説明

脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物の製造方法

【課題】 有害な副生成物であるジオキサンの含有量が低く、かつ色調が良好な脂肪族第1級アミンのエチレンオキサイド付加物の製造方法を提供する。
【解決手段】 炭素数が1〜24の脂肪族第一級アミン1モルに平均付加モル数1.5〜2.0モルのエチレンオキサイドを無触媒で反応(第1段目反応)させて得られた脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(C)に、第4級アンモニウム塩(a1)または第3級アミン(a2)を触媒(D)として0.01〜3重量%添加し、さらに1.5〜98モルのエチレンオキサイド(b)を反応(第2段目反応)させ、その反応後に、130〜180℃で触媒(D)を加熱分解および触媒(D)の熱分解物(D’)と副生成物のジオキサン(B)を減圧除去することにより脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物を製造する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物、特に、副生成物であるジオキサンの含有量が低く、色相が良好な脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
脂肪族アミンのアルキレンオキサイド付加物、特にエチレンオキサイド付加物は、界面活性剤及びその原料として用いられ、利用分野は界面活性剤、繊維の染色助剤、繊維柔軟仕上げ剤、殺菌剤、農薬展着剤、帯電防止剤、塗膜表面改質剤など、家庭用、工業用、農業用等多岐にわたっている。
前記脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物は、一般的には無触媒、またはアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物などのアルカリ触媒の存在下において、脂肪族アミンにエチレンオキサイドを付加して製造されている(例えば、特許文献1)。
しかし、無触媒もしくはこれらのアルカリ触媒を使用すると、脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物中に、毒性汚染物質であるジオキサンが多量に副生する。また、色調が悪く、特にエチレンオキサイドの付加モル数が多くなるにつれて、着色が顕著になるという問題がある。
【0003】
前記の有害なジオキサン含量を低減させる方法として、水を添加し窒素パージする方法(例えば、特許文献2)が提案されている。
しかしながら、この方法であっても、ジオキサン含量の低減効果は不十分である。
【特許文献1】特開2003-96186号公報
【特許文献2】特表2008−514619号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、有害な副生成物であるジオキサンの含有量が低く、かつ色調が良好な脂肪族第1級アミンのエチレンオキサイド付加物、およびそ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】
【0005】
本発明者らは鋭意検討した結果、反応を二段階に分け、第1段目は無触媒で反応させた上で、第2段目反応で特定の触媒を用い、温度条件を厳密にコントロールすることで、従来の無触媒若しくは前記アルカリ触媒を使用した製造法に比べジオキサンの副生が抑えられ、かつ色調が良好な脂肪族第1級アミンのエチレンオキサイド付加物が得られることを見いだした。
さらに、生成物から触媒を加熱分解および触媒の熱分解物とその分解物の減圧除去と同時に、副生成物のジオキサンを減圧除去することで、最終製品中のジオキサンの含有量を極力抑えた脂肪族第1級アミンのエチレンオキサイド付加物が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、炭素数が1〜24の脂肪族第一級アミンに3〜100モルのエチレンオキサイドを付加した脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)であって、不純物のジオキサン(B)の含有量が10ppm以下であり、ガードナー法により測定した色調が8以下であることを特徴とする脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物;およびその製造法である。
【発明の効果】
【0006】
本発明の製造方法は、副生成物であるジオキサンの含有量が10ppm以下、かつ色調が良好な脂肪族第1級アミンのエチレンオキサイド付加物を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
本発明は、炭素数が1〜24の脂肪族第一級アミンに3〜100モルのエチレンオキサイドを付加させてなる脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)であって、副生成物のジオキサン(B)の含有量が10ppm以下であり、ガードナー法により測定した色調が8以下であることを特徴とする脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A);並びにその製造法の発明である。
【0008】
本発明の脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)は、炭素数が1〜24の脂肪族第一級アミンに3〜100モルのエチレンオキサイドを付加させてなる脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物であり、しかも、不純物のジオキサン(B)の含有量が10ppm以下であり、ガードナー法により測定した色調が8以下である。
【0009】
本発明で用いる脂肪族第1級アミンとは、直鎖または分岐鎖でもよく、飽和または不飽和結合をもっていてもよい、炭素数が1〜24の脂肪族第1級アミンである。
具体的には、メチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、ノナデシルアミン、イコシルアミン、ヘンイコシルアミン、ドコシルアミン、トリコシルアミン、テトラコシルアミン、オクタデセニルアミン、オクタデカジエニルアミンや、これらの混合物である牛脂アミン、硬化牛脂アミン、ヤシ油アミン、パーム油アミン、大豆油アミン等動植物油由来の脂肪族第1アミンを挙げることができる。脂肪族第1アミンは1種または2種以上の混合物を用いてもよい。これらの脂肪族第1アミンは蒸留精製してあることが望ましい。
【0010】
製造法の本発明における第一段目の反応は、通常、無触媒でエチレンオキサイドを付加させ、脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(C)を得る。
エチレンオキサイドの平均付加モル数は1.5〜2.0であり、好ましくは1.7〜2.0モルである。
第1段目反応の反応温度は、通常80〜120℃であり、好ましくは95〜115℃である。反応温度が80℃未満では付加反応の誘導期間が長くなり生産性が低下する。反応温度が120℃を超えると、ジオキサンの副生が多くなることに加え、この時点では色は付かないが、二段目の反応に影響を与え、最終の脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物が着色する。
【0011】
本発明における第2段目の反応には、触媒として、下記一般式(1)で示される第4級アンモニウム塩(a1)、または下記一般式(2)で示される第3級アミン(a2)を使用する。
【0012】
【化1】

【0013】
【化2】

【0014】
[式(1)と(2)中のRはそれぞれ独立にメチル基またはエチル基であり、同じであっても異なっていてもよい。XはハロゲンアニオンまたはOHアニオンである。]
【0015】
第4級アンモニウム塩(a1)を表す上記一般式(1)において、4つのRは、それぞれ独立にメチル基またはエチル基であり、好ましくはすべてメチル基である。
【0016】
式(1)中の対アニオンXは、ハロゲンアニオンまたはOHアニオンであり、好ましくクロライドアニオンまたはOHアニオン、より好ましくはOHアニオンである。
【0017】
第4級アンモニウム塩(a1)の具体例として、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、エチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチルアンモニウムクロライド、エチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジエチルジメチルアンモニウムクロライド、トリエチルメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。
【0018】
これら(a1)のうち、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、エチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドが好ましく、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドがより好ましい。
【0019】
第3級アミン(a2)を表す上記一般式(2)において、3つのRは式(1)で説明したRと同様である。好ましくはすべてメチル基である。
【0020】
第3級アミン(a2)の具体例として、テトラメチルアミン、エチルトリメチルアミン、ジエチルジメチルアミン、トリエチルメチルアミン、テトラエチルアミンが挙げられる。
【0021】
第4級アンモニウム塩(a1)または第3級アミン(a2)の添加量としては、脂肪族第1級アミンのエチレンオキサイド付加物(C)に対して0.01〜5重量%が適当である。
好ましくは0.02〜1重量%であり、より好ましくは0.05〜0.5重量%である。
【0022】
製造法の本発明において第二段目の反応に用いられるエチレンオキサイドの付加モル数は1.5〜98モルであり、好ましくは1.5〜40モルである。付加モル数が100モルを超えると反応速度が低下して長時間を要するようになり、生産性が低下する。
【0023】
本発明において第二段目の反応温度は、通常50〜105℃であり、好ましくは70〜95℃である。反応温度が50℃未満では反応が遅く生産性が低下する。反応途中、エチレンオキサイドが存在する状況で温度が105℃を超えると、ジオキサンの副生が多くなることに加え、触媒や原料の第一級アミンの4級化物の分解物とエチレンオキサイドとの副反応が起こり易くなり、著しく着色する。
【0024】
前記における第一段目および第二段目のエチレンオキサイドの付加反応においては、圧力条件は特に限定されず、通常のエチレンオキサイド付加反応の条件で行うことができるが、温度コントロールの観点から−0.1〜0.3MPaで行うのが好ましい。
【0025】
本発明における触媒(D)の加熱分解の温度、および触媒(D)の熱分解物(D’)と副生成物のジオキサン(B)を減圧除去する温度は共に、通常130〜180℃であり、好ましくは150〜170である。130℃未満では触媒の分解除去が不十分となる。また、180℃で触媒の分解除去が可能であり、エネルギー消費の観点から180℃よりも高温にする必要はない。
【0026】
本発明の製造方法で得られた脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)は、不純物や着色が少なく、また長期にわたって熱に対して安定であることから、帯電防止剤、繊維処理剤、衣類用洗剤、塗料樹脂用改質剤などに好適に用いることができる。特に、ジオキサンの含有または着色が原因で従来は使用が避けられてきた分野でより好適に使用できる。
【0027】
本発明の製造法で得られる脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)は、副生成物であるジオキサン(B)の含有量が10ppm以下かつ製造後のガードナー法により測定した色調が8以下であることが特長である。好ましくは色調が3以下である。
一般の製造法による脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物では、製造直後ジオキサンが多量に副生し、また着色しているのが通常である。これらの製造方法では、ジオキサンを減圧除去しようとしても除去に時間を要するだけでなく更に色調が悪化する(後述する比較例1〜4)が、本発明ではジオキサンの含有および着色がほとんど認められない。
【0028】
本発明において、ジオキサン含量の測定は以下の方法により、ガスクロマトグラフィ(ヘッドスペース法)を用いて測定できる。
<1>ジオキサン含量の測定
ジオキサン2、10、20ppm水溶液を検量線として用い、検量線法により、サンプル中のジオキサン含有量を求める。
【0029】
(GC条件)
装置商品名 GC−17A(島津製作所製)
カラム 商品名 DB−1(J&W社製)
大きさ0.32mm×30m
膜厚 3.0μm
スプリット比 20:1
検出器 FIDカラム温度 40℃(Hold 5 min)→180℃(Hold 5 min)
昇温速度5℃/min
注入口温度 200℃
検出器温度 250℃
注入量 20マイクロリットル(μL)
なお、この条件での測定方法によるジオキサンの検出限界は2ppmである。
【実施例】
【0030】
以下に、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。%は重量%を示す。
なお、色調値のハーゼン単位色数300がガードナー色数1とほぼ同等であり、ハーゼン単位色数300以下はガードナー色数1以下に相当する。
【0031】
<実施例1>
硬化牛脂アミン(ファーミン86T、花王株式会社製)259g(1.0モル)を1Lオートクレーブに仕込み、アルゴンガスで置換してから減圧にし、95℃に昇温した。同温度にてエチレンオキサイド83.6g(1.9モル)をオートクレーブ内圧が0.3MPa以上にならないようにして、徐々に滴下した。約2時間の誘導期間を経て90〜110℃の範囲で温度コントロールを行ない、計5時間で反応させた。滴下終了後、95℃でオートクレーブの内圧が滴下開始時と同じ圧力を示すまで30分反応を行った。
得られた硬化牛脂アミンのエチレンオキサイド1.9モル付加物(C−1)に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド25%水溶液4.2g((C−1)に対して純分0.31%)を、空気が混入しないように添加し、95℃にて1時間減圧脱水した。温度を70℃に下げてからエチレンオキサイド356.4g(8.1モル)をオートクレーブ内圧が0.2MPa以上にならないようにして、温度を70〜90℃に温度コントロールし、3時間かけて滴下した。滴下終了後、70℃でオートクレーブの内圧が滴下開始時と同じ圧力を示すまで30分反応を行った。さらに、170℃で3時間減圧(20torr)処理を行なった。
得られた硬化牛脂アミンのエチレンオキサイド10モル付加物(A−1)のジオキサン含量は検出限界以下(前述のGC条件では2ppm以下)であり、色調はガードナー1であった。
【0032】
<実施例2>
実施例1の前半で、硬化牛脂アミンをシクロヘキシルアミン(CHA、新日本理化株式会社製)198g(2.0モル)に、またエチレンオキサイド83.6g(1.9モル)を176g(4.0モル、アミンに対して2.0当量)に代えた以外は同様にしてシクロヘキシルアミンのエチレンオキサイド2モル付加物(C−2)を得た。
また後半で、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド25%水溶液4.2g(C−2)に対して純分0.31%)を6.5g((C−2)に対して純分0.43%)に、またエチレンオキサイド356.4g(8.1モル)を352g(8.0モル、アミンに対して4.0当量)に代える以外は同様の製造法でシクロヘキシルアミンのエチレンオキサイド6モル付加物(A−2)を得た。
得られたシクロヘキシルアミンのエチレンオキサイド6モル付加物(A−2)のジオキサン含量は検出限界以下であり、色調はガードナー1であった。
【0033】
<実施例3>
実施例1の前半で、硬化牛脂アミンをラウリルアミン(ファーミン20D、花王株式会社製)296g(1.6モル)に、またエチレンオキサイド83.6g(1.9モル)を140.8g(3.2モル、アミンに対して2.0当量)に代えた以外は同様にしてラウリルアミンのエチレンオキサイド2モル付加物(C−3)を得た。
また後半で、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド25%水溶液4.2g((C−3に対して純分0.31%)を3.2g((C−3)に対して純分0.18%)に、またエチレンオキサイド356.4g(8.1モル)を281.6g(6.4モル、アミンに対して4.0当量)に、さらに170℃で3時間減圧(20torr)処理を150℃で5時間減圧(20torr)処理に代える以外は同様の製造法でラウリルアミンのエチレンオキサイド6モル付加物(A−3)を得た。
得られたラウリルアミンのエチレンオキサイド6モル付加物(A−3)のジオキサン含量は検出限界以下であり、色調はガードナー1であった。
【0034】
<実施例4>
実施例1の前半で、硬化牛脂アミンをオクチルアミン(ファーミン08D、花王株式会社製)258g(2.0モル)に、またエチレンオキサイド83.6g(1.9モル)を176g(4.0モル、アミンに対して2.0当量)に代えた以外は同様にしてラウリルアミンのエチレンオキサイド 2モル付加物(C−4)を得た。
また後半で、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド25%水溶液4.2g(C−4)に対して純分0.31%)を3.2g((C−4)に対して純分0.18%)に、またエチレンオキサイド356.4g(8.1モル)を440g(10.0モル、アミンに対して5.0当量)に、さらに170℃で3時間減圧(20torr)処理を160℃で4時間減圧(20torr)処理に代える以外は同様の製造法でオクチルアミンのエチレンオキサイド7モル付加物(A−4)を得た。
得られたオクチルアミンのエチレンオキサイド7モル付加物(A−4)のジオキサン含量は検出限界以下であり、色調はガードナー2であった。
【0035】
<実施例5>
実施例1の前半で、硬化牛脂アミンをココナットアミン(ファーミンCS、花王株式会社製)296g(1.6モル)に、またエチレンオキサイド83.6g(1.9モル)を140.8g(3.2モル、アミンに対して2.0当量)に代えた以外は同様にしてラウリルアミンのエチレンオキサイド2モル付加物(C−5)を得た。
また後半で、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド25%水溶液4.2g(C−5)に対して純分0.306%)を7.0g((C−5)に対して純分0.40%)に、またエチレンオキサイド356.4g(8.1モル)を281.6g(6.4モル、アミンに対して4.0当量)に、さらに170℃で3時間減圧(20torr)処理を140℃で6時間減圧(20torr)処理に代える以外は同様の製造法でココナットアミンのエチレンオキサイド7モル付加物(A−5)を得た。
得られたココナットアミンのエチレンオキサイド6モル付加物(A−5)のジオキサン含量は検出限界以下であり、色調はガードナー2であった。
【0036】
<比較例1>
硬化牛脂アミン259g(1モル)を1Lオートクレーブに仕込み、アルゴンガスで置換してから140℃に昇温した。無触媒で140℃にてエチレンオキサイド440g(10モル)を5時間かけて圧入した。滴下終了後、140℃でオートクレーブの内圧が滴下開始時と同じ圧力を示すまで30分反応を行った。
得られた硬化牛脂アミンエチレンオキサイド10モル付加物のジオキサン含量は5400ppmであり、色調はガードナー色数13であった。
【0037】
<比較例2>
オクチルアミン(ファーミン08D、花王株式会社製)258g(2.0モル)を1Lオートクレーブに仕込み、アルゴンガスで置換してから減圧にし、130℃に昇温した。同温度にてエチレンオキサイド176g(4.0モル、アミンに対して2.0当量)を徐々に滴下した。約1時間の誘導期間を経て130〜160℃の範囲で計3時間で反応させた。滴下終了後、130℃でオートクレーブの内圧が滴下開始時と同じ圧力を示すまで30分反応を行った。
得られたオクチルアミンのエチレンオキサイド2.0モル付加物に水酸化カリウム1.0gを空気が入らないように添加し、95℃にて1時間減圧脱水した。エチレンオキサイド704g(16.0モル、アミンに対して8.0当量)を温度85℃にコントロールし、2時間かけて滴下した。滴下終了後、85℃でオートクレーブの内圧が滴下開始時と同じ圧力を示すまで30分反応を行った。
得られたオクチルアミンのエチレンオキサイド10モル付加物のジオキサン含量は7800ppmであり、色調はガードナー色数10であった。
【0038】
<比較例3>
比較例2の反応終了後、ジオキサン含量を低減させるため、170℃で3時間減圧(20torr)処理を行なった。
得られたオクチルアミンのエチレンオキサイド10モル付加物のジオキサン含量は2100ppmであり、色調はガードナー12であった。
【0039】
<比較例4>
比較例3での第2段反応での減圧条件で、ジオキサン含量を極力低下させるために、3時間を8時間まで延長した以外は同様に行った。
得られたオクチルアミンのエチレンオキサイド7モル付加物のジオキサン含量は50ppmであり、色調はガードナー16であった。
【0040】
以上の結果を表1に示す。
実施例はいずれもジオキン含量が低く、色調が良好な脂肪族第1級アミンのエチレンオキサイド付加物が得られることが明らかである。
一方、比較例1、2のように無触媒、アルカリ触媒を用い反応を行なうとジオキサン含量が高く、色相も悪いことがわかる。
また、比較例3のようにアルカリ触媒を用い反応を行なった後、ジオキサンを低減させるため減圧除去しようとしても十分な効果が得られないばかりでなく、色相が悪化することがわかる。比較例4のようにジオキサン含量を低下させるため、減圧除去に長時間かけても、より一層色相が悪化することがわかる。
【0041】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明の脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物は、従来品よりも毒性汚染物質であるジオキサンの含有量が大幅に少ないという特長を有するため、皮膚に直接触れる衣料用、台所用洗剤などの用途に利用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭素数が1〜24の脂肪族第一級アミンに平均付加モル数3〜100モルのエチレンオキサイドを付加した脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)であって、副生成物のジオキサン(B)の含有量が10ppm以下であり、ガードナー法により測定した色調が8以下であることを特徴とする脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)。
【請求項2】
炭素数が1〜24の脂肪族第一級アミン1モルに平均付加モル数1.5〜2.0モルのエチレンオキサイドを無触媒で反応(第1段目反応)させて得られた脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(C)に、下記一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩(a1)または下記一般式(2)で表される第3級アミン(a2)を触媒(D)として0.01〜3重量%添加し、さらに平均付加モル数1.5〜98モルのエチレンオキサイド(b)を反応(第2段目反応)させ、その反応後に、130〜180℃で触媒(D)を加熱分解および触媒(D)の熱分解物(D’)と副生成物のジオキサン(B)を減圧除去することを特徴とする脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)の製造方法。
【化1】

【化2】

[式(1)、(2)中、Rはそれぞれ独立にメチル基またはエチル基であり、同じであっても異なっていてもよい。XはハロゲンアニオンまたはOHアニオンである。]
【請求項3】
第1段目反応を80〜120℃で反応させ脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(C)を得る請求項2記載の脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物の製造方法。
【請求項4】
第2段目反応を50〜105℃で反応させる請求項2または3記載の脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物の製造方法。
【請求項5】
請求項2〜4いずれかに記載の脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物の製造方法により製造され、副生成物のジオキサン(B)の含有量が10ppm以下であり、ガードナー法により測定した色調が8以下であることを特徴とする脂肪族アミンのエチレンオキサイド付加物(A)。

【公開番号】特開2010−24150(P2010−24150A)
【公開日】平成22年2月4日(2010.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−184399(P2008−184399)
【出願日】平成20年7月16日(2008.7.16)
【出願人】(000002288)三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Fターム(参考)】