JPS6360746B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 塩化グリシジルトリメチルアンモニウムは例え
ばデンプン工業およびカチオン界面活性剤の製造
にとつて重要な化学製品である。米国特許第
2876217の実施例４においては、水媒質中でトリ
メチルアミンおよびエピクロロヒドリンからのそ
の製造方法が開示されている。ジヤーナル・オー
ガニツク・ケミストリー（J.Org.Chem.）、35巻、
2059〜2061頁（1970）におけるマツクルアー
（McClure）氏の論文によれば、上記米国特許の
方法では低い収量が得られるにすぎず、且つまた
得られた生成物は25℃で急速に分解し、すでに１
週間後にして意味あるエポキシドを見い出すこと
はもはやできなかつた。このことは本願の出願人
によつて行なわれた実験によつて確認された。こ
の時さらに、米国特許第2876217の実施例４に従
つて得られた濃縮前の溶液はすでに12.9のPHを持
つていることが観察された。

上記マツクルアー氏の論文において、有機溶媒
中で塩化グリシジルトリメチルアンモニウムを製
造することが提案されており、そのためには溶
媒、好ましくは過剰のエピクロロヒドリンが使用
される。一般的に言つて、この合成は溶媒中で行
なわれるのが最も好ましく、この場合得られた生
成物の溶解度は低い。しかし水中でのこの生成物
の合成は収率が低く、この原因は塩化グリシジル
トリメチルアンモニウムが水に良く溶けるからで
あり、この場合この生成物は次の反応に利用され
得る。

上記のマツクルアー氏の論文は塩化グリシジル
トリメチルアンモニウムについて解説しており、
この内容は現在まで影響を及ぼしている。例え
ば、オランダ特許第151081号公報は無水溶媒中で
この化合物を合成することにつき提案しており、
このため種々の有機溶媒が挙げられている。ドイ
ツ公開公報第2055046の２頁においては、未反応
のエピクロロヒドリンを生成物から除去すること
の難しさが論じられている。さらにこの公報にお
いて、上記除去工程は非常に穏やかな反応条件の
下でのみ可能であり、例えば極端に減圧した圧力
の下で30℃の温度で水蒸気によつて数回蒸留する
方法であるが、もちろんこの方法は技術上特に問
題があり、しかも生成物を20％まで加水分解して
しまうことになる。上記のことはまた同時にこの
生成物の役割からして重要な意味を含んでいる。
というのはデンプン工業において用いられる場
合、この塩化グリシジルトリメチルアンモニウム
は70ppm以下の遊離エピクロロヒドリンを含んで
いなければならないからである（ドイツ公開公報
第2056002）。さらに、ドイツ公開公報第2303886
の２頁によると、この種の化合物を水溶液の状態
で販売することは不可能であると述べている。な
ぜならばこれら化合物は水中において加水分解し
やすいからである。

しかしオランダ特許第148055号公報では異なつ
た意見を述べている。この特許出願によると、固
体塩化グリシジルアンモニウムは通常の温度で不
安定であるが、これに対して塩化グルシジルトリ
メチルアンモニウムを70〜80％含む水溶液は安定
であると述べている。この特許の出願人は明確に
次のことを警告している。即ち、溶液の濃度は高
すぎてはいけない。なぜならば80重量％以上の濃
度の時、この溶液は貯蔵中、輸送中および使用中
の温度で固化してしまうからである。

この意見は本願出願人のものとは異なる。例え
ば固定の塩化グリシジルトリメチルアンモニウム
は80重量％までの濃度を有するその溶液よりも安
定である、ということを知り得た。さらに上記オ
ランダ特許第148055号公報は実際に調べた最高濃
度（エポキシドの76.9％）の時、この化合物は１
ケ月当り５％分解することを指摘している。この
ような分解は商品としては受け入れることができ
ない。なぜならば好ましい一定期間だけ貯蔵する
ことは不可能であるからである。本願出願人の経
験によれば、この分解現象は無水固体塩化グリシ
ジルトリメチルアンモニウムにおいては起らな
い。最後に、下記の実験結果から明らかなよう
に、濃度が80重量％以上の溶液は輸送および貯蔵
中の通常の温度で容易に固化するということもま
た正しくない。

実際、特許第148055号公報の教示は受け入れる
ことができない。なぜならば現在も塩化グリシジ
ルトリメチルアンモニウムは、この第148055号公
報の出願人からも粉末状態で市場で売られている
からである。しかしながら、この粉体は吸湿性が
強く、ダスチングを生じ易い。さらにまたこの生
成物に対し皮ふが過敏な者もいる。このため使用
者はこの生成物を水で薄めて予防することが必要
である。

特許第148055号公報の分割出願であり、同じ出
願人のオランダ特許第156132号公報は、これらの
教示に従つていない。この分割出願にはアクリル
酸あるいはα−アルキルアクリル酸でハロゲン化
グリシジルトリアルキルアンモニウムを変換させ
ることが述べられており、ここでハロゲン化グリ
シジルトリアルキルアンモニウムは水溶液中で使
用されている。しかしながら、塩化グリシジルト
リメチルアンモニウムがある程度の期間水溶液中
に貯えられたかどうかは、この出願からは明らか
でない。この分割出願の３頁、15〜17行には、水
溶液中のハロゲン化グリシジルトリアルキルアン
モニウムの濃度が20〜90重量％、好ましくは50〜
80重量％の間にわたつて変化することができると
述べられている。この分割出願の実施例には実
際、塩化グリシジルトリメチルアンモニウムの３
つの濃度について調べられている。即ち、実施例
における69.5重量％と実施例における69重量
％と実施例における71.4重量％である。

かくて、本発明の目的は塩化グリシジルトリメ
チルアンモニウムの安定濃縮水溶液を提供するこ
とである。

さらに本発明の目的は無水塩化グリシジルトリ
メチルアンモニウムに基づき70ppm以下のエピク
ロロヒドリンを含む塩化グリシジルトリメチルア
ンモニウムの安定な水溶液を提供することであ
る。

さらに本発明の目的は塩化グリシジルトリメチ
ルアンモニウムの安定濃縮水溶液を製造し、同時
に望ましくない過剰のエピクロロヒドリンを除去
する方法を提供することである。

本発明の他の目的は塩化グリシジルトリメチル
アンモニウムの新規なモノ水和物を提供すること
である。

さらに本発明の目的および利点は次の記載から
明らかになる。

塩化グリシジルトリメチルアンモニウムはモノ
水和物を形成し、且つ高濃度水溶液中におけるこ
のモノ水和物は塩化グリシジルトリメチルアンモ
ニウムそれ自体とほぼ同じくらい安定であり、そ
のためこの状態で市場へ出すことができる。

すでに述べたように、このような安定生成物は
米国特許第2876217によつては得られないが、塩
化グリシジルトリメチルアンモニウムが非水性媒
質中で生成される場合、米国特許第2876217の実
施例４による直接反応生成物と同じ濃度を有する
この生成物の水溶液は12.5以下のPHを持つてい
る。

従つて、本発明は90％濃度の塩化グリシジルト
リメチルアンモニウムのモノ水和物を飽和状態ま
で含む溶液であつて、この塩化グリシジルトリメ
チルアンモニウムの含有量を25％まで水で希釈し
た後のPHが12.5以下であることを特徴とする塩化
グリシジルトリメチルアンモニウムの安定濃縮水
溶液を提供する。

塩化グリシジルトリメチルアンモニウムは以下
「GTA」と略称する。

ここで注目すべきことは、通常の条件の下にお
けるモノ水和物の飽和溶液はまた過飽和溶液でも
あるということである。常温（20℃）における
GTAの85.4％水溶液は、モノ水和物の種晶の助
けによつて冷却室の温度で結晶化するということ
から、モノ水和物の飽和溶液であると考えること
ができる。しかしながら、この濃度の溶液は数ケ
月間冷却室内で結晶を生ずることなく貯えられた
（従つてこの室内における溶液は過飽和になつて
いる）。さらに驚くべきことは、結晶核として作
用することが知られている磁器の小片等が加えら
れた時でも結晶が起らなかつたということであ
る。

GTAのモノ水和物は固体無水GTAを少量の水
と混合することにより簡単に製造できる。モノ水
和物を生成するのに必要な水の量を正確に用いる
ことは可能であるが、実際的ではない。なぜなら
ばこの場合、固まりがすぐできてしまうからであ
る。従つて過剰の水を用いる方が簡単である。こ
の過剰分の水の量はほんのわずかでよい。なぜな
らば極端に濃縮されたモノ水和物の溶液はすでに
粘度があまり高くない液体であるからである。モ
ノ水和物それ自体は融点が42〜44℃である結晶性
固体であり、10.6％の水を含んでいる。15％の全
水量を含んでいる溶液、即ち95％以上のGTA水
和物と５％以下の遊離水との混合物は、すでに充
分使い易い液体であり、20℃における粘度は約
400cpであつた。しかしながら大規模に製造する
ためには、この方法はあまり望ましくない。なぜ
ならばそのような量の水の中に無水GTAを溶解
させるには多くの時間と激しい混合が必要である
からである。

技術的により望ましい方法は、最終濃縮溶液中
に存在する水量よりも多くの水を無水GTAに加
え、次にこの過剰の水を低温低圧下で混合物から
蒸発させることである。この最後に述べた方法
は、最終使用における許容範囲以上の量の残留エ
ピクロロヒドリンを含む無水GTAから製造開始
する場合好都合である。なぜならばエピクロロヒ
ドリンと水は共沸混合物を作るからであり、この
共沸混合物は88℃、大気圧下で沸騰するからであ
る。従つて本発明はまた望ましくない過剰のエピ
クロロヒドリンをGTAから除く特に簡単な方法
を提供する。この目的のためには、例えば50％
（通常約20〜70％）の濃度になるように無水GTA
を水に簡単に溶かし、次にこの溶液を低圧（通常
15kPa以下）および低温で蒸発させ、水の含有量
を望ましい濃度、例えばGTAモノ水和物の含有
量が少くとも90％になるまで減少させることであ
る。しかしながら生成物が長期間保存されるよう
なことのない場合には低濃度のGTAモノ水和物
も利用可能であり、このような低濃度溶液も同様
に製造でき、この場合も望ましくない過剰のエピ
クロロヒドリンは共沸現象により除去される利点
がある。この簡単な蒸発操作のおかげで、ドイツ
公開公報第2055046の２頁に述べられた煩わしさ
は問題にならなくなつた。この結果、GTAモノ
水和物の安定濃縮溶液が得られるのみならず、望
ましくないエピクロロヒドリンが数10ppm存在す
る程度まで除去されるのである。

本発明をさらに明確にするため、次に実験デー
タについて述べる。

１ GTAのモノ水和物の製造 GTAの飽和水溶液を準備した（85.4％）．無水
GTAをわずかに湿らすことにより、この溶液に
加えるべき結晶を得た。これにより堅い外皮が結
晶上に形成され、この外皮がモノ水和物であるよ
うに思われた。飽和溶液にこの物質を種晶として
加え冷却室に一晩保持した。針状結晶が得られ、
これら結晶をエーテルで洗浄し、減圧下で乾燥し
た。生成物の水分含有量は約10.6％であつた。こ
の含有量はモノ水和物としての所定の値に相当す
る。融点は42〜44℃であつた。

２ 安定性の実験 ａ 無水粉状GTA 無水粉状GTAを25℃の密閉容器中に貯えた。
９ケ月間のうちにエポキシ含有量は6.43meq／ｇ
（97％）から5.99meq／ｇ（91％）まで減少した。
即ち、９ケ月間でエポキシ含有量は６％減少し
た。この値はマツクルアー氏の論文の2060頁の左
欄において述べられた25℃で１ケ月間での５％の
減少よりも少ない。５ケルビン温度の差以外の原
因が寄与したかどうかは判らない。

ｂ GTA水和物 1977年８月17日に、GTA水和物は5.57meq／
ｇ（理論値の94.4％）のエポキシド含有量を有す
る、ということが確認された。1977年11月16日に
はエポキシド含有量は5.51meq／ｇ（93.4％）で
あり、そして1978年１月２日には依然として
5.45meq／ｇ（92.4％）であつた。なおこの実験
は20℃で行なわれた。

ｃ 91.7％GTA水和物の溶液（82％の無水GTA
および18％の水） この実験も20℃で行なわれた。次の如きエポキ
シドの値が得られた。

期間（日） エポキシド（meq／ｇ） ０ 4.92 ９ 4.93 17 4.91 31 4.74 ｄ 95.1％GTA水和物の溶液（85％の無水GTA
および15％の水） この溶液は最初5.10meq／ｇのエポキシドを含
有していた。20℃で38日間放置後、エポキシド含
有量はなお5.08meq／ｇであつた。20℃で57日
後、その含有量はまだ5.03meq／ｇであつた。

ｅ 90％GTA水和物の溶液（80.5％の無水GTA
および19.5％の水） アルカリの影響 このためには試験する混合物を80℃で８時間保
ち促進老化試験を行なつた。最初の実験は添加剤
なしで行なつた。PHメータはこの濃縮溶液に対し
て20℃で12.2の値を示した。エポキシド含有量は
4.80meq／ｇであつた。80℃で８時間加熱後のエ
ポキシド含有量は3.97meq／ｇまで低下した。

第２の実験においては、PHメータが20℃で13.4
の値を指すまで少量のNaOHを最初に加えた。
この場合、80℃で８時間後エポキシド含有量は
4.80meq／ｇから零まで下がつた。

３ GTA水和物溶液からのエピクロロヒドリン
の共沸蒸留 ａ エピクロロヒドリンを3.6％含有する54.9ｇ
の粉状無水GTAを55.7ｇの水に溶かした。こ
の溶液のエポキシド含有量は3.06meq／ｇであ
つた。最初2.67kPaの圧力で、その後水の蒸発
中除々に1.06kPaまで下げた圧力で且つ60℃の
温度で、この溶液を蒸留した。15分後、エピク
ロロヒドリンの含有量は120ppmまで低下した。
さらに15分間蒸留を続けた時、エピクロロヒド
リンは15ppmまで下がつた。この蒸留後に得ら
れた生成物はエポキシド含有量が5.48meq／ｇ
であり、水の含有量はまだ8.7％あつた。しか
しこの水の量は水和物の水分含有量より少な
い。上記から理解されるように、水和物の結晶
化は低温で比較的長い時間かけて起るので、試
験に供したこの混合物は液体のままであつた。
水を添加して95％GTA水和物の溶液を作つた。

ｂ 163.6ｇの同じ無水GTAを70.0ｇの水に溶か
した。得られた溶液のエポキシド含有量は
4.29meq／ｇであつた。40℃で蒸留して水を除
去した。この場合の圧力は最初2.67kPaであ
り、水を除去している間1.06kPaまで除々に下
げた。

15分後、エピクロロヒドリン含有量は依然と
して950ppmもあつたが、さらに15分経過後に
は190ppmまで下がり、なおさらに30分後のエ
ピクロロヒドリンの含有量はほんの18ppmであ
つた。エポキシド含有量は5.23meq／ｇであつ
た。水を加えて、GTA水和物の濃度を92％に
調節した。

ｃ 51.0ｇの同じ無水GTAを51.6ｇの水に溶かし
た。この溶液のエポキシド含有量は3.05meq／
ｇであつた。蒸留は上記試験ｂと同じ条件の下
で行われ、水を除去した。15分後、エピクロロ
ヒドリンの含有量はまだ60ppmであつた。さら
に15分後、エピクロロヒドリンの含有量は
1.5ppmであつた。その後さらに30分間蒸留を
続けたが、エピクロロヒドリンの含有量は
1.5ppmのままであつた。この蒸留後のエポキ
シド含有量は5.28meq／ｇ（理論値も
5.28meq／ｇ）であり、水の含有量は12％であ
つた。水を加えて、GTA水和物の濃度を90％
に調節した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 塩化グリシジルトリメチルアンモニウムの安
   定な濃縮水溶液の製法であつて該製法が、塩化グ
   リシジルトリメチルアンモニウムのモノ水和物の
   90％飽和水溶液が形成されるに要する量よりも過
   剰の水を無水塩化グリシジルトリメチルアンモニ
   ウムに混合する工程と、次いで15kPa以下の減圧
   で過剰の水を蒸発せしめる工程とから成る製法。