JP4130699B2 - カルボン酸とポリオレフィン性不飽和カルボン酸誘導体とのコポリマー並びに増粘剤及び分散剤としてのその使用 - Google Patents
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- C08F222/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K23/00—Use of substances as emulsifying, wetting, dispersing, or foam-producing agents
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Description
(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸等のオレフィン性不飽和カルボン酸、(メタ)アクリル酸エステル等の疎水性のコモノマーと、少量の架橋剤すなわち分子中に少なくとも2個のオレフィン性不飽和基を有する化合物とのコポリマーが、増粘剤または粘度調整剤として従来から使用されている。上記タイプのコポリマーは、例えば欧州特許出願公開第328725号明細書や同第435066号明細書に記載されている。
増粘剤の作用を適切なものとするためには、重合中に架橋反応が生起する必要がある。しかし例えば、ジビニルベンゼン、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ジアリル酒石酸ジアミド、ビスアクリルアミド酢酸、メチレンビスアクリルアミド、メタクリル酸アリルエステル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、又は蔗糖のアリルエーテル等、従来から使用されている架橋剤成分は、架橋反応を制御するが、しかし問題も伴う。これらの多くの化合物は、二重結合密度が高く非常に反応性に富むので、安全性の面でより一層危険を伴い、貯蔵が困難であり、潜在的に皮膚への刺激が高い。さらに、上記の反応性に起因して、一般に非常に不均一な仕方で架橋が行われるので、ポリマーにはなお比較的大量の未架橋部分が存在する。架橋剤の反応性が高いため、一般にほんの少量の架橋剤成分が用いられ、架橋剤濃度の僅かな変化が製造工程に発生しても、コポリマーの増粘作用に著しい変化をもたらす。
そこで、本発明の課題は、増粘剤または分散剤として使用することができ、かつ増粘作用をより良好に制御できるポリマーを提供することにある。
これに応じて、
A)C3〜C5のオレフィン性不飽和モノカルボン酸、C4〜C8のオレフィン性不飽和ジカルボン酸もしくはその酸無水物、またはこれらのカルボン酸もしくはカルボン酸無水物の混合物70〜99.9重量%、
B)一般式I:
[式中、
Zは、ビニル基もしくはアリル基または下記の構造式で表される基を表し、
R1、R2は、同一または異なって、水素またはメチル基を表し、
R3は、水素、メチル基またはエチル基を表し、
R4は、C6〜C30のモノ−もしくはポリオレフィン性不飽和アルケニル基もしくは環に炭素原子を5〜8個有する−シクロアルケニル基、または全炭素原子数が9〜15個のモノ−もしくはジオレフィン性不飽和アリールアルケニル基を表し、
Xは、酸素またはNHを表し、
Yは、酸素、NHまたはN−アルキルを表し、
nは、0〜50の数である]
で表される1種またはそれ以上のポリオレフィン性不飽和誘導体0.1〜30重量%、
C)1種またはそれ以上の共重合性モノマー0〜29.9重量%。
のラジカル重合により得られるコポリマーが判明した。
好ましい実施態様において、本発明にかかるコポリマーは、
A)カルボン酸成分Aが80〜99.5重量%、特に90〜99重量%、
B)ポリオレフィン性不飽和誘導体Iが0.5〜20重量%、特に1〜10重量%、
および
C)1種またはそれ以上の共重合性モノマーが0〜19.5重量%、特に0〜9重量%
から構成される。
特に好適な成分Aとしては、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸の他に、更にクロトン酸、2−ペンテン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられる。
誘導体I中の基R1は、水素またはメチル基である。
誘導体I中の基R2は、水素が好ましい。
誘導体I中の基R3は、水素、メチル基またはエチル基であり、水素またはメチル基が好ましい。
誘導体I中の符号Xは、酸素が好ましい。
誘導体I中の符号Yは、酸素、NHまたはN−アルキルである。N−アルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、i−ブチルおよびt−ブチルのC1〜C4のアルキル基が好適で好ましい。Yは、酸素およびNHが特に好ましく、とりわけ酸素が好ましい。
アルコキシル化またはアルキミン化度を示すnは、0〜20の範囲が好ましく、特に0〜7とりわけ0または1が好ましい。
誘導体I中の基R4は、C6〜C30のモノ−もしくはポリオレフィン性不飽和アルケニル基もしくは環に5〜8個の炭素原子を有する−シクロアルケニル基、またはモノ−もしくはジオレフィン性不飽和アリールアルキル基であり、全炭素原子数が9〜15個のフェニルアルケニル基またはナフチルアルケニル基が好ましい。
基R4の例は、次の不飽和アルコールの長鎖状のまたは立体的な基である。すなわち、2−ヘキセン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール、3−ヘキセン−1−オール、1−オクテン−3−オール、9−デセン−1−オール、13−テトラデセン−1−オール、シトロネロール、ネロール、リナロール、テルピネオール、ノポール、ファルネソール、リノリルアルコール、リノレニルアルコール、13−ドコセノール、12−ヒドロキシ−9−オクタデカノール、パルミトオレイルアルコール、オレイルアルコール、2−フェニル−2−プロペン−1−オール(シンナミルアルコール)、5−フェニル−2,4−ペンタジエン−1−オール等である。中でもオレイル基が特に好ましい。
成分Bとしては、下記の一般式(Ia):
[式中、R1およびYは先に定義した通りであり、R5は、C8〜C18のモノ−〜トリオレフィン性不飽和アルケニル基もしくは環に5〜8個の炭素原子を有する−シクロアルケニル基、または全炭素原子数が9〜12個のモノ−もしくはジオレフィン性不飽和フェニルアルケニル基である]
で表されるポリオレフィン性不飽和カルボン酸誘導体がとりわけ好ましい。。
誘導体Iおよびカルボン酸誘導体(Ia)は、公知の製造法により、例えば(メタ)アクリル酸と式R4/R5−OHで表されるアルコールまたは式R4/R5−(O−CH2−CHR2)n−OHで表されるエトキシ化、プロポキシ化もしくはブトキシ化アルコールとのエステル化反応、あるいは(メタ)アクリル酸の反応性誘導体と式R4/R5−NH2で表されるアミンおよびそのエトキシ化、プロポキシ化もしくはブトキシ化誘導体との反応により、容易に得られる。
また、(メタ)アクリル酸エステルに代えて、適当なアリルエーテル、ビニルエーテルまたはビニルエステルを使用することも可能である。同様に、(メタ)アクリル酸グリシジルまたは(メタ)アリルイソシアネート等の反応性モノマーと上記のアルコールやアミンとの反応生成物も、好適なコモノマーBとなる。
本発明にかかるコポリマーを僅かに変性する他の好適な共重合性モノマーCとしては、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム;例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル等の(メタ)アクリル酸のC1〜C30アルキルエステルまたはこれら化合物の工業的な混合物;(メタ)アクリルアミド、例えばN−t−ブチルアクリルアミド、N−t−オクチルアクリルアミド等のN−(C1〜C18アルキル)(メタ)アクリルアミド;1−オクテン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、1−テトラコセン等のC8〜C30の1−アルケン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バルサン酸ビニル(vinyl versatate)等のC1〜C18のビニルエステル;エチレングリコール、ジエチレングリコールまたはこれらの高級同族体や、これらから誘導されるモノアルキルエーテル例えばジエチレングリコールモノエチルエーテルと(メタ)アクリル酸のエステルなどが例示される。勿論、上記モノマーCの混合物を用いることも可能である。特に好ましいモノマーCは、(メタ)アクリル酸のC8〜C24−アルキルエステルおよびC8〜C30−アルケンである。
特別な場合には、少量のポリエチレン性不飽和化合物を反応混合物に添加して、架橋反応に役立てることができる。
本発明にかかるコポリマーは、全ての公知方法により原則的にモノマーA〜Cのラジカル重合によって製造することができる。特に好適な製造法は、ポリマーではなくモノマーが、用いる溶媒系に溶解する沈殿重合である。
好適な溶媒の例には、芳香族および脂肪族飽和炭化水素がある。芳香族炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、イソプロピルベンゼン等が例示される。脂肪族飽和炭化水素は炭素原子数5〜12個のものが好ましい。ペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン等が好適である。また、沈殿重合は、1,1,1−トリクロロエタンや塩化メチレン等の脂肪族飽和ハロゲン化炭化水素中で行うこともできる。また、反応媒体としては、エーテル、ギ酸、酢酸等のC2〜C6アルキルエステル、炭素原子数3〜6個のケトン、液状ないし超臨界状態の二酸化炭素、エタン、プロパン、ブタンなども好適である。好適なエーテルの例には、t−ブチルメチルエーテルやイソブチルメチルエーテルがある。ギ酸または酢酸のアルキルエステルとしては、炭素原子数2〜6個の飽和アルコールから誘導されるものが好ましく、例えばギ酸エチルエステル、酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステル、酢酸(イソ)プロピルエステル、酢酸(イソ)ブチルエステル等がある。好適なケトンの例には、アセトンやメチルエチルケトンがある。希釈剤は、単独でまたは互いに混合して用いることができる。沈殿重合において用いられる希釈剤としては、分子中に5〜8個の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、環状または二環状の脂肪族飽和炭化水素、酢酸のアルキルエステル、塩化メチレンまたは超臨界状態の二酸化炭素が好ましい。中でも、沈殿重合において用いられる溶媒としては、シクロヘキサンが特に好ましい。溶媒の量は、重合中に反応混合物を攪拌できるように都合よく選択される。重合後の混合物の固形含量は、10〜40重量%の範囲にあることが好ましい。
必要に応じて、重合混合物に調整剤を添加してコポリマーの分子量を低下させることができる。好適な調整剤としては、ドデシルメルカプタン、チオエタノール、チオグリコール酸、メルカプトプロピオン酸等のメルカプト化合物が例示される。調整剤を併用する場合は、用いるモノマーに対して0.1〜5重量%の量で用いる。
共重合反応は遊離ラジカルを発生する重合開始剤の存在下に行われる。この種の好適な化合物には、アゾまたはパーオキソ化合物があり、例えば過酸化ジラウロイル、過酸化ジデカノイル、過酸化ジオクタノイル等の過酸化ジアシル、または過オクタン酸t−ブチル、過ピバリン酸t−ブチル、過ピバリン酸t−アミル、過ネオデカン酸t−ブチル等のパーエステルや、2,2′−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル、2,2′−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2′−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物が挙げられる。重合開始剤は、沈殿重合における慣用の量が用いられ、例えばモノマーに対して0.05〜5重量%の量で用いられる。重合混合物には、少量の水、アルコール、保護コロイド、乳化剤あるいはまたその他に例えば炭酸カリウム等の大量の塩基を添加することが可能である。水および/または塩基を沈殿重合中で併用する場合、その時は重合開始前に全ての成分が未だ均一に混じり合っているかのような量に限って用いられる。
沈殿重合は通常不活性ガス雰囲気下で実施される。共重合反応は、例えば重合中に存在する全ての成分を重合容器に装入して重合を開始し、重合温度を調整する必要がある場合は反応混合物を冷却するような方法で行われる。しかし、重合すべき成分の一部のみを装入して重合を開始し、重合の進行具合に基づいて、重合すべき残りの混合物を計量しながら連続的または部分的に供給するような手順であってもよい。また、最初に希釈剤を界面活性剤と一緒に装入し、次にモノマーおよび重合開始剤を別々に、連続的または部分的に容器に導入するような方法であってもよい。
重合中の温度は、一般に40〜160℃好ましくは50〜120℃である。反応中様々な方法で温度を調整することができる。重合反応は、常圧下に実施することが好ましいが、減圧または昇圧下で行ってもよい。重合温度が不活性希釈剤の沸点以上の場合、重合反応は8バールまでの圧力下に耐圧装置中で行われる。不活性希釈剤として二酸化炭素を用いる場合、重合反応は通常二酸化炭素の臨界温度以上のオートクレーブ中で実施される。その時の圧力は73バール以上である。
コポリマーが微粒子粉末の形態で得られるように、重合プロセスを制御することが好ましい。ポリマー粉末の平均粒径は、0.1〜500μm、更に0.5〜200μmの範囲にあることが好ましい。重合反応の終了後に、例えば濾過、傾瀉法または遠心分離により、反応混合物の他の成分から架橋したコポリマーが分離される。このようにして得られた粉末は、適宜他の好適な分離、洗浄、乾燥または粉砕工程が施される。
本発明にかかるコポリマーは、水中の顔料スラリー、液状の洗浄剤、ポリマー水溶液、ポリマー分散液等の水ないし水系を濃縮するのに非常に好適である。
以上のコポリマーは、エマルジョン液に対して0.01〜5重量%の量で水中油型エマルジョンの安定剤として用いられる。上記コポリマーは、例えば水中油型ポリマーエマルジョン、水中油型エマルジョンベースの消泡剤、繊維プリント用印刷ペースト、ペイント、クリーナー製剤、穿孔洗浄剤、液状洗浄剤等、全ての水中油型エマルジョンを安定化するのに好適であり、中でも水中油型エマルジョンに基づく化粧品または薬剤用製剤を安定化するのに好適である。
水および水系の恒常的な濃縮および/または水中油型エマルジョンの安定化を達成するために、分散されたポリマーは塩基で適度に中和される。好適な塩基としては、アルカリ金属の水酸化物、重炭酸塩、炭酸塩等のアルカリ金属塩基があり、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムおよびカリウムの炭酸塩や、アンモニア、有機アミン、ピリジン類、アミジン又はこれらの混合物が例示される。中和に用いられる有機アミンとしては、モノ−、ジ−もしくはトリエタノールアミン、モノ−、ジ−もしくはトリ(イソ)プロパノールアミンまたは2−アミノ−2−メチルプロパノール等のアルカノール残基の炭素原子数が2〜5個のモノ−、ジ−またはトリアルカノールアミンの一連のアルカノールアミン;2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオール等のアルカンジオール残基の炭素原子数が2〜4個のアルカンジオールアミン;テトラヒドロキシプロピルエチレンジアミン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、N,N,N′,N′−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン等のアルカンポリオールアミン;ジ(2−エチルヘキシル)アミン、トリアミルアミン、ドデシルアミン等のアルキルアミン;モルホリン等のアミノエステルなどが好ましい。
化粧品または薬剤用製剤には、オイルとして更に製剤用に従来から使用されている全てのオイルを含有してもよい。さらに、エマルジョン中の油相の全量は最大80重量%まで可能である。化粧品または薬剤用製剤中の油相の含有量は、10〜50重量%の範囲にあることが好ましい。僅かに架橋したコポリマーは、クリームまたはローションの安定化に使用することが好ましい。さらに、上記コポリマーは、塩基の添加により分散したコポリマーを適度に中和した後に、水系を濃縮するかまたは濃縮したゲルを形成するのにも非常に好適である。
僅かに架橋したアクリル酸のホモポリマーとは対照的に、本発明に従って用いられるコポリマーにより、水中油型エマルジョンを恒常的に安定化することが可能である。好ましく採用される沈殿重合によって製造される架橋したコポリマーの量は、エマルジョン液に対して0.05〜2重量%の範囲にあることが好ましい。
カルボン酸Aを変性するために必要な疎水性の分子部分と架橋剤特性をもたらす複数のオレフィン性不飽和基とを同時に含むポリオレフィン性不飽和誘導体Iの使用により、冒頭で問題が述べられた、従来の架橋剤成分の使用は不要なものとなる。
驚くべきことに、本発明にかかるコポリマーは、更に改善された使用特性を示すことが判明した。
判明したコポリマーの粘度は用いる架橋剤の濃度変化にあまり追随しない。このことは、比較的少量の架橋剤でもまたは不均一な共重合でも、ゲルの粘度が均一な故により安定した増粘作用が確実に得られることを意味する。
実施例
以下の実施例において、断りがない限り%の記載は重量に関する。粘度は、特に記載しない限り、手動式粘度計(Hake VT-02)を用いて23℃で測定した。
実施例1
1,1,1−トリクロロエタン1400ml、アクリル酸250gおよびメタクリル酸オレイル10gを3l容量の平底フラスコ中で攪拌しながら、窒素ガスを30分間フラッシュした。反応混合物を窒素気流下に攪拌しながら80℃に加熱し、この温度に達した後、1,1,1−トリクロロエタン100mlおよび過酸化ジラウロイル0.4gを計量して3時間かけて導入した。更に3時間経過した後に反応混合物を冷却し、沈殿した生成物を濾過して1,1,1−トリクロロエタン500mlで洗浄し、減圧下に60℃で乾燥した。
ゲルの粘度を測定するために、ポリマー1.0gをビーカー中の水190mlに分散させた。攪拌しながら10%濃度のトリエタノールアミン溶液10mlを添加した。得られたゲルの粘度を手動式粘度計(Hake VT-02)で測定したところ、23℃で10.0Pa.sであった。ゲルをガラス板に展開すると、滑らかであり実質的に微小な斑点がないことは明らかであった。
乳化能を調べるために、ポリマー0.4gを秤量してビーカーに入れ、液状パラフィン30mlに分散させた。次いで、激しく攪拌しながら水100mlに続いて10%濃度のトリエタノールアミン溶液4mlを添加した。エマルジョン液を分散装置により8000rpmで数秒間かけて均一化処理した。上記と同様にして粘度を測定したところ、7.5Pa.sであった。エマルジョン液を1時間後にガラス板に展開してその肌理を評価した。長期安定性を求めるために、容量100mlの目盛シリンダーをエマルジョン液で満たして14日後に評価した。その時、エマルジョン液の分離は認められなかった。
実施例2
シクロヘキサン1320ml、アクリル酸50g、オレイルアリルエーテル1gおよび2,2′−アゾ−ビス(2−メチルブチロニトリル)80mgを攪拌機と保護ガス下での作業が可能な装置とを備えた3000ml容量のフラスコに導入して、窒素気流下に攪拌しながら80℃に加熱した。この温度に達した後、アクリル酸200gおよびオレイルアリルエーテル4gを2時間かけて滴下し、シクロヘキサン80mlおよび2,2′−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)320mgを3時間かけて滴下した。重合開始剤の添加が完了した後、反応混合物を80℃で3時間攪拌した。次いで、生成物を吸引濾過して、減圧下に50℃で乾燥した。ゲルの粘度が7.5Pa.sの白色のポリマー粉末を251g得た。
実施例3〜7
コモノマーBの量を変化させ、前記と同量のアクリル酸、溶媒および重合開始剤を使用して、同様の方法で実施例3〜7を実施した。その結果を表1に示す。
実施例8(比較例)および9
コモノマーBの量を変化させ、また比較例の架橋剤として使用するペンタエリスリトールトリアリルエーテルの量を変化させ、前記と同量のアクリル酸、溶媒としてのシクロヘキサンおよび重合開始剤を使用して、実施例1と同様の方法で実施例8および9を実施した。その結果を表2に示す。
得られた結果は、ゲルおよびエマルジョンの粘度が、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルの使用よりメタクリル酸オレイルの使用の方が架橋剤の濃度に対してあまり左右されないことを示している。
Claims (7)
- 下記の化合物:
A)C3〜C5のオレフィン性不飽和モノカルボン酸、C4〜C8のオレフイン性不飽和ジカルボン酸もしくはその酸無水物、またはこれらのカルボン酸もしくはカルボン酸無水物の混合物70〜99.9重量%、
B)一般式:
Zは、ビニル基もしくはアリル基または構造式:
R3は、水素、メチル基またはエチル基を表し、
R4は、C6〜C30のモノ−もしくはポリオレフィン性不飽和アルケニル基もしくは環に5〜8個の炭素原子を有する−シクロアルケニル基、または全炭素原子数が9〜15個のモノ−もしくはジオレフィン性不飽和アリールアルケニル基を表し、
Xは、酸素またはNHを表し、
Yは、酸素、NHまたはN−アルキルを表し、
nは、0〜50の数である]で表される1種またはそれ以上のポリオレフィン性不飽和誘導体0.1〜30重量%、および
C)N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム;(メタ)アクリル酸のC 1 〜C 30 アルキルエステル;(メタ)アクリルアミド、N−(C 1 〜C 18 アルキル)(メタ)アクリルアミド;C 1 〜C 18 のビニルエステル;およびエチレングリコール、ジエチレングリコールまたはこれらの高級同族体およびこれらから誘導されるモノアルキルエーテルの(メタ)アクリル酸エステルから選択される、1種またはそれ以上の共重合性モノマー0〜29.9重量%
のラジカル重合により得られるコポリマー。 - 下記の化合物:
A)カルボン酸成分A 80〜99.5重量%、
B)ポリオレフィン性不飽和誘導体I 0.5〜20重量%、
C)1種またはそれ以上の共重合性モノマー 0〜19.5重量%
のラジカル重合により得られる請求項1記載のコポリマー。 - 成分Aとしてアクリル酸、メタクリル酸または無水マレイン酸を用いて製造された請求項1または2に記載のコポリマー。
- モノマーのラジカル重合からなる請求項1から4までのいずれか1項に記載のコポリマーの製造法。
- 水系の増粘剤または分散剤としての請求項1から4までのいずれか1項に記載のコポリマーの使用。
- 増粘剤または分散剤として請求項1から4までのいずれか1項に記載のコポリマーをエマルジョン液に対して0.01〜5重量%の量で含有する化粧品または薬剤用製剤。
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