JP4829396B2

JP4829396B2 - 乳化重合法

Info

Publication number: JP4829396B2
Application number: JP2000223757A
Authority: JP
Inventors: スティーブン・ドン; フランク・ジョン・トラバー; ジェームズ・フランシス・ワレンシャク
Original assignee: モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: EP1072629A3; DE60015025D1; US20010012872A1; US6232396B1; JP2001106788A; DE60015025T2; EP1072629B1; EP1072629A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乳化重合法に関するものであり、具体的には、環状シロキサン含有量及び粒度の制御が可能な乳化重合法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の乳化重合法では、最終エマルジョン中の環状シロキサン量は１％を上回る。環状シロキサン量が低くければ、最終生成物の調合をより良好に調節することができる。
【０００３】
環状シロキサンの混入は健康及び安全面から望ましくなく、製品中の許容レベルに関して規制がある。また、環状シロキサンはシャンプーの粘度を下げる傾向がある。
【０００４】
乳化重合法については以前から報告があるが、従来技術の方法は環状シロキサン又は環状シロキサンと線状シロキサンの混合物いずれかを利用するもので、こうした方法では環状シロキサン含有量の低いエマルジョンを製造することはできない。例えば、環状シロキサン、界面活性剤及び開始剤（シラノラート又はオルガノシラノラートである）を利用する米国特許第５５０４１４９号、環状シロキサン及びベンゼンスルホン酸及び任意成分として白金触媒を用いる米国特許第４０６６５９４号、連鎖伸長反応に含金属触媒を用いる欧州特許出願公開第８７４０１７号、並びに乳化重合に触媒と熱を用いる特開平９−２７８６２６号公報を参照されたい。環状シロキサンを用いる場合、エマルジョンは重合を進行させるため加熱し、次いで縮合させるため冷却しなければならず、最終ポリマーの粘度は縮合温度の関数である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エマルジョンの粒度だけでなく粘度及びエマルジョン中の環状シロキサン量を制御できる方法が必要とされている。ホモジナイズの際に酸触媒界面活性剤の代わりに中性界面活性剤系を用いることによって、粒度、粘度及び環状シロキサンを制御できることが判明した。利点は、環状シロキサン含有量が低くなり、より安全な製品を製造することができることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一の態様において、
（ａ）陰イオン性界面活性剤と塩基を水に加え、混合してｐＨ約７の均一な中性界面活性剤水溶液を形成することで中性界面活性剤水溶液を調製し、
（ｂ）ほぼ同じ割合の上記界面活性剤水溶液とポリシロキサンからなる混合物を形成し、
（ｃ）混合物をホモジナイズしてエマルジョンを形成し、エマルジョンが所望の粒度になるまでホモジナイズを続け、
（ｄ）ホモジナイズしたエマルジョンを冷却し、
（ｅ）冷却したエマルジョンに酸を加えてエマルジョンを縮合させてポリマーを形成し、粘度が所望のレベルに達するまでポリマーを縮合させ、
（ｆ）縮合したエマルジョンを有効量の中和剤で中和する
ことを含んでなるシリコーンエマルジョンの製造方法であって、エマルジョン中の環状シロキサン量が１重量％未満である、シリコーンエマルジョンの製造方法に関する。
【０００７】
本発明は、第二の態様において、本発明の方法で製造したシリコーンを含んでなるパーソナルケア用エマルジョンに関する。
【０００８】
本発明の方法は、エマルジョンの粒度及び粘度の制御に有効なだけでなく、環状シロキサン量を１％未満のレベルに制御するのにも有効である。本発明のもう一つの利点は、重合を起こすのにエマルジョンを加熱する必要がないことである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
好ましい実施形態では、約０．３〜５．０重量部（「ｐｂｗ」）、さらに好ましくは約０．８〜約３．０ｐｂｗ、さらに一段と好ましくは約０．９〜約１．８ｐｂｗの陰イオン性界面活性剤と、約０．０６〜約１．１ｐｂｗ、さらに好ましくは約０．２〜約０．７ｐｂｗ、さらに一段と好ましくは約０．２〜約０．３５ｐｂｗの塩基を、約３０〜約９０ｐｂｗ、さらに好ましくは約３５〜約７０ｐｂｗ、さらに一段と好ましくは約４０〜約５５ｐｂｗの脱イオン水を含む容器に加えて混合物を形成する。好ましい実施形態では、この混合物を次に、約８〜約６５ｐｂｗ、さらに好ましくは約２５〜約６５ｐｂｗ、さらに一段と好ましくは約４５〜約５５ｐｂｗのポリシロキサンと共に計量する。好ましい実施形態では、混合物を次に例えばＰｒｅｍｉｅｒのようなペースト分散機に通し、次いで混合物をＩＫＡやＧａｕｌｉｎのようなコロイドミルで粉砕することによって混合物をブレンドする。ブレンド後、混合物をＧａｕｌｉｎやＢｒａｎ＆Ｌｕｂｂｅのようなホモジナイザー又はＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ社製のマイクロフルイダイザー(microfluidizer)に供給してエマルジョンを形成する。好ましい実施形態では、混合物を、好ましくは加熱せずに、約４０００〜１２０００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは約５０００〜約８０００ｐｓｉｇ、さらに一段と好ましくは約６０００ｐｓｉｇの圧力でホモジナイズし、再循環ループを利用して所望の粒度にするとともにエマルジョンの安定性を確保する。好ましい実施形態では、粒度はＭａｌｖｅｒｎＭａｓｔｅｒｃｉｚｅｒ又はＮｉｃｏｍｐ１７０で測定して約０．１〜約２．０ミクロン、さらに好ましくは約０．２〜約１．０ミクロン、さらに一段と好ましくは約０．３〜約０．６ミクロンの範囲にある。ホモジナイズが済んだら、エマルジョンを縮合容器に供給し、そこで約１５〜約５０℃、さらに好ましくは約２０〜約３５℃、さらに一段と好ましくは約２０〜約２５℃に冷却し、約０．０９〜約１．５ｐｂｗ、さらに好ましくは約０．２５〜約０．９ｐｂｗ、さらに一段と好ましくは約０．２９〜約０．４５ｐｂｗの強酸を加えてエマルジョンのｐＨを約２、さらに好ましくは２未満とする。エマルジョンを酸性化すると、制御された縮合が始まる。縮合が完了し、所望のポリマー粘度、好ましくは１０００００〜６００００００センチポアズ（ｃｐｓ）、さらに好ましくは５０００００〜３００００００ｃｐｓ、特に好ましくは１００００００〜２００００００ｃｐｓが達成されたら、エマルジョンを中和してそれ以上の縮合を防ぐ。好ましい実施形態では、ｐＨは中和剤で約６〜約８．５、さらに好ましくは約６．５〜約８、さらに一段と好ましくは約７〜約７．５にする。
【００１０】
本発明で使用する好適な陰イオン性界面活性剤は、乳化して良好な縮合をもたらすものである。好適な界面活性剤の例には、ヘキシルベンゼンスルホン酸、オクチルベンゼンスルホン酸、デシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、セチルベンゼンスルホン酸及びミリスチルベンゼンスルホン酸のようなアルキルベンゼンスルホン酸並びにその塩があるが、さらに好ましくはドデシルベンゼンスルホン酸である。さらに、ラウリル硫酸ナトリウムのような補助界面活性剤も使用し得る。
【００１１】
好ましい実施形態では、本発明の塩基は陰イオン性界面活性剤を中和するものである。本発明で使用する好適な塩基の例には、特に限定されないが、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウムがある。好ましくは、塩基は炭酸ナトリウムである。
【００１２】
本発明のポリシロキサン中間体として好適な化合物は加水分解物である。本発明で使用し得るポリシロキサン中間体の例には、特に限定されないが、線状シラノール末端封止ポリオルガノシロキサンがある。好ましくは、本発明のポリシロキサン中間体は次式の低粘度シラノール末端封止ポリマーである。
【００１３】
ＯＨ-(Ｒ₂ＳｉＯ)_x-Ｈ
式中、各Ｒは独立に一価炭化水素基であり、ｘは粘度が約１５〜約１０００センチストークス、さらに好ましくは約５０〜約５００センチストークス、さらに一段と好ましくは約７０〜約１５０センチストークスとなるように選択される整数である。
【００１４】
好適な一価炭化水素基には、非環式炭化水素基、一価脂環式炭化水素基、一価芳香族炭化水素基がある。好ましい一価炭化水素基は一価（Ｃ₁−Ｃ₆）アルキル基、一価アリール基及び一価アラルキル基である。
【００１５】
本明細書中で用いる「（Ｃ₁−Ｃ₆）アルキル」という用語は、１基当たりの炭素原子数が１〜６の線状又は枝分れアルキル基を意味し、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル等であり、好ましくはメチルである。
【００１６】
好ましい実施形態では、一価炭化水素基は一価（Ｃ₁−Ｃ₆）アルキル基、最も好ましくはメチルである。
【００１７】
本明細書中で用いる「アリール」という用語は、１基当たり１以上の芳香族環を含む一価不飽和炭化水素環系を意味し、任意には１以上の芳香族環が好ましくは１以上の（Ｃ₁−Ｃ₆）アルキル基で置換されたものでもよく、２以上の環の場合には縮合環であってもよく、例えば、フェニル、２，４，６−トリメチルフェニル、２−イソプロピルメチルフェニル、１−ペンタレニル、ナフチル、アントリル等があり、好ましくはフェニルである。
【００１８】
本明細書中で用いる「アラルキル」という用語は、アルキル基、好ましくは（Ｃ₂−Ｃ₆）アルキル基のアリール誘導体を意味し、アリール誘導体のアルキル部分には任意には酸素原子が介在していてもよく、例えば、フェニルエチル、フェニルプロピル、２−（１−ナフチル）エチル等があり、好ましくはフェニルプロピル、フェノキシプロピル及びビフェニルオキシプロピルである。
【００１９】
好適なポリシロキサン中間体は例えば加水分解等の公知の方法で製造され、市販されている。
【００２０】
好ましい実施形態では、本発明の酸は、塩基を中和して塩を形成し、アルキルベンゼンスルホン酸を遊離させる強酸である。本発明で使用する好適な酸の例には、特に限定されないが、硝酸、塩酸、ギ酸、リン酸及び硫酸がある。好ましくは、酸は硫酸である。
【００２１】
好ましい実施形態では、本発明の中和剤は、最終ｐＨを約６〜約８．５、好ましくは約６．５〜約８、さらに好ましくは約７〜約７．５に上げる塩基である。本発明で使用する好適な中和剤の例には、特に限定されないが、次式のアルカノールアミンがある。
【００２２】
（ＨＯＲ^１）_３Ｎ
式中、Ｒ^１は（Ｃ_１−Ｃ_８）アルキレンである。好ましくは、中和剤はトリエタノールアミンである。
【００２３】
本発明の方法では、任意成分として、追加の成分、例えば殺生剤、消泡剤、芳香剤、着色剤、保存剤、その他当技術分野で公知の添加剤を配合し得る。
【００２４】
好ましい実施形態では、本発明の方法は、少量、好ましくは組成物の１重量％未満、さらに好ましくは組成物の０．５重量％未満の殺生剤を添加することをさらに含む。好適な殺生剤には、Ｚｅｎｅｃａ社から市販されているＰｒｏｘｅｌＧＸＬ殺菌剤、及びＲｏｈｍ＆Ｈａａｓ社から市販されているＫａｔｈｏｎＣＧ＋ＩＰ II殺菌剤のような殺菌剤がある。好ましくは、殺生剤はＫａｔｈｏｎＣＧ＋ＩＰ IIである。
【００２５】
本発明のエマルジョンはシャンプー、コンディショナー、ローション、化粧品等のパーソナルケア用途に有用である。エマルジョンは一般にパーソナルケア組成物全体の約０．０１〜約５０重量％、好ましくは０．１〜２０重量％の量でパーソナルケア製品中に配合される。本発明のパーソナルケア組成物は、任意成分として公知の成分、例えばエモリエント、保湿剤、湿潤剤、顔料、着色剤、芳香剤、殺生剤、保存剤、エクスフォリエント、ホルモン、酵素、薬用化合物、抗菌剤、抗真菌剤、ビタミン、電解質、アルコール類、ポリオール類、界面活性剤、乳化剤、シリコーンオイル、有機油、ワックス、懸濁剤、増粘剤及び水等の公知の成分をさらに含んでいてもよい。
【００２６】
【実施例】
以下の実施例で本発明の方法を例示する。これらは単なる例示であり、請求項が実施例に限定されることはない。
【００２７】
実施例
本発明の方法を用いてエマルジョンを４バッチ調製した。これらバッチの結果は以下の表に示す。これらバッチは以下の通り製造した。
【００２８】
適当な容器に４４．８７重量部の脱イオン水を入れ、攪拌機を適度な速さでスタートさせた。水に約１．２重量部のドデシルベンゼンスルホン酸を加えて水溶液を作った。約０．２６重量部の炭酸ナトリウムを加えて酸を中和した。この混合物を、溶液のｐＨが約７になるまで（約２０分間）ブレンドした。この溶液を次いで約５２重量部のポリシロキサン（シラノール末端封止低粘度ポリマー、約１００ｃｐｓ）と（ほぼ同じ重量部で）計量して別の容器に入れた。混合物をＰｒｅｍｉｅｒペースト分散機に通し、Ｂｒａｎ＆Ｌｕｂｂｅ社製コロイドミルで粉砕した。エマルジョン流をサージタンクに供給してホモジナイザーに供給した。
【００２９】
エマルジョンの粒度を調整するとともに生成物の安定性を確保すべく、エマルジョンをほぼ２パスに等しい速度でホモジナイザー（約６０００ｐｓｉｇ）に供給した。ホモジナイズエマルジョンを縮合タンクに移した。タンクが充填されたら、縮合タンクを約２０〜３５℃の温度に冷却する。冷却したエマルジョンに、約０．３５重量部の濃硫酸を加えてエマルジョンのｐＨを２未満とした。ポリマーの粘度が約１５０００００〜１６０００００ｃｐｓとなるまで縮合を行った。
【００３０】
縮合が完了したら、約１．２部の８５％トリエタノールアミン水溶液でエマルジョンを中和した。殺生剤（Ｋａｔｈｏｎ II）を加えた（０．１重量％）。任意段階として、操作中の発泡を抑えるため消泡剤を加えてもよい。必要に応じて、固形分を調整すべく完成エマルジョンを水で調節する。エマルジョンを濾過して最終容器に入れる。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
【表４】

Claims

（ａ）陰イオン性界面活性剤と塩基を水に加え、混合してｐＨ７の均一な中性界面活性剤水溶液を形成することで中性界面活性剤水溶液を調製し、
（ｂ）ほぼ同じ割合の上記界面活性剤水溶液とポリシロキサンからなる混合物を形成し、
（ｃ）混合物をホモジナイズしてエマルジョンを形成し、エマルジョンが所望の粒度になるまでホモジナイズを続け、
（ｄ）ホモジナイズしたエマルジョンを冷却し、
（ｅ）冷却したエマルジョンに酸を加えてエマルジョンを縮合させてポリマーを形成し、粘度が所望のレベルに達するまでポリマーを縮合させ、
（ｆ）縮合したエマルジョンを有効量の中和剤で中和することを含んでなるシリコーンエマルジョンの製造方法であって、
前記陰イオン性界面活性剤が０．３〜５ｐｂｗ、前記塩基が０．０６〜１．１ｐｂｗ、及び前記水が３０〜９０ｐｂｗであり、
前記ポリシロキサンが８〜６５ｐｂｗであり、
前記酸が０．０９〜１．５ｐｂｗであり、並びに
前記中和剤が前記縮合したエマルジョンをｐＨ６〜８．５に中和するのに有効な量であり、
エマルジョン中の環状シロキサン量が１重量％未満である、シリコーンエマルジョンの製造方法。
前記混合物を４０００〜１２０００ｐｓｉｇの圧力でホモジナイズする、請求項１記載の方法。
前記エマルジョンをホモジナイズした後１５〜５０℃に冷却する、請求項１記載の方法。
前記ポリマーの粘度が１０００００〜６００００００ｃｐｓである、請求項１記載の方法。
前記陰イオン性界面活性剤がアルキルベンゼンスルホン酸である、請求項１記載の方法。
前記陰イオン性界面活性剤がドデシルベンゼンスルホン酸である、請求項５記載の方法。
前記ポリシロキサンが次式の低粘度シラノール末端封止ポリマーである、請求項１記載の方法。
ＯＨ−（Ｒ_２ＳｉＯ）_ｘ−Ｈ
式中、各Ｒは独立に一価炭化水素基であり、ｘは粘度が１５〜１０００センチストークスとなるように選択される整数である。
各Ｒがメチルである、請求項７記載の方法。
前記中和剤が次式のアルカノールアミンである、請求項１記載の方法。
（ＨＯＲ^１）_３Ｎ
式中、Ｒ^１は（Ｃ_１−Ｃ_８）アルキレンである。
前記中和剤がトリエタノールアミンである、請求項９記載の方法。
前記エマルジョンの粒度が０．１〜２．０ミクロンである、請求項１記載の方法。