JP2007297533A - 官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法 - Google Patents

官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】(A)下記一般式(1)
H−[O−Si(R)2n−OH (1)
(Rは1価炭化水素基、nは10≦n≦200。)
で示され、ケイ素原子数10以下の環状低分子シロキサン含有量が3質量%以下である末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサン、
(B)官能基含有オルガノアルコキシシラン、
(C)アニオン界面活性剤、
(D)水
を、50MPa以上の高圧で2回以上の乳化分散処理を行って、メジアン径が0.30μm以下の初期エマルジョンを得、該エマルジョンを温度20℃以下に冷却後、酸性触媒存在下、縮重合時間20時間以内で乳化重合を行い、次いで中和させる、メジアン径が0.30μm以下の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
【効果】本発明によれば、小粒径化され、安定性に優れた樹脂改質用として有用な官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンが製造できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、樹脂改質用として有用な官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンに関するものであり、更に詳しくは安価な末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサンを原料として、アニオン界面活性剤、好ましくはアルキル硫酸エステル塩を使用することにより、メジアン径が小さく、安定性に優れた官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法に関するものである。
オルガノポリシロキサンエマルジョンは、離型剤、各種コーティング剤、有機繊維、無機繊維等の撥水剤、繊維柔軟剤、平滑剤として、あるいはエマルジョン塗料、消泡剤の成分として有用である。このようなオルガノポリシロキサンエマルジョンとしては、各種の安定性や高重合度化等の点を考慮すると、乳化重合によって製造した小粒径のものを用いることが好ましい。
この乳化重合物の製法は例えば、強酸または強アルカリを重合触媒として重合する方法(特公昭34−2041号公報:特許文献1)、アルキルベンゼンスルフォン酸、アルキルナフタレンスルフォン酸、脂肪族スルフォン酸、シリルアルキルスルフォン酸、脂肪族置換ジフェニルエーテルスルフォン酸、アルキルハイドロジェンサルフェート等を重合触媒としてオルガノポリシロキサンを乳化させ、重合する方法(特公昭41−13995号公報、ベルギー特許第686812号明細書、米国特許第3360491号明細書:特許文献2〜4)。また塩型界面活性剤水溶液中にオルガノシロキサンの3〜6量体を乳化分散させ、この分散系にイオン交換樹脂を添加して前記塩型界面活性剤のイオン交換を行い、重合する方法(特公昭54−19440号公報:特許文献5)などが挙げられる。
一方、樹脂改質用官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンに関しては、ジオルガノポリシロキサン系グラフト共重合体の製造方法として、ビニル基含有ジオルガノポリシロキサン又はアリル基含有ジオルガノポリシロキサンのエマルジョン中でビニルモノマーを重合させ、グラフトポリマーを調製、衝撃強度を改良する方法(米国特許第3898300号明細書:特許文献6)。また、ビニル基をメルカプト基含有ジオルガノポリシロキサンにすることで衝撃強度を更に改良する方法(米国特許第4071577号明細書:特許文献7)。更に、グラフト交叉剤としてメタクリロキシ基又はアクリロキシ基を用いてジオルガノポリシロキサンを調製し、ビニルモノマーとグラフト重合させて非常に高いグラフト効率を達成させる方法(特公平6−29303号、特公平6−74303号公報:特許文献8,9)等がある。
これらグラフト交叉剤として有用なメタクリロキシ基又はアクリロキシ基含有ジオルガノポリシロキサンの製造方法としては、環状シロキサン(3〜6量体)とメタクリロキシ基又はアクリロキシ基含有シランをアルキルベンゼンスルホン酸であるドデシルベンゼンスルホン酸を乳化剤兼重合触媒として乳化重合するものが一般的である。また、メルカプト基、α−アルケニル基又はスチリル基含有ジオルガノポリシロキサンを調製する方法も、同様な製造方法により調整することができる。しかしながら、本発明の原料である末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサンを乳化する場合は、ドデシルベンゼンスルホン酸は低分子シロキサン{環状シロキサン(4〜6量体)}生成を促進するため、乳化剤兼縮重合触媒として使用することはできない。また、アルキルベンゼンスルホン酸塩であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを乳化剤として、高圧乳化してもメジアン径で0.3μm以下に小粒径化できず、得られたエマルジョンの安定性が欠しいという問題があった。
特公昭34−2041号公報 特公昭41−13995号公報 ベルギー特許第686812号明細書 米国特許第3360491号明細書 特公昭54−19440号公報 米国特許第3898300号明細書 米国特許第4071577号明細書 特公平6−29303号明細書 特公平6−74303号明細書
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、簡便かつ低コストで、メジアン径が小さく、安定性に優れた官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記の目的を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサンと官能基含有オルガノアルコキシシランを、アニオン界面活性剤と水を用いて乳化し、このエマルジョンのメジアン径を0.30μm以下になるように50MPa以上の高圧で2回以上の乳化分散処理を行うという条件で高圧乳化して、酸性触媒下、温度20℃以下、縮重合時間20時間以内で乳化重合させ、次いで中和させることにより、メジアン径が0.30μm以下に小粒径化された、安定性に優れた官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンが得られることを確認し、これが樹脂改質用官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンとして非常に有用であることを知見し、本発明に至った。
なお、本発明者らは、先に
(A)下記一般式(1)
H−[O−Si(R)2n−OH (1)
(式中、Rは炭素数1〜20の非置換又は置換の一価炭化水素基、nは10≦n≦200を満足する整数を示す。)
で示され、かつケイ素原子数が10以下の環状低分子シロキサン含有量が3質量%以下である末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサン、
(B)官能基含有オルガノアルコキシシラン、
(C)界面活性剤、
(D)水
を乳化分散させて平均粒径が250nm以上350nm以下の初期エマルジョンを得、該エマルジョンを温度20℃以下に冷却後、酸性触媒の存在下、20時間以内で乳化重合を行い、次いで中和することを特徴とするジオルガノポリシロキサン中のオクタメチルシクロテトラシロキサン含有量が0.5質量%以上2.0質量%以下である官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法を提案した(特願2005−116684号)。
なお、上記平均粒径は、コールター社製、粒度分布測定装置N4 plusによる測定値である。一方、本発明において、メジアン径はレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置LA−920(株式会社堀場製作所製)を用いて測定される値であり、累積分布の50%に相当する粒子径であり、このメジアン径を粒径とするが、前者の平均粒径0.30μm(300nm)は、後者のメジアン径0.30μmより大きいものである。
上記、特願2005−116684号におけるエマルジョンの製造方法は、初期エマルジョンを得る場合、主に50〜150MPaの高剪断圧力下に乳化分散を行うが、この乳化分散は通常1回である。ところが、かかる高剪断圧力での乳化分散を2回以上繰り返すことにより、メジアン径が0.30μm以下という微細エマルジョンが得られることを知見した。またこの場合、特に高圧乳化機として、昇圧プランジャー・ポンプが2連式である高圧乳化機、例えばNIRO−SOAVI社製NS2006型ホモジナイザーを用いることにより、昇圧プランジャー・ポンプが1連式である高圧乳化機、例えばAPV GAULIN社製RANNIE−2000型を用いる場合に比べ、上記微細エマルジョンを効果的に調製し得ることを知見したものである。
即ち、本発明は、下記に示す官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法を提供する。
〔1〕 (A)下記一般式(1)
H−[O−Si(R)2n−OH (1)
(式中、Rは炭素数1〜20の置換又は非置換の1価の炭化水素基、nは10≦n≦200を満足する整数である。)
で示され、かつケイ素原子数が10以下の環状低分子シロキサン含有量が3質量%以下である末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサン、
(B)官能基含有オルガノアルコキシシラン、
(C)アニオン界面活性剤、
(D)水
を、50MPa以上の高圧で2回以上の乳化分散処理を行って、メジアン径が0.30μm以下の初期エマルジョンを得、該エマルジョンを温度20℃以下に冷却後、酸性触媒存在下、縮重合時間20時間以内で乳化重合を行い、次いで中和させることを特徴とするメジアン径が0.30μm以下の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
〔2〕 (B)成分の官能基が、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、メルカプト基、α−アルケニル基及びスチリル基から選ばれるものである〔1〕記載の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
〔3〕 (C)アニオン界面活性剤が、アルキル硫酸エステル塩である〔1〕又は〔2〕記載の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
〔4〕 (C)アルキル硫酸エステル塩が、ラウリル硫酸ナトリウムである〔3〕記載の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
本発明によれば、乳化剤としてアニオン界面活性剤、より好ましくはアルキル硫酸エステル塩を使用し、特定の条件にて高圧乳化することにより、小粒径化され、安定性に優れた樹脂改質用として有用な官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンを製造することができる。
本発明の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法は、後述する(A)〜(D)成分を、特定の条件で高圧乳化させてメジアン径が0.30μm以下の初期エマルジョンを得、該エマルジョンを温度20℃以下に冷却後、酸性触媒存在下、縮重合時間20時間以内で乳化重合を行い、次いで中和させるものである。
(A)成分
本発明に用いられる(A)成分は、下記一般式(1)で示され、かつケイ素原子数10以下の環状低分子シロキサン含有量が3質量%以下である末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサンである。
H−[O−Si(R)2n−OH (1)
(式中、Rは炭素数1〜20の置換又は非置換の1価炭化水素基、nは10≦n≦200を満足する整数である。)
上記式中、Rの炭素数1〜20の置換又は非置換の1価炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、エイコシル等のアルキル基、シクロペンチル、シクロヘキシル等のシクロアルキル基、フェニル、トリル等のアリール基、ビニル、アリル等のアルケニル基、それらの水素原子の一部を塩素やフッ素に置換したハロゲノアルキル基等が挙げられる。これらの中でも、90モル%以上がメチル基であることが工業的に好ましい。
このジオルガノポリシロキサン中のケイ素原子数10以下の環状低分子シロキサンが3質量%より多い場合には、縮重合後のシロキサンポリマー中の揮発性低分子シロキサン含有量(ケイ素原子数が10以下の環状低分子シロキサン)が5質量%を超えてしまい、該エマルジョンの使用時あるいは使用後に揮発性低分子シロキサンによる作業環境の問題が発生する。従って、3質量%以下、好ましくは2質量%以下まで低分子シロキサン量を低減したものを使用する必要がある。ケイ素原子数が10以下の環状低分子シロキサン含有量が2〜3質量%である末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサンが、工業的に最も低コストであり、原材料として使用する場合最も有利である。
更に、nは10より小さいとケイ素原子数10以下の環状低分子シロキサン含有量を3質量%以下に調節することが難しく、200より大きいとエマルジョンにした際の保存安定性が悪くなることから、nは10≦n≦200である必要がある。
(B)成分
(B)成分の官能基含有オルガノアルコキシシランとしては、たとえば下記式(2)で表されるものを用いることができる。
12 mSi(OR33-m (2)
(式中、R1はメタクリロキシ基、アクリロキシ基、メルカプト基、α−アルケニル基又はスチリル基を含有する有機基、R2は炭素数1〜20の一価炭化水素基、R3は炭素数1〜6の一価炭化水素基、mは0〜2の整数である。)
ここで、R1としては、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、メルカプト基、α−アルケニル基又はスチリル基を含有する有機基が使用される。また、R2の炭素数1〜20の置換又は非置換の1価炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、エイコシル等のアルキル基、シクロペンチル、シクロヘキシル等のシクロアルキル基、フェニル、トリル等のアリール基、ビニル、アリル等のアルケニル基、それらの水素原子の一部を塩素やフッ素に置換したハロゲノアルキル基等が例示される。更に、R3の炭素数1〜6の一価炭化水素基として、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル等のアルキル基などが例示される。mは0〜2の整数である。
上記式(2)で表される官能基含有オルガノアルコキシシランとしては、メタクリロキシ基含有オルガノアルコキシシラン、アクリロキシ基含有オルガノアルコキシシラン、メルカプト基含有オルガノアルコキシシラン、ビニル基含有オルガノアルコキシシラン、スチリル基含有オルガノアルコキシシランが例示できる。
メタクリロキシ基、アクリロキシ基官能オルガノアルコキシシランの具体例としては、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。メルカプト基官能オルガノアルコキシシランの具体例としては、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。また、α−アルケニル基官能オルガノアルコキシシランの具体例としては、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどが挙げられる。更に、スチリル基官能オルガノアルコキシシランの具体例としては、p−スチリルメチルジメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシランなどが挙げられる。
本発明においては、上記の官能基含有オルガノアルコキシシランの部分加水分解縮合物、官能基含有のシロキサン単位を有するオルガノシロキサンオリゴマーを、本発明の目的を損わない範囲で添加して重合を行ってもよい。
(A)成分のジオルガノポリシロキサンと(B)成分の官能基含有オルガノアルコキシシランの配合量の合計割合は、エマルジョン中の固形分として10〜70質量%であることが好ましく、これは10質量%より少ない場合は経済的ではなく、70質量%より多い場合、エマルジョンの安定性が低下するおそれがある。更に好ましくは30〜55質量%である。
また、(B)成分の官能基含有オルガノアルコキシシランの配合量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部あたり、好ましくは0.1〜20質量部、更に好ましくは1〜10質量部である。(B)成分が0.1質量部未満では該エマルジョンにおける有機官能基の寄与が低くなる場合があり、20質量部を超えると重合性の官能基が多くなり、樹脂改質する際、反応制御がしにくくなる場合がある。
(C)成分
(C)成分の界面活性剤としては、(A)成分と(B)成分を水中に均一分散させるためのものであり、平衡化触媒あるいは縮重合触媒となる界面活性剤が使用できない以外は特に制限はないが、縮重合触媒として酸性触媒を使用するため、アニオン界面活性剤が最も適している。
アニオン界面活性剤としては、アルキル硫酸エステル塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩、リン酸エステル塩等が挙げられる。アルキル硫酸エステル塩として、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルキルエーテル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸化脂肪酸エステル、硫酸化オレフィン等が挙げられる。スルホン酸塩としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、パラフィンスルホン酸塩、N−アシルタウリン塩等が挙げられる。具体例として、アルキル硫酸エステル塩としては、オクチル硫酸ナトリウム、2−エチルヘキシル硫酸ナトリウム、デシル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸カリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ミリスチル硫酸ナトリウム、セチル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム等が挙げられ、スルホン酸塩としては、オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、デシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種類以上を混合使用してもよいが、特に好ましいものはアルキル硫酸エステル塩であり、更に具体的にはラウリル硫酸ナトリウムが最も好ましい。
(C)成分の配合量は、本発明のエマルジョン{(A)〜(D)成分の合計量}の0.1〜10質量%であることが好ましく、これは0.1質量%未満であるとエマルジョンの安定性が不十分となる場合があり、また10質量%を超えると得られるエマルジョンの耐熱性が低下する場合があったり、コスト的に不利となる。より好ましくは0.5〜5質量%の範囲である。
本発明の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンは、上述したようなジオルガノシロキサン及び官能基含有オルガノアルコキシシランを水性媒体中にてアニオン界面活性剤であるラウリル硫酸ナトリウムの存在下で乳化分散し、20℃以下にて縮重合を行い、更にpH4〜9に中和することにより製造することができる。
本発明においては、まず、上述した(A)成分、(B)成分、(C)成分をホモミキサー、ホモジナイザーなどの乳化機で(D)成分であるイオン交換水中に均一に乳化分散した後、更に高圧乳化機にて高圧乳化処理を行い、メジアン径が0.30μm以下である初期エマルジョンを調製する。
ここで、(D)成分の水の配合割合としては、(A)〜(D)成分の合計量の30〜90質量%、特に45〜70質量%とすることが好ましい。配合量が少なすぎるとエマルジョンが高粘度化するため搬送、充填が困難になる場合があり、多すぎるとコスト面でデメリットとなる場合がある。
この初期乳化分散後のエマルジョンは、メジアン径が0.30μm以下であることが必要であり、特には0.15〜0.25μmであることが好ましい。メジアン径が0.30μm以下にならないとエマルジョンの保存安定性が低下する。
なお、本発明において、メジアン径はレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置LA−920(株式会社堀場製作所製)等により測定することができる。
このような特定のメジアン径を得るためには、上記(A)〜(D)成分を乳化分散したものを、高圧乳化機を用いて50〜120MPa、特に70〜100MPaの高剪断圧力下で乳化を行うこと、更にこの高剪断圧力化での乳化を2〜5回、好ましくは2〜3回行うことにより、エマルジョンのメジアン径を0.30μm以下とすることが可能となる。
ここで、使用される高圧乳化機としては、例えば、超高圧ガウリンホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、ナノマイザー、アルティマイザー等が挙げられるが、特に昇圧プランジャー・ポンプが複数式であり、効率的な昇圧性に優れた高圧乳化機を用いることが、得られるエマルジョンの小粒径化を可能とするために好ましい。
上述した高圧乳化条件で、初期エマルジョンのメジアン径を0.30μm以下とすることができる。本発明で使用する(C)成分のアニオン界面活性剤の中でも、アルキル硫酸エステル塩が、メジアン径を小さくすることができるため好ましい。なお、アルキル硫酸エステル塩の中でも、アルキル基の炭素数が12であるラウリル硫酸ナトリウムがメジアン径を最も小さくすることができる。ラウリル硫酸ナトリウムは、炭素数が8、10であるオクチル硫酸ナトリウム、デシル硫酸ナトリウムを用いた場合よりも小粒径化することができ、また同様に、炭素数が14、16であるミリスチル硫酸ナトリウム、セチル硫酸ナトリウムを用いた場合よりも小粒径化することができる。
更に、ラウリル硫酸ナトリウムを主成分として、ミリスチル硫酸ナトリウム、セチル硫酸ナトリウムを少量含有したアニオン界面活性剤も市販されているが、これについても同様に、ラウリル基が100%であるラウリル硫酸ナトリウムを用いた場合の方が小粒径化できるため、ラウリル基が100%であり、純度が99.9%以上であるラウリル硫酸ナトリウムを用いることが最も好ましい。
なお、シロキサン原料として、本発明の末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサンではなく、環状シロキサン(3〜6量体)を使用して、同様な乳化重合を行なった場合、上述したいずれのアニオン界面活性剤を使用しても、メジアン径が0.30μm以下のエマルジョンを得ることは可能である。これは、環状シロキサンでは開環反応、縮重合時に小粒径化する現象がいずれのアニオン界面活性剤でも確認できる。これに対して、本発明の末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサン原料の場合には、縮重合時に小粒径化する現象はなく、高圧乳化後の粒径が重合後の粒径となるため、アニオン界面活性剤の選択が重要になる。
メジアン径が0.30μmよりも大きいメタクリロキシ基、アクリロキシ基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの場合には、ビニルモノマーとのグラフト重合のグラフト効率が低下して、樹脂改質剤としての物性に悪影響を及ぼすため好ましくない。
特定のメジアン径である初期エマルジョンを得た後、温度20℃以下にて縮重合を行い、更にpH4〜9に中和することにより、官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンを製造することができる。
上述した初期エマルジョンの液温度を20℃以下、好ましくは0〜20℃とし、シラノール基の縮重合触媒として塩酸、硫酸、メタンスルホン酸あるいはドデシルベンゼンスルホン酸などの酸性物質を添加して、20時間以内、好ましくは5〜20時間の縮重合反応を実施する。
この場合、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等の低分子環状シロキサン生成を抑制するために、液温度は20℃以下とすることが必要であり、好ましくは0〜10℃である。0℃未満の場合は凍結によりエマルジョンが破壊する場合がある。
また、縮重合反応が5時間より短い場合は縮重合反応が不十分であり、高分子量化しない場合があり、20時間より長い場合は高分子量化するがオクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン生成が増加するため、5〜20時間が好ましく、より好ましくは10〜15時間である。
縮重合触媒である酸性物質の配合量は、(C)成分の配合量程度の0.1〜10質量%程度であることが好ましいが、より好ましくは0.5〜5質量%であり、高分子量化とオクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等の低分子シロキサン生成の抑制とのバランスから、更に好ましくは0.5〜2質量%の範囲である。
重合終了後は、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、トリエタノールアミン、アンモニア等のアルカリ性物質で中和を行う。
なお、乳化重合によって得られる本発明の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの安定性を向上させるために、他のノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤等を本発明の目的を損なわない範囲で中和後に添加してもよい。
この縮重合反応により、重合度が1,000〜3,000、特に1,500〜2,500の官能基含有ジオルガノポリシロキサンが得られる。このオルガノポリシロキサンは、水に乳化分散したエマルジョンとして得られるが、この場合、エマルジョン中の固形分(上記目的のオルガノポリシロキサン)濃度は、10〜70質量%であることが好ましい。
本発明の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンは、メジアン径が0.30μm以下、特に0.20〜0.25μmと小粒径であるために、非常に安定性に優れていることが特徴である。
また、本発明の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンは、官能基として、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、メルカプト基、α−アルケニル基又はスチリル基を含有するものであり、上記乳化、縮重合条件で調製された官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョン中のオクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン生成量は、(B)成分の官能基含有オルガノアルコキシシランを含有しない場合と比較して、その生成が抑制されることも特徴である。
以下に、本発明の具体的態様を実施例により更に詳しく説明するが、本発明は以下の例によって限定されるものではない。なお、下記の例において、粘度はBH型粘度計(株式会社東京計器製)により測定した25℃における値を示し、メジアン径はレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置LA−920(株式会社堀場製作所製)により測定した値を示し、平均粒径はCoulter N4 Plusサブミクロン粒度分布測定装置(コールター株式会社製)により測定した値を示す。
[実施例1]
Si原子数10以下の環状低分子シロキサン含有量が2.4質量%(オクタメチルシクロテトラシロキサン(以下D4)含有量:0.69質量%、他の低分子シロキサン含有量を表1に示す)であり、式(3)
H−[O−Si(CH3240−OH (3)
で示される末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサン487g(粘度:65mPa・s)、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン13gの混合物を2リットルのポリエチレン製ビーカーに仕込み、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液50g(ニッコールSLS;日光ケミカル製、ラウリル基;100%、純度;99.9%以上)及びイオン交換水50gを加え、ホモミキサーで2,000rpmで撹拌しながら徐々に滴下して転相させた。増粘させた後、撹拌速度を5,000rpmに上げてl5分間撹拌した後、脱イオン水340gを加えて希釈した。次いで、これを「NS2006型ホモジナイザー」(NIRO−SOAVI社製、昇圧プランジャー・ポンプ2連式)で100MPaで2回乳化分散を行った。この時のメジアン径を測定したところ、0.25μmであった。また、平均粒径を測定したところ、0.31μmであった。得られたエマルジョンを5℃の低温恒温器中で12時間冷却後、内温は7℃となった。縮重合触媒である10質量%ドデシルベンゼンスルフォン酸50gを投入、攪拌した後、10時間縮重合反応を行った。次いで、10質量%炭酸ナトリウム10gを加えてpH7に調整したところ、メジアン径0.26μmの乳白色の「エマルジョンA」を得た。このエマルジョンは105℃で3時間後の不揮発分が49.0質量%であり、低分子シロキサン測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は0.9質量%であった。このエマルジョンは室温で1ヶ月放置しても層分離は全く認められず、優れた安定性を示した。このエマルジョン200gにイソプロピルアルコール200gを加えて、オイル成分の抽出を行い、高粘度なジオルガノポリシロキサンを得た。乾燥後(105℃×3時間)、GPCによるPS換算Mwを測定した結果は17万であった。またこのオイルの粘度は410,000mPa・sであった。物性を表2に示した。
式(3)で示される末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサンの低分子シロキサン含有量
Figure 2007297533
低分子シロキサン定量法
調製したエマルジョン0.1gを内部標準入りアセトン10mlで抽出(1時間振とう)後、一晩放置した後にアセトン層をガスクロマトグラフィー分析にて定量した。
[実施例2]
実施例1において、使用した式(3)で示される末端ジヒドロキシオルガノポリシロキサン487g、3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン13gの混合物を2リットルのポリエチレン製ビーカーに仕込み、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液50g及びイオン交換水50gをホモミキサーで2,000rpmで撹拌しながら徐々に滴下して転相させた。増粘させた後、撹拌速度を5,000rpmに上げてl5分間撹拌した後、脱イオン水340gを加えて希釈した。次いで、これを「NS2006型ホモジナイザー」(NIRO−SOAVI社製、昇圧プランジャー・ポンプ2連式)で、100MPaで2回乳化分散を行った。この時のメジアン径を測定したところ、0.27μmであった。得られたエマルジョンを5℃の低温恒温器中で12時間冷却後、内温は7.5℃となった。縮重合触媒である10質量%ドデシルベンゼンスルフォン酸50gを投入、攪拌した後、10時間縮重合反応を行った。次いで、10質量%炭酸ナトリウム10gを加えてpH7に調整したところ、メジアン径0.27μmの乳白色の「エマルジョンB」を得た。このエマルジョンは105℃で3時間後の不揮発分が48.8質量%であり、低分子シロキサン測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.0質量%であった。このエマルジョンは室温で1ヶ月放置しても層分離は全く認められず、優れた安定性を示した。このエマルジョン200gにイソプロピルアルコール200gを加えて、オイル成分の抽出を行い、高粘度なジオルガノポリシロキサンを得た。乾燥後のGPCによるPS換算Mwを測定した結果は16万であった。またこのオイルの粘度は390,000mPa・sであった。物性を表2に示した。
[実施例3]
実施例1において、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランを3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンC」を調製した。
縮重合前のメジアン径は0.26μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.27μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.7質量%であり、低分子シロキサン測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.1質量%であった。このエマルジョンは室温で1ヶ月放置しても層分離は全く認められず、優れた安定性を示した。このエマルジョン200gにイソプロピルアルコール200gを加えて、オイル成分の抽出を行い、高粘度なオルガノポリシロキサンを得た。乾燥後のGPCによるPS換算Mwを測定した結果は17万であった。またこのオイルの粘度は407,000mPa・sであった。物性を表2に示した。
[実施例4]
実施例1において、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランをビニルメチルジメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンD」を調製した。
縮重合前のメジアン径は、0.28μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が、0.28μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.9質量%であり、低分子シロキサン測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.0質量%であった。物性を表2に示した。
[実施例5]
実施例1において、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランをp−スチリルメチルジメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンE」を調製した。
縮重合前のメジアン径は、0.27μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.28μm、105℃で3時間後の不揮発分が49.0質量%であり、低分子シロキサンの測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.0質量%であった。物性を表2に示した。
[比較例1]
実施例1において、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を10質量%オクチル硫酸ナトリウム(パイオニンA−20;竹本油脂製)に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンF」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.37μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.39μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.5質量%であった。低分子シロキサンの測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.3質量%であった。物性を表2に示した。
[比較例2]
実施例1において、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を10質量%2−エチルヘキシル硫酸ナトリウム(シントレッキEH−R;日本油脂製)に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンG」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.34μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.36μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.3質量%であった。低分子シロキサンの測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.5質量%であった。物性を表2に示した。
[比較例3]
実施例1において、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を10質量%ミリスチル硫酸ナトリウム(ニッコールSMS−F;日光ケミカル製)に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンH」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.41μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.42μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.6質量%であった。低分子シロキサンの測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.4質量%であった。物性を表2に示した。
[比較例4]
実施例1において、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を10質量%ラウリル硫酸ナトリウム(エマール2F−G;花王製;ラウリル基/ミリスチル基/セチル基=60%/26%/14%、純度:98.3%)に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンI」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.33μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.32μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.7質量%であった。低分子シロキサンの測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.2質量%であった。物性を表2に示した。
[比較例5]
実施例1において、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を10質量%ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム(ネオペレックスG−15;花王製)に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンJ」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.34μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.35μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.2質量%であった。低分子シロキサンの測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.6質量%であった。物性を表2に示した。
[比較例6]
実施例1において、10質量%ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を10質量%N−ラウロイルメチルタウリンナトリウム(ニッコールLMT;日光ケミカル製)に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンK」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.40μmであり、調製したエマルジョンはメジアン径が0.41μm、105℃で3時間後の不揮発分が48.0質量%であった。低分子シロキサンの測定をガスクロマトグラフィーで行った結果、D4含有量は1.6質量%であった。物性を表2に示した。
Figure 2007297533
低分子シロキサン定量法
調製したエマルジョン0.1gを内部標準入りアセトン10mlで抽出(1時間振とう)後、一晩放置した後にアセトン層をガスクロマトグラフィー分析にて定量した。
保存安定性
各エマルジョン100gをガラス瓶に取り、50℃の恒温槽に30日静置保存した後、外観及び上層と下層の不揮発分を測定して、下記の基準により安定性を評価した。
(評価基準)
○:全く濃淡分離が認められない。
△:上層と下層でわずかに濃淡分離が確認された。
×:二層分離。
希釈安定性
各エマルジョンをイオン交換水で2質量%に希釈し、24時間後の表面状態を目視にて観察した。
機械安定性
各エマルジョンをイオン交換水で2質量%に希釈し、ホモミキサー5000rpmで10分間攪拌後の表面状態を目視にて観察した。
[比較例7]
実施例1において、「NS2006型ホモジナイザー」(NIRO−SOAVI社製、昇圧プランジャー・ポンプ2連式)で100MPaで2回行った乳化分散を、「卓上ホモジナイザーRANNIE−2000型」(APV GAULIN社製、昇圧プランジャー・ポンプ1連式)で70MPaで1回の乳化分散に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンL」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.52μm、平均粒径は0.29μmであった。
[比較例8]
実施例1において、「NS2006型ホモジナイザー」(NIRO−SOAVI社製、昇圧プランジャー・ポンプ2連式)で100MPaで2回行った乳化分散を、「卓上ホモジナイザーRANNIE−2000型」(APV GAULIN社製、昇圧プランジャー・ポンプ1連式)で100MPaで1回の乳化分散に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンM」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.46μm、平均粒径は0.30μmであった。
[比較例9]
実施例1において、「NS2006型ホモジナイザー」(NIRO−SOAVI社製、昇圧プランジャー・ポンプ2連式)で100MPaで2回行った乳化分散を、「卓上ホモジナイザーRANNIE−2000型」(APV GAULIN社製、昇圧プランジャー・ポンプ1連式)で150MPaで1回の乳化分散に変更した以外は、実施例1と同様にして「エマルジョンN」を調製した。縮重合前のメジアン径は0.45μm、平均粒径は0.29μmであった。
実施例1及び比較例7〜9の縮重合前のメジアン径と平均粒径を下記表3に示す。
Figure 2007297533

Claims (4)

  1. (A)下記一般式(1)
    H−[O−Si(R)2n−OH (1)
    (式中、Rは炭素数1〜20の置換又は非置換の1価の炭化水素基、nは10≦n≦200を満足する整数である。)
    で示され、かつケイ素原子数が10以下の環状低分子シロキサン含有量が3質量%以下である末端ヒドロキシジオルガノポリシロキサン、
    (B)官能基含有オルガノアルコキシシラン、
    (C)アニオン界面活性剤、
    (D)水
    を、50MPa以上の高圧で2回以上の乳化分散処理を行って、メジアン径が0.30μm以下の初期エマルジョンを得、該エマルジョンを温度20℃以下に冷却後、酸性触媒存在下、縮重合時間20時間以内で乳化重合を行い、次いで中和させることを特徴とするメジアン径が0.30μm以下の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
  2. (B)成分の官能基が、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、メルカプト基、α−アルケニル基及びスチリル基から選ばれるものである請求項1記載の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
  3. (C)アニオン界面活性剤が、アルキル硫酸エステル塩である請求項1又は2記載の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
  4. (C)アルキル硫酸エステル塩が、ラウリル硫酸ナトリウムである請求項3記載の官能基含有ジオルガノポリシロキサンエマルジョンの製造方法。
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