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Die
vorliegende Erfindung betrifft Silikonemulsionen, insbesondere wässrige Emulsionen
von aminofunktionalen Silikonen.
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Wässrige aminofunktionale
Silikonemulsionen sind bekannt, siehe bspw. U.S. Patent Nr. 4,600,436 des
gleichen Anmelders, welches Polierzusammensetzungen basierend auf
solchen Emulsionen betrifft. Die Emulsionen des '436 Patents werden über Säure oder Base-katalysierte
wässrige
Emulsionspolymerisierung von Polyorganosiloxanmonomeren in Gegenwart
von einem oder mehreren Emulgiermitteln und einem aminofunktionalen
Silan hergestellt. Die Emulsionen, die so hergestellt werden, enthalten
typischerweise Methanol als Nebenprodukt der Polymerisierungsreaktion
und können
ein alkoxyliertes Alkylphenoltensid wie Octylphenoxypolyoxyethylen
enthalten.
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aminofunktionale
Silikonemulsionen besitzen auch auf anderen Gebieten als dem Polieren
potentielle Anwendungsmöglichkeiten,
wie bspw. Zusammensetzungen für
die Körperpflege
und die Behandlung von Textilien einschließlich Faser, Papier und Gewebebehandlungen.
Während
die in dem '436
Patent offenbarten Emulsionen in Anwendungen, wie Polierzusammensetzungen
geeignet sind, kann die Gegenwart von Methanol diese Emulsionen
zur Verwendung in bestimmten Anwendungen, insbesondere bei Zusammensetzungen für die Körperpflege,
unerwünscht
machen. Außerdem
wird die Verwendbarkeit von alkoxyliertem Alkylphenyltensiden seit
neuestem unter den Gesichtspunkten des Umweltschutzes und der Umweltsicherheit
untersucht.
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Eine
wässrige
aminofunktionale Silikonemulsion, die zur Verwendung als Bestandteil
einer von Körperpflegezusammensetzungen
geeignet ist wäre
wünschenswert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Unter
einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst eine
Silikonemulsion das Produkt einer Basen-katalysierten Reaktion einer
wässrigen
Emulsion eines mit Hydroxygruppen endständig blockierten Polyorganosiloxans
und eines aminofunktionalen Silans der Strukturformel (I):
worin R
1 und
R
2 jeweils unabhängig voneinander H, Alkyl oder
eine Aminoalkylgruppe entsprechend Strukturformel (II) sind:
und worin R
4,
R
5 und R
6 jeweils
unabhängig
voneinander H, (C
1-C
12)Alkyl
oder (C
2-C
8)Alkoxy
sind, unter der Voraussetzung, dass mindestens zwei aus R
4, R
5 und R
6 jeweils (C
2-C
8)Alkoxy sind; R
7 und
R
8 jeweils H oder Alkyl sind; und R
3 und R
9 jeweils
unabhängig
voneinander Alkylen, vorzugsweise (C
1-C
12)Alkylen sind.
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Die
aminofunktionale Silikonemulsion ist frei von Methanolresten, die
während
der Polymerisationsreaktion gebildet werden.
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Ein
zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Haarpflegezusammensetzung,
umfassend die oben offenbarte Silikonemulsion. Durch Hinzufügen der
aminofunktionalen Silikonemulsion werden der Haarpflegezusammensetzung
keine in der Polymerisationsreaktion gebildeten Methanolreste zugefügt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst die Emulsionspolymerisationsreaktion ein kationisches Tensid.
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In
einem noch mehr hoch bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die
wässrige
Emulsionspolymerisationsreaktionsgemischt, basierend auf 100 Teilen
pro Gewicht („pbw") des Reaktionsgemischs,
Wasser, von 20 bis 60 pbw, mehr bevorzugt von 25 bis 50 pbw, noch
mehr bevorzugt von 25 bis 45 pbw Polyorganosiloxan, von 0,05 bis
0,5 pbw, mehr bevorzugt von 0,1 bis 0,5 pbw des Basenkatalysators,
von 0,1 bis 12 pbw, mehr bevorzugt von 1 bis 10 pbw und noch mehr
bevorzugt von 2 bis 8 pbw aminofunktionales Silan, und von 1 bis
20 pbw, vorzugsweise von 2 bis 15 pbw und noch mehr bevorzugt von
2 bis 10 pbw des kationischen Tensids.
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Wie
vorliegend verwendet, bedeutet die Terminologie „(Cn-Cm)",
worin n und m jeweils ganze Zahlen sind, in Zusammenhang mit einer
ausgewählten
funktionalen Gruppe, das die funktionale Gruppe von n Kohlenstoffatomen
bis m Kohlenstoffatomen pro Gruppe umfasst. Bspw. bedeutet der Ausdruck „(C1-C12)Alkyl" eine
Alkylgruppe mit zwischen 1 bis 12 Kohlenstoffatomen pro Gruppe,
wie bspw. Methyl, Ethyl, Isobutyl, Tert-butyl, Hexyl, Octyl, Dodecyl.
(C2-C8)Alkoxy umfasst
bspw. Ethoxy, Propoxy, Butoxy. (C1-C12)Alkylen umfasst bspw. Methylen, Ethylen,
Propylen, Octylen, Dodecylen.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind R1 und R2 jeweils
unabhängig
voneinander H oder (C1-C12)Alkyl.
Besonders bevorzugt H oder (C1-C4)Alkyl, noch mehr bevorzugt H. Unter einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist R3 (C1-C6)Alkylen,
besonders bevorzugt Ethylen oder Propylen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind R4, R5 und
R6 jeweils unabhängig voneinander (C2-C6)Alkoxy, besonders bevorzugt Ethoxy.
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In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das aminofunktionale Silan eines oder mehrere aus Aminoethyldiethoxysilan,
Aminoethyltriethoxysilan, Aminopropyldiethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan.
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Geeignete
mit Hydroxygruppen endständig
blockierte Polyorganosiloxane umfassen lineare oder verzweigte mit
Hydroxygruppen endständig
blockierte Polyorganosiloxanhomopolymere und -copolymere. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das mit Hydroxygruppen endständig
blockierte Polyorganosiloxan ein lineares mit Hydroxygruppen endständig blockiertes
Polyorganosiloxan, welches durch basenkatalysierte wässrige Emulsionspolymerisation
ausgehend von einem Polyorganosiloxan relativ geringen Molekulargewichts
hergestellt ist. Geeignete Polyorganosiloxane geringen Molekulargewichts
schließen
solche linearen Polyorganosiloxane ein, die eine Viskosität von weniger
als oder gleich etwa 100.000 Centipoise aufweisen. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
umfasst das Polyorganosiloxan geringe Molekulargewichte ein oder
mehrere lineare Polyorganosiloxane entsprechend der Strukturformel
(III):
worin R
10 und
R
17 jeweils Hydroxy sind; R
11,
R
12, R
13, R
14, R
15 und R
16 jeweils unabhängig voneinander H, Alkyl, besonders
bevorzugt (C
1-C
12)Alkyl,
Alkenyl, noch mehr bevorzugt (C
2-C
12)Alkenyl, Aryl oder Aralkyl sind; und jeweils
n unabhängig
eine ganze Zahl von 100 bis 6000 ist.
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Alkenyl
umfasst bspw. Ethenyl, Propenyl, Butenyl und Octenyl. Wie vorliegend
verwendet, bedeutet der Ausdruck "Aryl" einen
Rest mit einem oder mehreren aromatischen Ringen pro Rest, welche
ebenfalls an dem einen oder mehreren aromatischen Ringen mit einer
mehreren Alkyl- oder Alkenylgruppen substituiert sein kann, wobei
jede vorzugsweise von 2 bis 6 Kohlenstoffatomen pro Gruppe enthält und welche
im Falle von zwei oder mehr Ringen fusionierte Ringsysteme sein
können
und bspw. Phenyl, Naphthyl und Polyl einschließen. Aralkyl schließt bspw.
Phenethyl ein.
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In
einem noch mehr hoch bevorzugten Ausführungsbeispiel sind R11, R12, R13, R14, R15 und R16 jeweils unabhängig voneinander
(C1-C12)Alkyl, sogar
noch mehr bevorzugt (C1-C6)Alkyl.
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In
einem noch mehr hoch bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedes n
unabhängig
voneinander eine ganze Zahl von 200 bis 2000, noch mehr bevorzugt
von 300 bis 1000.
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In
einem hoch bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Polyorganosiloxan relativ geringe Molekulargewichts
ein oder mehr mit Hydroxygruppen endständig blockierte Polydimethylsiloxane,
worin jeweils R10 und R17 Hydroxy
sind und R11, R12,
R13, R14, R15 und R16 jeweils
Methyl sind.
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Geeignete
Polyorganosiloxane geringen Molekulargewichts können aus zyklischen Polyorganosiloxanen
wie bspw. Polyoctamethyltetrasiloxan, Polydodecanmethylhexasiloxan
durch Equilibrierung in einem wässrigen
Medium gebildet werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Polymerisation des Polyorganosiloxans geringeren Molekulargewichts
zur Bildung der wässrigen
Emulsion eines mit Hydroxygruppen endständig blockierten Polyorganosiloxans
und die Reaktion des mit Hydroxygruppen endständig blockierten Polyorganosiloxans
mit dem aminofunktionalen Silan jeweils in Gegenwart von ein oder
mehreren Tensiden durchgeführt.
Geeignete Tensid sind solche nichtionischen Tensid und kationischen
Tensiden, die die Dispersion des Polyorganosiloxan geringen Molekulargewichts
und des Polyorganosiloxanpolymers in dem wässrigen Reaktionsmedium fördern.
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Geeignete
kationische Tenside umfassen bspw. quaternäre Ammoniumsalze, einschließlich ethoxylierten
quaternären
Ammoniumsalzen und quaternäre Ammoniumester.
Geeignete quaternäre
Ammoniumsalze umfassen bspw. Dialkylmethyldiammoniumsalze, Alkyldimethylammoniumsalze,
Alkyltrimethylammoniumsalze. Geeignete ethoxylierte quaternäre Ammoniumsalze
umfassen bspw. N,N,N',N',N'-Pentamethyl-N-tallow-1,3-Propanediammoniumdichlorid.
Geeignete quaternäre
Ammoniumester umfassen bspw. N,N-Di(tallowyl-oxy-ethyl)-N,N-dimethylammoniumchlorid.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Tensid ein kationisches Tensid ausgewählt aus
quaternären
Ammoniumsalzen, besonders bevorzugt ein Alkyltrimethylammoniumsalz,
noch mehr bevorzugt ein (C8-C20)Alkyltrimethylammoniumchlorid.
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Geeignete
nichtionische Tensid umfassen bspw. Alkoholalkoxylate, Ethylenpropylenoxidcopolymere und
alkoxylierte Alkylphenole. Alkoholalkoxylate und Ethylenpropylenoxidcopolymere
sind bevorzugt, wobei Alkoholethoxylate sogar noch mehr bevorzugt
sind. In einem hoch bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt das nichtionische
Tensid einen HLB-Wert von > oder
gleich 10, besonders bevorzugt von 10 bis 30, besonders bevorzugt
von 12 bis 18.
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In
einem hoch bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind in dem Medium, in dem die Reaktion des mit Hydroxygruppen endständig blockierten
Polyorganosiloxans mit dem aminofunktionalen Silan durchgeführt wird, keine
alkoxylierten Alkylphenol-Tensid vorhanden, so dass die Verwendung
der durch die Reaktion gebildeten aminofunktionalen Silikonemulsionen
als Bestandteil an einer anderen Zusammensetzung, wie bspw. einer Körperpflegezusammensetzung
zu dieser Zusammensetzung keine alkoxylierten Alkylphenoltenside
zufügt.
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In
einem hoch bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Tensid ein nicht-ionisches
Tensid ausgewählt
aus (C6-C24)Alkohol
Ethoxylaten, enthaltend zwischen 5 bis 30 Ethylenoxideinheiten pro
Molekül.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden sowohl das kationische Tensid, als auch das nicht-ionische
Tensid verwendet.
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Geeignete
basische Katalysatoren sind gut bekannt und umfassen bspw. starke
Alkali, wie bspw. Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Tetraallylammoniumhydroxid.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird Kaliumhydroxid als basischer Katalysator verwendet.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden ein Polyorganosiloxan geringen Molekulargewichts, ein Tensid
und ein saurer oder basischer Katalysator und Wasser in einem Reaktionsgefäß zusammengebracht,
homogenisiert und erhitzt, um ein mit Hydroxygruppen endständig blockiertes
Polyorganosiloxan zu bilden. Ein aminofunktionales Silan wird dann
zu dem Reaktionsgemisch hinzugefügt
und erhitzt, um die Kondensation des mit Hydroxygruppen endständig blockierten
Polyorganosiloxans und des aminofunktionalen Silans zu starten,
um ein aminofunktionales Silikonpolymer zu bilden. Nach der Kondensationsreaktion
wird der Katalysator neutralisiert. Es sollte klar sein, dass die
Reaktion alternativ hierzu in einem Einstufenverfahren über die
Säure-
oder Base-katalysierte Equilibrierung eines zyklischen Polyorganosiloxans
in einem wässrigen Medium
in Gegenwart eines Tensids und eines aminofunktionalen Silans durchgeführt werden
kann.
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Die
Silikonemulsion der vorliegenden Erfindung kann in einer Vielzahl
von Anwendungen verwendet werden, einschließlich bspw. der Behandlung
von Papier, der Behandlung von Textil, Poliermitteln, Beschichtungsmitteln
und Körperpflegezusammensetzungen,
vorzugsweise Haarpflegezusammensetzungen.
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Haarpflegezusammensetzungen
nach der vorliegenden Erfindung können ggf. ein oder mehrere
auf dem Gebiet der Körperpflege
bekannte Additive enthalten, bspw. nichtreaktive Träger oder
Verbindungsmittel, wie bspw. Wasser, Alkohole, Kohlenwasserstoffe;
Tenside, die anionisch, nichtionisch, amphoterisch oder zwitterionisch
sein können,
oder kationische Tensid, wie bspw. Ammoniumlaurylsulfat, Ammoniumlaurethsulfat, Coamidopropylbetain;
Konditioniermittel, wie bspw. Dicetyldimoniumchlorid und Stearamidopropyldimethylamin;
Schaumstabilisierungsmittel wie bspw. Dimethiconcopolyole; Raumförderungsmittel
wie bspw. Cocamid MEA; Verdickungsmittel wie bspw. Glycerylstearat,
Cetearylalkohol, Cetylalkohol; Benetzungsmittel, wie bspw. Glycerin,
Konservierungsmittel wie bspw. Methylparaben, Propylparaben und
pH Regulierungsmittel wie bspw. Zitronensäure.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
ist die Haarpflegezusammensetzung eine Haarspülungszusammensetzung, umfassend
die erfindungsgemäße Silikonemulsion
und vorzugsweise ein Verbindungsmittel wie bspw. Wasser. Noch mehr
bevorzugt umfasst die Spülung
ein zweites Haarspülungsmittel,
zusätzlich
zu der Silikonemulsion, und noch mehr bevorzugt umfasst sie weiterhin
ein Verdickungsmittel.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Haarpflegezusammensetzung einer Haarspülungsshampoozusammensetzung,
umfassend die Silikonemulsion der vorliegenden Erfindung, eines
oder mehrere Tensid und vorzugsweise ein Verdünnungsmittel, wie bspw. Wasser.
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Die
Silikonemulsion der vorliegenden Erfindung ist wirksam darin, verbesserte
Haarspülungseigenschaften
für Haarpflegezusammensetzung
bereitzustellen, ohne zu solchen Zusammensetzungen Methanolreste
hinzuzufügen,
und unter einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ohne zu solchen Zusammensetzungen alkoxyliertes phenolische oberflächenaktive
Substanzen hinzuzusetzen.
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Beispiel 1
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Eine
erfindungsgemäße Silikonemulsion
wurde wie folgt hergestellt. Ein Siloxan (525 pbw eines Gemisches
aus 70% linearem mit Hydroxygruppen endständig blockiertem Polydimethylsiloxan
mit zwischen etwa 50 bis etwa 100 Siloxanstruktureinheiten pro Molekül und etwa
30 Gew.-% zyklischem Polyorganosiloxan (vorwiegend Polyoctamethyltetrasiloxan),
einem kationischem Tensid (60 pbw einer 25% wässrigen Lösung aus Cetyltrimethylammoniumchlorid),
einem nicht-ionischem Tensid (90 pbw eines (C11-C14)Isoalkoholethoxylat (Renex 30, ICI), einer
Base (7,5 pbw einer 45% wässrigen
Lösung
aus KOH) und Wasser (683 pbw deionisiertes Wasser) wurde in einem
Reaktionsgefäß aus rostfreiem
Stahl zusammengeführt,
gemischt und dann in einer AVP Gaulin Homogenisiervorrichtung bei
einem Druck von 6000 Pfund pro Quadratinch homogenisiert, auf 73°C erhitzt
und dann bei dieser Temperatur etwa 5 Stunden belassen, um eine
mit Hydroxygruppen endständig
blockierte Polydimethylsiloxanemulsion zu bilden (38% Feststoffe,
114 nm Partikelgröße) zu bilden. Die
Temperatur der Emulsion wurde dann auf weniger als 40°C reduziert
und dann wurde 63 pbw Aminopropyltriethoxysilan zu der Emulsion
zugefügt.
Die Kombination aus mit Hydroxygruppen endständig blockiertem Polydimethylsiloxanemulsion
Silangemisch wurde dann auf 45°C
erhitzt und bei dieser Temperatur etwa 1 Stunde belassen, um eine
wässrige
aminofunktionale Silikonpolymeremulsion zu bilden. Die aminofunktionale Silikonpolymeremulsion
wurde dann mit Essigsäure
auf einen pH von etwa 11 neutralisiert und 0,1 Gew.-% bezogen auf
die Emulsion eines Biocids (1,2-Benzisothiazolin,
Proxel GXL, Zeneca) wurde zu der Emulsion hinzugefügt. Der
Feststoffgehalt der wässrigen
aminofunktionalen Silikonemulsion wurde zu etwa 40% bestimmt, mit
einem Aminäquivalent
von etwa 0,3 Milliäquivalent
pro Gramm.
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Beispiel 2
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Eine
erfindungsgemäße Haarspülungszusammensetzung
wurde wie folgt hergestellt. Ein Premix A wurde durch Kombinieren
von 86,85 pbw Wasser, 0,5 pbw Hydroxyethylcellulose, 2,0 pbw Glycerin,
0,20 pbw Methylparaben und 0,10 pbw Methylparaben und Erhitzen der
zusammengeführten
Bestandteile auf 65°C
hergestellt. Ein Premix B wird hergestellt durch Zusammenführen und
Schmelzen von 3,0 pbw eines Gemisches aus Cetearylalkohol, Dicetyldimoniumchlorid
und Stearylamidopropyldimethylamin, 0,80 Glycerinstearat und 1,50
Cetylalkohol. Der geschmolzene Premix B wird zu dem Premix A zugefügt und das
resultierende Gemisch wird auf 40°C
abgekühlt
und dann werden 0,05 pbw eines Gemisches aus Methylchlorisothiazolinon
und Methylisothiazolinon und 5,00 pbw der entsprechend des in Beispiel
1 oben offenbarten Verfahrens hergestellten Silikonemulsion zu der
abgekühlten
Gemisch zugefügt.
Der pH des resultierenden Gemisches wird dann auf 4,5 durch Hinzufügen von
Zitronensäure
eingestellt.
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Die
Haarspülungszusammensetzung
aus Beispiel 2 verleiht verbesserte Kämmbarkeit, Weichheit, Body
und Volumen, wenn sie auf das Haar aufgetragen wird.
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Beispiel 3
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Eine
erfindungsgemäße Spülungshampoozusammensetzung
wird wie folgt hergestellt. Ein Premix C wird hergestellt durch
Kombinieren von 38,72 deionisiertem Wasser, 1,00 pbw Dimethiconcopolyol,
24,00 pbw einer 26%igen wässrigen
Lösung
von Ammoniumlaurylsulfat, 14,30 pbw einer 28%igen wässrigen
Lösung
von Ammoniumlaurethsulfat und 1,43 pbw Cocamidopropylbetain und
Erhitzen der zusammen kombinierten Bestandteile auf 65°C. Ein Premix
D wird hergestellt durch Kombinieren und Schmelzen von 4,00 pbw
Cocamid MEA und 1,5 pbw PEG-150 Pentaerythriyltetrastearat. Der
geschmolzene Premix D wird zu dem Premix C hinzugefügt, und
das resultierende Gemisch wird auf 40°C abgekühlt und dann werden 0,05 pbw
eines Gemisches aus einem Gemisch aus Methylchlorisothiazolinon
und Methylisothiazolinon und 5,0 pbw der entsprechend des in Beispiel
1 oben offenbarten Verfahrens hergestellten Silikonemulsion zugefügt wird.
Der pH des resultierenden Gemischs wird dann in den Bereich von
6,0 bis 6,5 durch Hinzufügen
von Zitronensäure
eingestellt.
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Das
Spülungshampoozusammensetzung
aus Beispiel 3 stellt verbesserte Kämmbarkeit, Weichheit, Body
und Volumen bereit, wenn sie am Haar angewendet wird.
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Beispiel 4:
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Ein
erfindungsgemäßes Wasser-in-Öl-Haarspülungsmittel
wird wie folgt hergestellt. Ein Ölphasen-Premix
wird hergestellt durch Kombinieren von 10 pbw eines Cyclopentasiloxan/Dimethiconcopolyols,
und 5 pbw Aminosilikonemulsion entsprechend Beispiel 1. Ein Wasserphasen-Premix
wird hergestellt durch Kombinieren von 0,2 pbw Natriumchlorid mit
84,8 pbw Wasser. 85 pbw des Wasserphasen-Premix wird langsam zu
der Ölphase
zugefügt,
wobei gut gemischt wird, und dann werden 0,05 pbw eines Gemisches
aus Methylchlorisothiazolinon und Methylisothiazolinon zu den kombinierten
Premixes zugefügt.
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Die
Haarspülungszusammensetzung
aus Beispiel 4 verleiht verbessertes Nasskämmen, ein weiches und seidiges
Nassgefühl,
Trockenkämmen,
eine weiche, seidige und helle Trockenanmutung, verbessertes Auffliegen
und Handhabbarkeit, wenn sie auf das Haar aufgetragen wird.