【発明の詳細な説明】
多カチオンポリマー
技術分野
本発明はブロックカチオン高分子電解質部位を有する多カチオンポリマーに関
するものである。本発明はさらに、多カチオンポリマーの適切な製法にも関係す
る。
発明の背景
高分子材料は種々の工業分野に使用されている。これら材料の一般的使用の幾
つかは、コーティング、被覆、バリヤおよびデリバリーのための構造材料または
複合材料としての使用を含める。
しかし多くの高分子材料は一般に織物、毛髪および皮膚、ガラス、金属および
充填材などの表面に対する接着はよくない。このような表面が概して若干負に帯
電していることは当業者には公知である。正電荷を有する材料はこのような表面
により良く沈着することが期待される。
多カチオン部位を有するポリマーは、サエグサ(Saegusa)ら著“水性
−有機性異相反応における第四級線状ポリ(N−アルキルエチレンイミン)鎖”
(Polymer Journal、11巻、1号、1−6ページ、1979年
発行)に記載のように、当業者には公知である。
前述に基づき、種々の表面によく接着し、したがって良い表面付着性が要求さ
れる製品に適切に使用できるポリマーが必要である。
既存の技術では、本発明の利点および利益のすべてを提供するものは一つもな
い。
発明の概要
本発明は
(a)式(Ia)であらわされる化合物であって:
上記式中[A]mおよび[B]nは、個々に、非反応性重合置換基であり、m+n
は1から約100,000までの整数で、mまたはnの1つは0でもよく、X1
、X2、およびX3の少なくとも1つは下記の式(Ib)であらわされ:
上記式中Q1は酸素、窒素、硫黄またはメチレンであり;Xは0から約20まで
の整数で;Yは0から約20までの整数であり;Zは0から約20までの整数で
あり;Q2はCH2または下記の式のいずれかであらわされ:
Vは0または1;R1は水素、炭素原子1ないし4個のアルキル、炭素原子1な
いし4個のフルオロカーボン、フェニル、またはベンジルであり;R2は炭素原
子1ないし約30個のアルキル、フェニル、ベンジルまたはフェネチルであり;
R3はエチレンまたはプロピレンであり;Q3はOH、OR8、NH2、NHR9、
SH、SR10、COOH、COOR11、またはハロゲンであり、ここでR8、R9
、R10、およびR11は炭素原子1ないし約20個のアルキルまたはアルキレンで
あり;Wは1から約100までの整数である;X1、X2、およびX3のうちの残
りのものは非反応性末端基である
化合物;および
b)理論量の陰イオン型スルフェート、ヒドロスルフェート、メチルスルフェー
ト、カーボネート、ビカーボネート、クロリド、ブロミド、ヨージド、およびそ
れらの混合物
を含んでなる多カチオンポリマーに関する。
本発明はさらに多カチオンポリマーの適切な製法にも関する。
本発明のこれらのおよびその他の特徴、観点および利点はこの開示を読むこと
によって当業者には明らかになる。
詳細な説明
本明細書は、本発明を詳細に指摘し、明確に請求している請求の範囲で締めく
くられているが、本発明は下記の説明によりより良く理解されると考えられる。
ここに示すすべてのパーセンテージは特に記載しない限り組成物の重量によっ
てあらわされる。
すべての比は特に記載しない限り重量比である。
ここに記される成分のすべてのパーセンテージ、比、および濃度は、成分の実
際の重量に基づいており、特に記載しない限り、溶媒、フィラー、または市販製
品として組み合わされるその他の材料は含まない。
ここに用いる用語“含む、含んでなる(comprising)”は、最終結
果に影響しないその他の段階およびその他の成分を含むことができることを意味
する。この用語は“...からなる”および“実質上...からなる”を包含するもの
とする。
記載されるすべての参考文献は参考としてそのまま本明細書に組み込まれるも
のとする。参考文献の引用は、請求の範囲に記載された発明の先行技術としてそ
の使用可能性に関する決定を容認するものではない。多カチオンポリマー
本発明の多カチオンポリマーは、
(a)式(Ia)であらわされる化合物であって:
上記式中[A]mおよび[B]nは、個々に、非反応性重合置換基であり、m+n
は1から約100,000までの整数で、mまたはnの1つは0でもよく、X1
、X2、およびX3の少なくとも1つは下記の式(Ib)であらわされ:上記式中Q1は酸素、窒素、硫黄またはメチレンであり;Xは0から約20まで
の整数で;Yは0から約20までの整数であり;Zは0から約20までの整数で
あり;Q2はCH2または下記の式のいずれかであらわされ:
Vは0または1;R1は水素、炭素原子1ないし4個のアルキル、炭素原子1な
いし4個のフルオロカーボン、フェニル、またはベンジルであり;R2は炭素原
子1ないし約30個のアルキル、フェニル、ベンジルまたはフェネチルであり;
R3はエチレンまたはプロピレン;Q3はOH、OR8、NH2、NHR9、SH、
SR10、COOH、COOR11、またはハロゲンであり、R8、R9、R10、およ
びR11は炭素原子1ないし約20個のアルキルまたはアルキレンであり;Wは1
から約100までの整数であり;X1、X2、およびX3のうちの残りのものは非
反応性末端基である
化合物;そして
b)理論量のアニオン型スルフェート、ヒドロスルフェート、メチルスルフェー
ト、カルボネート、カーボネート、ビカーボネート、クロリド、ブロミド、ヨー
ジド、およびそれらの混合物
を含む。
本明細書の多カチオンポリマー類は上記式(Ib)によってあらわされるブロ
ックカチオン高分子電解質部位を少なくとも1つは含む。このような構造におい
て、ここに記載の多カチオンポリマー類は、もとの出発原料ポリマーの特徴並び
にカチオンポリマーの特徴を有する。当業者はこの多カチオンポリマーの構造デ
ザインおよび分子量を選択し、そのポリマーが処方される所望産物を得ることが
できる。ここに記載の多カチオンポリマーを付加的部分で打ち切り、または当業
者が選択した適切なスペーサーを含めることによって合成を容易にすることがで
きる。ここに記載の多カチオンポリマーの、式(Ib)で終わっていない部分は
、アルキルまたはトリメチルシリコンのような非反応基で終わり、或いはエンド
キャップされる。
単位[A]mおよび[B]nは個々に、非反応ポリマー置換基である:ここでm
+nは1ないし約100,000の整数であり、mまたはnの1つは0でもよい
。単位[A]はそのポリマーの末端にたった1つの反応部位を有する重合置換基
である。単位[B]は各単位にペンダント反応部位を有する重合置換基である。
単位[A]mおよび[B]nは個々に、コポリマーでもよい;すなわちそれらは1
より多い反復単位から作られていてもよい。単位[A]および[B]は不規則な
順序で含まれてもよい。単位[A]mおよび[B]nのために適した重合置換基は
ポリシロキサン、ポリアルキルレンオキシド、多糖類、オリゴ(オキシメチレン
)二水加物、ヒドロキシ酸のオリゴ(エステル)類、ジオールオリゴ(ウレタン
)類、重合フェノールアルコール類、ポリ(フルフリル)誘導体、ポリアクリレ
ート類、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリ(ビニルアルコール)類、長
鎖アルキル脂肪アルコール類、ポリオール類、およびこれらの混合物を含める。
ポリシロキサンの例は、ヒドロキシアルキル−シロキサン類、ヒドロキシアルコ
キシアルキル−シロキサン類、およびポリアルコキシ−シロキサン類を含める。
ポリアルキレンオキシドの例はポリ(メチレンオキシド)、ポリ(エチレ
ンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ポ
リ(ブチレンオキシド)、ポリ(アルキレンオキシド)のモノアルキルエーテル
類を含める。多糖類の例はポリ(β−キシロピラノース)、ポリ(マルトース)
、シクロデキストリン類、セルロース類、ポリ(イソマルトース)、ポリ(ゲン
チオビオース)、ポリ(ガラクトース)、ポリ(マンノース)、およびキチンを
含める。オリゴ(オキシメチレン)二水加物の例はオリゴ(オキシメチレン)二
水加物のモノアルキルエーテルを含める。ヒドロキシ酸のオリゴ(エステル)の
例は、ポリ(α−ヒドロキシ酸)、ポリ(β−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(β−ヒ
ドロキシピバリン酸)のメチル、エチル、プロピルエステル類、ポリ(β−ヒド
ロキシ酪酸)イソブチルエステルを含める。ジオール オリゴ(ウレタン)類の
例は、ジイソシアネート、1、4−ブタンジオール、ヘキサメチレンジイソシア
ナイド、およびジグリコール類のポリウレタン類を含める。重合フェノールアル
コールの例は、ポリ(フェノールアルコール)類、ポリ(フェノールジアルコー
ル)類、ポリ(p−クレゾール モノアルコール)類、ポリ(p−tert−ブ
チルフェノールアルコール)類、ポリ(o−ヒドロキシジベンジルエーテル)類
、およびフェノールーホルムアルデヒド樹脂類を含める。ポリ(フルフリル)誘
導体の例は、ポリ(フルフリル)アルコール類を含める。ポリアクリレート類の
例は、エタノールアミンによって変換されたポリ(アクリロニトリル)を含める
。ポリエステル類の例は、ポリネオペンチル グリコールアジペート、ポリエチ
レングリコールセバセート、ポリブタンジオールスクシネート、ポリジエチレン
グリコールスクシネートおよびポリジエチレングリコールテレフタレートを含め
る。ポリオレフィン類の例は、ポリ(エチレン−コ−ビニル 酢酸−コ−アリル
アルコール)およびポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)を含める。脂肪
アルコール類およびポリオール類の例は、デカノール、ドデカノール、ヘキサデ
カノール、およびオクタデカノールを含める。単位[A]mおよび[B]nはポリ
シロキサン類、ポリアルキレンオキシド類、多糖類およびこれらの混合物から選
択されるのが好ましい。
多カチオンポリマーの特徴的ブロックカチオン高分子電解質部位は式(Ib)
に含まれる:
上記式中、X1、X2、およびX3の少なくとも1つがこの末端基で、残りが非反
応性末端基である。本発明の多カチオンポリマーは複数のブロックカチオン高分
子電解質部位をもっていてもよいし、もっていなくてもよい。Q1は酸素、窒素
、硫黄またはメチレンである;Xは0から約20までの整数である;Yは0から
約20までの整数である。Zは0から約20までの整数である;Q2はCH2また
は下記の式のいずれかであらわされる:
Vは0または1;R1は水素、炭素原子1ないし4個のアルキル、炭素原子1な
いし4個のフルオロカーボン、フェニル、またはベンジル;R2は炭素原子1な
いし約30個のアルキル、フェニル、ベンジルまたはフェネチル;R3はエチレ
ンまたはプロピレン;Wは1ないし約100の整数;Q3はOH、OR8、NH2
、NHR9、SH、SR10、COOH、COOR11、またはハロゲンであり、R8
、R9、R10、およびR11は炭素原子1ないし約20個のアルキルまたはアルキ
レンである。
式(Ib)は、式(Ib)の下記の部分によってあらわされるブロックカチオ
ン高分子電解質部位を含む:
好適にはR1は水素、メチル、エチル、フェニル、またはベンジルであり、より
好適にはメチルまたはエチルである;R2は炭素原子1ないし約30のアルキル
であり、より好適にはメチルまたはエチルである;R3はエチレンまたはプロピ
レンである;Wは3ないし約100であり;Q3はOHである。
式(Ib)によってあらわされるブロックカチオン高分子電解質部位は合成を
容易にするためのスペーサー{(CH2)xQ1(CH2)y}zを含んでいても、い
なくてもよい。出発原料がポリシロキサンである場合はスペーサーが含まれるの
が好ましい。スペーサーが含まれる場合、Q1は好適には酸素またはメチレンで
、Xは好適には0ないし約5であり;Yは好適には0ないし約5であり;Zは好
適には0ないし約10の整数である。
本発明の多カチオンポリマーは、アニオン型のスルフェート、ヒドロスルフェ
ート、メチルスルフェート、カーボネート、ビカーボネート、クロリド、ブロミ
ド、ヨージド、およびそれらの混合物からなる群から選択されるアニオンの理論
量を有する。開環重合
本発明の多カチオンポリマーは3段階を含む合成経路によって合成される。
第一段階は活性出発ポリマーの開環重合を含んでなる。
第一段階はさらに活性出発ポリマーを作る予備段階を含む。活性出発ポリマー
は、その末端がスルフォンエステルまたはハロゲン、好適にはトシルまたはメシ
ルスルフォンエステル基で置換されているポリマー化合物である。
この活性出発ポリマーを作るための出発原料は、ヒドロキシ官能価を有する線
状または枝分かれ出発原料であって、存在する他の官能価が下記の活性化剤とも
、下記の環状イミノエーテルとも反応しない上記出発原料であればよい。この出
発原料は末端基として下記の少なくとも1つを有し、他の部分は非反応性である
:
上記式中、Q1は酸素、窒素、硫黄またはメチレンで;Xは0ないし約20の整
数であり;Yは0ないし約20の整数であり;Zは0ないし約20の整数である
。出発原料は、末端の少なくとも1つがヒドロキシである限り、当業者に公知の
いかなるポリマーでもよい。適した出発原料は上記の単位[A]mおよび[B]n
のための重合置換基として列挙したものである。
出発原料がポリシロキサンであるとき、出発原料はヒドロキシアルキル−シロ
キサン、ヒドロキシアルコキシアルキル−シロキサン、およびポリアルコキシ−
シロキサンであるのが好ましい。市販の出発シリコーン原料の例は;信越化学か
ら提供されるX−22−160AS、KF−6001、KF−6002、KF−
6003、X−22−4015、X−22−4901、KF−353、KF−3
54、KF−355、KF−945、およびKF−6011、トーレ ダウコー
ニング シリコーン(Toray Dow Corning Silicone
)から提供されるSF8427、BY16−005、BY16−007、SH3
746、SF8428、SH3771、BY16−036、BY16−027、
およびBY16−848、東芝シリコーンから提供されるTSF4750、TS
F4751、XF42−B0970、SF1188、SF1288、およびSF
1388である。
出発原料がポリアルキレンオキシドである場合、出発原料は好適にはポリエチ
レンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシド、および上記の
モノアルキルエーテル類である。市販の出発ポリアルキレンオキシド材料の例は
;アルドリッヒ・ケミカル・カンパニーから入手できる“カタログハンドブック
・オブ・ファインケミカルズ(Catalog Handbook of Ch
emicals)1996−1997”に記載されている18,198−6、1
8、199−4、18,200−1、37,277−3、37,280−3、お
よびワコー ピュアケミカルス インダストリー(Wako・Pure・Che
micals・Industry)から入手できる“ワコーカタログ1996”
に記載されている167−09045、164−09055、161−0906
5、168−09085、162−09095、165−09105、162−
09115、169−09125、163−17575、167−05885、
164−05895、167−17615、164−17625、および167
−05905である。
出発原料が多糖である場合、出発原料はポリ(β−キシロピラノース)、ポリ
(マルトース)、シクロデキストリン、セルロース、ポリ(イソマルトース)、
ポリ(ゲンチオビオース)、ポリ(ガラクトース)、ポリ(マンノース)および
キチンである。市販の多糖原料の例は;ワコー ピュアケミカルス インダスト
リーから入手できる“ワコーカタログ1996”に記載されている556−32
961、554−37381、047−23611、536−02831、03
3−15221、033−08332、030−08342、034−0834
5、031−10641、アルドリッヒ ケミカル カンパニーから入手できる
“カタログハンドブック・オブ・ファインケミカルズ 1996−1997”に
記載されている31,069−7、18,095−5、32,807−3、43
,522−8、18,465−9、43,524−4、31,069−7、41
,795−5、44,869−9、および41,795−5、44,869−9
、および41,796−3である。
活性出発ポリマーの製法の一例は下のスキームに示される:
式(II)によって示されるジヒドロキシ末端ポリジメチルシロキサンにより例
示される出発原料を活性化剤と反応させて式(III)に示す活性出発ポリマー
を得る。活性化剤はスルホンハリドからなる群から選択され、ここでハリドはク
ロリド、ブロミド、またはヨージド、P(Hal)3、P(Hal)5およびSO2
(Hal)2またはこれらの混合物である;ここで(Hal)はクロリド、ブロ
ミドまたはヨージドから選択されるハロゲンである。好適活性化剤は塩化ト
シルおよび塩化メシルである。塩化メシルは式(XI)として示される。
この第一段階を行うための適したメジウムは、無水条件を作り出す不活性溶媒
を含める。不活性溶媒の例は、無水(以後は“abs.”とする)テトラヒドロ
フラン(以後は“THF”とする)、abs.ベンゼン、abs.トルエン、a
bs.トリエチルアミン、abs.ピリジン、およびこれらの混合物である。好
適には、メジウムはリュイス塩基を含む。リュイス塩基の例は、例えばabs.
トリエチルアミン、abs.ピリジン、ジメチルアミノピリジン(以後は“DM
AP”とする)、および1,8−ジアザビシクロ[5.4.0.]−7−ウンデ
セン(以後は“DBU”とする)など、液体および固体であるものを含める。A
bs.トリエチルアミンおよびabs.ピリジンは溶媒としても液体リュイス塩
基としても機能し、そのため適している。Abs.トリエチルアミンは非常に適
した液体リュイス塩基である。メジウムが少なくとも活性化剤に匹敵する理論量
のリュイス塩基を含むのがより好ましい、というのは良い収率を与えるからであ
る。またメジウムが次のものを含むのも好ましい:揮発性溶媒、例えばabs.
THF、abs.ベンゼン、abs.トルエンおよびこれらの混合物;および活
性化剤に匹敵する理論量の液体リュイス塩基、例えばabs.トリエチルアミン
、abs.ピリジンおよびこれらの混合物。反応は室温で大気圧下で行うことが
できる。
或いは、活性出発ポリマーは、ハロゲンまたはエポキシ官能価を有する線状ま
たは枝分かれポリマーであって、その他の存在する官能価は下記の環状イミノエ
ーテル類とは反応しない、上記線状または枝分かれポリマーでもよい。出発原料
は末端基として下記の少なくとも1つを有し、他の部分は非反応性である:
上記式中、Q1は酸素、窒素、硫黄またはメチレンであり;Xは0ないし約20
の整数であり;Yは0ないし約20の整数であり;Zは0ないし約20の整数で
あり;X4はハリドまたは下記の式のエポキシである:
活性出発ポリマーは、それが少なくとも1つのハロゲンまたはエポキシ官能価を
有する限り、当業者に公知のいかなるものでもよい。エポキシ官能価はグリシジ
ル型またはオキシラン型でもよい。活性出発ポリマーがハロゲン官能価を有する
のが好ましい。これらのハロゲンで終わる活性出発ポリマーを開環重合に直接用
いるときは、活性化剤との上記の反応は不要である。
活性出発ポリマーとして直接用いることができるハロゲン官能価を有する市販
のポリシロキサン出発ポリマーの例は、AZmax社によって供給されるLMS
−152、東芝シリコーンによって供給されるTSL9236、TSL9276
、TSL9226、およびTSL9206である。エポキシ官能価を有する市販
のシロキサン化合物は;信越化学から供給されるKF−105、X−22−16
3A、X−22−163B、X−22−163C、KF−1001、KF−10
1、X−22−169AS、X−22−169B、KF−102、およびX−2
2−173DX、トーレ・ダウコーニング・シリコーンによって供給されるSF
8411、SF8413、BY16−855、BY16−855B、BY16−
839、SF8421EG、およびBY16−845、東芝シリコーンによって
供給されるYF3965、XF42−A4439、TSF4730、XF42−
A4438、XC96−A4462、XC96−A4463、XC96−A44
64、XF42−A5041、TSF9946、TSF9986、およびTSF
9906である。
活性出発ポリマーとして直接使用できるハロゲン官能価を有する市販のポリア
ルキレンオキシドの例は;アルドリッヒ・ケミカル・カンパニーから入手できる
“カタログハンドブック・オブ・ファインケミカルス 1996−1997”に
記載されている18,186−2である。
予備的反応によって得るか、または市場で得る活性出発ポリマーを開環重合と
して知られる反応によって重合する。その実施態様を以下のスキームに示す:
これは、式(III)によって例示される活性出発ポリマーを環状イミノエーテ
ルと反応させ、式(IV)によって示されるポリアミド中間体を得ることによっ
て行われ得る。環状イミノエーテルは2−置換−2−オキサゾリン、2−置換−
5,6−ジヒドロ−4H1,3−オキサジンおよびそれらの混合物からなる群か
ら選択される。好適環状イミノエーテルは、Z’が水素、炭素原子1ないし10
個を有するアルキルまたはフルオロカーボン、フェニルおよびベンジルである2
−Z’−2−オキサゾリンおよび2−Z’−オキサジン、さらに好適なのは式(
XII)に示されるようにアルキルが炭素原子1ないし3個である2−アルキル
−2−オキサゾリンである。活性出発ポリマー(III)のトシル、メシルまた
はハリド基は種々の求核モノマーによる攻撃の際の離脱基であることが知られて
いる。トシルおよびメシル基は好適離脱基基である。こうして活性出発ポリマー
(III)はブロックコポリマーの合成のための高分子イニシエーターとして利
用される。このブロックコポリマーの合成は、求核モノマーとして作用する環状
イミノエーテルによる、官能価部分のトシレートまたはメシレートエステルファ
ンクションまたはハリドとの求核反応によって起こる。こうして得られたポリア
ミド中間体(IV)はもともと活性化されていたポリマーの官能価部分に濃化さ
れたポリアミド部分を有する。
この合成の第一段階を実施するための適切なメジウムは、無水条件を作り出す
不活性溶媒を含める。不活性溶媒の例は、abs.アセトニトリル、abs.T
HF、abs.ベンゼン、abs.トルエン、abs.トリエチルアミン、ab
s.ピリジン、およびそれらの混合物である。好適にはメジウムはリュイス塩基
を含む。リュイス塩基の例は、abs.トリエチルアミン、abs.ピリジン、
ジメチルアミノピリジン(以後“DMAP”とする)および1、8−ジアザニシ
クロ[5.4.0.]−7−ウンデセン(以後“DBU”とする)など、液体お
よび固体であるものを含める。Abs.トリエチルアミンおよびabs.ピリジ
ンは溶媒としても液体リュイス塩基としても作用し、したがって適している。A
bs.トリエチルアミンは非常に適したリュイス塩基である。メジウムが、活性
シロキサン(III)によって示される活性出発ポリマーの少なくとも理論量の
リュイス塩基を含むのがより好ましい。この量のリュイス塩基の存在は活性出発
ポリマーから生成ポリアミド中間体への変換率を著しく高めることが判明してい
る。こうして、存在するポリアミドのアミド部分の数(構造中の数“m”)は著
しく改善された精度でコントロールでき、標的ポリマーを高収率で提供できる。
メジウムが揮発性溶媒、例えばabs.アセトニトリル、abs.THF、ab
s.ベンゼン、abs.トルエンおよびそれらの混合物など;および活性剤の理
論量の液体リュイス塩基、例えばabs.トリエチルアミン、abs.ピリジン
、およびそれらの混合物を含むのも好ましい。非常に好ましいメジウムは活性出
発ポリマーの少なくとも理論量のabs.トリエチルアミンのアセトニトリル溶
液である。反応は室温または高められた温度で周囲気圧で行うことができる。
開環重合が完了した後、得られた反応体をアルカリまたはアルカリ塩で処理す
るとポリアミド中間体(IV)が得られる。このようなアルカリまたはアルカリ
塩は炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、
不活性溶媒中のアミン類、および有機酸の金属またはテトラアルキルアンモニウ
ム塩類を含める。反応体を炭酸ナトリウムのようなアルカリの水溶液で処理する
とき、最終的に得られるポリマーはヒドロキシ末端を有する。反応体を不活性溶
媒中アミンで処理するとき、最終的に得られるポリマーはアミン−またはアンモ
ニウム末端基を有する。反応体を有機酸塩類で処理するとき、最終的に得られる
中間体はカルボキシレートまたはエステル末端を有する。還元または加水分解
第二段階は得られたポリアミド中間体(IV)の還元または加水分解を含む。
還元は、例えば、ポリアミド中間体を還元剤、例えばLiAl(OR)xH4 - x
で還元することによって行われる。上記式中Rはメチル、エチル、またはイソプ
ロピルで、xは0または1ないし3の整数である;好適にはLiAlH4(水素
化アルミニウムリチウム)を用いて下記のスキームに示される式(V)によって
あらわされる還元されたポリアミド中間体を得る:このような還元を行うための適切なメジウムは、abs.THFおよびabs.
ジエチルエーテルのような不活性溶媒を含める。或いは、ポリアミドポリマーと
(C2H5)3OBF4 -、Cl3SiH、Cl3SiOH、Cl3SiOCH3、Cl3
SiOC2H5、(CH3)3SiCl、またはジメチルスルフェートのような作用
物質とを、n−ヘキサンまたはCH2Cl2のような不活性溶媒中で反応させ、そ
の後ジエチルエーテル、エタノール、またはTHF中でNaBCNH3またはN
aBH4で処理することによって還元することもできる。
加水分解は例えばポリアミド中間体を強酸および強アルカリ、例えばHCl、
NaOH、KOH、またはNaHCO3などの水性およびアルコール/水性溶液
と反応させて加水分解ポリアミド中間体を得ることによって行うことができる。
これは下記のスキームに示す式(VI)によって示される。
或いは、ポリアミド中間体を不活性溶媒、例えばn−ヘキサン、abs.THF
、ジエチルエーテルまたはCH2Cl2中で、(C2H5)3OBF4 -、Cl3SiH
、Cl3SiOH、Cl3SiOCH3、Cl3SiOC2H5、(CH3)3SiCl
、H2N−NH2、またはジメチルスルフェートのような作用物質と反応させ、そ
の後、酸およびアルカリ、例えばHCl、NaOH、KOH、NaHCO3、K2
CO3、Na2CO3、またはKHCO3の希水溶液で処理することによって加水分
解が行われる。第四級化
第三段階は得られた還元ポリアミド中間体(V)または加水分解ポリアミド中
間体(VI)を第四級化して、本発明の多カチオンポリマーを得ることを含む。
これは第四級化剤の添加のよって行われ得る。第四級化剤はモノメチル硫酸、硫
酸ジメチル、硫酸ジエチル、炭酸ジメチル、塩化メチル、ヨウ化メチル、臭化メ
チル、塩化エチル、ヨウ化エチル、臭化エチル、塩化ベンジル、臭化ベンジル、
ヨウ化ベンジル、硫酸、カルボン酸、塩化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、
およびこれらの混合物からなる群から選択される。正に帯電したアルキル類、例
えばモノメチル硫酸、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、炭酸ジメチル、塩化メチル
ヨウ化メチル、臭化メチル、塩化エチル、ヨウ化エチル、臭化エチル、塩化ベン
ジル、臭化ベンジル、およびヨウ化ベンジルなどを提供する第四級化剤で第四級
化が行われるときは、第四級化部位は安定で、pHに依存しないことは、当業者
には公知である。正に帯電したアルキル類を提供する第四級化は下記のスキーム
によって示される:
X5-=SO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオ
ン類の混合物
他方、第四級化が、陽子をアミン部分に与える第四級化剤、例えば硫酸、カルボ
ン酸、塩化水素酸、臭化水素酸、およびヨウ化水素酸などで行われる場合は、第
四級化部位はpHに依存する。アミンに陽子を提供する第四級化は下記のスキー
ムによって示される:
第四級化剤は最終的多カチオンポリマーの所望特性によって選択できる。多カチオンポリマーの使用
本発明の多カチオンポリマー類は出発ポリマー材料およびカチオンポリマー両
方の物理的特性を有すると考えられる。より詳細に述べるならば、多カチオン部
位が本発明の多カチオンポリマーをもたらし、種々の基質、例えば織物、毛髪お
よび皮膚、ガラス、金属および充填材料などに対する良い沈着性および/または
接着性を与えると考えられる。出発ポリマー材料の特性に依存して、ここに記載
の多カチオンポリマーはさらに水混和性を有し、抗菌効果を提供する。
ここに記載の多カチオンポリマーは種々の分野において有用であり、種々の製
品に用いられる。その有用な分野の非制限的例は、消費者製品領域、医学および
薬学領域、織物領域、およびその他の工業的および化学的領域を含める。
ここに記載の多カチオンポリマーは概して種々の基質に対する良い沈着性およ
び/または接着性を有する。例えば多カチオンポリマーを構造材料としてまたは
複合材料として、コーティング、被覆、バリヤ、およびデリバリーのために用い
ることができる。液体系に処方するとき、多カチオンポリマーは凝集剤、粘度上
界剤、または徐放性物質封入活性物質として作用するかも知れない。
実施例
下記の実施例は本発明の範囲内の好適実施態様をさらに説明し、明らかにする
。これらの実施例は単に説明の目的のためのものであって、本発明を制限するも
のではない、なぜならば本発明の精神および範囲を逸脱することなく多くの変更
が可能だからである。成分類は化学名によって、または以下に明らかにされる方
法によって同定される。実施例1
式(Ie)のポリマーは下記のスキームに示される合成経路によって適切に得
られる:
X5-=SO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオ
ン類の混合物活性化
塩化メシル60mmole(1.5当量)をabs.THF120ml中平均
90ないし110単位を有する20mmoleジヒドロキシポリシロキサン(X
XI)および60mmoleトリエチルアミン(1.5当量)の氷冷撹拌溶液に
滴下する。反応混合物を氷冷下で1時間、そして室温で1日撹拌する。濾過後、
真空中でTHFを除去し、それに続いて氷水100mlを残留物に加える。この
混合物をクロロホルムで抽出し、そのクロロホルムエキスをNaHCO3飽和水
溶液で洗い、無水硫酸ナトリウムで乾燥する。このシロップを一般的処理法によ
ってさらに処理し、ポリシロキサンのメシル誘導体を得る(XXII)。開環重合
密封用チューブ中で無水アセトニトリル50ml中、得られたメシルシロキサ
ン(XXII)5440g(5mmole)、100mmole蒸留2メチル−
2−オキサゾリン、および10mmoleトリエチルアミン、の反応混合物を密
封して80℃で24時間撹拌する。反応混合物をそれから室温に冷却し、10%
炭酸ナトリウム20mlを撹拌下で加える。混合物を2時間撹拌し、それから混
合物を真空中で濃縮する。混合物をクロロホルムで抽出し、クロロホルム抽出物
を無水硫酸ナトリウムで乾燥する。このシロップをさらに一般的処理法によって
処理し、ポリアミドシロキサン(XXIII)を得る。還元
得られたポリアミドシロキサン(XXIII)(0.91mmole)のab
s.ベンゼン(50ml)溶液を、29mmole(3.2当量)の水素化アル
ミニウムリチウムとabs.THF50mlとの氷冷撹拌混合物に滴下する。添
加が完了した後、その反応混合物を氷浴中でさらに1時間撹拌し、それから反応
混合物が還流するまで温度を徐々に上げ、還流下で1日撹拌し続ける。反応混合
物をそれから室温にまで冷まし、水10mlを撹拌下で加える。混合物を1時間
撹拌し、それから混合物を濾過する。残渣を熱いクロロホルムで洗い、還流下で
クロロホルムで3回抽出する。合一した濾液を無水硫酸ナトリウムで乾燥する。
このシロップをさらに一般的処理法で処理し、N−アルキルポリエチレンイミノ
シロキサン(XXIV)を得る。第四級化
得られたN−アルキル ポリエチレンイミノシロキサン(XXIV)8.1g
部分を50mlヘキサンに溶解し、氷浴で冷やしながら3.2g炭酸水素ナトリ
ウムおよび水20mlを加える。この混合物に硫酸ジメチル4.4gを0℃で2
0分間にわたって滴下する。添加が完了した後、反応混合物をさらに1時間氷浴
中で撹拌する。その後温度を徐々に高め、反応混合物を還流に達せしめ、その後
一晩還流下で撹拌を続ける。反応混合物をそれから室温にまで冷まし、ヘキサン
層を分離し、NaHCO3飽和水溶液および水で3回洗う。水層をクロロホルム
で抽出する。合一したヘキサン抽出物およびクロロホルム抽出物を無水硫酸ナト
リウム上で乾燥する。このシロップをさらに一般的処理法によって処理し、多カ
チオンポリマー(Ie)を得る。実施例2
式(If)のポリマーは、下記に示す合成経路によって、実施例1に示すよう
なポリアミドシロキサンXXIIIを用いて適切に得られる:
加水分解
トリエチルオキソニウム テトラフルオロボレート(ジクロロメタン中1M)
20mL部分を、2.0gポリアミドシロキサン(XXIII)(0.8mmo
le、1.6mmole当量)のジクロロメタン溶液(100mL)に30分間
にわたって滴下する。反応混合物を室温で24時間撹拌せしめた。ポリイミニウ
ムシロキサン塩のジクロロメタン スラリーを氷冷10%Na2CO3溶液50m
Lにゆっくり注ぐ。フラスコに残っている固体を10%Na2CO330mLで処
理し、最初の混合物と合一する。全混合物をジクロロメタンで抽出し、Na2S
O4で乾燥する。このシロップをさらに一般的処理法によって処理すると、二相
の油が得られ、それは分光分析によって式(XXV)であることが確認された。第四級化
(XXV)1.5g部分を50mLabs.エタノールに溶解し、炭酸水素カ
リウム2gで処理した。この混合物にabs.エタノール10mL中ヨウ化メチ
ル7gの混合物を20分間にわたり滴下する。反応混合物を室温で24時間撹拌
せしめた。この溶液の溶媒を真空中で除去すると固体物質が得られた。スペクト
ルデータにより、この物質は式(If)の多カチオンポリマーであることが確認
された。実施例3
式(Ig)であらわされるポリマーは下記のスキームに示す合成経路によって
適切に得られる: X5-=SO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオ
ン類の混合物活性化
塩化メシル90mmole(1.5当量)を、abs.THF120ml中、
平均50ないし70単位を有する20mmole分岐カルビノールポリシロキサ
ン(XXXI)および90mmoleトリエチルアミン(1.5当量)の氷冷撹
拌溶液に滴下する。反応混合物を氷冷下で1時間、室温で1日撹拌する。濾過後
、THFを真空中で除去し、その後残留物に氷水100mlを添加する。この混
合物をクロロホルムで3回抽出し、合一したクロロホルム抽出物をNaHCO3
飽和水溶液で洗い、無水硫酸ナトリウムで乾燥する。このシロップをさらに一般
的処理法によって処理すると、ポリシロキサン(XXXII)のメシル誘導体が
得られる。開環重合
密封チューブ中の無水アセトニトリル50ml中、得られたメシルシロキサン
(XXXII)5mmole部分、150mmole蒸留2−メチル−2−オキ
サゾリンおよび15mmoleトリエチルアミンの密封反応混合物を80℃で2
4時間撹拌する。この反応混合物を室温まで冷やし、10%炭酸ナトリウム20
mlを撹拌下で加える。混合物を2時間撹拌し、その後混合物を真空中で濃縮す
る。混合物をクロロホルムで抽出し、クロロホルム抽出物を無水硫酸ナトリウム
で乾燥する。このシロップをさらに一般的処理法で処理するとポリアミドシロキ
サン(XXXIII)が得られる。還元
得られたポリアミドシロキサン(XXXIII)のabs.ベンゼン(50m
l)溶液を、29mmole(3.2当量)水素化アルミニウムリチウムおよび
50mlabs.THFの氷冷撹拌混合物に滴下する。添加が完了した後、反応
混合物を氷浴中でさらに1時間撹拌し、それから反応混合物が還流に達するまで
温度を徐々に高め、それから還流下で1日撹拌し続ける。反応混合物をそれから
室温まで冷まし、水10mlを撹拌下で加える。混合物を1時間撹拌し、それか
ら混合物を濾過する。残留物を熱いクロロホルムで洗い、還流下でクロロホルム
で3回抽出する。合一した濾液を無水硫酸ナトリウムで乾燥する。このシロップ
を一般的処理法によってさらに処理すると、N−アルキルポリエチレンイミノシ
ロキサン(XXXIV)が得られる。第四級化
得られたN−アルキルポリエチレンイミノシロキサン(XXXIV)8.1g
部分を50mlヘキサンに溶解し、氷浴中で冷却しながら炭酸水素ナトリウム3
.2gおよび水20mlを加える。この混合物に硫酸ジメチル4.4gを0℃で
20分間にわたり滴下する。添加が完了した後、反応混合物を氷浴中でさらに1
時間撹拌し、それから反応混合物が還流に達するまで温度を徐々に高め、それか
ら還流下で一晩撹拌し続ける。反応混合物をそれから室温に冷まし、ヘキサン層
を分離し、NaHCO3飽和水溶液および水で3回洗う。水層をクロロホルムで
抽出する。合一したヘキサン抽出物およびクロロホルム抽出物を無水硫酸ナトリ
ウムで乾燥する。このシロップをさらに一般的処理法によって処理し、多カチオ
ンポリマー(Ig)を得る。実施例4
式(Ih)を有するポリマーは、出発原料(XLI)および上記の実施例3に
記載の同じ反応試薬、溶媒および条件を用いて、下記のスキームに示される合成
経路によって適切に得られる。X5-=SO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオ
ン類の混合物実施例5
式(Ij)であらわされるポリマーは下記のスキームに示される合成経路によ
って適切に得られる:X5-=SO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオ
ン類の混合物活性化
1000mLフラスコにおいて、塩化メシル0.15mole部分(1.72
g)を添加漏斗から、abs.THF150ml中0.15moleトリエチル
アミン(15.2g)中の10ないし11単位を有するポリエチレンオキシド(
構造LI)の撹拌磁気溶液に氷水冷却下で加える。添加後、反応混合物を氷冷下
で2時間撹拌し、それから室温で1時間撹拌する。混合物を濾過し、沈殿をab
s.THFで洗う。その溶液に、NaHCO3飽和溶液100mLを加え、室温
で2時間撹拌する。溶液を100mLクロロホルムで3回抽出する。クロロホル
ム相を合一し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥する。乾燥剤を除去後、クロロホル
ム溶媒を35℃で真空中で除去する。残留物を60℃高真空中で2時間加熱する
と、ポリエチレンオキシドのメシル誘導体(LII)が得られる。開環重合
電磁撹拌器を備えた200mLチューブにおいて、得られたメシルポリエチレ
ンオキシド(30.3g、0.04mol)、2−メチル−2−オキサゾリン(
68g、0.8mol)、トリエチルアミン(8.1g、0.08mol)およ
びアセトニトリル(60mL)を窒素気流下で加える。チューブを密栓し、混合
物を80℃で24時間撹拌する。混合物をそれから室温に冷やし、10%炭酸ナ
トリウム20mlを撹拌下で加える。混合物を2時間撹拌し、濾過する。混合物
を真空下で処理してアセトニトリルおよび水を除去する。生成物をクロロホルム
に溶解し、イソプロパノールで沈殿させることによって精製し、ポリアミドポリ
エチレンオキシド(LIII)を得る。加水分解
濃縮器を備えた100mLフラスコ中で、得られたポリアミドポリエチレンオ
キシド(LIII)(69g、0.6mol)を180mL水に溶解する。Na
OH(36g、0.9mol)の水溶液を撹拌下で加える。混合物を100℃で
24時間撹拌する。室温に冷ました後、不溶性生成物を濾過によって分離し、メ
タノールで抽出する。メタノールを蒸発するとN−アルキルポリエチレンイミノ
ポリエチレンオキシド(LIV)が得られる。第四級化
1000mLの三頸フラスコにおいて、硫酸ジメチル(151.2g、1.2
mol)と1OOmLメタノールとの混合物を、得られたN−アルキルポリエチ
レンイミノポリエチレンオキシド(LIV)(43.8g、0.6mol)およ
びメタノール(200ml)の溶液に、氷水で冷やしながら、電磁撹拌下でゆっ
くりと滴下する。その混合物を室温で24時間撹拌する。混合物をイソプロパノ
ール中に注ぎ、沈殿生成物を濾過によって分離する。生成物を真空中で60℃で
24時間乾燥すると多カチオンポリマー(Ij)が得られる。実施例6
式(Ik)であらわされるポリマーは出発原料(LXI)と上記実施例5に記
載される同じ反応試薬、溶媒よび条件を用いて、下記のスキームに示す合成経路
によって適切に得られる。 実施例7−22
下記のポリマー類は、本明細書を読むことによって当業者が選択した適切な方
法により合成された。実施例7 上記式中、mは6、nは5であり、X5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -
からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例8 上記式中、mは6、nは3、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -
からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例9 上記式中、mは6、nは5、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -
からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例10 上記式中、mは4、nは5、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -
からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例11 上記式中、mは4、nは5、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -
からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例12 上記式中、mは4、nは2、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -
からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例13 上記式中、mは5、nは3、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -
からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例14 上記式中、mは10、nは10、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、およびCH3
SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例15 カチオン性オリゴ(オキシメチレン)二水加物誘導体
上記式中、mは10、nは10ないし15、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、
およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例16 上記式中、mは10、nは30ないし50、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、
およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例17 上記式中、mは10、nは30ないし50、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、
およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例18 上記式中、mは10、nは10ないし15、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、
およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例19 上記式中、mは10、nは30ないし50、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、
およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例20 上記式中、mは10、nは30ないし50、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、
およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。実施例21 上記式中、mは10、xは30ないし50、yは30ないし50、そしてX5-は
、SO4 2-、HSO4 -、およびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類
の混合物である。実施例22 上記式中、mは5、nは10ないし30、そしてX5-はSO4 2-、HSO4 -、お
よびCH3SO4 -からなる群から選択されるアニオン類の混合物である。
以上の実施例によって開示され、明らかにされた多カチオンポリマーの実施態
様は多くの利点を有する。
実施例1から4までによって得られる多カチオンポリマーは例えば織物および
毛髪表面への良好な沈着をもたらし、水性組成物に含まれるときは殺菌効果をも
たらす。織物処理組成物に挿入されると、それらはしわに抵抗する性質、ソフト
さ、および帯電防止効果をもたらす。毛髪コンディショナー組成物に挿入すると
き、それらはコンディショニング効果および帯電防止効果をもたらす。
ここに記載の実施例および実施態様は説明のみを目的とするものであって、そ
の精神および範囲を逸脱することなく、それに照らした種々の変更または変化が
熟練せる当業者には示唆される。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
C08G 81/00 C08G 81/00
85/00 85/00
C09D 201/00 C09D 201/00
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M
W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY
,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM
,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,
CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E
S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID
,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,
LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M
G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT
,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,
TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V
N,YU,ZW
【要約の続き】
選択されるアニオンの理論量と;を含んでなるシリコー
ンポリマーが開示されている。さらに前記シリコーンポ
リマーの適切な製法も開示されている。