JP2011144365A - オルガノポリシロキサン化合物の製造方法 - Google Patents

オルガノポリシロキサン化合物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エタノールに均一に溶解するオルガノポリシロキサン化合物を提供する。
【解決手段】オルガノポリシロキサンのセグメントの末端及び/又は側鎖に、下記一般式(1)で表される繰返し単位からなるポリ(N−アシルアルキレンイミン)のセグメントが結合してなるオルガノポリシロキサン化合物の製造方法であって、(a)下記一般式(I)で表される環状イミノエーテル化合物を開環重合して、末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液を調製する工程、(b)分子鎖の末端及び/又は側鎖にアミノ基を有する変性オルガノポリシロキサンを脱水乾燥して、前記工程(a)で得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と反応させる工程を含む、オルガノポリシロキサン化合物の製造方法。
Figure 2011144365

(式中、R1は、水素原子、炭素数1〜22のアルキル基、アラルキル基、又はアリール基を表し、nは2又は3を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、オルガノポリシロキサン化合物の製造方法に関する。
オルガノポリシロキサン化合物(以下、「シリコーン化合物」と称することがある)は、低い表面張力、優れた潤滑性や離型性、高い熱的安定性、一般にきわめて低いガラス転移点、優れた気体透過性等の多くの特徴を有していることから、様々な形態のシリコーン化合物が潤滑剤、熱媒体、電気絶縁体、塗料レベリング剤、離型剤、化粧品添加剤、繊維処理剤、衝撃緩衝材、シーリング材、型取り材、つや出し剤、整泡剤、消泡剤として極めて広範囲に利用されている。
パーソナルケアの分野においても例外でなく、シリコーン化合物は、スキンケア剤、ファンデーション、シャンプー、コンディショナー等の化粧料に感触向上剤等として多用されている。あるいは、ヘアセット剤の主基剤として使用されている。パーソナルケアの分野では、固体状態でベタつきの無い好感触が望まれることが多い。更には、配合の容易さの面で、エタノール可溶性が求められることが多い。例えば、特許文献1には、エタノール等の各種溶媒に可溶あるいは分散可能なシリコーン化合物が開示されている。
特許文献1に記載されているシリコーン化合物は各種溶媒に対する溶解性に優れるという従来品にはない性質を有しているが、製造する際に品質が安定しないことがあり、特に感触及びエタノールへの溶解性が安定しないことがある。
これに対し、化粧品用途に用いられる基剤には、固体状態でベタつきがなく感触が良好であること、及びエタノールに均一に溶解することが必要である場合が多い。
特開平2−276824号公報
本発明の課題は、ベタつきがなく感触が良好であり、かつ、エタノールに均一に溶解するオルガノポリシロキサン化合物を安定な品質で製造できる製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明は、以下のオルガノポリシロキサン化合物の製造方法を提供する。
オルガノポリシロキサンのセグメントの末端及び/又は側鎖に、下記一般式(1)で表される繰返し単位からなるポリ(N−アシルアルキレンイミン)のセグメントが結合してなるオルガノポリシロキサン化合物の製造方法であって、
(a)下記一般式(I)で表される環状イミノエーテル化合物を溶媒と混合して得られる環状イミノエーテル化合物溶液中で開環重合して、末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液を調製する工程、
(b)分子鎖の末端及び/又は側鎖にアミノ基を有する変性オルガノポリシロキサンを溶媒と混合して得られる変性オルガノポリシロキサン溶液を脱水乾燥して、前記工程(a)で得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と該変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合した後の混合液中の水分濃度が150mg/kg以下となるようにする工程、及び
(c)前記工程(b)で得られた変性オルガノポリシロキサン溶液と前記工程(a)で得られた末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液とを混合し反応させる工程
を含む、オルガノポリシロキサン化合物の製造方法。
Figure 2011144365
(前記一般式(1)中、R1は、水素原子、炭素数1〜22のアルキル基、アラルキル基、又はアリール基を表し、nは2又は3を表す。)
Figure 2011144365
(前記一般式(I)中、R1及びnは、前記一般式(1)におけるR1及びnと同義である。)
本発明の方法によれば、ベタつきがなく感触が良好であり、かつ、エタノールに均一に溶解し得るオルガノポリシロキサン化合物を安定な品質で製造することができる。
<オルガノポリシロキサン化合物>
本発明の製造方法によって得られるオルガノポリシロキサン化合物は、オルガノポリシロキサンのセグメントの末端及び/又は側鎖に、下記一般式(1)で表される繰返し単位からなるポリ(N−アシルアルキレンイミン)のセグメントが結合してなる。
Figure 2011144365
(前記一般式(1)中、R1は、水素原子、炭素数1〜22のアルキル基、アラルキル基、又はアリール基を表し、nは2又は3を表す。)
このようなオルガノポリシロキサン化合物は、特に限定されないが、好ましい具体例としては、下記一般式(2)で表される変性オルガノポリシロキサンセグメントと、前記一般式(1)で表される繰返し単位からなるポリ(N−アシルアルキレンイミン)セグメントからなるものである。
Figure 2011144365
(式中、R2は、それぞれ独立に炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立に炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基を表すか又は下式(i)〜(vi)のいずれかで表される2価の連結基を表し、R5は、下式(i)〜(vi)のいずれかで表される2価の連結基を表す。pは、2〜4000の整数を表し、qは、2〜250の整数を表す。)
Figure 2011144365
(式(i)〜(vi)中、*は、前記一般式(2)におけるケイ素原子に結合する部位を表し、**は、前記一般式(1)で表される繰返し単位からなるポリ(N−アシルアルキレンイミン)セグメントに結合する部位を表す。X-は4級アンモニウム塩の対イオンを表す。)
前記一般式(1)中、R1で表される炭素数1〜22のアルキル基としては、炭素数1〜22の直鎖、分岐状又は環状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜6のアルキル基が更に好ましい。具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロへキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、ドコシル基等が挙げられる。
1で表されるアラルキル基としては、炭素数7〜15のアラルキル基が好ましく、炭素数7〜14のアラルキル基がより好ましく、炭素数7〜10のアラルキル基が更に好ましい。具体例としては、ベンジル基、フェネチル基、トリチル基、ナフチルメチル基、アントラセニルメチル基等が挙げられる。
1で表されるアリール基としては、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、炭素数6〜12のアリール基がより好ましく、炭素数6〜9のアリール基が更に好ましい。具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基等が挙げられる。
これらの中でも、R1としては、炭素数1〜6の直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3の直鎖又は分岐状のアルキル基がより好ましく、エチル基が特に好ましい。
前記一般式(1)中、nは2が好ましい。
前記一般式(2)中、R2〜R4で表される炭素数1〜22のアルキル基としては、上述したR1で表される炭素数1〜22のアルキル基と同義であり、好ましい範囲も同様である。
2としては、炭素数1〜6の直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3の直鎖又は分岐状のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。また、R3及びR4が炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基を表す場合も炭素数1〜6の直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3の直鎖又は分岐状のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
前記一般式(2)中、R3〜R5で表される、上記式(i)〜(vi)のいずれかで表される2価の連結基は、窒素原子を含むアルキレン基であり、変性オルガノポリシロキサンセグメントとポリ(N−アシルアルキルイミン)セグメントとの連結基として機能する。上記式(i)〜(vi)の中でも上記式(i)又は(ii)で表される基が好ましい。
上記式(i)〜(vi)中、X-はアンモニウムの対イオンを表し、具体例としては、エチル硫酸イオン、メチル硫酸イオン、塩素イオン、ヨウ素イオン、硫酸イオン、p−トルエンスルホン酸イオン、過塩素酸イオン等が挙げられる。
前記一般式(2)中、pは、2〜4000の整数を表し、qは、2〜150の整数を表す。pは、135〜1600の整数が好ましく、400〜1350の整数がより好ましく、800〜1350の整数が更に好ましい。qは、3〜50の整数が好ましく、5〜25の整数がより好ましく、5〜20の整数が更に好ましく、5〜10の整数がより更に好ましい。
オルガノポリシロキサン化合物におけるポリ(N−アシルアルキレンイミン)セグメントの分子量(MWox)は、N−アシルアルキレンイミン単位の分子量と重合度とから算出する方法又はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定法により測定することが可能であるが、本発明においてはGPC測定法により測定される数平均分子量をいい、好ましくは150〜50,000、より好ましくは500〜10,000、更に好ましくは1,000〜5,000、より更に好ましくは2,000〜3,000である。ポリ(N−アシルアルキレンイミン)セグメントの重量平均分子量としては、180〜65,000が好ましく、600〜13,000、更に好ましくは1,200〜6,500、より更に好ましくは2,400〜3,900である。
オルガノポリシロキサン化合物において主鎖を構成するオルガノポリシロキサンセグメントの重量平均分子量(MWsi)は、好ましくは300〜300,000であるが、エタノールへの溶解性の観点から、より好ましくは10,000〜120,000、更に好ましくは30,000〜100,000である。MWsiは、原料化合物である変性オルガノポリシロキサンと共通の骨格を有するため、MWsiは変性オルガノポリシロキサンの重量平均分子量と略同一である。なお、変性オルガノポリシロキサンの重量平均分子量は、活性水素をあらかじめ無水酢酸でアセチル化した後、GPCにより測定した重量平均分子量である。
本発明の製造方法で得られるオルガノポリシロキサン化合物の重量平均分子量(MWt)は、エタノールへの溶解性の観点から好ましくは500〜500,000、より好ましくは30,000〜150,000、更に好ましくは50,000〜120,000である。本明細書において、MWtは、MWsiの値と、核磁気共鳴(1H−NMR)分析により求めたオルガノポリシロキサンセグメントの質量比の値とから算出することができる。なお、本明細書において、オルガノポリシロキサンセグメントの質量比(r)とは、本発明の製造方法で得られるオルガノポリシロキサン化合物の質量(Msiox)中に占めるオルガノポリシロキサンセグメントの質量(Msi)の割合のことをいい、下記の式で定義される。
r=Msi/Msiox=Msi/(Msi+Mox)
(式中、Msi、Msioxは前記と同じ意味を表し、Moxはポリ(N−アシルアルキレンイミン)セグメントの質量を表す。)
オルガノポリシロキサンセグメントの質量比(r)は、本発明に係るオルガノポリシロキサン化合物を重クロロホルム中に5質量%溶解させ、核磁気共鳴(1H−NMR)分析により、オルガノポリシロキサンセグメント中のアルキル基又はフェニル基と、ポリ(N−アシルアルキレンイミン)セグメント中のメチレン基との積分比より求めた値をいう。
オルガノポリシロキサンセグメントの質量比(r)は、得られるオルガノポリシロキサン化合物を化粧品用途に応用した場合の感触の観点から、0.1〜0.95が好ましく、0.3〜0.9がより好ましく、0.6〜0.9が更に好ましい。
本発明に係るオルガノポリシロキサン化合物の具体例については、特開平2−276824号公報(前記特許文献1)や特開2009−24114号公報等の記載を参照することができる。
<オルガノポリシロキサン化合物の製造方法>
本発明に係るオルガノポリシロキサン化合物は、分子鎖の末端及び/又は側鎖にアミノ基を有する変性オルガノポリシロキサンと、末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)とを反応させて製造される。
本発明の方法は、下記工程(a)〜(c)を含む。
(a)下記一般式(I)で表される環状イミノエーテル化合物を溶媒と混合して得られる環状イミノエーテル化合物溶液中で開環重合して、末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液を調製する工程。
Figure 2011144365
(式中、R1は、水素原子、炭素数1〜22のアルキル基、アラルキル基、又はアリール基を表し、nは2又は3を表す。)
(b)分子鎖の末端及び/又は側鎖にアミノ基を有する変性オルガノポリシロキサンを溶媒と混合して得られる変性オルガノポリシロキサン溶液を脱水乾燥して、前記工程(a)で得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と該変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合した後の混合液中の水分濃度が150mg/kg以下となるようにする工程。
(c)前記工程(b)で得られた変性オルガノポリシロキサン溶液と前記工程(a)で得られた末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液とを混合し反応させる工程。
[工程(a)]
工程(a)では、前記一般式(I)で表される環状イミノエーテル化合物を溶媒と混合して得られる環状イミノエーテル化合物溶液中で開環重合(リビング重合)して、末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液を調製する。
前記一般式(I)におけるR1及びnは前記一般式(1)におけるR1及びnと同義であり、好ましい範囲も同様である。
(環状イミノエーテル化合物の開環重合)
環状イミノエーテル化合物の開環重合に用いる溶媒としては、非プロトン性極性溶媒が好ましい。具体的には、酢酸エチル、酢酸プロピル等の酢酸アルキル(C1〜3)エステル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のジアルキル(C1〜3)エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン溶媒、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の溶媒を使用することができ、中でも酢酸アルキル(C1〜3)エステルが好適に使用される。
環状イミノエーテル化合物を溶媒に混合して得られる環状イミノエーテル化合物溶液中の水分濃度は、開環重合後に得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)の分子量制御の観点から、脱水乾燥処理により制御することが好ましい。当該水分濃度は、得られる重合体の分子量を制御する観点から、好ましくは、600mg/kg以下、より好ましくは200mg以下、より更に好ましくは100mg/kg以下である。一方、操作の効率性の観点から、好ましくは10mg/kg以上、より好ましくは30mg/kg以上、より更に好ましくは50mg/kg以上、特に好ましくは70mg/kg以上である。
脱水乾燥処理は、減圧条件下、又は脱水剤を用いて行うことが好ましい。設備負荷を軽減する観点から、脱水剤を用いて脱水することがより好ましい。脱水剤としては、モレキュラーシーブ、アルミナ、塩化カルシウム、硫酸カルシウム等が挙げられ、これらの中でも、達成可能な水分濃度及び経済性の観点から、モレキュラーシーブが好ましい。
脱水時間を短縮する観点から、脱水温度は、好ましくは50℃以下、より好ましくは40℃以下、更に好ましくは35℃以下で行う。操作の効率性の観点から、脱水温度を5℃以上とすることが好ましい。
脱水剤は、環状イミノエーテル化合物溶液中に直接添加し撹拌後、脱水剤を除去してもよいが、操作性の観点から、脱水剤を充填したカラムに、上記環状イミノエーテル化合物溶液を通過させて脱水乾燥処理することが好ましい。また、環状イミノエーテル化合物溶液中の環状イミノエーテル化合物の濃度は、脱水時間を短縮する観点から、好ましくは10〜80質量%、より好ましくは20〜60質量%、更に好ましくは、25〜55質量%である。
環状イミノエーテル化合物の開環重合には、開始剤を用いることができる。開始剤としては、求電子反応性の強い化合物、例えば、ベンゼンスルホン酸アルキルエステル、p−トルエンスルホン酸アルキルエステル、トリフルオロメタンスルホン酸アルキルエステル、トリフルオロ酢酸アルキルエステル、硫酸ジアルキルエステル等の強酸のアルキルエステルを使用することができ、中でも硫酸ジアルキル、特に炭素数1〜3のアルキル基を有する硫酸ジアルキルが好適に使用される。開始剤の使用量は、通常、環状イミノエーテル化合物2〜100モルに対して、開始剤1モルである。
重合温度は、好ましくは40〜150℃、より好ましくは60〜120℃、更に好ましくは70〜110℃、より更に好ましくは75〜100℃である。重合温度は、得られる重合体の分子量を制御する観点から、開始剤を添加した後に上記範囲にすることが好ましい。
重合時間は、重合温度等の反応条件により一様ではないが、通常1〜60時間であり、好ましくは2〜50時間であり、より好ましくは3〜30時間であり、更に好ましくは5〜15時間である。
前記一般式(I)で表される環状イミノエーテル化合物として、例えば、2−置換−2−オキサゾリンを用いれば、上記一般式(1)においてn=2のポリ(N−アシルエチレンイミン)が得られ、2−置換−ジヒドロ−2−オキサジンを用いれば、上記一般式(1)においてn=3のポリ(N−アシルプロピレンイミン)が得られる。
開環重合によって得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)の数平均分子量は、好ましくは150〜50000、より好ましくは500〜10000、更に好ましくは1000〜5000、特に好ましくは2000〜3000である。得られるオルガノポリシロキサン化合物の感触及びエタノールへの溶解性を向上させる観点から150以上が好ましく、得られるオルガノポリシロキサン化合物の感触及び製造の容易さの観点から50000以下が好ましい。
[工程(b)]
工程(b)では、分子鎖の末端及び/又は側鎖にアミノ基を有する変性オルガノポリシロキサンを溶媒と混合して得られる変性オルガノポリシロキサン溶液を脱水乾燥して、前記工程(a)で得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と該変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合した後の混合液中の水分濃度が150mg/kg以下となるようにする。
前記の分子鎖の末端及び/又は側鎖にアミノ基を有する変性オルガノポリシロキサンは、特に限定されないが、好ましい具体例としては、下記一般式(II)で表される変性オルガノポリシロキサンである。
Figure 2011144365
(式中、R2は、それぞれ独立に炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基を示し、R6及びR7は、それぞれ独立に炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基を表すか又は下式(vii)〜(xi)のいずれかで表される置換基を表し、R8は、下式(vii)〜(xi)のいずれかで表される置換基を表す。pは、2〜4000の整数を表し、qは、2〜150の整数を表す。)
Figure 2011144365
前記一般式(II)において、R2、R6及びR7で表される炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基は、前記一般式(2)におけるR2〜R4で表される炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基と同義であり、好ましい範囲も同様である。また、p及びqは、前記一般式(2)におけるp及びqと同義であり、好ましい範囲も同様である。
上記式(vii)〜(xi)のいずれかで表される置換基のうち、上記式(vii)又は(viii)で表される基が好ましい。
前記変性オルガノポリシロキサンは任意の方法で製造することができる。また、市販品を使用することもできる。具体例としては、信越シリコーン(株)製KF−8015、KF−864、KF−8003、東レ・ダウコーニング(株)製BY16−898等が挙げられる(いずれも商品名)。
前記工程(b)に用いられる溶媒としては、非プロトン性極性溶媒が好ましい。具体的には、酢酸エチル、酢酸プロピル等の酢酸アルキル(C1〜3)エステル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のジアルキル(C1〜3)エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン溶媒、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の溶媒を使用することができ、中でも酢酸アルキル(C1〜3)エステルが好適に使用される。溶媒の分離や製造コストの観点から、前記工程(a)に用いられる溶媒と同じ溶媒を使用することが好ましい。
溶液中の変性オルガノポリシロキサンの濃度は、脱水乾燥処理の効率化の観点から、好ましくは10〜70質量%、より好ましくは20〜60質量%、更に好ましくは30〜50質量%に制御することが好ましい。
前記工程(a)で得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と前記変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合した後の混合液中の水分濃度が150mg/kg以下になるよう変性オルガノポリシロキサン溶液中の水分濃度を制御することで、ベタつきがなく感触が良好であり、かつ、エタノールに均一に溶解するオルガノポリシロキサン化合物を安定な品質で製造することができる。
変性オルガノポリシロキサン溶液中の水分濃度は、脱水乾燥処理により制御される。当該水分濃度は、混合する末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液中の水分濃度によっても変わるが、好ましくは100mg/kg以下、より好ましくは90mg/kg以下、更に好ましくは60mg/kg以下である。一方、操作の効率性の観点から、好ましくは3mg/kg以上、より好ましくは5mg/kg以上、更に好ましくは10mg/kg以上である。
変性オルガノポリシロキサン溶液中の水分濃度を当該範囲に制御することで、前記工程(a)で得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と前記変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合した後の混合液中の水分濃度を150mg/kg以下に制御することができる。
前記変性オルガノポリシロキサン溶液中の水分量は、前記工程(a)における環状イミノエーテル化合物溶液を脱水する方法と同様の方法で脱水することにより制御できる。具体的には、脱水乾燥処理は、設備負荷を軽減する観点から、脱水剤を用いて脱水することが好ましい。脱水剤としては、達成可能な水分濃度及び経済性の観点から、モレキュラーシーブが好ましい。脱水温度は、脱水時間を短縮する観点から40℃以下が好ましく、操作の効率性の観点から5℃以上が好ましい。脱水剤は変性オルガノポリシロキサン溶液中に直接添加し撹拌後、脱水剤を除去してもよいが、操作性の観点から、脱水剤を充填したカラムに、変性オルガノポリシロキサン溶液を通過させて脱水乾燥処理することが好ましい。
一つの好ましい実施態様において、得られる重合体の分子量を制御する観点から、次の工程(c)の前に、前記末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液を冷却することが好ましい。末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液は、好ましくは70℃以下、より好ましくは10〜65℃、更に好ましくは20℃〜60℃、特に好ましくは25〜40℃まで冷却されることが好ましい。
[工程(c)]
工程(c)では、前記工程(b)で得られた変性オルガノポリシロキサン溶液と前記工程(a)で得られた末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液とを混合し反応させる。
(連結反応)
末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と変性オルガノポリシロキサン溶液との反応温度は、好ましくは40〜150℃、より好ましくは60〜120℃、更に好ましくは70〜110℃、より更に好ましくは75〜100℃である。反応温度は、得られる生成物の分子量を制御する観点から、末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)と変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合した後に上記温度範囲にすることが好ましい。
反応時間は重合温度等の反応条件により一様ではないが、通常1〜60時間であり、好ましくは3〜30時間であり、より好ましくは5〜15時間である。
末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合し反応させた後の反応混合液中の水分濃度は、前記工程(b)における変性オルガノポリシロキサン溶液の脱水乾燥処理により、150mg/kg以下、好ましくは120mg/kg以下、より好ましくは100mg/kg以下、更に好ましくは80mg/kg以下に制御される。本発明の方法により得られるオルガノポリシロキサン化合物の感触の観点からは、水分濃度の下限は0mg/kg以上であってよいが、前記(a)及び(b)工程における操作の効率性の観点から、5mg/kg以上が好ましく、10mg/kg以上がより好ましく、30mg/kg以上が特に好ましい。
(溶媒除去)
本発明では、必要に応じて、得られる反応液から溶媒を除去することが好ましい。反応液からの溶媒の除去は、好ましくは100〜200℃、より好ましくは120〜170℃の条件下で行うことができる。
一つの好ましい実施態様において、生産効率の観点から、特開平10−279690号公報に記載の二軸スクリューを有する脱溶媒機を用いて溶媒除去をすることができる。この脱溶媒機は、槽底より二軸のスクリュー上端までの空間を有効容積として有し、この有効容積の上部には、原料供給口から乾燥物排出口にかけて一様な空間が蒸発室として存在し、蒸発室の天井部には、減圧ラインにつながる脱気孔が設けられる。
溶媒除去は、得られる変性オルガノポリシロキサンの着色を抑制する観点から、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
本発明の方法により得られるオルガノポリシロキサン化合物は、ベタつきがなく感触が良好である。ベタつきの度合いはタック性から判断できる。タック性は、例えば、タック性試験機を用いて測定することができる。本発明において、25℃におけるタック性は、ベタつきのない良好な感触の観点から、70gf以下が好ましい。
また、本発明の方法により得られるオルガノポリシロキサン化合物は、エタノールに溶解することができる。エタノールへの溶解性は、オルガノポリシロキサン化合物をエタノールに溶解させたときの透過率から判断できる。透過率は、例えば、UV−可視分光光度計を用いて測定することができる。本発明において、透過率は、下記の(透過率の測定)で記載した条件において60〜100%であることが好ましい。
(分子量の測定)
以下の実施例及び比較例において、オルガノポリシロキサンセグメントの質量比とは核磁気共鳴法(1H−NMR)から求めた値であり、また最終生成物の重量平均分子量は、計算値である。ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)の数平均分子量及び重量平均分子量は、下記の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)より求めた。
測定条件
カラム:K−804L(商品名、昭和電工(株)製)を直列に2つ連結したものを用いた。
溶離液:1mmol/L ファーミンDM20(商品名、花王(株)製)/クロロホルム
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
検出器:示差屈折率計
サンプル:5mg/mL,100μL
ポリスチレン換算
実施例においてオルガノポリシロキサンセグメントの分子量は、側鎖一級アミノプロピル変性オルガノポリシロキサンの重量平均分子量と略同一であり、側鎖一級アミノプロピル変性オルガノポリシロキサンの重量平均分子量は、下記の方法で側鎖一級アミノプロピル変性オルガノポリシロキサンのアセチル化を行なった後、前記(N−プロピオニルエチレンイミン)の重量平均分子量と同一の測定条件でGPCにより求めた。
<側鎖一級アミノプロピル変性オルガノポリシロキサンのアセチル化>
冷却管を備えた丸底フラスコに、クロロホルム90gと側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン10gとを加え、均一に溶解した。次いで、無水酢酸を側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサンのアミノ基に対して当量加え、撹拌しながら還流下8時間アミノ基をアセチル化した。放冷後、減圧下溶媒を除去し、分子量測定用のサンプルとした。
(水分濃度の測定)
溶液中の水分濃度は、下記装置を用いて測定した。なお、環状イミノエーテル化合物溶液及び変性オルガノポリシロキサン溶液中の水分濃度は実測値であり、変性オルガノポリシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液との反応混合液中の水分濃度は、仕込み量からの計算値である。
装置:カールフィッシャー水分測定装置(商品名:CA−06、三菱化学(株)製)
陰極側試薬:アクアミクロンCK(商品名、三菱化学(株)製)
陽極側試薬:アクアミクロンAU(商品名、三菱化学(株)製):アクアミクロンCM(商品名、三菱化学(株)製)=20:80(容量%)
(透過率の測定)
エタノールへの溶解性は、透過率から判断した。測定条件は以下の通りである。
装置:UV−可視分光光度計(商品名:UV−2550、(株)島津製作所製)
セル:石英セル
光路長:10mm
波長:650nm
サンプル:2質量%エタノール溶液
(タック性の測定)
ベタつきの度合いはタック性から判断した。測定条件は以下の通りである。
装置:タック性試験機(商品名:LT25A−500、(株)レスカ製)
圧子:直径5mmSUS製円形圧子
押し込み速度:120mm/分
Preload:200gf(1.96N)
Press Time:1.0秒
引き上げ速度:600mm/分
サンプル厚み:5mm
測定温度:25℃
実施例1
2−エチル−2−オキサゾリン12.9g(0.13モル)と酢酸エチル27.7gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ(商品名:ゼオラムA−4、東ソー(株)製)2.0gで28℃15時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は94mg/kgであった。
また、側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン(商品名:KF−8015、信越シリコーン(株)製、重量平均分子量100000、アミン当量20000)100gと酢酸エチル203gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ15.2gで28℃15時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は89mg/kgであった。
上記の脱水2−エチル−2−オキサゾリンの酢酸エチル溶液に硫酸ジエチル0.77g(0.005モル)を加え、窒素雰囲気下8時間、80℃で加熱還流し、末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)を合成した。GPCにより測定した数平均分子量は2700、重量平均分子量は3400であった。
この末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液を30℃まで冷却後、上記の脱水した側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液を一括して加え、10時間、80℃で加熱還流した。側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液との反応混合液中の水分濃度は90mg/kgであった。
反応混合物を減圧濃縮し、N−プロピオニルエチレンイミン−ジメチルシロキサン共重合体を白色ゴム状固体(108g、収率95%)として得た。最終生成物におけるオルガノポリシロキサンセグメントの質量比は0.87、最終生成物の重量平均分子量は115000であった。
実施例2
2−エチル−2−オキサゾリン12.9g(0.13モル)と酢酸エチル27.7gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ(商品名:ゼオラムA−4、東ソー(株)製)2.0gで28℃0.5時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は200mg/kgであった。
また、側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン(商品名:KF−8015、信越シリコーン(株)製、重量平均分子量100000、アミン当量20000)100gと酢酸エチル203gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ15.2gで28℃15時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は19mg/kgであった。
上記の脱水2−エチル−2−オキサゾリンの酢酸エチル溶液に硫酸ジエチル0.77g(0.005モル)を加え、窒素雰囲気下8時間、80℃で加熱還流し、末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)を合成した。GPCにより測定した数平均分子量は2800、重量平均分子量は3500であった。
この末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液を30℃まで冷却後、上記の脱水した側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液を一括して加え、10時間、80℃で加熱還流した。側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液との反応混合液中の水分濃度は41mg/kgであった。
反応混合物を減圧濃縮し、N−プロピオニルエチレンイミン−ジメチルシロキサン共重合体を白色ゴム状固体(106g、収率93%)として得た。最終生成物におけるオルガノポリシロキサンセグメントの質量比は0.87、最終生成物の重量平均分子量は112000であった。
実施例3
2−エチル−2−オキサゾリン12.9g(0.13モル)と酢酸エチル27.7gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ(商品名:ゼオラムA−4、東ソー(株)製)1.0gで28℃0.5時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は308mg/kgであった。
側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン(商品名:KF−8015、信越シリコーン(株)製、重量平均分子量100000、アミン当量20000)100gと酢酸エチル203gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ15.2gで28℃15時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は42mg/kgであった。
上記の脱水2−エチル−2−オキサゾリンの酢酸エチル溶液に硫酸ジエチル0.77g(0.005モル)を加え、窒素雰囲気下8時間、80℃で加熱還流し、末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)を合成した。GPCにより測定した数平均分子量は2600、重量平均分子量は3200であった。
この末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液を30℃まで冷却後、上記の脱水した側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液を一括して加え、10時間、80℃で加熱還流した。側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液との反応混合液中の水分濃度は74mg/kgであった。
反応混合物を減圧濃縮し、N−プロピオニルエチレンイミン−ジメチルシロキサン共重合体を白色ゴム状固体(107g、収率94%)として得た。最終生成物におけるオルガノポリシロキサンセグメントの質量比は0.88、最終生成物の重量平均分子量は114000であった。
実施例4
2−エチル−2−オキサゾリン12.9g(0.13モル)と酢酸エチル27.7gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ(商品名:ゼオラムA−4、東ソー(株)製)0.5gで28℃0.5時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は597mg/kgであった。
また、側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン(商品名:KF−8015、信越シリコーン(株)製、重量平均分子量100000、アミン当量20000)100gと酢酸エチル203gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ15.2gで28℃15時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は86mg/kgであった。
上記の脱水2−エチル−2−オキサゾリンの酢酸エチル溶液に硫酸ジエチル0.77g(0.005モル)を加え、窒素雰囲気下8時間、80℃で加熱還流し、末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)を合成した。GPCにより測定した数平均分子量は2300、重量平均分子量は3000であった。
この末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液を30℃まで冷却後、上記の脱水した側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液を一括して加え、10時間、80℃で加熱還流した。側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液との反応混合液中の水分濃度は147mg/kgであった。
反応混合物を減圧濃縮し、N−プロピオニルエチレンイミン−ジメチルシロキサン共重合体を白色ゴム状固体(108g、収率95%)として得た。最終生成物におけるオルガノポリシロキサンセグメントの質量比は0.87、最終生成物の重量平均分子量は115000であった。
比較例1
2−エチル−2−オキサゾリン12.9g(0.13モル)と酢酸エチル27.7gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ(商品名:ゼオラムA−4、東ソー(株)製)2.0gで28℃15時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は54mg/kgであった。
また、側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン(商品名:KF−8015、信越シリコーン(株)製、重量平均分子量100000、アミン当量20000)100gと酢酸エチル203gとを混合し、混合液をモレキュラーシーブ15.2gで28℃0.5時間脱水を行った。脱水後の混合液中の水分濃度は232mg/kgであった。
上記の脱水2−エチル−2−オキサゾリンの酢酸エチル溶液に硫酸ジエチル0.77g(0.005モル)を加え、窒素雰囲気下8時間、80℃で加熱還流し、末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)を合成した。GPCにより測定した数平均分子量は2600、重量平均分子量は3300であった。
この末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液を30℃まで冷却後、上記の脱水した側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液を一括して加え、10時間、80℃で加熱還流した。側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)溶液との反応混合液中の水分濃度は214mg/kgであった。
反応混合物を減圧濃縮し、N−プロピオニルエチレンイミン−ジメチルシロキサン共重合体を白色ゴム状固体(108g、収率95%)として得た。最終生成物におけるオルガノポリシロキサンセグメントの質量比は0.88、最終生成物の重量平均分子量は114000であった。
実施例1〜4及び比較例1に関し、変性オルガノポリシロキサン溶液中の水分濃度、変性オルガノポリシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液との反応混合液(表中、「混合溶液」として示す)中の水分濃度、並びに得られたオルガノポリシロキサン化合物におけるタック性及び透過性について、表1に示す。
Figure 2011144365
表1の結果から明らかなように、変性オルガノポリシロキサン溶液と末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液との反応混合液中の水分濃度が150mg/kgを超えた比較例1のオルガノポリシロキサン化合物は、タック性が高くベタつきがあり、また、エタノールに溶解させたときの透過率が低くエタノールへの溶解性に劣るものであった。これに対して、実施例1〜4のオルガノポリシロキサン化合物はいずれも、タック性が低くベタつきがなく感触が良好であり、しかもエタノールへの高い溶解性を有していた。
参考例1
撹拌機を備えた200mlの2口フラスコに、2−エチル−2−オキサゾリン50g、酢酸エチル50g、モレキュラーシーブ(商品名:ゼオラムA−4、東ソー(株)製)5gを入れ、室温(28℃)で窒素下に撹拌しながら脱水を行い、所定時間ごとにサンプリングを行い、水分濃度を測定した。
参考例2
2−エチル−2−オキサゾリンの量を100gに変更し、酢酸エチルを添加しなかったこと以外は参考例1と同様にして脱水処理及び水分濃度の測定を行った。
参考例3
脱水処理温度を50℃に変更したこと以外は参考例1と同様にして脱水処理及び水分濃度の測定を行った。
参考例1〜3の結果を表2に示す。表2中、「−」は未測定を意味する。
Figure 2011144365
参考例4
撹拌機を備えた200mlの2口フラスコに、側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサン(重量平均分子量30000、アミン当量2000)33g、酢酸エチル66g、モレキュラーシーブ5gを入れ、室温(28℃)で窒素下に撹拌しながら脱水を行い、所定時間ごとにサンプリングを行い、水分濃度を測定した。
参考例5
側鎖一級アミノプロピル変性ポリジメチルシロキサンの量を100gに変更し、酢酸エチルを添加しなかったこと以外は参考例4と同様にして脱水処理及び水分濃度の測定を行った。
参考例6
脱水処理温度を50℃に変更したこと以外は参考例4と同様にして脱水処理及び水分濃度の測定を行った。
参考例4〜6の結果を表3に示す。表3中、「−」は未測定を意味する。
Figure 2011144365
表2及び3の結果から、(i)2−エチル−2−オキサゾリン溶液及びシリコーン溶液のいずれにおいても、溶媒である酢酸エチルを含有しない場合、溶媒を含有する場合に比べて、初期の水分濃度は低いが、脱水処理時間が長くなること、及び(ii)脱水処理温度は、50℃と高くするよりも室温(28℃)の方が短時間で効率的に脱水できることがわかる。
本発明の方法により得られるオルガノポリシロキサン化合物は、ベタつきがなく感触が良好であり、かつ、エタノールに均一に溶解することができるため、化粧品用基剤として好適に用いられる。

Claims (3)

  1. オルガノポリシロキサンのセグメントの末端及び/又は側鎖に、下記一般式(1)で表される繰返し単位からなるポリ(N−アシルアルキレンイミン)のセグメントが結合してなるオルガノポリシロキサン化合物の製造方法であって、
    (a)下記一般式(I)で表される環状イミノエーテル化合物を溶媒と混合して得られる環状イミノエーテル化合物溶液中で開環重合して、末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液を調製する工程、
    (b)分子鎖の末端及び/又は側鎖にアミノ基を有する変性オルガノポリシロキサンを溶媒と混合して得られる変性オルガノポリシロキサン溶液を脱水乾燥して、前記工程(a)で得られる末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液と該変性オルガノポリシロキサン溶液とを混合した後の混合液中の水分濃度が150mg/kg以下となるようにする工程、及び
    (c)前記工程(b)で得られた変性オルガノポリシロキサン溶液と前記工程(a)で得られた末端反応性ポリ(N−アシルアルキレンイミン)溶液とを混合し反応させる工程
    を含む、オルガノポリシロキサン化合物の製造方法。
    Figure 2011144365
    (前記一般式(1)中、R1は、水素原子、炭素数1〜22のアルキル基、アラルキル基、又はアリール基を表し、nは2又は3を表す。)
    Figure 2011144365
    (前記一般式(I)中、R1及びnは、前記一般式(1)におけるR1及びnと同義である。)
  2. 前記変性オルガノポリシロキサンが下記一般式(II)で表される化合物である、請求項1に記載のオルガノポリシロキサン化合物の製造方法。
    Figure 2011144365
    (式中、R2は、それぞれ独立に炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基を示し、R6及びR7は、それぞれ独立に炭素数1〜22のアルキル基又はフェニル基を表すか又は下式(vii)〜(xi)のいずれかで表される置換基を表し、R8は、下式(vii)〜(xi)のいずれかで表される置換基を表す。pは、2〜4000の整数を表し、qは、2〜150の整数を表す。)
    Figure 2011144365
  3. 前記工程(b)において、前記変性オルガノポリシロキサン溶液の水分濃度が100mg/kg以下となるまで前記変性オルガノポリシロキサン溶液を脱水乾燥する、請求項1又は2に記載のオルガノポリシロキサン化合物の製造方法。
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