JP4446296B2 - エステル結合を含むカチオン界面活性剤組成物及びその調製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、衣料用柔軟剤基材として好適に使用することができる、分子内にエステル結合を有するカチオン界面活性剤組成物及びその製造方法、及び該カチオン界面活性剤の製造中間体であるアルカノ−ルアミンエステルの製造方法に関するものである。
【従来技術】
衣類用柔軟剤の基材としては長鎖ジアルキル型のカチオン界面活性剤が使用されているが、環境に排出されてからの生分解速度が遅いため、近年、これに替わりエステル基を持つカチオン界面活性剤の使用が増している。
これらのカチオン界面活性剤を製造するには、まずトリエタノ−ルアミン、メチルジエタノ−ルアミン、3-(N,N-ジメチルアミノ)-1,2-プロピレングリコ−ルおよびN-メチル-N-(2−ヒドロキシエチル)-1,3-プロパンジアミンなどを長鎖脂肪酸でアシル化し、中間体のアルカノ−ルアミンエステルを合成する。
ついで塩化メチル、ジメチル硫酸やジエチル硫酸などでカチオン化合物へ転換するか、あるいは塩酸、硫酸および燐酸などの鉱酸あるいは低級の有機酸により塩に変え、柔軟剤原料として利用される。
【0002】
近年、アシル化剤として脂肪酸低級アルキルエステルの使用が増している。アシル化反応は米国特許3915867号公報、ドイツ公開特許1935499号公報、特開平05-148198号公報及び特開平10-168043号公報に見られるように触媒の存在下、メチルエステルと前述したアルカノールアミンを加熱し、副生するメタノールを反応系から除去して行う。触媒として、ナトリウムメチラート、苛性ソーダ、苛性カリ、マグネシウム化合物などの強アルカリ物質が単独あるいは混合物として使用されるため、原料の1つである不飽和脂肪酸低級アルキルエステルの品質が生成物の香気に与える影響が大きく、合成されるアルカノールアミンエステルやそのカチオン化組成物の香気劣化の一因となっていることがわかった。
ところで柔軟剤に使用される脂肪酸鎖長は炭素数16または18が中心で、柔軟性能の良好な飽和分とハンドリング性の良好な不飽和分を混合して使用するのが一般的である。しかしながら、不飽和分はその水素処理率が少ないと有臭成分が除かれない問題がある。
さらに特表平05-507073号公報や特許2774099号公報などに見られるように、不飽和分の立体異性体のシス体比率が高いと吸水性は向上するが、柔軟性能は低下する傾向にある。
香気改善策としては、特開平07-18572号公報や特開平11-106366号公報などに見られるように酸化防止剤やキレート剤を添加する方法があるが、これは香気を改善するものではなく元の香気水準を維持するものである。従って、カチオン合成時の香気改善が重要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、香気に優れたカチオン界面活性剤組成物を提供することを目的とする。
本発明は、又、香気に優れたカチオン界面活性剤組成物の効率的な製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、又、該カチオン界面活性剤の製造中間体である香気に優れたアルカノ−ルアミンエステルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明は、脂肪酸低級アルキルエステルの組成を大きく変えることなしに原料脂肪酸低級アルキルエステルの水素添加によって、トランス体/シス体の質量比を特定の範囲内とし、かつモノ不飽和脂肪酸低級アルキルエステルと飽和脂肪酸低級アルキルエステルの質量比を特定の範囲内とすると、香気に優れたアルカノ−ルアミンエステルが合成でき、次いでカチオン化することにより、上記課題を効率的に解決できるとの知見に基づいてなされたのである。
すなわち、本発明は、脂肪酸の炭素数が8〜24であり、トランス体/シス体の質量比が55/45〜75/25のモノ不飽和脂肪酸低級アルキルエステルを10〜50質量%含む脂肪酸低級アルキルエステルを原料として合成された式(1)及び/又は式(2)で表される第4級アンモニウム塩を含有することを特徴とするカチオン界面活性剤組成物を提供する。
【0004】
【化2】
【0005】
(式中、R1は、炭素数1〜4のアルキル基、−CH2CHR4OH、又は−CH2CHR4OCOR5、R2は、―(CH2)nNH2(nは2〜3)、−CH2CHR4OH又は−CH2CHR4OCOR5、R3は、−CH2CHR4OH、又は−CH2CHR4OCOR5、R4は、HまたはCH3、R5は、C7〜C23のアルキル及びアルケニルの混合炭化水素基、R6は、CH3基又はC2H5基であるが、R1、R2及びR3の少なくとも1つは、−CH2CHR4OCOR5基であり、Xは、陰イオンである。)
【0006】
本発明は、又、不飽和脂肪酸メチルエステルを含む脂肪酸メチルエステルを水添して不飽和脂肪酸メチルエステルのトランス体/シス体の質量比が55/45〜75/25のモノ不飽和脂肪酸低級アルキルエステルを調製し、該モノ不飽和脂肪酸低級アルキルエステルを10〜50質量%含む脂肪酸低級アルキルエステルを調製し、次いでアルカノ−ルアミンと反応させてアルカノ−ルアミンエステルを合成し、得られたアルカノ−ルアミンエステルをカチオン化することを特徴とするカチオン界面活性剤組成物の製造方法を提供する。
本発明は、又、不飽和脂肪酸メチルエステルを含む脂肪酸メチルエステルを水添して不飽和脂肪酸メチルエステルのトランス体/シス体の質量比が55/45〜75/25のモノ不飽和脂肪酸低級アルキルエステルを調製し、該モノ不飽和脂肪酸低級アルキルエステルを10〜50質量%含む脂肪酸低級アルキルエステルを調製し、次いでアルカノ−ルアミンと反応させてアルカノ−ルアミンエステルを合成することを特徴とするアルカノ−ルアミンエステルの製造方法を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明において原料として用いる脂肪酸低級アルキルエステルとしては、脂肪酸の炭素数が8〜24(より好ましくは、炭素数が10〜18)の低級アルキル(好ましくは炭素数が1〜3、より好ましくは、メチル)エステルであるのが好ましい。具体的には、牛脂脂肪酸低級アルキルエステル、パ−ム脂肪酸低級アルキルエステル、大豆油脂肪酸低級アルキルエステルに代表される動植物油由来のメチルエステルおよびオレイン酸メチルなどがある。
本発明では、この脂肪酸低級アルキルエステルを水素添加する。水素添加すると、脂肪酸低級アルキルエステル中の高度不飽和脂肪酸低級アルキルエステルが還元されてトランス型不飽和脂肪酸低級アルキルエステルに変わると同時に、共存する有臭物質等も還元されて非有臭物質に変わることが予想される。
水素添加量は原料脂肪酸低級アルキルエステル中に存在する不飽和結合のトランス/シスの質量比が、55/45〜75/25となるようにし、好ましくは55/45〜65/35である。この範囲内とすると、アルカノールアミンエステルの4級化物の柔軟性能とハンドリング性が良好となるので好ましい。。
脂肪酸低級アルキルエステルの水素添加は常法に従いニッケル触媒存在下、180〜220℃で水素消費量を制御して行うことができる。
本発明で用いられる脂肪酸低級アルキルエステル重量組成は、モノ不飽和脂肪酸低級アルキルエステルを全重量の10〜50質量%(以下、%と略称する)、好ましくは20〜45%である。この範囲にすると、4級化物の柔軟性能とハンドリング性が良好となるので好ましい。
【0008】
そのため、本発明で使用される脂肪酸低級アルキルエステルは、上記水素添加された脂肪酸低級アルキルエステル単独、又はそれ以外に、飽和脂肪酸低級アルキルエステルを1種または2種以上を混合して、上記範囲とするのがよい。本発明で用いられる飽和脂肪酸低級アルキルエステルの具体例としては、例えばカプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキドン酸、ベヘン酸などのメチルエステルが挙げられる。
アルカノ−ルアミンとしては、種々のものを用いることができ、例えば、炭素数5〜8であるのが好ましく、より好ましくは、炭素数5〜7である。又、例えば、一般式(3)や(4)で表されるものがあげられる。
【0009】
【化3】
【0010】
(式中、R1、R2及びR3は、式(1)及び(2)におけるのと同様である。)
具体的には、トリエタノ−ルアミン、トリイソプロパノ−ルアミン、メチルジエタノ−ルアミン、メチルジイソプロパノ−ルアミン、3-(N,N-ジメチルアミノ)-1,2-プロピレングリコ−ル、N-メチルN-(2−ヒドロキシエチル)-1,3-プロパンジアミン、N-メチル-N-(ヒドロキシイソプロピル)-1,3-プロパンジアミン、N,N-ジヒドロキシエチル-1,3-プロパンジアミン、N,N-ジヒドロキシエチルエチレンジアミン、N,N-ジヒドロキシイソプロピル-1,3-プロパンジアミンおよびN,N-ジヒドロキシイソプロピルエチレンジアミンがある。これらは、単独でも又2種以上組み合わせて用いてもよい。
本発明におけるエステル交換反応は、特開平05-148198号公報にあるように脂肪酸低級アルキルエステルとアルカノールアミンを反応器に入れて攪拌して、アルカリ触媒存在下で反応するのがよい。その時、副生低級アルコールを除去して反応を完結させるため、系中を減圧下で加熱するのがよく、アルカリ性触媒は粉末状、溶液状または分散液状で反応器に投入するのがよい。
【0011】
エステル交換反応で用いる触媒は、エステル化触媒として慣用されているアルカリ触媒が用いるのがよい。この場合のアルカリ性触媒とは、それ自体がアルカリ性を示すものの他、高温で分解してアルカリ性物質に変換するものをも包含する。アルカリ性触媒の具体例には、例えば、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、脂肪酸マグネシウム、脂肪酸カルシウムの他、チタン、スズ、亜鉛、ケイ素、アルミニウムなどの金属やアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物、炭酸化物、酸化物、脂肪酸の塩などが挙げられる。これら触媒は、単独または混合物系で用いられる。
使用する触媒の量はアルカノールアミンと脂肪酸低級アルキルエステルの合計量の0.01〜1%であるのが好ましい。特に、アルカリ金属の水酸化物とアルカリ土類金属の酸化物を混合して用い、アルカノールアミンと脂肪酸低級アルキルエステルの合計量の0.05〜0.5%を用いるのが好ましい。
【0012】
エステル交換反応の温度は反応により生成するアルコールの沸点よりも高温の条件、使用する原料の種類にもよるが、好ましくは80℃〜220℃、より好ましくは120℃〜190℃である。反応時間は通常3時間〜15時間であるのがよい。
エステル交換反応終了後、触媒を酸性物質で中和し、濾過や遠心分離等の固液分離手段により分離して未反応触媒や中和塩を除去することにより、透明性及び香気に優れた中間アミンを得ることができる(特開平05-148198号公報参照)。
酸性物質としては、例えば、硫酸や塩酸、リン酸等を用いるのが好ましい。
酸性物質の添加量は、特開平10-168043号公報にあるように、エステル化反応物中のアルカリ触媒の少なくとも一部をを中和するのに必要な量であれば良い。通常、アルカリ性触媒1当量に対し、0.3〜2当量であるのが好ましく、より好ましくは0.5〜1.5当量の割合である。また、酸性物質は添加時に、酸性物質およびアルカノールアミンエステルのいずれをも溶解する有機溶剤と水の混合溶剤で、有機溶剤/水の質量比が99.9/0.1〜70/30である混合溶媒を酸性物質の濃度20〜60%で溶解してなる溶液として加えるのがよい。有機溶剤の例としては、一価または多価アルコール等のアルコール類やエーテル等を挙げることができ、メタノール、エタノール、1−プロパノ−ル、2−プロパノ−ル、1−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン類等の炭素数1〜4の脂肪酸アルコールが好ましい。
【0013】
続いてこの中間アミンは常法に従い、4級化剤と反応させる。4級化剤としてはジメチル硫酸等のジアルキル硫酸や、塩化メチル等の塩化アルキルが用いられ、その使用量をジアルキルアミンの場合、中間アミン1当量に対して0.93〜1.00当量であるのが好ましい。また、反応は米国特許3915867号公報に見られるように不純物の副生を少なくするために無溶媒状態で行うことが好ましく、又、塩化メチルの場合中間アミン1当量に対して1.00〜1.80当量が好ましく、より好ましくは、1.00〜1.40当量である。反応温度は50℃〜130℃が好ましく、より好ましくは70〜110℃である。反応時間は、通常2〜20時間が好ましく、より好ましくは3〜15時間である。このような4級化反応により、アルカノールアミンエステルは第4級アンモニウム塩に効率良く変換される。
4級化反応終了後、第4級アンモニウム塩は有機溶媒で希釈し、カチオン溶液を得る。有機溶剤としてはエステル交換反応触媒中和時に使用した有機溶剤等を用いるのがよい。
アルカノールアミンエステル4級化物は、上記式(1)及び(2)で示される化合物である。式中、R1は、炭素数1又は2のアルキル基、−CH2CH2OH、又は−CH2CH2OCOR5、R2及びR3は、−CH2CH2OH、又は−CH2CH2OCOR5、R4は、HまたはCH3、R5:C7〜C23のアルキル及びアルケニルの混合炭化水素基、R6は、CH3基又はC2H5基であるのが好ましく、R1、R2及びR3の少なくとも1つは、又は−CH2CHR4OCOR5基である。上記式(3)及び(4)における好ましいものは、式(1)及び(2)におけると同様である。
【0014】
本発明のカチオン界面活性剤組成物は、第4級アンモニウム塩に加えて、アルカノ−ルアミンエステルを1〜25%程度含有してもよく、又水や有機溶媒などの溶媒を含有してもよい。
本発明のカチオン界面活性剤組成物は、柔軟剤の基材として好適に使用することができるが、さらに、中間原料、繊維用柔軟剤、繊維処理剤や頭髪用リンス等の基材として有利に利用される。
以下の実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【0015】
【実施例】
実施例1
(1)水素添加したパ−ム脂肪酸メチルの合成
オレイン酸メチル75%、リノール酸メチル16%およびステアリン酸メチル9%よりなるパーム脂肪酸メチル(ライオン株式会社、パステルM182、分子量296)2.5kgと市販の安定化ニッケル触媒2.5g(0.1%/脂肪酸メチル)を4Lのオートクレーブに仕込み、窒素ガス置換を3回行った。ついで、回転数を800rpmにあわせ、温度185℃で約77Lの水素ガスを導入した。導入した水素が完全に消費されたら、冷却し、濾過助剤を使用して触媒を除き、水素添加したパーム脂肪酸メチルを得た。けん化価より求めた分子量は297であった。GCから求めた脂肪酸メチル組成は、ステアリン酸メチル36%、エライジン酸メチル(トランス体)36%、オレイン酸メチル(シス体)28%、リノール酸メチル0%であり、不飽和脂肪酸メチルエステルのトランス/シス比率は57/43であった。
尚、不飽和アルキル基は、GCにより次の方法で測定した(以下、同じ)。
(2)アルカノールアミンエステルとそのカチオンの合成
上記(1)で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル328g(1.1モル)にステアリン酸メチル92g(0.3モル)とパルミチン酸メチル105g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、トリエタノールアミン149g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.31g、水酸化カリウム0.47gおよび水2.1gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の硫酸1.3gを水で50%に希釈し加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル622gを得た。アミン価より求めた分子量は620であった。
得られたアルカノールアミンエステル310g(0.5モル)を温度計,滴下ロート,冷却機を備えた4つ口フラスコに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、ジメチル硫酸61.7g(0.49モル)を1時間にわたり滴下した。滴下終了後反応物が増粘するので温度を110℃に上昇し、3時間熟成した。反応終了後、約93gのエタノールを滴下しながら冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0016】
実施例2 アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
実施例1で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル292g(0.9モル)にステアリン酸メチル82g(0.3モル)とパルミチン酸メチル93g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、メチルジエタノールアミン119g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.24g、水酸化カリウム0.33gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1L4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持する。ついで190℃まで加熱する。圧力を徐々に20mmHgまで低下し、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。ついで40℃まで冷却し、触媒と等当量の硫酸1.0gを水で50%に希釈し加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル530gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル265g(0.5モル)を4Lのオートクレーブに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、塩化メチル32.8g(0.65モル)を導入した。7時間反応後、未反応エステルアミンが2.0%以下であることを確認した。その後、冷却しながら過剰の塩化メチルを窒素を吹き込みながら除去し、次いで約74gのエタノールを滴下しながらさらに冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0017】
実施例3 アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
実施例1で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル328g(1.1モル)にステアリン酸メチル92g(0.3モル)とパルミチン酸メチル105g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、N-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)-1,3-プロパンジアミン134g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.33g、水酸化カリウム0.46gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の1.1gの硫酸を水で50%に希釈し加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル600gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル300g(0.5モル)を温度計,滴下ロート,冷却機を備えた4つ口フラスコに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、ジメチル硫酸61.7g(0.49モル)を1時間にわたり滴下した。滴下終了後反応物が増粘するので温度を110℃に上昇し,3時間熟成した。反応終了後、約90gのエタノールを滴下しながら冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0018】
実施例4
(1)水素添加したパーム脂肪酸メチルの合成
オレイン酸メチル75%、リノール酸メチル16%およびステアリン酸メチル9%よりなるパーム脂肪酸メチル(ライオン株式会社、パステルM182)875gと市販の安定化ニッケル触媒0.657g(0.075%/脂肪酸メチル)を4Lのオートクレーブに仕込み、窒素ガス置換を3回行った。次いで、回転数を800rpmにあわせ、温度180℃で約41Lの水素ガスを導入した。導入した水素が完全に消費されたら、冷却し、濾過助剤を使用して触媒を除き、水素添加したパーム脂肪酸メチルを得た。けん化価より求めた分子量は297であった。GCから求めた脂肪酸メチル組成は、ステアリン酸メチル50%、エライジン酸メチル(トランス体)34%、オレイン酸メチル(シス体)16%、リノール酸メチル0%であり、不飽和脂肪酸メチルエステルのトランス/シス比率は69/31であった。
(2)アルカノールアミンエステルとそのカチオンの合成
上記(1)で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル420g(1.4モル)にパルミチン酸メチル105g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、トリエタノールアミン149g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.34g、水酸化カリウム0.47gおよび水2.1gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の硫酸1.2gを水で50%に希釈して加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル616gを得た。アミン価より求めた分子量は620であった。
得られたアルカノールアミンエステル308g(0.5モル)を温度計、滴下ロート、冷却機を備えた4つ口フラスコに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、ジメチル硫酸61.7g(0.49モル)を1時間にわたり滴下した。滴下終了後反応物が増粘するので温度を110℃に上昇し,3時間熟成した。反応終了後、約92gのエタノールを滴下しながら冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0019】
実施例5 アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
実施例4で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル373g(1.2モル)にパルミチン酸メチル93g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、メチルジエタノールアミン119g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.29g、水酸化カリウム0.41gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の硫酸1.1gを水で50%に希釈して加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル532gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル266g(0.5モル)を4Lのオートクレーブに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、塩化メチル32.8g(0.65モル)を導入した。7時間反応後、未反応エステルアミンが2.0%以下であることを確認した。その後、冷却しながら過剰の塩化メチルを窒素を吹き込みながら除去し、次いで約74gのエタノールを滴下しながらさらに冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0020】
実施例6 アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
実施例4で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル420g(1.4モル)にパルミチン酸メチル105g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、N-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)-1,3-プロパンジアミン134g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.33g、水酸化カリウム0.46gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下し、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の1.1gの硫酸を水で50%に希釈して加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル600gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル300g(0.5モル)を温度計、滴下ロート、冷却機を備えた4つ口フラスコに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、ジメチル硫酸61.7g(0.49モル)を1時間にわたり滴下した。滴下終了後反応物が増粘するので温度を110℃に上昇し、3時間熟成した。反応終了後、約90gのエタノールを滴下しながら冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0021】
比較例1 アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
実施例1の未水素添加パーム脂肪酸メチル(ライオン株式会社製パステルM182、不飽和分のトランス体/シス体比率は0/100)231g(0.8モル)にステアリン酸メチル189g(0.6モル)とパルミチン酸メチル105g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比33/67)と、トリエタノールアミン149g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.34g、水酸化カリウム0.47gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の1.2g硫酸を水で50%に希釈し加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル616gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル308g(0.5モル)を温度計、滴下ロート,冷却機を備えた4つ口フラスコに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、ジメチル硫酸61.7g(0.49モル)を1時間にわたり滴下した。滴下終了後反応物が増粘するので温度を110℃に上昇し,3時間熟成した。反応終了後、約92gのエタノールを滴下しながら冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0022】
比較例2
(1)微量水素添加したパーム脂肪酸メチルの合成
オレイン酸メチル75%、リノール酸メチル16%およびステアリン酸メチル9%よりなるパーム脂肪酸メチル(ライオン株式会社、パステルM182)1.0Kgと市販の安定化ニッケル触媒0.75g(0.075%/脂肪酸メチル)を4Lのオートクレーブに仕込み、窒素ガス置換を3回行った。次いで回転数を800rpmにあわせ、温度185℃で約24Lの水素ガスを導入した。導入した水素が完全に消費されたら、冷却し、濾過助剤を使用して触媒を除き、水素添加したパーム脂肪酸メチルを得た。ケンカ価より求めた分子量は297であった。GCから求めた脂肪酸メチル組成は、ステアリン酸メチル30%、エライジン酸メチル(トランス体)33%、オレイン酸メチル(シス体)37%、リノール酸メチル0%であり、不飽和脂肪酸メチルエステルのトランス/シス比率は47/53であった。
(2) アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
上記(1)で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル300g(1.0モル)にステアリン酸メチル120g(0.4モル)とパルミチン酸メチル105g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、トリエタノールアミン149g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.34g、水酸化カリウム0.47gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。ついで40℃まで冷却し、触媒と等当量の1.2gの硫酸を水で50%に希釈し加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル614gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル307g(0.5モル)を温度計、滴下ロート、冷却機を備えた4つ口フラスコに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、ジメチル硫酸61.7g(0.49モル)を1時間にわたり滴下した。滴下終了後反応物が増粘するので温度を110℃に上昇し、3時間熟成した。反応終了後、約92gのエタノールを滴下しながら冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0023】
比較例3 アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
比較例2で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル266g(0.9モル)にステアリン酸メチル107g(0.4モル)とパルミチン酸メチル93g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、メチルジエタノールアミン119g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.30g、水酸化カリウム0.40gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1L4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の1.1gの硫酸を水で50%に希釈し加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル552gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル276g(0.5モル)を4Lオートクレーブに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、塩化メチル32.8g(0.65モル)を導入した。7時間反応後、未反応エステルアミンが2.0%以下であることを確認した。その後、冷却しながら過剰の塩化メチルを窒素を吹き込みながら除去し、次いで約75gのエタノールを滴下しながらさらに冷却し、エタノール溶液を調製した。
【0024】
比較例4 アルカノールアミンエステルとそのカチオン化組成物の合成
比較例2で調製した水素添加したパーム脂肪酸メチル300g(1.0モル)にステアリン酸メチル120g(0.4モル)とパルミチン酸メチル105g(0.4モル)を混合した脂肪酸メチルエステル(不飽和脂肪酸メチル/飽和脂肪酸メチルの質量比40/60)と、N-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)-1,3-プロパンジアミン134g(1.0モル)、酸化マグネシウム0.33g、水酸化カリウム0.46gおよび水2gを攪拌器、冷却器、温度計および減圧セットを備えた1Lの4つ口フラスコに入れ、窒素置換を行った後、減圧し500mmHgに維持した。次いで190℃まで加熱した。圧力を徐々に20mmHgまで低下させ、8時間反応させ、未反応メチルエステルが1%以下であることを確認した。次いで40℃まで冷却し、触媒と等当量の1.2gの硫酸を水で50%に希釈し加えた。そのまま30分攪拌し、副生した無機塩を濾過し、アルカノールアミンエステル600gを得た。
得られたアルカノールアミンエステル300g(0.5モル)を温度計、滴下ロート、冷却機を備えた4つ口フラスコに入れ窒素置換した。次いで80〜90℃に加熱し、ジメチル硫酸61.7g(0.49モル)を1時間にわたり滴下した。滴下終了後反応物が増粘するので温度を110℃に上昇し、3時間熟成した。反応終了後、約90gのエタノールを滴下しながら冷却し、エタノール溶液を調製した。
実施例及び比較例で得られたサンプルの香気判定結果をまとめて表1に示す。
なお、サンプルの香気判定、未反応メチルエステルの分析及びアミン価の測定は、次のようにして行った。
【0025】
サンプルの香気判定
上記実施例と比較例により得られたカチオン溶液を濾紙上に薄く延ばし、溶媒を適度に揮発させその香気を評価した。評価は香気判定熟練者5人の主観的評価で行った。評価基準は以下の通りである。
:良好
〜△:やや劣るが使用可能
:やや悪い、使用不可能
△〜×:かなり悪い
× :非常に悪い
未反応メチルエステル分析
機種:GLサイエンス社製ガスクロマトグラフィ GC-380
カラム:HP社製 ULTRA-1(10m×0.2mm×0.11μm)
温度:150℃ → 155℃ 昇温速度 1℃/min 、
155℃ → 320℃ 昇温速度 20℃/min(22min hold)
インジェクター:320℃
ディテクター:FID 320℃
カラム圧力:1.0kgf/cm2
アミン価
平沼産業社製タイトレーター COMTITE−101を用い、又、滴定溶液として、1/5N-HCl/IPA溶液を用いた。
【0026】
【0027】
*1:不飽和分トランス/シス重量比率(%)
*2:使用した脂肪酸低級アルキルエステル総重量中のモノ不飽和脂肪酸エステル(%)
*3:使用原料アルカノールアミン
TEA…トリエタノールアミンの略
DEA…メチルジエタノールアミンの略
DPA…N-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)-1,3-プロパンジアミンの略1*〜4*は、比較例である。
Claims (3)
- 脂肪酸の炭素数が8〜24である動植物油由来の脂肪酸メチルエステルであって、水素添加によりトランス体/シス体の質量比が55/45〜65/35に調製されたモノ不飽和脂肪酸メチルエステルを20〜45質量%含む脂肪酸メチルエステルを原料として合成された式(1)で表される第4級アンモニウム塩を含有することを特徴とするカチオン界面活性剤組成物。
- 動植物油が、牛脂、パーム油、大豆油から選ばれる何れかである請求項1のカチオン界面活性剤組成物。
- 不飽和脂肪酸メチルエステルを含む動植物油由来の脂肪酸メチルエステルを水添して、モノ不飽和脂肪酸メチルエステルのトランス体/シス体の質量比が55/45〜65/35の脂肪酸メチルエステルを調製し、該脂肪酸メチルエステルと飽和脂肪酸メチルエステルを混合することでモノ不飽和脂肪酸メチルエステルを20〜45質量%含む脂肪酸メチルエステルを調製し、次いで得られた脂肪酸メチルエステルと、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、N-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)-1,3-プロパンジアミンからなる群から選ばれる少なくとも何れか一種のアルカノールアミンとをエステル交換反応させてアルカノ−ルアミンエステルを合成し、得られたアルカノ−ルアミンエステルをジメチル硫酸又は塩化メチルと反応させてカチオン化することを特徴とする請求項1、2記載のカチオン界面活性剤組成物の製造方法。
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