JP6117795B2 - 分岐アルコキシレート界面活性剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、分岐非イオン性アルコキシレート界面活性剤を含む組成物に関する。

現在、易生分解性かつ環境適合型の界面活性剤への強い市場の選好が存在する。アルキルフェノールエトキシレート（ＡＰＥ）は、様々な用途の中でもとりわけ繊維、洗濯および農薬製剤に一般的に使用されている。しかしながら、より厳しい環境規制のために、ＡＰＥ型界面活性剤の使用は劇的に減少している。供給業者は、ＡＰＥに代わる他の界面活性剤を提供する立場をとっている。

分岐アルコールアルコキシレート界面活性剤は、ＡＰＥ界面活性剤の代替として広く受け入れられている。例えば、ＬＵＴＥＮＳＯＬ（商標）ＸＰ、Ｃ１０−Ｇｕｅｒｂｅｒｔアルコールに基づくアルキルポリエチレングリコールエーテルのエチラートを含むＢＡＳＦにより製造および販売されている界面活性剤は、繊維前処理プロセスの基準である。しかしながら、ＡＰＥを含まない界面活性剤はいくつかの選択された用途で優れた性能プロファイルを有する一方で、これらは１グラム／リットル（ｇ／Ｌ）未満の濃度を要するものなどの低界面活性剤濃度を要する種々の用途に理想的ではない。したがって、必要とされているのは、低濃度での分岐アルコールアルコキシレート界面活性剤性能を改善することである。

一般的に、直鎖界面活性剤は、疎水性鎖の界面配置が近いために、優れた油除去および乳化性能を示す。対照的に、分岐界面活性剤は、通常、直鎖界面活性剤と比べて、優れた湿潤および浸透性能を示すが、乏しい油除去性能を示す。本発明は、分岐アルコールアルコキシレート界面活性剤と、第一級アルコールエトキシレート界面活性剤とを含む、新規な界面活性剤配合物を開発することである。各個々の成分単独と比べて、配合界面活性剤は、単独で使用した場合の分岐界面活性剤よりも優れた湿潤および浸透性能、ならびに単独で使用した場合の直鎖界面活性剤よりも優れた油除去性能を示す。

一実施形態では、本発明は、式（Ｉ）

（式中、ｘは１〜約１１の整数であり、ｙは１〜約２０の整数であり、Ｒ_１は１〜３個の炭素原子（すなわち、Ｃ１〜Ｃ３）を有するアルキル基であり、Ｒ_２は４〜６個の炭素原子（Ｃ４〜Ｃ６）を有するアルキル炭素鎖である）
の分岐非イオン性界面活性剤を含む非水性組成物である。好ましくは、ｘは４〜６であり、より好ましくは、ｘは５である。好ましくは、ｙは３、６または９である。好ましくは、Ｒ_１はエチル（Ｃ２）またはプロピル（Ｃ３）である。組成物はまた、式（ＩＩ）
の第一級アルコールエトキシレートを含む。

ある実施形態では、本発明は、水中０．５ｇ／Ｌの濃度で非水性組成物を含む溶液であって、組成物は式（Ｉ）の分岐非イオン性界面活性剤と、式（ＩＩ）の第一級アルコールエトキシレートとを含む溶液である。

本発明の実施例２ならびに比較試料３および５で処理した汚れた織物の写真である。

界面活性剤組成物
本開示の非水性組成物は、分岐非イオン性界面活性剤と、第一級アルコールエトキシレートとを含む。

本発明の組成物は、式（Ｉ）
（式中、ｘは１〜約１１の整数であり、ｙは１〜約２０の整数であり、Ｒ_１は１〜３個の炭素原子（すなわち、Ｃ_１〜Ｃ_３）を有するアルキル基であり、Ｒ_２は４〜６個の炭素原子（Ｃ_４〜Ｃ_６）を有するアルキル炭素鎖である）
の分岐非イオン性界面活性剤を含む。好ましくは、ｘは４〜６であり、より好ましくは、ｘは５である。好ましくは、ｙは３、６または９である。好ましくは、Ｒ_１はエチル（Ｃ_２）またはプロピル（Ｃ_３）である。好ましくは、Ｒ_２はブチル（Ｃ_４）またはペンチル（Ｃ_５）である。

ある実施形態では、分岐非イオン性界面活性剤は、２−エチルヘキサノールアルコキシレート（Ｒ_１はエチルであり、Ｒ_２はブチルであり、ｘは５であり、ｙは３、６または９である）などの生分解性非イオン性界面活性剤である。

分岐非イオン性界面活性剤は、生分解性であり（ＯＥＣＤ ３０１Ｆにより、２８日以内に６０％超の生分解）、水生毒性が低く（ＥＣ_５０＞１０ｍｇ／Ｌ）、揮発性有機化合物の供給源でない。これらの界面活性剤は、硬質表面用途において許容できる表面張力低下、狭いゲル範囲、優れた湿潤および浸透を示し、低い起泡特性を有する。

組成物は、総組成物重量基準で、７０〜９０重量パーセント（重量％）の分岐非イオン性界面活性剤を含む。好ましくは、組成物は、８５〜９５重量％の分岐非イオン性界面活性剤を含む。

第一級アルコールエトキシレート
本開示の組成物はまた、式（ＩＩ）の第一級アルコールエトキシレートを含む。

好ましくは、第一級アルコールエトキシレートは、Ｒ_４が１０〜１６個（Ｃ_{１０〜１６}）の炭素原子を有し、ｚが１〜２０である直鎖アルコールエトキシレートである。好ましくは、反復エトキシレート単位の数は３、５、７または９である。一実施形態では、Ｒ_４はＣ_{１０〜１６}分岐または直鎖アルキルであり得る。

非水性組成物は、総組成物重量基準で、５〜３０重量％の第一級アルコールエトキシレートを含む。好ましくは、非水性組成物は、５〜５５重量％の第一級アルコールエトキシレートを含む。

非水性組成物は、総組成物重量基準で、７０〜９０重量％の式（Ｉ）の分岐非イオン性界面活性剤と、５〜３０重量％の式（ＩＩ）の第一級アルコールエトキシレートとを含む。ある実施形態では、非水性組成物は、本質的に、総組成物重量基準で、７０〜９０重量％の式（Ｉ）の分岐非イオン性界面活性剤と、５〜３０重量％の式（ＩＩ）の第一級アルコールエトキシレートとからなる。

界面活性剤溶液
本開示はさらに、水中０．１ｇ／Ｌ〜２．５ｇ／Ｌの濃度で非水性組成物を含む界面活性剤溶液を提供する。好ましくは、水は脱イオン水である。水道水または硬水は、それらの使用が界面活性剤の不溶性を引き起こすおそれがあるので、あまり好ましくない。好ましくは、濃度は０．３ｇ／Ｌ〜０．７ｇ／Ｌ、最も好ましくは０．５ｇ／Ｌの濃度である。

界面活性剤溶液は、他の添加剤、例えば、中でも抗酸化剤、顔料、塩、アルカリ、酵素をさらに含んでもよい。

ある実施形態では、界面活性剤溶液は、３５０ｐｐｍ未満、好ましくは２００ｐｐｍ未満、最も好ましくは１６０ｐｐｍ未満の臨界ミセル濃度を有する。

開示される界面活性剤溶液は、多種多様な用途、特に硬質表面洗浄、繊維処理、および硬質表面と軟質表面の両者の湿潤化に使用され得る。界面活性剤溶液は、例えば、繊維前処理プロセスにおける精錬剤などの、低濃度の界面活性剤溶液を要する用途で特に有利である。

界面活性剤溶液が濃縮物として製造および販売され得ることが熟慮される。典型的な濃縮物は、エンドユーザに運ばれ、次いでエンドユーザが濃縮物を水で希釈して最終使用液を製造する。界面活性剤溶液は、水中７０〜９９重量％の非水性組成物を含む濃縮物として製造および販売され得る。

試料調製
界面活性剤組成物を、４０℃で少なくとも２時間撹拌しながら、式（Ｉ）の分岐非イオン性界面活性剤を式（ＩＩ）の第一級アルコールエトキシレートと混合することにより調製し、その後、界面活性剤組成物を使用前に室温に冷却する。０．５ｇ／Ｌ〜２．０ｇ／Ｌの界面活性剤溶液を、界面活性剤組成物を脱イオン水に希釈することにより製造する。

試験法
湿潤／浸透時間：界面活性剤の湿潤／浸透特性は、界面活性剤溶液が綿未染色生地を湿潤化／浸透するのにかかる時間の長さとして定義される。０．５ｇ／Ｌと２．０ｇ／Ｌの両方の１Ｌ界面活性剤溶液を調製し、個々のカップに入れる。綿未染色生地を界面活性剤溶液の表面に置く。湿潤時間は、綿未染色生地が完全に湿る、すなわち、綿未染色生地の表面が目視検査により水で覆われるのにかかる時間である。浸透時間は、綿未染色生地が界面活性剤溶液の表面下にしみ込むのにかかる時間である。典型的には、時間は秒（ｓ）で測定する。

アルカリ耐性：非イオン性界面活性剤は、典型的には繊維処理などのアルカリ条件での界面活性剤の用途を制限する、低いアルカリ耐性能力を有する。アルカリ耐性は、異なる濃度、例えば、２０ｇ／Ｌ、３０ｇ／Ｌ、４０ｇ／Ｌおよび６０ｇ／Ｌの一連の水酸化ナトリウム水溶液を調製することにより決定する。界面活性剤組成物を撹拌しながら水酸化ナトリウム水溶液に溶解させる。溶液を２時間恒温放置し、その後溶液の外観を観察する。２時間後に溶液が透明なままであれば、界面活性剤組成物をこのアルカリ濃度で使用できることが分かる。しかしながら、溶液が混濁しているまたは相分離が起こった場合、界面活性剤組成物はそのようなアルカリ濃度に耐えることができない。

乳化試験：乳化は、界面活性剤組成物の性能を評価するための別の重要な判断基準である。１ｇ／Ｌの界面活性剤溶液を調製する。界面活性剤溶液２０ミリリットル（ｍＬ）および流動パラフィン２０ｍＬを３４℃の水浴中１００ｍＬシリンダー中で１分間混ぜ合わせる。シリンダーを１０回上下に振盪して、１分間放置する。振盪ステップを５回繰り返し、その後１０ｍＬ分離時間を記録する。分離する時間が長いほど、乳化能力が高いことを示す。

臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）：ＣＭＣは、ＣＭＣより上ではミセルが自然に形成する界面活性剤の濃度として定義される。界面活性剤は、そのＣＭＣ値より上の濃度でのみよく働く。ＣＭＣは、異なる濃度の一連の界面活性剤水溶液を調製し、これを室温で３０分間恒温放置することにより決定する。表面張力は、Ｗｉｌｈｅｌｍｙプレートを使用してダイン／センチメートルで測定する。濃度の対数の関数としての表面張力のグラフを調製する。ＣＭＣ値は、最小表面張力のベースラインおよび表面張力が線形減少を示す勾配の２つの線が交差する点として定義される。

油除去特性：ポリエステル織物を汚れ油材料に浸漬することにより機械油で汚れた織物を調製し、これを１８０℃で１分間乾燥させる。汚れた織物を１００Ｃで４０分間１ｇ／Ｌまたは２ｇ／Ｌの界面活性剤溶液１００ｍＬに入れる。次いで、織物を水ですすぎ、乾燥させる。汚れた織物の目視検査を使用して油除去特性を示す。

以下の表１は、分岐非イオン性界面活性剤（ＢＮＳ）と第一級アルコールエトキシレート（ＰＡＥ）の許容される比を示している。本開示の界面活性剤組成物は、特に０．５ｇ／Ｌの低濃度溶液について、個々の成分単独よりもはるかに速い湿潤時間と浸透時間の両方を有する。しかしながら、２ｇ／Ｌのより高濃度の溶液では、第一級アルコールエトキシレートの添加は、低濃度溶液に及ぼす程度まで湿潤および浸透時間に影響を及ぼさない。湿潤および浸透時間ならびに低い起泡性のためには、ＢＮＳ：ＰＡＥの好ましい比は９：１〜７：３である。

材料。以下で使用する分岐非イオン性界面活性剤、ＢＮＳ−６は、式（Ｉ）（式中、Ｒ_１はエチルであり、Ｒ_２はブチルであり、ｘは５であり、ｙは６である）の化学構造を有する。以下で使用する第一級アルコールエトキシレートは、エトキシレートの７反復単位を有するＰＡＥ−７およびエトキシレートの９反復単位を有するＰＡＥ−９である。

本発明の実施例１〜４
材料。本発明の実施例（ＩＥ）に使用する分岐非イオン性界面活性剤は全て、式（Ｉ）（式中、Ｒ_１はエチルであり、Ｒ_２はブチルであり、ｘは５であり、ｙは３（ＢＮＳ−３）、６（ＢＮＳ−６）または９（ＢＮＳ−９）のいずれかである）の化学構造を有する。

以下で使用する第一級アルコールエトキシレートは、式（ＩＩ）のものであり、ＰＡＥ−７はエトキシレートの７反復単位を有し、ＰＡＥ−９はエトキシレートの９反復単位を有する。ＸＬ−５０およびＸＰ−９０は、ＢＡＳＦから市販されているＬＵＴＥＮＳＯＬ（商標）ＸＬおよびＸＰを指す。ＬＵＴＥＮＳＯＬ（商標）ＸＰおよびＸＬは、それぞれ、Ｃ_１０Ｇｕｅｒｂｅｔアルコールに基づくエトキシレートおよびアルコキシレートである。

表３は、比較試料（ＣＳ）１および２と比べた本発明の実施例１についてのデータを示している。ＢＮＳ−３およびＰＡＥ−９を含む本発明の実施例１は、１００％のＢＮＳ−３を含む比較試料１および１００％のＰＡＥ−９を含む比較試料２よりも速い湿潤および浸透時間（０．５ｇ／Ｌと２．０ｇ／Ｌの両濃度について）を有する。本発明の実施例１は、ＣＳ−１よりもはるかに低いＣＭＣ値を有し、結果としてＣＳ−１よりも低濃度で界面活性剤としてＩＥ−１を使用することができる。

表４は、比較試料３〜５と本発明の実施例２を比較している。ＩＥ−２は、比較試料３および４よりも速い湿潤および浸透時間を示している。ＩＥ−２はＣＳ−５（１００％のＬＵＴＥＮＳＯＬ ＸＰ−９０）よりも速い湿潤および浸透時間を有していないが、ＩＥ−２はＣＭＣデータによるとＣＳ−５よりもはるかに低濃度で使用することができる。

図１は、ＩＥ−２、ＣＳ−３およびＣＳ−５で処理した汚れた織物の写真である。ＩＥ−２がＣＳ−３またはＣＳ−５よりも高い油／汚れ除去能力を有することが目視検査から明らかである。

表５は、本発明の実施例３および４と比較試料６、４、２および７を比較している。本発明の実施例３および４は、低濃度、５ｇ／Ｌの溶液について、ＣＳ−６、ＣＳ−４、ＣＳ−２およびＣＳ−７よりも速い湿潤および浸透時間を有している。本発明の実施例３および４は、２ｇ／Ｌ濃度を使用した溶液、についてＣＳ−６およびＣＳ−７よりも速い湿潤および浸透時間を有していない。しかしながら、本発明の実施例は、ＣＳ−６およびＣＳ−７よりもはるかに低いＣＭＣ値という利点を有し、これにより本発明の実施例を有意に低濃度で有効に使用することが可能になる。

定義
別段の指定がなく、文脈からの暗示がなく、または当技術分野における慣例がない限り、全ての部および百分率は重量に基づき、全ての試験法は本開示の出願日時点のものである。米国特許実務の目的のために、任意の参考特許、特許出願または刊行物の内容は、特に定義の開示（本開示中に具体的に提供される定義と矛盾しない程度に）および当技術分野の一般知識に関して、その全体が参照により組み込まれる（またはその同等なＵＳ版が参照によりそのように組み込まれる）。

本開示の数値範囲は近似であるので、別段の指示がない限り、範囲の外側の値を含んでもよい。数値範囲は、１単位の増分で、任意の下限値と任意の上限値との間に少なくとも２つの単位の分離がある限り、下限値および上限値からおよびこれらを含む全ての値を含む。例として、組成上の、物理的、または例えば、分子量等などの他の特性が１００〜１０００である場合、１００、１０１、１０２等などの全ての個々の値および１００〜１４４、１５５〜１７０、１９７〜２００等などの部分範囲が明確に列挙されている。１未満の値を含有するまたは１より大きい分数（例えば、１．１、１．５等）を含有する範囲については、１単位は、適当に０．０００１、０．００１、０．０１または０．１とみなされる。１０未満の一桁の数を含有する範囲（例えば、１〜５）については、１単位は、典型的には０．１とみなされる。これらは具体的に意図されているものの例に過ぎず、列挙されている下限値と上限値との間の数値の全ての可能な組み合わせが本開示に明確に述べられているとみなされるべきである。

ポリマーは、モノマー（同一型または異なる型のいずれでも）を重合することにより調製される高分子化合物を意味する。したがって、総称のポリマーは、通常は１種のみのモノマーから調製されたポリマーを指すために使用されるホモポリマー、および以下に定義されるインターポリマーという用語を包含する。

本発明は好ましい実施形態の前述の記載を通して特定の詳細により記載されてきたが、この詳細は説明を主な目的とするものである。多くの変形および修正が、以下の特許請求の範囲の記載される本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者によりなされ得る。
本開示は以下も包含する。
［１］ ａ）式（Ｉ）
（式中、ｘは１〜１１の実数であり、ｙは１〜２０の実数であり、Ｒ ₁ は１〜３個の炭素原子を有するアルキル基であり、Ｒ ₂ は４〜６個の炭素原子を有するアルキル基である）
の分岐非イオン性界面活性剤と、
ｂ）式（ＩＩ）
（式中、Ｒ ₄ は１０〜１６個（Ｃ _10~16 ）の炭素原子を有し、ｚは１〜２０の実数である）
の第一級アルコールエトキシレートと
を含む非水性組成物。
［２］ ｘが４〜６である、上記態様１記載の組成物。
［３］ ｙが３、６または９である、上記態様１記載の組成物。
［４］ ｚが３、５、７または９である、上記態様１記載の組成物。
［５］ ＯＥＣＤ ３０１により生分解性である、上記態様１記載の組成物。
［６］ Ｒ ₁ がエチルまたはプロピル基である、上記態様１記載の組成物。
［７］ ａ）７０〜９０重量％の式（Ｉ）の分岐非イオン性界面活性剤と、
ｂ）５〜３０重量％の第一級アルコールエトキシレートと
を含む、上記態様１記載の組成物。
［８］ ａ）８５〜９５重量％の式（Ｉ）の分岐非イオン性界面活性剤と、
ｂ）５〜１５重量％の第一級アルコールエトキシレートと
を含む、上記態様１記載の組成物。
［９］ 添加剤および脱イオン水をさらに含む、上記態様１記載の組成物。
［１０］ ０．５ｇ／Ｌの濃度で、上記態様１記載の組成物および脱イオン水を含む溶液。
［１１］ ３５０ｐｐｍ未満の臨界ミセル濃度を有する、上記態様９記載の溶液。
［１２］ ２００ｐｐｍ未満の臨界ミセル濃度を有する、上記態様９記載の溶液。
［１３］ 水中７０〜９９重量％の上記態様１記載の非水性組成物を含む濃縮物。

Claims (5)

1. ａ）式（Ｉ）
   （式中、ｘは４〜６の実数であり、ｙは３、６または９であり、Ｒ₁はエチル基であり、Ｒ₂はブチル基である）
   の分岐非イオン性界面活性剤と、
   ｂ）式（ＩＩ）
   （式中、Ｒ₄は１０〜１６個（Ｃ_10-16）の炭素原子を有し、ｚは３、５、７または９である）
   の直鎖第一級アルコールエトキシレートと
   を含む非水性組成物。
2. ａ）７０〜９０重量％の式（Ｉ）の分岐非イオン性界面活性剤と、
   ｂ）５〜３０重量％の直鎖第一級アルコールエトキシレートと
   を含む、請求項１記載の組成物。
3. 請求項１記載の組成物および脱イオン水を含み、該組成物が該水中に０．５ｇ／Ｌの濃度で存在する、溶液。
4. ３５０ｐｐｍ未満の臨界ミセル濃度を有する、請求項３記載の溶液。
5. 水中７０〜９９重量％の請求項１記載の非水性組成物を含む濃縮物。