明日へ の 技 術 情 報 T E C H N I C A L I N F O R M A T I O N

親水化剤「ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステル」の開発
近年、フィルムや塗料などの分野で、防曇性や帯電防止性、防汚性といった機能を付与することが求められている。これらの機能を付与するためには、基材へ親水性を付与することが必要となる。ここでいう基材とは、例えば農業用フィルムや建材外壁といった、親水性の付与が必要となる材料である。 要求される機能の高度化、用いられる基材の多様化により、より高い親水性をより高い耐久性で、幅広い材料に対し付与することが求められている。当社は、ショ糖脂肪酸エステルで培ったショ糖加工技術と、基幹技術である界面活性剤の合成技術を組み合わせることで、ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルを開発

基材へ親 水性を付与する親 水化剤は、分子量や化学組成により大きく分けて3 種類である。 各親水化剤についてその特徴を簡単に述べる。

・樹脂への相溶性が良く、幅広い基材へ適用可能

・基材表面近傍への局在化（ブリードアウト）により、少量を内部添加することで基材表面の親水性効果を発現

・長期の親水性発現が困難

ステルの技術について述べる。

2. 2 有機系高分子型親水化剤

1. 高い親水性、汎用性、長期耐久性が求められる親水化剤
樹脂などの基 材に求められる機能として、防曇性、後、雨などの水と接触することで汚れ成分と親水化した表面の間に水が入り込み、汚れが落ちやすくなることで防汚性が発現する（ 図1）。
汚れ

親 水化することで、これらの機能を発現することが可樹脂などの基材

一 般的に、疎水性となる樹脂などの基 材表面へ水分が接触し細かな水滴を形成することで、光が散乱し表面親水化処理有り曇りが発生する。 基材表面を親水性にすることで、水水の濡れ性を向上し水滴の形成を抑制することで基材の曇りを防ぐ。

汚れ

水樹脂などの基材

1. 2 帯電防止性

表面親水化処理無し

樹脂は通常電気を通さない絶 縁材料であり、静電図1 基材表面の親水化による防汚性効果の発現機構

りなどの汚れの付着や電子機 器の破 損などの原因とこのように、基材の表面へ親水性を付与する剤は一なる。 基材表面を親水性にすることで、空気中の水分般的に親 水化剤と呼ばれ、要求される機能は多岐に発生した電荷を即座に減衰する。

要求の高度化から、近年高い親水性を付与し、より長

1. 3 防汚性

一 般的に汚れ成分は疎 水性であることが多いことから、基 材表面が疎 水性であった場合、汚れ成分は剥がれにくくなる。 例えば、外壁の塗料などの基材表面を親水性にすることで、汚れ成分が基材へ接触した
第一工業製薬 社報 No.58 6 拓人 2018 秋化が進んでいることから、さまざまな基材に対し使用可能な汎 用性も親 水化剤に求められる要素となっている。

❶ ショ糖骨格由来の高い親水性❷ アルキレンオキシドの導入による、高い耐熱性❸ 脂肪酸の導入による、溶剤、樹脂への高い相溶性

ショ糖1分子中には水酸基が 8つあり、化学修飾を行う場合モノ体（ 1置換 ）からオクタ体（ 8置換 ）まで幅・限られた基材のみ適用可能

テルに代表されるショ糖誘導体は、ショ糖骨格に由来

3. 開発品有機系低分子型親水化剤「ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステル」
当社では、高い親 水性を付与することが可能であ広く合成を行うことが可能である。 ショ糖脂肪酸エスする高い親水性、安全性、加工の自由度を特徴とする。

しかし、工業用材料としてこれを用いる場合には、ショ糖を原料に用いていることから耐熱性が極めて低い。

そこで、当社は独自の技術を生かし、通常困難となるショ糖に対するアルキレンオキシド付加を行うことで、耐熱性を大きく向上させたショ糖‒アルキレンオキシド

り、かつ対象の基材に合わせ組成の最適化が可能な‒脂肪酸エステルを開発した。用いる処方にもよるが、オキシド‒脂肪酸エステル」を新たに開発した。 ショの温度下での加工が可能である。また、アルキレンオ

有機系低 分子型親 水化剤として「 ショ糖‒アルキレン糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルは黄 色 粘稠液体である（ 図 2 ）。

H

い期間基材へ親 水性を付与可能な親 水化剤が求めら優れたエンジニアリングプラスチックの台頭など多様性 剤である（ 図 3）。 ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂・一度のコート処理で、長期的に親水性を付与するこ渡る。これらの各機能に共通して、対象用途におけるれている。また、基材自体も、耐熱性、機械的強度に

本開発品は、ショ糖およびアルキレンオキシド部位が親水性、末端の脂肪酸部位が疎水性を示す界面活❹ 8 つの水酸基による、化学組成の高い自由度・加工法は表面コート限定（ 内部添加は不可 ）1.1 防曇性を基 材表面近傍 へ呼び 込 み、薄い導電 層を形成し、水性発現には多量の内部添加が必要・優れた耐久性とが可能

水能となる。各機能について簡単に述べる。

・基材表面近傍への局在化を起こさないことから、親2. 3 無機系コート型親水化剤

親水化処理層3.1 構造的特徴

肪酸エステルの構造的特徴は次のとおりである。

・樹脂への相溶性が低く、基材への導入が困難帯電防止性、防汚性がある。 一般的に、基 材表面を気により容易に帯電する。 静電気による帯電は、ほこ図 2 ショ糖 ‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルの外観

2.1 有機系低分子型親水化剤

した。この素材が樹脂などの基材に対して高い親水性を与える優れた親水化剤として機能することを見出した。 本稿では、フィルムや塗料向けの親水化剤として開発した、ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エ11

2. 親水化剤の種類

RAO OnCH2O AO n R
O H
O AO n R
HHO
O AO n R

ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルは約200℃
キシドや脂肪酸を導入することで、溶剤、樹脂に対し高い相溶性を示し、幅広い処方への適用が可能である。

CH2O
HAO n RO AO n ROH

H CH2O AO n R
O AO n R
AO = Ethylene oxide, or propylene oxide chain
R = Hydrogen or fatty acid ester (C12-C18)

図 3 ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルの化学構造
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3. 2 親水性、帯電防止性評価

た結果、ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステル

び有機系低分子型親水化剤として一般的に使用される帯電防止性能を表す表面固有抵抗値に関しても、ソル親水化剤

トルエン

酢酸
エチル

PGMEA

MEK

シクロヘ
キサノン

IPA

メタノール

DMSO

水

アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルを添加したフィル

ショ糖×××××××○○ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステル

○△△○○

○○○

△

ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステル、およソルビタンモノステアレートを用いて、樹脂フィルムへビタンモノステアレートが 3.0 x1012 Ωに対し、ショ糖‒性、および帯電防止性について測定を行った。フィルムは 6.1x1011 Ωと1桁低い値を示した。

各 親 水化剤を内部添 加した際のフィルム表面の親 水

ム表面の親水性については、水滴接触角により測定をこれらの結果から、ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂行った。 表面の親水性が高い程、水滴が濡れ広がり、肪酸エステルは一 般的に用いられる有機系低 分子型に関しては、フィルムの表面固有抵抗値を測定した。

能であることが分かる。

水滴のフィルムとの接触角は小さくなる。 帯電防止性

帯電防止性能が高い程、表面固有抵抗値は小さな値を取る。

表1 E VAフィルムの水滴接触角および表面固有抵抗値測定結果
親水化剤

水滴接触角［°］

表面固有抵抗値［Ω］無し（ ブランク）90

7.5 × 1015

ソルビタン
モノステアレート34

3.0 × 1012

ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸酸エステル

96.1 × 1011

測定条件
・対象樹脂：エチレン‒酢酸ビニル共重合体（ EVA ）・親水化剤添加量：１phr
・フィルム作成方法：キャスト法

親水化剤と比較して、高い親水性を基材に対し付与可

3. 3 耐久性試験

る。 実際の親 水化 剤の耐久年数に関しては、用いるブリードアウトにより高い親 水性が保持されることがなどにより大きく異なる。そのため一概に議論はでき

添加する親 水化剤と基 材樹脂との相溶性、基 材表水性の付与と共に、長期に渡る耐久性が要求されてい基 材、親 水化剤の添加方法、添加量、使 用する環 境

ないが、処方の一例としてショ糖‒アルキレンオキシド部添加無し（ ブランク）のフィルム、およびソルビタンモノステアレートを内部添加したフィルムに対し行っ
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第一工業製薬 社報 No.58 6 拓人 2018 秋

分かった。

面へのブリードアウト性は、それぞれの化学構造、および溶解度パラメーター（ Solubilit y Parameter, SP表面の親水性回復効果について確認を行った。

が近すぎる場合、両者が非常に良く相溶することからて、以下 2 点の試験を行った。

樹脂と親 水化剤のSP値が離れすぎると、両者を上手度表面へブリードアウトした親 水化剤を除去した後の表面へブリードアウトした親 水化剤の除去方法とし試験❶ フィルム表面を、アセトンを含浸させたウェス

値 ）に大きく影 響を受ける。 樹脂と親 水化剤のSP値

樹脂表面へのブリードアウトは生じにくくなる。 一方、く混合することができなくなる。 樹脂に対して適したSP値の親水化剤を選択することで、樹脂との相溶性、の溶解性を大きく向上させている。トルエンやMEK、IPAといった溶剤塗料へ広く用いられる有機溶媒に対し、良好な溶解性を示す。

4. おわりにショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルは高い親水性を基材へ付与できる優れた親水化剤である。
樹脂への内部添加や、溶剤系・水系の塗料中へ配合することで、その 効果を発揮する。 高い 親 水性を有し、かつ多官能という特徴を持つショ糖を原料として用い、当社独自の技術でアルキレンオキシド、脂肪酸を導入することで溶剤や樹脂との相溶性を与え、幅広にて拭き取りを行う。

および表面ブリードアウト速度を調節し、良好な表面い用途へ適用可能な材料とした。

乾燥を行う。

る。 ショ糖－アルキレンオキシド－脂肪酸エステルは、キレンオキシド‒脂肪酸エステルの組成を見出し、市フィルム処理条件

水滴接触角［°］

親水化剤除去処理無し

9試験❶
フィルム表面をアセトンにて拭き取り後測定

13試験❷
フィルムを一晩水槽に浸した後測定

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測定条件
・対象樹脂：エチレン‒酢酸ビニル共重合体（ EVA ）・親水化剤：ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステル
・親水化剤添加量：１phr
・フィルム作成方法：キャスト法

親水性、および長期耐久性を発現することが可能とな

ショ糖由来の 8 つの水酸基により化学組成の高い自由度を有する。そのため、対象となる樹脂に対し適した今後は、さまざまな基材に対し適したショ糖‒アル場からの要求へ応え本技術を展開していく。

SP値とするための細かな化学組 成の調整を行い、さまざまな樹脂に対する親 水化剤構 造を提 案すること

表 2 親水化剤を添加したフィルムの水滴接触角測定結果親水性を示した（ 図 4）。 また、同試験を親水化剤内親水化剤を除去しても、親水化剤の回復、すなわち再‒脂肪酸エステルを内部添加したフィルムに対し、一これらの処理を実施した後、再度フィルム表面の接エステルを内部添加したフィルム表面は、非常に高い結果として、フィルム表面をアセトンによる拭き取り、もしくはフィルムを水槽に浸すことでフィルムの表面の触角測定を実施した。 結果を表 2に示す。

表1のとおり、ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸※ ○ = 透明溶解、△= 白濁分散、×＝ 不溶（ 10 w/w%)※ PGMEA：1-Methox y-2-propyl acetate※ MEK：Methylethylketone※ IPA：Isopropylalcohol※ DMSO：Dimethylsulfoxide

冒頭で述べたとおり、親水化剤に対しては、高い親試験❷ フィルムを一晩水槽中へ浸し、翌日引き上げ

図 4 ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルを内部添加したE VAフィルムの水滴接触角測定画像

表 3 ショ糖、ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルの各溶媒に対する溶解性を内部添加したフィルムが最も高い親 水性を示した。

が可能である。

3.4 溶剤溶解性

ショ糖、およびショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルの各溶剤に対する溶解性を表 3に示す。

ショ糖は極めて高い親水性を有するものの、その極性の高さから溶媒溶解性に乏しく、DMSOや水といった限られた溶 媒にしか溶解しない。 この溶 媒溶解性の乏しさが、工業材料へショ糖系の材料が広く適用されない一因であった。一方、ショ糖‒アルキレンオキシド‒脂肪酸エステルは、ショ糖骨格へアルキレンオキシド、および脂肪酸を導入することで、各種有機溶媒へ

斉藤 大輔

さいとう だいすけ

機能化学品開発研究部合成第一グループ
主任 研 究 員
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