JP2006213856A - アミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法 - Google Patents

アミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 低アミン当量で繊維に対応する柔軟性付与特性が高い、高分子量のアミノ基含有シリコーンを、簡便且つ安価に製造する方法を提供する。
【解決手段】 下記一般式(1)で表わされるα,ω‐ジヒドロキシポリジアルキルシロキサンと、下記一般式(2)で表わされるアミノ基含有オルガノシランとを縮合反応させ、次いで、得られた縮合反応物に塩基性触媒又は塩基性触媒水溶液を添加した後、加熱処理して重縮合させる事を特徴とする、アミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。

(RO)3−aSi−R−(NRCHCHNR (2)
一般式(1)におけるRは、置換又は非置換の炭素数1〜6のアルキル基、又はフェニル基であり、nは10〜1,000の整数を表す。
一般式(2)におけるRは一般式(1)のRと同じであり、R及びRは、水素原子もしくは炭素数1〜4の1価炭化水素基、Rは炭素数1〜6の2価炭化水素基、aは0又は1の整数、bは0〜2の整数を表す。
【選択図】なし

Description

本発明は安価なアミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法に関し、特に、安価な原料から、各種繊維または繊維製品に優れた柔軟性を付与することのできる、繊維処理用アミノ基含有オルガノポリシロキサンの簡便な製造方法に関する。
従来、各種繊維または繊維製品に柔軟性や平滑性等を付与するための処理剤として、ジメチルポリシロキサン、エポキシ基含有ポリシロキサン、アミノアルキル基含有ポリシロキサン等の各種オルガノポリシロキサンが幅広く使用されており、中でも、特に良好な柔軟性を各種繊維または繊維製品に付与することができるアミノアルキル基含有オルガノポリシロキサンが最も多く用いられている。特にアミノアルキル基として、−CNH、−CNHCNHなどを有するオルガノポリシロキサンを主剤とする繊維処理剤(特許文献1〜6)が、優れた柔軟性を示すため、広く利用されている。
特公昭48−1480号公報 特公昭54−43614号公報 特公昭57−43673号公報 特開昭60−185879号公報 特開昭60−185880号公報 特開昭64−61576号公報
これらのアミノアルキル基含有オルガノポリシロキサンは、環状ジアルキルシロキサンオリゴマーとアミノアルキル基含有環状シロキサンとをアルカリ金属触媒存在下で平衡化反応させることによって製造されているが、この平衡化反応は長時間を要し、かつ未反応の環状ジアルキルシロキサンオリゴマーが10数パーセントも残存するため、減圧下でのストリッピング処理が必要で、煩雑極まりないものであった。また平衡化触媒として水酸化テトラブチルフォスホニウムを用いる場合には、微量の水分が反応系内に存在すると、平衡化が進行しにくいという不具合もあり、平衡化前に脱水処理する必要もあるという欠点もあった。
そこで、出願人は−CNH、−CNHCNHを有するオルガノポリシロキサンを簡便に製造する方法として、α,ω‐ジヒドロキシポリジメチルシロキサンとアミノアルキル基含有アルコキシシランとの縮合反応を提案した(特許文献7及び8)。しかしながら、これらの製造方法では、アミン当量が低いため高分子量のものを得ることは困難であった。そこで、低アミン当量で柔軟性付与特性が高い、高分子量のアミノ基含有オルガノポリシロキサンを、簡便かつ安価に製造する方法が求められていた。
特開2001−11186号公報 同2001−11187号公報
本発明者らは、繊維処理用アミノ基含有オルガノポリシロキサンの簡便且つ安価な製造方法について鋭意検討した結果、α,ω‐ジヒドロキシポリジアルキルシロキサンとアミノアルキル基含有アルコキシシランとの縮合反応物に塩基性触媒を添加し、次いで加熱処理することによって、安価で簡便にアミノ基含有オルガノポリシロキサンを製造することが出来ることを見出し、本発明に到達した。
従って本発明は、下記一般式(1)で表わされるα,ω‐ジヒドロキシポリジアルキルシロキサンと、下記一般式(2)で表わされるアミノ基含有オルガノシランとを縮合反応させ、次いで、得られた縮合反応物に塩基性触媒又は塩基性触媒水溶液を添加した後、加熱処理して重縮合させる事を特徴とするアミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法である。
(RO)3−aSi−R−(NRCHCHNR (2)
一般式(1)におけるRは、置換又は非置換の炭素数1〜6のアルキル基、又はフェニル基であり、nは10〜1,000の整数を表す。
一般式(2)におけるRは一般式(1)におけるRと同じであり、R及びRは水素原子、もしくは炭素数1〜4の1価炭化水素基、Rは炭素数1〜6の2価炭化水素基、aは0又は1の整数、bは0〜2の整数を表す。
第一段目の縮合反応でシラノール基が残存しない場合(一般式(1)のポリシロキサン1モルに対して、一般式(2)のオルガノシランを2モル以上反応させた生成物)には、第二段目の重縮合反応において、末端アルコキシ基の加水分解を促すための水を微量添加し、塩基性触媒存在下に加熱して重縮合させ、低アミン当量で適度の粘度を有するアミノ基含有オルガノポリシロキサンを得る。
更に、第2段目の重縮合反応時に、下記一般式(3)で表わされるオルガノポリシロキサンを添加し、重縮合反応と同時に平衡化反応を行わせても良い。但し、一般式(3)中のRは、一般式(1)又は(2)中のRと同じである。
本発明によれば、アミノ基含有オルガノポリシロキサンを簡便かつ安価に製造することが可能であるので、本発明は、各種繊維または繊維製品に対して優れた柔軟性および耐久性を付与する繊維処理剤を、安価に提供することができる上、繊維処理剤の用途を広げることにも寄与する。
本発明のアミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法は、2段反応からなり、その第1段目の反応は、下記一般式(1)で表わされるα,γ−ジヒドロキシポリジアルキルシロキサンと下記一般式(2)で表わされるアミノ基含有アルコキシシランとの縮合反応である。
ここで、Rは置換又は非置換の炭素数1〜6のアルキル基、又はフェニル基であり、nは10〜1,000の整数を表す。
(RO)3−aSi−R−(NRCHCHNR (2)
ここでRは、一般式(1)におけるRと同じであり、R及びRは水素原子、もしくは炭素数1〜4の1価炭化水素基、Rは炭素数1〜6の2価炭化水素基、aは0又は1の整数、bは0〜2の整数を表す。
一般式(1)又は(2)中のRの具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ぺンチル基、へキシル基、などのアルキル基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニル基;シクロぺンチル基、シクロへキシル基などのシクロアルキル基;或いは、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部をハロゲン原子で置換したクロロメチル基、トリフルオロプロピル基、クロロフェニル基等を挙げることができる。工業的には、特にメチル基及びフェニル基が好ましく、さらに90モル%以上がメチル基であることが、繊維処理剤として好ましい。nは10〜1,000の整数であることが好ましく、特に20〜500程度であることが、繊維処理した際の特性上好ましい。nが10未満では所望の粘度にまで分子量を高めることが難しくなり、nが1,000を越えると、アミノ基含有有機基の含有率が低くなり、繊維処理剤にした際の風合いが悪くなるので好ましくない。
一般式(1)で表されるα,ω−ジヒドロキシポリジアルキルシロキサンの具体例としては、下記のものを挙げることができる。
前記一般式(2)におけるRとしては、前記(1)式と同様の、置換又は非置換の炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基が例示される。R及びRとしては、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基が例示される。Rは炭素数1〜6の2価炭化水素基であり、具体的にはメチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等が例示されるが、中でもトリメチレン基が好ましい。aは0又は1の整数、bは0〜2の整数を表す。
一般式(2)で表されるオルガノシランの中では、一般式(1)と無触媒で縮合反応させる上から、活性の高いものが好適である。特に、窒素原子に結合しているRは水素原子であることが好ましい。縮合反応性の面から、Si原子に結合しているアルコキシ基としては、脱アルコールし易いメトキシ基が好ましい。具体例を以下に示す。
(CHO)SiCHCHCHNH
(CHO)SiCHCHCHNHCHCHNH
(CHO)SiCHCHCHNHCHCHNHCHCHNH
第一段目の反応においては、一般式(1)のオルガノポリシロキサンと一般式(2)のオルガノシランとの脱アルコール反応により、縮合生成物が製造される。反応温度は、50〜180℃であることが好ましく、特に100〜150℃であることが好ましい。縮合反応は、30分〜3時間行えば完結する。縮合反応の終了は、一般式(1)のオルガノポリシロキサンと一般式(2)のオルガノシランを仕込んだ反応槽に取り付けられたエステルアダプターに回収される、アルコールの生成量によって確認される。
第二段目の反応は、第一段目の反応で得られた縮合生成物に、塩基性触媒及び/又は塩基性触媒の水溶液を添加した後、加熱することによって縮合させ、重合物を得る反応である。一般式(1)のポリシロキサン1モルに対して、一般式(2)のオルガノシランを2モル未満反応させた場合には、生成物中にシラノー基が残存する。本発明においては、この残存シラノール基を微量の塩基性触媒を用いて縮合させることにより、所望の粘度のアミノ基含有オルガノポリシロキサンを製造する。
第二段目の反応で使用される塩基性触媒としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、カリウムシリコネート、水酸化テトラブチルホスフェート、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化トリメチルベンジルアンモニウム、等が例示される。特に工業的観点からは、水酸化カリウム、カリウムシリコネートが汎用される。本塩基性触媒の添加量は、一般式(1)のオルガノポリシロキサンに対して、1〜5,000ppmであることが好ましく、5〜1,000ppmであることが好ましい。触媒の添加量が1ppm未満では縮重合が困難であり、5,000ppmを超えると副成する中和塩の量が多くなるので、作業性が悪い上、オルガノポリシロキサンの仕上り粘度が異常に高くなることもあるので、好ましくない。
一般式(1)のポリシロキサン1モルに対して、一般式(2)のオルガノシランの仕込み量を2モル以上とした場合には、縮合物中にシラノール基は残存せず、特開2001−11186号公報、同2001−11187号公報に記載されたように得られたオルガノポリシロキサンの末端基はアルコキシ基になるので、これを加水分解させるためには、理論量の水を第二段目の反応で添加する必要がある。これにより、系内で容易にシラノール基が生成し、続いて縮重合反応が進行する。水の添加方法としては、上記の塩基性触媒を水溶液として添加することが好適である。理論量以下の水量を添加した場合でも、系内に残存する湿分や雰囲気中の湿分、或いは塩基性触媒の吸着水でも、本加水分解が進行する。
また第二段階目の反応では、生成物の粘度を制御する目的で、下記一般式(3)で表わされるオルガノポリシロキサンを添加して平衡化反応を起させ、粘度の安定化を図ることも可能である。
ここでRは、置換又は非置換の炭素数1〜6のアルキル基、又はフェニル基であり、mは0〜100の整数を表す。
は、一般式(1)のオルガノポリシロキサンにおけるRと同様であり、特にメチル基及びフェニル基が好ましい。mは0〜100であれば良いが、特に0〜20程度であることが好ましい。mが100を越えると粘度が高くなるので、取り扱い性が悪くなる。
一般式(3)で表わされるオルガノポリシロキサンの具体例としては、下記のものを例示することができる。
本発明においては、更にアミン当量や粘度をコントロールするために、ジアルキルシクロシロキサンを同時に添加して平衡化させることも可能である。このようなジアルキルシクロシロキサンとしては、例えば、(MeSiO)、(MeSiO)、(MeSiO)を挙げることができる。これらは単独で使用しても混合して使用しても良い。
本発明においては、従来からアミノ基含有ポリシロキサンを有機酸、無機酸、エポキシ化合物と反応させることにより変性することが通常おこなわれているように、アミノ基含有ポリシロキサンを、有機酸、無機酸、又はエポキシ化合物により変性しても良い。上記有機酸としては、蟻酸、酢酸、無水酢酸、プロパン酸、等が例示されるが、特に酢酸及び無水酢酸が好ましい。無機酸の例としては、塩酸、燐酸等があげられる。エポキシ化合物の例としてはグリシドール、及び下記一般式(4)で表わされるものが例示される。
上式中、Rは水素原子もしくは炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、特に水素原子及びブチル基が好ましい。bは1〜20の整数を表す。また、上記変性は、例えば、特公昭64−1588号公報に記載された方法に準じて行うことが出来る。
本発明の方法によって製造したオルガノポリシロキサンを主成分として含有する繊維処理剤は、トルエン、キシレン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ミネラルタ−ペンなどの有機溶剤に溶解させたものであるか、ノニオン系、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤などを用いて乳化物としたものである。これらの乳化剤は特に限定されるものではない。例えば、非イオン性界面活性剤としてはエトキシ化高級アルコール、エトキシ化アルキルフェノール、多価アルコール脂肪酸エステル、エトキシ化多価アルコール脂肪酸エステル、エトキシ化脂肪酸、エトキシ化脂肪酸アミド、ソルビトール、ソルビタン脂肪酸エステル、エトキシ化ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等が挙げられる。これらの界面活性剤のHLBは5〜20の範囲内にあることが好ましく、特に10〜16の範囲内であることが好ましい。
また、アニオン性乳化剤の例としては、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコールリン酸エステル塩、エトキシ化高級アルコール硫酸エステル塩、エトキシ化アルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、エトキシ化高級アルコールリン酸塩等が挙げられ、カチオン性乳化剤の例としては、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルアミン塩酸塩、ココナットアミンアセテート、アルキルアミンアセテート、アルキルベンゼンジメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。両性界面活性剤としては例えば、N−アシルアミドプロピル−N,N−ジメチルアンモニオベタイン類、N−アシルアミドプロピル−N,N’−ジメチル−N’−β−ヒドロキシプロピルアンモニオベタイン類等が例示される。
これらの界面活性剤の使用量は、オルガノポリシロキサン100質量部に対し、5〜50質量部であることが好ましく、より好ましくは10〜30質量部である。また乳化の際における水の使用量は、オルガノポリシロキサン濃度が10〜80質量%となるようにすれば良く、好ましくは20〜60質量%となるような量である。
上記の乳化物は、本発明の方法で製造したアミノ基含有オルガノポリシロキサンと界面活性剤を混合し、これを公知のホモミキサ−、ホモジナイザ−、コロイドミル、ラインミキサ−、万能混合機(商品名)、ウルトラミキサ−(商品名)、プラネタリ−ミキサ−(商品名)、コンビミックス(商品名)、三本ロ−ルミキサ−などの乳化機で乳化することによって得ることができる。
また、本発明の方法で製造したアミノ基含有オルガノポリシロキサンを用いて、各種繊維または繊維製品を処理するに際しては、その特性を阻害しない範囲で、ジメチルポリシロキサン、α,ω−ジアルコキシジメチルシロキサン、アルコキシシラン等のケイ素原子含有化合物の他、更に、例えば防しわ剤、難燃剤、帯電防止剤、酸化防止剤、防腐剤、防錆剤等を添加してもなんら差し支えない。
本発明の方法で製造したアミノ基含有オルガノポリシロキサンを用いて、各種繊維または繊維製品を処理するに際しては、このシロキサンの有機溶剤溶液或いは乳化物を所定の濃度に調製し、浸漬、スプレ−、ロ−ルコ−ト等の方法により繊維に付着させる。付着量は繊維の種類により異なり、特に限定されるものではないが、オルガノポリシロキサンの付着量として0.01〜10質量%の範囲とすることが一般的である。次いで熱風を吹き付けたり、加熱炉等で乾燥させればよい。繊維の種類によっても異なるが、乾燥は100〜150℃で2〜5分間行えばよい。
本発明の方法で製造したアミノ基含有オルガノポリシロキサンによって処理可能な繊維または繊維製品は特に限定されるものではなく、綿、絹、麻、ウ−ル、アンゴラ、モヘア等の天然繊維、ポリエステル、ナイロン、アクリル、スパンデックス等の合成繊維に対し、全て有効である。また、その形態や形状についても制限はなく、ステ−プル、フィラメント、トウ、糸等の様な原材料形状に限らず、織物、編み物、詰め綿、不織布等の、多様な加工形態のものも処理可能な対象となる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例中の粘度はすべて25℃における値である。
エステルアダプター、冷却管及び温度計を備えた1,000mlのガラスフラスコに、一般式(1)の成分として、下記の平均構造式で表わされるα,ω−ジヒドロキシジメチルシロキサン 283g(0.1mol)を用いると共に、
一般式(2)の成分として、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン20.6g(0.1mol)を仕込み、第一段目の縮合反応を、窒素通気下に120℃で2時間行わせた。エステルアダプターには脱メタノール反応によるメタノールの留出がみられた。反応終了後、得られた生成物について、29Si−NMRによる構造同定を行なった。その結果、原料であるN−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランのピーク(−2.7ppm)は消滅しており、すべてのシランが反応していた。尚、ケミカルシフト値は下記の通りである。
次に、第二段目として、KOHの5%水溶液を0.06g(一般式(1)のジメチルポリシロキサンの10ppmに対応する。)添加し、窒素通気下に120℃で3時間反応させた後、反応系を100℃に冷却し、酢酸を0.1g添加して、100℃で2時間中和反応を行った。100℃、30Torrで2時間減圧処理して、粘度が3,100mm/s、アミン当量1,400g/モル、105℃で3時間処理したときの揮発分0.8質量%のアミノ基含有オルガノポリシロキサン282gを得た。収率は95%であった。
第一段目を実施例1と同様にし、第二段目として、一般式MeSiO(MeSiO)11SiMeで表わされるオルガノポリシロキサンを13.9g、オクタメチルシクロテトラシロキサン9.0g及び、KOH含有率が10%のカリウムシリコネート(オクタメチルシクロテトラシロキサンとKOHの反応物)を1.4g(一般式(1)のジメチルポリシロキサンの500ppmに対応する。)を添加した後、窒素通気下の150℃で4時間反応させた。次いで、反応系を100℃に冷却し、第二段目の反応を行った後、酢酸0.6gを添加し、100℃で2時間中和した。100℃、30Torrで2時間減圧処理して、粘度が1,020mm/s、アミン当量が1,520g/モル、105℃で3時間処理したときの揮発分1.3質量%の、アミノ基含有オルガノポリシロキサン277gを得た。収率は89%であった。
第一段目の反応に、実施例1で使用したα,γ−ジヒドロキシポリジメチルシロキサンの代わりに下記のものを742g(0.1mol)用いた他は、実施例1と同様にして行い反応を完了させた。
次いで、第2段階目として、一般式MeSiO(MeSiO)11SiMeで表わされるオルガノポリシロキサンを13.9g及び、KOH含有率が10%のカリウムシリコネート(オクタメチルシクロテトラシロキサンとKOHの反応物)を2.23g(前記α,γ−ジヒドロキシポリジメチルポリシロキサンの300ppmに対応する。)を添加した後、窒素通気下に150℃で4時間反応させた。次いで反応系を100℃に冷却し、酢酸を1.2g添加し、100℃で2時間中和反応を行った。100℃、30Torrで2時間減圧処理を行って、粘度が1,800mm/s、アミン当量が3,700g/モル、105℃で3時間処理したときの揮発分が1.0質量%のアミノ基含有オルガノポリシロキサン774gを得た。収率は91%であった。
比較例1.
実施例1の第一段目の反応を120℃で16時間行ったが、粘度は95mm/s以上に高くなることはなかった。
比較例2.
実施例1の第二段目の反応において、KOH量を0.28g(α,γ−ジヒドロキシポリジメチルシロキサンの1,000ppmに対応する。)添加し、120℃に昇温したところ、増粘が著しく、その後瞬時にゲル化した。
本発明のアミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法は、簡便且つ安価であるので、大量に使用される繊維処理剤の製造方法として好適である。

Claims (4)

  1. 下記一般式(1)で表わされるα,ω‐ジヒドロキシポリジアルキルシロキサンと、下記一般式(2)で表わされるアミノ基含有オルガノシランとを縮合反応させ、次いで、得られた縮合反応物に塩基性触媒又は塩基性触媒水溶液を添加した後、加熱処理して重縮合させる事を特徴とする、アミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法;
    (RO)3−aSi−R−(NRCHCHNR (2)
    一般式(1)におけるRは、置換又は非置換の炭素数1〜6のアルキル基、又はフェニル基であり、nは10〜1,000の整数を表す。
    一般式(2)におけるRは一般式(1)のRと同じであり、R及びRは、水素原子もしくは炭素数1〜4の1価炭化水素基、Rは炭素数1〜6の2価炭化水素基、aは0又は1の整数、bは0〜2の整数を表す。
  2. 前記加熱処理による重縮合反応時に、塩基性触媒を用いた、残存シラノール基の重縮合反応を行わせる、請求項1に記載されたアミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
  3. 前記塩基性触媒又は塩基性触媒水溶液の添加時に、下記一般式(3)で表されるオルガノポリシロキサンを添加し、加熱処理して重縮合反応させると共に平衡化させる、請求項1に記載されたアミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
    ここでRは、置換又は非置換の炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基であり、mは0〜100の整数を表す。
  4. 前記加熱処理による重縮合反応時に塩基性触媒を用いた、残存シラノール基の重縮合反応を行わせる、請求項3に記載されたアミノ基含有オルガノポリシロキサンの製造方法。
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