JP2017512884A - ワックス不含有ダイカスト潤滑剤用の新規改質シリコーン油 - Google Patents

ワックス不含有ダイカスト潤滑剤用の新規改質シリコーン油 Download PDF

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Abstract

本発明は、モノ不飽和オレフィンの混合物を、ヒドロシリル化触媒の存在下で、一定量の1以上のポリアルキルヒドロシロキサンと反応させるヒドロシリル化反応によって得ることができるポリアルキルシロキサンの混合物に関する。さらに、本発明は、炭素数40〜60、16〜30、および6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基からなるアルキル側鎖を含むポリアルキルシロキサンに関する。加えて、本発明は、ポリアルキルシロキサンの混合物、HLB値が少なくとも8である非イオン性界面活性剤、および20重量%未満のワックスを含む、離型剤として金属鋳造プロセスで用いるのに適した水性組成物に関する。加えて、本発明は、該ポリアルキルシロキサンおよびポリアルキルシロキサンの混合物の使用に関する。

Description

本発明は、新規シリコーン、その製法、および例えばダイカスト潤滑剤としてのその使用に関する。
ワックスは、一般に、主に水性エマルジョンとして、加圧ダイカスト離型剤に用いられて、特に、大きくかつ重い鋳物に対して良好な潤滑性および離型性を与える。しかしながら、ワックスの使用によって、スプレーノズル上にワックスが蓄積し、蓄積したワックスは、最終的にスプレーノズルを詰まらせ、スプレー機器を定期的に徹底的に清掃する必要がある。さらに、鋳型に固着した残存ワックスのため、そのようなプロセスは、鋳型の定期的な清掃も必要とし、これにより鋳造機器も同時に休止時間を必要とする。加えて、ワックスを使用することにより、その満足な塗装またはメッキを達成するために鋳物の過剰な清掃が必要となり得る。
US6,635,606B2は、ジメチルシリコーンと炭素数6〜18のアルキル鎖を有するアルキル変性シリコーンとの混合物、界面活性剤、および水を含む水性エマルジョンである離型剤を開示する。アルキル変性シリコーンの動粘度は、25℃において100〜3000cStである。
US6,211,323B1は、トリオルガノシロキシで末端をブロックしたポリ(メチル(C6〜C40アルキル)シロキサン)−ポリ(メチル(アラルキル)シロキサン)−ポリ(メチル(C2〜C4アルキル)シロキサン)ターポリマーおよび離型剤としてのその使用に関する。
US2005/0167071A1は、9,000〜50,000の分子量および約90〜220°Fの融点を有するシリコーンワックス化合物を含む、ダイカスト鋳型における潤滑用のダイカスト離型剤を開示し、ここで、該シリコーンワックス化合物は、炭素数が少なくとも18のアルキル側鎖基を有する。加えて、数種のワックス不含有加圧ダイカスト離型剤が、中鎖アルキル基で官能化されたポリシロキサンを主成分として市販されてきた。しかしながら、これらの潤滑剤は全て、特に大きくて重い鋳物においては、ワックス含有製品と十分競合することができない。
米国特許第6,635,606号明細書 米国特許第6,211,323号明細書 米国特許出願第2005/0167071号明細書
したがって、本発明の目的は、ワックスベースの加圧ダイカスト離型剤と同じ潤滑特性およびカスト離型速度を有し、それに関係する不都合、例えば、鋳物の離型後の鋳型の清掃の必要性、および鋳物の塗装またはメッキ前の鋳物の清掃の必要性のない、代替加圧ダイカスト離型剤を提供することにある。
したがって、第一の態様において、本発明は、ヒドロシリル化反応によって得ることができるポリアルキルシロキサンの混合物であって、
a)1〜20モル%の炭素数40〜60のオレフィン、
b)1〜20モル%の炭素数16〜30のオレフィン、および
c)60〜98モル%の炭素数6〜15のオレフィン
からなるモノ不飽和オレフィンの混合物を、ヒドロシリル化触媒の存在下で一定量の1以上のポリアルキルヒドロシロキサンと反応させてなり、ここで、各ポリアルキルヒドロシロキサンは、一般構造式(I):
Figure 2017512884
[式中、nは5〜10,000の範囲にある繰り返し単位の数を示し、残基Rは炭素数6未満の直鎖または分岐鎖アルキル基から選択される]
で示される繰り返し単位を含む、混合物に関する。
別の態様において、本発明は、一般構造式(II):
Figure 2017512884
[式中、nはポリアルキルシロキサンに含まれる繰り返し単位の数を示し、nは5〜10,000の整数であり、残基Rは炭素数6未満の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
ここで、
a)該繰り返し単位の1〜20%において、Rは炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
b)該繰り返し単位の1〜20%において、Rは炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
c)該繰り返し単位の60〜98%において、Rは炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
d)該繰り返し単位の0〜10%、好ましくは10%未満において、RはHである]
で示される繰り返し単位を含むポリアルキルシロキサンに関する。
さらなる態様において、本発明は、
a)1〜50重量%の、上記定義のポリアルキルシロキサンの混合物またはポリアルキルシロキサン、
b)1〜15重量%の、HLB値が少なくとも8である非イオン性界面活性剤、および
c)20重量%未満、好ましくは10重量%未満、より好ましくは1重量%未満、なおより好ましくは0.1重量%未満のワックス
を含む、離型剤として金属鋳造プロセスで用いるのに適した水性組成物に関する。
別の態様において、本発明は、金属鋳造プロセスにおける離型剤としてのポリアルキルシロキサンの使用であって、i)該ポリアルキルシロキサンが本明細書中で定義されたポリアルキルシロキサンの混合物であり、ii)該ポリアルキルシロキサンが本明細書中で定義されたポリアルキルシロキサンであり、またはiii)該ポリアルキルシロキサンが、以下の一般構造式(III):
Figure 2017512884
[式中、nは5〜10,000の範囲にある繰り返し単位の数を示し、各繰り返し単位について、残基Rは、独立して、炭素数6未満の直鎖アルキル基から選択され、かつ各繰り返し単位について、残基Rは、独立して、水素、または炭素数6〜15、16〜30もしくは40〜60の直鎖もしくは分岐鎖アルキル基から選択され、残基Rが水素である繰り返し単位の割合は0.1未満であり、残基Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.01〜0.2の範囲にあり、残基Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.01〜0.2の範囲にあり、かつ残基Rが炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.6〜0.98の範囲にある]
で示される繰り返し単位を含む、使用に関する。
さらなる実施形態は添付の請求の範囲に定義される。
本発明者らは、驚くべきことに、ポリシロキサンに長いアルキル鎖を配合することにより、ポリシロキサンポリマーに、加圧ダイカスト離型剤におけるワックスの潤滑特性に似た潤滑特性が付与されることを見出した。さらに、本発明者らは、ポリシロキサン骨格での短鎖、中鎖、および長鎖アルキルの混合物の使用により、その粘度をうまく制御できることを見出した。特定の理論に拘束されるつもりはないが、長鎖アルキル基が、加圧ダイカストにおける有利な特性とともにワックスタイプの特性をポリシロキサンに与えるとともに、短鎖および中鎖アルキルは、ワックス含有離型剤の不都合を同時に排除すると考えられる。
これらの特徴は、ワックス不含有加圧ダイカスト離型剤におけるこの化合物の適用に有利である。具体的には、加圧ダイカスト離型剤におけるこれらの改質ポリシロキサンの適用により、ワックス含有離型剤において生じるスプレーノズル上でのワックスの不都合な蓄積および塗装性の問題点なしに、ワックスの有利な潤滑特性を組み合わせることができる。
したがって、ワックス不含有潤滑剤の使用により、塗装またはメッキ前の清掃が必要なくなる。
さらに、潤滑剤における追加のワックスが存在しないことにより、ノズルおよびダイ上の固体ワックス残留物の蓄積が妨げられる。これにより、スプレー機器の定期的な時間のかかる清掃の必要性が回避される。さらに、得られた鋳物はよりきれいであり、追加の清掃工程を必要とすることなく引き続く塗装またはメッキにより適している。加えて、本発明の潤滑剤は、現在のワックス不含有ダイカスト潤滑剤と比較してより良好な性能を示す。
これらの新しい改良されたポリアルキルシロキサン誘導体は、シリコーン油の形態であり得る。
本化合物は、潤滑剤として直接用いてよく、または加圧ダイカスト用のワックス不含有離型剤に含めてよい。
新しいポリアルキルシロキサン誘導体は、水性エマルジョンにおいて特に有利である。
しかしながら、適用の第二の分野は、鋳造プロセスにおける新しい改質シリコーン油の使用であり、ここで、該シリコーン油は鋳型に(エマルジョンとしてではなく)直接的に適用される。ワックスは、シリコーン油に不溶であるためこの技術においては適用できない。したがって、この技術における新しい改質シリコーン油の使用により、シリコーン油にワックスタイプの特性を取り入れることが可能になる。
したがって、本発明は、現行の技術水準による方法に従った、短鎖(C6〜C15)、中鎖(C16〜C30)、および長鎖α−オレフィン(C40超、好ましくはC40〜C60)の混合物でのポリメチルヒドロシロキサンのヒドロシリル化によって調製された改質ポリシロキサンに関する。構成するα−オレフィンの比は、25℃において200〜20000mPa・sの動粘度を有するポリシロキサン液体を維持しつつ、長鎖アルキル基を高い含有量で有する改質ポリシロキサンを提供するように選択される。こうして形成された改質ポリシロキサンは、ワックス不含有ダイカスト離型剤において適用することができる。
ある実施形態において、改質ポリシロキサンは、鋳型に直接的に適用することができる。
さらなる実施形態において、改質ポリシロキサンは、水性エマルジョンに含まれる。
より具体的には、ダイカスト離型剤は、改質ポリシロキサン(5〜50重量%)、界面活性剤混合物(1〜15重量%)を含み、水を加えて100重量%とした水性エマルジョンであってよい。
典型的には、改質ポリシロキサンは以下のように調製される。改質シリコーン油は、Si−H転化率が94%超の白金触媒を用いて、α−オレフィンの適切な混合物をポリメチルヒドロシロキサンに加えることによって調製される。改質ポリシロキサンは、長鎖アルキル基(C40超、好ましくはC40〜C60、1〜20モル%)、中鎖アルキル基(C16〜C30、1〜20モル%)、および残りが短鎖アルキル基(C6〜C15)の混合物で官能化されたポリメチルシロキサンであってよい。改質ポリシロキサンは、好ましくは、25℃において20000mPa・s未満、好ましくは7000mPa・s未満の動粘度を有し、うまく乳化することが可能となる。
したがって、本発明は、ヒドロシリル化反応によって得ることができるポリアルキルシロキサンの混合物であって、
a)1〜20モル%の炭素数40〜60のオレフィン、
b)1〜20モル%の炭素数16〜30のオレフィン、および
c)60〜98モル%の炭素数6〜15のオレフィン
からなるモノ不飽和オレフィンの混合物を、ヒドロシリル化触媒の存在下で一定量の1以上のポリアルキルヒドロシロキサンと反応させてなり、ここで、各ポリアルキルヒドロシロキサンは、一般構造式(I):
Figure 2017512884
[式中、nは5〜10,000の範囲にある繰り返し単位の数を示し、残基Rは炭素数6未満の直鎖または分岐鎖アルキル基から選択される]
で示される繰り返し単位を含む、混合物に関する。
本明細書中で用いる用語「オレフィン」とは、モノ不飽和オレフィン、すなわち、直鎖および分岐鎖脂肪族オレフィンなどの、エチレン性二重結合を1つ有する炭化水素をいう。オレフィンは、不飽和二重結合を含まない。
用語「短鎖」オレフィンまたはアルキルは、C6〜C15オレフィンまたはアルキルに関する。用語「中鎖」オレフィンまたはアルキルは、C16〜C30オレフィンまたはアルキルに関する。用語「長鎖」オレフィンまたはアルキルは、C40〜C60オレフィンまたはアルキルに関する。
用語「モル%のオレフィン」は、反応におけるオレフィンの合計モル数に対する反応における短鎖、中鎖、または長鎖オレフィンのモル比に関する。
用語「ポリアルキルヒドロシロキサン」とは、一般構造式(I)で示される繰り返し単位を含むポリマーをいう。ある実施形態において、ポリマーは、さらに、ターミネーターとしてトリメチル基を含む。
触媒的ヒドロシリル化とも呼ばれる用語「ヒドロシリル化」は、不飽和結合にまたがるSi−H結合の付加をいう。典型的には、この反応は触媒により行われ、通常、基質は不飽和有機化合物である。アルケンおよびアルキンは、アルキルおよびビニルシランを生じる。通常、白金触媒が使用される。
炭素数6〜15のオレフィンは、好ましくは、炭素数10〜14のオレフィンの群から選択される。最も好ましくは、本発明で用いるために選択される炭素数6〜15のオレフィンは、1−ドデセンである。
いくつかの実施形態において、2〜10モル%、好ましくは約5モル%のオレフィンは、炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる。
種々の実施形態において、2〜15モル%、好ましくは約5モル%のオレフィンは、炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる。
ある実施形態において、60〜96モル%または75〜96モル%、好ましくは60〜90モル%または75〜90モル%のオレフィンは、炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる。
ある実施形態において、nは5〜10,000、5〜7,000、または5〜5,000の整数である。好ましくは、nは5〜2,500、5〜1,000、または5〜500の整数である。より好ましくは、nは5〜250、5〜200、5〜100の整数である。なおより好ましくは、nは5〜50、5〜40、5〜30、5〜29、5〜28、5〜27、5〜26、または5〜25の整数である。
いくつかの実施形態において、Rは、メチル、エチル、直鎖または分岐鎖C3〜C5アルキルからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、Rは、メチル、エチル、n−プロピル、1−メチル−エチル、n−ブチル、tert−ブチル、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル、n−ペンチル、2−ペンチル、3−ペンチル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、3−メチルブタ−2−イル、2−メチルブタ−2−イル、および2,2−ジメチルプロピルからなる群から選択される。ある実施形態において、Rは、H、エチル、n−プロピル、1−メチルエチルからなる群から選択される。ある実施形態において、RはHである。
典型的には、得られるポリアルキルシロキサンの混合物は油である。
ある実施形態において、ポリアルキルシロキサンの混合物は、化学量論量の少なくとも60%、好ましくは少なくとも80%に等しいが、好ましくは化学量論量以下に等しい量の一定量のポリアルキルヒドロシロキサンで行われるヒドロシリル化反応で得られる。ある実施形態において、該反応は、化学量論量の少なくとも60%、70%、80%、90%、95%、97.5%、99%、または99.5%に等しい一定量のポリアルキルヒドロシロキサンで行われる。
いくつかの実施形態において、ポリアルキルシロキサンの混合物は、少なくとも部分的にポリメチルヒドロシロキサンから選択されるポリアルキルヒドロシロキサンで、好ましくは、一般構造式(I)で示される繰り返し単位の少なくとも80モル%がメチル基である残基Rを有するポリアルキルヒドロシロキサンで行われるヒドロシリル化反応で得られる。
しかしながら、いくつかの実施形態において、本発明の方法では、一般構造式(I)で示される繰り返し単位の少なくとも80、85、95、97.5、98、99、または99.5モル%がメチル基である残基Rを有するポリアルキルヒドロシロキサンが使用される。
さらなる実施形態において、ポリアルキルシロキサンの混合物は、モノ不飽和オレフィンの少なくとも80モル%がα−オレフィンから選択されるヒドロシリル化反応で得られる。
好ましくは、ポリアルキルシロキサンの混合物は、モノ不飽和オレフィンの少なくとも80モル%、90モル%、95モル%、97.5モル%、99モル%、または99.5モル%がα−オレフィンから選択されるヒドロシリル化反応で得られる。
種々の実施形態において、ポリアルキルシロキサンの混合物は、ヒドロシリル化触媒が白金触媒であるヒドロシリル化反応で得られる。白金触媒は、クロロ白金酸、アルコール変性クロロ白金酸、クロロ白金酸のオレフィン錯体、クロロ白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体、炭素担体に吸着された白金微粒子、白金黒、白金アセチルアセトネート、第一白金ハライド、例えばPtCl、PtCl、Pt(CN)、第一白金ハライドと不飽和化合物、例えばエチレン、プロピレン、およびオルガノビニルシロキサンとの錯体、スチレンヘキサメチル二白金、RhCl(BuS)、スパイヤー触媒、ならびにカールシュテット触媒からなる群から選択することができる。好ましくは、白金触媒はスパイヤーまたはカールシュテット触媒、より好ましくはスパイヤー触媒である。
いくつかの実施形態において、ポリアルキルシロキサンの混合物は、反応混合物が、好ましくは、10モル%以下のSi−H結合を含有するポリアルキルシロキサンの混合物を生じさせるのに十分な時間にわたって、80〜180℃の範囲の温度に維持されるヒドロシリル化反応で得られる。好ましくは、反応は、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1モル%以下のSi−H結合を含有するポリアルキルシロキサンの混合物を生じさせるのに十分な時間にわたって行われる。好ましくは、反応は、6モル%以下のSi−H結合を含有するポリアルキルシロキサンの混合物を生じさせるのに十分な時間にわたって行われる。
ある実施形態において、ポリアルキルシロキサンの混合物は、一定量の1以上のポリアルキルヒドロシロキサンおよび/またはモノ不飽和オレフィンの混合物に対する、溶媒として作用する不活性な液状媒体の重量分率が20重量%未満、好ましくは10重量%未満、より好ましくは1重量%未満であってよいヒドロシリル化反応で得られる。適切な不活性な液状媒体は、トルエンまたはテトラヒドロフランなどの非プロトン性溶媒から選択することができるが、これらに限定されない。反応は、好ましくは、あらゆるそのような不活性な液状媒体なしに行われる。好ましくは、反応の完了の後に、いずれの残存溶媒も除去される。触媒は、当該分野で既知の方法によって反応混合物から除去することができる。
さらなる実施形態において、混合物は、炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基の範囲内に入るRと炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基の範囲内に入るRとの比が2:3〜3:2の範囲にあるポリアルキルシロキサンを含む。このことは、ポリアルキルシロキサンが、いくつかの置換基Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基の範囲内に入り、他の置換基Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基の範囲内に入る繰り返し単位を含むことを意味する。
別の態様において、本発明は、一般構造式(II):
Figure 2017512884
[式中、nはポリアルキルシロキサンに含まれる繰り返し単位の数を示し、nは5〜10,000の整数であり、残基Rは炭素数6未満の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
ここで、
a)該繰り返し単位の1〜20%において、Rは炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
b)該繰り返し単位の1〜20%において、Rは炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
c)該繰り返し単位の60〜98%において、Rは炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
d)該繰り返し単位の0〜10%、好ましくは10%未満において、RはHである]
で示される繰り返し単位を含むポリアルキルシロキサンに関する。
これらの実施形態において、a)〜d)で定義された繰り返し単位のパーセンテージは合計100%となる。定められたパーセンテージは、ポリアルキルシロキサンにおける繰り返し単位の合計数に関する。
群a)のRは、炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択される。該繰り返し単位の1〜20%において、Rは群a)から選択される。
群b)のRは、炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択される。該繰り返し単位の1〜20%において、Rは群b)から選択される。
群c)のRは、炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択される。該繰り返し単位の60〜98%において、Rは群c)から選択される。
群d)のRはHである。該繰り返し単位の0〜10%、好ましくは10%未満において、Rは群d)から選択される。
一般構造式(II)のRは、一般構造式(I)におけるRと同一であると定義される。
ある実施形態において、ポリアルキルシロキサンは、25℃において200〜20000mPa・s、好ましくは25℃において200〜7000mPa・sの動粘度を有する。
用語「動粘度」とは、動的粘度μを測定し、該動的粘度μを流体の密度ρで割ることによって決定される粘度をいう。動的粘度を決定する方法は当該分野でよく知られている。
さらなる実施形態において、ポリアルキルシロキサンは上記のように定義され、ここで、画分c)については、Rは炭素数10〜14の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択される。ある実施形態において、画分c)のRは、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、およびドデシルからなる群から選択される。好ましくは、画分c)のRはドデシルである。
いくつかの実施形態において、画分a)で示される繰り返し単位、すなわち、炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基であるRを有する繰り返し単位は、ポリアルキルシロキサンにおける繰り返し単位の合計の2〜10%、好ましくは約5%を構成する。
種々の実施形態において、画分b)の範囲内に入るRを有する繰り返し単位は、ポリアルキルシロキサンにおける繰り返し単位の合計の2〜15%、好ましくは約5%を構成する。
ある実施形態において、画分c)の範囲内に入るRを有する繰り返し単位は、ポリアルキルシロキサンにおける繰り返し単位の合計の60〜96%または75〜96%、好ましくは60〜90%または75〜90%を構成する。
いくつかの実施形態において、画分b)に対する画分a)のモル比は、2:3〜3:2の範囲にある。
いくつかの実施形態によると、一般構造式(II)で示される各繰り返し単位の置換基Rはメチル基である。さらなる実施形態において、一般構造式(II)で示される繰り返し単位の少なくとも80%において、Rはメチル基である。ある実施形態において、一般構造式(II)で示される繰り返し単位の少なくとも80、90、95、97.5、99、または99.5%において、Rはメチル基である。
好ましくは、本発明のポリアルキルシロキサンは油である。その場合、ポリアルキルシロキサンは、さらなる添加剤なしにダイカスト潤滑剤として用いることができる。
先に述べたように、改質ポリシロキサンは、適切な界面活性剤および水と組み合わせて水性エマルジョンに含めることができる。
ある実施形態において、水性エマルジョンは界面活性剤混合物を含む。界面活性剤混合物は、改質ポリシロキサンと安定なエマルジョンを形成することができる乳化剤を含む。ある実施形態において、該界面活性剤混合物は、エトキシ化オキソアルコールの混合物であってよい。
用語「エトキシ化」とは、アルコールにエチレンオキサイドを付加して界面活性剤を生成することをいう。
用語「オキソアルコール」は、ヒドロホルミル化反応を用いて一酸化炭素(CO)および水素をオレフィンに付加してアルデヒドを得、次いで、該アルデヒドを水素化してアルコールを得ることによって調製されるアルコールを意味する。
用語「エトキシ化オキソアルコール」は、エトキシ化されたオキソアルコールに関する。
例えば、水性エマルジョンで用いられる界面活性剤は、ポリソルベート85とエトキシ化(6−8)トリデシルアルコールとの混合物であってもよい。
いくつかの実施形態において、エトキシ化オキソアルコールは、改質ポリシロキサンに対して1:4〜1:10の重量比で水性エマルジョンで用いられる。加えて、アニオン性、非イオン性および/またはカチオン性のいずれかの他の界面活性剤を水性エマルジョンで用いてよい。
したがって、本発明は、a)1〜50重量%の、本明細書中で定義されたポリアルキルシロキサンの混合物またはポリアルキルシロキサン、b)1〜15重量%の、HLB値が少なくとも8である非イオン性界面活性剤、およびc)20重量%未満、好ましくは10重量%未満のワックスを含む、離型剤として金属鋳造プロセスで用いるのに適した水性組成物にも関する。
種々の実施形態において、離型剤は、好ましくは、1重量%未満、より好ましくは0.1重量%未満、特に好ましくは0.01重量%未満のワックスを含む。
ある実施形態においては、水性エマルジョン中の改質ポリシロキサンの含有量は、1〜50重量%、好ましくは5〜50重量%、より好ましくは5〜30重量%である。
さらに、水性エマルジョン中の界面活性剤の含有量は、1〜15重量%、好ましくは5〜15重量%、より好ましくは5〜10重量%であってよい。
本明細書中で用いる用語「ワックス(単数または複数)」は、水に不溶性であって、20℃で可塑性(可鍛性)であり、45℃超で融解して、低粘度の液体を生じるある種の有機化合物に関する。ワックスは水に不溶性であるが、有機非極性溶媒に可溶性である。全てのワックスは、合成のものも天然のものも、有機化合物である。
ワックスとの関係で用いられる用語「可塑性」は、ワックスが加えられた力に応答して不可逆的に形状が変化する場合の変形に関する。用語「可鍛性」とは、圧縮応力下で変形するワックスの能力をいう。先行技術の離型組成物で用いられるワックスの例は、改質されていてもよいポリエチレンおよびポリプロピレンである。ポリエチレンおよびポリプロピレンとの関係での用語「改質された」は、エステル化された、またはケン化されたポリエチレンおよびポリプロピレンを意味する。
また、他の成分、例えば、腐食阻害剤、抗微生物剤、および種々の天然または合成油のエマルジョンをダイカスト離型剤に配合してよい。
好ましくは、本発明の水性組成物は、水中油型エマルジョンである。
本発明のダイカスト離型剤の調製もまた本発明に含まれる。
離型剤は、適切な乳化装置を用いて改質ポリシロキサン、乳化剤および水を合わせて、安定な水中油型エマルジョンを製造し、続いて、水および任意の他の構成成分を加えることによって調製することができる。
一般に、ダイカスト離型剤の適用は、好ましくは、スプレーコーティングによって行われる。典型的には、ダイカスト離型剤は希釈して使用される。ある実施形態において、ダイカスト離型剤は、1〜200倍希釈、好ましくは1〜100倍希釈、1〜50倍希釈、または1〜20倍希釈で使用される。
これらの水性組成物は、ワックスを含まないか、ほとんど含まないのに、ワックス様、またはワックスよりも改良された潤滑特性を有するため、有利である。該組成物は、ワックスを含まないか、またはほとんど含まないため、ワックスベースの潤滑剤に関する典型的な不都合、例えば、スプレー機器、すなわち、スプレーノズルの定期的な徹底的な清掃を必要性としない。また、鋳型への残存ワックス固着の発生が回避され、それに関連する、鋳造機器を同時に休止させて鋳型を定期的に清掃する必要性が回避される。さらに、その満足な塗装またはメッキを達成するために鋳物を過剰に清掃することが回避される。
いくつかの実施形態において、水性組成物は、ポリソルベート85とエトキシ化(6−8)トリデシルアルコールとの混合物である非イオン性界面活性剤を含む。
種々の実施形態において、水性組成物は、水中油型エマルジョンである。
ある実施形態において、ワックスは、改質された、または改質されていない、水に不溶性であって、20℃において可塑性(可鍛性)であり、45℃を超えると融解するポリエチレンおよび/またはポリプロピレンである。
さらなる態様において、本発明は、金属鋳造プロセスにおける離型剤としてのポリアルキルシロキサンの使用であって、i)該ポリアルキルシロキサンが本明細書中に定義されたポリアルキルシロキサンの混合物であり、ii)該ポリアルキルシロキサンが本明細書中で定義されたポリアルキルシロキサンであり、またはiii)該ポリアルキルシロキサンが、以下の一般構造式(III):
Figure 2017512884
[式中、nは5〜10,000の範囲にある繰り返し単位の数を示し、各繰り返し単位について、残基Rは、独立して、炭素数6未満の直鎖アルキル基から選択され、かつ各繰り返し単位について、残基Rは、独立して、水素、または炭素数6〜15、16〜30もしくは40〜60の直鎖もしくは分岐鎖アルキル基から選択され、残基Rが水素である繰り返し単位の割合は0.1未満であり、残基Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.01〜0.2の範囲にあり、残基Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.01〜0.2の範囲にあり、かつ残基Rが炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.6〜0.98の範囲にある]
で示される繰り返し単位を含む、使用に関する。
は、一般構造式(I)および(II)について定義した通りである。Rは、上記した本発明のポリアルキルシロキサンについて定義した通りであってよい。
いくつかの実施形態において、Rは、炭素数10〜14の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択されてよい。ある実施形態において、Rは、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、およびドデシルからなる群から選択される。好ましくは、Rはドデシルである。
いくつかの実施形態によると、一般構造式(III)で示される各繰り返し単位の残基Rはメチル基である。さらなる実施形態において、一般構造式(III)で示される繰り返し単位の少なくとも80%の残基Rはメチル基である。ある実施形態において、一般構造式(III)で示される繰り返し単位の少なくも80、90、95、97.5、99、または99.5%の残基Rはメチル基である。
ある実施形態において、金属鋳造プロセスにおける離型剤としてのポリアルキルシロキサンの使用は、上記定義のポリアルキルシロキサンに関し、ここで、Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位の割合は少なくとも0.02、好ましくは少なくとも0.05であるが、好ましくは0.15以下であり、Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位の割合は少なくとも0.02、好ましくは少なくとも0.05であるが、好ましくは0.10以下であり、および/または残基Rが炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位の割合は0.96以下であり、好ましくは0.90以下であるが、好ましくは少なくとも0.75である。
いくつかの実施形態において、Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基の範囲内に入る繰り返し単位の割合は、0.02〜0.10、好ましくは約0.05である。
種々の実施形態において、Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基の範囲内に入る繰り返し単位の割合は、0.02〜0.15、好ましくは約0.05である。
ある実施形態において、Rが炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基の範囲内に入る繰り返し単位の割合は、0.60〜0.96または0.75〜0.96、好ましくは0.60〜0.90または0.75〜0.90である。
種々の実施形態において、金属鋳造プロセスにおける離型剤としてのポリアルキルシロキサンの使用は、上記定義のポリアルキルシロキサンに関し、ここで、残基Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位に対する、残基Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位のモル比は、2:3〜3:2の範囲にある。
いくつかの実施形態において、金属鋳造プロセスにおける離型剤としてのポリアルキルシロキサンの使用は、上記定義のポリアルキルシロキサンに関し、ここで、一般構造式(II)で示される各繰り返し単位の残基Rはメチル基であり、ポリアルキルシロキサンは25℃において200〜20000mPa・s、好ましくは25℃において200〜7000mPa・sの動粘度を有する。
さらに、本発明の使用のためのポリアルキルシロキサンは、好ましくは油である。
本明細書中で数値に関して用いる用語「約」は、その用語が言及する数値の±10%を意味する。結果として、「約50%」は45%〜55%の範囲を意味する。
「からなる」とは、フレーズ「からなる」に続く全てを含み、それに限定されることを意味する。したがって、フレーズ「からなる」は、列挙された要素が必要であるか必須であり、他の要素が存在できないことを示す。
「含む」とは、単語「含む」に続く全てを包含するが、それに限定されないことを意味する。したがって、用語「含む」の使用は、列挙された要素が必要であるか必須であるが、他の要素は任意であって、存在しても存在しなくてもよいことを示す。
本明細書中に説明的に記載された発明は、本明細書中に具体的に開示されていないいかなる1以上の要素や限定が存在しない場合でも適切に実施することができる。したがって、例えば、用語「含む」、「包含する」、「含有する」等は、広く限定せずに解釈すべきである。加えて、本明細書中で使用される用語および表現は、記載のための用語として用いられ、限定するものではなく、そのような用語および表現の使用によって、示されかつ記載された特徴のいかなる均等物またはその一部をも排除する意図はないが、種々の変更が特許請求される発明の範囲内で可能であることが認識される。したがって、本発明を好ましい実施形態および任意の特徴によって具体的に開示してきたが、当業者であれば、本明細書中で具体化され本明細書に開示された発明の変更および変形に依拠することができ、そのような変更および変形は、本発明の範囲内にあると考えられると理解されるべきである。
本明細書中では、本発明を広くかつ上位概念的に記載してきた。上位概念の開示の範囲内にある狭い種および下位概念の群の各々もまた、本発明の一部をなす。
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲および非限定的な実施例の範囲内にある。本明細書中で引用された全ての書類は、参照によってその全体が本明細書中に記載されているものとみなす。
実施例1:
改質ポリシロキサンの調製
平均式(CHSiO(CHHSiO)25Si(CHを有するポリメチルヒドロシロキサン(40g、602.5ミリモル遊離Si−H)、1−ドデセン(4.76g、28.3ミリモル)および平均式CH(CH40CH=CHを有するα−オレフィン(16.32g、27.1ミリモル、AlphaPlus C30+HA)の混合物に、4ppmのHPtClのイソプロパノール溶液(73μL、17.1mg/mL)を加えた。混合物を80℃まで加熱した結果、発熱し、混合物は140℃まで加熱された。1−ドデセン(74.64g、443.4ミリモル)と平均式CH(CH19CH=CHを有するα−オレフィン(12.17g、43.4ミリモル)との混合物を、温度を140〜150℃に維持する速度で加えた。添加の完了後、混合物を150℃で2時間加熱した。FTIR分析により、残存するSi−H基が5.0%であることが示された。生成物の粘度は6300mPa・sであった。
ダイカスト離型剤の調製
上記した改質ポリメチルシロキサン(30.5g)を乳化剤混合物(14.3g)に加えた。激しく撹拌しつつ、水を加えて、逆転温度(7.0g)を生じさせた。追加の改質ポリメチルシロキサン(59.1g)を、激しく撹拌しつつゆっくりと加えた。10分後、水(89.1g)をゆっくりと加え、続いてActicide MV14(Thor Chemie、0.02g)を加えた。このエマルジョンの76gを、Mayco Base RP8765(Dover Chemical Corporation、2.6g)と水(120.5g)との混合物に加えた。この混合物にSAG 10E(Momentive、0.1g)およびActicide MBS(Thor Chemie 0.8g)を加えた。
加圧ダイカスト試験
加圧ダイカストエマルジョンを、その使用中に潤滑剤の蓄積を生じるワックス含有潤滑剤Deltacast CP−579(固形分23%、水で0.8%に希釈)と比較試験した。新しい潤滑剤(固形分17%、水で1.0%に希釈)では、離型性が良好で、ダイまたはスプレーノズル上に観察可能な潤滑剤の蓄積なしに良好な清浄鋳物を生じた。
実施例2:
改質ポリシロキサンの調製
平均式(CHSiO(CHHSiO)25Si(CHを有するポリメチルヒドロシロキサン(40g、602.5ミリモル遊離Si−H)、1−ドデセン(4.65g、27.7ミリモル)および平均式CH(CH40CH=CHを有するα−オレフィン(19.59g、32.5ミリモル)の混合物での実施例1と同様の調製。1−ドデセン(72.93g、433.3ミリモル)と平均式CH(CH19CH=CHを有するα−オレフィン(13.69g、48.8ミリモル)との混合物の添加。FTIR分析により、残存するSi−H基が4.7%であることが示された。生成物の粘度は14000mPa・sであった。
ダイカスト離型剤の調製は、実施例1と同様に行った。
実施例3:
改質ポリシロキサンの調製
平均式(CHSiO(CHHSiO)25Si(CHを有するポリメチルヒドロシロキサン(60g、903.8ミリモル遊離Si−H)、1−ドデセン(10.27g、61.0ミリモル)、平均式CH(CH19CHCHを有するα−オレフィン(3.76g、12.2ミリモル)および平均式CH(CH30CH=CHを有するα−オレフィン(3.42g、8.1ミリモル)の混合物での実施例1と同様の調製。1−ドデセン(92.4g、549.0ミリモル)、平均式CH(CH19CHCHを有するα−オレフィン(33.88g、109.8ミリモル)および平均式CH(CH30CH=CHを有するα−オレフィン(3.42g、8.1ミリモル)の混合物の添加。FTIR分析により、残存するSi−H基が5.5%であることが示された。生成物の粘度は9100mPa・sであった。ダイカスト離型剤の調製は、実施例1と同様に行った。

Claims (14)

  1. ヒドロシリル化反応によって得られるポリアルキルシロキサンの混合物であって、
    a)1〜20モル%の炭素数40〜60のオレフィン、
    b)1〜20モル%の炭素数16〜30のオレフィン、および
    c)60〜98モル%の炭素数6〜15のオレフィン
    からなるモノ不飽和オレフィンの混合物を、ヒドロシリル化触媒の存在下で一定量の1以上のポリアルキルヒドロシロキサンと反応させてなり、
    ここで、各ポリアルキルヒドロシロキサンは、一般構造式(I):
    Figure 2017512884
    [式中、nは5〜10,000の範囲にある繰り返し単位の数を示し、残基Rは炭素数6未満の直鎖または分岐鎖アルキル基から選択される]
    で示される繰り返し単位を含む、混合物。
  2. 化学量論量の少なくとも60%、好ましくは少なくとも80%に等しいが、好ましくは化学量論量以下に等しい量のポリアルキルヒドロシロキサンで行われるヒドロシリル化反応で得られる、請求項1に記載のポリアルキルシロキサンの混合物。
  3. 少なくとも部分的にポリメチルヒドロシロキサンから選択されるポリアルキルヒドロシロキサンで、好ましくは、一般構造式(I)で示される繰り返し単位の少なくとも80モル%がメチル基である残基Rを有するポリアルキルヒドロシロキサンで行われるヒドロシリル化反応で得られる、請求項1または2に記載のポリアルキルシロキサンの混合物。
  4. 前記モノ不飽和オレフィンの少なくとも80モル%がα−オレフィンから選択されるヒドロシリル化反応で得られる、請求項1〜3のいずれかに記載のポリアルキルシロキサンの混合物。
  5. 前記ヒドロシリル化触媒が白金触媒、好ましくはスパイヤー触媒またはカールシュテット触媒、より好ましくはスパイヤー触媒であるヒドロシリル化反応で得られる、請求項1〜4のいずれかに記載のポリアルキルシロキサンの混合物。
  6. 反応混合物が、好ましくは、10モル%以下のSi−H結合を含有するポリアルキルシロキサンの混合物を生じさせるのに十分な時間にわたって、80〜180℃の範囲の温度に維持されるヒドロシリル化反応で得られる、請求項1〜5のいずれかに記載のポリアルキルシロキサンの混合物。
  7. i)前記一定量の1以上のポリアルキルヒドロシロキサンおよび/またはモノ不飽和オレフィンの混合物に対する、溶媒として作用する不活性な液状媒体の重量分率が20重量%未満、好ましくは10重量%未満、より好ましくは1重量%未満であり、および/または、
    ii)前記ポリアルキルシロキサンの混合物が油である
    ヒドロシリル化反応で得られる、請求項1〜6のいずれかに記載のポリアルキルシロキサンの混合物。
  8. 一般構造式(II):
    Figure 2017512884
    [式中、nはポリアルキルシロキサンに含まれる繰り返し単位の数を示し、nは5〜10,000の整数であり、残基Rは炭素数6未満の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    ここで、
    a)該繰り返し単位の1〜20%において、Rは炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    b)該繰り返し単位の1〜20%において、Rは炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    c)該繰り返し単位の60〜98%において、Rは炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    d)該繰り返し単位の0〜10%、好ましくは10%未満において、RはHである]
    で示される繰り返し単位を含むポリアルキルシロキサン。
  9. i)前記繰り返し単位c)において、Rは炭素数10〜14の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    ii)前記繰り返し単位の2〜10%、好ましくは約5%において、Rは炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    iii)前記繰り返し単位の2〜15%、好ましくは約5%において、Rは炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    iv)前記繰り返し単位の60〜96%または75〜96%、好ましくは60〜90%または75〜90%において、Rは炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基からなる群から選択され、
    v)b)の繰り返し単位に対するa)の繰り返し単位の比は2:3〜3:2の範囲にあり、
    vi)前記ポリアルキルシロキサンは油であり、および/または、
    vii)一般構造式(II)で示される各繰り返し単位のRはメチル基である、
    請求項8に記載のポリアルキルシロキサン。
  10. a)1〜50重量%の、請求項1〜7のいずれかに記載のポリアルキルシロキサンの混合物、または請求項8または9に記載の少なくとも1つのポリアルキルシロキサン、
    b)1〜15重量%の、HLB値が少なくとも8である非イオン性界面活性剤、および
    c)20重量%未満、好ましくは10重量%未満、より好ましくは1重量%未満、なおより好ましくは0.1重量%未満のワックス
    を含む、離型剤として金属鋳造プロセスで用いるのに適した水性組成物。
  11. 金属鋳造プロセスにおける離型剤としてのポリアルキルシロキサンの使用であって、
    i)該ポリアルキルシロキサンが請求項1〜7のいずれかに記載のポリアルキルシロキサンの混合物であり、
    ii)該ポリアルキルシロキサンが請求項8または9に記載のポリアルキルシロキサンであり、または
    iii)該ポリアルキルシロキサンが、以下の一般構造式(III):
    Figure 2017512884
    [式中、nは5〜10,000の範囲にある繰り返し単位の数を示し、
    各繰り返し単位について、残基Rは、独立して、炭素数6未満の直鎖アルキル基から選択され、かつ
    各繰り返し単位について、残基Rは、独立して、水素、または炭素数6〜15、16〜30もしくは40〜60の直鎖もしくは分岐鎖アルキル基から選択され、残基Rが水素である繰り返し単位の割合は0.1未満であり、残基Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.01〜0.2の範囲にあり、残基Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.01〜0.2の範囲にあり、かつ残基Rが炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基である繰り返し単位の割合は0.6〜0.98の範囲にある]
    で示される繰り返し単位を含む、
    使用。
  12. 選択肢iii)において
    a)Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位の割合は、少なくとも0.02、好ましくは少なくとも0.05であるが、好ましくは0.15以下であり、
    b)Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位の割合は、少なくとも0.02、好ましくは少なくとも0.05であるが、好ましくは0.10以下であり、および/または
    c)残基Rが炭素数6〜15の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位の割合は、0.96以下、好ましくは0.90以下であるが、好ましくは少なくとも0.75である、
    請求項11に記載の使用。
  13. 残基Rが炭素数40〜60の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位に対する残基Rが炭素数16〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基である一般構造式(III)で示される繰り返し単位の比が、2:3〜3:2の範囲にある、請求項11または請求項12に記載の使用。
  14. i)一般構造式(III)で示される各繰り返し単位の残基Rがメチル基であり、
    ii)前記ポリアルキルシロキサンが25℃において200〜20000mPa・s、好ましくは25℃において200〜7000mPa・sの動粘度を有し、および/または、
    iii)該ポリアルキルシロキサンは油である、
    請求項11〜13のいずれかに記載の使用。
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