性であって、それによって架橋がもたらされる。3−ヒドロキシアゼチジニウムまたはエポキシドも同一分子からの窒素と反応することができ、このことが分子内架橋を作る。構造形態は、各々、色々な対セルロース反応性、およびアミンとの架橋を生成させる分子間または分子内反応性を有する。3−ヒドロキシアゼチジニウムの存在は核磁気共鳴分光分析法で実証されたが、一方エポキシドはこの分光法によると存在しない。しかし、エポキシドはその高い反応性のために瞬間的な中間体であるかもしれない。
分子間架橋はサイジング剤の高分子性に通じる。サイジング剤の実測Mw分子量は、サイズ排除クロマトグラフィーで測定して10,000〜35,000,000ダルトンである。
3−ヒドロキシアゼチジニウムの形成は第二アミンの所で反応するエピ化合物に依存性である。3−ヒドロキシアゼチジニウムおよびエポキシド形態がセルロース反応性基の好ましい形態である。
フルオロケミカル基(RF)は、二価の酸素若しくは硫黄原子で割り込まれていることができる3〜20個のフッ素化された炭素原子を有する、一価のペルフッ素化された、アルキル若しくはアルケニルの、直鎖状、分枝鎖状若しくは環状の有機基とさらに特徴付けられ、この場合各RF基は他方のRF基とは同一または異なり、そしてアミノ反応性成分を有する。大きな割合の水素原子がフッ素原子で置き換えられている有機基のこのフルオロケミカル群が、サイジング剤に低表面エネルギーを提供するセグメントを与える。典型的には、これらフルオロケミカル化合物の大多数は30〜80%がフッ素である。
一般化反応式に示される、本発明物質を得る一般化された反応式を考えることが有用である。反応順序が示されているけれども、これらの反応を任意の順序で行うことが可能であるだろう。RF基をポリアミンと‘反応#1’と標識される反応で反応させ、続いてセルロース反応性基前駆体と‘反応#2’と標識される反応で反応させることが好ましい。一般化反応式における構造叙述は、本発明物質を得る反応の模式図と考えられるべきである。この模式図には1つの順序が示唆されているけれども、任意の反応順序が可能であるだろう。
一般化反応式および構造IIIに示される構造に基づいて、RF化合物はある特定の構造的特長を有する。ポリアミンとの反応(反応#1)に先立って、RF化合物基はアミン反応性置換基を有している。このアミン反応性成分の例はエポキシド、即ちハロヒドリン官能価である。反応後に、RFとポリアミンとの間にスペーサー基が存在する。スペーサー基に対する前駆体は普通アミン反応性成分を有し、そしてRFスペーサー基上に親水性置換基をもたらす。RF化合物上のアミン反応性置換基の例はエポキシド類およびハロヒドリンである。
ペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルアミノハロヒドリン(または有機スルホネート)重合体を製造する、好ましいが、非限定方法は、まずフッ素化ハロヒドリンまたはフッ素化エポキシド(構造V)を非置換ポリアミン骨格と反応させることである(反応#1)。この反応の結果、フルオロカーボン置換されたポリアミン(構造IV)が得られる。この次の反応(反応#2)は、フルオロカーボン置換ポリアミンとエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネート類(構造II)との構造IIIに描かれる重合体を生成させる反応である。
この発明で述べられるサイジング剤に至る好ましい前駆体はフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミン化合物であって、それは幾つかの方法で製造することができる。一部の有用なフルオロアルキルヒドロキシルアミン化合物の製造が、J. Fluorine Chemistry, V55, 1-11(1991)、J. Fluorine Chem, V84, 53-61(1997)とその中の文献、J. Fluorine Chem., V24, 105-115(1984)、フランス特許第FR2530623号明細書、New J. Chem., 1993, 17, 425-434、米国特許第4,084,059号明細書(1978年)、米国特許第4,165,338号明細書(1979年)、米国特許第4,284,746号明細書(1981年)、J. Fluorine, 30 (1985) 37-57、米国特許第5,750,043号明細書(1998年)、米国特許第6,156,222号明細書(2000年)、ドイツ特許第2018461号明細書(1971年)に教示されている。中間体のフルオロ−アルキル−ヒドロキシル−アミン化合物に至る1つの特に有用なルートは、構造Vに示される一般構造を持つフッ素化エポキシド類と構造IIの非置換ポリアミン骨格との反応を含む。別法として、フッ素化ハロヒドリン類をフッ素化エポキシド類の代わりに用いることができる。
構造V:フッ素化エポキシド
フッ素化エポキシド類は、この技術分野の当業者に知られている幾つかの方法で容易に製造することができる。これらフッ素化エポキシド類の一部の製造例が、ドイツ特許DE2018461号明細書(1971年);J. Fluorine Chemistry, V55, 1-11(1991);V. Cirkva、B. Ameduri、B. Boutevin、O. PaletaのJ. Fluorine Chem, V84, 53-61(1997)とその中の文献;特開昭63[1988年]−17858号公報;J Fluor. Chem. 83, 151 (1997);米国特許第5,585,517号明細書(1986年);フランス特許第2529890号明細書;J Fluor. Chem. 24, 93 (1984)に与えられている。1つの例は、商業的に入手できるヨウ化フルオロアルキル類とアリルアルコール類との、塩基でエポキシドに容易に転化されるフルオロアルキルヨードヒドリン類を生成させる遊離ラジカル開始反応を含む。
Fスペーサー基およびセルロース反応性前駆体基の両基は、ポリアミンの窒素を、ペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリン(または有機スルホネート)重合体を組み立てる反応中心として必要とする。構造IIIから、繰返単量体単位中のRFスペーサー基のモル数は“r”と表示される。“r”はまた繰返単量体単位1個当たりのJ基の数も表わす。
1つの鍵変数は、このRFスペーサー基の、ポリアミンの窒素原子数に対するモル比である。RFスペーサー基のモル数は、セルロース反応性前駆体アミン反応部位となり得る有効窒素の総数よりも少なくなければならない。好ましくは窒素原子とのRF反応がまず行われるから、セルロース反応性基は多分ポリアミンの残りの窒素原子と反応する。その次のセルロース反応性基の反応がセルロース反応性および架橋の官能価を付け加える。従って、エピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類の有効窒素原子に対する比も重要な合成変数である。
フルオロカーボン置換ポリアミンとセルロース反応性基前駆体との間の反応生成物が多種多様であるために、1つだけの総反応体対窒素の固定した比は確認がむずかしい。例えば、エピクロロヒドリンの場合に、生成物の多様性について構造VIおよび類似体を参照されたい。単一の窒素の所で、エピは1個の窒素において2回反応する可能性がある。これは第一級アミンを三級アミンに転化することができるだろう。
好ましい反応順序は、ポリアミンとRFスペーサー基とがまず一緒に反応せしめられるそれである。次に、そのRF−スペーサー基/ポリアミンまたはフルオロカーボン置換ポリアミンにセルロース反応性基が付加される。
構造IIIに示されるペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリン(または有機スルホネート)重合体について、(性能および分散安定性に関して)一層好ましいものは、A=-CH2-、-CH2CHI(CH2)1-9OCH2-、-CH=CH(CH2)1-9OCH2-、-CH2CHI(CH2)1-8CO2CH2-、-CH=CH(CH2)1-8CO2CH2-、-(CH2)1-11OCH2-、-(CH2)1-11SCH2-であり、p=0または1であり、RF=-(CF2)4-18Fより主として成る混合物であり、r−対−ポリアミン反応体上窒素原子の比=0.05−0.75であり、R=CH3、Hであり、n=2、3、4または6であり、v、q、wおよびsの和が3〜100であり、R8-12=H、またはHとCH3との混合物であり、そしてポリアミン上の窒素原子に対するエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類の比が0.05−2.0である場合の中間体フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミン化合物とエピクロロヒドリンとの反応の結果として得られる。
A=-CH2-、-CH2CHI(CH2)1-9OCH2-、-CH=CH(CH2)1-9OCH2-、-CH2CHI(CH2)1-8CO2CH2-、-CH=CH(CH2)1-8CO2CH2-、-(CH2)1-11OCH2-、p=0または1、RF=主として-(CF2)4-14Fより成る混合物、r−対−ポリアミン反応体上窒素原子の比=0.1−0.65、R=CH3、H、n=2、3または6、3〜25のv、q、wおよびsの和、R8-12=H、またはHとCH3との混合物、および0.10〜1.0のフルオロケミカルポリアミン組成物上の窒素原子に対するエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類の比を持つ前記式の中間体フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミン化合物とエピクロロヒドリンとの反応の結果として得られる、構造IIIに示されるペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリン(または有機スルホネート)重合体が(性能および分散安定性に関して)さらに好ましい。
A=-CH2-であり、p=1であり、RF=主として-(CF2)4-12Fより成る混合物であり、r−対−ポリアミン反応体上窒素原子の比=0.3−0.55であり、R=Hであり、n=2であり、v、q、wおよびsの和が3〜6であり、R8-12=Hであり、ここでエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類−対−ポリアミン上の窒素原子の比が0.33−0.75である前記式の中間体フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミン化合物とエピクロロヒドリンとの反応の結果として得られる、構造IIIに示されるペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリン(または有機スルホネート)重合体が(性能および分散安定性に関して)最も好ましい。
構造IIに示される式を持つエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類と中間体フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンとのバッチ反応(一般化反応式)は、適当な溶媒中で行われなければならない。この発明の有用な溶媒は、試薬類と生成物を均一に溶解または分散させ、そしてその生成物を使用の容易さのために分散液として安定化する。非極性溶媒がエピおよびアミン物質を互いに反応させるために使用できるが、溶媒は重要な3−ヒドロキシアゼチジニウム官能価の形成を促進するために極性のものでなければならない。好ましい溶媒/分散媒の例に、C1-6アルコール類およびジオール類、アセトニトリル、C3-6ケトン類のような水溶性溶媒、これら溶媒と水との混合物、および水そのものがある。より好ましい溶媒にC1-4アルコール類、水、およびC1-4アルコール類と水との混合物がある。最も好ましい溶媒は水である。
エピハロヒドリン類またはエピアルキルスルホネート類とフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンとの反応が溶媒の存在なしで行われるならば、大量の架橋のために加工しにくい物質が生成する。この物質は実際の適用および使用法のために分散させることができない。反応が非常に高濃度で行われるならば、扱うのが難しい非常に粘稠な生成物が生じる。反応が低すぎる濃度で行われるならば、均質な分散液/溶液として安定なままに留まらない低粘度生成物が生じる。有用な生成物は固形分濃度が2〜75%であるときに生成し、5〜55%の総固形分濃度がさらに好ましく、最も好ましい濃度は20〜45%総固形分である。
エピハロヒドリン類またはエピアルキルスルホネート類とフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンとを一緒にする前に、フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンを溶媒に均一に予備分散/溶解させることが不可欠である。この予備分散/溶解工程が低すぎる温度および/または短すぎる時間で行われるならば、大量のフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンは、分散していない/溶解していない状態で残る。フルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンが完全に分散/溶解されていないと、有効性がより小さい生成物が生成せしめられる。温度が高ければ高いほどフルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンの粘度は低くなり、そして分散液/溶液の完全性および均質性が改善され、および/またはフルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンがより短い時間で分散/溶解せしめられる。好ましいプロセス分散/溶解工程は>50℃で>60分行われる。より有効なプロセス分散/溶解工程は>75℃で>20分行われる。最も有効なプロセス分散/溶解工程は>95℃で5分以上行われる。フルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンは全て一度にまたは滴下様式で分散させることができる。
セルロース材料に対する適用を含めて実際の目的には、本発明物質は水溶性または水分散性でなければならず、また得られる溶液/分散液は安定なままでなければならない。本発明物質の水溶性/分散性および後続安定性は、本発明物質中に組み込まれる親水特性のレベルに関係付けられる。本発明物質に組み込まれる疎水特性が大きければ大きいほど、水溶性/水分散性物質および後続安定性をもたらすために同様に組み込まれなければならない親水特性は大きい。これは一般に疎水性/親水性バランスと称される。本発明物質の水溶性/水分散性を増大させるに当たって有効な官能価を挙げると、限定されるものではないが、アルコール類(OH)、アンモニウム塩(NR4 +Cl-)、カルボキシレート塩(CO2 -M+)、アミン類(NRH2またはNR2H)、チオール類(SH)、スルフェート塩(RSO3 -M+)、およびホスフェート塩(ROPO2 -M+、[RO]2PO-M+)がある。本発明の実施例において、アルコールおよびアンモニウム塩は水溶性/水分散性をもたらす親水特性を付与するのに役立つ。親水性および疎水性の適切なバランスを有することに加えて、親水性基の分布が安定性に重要である可能性がある。
本発明物質の溶液/分散液の安定性は、本発明物質が初めの形成後に均質に溶解/分散した状態に留まっている時間の長さによって決められる。沈殿、層化およびゲル化が、不安定性が現れ得るその仕方の例である。ゲル化は、一般に、物質が高度に架橋され過ぎるならば起こる。層化は、異なる密度の2つの層が溶液/分散液中に組み込まれ、そして時間の経過につれてさらに緻密な物質が底に層をなすならば起こり得る。相混合物中に十分な粘度がもたらされるならば、層化を無くし、または遅らせることができる。粘度は、溶液/分散液中における本発明物質の濃度を変え、本発明物質の高分子骨格上における架橋度を変えることによって、そして別の重合体分子上の成分と強く会合する重合体骨格上における同様の成分のタイプと量を変えることによって変えることができる。前者の性質は、一般に、会合性増粘と称されている。本発明では、疎水性フルオロカーボンセグメントは水のような親水性媒体中に入れられたときに互いに会合する傾向がある。
有用な生成物は、エピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類とフルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンとの反応が60℃より高い温度で30分間以上行われるときに形成される。エピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類とフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンとの所望とされる反応中に、エピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類と溶媒との間に望ましくない副反応が起こることがある。この望ましくない副反応はより低い反応温度で最小限に抑えられる。より高い温度は3−ヒドロキシアゼチジニウムの形成および架橋を促進する。従って、好ましい結果である有効なペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルアミノハロヒドリン(または有機スルホネート)を達成するためには、上記反応を、より低い温度で、次いでより高い温度でという2段階で行うことが好ましい。第一段階温度の下限は反応粘度によって制限されることが多い。より有用な生成物は<70℃の第一段階反応温度、30分間以上の時間、続いて>70℃の第二段階反応温度、30分間以上の時間により得られる。最も有用な生成物は<55℃の第一段階反応温度、30分間以上、続いて>75℃の第二段階反応温度、30分間以上であるときに得られる。
エピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類とフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンとの反応を高すぎるpHで行うと、その結果として不可欠な3−ヒドロキシアゼチジニウム官能価の過度の架橋および部分的または完全な破壊が起こる。反応を低すぎるpHで行うと、その結果として生ずる反応は最小限となる。有用な生成物は反応pHが初め<10.5、そして反応全体を通じて>2.5であるときに得られる。より有用な生成物は初期反応pHが<10、反応全体を通じて>3.0であるときに得られる。最も有用な生成物は初期反応pHが<9.5、反応全体を通じて>3.5であるときに得られる。
セルロース反応性基の窒素原子による架橋は、分子内および分子間プロセスにより起こり得る。この架橋は、それがその化合物を本発明物質の最終性能および水相溶性に重要である高分子化合物に転化させるから重要である。セルロース反応性基の好ましい形態は、他の窒素原子に対する非常に有効な架橋剤である3−ヒドロキシアゼチジニウムである。この基は構造VIに示される。
架橋量の間接的測定は分子量である。生成物の平均分子量は、ヘキサフルオロイソプロパノールを溶媒として用いるサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって測定して1万〜2千万であることができる。SECは分子をそれらの溶解状態での流体力学的容積により分離するものである。SEC研究に用いられる検出器は、屈折率検出器およびUVフォトダイオードアレイ検出器であった;SECは分子量測定の絶対的技術ではなく、既知分子量の標準重合体によるカラム検量線作成を必要とする。この方法は、重合体試料の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、Z−平均分子量(Mz)、多分散指数(Mw/MnおよびMz/Mw)および分子量分布を決定する。この手法で計算された分子量は、狭い分布のポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)標準から導かれる検量線に基づく。それら分子量は化学的に当該検体とは異なるから、この手法は相対的分子量データしか与えない。
分子量のもう1つの測定は光散乱研究によるものである。光散乱は検量標準に頼るSECよりも絶対的方法である。本発明物質の分子量測定値は表XIIに報告されている。
好ましい置換基を持つ構造IIIに示される単量体単位は約1200ダルトンの分子量を有する。表XIIIのこの発明によって包含される典型的な生成物でSEC測定分子量はMnとして82,000であるか、または表XIIIのこの発明によって包含される典型的な生成物でMwとして7,454,000である。従って、架橋は全く大量である。興味あることに、構造VIおよび表XVIIの好ましい3−ヒドロキシアゼチジニウム反応成分は、この3−ヒドロキシアゼチジニウムまたは構造VIおよび類似体に示されるエポキシドのような他の反応性種が架橋を効率的に作った後でさえも、生成物の主要成分である。
セルロース反応性基は、油/脂−および水−サイジング剤の性能において重要な機能を奏する。3−ヒドロキシアゼチジニウムおよび同様のエポキシド(構造VIおよび類似体を参照されたい)が好ましいセルロース反応性基である。これらの構造は好ましい構造に重要であるから、3−ヒドロキシアゼチジニウム官能価の色々な面を説明するのにさらに広範な議論が有用である。
3−ヒドロキシアゼチジニウム基:3−ヒドロキシアゼチジニウム基はセルロース材料に対して反応性である(“Wet-Strength Resins and Their Application”、TAPPI Press社、アトランタ、ジョージア州、1994年、L. L. Chan編におけるH. H. Espyによる第2章およびその中で引用されている文献を参照されたい)。理論で縛られるものではないが、本発明者は、この基はセルロースと本発明物質との間で共有結合を形成し、かくして本発明物質をセルロースにしっかり固定し、そして本発明の物質の配向を、そのペルフッ素化尾部が処理セルロース基材から離れる方向に向けられ得るように適所にロックして、本発明物質のペルフッ素化尾部成分から最大効率を与えると結論する。3−ヒドロキシアゼチジニウム基は、主にセルロース上のカルボン酸基または塩基を介してセルロースと反応すると考えられる。
3−ヒドロキシアゼチジニウム基とカルボン酸基または塩基との反応は周知であるが、ペルフッ素化尾部と3−ヒドロキシアゼチジニウム基との結合は、同一分子中で結合されたことは以前になかった。加えて、3−ヒドロキシアゼチジニウム基は、セルロース基材の表面を横切り、そしてその周囲に、本発明物質の構造中にも存在する遊離アミン官能価(アルキル基に対して4つ未満の結合を有するアミン)を介して本発明物質の異なる分子を架橋するように作用して、本発明物質をセルロース基材上の適所にさらにロックすることができると考えられる(上記引用のEspy)。3−ヒドロキシアゼチジニウム基は、また、本発明物質の構造にカチオン性を与える。これは本発明物質をセルロースのようなアニオン性基材に引きつけてその基材にさらに固定できるようにする。本発明物質と基材との間の共有結合、本発明物質の異なる分子間の架橋結合および本発明のカチオン性物質とアニオン性基材との間に形成されたイオン結合の両結合に由来する強い固定は、本発明物質の配向をセルロース基材上にロックする。従来技術の分子は、昇温された温度または水のような極性物質に曝露されたときにそれらの配向を失い、従って温度が増大するにつれて油をはじく能力を失い、極めて悪い耐極性湿潤剤性を与えると考えられる。本発明の強い固定は、本発明物質をして、昇温された温度または極性溶媒に曝露されたときでも基材上に効率的な配向を維持するのを可能にする。従って、本発明は処理された基材に効率的な熱油/脂および熱水の両サイジング性を与える。
3−ヒドロキシアゼチジニウムの最も効果的な形は、エピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートとポリアミンとの反応の反応性部位が第二級アミンの所に生ずるときに得られる。従って、ほとんどの有効性には、第二級アミンがエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートとの反応前にポリアミン中に存在しなければならない。
エピクロロヒドリンに由来する3−ヒドロキシアゼチジニウム成分を測定するために、その存在を証明する広範な分析研究が行われた。構造中における3−ヒドロキシアゼチジニウム官能価の存在は炭素核磁気共鳴によって観察することができる(13Cピークは70−75ppm間に中心があった)。この官能価が生成されないこと、またはそれが失われることは本発明物質の有効性を減ずる。表XVIIを3−ヒドロキシアゼチジニウム含有量に対する性能について参照されたい。
最上の分析法は核磁気共鳴分光法であった。構造的結合データおよび定量的データをそれぞれ与える1次元および2次元技術が利用された。好ましい本発明物質の炭素および水素化学シフトの割り当てが正しいと仮定すると、生成物は2番目の炭素の位置に標識された13C濃厚化エピクロロヒドリンを用いて合成された。この標識生成物は異核多重量子コヒーレンス実験(Heteronuclear Multiple Quantum Coherence experiment)において用いられた。されに、COSY(Correlated Spectroscopy:相関分光法)が1H−1H連結度(1H-1H connectivity)についての情報を提供した。構造VIの構造を参照して述べると、その環メチレンプロトンの化学シフトは4.12および4.52であり、そしてメチンプロトンは4.63である。
核磁気共鳴分光法に基づくと、3−ヒドロキシアゼチジニウム濃度は、本発明物質の好ましい処方のポリアミンのモル数に比較して約10%より高い。RFセグメントのモル数に比較して5モル%超、またはTETAセグメントのモル数に比較して>10モル%が好ましく、そしてそれぞれ>10モル%および>20モル%がさらに好ましい。架橋は共に構造VIおよび類似体に示される3−ヒドロキシアゼチジニウムまたは他の高反応性の種、例えばエポキシドに因るから、反応中に3−ヒドロキシアゼチジニウム含有量はさらに高い可能性がある。この方法で測定された物質は最終架橋物質としてであった。
3−ヒドロキシアゼチジニウムの既知の化学に基づいて、3−ヒドロキシアゼチジニウムの存在を確認するために他の試験が行われた。強塩基が3−ヒドロキシアゼチジニウムを分解することは知られている。油/脂−および水−サイジングにおいて良好な性能を証明した薬剤が塩基によって処理されたとき、3−ヒドロキシアゼチジニウム含有量はnmrで測定して減少され、同時にサイジング性能は有意に低下せしめられた。表17を参照されたい。アゼチジニウム官能価を破壊すると予想される条件は、本発明物質の熱油サイジング性能には有害である。
この発明の化合物が紙の油/脂−および水−サイジング剤として用いられるとき、それらは紙または板紙に内部的にか外部的にかのいずれかで適用される。外部的に適用されるとき、その適用は任意の常用の方法、例えばパジング法または噴霧法により、或いはサイズプレス機から、所望の結果を得るのに十分な量で行うことができる。乾燥繊維の重量に基づいて0.01〜0.6重量パーセントを付着させることが一般的である。本発明の化合物の外に、炭酸カルシウム、クレイ、蛍光増白剤、明礬、二酸化チタン、脱泡剤、塩類、染料、澱粉、高分子ラテックスバインダー、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルキル−ケテン−二量体またはアルケニル−無水琥珀酸のようなサイジング剤、スチレン−無水マレイン酸、スチレンアクリレートエマルジョン等々のような、紙工業で使用される常用添加剤のどれも存在することができる。サイジング剤は製紙プロセスのウェットエンドに加えることができる。この適用技術は内部添加と称される。これはまた紙形成前の完成紙料に対する添加と称することもできる。
サイジング剤の製造および試験の実施例
次の実施例は、セルロース材料用の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤の製造、特性決定および試験の例証となるものである。
水分散性・油/脂−サイジングおよび水サイジング剤の基材に対する適用方法
内部添加法:フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミン−3−ヒドロキシアゼチジニウム重合体を含めて化学添加剤を、紙がパイロット長網抄紙機を用いて作られている間に完成紙料に加えた。完成紙料、化学添加剤および添加点のタイプは、以下に記載される各実施例と共に列挙される。化学添加量は、全て、完成紙料の乾燥重量に比較しての重量パーセントとして表される。紙のサイジング性は説明される試験法を用いて測定された。
表面適用(外部サイジング)法:実施例で外に明記されない限り、紙は次の方法によって製造された。工業的またはパイロット抄紙機で製造された紙のロールからカットされた、標準42−70g/cm2坪量のペットフードバッグ用原紙(前表面処理なし)のシートが全ての試験に用いられた。紙ストリップは60℃の化学添加剤水性希釈溶液(aqueous dilutions)を含んでいる単一ニップ、2本ロール式のパドルタイププレス機を通過せしめられ、そして直ちに回転ドラムタイプ乾燥機のフェルトとステンレス鋼との間で104℃において50秒間乾燥された。蒸留水が全溶液の調製に用いられた。全ての添加剤の重量基準は、乾燥化学薬品の重量%/繊維の乾燥重量として表される。2重量パーセントのエチル化澱粉(Penford 270)が紙試料に油/脂−サイジング剤を含んでいる同じ水性希釈溶液から共同適用された。化学添加剤溶液が混合され、そして紙を処理する前に加熱された時間は5分であった。この時間は「保持時間」と呼ばれる。紙上の化学添加剤の量は、紙ストリップによってピックアップされた水性溶液/エマルジョン/分散液の重量に基づいて普通の手順で計算された。紙上の化学添加剤の重量は、紙を燃やし、その燃焼生成物をイオンクロマトグラフィーで分析することにより紙中に含まれるフッ素の重量パーセントを求めることによって周期的に確認された。紙のサイジング性は説明される試験法を用いて測定された。
特許文献に記載された油/脂−サイジング化合物には数多くの例があって、これらの幾つかは油サイジングのために工業的に用いられている。これらに、Scotchban(登録商標)FC 845、Scotchban(登録商標)FC 807A−MN州、セントポールの3M社;Lodyne(登録商標)P208E、Lodyne(登録商標)P201、Lodyne(登録商標)P514−NY州、タリータウンのCiba Specialty Chemicals社;Zonyl(登録商標)RPおよびZonyl(登録商標)NF−DE州、ウイルミントンのDupont社;Cartafluor(登録商標)UHC−NC州、CharlotteのClariant社;Repearl(登録商標)F-53−NY州、ニューヨークのMmitsubishi International Corp.がある。これらの内の幾つかは、比較の目的からこの発明のサイジング剤の試験中に評価された。これら比較試験の結果は、この発明で説明されるサイジング剤の性能を証明する表中に挙げられている。
試験法
A.キット試験(Kit test)
表面の撥油性はTAPPI UM 557油キット試験を用いて測定される。この試験法は、ひまし油/ヘプタン/トルエンの12個の異なる混合物の液滴を紙表面に適用し、15秒間待ち、その油を拭き取ることから成る。紙が目で見て汚染されていれば、それはその特定の混合物を用いる試験に不合格である。混合物は1−12の番号付け系によって最小攻撃性(least aggressive)から最高攻撃性(most aggressive)までランク付けされる。試験にはより多くの攻撃性混合物が加えられ、従って性能をさらに多くの攻撃性浸透剤に対して区別するために、可能な等級を16まで拡張した。数字が大きければ大きいほど結果は良好である。試験混合物の各々についてひまし油/ヘプタン/トルエンのそれぞれの比が次の表に与えられている。
B.沸騰ボート試験(Boiling Boat Test:BB)
紙に得られる熱水サイジングの程度を測定する一般的試験。一般に、ホットフロート試験(Hot Float Test)またはボート試験(Boat Test)(TAPPI試験法T819と類似)とも称される。紙試料から2インチ平方のボートを作り、そして99℃の蒸留水の表面に浮かべる。任意の終点に到達するための所要時間を記録する(この仕事のための紙表面積の100%に対して100%の浸透)。水と接触していない紙の面は浸透が起こると浅黒くなる。試験時間が増すにつれて、耐熱水浸透性が増す。非サイズ紙はゼロ秒を示し、軽サイズ(lightly sized)紙は5−20秒の範囲の時間を与え、中サイズ(moderately sized)紙は21−100秒の範囲の時間を与え、良サイズ(well sized)紙は101−600秒の範囲の時間を与え、そして強サイズ(hard sized)紙は600秒より長い時間を与える。600秒後ならば、その紙は100%飽和されず、実験は停止され、そしてパーセント飽和度が書き留められる。
C.熱油試験(Hot Oil Test)1(オレイン酸フロート(Oleic Acid Float))
この試験法は、(各表に示される)65℃または75℃のオレイン酸が水に代えて用いられることを除いて沸騰ボート試験と同一である。
D.RP2試験
ASTM試験法V15.09にある、Ralston Purina Companyによって僅かに変更されたASTM試験法D722。変更はミズーリ州63164−0001、セントルイス、Checkerboard SquareのRalston Purina Companyから入手できる。Ralston Purina社によって提供される合成脂肪類似油。結果は汚染された露出紙表面積パーセントとして表される。より小さい汚れ面積がより大きい撥油性を表す。この試験法は、試験されるべき紙を10cm×10cm平方の試料に切り、紙を半分に軽く折り畳み、そしてその折り畳み線に沿って幅4.5cm、2040−gの硬質ゴムローラーを1回走らせることによって折り目を付けることから成る。第二の折り目を第一の折り目に対して90度で同じやり方で作る。100個の等しい正方形に分割された10cm×10cmのグリッドシート(grid sheet)(ミズーリ州、セントルイス、Checkerboard SquareのRalston Purina Packaging TAPPI Laboratory社が供給)を平らなアルミニウム金属板の上に置き、その上の中央に試験されるべき折り目付き紙片を置き、その上に高さ2.5cm、内径2.5cmの金属環を置く。その環の中に5グラムの砂を注ぎ入れ、そしてその環を取り除く。赤く染めた合成油(1.3cc、Ralston Purina Companyから供給)をその砂に均一に適用する。この組立全体を60℃のオーブンに24時間入れておく。この時間の終わりに、汚染されたグリッドシートの表面積のパーセントを測定し、記録する。汚れ面積は0%から100%まで変わり、ここでより低い汚れはより良好な撥油性を意味する。
E.熱油試験2:ペットフード
紙試料の撥油性を、追加として、または代わりになるべきものとして、その紙に脂肪質食品であるペットフードを加圧下および昇温下で適用し、そしてその紙の反対側に露出した、紙上に得られた汚れのレベルを決めることによって求めた。この試験は、ニューヨーク、タリータウンのCiba Specialty Chemicals Corporationによって、日付が付いていないパンフレット“Accelerated Pet Food Bag Tests”に記載されている。この試験法は、平らなアルミニウム金属板を使用し、その上にグリッドシート(ミズーリ州、セントルイス、Checkerboard SquareのRalston Purina Packaging TAPPI Laboratory社が供給)を置き、その上に試験されるべき平らな紙片を置き、その上に粉砕ペットフード(最小限23%の鶏肉脂肪含有量)を含んでいる金属環を加圧(38g/cm2)下で置くことから成る。この材料スタック全体を昇温された一定温度(60−70℃)において24時間加熱する。この時間の終わりに、汚染されているグリッドシートの表面積パーセントを測定し、記録する。汚れ面積は0%から100%まで変わり、ここでより低い汚れはより良好な撥油性を意味する。この発明を支持する試験中に、新しい粉砕ペットフード源を用いたが、この第二ペットフード源は明らかにその中により多くのおよび/または異なる脂肪および油を含んでいた。
F.成形板紙油サイズ試験(Molded Board Oil Size Test)
この油抵抗性試験はCobbサイジング試験に似ている。各成形試験品について、1)その原乾量を求め、2)その成形品に210°FのMazolaコーン油を0.25”の深さまで注ぎ入れ、3)5分後にそのコーン油を注ぎ出し、その板を拭き取り、そしてそれを秤量し、4)コーン油の%ピックアップを求め、そしてウェットスポット/汚れを調べる。油ピックアップの重量パーセントが10%より大きいならば、または成形品の表面積の5パーセント超が汚染されているならば、その試料はこの試験に不合格である。
G.ハーキュレスサイズ試験(Hercules Size Test:HST)
サイズ紙におけるサイジング性性能は、サイジング性能を測定する十分に認められている試験法であるハーキュレスサイズ試験によって特徴付けることができる。ハーキュレスサイズ試験は、Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology、J.P. Casey編、第3巻、第1553−1554頁(1981年)に記載されている。ハーキュレスサイズ試験は、紙中に達成される水サイジングの程度を、紙表面の反射率の、染料水溶液が反対表面側から浸透するときの変化を測定することによって求めるものである。染料水溶液、例えば以下において説明される実施例における1%ギ酸中ナフトールグリーン染料を、紙の上表面の上にある環の中に含め、そして反射率の変化を底表面から光電子的に測定する。
試験継続期間は、以下に記載される実施例では、都合のよい終点、例えば80%の反射率に相当する20%の反射光の低下を選ぶことによって制限される。タイマーで到達されるべき試験の終点の時間(秒)を測定する。より長い時間が向上したサイジング性能に相関する;即ち、耐水浸透性が増加する。非サイズ紙は、典型的には、0秒で不合格となり、軽サイズ紙は約1〜約20秒の時間を示し、中サイズ紙は約21〜約150秒の時間を示し、そして強サイズ紙は約151〜約2000秒またはそれ以上の時間を示す。
H.成形板紙水サイジング試験
この水抵抗性試験は、75℃、2%の塩水がコーン油に代えて用いられ、そして0.25インチではなく0.50インチの深さまで注ぎ入れられることを除いて成形板紙油サイズ試験と同様である。合格/不合格の基準は成形板紙油サイズ試験のそれと同じである。
I.汚れ放出試験
PA州、West PittstonのTest Fabric, Inc.から得られた漂白済み綿プリント布(#400)を「表面適用(外部サイジング)法」について記載されたように処理したが、澱粉は用いなかった。汚染されたセルロース編織布から汚れを放出させるときに本発明の重合体に対する影響を測定するためにAATCC試験法130が用いられた。
この方法は、家庭での洗濯中に油性の汚れを放出する布帛の能力を測定する。試験体に汚れを付ける。ある一定量の汚染質を、特定重量を用いることによって布帛の中に押し入れる。次に、この汚染された布帛を規定の方法(洗濯手順の方法IIIおよびAATCC Standard Reference Detergent 1993)で洗濯し、そして残留汚れを、汚れの目盛り系列を示す汚れ放出レプリカと比較することによって5から1までの尺度で等級付けする。等級の定義は次のとおりである:5−無視できる汚れまたは汚れ無し、4−僅かな汚れ、3−目に付く汚れ、2−相当の汚れ、1−ひどい汚れ。GA州30722、ドルトン、Murray通り1503のIndependent Textile Testing Service, Inc.が全ての試験を行った。Test Method 130 Source ATCC(American Associates of Textile Chemists and Colorists)、汚れ放出:油性汚れ放出法(洗濯手順:方法III、バラスト(Ballast):漂白綿、洗浄剤:AATCC Standard Reference Detergent 1993、洗濯機:Kenmore Heavy Duty Series 80、乾燥機:Kenmore Heavy Duty)。
K.核磁気共鳴分光法
これらの測定に使用される装置は、Bruker Avanve NMRおよびBruker AMX NMR分光計を用いて取った。溶液は〜55mgの重合体を5mLのバイアルに加えることによって調製された。次に、1gのメチルスルホキシド−d6、続いて〜85mgのジュウテリウム化トリフルオロ酢酸を加えた。熱線銃で加熱後に均質な溶液が得られた。この溶液を5mmの分析用New Era NMR管に移した。2次元スペクトルはBruker Avanve NMR分光計で500MHzの1H操作周波数において集められた。1次元スペクトルはAMX計測器で集められた。
L.F重量%の測定
紙中の総フッ素(F)含有量はイオンクロマトグラフィー(IC)で測定された。油サイズ紙試料を、燃焼紙を用いるSchoniger Oxygenフラスコ中で分解させる。燃焼生成物を約25mLの5mM水酸化ナトリウム溶液中に吸収させ、50mLの容量フラスコ(ポリプロピレン)に移し、その容積まで希釈した。次に、この溶液を、必要ならば0.2Mフィルター部材を通して濾過し、そして導電率検出器に連結された一連のイオンクロマトグラフィーカラムを用いて総F含有量の分析を行った。外部標準法を用いて試料溶液中の総Fレベルを定量する;この方法の検出限界は0.1g/mLの総Fである。<0.10g/mLの非常に低いレベルにおいては、試料溶液の標準とのスパイキング(spiking)がピーク同定の役に立つ。
M.分子量測定
1.重合体生成物の水系サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を、2ミクロンのインライン−プレカラムフィルター(in-line pre-column filter)、Polar Fluoro Gel、100オングストロームのカラムバンク(メリーランド州、シルバースプリングのPolymer Standard Service USA Inc.)、210〜400nMの範囲のUVスペクトルをモニターするWaters M 996フォトダイオードアレイ検出器、Waters Millennium 32データシステム、1mL/分の流量を持つ45℃のヘキサフルオロイソプロパノール移動相、およびテトラヒドロフラン内部参照マーカーを用いて行った。本発明物質の凍結乾燥試料は、移動相(10−20mg/mL)中で下にされ、そして100マイクロリットルアリコートで注入された。ポリ(メチルメタクリレート)標準を用いてSECカラムを検量した。
2.光散乱測定をサイズ排除クロマトグラフィー−マルチアングルレーザー光散乱(Multi Angle Laser Light Scattering)(SEC-MALLS)を用いて行った。クロマトグラフィー系は、Waters M510分析ポンプ(MA州01757−3698、ミルフォード、34Maple StreetのWaters Corporation)、手動式インゼクター(2000μLの注入ループを備えるRheodyne−Fisher Scientific社)、Waters 「インライン」プレカラムフィルター(インゼクターとカラムセットとの間に取り付けられたフリットの気孔サイズ2μm)、SECカラムバンク−100Åのポリ(スチレン/ジビニルベンゼン)系カラムとLinear(メリーランド州、シルバースプリングのPolymer Standard Service USA Inc.)、カラムオーブン中に一定温度を保つためのWaters温度制御モジュール、DAWN DSP光散乱光度計(CA州、サンタバーバラのWyatt Technology Corporation)、Wyatt OPTILAB干渉屈折計−示差屈折率検出計(DRI)より成る。DAWN DSPとDRI検出器とは直列に接続されている。
3.分析は1mL/分で行われ、そしてカラムオーブン中に維持された温度は45℃である。
N.接触角試験
ASTM試験法、第15.09巻に見いだされる、グリコール系試験溶液を利用するASTM法D5725に記載される実験。より大きい接触角(度で報告される)はより高いサイジングレベルにより達成される。溶液が紙と接触した時間が接触角と共に報告される。より長い接触時間は、通常、より小さい接触角をもたらす。接触角は0から180℃まで変わることができる。非サイズ紙は、典型的には、5秒後に0度の接触角を与える。高サイジングレベルを持つ紙は20秒後に>90度の接触角を与えるだろう。
O.オレイン酸滴下試験(Oleic Acid Drop Test)
オレイン酸が紙試料の上に落とされ、そして測定が行われる点でキット試験と同様の試験。材料は全て室温にある。微量のオレイン酸が紙の試験試料上に置かれる。15秒後にそのオレイン酸を拭い取る。汚染の量と強さを観察する。汚染がないならば、0の値が与えられる。汚れが紙の中に拡がり、そして黒ずんでいれば値5が与えられる。中間には中間の試験値結果が与えられる。その性質によって、これは相対的に定性的な試験である。3つの異なる紙試料についての3個の測定値が平均されて報告される。
油/脂−および紙−サイジング剤の合成
一般的合成手順
合成手順の全てにおいて、希釈溶媒は外に指摘されない限り水である。可能な場合、反応の終点を決めるために残留単量体がガスクロマトグラフィーでモニターされた。これらの合成において用いられた化学薬品は、以下に示されるような化学薬品を除けば、ミルウォーキーのAldrich社から一般に入手できた。サイジング剤に特有の化学薬品をその供給会社と共に以下に示す。
Aldrich Chemical Co.、WI州、ミルウォーキー
エピクロロヒドリン(エピ)
ポリエチレンイミン(PEI)(MW平均423)
ジエチレントリアミン(DETA)
イソプロピルピルアルコール
クロロホルム
(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7−トリデカフルオロヘプチル)オキシラン
(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9−ヘプタデカフルオロノニル)オキシラン
(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11−ヘンエイコサフルオロウンデシル)オキシラン
ペルフルオロドデシルヨージッド;RF−エポキシド−D12、即ち(F(CF2)12CH2)オキシランを製造するために使用
アリルグリシジルエーテル;RF-AGEエポキシド類を製造するために使用。
Union Carbide Corp.、CT州、ダンベリー
トリエチレンテトラアミン(TETA)
Dupont社、DE州、ウイルミントン
Zonyl(登録商標)TELA-N ペルフルオロアルキルヨージッド
Zonyl(登録商標)TELA ペルフルオロアルキルヨージッド
Zonyl(登録商標)TELA-L ペルフルオロアルキルヨージッド
その炭素鎖の分布は次のとおりである:
Zonyl(登録商標)TE フッ素化エポキシド
MS182 Freon(登録商標)TF クロロフルオロカーボン
Atofina USA社、PA州、フィラデルフィア
Foralkyl I-10N フッ素化アルキルヨージッド
Foralkyl I-8N フッ素化アルキルヨージッド
Foralkyl 1-6 フッ素化アルキルヨージッド
Acros Organics社、ベルギー、Geel
テトラエチレンペンタアミン(TEPA)
Fluorochem USA社、SC州、ウエストコロンビア
ペルフルオロヘプチルヨージッド(1−ヨード−1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7−トリデカフルオロヘキサン);(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−ペンタデカフルオロオクチル)オキシランを製造するために使用
3−[2−(ペルフルオロヘキシル)エトキシ]−1,2−エポキシプロパン
3−(ペルフルオロ−9−メチルデシル)−1,2−プロペンオキシド
3−(ペルフルオロ−5−メチルヘキシル)−1,2−プロペンオキシド
3−(ペルフルオロ−7−メチルオクチル)−1,2−プロペンオキシド
表II・合成実施例、組成およびコメントは、当該物質の製造に用いられる変数を挙げるものである。特定の合成説明の例が含まれる。これらの実施例は表IIの記載項目に対応する。
フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンの合成
選択PEI(典型的にはジエチレントリアミン(DETA)またはトリエチレンテトラアミン(TETA)を、頭頂攪拌機、環流凝縮器および窒素入口管を備えた1リットルの窒素ブランケット付き重合釜に加え、そして70−150℃、典型的には80−130℃まで加熱する。アミン原子のPEIモル当量に基づいて0.25〜1.0モル当量の選択フッ素化エポキシドを上記重合釜に50分の期間にわたって加え、その間混合物を攪拌する。反応の温度を油−または水−循環浴を利用して制御する。エポキシドの添加が完了した後、反応を指定温度、典型的には80℃または130℃に2時間保持する。次に、十分に熱い水を反応混合物の表面下に加えて10−40%固形分の分散液をもたらすが、これは典型的には20−30%固形分で実行される。
フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンの、ペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリンまたは同有機スルホネート高分子組成物への転化
上記分散液を5−15分間加熱して80〜95℃にする(均質な分散液が得られるまで)。次に、この水性分散液を40−65℃、典型的には50℃まで冷却し、そしてPEIアミン原子当たり0.25〜2.0モル当量のエピクロロヒドリンを反応混合物の表面下に1−60分、典型的には30分の期間にわたって加える。このエピの添加が完了した後に、その混合物を30〜180分、典型的には120分の期間混合する。この反応混合物の温度を70〜95℃、典型的には80℃まで上げ、そして30−180分間、典型的には120分間保持する。次に、十分に熱い希釈水を反応混合物の表面下に加えて所望の固形分、典型的には14−20%固形分をもたらす。表II・合成実施例、組成およびコメントは、当該物質の製造に用いられる変数を挙げるものである。
フルオロアルキル−ヒドロキシ−アミン−アゼチジニウム重合体の製造の特定実施例
次のケースにおいて、GC分析はフッ素化エポキシドおよびエピクロロヒドリンの、それぞれの各工程における完全な消費を示した。
A)RF-TETA-C6:
A1)1.75RF−エポキシド−C6対トリエチレンテトラミン(TETA)(X-32749-32-1)
0.98gのTETA(6.7ミリモル)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。容器およびTETAがいったん80℃になったら、4.4gの(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7−トリデカフルオロヘプチル)オキシラン(11.7ミリモル)を一定滴下漏斗経由で、その発熱を制御する十分な速度で加えた。添加がいったん完了したら、その反応を1時間保持した。1時間後に反応を止めた。C13 NMRはエポキシドが100%消費されたことを示している。
A1(a)1.75/2.2RF−TETA−C6クロロヒドリン(X-32749-36-1)
5.28gのA1(6.7ミリモル)および37.7gの水を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、激しく攪拌しながら、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて50℃まで加熱した。いったん、物質が均一に分散され、そして温度が50℃で安定したら、1.37gのエピクロロヒドリン(14.8ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、次いで温度を80℃まで上昇させ、そして0.5時間保持した。0.5時間後に反応を止めた。
B)RF−TETA−C8
B1)1.75RF−エポキシド−C8対TETA(X-32749-34-1)
1.76gのTETA(12.0ミリモル)および10gの(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9−ヘプタデカフルオロノニル)オキシラン(21.0ミリモル)を一定滴下漏斗経由で加えたことを除いて、反応をA1の方法と同様の方法で行った。滴下漏斗はエポキシドを液化するために〜70℃まで加熱されなければならない。添加がいったん完了したら、その反応を2時間保持した。
B1(a)1.75/2.25RF−TETA−C8クロロヒドリン(X-32749-38-1)
11.66gのB1(11.9ミリモル)および80.12gの水(15%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、激しく混合しながら、熱い油浴で90℃まで加熱して(B1)を水に分散させた。物質がいったん均一に分散されたら、反応温度を50℃まで下げ、次いで2.48gのエピクロロヒドリン(26.8ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、次いで温度を80℃まで上昇させ、そして0.5時間保持した。0.5時間後に反応を止めた。
C)RF−TETA−C10
C1)2.12RF−エポキシド−C10対TETA(X-32749-37-1)
1.45gのTETA(10.0ミリモル)および12.1gの(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11−ヘンエイコサフルオロウンデシル)オキシラン(21ミリモル)を加え、そして反応を3.5時間保持したことを除いて、反応をB1の方法と同様の方法で行った。
C1(a)2.12/2.69RF−TETA−C10クロロヒドリン(X-32749-39-1)
13.4gのC1(10.0ミリモル)および89.8gの水(15%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えたことを除いて、反応をB2の方法と同様の方法で行った。この反応容器を、激しく混合しながら、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて88℃まで加熱してC1を分散させた。物質がいったん均一に分散されたら、反応温度を50℃まで下げ、次いで2.44gのエピクロロヒドリン(26.4ミリモル)をその反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、次いで温度を80℃まで上昇させ、そして0.5時間保持した。0.5時間後に反応を止めた。
D)RF−TETA−C12(X-32770-44)
D1)1.75RF−エポキシド−C12対TETA(X-32770-44-1)
頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に5.1gのRF−エポキシド−C12(7.54ミリモル)を加えたことを除いて、反応をB1の方法と同様の方法で行った。上記反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて100℃まで加熱した。容器およびRF−エポキシド−C12がいったん100℃になったら、0.63gのTETA(4.31ミリモル)を使い捨てシリンジ経由で1回の射出で加えた。TETAの添加がいったん完了したら、その反応を1時間保持した。滴下漏斗はエポキシドを液化するために〜70℃まで加熱されなければならない。
D1(a)1.75/2.25RF−TETA−C12クロロヒドリン(X-32770-44-1)
5.73gの(D1)(4.31ミリモル)および89.8gの水(19%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、激しく混合しながら、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて88℃まで加熱して(D1)を分散させた。物質がいったん均一に分散されたら、反応温度を50℃まで下げた。次いで、0.897gのエピクロロヒドリン(9.69ミリモル)をその反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、次いで温度を80℃まで上昇させ、そして1時間保持した。1時間後に反応を止め、そして追加の水7.6gを加えて反応混合物を15%固形分まで希釈した。
F−TETA−N
E1)1.5RF−TETA−N(X-32749-1)
頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に7.4gのTETA(50.60ミリモル)を加えたことを除いて、反応をB1の方法と同様の方法で行った。上記反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。容器およびTETAがいったん80℃になったら、40gのRF−エポキシド−N(75.90ミリモル)を加熱された一定滴下漏斗経由で、いかなる発熱も制御するのに十分な速度で加えた(5−30分)。添加がいったん完了したら、その反応を1時間保持した。1時間後にC13 NMRはエポキシドが100%消費されたことを示している。滴下漏斗はエポキシドを液化するために〜70℃まで加熱されなければならない。
E1(a)1.5/1.75クロロヒドリン(X-32749-4)
10gのE1(10.68ミリモル)および30gの水(30%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、激しく混合しながら、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて50℃まで加熱して(E1)を分散させた。物質がいったん均一に分散されたら、次いで1.73gのエピクロロヒドリン(18.68ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上昇させ、そして0.5時間保持した。0.5時間後に反応を止め、そしてその分散液を15%固形分まで希釈した。
E1(b)1.5/2.25クロロヒドリン(X-32749-5)
物質がいったん均一に分散されたら、次いで2.22gのエピクロロヒドリン(24.02ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E1(c)1.5/3.78クロロヒドリン(X-32749-6)
物質がいったん均一に分散されたら、次いで3.74gのエピクロロヒドリン(40.42ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E2)1.75RF−TETA−N(X-32749-7)
1.37gのTETA(9.36ミリモル)を加え、そして容器およびTETAがいったん80℃になったら8.63gのN−エポキシド(16.38ミリモル)を加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。
E2(a)1.75/1.75クロロヒドリン(X32749-7)
物質がいったん均一に分散されたら、次いで1.52gのエピクロロヒドリン(16.43ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E2(1)1.75/2.25クロロヒドリン(X32650-32)
物質がいったん均一に分散されたら、次いで1.95gのエピクロロヒドリン(21.1ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E2(b2)1.75/2.25クロロヒドリン(X3)
TETA/エポキシド反応を80℃ではなく130℃で行い、その結果得られた生成物を水に80℃ではなく95℃で分散させ、エピクロロヒドリンを、3つの等しいアリコートで、第一のアリコートは60−65℃において、そして第二および第三のアリコートは50℃において導入し、反応温度を50℃で2時間保持し、続いて反応温度を80℃で2時間保持し、その後90℃の水を加えて生成物を17.5%の総固形分まで希釈したことを除いて、反応をE2(b1)の方法と同様の方法で行った。
E2(c)1.75/3.25クロロヒドリン(X32650-33)
物質がいったん均一に分散されたら、次に2.81gのエピクロロヒドリン(30.4ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E2(d)1.75/4.25クロロヒドリン(X32650-34)
物質がいったん均一に分散されたら、次に3.68gのエピクロロヒドリン(40.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E3)2.5RF−TETA−N(X-32650-30)
3.33gのTETA(23.0ミリモル)を加え、そして容器およびTETAがいったん80℃になったら、30gのRF−エポキシド−N(57ミリモル)を加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。
E3(a)2.5/2.48クロロヒドリン(X32650-35)
E3出発物質を用い、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に1.56gのエピクロロヒドリン(16.9ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E3(b)2.5/3.58クロロヒドリン(X32650-36)
E3出発物質を用い、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.26gのエピクロロヒドリン(24.4ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E3(c)2.5/4.67クロロヒドリン(X32650-37)
E3出発物質を用い、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.95gのエピクロロヒドリン(31.9ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E3(d)2.5/5.0クロロヒドリン(X32520-74)
E3出発物質を用い、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に3.53gのエピクロロヒドリン(38.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E4)3.0RF−TETA−N(X-32650-31)
2.77gのTETA(18.94ミリモル)を加え、そしていったん80℃まで加熱したら、30gのRF−エポキシド−N(57ミリモル)を加熱された一定滴下漏斗経由で加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。
E4(a)3.0/2.25クロロヒドリン(X32650-38)
E4出発物質を用い、そして物質がいったん蒸留水中に均一に分散されたら、次に1.21gのエピクロロヒドリン(13.03ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E4(b)3.0/3.25クロロヒドリン(X32650-39)
E4出発物質を用い、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に1.74gのエピクロロヒドリン(18.82ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
E4(c)3.0/4.25クロロヒドリン(X32650-40)
E4出発物質を用い、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.28gのエピクロロヒドリン(24.61ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。
F−TETA−Foralkyl I10N(X32770-39)
F1)1.75RF−エポキシド−Foralkyl I10N対TETA(X-32770-39)
6.58gのTETA(44.98ミリモル)を加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。容器およびTETAがいったん80℃になったら、50.00gのForalkyl I10N(78.72ミリモル)を加えた。
F1(a)1.75/2.2RF−TETA−Foralkyl I10Nクロロヒドリン(X-32770-39)
56.58gのF1(44.98ミリモル)および150gの水を加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。温度がいったん50℃で安定したら、9.36gのエピクロロヒドリン(101.21ミリモル)を反応容器に30分にわたって滴下式で加えた。反応を50℃で1時間保持した。次に、80gの蒸留水を加え、そして温度を80℃まで上げ、1時間保持した。1時間後に反応を止め、そして143.7gの蒸留水を加えて分散液を15%固形分まで希釈した。
フォラルキル8N TETA物質(X32770-37)
G1)1.75RF−エポキシド−Foralkyl I8N対TETA(X-32770-37)
頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた500mLの反応容器に8.35gのTETA(57.13ミリモル)を加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。上記反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。容器およびTETAがいったん80℃になったら、53.00gのForalkyl I8Nエポキシド(99.97ミリモル)を一定滴下漏斗経由で60分にわたってゆっくり加えた。添加がいったん完了したら、その反応を2時間保持した。
G1(a)1.75/2.2RF−TETA−Foralkyl I8Nクロロヒドリン(X-32770-37)
61.35gのG1(57.13ミリモル)および200gの熱い蒸留水を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた1000mLの反応容器に加えた。激しく混合しながら、上記反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら温度を50℃まで下げ、11.89gのエピクロロヒドリン(128.53ミリモル)を1.3時間にわたって滴下式で加えた。反応を50℃で1時間保持した。1時間後に80.26gの蒸留水を加え、そして温度を80℃まで上げ、2時間保持した。2時間後に反応を止め、そして134.76gの蒸留水を加えて分散液を15%固形分まで希釈した。
F−DETA−N
H1)1.75RF−エポキシド−N対ジエチレントリアミン(DETA)(X-32216-55-1)
5.59gのDETA(54.2ミリモル)を加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。上記反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。容器およびDETAがいったん80℃になったら、50.0gのRF−エポキシド−N(94.88ミリモル)を一定滴下漏斗経由で加えた。添加がいったん完了したら、その反応を1時間保持した。
H1a)1.75/1.0RF-HACH−N(X-32216-81)
10.10gのH1(9.85ミリモル)および40gの水(21.59%固形分まで希釈するため)を加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。いったんH1が分散され、そして温度が50℃で安定したら、次いで0.91gのエピクロロヒドリン(9.8ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上昇させ、そして0.5時間保持し、そして止めた。
H1b)1.75/1.99RF−HACH−N(X-32216-73)
物質がいったん均一に分散されたら、次に1.8gのエピクロロヒドリン(19.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H1c)1.75/2.25RF−HACH−N(X-32650-63)
30.64gの出発物質H1(29.88ミリモル)を110.58gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に6.22gのエピクロロヒドリン(67.23ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H1d)1.75/3.10RF−HACH−N(X-32650-25)
9.28gの出発物質H1(9.88ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.8gのエピクロロヒドリン(30.2ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H1e)1.75/3.25RF−HACH−N(X-32216-69)
10.0gの出発物質H1(9.75ミリモル)を40gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.93gのエピクロロヒドリン(32.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H1f)1.75/3.4RF−HACH−N(X-32650-24)
10gの出発物質H1(9.75ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に3.07gのエピクロロヒドリン(33.2ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H1g)1.75/3.75RF−HACH−N(X-32216-65)
10gの出発物質H1(9.75ミリモル)を45.25gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで3.38gのエピクロロヒドリン(33.2ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H1h)1.75/5.0RF−HACH−N(X-32216-59)
9.9gの出発物質H1(9.7ミリモル)を35gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に4.47gのエピクロロヒドリン(48.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H2)1.85RF−DETA−N(X-32650-16)
3.65gのDETA(35.38ミリモル)を加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。容器およびDETAがいったん80℃になったら、35.0gのRF−エポキシド−N(66.0ミリモル)を一定滴下漏斗経由で、発熱を制御するのに十分な速度で加えた(5−30分)。添加がいったん完了したら、反応を2時間保持した。
H2(a)1.85/3.25RF−DETA−Nクロロヒドリン(X-32650-23)
10gの出発物質H2(9.2ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.76gのエピクロロヒドリン(29.8ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H2(c)1.85/3.4RF−DETA−Nクロロヒドリン(X-32650-21)
10gの出発物質H2(9.2ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.88gのエピクロロヒドリン(31.1ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3)2.0RF−DETA−N
5.85gのDETA(36.86ミリモル)を反応容器に加え、そして容器およびDETAがいったん80℃になったら、60.0gのRF−エポキシド−N(113.9ミリモル)を加えたたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。
H3(a)2.0/1.0RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-80)
10.43gの出発物質H3(9.00ミリモル)を40gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に0.83gのエピクロロヒドリン(9.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3(b)2.0/2.85RF−DETA−Nクロロヒドリン(X-32216-72)
10gの出発物質H3(9.00ミリモル)を40gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.28gのエピクロロヒドリン(24.6ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3(c)2.0/3.1RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32650-20)
10.43gの出発物質H3(9.00ミリモル)を40gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで2.48gのエピクロロヒドリン(27.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3(d)2.0/3.25RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-68)
10gの出発物質H3(8.64ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.6gのエピクロロヒドリン(28.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3(e)2.0/3.4RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32650-18)
5.75gの出発物質H3(5.00ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に1.56gのエピクロロヒドリン(17.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3(f)2.0/3.75RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-64)
10gの出発物質H3(9.00ミリモル)を45.5gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に3.00gのエピクロロヒドリン(32.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3(g)2.0/5.0RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-58)
10gの出発物質H3(9.00ミリモル)を35gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に4.00gのエピクロロヒドリン(43.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H3(h)2.0/6.32RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-75)
10gの出発物質H3(9.00ミリモル)を40gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に5.09gのエピクロロヒドリン(55.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H4)2.25RF−DETA−N(X-32216-53)
40.0gのRF−エポキシド−N(80.0ミリモル)を3.48gのDETA(30.0ミリモル)に加えたたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。
H4(a)2.25/1.0RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-79)
9.54gの出発物質H4(7.4ミリモル)を40.11gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで0.68gのエピクロロヒドリン(7.4ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H4(b)2.25/3.25RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-67)
10gの出発物質H4(8.00ミリモル)を40gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.33gのエピクロロヒドリン(25ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H4(c)2.25/3.75RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32651-12)
10gの出発物質H4(8.00ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.69gのエピクロロヒドリン(29ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H4(d)2.25/5.0RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-57)
10gの出発物質H4(8.00ミリモル)を30gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に3.59gのエピクロロヒドリン(39ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H4(e)2.25/7.93RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-63)
10gの出発物質H4(8.00ミリモル)を40gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に5.69gのエピクロロヒドリン(61.5ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H5)2.50RF−DETA−N(X-32216-63)
50.0gのRF−エポキシド−N(90.0ミリモル)を3.92gのDETA(40.0ミリモル)に加えたたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。
H5(a)2.5/1.0RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-78)
10.3gの出発物質H5(7.00ミリモル)を50.8gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に0.67gのエピクロロヒドリン(7ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H5(b)2.5/3.25RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-66)
10gの出発物質H5(7.00ミリモル)を40.0gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.12gのエピクロロヒドリン(23.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H5(c)2.5/3.75RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-62)
10gの出発物質H5(7.00ミリモル)を40.0gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に2.44gのエピクロロヒドリン(26.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
H5(d)2.5/6.16RF−DETA−Nクロロヒドリン(X32216-74)
10gの出発物質H5(7.00ミリモル)を40.0gの蒸留水に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に4.01gのエピクロロヒドリン(43.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をH1(a)の方法と同様の方法で行った。
I)RF−DETA−TELA物質
I1)1.5RF−DETA−TELA(X-32520-48)
75.0gのRF−エポキシド(157.0ミリモル)を10.8gのDETA(105.0ミリモル)に加えたことを除いて、反応をE1の方法と同様の方法で行った。
I1(a)1.5/1.5RF−HACH X-32520-49
10gのI1(12.0ミリモル)および20gのイソプロピルアルコールを、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I1)を分散/溶解させるために激しく混合しながら、Temp-o-Trol温度制御器を持つ加熱マントルを用いて50℃まで加熱した。物質が均一にいったん分散されたら、次に1.7gのエピクロロヒドリン(18.4ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、そして停止させた。
I1(b)1.5/2.5RF−HACH X-32520-81-1
13.38gの(I1)(16.4ミリモル)および27.83gの水(38.2%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I1)を分散させるために激しく混合しながら、浸漬ヒーターを供えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら、反応を50℃まで冷却し、次いで3.79gのエピクロロヒドリン(41ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げ、そして0.5時間保持し、停止させた。
I1(c)1.5/5.0RF−HACH X-32520-79-1
100gの(I1)(122.3ミリモル)および203.6gの水(43.5%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた1000mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I1)を分散させるために激しく混合しながら、浸漬ヒーターを供えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら、反応混合物を50℃まで冷却し、次いで56.59gのエピクロロヒドリン(612ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げ、そして0.75時間保持し、停止させた。
I2)2.0RF−DETA−TELA X-32336-52-1
5.42gのDETA(55.0ミリモル)を反応容器に加え、そして温度がいったん70℃になったら、50gのRF−エポキシド(110.0ミリモル)を反応に加えたことを除いて、反応をI1の方法と同様の方法で行った。
I2(b)2.0/0.5RF−AA/DETA X-32336-56-1
10gのI2(9.5ミリモル)および20gのイソプロピルアルコールを反応容器に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に0.44gのエピクロロヒドリン(5.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をI1(a)の方法と同様の方法で行った。
I2(c)2.0−0.75RF−AA/DETA X-32336-54-1
0.66gのエピクロロヒドリン(7.13ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をI1(a)の方法と同様の方法で行った。
I2(d)2/0.91RF−AA/DETA X-32520-2
0.80gのエピクロロヒドリン(8.6ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をI1(a)の方法と同様の方法で行った。
I2(e)2/1.37RF−AA/DETA X-32520-1
1.2gのエピクロロヒドリン(12.96ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をI1(a)の方法と同様の方法で行った。
I2(f)2.0/1.5RF−HACH HYPERLINK "mailto:1@50" 1@50 HYPERLINK "mailto:2@80" 2@80 X-32520-49
10.61gのI2(10.0ミリモル)および20gの水(37.5%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I2)を分散させるために激しく混合しながら、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら、反応混合物を50℃まで冷却し、次いで1.40gのエピクロロヒドリン(15ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げ、そして1.5時間保持した。そのpHを9.0に調整し、そして反応をさらに0.5時間保持し、次いで停止させた。
I2(g)2/1.5RF−HACH HYPERLINK "mailto:1@50" 1@50 HYPERLINK "mailto:1@80" 1@80 X-32520-41
9.95gの(I2)(10.0ミリモル)および20gの水(36%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I2)を分散させるために激しく混合しながら、浸漬ヒーターを供えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら、反応を50℃まで冷却し、次いで1.31gのエピクロロヒドリン(15ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げ、pHを9.0に調整し、そして反応をさらに1時間保持し、次いで停止させた。
I2(h)2/1.5RF−AA/DETA HYPERLINK "mailto:1@50" 1@50 X-32520-40
10.12gの(I2)(9.6ミリモル)および20gのイソプロピルアルコールを、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I1)を分散/溶解させるために激しく混合しながら、Temp-o-Trol温度制御器を持つ加熱マントルを用いて50℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら、次に1.39gのエピクロロヒドリン(15.0ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、そして停止させた。
I2(i)2/2.28RF−AA/DETAクロロヒドリン X-32520-7
2.0gのエピクロロヒドリン(22.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をI1(a)の方法と同様の方法で行った。
I2(j)2.0/5.0RF−HACH X-32520-72
13.38gのI1(12.7ミリモル)および27.83gの水(38.2%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I1)を分散させるために激しく混合しながら、浸漬ヒーターを供えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら、反応を50℃まで冷却し、次いで3.79gのエピクロロヒドリン(41ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げ、そして0.5時間保持し、そして停止させた。
13)2.5RF−DETA-TELA(X-32520-47)
6.52gのDETA(63.0ミリモル)を反応容器に加え、そして温度がいったん80℃になったら75gのRF−エポキシド(158.0ミリモル)を反応に加えたことを除いて、反応をI1の方法と同様の方法で行った。
I3(a)2.5/1.5RF−HACH X-32520-50
I3を出発物質として用い、そして1.073gのエピクロロヒドリン(12.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて反応をI1(a)の方法と同様の方法で行った。
I3(b)2.5/1.5RF−HACH X-32520-54-1
10.1gの(I3)(7.8ミリモル)および20.24gの水(36.84%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I3)を分散させるために激しく混合しながら、浸漬ヒーターを供えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら反応を50℃まで冷却し、次いで1.084gのエピクロロヒドリン(11.7ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、そして停止させた。
I3(c)2.5/1.5RF−HACH X-32520-55-1
10.02gの(I3)(7.75ミリモル)および20.29gの水を加え、そして物質がいったん均一に分散されたら反応を50℃まで冷却し、次いで1.084gのエピクロロヒドリン(11.7ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をI2(g)の方法と同様の方法で行った。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃に上げ、pHを9.0に調整し、そして反応をさらに0.5時間保持し、次いで停止させた。
I3(d)2.5/3.0RF−HACH X-32520-57-1
10.02gの(I3)(7.8ミリモル)および21.01gの水を加え、そして物質がいったん50℃で均一に分散されたら、次いで2.16gのエピクロロヒドリン(23.3ミリモル)を加えたことを除いて、反応をI2(g)の方法と同様の方法で行った。
I3(e)2.5/3.0RF−HACH X-32520-56-1
2.17gのエピクロロヒドリン(23.4ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をI3(b)の方法と同様の方法で行った。
I3(f)2.5/3.0RF−HACH X-32520-58-2
22.91gのI3(17.7ミリモル)および40gのIPAを加えたことを除いて、反応をI2(h)の方法と同様の方法で行った。物質がいったん50℃で分散したら、4.92gのエピクロロヒドリン(53.1ミリモル)を反応容器に加えた。
I3(g)2.5/3.0RF−HACH(条件1/0.5) X-32520-63
10.24gの(I3)(7.9ミリモル)および21.98gの水(36.5%固形分まで希釈するため)を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。この反応容器を、(I3)を分散させるために激しく混合しながら、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら反応混合物を50℃まで冷却し、次いで2.19gのエピクロロヒドリン(23.7ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃に上げ、そして反応を0.5時間保持し、そして停止させた。
I3(h)2.5/3.0RF−HACH(1@50℃/2@80℃) X-32520-64
反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げ、そして2.0時間保持し、そして停止させたことを除いて、反応をI3(g)の方法と同様の方法で行った。
I3(i)2.5/5.0RF−HACH(1時間@50℃) X-32520-65-1
10.18gの(I3)(7.87ミリモル)および20.57gの水をに加え、そして物質がいったん50℃で均一に分散されたら、次いで3.64gのエピクロロヒドリン(39.35ミリモル)を加えたことを除いて、反応を13(g)の方法と同様の方法で行った。この反応を50℃で1時間保持し、そして停止させた。
I3(j)2.5/5.0RF−HACH(1時間@50℃、0.5時間@80℃) X-32520-66
10.22gの(I3)(7.9ミリモル)および20.57gの水をに加え、そして物質がいったん50℃で均一に分散されたら、次いで3.66gのエピクロロヒドリン(39.5ミリモル)を加えたことを除いて、反応を13(g)の方法と同様の方法で行った。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げて0.5時間保持し、そして停止させた。
I3(k)2.5/5.0RF−HACH(1時間@50℃、2.0時間@80℃) X-32520-67
10gの(I3)(7.73ミリモル)および20.65gの水をに加え、そして物質がいったん50℃で均一に分散されたら、次いで3.58gのエピクロロヒドリン(38.65ミリモル)を加えたことを除いて、反応を13(g)の方法と同様の方法で行った。この反応を50℃で1時間保持し、その点で温度を80℃まで上げて2時間保持し、そして停止させた。
J)RF−DETA−TELA−L
J1)2.0RF−AA−L/DETA X-32369-25
5.42gのDETA(52.5ミリモル)を反応容器に加え、そして温度がいったん70℃になったら50gのRF−エポキシド−L(100ミリモル)を反応に加えたことを除いて、反応をI1の方法と同様の方法で行った。
J1(a)2.0/0.5RF−AA−L/DETA X-32520-17
10gのJ1(10.0ミリモル)および20gのイソプロピルアルコールを反応容器に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで0.44gのエピクロロヒドリン(5.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をI1(a)の方法と同様の方法で行った。
J1(b)2/0.91RF−AA−L/DETA X-32520-4
0.83gのエピクロロヒドリン(9.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をJ1(a)の方法と同様の方法で行った。
J1(c)2/1.36RF−AA−L/DETA X-32520-3
1.24gのエピクロロヒドリン(13.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をJ1(a)の方法と同様の方法で行った。
K)RF−DETA−Zonyl TE(X-32214-41)
1)2.0Zonyl TE/DETA X32520-11
5.42gのDETA(50.0ミリモル)を反応容器に加え、そして温度がいったん80℃になったら50gのZonyl TE(110ミリモル)を反応に加えたことを除いて、反応をJ1の方法と同様の方法で行った。この反応を2時間保持し、そして停止させた。
K1(a)2.0/0.25Zonyl TE/DETA X32520-22
10gのK1(9.5ミリモル)および20gのイソプロピルアルコールを反応容器に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで0.22gのエピクロロヒドリン(2.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をJ1(a)の方法と同様の方法で行った。
K1(b)2.0/0.5Zonyl TE/DETA X32520-15
0.44gのエピクロロヒドリン(5.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をK1(a)の方法と同様の方法で行った。
K1(c)2.0/0.75Zonyl TE/DETA X32214-61
27.7gのK1(26.0ミリモル)および25gのクロロホルムを反応容器に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで1.821gのエピクロロヒドリン(20.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をJ1(a)の方法と同様の方法で行った。
K1(d)2.0/0.75Zonyl TE/DETA X32520-21
0.66gのエピクロロヒドリン(7.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をK1(a)の方法と同様の方法で行った。
K1(e)2.0/0.91Zonyl TE/DETA X32520-13
0.80gのエピクロロヒドリン(9.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をK1(a)の方法と同様の方法で行った。
K1(g)2.0/1.0Zonyl TE/DETA X32214-49
22.25gのK1(21.0ミリモル)および90gの50:50クロロホルム/イソプロピルアルコールを反応容器に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで1.95gのエピクロロヒドリン(21.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をJ1(a)の方法と同様の方法で行った。
K1(h)2.0/1.37Zonyl TE/DETA X32520-14
1.20gのエピクロロヒドリン(13.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をK1(a)の方法と同様の方法で行った。
K1(j)2.0/7.0Zonyl TE/DETA X32214-51
8.43gのエピクロロヒドリン(91.0ミリモル)を13.74gのK1(13ミリモル)に加えたことを除いて、反応をK1(c)の方法と同様の方法で行った。
K1(k)2.0/7.0Zonyl TE/DETA X32214-29
7.13gのエピクロロヒドリン(7.7ミリモル)を12.0gのK1(11ミリモル)に加えたことを除いて、反応をK1(a)の方法と同様の方法で行った。
M)Zonyl TE/DETA物質(X32214-56)
頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に5.0gのTETA(34.0ミリモル)を加えた。この反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて50℃まで加熱した。上記容器およびTETAがいったん50℃になったら、32.37gのZonyl TE(68ミリモル)を一定滴下漏斗経由で10時間にわたって加えた。添加がいったん完了したら反応を5時間保持し、そして停止させた。100%転化率が観察された。
M1(a)2/1 Zonyl TE/TETA X32214-65
9gのM1(8.0ミリモル)および20gのクロロホルムを反応容器に加えたことを除いて、反応をE1(a)の方法と同様の方法で行った。物質がいったん均一に分散されたら、次いで0.74gのエピクロロヒドリン(8.0ミリモル)を加えた。反応を50℃で5時間保持した。
M1(b)2/2 Zonyl TE/TETA X32214-64
18gのM1(16ミリモル)および20gのクロロホルムを反応容器に加えたことを除いて、反応をM1(a)の方法と同様の方法で行った。物質がいったん均一に分散されたら、次いで2.96gのエピクロロヒドリン(32.0ミリモル)を加えた。反応を50℃で5時間保持した。
M1(c)2/7 Zonyl TE/TETA X32214-66
9gのM1(8ミリモル)および20gのクロロホルムを反応容器に加えたことを除いて、反応をM1(a)の方法と同様の方法で行った。物質がいったん均一に分散されたら、次いで5.31gのエピクロロヒドリン(57.0ミリモル)を加えた。反応を50℃で5時間保持した。
Q)RF−AGE
Q1)2.0RF−AGE/DETA. X32336-58
2.0/0.62RF−AGE/DETA X32336-69-1
10gのQ1(1ミリモル)および20gのイソプロピルアルコールを反応容器に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次に0.41gのエピクロロヒドリン(4.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をJ1(a)の方法と同様の方法で行った。
2.0/0.75RF−AGE/DETA X32336-60
40gのイソプロピルアルコールを反応容器に加え、そして物質がいったん均一に分散されたら、次いで0.497gvのエピクロロヒドリン(5.0ミリモル)加えたことを除いて、反応をQ1(a)の方法と同様の方法で行った。
2.0/1.22RF−AGE/DETA X32336-67-1
次いで0.81gのエピクロロヒドリン(9.0ミリモル)を加えたことを除いて、反応をQ1(a)の方法と同様の方法で行った。
S)RF−PEI
S1)4.7RF−PEI-L423 X32650-86
頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に6.83gのPEI-L423(16.1ミリモル)を加えた。この反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。上記容器およびPEI-L423が80℃になったら、40gのRF−エポキシド−N(75.9ミリモル)を一定滴下漏斗経由で、どんな発熱も制御するのに十分な速度で加えた(5−30分)。添加がいったん完了したら、反応を1時間保持した。滴下漏斗はエポキシドを液化するために〜70℃まで加熱されなければならない。
S1a)4.7/5.96RF−PEI L423 HACH-N X32650-88
10gのS1(34.48ミリモル)および30gの水を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。激しく混合しながら、この反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら温度を50℃まで下げた。温度がいったん50℃で安定したら、1.9gのエピクロロヒドリン(20.55ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、次いで温度を80℃まで上げ、そして1時間保持した。1時間後、反応を停止させ、そして反応混合物を15%固形分まで希釈した。
S1b)4.7/4.75RF−PEI L423 HACH-N
10gのS1(34.48ミリモル)および30gの水を、頭頂攪拌機、凝縮器および熱電対を備えた100mLの反応容器に加えた。激しく混合しながら、この反応容器を、浸漬ヒーターを備えた油浴を用いて80℃まで加熱した。物質がいったん均一に分散されたら温度を50℃まで下げた。温度が50℃で安定したら、1.52gのエピクロロヒドリン(16.38ミリモル)を反応容器に加えた。この反応を50℃で1時間保持し、次いで温度を80℃まで上げ、そして1時間保持した。1時間後、反応を停止させ、そして反応混合物を15%固形分まで希釈した。
S2)5.5RF−PEI-L423 X-32650-87
次いで5.84gのPEI-L423(13.8ミリモル)を加え、そして反応を1時間保持したことを除いて、反応をS1の方法と同様の方法で行った。
S2a)5.5/10.22RF−PEI L423 HACH-N X32650-76
10.16gのS2(3.058ミリモル)および30.42gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、2.88gのエピクロロヒドリン(31.00ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
S2b)5.5/5.96RF−PEI L423 HACH-N X32650-77
10gのS2(3.05ミリモル)および30gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、1.66gのエピクロロヒドリン(17.94ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
S2c)5.5/7.07RF−PEI L423 HACH-N X32650-78
10gのS2(3.05ミリモル)および31.1gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、1.97gのエピクロロヒドリン(21.30ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
S2d)5.5/5.96RF−PEI L423 HACH-N X32650-77
10.16gのS2(3.05ミリモル)および30.42gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、2.88gのエピクロロヒドリン(31.00ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
S2e)5.5/4.75RF−PEI L423 HACH-N X32650-87
10gのS2(3.01ミリモル)および30gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、1.32gのエピクロロヒドリン(14.3ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
S3)7.46RF−PEI-L423 X-32650-87
次いで4.3gのPEI-L423(10.17ミリモル)を加え、そして反応を1時間保持したことを除いて、反応をS1の方法と同様の方法で行った。
S3a)7.46/8.08RF−PEI L423 HACH-N X32650-80
10gのS3(2.3ミリモル)および30gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、1.72gのエピクロロヒドリン(18.5ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
S3b)7.46/9.59RF−PEI L423 HACH-N X32650-81
10gのS3(2.3ミリモル)および30gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、2.04gのエピクロロヒドリン(22.0ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
S3c)7.46/13.87RF−PEI L423 HACH-N X32650-82
10gのS3(2.3ミリモル)および30gの水を加え、そして温度がいったん50℃で安定したら、2.95gのエピクロロヒドリン(31.8ミリモル)を反応容器に加えたことを除いて、反応をS1aの方法と同様の方法で行った。
T1a)表XV(A)のための一般的合成手順
トリエチレンテトラアミン(TETA)を、頭頂攪拌機、環流凝縮器および窒素入口管を備えた1リットルの窒素ブランケット付き重合釜に加え、そして80℃、130℃または147℃まで加熱する。アミン原子のTETA モル当量に基づいて0.4375〜1.0モル当量の選択フッ素化エポキシドを上記重合釜に50分の期間にわたって加え、その間混合物を攪拌する。反応の温度を油または水循環浴を利用して制御する。エポキシドの添加が完了した後、反応を指定された温度で2時間保持する。次に、混合しながら十分に熱い水を反応混合物の表面下に加え、その結果として30%固形分の分散液を得る。この分散液を(均質な分散液が得られるまで)80〜95℃まで5〜15分間加熱する。次に、その分散液を50℃まで冷却し、そしてTETAアミン原子当たり0.5625モル当量のエピクロロヒドリンを反応混合物の表面下に30分の期間にわたって加える。エピの添加が完了した後、その混合物を120分の期間混合する。この120分の終わりに、混合物の温度を80℃まで上げ、そして120分間保持する。次いで、(混合しながら)十分に熱い希釈水を上記混合物の表面下に加えて17.5%固形分の分散液をもたらす。
色々なアゼチジニウム含有量を持つフルオロアルキル−ヒドロキシ−アミン−アゼチジニウム重合体の製造、表17の実施例
U1a)
2.25モル当量のエピクロロヒドリンを実施例E2(b2)に記載されるフッ素化エポキシド/TETA反応生成物と実施例E2(b2)と同じ様式で反応させた。その結果得られた生成物の炭素NMRは、70−75ppm間に生ずるピークによって証明される3−ヒドロキシ−アゼチジニウム官能価の存在を明らかに示した。
U2a)
得られた上記生成物の一部分のpHを水酸化ナトリウムで11まで上げ、そして40℃で一晩攪拌した。炭素NMRは、3−ヒドロキシ−アゼチジニウム官能価が最早存在しないことを証明する70−75ppm間のピークが消えたことを示した。SEC分析は、塩基が重合体の架橋結合に影響を与えなかったことを証明する分子量が一定のままであったことを示した。
U3a)
2.25モル当量のエピクロロヒドリンを、実施例Xに記載されるフッ素化TETA物質と反応させたが、その反応は22℃および5パーセント水中濃度で10日の期間にわたって行われた。炭素NMRは、3−ヒドロキシ−アゼチジニウム官能価は生成されなかったことを証明する70−75ppm間のピークの不存在を示した。同アゼチジニウム官能価のGC分析は、エピクロロヒドリンがフッ素化アミンによって消費されていたことを証明した。
表II・フルオロアルキル−ヒドロキシ−ポリアミン−3−ヒドロキシアゼチジニウム重合体の製造の特定実施例
表IIは、この発明を試験し、開発するために作られた色々な組成物を挙げるものである。この表の記載項目は上記で説明された合成実施例と同じ名称の概要で示される。SSで表示されるものは、正確な合成説明は上記の合成実施例にはなく、物質はモル比または他の反応条件に小さい変更を加えて造られたことを意味する。記載されていないならば、文字参照は構造IIIをそれに戻って参照する。その欄の見出しは次のとおりである:
実施例:この表示は合成実施例で説明される実施例を指す。
F当量:これは単量体またはポリアミン単位1つ当たりのRF基のモル数を示す。これはまたJ基の数でもある。単量体単位1つ当たりのRF基のモル数はまた“r”とも表示される。
エピ当量:これはポリアミンに比較してのモル数を示す。
n:アミン窒素間のCH2基の数。
m:構造I中の繰返アミン基の数;アミンの総数はm+1である。
Fタイプ:フルオロケミカル基のタイプ。好ましい反応式では、それはフッ素化エポキシド上のRF置換基である。
A:構造IIIのJにおける基。
p:構造IIIのJにおけるA基の数。
r/N:ポリアミン中におけるr基対窒素原子の総数の比。
エピ/N:エピ基対窒素総数の比。
ペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリンまたは有機スルホネート重合体組成物および他の油−水サイジング剤で処理された紙および編織布の試験
表VIIとして以下に記載される試験を除いては、紙は全て表面適用法(外部サイジング)を用いて処理された。シートを製造するために、外に記載されなければ、標準の条件が用いられた。工業的なパイロット抄紙機で製造された紙のロールからカットされた紙のシート(前表面処理なし)が、外に明記されない限り、全ての試験に用いられた。紙ストリップは添加剤を有する溶液を通過せしめられた。溶液温度は約60℃である。次に、紙を、直ちに、回転ドラム型ドライヤーのフェルトとステンレス鋼との間で104℃において50秒間乾燥する。紙試料には2重量パーセントのエチル化澱粉(Penford 270)を、油/脂−サイジング剤を含有する同じ水性希釈液から共同適用した。紙上の化学添加剤の量は、紙ストリップによってピックアップされた水性溶液/エマルジョン/分散液の重量に基づいて普通に計算された。紙上の化学添加剤の重量は、紙を燃やし、その燃焼生成物をイオンクロマトグラフィーで分析することによって紙中に含まれるフッ素の重量パーセントを求めることにより周期的に確認された。紙の油−および水−サイジング性は既述の試験法を用いて測定された。
以下に記載される実施例の全てにおいて、A(構造IIIを参照されたい)はCH2およびRFスペーサー基であり、また外に指摘されなければ-CH2CH(OH)CH2-である。外に明記されない限り、エピハロヒドリン対フルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンの反応の条件は、50℃で〜2時間、続いて80℃で〜2時間の2工程反応である。
全ての水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は、結合したフルオロケミカルおよびスペーサー基、ポリアミンおよびセルロース反応性成分のモル比を記載することによって既述することができる。これは、各成分が1.0−対−1.0−対−1.0モル比にあるならば、1.0/1.0/1.0と表される。簡単にするために、ポリアミンのモル数は1.0のモル比の値とされる。ポリアミン当たりのモル数は、窒素少なくとも3個/ポリアミンである。例えば、ジエチレントリアミンは窒素原子3個/モル・ポリアミンを有し、またテトラエチレントリアミンは窒素原子4個/モル・ポリアミンを有する。
被試験紙の各々について、サイジング剤を合成する方法が挙げられ、それは前記の合成実施例を参照する。合成実施例の組成物はまた表IIに記載されている。合成実施例が上記で明示的に記載されていない場合、類似の合成実施例が参考として与えられる。試験されるサイジング剤は、その類似合成実施例により記載組成物を得るようにモル比を調整することによって製造することができた。この類似合成実験は、当該実施例番号、続いて類似合成実施例が用いられていることを示す“ss”と記載される。
行われた大部分の試験において、比較試験は澱粉のみ、または商業的に入手できる油−サイジング剤化合物を用いて行われた。試験された化合物は3M社のScotchban(登録商標)FC845、およびCiba社のLodyne(登録商標)PS14および/またはP208Eであった。表において、これらは本発明に対する比較としては明示的に標識されていないが、それらは比較例であることが意図される。
紙および編織布の性能を評価するために使用された試験は、1.キット試験、2.沸騰ボート試験、3.熱油試験(オレイン酸フロート)、4.RP2試験、5.成形板紙油サイズ試験、6.ハーキュレスサイズ試験、7.成形板紙水サイジング試験、および8.汚れ放出試験であった。
試験された種々の紙
水分散性・油/脂−サイジングおよび水サイジング剤を試験するために広範囲の紙が用いられた。ベースシートの特性表示は表IIに記載されている。対照として、澱粉のみで処理された紙が、熱油/脂試験2:ペットフード、および熱油/脂試験1:オレイン酸ボート、およびキット試験を用いて試験された。水性サイジングがハーキュレスサイズ試験を用いて試験された。澱粉処理だけによる油−および水サイジングのために処理された紙は、事実上油/脂−または水サイジングを持たないことに注目されたい。
水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は、異なる紙製造条件から誘導される紙のタイプを種々選択して試験された。パイロット抄紙機で製造された標準の紙は、100ppm硬度水(CaCl2);50ppmアルカリ度(NaHCO3);7.2の抄紙pHおよび充填剤なしを利用した。サイジング剤の試験は熱油−試験2およびキット試験による。各場合において、1種類だけのサイジング剤が用いられた。重合体処方はフルオロケミカル源としてTELA-Nを、そしてポリアミンとしてTETAを用い、またRf/アミン/エピモル比は1.75/1.0/2.25であった。重合体サイジング剤は合成実施例E2bに記載された方法で製造された。各々の紙のタイプにおいてScotchban(登録商標)FC845も比較例として用いられた。「澱粉のみ」という記載項目は添加油/脂−または水−サイジング剤なしで試験している紙の結果を示す。表IV中における各紙タイプの後の括弧()中における事項は、上記の標準条件とは異なる紙製造条件における変更を指す。
これらの試験は、水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤で処理された色々な紙が、極めて改善された油/脂サイジングを有することを証明している。本発明のサイジング剤は、無機充填剤、明ばん、水の硬度、アルカリ度、pHおよび有孔度の変化に基づいている広範囲の紙の種類を容認する。
異なるサイズプレスおよび乾燥条件による処理紙の製造
本発明の水分散性・油/紙−サイジングおよび水−サイジング剤は、広範囲のサイズプレス製紙条件にわたって有効である。本発明の4つの異なる合成処方物が用いられたが、これらは表Vに示されている。各場合において、使用されたポリアミンはDETAであった。1.85/1.0/3.4のサイジング剤は、合成実施例H2cに記載された方法によって製造された。1.75/1.0/3.25サイジング剤は、合成実施例H1eに記載された方法によって製造された。2.0/1.0/5.0サイジング剤は、合成実施例I2jに記載された方法によって製造された。2.0/1.0/3.25サイジング剤は、合成実施例H3dに記載された方法によって製造された。ポリビニルアルコールはPVAと略記される。PVA amdはAir Products社からAirbol (R) 203として得られた; Air Products and Chemicals, Inc., PA州18195、Allentown。使用されたカチオン性澱粉はCargil Charge+39であった;Cargill社、IA州52406、Cedar Rapids。
本発明の水分散性・油/紙−サイジングおよび水−サイジング剤は、色々な溶液温度、溶液硬度、溶液アルカリ度、溶液pH、紙の乾燥温度および時間、並びにキャリヤー(澱粉タイプおよびPVA)を含めて多様なサイズプレス製紙条件の下で効果的に使用することができる。上記サイジング剤はより高い添加レベルにおいてより有効である。Lodyne(登録商標)P208Eと比較すると、この発明の油/脂−および水−サイジング剤は、2%PVA(エチル化澱粉なし)で250ppm硬度において試験されるとき、より良好な熱油−サイジングを与える。これらの比較は、熱油−試験2、%汚れを測定するペットフード試験およびキット試験に基づく。熱油−試験1、即ちオレイン酸ボート試験を用いると、この発明のサイジング剤はScotchban(登録商標)処理紙より性能が優れている。熱油ー試験1では、100%汚れを観察する秒数での時間が報告される。
この発明のサイジング剤は色々な添加率で有効である。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤の有効性は、熱油−試験2:ペットフードおよびキット試験によって測定するとき、より高い添加率により増加する。サイジング剤物質は1.75/1/2.25比を有するもので、合成実施例E2bに類似した方法によって製造された。
0.15%サイズ/乾燥繊維(重量/重量)が良好な結果を生む。0.20%超でサイジングはさらに効果的である。0.2%超では、熱油−試験はより多くの油/脂−および水−サイジング剤を有する紙で差が生じない;試験結果が、その試験が測定できる限り全て良好であるからである。キット試験の場合、改善は添加されるサイジング剤の量に比例する。
本発明のサイジング剤はパルプに内部添加することができる。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は、それを抄紙機に内部添加することにより使用することができる。表VIIに示される試験で使用された本発明の重合体は、1.75/1.0/2.25のRf/アミン/エピモル比を有していた。TELA Nはフルオロカーボン源であり、TETAはポリアミン源であり、そしてその合成は合成実施例E2bに記載されている。2.00/1.0/0.75化合物は、フルオロカーボン源としてTELAを、ポリアミン源としてDETAを有していたが、その合成は合成実施例I2cに記載されている。
内部添加法:フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミン−3−ヒドロキシアゼチジニウム重合体を含めて化学添加剤は、坪量65g/m2の紙がパイロット長網抄紙機を用いて作られている間に完成紙料に加えられた。完成紙料のタイプ、化学添加剤および添加点が以下で説明される各実施例に記載される。化学添加剤は全て完成紙料の乾燥重量の重量パーセントとして表される。紙のサイジング性は説明された試験方法を用いて測定された。
本発明のサイジング剤はそれを内部添加するとき有効である。
本発明のサイジング剤は高い油温度および高い水温度において十分に機能する;紙中へのサイジング剤の配合。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤の性能は、熱油−および熱水、並びに周囲水(ambient water)サイジング試験を用いて測定された。70℃および75℃において異なる油サイジング試験が行われた。水サイジングには99℃における沸騰ボート試験が用いられた。
サイジング剤の配合は、その紙について、紙試料の燃焼生成物中に検出されるフッ素の量を測定することによって測定された。測定技術はイオンクロマトグラフィーであった。
1.75/1.0/2.25化合物は、フルオロカーボン源としてTELA Nを、ポリアミン源としてTETAを有していたが、その合成は合成実施例E2bに記載されている。
ペットフードおよびオレイン酸をそれぞれ用いる熱油−試験2および熱油−試験1の両試験について、本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤の性能は非常に良好であった。表VIIIに報告された研究は、処理済み紙の最終用途性能要件をマッチさせる必要を強める。熱油−試験1に基づくと、Lodyne(登録商標)P208Eおよび本発明のサイジング剤は同様に挙動するが、しかし熱油−試験2の条件下では本発明によって述べられるサイジング剤が優れている。Scotchban(登録商標)FC845処理紙は両油サイジング試験で性能が不十分である。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は、それぞれ熱油試験2および試験1で70℃および75℃における卓越した油サイジングを証明した。このサイジング剤は、また、沸騰−ボート試験およびハーキュレスサイジング試験でそれぞれ測定して卓越した熱水および周囲水サイジングも有していた。Lodyne(登録商標)P208Eはハーキュレスサイズ試験および沸騰−ボート試験の両者に不合格であったが、一方Scotchban(登録商標)FC845はハーキュレスサイズ試験に基づく水サイジングを多少持っていたが、沸騰−ボート試験には合格しなかった。従って、容易に入手できる商業的な油/脂−サイズ剤とは対照的に、この発明のサイジング剤は、特に熱油および熱水条件が試験されるときに油/脂および水の両サイジングが可能である。この発明のサイジング剤は卓越した性能の幅を有する。
本発明サイジング剤のそのフルオリド含有量によって測定される配合はScotchban(登録商標)FC845の配合と類似し、またLodyne(登録商標)208Eよりは低いが、これは本発明サイジング剤の性能が重量%フルオリド基準で比較するときLodyne(登録商標)P208Eに比較してさらに良好であることを示している。
処理済み紙の2つの異なる温度における油−サイジング試験
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤を60℃および70℃において試験した。1.75/1.0/2.25化合物は、フルオロカーボン源としてTELA Nを、ポリアミンとしてTETAを有していたが、その合成は合成実施例E2bに記載されている。このサイジング剤を商業的に入手できる油−サイズ剤と比較した。
より高い温度での試験は、より高い温度においてはより低い温度で達成される同じサイジングレベルを達成するのにより多くの油−サイジング官能性が必要とされることを示している。全ての試験で、本発明サイジング剤は商業的に入手できる製品よりも良好に機能する。本発明物質対商業的物質の効率の差は試験温度が増すとさらに大きくなる。
サイジング剤を折り目付き紙用途試験(creased paper application test)で試験する。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤を、熱油−、折り目付き紙タイプ用途、工業標準RP2試験において、およびキット試験によって試験する。サイジング剤の保持は、紙中に保持されるフッ素の量をイオンクロマトグラフィーで測定することによって試験される。1.75/1.0/2.25化合物は、フルオロカーボン源としてTELA Nを、ポリアミンとしてTETAを有していたが、その合成は合成実施例E2bに記載されている。本発明サイジング剤はフッ素49%(重量/重量)であった。商業製品のScotchban(登録商標)FC845はフッ素40%(重量/重量)であった。
この発明のサイジング剤は、特に商業製品のScotchban(登録商標)FC845と比較するとき、折り目付き紙試験で性能を十分に発揮する。フッ素の保持は、サイジング剤が紙上に保持されていることを示す。Scotchban(登録商標)FC845の紙上における保持は理論重量パーセントにほとんど等しいが、この発明のサイジング剤の紙上保持は理論値よりも若干低い。
本発明サイジング剤は異なるRf源およびスペーサー基から製造できる。
異なるフルオロカーボンおよびスペーサー基から誘導された水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤を試験した。この製造で使用されたフルオロカーボンは、比較的純粋な異性体組成物および混合物から誘導された。また、ポリアミンとフルオロアルキル−エポキシドとの反応の温度は、表XI・項目1および2の標準温度80℃の代わりに130℃である。項目XI−8では、スペーサー基はCH2CH2OCH2CH(OH)CH2であって、標準のCH2CH(OH)CH2ではない。1.75/1.0/2.25のモル比はこの組み全体を通じて維持され、そしてTETAが使用されたポリアミンであった。
これらの熱油−試験2:ペットフード試験結果に基づくと、本発明の性能はRfの長さが増すにつれて増大する。好ましい処方物は混合異性体フルオロカーボン、即ちTELA Nに基づく。異なるスペーサー基は性能に影響を及ぼさない。分枝異性体フルオロカーボンが十分な性能を与えた。
表XIのデータは、また、キット試験で測定される相対的性能は熱油サイジング性能には必ずしも対応しないことを証明するのにも役立つ。さらに、キット試験結果はサイジング剤がより多く加えられるときの改善を示す。
本発明のサイジング剤は、異なるRFおよびハロヒドリン対窒素のモル比を用いて製造できる。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は、広範囲の結合したRFとスペーサー基−対−ポリアミン比を有することができる。さらに、この発明のサイジング剤は、広範囲のエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネート対ポリアミン比を有することができる。結合Rfスペーサー基は普通CH2CH(OH)CH2であるが、表XII、パートFに記載される実施例ではCH2 CH(OH)CHOCH2CHICH2である。
この発明で説明される有効なサイジング剤にはセルロース反応性成分が必要である。サイジング剤前駆体、即ちフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンの試験を比較のために行ったが、これらは表XII、パートA2、B、C、D1、D2およびFに記載される。構造VIおよび類似体、フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンの本発明のサイジング剤への転化についての反応2を参照されたい。
表XIIからの実施例は、広範囲のフルオロカーボン源、ポリアミン、RFエポキシド/ポリアミン、RF/ポリアミンの比およびエピ/ポリアミンの比という反応条件が、高性能の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤をもたらし得ることを示している。より長いフルオロカーボンの炭素鎖長が、熱/油ボート試験に基づく熱油−試験に基づいて好ましい。熱油/脂−サイジングには、より多くのエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートが好ましい。熱油試験@ペットフードを用いることとは対照的に、最適のエピ対ポリアミン比が存在する。例えば、表XII、A2の合成実施例によれば、最適比はこの条件の組についてエピ1.95または2.05モル/モル・ポリアミンであると思われる。
水サイジングにはエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートの多い方が好ましい。
加えて、エピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートと反応しなかった中間体フルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンは、熱油−ボート試験およびハーキュレスサイズ試験の両者での性能が不十分である。これらは表XII、パートA2、B、C、D1、D2およびF中の実施例に示されている。セルロース反応性成分は、本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤の性能の必須部分である。キット試験に基づくと、セルロース反応性成分を有しない化合物、特にここに記載される実施例においてエピはキット試験性能を有するが、熱油性能も水−サイジング性能もほとんど有しない。セルロース反応性成分なしでは、これらのフルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンは、この発明のサイジング剤が提供する性能のバランスを欠くのであるのである。
エピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートの付加は、2工程法で行われるのが好ましい。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は、エピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネート類とフルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンとの反応中にある幅の反応条件を用いて製造することができる。エピハロヒドリンのフルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンに対する付加の標準反応条件は、50℃で〜2時間、続いて80℃で〜2時間という2工程付加条件である。この試験系列において、試験される鍵変数の1つは、この2工程、即ち2つの温度戦略がより良好な性能を持つサイジング剤をもたらすかどうかである。このサイジング剤の1つの鍵となる性質は、屈折率検出器またはUVフォトダイオードアレイ検出器を用いるSECにより、および光散乱検出器を用いるSECにより測定される分子量である。分子量の間接的な尺度である粘度も測定される。
パートC:化合物は、フルオロカーボン源用のTELA Nを、ポリアミンとしてTETAを有し、そして比は記載されるRf:ポリアミン:エピ比であり、またRFエポキシド/TETA反応の温度は80℃であった。
表XIIIに記載される結果は、(1)本発明はある範囲の反応時間および温度にわたって製造されるときに有効であることを示している。エピ反応が50℃で2時間、続いて80℃で2時間行われる2工程法は、エピ副生成物および硬化の所要時間を最小限に抑えるのに好ましい。
これらの結果は、本発明が、粘度の範囲およびSEC分子量(MW)測定値によって示されるように、広範囲のMWをもたらす製造条件にわたって有効であることを証明している。より低い温度において長い反応時間が満足できる結果を与える。熱油試験2による油サイジング性能は、初めにおよび貯蔵3週間後に試験された。
表XIIIに記載される結果は、一般に油−サイズ効率は本発明のサイジング剤が熟成するにつれてよくなることを証明している。それは約3週間で処理紙上でその最大効果に達する。製造3週間後の試験がこの顕著な改善を示している。80℃での1工程付加により製造された物質は、その製品が熟成する時の改善を示さなかった。
表XIII、パートBにおける最後の2つの記載項目が、同じおおよその組成と反応条件を有していたことに留意されたい。その条件は、明らかに、分子量には相違をもたらすが、キット試験性能にはほとんど相違をもたらさないほど十分に異なる。
バッチ条件ではポリアミンのRfに対する付加は不安定な生成物をもたらし、またバッチ条件ではエピ基とポリアミンとの反応に溶媒が必要とされる。
フルオロアルキル−ヒドロキシル−アミンの形成とそれに続くエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネート類との反応の反応条件は、貧弱なサイジング剤を生成させる可能性がある。貧弱な生成物を生成させた反応条件をバッチ条件下で試験した。試験された2つの戦略は、1)ポリアミンのフルオロケミカルに対する付加、および2)エピを溶媒なしでTETAに付加させることであった。
バッチ加工処理モードでは、不安定な最終生成物をもたらす反応戦略がある。TETAがフルオロカーボンエポキシドに付加されるときに明白な沈降物が生じ、そして不安定な生成物をもたらす。
バッチ加工処理条件下では、フルオロアルキル−ヒドロキシル−アミンとのエピハロヒドリン反応で溶媒が用いられなかったとき、その物質は完全に架橋され、その結果水に分散させることができない生成物が生ずると思われた。
fスペーサー基はある温度範囲にわたってポリアミンと反応することができる。
フッ素化エポキシドとポリアミンとの、ペルフルオロ(ヒドロキシル)アルキル,アルキルポリアミノハロヒドリンまたは有機スルホネート重合体組成物を造る反応は、ある温度範囲にわたって行うことができる。バッチ条件下では、好ましい順序はRfエポキシドのポリアミンに対する付加である。
フッ素化エポキシドとポリアミンとの80℃反応により造られたフルオロアルキル−ヒドロキシル−ポリアミンから製造された生成物が、この組の試験について最良の結果を生んだ。表XIIIに記載される実施例におけるように、バッチ加工処理する際の添加順序が重要である‐‐Rfエポキシドはポリアミンに添加されなければならない。
ポリアミンは窒素原子が3個から1000個またはそれ以上の数まで変わることができる。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤のポリアミン構成ブロックは、窒素原子3個〜窒素原子1000個の間で変わり得る。ポリアミン類の範囲を証明するために、TETAおよびポリアルキレンイミン類を用いてサイジング剤を製造した。使用したポリアルキレンイミンの特定の例は423の数平均分子量を有するもので、主として線状形態をしていた。これは、423個の−NHCH2CH2−単位が存在し、かつ分子量が〜18000ダルトンであることを意味している。ポリアルキレンイミン中の総アミンは、滴定、アミン含有量の分析証明書、または他の売り主証明書によって確認された。
また、広範囲のエピハロヒドリン対ポリアミンの比が、表XVIに示される実施例で証明されている。
表XVIに示される実施例は、本発明の油/紙−サイジングおよび水−サイジング剤の製造において使用することができるポリアミンの幅を証明している。
好ましいセルロース反応性および架橋用基は、3−ヒドロキシアゼチジニウムまたは他の高反応性の検出されない中間体である。
目的:アゼチジニウム官能価の存在は熱油サイジング性能を改善することを証明する。アゼチジニウム官能価を破壊すると予想される条件は、本発明の熱油サイジング性能に有害である。その特定の反応条件が表XVIIの欄1に示されている。
本発明のサイジング剤はまた紡織繊維をサイズするために使用することができる。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は、また、紡織布を処理して改善された汚れ放出性を付与するために使用することができる。
表XVIIIに示される実施例は、本発明のサイジング剤がセルロース系紡織布をサイズできることを証明している。
接触角は油/脂−サイジングの間接的な尺度である。
本発明の水分散性・油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤は商業的配合物より大きい接触角を示し、従って処理紙を油−サイジングする際に優れた性能を示す。
油サイジング性能は接触角が大きければ大きいほど良好である。
本発明のサイジング剤はこの試験で測定された最大接触角を有する。

Claims (21)

  1. 各反復単量体単位中に少なくとも3個の窒素原子を持つポリアミンから成る繰返単位を含む、セルロース材料用の水分散性の油/脂−サイジングおよび水−サイジング剤であって、サイズ排除クロマトグラフィーによりポリ(メチルメタクリレート)標準に対して測定して10,000〜35,000,000ダルトンのサイジング剤の重量平均分子量を有し、そして構造III:
    を有する高分子を含む上記サイジング剤;但し、上記の式において、
    8、R9、R10、R11、R12=J、H、-(CH2)1-6H、-(CH2CH2O)1-10H、-CH2CH(OH)CH3、-CH(CH3)CH2OH、-CH2CH(OH)CH2Cl、
    -CH2CH(OH)CH2OH、-CH2CO2 -M+(M=1または2族金属)、-(CH2)1-6NH2,1,0(R8)0,1,2であり、ここでR8、R10、R11またはR12の内の任意の2つは同じ炭素鎖であることができ、
    7=H、-CH2CH(OH)CH2であって、それは構造IIIの異なる高分子上におけるKまたはLまたはMの窒素に架橋されていることができ、ここでR8、R9、R10、R11、R12の内の少なくとも1つはJによって示されるフルオロケミカルでなければならず、そしてJは
    から選ばれ、式中、
    A=-(CH2)1-9-、-CH2CHI(CH2)1-9BCH2-、-CH=CH(CH2)1-9BCH2-、-(CH2)1-11BCH2-、-(CH2)1-2B(CH2)1-10BCH2-であり、ここでB=O、CO2、CO2[(CH2)1-2O]1-10、OCH2CO2、OCH2CO2[(CH2)1-2O]1-10、O[(CH2)1-2O]1-10、S、SO2、SCH2CO2、C(O)S、SCH2C2O[(CH2)1-2O]1-10、S[(CH2)1-2O]1-10、S(O)NR'、C(S)NR'、S(O)NR'CH2CH2O、C(O)NR'、OCH2C(O)NR'、OPO3、NR'、SCH2C(O)NR'、-N(R)CH2CO2(式中、R’=H、(CH2)1-6)であり;
    R=H、-(CH2)1-6Hであり;
    F=F(CF2)4-18、CF3CF(CF3)(CF2)3-5、CF3CF2CF(CF3)(CF2)3-5、H(CF2)4-18、HCF2CF(CF3)(CF2)3-5、HCF2CF2CF(CF3)(CF2)3-5、式CzF(2z-1)(式中、zは4−6(4および6を含む)の値を有する整数である)のシクロペルフルオロアルキル基であり;
    n、p、q、s、t、vおよびwは整数であり、
    p=0、1であり、
    n=1−6であり、
    v+q+w+s=3−1000であり、
    q、w、sは各々ゼロであってもよく、
    t=w+sであり、
    Q=Cl-、Br-、I-、CH3C6H4SO2 -、CH3SO2 -であり、
    そして、K、LおよびMはポリアミン鎖に沿ってランダムに分布されており、そしてTはポリアミン鎖の末端にあるアミンである。
  2. 高分子組成物が構造IV:
    のフルオロカーボン置換ポリアミンとエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートとの反応生成物を含む、請求項1に記載のサイジング剤;但し、上記の式において、
    13、R14、R15、R16、R17=J、H、-(CH2)1-6H、-(CH2CH2O)1-10H、-CH2CH(OH)CH3、-CH(CH3)CH2OH、-CH2CO2 -M+(M=1または2族金属)、-(CH2)1-6NH2,1,0(R13)0,1,2であり、ここでR13、R15、R16またはR17の内の任意の2つは同じ炭素鎖であることができ、そしてJは
    から選ばれ、式中、
    F=F(CF2)4-18、CF3CF(CF3)(CF2)3-5、CF3CF2CF(CF3)(CF2)3-5、H(CF2)4-18、HCF2CF(CF3)(CF2)3-5、HCF2CF2CF(CF3)(CF2)3-5、式CzF(2z-1)(式中、zは4−6(4および6を含む)の値を有する整数である)のシクロペルフルオロアルキル基であり;
    R=H、-(CH2)1-6Hであり;
    n、q、s、vおよびwは整数であり、
    n=1−6であり、
    v+q+w+s=3−1000であり、
    q、w、sは各々ゼロであってもよく、
    そして、V、WおよびYはフルオロケミカル置換ポリアミン鎖に沿ってランダムに分布されており、そしてUはポリアミン鎖の末端にあるアミンであり、
    ここで、v、n、q、wおよびsは請求項1におけると同じ意味を有する。
  3. フルオロカーボン置換ポリアミンがフルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンである、請求項2に記載のサイジング剤。
  4. 3−ヒドロキシアゼチジニウムがフルオロカーボン置換ポリアミンに化学的に結合されており、そしてエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートとフルオロカーボン置換ポリアミンとの反応生成物である、請求項2に記載のサイジング剤。
  5. 3−ヒドロキシアゼチジニウムが核磁気共鳴分光法で測定してポリアミンのモル数に比較して少なくとも10モル%で存在する、請求項4に記載のサイジング剤。
  6. エピハロヒドリンがエピクロロヒドリンである、請求項2に記載のサイジング剤。
  7. サイジング剤のMw分子量がサイズ排除クロマトグラフィーで測定してポリ(メチルメタクリレート)標準に比較して20,000〜25,000,000ダルトンである、請求項1に記載のサイジング剤。
  8. A=-CH2-、-CH2CHI(CH2)1-9OCH2-、-CH=CH(CH2)1-9OCH2-、-CH2CHI(CH2)1-8CO2CH2-、-CH=CH(CH2)1-8CO2CH2-、-(CH2)1-11OCH2-、-(CH2)1-11SCH2-であり、p=0または1であり、RF=-(CF2)4-18Fより主として成る混合物であり、繰返単位上J基−対−ポリアミン上窒素原子の数がモル比=0.05−0.75を有し、R=CH3、Hであり、n=2、3、4または6であり、v、q、wおよびsの和が3〜100であり、R8-12=H、またはHとCH3との混合物であり、そしてポリアミン上窒素原子に対するエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類の比が0.05−2.0である、請求項1に記載のサイジング剤。
  9. A=-CH2-であり、p=1であり、RF=(CF2)6-12Fより主として成る混合物であり、繰返単位上J基−対−ポリアミン上窒素原子の数がモル比=0.3−0.55を有し、R=Hであり、n=2であり、v、q、wおよびsの和が3〜6であり、R8-12=Hであり、ここでエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類−対−ポリアミン上窒素原子の比が0.33−0.75である、請求項1に記載のサイジング剤。
  10. ポリアミンを、
    1種または2種以上のフッ素化エポキシド類またはフッ素化ハロヒドリン類、および
    1種または2種以上のエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類
    と反応させる
    ことを含む、請求項1に記載のサイジング剤を製造する方法。
  11. ポリアミンを1種または2種以上のフッ素化エポキシド類またはフッ素化ハロヒドリン類と逐次的に反応させ、その結果として中間生成物であるフルオロアルキル−ヒドロキシルアルキルポリアミンをもたらし、続いてその中間生成物を溶媒中で1種または2種以上のエピハロヒドリンまたはエピ有機スルホネートと反応させることを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 溶媒がC1-6のアルコール類およびジオール類、アセトニトリル、C3-6ケトン類、水並びにそれらの混合物の群から選ばれる、請求項11に記載の方法。
  13. 溶媒が2〜75重量%の固形分濃度を有する、請求項11に記載の方法。
  14. フルオロアルキル−ヒドロキシルアルキルポリアミン化合物が反応前に溶媒に分散される、請求項11に記載の方法。
  15. フルオロアルキル−ヒドロキシルアルキルポリアミン化合物が溶媒に40〜110℃において分散される、請求項11に記載の方法。
  16. フルオロアルキル−ヒドロキシルアルキルポリアミンをエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類と2段階プロセスで反応させることを含み、この場合段階1は70℃未満において30分超の時間であり、また段階2は70℃超において30分超の時間である、請求項11に記載の方法。
  17. フルオロアルキル−ヒドロキシル−アルキルポリアミンをエピハロヒドリン類またはエピ有機スルホネート類とpH2.5〜10.5において反応させることを含む、請求項11に記載の方法。
  18. 請求項1に記載のサイジング剤を含んでいる油/脂−および水−サイズ紙。
  19. 紙を請求項1に記載のサイジング剤で処理することを含む紙の製造方法。
  20. 紙完成紙料を請求項1に記載のサイジング剤で処理することを含む紙の製造方法。
  21. 請求項1に記載のサイジング剤を水の中に含む水性分散液。
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