CN107922740A - 聚醚‑聚硅氧烷嵌段共聚物组合物、含有其的表面活性剂、稳泡剂、形成聚氨酯泡沫的组合物、化妆品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种稳泡性、预混液的均质性、稳定性优异,与各种成分的相溶性也优异的新型聚醚‑聚硅氧烷嵌段共聚物组合物及其制造方法、含有该共聚物组合物的稳泡剂等以及聚氨酯泡沫。一种聚醚‑聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其含有:(A)分子内具有下述一般式(1):‑[‑SiR2O‑(SiR2O)a‑SiR2‑CH2‑CH(CH3)‑CH2‑O(CxH2xO)y‑CH2‑CH(CH3)‑CH2‑]n‑表示的构成单元,并且其末端基团为与聚醚部分键合的烯基等的聚醚‑聚硅氧烷嵌段共聚物;以及(B)液状一元醇有机化合物,其含有(B1)末端氢由烃基取代,另一末端具有二级醇羟基的低聚合度的二醇醚化合物或者(B2)具有碳原子数12以上的分支烷基的高级醇化合物,并且二甲基聚硅氧烷的含量小于成分(A)的质量。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种含有(A)具有特定构造的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物以及(B)5℃时为液状的特定的一元醇有机化合物,并且二甲基聚硅氧烷的含量小于成分(A)的质量的新型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物及其制造方法。此外,本发明还涉及一种含有该组合物的表面活性剂、稳泡剂(具有作为气泡控制剂及气泡稳定剂的功能,以下相同)、化妆品原料以及化妆品。并且,本发明还涉及一种含有该组合物的形成聚氨酯泡沫的组合物以及通过其获得的聚氨酯泡沫。
【背景技术】
作为(AB)n型聚醚改性硅,众所周知有一种通过(1)两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与(2)两末端含有甲基烯丙基的聚醚的氢化硅烷化反应获得的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物(专利文献1)。并且,根据专利文献2,已经报告了一种使用高聚合度的非水解型直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物作为气泡稳定剂的聚氨酯泡沫的制造方法。但是,作为含有该嵌段共聚物的组合物的实例,仅为在甲苯溶剂中实施氢化硅烷化反应后获得的甲苯溶液。甲苯在有害性及引燃性等方面具有较高的风险,因此会在加热或减压条件下通过剥离处理将其从产品系统中去除。同样地,虽然含有该嵌段共聚物的二甲苯溶液已为人知晓且实现了商品化,但同样地存有会含有具有引燃性且有害的有机溶剂的问题。
此外,关于所述(AB)n型聚醚改性硅的应用已有多个报告(专利文献3~8)。专利文献3、4涉及含有所述(AB)n型聚醚改性硅的化妆品,关于与专利文献1、2同样地在甲苯中合成该改性硅后去除甲苯的化妆品,公开了多个配伍在化妆品处方中的实施例。此外,正文中还说明了将该共聚物单独使用或将其溶解在水、各种有机溶剂中使用。同样地,专利文献5、专利文献6中公开了在甲苯等有机溶剂中合成所述(AB)n型聚醚改性硅后,将其用作聚氨酯泡沫的稳泡剂(气泡稳定剂)的内容,但必须利用剥离处理将甲苯等从产品系统中去除。另外,专利文献6中,除了公开在甲苯中合成该共聚物后,添加作为稀释剂的聚丙二醇,并利用剥离操作去除甲苯的实施例以外,还谈及也可使用聚氨酯泡沫处方中使用的多元醇类作为稀释剂。并且,作为比较例还采用了使用长链烷基苯作为反应溶剂的市售稳泡剂。
但是,如专利文献6所述,如果在甲苯中实施氢化硅烷化后,添加作为稀释剂的聚丙二醇或其衍生物,并实施利用减压剥离去除甲苯的溶剂交换,则所述(AB)n型聚醚改性硅的气泡稳定性优异,因此因搅拌而卷入的气泡细小,非常稳定,会抑制破泡,反应器的上部空间会立即充满气泡,减压操作不得不非常缓慢地进行。也就是说,所涉及的制造方法不利于工业上的大量生产。相对于此,专利文献6中公开了在长链烷基苯中合成稳泡剂并直接使用的内容,但所涉及的非反应性溶剂存在会残存在聚氨酯泡沫中并从最终产品上迁移(渗出)的问题。
也就是说,这些文献1~6中不仅未对将特定的一元醇有机化合物用作所述(AB)n型聚醚改性硅的溶剂的内容及其优点作过任何记载或暗示,而且还存在不利于工业生产过程或无法充分实现其性能的问题。
此处,专利文献7涉及在所述(AB)n型聚醚改性硅中尤其含有高分子量的特定构造体的毛发化妆品。此处,公开了在多种化妆品处方中配伍该构造体的实施例,其中不少与该构造体并用了过剩量的二甲基聚硅氧烷。专利文献8涉及一种用来处理纤维线状物的油基剂,其含有所述(AB)n型聚醚改性硅中分子量尤其高的特定构造体以及由选自二有机聚硅氧烷及矿物油中至少1种构成的原油。在其用途中,纤维线状物的连续高速处理在工序方面很重要,油剂的最大粘度必须保持在100mm2/s(优选为50mm2/s)以下。因此,该实施例中,以超过该构造体40倍的较大过剩混合并使用10mm2/s的二甲基聚硅氧烷。也就是说,这些文献中仅公开了对所述(AB)n型聚醚改性硅过剩添加了二甲基聚硅氧烷的组合物,在各用途中必须大量含有二甲基聚硅氧烷。也就是说,关于在含有所述(AB)n型聚醚改性硅的组合物中将二甲基聚硅氧烷的含量设为固定量以下的内容及其优点,未作任何记载和暗示。
同样地,专利文献9中公开了一种以不会发生增粘和凝胶化等的方式稳定地制造所述(AB)n型聚醚改性硅或与其类似的构造体中分子量尤其高的共聚物的技术。其中一个实施例中,说明了在液体异石蜡烃(氢化聚异丁烯)中合成该共聚物后,通过剥离(加热减压条件下)馏去未反应物等低沸物。此外,作为可在用来合成该共聚物的氢化硅烷化反应工序中使用的溶剂,还例示了数种有机溶剂和二甲基聚硅氧烷。但是,关于在所述(AB)n型聚醚改性硅的溶剂中使用特定的一元醇有机化合物的内容、在该组合物中将二甲基聚硅氧烷的含量设为固定量以下的内容及其优点,未作任何记载和暗示。
也就是说,专利文献1~9中公开的组合物是无法用作表面活性剂和聚氨酯泡沫的稳泡剂的组合物,或者在利用丙二醇等对通过在甲苯等高毒性的有机溶剂中进行合成来获得的物质实施溶剂取代的工序中必然会造成工业生产上的不利,或在作为稳泡剂的性能方面仍有问题,其性能及制造成本仍留有改善的空间。因此,这些组合物在作为表面活性剂和稳泡剂的可用性方面未能充分满足,考虑到性能和成本方面的问题,仍存有会妨碍其大范围普及的问题。
另一方面,专利文献10中提出了在开孔型聚氨酯泡沫及其制造工艺中,在硬质泡沫/软质泡沫中的任一种时都具有高开孔效果的表面活性剂的重要性,并在高密度微孔泡沫的领域中,提出了控制开孔率的重要性。但是,尤其是专利文献10中,众所周知的(AB)n型聚醚改性硅(=(AB)n共聚物)在存在水的情况下会有形成水凝胶的趋势,因此被指出其可用性存在限制。这可能是指用来获得聚氨酯泡沫的原料组合物中,由异氰酸酯以外的成分{包括多元醇、水、催化剂以及根据情况的表面活性剂等}构成的所谓预混液的存储稳定性差,难以长时间以均质状态存在的缺点。
由于(AB)n型聚醚改性硅的共聚物的平均分子量可进行设计,并且根据聚醚部的EO%及大小,羟基或疏水基团向共聚物末端部的导入,能够控制其表面活性表现及对聚氨酯泡沫系统的亲和性等,所以在除了要求低分子量的稳泡剂的高弹性泡沫(HighResilience Foam)以外的所有聚氨酯泡沫处方中,可作为用来控制或稳定气泡的表面活性剂发挥优异的效果。尤其是在近年来人们要求的对开孔率的控制方面,极为有用。但是,在众所周知的技术中,仍存在如上所述的性能方面的课题、与工业的生产成本直接相关的制造方面的课题、用途方面的课题以及由它们引起的不论其是否具有潜在的价值都无法在市场中充分普及等的课题。因此,人们期望开发出一种含有所述(AB)n型聚醚改性硅的新型组合物,其能够解决上述多个课题,并以低于以往的成本大量供给到市场上,并且在表面活性剂、稳泡剂等用途中具有充分的可用性。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】美国专利第4150048号说明书
【专利文献2】美国专利第4242466号说明书
【专利文献3】日本专利特开平04-211605号公报(美国专利第5660819号说明书)
【专利文献4】日本专利特开平04-234307号公报(美国专利第5472686号说明书)
【专利文献5】日本专利特开平07-090102号公报(专利第3319833号公报)
【专利文献6】日本专利特开平08-156143号公报
【专利文献7】国际公开第2004/058198号公报(美国专利第8114391号说明书)
【专利文献8】日本专利特开2005-060876号公报
【专利文献9】日本专利特开2006-282820号公报(专利第4875314号公报)
【专利文献10】日本专利特表2010-539280号公报(美国专利第8436064号说明书)
【专利文献11】国际公开第2011/049248号公报(美国专利第8784787号说明书)
【发明内容】
【发明所要解决的技术问题】
本发明为解决上述课题开发而成,其目的在于提供一种在采用机械发泡法的高密度微孔泡沫、其他硬质泡沫和软质泡沫等的领域,能够控制开孔率而并非仅限于气泡稳定剂,并且预混液的均质性和稳定性优异,此外与用来形成泡沫的乳胶组合物中的各种成分的相溶性也优异的新型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物、含有其的表面活性剂以及含有其的稳泡剂。同样地,其目的在于提供一种含有该组合物的化妆品原料以及化妆品。
此外,本发明的目的还在于提供一种含有所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的形成聚氨酯泡沫的组合物以及利用其配制而成的聚氨酯泡沫。
并且,本发明的目的还在于提供一种能够以低于以往的成本大量供给到市场上的所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法。
【解决技术问题所采用的技术方案】
为了解决上述课题,本发明者等潜心研究后发现,
通过以(A)/(B)=10/90~90/10的质量比含有(A)具有特定的构成单元,且其末端基团(-Z)为选自Z1:与聚醚部分键合的烯基、羟基、烷氧基或者乙酰氧基以及Z2:与硅原子键合且不具有杂原子的一价烃基、羟基或者烷氧基的1种以上的官能团的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物;以及
(B)选自(B1)末端氢由碳原子数为1~8的烃基取代,并且另一末端具有二级醇羟基且碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在1~3的范围的数的二醇醚化合物或者(B2)具有碳原子数为12以上的分支烷基的高级醇化合物,并且特征为5℃时为液状,分子内具有一级醇羟基,且不含有氧以外的杂原子的1种或者2种以上的一元醇有机化合物,并且使二甲基聚硅氧烷的含量小于成分(A)的质量的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,能够解决上述课题,并实现了本发明。此外,本发明者等还发现,通过还具有(C)25℃时为液状,选自末端羟基的一端可由选自烷基、芳烷基、芳基中的碳原子数为1~8的烃基取代且碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在4~50的范围内的聚亚烷基二醇或其衍生物中的1种以上,相对于成分(A)和成分(B)的和100质量份,其含量在10~300质量份的范围内,并且整个组合物在25℃时的粘度在100~35,000mm2/s的范围内的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,能够适当地解决上述课题,并实现了本发明。
并且,本发明者等发现,通过含有该组合物的表面活性剂、稳泡剂、形成聚氨酯泡沫的组合物、化妆品原料或者化妆品,能够适当地解决上述课题,并实现了本发明。此外,本发明者等还发现,通过利用所述形成聚氨酯泡沫的组合物获得的聚氨酯泡沫能够适当地解决上述课题,并实现了本发明。
并且,本发明者等发现,通过至少含有使特定的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与特定的两末端含有甲基烯丙基的聚醚在以下任一种状态下,即
(1)实质上无溶剂的状态下;
(2)存有所述(B)成分即一元醇有机化合物的状态下;或者
(3)存有不同于所述成分(B)的挥发性有机溶剂(B')的状态下
开始或进行氢化硅烷化反应的工序,并且在所述(1)或(3)的情况下还至少包括与所述成分(B)即一元醇有机化合物进行溶剂交换的工序的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法能够适当地解决上述课题,并实现了本发明。
也就是说,本发明的目的可通过以下来解决。
[1]一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中以(A)/(B)=10/90~90/10的质量比含有下述成分(A)及成分(B),并且二甲基聚硅氧烷的含量低于成分(A)的质量:
(A)分子内具有下述一般式(1):
【化学式1】
(式中,R分别单独表示不具有脂肪族不饱和键的碳原子数为1~9的一价烃基,x为2至4的数,a为1~200的数,y为以(CxH2xO)y表示的聚醚部分的分子量为在400~5000的范围内的数,n为至少2的数)
表示的构成单元,并且其末端基团(-Z)为选自
Z1:与聚醚部分键合的烯基、羟基、烷氧基或者乙酰氧基;以及
Z2:与硅原子键合且不具有杂原子的一价烃基、羟基或者烷氧基
中的1种以上的官能团的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物;
(B)选自以下(B1)或者(B2)中的1种或者2种以上的一元醇有机化合物,其特征为,5℃时为液状,分子内具有一级醇羟基,且不含有氧以外的杂原子:
(B1)末端氢由碳原子数为1~8的烃基取代,并且另一末端具有二级醇羟基,碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在1~3的范围内的数的二醇醚化合物;
(B2)具有碳原子数为12以上的分支烷基的高级醇化合物。[1-1]根据[1]的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中成分(A)是上述末端基团(-Z)不含有环氧基,其一部分可以是来自上述成分(B)的一元醇有机化合物的残基的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物。
[1-2]根据[1]的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中实质上不含有二甲基聚硅氧烷。
优选通过下述组合物解决本发明的目的。
[2]根据[1]的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中成分(A)在所述一般式(1)中,a为在10~45的范围的数,y为以(CxH2xO)y表示的聚醚部分的分子量为在2000~5000的范围内的数,构成该聚醚部分整体的氧乙烯(C2H4O)单元的质量比平均在35%~90%的范围内。
[3]根据[1]或[2]的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中成分(A)是通过以一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷
一般式(2):
【化学式2】
(式中,R为与所述一般式(1)相同的基团,a为与所述一般式(1)相同的数)
与
下述一般式(3):
(式中,x、y为与所述一般式(1)相同的数)
表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚由氢化硅烷化反应而获得,
且分子内具有一般式(1):
(式中,R为与所述一般式(1)相同的基团,x、a、y、n为与所述一般式(1)相同的数)
表示的构成单元的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中成分(B)为具有可进行蒸馏或可通过蒸馏进行精制的沸点的一元醇有机化合物。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中成分(B)为选自丙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、三丙二醇单甲醚、丙二醇单(异)丙醚、二丙二醇单(异)丙醚、三丙二醇单(异)丙醚、丙二醇单乙醚、二丙二醇单乙醚、三丙二醇单乙醚、2-丁基-1-辛醇、2-己基-1-癸醇、2-辛基-1-十二烷醇、异硬脂醇以及2-癸基-1-十四醇中的1种或2种以上的一元醇有机化合物。
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中所述成分(A)与成分(B)的质量比在20/80~70/30的范围内。
[7]根据[1]~[6]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中还具有(C)25℃时为液状,选自末端羟基的一端可由选自烷基、芳烷基、芳基中的碳原子数为1~8的烃基取代并且碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在4~50的范围内的聚亚烷基二醇或其衍生物中的1种以上,
相对于成分(A)和成分(B)的和100质量份,其含量在10~300质量份的范围内,并且组合物整体在25℃时的粘度在100~35,000mm2/s的范围内。
[7-1]根据[7]的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中成分(C)选自碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在6~20的范围内的聚亚烷基二醇或其衍生物中的1种以上。
此外,本发明的目的可通过含有所述组合物的以下发明来解决。
[8]一种表面活性剂,其中含有根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
[9]一种稳泡剂,其中含有根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
[10]一种形成聚氨酯泡沫的组合物,其中含有根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
[11]一种形成聚氨酯泡沫的组合物,其中含有:
(a)多元醇;
(b)多异氰酸酯;
(c)催化剂;
(d)含有根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的稳泡剂;以及
(e)通过任意选择,选自由(d)成分以外的稳泡剂、发泡剂、稀释剂、扩链剂、交联剂、水、非水发泡剂、填充剂、强化剂、颜料、染料、着色剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线稳定剂、抗静电剂、杀菌剂以及抗菌剂所组成的组中至少一种的添加成分。
[12]根据[10]或[11]所述的形成聚氨酯泡沫的组合物,其中相对于(a)多元醇100质量份,根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物中(A)聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的含量在0.5~8.0质量份的范围内。
[13]一种聚氨酯泡沫,其通过根据[10]~[12]中任一项所述的形成聚氨酯泡沫的组合物获得。
[14]根据[13]所述的聚氨酯泡沫,其为硬质泡沫、半硬质泡沫、软质泡沫或者微孔泡沫。
[15]一种化妆品原料,其中含有根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
[16]一种化妆品,其中含有根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
尤其优选本发明的目的通过下述制造方法来解决。
一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,该聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物为根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中至少包括:
在实质上无溶剂的状态下,使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始氢化硅烷化反应的工序;以及
加入所述成分(B)即一元醇有机化合物,促进稀释或反应的工序。
[18]一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,该聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物为根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中至少包括在存有所述(B)成分即一元醇有机化合物的状态下,使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始或进行氢化硅烷化反应的工序。
[19]一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,该聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物为根据[1]~[7]中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其中至少包括:
在存有不同于所述成分(B)的挥发性有机溶剂(B')的状态下,使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始或进行氢化硅烷化反应的工序;以及
将不同于该成分(B)的挥发性有机溶剂(B')与所述成分(B)即一元醇有机化合物进行溶剂交换的工序。
[20]根据[17]或[18]所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,其中实质上不包括剥离工序。
【发明效果】
根据本发明,能够提供一种在采用机械发泡法的高密度微孔泡沫、其他硬质泡沫和软质泡沫等的领域,能够控制开孔率而并非仅限于气泡稳定剂,并且预混液的均质性和稳定性优异,此外与用来形成泡沫的乳胶组合物中的各种成分的相溶性也优异的新型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。此外,还能够提供含有该组合物的表面活性剂、稳泡剂。同样地,还能够提供含有该组合物的化妆品原料以及化妆品。尤其是,考虑到上述优点,含有本发明的新型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的稳泡剂的可用性极高。
此外,根据本发明,还能够提供一种含有所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的形成聚氨酯泡沫的组合物以及利用其配制而成的聚氨酯泡沫。在稳泡剂中使用本发明的所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物而获得的聚氨酯泡沫极为有用。
并且,根据本发明,还能够提供一种能够以低于以往的成本大量供给到市场上的所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法。因此,能够综合解决现有技术难以克服的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的性能方面的课题、与工业生产成本直接相关的制造方面的课题以及用途方面的课题,使新型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物在市场中充分普及,并能够作为高性能的原料加以运用。
【具体实施方式】
以下详细说明本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。本发明组合物的特征在于,以(A)/(B)=10/90~90/10的质量比含有下述成分(A)和成分(B),并且二甲基聚硅氧烷的含量低于成分(A)的质量。首先,说明各成分。
[(A)成分]
(A)成分是本发明组合物的主要成分,其为在分子内具有下述一般式(1):
【化学式3】
(式中,R分别单独表示不具有脂肪族不饱和键的碳原子数为1~9的一价烃基,x为2至4的数,a为1~200的数,y为以(CxH2xO)y表示的聚醚部分的分子量为在400~5000的范围的数,n为至少2的数。)
表示的构成单元,并且其末端基团(-Z)为选自
Z1:与聚醚部分键合的烯基、羟基、烷氧基或者乙酰氧基;以及
Z2:与硅原子键合且不具有杂原子的一价烃基、羟基或者烷氧基
中的1种以上的官能团的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物。
(A)成分是具有上述特定的构成单元,并且其末端基团(-Z)为选自所述Z1和Z2中的1种以上的官能团的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物。此处,考虑到作为稳泡剂的可用性以及共聚物的稳定性的观点,优选聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的一末端或两末端由含有聚醚部分的官能团封端,此时,末端基团(-Z)优选为与聚醚部分键合的烯基、羟基、烷氧基或者乙酰氧基,尤其优选为甲基烯丙基。另外,一末端或两末端由含有聚醚部分的官能团封端的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物可通过相对于两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷,以聚醚原料中的甲基烯丙基的物质量与两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷中的硅原子键合氢原子等量或略多的量添加两末端含有甲基烯丙基等的聚醚原料,使其发生氢化硅烷化反应来轻松合成获得。
另一方面,考虑到作为稳泡剂的可用性以及共聚物的稳定性、安全性的观点,上述末端基团(-Z)必须不含有具有杂原子的反应性官能团,尤其是必须不含有环氧基即具有开环反应性的反应性官能团和胺基等。另外,合成聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物时,在原料中使用两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷时,末端SiH的一部分有时会与下述一元醇有机化合物发生反应,本发明的(A)成分的一部分中,末端基团(-Z)的一部分也可以是来自上述成分(B)的一元醇有机化合物的残基。
考虑到作为稳泡剂的可用性及共聚物的处理性的观点,尤其优选上述一般式(1)中,所述a为在10~45的范围的数,y为聚醚(聚氧亚烷基)部分的分子量为在2000~4500的范围内的数,并且构成该聚醚部分整体的氧乙烯(C2H4O)单元的质量比平均在35%~90%的范围内。上述范围中,尤其可改善聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的亲水性,并且必然会含有一定量的氧化丙烯单元或氧化丁烯单元,因此能够改善形成聚氨酯泡沫的组合物的主要成分即多元醇或异氰酸酯与稳泡剂的相溶性,并可通过改善预混液的稳定性来增大方便性,在获得期望的稳泡效果等方面非常有利。也可改善作为表面活性剂或稳泡剂的功能及合成时或合成后的处理性。
上述一般式(1)中,R分别单独表示不具有脂肪族不饱和键的碳原子数为1~9的一价烃基,例示为碳原子数为1~9的烷基。优选为甲基或乙基。工业方面尤其优选甲基。
此种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物能够通过在存有或不存有任意溶剂的状态下,使分子链的两末端具有甲基烯丙基等的碳-碳双键的聚醚原料与两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷发生氢化硅烷化反应来合成。如上所述,其一末端或两末端、优选两末端由含有聚醚部分的官能团封端,尤其优选通过添加聚醚原料中的甲基烯丙基的物质量与两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷中的硅原子键合氢原子等量或略微过多的量,产生氢化硅烷化反应来进行合成。
更优选的是,本发明的(A)成分即聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物尤其优选为通过以下述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷
一般式(2):
【化学式4】
(式中,a为与所述一般式(1)相同的数)
与以下述一般式(3)表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚
一般式(3):
【化学式5】
(式中,x,y为与所述一般式(1)相同的数)
由氢化硅烷化反应而获得的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物。
[成分(B)]
成分(B)是本发明组合物的特征性成分,是选自以下(B1)或(B2)的1种或2种以上的特定的一元醇有机化合物,其特征在于,5℃时为液状,并且分子内含有一级醇羟基,不含有氧以外的杂原子。所述成分(B)是聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的溶剂,可作为合成反应中的溶剂导入组合物,也可在存有或不存有其他溶剂的状态下实施聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的合成反应,然后以在系统中取代溶剂或添加溶剂的方式导入组合物。
尤其是,成分(B)优选为具有可进行蒸馏或可通过蒸馏进行精制的沸点的一元醇有机化合物。
成分(B1)是末端氢由碳原子数为1~8的烃基取代且另一末端具有二级醇羟基,并且碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在1~3的范围内的数的二醇醚化合物,氧亚烷基单元的重复数为在1~3的范围内的数,聚合度较低,并且一个末端由烃基封端,另一个末端必须为二级醇羟基。作为此种化合物的例子,可列举丙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、三丙二醇单甲醚、丙二醇单(异)丙醚、二丙二醇单(异)丙醚、三丙二醇单(异)丙醚、丙二醇单乙醚、二丙二醇单乙醚以及三丙二醇单乙醚等。另一方面,使用末端具有二级以外的醇羟基、例如一级醇羟基的二甘醇单丁醚等一元醇有机化合物时,无法充分实现本发明的技术效果,因此并不适当。
成分(B2)是具有碳原子数为12以上的分支烷基的高级醇化合物,作为此种化合物的例子,可列举2-丁基-1-辛醇、2-己基-1-癸醇、2-辛基-1-十二烷醇、异硬脂醇以及2-癸基-1-十四醇等。另一方面,使用具有直链状的烷基的高级醇化合物时,由于其熔点高所以容易固化、析出,并且由于与聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的相溶性差,所以混合物容易分离,因此无法充分实现本发明的技术效果,不适当。
成分(B)是发挥作为成分(A)的溶剂(分散介质)的功能的成分,考虑到该组合物的性能、质量、使用时的方便性、操作作业性(处理)等方面,本发明的组合物中,这些成分的所述(A)/(B)的质量比在10/90~90/10的范围内极为重要,优选所述(A)/(B)的质量比在20/80~70/30的范围内。
考虑到使用时的方便性、处理等方面,含有所述成分(A)和成分(B)的本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物在25℃时的粘度在100~60,000mm2/s的范围内极为重要。
此外,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物主要为稳泡剂或者表面活性剂,不含有超过所述成分(A)的质量的二甲基聚硅氧烷,尤其优选实质上不含有二甲基聚硅氧烷。二甲基聚硅氧烷为疏水性的硅系油剂,当本发明的组合物的分散介质中含有二甲基聚硅氧烷时,有时会对作为稳泡剂或表面活性剂的功能造成不良影响。另外,在不损害本发明的技术特征的范围内,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物也可含有二甲基聚硅氧烷以外的有机硅化合物、例如其他聚醚改性硅等有机改性硅类和硅烷类等。此时,整个本组合物中,这些二甲基聚硅氧烷以外的有机硅化合物的含量优选为不超过所述成分(A)的质量的范围内,考虑到作为稳泡剂或者表面活性剂的功能的观点,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物可以是实质上不含有其他有机硅化合物的组合物。
[成分(C)]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物还可含有(C)25℃时为液状,选自末端羟基的一端可由选自烷基、芳烷基、芳基的碳原子数为1~8的烃基取代,且碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在4~50的范围内的聚亚烷基二醇或其衍生物中的1种以上。使用所述成分(C)时,具有不会对作为稳泡剂或表面活性剂的功能造成不良影响,并能够调整本发明的组合物的粘度等,改善使用时的方便性和操作作业性(处理)的优点。此外,成分(C)具有以下优点,即为了调整形成聚氨酯泡沫的组合物中的羟价、即为了控制聚氨酯泡沫的交联密度和强度等各种物性,能够追加至所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物中加以使用。
更具体的是,成分(C)根据末端羟基的一端有无被取代,可选自以下成分(C1)和成分(C2)中的1种以上,也可以是成分(C1)和成分(C2)的混合物。
成分(C1)是碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数(即聚氧亚烷基部分的聚合度)为4~50且分子链两末端具有羟基的聚亚烷基二醇。这种化合物优选为液状,作为典型例,可列举具有各种聚合度的聚丙二醇。优选碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数在4~35、尤其优选在6~20的范围内。
成分(C2)是末端羟基的一端由选自烷基、芳烷基、芳基的碳原子数为1~8的烃基取代且另一端为未取代的羟基,并且分子链的中央部由重复数为4~50的氧亚烷基单元(其中该氧亚烷基可从碳原子数为2~4的物质中任意选择)构成的聚亚烷基二醇衍生物。这种化合物优选为液状,作为典型例,可列举具有各种聚合度的聚丙二醇的单丁醚等。优选碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数在4~35、尤其优选在6~20的范围内。
相对于成分(A)和成分(B)的和100质量份,本发明组合物中成分(C)的含量在10~300质量份的范围内,也可以在15~200质量份的范围内。此时,优选整个组合物在25℃时的粘度在100~35,000mm2/s的范围内,为了满足该粘度范围或者相应计算出的聚氨酯泡沫的物性,能够调整成分(C)、成分(A)以及成分(B)的含量。
在不损害该技术效果的情况下,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物中还可含有成分(B)和成分(C)以外的水溶性醇类。作为水溶性醇,可列举乙醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、二丙二醇、三丙二醇、二甘醇或者异丙醇等碳原子数为1~4的醇类或者二醇类。
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物会因空气中的氧而慢慢氧化、变质。为了防止此问题,能够加入苯酚类、对苯二酚类、苯醌类、芳香胺类或者维生素类等抗氧化剂,增加氧化稳定性,并且优选。作为此种抗氧化剂,例如能够使用BHT(2,6-二叔丁基对甲酚)、维生素C、维生素E等。此时,在该质量中,相对于聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物,使用的抗氧化剂的添加量为10~1000ppm、优选在50~500ppm的范围内。
[低分子硅氧烷的减少]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物优选硅原子数为20以下的低分子硅氧烷的含量为5000ppm(重量)以下,尤其优选为2000ppm(重量)以下。该值超过5000ppm时,尤其是使用本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物作为聚氨酯泡沫等的稳泡剂时,有时会对安装聚氨酯泡沫的场所周围的构件造成污染或引起电气/电子装置的触点故障。作为所述低分子硅氧烷,可列举环状和直链状,例如以式[(CH3)2SiO]n(式中,n为3~10的整数。)表示的环状二甲基硅氧烷以及以式CH3[(CH3)2SiO]mSi(CH3)3(式中,m为1~10的整数。)表示的直链状二甲基硅氧烷低聚物,此外,这些甲基的一部分有时会被其他有机基取代。作为所述低分子硅氧烷的更具体的例子,可列举八甲基四硅氧烷、十甲基五环硅氧烷以及两末端三甲基硅氧基封端二甲基硅氧烷低聚物。所述低分子硅氧烷的含量可通过例如在本发明组合物中加入有机溶剂后对低分子硅氧烷实施溶剂提取,并使用气相色谱分析装置分析该提取液的方法来进行测定。
所述低分子硅氧烷的减少可通过例如从根据日本专利特开2000-313730号公报等所述的方法获得的本发明组合物中去除低分子硅氧烷来进行制造。作为去除该低分子硅氧烷的方法,可列举众多方法。例如,在硅系稳泡剂中一边一点点地吹入氩气和氮气等惰性气体,一边在高温、高真空下实施处理的方法;使本发明组合物形成薄膜,在例如0.5mm以下的减压且50~130℃的加热条件下实施剥离的方法;以及在硅系稳泡剂中加入会溶解低分子硅氧烷且不会溶解高分子硅氧烷的有机溶剂,例如甲醇、乙醇等有机溶剂,提取去除低分子硅氧烷的方法。此处,如果在高温处理时担心热分解,则作为本发明组合物,也可在不会造成影响的程度下预先添加抗氧化剂。
[制造方法]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物优选通过使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的分子链的两末端具有甲基烯丙基的聚醚发生氢化硅烷化反应来获得成分(A)即聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物。此时,开始或进行氢化硅烷化反应的工序可以在无溶剂状态下实施,也可以在存有所述(B)成分即一元醇有机化合物的状态下实施,也可以在存有不同于所述成分(B)的挥发性有机溶剂(B')的状态下实施。另外,在无溶剂下/存有不同于成分(B)的挥发性有机溶剂(B')的状态下,开始或进行为了获得成分(A)的氢化硅烷化反应时,还需要添加(B)成分的工序。
氢化硅烷化反应用催化剂只要能够促进氢化硅烷化反应即可,并无特别限定。作为氢化硅烷化反应催化剂,已知有多种金属和化合物,能够从中适当选择后用于本发明。作为氢化硅烷化反应催化剂的例子,具体而言可列举吸附在二氧化硅微粉或碳粉载体上的微粒状铂、氯铂酸、醇改性氯铂酸、氯铂酸的烯烃络合物、氯铂酸与乙烯基硅氧烷的配位化合物、铂黑、钯以及铑催化剂。
氢化硅烷化反应用催化剂的使用量为有效量,只要是能够促进本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的聚合反应的量即可,并无特别限定。具体而言,相对于以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的分子链的两末端具有甲基烯丙基的聚醚的和(将总体设为100质量%),该催化剂中金属原子以质量单元计为0.01~1,000ppm,优选铂金属原子为在0.1~500ppm的范围内的量。其原因在于,氢化硅烷化反应用催化剂的含量小于上述范围的下限时,共聚反应有时会变得不充分,超过上述范围的上限时,则有时会不经济,并且会使所获得的本发明组合物发生着色等,对透明性造成不良影响。
如上所述,考虑到作为稳泡剂的可用性以及共聚物的稳定性的观点,本发明的成分(A)优选为一末端或两末端由含有聚醚部分的官能团封端的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物,并且优选相对于两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷,以聚醚原料中的甲基烯丙基的物质量与两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷中的硅原子键合氢原子等量或略多的量添加两末端含有甲基烯丙基等的聚醚原料,使其发生氢化硅烷化反应。具体而言,优选以聚醚原料中的甲基烯丙基(RVi)与两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷中的硅原子键合氢原子(Si-H)的物质量的比(摩尔比)为[RVi]/[Si-H]=1.0~1.50,优选1.0~1.20的量发生反应。
氢化硅烷化反应的条件可相应原料和有无下述溶剂进行任意选择,能够通过少量添加生育酚(维生素E)或者BHT(丁基化羟基甲苯)等抗氧化剂,在氮气等惰性气体环境下以室温~200℃、优选为70~150℃进行加热搅拌来获得。另外,抗氧化剂也可以在氢化硅烷化结束后再添加。反应时间可以根据反应规模、催化剂的使用量以及反应温度来选择,一般在数分钟~数小时的范围内。此外,为了改善质量等,可以在减压下发生反应,例如可使用日本专利特开平11-116670号公报中提出的反应条件等,并无特别限制。
另外,氢化硅烷化反应的终点能够通过利用红外光谱(IR)确认Si-H键合吸收的消失或者利用以下碱分解气体生成法确认不再产生氢气来确认。另外通过以该方法分析作为反应原料的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷中的硅原子键合氢原子(Si-H),也能够指定氢气生成量。
<碱分解气体生成法:使将供试品溶解在甲苯或者IPA中的溶液与28.5质量%氢氧
化钾的乙醇/水混合溶液在室温下发生反应,并将产生的氢气集中至捕集管中,测定其体积
的方法>
此外,在不损害本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的技术效果的情况下,为了抑制副反应等,能够添加醋酸钾、丙酸钾等羧酸碱金属盐等。
[任意的精制/低臭化处理]
并且,相应本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的用途,在要求粗产品的精制和低臭化时,也可使用添加氢、与酸性物质接触以及去除生成的醛类等众所周知的精制方法。这些方法可选自例如日本专利特开2007-186557号公报的段落0031等中提出的精制方法1和精制方法2、日本专利特开2000-327785号公报等中提出的气味的减少方法以及本件申请人于日本专利特开2011-116902号公报中提出的使用酸性无机盐的处理方法等,并无特别限制。尤其是通过实施这些精制方法,即使配伍在聚氨酯泡沫中时,经时产生的有害的醛类的量也会变得极少,不仅可作为适用于建筑用材料、汽车工业(例如汽车内装材料)、床、沙发等家具类、寝具、衣类等的聚氨酯泡沫的稳泡剂,还具有可进一步改善作为化妆品原料的可用性的优点。
[无溶剂状态下的氢化硅烷化反应→成分(B)的添加]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够通过至少包括在实质上无溶剂的状态下使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的分子链两末端含有甲基烯丙基(RVi)的聚醚开始氢化硅烷化的工序以及在反应结束后或反应中加入所述成分(B)即一元醇有机化合物促进稀释或反应的工序的制造方法来适当制造。也能够在无溶剂状态下于完成反应后加入成分(B)进行稀释,无溶剂状态下的反应也能够从中途阶段加入成分(B)并完成反应。本制造方法原则上不需要剥离工序。此外,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物具有优异的作为稳泡剂的性能,容易实现气泡的稳定化。因此,在存有例如甲苯的溶剂的状态下发生反应时,如果为了去除甲苯等而进行减压去除(剥离)时,产生的气泡不会发生破泡,会覆盖至反应容器上部,因此工业生产方面的循环时间有时会增大,导致不利,但通过在无溶剂的状态下开始反应,有时能够解决所述工业生产方面的问题。另外,通过在无溶剂状态下开始反应,并使反应前进一定程度后,添加所述成分(B)即一元醇有机化合物,还能够抑制因共聚合导致的粘度上升,并改善搅拌效率和反应性。另外,作为无溶剂状态下聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的合成方法,也可使用日本专利特开平01-101333号公报中记载的方法等。
[存有成分(B)的状态下的氢化硅烷化反应]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够通过至少包括在存有所述成分(B)即一元醇有机化合物的状态下使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的分子链两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始或进行氢化硅烷化的工序的制造方法来适当制造。本制造方法中,也能够同时存有成分(B)以外的溶剂或稀释剂,但并非此情况时无需剥离工序。另一方面,同时存有成分(B)以外的溶剂或稀释剂时,仅在必须于反应结束后将其去除时,才会需要剥离工序。此方法几乎没有上述制造工序中的发泡和工业生产效率恶化的问题,在未使用成分(B)以外的溶剂时,无需进行追加溶剂交换等的工序,反应开始后可抑制获得的组合物的粘度,因此搅拌效率和反应效率优异,作为获得的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的表面活性剂或稳泡剂的质量和功能可显著改善。
[存有不同的挥发性有机溶剂(B')的状态下的氢化硅烷化反应→溶剂交换为成分
(B)]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够通过至少包括在存有不同于所述成分(B)的挥发性有机溶剂(B')的状态下使所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的分子链两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始或进行氢化硅烷化的工序;以及将不同于该成分(B)的挥发性有机溶剂(B')与所述成分(B)即一元醇有机化合物进行溶剂交换的工序的制造方法适当制造。
用于该方法的挥发性有机溶剂(B')不同于所述成分(B),并且沸点低于所述成分(B)即可,并无特别限定,沸点优选为60℃以上且小于200℃。例如,可列举乙醇、异丙醇、1-丁醇、叔丁醇、环己醇、环己酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、异十二烷、甲苯、二甲苯、均三甲基苯、1,4-二氧杂环己烷、二丁醚、苯甲醚、4-甲基苯甲醚、乙苯、乙氧基苯、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙醚、2-甲氧基乙醇(乙二醇单甲醚)、二甘醇二甲基醚、二甘醇单甲醚、1-甲氧基-2-乙酸丙酯、1-乙氧基-2-乙酸丙酯、八甲基环四硅氧烷、以及六甲基二硅氧烷等的无卤系溶剂、三氟甲苯、1,2-双(三氟甲基)苯、1,3-双(三氟甲基)苯、1,4-双(三氟甲基)苯、三氟甲基氯苯、三氟甲基氟苯以及氢氟醚等卤素系溶剂。这些挥发性有机溶剂可单独使用,也可混合使用两种以上。
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的合成反应结束后,能够在利用剥离等去除挥发性有机溶剂(B')后,与成分(B)即一元醇有机化合物进行溶剂交换。另外,在使用甲苯等挥发性有机溶剂(B')的氢化硅烷化反应工序中,有时来自聚合后的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物且在搅拌中产生的气泡会变得稳定,因此优选在工业生产过程中,适当控制剥离时的减压度、加热温度以及搅拌速度。为了抑制因剥离工序中产生气泡而增加制造时间,也能够从预先减压至一定程度的状态开始进行反应。
此处,用于溶剂交换的方法并无特别限定,例如在使用甲苯等挥发性有机溶剂(B')的氢化硅烷化反应工序中,也可依据日本专利特开平08-156143号公报所述的方法,在使用旋转式蒸发装置等去除有机溶剂后,与成分(B)即一元醇有机化合物进行溶剂交换。
如上所述,本发明所涉及的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物能够通过多种方法来制成。但是,考虑到避免制造工序中的起泡问题并提高生产工序的效率的观点,优选实质上不包括剥离工序的工艺。尤其优选在成分(B)的存在下开始氢化硅烷化反应的工艺。
[本发明组合物的使用:表面活性剂等]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的分子内具有亲水性互不相同的硅部位和聚醚部位,因此能够用于以往众所周知的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的用途,并无特别限制,并且能够用于表面活性剂、稳泡剂、纤维的润滑性赋予剂、其他高分子材料的反应性原料等,并无特别限制。本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物可用作工业用或化妆品用的表面活性剂,其配伍对象为涂料、涂层剂、建筑材料、化妆品、亲水性赋予剂、表面处理剂、发泡性树脂组合物等,并无特别限制。此外,来自作为表面活性剂的功能,尤其可用作涂料用添加剂、乳化剂、可溶化剂、聚氨酯泡沫用的稳泡剂和化妆品原料。
[本发明组合物的使用:稳泡剂]
在制造发泡性树脂、尤其是聚氨酯泡沫时,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够适用于用来控制气泡或稳定气泡的表面活性剂、尤其是稳泡剂。尤其是本发明所涉及的组合物能够控制开孔率而并非仅限于气泡稳定剂,因此具有以下优点,即预混液的均质性和稳定性优异,此外与用来形成泡沫的乳胶组合物中的各种成分的相溶性优异,并且微孔用途时的气泡保持性优异。
并且,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物通过调节以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的两末端烯基含有聚醚的摩尔比,能够设计共聚物的平均分子量。此外,根据聚醚部的EO%和大小、羟基或疏水基团向共聚物末端部的导入,能够控制表面活性表现和对聚氨酯泡沫系统的亲和性等。因此,该改性硅在要求稳泡剂的分子量设计得非常小的高弹性泡沫(High Resilience Foam)以外的所有聚氨酯泡沫处方中,能够作为用来控制气泡或稳定气泡的表面活性剂发挥优异的效果。
并且,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造工序的可选范围广,即使设计了所期望的共聚物也不会出现在制造工序中发生的气泡控制的问题或者能够容易解决,因此生产效率优异,可综合性地解决与工业生产成本直接相关的制造方面的课题以及用途方面的课题,使含有新型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的稳泡剂在市场中充分普及,并能够作为高性能的原料加以运用。
[形成聚氨酯泡沫的组合物]
上述稳泡剂用于聚氨酯泡沫的制造。因此,本发明的形成聚氨酯泡沫的组合物含有上述稳泡剂即本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物即可,尤其是在其种类、特性、适用的处方的种类方面并无限制。
[泡沫种类]
一般聚氨酯泡沫中分为硬质泡沫和软质泡沫,具体而言,大致分为软质聚氨酯泡沫、高弹性聚氨酯泡沫、硬质聚氨酯泡沫以及特殊泡沫。本发明的形成聚氨酯泡沫的组合物具有优异的分子量设计性和操作作业性(处理)等,因此在一般要求分子量较小的稳泡剂的高弹性泡沫以外的所有聚氨酯泡沫处方中,能够作为稳泡剂发挥优异的效果。
软质聚氨酯泡沫正广泛用作沙发和床的坐垫材料、汽车等的座椅。软质板状泡沫的原料系的粘度较低且发泡倍率较高,因此泡孔成长时的泡孔膜的稳定化成为一大关键。分子量较高的稳泡剂(聚醚改性硅)能够较好地适用于该系统。此外,为了确保与3000号多元醇的相溶性,广泛应用将氧化丙烯比率较高的聚醚进行接枝改性后的类型。改性聚醚的末端为未盖帽(羟基)的类型具有强化泡孔的独泡性的效果,因此广泛应用将聚醚末端进行盖帽(大多为甲氧基盖帽)的类型,并有助于使泡孔膜的连曝化变得容易。本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物是由分子量较高的表面活性剂与特定的一元醇有机化合物构成的稳泡剂,也能较好地适用于该系统。另一方面,软质热模处方由相当接近软质板状处方的聚氨酯原液系统构成,由于其条件为反应性迅速且会在模具内被施加穿刺,所以确保高透气性会很重要。本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够实现高透气性,并且能够用于该处方。
支持阻燃泡沫型稳泡剂被定义为能够减少处方中的阻燃剂添加份数的类型以及能够减少因阻燃剂的添加而对泡沫物性产生的不良影响的类型。但是,一般硅稳泡剂定位为助燃剂。其原因在于,泡沫因热熔融成液状时,硅稳泡剂会由于表面活性效果而集中在液体表面,妨碍碳化。因此,在阻燃泡沫中,适合硅含有率较低且稳泡活性较低的稳泡剂。也可将本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物用作支持阻燃泡沫型稳泡剂。
高弹性泡沫(HR Foam)主要为汽车座椅等的模具发泡,因此要求成型性、透气性的改善。由于HR泡沫的系统的粘度较高且反应性较高,所以泡孔膜的稳定化较容易,但由于连曝化并未进行,所以必须防止因积存在泡沫内部的气体导致的破裂、脱模后的收缩等问题。因此,一般广泛应用稳泡力非常弱且具有泡孔开放性的稳泡剂。该类型将稳泡剂的分子量设计得非常小,其特点在于,虽然能实现初期的原料成分乳化,但泡孔膜的保持力非常弱。
并且,该系统中也应用着未将聚醚改性且分子量较低的二甲基聚硅氧烷。它们在与聚醚改性硅的组合中,能够作为可赋予稳定的稳泡活性(成型性)的稳泡助剂发挥功能,并且通过优化分子量分布能够调整泡孔开放性和稳泡力的强弱。
在需要高活性的TDI基础处方中适合稳泡力、精密泡孔化更强的类型,另一方面,在独泡性较强的MDI基础处方中,适合稳泡力较弱且能够赋予良好的压碎性和高透气性的类型。此外,通过并用稳泡力较强的类型和较弱的类型,能够在生产中广泛应用对泡孔大小和透气性的调整,并成为该系统特有的手法。
但是,其存在在高弹性泡沫的用途中广泛应用但在分子量非常低的聚醚改性硅和低分子量二甲基聚硅氧烷中工艺范围过小的课题(泡沫处方的自由度和容许范围较小),为了解决此问题,也可适量并用本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
硬质聚氨酯泡沫重量轻、绝热性优异且生产效率高,因此广泛应用于建材和冰箱等的绝热材料。为了改善硬质聚氨酯泡沫的绝热性,尽量减小泡孔尺寸是非常重要的。最终获得的泡沫的泡孔数与初期搅拌聚氨酯发泡液时分散的卷入气体数几乎一致。因此,初期的搅拌中强化乳化力的稳泡剂最为适合。另一方面,泡孔越变小则泡沫越容易收缩。此时通过将稳泡活性较低的类型作为处方,并加大泡孔尺寸,能够提高防止收缩的效果。另外,阻燃性优异的聚异氰脲泡沫也分类为硬质聚氨酯泡沫之一。
硬质聚氨酯泡沫中,以往用作发泡剂的HCFC141b在地球环保方面受到限制,并且作为其代替品的HFC化合物也出现了即将受限的动向。发泡剂对聚氨酯泡沫处方的影响较大,必须根据其种类选择最适合的稳泡剂。
与和聚氨酯原液系的相溶性良好的HCFC-141b处方相比,水处方和水份数较多的HFC处方中,初期乳化力出现降低。因此,通过将稳泡活性较高的稳泡剂作为处方,能够期待获得良好的泡孔。此外,考虑到存储稳定性的观点,环戊处方中有要求预混剂相溶性的情况。此时,与基础多元醇的相溶性重要,改性聚醚的EO(环氧乙烷)比率较高,并且末端为羟基(-OH)的类型具有较良好的相溶性。
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物是适合该系统的由分子量较高的表面活性剂与特定的一元醇有机化合物构成的稳泡剂,能够根据期望调整乳化性、分子量以及末端官能团,因此在硬质聚氨酯泡沫和水处方中也能够配伍,并无特别限制。
特殊泡沫中,可列举例如软质泡沫与硬质泡沫的中间材料即半硬质泡沫、来自软质泡沫的衍生但根据其独特的黏弹性动作形成了特有的用途和地位的低回弹泡沫、用于鞋底等的被称为低发泡塑料的高密度泡沫以及利用机械发泡(机械丝线)法制成的微孔泡沫等。
此外,作为聚氨酯泡沫的原料多元醇,使用聚酯型多元醇而非一般聚醚型多元醇制成的泡沫被称为酯泡沫,其也具有相应上述泡沫特性的分类。
硬质泡沫在众多用途中会重视绝热性,因此通常必须为独泡率较高的封闭泡孔型的泡沫,但在多个用途中更重视尺寸稳定性,并会在表面活性剂的选择和泡沫组合物的处方方面设法,以部分实现开孔化。反之,一般软质泡沫中,其处方设计为:在由于构造体的强度随着交联的进行而增加,因多元醇与异氰酸酯的反应而形成聚氨酯构造的现象与因反应热和发泡剂而隆起泡沫的现象发生停止的瞬间,构造体内的所有泡孔(气泡)膜会破裂(开放),实现连曝化(连接曝气化)。
低回弹泡沫的处方与一般软质泡沫的处方类似,但其设法将具有黏弹性的构造要素引入原料多元醇中。因此,泡孔连曝化的难易度会提高,开孔效果明显的表面活性剂的重要性出现了增加。并且,在利用HR和机械发泡法实现的高密度微孔泡沫的领域中,也通过控制开孔率产生了各种用途。
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物是适合此种开孔率的控制的稳泡剂,在利用机械发泡法的高密度微孔泡沫、其他硬质泡沫和软质泡沫等的领域,能够控制开孔率,并非仅限于气泡稳定剂。
优选本发明的形成聚氨酯泡沫的组合物含有:
(a)多元醇;
(b)多异氰酸酯;
(c)催化剂;
(d)含有根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的稳泡剂;以及
(e)通过任意选择,选自由(d)成分以外的稳泡剂、发泡剂、稀释剂、扩链剂、交联剂、水、非水发泡剂、填充剂、强化剂、颜料、染料、着色剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线稳定剂、抗静电剂、杀菌剂以及抗菌剂所组成的组中至少一种的添加成分。
以下大致说明各成分。
[(a)多元醇]
作为多元醇,可列举例如聚醚多元醇、聚酯多元醇等。作为聚醚多元醇,其为在多价醇、糖类、苯酚类、苯酚衍生物、芳香胺等中附加氧化烯后获得的物质,可列举例如在甘油、丙二醇、二丙二醇、乙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、蔗糖、山梨糖醇、酚醛、壬酚、双酚A、双酚F、甲苯二胺、二苯基甲烷二胺等的1种或者2种以上中附加氧化烯后获得的物质。作为聚酯多元醇,可列举通过己二酸、邻苯二甲酸、琥珀酸等多官能羧酸与甘油、丙二醇、二丙二醇、乙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇等多官能羟基化合物的缩聚而制造的末端具有羟基的多元醇。多元醇可单独使用一种,也可同时使用两种以上。
适合配置本发明的聚氨酯泡沫的多元醇中,每分子具有2至8个羟基,并且数均分子量为200至10,000,优选为500至7,500。作为有用的聚醚多元醇的例子,包括Voranol220-028、Voranol220-094、Voranol225、Voranol270、Voranol490以及Voranol800(DowChemical Company)的产品以及Arcol11-34(Bayer Material Science)等。
多元醇、例如聚醚多元醇以及聚酯多元醇的羟基数(羟价)通常约在15~700的范围内。优选羟基数在软质泡沫中约为20~60,在半软质(或半硬质)泡沫中约为100~300,在硬质泡沫中约为250~700。软质泡沫中,优选官能度即多元醇的每多元醇分子的平均羟基的数约为2~4,最优选约为2.3~3.5。硬质泡沫中,优选官能度约为2~8,最优选约为3~5。
作为适合绝大部分的聚氨酯泡沫的稳泡剂,能够使用本发明的稳泡剂。其配伍量为,相对于多元醇100质量份,聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物中(A)聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物在0.5~8.0质量份的范围内,优选在0.5~4.0质量份的范围内,尤其优选在1.0~2.0质量份的范围内。
[(b)多异氰酸酯]
作为多异氰酸酯,能够使用所有作为有机多异氰酸酯众所周知的物质,但最一般的是甲苯二异氰酸酯(以下简称为“TDI”。)以及二苯甲烷二异氰酸酯(以下简称为“MDI”。)。TDI不仅是异性体的混合、即2,4-体100%品、2,4-体/2,6-体=80/20,65/35(各质量比)等的物质,还能够使用含有多官能性焦油的粗TDI。作为MDI,除了以4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯为主要成分的纯品以外,还能够使用含有3核体以上的多核体的聚合MDI。
这些异氰酸酯化合物中,在硬质聚氨酯泡沫的制造时通常使用MDI,在软质聚氨酯泡沫的制造中通常使用TDI。
MDI的异氰酸酯预聚物可通过MDI与多元醇的反应、实施过例如脲酮亚胺调节等调节后的物质以及与上述MDI衍生物的任意比例的组合来制作。同样优选的物质甲苯二异氰酸酯(TDI),包含通过2,4及2,6异性体以及TDI与多元醇的反应来制作的TDI的异氰酸酯预聚物、以及含有其他芳香族或脂肪族多异氰酸酯以及脲酮亚胺调节多异氰酸酯及其预聚物的对其实施过调节的物质。多异氰酸酯的混合物当然在本发明的范围内。
相对于处方中的其他材料的量,多异氰酸酯的配伍量可通过“异氰酸酯指数”来表示。“异氰酸酯指数”是指将多异氰酸酯的实际使用量除以与反应混合物中的所有活性氢发生反应时所需的多异氰酸酯的化学计算量并乘以100的值。本发明的方法中使用的形成聚氨酯泡沫的组合物中,异氰酸酯指数一般为60~140。通常例子中,异氰酸酯指数在软质TDI泡沫时一般为85~120,在高弹性(HR)泡沫即模具TDI泡沫中通常为90~105,在模具MDI泡沫中约为70~90,在硬质MDI泡沫中一般为90~130。聚异氰脲硬质泡沫的若干例子中,是在250~400的高指数下制造的。
[(c)催化剂]
包含乙酰丙酮镍、乙酰丙酮铁、锡系催化剂、铋系催化剂、锌系催化剂、钛系催化剂、铝络合物、锆络合物、辛酸钾、醋酸钾、醋酸钠、辛酸钠、表面具有固体酸点的金属氧化物粒子、三乙烯二胺、双(二甲基氨基乙基)醚等叔胺聚氨酯催化剂、咪唑衍生物、羧酸季铵盐、迟效性叔胺催化剂、一般型叔胺催化剂、低排放叔胺催化剂、无排放叔胺催化剂以及例如来自Air Products的DABCO(登录商标)催化剂。
这些催化剂中、在制造硬质聚氨酯泡沫时,优选胺系催化剂,在制造软质聚氨酯泡沫时,优选并用胺系催化剂和锡系催化剂。
[(d)含有本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的稳泡剂]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物如上所述,一般与含有稳泡剂即聚醚部分的硅类以及发泡树脂的种类的适合性有关,从适合低分子量体的泡沫到适合高分子量体的泡沫依序排列为
高弹性泡沫<硬质泡沫<软质泡沫<微孔泡沫。
并且,由于聚醚部分的构造也会对泡沫的大小等产生重大影响,所以想要减小泡孔尺寸并降低透气性时,可选择EO含量较高的聚醚构造,或者在想要稳定和保持气泡的情况下,选择分子量较大的聚醚,或者为了扩大过程范围,对范围较大的用途和处方具有适合性,存有在原料中使用分子量和构造不同的多个聚醚等扩大聚醚部分的分子量分布等方法,也能够适用于本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。此外,由于聚氨酯的主要原料之一即多元醇具有PPG构造部,所以考虑到泡沫处方中的相溶性的观点,大多期望在聚醚改性硅中的聚醚部分还含有PO(丙烯氧基)链。
相应配伍本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的聚氨酯泡沫的种类,这些要求会有所不同,通过适当调节以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷和以所述一般式(3)表示的两末端烯基含有聚醚的种类、反应比率等或根据聚醚部的EO/PO%和大小、羟基或疏水基团向共聚物末端部的导入,能够控制表面活性表现和对聚氨酯泡沫系统的亲和性等,因此具有能够根据期望自由设计适当的稳泡剂的优点。
[(e)任意成分]
形成聚氨酯泡沫的组合物中任意选择的成分(e)中特别重要的是水和非水发泡剂。水通过与多异氰酸酯发生反应后生成二氧化碳气体,可作为化学发泡剂发挥作用。此外,还能够在反应混合物中含有物理和/或化学类型中的至少一种的非水发泡剂。此外,根据处方,有时也会不使用水。这些发泡剂可含有例如HFC-245fa及HFC-134a的氢氟烃类、例如HFO及HCFO的氢氟烯烃类、以及例如iso-、cyclo-以及n-戊烷的低沸点烃、超临界二氧化碳气体、甲酸等。
在软质泡沫和硬质泡沫中的任一种中,也经常会将水用作反应性发泡剂。在制造软质板状泡沫中,水浓度一般能够为例如每100份多元醇为2~6.5份,通常为3.5~5.5份。高弹性(HR)泡沫中TDI模具泡沫中的水分量通常为例如3~4.5份。MDI模具泡沫中,水分量通常为例如2.5~5份。另一方面,硬质泡沫的水分量为例如0.5~5份,通常为0.5~1份。例如以挥发性烃或者卤素化烃等非反应性气体为基础的发泡剂的物理发泡剂也能够用于本发明的聚氨酯泡沫的制造中。制造的硬质绝热泡沫中会以相当的比率利用挥发性烃或卤素化烃进行发泡,优选发泡剂为氢氯氟烃(HCFC)以及挥发性烃即戊烷和环戊。也能够使用氢氟烯烃(HFO、HCFO)。软质板状泡沫的制造中,水为主要的发泡剂,作为辅助发泡剂也能够使用其他发泡剂。软质板状泡沫中,优选辅助发泡剂为二氧化碳和二氯甲烷。高弹性(HR)泡沫一般不使用惰性的辅助发泡剂,无论如何辅助发泡剂的配伍量要少于板状泡沫。但是,数种模具技术中,二氧化碳的使用最为重要。根据所期望的泡沫密度和泡沫硬度,发泡剂的量会有所不同。使用烃型发泡剂时的量为例如微量或每100份多元醇为50份,CO2例如约为1%~10%。
但是,尤其是微孔的用途中,作为发泡剂使用水、氢氟烃类、低沸点烃等的通过化学发泡产生的聚氨酯泡沫中,硬度过低,难以形成最终产品所要求的尺寸精度,拉伸强度和耐磨耗性等机械强度也不充分,因此通常通过机械发泡制造高密度泡沫。也就是说,此处因机械搅拌而被卷入的空气或氮气等主要构成气泡的核心。
此处,形成聚氨酯泡沫的组合物中可含有的多元醇a)、多异氰酸酯b)、催化剂c)、本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物d)、任意成分e)即水、非水系发泡剂等成分能够在例如以下所示的较大范围内进行变化。容许较大范围的原因在于,必须相应要求的泡沫的特性、用途、发泡形式、装置等,调整形成聚氨酯泡沫的组合物的处方。
6~85质量份的多元醇a)、10~80质量份的多异氰酸酯b)、0.01~5.0质量份的催化剂c)、0.1~20质量份的本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物d)、以及作为任意成分的水0~6质量份、非水发泡剂0~45质量份。
并且,相对于所述多元醇的质量,所述形成聚氨酯泡沫的组合物中可含有的水的质量优选在0%~10%相当的范围内。
其他任意选择成分e)可在通常的含量范围内含有其他聚合物和/或共聚物、稀释剂、扩链剂、交联剂、填充剂、强化剂、颜料、染料、着色剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线稳定剂、抗静电剂、杀菌剂以及抗菌剂等此领域中众所周知且任意的物质。
例如,作为任意选择的成分e),可含有作为交联剂或扩链剂发挥作用的每分子含有2至8个羟基且分子量为62至500的聚羟基末端化合物。具有3至8个羟基的交联剂含有甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、甘露醇以及山梨糖醇等。具有两个羟基的有用的扩链剂的例子,可含有二丙二醇、三丙二醇、丙二醇、二甘醇、三乙二醇、1,4-丁二醇、乙二醇、2,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇以及新戊二醇等。也能够使用二乙醇胺和单乙醇胺等。
任意选择的成分e)还可含有例如无机填充剂或填充剂的组合的填充剂。填充剂包含用来对密度改质、机械性能或例如吸声的物理性能、阻燃性或包括例如通过碳酸钙改善经济性的其他优点进行改善的物质、或者减少泡沫制造的成本的其他填充剂、氢氧化铝或者其他阻燃性填充剂、用于吸声的硫酸钡或者其他高密度填充剂、进一步减少泡沫密度的玻璃或者例如聚合物的物质的微球。用来对例如泡沫的刚性或弯曲性的模块的机械性能进行改质的高纵横比的填充剂或强化剂包含例如粉碎玻璃纤维或者石墨纤维的人工纤维;例如钙硅石的天然矿物纤维;例如羊毛的天然动物或者例如绵的植物纤维;例如粉碎玻璃的人工板状纤维;以及例如云母的天然矿物板状填充剂。包含可添加的颜料、染料、着色剂的任意物质。并且,本发明意图使用有机阻燃剂、抗臭氧剂、抗氧化剂;热或热氧分解抑制剂、紫外线稳定剂、紫外线吸收剂或者添加至形成泡沫的组合物中时,避免或抑制生成的泡沫发生热、光和/或化学分解的任意的其他添加剂。还意图在此处使用的物质为任意的众所周知的现有的抗静电剂、杀菌剂、抗菌剂以及气体退色抑制剂。
通过本发明的形成聚氨酯泡沫的组合物获得的聚氨酯泡沫优选为硬质泡沫、半硬质泡沫、软质泡沫或者微孔泡沫。
关于通过本发明的形成聚氨酯泡沫的组合物制造聚氨酯泡沫的过程,能够使用现有的各种制造工序。例如,软质泡沫时,能够使用一次发泡法、准预聚物法以及预聚物法制造聚氨酯泡沫。一般的软质泡沫通常作为板状泡沫进行工业生产。某种板状泡沫会将反应体混合物注入大型容器中进行制造(被称为盒子泡沫的不连续法),但通常的块状泡沫会通过将反应混合物排出至带纸衬片的运输机中,连续地进行制造。随着运输机的前进,泡沫会进行发泡、固化,并且在送出发泡机时,泡沫会被切断成较大的块。
此外,硬质泡沫时,会根据目的和用途采用进一步细分后的制造方法。例如,所谓“喷射泡沫”是指利用建筑现场等现场使形成聚氨酯泡沫的组合物进行喷射发泡并使其稳定的方式。所谓“层合板”是指主要用作预制板建筑的绝热材料的物质,但有时也被称为“绝热板”或者“连续层压板”等。层合板的制造中,在上下对向的面材之间通过滚筒连续供给的经过发泡的形成泡沫的组合物会一边流动一边固化,最终获得厚度10cm左右的板状泡沫。所谓“器具”是面向专用于冰箱的绝热材料的泡沫,其会通过注入成型法在工厂内以全自动工艺进行生产。但是,该例子中将形成泡沫的组合物注入模具后使其发泡、固化并结束,并不从模具中取出泡沫。冰箱用泡沫的处方上的特征在于,为了重视绝热性,不会将水用作发泡剂(二氧化碳气体具有易导热的性质)。所谓“现场注入”如字面意思所述,是指现场将形成泡沫的组合物注入模具并使其发泡、固化后结束的方式,用于冰箱用途以外。
作为特殊泡沫之一的“微孔”时,通过所谓机械丝线系统的机械发泡方式,均质地制造微小的高密度泡沫。此处不使用所谓的发泡剂,因机械搅拌而被卷入的空气或氮气等主要构成气泡的核心。
作为特殊泡沫或软质泡沫之一的低回弹泡沫与一般软质泡沫或HR泡沫同样地以板状或模具形式进行制造。板状品在连续运输机上流动混合原液,通常连续发泡成宽度1~2m、高度0.2~0.6m的截面为方形或鱼糕状后,切断为规定长度(大多为1~2m)的面包形状。加工事务所以此形状发货,并能够从板状品中切出或加工成各种形状的产品。模具品是在将原液注入塑料或金属制模具并使其发泡后从模具中将其取出的产品,即使形状复杂的产品也能够高尺寸精度地大量成型。
其他个别的聚氨酯泡沫的制造方法可适当选择,尤其是本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够在以下专利公开公报或者专利公表公报的详细说明、尤其是实施例等中记载的聚氨酯泡沫的制造方法中,与硅系稳泡剂或硅表面活性剂、硅共聚物表面活性剂置换后适当地使用。另外,这些详细说明或实施例的公开包括有关制造装置的公开,也可以根据本行业的技术人员的通常的设计变更,进一步替换成分的一部分,并相应粘度等的变化,适当变更其制造条件。
■日本专利特表2005-534770号公报、日本专利特表2005-534770号公报、日本专利特表2010-535931号公报中记载的聚氨酯泡沫的制造方法;
■日本专利特表2010-539280号公报中记载的开放泡孔聚氨酯的制造工艺
■日本专利特开2012-246397号公报、日本专利特开2009-265425号公报等中记载的含有聚氨酯泡沫的密封材料
■日本专利特开2012-082273号公报、日本专利特开2010-247532号公报、日本专利特开2010-195870号公报、日本专利特开2002-137234号公报等中记载的聚氨酯泡沫的制造
将本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物用于上述专利公开公报等的制造方法中获得的聚氨酯泡沫包含在本发明的范围内。并且,使用了本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的聚氨酯泡沫的发明的范围当然并不限定于这些。
[化妆品原料以及化妆品]
本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物作为化妆品原料可用,并且如上所述,还具有能够在工业生产工序中以较低成本生产,能够以高附加值和低价格进行供给的优点。
此外,本发明还涉及一种含有所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的化妆品。作为所述化妆品,能够例示含有众所周知的聚醚改性硅、甘油改性硅或者聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的化妆品以及其中记载的化妆品原料成分与同样成分的组合及用途。
更具体的是,例示含有本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的皮肤化妆品或毛发化妆品。
本发明所涉及的皮肤化妆品只要含有本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物即可,其形态并无特别限定,也可以是溶液状、乳脂状、固形状、半固形状、凝胶状、油包水型或者水包油型的乳化组合物(乳胶组合物)中的任一种。具体而言,本发明所涉及的皮肤化妆品可列举化妆水、乳液、乳剂、防晒乳液、防晒乳剂、护手霜、去污霜、按摩材料、清洁剂、止汗剂、除臭剂等基础化妆品;粉底霜、底妆、胭脂、口红、眼影、眼线笔、睫毛膏、指甲油等美容化妆品等。
同样地,本发明所涉及的毛发化妆品只要含有本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物即可,能够以各种方式进行使用。例如,可以将其溶解或分散在醇类、烃类、挥发性环状硅类等中使用,还可以使用乳化剂使其分散在水中,以乳胶的形态进行使用。此外,也能够并用丙烷、丁烷、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、二氧化碳气体以及氮气等的喷射剂,用作喷射。能够以这些形态用作洗发水、冲洗剂、啫喱水、发型喷雾剂、定型剂、摩丝以及染发剂等。
本发明的化妆品能够任意添加通常的化妆品中使用的成分、水、粉体或着色剂、醇类、水溶性高分子、成膜剂、油剂、油溶性凝胶化剂、有机改性粘土矿物、表面活性剂、树脂、紫外线吸收剂、保湿剂、防腐剂、抗菌剂、香料、盐类、抗氧化剂、pH调节剂、螯合剂、清凉剂、抗炎症剂、美肌用成分(美白剂、细胞赋活剂、肌肤粗糙改善剂、血液循环促进剂、皮肤收敛剂、抗脂溢剂等)、维生素类、氨基酸类、核酸、激素、包合物等生理活性物质、香料,并且能够在以往众所周知的配伍了聚醚改性硅和甘油改性硅、糖改性硅、聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物等的化妆品的各种处方中,置换本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物进行使用。这些并无特别限定。另外,关于能够加入本发明的化妆品中的各种成分和能够运用的处方例的详情,可参照专利文献11(国际公开专利WO2011/049248号公报)的记载。
[早期申请中已经公开的处方]
本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够用于各种外用剂、化妆品中。作为其具体处方例,利用上述本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物置换与申请人等在专利文献11(国际公开专利WO2011/049248号公报)中记载的实施例等公开的各种化妆品/外用剂的处方例中的硅系表面活性剂相当的适当成分时,作为本申请发明所涉及的化妆品/外用剂的处方例,包含在本申请发明的权利要求范围中。当然本发明所涉及的化妆品/外用剂的处方例并不限定于此,利用本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物置换以往众所周知的含有硅系表面活性剂(聚醚改性硅、甘油改性硅或者聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物)的化妆品的硅系表面活性剂时,作为本申请发明所涉及的化妆品/外用剂的处方例,包含在本申请发明的权利要求范围中。
【实施例】
以下通过实施例和比较例进一步详细说明本发明,但本发明并不受它们的限定。另外,下述组合式中,将Me3SiO基(或者、Me3Si基)记作“M”,将Me2SiO基记作“D”,将MeHSiO基记作“MH”,将利用任一取代基使M和D中的甲基改性后的单元记作MR和DR。此外,IPA为异丙醇。
<实施例1-1>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷75.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚174.75g、二丙二醇单丁醚(BDPG)250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至80~90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应2.5小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。从而,获得了以50:50的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式6】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n=6)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为7:6,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态(=末端官能团为与聚醚键合的甲基烯丙基)。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或BDPG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为BDPG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<实施例1-2>
除了将BDPG置换为丙二醇单丁醚(BPG)以外,其他与实施例1-1同样地实施了实验。直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物的合成反应中反应性等的动作与实施例1-1相同。
<实施例2-1>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷85.55g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚164.45g、二丙二醇单丁醚(BDPG)250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至80~90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度4.5重量%)0.056g,反应3小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。从而,获得了以50:50的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式7】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n>10)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为1:1且有若干聚醚过剩,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态(=末端官能团为与聚醚键合的甲基烯丙基)。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或BDPG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为BDPG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<实施例2-2>
除了将BDPG置换为丙二醇单丁醚(BPG)以外,其他与实施例2-1同样地实施了实验。直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物的合成反应中反应性等的动作与实施例2-1相同。
<实施例2-3无溶剂>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷84.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚165.75g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至85~95℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应2.5小时后,变化为粘度非常高的液体。接着,采集反应液1g,使用甲苯进行稀释形成低粘度后,利用碱分解气体生成法确认反应率时,由于气体生成量为追踪值,所以判断反应基本完结。接着,将二丙二醇单丁醚(BDPG)250g添加至反应液中,实施混合均质化1小时后,为以防万一再次进行取样,调查反应率时,检测出约36ppm相当的硅键合氢原子。此处,在85~95℃下实施熟成3.5小时后,反应完结。从而,获得了以50:50的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式8】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n>10)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为1:1且有若干聚醚过剩,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态(=末端官能团为与聚醚键合的甲基烯丙基)。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或BDPG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为BDPG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<实施例2-4溶剂取代法>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷84.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚165.75g、甲苯250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至80~90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应2小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。一边将反应系统慢慢减压一边再加热至125℃,注意因起泡产生的突沸并一点点馏去甲苯。在去除了约3/4的甲苯的阶段恢复压力,并将250g二丙二醇单丁醚(BDPG)加入反应系统中后,再次减压,小心馏去残存的甲苯。甲苯的馏出结束时,共聚物与BDPG的重量比为50:50,但此阶段中内容物的粘度非常高,处于难以搅拌的状况。因此,再次追加投入BDPG 250g×2次,实施稀释。从而,获得了以33:67的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式9】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n>10)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。次日清晨确认烧瓶内容物时,可以看出室温下粘度依然非常高,并且难以处理。因此,将烧瓶内容物60g分至200ml玻璃瓶中,对其再添加BDPG 20g,然后利用均质搅拌机混合1600rpm×5分钟。从而获得了以25:75的比率含有至少含有以上述平均组合式表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为1:1且有若干聚醚过剩,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态(=末端官能团为与聚醚键合的甲基烯丙基)。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<实施例2-5>
仿效上述实施例2-1,但将BDPG变更为2-己基-1-癸醇(HDL),实施了实验。直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物的合成反应中反应性等的动作与实施例2-1相同。
<实施例3-1>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷102.15g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚231.2g、BDPG 166.7g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至100~110℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.74g,反应3小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。从而,获得了以67:33的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式10】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n=6)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为7:6,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态(=末端官能团为与聚醚键合的甲基烯丙基)。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或BDPG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为BDPG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<实施例3-2>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷112.9g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚262.1g、丙二醇单丁醚(BPG)125g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.83g,在100℃下反应3小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。从而,获得了以75:25的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式11】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n=6)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为7:6,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态(=末端官能团为与聚醚键合的甲基烯丙基)。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或BPG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为BPG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<实施例4-1>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷76.75g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)52(C3H6O)10-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚173.25g、BDPG 250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至85~95℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应2小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。从而,获得了以50:50的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式12】
(此处,a=20,x1=52,y1=10,n=6)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDPG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为7:6,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态(=末端官能团为与聚醚键合的甲基烯丙基)。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或BDPG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为BDPG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<实施例4-2>
除了将BDPG置换为丙二醇单丁醚(BPG)以外,其他与实施例4-1同样地实施了实验。直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物的合成反应中反应性等的动作与实施例4-1相同。
<实施例5-1>
将上述实施例3-1中获得的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物60g与以n-BuO(C3H6O)13-H表示的聚丙二醇单丁醚{BPPG-13}20g装入200ml玻璃瓶中,在室温下使用均质搅拌机混合1600rpm×5分钟。从而,获得了存在比为共聚物:BDPG:{BPPG-13}=2:1:1的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
<实施例5-2>
将上述比较例3-1中获得的胶状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物60g与以n-BuO(C3H6O)13-H表示的聚丙二醇单丁醚{BPPG-13}100g装入200ml玻璃瓶中,塞紧后在60℃恒温槽内重复加温和摇动操作,使胶部分溶解。然后,使用均质搅拌机在室温下混合1600rpm×5分钟,使其均质化。从而,获得了存在比为共聚物:BDPG:{BPPG-13}=2:1:5的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
<实施例5-3>
将上述实施例2-4中获得的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物40g与以HO(C3H6O)7-H表示的聚丙二醇单丁醚{PPG-7}40g装入200ml玻璃瓶中,在室温下使用均质搅拌机混合1600rpm×5分钟。从而,获得了存在比为共聚物:BDPG:{PPG-7}=1:3:4的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
<实施例5-4>
将上述实施例3-2中获得的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物40g与十二烷基苯(DB)35g装入200ml玻璃瓶,在室温下使用均质搅拌机混合1600rpm×5分钟。从而,获得了存在比为共聚物:BPG:DB=3:1:3.5的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
<比较例1-1>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷75.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚174.75g、己二醇(HG,别名2-甲基戊烷-2,4-二醇)250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至80~90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应1.5~2小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法(利用KOH的乙醇/水溶液分解残存的Si-H基,根据生成的氢气的体积计算反应率)确认反应率时,可以看出反应迟缓,并未完结。因此,将反应液加热至115~120℃,继续反应2~3小时后,反应完结。从而,获得了以50:50的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式13】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n=6)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与HG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为7:6,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或HG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为HG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<比较例1-2>~<比较例1-6>
除了将HG变更为其他以下的低分子量二醇化合物以外,与比较例1-1同样地实施了实验。
比较例1-2:丙二醇(PG)
比较例1-3:二丙二醇(DPG)
比较例1-4:三丙二醇(TPG)
比较例1-5:1,2-丁二醇(1,2-BG)
比较例1-6:1,3-丁二醇(1,3-BG)
上述实验中,直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物的合成反应中反应性等的动作与比较例1-1相同。
<比较例1-7>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷75.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚174.75g、以HO(C3H6O)7-H表示的聚丙二醇(PPG-7)250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至80~90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应1.5~2小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法确认反应率时,可以看出反应完全未进行。因此,再追加2倍量的催化剂,将反应液加热至115~120℃,继续反应2~3小时,同样地确认反应率时,反应完全未进行。停止加热搅拌并静置一夜后,确认烧瓶内容物时,可以看出分离出硅氧烷层与聚醚层这二层,在此条件下无法合成共聚物。
<比较例1-8>
仿效上述比较例1-7,但将PPG-7变更为以n-BuO(C3H6O)13-H表示的聚丙二醇单丁醚,实施了实验。但是,同样地可以看出完全未进行氢化硅烷化反应,并确认出硅氧烷层与聚醚层这二层分离,无法合成共聚物。
<比较例1-9>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷75.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚174.75g、二甘醇单丁醚(BDEG)250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至80~90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应3小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。从而与比较例1同样地能够获得以50:50的比率含有直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BDEG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
<比较例2-1>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷75.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚174.75g、甲苯375g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至70~80℃。添加氯铂酸的10%IPA溶液(Pt浓度3.8重量%)0.05g,反应2小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法进行确认后,反应完结。一边将反应系统慢慢减压一边再加热至125℃,注意因起泡产生的突沸并一点点馏去甲苯。在去除了约3/4的甲苯的阶段恢复压力,并将125g以n-BuO(C3H6O)13-H表示的聚丙二醇单丁醚{BPPG-13}加入反应系统中后,再次减压,小心馏去残存的甲苯。恢复压力后添加125g的BPPG-13,使混合均质化。从而,获得了以50:50的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式14】
(此处,a=20,x1=33,y1=25,n=6)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与BPPG-13的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为7:6,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<比较例2-2>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷84.25g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)33(C3H6O)25-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚165.75g、苯甲醇(BZL)250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至80~90℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应1.5小时,外观浑浊严重,未发现反应进行的样子。因此,将反应温度设为100℃,再熟成2小时,但反应率和外观都无变化。即使同量追加催化剂,将反应温度升高至120-125℃,再实施熟成7小时后,反应仍未完结,因此中止了实验。
<比较例3-1>
在1L反应器中装入以平均组合式MHD20MH表示的甲基氢聚硅氧烷76.75g、以平均组合式CH2=C(CH3)CH2-O(C2H4O)52(C3H6O)10-CH2-C(CH3)=CH2表示的双甲代烯丙基聚醚173.25g、己二醇(HG,别名2-甲基戊烷-2,4-二醇)250g以及天然维生素E 0.25g,并在氮气流通下一边搅拌一边加热至85~110℃。添加铂-2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基四硅氧烷络合物的IPA溶液(Pt浓度0.45重量%)0.56g,反应2小时。接着,采集反应液1g,利用碱分解气体生成法确认反应率时,可以看出反应迟缓且未完结。因此,将反应液加热至120℃,继续反应7小时后,反应完结。从而,获得了以50:50的比率含有至少含有以平均组合式
【化学式15】
(此处,a=20,x1=52,y1=10,n=6)
表示的构成单元的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物与HG的液状聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。另外,平均组合式的标记较为简单,由于原料的C=C基与Si-H基的摩尔比约为7:6,所以呈共聚物的两末端由聚醚进行封端的形态。此外,反应中一部分Si-H基可与IPA或HG的羟基发生脱氢缩合反应,因此共聚物末端的一部分可能含有SiO-iPr或SiO-R1(R1为HG的残基)的构造。另外,此处聚醚部分是环氧乙烷与氧化丙烯的随机加合物。
<比较例3-2>
除了将HG置换为二甘醇单丁醚(BDEG)以外,与比较例3-1同样地实施了实验。但是,合成实验时的反应性差,与比较例3-1相同。
[实施例、比较例所涉及的组合物的物性]
关于上述实施例1-1~1-2、实施例2-1~2-5、实施例3-1~3-2、实施例4-1~4-2、实施例5-1~5-3、比较例1-1~1-9、比较例2-1~2-2、比较例3-1~3-2,所获得的各组合物的设计构造、内容、外观、25℃时的动粘度(mm2/s)等如下表1和表2所示。
另外,完全无法合成的比较例1-7、1-8以外的组合物全部含有以下所示的直链状有机聚硅氧烷-聚醚嵌段共聚物作为(A)成分:
【化学式16】
[表1]:通过实施例获得的各供试品的设计构造及内容等
【表1】
注*)十二烷基苯
[表2]:通过比较例获得的各供试品的设计构造及内容等
【表2】
根据以上结果可以看出,不符合成分(B)的低分子量的二醇化合物不适合用作(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的溶剂。其原因在于,与共聚物的亲和性较低,多数例子中会引起组合物分离。HG虽然在该组中可能与共聚物较有亲和性,但将其用作反应溶剂而获得的组合物的浑浊严重,氢化硅烷化进行迟缓,因此难以用于工业生产工序中。
此外,无法将一直以来用作(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的稀释剂的聚二醇类用作该共聚物的合成溶剂。其原因在于,氢化硅烷化反应完全未进行。作为其原因,可列举聚二醇类的分子量大,会降低使两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与两末端含有甲基烯丙基的聚醚相溶化的能力和反应系统的粘度,缺乏增加两者接触和混合的机会的效果的问题。此外,在这些聚二醇类的制造工序中,经常会利用碱性催化剂,因此微量残存的碱性部分很可能会使用于氢化硅烷化反应的铂催化剂失活。并且,聚二醇类的分子中具有大量醚键,因此容易因空气接触发生氧化,并容易生成过氧化物。过氧化物还会使铂催化剂失活,中断氢化硅烷化的催化剂循环,因此在将一般聚二醇类用作氢化硅烷化反应溶剂时,会有明显的缺点。
如上所述,分子量低且重复单元少的二醇醚类一般会销售经过蒸馏精制的产品,因此不会出现因杂质而抑制氢化硅烷化的问题,并且分子构造方面,使末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与两末端含有甲基烯丙基的聚醚相溶化的能力较高,可用作(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的反应溶剂兼稀释剂。另外,作为本发明所涉及的所述(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的反应溶剂兼残留性稀释剂,在发明者等调查过的范围内,尚未报告过关于本发明的成分(B)即分子量低且重复单元少的二醇醚类有用的事例。
并且,本发明者等还有更多发现。以往,由于其构造和性质方面有较多类似点,所以分子量低且重复单元少的二醇醚类经常会作为所谓“二醇醚”统一处理。但是,作为所述(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的反应溶剂兼残留性稀释剂进行详细研究后发现,EO衍生物的二醇醚与PO衍生物的二醇醚在可用性方面有明显差异。这不仅是通过可获得的组合物的外观,如下表3所示,通过比较比较例1-9与实施例的1-1、1-2的GPC分析结果、比较比较例3-2与实施例4-1、4-2的GPC分析结果也可以看出。
[表3]:通过若干实施例、比较例获得的各供试品的GPC数据(共聚物的设计方面,
聚合度n=6)
【表3】
上述GPC分析中的测定条件如下所示。
“GPC测定条件”
洗脱液:氯仿(试剂特级)
测定温度:40℃
检测器:折射计(在正侧检测出峰)
流速:1.0mL/min
校准:利用标准聚苯乙烯实施
样品溶液的注入量:100μL(供试品浓度1重量%)
也就是说,将含有伯羟基的BDEG用作反应溶剂时,无法获得高分子量的共聚物,因未反应而残存的两末端含有甲基烯丙基的聚醚原料的比例较多。相对于此,将含有仲羟基的BPDG、BPG用作反应溶剂时,能够获得超过分子量30,000即能够充分发挥用于聚氨酯微孔泡沫的气泡稳定剂的性能的标准的共聚物,因未反应而残存的两末端含有甲基烯丙基的聚醚原料的比例也较少。前例中,伯羟基的反应性较高,因此将两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷的末端封端的比率较高,无法忽略,形成的低分子量共聚物与设计相距甚远。也就是说,可以看出末端羟基为2级且分子量低、重复单元少的二醇醚类在本发明所涉及的用途中尤其有用。
接着,本发明者等考虑即使是含有伯羟基的一元醇有机化合物,在键合羟基的碳原子附近存有较大的取代基的化合物和疏水性较大的化合物时,预计难以产生羟基的反应(本发明的情况中相当于副反应),是否能够用作本发明所涉及的氢化硅烷化反应溶剂兼残留性稀释剂。考虑作为稀释剂所期望的低熔点特性(冬季也不易使聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物固化的方便性)、相溶化能力、工业生产规模下的入手难易度以及成本等,采用具有碳原子数为12~24的分支烷基的液状高级醇化合物和苯甲醇,实施了试验。其结果是,惊人地发现仅前例(实施例2-5)具有实现目的的效果。在与上述相同的条件下,对如此获得的本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物(实施例2-5)实施GPC测定后,其结果如下表4所示。
[表4]:通过数个实施例、比较例获得的各供试品的GPC数据(共聚物的设计方面,
聚合度n>10,n=6)
【表4】
根据上述结果可以确认,含有碳原子数为12~24的分支烷基的液状高级醇化合物也可用作本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的反应溶剂兼稀释剂。此外,根据实施例1-1、2-1的比较可以确认,通过调节两末端含有甲基烯丙基的聚醚与两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷的摩尔比,能够在作为微孔用气泡稳定剂的实用范围内控制共聚物的分子量。
接着,本发明者等针对利用本发明的组合物来解决专利文献10(日本专利特表2010-539280号公报)中指出的问题,即根据(AB)n共聚物在水的存在下会有形成水凝胶的趋势,想要调节开孔率或实施开孔化的聚氨酯泡沫处方(例如软质泡沫等)中的使用会受到限制的问题,实施了试验。具体而言,作为本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物采用实施例1-1、作为现有技术(专利文献6:日本专利特开平08-156143号公报)的(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物采用比较例2-1,与水实施混和性试验。以下说明试验方法。
将聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物50g与水50g装入200ml玻璃瓶中,在室温下利用均质搅拌机混合1600rpm×5分钟。观察并记录所获得的混合物在刚配制好后的性状以及在室温下静置一日后的性状。此处发现的戏剧性的结果如下表5所示。
[表5]:水混和性试验的结果
【表5】
根据以上结果可证实,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够完全解决现有的(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物会因与水接触而形成水凝胶的问题。此外还可以看出,解决该课题的关键在于,通过将所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物(A)与本发明所涉及的(B)成分并用来形成所述组合物。因此,本发明的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物能够针对想要调节开孔率或实现开孔化的聚氨酯泡沫处方(例如软质泡沫等)广泛使用。
并且本发明者等基于对聚氨酯泡沫的种类和与其适合的聚醚改性硅的分子量的趋势的认识,将所获取的若干供试品配伍至硬质聚氨酯泡沫处方中,实施了发泡试验。作为本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物(供试品),选择分子量较小的物质,与现有技术(专利文献6:日本专利特开平08-156143号公报)的(AB)n型聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物即比较例2-1进行了比较。以下显示测试后的硬质泡沫处方。
[表6]:形成硬质聚氨酯泡沫的组合物
【表6】
*通过与异氰酸酯的反应,生成二氧化碳气体。
“硬质聚氨酯泡沫的形成”
在例如合计量为表6的16.7%的规模下,配制本发明的形成聚氨酯泡沫的组合物并形成聚氨酯泡沫。另外,在大约25℃的恒温室内实施作业,并从全部到达恒温的状态开始使用原料。
将多元醇、水、催化剂以及表面活性剂准确计量至200ml塑料杯中,并利用圆盘刀片型分散搅拌机以3500rpm搅拌15秒钟。
然后,将异氰酸酯添加至上述预先混合过的预混液中,并利用同样的刀片以3500rpm混合7秒钟。
以8秒钟将均匀混合后的形成聚氨酯泡沫的组合物注入1L纸杯中,使其自由发泡。
直接在恒温室内静置40~60分钟。
2小时后,从上部将各泡沫切开一半,观察并记录泡沫高度及剖面的泡孔构造。
[表7]:硬质聚氨酯泡沫的评价结果
【表7】
根据以上结果可以确认,本发明所涉及的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物作为用于硬质聚氨酯泡沫的气泡稳定剂或者表面活性剂,也具有优异的效果。
最后在表8中显示形成微孔聚氨酯泡沫的组合物的泡沫处方例,并简单地表示其制造工序。
[表8]:形成微孔聚氨酯泡沫的组合物的例子
【表8】
“制造工序的例子”
1)一边送入氮气一边利用动态搅拌机将预混液和异氰酸酯(异氰酸酯指数为107的量)搅拌混合1分钟,直接注入模具中。
2)在160℃一次固化30分钟后,在110℃下二次固化4小时。
3)然后,对其压接金属制轴,并实施端部切断、表面研磨等,获得微孔聚氨酯泡沫。
[期待效果]
由于本发明所涉及的聚氨酯泡沫的稳泡剂(气泡稳定剂)中不含有无反应性的例如十二烷基苯的残留性物质,所以所获得的微孔泡沫不易引起迁移(渗出)的问题。本发明的气泡稳定剂中含有的稀释剂:(B)成分在聚氨酯泡沫处方中具有适当的挥发性和反应性,因此在例如处方例1、2中可增大伴随挥发效果的泡孔打开作用(形成透气性高且柔软的泡沫)。此外,减少(B)成分的使用量且使用配伍了非挥发性的PPG-7的气泡稳定剂的处方例4中,有助于提高泡沫的交联密度,因此可期待形成透气性低且强度优异的泡沫。处方例3中,可期待形成的泡沫的物性可取得之前两者的中间平衡。
Claims (20)
1.一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,以(A)/(B)=10/90~90/10的质量比含有下述成分(A)和成分(B),并且二甲基聚硅氧烷的含量低于成分(A)的质量:
(A)分子内具有下述一般式(1):
【化学式17】
(式中,R分别单独表示不具有脂肪族不饱和键的碳原子数为1~9的一价烃基,x为2至4的数,a为1~200的数,y为以(CxH2xO)y表示的聚醚部分的分子量在400~5000的范围内的数,n为至少2的数)
表示的构成单元,并且其末端基团(-Z)为选自
Z1:与聚醚部分键合的烯基、羟基、烷氧基或者乙酰氧基;以及
Z2:与硅原子键合且不具有杂原子的一价烃基、羟基或者烷氧基中的1种以上的官能团的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物;
(B)为选自以下(B1)或者(B2)中的1种或者2种以上的一元醇有机化合物,其特征为,5℃时为液状,分子内具有一级醇羟基,且不含有氧以外的杂原子:
(B1)末端氢由碳原子数为1~8的烃基取代,并且另一末端具有二级醇羟基,碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在1~3的范围内的数的二醇醚化合物;
(B2)具有碳原子数为12以上的分支烷基的高级醇化合物。
2.根据权利要求1所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,成分(A)在所述一般式(1)中,a为在10~45的范围内的数,y为以(CxH2xO)y表示的聚醚部分的分子量为在2000~5000的范围内的数,构成整个所述聚醚部分的氧乙烯(C2H4O)单元的质量比平均在35%~90%的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,成分(A)是通过以一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷
一般式(2):
【化学式18】
(式中,R为与所述一般式(1)相同的基团,a为与所述一般式(1)相同的数)
与
下述一般式(3):
(式中,x、y为与所述一般式(1)相同的数)
表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚由氢化硅烷化反应而获得,
且分子内具有一般式(1):
(式中,R为与所述一般式(1)相同的基团,x、a、y、n为与所述一般式(1)相同的数)
表示的构成单元的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,成分(B)为具有可进行蒸馏或可通过蒸馏进行精制的沸点的一元醇有机化合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,成分(B)为选自丙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、三丙二醇单甲醚、丙二醇单(异)丙醚、二丙二醇单(异)丙醚、三丙二醇单(异)丙醚、丙二醇单乙醚、二丙二醇单乙醚、三丙二醇单乙醚、2-丁基-1-辛醇、2-己基-1-癸醇、2-辛基-1-十二烷醇、异硬脂醇以及2-癸基-1-十四醇中的1种或2种以上的一元醇有机化合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,所述成分(A)与成分(B)的质量比在20/80~70/30的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,还具有(C)于25℃时为液状,选自末端羟基的一端可由选自烷基、芳烷基、芳基中的碳原子数为1~8的烃基取代并且碳原子数为2~4的氧亚烷基单元的重复数为在4~50的范围内的聚亚烷基二醇或其衍生物中的1种以上,
相对于成分(A)和成分(B)的和即100质量份,其含量在10~300质量份的范围内,并且整个组合物在25℃时的粘度在100~35,000mm2/s的范围内。
8.一种表面活性剂,其特征在于,含有根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
9.一种稳泡剂,其特征在于,含有根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
10.一种形成聚氨酯泡沫的组合物,其特征在于,含有根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
11.一种形成聚氨酯泡沫的组合物,其特征在于,含有:
(a)多元醇;
(b)多异氰酸酯;
(c)催化剂;
(d)含有根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的稳泡剂;以及
(e)通过任意选择,选自由(d)成分以外的稳泡剂、发泡剂、稀释剂、扩链剂、交联剂、水、非水发泡剂、填充剂、强化剂、颜料、染料、着色剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线稳定剂、抗静电剂、杀菌剂以及抗菌剂所组成的组中至少一种的添加成分。
12.根据权利要求10或11所述的形成聚氨酯泡沫的组合物,其特征在于,相对于(a)多元醇100质量份,根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物中(A)聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物的含量在0.5~8.0质量份的范围内。
13.一种聚氨酯泡沫,其特征在于,其通过根据权利要求10至12中任一项所述的形成聚氨酯泡沫的组合物获得。
14.根据权利要求13所述的聚氨酯泡沫,其特征在于,其为硬质泡沫、半硬质泡沫、软质泡沫或者微孔泡沫。
15.一种化妆品原料,其特征在于,含有根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
16.一种化妆品,其特征在于,含有根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物。
17.一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物为根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,至少包括:
在实质上无溶剂的状态下使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始氢化硅烷化反应的工序;以及
加入所述成分(B)即一元醇有机化合物,促进稀释或反应的工序。
18.一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物为根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,至少包括在存有所述(B)成分即一元醇有机化合物的状态下,使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始或进行氢化硅烷化反应的工序。
19.一种聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,所述聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物为根据权利要求1至7中任一项所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物,其特征在于,至少包括:
在存有不同于所述成分(B)的挥发性有机溶剂(B')的状态下,使以所述一般式(2)表示的两末端含有SiH基的有机聚硅氧烷与以所述一般式(3)表示的两末端含有甲基烯丙基的聚醚开始或进行氢化硅烷化反应的工序;以及
将不同于所述成分(B)的挥发性有机溶剂(B')与所述成分(B)即一元醇有机化合物进行溶剂交换的工序。
20.根据权利要求17或18所述的聚醚-聚硅氧烷嵌段共聚物组合物的制造方法,其特征在于,实质上不包括剥离工序。
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