JP3701017B2 - 有機シリコーン微粒子、有機シリコーン微粒子の製造方法及び高分子材料用改質剤 - Google Patents
有機シリコーン微粒子、有機シリコーン微粒子の製造方法及び高分子材料用改質剤 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機シリコーン微粒子、有機シリコーン微粒子の製造方法及び高分子材料用改質剤に関する。高分子材料用改質剤、化粧品原料、コーティング材、診断薬用担体、塗料原料等として、有機シリコーン微粒子が広く利用されている。本発明は、かかる有機シリコーン微粒子であって、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目を有する全体としてはラグビーボール様を呈する有機シリコーン微粒子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、有機微粒子として、合成高分子系のものや天然高分子系のもの等、各種が知られている。なかでも合成高分子系の有機微粒子である有機シリコーン微粒子については、それが平滑性、非粘着性、吸油性、分散性、耐熱性、耐溶剤性、撥水性等に優れていることから注目され、1)表面の滑らかな中実球状の有機シリコーン微粒子(特開昭61−159427、特開昭61−159467、特開昭61−194009、特開昭63−15849、特開昭63−8461、特開昭63−77940、特開昭63−297313、特開昭63−312324、特開平1−144423、特開平2−209927、特開平4−337390、特開平6−49209、特開平6−279589、特開平11−116681)、2)表面に多数のくぼみを有する全体としては中実球状の有機シリコーン微粒子(特開2000−191788、3)断面馬蹄形を呈する有機シリコーン微粒子(特開平2000−191789)等が提案されている。
【0003】
ところが、従来提案されている前記のような有機シリコーン微粒子は、全体として球状を呈するか又はほぼ球状に近い形状を呈するため、これらを例えば合成高分子フィルムや合成繊維の滑剤として用いた場合、該合成高分子フィルムや該合成繊維の全方向に平滑性が付与されてしまうという問題がある。合成高分子フィルムや合成繊維の全方向に平滑性が付与されると、それらの製造工程において、該合成高分子フィルムや該合成繊維がそれらの流れ方向(工程通過方向)や巻き方向へ滑り易くなるだけでなく、かかる方向と直交する幅方向(横方向)へも滑り易くなって、それらがパスライン(所定の通過路)からずれたり又はそれらの巻き形状が悪くなったりする等の支障を生じるのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、例えば合成高分子フィルムや合成繊維の滑剤として用いた場合に、それらに特定方向の平滑性を付与し、よってそれらの製造工程において、それらを流れ方向や巻き方向にのみ滑り易くし、それらがパスラインからずれたり又はそれらの巻き形状が悪くなったりする等の支障が生じるのを防止できる新たな有機シリコーン微粒子を提供する処にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明者は、前記の課題を解決するべく研究した結果、ポリシロキサン架橋構造体から成り、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目を有する全体としてはラグビーボール様を呈する特定の大きさの有機シリコーン微粒子が正しく好適であることを見出した。
【0006】
すなわち本発明は、ポリシロキサン架橋構造体から成る有機シリコーン微粒子であって、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目を有する全体としてはラグビーボール様を呈し、長径(L1)の平均値が0.05〜20μm、短径(L2)の平均値が0.03〜15μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=1.1〜3.3の範囲内にあることを特徴とする有機シリコーン微粒子に係る。また本発明はかかる有機シリコーン微粒子の製造方法、該有機シリコーン微粒子から成る高分子材料用改質剤に係る。
【0007】
先ず、本発明に係る有機シリコーン微粒子について説明する。本発明に係る有機シリコーン微粒子は、ポリシロキサン架橋構造体から成るものである。このポリシロキサン架橋構造体は、シロキサン単位が3次元の網目構造を形成した構造体である。本発明はポリシロキサン架橋構造体を構成するシロキサン単位の種類や割合を特に制限するものではないが、かかるシロキサン単位としては下記の式1で示されるシロキサン単位と式2で示されるシロキサン単位と式3で示されるシロキサン単位とから構成されたものが好ましい。
【0008】
【式1】
SiO2
【式2】
R1SiO1.5
【式3】
R2R3SiO
【0009】
式2,式3において、
R1,R2,R3:ケイ素原子に直結した炭素原子を有する有機基
【0010】
式2で示されるシロキサン単位において、式2中のR1は、いずれもケイ素原子に直結した炭素原子を有する有機基であって、反応性基でない有機基又は反応性基を有しない有機基である場合と、反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合とがあるが、反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合が好ましい。
【0011】
式2中のR1において、それが反応性基でない有機基又は反応性基を有しない有機基である場合の有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アラルキル基等が挙げられるが、なかでもメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基又はフェニル基が好ましく、メチル基がより好ましい。式2中のR1がかかる有機基である場合、式2で示されるシロキサン単位としては、メチルシロキサン単位、エチルシロキサン単位、プロピルシロキサン単位、ブチルシロキサン単位、フェニルシロキサン単位等が挙げられる。
【0012】
式2中のR1において、それが反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合の有機基としては、エポキシ基、エポキシ基を有する置換アルキル基、(メタ)アクリロキシ基、アルケニル基、メルカプトアルキル基、アミノアルキル基、ハロアルキル基、グリセロキシ基、ウレイド基、シアノ基等が挙げられるが、なかでも2−グリシドキシエチル基、3−グリシドキシプロピル基、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル基等のエポキシ基を有する置換アルキル基、3−メタクロキシプロピル基、3−アクリロキシプロピル基等の(メタ)アクリロキシ基、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基等のアルケニル基、メルカプトプロピル基、メルカプトエチル基等のメルカプトアルキル基、3−(2−アミノエチル)アミノプロピル基、3−アミノプロピル基、N,N−ジメチルアミノプロピル基等のアミノアルキル基が好ましい。式2中のR1がかかる有機基である場合、式2で示されるシロキサン単位としては、1)3−グリシドキシプロピルシロキサン単位、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルシロキサン単位、2−グリシドキシエチルシロキサン単位等のエポキシ基を有するシロキサン単位、2)3−メタクロキシプロピルシロキサン単位、3−アクリロキシプロピルシロキサン単位等の(メタ)アクリロキシ基を有するシロキサン単位、3)ビニルシロキサン単位、アリルシロキサン単位、イソプロペニルシロキサン単位等のアルケニル基を有するシロキサン単位、4)メルカプトプロピルシロキサン単位、メルカプトエチルシロキサン単位等のメルカプトアルキル基を有するシロキサン単位、5)3−アミノプロピルシロキサン単位、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルシロキサン単位、N,N−ジメチルアミノプロピルシロキサン単位、N,N−ジエチルアミノプロピルシロキサン単位、N,N−ジメチルアミノエチルシロキサン単位等のアミノアルキル基を有するシロキサン単位、6)3−クロロプロピルシロキサン単位、トリフルオロプロピルシロキサン単位等のハロアルキル基を有するシロキサン単位、7)3−グリセロキシプロピルシロキサン単位、2−グリセロキシエチルシロキサン単位等のグリセロキシ基を有するシロキサン単位、8)3−ウレイドプロピルシロキサン単位、2−ウレイドエチルシロキサン単位等のウレイド基を有するシロキサン単位、9)シアノプロピルシロキサン単位、シアノエチルシロキサン単位等のシアノ基を有するシロキサン単位等が挙げられるが、なかでもエポキシ基を有するシロキサン単位、(メタ)アクリロキシ基を有するシロキサン単位、アルケニル基を有するシロキサン単位、メルカプトアルキル基を有するシロキサン単位、アミノアルキル基を有するシロキサン単位が好ましい。
【0013】
式3で示されるシロキサン単位において、式3中のR2及びR3は式2中のR1について前記したことと同様である。但しここでは、R2及びR3の双方が反応性基でない有機基又は反応性基を有しない有機基である場合と、R2及びR3のうちで一方が反応性基でない有機基又は反応性基を有しない有機基であり且つ他方が反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合と、R2及びR3の双方が反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合とがあるが、R2及びR3のうちで少なくとも一方が反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合が好ましい。
【0014】
式3中のR2及びR3の双方が反応性基でない有機基又は反応性基を有しない有機基である場合の式3で示されるシロキサン単位としては、ジメチルシロキサン単位、ジエチルシロキサン単位、メチルプロピルシロキサン単位、ブチルメチルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位等が挙げられる。
【0015】
式3中のR2及びR3のうちで少なくとも一方が反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合の式3で示されるシロキサン単位としては、1)3−グリシドキシプロピル=メチルシロキサン単位、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル=メチルシロキサン単位、2−グリシドキシエチル=メチルシロキサン単位等のエポキシ基を有するシロキサン単位、2)3−メタクロキシプロピル=メチルシロキサン単位、3−アクリロキシプロピル=メチルシロキサン単位等の(メタ)アクリロキシ基を有するシロキサン単位、3)ビニル=メチルシロキサン単位、アリル=メチルシロキサン単位、イソプロペニル=メチルシロキサン単位等のアルケニル基を有するシロキサン単位、4)メルカプトプロピル=メチルシロキサン単位、メルカプトエチル=メチルシロキサン単位等のメルカプトアルキル基を有するシロキサン単位、5)3−アミノプロピル=メチルシロキサン単位、3−(2−アミノエチル)アミノプロピル=メチルシロキサン単位、N,N−ジメチルアミノプロピル=メチルシロキサン単位、N,N−ジエチルアミノプロピル=メチルシロキサン単位、N,N−ジメチルアミノエチル=メチルシロキサン単位等のアミノアルキル基を有するシロキサン単位、6)3−クロロプロピル=メチルシロキサン単位、トリフルオロプロピル=メチルシロキサン単位等のハロアルキル基を有するシロキサン単位、7)3−グリセロキシプロピル=メチルシロキサン単位、2−グリセロキシエチル=メチルシロキサン単位等のグリセロキシ基を有するシロキサン単位、8)3−ウレイドプロピル=メチルシロキサン単位、2−ウレイドエチル=メチルシロキサン単位等のウレイド基を有するシロキサン単位、9)シアノプロピル=メチルシロキサン単位、シアノエチル=メチルシロキサン単位等のシアノ基を有するシロキサン単位等が挙げられるが、なかでもエポキシ基を有するシロキサン単位、(メタ)アクリロキシ基を有するシロキサン単位、アルケニル基を有するシロキサン単位、メルカプトアルキル基を有するシロキサン単位、アミノアルキル基を有するシロキサン単位が好ましい。
【0016】
ポリシロキサン架橋構造体を前記したようなシロキサン単位で構成する場合、(式1で示されるシロキサン単位+式2で示されるシロキサン単位)/式3で示されるシロキサン単位=99/1〜50/50(モル比)の構成割合とするのが好ましく、90/10〜60/40(モル比)の構成割合とするのがより好ましい。またこれに併せて、式1で示されるシロキサン単位/式2で示されるシロキサン単位=23/77〜40/60(モル比)の構成割合とするのが特に好ましい。
【0017】
本発明に係る有機シリコーン微粒子は、以上説明したようなポリシロキサン架橋構造体から成るものであって、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目を有する全体としてはラグビーボール様を呈するものである。言い替えれば、全体としては外観が長円形の中空ボールであるラグビーボールに略々近似する形状を呈し、その周面に、平面から見て長手方向の一端部から他端部へと直線的に渡り、内側中空部と連続する割れ目が形成されたものである。そして長径(L1)の平均値が0.05〜20μm、短径(L2)の平均値が0.03〜15μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=1.1〜3.3の範囲内にあるものであるが、長径(L1)の平均値が0.1〜15μm、短径(L2)の平均値が0.05〜10μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=1.2〜2.5の範囲内にあるものが好ましい。本発明において、長径(L1)は本発明に係る有機シリコーン微粒子の長手方向における最大外径を意味しており、また短径(L2)は本発明に係る有機シリコーン微粒子の短手方向における最大外径を意味していて、更に長径(L1)の平均値及び短径(L2)の平均値は共に、本発明に係る有機シリコーン微粒子の走査電子顕微鏡像から抽出した任意の100個についてそれぞれを測定し、その平均を求めた値である。
【0018】
次に、本発明に係る有機シリコーン微粒子の製造方法について説明する。本発明に係る有機シリコーン微粒子の製造方法は、前記した本発明に係る有機シリコーン微粒子を製造する方法であって、下記の式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物とを、(式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物+式5で示されるシラノール基形成性化合物)/式6で示されるシラノール基形成性化合物=99/1〜50/50(モル比)の割合で用い、これらを触媒を共存させた条件下で水と接触させて加水分解することによりシラノール化合物を生成させ、次に生成させたシラノール化合物を触媒を存在させた水性条件下で縮合反応させて、有機シリコーン微粒子を製造する方法である。
【0019】
【式4】
SiX4
【式5】
R4SiY3
【式6】
R5R6SiZ2
【0020】
式4,式5,式6において、
R4,R5,R6:ケイ素原子に直結した炭素原子を有する有機基
X,Y,Z:炭素数1〜4のアルコキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基を有するアルコキシエトキシ基、炭素数2〜4のアシロキシ基、炭素数1〜4のアルキル基を有するN,N−ジアルキルアミノ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子又は水素原子
【0021】
式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物は、結果として式1で示されるシロキサン単位を形成することとなる化合物である。式4中のXは、1)メトキシ基やエトキシ基等の、炭素数1〜4のアルコキシ基、2)メトキシエトキシ基やブトキシエトキシ基等の、炭素数1〜4のアルコキシ基を有するアルコキシエトキシ基、3)アセトキシ基やプロピオキシ基等の、炭素数2〜4のアシロキシ基、4)ジメチルアミノ基やジエチルアミノ基等の、炭素数1〜4のアルキル基を有するN,N−ジアルキルアミノ基、5)ヒドロキシル基、6)塩素原子や臭素原子等のハロゲン原子、又は7)水素原子である。
【0022】
具体的に、式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラメトキシエトキシシラン、テトラブトキシエトキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラプロピオキシシラン、テトラ(ジメチルアミノ)シラン、テトラ(ジエチルアミノ)シラン、シランテトラオール、クロルシラントリオール、ジクロルジシラノール、テトラクロルシラン、クロルトリハイドロジェンシラン等が挙げられるが、なかでもテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシランが好ましい。
【0023】
式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物は、結果として式2で示されるシロキサン単位を形成することとなる化合物である。式5中のYは前記した式4中のXと同様であり、また式5中のR4は前記した式2中のR1と同様である。
【0024】
式5中のR4が反応性基でない有機基又は反応性基を有しない有機基である場合、かかる式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としては、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリブトキシシラン、ブチルトリブトキシシラン、フェニルトリメトキシエトキシシラン、メチルトリブトキシエトキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリプロピオキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリ(ジメチルアミノ)シラン、メチルトリ(ジエチルアミノ)シラン、メチルシラントリオール、メチルクロルジシラノール、メチルトリクロルシラン、メチルトリハイドロジェンシラン等が挙げられるが、なかでも式2中のR1について前記したように、結果としてメチルシロキサン単位、エチルシロキサン単位、プロピルシロキサン単位、ブチルシロキサン単位又はフェニルシロキサン単位を形成することとなるシラノール基形成性ケイ素化合物が好ましい。
【0025】
また式5中のR4が反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合、式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としては、1)3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−グリシドキシエチルトリメトキシシラン等のエポキシ基を有するシラン化合物、2)3−メタク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トリメトキシシラン等の(メタ)アクリロキシ基を有するシラン化合物、3)ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、イソプロペニルトリメトキシシラン等のアルケニル基を有するシラン化合物、4)メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトエチルトリメトキシシラン等のメルカプトアルキル基を有するシラン化合物、5)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N,N−ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N,N−ジメチルアミノエチルトリメトキシシラン等のアミノアルキル基を有するシラン化合物、6)3−クロロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のハロアルキル基を有するシラン化合物、7)3−グリセロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリセロキシプロピルトリエトキシシラン等のグリセロキシ基を有するシラン化合物、8)3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、2−ウレイドエチルトリメトキシシラン等のウレイド基を有するシラン化合物、9)シアノプロピルトリメトキシシラン、シアノエチルトリメトキシシラン、シアノプロピルトリエトキシシラン等のシアノ基を有するシラン化合物等が挙げられるが、なかでもエポキシ基を有するシラン化合物、(メタ)アクリロキシ基を有するシラン化合物、アルケニル基を有するシラン化合物、メルカプトアルキル基を有するシラン化合物、アミノアルキル基を有するシラン化合物が好ましい。
【0026】
式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物は、結果として式3で示されるシロキサン単位を形成することとなる化合物である。式6中のZは前記した式4中のXと同様であり、また式6中のR5,R6は前記した式3中のR2,R3と同様である。
【0027】
式6中のR5及びR6の双方が反応性基でない有機基又は反応性基を有しない有機基である場合、かかる式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としては、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジプロピルジブトキシシラン、ジブチルジメトキシシラン、メチルフェニルメトキシエトキシシラン、ジメチルブトキシエトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジメチルジプロピオキシシラン、ジメチルジ(ジメチルアミノ)シラン、ジメチルジ(ジエチルアミノ)シラン、ジメチルシランジオール、ジメチルクロルシラノール、ジメチルジクロルシラン、ジメチルジハイドロジェンシラン等が挙げられるが、なかでも式3中のR2,R3について前記したように、結果としてジメチルシロキサン単位、ジエチルシロキサン単位、ジプロピルシロキサン単位、ジブチルシロキサン単位又はメチルフェニルシロキサン単位を形成することとなるシラノール基形成性ケイ素化合物が好ましい。
【0028】
また式6中のR5及びR6のうちで少なくとも一方が反応性基である有機基又は反応性基を有する有機基である場合、かかる式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としては、1)3−グリシドキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピル=メチル=ジエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル=メチル=ジメトキシシラン、2−グリシドキシエチル=メチル=ジメトキシシラン等のエポキシ基を有するシラン化合物、2)3−メタクロキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン等の(メタ)アクリロキシ基を有するシラン化合物、3)ビニル=メチル=ジメトキシシラン、アリル=メチル=ジメトキシシラン、イソプロピル=メチル=ジメトキシシラン等のアルケニル基を有するシラン化合物、4)メルカプトプロピル=メチル=ジメトキシシラン、メルカプトエチル=メチル=ジメトキシシラン等のメルカプトアルキル基を有するシラン化合物、5)3−アミノプロピル=メチル=ジメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピル=メチル=ジメトキシシラン、N,N−ジメチルアミノプロピル=メチル=ジメトキシシラン、N,N−ジメチルアミノエチル=メチル=ジメトキシシラン等のアミノアルキル基を有するシラン化合物、6)3−クロロプロピル=メチル=ジメトキシシラン、トリフルオロプロピル=メチル=ジメトキシシラン等のハロアルキル基を有するシラン化合物、7)3−グリセロキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン、2−グリセロキシエチル=メチル=ジメトキシシラン等のグリセロキシ基を有するシラン化合物、8)3−ウレイドプロピル=メチル=ジメトキシシラン、2−ウレイドエチル=メチル=ジメトキシシラン等のウレイド基を有するシラン化合物、9)シアノプロピル=メチル=ジメトキシシラン、シアノエチル=メチル=ジメトキシシラン等のシアノ基を有するシラン化合物等が挙げられるが、なかでもエポキシ基を有するシラン化合物、(メタ)アクリロキシ基を有するシラン化合物、アルケニル基を有するシラン化合物、メルカプトアルキル基を有するシラン化合物、アミノアルキル基を有するシラン化合物が好ましい。
【0029】
本発明に係る有機シリコーン微粒子の製造方法では先ず、以上説明した式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物とを、(式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物+式5で示されるシラノール基形成性化合物)/式6で示されるシラノール基形成性化合物=99/1〜50/50(モル比)、好ましくは90/10〜60/40(モル比)の割合で用い、ここで特に好ましくは式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物/式5で示されるシラノール基形成性化合物=23/77〜40/60(モル比)の割合で用いて、これらを触媒存在下で、水と接触させて加水分解し、シラノール化合物を生成させる。
【0030】
シラノール基形成性ケイ素化合物を加水分解するための触媒は従来公知のものを用いることができる。これには例えば、塩基性触媒として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩基類や、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、ドデシルジメチルヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド、ナトリウムメトキシド等の有機塩基類が挙げられる。また酸性触媒としては、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸類や、酢酸、クエン酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルスルホン酸等の有機酸類が挙げられる。
【0031】
式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物式と5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式6で示されるシラノール基形成性化合物とを、触媒存在下で、水と接触させて加水分解する場合、通常、水にシラノール基形成性ケイ素化合物と触媒とを加えて撹拌し、水に不溶のシラノール基形成性ケイ素化合物が反応系から消失して均一な液層が形成された時点を加水分解の終点とする。シラノール基形成性ケイ素化合物の種類により、本来的な加水分解反応性の他に、水に対する分散性の差に基づく加水分解反応性が異なるため、反応系に加える触媒の種類、その使用量及び反応温度等を適宜選択するが、シラノール基形成性ケイ素化合物と水との接触反応を容易にするため、反応系に界面活性剤を加えることもできる。
【0032】
触媒と共に反応系に加える界面活性剤としては、いずれも公知のノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤が好ましい。ノニオン性界面活性剤としては、オキシアルキレン基がオキシエチレン基及び/又はオキシプロピレン基からなる、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエステル、ポリオキシアルキレンヒマシ油等の、ポリオキシアルキレン基を有するノニオン性界面活性剤が挙げられる。かかるノニオン性界面活性剤は、反応系に0.001〜0.55重量%の濃度で存在されるのが好ましい。
【0033】
またアニオン性界面活性剤としては、オクチル硫酸塩、セチル硫酸塩、ラウリル硫酸塩等の炭素数8〜18の有機硫酸塩、オクチルスルホン酸塩、セチルスルホン酸塩、ラウリルスルホン酸塩、ステアリルスルホン酸塩、オレイルスルホン酸塩、p−トルエンスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、オレイルベンゼンスルホン酸塩、ナフチルスルホン酸塩、ジイソプロピルナフチルスルホン酸塩等の炭素数8〜30の有機スルホン酸塩等が挙げられる。かかるアニオン性界面活性剤は、反応系に0.001〜0.55重量%の濃度で存在されるのが好ましい。
【0034】
反応系に界面活性剤を存在させる場合、以上説明したようなノニオン性界面活性剤又はアニオン性界面活性剤を単独で存在させることもできるが、双方を共存させるのが好ましく、双方を共存させる場合も、ノニオン性界面活性剤及びアニオン性界面活性剤を合計で0.001〜0.55重量%の濃度で存在させるのが好ましい。
【0035】
水/シラノール基形成性ケイ素化合物の仕込み割合は通常、10/90〜70/30(重量比)とする。触媒の使用量は、その種類及びシラノール基形成性ケイ素化合物の種類によっても異なるが、通常シラノール基形成性ケイ素化合物の全量に対して1重量%以下とするのが好ましい。また反応温度は、通常0〜40℃とするが、加水分解反応によって生成させたシラノール化合物の即製的な縮合反応を避けるために30℃以下とするのが好ましい。
【0036】
式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物、式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物及び式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物は、例えば水中へ一度にこれらを投入してから加水分解してもよいし、又は遂次投入しつつ加水分解してもよい。用いるシラノール基形成性ケイ素化合物の間で加水分解速度が著しく異なるような場合には、予め加水分解速度の遅いシラノール基形成性ケイ素化合物の加水分解を行ない、次いで加水分解速度の速いシラノール基形成性ケイ素化合物を投入して引き続き加水分解を行なうのが好ましい。
【0037】
本発明に係る有機シリコーン微粒子の製造方法では次に、以上で生成させたシラノール化合物を触媒を存在させた水性条件下で縮合反応させて有機シリコーン微粒子を生成させる。本発明において、縮合反応の触媒としては加水分解における前記したような触媒を使用できるので、加水分解により生成させたシラノール化合物を含有する反応液をそのまま縮合反応に供することもできるし、該反応液に更に触媒を加えて縮合反応に供することもできるし、又は該反応液中に残存する触媒や未反応のシラノール基形成性ケイ素化合物を失活又は除去してから縮合反応に供することもできる。
【0038】
加水分解により生成させたシラノール化合物を縮合反応に供する方法としては、前記のように各種の方法が可能であるが、加水分解により生成させたシラノール化合物を含有する反応液と、縮合反応用の触媒を存在させた水性液、なかでもかかる触媒の水溶液とを混合するのが好ましい。この場合、双方を一度に混合することもできるが、シラノール化合物を含有する反応液を、縮合反応用の触媒の水性液中へ徐加しながら混合するのが好ましい。
【0039】
縮合反応時における触媒の存在量は、原料として用いたシラノール基形成性ケイ素化合物の合計量に対し通常1〜40重量%とするが、好ましくは3〜30重量%とする。縮合反応は40℃〜水の沸点の温度で行なうことができるが、60〜95℃で行なうのが好ましい。かかる縮合反応によって、有機シリコーン微粒子をその水性懸濁液として得る。
【0040】
有機シリコーン微粒子は、前記の水性懸濁液から分離し、乾燥することにより得られる。例えば、水性懸濁液を金網を通して抜き取り、遠心分離法、加圧濾過法等により脱水し、その脱水物を100〜250℃で加熱乾燥する方法により得られる。また水性懸濁液をスプレードライヤーにより直接100〜250℃で加熱乾燥する方法によっても得られる。これらの乾燥物は、例えばジェットミル粉砕機を用いて解砕するのが好ましい。以上の水性懸濁液から脱水物を得る過程において、該水性懸濁液を多孔質膜で分別処理すると、大きさのばらつきを少なくした有機シリコーン微粒子を得ることができる。かかる多孔質膜としては、分相法で製造された多孔質セラミックス膜、相転換法や延伸法で製造された高分子メンブランフィルター、高分子延伸糸をワインディングして製造されたカートリッジフィルター、中性子線照射によって得られるポア−フィルター等が挙げられるが、高分子メンブランフィルター、中性子線照射によって得られるポア−フィルターが好ましく、高分子メンブランフィルターがより好ましい。
【0041】
かくして得られる有機シリコーン微粒子は、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目を有する全体としてはラグビーボール様を呈し、長径(L1)の平均値が0.05〜20μm、短径(L2)の平均値が0.03〜15μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=1.1〜3.3の範囲内にあるものである。前記したように、シラノール化合物を縮合反応させた後、生成した有機シリコーン微粒子の水性懸濁液を高分子メンブランフィルターで分別処理すると、長径(L1)の平均値が0.1〜15μm、短径(L2)の平均値が0.05〜10μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=1.2〜2.5の範囲内にあるものとすることができる。
【0042】
本発明に係る有機シリコーン微粒子は、高分子材料用改質剤、化粧品原料、コーティング材、診断薬用担体、塗料原料等として広く利用できるが、特に高分子材料用改質剤として有用である。
【0043】
本発明に係る高分子材料用改質剤は、以上説明したような本発明に係る有機シリコーン微粒子又は本発明に係る有機シリコーン微粒子の製造方法によって得られる有機シリコーン微粒子から成るもので、高分子材料に高度の平滑性、密着防止性、離型性等の表面特性を付与する。本発明に係る高分子材料用改質剤を適用する高分子材料としては、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、ポリカプロラクトン、アクリル樹脂等の合成高分子から成形された合成高分子フィルムやシート、同様の合成高分子から成形されたフィラメントヤーンやステープルファイバー等の合成繊維が挙げられる。本発明に係る高分子材料用改質剤は、なかでも合成高分子フィルム又は合成繊維の滑剤として適用する場合に特に有用である。
【0044】
本発明に係る高分子材料用改質剤を合成高分子フィルムの滑剤として適用する方法には、1)高分子材料用改質剤を合成高分子に含有させた後、フィルムに成形する方法、2)合成高分子フィルムに高分子材料用改質剤を塗布する方法がある。前記1)の方法では、高分子材料用改質剤を、フィルムに成形する合成高分子100重量部当たり、0.01〜5重量部、好ましくは0.05〜3重量部となるように含有させる。高分子材料用改質剤を合成高分子に含有させる方法、高分子材料用改質剤を含有させた合成高分子を溶融製膜してフィルムに成形する方法は特に制限されず、公知の方法を適用できる。また前記2)の方法では、高分子材料用改質剤の水性懸濁液を調製し、これをローラータッチ法、スプレー法等の公知の方法によって合成高分子フィルムの表面に塗布する。塗布する工程は、合成高分子フィルムの製造工程において、これらの溶融押出し直後における延伸配向前の工程、一軸延伸配向後における二軸延伸配向前の工程が好ましく、これらの工程で塗布する場合に通常は、高分子材料用改質剤を、合成高分子フィルム1m2当たり、0.01〜0.2gとなるように塗布する。
【0045】
本発明に係る高分子材料用改質剤を合成繊維の滑剤として適用する方法には、1)高分子材料用改質剤を合成高分子に含有させた後、合成繊維とする方法、2)合成繊維に紡糸油剤や紡績油剤等と共に高分子材料用改質剤を付着させる方法がある。前記1)の方法では、高分子材料用改質剤を、合成繊維とする合成高分子100重量部当たり、0.01〜2重量部、好ましくは0.05〜1重量部となるように含有させる。高分子材料用改質剤を合成高分子に含有させる方法、高分子材料用改質剤を含有させた合成高分子を合成繊維とする方法は特に制限されず、公知の方法を適用できる。また前記2)の方法では、高分子材料用改質剤を例えばシリコーンオイルや鉱物油に分散させた分散液を調製し、これをローラー給油法、ガイド給油法等の公知の方法によって合成繊維の表面に付着させる。付着させる工程は延伸前の工程が好ましく、通常は高分子材料用改質剤を、合成繊維に対し0.01〜5重量%となるように付着させる。本発明に係る高分子材料用改質剤は、高度の膠着防止性及び安定した巻き形状が要求されるウレタン系弾性繊維の製造に適用する場合に、効果の発現が特に高い。
【0046】
【発明の実施の形態】
本発明に係る有機シリコーン微粒子の実施形態としては、図1〜図3に例示したものが挙げられる。図1は本発明に係る有機シリコーン微粒子を略示する拡大正面図、図2は図1と同じ有機シリコーン微粒子を略示する拡大平面図、図3は図2のA−A線断面図である。図1〜図3に略示した有機シリコーン微粒子1は、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目2を有する全体としてはラグビーボール様を呈し、長径(L1)の平均値が2.50μm、短径(L2)の平均値が1.20μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=2.1の範囲内にあるものである。有機シリコーン微粒子1は、(式1で示されるシロキサン単位+式2中のR1がメチル基である場合の式2で示されるシロキサン単位)/式3中のR2及びR3が共にメチル基である場合の式3で示されるシロキサン単位=82/18(モル比)の割合であって、式1で示されるシロキサン単位/式2中のR1がメチル基である場合の式2で示されるシロキサン単位=33/67(モル比)の割合で構成されたポリシロキサン架橋構造体から成っている。
【0047】
本発明に係る有機シリコーン微粒子の製造方法の実施形態としては、次の1)と2)が挙げられる。
1)式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としてテトラエトキシシラン、式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシラン及び式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としてジメチルジメトキシシランを用い、イオン交換水100gに酢酸0.02g及び10%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液3gを溶解した溶液に、テトラエトキシシラン56.2g(0.27モル)、メチルトリメトキシラン74.8g(0.55モル)及びジメチルジメトキシシラン21.6g(0.18モル)を加え、温度を30℃に保ちながら30分間攪拌し、加水分解を行なってシラノール化合物を生成させる。別に、イオン交換水700gに48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えた溶液を用意し、この溶液に前記でシラノール化合物を生成させた反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に温度を30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を生成させ、これを含有する水性懸濁液を得る。この水性懸濁液から固形分を分離して有機シリコーン微粒子を得る。尚、この有機シリコーン微粒子は、図1〜図3について前記した有機シリコーン微粒子である。
【0048】
2)式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としてテトラエトキシシラン、式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシランと3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、及び式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物としてジメチルジメトキシシランと3−グリシドキシプロピル=メチル=ジメトキシシランを用い、イオン交換水100gに酢酸0.02g、ラウリルスルホン酸ナトリウム2.62g及びポリオキシエチレン(14モル)ノニルフェニルエーテル0.09gを溶解した溶液に、テトラエトキシシラン72.8g(0.35モル)、メチルトリメトキシシラン47.6g(0.35モル)、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン24.8g(0.10モル)、ジメチルジメトキシシラン18.0g(0.15モル)、3−グリシドキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン11.0g(0.05モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なってシラノール化合物を生成させる。別に、イオン交換水700gに48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えた溶液を用意し、この溶液に前記でシラノール化合物を生成させた反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を生成させ、これを含有する水性懸濁液を得る。この水性懸濁液から固形分を分離して有機シリコーン微粒子を得る。この有機シリコーン微粒子は、全体としては図1〜図3に略示した有機シリコーン微粒子と同様の形状を呈し、長径(L1)の平均値が0.51μm、短径(L2)の平均値が0.24μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=2.1のポリシロキサン架橋構造体から成っている。
【0049】
本発明に係る高分子材料用改質剤の実施形態としては、前記した有機シリコーン微粒子から成る合成高分子フィルム又は合成繊維用の滑剤が挙げられる。
【0050】
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれらの実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例及び比較例において、部は重量部を、また%は重量%を意味する。
【0051】
【実施例】
試験区分1(有機シリコーン微粒子の合成)
・実施例1{有機シリコーン微粒子(P−1)の合成}
反応容器にイオン交換水100g、酢酸0.02g、10%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液3gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシシラン74.8g(0.55モル)、ジメチルジメトキシシラン21.6g(0.18モル)及びテトラエトキシシラン56.2g(0.27モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水700gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えて均一な水溶液とした。この水溶液に前記の反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に温度を30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液を孔径5μmの高分子メンブランフィルター(アドバンテック社製)に通した後、遠心分離機を用いて白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(P−1)60.1gを得た。有機シリコーン微粒子(P−1)について、以下の走査型電子顕微鏡による観察及び測定、元素分析、ICP発光分光分析、FT−IRスペクトル分析、NMRスペクトル分析を行なったところ、この有機シリコーン微粒子(P−1)は、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目を有する全体としてはラグビーボール様を呈し、長径(L1)の平均値が2.5μm、短径(L2)の平均値が1.2μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=2.1であり、(式1で示されるシロキサン単位+式2中のR1がメチル基である場合の式2で示されるシロキサン単位)/式3中のR2及びR3がメチル基である場合の式3で示されるシロキサン単位=82/18(モル比)、且つ式1で示されるシロキサン単位/式2中のR1がメチル基である場合の式2で示されるシロキサン単位=33/67(モル比)の割合で構成されたポリシロキサン架橋構造体であった。
【0052】
・有機シリコーン微粒子(P−1)の形状、長径(L1)の平均値、短径(L2)の平均値:走査型電子顕微鏡を用い、5000〜10000倍で任意の100個の有機シリコーン微粒子(P−1)を観察し、各部位を測定して、その平均値を求めた値。
・結合シロキンサン単位の分析:有機シリコーン微粒子(P−1)5gを精秤し、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液250mlに加え、有機シリコーン微粒子(P−1)中の加水分解性基を抽出処理した。抽出処理液から超遠心分離により有機シリコーン微粒子を分離し、分離した有機シリコーン微粒子を水洗した後、200℃で5時間乾燥したものを、元素分析、ICP発光分光分析、FT−IRスペクトル分析に供して、全炭素含有量及びケイ素含有量を測定すると共に、ケイ素−炭素結合、ケイ素―酸素―ケイ素結合を確認した。これらの分析値、固体の29SiについてCP/MASのNMRスペクトルの積分値、原料として用いた式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物のR4の炭素数及び式6で示されるシラノール形成性ケイ素化合物のR5,R6の炭素数より、(式1で示されるシロキサン単位+式2で示されるシロキサン単位)/式3で示されるシロキサン単位の割合及び式1で示されるシロキサン単位/式2で示されるシロキサン単位の割合を算出した。
【0053】
実施例2〜4{有機シリコーン微粒子(P−2)〜(P−4)の合成}
実施例1と同様にして、有機シリコーン微粒子(P−2)〜(P−4)を合成し、実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なった。
【0054】
・実施例5{有機シリコーン微粒子(P−5)の合成}
反応容器にイオン交換水100g、酢酸0.02g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシシラン54.4g(0.40モル)、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン35.4g(0.15モル)、ジメチルジメトキシシラン21.6g(0.18モル)及びテトラエトキシシラン56.2g(0.27モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水700gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えて均一な水溶液とした。この水溶液に前記の反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に温度を30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液を孔径3μmの高分子メンブランフィルター(アドバンテック社製)に通した後、遠心分離機を用いて白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(P−5)55.1gを得た。有機シリコーン微粒子(P−5)について、実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なった。
【0055】
・実施例6{有機シリコーン微粒子(P−6)の合成}
反応容器にイオン交換水100g、酢酸0.02g、ラウリルスルホン酸ナトリウム0.83g及びポリオキシエチレン(14モル)ノニルフェニルエーテル0.09gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシシラン47.6g(0.35モル)、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン24.8g(0.10モル)、ジメチルジメトキシシラン18.0g(0.15モル)、3−グリシドキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン11.0g(0.05モル)及びテトラエトキシシラン72.8g(0.35モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水700gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えて均一な水溶液とした。この水溶液に前記の反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液を孔径3μmの高分子メンブランフィルター(アドバンテック社製)に通した後、遠心分離機を用いて白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(P−6)57.2gを得た。有機シリコーン微粒子(P−6)について、実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なった。
【0056】
実施例7,8{有機シリコーン微粒子(P−7),(P−8)の合成}
実施例6と同様にして、有機シリコーン微粒子(P−7)、(P−8)を合成し、実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なった。
【0057】
・実施例9{有機シリコーン微粒子(P−9)の合成}
反応容器にイオン交換水100g、酢酸0.02g及びポリオキシエチレン(10モル)ノニルフェニルエーテル0.09gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にテトラエトキシシラン72.8g(0.35モル)、メチルトリメトキシシラン47.6g(0.35モル)、3−アミノプロピルトリメトキシシラン17.9g(0.10モル)、ジメチルジメトキシシラン12.0g(0.10モル)及び3−アミノプロピル=メチル=ジメトキシシラン16.3g(0.10モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水700gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えて均一な水溶液とした。この水溶液に前記の反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に温度を30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液を孔径3μmの高分子メンブランフィルター(アドバンテック社製)に通した後、遠心分離機を用いて白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(P−9)55.1gを得た。有機シリコーン微粒子(P−9)について、実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なった。
【0058】
・実施例10{有機シリコーン微粒子(P−10)の合成}
反応容器にイオン交換水100g及び酢酸0.02gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシシラン74.8g(0.55モル)、ジメチルジメトキシシラン6.0g(0.05モル)及びテトラエトキシシラン83.2g(0.40モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水700gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えて均一な水溶液とした。この水溶液に前記の反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に温度を30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液を孔径5μmの高分子メンブランフィルター(アドバンテック社製)に通した後、遠心分離機を用いて白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(P−10)60.1gを得た。有機シリコーン微粒子(P−10)について、実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なった。
【0059】
・比較例1{有機シリコーン微粒子(R−1)の合成}
反応容器にイオン交換水100g及び酢酸0.02gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にテトラエトキシシラン69.3g(0.33モル)、メチルトリメトキシシラン59.8g(0.44モル)及びジメチルジメトキシシラン7.3g(0.06モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水700gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.3gを加えて均一な水溶液とした。この水溶液に前記の反応液を徐加し、温度を13〜15℃に保ちながら5時間縮合反応を行ない、更に温度を30〜80℃に保ちながら5時間縮合反応を行なって、有機シリコーン微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液から遠心分離機を用いて白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(R−1)60.1gを得た。有機シリコーン微粒子(R−1)について、実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なった。
【0060】
・比較例2{有機シリコーン微粒子(R−2)の合成}
反応容器にイオン交換水3950g及び28%アンモニア水50gを仕込み、室温下で10分間攪拌して均一なアンモニア水溶液とした。このアンモニア水溶液に、メチルトリメトキシシラン600g(4.41モル)をアンモニア水溶液中に混ざらないように加え、上層にメチルトリメトキシラン層、下層にアンモニア水溶液層の2層状態となるようにした。次いで2層状態を保ちながらゆっくり攪拌し、メチルトリメトキシランとアンモニア水溶液との界面において加水分解及び縮合反応を進行させた。反応の進行に伴い、反応物が徐々に沈降して下層は白濁し、上層のメチルトリメトキシシラン層は徐々に層が薄くなり、約3時間で消失した。更に温度を50〜60℃に保ち、同条件で3時間攪拌を行なった後、25℃に冷却し、懸濁状に析出した白色微粒子を濾別した。濾別した白色微粒子を水洗し、150℃で3時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(R−2)266gを得た。実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なったところ、平均粒子径が3.0μm、全体としては中実球状の有機シリコーン微粒子であった。
【0061】
・比較例3{有機シリコーン微粒子(R−3)の合成}
反応容器にイオン交換水1080g及び酢酸0.2gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシシラン1169.6g(8.6モル)及びテトラエトキシシラン291.2g(1.4モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水475g及びドデシルベンゼンスルホン酸50gを仕込み、よく溶かした後、温度を80〜85℃にした。これに前記の反応液300gを約2時間かけて滴下し、縮合反応を行なった。15分間熟成後、徐冷し、室温になるまで1時間撹拌した。反応終了後、炭酸ナトリウム水溶液でpH7.0となるように調整し、有機シリコーン微粒子の水性懸濁液を得た。この水性懸濁液から白色微粒子を濾別した。濾別した白色微粒子を水洗し、150℃で3時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(R−3)594gを得た。実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なったところ、平均粒子径が2.6μm、全体としては中実球状を呈するものの、その表面に平面から見てほぼ円形の小さいくぼみを多数有する有機シリコーン微粒子であった。
【0062】
・比較例4{有機シリコーン微粒子(R−4)の合成}
反応容器にイオン交換水1080g及び酢酸0.2gを仕込み、均一な水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシシラン816g(6モル)及びテトラエトキシラン832g(4モル)を加え、温度を30℃に保ちながら加水分解を行なった。約30分間でシラノール化合物を含有する透明な反応液を得た。次に、別の反応容器にイオン交換水475g及びドデシルベンゼンスルホン酸50gを仕込み、よく溶かした後、温度を80〜85℃にした。これに前記の反応液300gを約2時間かけて滴下し、縮合反応を行なった。15分間熟成後、徐冷し、室温になるまで1時間攪拌した。反応終了後、炭酸ナトリウム水溶液でpH7.0となるように調整し、有機シリコーン微粒子の水性懸濁液を得た。この水性懸濁液から白色微粒子を濾別した。濾別した白色微粒子を水洗し、150℃で3時間熱風乾燥を行なって有機シリコーン微粒子(R−4)578gを得た。実施例1と同様の観察、測定及び分析を行なったところ、平均粒子径が4.5μm、全体として断面馬蹄形を呈する有機シリコーン微粒子であった。
以上で合成した各例の有機シリコーン微粒子の内容を表1〜表3にまとめて示した。
【0063】
【表1】
【0064】
表1において、
界面活性剤の濃度:加水分解の反応系における濃度(%)
(D+E)/F:(式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物+式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物)/式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物(モル比)
D/E:式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物/式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物(モル比)
【0065】
SM−1:テトラエトキシシラン
SM−2:メチルトリメトキシシラン
SM−3:フェニルトリメトキシシラン
SM−4:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
SM−5:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
SM−6:3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
SM−7:3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン
SM−8:ビニルトリメトキシシラン
SM−9:3−アミノプロピルトリメトキシシラン
SM−10:ジメチルジメトキシシラン
SM−11:3−グリシドキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン
SM−12:3−メタクリロキシプロピル=メチル=ジメトキシシラン
SM−13:3−メルカプトプロピル=メチル=ジメトキシシラン
SM−14:3−アミノプロピル=メチル=ジメトキシシラン
SM−15:フェニル=メチル=ジメトキシシラン
【0066】
A−1:ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム
A−2:ラウリルスルホン酸ナトリウム
N−1:ポリオキシエチレン(14モル)ノニルフェニルエーテル
N−2:ポリオキシエチレン(10モル)ノニルフェニルエーテル
【0067】
【表2】
【0068】
表2において、
(A+B)/C:(式1で示されるシロキサン単位+式2で示されるシロキサン単位)/式3で示されるシロキサン単位(モル比)
A/B:式1で示されるシロキサン単位/式2で示されるシロキサン単位(モル比)
【0069】
S−1:無水ケイ酸単位
S−2:メチルシロキサン単位
S−3:フェニルシロキサン単位
S−4:3−グリシドキシプロピルシロキサン単位
S−5:3−メルカプトプロピルシロキサン単位
S−6:3−メタクリロキシプロピルシロキサン単位
S−7:3−アクリロキシプロピルシロキサン単位
S−8:ビニルシロキサン単位
S−9:3−アミノプロピルシロキサン単位
S−10:ジメチルシロキサン単位
S−11:3−グリシドキシプロピル=メチルシロキサン単位
S−12:3−メタクリロキシプロピル=メチルシロキサン単位
S−13:3−メルカプトプロピル=メチルシロキサン単位
S−14:3−アミノプロピル=メチルシロキサン単位
S−15:フェニル=メチルシロキサン単位
【0070】
【表3】
【0071】
表3において、
1:周面に長手方向に沿う一本の割れ目を有する全体としてラグビーボール様
2:全体として中実球状
3:全体として中実球状を呈するもののその表面に多数の窪みを有する
4:全体として断面馬蹄形
【0072】
試験区分2(合成高分子フィルム用の滑剤としての評価)
・ポリエチレンテレフタレートフィルム試料の作製と評価
試験区分1で調製した有機シリコーン微粒子の表4に記載した所定量をポリエチレンテレフタレートと共に2軸混練機を用いて280℃で溶融押し出しし、未延伸シートを作製した。次に80℃で長さ方向に5倍延伸した後、200℃で5秒間熱固定して厚さ15μmの1軸延伸フィルムを試料として得た。この試料の平滑性を下記の条件で測定し、下記の基準で評価した。結果を表4にまとめて示した。
【0073】
・平滑性の評価
試料を23℃×65%RHの雰囲気にて調湿し、同条件下で梨地表面のステンレス板に対する長さ方向と幅方向の動摩擦係数を摩擦係数測定機(東洋精機社製のTR型、荷重250g、速度500mm分)で測定し、長さ方向の動摩擦係数と、長さ方向の動摩擦係数/幅方向の動摩擦係数の比をそれぞれ下記の基準で評価した。
・・長さ方向の動摩擦係数の評価基準
◎:動摩擦係数が0.3未満、優れている。
○:動摩擦係数が0.3以上0.5未満、良好である。
△:動摩擦係数が0.5以上0.7未満、やや劣る。
×:動摩擦係数が0.7以上、劣る。
・・長さ方向の動摩擦係数/幅方向の動摩擦係数の比の評価基準
◎:長さ方向の動摩擦係数/幅方向の動摩擦係数の比が1.4以上。
○:長さ方向の動摩擦係数/幅方向の動摩擦係数の比が1.2以上1.4未満。
△:長さ方向の動摩擦係数/幅方向の動摩擦係数の比が1.1以上1.2未満。
×:長さ方向の動摩擦係数/幅方向の動摩擦係数の比が1.1未満。
【0074】
【表4】
【0075】
表4において、
使用量:ポリエチレンテレフタレート100重量部に対する有機シリコーン微粒子の使用重量部
P−1〜P−10及びR−1〜R−4:試験区分1で合成した有機シリコーン微粒子
【0076】
・ポリプロピレンフィルム試料の作製と評価
試験区分1で合成した有機シリコーン微粒子の表5に記載した所定量をポリプロピレン(アイソタクチックインデックス97.5%、[h]2.3)と共に2軸混練機を用いて275℃で溶融押し出しし、45℃の冷却ドラムにキャストして未延伸シートを作製した。この未延伸シートを予熱ロール群に導き、138℃に加熱しつつ、長さ方向に7倍延伸した後、150℃で熱固定を行ない、単層の1軸延伸ポリプレンフィルム(厚み20μm)を試料として得た。この試料の平滑性を前記と同様の条件で測定し、前記と同様の基準で評価した。結果を表5にまとめて示した。
【0077】
【表5】
【0078】
表5において、
使用量:ポリプロピレン100重量部に対する有機シリコーン微粒子の使用重量部
P−1〜P−10及びR−1〜R−4:試験区分1で合成した有機シリコーン微粒子
【0079】
試験区分4(合成繊維用の滑剤としての評価)
・処理剤1〜14の調製
25℃における粘度が7×10−6m2/sのジメチルシリコーンオイル97部と試験区分1で合成した実施例1の有機シリコーン微粒子(P−1)3部をホモミキサーに供して処理剤(T−1)を調製した。処理剤(T−1)と同様にして表6に記載した処理剤(T−2)〜(T−10)及び(r−1)〜(r−4)を調製した。
・合成繊維の製造及び処理剤の付着
分子量1000のポリテトラメチレングリコールとジフェニルメタンジイソシアネートとから得たポリウレタン重合体を用いて溶融紡糸したポリウレタン系弾性繊維に、前記の処理剤をローラーオイリング法で表6に記載の付着量となるようニート給油し、引き続き600m/分の速度で紙管に巻き取り、捲き幅38mm、捲き量400gの44デシテックス/1フィラメントの処理済みポリウレタン系弾性繊維から成るパッケージを得た。
【0080】
・捲形状の評価
上記で得た処理済みポリウレタン系弾性繊維のパッケージについて、下記の方法でバルジとサドルを測定すると共に、端面における綾落ちを肉眼観察し、下記の基準で捲形状を評価した。結果を表6にまとめて示した。
【0081】
バルジ(単位:mm):パッケージの捲き幅の最大幅(Wmax)と最小幅(Wmin)を計測し、その差(バルジ)をWmax−Wminで求め、下記の基準で評価した。
◎:3mm未満
○:3mm以上5mm未満
△:5mm以上7mm未満
×:7mm以上
【0082】
サドル(単位:mm):ポリウレタン系弾性繊維の捲き幅が正面に見えるようにパッケージを置き、パッケージの最大円周部分の直径(Lmax)と最小円周部分の直径(Lmin)を計測し、その差(サドル)をLmax−Lminで求め、下記の基準で評価した。
◎:0.7mm未満
○:0.7mm以上1mm未満
△:1mm以上2mm未満
×:2mm以上
【0083】
綾落ち:パッケージの端面において巻き取られた処理済みポリウレタン系弾性繊維が円周面から滑落している程度を肉眼で観察し、下記の基準で評価した。
○:綾落ちが認められない。
×:綾落ちが認められる。
【0084】
・膠着防止性の評価
パッケージから10m/分の速度で糸を解舒し、パッケージの内層と外層での解舒張力を測定して、内層と外層との差を下記の基準で評価した。結果を表6にまとめて示した。
○:0.0以上0.2未満
△:0.2以上0.4未満
×:0.4以上
【0085】
【表6】
【0086】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、高分子材料用改質剤として有用な、ポリシロキサン架橋構造体から成る新規の有機シリコーン微粒子を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る有機シリコーン微粒子を略示する拡大正面図。
【図2】図1と同じ有機シリコーン微粒子を略示する拡大平面図。
【図3】図2のA−A線断面図。
【符号の説明】
1・・有機シリコーン微粒子、2・・割れ目、L1・・長径、L2・・短径
Claims (15)
- ポリシロキサン架橋構造体から成る有機シリコーン微粒子であって、周面に長手方向へ沿う一本の割れ目を有する全体としてはラグビーボール様を呈し、長径(L1)の平均値が0.05〜20μm、短径(L2)の平均値が0.03〜15μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=1.1〜3.3の範囲内にあることを特徴とする有機シリコーン微粒子。
- 長径(L1)の平均値が0.1〜15μm、短径(L2)の平均値が0.05〜10μm、且つ長径(L1)の平均値/短径(L2)の平均値=1.2〜2.5の範囲内にある請求項1記載の有機シリコーン微粒子。
- ポリシロキサン架橋構造体が、(式1で示されるシロキサン単位+式2で示されるシロキサン単位)/式3で示されるシロキサン単位=99/1〜50/50(モル比)の割合で有するものである請求項3記載の有機シリコーン微粒子。
- ポリシロキサン架橋構造体が、式1で示されるシロキサン単位/式2で示されるシロキサン単位=23/77〜40/60(モル比)の割合で有するものである請求項4記載の有機シリコーン微粒子。
- 式2で示されるシロキサン単位が、式2中のR1が下記の反応性基群から選ばれる反応性基又は該反応性基を有する有機基である場合のものであり、また式3で示されるシロキサン単位が、式3中のR2及びR3のうちで少なくとも一方が下記の反応性基群から選ばれる反応性基又は該反応性基を有する有機基である場合のものである請求項3〜5のいずれか一つの項記載の有機シリコーン微粒子。
反応性基群:エポキシ基、(メタ)アクリロキシ基、アルケニル基、メルカプトアルキル基、アミノアルキル基 - 請求項1記載の有機シリコーン微粒子の製造方法であって、下記の式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物とを、(式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物+式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物)/式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物=99/1〜50/50(モル比)の割合で用い、これらを触媒を存在させた条件下で水と接触させて加水分解することによりシラノール化合物を生成させ、次に生成させたシラノール化合物を触媒を存在させた水性条件下で縮合反応させることを特徴とする有機シリコーン微粒子の製造方法。
【式4】
【式5】
【式6】
(式4,式5,式6において、
R4,R5,R6:ケイ素原子に直結した炭素原子を有する有機基
X,Y,Z:炭素数1〜4のアルコキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基を有するアルコキシエトキシ基、炭素数2〜4のアシロキシ基、炭素数1〜4のアルキル基を有するN,N−ジアルキルアミノ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子又は水素原子) - 式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物/式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物=23/77〜40/60(モル比)の割合で用いる請求項7記載の有機シリコーン微粒子の製造方法。
- シラノール化合物を縮合反応させた後、更に高分子メンブランフィルターで分別処理する請求項7又は8記載の有機シリコーン微粒子の製造方法。
- 式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物が、式5中のR4が下記の反応性基群から選ばれる反応性基又は該反応性基を有する有機基である場合のものであり、また式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物が、式6中のR5及びR6のうちで少なくとも一方が下記の反応性基群から選ばれる反応性基又は該反応性基を有する有機基である場合のものである請求項7〜9のいずれか一つの項記載の有機シリコーン微粒子の製造方法。
反応性基群:エポキシ基、(メタ)アクリロキシ基、アルケニル基、メルカプトアルキル基、アミノアルキル基 - 式4で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式5で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物と式6で示されるシラノール基形成性ケイ素化合物とを、触媒の他に、更にノニオン性界面活性剤及び/又はアニオン性界面活性剤を存在させた条件下で水と接触させる請求項7〜10のいずれか一つの項記載の有機シリコーン微粒子の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか一つの項記載の有機シリコーン微粒子から成ることを特徴とする高分子材料用改質剤。
- 請求項7〜11のいずれか一つの項記載の有機シリコーン微粒子の製造方法によって得られる有機シリコーン微粒子から成ることを特徴とする高分子材料用改質剤。
- 合成高分子フィルム用の滑剤である請求項12又は13記載の高分子材料用改質剤。
- 合成繊維用の滑剤である請求項12又は13記載の高分子材料用改質剤。
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