JP6827125B2 - ヒドロキシアルカンスルフィン酸の混合塩 - Google Patents

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Description

本発明は、ヒドロキシアルカンスルフィン酸および任意にヒドロキシアルカンスルホン酸の混合塩、それらの調製、ならびに還元剤としての前記塩の使用に関する。
ホルムアルデヒドスルホキシレート(ヒドロキシメタンスルフィン酸)、特にナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートは、特にフリーラジカルによって開始するエマルション重合において有効で割安な還元剤であることが判明している。しかしながら、還元プロセスの間に、ホルムアルデヒドスルホキシレートは有毒なホルムアルデヒドを脱離させる。ホルムアルデヒドを含有してはならないプラスチック類またはポリマー分散系は、代替的な還元剤、例えばバイサルファイト、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、またはエリソルビン酸ナトリウムを用いて重合される。言及したホルムアルデヒド不含還元剤はより弱い還元剤であるので、ホルムアルデヒドスルホキシレートと比較してより完全でない重合という欠点は受忍されなければならない。その上、前記代替的な還元剤では、増大した凝固体形成および黄変が観察される。
ホルムアルデヒドスルホキシレートの欠点は、加えて分子内にカルボン酸基を有するスルフィン酸誘導体によって克服されている。それらの誘導体は特許文献1に開示されている。そして、それらは高い還元力を有しかつ使用の間または後にホルムアルデヒドを放出しないので、それらは、特にフリーラジカルによって開始するエマルション重合において、還元剤として広範な使用をされている。しかしながら、前記誘導体は、水系溶液中において、特に酸系媒体中において十分に安定ではない。結果として、それらは、還元力の有意な損失と併せて、不快でその上有毒な「硫黄」臭気を水系または酸系溶液中において発生する。前記スルフィン酸の亜鉛塩は水系溶液中におけるまずまずの安定性を有するが、不満足な還元力を有する。
国際公開第99/18067号パンフレット
ゆえに、本発明の根底にある課題は、高い還元力、特に前記スルフィン酸誘導体のものに匹敵する還元力と、同時に、特にスルフィン酸誘導体の亜鉛塩のものに匹敵する水系溶液中における高い安定性とを見せる還元剤を提供することである。
この課題は、式(I)のスルフィン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩またはアルミニウム−亜鉛−混合塩またはカルシウム−亜鉛−混合塩によって解決された。
式(I)

中、
はHまたはC−Cアルキルであり、
はCOOH、SOH、またはCH(OH)S(O)−OHであり、
nは1であり、
酸はアニオンを形成し、対イオンはマグネシウムおよび亜鉛イオン、またはアルミニウムおよび亜鉛イオン、またはカルシウムおよび亜鉛イオンである。
図1は、pH5の水系溶液中における経時的な本発明の塩の安定性を示している。 図2は、スチレンアクリレートの後重合による経時的なn−ブチルアクリレートのパーセント減少を示している。 図3は、スチレンアクリレートの後重合による経時的なスチレンのパーセント減少を示している。
本明細書において用いられる用語「C−Cアルキル」は、1から6つの炭素原子を有する直鎖または分枝アルキル基を意味する。例はメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、およびn−ヘキシルである。
は好ましくはHである。Rは好ましくは−COOHである。RがHでありかつRが−COOHである式(I)の化合物がさらに好ましい。
加えて、本発明の混合塩は、nが2である式(I)のスルホン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩またはアルミニウム−亜鉛−混合塩またはカルシウム−亜鉛−混合塩を含有し得る。
アニオンは好ましくはジアニオンであり、式(Iaa)、(Ibb)、または(Icc)を有し、

式(Iaa)、(Ibb)、または(Icc)中、nは上で定義されている通りである。
ある実施形態において、本発明の塩は式(Ia)、(Ib)、または(Ic)の化合物のマグネシウム−亜鉛−混合塩であり、

式(Ia)、(Ib)、または(Ic)中、nは独立して1または2であるが、少なくとも1つのnは1である。
さらなる実施形態において、本発明の塩は式(Ia)、(Ib)、または(Ic)の化合物のアルミニウム−亜鉛−混合塩である。
さらなる実施形態において、本発明の塩は式(Ia)、(Ib)、または(Ic)の化合物のカルシウム−亜鉛−混合塩である。
さらなる実施形態において、塩はマグネシウム−亜鉛−塩であり、対イオンは40から60モル%のマグネシウムイオンおよび40から60モル%の亜鉛イオンを、好ましくは45から55モル%のマグネシウムイオンおよび45から55モル%の亜鉛イオンを含む。
さらなる実施形態において、塩はアルミニウム−亜鉛−塩であり、対イオンは25から60モル%のアルミニウムイオンおよび40から75モル%の亜鉛イオンを、好ましくは30から50モル%のアルミニウムイオンおよび50から70モル%の亜鉛イオンを含む。
さらなる実施形態において、塩はカルシウム−亜鉛−塩であり、対イオンは30から60モル%のカルシウムイオンおよび40から70モル%の亜鉛イオンを、好ましくは35から55モル%のカルシウムイオンおよび45から65モル%の亜鉛イオンを含む。
さらなる実施形態において、混合物はスルフィン酸塩とスルホン酸塩とを3:1から1:5の重量比で含む。
さらなる実施形態において、混合物はスルフィン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩とスルホン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩とを2:1から1:3の重量比で含む。
さらなる実施形態において、混合物はスルフィン酸のアルミニウム−亜鉛−混合塩とスルホン酸のアルミニウム−亜鉛−混合塩とを1:1から1:2の重量比で含む。
さらなる実施形態において、混合物はスルフィン酸のカルシウム−亜鉛−混合塩とスルホン酸のカルシウム−亜鉛−混合塩とを3:1から1:3の重量比で含む。
加えて、本発明の塩は、亜硫酸塩、特に亜硫酸−マグネシウム−亜鉛または亜硫酸−アルミニウム−亜鉛を含み得る。一般的に、塩は亜硫酸−マグネシウム−亜鉛または亜硫酸−アルミニウム−亜鉛を2wt%未満、好ましくは1wt%未満、特に0.5wt%未満含む。塩が亜硫酸塩を含む場合には、それは少なくとも0.01wt%の量で存在する。
本発明のさらなる態様は、本発明の化合物または組成物を調製するためのプロセスであり、これは、
a)グリオキシル酸の水系溶液を提供すること、
b)マグネシウム−亜鉛−塩が所望であるケースにおいては水酸化マグネシウムを追加することによって、またはアルミニウム−亜鉛−塩が所望であるケースにおいては水酸化アルミニウムを追加することによって、またはカルシウム−亜鉛−塩が所望であるケースにおいては水酸化カルシウムもしくは酸化カルシウムを追加することによって、グリオキシル酸溶液のpHを2.8から4に調整すること、
c)亜ジチオン酸亜鉛(ZnS)をステップ(b)において得られた溶液に追加すること、
d)ステップ(c)において得られた溶液のpHを4.5から6に調整すること、
を含む。
好ましくは、pHを調整するためにステップ(d)において用いられる塩基はステップ(b)に類似である。すなわち、水酸化マグネシウムがマグネシウム−亜鉛−塩のために用いられ、水酸化アルミニウムがアルミニウム−亜鉛−塩のために用いられ、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムがカルシウム−亜鉛−塩のために用いられる。
ある実施形態において、ステップ(b)におけるpHは2.9から3.8に調整される。さらなる実施形態において、ステップ(d)におけるpHは4.5から5.5に調整される。
さらなる実施形態において、ステップ(c)における亜ジチオン酸亜鉛は1:0.5から1:3(亜ジチオン酸亜鉛:グリオキシル酸)のモル比で追加される。
さらなる実施形態において、スルフィン酸塩およびスルホン酸塩は結晶化または沈殿によって単離される。この目的のためには、水混和性溶媒(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトンなど)がステップ(d)において得られた溶液に追加されて、塩を沈殿させ得る。それから、塩は、従来の様式で、例えば水、または水と前記水混和性溶媒との混合物からの分別晶析によって分離および乾燥され得る。乾燥は、従来の様式で、例えばステップ(d)において得られた溶液または結晶化後に得られた懸濁液を噴霧乾燥することによってなされ得る。
さらなる実施形態において、本発明は、それを水酸化マグネシウムまたは水酸化アルミニウムまたは水酸化カルシウムと反応させることによってグリオキシル酸の水系溶液のpHを2.8から4、好ましくは2.9から3.8に調整すること、グリオキシル酸の得られたマグネシウムまたはアルミニウムまたはカルシウム塩を亜ジチオン酸亜鉛と反応させること、およびpHを4.5から6、好ましくは4.5から5.5に調整すること、ならびに任意に塩を単離することによって得られ得る塩に関する。好ましくは、塩の単離は上に記載されている通り行われる。さらなる実施形態において、亜ジチオン酸亜鉛は1:0.5から1:3(亜ジチオン酸亜鉛:グリオキシル酸)のモル比で追加される。
本発明の塩は、固体形態で、例えば粉末または顆粒として、または水系溶液として提供され得る。固体の塩およびその水系溶液は長期間に渡って保存安定である。5というpHにおける21日間に渡る溶液の保存後でさえも、溶液の還元力は非常にわずかに縮減されるのみである。一般的に、固体形態の本発明の塩の水含量は乾燥固形分に基づいて0.1から3wt.%の範囲である。
使用のためには、塩は、固体形態で、水系溶液または水系懸濁液として適用され得、これらは新たに調製され得る。例えば、水系溶液または懸濁液は溶液または懸濁液の総重量に基づいて化合物または組成物を10から50wt.%含み得る。
さらなる態様において、本発明は、本発明の塩ならびに従来の添加剤および補助剤、例えば硫酸金属のような他の金属塩を含む組成物に関する。
ある実施形態において、本発明の組成物は、追加の還元剤、例えばアスコルビン酸、イソアスコルビン酸、もしくはこれらの酸の塩、またはバイサルファイトなどを含む。
一般的に、追加の還元剤ならびに/または従来の添加剤および/もしくは補助剤の量は組成物の総重量に基づいて30wt.%未満である。それゆえに、本発明の組成物は固体混合物の総重量に基づいて本発明の塩を少なくとも70wt.%、特に少なくとも80wt.%含む。
本発明の組成物は構成成分同士を所望の混合比で混合することによって調製され得る。
本発明の塩は、対応するナトリウム塩よりも安定であり、かつ硫黄臭気を発生せず、かつ匹敵する還元力をなお有する還元剤である。しかしながら、還元力は対応する亜鉛塩のそれよりも高い。それゆえに、本発明の塩は、高い還元力および経時的な高い安定性が要求される分野において還元剤として選好的に用いられる。例えば、それらは、還元剤としてテキスタイル印刷に、特にテキスタイル抜染印刷に、テキスタイル漂白もしくはバット染色に、または還元剤として鉱物、例えばカオリンなど、および繊維、例えばセルロース繊維を漂白するために用いられ得る。しかしながら、好ましくは、重合がより低い温度において行われることを可能にするために、それらは開始剤として過酸化物系開始剤と一緒にエマルション重合に用いられる。この目的のためには、所望の場合には、本発明の塩は、酸化可能な金属イオン、例えばFe2+、Mn2+などと一緒にもまた用いられ得る。好ましくは、残存モノマー含量をまずまずのレベルまで縮減するために、本発明の塩は還元剤としてエマルションポリマーの主および/または後重合に用いられる。
ゆえに、本発明は、還元剤としての、特に、テキスタイル印刷における、特にテキスタイル抜染印刷における、テキスタイル漂白もしくはバット染色における還元剤としての、または鉱物、例えばカオリンなど、および繊維、例えばセルロース繊維を漂白するための還元剤としての、前記塩の使用にもまた関する。好ましくは、本発明はエマルション重合への塩の使用に関する。エマルションポリマーの主および/または後重合への塩の使用が特に好ましい。
下の例は、それを限定することなしに本発明を例示する。
合成例
例1
2−ヒドロキシ−2−スルフィナト/スルホナト酢酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩の合成
グリオキシル酸の50wt%水系溶液の59.23gを11.67gのMg(OH)によって部分中和した。この目的のためには、グリオキシル酸を三口フラスコに仕込み、150mlの水によって希釈した。爾後に、Mg(OH)を固体形態で追加した。pHは3.5まで上昇した。それから、得られたグリオキシル酸Mgを亜ジチオン酸亜鉛と1:1のモル比で反応させた。亜ジチオン酸亜鉛は滴下漏斗によって水系溶液(水中に32%)として追加した。反応混合物を60minに渡って撹拌した。追加のMg(OH)をゆっくり追加してpHを5に合わせ、反応混合物を追加の60minに渡って室温で撹拌した。反応混合物を濾過して無色透明の溶液を得た。
溶液をヨウ素滴定によって分析した。スルフィン酸/スルホン酸−Mg−Zn溶液は1.9wt%マグネシウムおよび5.5wt%亜鉛、7.9wt%スルフィン酸、10.6wt%スルホン酸、および0.1wt%亜硫酸を含有した。
水中のIRスペクトルは次の波数においてピークを見せた:
3290cm-1(74.7 %T), 1733cm-1 (47.3 %T), 1630cm-1 (75.6 %T), 1545cm-1(75.3 %T), 1502 cm-1 (83.7 %T), 1381 cm-1 (81.5 %T), 1334cm-1 (81.3 %T), 1174cm-1 (61.9 %T), 1083cm-1(78.2 %T), 1034cm-1 (76.3 %T).
物質を固体形態で得るためには、溶液はスイス国ビュッヒからのラボスケールB−290アドバンスト噴霧乾燥器を用いて乾燥され得る。
例2
2−ヒドロキシ−2−スルフィナト/スルホナト酢酸の亜鉛塩の合成
グリオキシル酸の50wt%水系溶液の59.23gを16.28gのZnOによって部分中和した。この目的のためには、グリオキシル酸を三口フラスコに仕込み、150mlの水によって希釈した。爾後に、ZnOを固体形態で追加した。pHは3.5まで上昇した。それから、得られたグリオキシル酸Znを亜ジチオン酸亜鉛と1:1のモル比で反応させた。亜ジチオン酸亜鉛は滴下漏斗によって水系溶液(水中に32%)として追加した。反応混合物を60minに渡って撹拌した。追加のZnOをゆっくり追加してpHを5に合わせ、反応混合物を追加の60minに渡って室温で撹拌した。反応混合物を濾過して無色透明の溶液を得た。
溶液をヨウ素滴定によって分析した。スルフィン酸/スルホン酸−Zn溶液は11.9wt%亜鉛、8.6wt%スルフィン酸、11.9wt%スルホン酸、および0.2wt%亜硫酸を含有した。
水中のIRスペクトルは次の波数においてピークを見せた:
3284cm-1(75.8 %T), 1732cm-1 (47.0 %T), 1630cm-1 (76.3 %T), 1545cm-1(75.8 %T), 1501 cm-1 (83.8 %T), 1381 cm-1 (82.1 %T), 1334cm-1 (81.6 %T), 1173cm-1 (62.7 %T), 1082cm-1(78.6 %T), 1035cm-1 (78.1 %T)
物質を固体形態で得るためには、溶液はスイス国ビュッヒからのラボスケールB−290アドバンスト噴霧乾燥器を用いて乾燥され得る。
例3
2−ヒドロキシ−2−スルフィナト/スルホナト酢酸のアルミニウム−亜鉛−混合塩の合成
グリオキシル酸の50wt%水系溶液の59.23gを20.80gのAl(OH)によって部分中和した。この目的のためには、グリオキシル酸を三口フラスコに仕込み、150mlの水によって希釈した。爾後に、Al(OH)を固体形態で追加した。pHは3.0まで上昇した。それから、得られたグリオキシル酸Alを亜ジチオン酸亜鉛と2:3のモル比で反応させた。亜ジチオン酸亜鉛は滴下漏斗によって水系溶液(水中に32%)として追加した。反応混合物を60minに渡って撹拌した。追加のAl(OH)をゆっくり追加してpHを4.5に合わせ、反応混合物を追加の60minに渡って室温で撹拌した。反応混合物を濾過して無色透明の溶液を得た。
溶液をヨウ素滴定によって分析した。得られたスルフィン酸/スルホン酸−Al−Zn溶液は3.9wt%スルフィン酸、6.2wt%スルホン酸、および0.1wt%亜硫酸を含有した。
ZnおよびAlの値は、ヘリウムガス下においてブルカーからのS2−Ranger装置を用いて蛍光X線分光法によって決定した:Zn:2.6wt%、Al:0.7wt%。
水中のIRスペクトルは次の波数においてピークを見せた:
3294cm-1(47.8 %T), 2158cm-1 (94.7 %T), 1635cm-1 (63.8 %T), 1383cm-1(85.6 %T), 1171 cm-1 (81.3 %T), 1027cm-1 (78.5 %T), 459cm-1(24.3 %T)
物質を固体形態で得るためには、溶液はスイス国ビュッヒからのラボスケールB−290アドバンスト噴霧乾燥器を用いて乾燥され得る。
例4
塩溶液の安定性
次の塩を含む10wt%溶液の経時的なスルフィン酸含量をヨウ素滴定によって決定した。
a)2−ヒドロキシ−2−スルフィナト酢酸二ナトリウム塩(47wt%)、2−ヒドロキシ−2−スルホナト酢酸二ナトリウム塩(18wt%)、および亜硫酸ナトリウム(33wt%)、
b)2−ヒドロキシ−2−スルフィナト酢酸二ナトリウム塩(38wt%)、2−ヒドロキシ−2−スルホナト酢酸二ナトリウム塩(57wt%)、亜硫酸ナトリウム(1wt%)、
c)例1のスルフィン酸−Zn−Mg、スルホン酸−Zn−Mg、および亜硫酸−Zn−Mg、
d)例2のスルフィン酸−Zn、スルホン酸−Zn、および亜硫酸−Zn、
e)例3のスルフィン酸−Zn−Al、スルホン酸−Zn−Al、および亜硫酸−Zn−Al
比較目的のために、溶液a)およびb)の値は、ナトリウム塩を水中に溶解するときにもたらされるpH9においてもまた決定した。溶液a)およびb)のpHを希硫酸によって5に調整した。結果は図1に示されている。見られ得る通り、Zn−Mg−塩およびZn−Al−塩は対応するナトリウム塩と比較して改善した安定性を示す。改善した安定性はユーザーにとって有意に有利である。なぜなら、溶液はより長い時間に渡ってその還元力を維持し、その結果、溶液は有意な活性損失なしにより長い時間に渡って保管され得、用いられ得るからである。
例5
バット染料温度
この方法はテキスタイル産業から公知であり、還元剤とのバット染料(ここではインダンスレン)の反応を利用する。試験スティックの変色が起こる温度がより高いほど、還元剤は試験pHにおいてより安定である。次のバット染料温度は水中の2wt%溶液によってpH5において決定された。
データは図1に示されている結果を確認している。
例6
還元力
エマルション重合において残存モノマー含量を縮減することによって本発明の化合物および組成物の還元力を実証するために、スチレン−n−ブチルアクリレートラテックス(Synthopol−Chemie有限合資会社から得られたLiocryl−XAS4727)を用いた。スチレンおよびn−ブチルアクリレートモノマーを各5000ppmの最終含量でラテックスに追加し、ホモジナイズした。ラテックスの350gを容器に仕込み、その温度はサーモスタットを用いて60℃に制御した。ラテックスの総重量に基づいて各0.1wt.%の量で、還元剤および酸化剤tert.−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)を60℃においてラテックスに同時に追加した。還元剤混合物のおよび酸化剤の追加速度および対応する濃度は下の表2によって与えられている。還元剤として、例4によって与えられている溶液a)からe)を用いた。還元剤混合物中の活性決定物質としてのスルフィン酸塩の濃度を各ケースにおいて4wt%.に調整して、比較可能性を保証した。
表3によって与えられているスケジュールに従って、サンプルをフラスコから取った:
残存モノマー含量は次の通り決定した:
残存モノマー含量を決定するために、ヘッドスペース−オートサンプラーを有するパーキンエルマーのヘッドスペース−GC−MSとマルチプルヘッドスペース抽出法とを用いた。残存n−ブチルアクリレートの結果は表4および図2に示されており、残存スチレンの結果は表5および図3に示されている。
表4および5ならびに図2および3は、本発明に従う溶液c)およびe)の還元力が溶液d)のそれよりも有意に良好であるということを示している。
例7
硫黄臭気の決定
還元剤を、固体として、および20wt%溶液または懸濁液として提供した。臭気を5人の試験者のパネルによって決定し、表6の分類に従ってレーティングした。還元剤は例4によって与えられている塩であった。結果は表7によって与えられている。
ナトリウム塩は少なくとも有意な硫黄臭気を有するが、本発明の塩は硫黄臭気を発生しない。これは例4によって与えられている結果を確認している。

Claims (14)

  1. 式(I)のスルフィン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩またはアルミニウム−亜鉛−混合塩であって、
    式(I)
    中、
    がHまたはC−Cアルキルであり、
    がCOOH、SOH、またはCH(OH)S(O)−OHであり、
    nが1であり、
    酸がアニオンを形成し、対イオンが、マグネシウムおよび亜鉛イオン、またはアルミニウムおよび亜鉛イオンである、
    スルフィン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩またはアルミニウム−亜鉛−混合塩。
  2. 対イオンが40から60モル%マグネシウムイオンおよび40から60モル%亜鉛イオンを、または45から55モル%マグネシウムイオンおよび45から55モル%亜鉛イオンを含む、請求項1に記載のマグネシウム−亜鉛−塩。
  3. 対イオンが25から60モル%アルミニウムイオンおよび40から75モル%亜鉛イオンを、または30から50モル%アルミニウムイオンおよび50から70モル%亜鉛イオンを含む、請求項1に記載のアルミニウム−亜鉛−塩。
  4. がHである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の塩。
  5. がCOOHである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の塩。
  6. 加えて、nが2である式(I)のスルホン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩またはアルミニウム−亜鉛−混合塩を含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の塩。
  7. スルフィン酸塩とスルホン酸塩とを3:1から1:5の重量比で含む、請求項6に記載の塩。
  8. スルフィン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩とスルホン酸のマグネシウム−亜鉛−混合塩とを2:1から1:3の重量比で含む、請求項7に記載の塩。
  9. スルフィン酸のアルミニウム−亜鉛−混合塩とスルホン酸のアルミニウム−亜鉛−混合塩とを1:1から1:2の重量比で含む、請求項7に記載の塩。
  10. 亜硫酸−マグネシウム−亜鉛または亜硫酸−アルミニウム−亜鉛を2wt%未満含む、請求項6〜9のいずれか1項に記載の塩。
  11. 請求項6〜10のいずれか1項に記載の塩の製造方法であって、
    水酸化マグネシウムまたは水酸化アルミニウムと反応させることによってグリオキシル酸の水系溶液のpHを3から4に調整、グリオキシル酸の得られたマグネシウムまたはアルミニウム塩を亜ジチオン酸亜鉛と反応させ、pHを4.5から6に調整することによる、製造方法
  12. 請求項1〜1のいずれか1項に記載の塩の、還元剤としての使用。
  13. エマルション重合における、またはエマルション重合の後重合における、請求項12に記載の使用。
  14. 請求項1〜1のいずれか1項に記載の塩ならびに追加の還元剤を含む組成物。
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