JP2012522117A - 分岐オルガノポリシロキサン - Google Patents

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Abstract

本発明は分岐オルガノポリシロキサンならびにその調製および使用に関する。分岐オルガノポリシロキサンはアルコキシシランの少なくとも1つのケイ素と結合したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンとのホスファゼン触媒の存在下での反応により調製される。得られる分岐オルガノポリシロキサンは、他のシロキサン重縮合触媒を用いる場合よりゲル化する傾向が少ないので、硬化して高弾性シールとなることができる湿気硬化性封止材組成物における使用に適切であり得る。ホスファゼン触媒は重合生成物中の望ましくない低分子量環状シリコーンの含有量が低いという利点も有する。

Description

本出願は2009年3月30日出願の米国特許出願第61/164990号の優先権を主張する。
本発明は分岐オルガノポリシロキサンならびにその調製および使用に関する。分岐の語は本発明では3つ以上の末端基を有するポリマーを表すのに用いられる。
オルガノポリシロキサンは、例えば封止材、消泡剤、エラストマー、感圧接着剤、もしくは離型剤としての、またはヘアケア、他のパーソナルケアもしくはハウスホールドケア組成物における幅広い使用を有する。これらの使用のいくつかでは、分岐オルガノポリシロキサンは線状オルガノポリシロキサンに優る利点を有する。例えば、分岐オルガノポリシロキサンは線状材料と比較して消泡剤としての向上した特性を示す。
我々は分岐オルガノポリシロキサンが硬化して高弾性シールとなる封止材組成物において有用であることも見出した。線状ポリシロキサンと比較して、それらは未硬化封止材のレオロジーを許容範囲内に維持しながらより高弾性の封止材の配合を可能にする。
我々はパーソナルケア製品、とくに皮膚または毛髪に塗布される化粧品配合において、分岐オルガノシロキサンが線状オルガノポリシロキサンと比較して向上したその洗い流し耐性のため有用であることも見出した。
分岐オルガノポリシロキサンは一般に、Si−OH基のような官能基を含有する線状オルガノポリシロキサンの1分子当たり3つ以上の反応基を含有するアルコキシシランまたは他の分岐剤との重縮合反応により調製することができる。しかしながら、分岐は必ずしも制御が容易であるとは限らず、ゲル化をもたらし得る。分岐構造はSi−H基のアルケニル基とのヒドロシリル化反応により分岐を導入する場合制御することができるが、これはSi−H基を含有する特別なポリシロキサン出発材料および高価な白金触媒の使用を要する。
本発明によるアルコキシシランの少なくとも1つのケイ素に結合したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンとの反応による分岐オルガノポリシロキサンの調製プロセスでは、反応がホスファゼン触媒の存在下で行われることを特徴とする。
本発明はまた、上述のような分岐オルガノポリシロキサン、オルガノポリシロキサンと反応する架橋剤およびシロキサン縮合の触媒を含む、硬化して高弾性シールとなることができる湿気硬化性封止材組成物を含む。
別の態様から、本発明はアルコキシシランの少なくとも1つのケイ素と結合したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンとのホスファゼン触媒の存在下での分岐オルガノポリシロキサン反応物の、硬化して高弾性シールとなることができる湿気硬化性封止材組成物としての使用を含む。
我々は、重縮合反応におけるホスファゼン触媒の使用が、他のシロキサン重縮合触媒を用いる場合よりゲル化する傾向が少なく、硬化して高弾性シールとなることができる湿気硬化性封止材組成物に用いるのに適した分岐オルガノポリシロキサンを生成することを見出した。ホスファゼン触媒は重合生成物中の望ましくない低分子量環状シリコーンの含有量が低いという利点も有する。
実質的に線状のオルガノポリシロキサンは一般的には平均2つ以上のケイ素に結合したヒドロキシルまたは加水分解性基、好適には末端ヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する。ポリマーは例えば一般式
−A’−X (1)
を有することができ、式中、XおよびXは単独でヒドロキシルまたは加水分解性置換基を含有するケイ素含有基から選択され、A’はポリマー鎖を表す。ヒドロキシルおよび/または加水分解性置換基を組み込むXまたはX基の例としては、下記:
−Si(OH)、−(R)Si(OH)、−(RSiOH、−RSi(OR、−Si(OR、−R SiOまたは−R Si−R−SiR (OR3−pのように終端する基が挙げられ、式中、各Rは単独で一価ヒドロカルビル基、例えば、とくに1〜8個の炭素原子を有するアルキル基を表し(好適にはメチル基であり);各Rおよび各R基は単独でアルキルまたはアルコキシ基であり、アルキル基は適切には最大6個の炭素原子を有し;Rは最大6個のケイ素原子を有する1つ以上のシロキサンスペーサが介在し得る二価炭化水素基であり;pは0、1または2の値を有する。式−(RSiOHの末端ブロック基がとくに好ましくあり得る。線状オルガノポリシロキサンは少量、例えば20%未満の式R SiO1/2の非反応性末端ブロック基を含むことができる。
ポリマー鎖A’は好適には式(2)
−(R SiO)− (2)
のシロキサン単位を含むポリジオルガノシロキサン鎖であり、式中、各Rは単独で1〜18個の炭素原子を有する炭化水素基、1〜18個の炭素原子を有する置換炭化水素基または最大18個の炭素原子を有する炭化水素オキシ基のような有機基である。
炭化水素基Rの例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ビニル、シクロへキシル、フェニルおよびトリル基が挙げられる。置換炭化水素基は炭化水素基中に別の置換基、例えば塩素、フッ素、臭素もしくはヨウ素のようなハロゲン原子、アクリル、メタクリル、アルコキシもしくはカルボキシルのような酸素原子含有基、アミノ、アミドもしくはシアノ基のような窒素原子含有基、またはメルカプト基のような硫黄原子含有基で置き換えられる1個以上の水素原子を有する。置換炭化水素基の例としては、3,3,3−トリフルオロプロピル、クロロフェニル、β−(ペルフルオロブチル)エチルまたはクロロシクロへキシル基のような塩素またはフッ素で置換されるプロピル基が挙げられる。好適には少なくともいくつか、より好適にはほぼすべての基Rはメチルである。好適にはポリジオルガノシロキサンはポリジアルキルシロキサン、もっとも好適にはポリジメチルシロキサンである。
式(2)の単位を含むポリジオルガノシロキサンはホモポリマーまたはコポリマーであってもよい。異なるポリジオルガノシロキサンの混合物も適している。ポリジオルガノシロキサンコポリマーの場合、ポリマー鎖は上記式(2)で表した単位の鎖からなるブロックの組み合わせを含むことができ、式中、2つのR基は:
ともにアルキル基(好適にはともにメチルまたはエチル)、
アルキルおよびフェニル基、
アルキルおよびフルオロプロピル、
アルキルおよびビニル、または
アルキルおよび水素基
である。一般的には、少なくとも1つのブロックはR基が両方アルキル基であるシロキサン単位を含むだろう。
ポリマー(A)はあるいは上記式(2)で表したタイプのシロキサン基の少なくとも1つのブロックおよびいずれかの適切な有機ポリマー鎖を含む少なくとも1つのブロックを含むブロックコポリマー骨格を有することができる。適切な有機ポリマー鎖はポリアクリル、ポリイソブチレンおよびポリエーテル鎖である。
少なくとも1つのケイ素に含有したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンは、一般的にはその25℃での粘度が5mPa.s〜5000mPa.s、好適には10mPa.s〜500mPa.sとなるような重合度を有する。
線状オルガノポリシロキサンと反応するアルコキシシランは好適には1分子当たり平均3個以上のケイ素結合アルコキシ基を含有する。アルコキシ基は好適にはそれぞれ1〜4個の炭素原子を有し、もっとも好適にはメチルまたはエチル基である。アルコキシシランは例えば式R’Si(OR)のトリアルコキシシランを含むことができ、式中、Rは1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を表し、R’は1〜18個の炭素原子を有する一価炭化水素または置換炭化水素基を表す。こうした基R’の例としては、アルキル基、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、2−エチルヘキシル、ラウリルまたはステアリル;シクロアルキル基、例えばシクロペンチルまたはシクロへキシル;アルケニル基、例えばビニル、アリルまたはヘキセニル;アリール基、例えばフェニルまたはトリル;アラルキル基、例えば2−フェニルエチル;および前記有機基中の水素のすべてまたは一部をハロゲン原子で置き換えることにより得られる基、例えば3,3,3−トリフルオロプロピルが挙げられる。好適なトリアルコキシシランの例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシランおよび3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシランが挙げられる。例えば6〜18個の炭素原子を有する長鎖アルキル基R’を有するトリアルコキシシラン、例えばn−オクチルトリメトキシシランは、線状オルガノポリシロキサンと反応し、分岐点で長鎖アルキル基、例えばオクチル基を有する分岐オルガノポリシロキサンを形成する。こうした長鎖アルキル基の存在は、分岐オルガノポリシロキサンの有機材料、例えば炭化水素溶剤または有機ポリマーとの相溶性を向上させる。
アルコキシシランはあるいはテトラエトキシシラン(テトラエチルオルソシリケート)のようなテトラアルコキシシランとすることができる。線状オルガノポリシロキサンのテトラアルコキシシランとの反応はポリシロキサン鎖中のSi−アルコキシ官能基および分岐を有する分岐オルガノポリシロキサンを形成することができる。
アルコキシシランは、いくつかのアルコキシ基を加水分解および縮合してシロキサン結合を形成し、いくつかのアルコキシ基をケイ素に結合したままにした部分縮合アルコキシシランとすることができる。こうした部分縮合アルコキシシランは好適には1分子あたり平均3つ以上のケイ素に結合したアルコキシ基を含有する。アルコキシシランは例えばオリゴマー部分縮合トリアルコキシシランとすることができる。こうしたオリゴマーは分岐構造およびSi−アルコキシ基を有し、さらなる分岐部位をもたらすことができる。テトラアルコキシシランは部分縮合形態で用いることもでき、例えばSiO分岐単位を含有する部分縮合テトラエトキシシランは広く利用可能である。
アルコキシシランおよび少なくとも1つのケイ素に結合したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンは、好適にはアルコキシシラン中のSi結合アルコキシ基の実質的に線状のオルガノポリシロキサン中のヒドロキシルまたは加水分解性基に対するモル比が1:100〜1:1、より好適には1:40〜1:2となる量で反応する。実質的に線状のオルガノポリシロキサンがヒドロキシル基ではなく加水分解性基を有する場合、反応中に制御された量の水分が存在することが適切であり得る。分岐オルガノポリシロキサンは反応性末端Si−OHまたはSi−アルコキシ基を含有することができる。
アルコキシシランのヒドロキシル含有実質的に線状のオルガノポリシロキサンとの反応のホスファゼン触媒は、一般的には少なくとも1つの−(N=P<)−単位を含有し、通常は最大10個のこうしたホスファゼン単位を有する、例えば平均1.5〜5個のホスファゼン単位を有するオリゴマーである。ホスファゼン触媒は、例えばハロホスファゼン、とくにクロロホスファゼン(塩化ホスホニトリル)、酸素含有ハロホスファゼン、ホスファゼン塩基またはホスファゼニウム塩のようなホスファゼンのイオン誘導体、とくにペルクロロオリゴホスファゼニウム塩のようなハロゲン化ホスホニトリルのイオン誘導体とすることができる。
1つのとくに適切なタイプのホスファゼン触媒は酸素含有ハロホスファゼン、とくに酸素含有クロロホスファゼンである。こうした酸素含有クロロホスファゼンは、例えば式Cl(PCl=N)−P(O)ClまたはHO(PCl=N)−P(O)Clを有することができる。nの平均値は、例えば1〜10、とくに1〜5の範囲内とすることができる。触媒は式HO(PCl=N)−P(O)Clの触媒の互変異性体を含むこともできる。別のタイプの適切な酸素含有クロロホスファゼンは式Z’O(PCl=N)−P(O)Clを有し、式中、Z’は酸素によってリンと結合した有機ケイ素ラジカル、例えば式R”SiO(PCl=N)−P(O)Clのホスファゼン触媒を表し、式中、各R”は1〜18個の炭素原子を有する一価炭化水素または置換炭化水素基を表す。触媒はこうした有機ケイ素含有ホスファゼンの縮合物を含むこともできる。上記酸素含有ホスファゼンのいずれかにおける塩素原子のすべてまたはいくつかはラジカルQにより置き換えることができ、Qはヒドロキシル基、アルコキシラジカルまたはアリールオキシラジカルのような一価有機ラジカル、塩素以外のハロゲン原子、有機ケイ素ラジカルおよびリン含有ラジカルを表すが、これは好ましくない。
別の適切なタイプのホスファゼン触媒は式
[ClP−(N=PClCl]
のペルクロロオリゴホスファゼニウム塩であり、式中、nは1〜10の範囲内の平均値を有し、Zはアニオンを表す。アニオンは好適には錯アニオンであり、例えば式MXv+1を有することができ、式中、Mは1.0〜2.0のポーリングスケール上の電気陰性度および価数vを有する元素であり、Xはハロゲン原子である。元素Mは例えばリンまたなアンチモンとすることができる。アニオンZはあるいは、米国特許第5457220号に記載されるように、式[MXv−y+1 の錯アニオンとすることができ、式中、Rは1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、yは0〜vの値を有する。
ホスファゼン触媒は、米国特許第6001928号、同第6054548号または同第6448196号に記載されるように、あるいはホスファゼン塩基、とくにアミノ化ホスファゼンとすることができる。こうしたホスファゼン塩基はペルクロロオリゴホスファゼニウム塩の第二級アミンとの反応およびその後の塩基性求核剤とのイオン交換反応により形成することができる。第二級アミンは、例えば式HNR を有し、クロロホスファゼンオリゴマーのいくつかまたはすべては−NR 基により置き換えられる。
ホスファゼン触媒は、一般的にはアルコキシシランおよび実質的に線状のオルガノポリシロキサンの総重量に対して100万分の1または2〜200部で、例えば100万分の5〜50部で存在する。アルコキシシランと実質的に線状のオルガノポリシロキサンとの間の反応は周囲温度で行うことができるが、好適には高温、例えば50〜100℃の範囲内で行われる。
本発明のプロセス中の重合の程度は、好適には生成される分岐オルガノポリシロキサンが出発オルガノポリシロキサンのMwの少なくとも5倍、より好適には少なくとも10倍の重量平均分子量Mwを有するほどである。Mwはゲル透過クロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。生成される分岐オルガノポリシロキサンのMwは好適には少なくとも10,000、より好適には少なくとも100,000であり、1,000,000以上であってもよい。反応は、所望の重合度に達した後、中和剤を添加することにより終了することができる。中和剤は、米国特許第5457220号に記載される触媒の場合、例えばトリアルキルアミンとすることができる。
上記プロセスにおいてホスファゼン触媒を用いて得られる分岐オルガノポリシロキサンは高い重量平均分子量Mwを有し、広い分子量分布を示す。分岐オルガノポリシロキサンは許容可能なレオロジーを有する、すなわち、未硬化時、その高Mwにもかかわらず、成形できないほどには硬くない。
アルコキシシランと実質的に線状のオルガノポリシロキサンとの間の反応は不活性希釈剤の存在下で、またはいずれかの希釈剤の非存在下で行うことができる。液体希釈剤の存在は一般的には流体物を維持しながらより高い分子量の分岐ポリマーの形成を可能にする。液体希釈剤は例えば実質的に線状のオルガノポリシロキサンおよび/もしくはアルコキシシランの溶剤とすることができ、または非溶剤とすることができる。希釈剤はシリコーン系および/または有機物系希釈剤とすることができ、一般的にはアルコキシシランまたは実質的に線状のオルガノポリシロキサンと反応する基を有さないように選択される。希釈剤はその存在が生成される分岐オルガノポリシロキサンをベースとする最終製品配合において増量剤および/または可塑剤として望ましい物質から選択することができる。
いずれかの適切な溶剤、または希釈剤もしくは希釈剤の組み合わせを反応混合物に用いることができる。一般に、国際公開第2006/106362号に用いられる増量剤のいずれかを用いることができる。これらとしては、以下のそれぞれの単体またはリストの他のものとの組み合わせが挙げられる:
線状(例えばn−パラフィン系)鉱油、分岐(イソパラフィン系)鉱油、および/または環状(いくつかの従来技術ではナフテン系と称される)鉱油を含む鉱油留分のような、油留分中の炭化水素が1分子当たり5〜25個の炭素原子を含む炭化水素油;
アルキル基が好適にはメチル基であり、各アルキル基が同じまたは異なっていてもよく、1〜6個の炭素原子を含むが好適にはメチル基であり、好適には25℃で100〜100000mPa.s、もっとも好適には25℃で1000〜60000mPa.sの粘度を有するトリアルキルシリル末端ポリジアルキルシロキサン;
ポリイソブチレン(PIB);
トリオクチルホスフェートのようなホスフェートエステル;
ポリアルキルベンゼン、重アルキレートのような線状および/または分岐アルキルベンゼン、ドデシルベンゼン、ならびに他のアルキルアレーン;
脂肪族モノカルボン酸のエステル;
8〜25個の炭素原子を含有する線状もしくは分岐アルケンまたはその混合物のような線状または分岐モノ不飽和炭化水素;
天然油およびその誘導体。
好適な希釈剤としては、鉱油留分、アルキル脂環式化合物およびポリアルキルベンゼンを含むアルキルベンゼンが挙げられる。鉱油留分のいずれかの適切な混合物を希釈剤として用いることができるが、例えば220より高い分子量を有する高分子量増量剤がとくに好ましい。例としては、1〜99%、好適には15〜80%のn−パラフィン系および/またはイソパラフィン系炭化水素(線状分岐パラフィン系)、1〜99%、好適には85〜20%の環状炭化水素(ナフテン系)、ならびに最大3%、好適には最大1%の芳香族炭素原子を含有する220より高い分子量のアルキルシクロヘキサン、パラフィン系炭化水素およびそれらの混合物が挙げられる。環状パラフィン系炭化水素(ナフテン系)は環状および/または多環式炭化水素を含有することができる。
多くの製品中に増量剤または可塑剤として保持するのに適した好適な代替希釈剤は、非鉱物系天然油、すなわち石油からではなく、動物、種子または堅果から得られる油を含む。こうした天然油は一般的には脂肪酸の混合物、とくにいくつかの不飽和脂肪酸を含有する混合物のトリグリセリドである。天然油を含有する希釈剤は例えばいくつかのパーソナルケア製品に用いるのに好適であり得る。希釈剤はエステル交換植物油、ボイル天然油、吹込天然油、またはスタンド油(熱重合油)のような天然油の誘導体とすることができる。
希釈剤として用いるのに適したアルキルベンゼン化合物としては、重アルキレートアルキルベンゼンおよびアルキル脂環式化合物が挙げられる。希釈剤として有用なアルキル置換アリール化合物の例は、アリール基、とくにアルキルおよび場合によっては他の置換基により置換されるベンゼン、ならびに少なくとも200の分子量を有する化合物である。増量剤として有用なこうした希釈剤の例は米国特許第4312801号に記載されている。
用いられる場合、希釈剤の量は、例えばアルコキシシラン、実質的に線状のオルガノポリシロキサンおよび希釈剤の総重量の最大70%、通常5〜70%とすることができる。分岐オルガノポリシロキサン配合においてその存在が増量剤または可塑剤として必要な希釈剤は、アルコキシシラン、実質的に線状のオルガノポリシロキサンおよび希釈剤の総重量の25〜60%で用いられることが多いだろう。分岐オルガノポリシロキサン配合においてその存在が必要な非反応性添加剤、例えば熱安定剤、難燃剤、UV安定剤、殺菌剤、殺生物剤または香料は希釈剤中に溶解することができる。
希釈剤はあるいは、好適には30〜100℃の範囲内の融点を有する、ワックスのような固体とすることができる。ワックスは例えば石油由来ワックスのような炭化水素ワックス、またはビーワックス、ラノリン、タロウ、カルナバ、カンデリラ、トリベヘニンもしくは「バター」と称されるより軟質のワックス、例えばマンゴバター、シアバターもしくはココナツバターを含む植物の種子、果実、堅実もしくは核種から得られるワックスのようなカルボン酸エステルを含むワックスとすることができる。ワックスはあるいはポリエーテルワックスまたはシリコーンワックスとすることができる。
本発明に従って生成される分岐オルガノポリシロキサンは封止材および消泡剤に用いるのにとくに適しているが、パーソナルケア製品および感圧接着剤においても有用である。任意で希釈剤を含有する分岐オルガノポリシロキサン生成物は、分岐オルガノポリシロキサン配合が溶液またはエマルジョン形態であることを要する場合、有機溶剤中で溶解または水中で乳化することができる。封止材用途について、任意で希釈剤を含有する分岐オルガノポリシロキサン生成物は、一般的にはさらなる希釈なしに封止材配合に用いられる。
上述のように調製した分岐オルガノポリシロキサンを含む封止材組成物は、好適には分岐オルガノポリシロキサン、分岐オルガノポリシロキサンと反応する架橋剤およびシロキサン縮合の触媒を含む湿気硬化性封止材組成物である。
こうした封止材組成物中の架橋剤は一般的には分岐オルガノポリシロキサンのSi−OHおよび/またはSi−アルコキシ末端基と反応する基を有する。架橋剤は、分岐オルガノポリシロキサンのケイ素結合ヒドロキシルまたはアルコキシ基と反応する好適には少なくとも2つの、好適には少なくとも3つの基を含有する。架橋剤の反応性基は好適にはケイ素結合加水分解性基である。架橋剤は、例えばシランまたは短鎖オルガノポリシロキサン、例えば2〜約100個のシロキサン単位を有するポリジオルガノシロキサンとすることができる。こうしたオルガノポリシロキサンの分子構造は直鎖、分岐、または環状とすることができる。架橋剤はあるいはケイ素結合加水分解性基により置換される有機ポリマーとすることができる。
架橋剤中の加水分解性基は、例えばアシルオキシ基(例えば、アセトキシ、オクタノイルオキシ、およびベンゾイルオキシ基);ケトキシミノ基(例えばジメチルケトキシモ、およびイソブチルケトキシミノ);アルコキシ基(例えばメトキシ、エトキシ、およびプロポキシ)および/またはアルケニルオキシ基(例えばイソプロペニルオキシおよび1−エチル−2−メチルビニルオキシ)から選択することができる。
架橋剤が1分子当たり3つのケイ素結合加水分解性基を有するシランである場合、4つめの基は適切には非加水分解性ケイ素結合有機基である。これらのケイ素結合有機基は適切には任意でフッ素および塩素のようなハロゲンにより置換されるヒドロカルビル基である。こうした4つめの基の例としては、アルキル基(例えばメチル、エチル、プロピル、およびブチル);シクロアルキル基(例えばシクロペンチルおよびシクロへキシル);アルケニル基(例えばビニルおよびアリル);アリール基(例えばフェニル、およびトリル);アラルキル基(例えば2−フェニルエチル)および前記有機基中の水素のすべてまたは一部をハロゲンで置き換えることにより得られる基が挙げられる。好適には4つめのケイ素結合有機基はメチルまたはエチルである。
架橋剤の例としては、アシルオキシシラン、とくにメチルトリアセトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン、ジ−ブトキシジアセトキシシランおよび/またはジメチルテトラアセトキシジシロキサンのようなアセトキシシラン、ならびにフェニル−トリプロピオノキシシランも挙げられる。架橋剤は、メチルトリス(メチルエチルケトキシモ)シラン、ビニル−トリス(メチルエチルケトキシモ)シラン、またはアルコキシトリオキシモシランのようなオキシム官能性シランとすることができる。架橋剤は、アルコキシシラン、例えばメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシランもしくはエチルトリメトキシシランのようなアルキルトリアルコキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、エチルポリシリケート、n−プロピルオルソシリケートもしくはエチルオルソシリケートのようなアルケニルトリアルコキシシラン、またはメチルトリス(イソプロペノキシ)シランもしくはビニルトリス(イソプロペノキシ)シランのようなアルケニルオキシシランとすることができる。架橋剤は、あるいは短鎖ポリジオルガノシロキサン、例えばトリメトキシシリル基を末端とするポリジメチルシロキサンとすることができ、または有機ポリマー、例えばトリメトキシシリル基のようなメトキシシラン官能基を末端とするポリプロピレンオキシドのようなポリエーテルとすることができる。用いられる架橋剤は上記の2つ以上のいずれかの組み合わせを含むこともできる。
さらなる代替架橋剤としては、メチルビニルジ−(N−メチルアセトアミド)シラン、およびメチルビニルジ−(N−エチルアセトアミド)シランのようなアルキルアルケニルビス(N−アルキルアセトアミド)シラン;ジメチルジ−(N−メチルアセトアミド)シランのようなジアルキルビス(N−アリールアセトアミド)シラン;ジメチルジ−(N−エチルアセトアミド)シラン;メチルビニルジ(N−フェニルアセトアミド)シランのようなアルキルアルケニルビス(N−アリールアセトアミド)シラン;ジメチルジ−(N−フェニルアセトアミド)シランのようなジアルキルビス(N−アリールアセトアミド)シラン;または上記の2つ以上のいずれかの組み合わせが挙げられる。
封止材組成物中に存在する架橋剤の量は、架橋剤の特定の性質、とくにその分子量によって決まるだろう。組成物は適切には架橋剤を分岐オルガノポリシロキサンと比較して少なくとも化学量論的な量で含有する。封止材組成物は、例えば2〜30重量%、一般的には2〜10%の架橋剤を含有することができる。例えば、アセトキシシランまたはオキシミノシラン架橋剤は一般的には3〜8重量%の量で存在することができる。
封止材組成物はシロキサン縮合触媒をさらに含む。これは組成物が硬化する速度を増加させる。特定のシリコーン封止材組成物中に含むために選択される触媒は必要な硬化速度によって決まる。スズ、鉛、アンチモン、鉄、カドミウム、バリウム、マンガン、亜鉛、クロム、コバルト、ニッケル、チタン、アルミニウム、ガリウムまたはゲルマニウムおよびジルコニウムの化合物を含むいずれかの適切な縮合触媒、例えば有機スズ触媒、スズの有機塩ならびに鉄、コバルト、マンガン、鉛および亜鉛の2−エチルヘキソエートを用いることができる。有機スズ、チタネートおよび/またはジルコネート系触媒が好ましい。
オキシモシランまたはアセトキシシランを含有するシリコーン封止材組成物は一般的には有機スズ触媒、例えばジブチルスズジラウレート、ジメチルスズジブチレート、ジブチルスズジアセテート、ジメチルスズビスネオデカノエート、ジブチルスズジベンゾエート、ジメチルスズジネオデコノエートまたはジブチルスズジオクトエートのようなジオルガノスズジカルボキシレートを用いる。
アルコキシシラン架橋剤を含む封止材組成物について好適な硬化触媒は、キレートチタネートおよびジルコネートを含むチタネートまたはジルコネート化合物である。チタネートおよび/またはジルコネート系触媒は、一般式Ti[ORによる化合物を含むことができ、式中、各Rは同じまたは異なっていてもよく、1〜10個の炭素原子を含有する線状または分岐であってもよい一価、第一級、第二級または第三級脂肪族炭化水素基を表す。任意で、チタネートは部分不飽和基を含有することができる。しかしながら、Rの好適な例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第三級ブチルおよび2,4−ジメチル−3−ペンチルのような分岐第二級アルキル基が挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、チタネートをキレート化することができる。キレート化はいずれかの適切なキレート剤、例えばメチルまたはエチルアセチルアセトネートのようなアルキルアセチルアセトネートで行うことができる。
本発明の封止材組成物は、任意の構成要素として、シリコーン封止材の配合に従来用いられる他の成分を含有することができる。例えば、封止材組成物は通常ある程度補強充填剤であるもみ殻灰および/または炭酸カルシウムを含む高表面積ヒュームドおよび沈降シリカのような1つ以上の微粉化補強充填剤を含有するだろう。封止材組成物は粉砕石英、珪藻土、硫酸バリウム、酸化鉄、二酸化チタン、カーボンブラック、タルク、ウォラストナイト、アルミナイト、硫酸カルシウム(無水石膏)、石膏、硫酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリンのような粘土、三水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、黒鉛、炭酸銅、炭酸ニッケル、炭酸バリウムおよび/または炭酸ストロンチウムおよび/または導電性および/または熱伝導性充填剤のような非補強充填剤をさらに含有することができる。
本発明の封止材組成物に含むことができる他の成分としては、カルボン酸およびアミンの金属塩のような組成物の硬化を加速する共触媒、レオロジー調整剤、接着促進剤、顔料、熱安定剤、難燃剤、UV安定剤、殺菌剤、殺生物剤、および/または水捕捉剤、(一般的には架橋剤として用いられるものと同じ化合物、またはシラザン)が挙げられるが、これらに限定されない。
封止材組成物はいずれかの適切な混合装置を用いて成分を混合することにより調製することができる。例えば、好適な一液型湿気硬化性組成物は、任意で非反応性シリコーンまたは有機液体増量剤もしくは可塑剤を含む分岐オルガノポリシロキサンを充填剤のすべてまたは一部と混合することにより、ならびにこれを架橋剤および触媒の予備混合物とほぼ無水条件下で混合することにより生成することができる。得られる硬化性組成物は一般的には使用が必要とされるまでほぼ無水条件下で、例えば密閉容器中に保存される。こうした一液型湿気硬化性組成物は保存中安定であるが、大気水分に暴露すると硬化し、とくに相対運動の影響下にある物品および構造中の接合部、空洞および他の空間を封止するのに適したさまざまな用途において、または例えばコーティング、コーキング、造型およびカプセル化材料として用いることができる。
封止材組成物はあるいは分岐オルガノポリシロキサンおよび架橋剤を別々にパッケージングする二液型組成物とすることができる。こうした組成物では、触媒は一般的にはポリシロキサンまたは架橋剤のいずれかとパッケージングすることができる。こうした二液型組成物における両パッケージは大気水分へ暴露すると硬化するために無水とすることができ、またはパッケージの一方のみは制御された量の水分を含有し、パッケージを混合すると組成物の初期硬化を加速することができる。
パーソナルケア製品に用いるため、分岐オルガノポリシロキサン生成物は、例えばアニオン性、カチオン性、両性および/または非イオン性界面活性剤を用いて有機溶剤中で溶解または水中で乳化することができる。パーソナルケア製品、例えばスキンクリームのような化粧品が有機溶液形態である必要がある場合、有機溶剤の溶液中でアルコキシシランおよび実質的に線状のオルガノポリシロキサンを反応させ、パーソナルケア製品に用いるのが便利であり得る。
分岐ポリオルガノシロキサンを含有するパーソナルケア配合はこうした配合中において知られる各種添加剤、例えば香料、日焼け防止剤、抗酸化剤、ビタミン、薬剤、殺生物剤、害虫忌避剤、触媒、天然抽出物、ペプチド、加温効果および冷却剤、充填剤、染料、顔料およびシマーのような着色剤、熱安定剤、難燃剤、UV安定剤、殺菌剤、殺生物剤、増粘剤、防腐剤、消泡剤、凍結融解安定剤、または無機塩を含有し、pHを中和することができる。
本発明による分岐オルガノポリシロキサンを含有するパーソナルケア製品が皮膚または毛髪に塗布される場合、製品は一般的には同様の分子量の線状オルガノポリシロキサンを含有する同様の製品より洗い流しに対する耐性を示す。
本発明は以下の実施例により例示されるが、部およびパーセントは重量による。混合物中のシロキサンの分子量はゲル透過クロマトグラフィー(GPC)により測定した。分析はGPC(Alliance Waters 2690)によりトリプル検出(屈折率検出器、粘度計および光散乱検出器)および溶剤としてトルエンを用いて行った。分子量平均は、ポリスチレン狭標準(Mw 70,950g/mol)を用いて単一点上で行ったトリプル検出較正に対する汎用較正により割り出した。
[実施例1]
500部の25℃で70mPa.sの粘度、2500g/molのMnおよび3500g/molのMwを有するジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを500部のHydroseal G 250H炭化水素油増量剤(Totalより販売)および4.01部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の20部(ppm)のイオンホスファゼン[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において80℃、真空下で行った。重合は20分後、0.05部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。炭化水素油増量剤と混合した分岐ポリジメチルシロキサンポリマーを生成した。
[実施例2〜5]
実施例1を異なる量のMTM(実施例2および3)、MTMの代わりに代替アルコキシシラン(実施例4および5)を用いて繰り返した。
実施例2―0.4部のMTM、29分の重合時間
実施例3―0.8部のMTM、22分の重合時間
実施例4―6.13部のテトラエチルオルソシリケート(TEOS、テトラエトキシシラン)、温度90℃、触媒40ppm、0.09pのトリヘキシルアミン、131分の重合時間
実施例5―8.13部のn−オクチルトリエトキシシラン、温度90℃、触媒20ppm、0.45pのトリヘキシルアミンポリマー、32分の重合時間
各例において炭化水素油増量剤と混合した分岐ポリジメチルシロキサンポリマーを生成した。
各分岐ポリジメチルシロキサンの数平均分子量Mnおよび重量平均分子量MwをGPCにより測定した。その結果、および多分散性指数PI(比Mw/Mn)を以下の表1に示す。反応生成物の粘度をBrookfield粘度計(Brookfield RVDV−I+、スピンドル7実施例1〜3、スピンドル6実施例4および5、25℃)により測定し、同様に表1に示す。
Figure 2012522117
実施例1、4および5の分岐ポリジメチルシロキサンをSi29−NMRにより特徴づけた。Si29−NMRはアルコキシシランの自己縮合が起きなかったことを示した。実施例4のNMR結果はいくつかのSi−アルコキシ官能基が分岐ポリジメチルシロキサン中に保持されたことを示した。実施例5のNMR結果はポリシロキサン鎖上の分岐点でのn−オクチル基の組み込みを示した。
[実施例6]
800部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを200部の約32℃の融点を有するシリコーンワックス(ダウコーニングにより販売されるDC 2503)および0.64部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と70℃で混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の20部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において70℃、真空下で行った。重合は54分後、0.08部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。シリコーンワックスと混合した分岐ポリジメチルシロキサンポリマーを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn112kg/molおよびMw176kg/molを有する。混合物は324000mPasの粘度を有する(実施例1と同様にBrookfield)。
[実施例7]
500部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを500部のイソパラフィン(Exxonより供給されるIsopar L)および6.13部のテトラエトキシオルソシリケート(TEOS)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の20部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において90℃、真空下で行った。重合は67分後、0.05部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。イソパラフィン中に溶解した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn78kg/molおよびMw1546kg/molを有する。混合物は17000mPasの粘度を有する。(実施例1と同様にBrookfield)
実施例7の分岐シリコーンの皮膚上での洗い流し耐性はFTIR分光を用いる界面活性剤溶液(0.5%ラウリルエーテル硫酸ナトリウム水溶液)での多数の洗浄により評価した。938kg/molのMwを有する線状ポリジメチルシロキサンを比較用に試験した。試験した試料を5%活性までイソドデカン中で希釈した。各種洗浄後の皮膚上にみられるシリコーン%を表2に示す。
Figure 2012522117
[実施例8]
500部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを500部のIsopar Lイソパラフィンおよび4.00部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の20部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において80℃、真空下で行った。重合は20分後、0.05部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。イソパラフィン中に溶解した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn89kg/molおよびMw1334kg/molを有する。混合物は300000mPasの粘度を有する。(実施例1と同様にBrookfield)
[実施例9]
400部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを400部のキシレンおよび0.64部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の20部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において80℃、真空下で行った。重合は52分後、0.04部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。キシレン中に溶解した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn169kg/molおよびMw1002kg/molを有する。
[実施例10]
395部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンおよび100部の25℃で約500mPa.sの粘度を有するメチルフェニルヒドロキシル末端ポリメチルフェニルシロキサンを500部のキシレン、および5部のフェニルトリメトキシシランと混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の30部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において80℃、真空下で行った。重合は63分後、0.075部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。キシレン中に溶解した分岐ポリジメチルメチルフェニルシロキサンコポリマーを生成した。分岐ポリジメチルメチルフェニルシロキサンコポリマーはMn82kg/molおよびMw1007kg/molを有する。混合物は30000mPasの粘度を有する。(実施例1と同様にBrookfield)
[実施例11]
1000部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを8.013部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の3(ppm)部の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において70℃、真空下で行った。重合は2分後、0.025部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn63kg/molおよびMw178kg/molを有する。
[実施例12〜14]
実施例11を異なる量のMTM(実施例12)、およびMTMの代わりに代替アルコキシシラン(実施例13および14)を用いて繰り返した:
実施例12―4.006部のMTM、2分の重合時間
実施例13―12.255部のテトラエチルオルソシリケート(TEOS、テトラエトキシシラン)、2分の重合時間
実施例14―6.13部のテトラエチルオルソシリケート(TEOS、テトラエトキシシラン)、2分の重合時間
各例において分岐ポリジメチルシロキサンポリマーを生成した。
各分岐ポリジメチルシロキサンの数平均分子量Mnおよび重量平均分子量MwをGPCにより測定した。その結果、および多分散性指数PI(比Mw/Mn)を以下の表3に示す。
Figure 2012522117
[実施例15]
800部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを200部のヒマワリ油(Mosselmanより供給されるSunflower Oil)および6.41部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の25部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において70℃、真空下で行った。重合は7分後、0.134部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。ヒマワリ油中に分散した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn77kg/molおよびMw435kg/molを有する。
[実施例16]
800部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを200部のヒマワリ油(Mosselmanより供給されるSunflower Oil)および0.321部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の22.5部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において70℃、真空下で行った。重合は12分後、0.151部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。ヒマワリ油中に分散した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn65kg/molおよびMw123kg/molを有する。
[実施例17]
500部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを500部のイソドデカン(Ineos Oligomersより供給されるイソドデカン)および2.003部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の10部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において60℃、真空下で行った。重合は7分後、0.0419部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。イソドデカン中に溶解した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn128kg/molおよびMw1153kg/molを有する。
[実施例18]
500部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを500部のIsopar Lイソパラフィン(実施例8参照)および3.036部のテトラエチルオルソシリケート(TEOS、テトラエトキシシラン)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の7.5部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において80℃、真空下で行った。重合は33分後、0.028部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。イソパラフィン中に溶解した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn118kg/molおよびMw1101kg/molを有する。
[実施例19]
900部の実施例1のジメチルヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサンを100部のデカメチルシクロペンタシロキサンおよび0.72部のメチルトリメトキシシラン(MTM)と混合した。ジクロロメタン中に希釈した100万分の4部(ppm)の[Cl(PCl=N)PCl[PClを触媒として添加した。重合は1lガラス反応器(IKA)において80℃、真空下で行った。重合は36分後、0.009部のトリヘキシルアミンの添加により停止した。デカメチルシクロペンタシロキサン中に溶解した分岐ポリジメチルシロキサンを生成した。分岐ポリジメチルシロキサンはMn47kg/molおよびMw78kg/molを有する。
[実施例20〜23]
実施例19を異なる条件を用いて繰り返した。
実施例20―5部の触媒、0.72部のメチルトリメトキシシラン、13分の重合時間、0.0228部のトリヘキシルアミン
実施例21―5部の触媒、1.44部のメチルトリメトキシシラン、13分の重合時間、0.0228部のトリヘキシルアミン
実施例22―5部の触媒、3.61部のメチルトリメトキシシラン、14分の重合時間、0.0228部のトリヘキシルアミン
実施例23―5部の触媒、7.21部のメチルトリメトキシシラン、15分の重合時間、0.0228部のトリヘキシルアミン
各分岐ポリジメチルシロキサンの数平均分子量Mnおよび重量平均分子量MwをGPCにより測定した。その結果、および多分散性指数PI(比Mw/Mn)を以下の表4に示す。反応生成物の粘度を実施例1と同様にBrookfield粘度計により25℃で測定した。
Figure 2012522117

Claims (14)

  1. アルコキシシランの少なくとも1つのケイ素と結合したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンとの反応による分岐オルガノポリシロキサンの調製プロセスであって、該反応がホスファゼン触媒の存在下で行われることを特徴とする、プロセス。
  2. 前記実質的に線状のオルガノポリシロキサンがケイ素と結合した末端ヒドロキシル基を有することを特徴とする、請求項1に記載のプロセス。
  3. 前記アルコキシシランが式R’Si(OR)のトリアルコキシシランを含み、式中、Rは1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を表し、R’は1〜18個の炭素原子を有する一価炭化水素または置換炭化水素基を表すことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のプロセス。
  4. 前記アルコキシシランがテトラアルコキシシランを含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のプロセス。
  5. 前記アルコキシシランが1分子当たり平均3つ以上のケイ素に結合したアルコキシ基を含有する部分縮合アルコキシシランを含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のプロセス。
  6. 前記ホスファゼン触媒が以下の式のペルクロロオリゴホスファゼニウム塩であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のプロセス。
    [Cl(N=PClCl]
    式中、nは1〜10の範囲内の平均値を有し、Zは式MXv+1のアニオンを表し、式中、Mは1.0〜2.0のポーリングスケール上の電気陰性度および価数vを有する元素であり、Xはハロゲン原子である。
  7. 前記ホスファゼン触媒が以下の式の酸素含有クロロホスファゼンであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のプロセス。
    Cl(PCl=N)−P(O)ClまたはHO(PCl=N)−P(O)Cl
    式中、nは1〜10の範囲内の平均値を有する。
  8. 前記ホスファゼン触媒が有機ケイ素ラジカルを含有する酸素含有クロロホスファゼンであり、式R”SiO(PCl=N)−P(O)Clを有し、式中、各R”は1〜18個の炭素原子を有する一価炭化水素または置換炭化水素基を表し、nは1〜10の範囲の平均値を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のプロセス。
  9. 前記反応が溶剤または不活性液体希釈剤の存在下で行われることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載のプロセス。
  10. 前記希釈剤が炭化水素油であることを特徴とする、請求項9に記載のプロセス。
  11. 前記希釈剤が天然油であることを特徴とする、請求項9に記載のプロセス。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載のプロセスにより調製される分岐オルガノポリシロキサン、該分岐オルガノポリシロキサンと反応する架橋剤およびシロキサン縮合の触媒を含む、硬化して高弾性シールとなることができる湿気硬化性封止材組成物。
  13. アルコキシシランの少なくとも1つのケイ素と結合したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンとのホスファゼン触媒の存在下での分岐オルガノポリシロキサン反応生成物の、硬化して高弾性シールとなることができる湿気硬化性封止材としての使用。
  14. アルコキシシランの少なくとも1つのケイ素と結合したヒドロキシルまたは加水分解性基を含有する実質的に線状のオルガノポリシロキサンとのホスファゼン触媒の存在下での分岐オルガノポリシロキサン反応生成物の、皮膚または毛髪に塗布されるパーソナルケア製品における使用。
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