説明

ジェミニ界面活性剤およびその製造方法、ならびに洗浄方法

【課題】洗浄力が高められた新規なジェミニ界面活性剤、その製造方法、ならびに洗浄方法の提供。
【解決手段】式(I)の化学構造を有するジェミニ界面活性剤およびその製造方法、ならびに当該ジェミニ界面活性剤を用いた洗浄方法。


(Xは、アルキレングリコール構造単位が3個以上連結した構造であり、Yは炭素数8〜16の炭化水素基、RおよびR’は互いに独立して選ばれる炭素数1〜16の炭化水素基である。なお、X以外の2個の部分において、Y、R、R’はそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、ベンゾイル基は1以上の置換基を有していてもよい。)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新規なジェミニ界面活性剤およびその製造方法に関する。また本発明は、本発明のジェミニ界面活性剤を用いた洗浄方法に関する。
【背景技術】
【0002】
界面活性剤として、1つの親水性基および1つの疎水性基を有する化合物が汎用されているが、近年、2つの親水性基および2つの疎水性基を含む、「ジェミニ界面活性剤」と呼ばれる2量体界面活性剤が知られている。ジェミニ界面活性剤は、きわめて近接した2つの親水性基の束縛から生じる独特の物性、および、結果として生じるミセル特性を有していることから、洗剤、柔軟剤、乳化剤、相間移動触媒、殺生物剤として、ならびに、スキンケアローション、ヘアコンディショニング組成物および化粧品組成物における成分、鉱石の浮遊選鉱、油井採掘など、様々な分野での利用が検討されている。このようなジェミニ界面活性剤として、たとえば特表2003−505339号公報(特許文献1)、特開2007−176844号公報(特許文献2)などに記載されたジェミニ界面活性剤が挙げられる。
【0003】
また従来より、衣服の洗浄方法の1つとしてドライクリーニングが利用されている。このようなドライクリーニングに関し、たとえば特表2004−515560号公報(特許文献3)に記載されたようなドライクリーニングシステムや特表2006−527788号公報(特許文献4)に記載されたような洗浄組成物が知られている。具体的には、たとえば特許文献3では、有機溶剤溶媒および加圧流体溶媒を利用したテキスタイル洗浄システムが考案されており、そのシステムで使用する有機溶媒として、ジプロピレングリコール−n−ブチルエーテルを代表するポリグリコールエーテルのような特定のタイプの有機溶媒、または類似の溶媒あるいはそれらの溶媒の混合物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表2003−505339号公報
【特許文献2】特開2007−176844号公報
【特許文献3】特表2004−515560号公報
【特許文献4】特表2006−527788号公報
【特許文献5】特開2001−278846号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら特許文献3に開示されたようなドライクリーニングシステムでは、不溶性粒子の汚れと溶媒に可能な油およびグリースからなる汚れを除去することができるが、水性汚れは溶媒に難溶なため除去することが難しい。また、特許文献3に開示されたドライクリーニングシステムでは、共同溶媒として水を含有させたとしても、水性汚れを効果的に除去するためには、有機溶媒と共同溶媒を相分離する割合にする必要があるため、水性汚れは実質的には水洗によって除去されている。
【0006】
このため、溶媒に可溶な油およびグリースからなる汚れと、水性汚れを同時に除去できるドライクリーニングが望まれている。
【0007】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、従来よりも洗浄力が高められた新規なジェミニ界面活性剤およびその製造方法、ならびに当該ジェミニ界面活性剤を用いた洗浄方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の界面活性剤は、下記一般式(I)で表わされる化学構造を有することを特徴とする。
【0009】
【化1】

【0010】
(一般式(I)中、Xは、アルキレングリコール構造単位が3個以上連結した構造であり、Yは炭素数8〜16の炭化水素基、RおよびR’は互いに独立して選ばれる炭素数1〜16の炭化水素基である。なお、X以外の2個の部分において、Y、R、R’はそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、ベンゾイル基は1以上の置換基を有していてもよい。)
本発明の界面活性剤は、一般式(I)中、Xを構成するアルキレングリコール構造単位が、1,2−プロピレングリコール構造単位、1,2−ブチレングリコール構造単位、1,3−ブチレングリコール構造単位、2,3−ブチレングリコール構造単位から選ばれる少なくともいずれかであることが好ましい。
【0011】
本発明の界面活性剤はまた、一般式(I)中、Xは、1,2−プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造A
【0012】
【化2】

【0013】
、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造B
【0014】
【化3】

【0015】
、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造C
【0016】
【化4】

【0017】
、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造D
【0018】
【化5】

【0019】
、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造E
【0020】
【化6】

【0021】
から選ばれる少なくともいずれかが連結された構造からなることが好ましい。
本発明はまた、下記構造式で表わされる界面活性剤についても提供する。
【0022】
【化7】

【0023】
また本発明は、下記一般式(I)
【0024】
【化8】

【0025】
(一般式(I)中、Xは、アルキレングリコール構造単位が3個以上連結した構造であり、Yは炭素数8〜16の炭化水素基、RおよびR’は互いに独立して選ばれる炭素数1〜16の炭化水素基である。なお、X以外の2個の部分において、Y、R、R’はそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、ベンゾイル基は1以上の置換基を有していてもよい。)で表わされる化学構造を有する界面活性剤を製造する方法であって、3個以上のアルキレングリコールを脱水縮合させた縮合物に下記式
【0026】
【化9】

【0027】
で示される(ハロゲン化アルキル)ベンゾイルハロゲン化物を反応させ、下記式
【0028】
【化10】

【0029】
で示される中間体を得るステップと、得られた中間体に、下記式
【0030】
【化11】

【0031】
で示されるアミンを反応させるステップとを含む方法についても提供する。
本発明は、さらに、上述したいずれかの本発明の界面活性剤を用いて基材を洗浄するステップと、加圧溶媒を用いて前記基材から界面活性剤を除去するステップとを含む、洗浄方法についても提供する。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、従来よりも洗浄力が高められた新規な界面活性剤が提供され、このような界面活性剤を用いることにより、溶媒に可溶な油およびグリースからなる汚れと、水性汚れを同時に除去できるドライクリーニングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】洗浄試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0034】
本発明の界面活性剤は、下記一般式(I)で表わされる化学構造を有することを特徴とする。
【0035】
【化12】

【0036】
本発明のジェミニ界面活性剤は、特表2004−515560号公報(特許文献3)に記載された有機溶媒ジプロピレングリコール−n−ブチルエーテルに同様のアルキレングリコール構造単位を有する。これによって、特許文献3に記載されたような溶媒に容易に溶解するため、不溶性粒子の汚れと溶媒に可溶な油およびグリースからなる汚れを除去することができる。また本発明のジェミニ界面活性剤は、2つの親水性基を有するため、共同溶媒の水に対しても層分離しにくく、水性汚れを効果的に除去することができるという利点がある。
【0037】
上記一般式(I)中、Yは炭素数8〜16の炭化水素基である。一般式(I)におけるYの炭素数が7以下である場合には、界面活性が失われるという傾向にあり、また、Yの炭素数が17以上である場合には、汚れ成分への溶解性が低下するという傾向にある。本発明のジェミニ界面活性剤の添加による、汚れ成分、あるいは有機溶剤であるDPNB(ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル)への水の溶解性の向上の観点からは、Yの炭素数は12〜14であることが好ましい。なお、X以外の2個の部分において、Yはそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。
【0038】
上記一般式(I)中、RおよびR’は互いに独立して選ばれる炭素数1〜16の炭化水素基である。R、R’の炭素数が17以上である場合には、汚れ成分への溶解性が低下するという傾向にある。なお、X以外の2個の部分において、Rはそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。同様に、X以外の2個の部分において、R’はそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。
【0039】
上記一般式(I)中、Xは、アルキレングリコール構造単位が3個以上連結した構造を示す。本発明のジェミニ界面活性剤において、Xを構成するアルキレングリコール構造単位は、DPNBの部分構造と同様に連結鎖にアルキル基の分岐構造を有することから、1,2−プロピレングリコール構造単位、1,2−ブチレングリコール構造単位、1,3−ブチレングリコール構造単位、2,3−ブチレングリコール構造単位から選ばれる少なくともいずれかであることが好ましい。
【0040】
本発明のジェミニ界面活性剤の好ましい一態様として、一般式(I)中、Xが、1,2−プロピレングリコール構造単位が3個連結した以下の構造A、構造B、構造C、構造D、構造Eから選ばれる少なくともいずれかである場合が挙げられる。一般式(I)中、Xが、構造A、構造B、構造C、構造D、構造Eから選ばれる少なくともいずれかであることによって、DPNBの化学構造も同様にアルキル鎖の分岐構造を含むことから、化学構造の相似のため、枝分かれのない直鎖状の炭化水素からなる界面活性剤と比較して、DPNBへの溶解性が向上される、という利点がある。
【0041】
・構造A
【0042】
【化13】

【0043】
・構造B
【0044】
【化14】

【0045】
・構造C
【0046】
【化15】

【0047】
・構造D
【0048】
【化16】

【0049】
・構造E
【0050】
【化17】

【0051】
この態様において、本発明の特に好ましい具体例として、以下の構造のジェミニ界面活性剤(N−(4−(12−(4−((dodecyldimethylammonio)methyl)phenyl)−3,6,9−trimethyl−12−oxo−2,5,8,11−tetraoxadodecane)benzyl)−N,N−dimethyldodecan−1−aminium chloride)が挙げられる。
【0052】
【化18】

【0053】
また、本発明のジェミニ界面活性剤の好ましい他の態様として、一般式(I)中、Xが、2,3−ブチレングリコール構造単位が連結した構造からなる場合も挙げられる。この場合、Xは、2,3−ブチレングリコール構造単位が4個連結した構造からなることが好ましい。
【0054】
また、上記一般式(I)におけるベンゾイル基は1以上の置換基を有していてもよい。ベンゾイル基のベンゼン環に導入し得る官能基としては特に制限されるものではなく、たとえば、F、Cl、Brなどのハロゲン、メトキシ基、エトキシ基などが挙げられる。官能基のベンゼン環への導入は、従来公知の適宜の方法で行うことができ、特に制限されるものではない。
【0055】
上記一般式(I)で表わされる本発明のジェミニ界面活性剤を製造する方法については特に制限されるものではなく、従来公知の適宜の合成方法を組み合わせて製造することができる。しかしながら、たとえば、アルキレングリコール構造単位が3個以上連結した構造の末端をハロゲン化し、アミン化する方法だとハロゲン基の反応性が乏しく、殆どアミノ化できず、反応効率が悪い。このため、以下の手順含む本発明のジェミニ界面活性剤の製造方法によって製造することが好ましい。本発明のジェミニ界面活性剤の製造方法は、まず、以下の合成スキーム1に示すように、3個以上のアルキレングリコールを脱水縮合させた縮合物Xに(ハロゲン化アルキル)ベンゾイルハロゲン化物を反応させ、中間体を得る。
【0056】
【化19】

【0057】
本発明のジェミニ界面活性剤の製造方法では、続いて、以下の合成スキーム2に示すように、得られた中間体に、アミンを反応させることによって、一般式(I)で示されるジェミニ界面活性剤を得る。
【0058】
【化20】

【0059】
本発明のジェミニ界面活性剤の製造方法において、3個以上のアルキレングリコールを脱水縮合させた縮合物は、従来公知の適宜の方法にて合成することができ、その合成方法は特に制限されるものではない。また、3個以上のアルキレングリコールを脱水縮合させた縮合物は、市販のものを用いても勿論よい。
【0060】
上記合成スキーム1に示した上記縮合物と(ハロゲン化アルキル)ベンゾイルハロゲン化物との反応は、たとえば、窒素雰囲気中、溶媒としてトルエンを用い、氷浴させた後、常温に移し、その後50℃で反応させる。その後、水を用いた分液操作、NaHCO3水溶液を用いた分液操作を行い、無水硫酸ナトリウムで脱水後、ヘキサン:酢酸エチル=3:1でカラムクロマトグラフィーにかけることで、所望の中間体を得ることができる。
【0061】
続く上記反応スキーム2で示される反応では、たとえば、上述のようにして得られた中間体をアミンと反応させる。反応は、アセトニトリルの存在下、大気圧で加熱還流を4日間行い、ヘキサンで洗浄し、酢酸エチルで洗浄し、さらにエーテルで洗浄した後、10重量%水溶液を調製して活性炭で濾過後、凍結乾燥、その後に真空乾燥を行うことで、上記一般式(I)で表わされる本発明のジェミニ界面活性剤が好適に製造できる。
【0062】
本発明はまた、上述した本発明のジェミニ界面活性剤を用いて基材を洗浄するステップと、加圧流体溶媒を用いて前記基材からジェミニ界面活性剤を除去するステップとを含む洗浄方法についても提供する。本発明の洗浄方法は、上述した本発明のジェミニ界面活性剤を用いること以外は、たとえば特許文献3に開示された発明と同様にして行うことができる。本発明の洗浄方法によれば、上述したような本発明のジェミニ界面活性剤を用いることで、溶媒に可溶な油およびグリースからなる汚れと、水性汚れを同時に除去できるドライクリーニングができるという格別の効果が奏される。なお、本発明のジェミニ界面活性剤を用いた洗浄方法は、衣類以外にもたとえば、コンタクトレンズ、シリコンウエハ、磁気抵抗ヘッド、燃料インジェクタ、時計、ポンプおよびその他の固体状態の装置、精密反射鏡、光学レンズ、レーザー用光学部品、ハンダ付けされたコネクタ、ケーブル、回路基板など、禁水条件での洗浄が必要な対象を好適な洗浄の対象とすることができる。
【0063】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0064】
<実施例1>
初めに、500mLナスフラスコに12.76g(0.066mol)のTripropylene Glycol(異性体混合物)、溶媒として50mLのトルエン、脱塩素剤として約32mLのトリエチルアミンを加えた溶液を用意した。次に、窒素雰囲気下で25g(0.132mol)の4−(chlorometyl)benzoyl chlorideを100mLのトルエンで溶解した溶液を滴下ロートに注いだ。滴下ロートとナスフラスコをジョイントし氷浴下で少量ずつ攪拌しつつ滴下した。0.5時間氷浴下、2時間常温、約3日間温浴50℃で攪拌し反応させた。反応終了後、500mL分液ロートに反応溶液と水200mLを加えよく撹拌した後、下層の水溶液を取り替える分液操作を3回、200mLのNaHCO水溶液で3回行った。それから、200mLのNaHCO水溶液による洗浄を毎日溶液交換しつつ2日間で2回洗浄し、回収したトルエン溶液に無水硫酸ナトリウムを加え一日放置し脱水を行った。その後、エバポレータと真空乾燥により溶媒除去を行い無色透明な液体を得た。そして、カラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=3:1)を行い、粗収量の内約7gをカラムにベットし、約3gを得た。これを数回に分けて行った(Rf値=0.35)。
【0065】
得られたハロゲン化中間体5.27g(0.0106mol)にアミンとして4.52g(0.0211mol)のN,N’dimetyl−n−dodecylamine、溶媒に100mLのアセトニトリルを用いて4日間大気圧で加熱還流を行った。反応終了後、エバポレータと真空乾燥を行った後、粘性のある液体を得た。精製過程としてまず、非溶媒であるヘキサンで4日間洗浄した。酢酸エチルで4日間洗浄、エーテルで3日間洗浄を行った。それぞれ、朝夕とデカンテーションを行い溶媒を毎日交換した。また、それぞれ洗浄終了後は、濾過を行い、真空乾燥を5〜8時間行った。その後、真空乾燥を行い溶媒除去した後、10重量%の界面活性剤水溶液を調製し活性炭を加え攪拌した。活性炭濾過の後100nmシリンジフィルターを通し、冷凍庫で凍結させ、凍結乾燥を3〜4日間行った。最後に80℃真空乾燥を3日間行った。
【0066】
得られた化合物について元素分析を行ったところ、C=68.88、H=10.03、N=3.03、O=10.39、Cl=7.67という結果が得られた。
【0067】
また、LC−MS(液体クロマトグラフ質量分析計)(LCMS 2010A((株)島津製作所)を用いてカチオン部分の質量分析を行ったところ、m/z=426.75という結果が得られた(理論値:426.66)。
【0068】
以上より、実施例1の結果、下記構造式で表わされるジェミニ界面活性剤(N−(4−(12−(4−((dodecyldimethylammonio)methyl)phenyl)−3,6,9−trimethyl−12−oxo−2,5,8,11−tetraoxadodecane)benzyl)−N,N−dimethyldodecan−1−aminium chloride)が合成されたことが確認された。
【0069】
【化21】

【0070】
(評価試験)
実施例1で得られたジェミニ界面活性剤を用いて、以下の洗浄試験を行った。
【0071】
まず、以下の組成の洗浄液1〜5を調製した。なお、汚れ成分として有機溶剤であるDPNB(ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル)を用い、比較のための界面活性剤の従来例としてDTAB(ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド)を用いた。各成分の数値は重量%を示している。
【0072】
洗浄液1:水/ジェミニ界面活性剤/DPNB=12/3/85
洗浄液2:水/ジェミニ界面活性剤/DPNB=15/4/82
洗浄液3:水/DPNB=95.5/4.5
洗浄液4:水/DPNB=11/89
洗浄液5:水/DTAB/DPNB=11.6/4.7/83.7
洗浄液6:水/DTAB/DPNB=5.9/2.4/91.7
100mLの蓋付きのビーカーに各洗浄液を収容し、水溶性汚染布((株)八木製)を入れて15分間ビーカーを回して洗浄し、さらに5分ごとに攪拌し、合計で1時間洗浄を行った後、1日間放置した。
【0073】
次に、繊維をDPNB20gに移して15分間すすいだ後、ろ紙でDPNBをある程度拭き取った後、超臨界二酸化炭素ポンプ(PU 2090 CO(日本分光製))を用い、耐圧容器内に繊維を収容し、12MPa、室温(25℃)、流量5mL/minの条件で、液化炭酸ガスを用いたすすぎの工程を行った。
【0074】
すすぎ後の各繊維について、測色計(CM−3600d、Konica−Minolta製)を用いて、汚染されていない元の白布を基準にして、白色光(D56)を光源として色差ΔE*abを3回測定し、平均値を算出した。この色差の値が低いほど洗浄効果が高いことを示す。結果を表1に示す。
【0075】
【表1】

【0076】
また図1は、洗浄液1、2についての洗浄試験の結果を示すグラフである。図1中、白い丸で繋がれた線分は、DPNBおよび水が1相となる状態を保持できる組成の境界であり、黒い丸は、洗浄液1、2の各プロットである。図1から、DPNBが主成分で1相となる洗浄溶液組成において良好な洗浄が行えるという結果が分かる。
【0077】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(I)で表わされる化学構造を有するジェミニ界面活性剤。
【化1】

(一般式(I)中、Xは、アルキレングリコール構造単位が3個以上連結した構造であり、Yは炭素数8〜16の炭化水素基、RおよびR’は互いに独立して選ばれる炭素数1〜16の炭化水素基である。なお、X以外の2個の部分において、Y、R、R’はそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、ベンゾイル基は1以上の置換基を有していてもよい。)
【請求項2】
一般式(I)中、Xを構成するアルキレングリコール構造単位が、1,2−プロピレングリコール構造単位、1,2−ブチレングリコール構造単位、1,3−ブチレングリコール構造単位、2,3−ブチレングリコール構造単位から選ばれる少なくともいずれかである、請求項1に記載のジェミニ界面活性剤。
【請求項3】
一般式(I)中、Xは、1,2−プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造A
【化2】

、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造B
【化3】

、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造C
【化4】

、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造D
【化5】

、プロピレングリコール構造単位が3個連結した下記式で表わされる構造E
【化6】

から選ばれる少なくともいずれかが連結された構造からなる、請求項1または2に記載のジェミニ界面活性剤。
【請求項4】
下記構造式で表わされるジェミニ界面活性剤。
【化7】

【請求項5】
下記一般式(I)
【化8】

(一般式(I)中、Xは、アルキレングリコール構造単位が3個以上連結した構造であり、Yは炭素数8〜16の炭化水素基、RおよびR’は互いに独立して選ばれる炭素数1〜16の炭化水素基である。なお、X以外の2個の部分において、Y、R、R’はそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、ベンゾイル基は1以上の置換基を有していてもよい。)
で表わされる化学構造を有するジェミニ界面活性剤を製造する方法であって、
3個以上のアルキレングリコールを脱水縮合させた縮合物と、下記式
【化9】

で示される(ハロゲン化アルキル)ベンゾイルハロゲン化物を反応させ、下記式
【化10】

で示される中間体を得るステップと、
得られた中間体に、下記式
【化11】

で示されるアミンを反応させるステップとを含む、方法。
【請求項6】
請求項1〜4のいずれかに記載のジェミニ界面活性剤を用いて基材を洗浄するステップと、
加圧溶媒を用いて前記基材からジェミニ界面活性剤を除去するステップとを含む、洗浄方法。

【図1】
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【公開番号】特開2012−162507(P2012−162507A)
【公開日】平成24年8月30日(2012.8.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−26172(P2011−26172)
【出願日】平成23年2月9日(2011.2.9)
【出願人】(000126115)エア・ウォーター株式会社 (254)
【Fターム(参考)】