(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（１）
【化１】
0004104894.tif 000008
（式中、Ｘ−は陰イオン、R1は炭素数1〜6のアルキル基又はベンジル基、R2は炭素数1〜6のアルキル基又は−（CｎH２ｎO）ｑ−H、R3は−（CｍH２ｍO）ｒ−H、R4は−（CｐH２ｐO）ｓ−H又は−CｔH２ｔ−Y−COR5を示し、ｎ、ｍ、ｐ及びｔは同一若しくは異なって、２〜４の数、ｑ、ｒ及びｓは１〜５の数、Ｙは−O−又は−NH−、R5は炭素数7〜35の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示す。）
で表される第４級アンモニウム塩（以下第４級アンモニウム塩（１）という）と、一般式（２）
【化２】
0004104894.tif 000009
（式中、R6は同一若しくは異なって、炭素数7〜35の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示す。）
で表される脂肪酸無水物（以下脂肪酸無水物（２）という）を、１５０℃以下の温度で反応させる、第４級アンモニウム塩（１）中のヒドロキシル基の全て若しくは一部がエステル化された第４級アンモニウム塩の製法。
【請求項２】
第４級アンモニウム塩（１）と、脂肪酸無水物（２）を反応させた後、水又は低級アルコールを添加し、未反応の脂肪酸無水物（２）を脂肪酸もしくはその低級アルコールエステルとする、請求項１記載の製法。
【請求項３】
第４級アンモニウム塩（１）が、下記一般式（３）で表される化合物である請求項１又は２記載の製法。
【化３】
0004104894.tif 000010
（式中、Ｘ-、R1、R2、ｍ、ｒ、ｔ及びR5は前記の意味を示す。）
【請求項４】
脂肪酸無水物（２）において、R6COが同一若しくは異なって、牛脂脂肪酸、パーム脂肪酸、パーム核油脂肪酸、パームステアリン酸又はこれらの硬化脂肪酸から水酸基を除いた残基である請求項１〜３のいずれかに記載の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、界面活性剤、更には布帛、毛髪等の柔軟基剤として有用な、分子内にエステル基を有する第４級アンモニウム塩の新規な製法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、布帛、毛髪等の柔軟基剤として有用なエステル基を有する第４級アンモニウム塩の製造法としては、ヒドロキシル基を有する第三級アミンを、脂肪酸若しくは脂肪酸エステル等によりエステル化し、エステル基を有する第三級アミンを得、これを溶剤存在下でアルキルハライド、ジアルキル硫酸等の４級化剤を用いて４級化反応を行う方法が一般的である。しかしながら、この方法では、エステル化反応においては150℃以上の高温となること、若しくは酸、塩基等の触媒を用いる事が一般的であり、温度、触媒による品質（色相、匂い）の劣化が懸念され、酸化防止剤等の添加剤等が必要となることが多い。また、４級化反応においては、エステル基の電子吸引性により反応速度が低下し、また、４級化剤の分解に由来するアミン塩の生成により第４級アンモニウム塩の純度が低下する。これを防止するためにアルカリ共存下で４級化する方法が知られているが、エステル基を有する場合、その加水分解が進行するため使用できないなどの欠点がある。
【０００３】
従って、エステル基を有する第４級アンモニウム塩を製造するために、上記の欠点が改善された方法が望まれていた。
【０００４】
その方法として、ヒドロシキル基を有する第三級アミンを、まずアルキルハライド、ジアルキル硫酸等の４級化剤を用いて４級化反応を行いヒドロシキル基を有する第４級アンモニウム塩を得、次にエステル化を施し、エステル基を有する第４級アンモニウム塩を製造する方法が考えられた。例えば、ヒドロシキル基を有する第４級アンモニウム塩をエステル化する方法として、特公表2000−512287には、ヒドロキシル基を有する第４級アンモニウム塩に対して、大過剰の脂肪酸を使用し、また、触媒としてリンの酸素酸類の使用方法が記載されている。しかし、この方法では反応後は過剰の脂肪酸を多量に含有することになり、これを薄膜蒸留器にて除去する必要がある場合がある。また、触媒の添加及び反応後の中和等による失活化、減圧反応等による水の排出などが必要となり、エステル化と言う意味では目的を達しているが、工程が複雑となっている。このことから、触媒あるいは減圧等の必要がなく、簡単な設備を使用することが可能で、且つ、反応終了後の脂肪酸量を最低限に抑制した製造方法が要求されている。
【０００５】
本発明の課題は、副生物の少ないエステル基を有する第４級アンモニウム塩の簡便な製法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般式（１）
【０００７】
【化４】
0004104894.tif 000002
【０００８】
（式中、Ｘ-は陰イオン、R1は炭素数1〜6のアルキル基又はベンジル基、R2は炭素数1〜6のアルキル基又は−（CnH2nO）q−H、R3は−（CmH2mO）r−H、R4は−（CpH2pO）s−H又は−CtH2t−Y−COR5を示し、ｎ、ｍ、ｐ及びｔは同一若しくは異なって、２〜４の数、ｑ、ｒ及びｓは１〜５の数、Ｙは−O−又は−NH−、R5は炭素数7〜35の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示す。）
で表される第４級アンモニウム塩（以下第４級アンモニウム塩（１）という）と、一般式（２）
【０００９】
【化５】
0004104894.tif 000003
【００１０】
（式中、R6は同一若しくは異なって、炭素数7〜35の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示す。）
で表される脂肪酸無水物（以下脂肪酸無水物（２）という）を反応させる、第４級アンモニウム塩（１）中のヒドロキシル基の全て若しくは一部がエステル化された第４級アンモニウム塩の製法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第４級アンモニウム塩（１）において、R1は炭素数1〜3のアルキル基又はベンジル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。R2は炭素数1〜3のアルキル基、ヒドロキシエチル基又はヒドロキシプロピル基が好ましく、特にメチル基、ヒドロキシエチル基が好ましい。R3は−（C2H4O）r−H（ｒは１〜５）が好ましく、特にヒドロキシエチル基が好ましい。R4は−CtH2t−Y−COR5であって、ｔが２、Ｙが−NH−若しくは−O−が好ましく、Yが−NH−が更に好ましい。R5は炭素数7〜35の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基が好ましく、更に炭素数11〜22のアルキル基又はアルケニル基が好ましく、特に牛脂脂肪酸、パーム脂肪酸、パーム核油脂肪酸、パームステアリン酸又はこれらの硬化脂肪酸からカルボキシル基を除いた残基が好ましい。
【００１２】
第４級アンモニウム塩（１）としては、下記一般式（３）で表される化合物が好ましい。
【００１３】
【化６】
0004104894.tif 000004
【００１４】
（式中、Ｘ-、R1、R2、ｍ、ｒ、ｔ及びR5は前記の意味を示す。）
一般式（３）で表される化合物の好ましいものとしては、例えば次のようなものが挙げられる。
【００１５】
【化７】
0004104894.tif 000005
【００１６】
ここで、RCO基は、例えば、硬化牛脂脂肪酸、牛脂脂肪酸、パーム脂肪酸、パーム核油脂肪酸、パームステアリン酸、オレイン酸又は工業用ステアリン酸から水酸基を除いた残基、C17H35CO、C11H23CO、若しくはこれらの混合物である。
【００１７】
本発明に用いられる脂肪酸無水物（２）において、２つのR6は同一若しくは異なって、炭素数7〜35の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基であり、炭素数11〜22のアルキル基又はアルケニル基が好ましく、特に牛脂脂肪酸、パーム脂肪酸、パーム核油脂肪酸、パームステアリン酸又はこれらの硬化脂肪酸からカルボキシル基を除いた残基が好ましい。
【００１８】
脂肪酸無水物（２）は、例えば、対応する脂肪酸の加熱脱水により、あるいは無水酢酸などの脱水剤を脂肪酸に添加することによって得ることができる。
【００１９】
本発明において製造されるエステル基を有する第４級アンモニウム塩は、第４級アンモニウム塩（１）中のヒドロキシル基の一つ以上がエステル化された化合物であり、必ずしもすべてのヒドロキシル基がエステル化される必要はない。また、複数のヒドロキシル基がある場合には、そのエステル化物は混合物となる。即ち、第４級アンモニウム塩（１）中に３つのヒドロキシル基がある場合には、得られるエステル化物は、トリエステル、ジエステル、モノエステル、未エステル化物の混合物となる場合がある。
【００２０】
本発明において製造されるエステル基を有する第４級アンモニウム塩の好ましいものとしては、例えば次のようなものが挙げられる
【００２１】
【化８】
0004104894.tif 000006
【００２２】
ここで、RCO基は、例えば、硬化牛脂脂肪酸、牛脂脂肪酸、パーム脂肪酸、パーム核油脂肪酸、パームステアリン酸、オレイン酸又は工業用ステアリン酸から水酸基を除いた残基、C17H35CO、C11H23CO、若しくはこれらの混合物である。
【００２３】
第４級アンモニウム塩（１）と脂肪酸無水物（２）のエステル化反応は、生成したエステル及び原料の第４級アンモニウム塩（１）が分解するのを防止する観点から、第４級アンモニウム塩（１）の凝固点以上150 ℃以下の範囲で行うのが好ましい。
【００２４】
凝固点低下のために溶剤を使用しても良いが、必ずしも使用する必要はない。溶剤を用いる場合は、脂肪酸無水物（２）と反応しないものが好ましい。具体的にはヒドロキシル基、１級アミノ基、２級アミノ基を持たない溶剤が好ましい。溶剤を使用した場合は、反応中もしくは反応後に減圧により留去する事も可能であり、また、第４級アンモニウム塩（１）と脂肪酸無水物（２）を反応させた後、水、又はメタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコールを添加し、未反応の脂肪酸無水物（２）を完全に脂肪酸もしくはその低級アルコールエステルに転化させ、その後に水もしくはアルコール類と共に留去しても良い。ここでは第４級アンモニウム塩（１）と脂肪酸無水物（２）のエステル化により生成した脂肪酸が溶剤としての役目をし、生成したエステル基を有する第四級アンモニウム塩のハンドリング性を向上させる場合もある。
【００２５】
第４級アンモニウム塩（１）に対する脂肪酸無水物（２）のモル比［（２）／（１）］は、好ましくは0.5〜2.5、更に好ましくは0.5〜1.5である。このようなモル比で反応を行うことによって、エステル化度を0.5〜2.5、好ましくは0.5〜1.5にする事が出来る。しかしながら、第４級アンモニウム塩（１）中のヒドロキシル基がｎ個である場合は、第４級アンモニウム塩（１）に対する脂肪酸無水物（２）のモル比［（２）／（１）］をｎ以下とする事で、副生する脂肪酸を最小限にすることが可能である。
【００２６】
反応は、第４級アンモニウム塩（１）と脂肪酸無水物（２）を同時に仕込み、反応させても良いが、どちらか一方を仕込んだ後、もう一方を滴下しても良い。第４級アンモニウム塩（１）のヒドロキシル基の一部をエステル化する場合は、第４級アンモニウム塩（１）を仕込んだ後、脂肪酸無水物（２）を加えるのが好ましい。この際に、第４級アンモニウム塩（１）の融点が高く、反応が困難である場合は、溶剤を添加し第４級アンモニウム塩（１）を液状にしてから脂肪酸無水物（２）を加える方が、反応温度を制御しやすい点で優れる。添加した溶剤については、必要に応じて上記の如く留去しても良いが、必ずしも留去する必要はない。
【００２７】
【実施例】
以下の実施例及び比較例において、反応終了品は1H-NMRを用いて分析し（重クロロホルム溶媒）、原料の第４級アンモニウム塩（１）、及びそのエステル化物のモル比を求めた。更に、それ以外の副生成物についても分析した。
【００２８】
合成例１
攪拌機、温度計、冷却管及び脱水管を具備した４つ口フラスコに、硬化牛脂脂肪酸（500g、0.1822モル）を仕込み、撹拌しながら100℃まで加熱した。次に無水酢酸（158.1g、1.549モル）を添加し、窒素を導入しながら2.5時間かけて200℃まで加熱しながら反応させ、更に２時間熟成を行った。その際留出する液体（酢酸及び無水酢酸）を連続的に除去した。その後、0.4kPaの減圧下、100℃にて硬化牛脂脂肪酸無水物を蒸留により回収した。1H-NMRで分析した結果、硬化牛脂脂肪酸無水物の純度は95％であった。
【００２９】
実施例１
攪拌機、温度計、冷却管及び脱水管を具備した４つ口フラスコに、下記式（４）で表される塩化（２−ヒドロキシエチル)・ジメチル・（２−硬化牛脂アルカノイルアミドエチル）アンモニウム（以下第４級アンモニウム塩（４）という）（71.2ｇ、0.161モル）とトルエン（54.8ｇ）、及び硬化牛脂脂肪酸無水物（87.8g、0.164モル）を仕込み、攪拌しながら 123℃まで加熱した。 123℃に到達後６時間熟成を行い、その後100℃まで冷却し、0.4kPaの減圧下で3.5時間トルエンを留去し、下記式（５）で表される塩化ジメチル・（２−硬化牛脂アルカノイルアミドエチル)・（２−硬化牛脂アルカノイルオキシエチル)アンモニウム（以下第４級アンモニウム塩（５）という）を得た。反応物を1H-NMR分析した結果、第４級アンモニウム塩（４）／第４級アンモニウム塩（５）のモル比は0／100であった。
【００３０】
【化９】
0004104894.tif 000007
【００３１】
（式中、ＲＣＯは、硬化牛脂脂肪酸から水酸基を除いた残基を示す。）
実施例２
攪拌機、温度計、冷却管及び脱水管を具備した４つ口フラスコに、第４級アンモニウム塩（４）（71.2ｇ、0.161モル）とトルエン（54.8ｇ）、及び硬化牛脂脂肪酸無水物（87.8g、0.164モル）を仕込み、攪拌しながら 123℃まで加熱した。 123℃に到達後６時間熟成を行い、第４級アンモニウム塩（５）を得た。反応物を1H-NMR分析した結果、第４級アンモニウム塩（４）／第４級アンモニウム塩（５）のモル比は0／100モルであった。
【００３２】
比較例１
攪拌機、温度計、冷却管及び脱水管を具備した４つ口フラスコに、第４級アンモニウム塩（４）（120ｇ、0.118モル）と硬化牛脂脂肪酸（64.6g、0.235モル）を仕込み、攪拌しながら 130℃まで加熱した。 130℃に到達後0.5kPaまで減圧し、６時間熟成を行い、第４級アンモニウム塩（５）を得た。反応物を1H-NMR分析した結果、第４級アンモニウム塩（４）／第４級アンモニウム塩（５）のモル比は85／15モルであった。
【００３３】
比較例２
攪拌機、温度計、冷却管及び脱水管を具備した４つ口フラスコに、第４級アンモニウム塩（４）（80.3ｇ、0.182モル）、トルエン（103.2ｇ）、及び硬化牛脂脂肪酸（100.0g、0.364モル）を仕込み、攪拌しながら 130℃まで加熱した。次にリン酸（1.8ｇ）を加え、0.4kPaまで減圧した。更に150℃まで加熱し６時間熟成を行った。反応物を1H-NMR分析した結果、第４級アンモニウム塩（５）、及び第４級アンモニウム塩（４）（第４級アンモニウム塩（４）／第４級アンモニウム塩（５）＝45／55モル比）、多量の構造不明物（三級アミン化合物）の混合物からなることが判った。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の方法によると、ヒドロシキル基を有する第４級アンモニウム塩を高い反応率でエステル化でき、脂肪酸などの副生物の含有量が少ないエステル基を有する第４級アンモニウム塩を製造することができる。