JP2015502343A - 親水性オルガノシラン - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2011年11月4日出願の米国特許出願第61/555,526号及び2012年3月13日出願の米国特許出願第61/610,072号の利益を主張する。
米国特許出願第61/555,526号及び同61/610,072号はいずれもその全体が本明細書に参照として組み込まれる。
(R1)(3−n)(R2O)nSiR3O(CH2CH2O)a(C3H6O)bR4(式中、
nは、1又は2であり、
a≧1であり、bは、0〜30までさまざまであるが、ただし、a≧bであり、
R1は、1〜12個の炭素原子を含有する炭化水素基であり、
R2は、水素又は1〜6個の炭素原子を含有するアルキル基であり、
R3は、2〜12個の炭素原子を含有する二価の炭化水素基であり、
R4は、水素、R1、又はアセチル基である。)
(R1)(3−n)(R2O)nSiR3O(CH2CH2O)a(C3H6O)bR4(式中、
下付き文字「n」は1又は2であり、或いはnは2であり、
下付き文字「a」は1以上であり、
下付き文字「b」は、0〜30まで可変であるが、
ただし、a≧bであり、
R1は、1〜12個の炭素原子を含有する炭化水素基であり、
或いはR1は、アルキル基又はフェニル基であり、
或いはR1は、メチルであり、
R2は、水素又は1〜6個の炭素原子を含有するアルキル基であり、
或いはR2は、メチル又はエチルであり、
或いはR2は、エチルであり、
R3は、2〜12個の炭素原子を含有する二価の炭化水素基であり、
或いはR3は、2〜6個の炭素原子を含有し、
或いはR3は、プロピレン又はイソブチレンであり、
或いはR3は、−CH2CH2C(CH3)2−であり、
或いはR3は、プロピレンであり、
R4は、水素、R1、又はアセチル基であり、
或いはR4は、メチルである。)
或いはaは、4〜30まで可変であってよく、
或いはaは、4〜20まで可変であってよく、
或いはaは、4〜10まで可変であってよく、
或いはaは、5〜8まで可変であってよく、
或いはaは、7である。
或いはbは、1〜30まで可変であってよく、
或いはaは、1〜20まで可変であってよく、
或いはaは、10〜20まで可変であってよく、
或いはaは、15〜20まで可変であってよいが、
ただし、a≧bである。)
(CH3)(CH3CH2O)2SiCH2CH2CH2O(CH2CH2O)7CH3
(CH3)(CH3O)2SiCH2CH2C(CH3)2O(CH2CH2O)18(C3H6O)18H
a)式(R1)(3−n)(R2O)nSiHで表されるオルガノシラン
(前記式中、R1は、1〜12個の炭素原子を含有する炭化水素基であり、
R2は、水素又は1〜6個の炭素原子を含有するアルキル基であり、
下付き文字nは1又は2であり、或いはnは2である。)と、
b)式R5O(CH2CH2O)a(C3H6O)bR4で表されるポリオキシアルキレン
(前記式中、下付き文字「a」は、1以上であり、
下付き文字「b」は、0〜30まで可変であるが、
ただし、a≧bであり、
R4は、水素、R1、又はアセチル基であり、
R5は、2〜12個の炭素原子を含有する不飽和脂肪族炭化水素基である。)と、
c)ヒドロシリル化触媒と、を反応させる工程を含む方法によって調製されてよい。
(CH3)(CH3CH2O)2SiH、
(CH3)(CH3O)2SiH、
(CH3CH2)(CH3CH2O)2SiH、
(CH3CH2)(CH3O)2SiH、
(CH3)(HC(CH3)2O)2SiH、
(CH3CH2O)2SiH2
H2C=CHCH2O[C2H4O]aH
H2C=CHCH2O[C2H4O]a[C3H6O]bH
H2C=CHCH2O[C2H4O]aCH3
H2C=CHC(CH3)2O[C2H4O]aCH3
H2C=CHC(CH3)2O[C2H4O]a[C3H6O]bH
H2C=CHCH2O[C2H4O]aC(O)CH3
H2C=C(CH3)CH2O[C2H4O]aH
HC≡CCH2O[C2H4O]aH
HC≡CC(CH3)2O[C2H4O]aH
(前記式中、a及びbは先に定義した通りである。)
ポリ(EO)メチル3−(メチルジエトキシシリル)プロピルエーテルの調製
PG−SF−アリルEO7−Me(463.73g、NOF製のユニオックスMUS−4)及び酢酸ナトリウム(0.05g、フィッシャーバイオテク製)を、三日月形パドル撹拌棒、水冷コンデンサとメチルジエトキシシラン(136.52g、ゲレスト社製)を入れた250mL滴下漏斗とを取り付けたクライゼン管、及び熱電対が付いた温度計アダプタを装備した2Lの三つ口丸底フラスコ(RBF)に、全て窒素パージ下で入れた。メチルジエトキシシランの20wt%又は28gをRBFに供給したときに反応混合物を60℃まで加熱し、その直後にIPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒(約400μL又は6ppm)を添加した。直ちに観測された発熱は18℃であった。滴下漏斗内の残りのメチルジエトキシシランをRBFに約1.21g/分の速度で投与し、その間、温度は80℃に設定して、滴下中は85℃未満に保持した。シランを添加してから1時間後にIPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒の2回目の添加(約500μL又は7ppm)を行い、約5℃の発熱が確認された。メチルジエトキシシランを全てRBFに入れたら、温度を85℃設定点に設定し、IPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒の3回目の添加(約500μL又は7ppm)を行ったが、その間、発熱は観測されなかった。生成混合物をその後、ヒドロシリル化を完了させるために更に1時間還流させた。反応終了を確認した後、残留SiHをIRで測定すると、2150cm−1ピークにおいて34ppmであった。その次の日に、クライゼン管を、水冷コンデンサが装着された250mL丸底フラスコに替えた。ストリップ処理のために装置を減圧した。生成混合物を、1.3〜5.3kPa(10〜40mmHg)の減圧下において90℃で1時間ストリップ処理した。IRで測定された最終残留SiH含量は、2150cm−1において4ppmであった。最終的な最終生成物を20μm径の濾紙で加圧濾過して酢酸ナトリウムを取り除いた。
ポリ(EO)メチル3−(メチルジメトキシシリル)プロピルエーテルの調製
PG−SF−アリルEO7−Me(489.378g、NOF製のユニオックスMUS−4)及び酢酸ナトリウム(0.1g、フィッシャーバイオテク製)を、三日月形パドル撹拌棒、水冷コンデンサとダウコーニング(登録商標)Z−6701シラン(110.622g)を入れた250mL滴下漏斗とを取り付けたクライゼン管、及び熱電対が付いた温度計アダプタを装備した2Lの三つ口丸底フラスコ(RBF)に、全て窒素パージ下で入れた。Z−6701シランの10wt%又は11gをRBFに供給したときに反応混合物を45℃まで加熱し、その直後にIPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒(約400μL又は6ppm)を添加した。直ちに観測された発熱は2〜3℃であった。滴下漏斗中の残りのZ−6701をRBFに約1.67g/分の速度で投与する一方で、53℃の設定温度+発熱2℃を滴下中、維持した。Z−6701を全てRBFに入れたときに、混合物の温度を53℃設定点に戻し、IPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒の2回目の添加(約500μL又は7ppm)を行った。混合物をその後更に2時間保持して反応を完了させ、ここで1時間還流させた後にIPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒の3回目の添加(約500μL又は7ppm)を行った。触媒を添加する毎に観測される一定して2℃の発熱は、最後の添加以外では1時間続いたが、最後の添加では30分しか続かなかった。反応完了を確認した後、残留SiHをIRで測定すると、2150cm−1ピークにおいて35ppmであった。その次の日に、クライゼン管を、水冷コンデンサが装着された250mL丸底フラスコに替えた。ストリップ処理のために装置を減圧した。生成混合物を、1.3〜2.7kPa(10〜20mmHg)の減圧下において60℃で1時間ストリップ処理した。IRで測定された最終残留SiH含量は、2150cm−1において4ppmであった。最終的な最終生成物を20μm径の濾紙で加圧濾過して酢酸ナトリウムを取り除いた。
ポリ(EO)ヒドロキシル3−(メチルジエトキシシリル)プロピルエーテルの調製
PG−SF−アリルEO7−OH(191.85g、ダウ・ケミカル社製)及び酢酸ナトリウム(0.05g、フィッシャーバイオテク製)を、三日月形パドル撹拌棒、水冷コンデンサとメチルジエトキシシラン(ゲレスト社製58.67g)を入れた250mL滴下漏斗とを取り付けたクライゼン管、及び熱電対が付いた温度計アダプタを装備した500mLの三つ口丸底フラスコ(RBF)に、全て窒素パージ下で入れた。メチルジエトキシルシランの10wt%又は6gをRBFに投与したときに反応混合物を60℃まで加熱し、その直後にIPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒(約230μL又は8ppm)を入れた。直ちに観測された発熱は7℃であった。滴下漏斗中の残りのメチルジエトキシルシランをRBFに約0.88g/分の速度で投与し、その間、温度は67℃に設定して、滴下中、約75℃に保持した。メチルジエトキシルシランを全てRBFに添加したときに、温度を75℃に設定して1時間還流させて反応を完了させた。反応混合物を60℃まで冷却して、IRにより、159ppmの残留SiHが2150cm−1ピークにおいて観測された。IPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒の2回目の添加(約50μL又は約1.7ppm)を反応混合物に入れたが、発熱は検出されなかった。反応温度を80℃まで上げて、1時間還流させた。残留SiHは126ppmと測定された。その次の日に、生成混合物を、ロータリーエバポレーションするために1L丸底フラスコに移した。一部材料をストリップさせたが、その間、減圧は約0.4〜0.5kPa(約3〜4mmHg)であり、水浴は80℃であった。このプロセスを2時間続けて、最終生成物には残留SiHが13ppm残っていた。最終生成物を20μm径の濾紙で加圧濾過して酢酸ナトリウムを取り除いた。
ポリ(EO)ヒドロキシル3−(メチルジメトキシシリル)プロピルエーテルの調製
PG−SF−アリルEO7−OH(80.58g、ダウ・ケミカル社製)及び酢酸ナトリウム(0.03g、フィッシャーバイオテク製)を、三日月形パドル撹拌棒、水冷コンデンサとダウコーニング(登録商標)Z−6701シラン(20.06g)を入れた250mL滴下漏斗とを取り付けたクライゼン管、及び熱電対が付いた温度計アダプタを装備した250mLの三つ口丸底フラスコ(RBF)に、全て窒素パージ下で入れた。ダウコーニング(登録商標)Z−6701シランの10wt%又は2gをRBFに投与したときに反応混合物を45.6℃まで加熱し、その直後に更にIPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒(約60μL又は5ppm)を添加した。直ちに観測された発熱は0.9℃であった。滴下漏斗中の残りのダウコーニング(登録商標)Z−6701シランをRBFに約0.21g/分の速度で投与し、その間、温度は50℃に設定して、滴下中、約49〜51℃に保持した。メチルジエトキシルシランを全てRBFに入れたときに、温度を57℃に設定して2.5時間還流させて反応を完了させた。反応混合物を室温まで冷却し、IRにより、121ppmの残留SiHが2150cm−1ピークにおいて観測された。その次の日に、反応混合物に更にPG−SF−アリルEO7−OH(5.48gダウ・ケミカル社製)を添加し、反応を57±1℃において4.5時間保持し、結果として20ppmの残留SiHが得られた。クライゼン管を、水冷コンデンサが装着された250mL丸底フラスコに替えた。ストリップ処理のために装置を減圧した。生成混合物を、1.3〜6.7kPa(10〜50mmHg)の減圧下、80℃において3時間ストリップ処理した。IRで測定された最終残留SiH含量は、2150cm−1ではまだ20ppmであった。最終的な最終生成物を20μm径の濾紙で加圧濾過して酢酸ナトリウムを取り除いた。
ポリ(EO)アセテート3−(メチルジメトキシシリル)プロピルエーテルの調製
PG−SF−アリルEO7−Ac(247.77g)及び酢酸ナトリウム(0.05g、フィッシャーバイオテク製)を、三日月形パドル撹拌棒、水冷コンデンサとダウコーニング(登録商標)Z−6701シラン(52.98g)を入れた250mL滴下漏斗とを取り付けたクライゼン管、及び熱電対が付いた温度計アダプタを装備した500mLの三つ口丸底フラスコ(RBF)に、全て窒素パージ下で入れた。ダウコーニング(登録商標)Z−6701シランの10wt%又は5gをRBFに投与したときに反応混合物を47℃まで加熱し、その直後に更にIPA中1%のダウコーニング(登録商標)2−0707 INT触媒(約270μL又は8ppm)を入れた。直ちに観測された発熱は1〜2℃であった。滴下漏斗中の残りのダウコーニング(登録商標)Z−6701シランをRBFに約0.79g/分の速度で投与し、その間、温度は54℃に設定して、滴下中、58℃未満に保持した。ダウコーニング(登録商標)Z−6701シランを全てRBFに入れたときに、温度を54℃に設定して1時間還流させて反応を完了させた。IRにより、540ppmの残留SiHが2150cm−1において確認された。更に1時間還流を行い、残留SiHは300ppmと測定された。その次の日に、クライゼン管を、水冷コンデンサが装着された250mL丸底フラスコに替えた。ストリップ処理のために装置を減圧した。生成混合物を、2.7〜10.7kPa(20〜80mmHg)の減圧下、62℃において3時間ストリップ処理した。IRで測定された最終残留SiH含量は、2150cm−1において28ppmであった。最終的な最終生成物を20μm径の濾紙で加圧濾過して酢酸ナトリウムを取り除いた。
三つ口丸底フラスコに、酢酸ナトリウム0.20g(2.4ミリモル)、及びアリル末端と、約12個のエチレンオキシド単位とを含み、アセテートでキャップされたポリエーテル171.8g(0.29モル)を加えた。次いでフラスコに、メチルジエトキシシラン28.2g(0.21モル)(MDES)を添加した。N2下で撹拌しながら、混合物を75℃±5℃まで加熱し、その後、Pt触媒3ppmを添加した。少し発熱した(<10℃±1℃)後、混合物を85℃±5℃で6時間保持した。この時点では、反応は、FTIRによってSiH消費を測定したところ、98.9%完了していた。120℃±5℃/6.7〜1.3kPa(5〜10mmHg)まで4時間加熱することにより、混合物中の揮発物をストリップさせた。最後に、混合物を室温まで冷却し、ナイロンフィルターに担持されたセライトで濾過することで、淡黄色油167g(収率83%)が得られた。この物質の特性評価からは、29Si−NMRにおける約−5.6ppmの単一ピークから分かるように、所望の生成物が得られたことが示された。
三つ口丸底フラスコに、酢酸ナトリウム0.25g(3.0ミリモル)、及びアリル末端と、約18個のエチレンオキシド単位及び18個のプロピレンオキシド単位とを含み、アセテートでキャップされたポリエーテル189.3g(97ミリモル)を加えた。次いでフラスコに、メチルジエトキシシラン10.9g(81モル)(MDES)を添加した。N2下で撹拌しながら、混合物を75℃±5℃まで加熱し、その後、Pt触媒4ppmを添加した。少し発熱した(<10℃±1℃)後、混合物を85℃±5℃で3時間保持した。この時点では、反応は、FTIRによってSiH消費を測定すると、99.6%完了していた。120℃±5℃/0.7〜1.3kPa(5〜10mmHg)まで5時間加熱することにより、混合物中の揮発物をストリップさせた。最後に、混合物を室温まで冷却し、ナイロンフィルターに担持されたセライトで濾過することで、淡黄色油153g(収率76%)が得られた。この材料の特性評価からは、29Si−NMRにおける約−5.6ppmの単一ピークから分かるように、所望の生成物が得られたことが示された。
三つ口丸底フラスコに、酢酸ナトリウム0.25g(3.0ミリモル)、及びアリル末端と、約12個のエチレンオキシド単位とを含み、キャップされていないポリエーテル168.7g(0.31モル)を加えた。次いでフラスコに、メチルジエトキシシラン31.4g(0.24モル)(MDES)を添加した。N2下で撹拌しながら、混合物を75℃±5℃まで加熱し、その後、Pt触媒3ppmを添加した。少し発熱した(<10℃±1℃)後、混合物を85℃±5℃に3時間保持した。この時点では、反応は、FTIRによってSiH消費を測定すると、99.5%完了していた。120℃±5℃/0.7〜1.3kPa(5〜10mmHg)まで4時間加熱することにより、混合物中の揮発物をストリップさせた。最後に、混合物を室温まで冷却し、ナイロンフィルターに担持されたセライトで濾過することで、淡黄色油149g(収率74%)が得られた。この物質の特性評価からは、29Si−NMRにおける約−5.6ppmの単一ピークから分かるように、所望の生成物が得られたことが示された。
以降の試験は、セルロース系繊維の吸水性を高める能力に関する本発明のオルガノシランの性能を評価するために行った。
500mlの三つ口丸底フラスコに、18個のエチレンオキシド単位と、18個のプロピレンオキシド単位とを含み、一方の末端が3,3−ジメチル−1−プロペニル基でキャップされたポリエーテル188.9g(98.2ミリモル)を添加した。ポリエーテルを40℃±3℃まで加熱して、メチルジメトキシシランの総容積(総容積は15.7g、148ミリモルである。)の約5%を滴下漏斗から反応容器へ添加する。次いで、白金触媒を、最終混合物中の最終濃度が5ppmとなるように添加すると、発熱が観測される。発熱が完了した後、残りのメチルジメトキシシランを滴下漏斗から、混合物の温度が50℃未満を維持するような速度で添加する。全メチルジメトキシシランを添加した後、反応容器を50℃±3℃で3時間保持する。次いで、反応容器のN2流を増強することで揮発性物質を生成物から除去する。低粘度液体が得られる。1H、13C、29Si−NMR及びFTIRによる分析から、所望の材料が調製され、未反応ポリエーテルの濃度がモル基準で1%未満であって、残留SiHが含まれていないことが確認された。
Claims (15)
- 次の式で表されるオルガノシランを含む組成物。
(R1)(3−n)(R2O)nSiR3O(CH2CH2O)a(C3H6O)bR4(式中、
nは1又は2であり、
a≧1であり、bは0〜30まで可変であってよいが、ただし、a≧bであり、
R1は、1〜12個の炭素原子を含有する炭化水素基であり、
R2は、水素又は1〜6個の炭素原子を含有するアルキル基であり、
R3は、2〜12個の炭素原子を含有する二価の炭化水素基であり、
R4は水素、R1、又はアセチル基である。) - 前記nが2である、請求項1に記載の組成物。
- 前記aが4〜30までの範囲である、先行する請求項1又は2に記載の組成物。
- R1はメチルであり、そしてR2はメチル又はエチルである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
- R3はプロピレン又は−CH2CH2C(CH3)2−である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物
- 前記オルガノシランが一般式
(CH3)(CH3CH2O)2SiCH2CH2CH2O(CH2CH2O)7CH3、又は
(CH3)(CH3O)2SiCH2CH2C(CH3)2O(C2H4O)18(C3H6O)18Hで表される、請求項1に記載の組成物。 - オルガノシラン組成物の調製方法であって、次の成分:
a)式(R1)(3−n)(R2O)nHのオルガノシラン
(前記式中、R1は、1〜4個の炭素原子を含有するアルキル基であり、
R2は、1〜4個の炭素原子を含有するアルキル基であり、
前記下付き文字nは1又は2である。)と、
b)式R5O(CH2CH2O)a(C3H6O)bR4のポリオキシアルキレン(式中、
a≧1であり、bは0〜30まで可変であってよいが、ただしa≧bであり、
R4は、水素、R1、又はアセチル基であり、
R5は、炭素原子2〜12個を含有する不飽和脂肪族炭化水素基である。)と、
c)ヒドロシリル化触媒と、を反応させる工程を含む、方法。 - 前記R5が
H2C=CHC(CH3)2−である、請求項7に記載の方法。 - 前記オルガノシランが式
(CH3)(CH3CH2O)2SiHで表される、請求項7又は8に記載の方法。 - 前記ポリオキシアルキレンが式
H2C=CHCH2O[C2H4O]aCH3(式中、aは4〜30まで可変である。)で表される、請求項7又は9に記載の方法。 - 請求項7〜10のいずれか一項に記載の方法で調製される組成物。
- 請求項1〜6又は11のいずれか一項に記載のオルガノシランを加水分解及び/又は縮合することで得られる反応生成物を含む、処理組成物。
- 表面の処理方法であって、請求項1〜6、11又は12のいずれか一項に記載の組成物を前記表面に適用する工程を含む、方法。
- 前記表面がセルロース系繊維である、請求項13に記載の方法。
- 請求項14に記載の処理された繊維を含む、製品。
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