JP5154219B2 - シリコーンエマルジョンを連続的に製造する方法 - Google Patents

シリコーンエマルジョンを連続的に製造する方法 Download PDF

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Description

本発明は、水性のシリコーンエマルジョンを連続的に製造する方法に関し、この場合この方法は、混合装置の直後に測定される圧力および温度により制御される。
シリコーンエマルジョンは、w/o型またはo/w型乳濁液の形の乳白色のマクロエマルジョンとして、ならびに透明のミクロエマルジョンとして市販されている。前記シリコーンエマルジョンは、少なくとも1つの水不溶性のシリコーン油、シリコーン樹脂またはシリコーンエラストマー、少なくとも1つの乳化剤および水からなる混合物である。エマルジョンを製造するために、前記成分は、例えば熱および冷気、混合装置中での狭い間隙により発生しうる機械的剪断を使用しながら、互いに混合され、分散される。
エマルジョンのシリコーン成分は、前接続された反応で乳化ユニットの外側で製造されることができ、次に乳化ユニット中で分散されることができる。または、エマルジョンのシリコーン成分は、乳化ユニットそれ自体中で製造されてもよい(原位置での製造)。原位置での製造の特徴は、エマルジョン製造の直前、エマルジョン製造中またはエマルジョン製造後に化学反応が進行することである。
原位置での製造のため典型的な反応またはシリコーン成分の重合は、鎖長延長または平衡化を生じる、シリコーン化学で使用される全ての反応、例えば重合反応、縮合反応または重付加反応である。
剪断力を使用しながらシリコーンエマルジョンを製造する場合には、典型的に最初にシリコーンが少なくとも1つの乳化剤および少量の水と混合され、例えば狭い間隙を備えた、回転子−固定子混合装置中で高い剪断力に晒される。この場合には、典型的に極めて高い粘度を有するw/o型エマルジョンが生じ、このエマルジョンは、所謂"剛性相"と呼称される。この剛性相の粘度は、極めて強く剪断に依存している。更に、この剛性相は、水で徐々に反転点に到るまで希釈される。反転点では、w/o型エマルジョンがo/w型エマルジョンになる。剛性相の形成ならびにエマルジョンの望ましい最終濃度になるまでの水での希釈の種類は、エマルジョンの品質を決定する。エマルジョンの品質とは、殊に粒径、粒径分布、貯蔵安定性ならびに加熱および/または冷却に対するエマルジョンの許容度、衝撃度、pH値の変化、塩含量の変化等のことである。
剪断力を用いてのシリコーンエマルジョンの上記製造は、回分法で行なうこともできるし、連続的に行なうこともできる。
米国特許第5806975号明細書には、高粘稠なシリコーンを押出機に似た装置中で乳化するための装置および方法が記載されている。
米国特許第5563189号明細書には、2工程で連続的にエマルジョンを製造することの特許保護が請求されており、この場合には、第1の工程で高い固体含量を有するエマルジョンが製造され、次にこのエマルジョンは、第2の剪断装置中で付加的な水で望ましい最終濃度に希釈される。
欧州特許第874017号明細書には、水中油型シリコーンエマルジョンを製造する方法の特許保護が請求されており、この場合には、少なくとも1つのポリシロキサン、最初に記載されたポリシロキサンと鎖長延長剤により反応する他のシロキサンならびにそのための金属触媒、さらに乳化剤および水が連続的に混合され、乳化される。
WO 02/42360には、1個以上の剪断型混合装置を用いてエマルジョンを連続的に製造することが記載されており、この場合には、シロキサン、乳化剤および水は、剛性相の形成のために導管を通じて混合装置に供給され、圧力は、混合装置の入口で20%に一定に維持される。
本発明の対象は、25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)を含む水性エマルジョンを連続的に製造する方法であり、この場合成分の有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)の一部分は、連続的に第1の高剪断型混合装置に供給され、この第1の高剪断型混合装置中でシリコーンエマルジョンの高粘稠な相が形成され、
第2の高剪断型混合装置中に25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)から選択された他の成分が混入され、この場合前記方法で使用される圧力は、第2の高剪断型混合装置の後方での圧力保持弁による圧力保持およびこの高剪断型混合装置の回転数によって制御され、前記方法で使用される温度は、原料の温度および混合装置の回転数によって制御される。
有機珪素化合物のエマルジョンの品質に関連して、圧力および温度は、高剪断型混合装置の後方で測定され、制御により、製造されたエマルジョンの品質は、明らかに改善されうることが見出された。この制御は、ミクロエマルジョンの場合に小さな粒径を有する澄明な生成物を生じる。マクロエマルジョンの場合には、明らかに小さな粒径および改善された貯蔵安定性および希釈安定性が達成される。温度制御と共に、粒径の制御が可能である。この効果は、圧力制御によって支持される。
圧力および温度は、それぞれの生成物に関連して目標値に制御される。圧力は、有利に第2の高剪断型混合装置の後方での圧力維持および高剪断型混合装置の回転数または幾何学的寸法によって制御される。高剪断型混合装置は、回転数に応じて異なる運搬効率を有し、このことは、次の導管内での圧力に影響を及ぼす。温度は、有利に原料の温度および混合装置の回転数によって制御される。混合装置の回転数が高ければ高いほど、混合エネルギーおよび熱の形でのエネルギーはますます大量に供給され、また、この反対の方法でも供給される。高剪断型混合装置としては、例えば回転子−固定子混合装置、高速攪拌機/ディスソルバー、コロイドミル、ミクロカナル(Mikrokanal)、メンブラン、高圧ホモジナイザーおよび鋼製ノズル、殊に回転子−固定子混合装置が適している。
混合装置の後方の圧力および温度に関連して、生成物およびその粘度に応じて異なる値が明らかになる。圧力は、特に1〜10バールである。温度は、特に5℃〜100℃である。有利なのは、せいぜい、高粘稠な相が形成される第1の高剪断型混合装置中またはこの高剪断型混合装置の後方での圧力および温度である。
第1の高剪断型混合装置中で、25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)の特に少なくとも50質量%、特に少なくとも70質量%が混入される。第1の高剪断型混合装置中で、乳化剤(B)の特に少なくとも60質量%、特に少なくとも80質量%が混入される。
前記方法で、第1の高剪断型混合装置には、25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)が連続運搬型ポンプ、例えば遠心ポンプ、歯車ポンプ、回転ピストン型ポンプまたは回転スピンドル型ポンプで供給される。数多くのエマルジョンの関連して、第1の高剪断型混合装置に既に乳化剤(B)と水(C)との混合物を供給しておくことは好ましい。そのために、さらに高剪断型混合装置が第1の高剪断型混合装置の前方に配置されていてよい。更に、第2の高剪断型混合装置の後方で他の混合装置、特に1または2個の混合装置は、エマルジョンを希釈することができ、最終的に調製することができる。
25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)と共に、他の添加剤は、第1または第2の高剪断型混合装置に供給されることができるかまたは他の混合装置中に混入することができる。特に、添加剤(Z)は、第2の高剪断型混合装置中または他の混合装置中に混入される。第1の高剪断型混合装置には、(A)と(B)と(C)と他の添加剤(Z)との混合物を供給することも可能であり、この場合には、例えばこの他の添加剤(Z)は、貯蔵タンク中で予め混合されている。
一定の生成物に関連して、他の高剪断型混合装置を第2の高剪断型混合装置の後方で生成物流中に組み込み、エマルジョンのよりいっそう高い剪断力を達成させることは、有利である。また、混合装置は、前エマルジョン、溶液または例えば完全には水溶性でない乳化剤または増粘剤と水との混合物の製造のために使用されてよい。
前記方法において、全てのシランおよび25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)としてのオルガノポリシロキサンならびにその混合物、溶液または分散液が使用されてよい。例は、線状オルガノポリシロキサンおよびシリコーン樹脂である。シリコーン樹脂は、一官能価珪素単位および二官能価珪素単位だけを含有するのではなく、三官能価珪素単位および四官能価珪素単位をも有する生成物である。
本発明により製造されたエマルジョンは、25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)の含量を少なくとも1%〜98%、有利に5%〜90%、特に有利に9〜80%有する。粒径は、1nm〜1000μm、有利に5nm〜300μm、特に有利に10nm〜200μmの間で変動する。pH値は、1〜14、有利に2〜10、特に有利に3〜9の間で変動する。
25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)は、殊に2〜80000mPa・sの粘度を有する。
有機珪素化合物の例は、一般式I
SiX[4-(a+b+c)]1/2 (I)
〔式中、Rは、水素原子であるかまたはハロゲン基、アミン基、アンモニウム基、メルカプト基、アクリレート基またはマレインイミド基で置換されていてよい、1〜200個の炭素原子を有する1価、2価または3価の炭化水素基を表わし、
Xは、塩素原子、式−O−の基、この場合電荷の補償因子(Ausgleich)としてプロトンおよび/または有機イオン物質または無機イオン物質が存在していてよく、一般式−OR1の基または一般式IIの基
−(R2h−[OCH2CH2e[OC35f[OC484gOR3 (II)
この場合、R1は、水素原子を表わすかまたはO、S、NおよびPから選択される1つ以上の同一かまたは異なるヘテロ原子によって中断されていてよい、1〜200個の炭素原子を有する炭化水素基を表わし、
2は、式−C(O)−、−C(O)O−、−C(O)NR1、−NR1、−NHR1−、−O−、−S−で示される1個以上の基によって中断されていてよいおよび/またはF、ClまたはBrで置換されていてよい、1〜200個の炭素原子を有する2価の炭化水素基を表わし、
3は、R1を表わすことができるかまたは式−C(O)R1または−Si(R13で示される基を表わし、
Aは、一般式IVで示される基を表わし、
−R4(B)z (IV)
この場合、
4は、式−C(O)−、−C(O)O−、−C(O)NR5−、−NR5−、−N+HR5−、−N+55−、−O−、−S−、−(HO)P(O)−または−(NaO)P(O)−Sで示される1個以上の基によって中断されておりおよび/またはF、ClまたはBrで置換されていてよい、基1個当たり1〜200個の炭素原子を有する2価、3価または4価の炭化水素基を表わし、この場合
5は、水素原子を表わすかまたは式−C(O)−、−C(O)O−、−C(O)NR5−、−NR5−、−N+HR5−、−N+55−、−O−または−S−で示される1個以上の基によって中断されておりおよび/またはF、ClまたはBrで置換されていてよい、基1個当たり1〜200個の炭素原子を有する炭化水素基を表わし、
Bは、R5の意味を有するかまたは−COO−、−SO3−、−OPO3y(2-y)−、−N+555−、P4555、−NR55−、−OH、−SH、F、Cl、Br、C(O)H、−COOH、−SO3H、−C64−OHおよび−Cm2m+1
Figure 0005154219
xは、1〜20の整数を表わし、
yは、0または1の値を表わし、
zは、R4の原子価に応じて1、2または3の値を表わし、
hは、0または1の値を表わし、
mは、1〜20の整数を表わし、
a、bおよびcは、それぞれ0、1、2、3または4の値を表わし、a+b+cの値は、4以下であり、
e、fおよびgは、それぞれ0〜200の整数を表わし、但し、この場合e+f+gの総和は、1を上廻る〕で示される単位を含有する有機珪素化合物である。
基A、RおよびX中の電荷の補償因子としては、場合によってはプロトンおよび/または有機イオン物質または無機イオン物質、例えばアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオン、ヘロゲニドイオン、スルフェートイオン、ホスフェートイオン、カルボキシレートイオン、スルホネートイオン、ホスホネートイオンが存在していてよい。更に、有機珪素化合物は、場合によっては一般式(V)および(VI)
Figure 0005154219
〔式中、A2は、式−C(O)−、−C(O)O−、−C(O)NR5、−NR5、−NHR5−、−N55、−O−、−S−、−N−または−N5−で示される1個以上の基によって中断されていてよいおよび/またはF、ClまたはBrで置換されていてよい、1〜200個の炭素原子を有する3価の炭化水素基を表わし、A1は、2価の基R2を表わし、iおよびkは、それぞれ0、1、2または3の値を表わし、但し、この場合i+kは、3以下であり、RおよびXは、上記の意味を有する〕で示される単位を含有することができる。
上記の炭化水素基R、R1、R2、R3、R4、R5、A1およびA2は、飽和、不飽和、線状、環式、芳香族または非芳香族であることができる。
炭化水素基Rの例は、アルキル基、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソ−プロピル基、1−n−ブチル基、2−n−ブチル基、イソ−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソ−ペンチル基、ネオ−ペンチル基、tert−ペンチル基、ヘキシル基、例えばn−ヘキシル基、ヘプチル基、例えばn−ヘプチル基、オクチル基、例えばn−オクチル基及びイソ−オクチル基、例えば2,2,4−トリメチルペンチル基、ノニル基、例えばn−ノニル基、デシル基、例えばn−デシル基、ドデシル基、例えばn−ドデシル基、及びオクタデシル基、例えばn−オクタデシル基;シクロアルキル基、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基及びメチルシクロヘキシル基;アリール基、例えばフェニル基、ナフチル基、アントリル基及びフェナントリル基;アルカリール基、例えばo−、m−、p−トリル基、キシリル基及びエチルフェニル基;及びアラルキル基、例えばベンジル基、α−及びβ−フェニルエチル基である。
好ましいのは、水素原子またはメチル基、エチル基、オクチル基およびフェニル基であり、特に好ましいのは、水素原子またはメチル基およびエチル基である。
ハロゲン化された基Rの例は、ハロゲン化アルキル基、例えば3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル基、2,2,2,2′,2′,2′−ヘキサフルオロ−イソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基及びハロゲン化アリール基、例えばo−、m−及びp−クロロフェニル基である。
基R1の例は、アルキル基に等しい基Rについて記載された例ならびにメトキシエチル基およびエトキシエチル基であり、この場合基R1は、有利に酸素原子によって中断されていてよい、1〜50個の炭素原子を有するアルキル基、特に有利にメチル基およびエチル基である。
X=−O−についての電荷を補償するための有機物質または無機物質の例は、
アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンおよびホスホニウムイオンならびに1価、2価または3価の金属イオンであり、好ましいのは、アルカリ金属イオンであり、特に好ましいのは、Na+およびK+である。
基Xの例は、メトキシ基またはエトキシ基および一般式(II)の基、例えば
−(CH23−(OCH2CH23−OCH3、−(CH23−(OCH2CH26−OCH3
−(CH23−(OCH2CH235−OCH3
−(CH23−(OCH(CH3)CH23−OCH3、−(CH23−(OCH(CH3)CH26−OCH3
−(CH23−(OCH(CH3)CH235−OCH3、−(CH23−(OCH2CH23−(OCH(CH3)CH23−OCH3
−(CH23−(OCH236−(OCH(CH3)CH26−OCH3
−(CH23−(OCH2335−(OCH(CH3)CH235−OCH3
−(CH23−(OCH2CH3−OSi(CH33、−(CH23−(OCH2CH26−OSi(CH33
−(CH23−(OCH2235−OSi(CH33
−(CH23−(OCH2CH23−OC(O)CH3、−(CH23−(OCH2CH26−OC(O)CH3
−(CH23−(OCH2235−OC(O)CH3
−(OCH2CH23−OH、−(OCH2CH26−OH、−(OCH2CH235−OH、
−(OCH(CH3)CH23−OH、−(OCH(CH3)CH26−OH、
−(OCH(CH3)CH235−OH、−(OCH2CH23(OCH(CH3)CH23−OH、
−(OCH2CH26−(OCH(CH3)CH26−OH、
−(OCH2CH235−(OCH(CH3)CH235−OH、
−(OCH2CH218−(O(CH2418−OH、
−(OCH2CH23−OCH3、−(OCH2CH26−OCH3、−(OCH2CH235−OCH3
−(OCH(CH3)CH23−OCH3、−(OCH(CH3)CH26−OCH3
−(OCH(CH3)CH235−OCH3、−(OCH2CH23(OCH(CH3)CH23−OCH3
−(OCH2CH26−(OCH(CH3)CH26−OCH3
−(OCH2CH235−(OCH(CH3)CH235−OCH3
−(OCH2CH23−OSi(CH33、−(OCH2CH26−OSi(CH33
−(OCH2CH235−OSi(CH33
−(CH2CH2)3−OC(O)CH3、−(OCH2CH2)6−OC(O)CH3、
− (OCH2CH235−OC(O)CH3
−(OCH2CH23−OH、−(OCH2CH26−OH、−(OCH2CH235−O、
−(OCH(CH3)CH23−OH,−(OCH(CH3)CH26−OH、
−(OCH(CH3)CH235−OH、−(OCH2CH23(OCH(CH3)CH23−OH、
−(OCH2CH26−(OCH(CH3)CH26−OH、
−(OCH2CH235−(OCH(CH3)CH235−OHおよび
−(OCH2CH218−(O(CH2418−OHである。
基R2の例は、特に2〜10個の炭素原子を有する線状または分枝鎖状の置換または非置換の炭化水素であり、この場合には、飽和または不飽和のアルキレン基が好ましく、エチレン基またはプロピレン基は、特に好ましい。
基R3の例は、アルキル基またはアリール基に等しいRについて記載された例および式−C(O)R1またはSi(R13の基であり、この場合には、メチル基、エチル基、プロピル基およびブチル基ならびにトリアルキルシリル基および−C(O)−アルキル基が好ましく、メチル基、ブチル基、−C(O)−CH3およびトリメチルシリル基は、特に好ましい。
4の例は、式で示される基である。
−(CH23−、−(CH23−O−CH2−、−(CH23−O−(CH2−CH2O)n−、
−(CH23−O−CH2−CH(OH)−CH2−、
−(CH23−NH−(CH22−、
−(CH23−NH−C(O)−、
−(CH23−NH−(CH22−C(O)−O−、
−(CH23−NH−(CH22−C(O)−O−(CH22
−(CH23−NH−(CH22−NH−C(O)−CH=CH−、
−(CH23−NH−C(O)−CH=CH−、
−(CH23−C64−、
Figure 0005154219
である。
4の好ましい基は、式で示される基である。
−(CH23−、
−(CH23−NH−(CH22−、
−(CH23−O−CH2−CH(OH)−CH2−、
Figure 0005154219
である。
4として特に好ましいのは、−(CH23−および−(CH23−NH−(CH22−である。
3の例は、前記のRで記載されたアルキル基およびアリール基、および式
−C(O)−CH3
−(CH2CH2O)3−OCH3、−(CH2CH2O)6−CH3、−(CH2CH2O)35−CH3
−(CH(CH3)CH2O)3−CH3、−(CH(CH3)CH2O)6−CH3
−(CH(CH3)CH2O)35−CH3、−(CH2CH2O)3−(CH(CH3)CH2O)3−CH3
−(CH2CH2O)5−(CH2−CH(CH3)O)5−CH3
−(CH2CH2O)10−(CH2−CH(CH3)O)10−CH3
−(CH2CH2O)3−Si(CH33、−(CH2CH2O)6−Si(CH33、−(CH2CH2O)35−Si(CH33
−(CH2CH2O)5−(CH2−CH(CH3)O)5−Si(CH33
−(CH2CH2O)10−(CH2−CH(CH3)O)10−Si(CH33
−(CH2CH2O)3−C(O)CH3,−(CH2CH2O)6−C(O)CH3、−(CH2CH2O)35−C(O)CH3
−(CH2CH2O)5−(CH2−CH(CH3)O)5−C(O)CH3
−(CH2CH2O)10−(CH2−CH(CH3)O)10−C(O)CH3
−(CH2CH2O)3−H、−(CH2CH2O)6−H、−(CH2CH2O)35−H、
−(CH(CH3)CH2O)3−H、−(CH(CH3)CH2O)6−H、
−(CH(CH3)CH2O)35−H、−(CH2CH2O)3−(CH(CH3)CH2O)3−H、
−(CH2CH2O)5−(CH2−CH(CH3)O)5−H、
−(CH2CH2O)10−(CH2−CH(CH3)O)10−Hおよび
−(CH2CH2O)18−((CH24O)18−Hで示される基である。
好ましいのは、水素原子およびRに記載された例であり、特に好ましいのは、水素原子およびアルキル基である。
基Bの例は、−COONa、−SO3Na、−COOH、ーSH、殊に−OH、−NH2、−NH−CH3、−NH−(C611)および−N−(CH2−CH=CH22であり、この場合−NH、−NH−CH3および−NH−(C611)は、特に有利である。
1の例は、特に2〜20個の炭素原子を有する線状または分枝鎖状の2価アルキル基または式で示される基である。
−(CH23−(CH23−、(CH23−NR5−(CH23−、
−(CH23−(CH2−CH2O)f−(CH23−、
−O−(CH−CHO)f−。
2の例は、N[(CH23−]3である。
25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)は、本方法中に粗製生成物から形成されてもよい。
25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)の好ましい例は、線状のトリメチルシリル末端位のポリジメチルシロキサンまたはヒドロキシ−ジメチルシリル末端位のポリジメチルシロキサン、例えば
(CH32SiO2/296.5モル%および(CH33SiO1/23.5モル%または(CH32SiO2/296.5モル%および(CH32(OH)SiO1/23.5モル%を有する粘度50mPa・sの油;
(CH32SiO2/298モル%および(CH33SiO1/22モル%または(CH32SiO2/298モル%および(CH32(OH)SiO1/22モル%を有する粘度100mPa・sの油;
(CH32SiO2/299.2モル%および(CH33SiO1/20.8モル%または(CH32SiO2/299.2モル%および(CH32(OH)SiO1/20.8モル%を有する粘度1000mPa・sの油;
(CH32SiO2/299.63モル%および(CH33SiO1/20.37モル%または(CH32SiO2/299.63モル%および(CH32(OH)SiO1/20.37モル%を有する粘度12500mPa・sの油;
(CH32SiO2/299.81モル%および(CH33SiO1/20.19モル%または(CH32SiO2/299.81モル%および(CH32(OH)SiO1/20.19モル%を有する粘度100000mPa・sの油である。
25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する樹脂状の有機珪素化合物(A)の好ましい例は、例えば式CH3Si(OC250.8(O)1.1で示されるメチル−エトキシ樹脂、例えばCH3SiO3/280モル%および(CH32SiO2/220モル%および約5000g/molの分子量またはCH3SiO3/298モル%および(CH32SiO2/22モル%および約5000g/molの分子量を有するメチル樹脂である。
25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)それ自体が乳化剤として作用する場合には、有機珪素化合物(A)と乳化剤(B)とは、同一であってよい。更に、別個の乳化剤(B)の添加は、不要であってよい。
エマルジョンの成分(B)は、有利に商業的に入手可能な、良好に試験された乳化剤、例えば10〜22個の炭素原子を有する脂肪酸のソルビタンエステル、10〜22個の炭素原子および35%までの酸化エチレン含量を有する脂肪酸のポリオキシエチレンソルビタンエステル;10〜22個の炭素原子を有する脂肪酸のポリオキシエチレンソルビトールエステル;
芳香族化合物に対して6〜20個の炭素原子および95%までのエチレンオキシド含量を有するフェノールのポリオキシエチレン誘導体:10〜22個の炭素原子を有する脂肪アミノベタインおよびアミドベタイン;8〜22個の炭素原子および95%までのエチレンオキシド含量を有する、脂肪酸または脂肪アルコールのポリオキシエチレン縮合物;アルキル基中に6〜20個の炭素原子を有するイオン性乳化剤、例えばアルキルアリールスルホネート;8〜22個の炭素原子を有する脂肪酸石鹸;8〜22個の炭素原子を有する脂肪スルフェート;10〜22個の炭素原子を有するアルキルスルホネート;ジアルキルスルホスクシネートのアルカリ金属塩;10〜22個の炭素原子を有する脂肪アミン基オキシド;6〜20個の炭素原子を有する脂肪イミダゾリン;10〜22個の炭素原子を有する脂肪アミドスルホベタイン;第4級乳化剤、例えば10〜22個の炭素原子を有する脂肪アンモニウム化合物;10〜22個の炭素原子を有する脂肪モルホリンオキシド;10〜22個の炭素原子および95%までのエチレンオキシドを有する、カルボキシル化されエトキシル化されたアルカリ金属塩;10〜22個の炭素原子および95%までのエチレンオキシドを有する、グリセリンの脂肪酸モノエステルのエチレンオキシド縮合物;10〜22個の炭素原子を有する脂肪酸のモノエタノールアミドまたはジエタノールアミド;Xが一般式IIの基を表わし、cが少なくとも1であるような一般式Iの単位を有する有機珪素化合物(A)である。
乳化剤の分野で十分に公知であるように、アニオン乳化剤の場合の対イオンは、アルカリ金属、アンモニアまたは置換アミン、例えばトリメチルアミンまたはトリエタノールアミンであることができる。通常、アンモニウムイオン、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンが好ましい。カチオン乳化剤の場合には、対イオンは、ハロゲン化物、硫酸塩またはメチルスルフェートである。クロリドは、多くの場合に工業的に使用可能な化合物である。
上記の脂肪構造体は、通常、乳化剤の脂肪親和性の半分である。通常、脂肪基は、天然または合成に由来するアルキル基である。公知の不飽和基は、オレイル基、リノレイル基、デセニル基、ヘキサデセニル基およびドデセニル基である。この場合、アルキル基は、環式、線状または分枝鎖状であることができる。別の可能な乳化剤は、ソルビトールモノラウレート−エチレンオキシド縮合物;ソルビトールモノミリステート−エチレンオキシド縮合物;ソルビトールモノステアレート−エチレンオキシド縮合物;ドデシルフェノール−エチレンオキシド縮合物;
ミリスチルフェノール−エチレンオキシド縮合物;オクチルフェニル−エチレンオキシド縮合物;ステアリルフェノール−エチレンオキシド縮合物;ラウリルアルコール−エチレンオキシド縮合物;ステアリルアルコール−エチレンオキシド縮合物;デシルアミノベタイン;ココアミドスルホベタイン;オレイルアミドベタイン;ココイミダゾリン;ココスルホイミダゾリン;セチルイミダゾリン;1−ヒドロキシエチル−2−ヘプタデセニルイミダゾリン;n−ココモルホリンオキシド;デシルジメチルアミンオキシド;ココアミドジメチルアミンオキシド;縮合されたエチレンオキシド基を有するソルビタントリステアレート;縮合されたエチレンオキシド基を有するソルビタントリオレエート;ナトリウムドデシルスルフェートまたはカリウムドデシルスルフェート;ナトリウムステアリルスルフェートまたはカリウムステアリルスルフェート;ナトリウムドデシルベンゼンスルホネートまたはカリウムドデシルベンゼンスルホネート;ナトリウムステアリルスルホネートまたはカリウムステアリルスルホネート;ドデシルスルフェートのトリエタノールアミン塩;トリメチルドデシルアンモニウムクロリド;トリメチルステアリルアンモニウムメトスルフェート;ナトリウムラウレート;ナトリウムミリステートまたはカリウムミリステートである。
同様に、公知の無機固体は、乳化剤(B)として使用されてよい。これは、例えば欧州特許出願公開第1017745号明細書またはドイツ連邦共和国特許出願公開第19742759号明細書中に記載されているような珪酸またはベントナイトである。
好ましいのは、非イオン乳化剤である。
成分(B)は、上記の乳化剤または上記の乳化剤の2つ以上の混合物から成ることができ、この成分(B)は、純粋な形でかまたは水中または有機溶剤中の1つ以上の乳化剤の溶液として使用されてよい。
乳化剤(B)は、それぞれ有機珪素化合物(A)の全質量に対して0.1〜60質量%、特に有利に1〜30質量%の量で使用される。
第2の回転子−固定子混合装置と第3の回転子−固定子混合装置との間、ならびに第3の混合装置の後方には、水および乳化剤と共に、他の添加剤(Z)、例えばシラン、酸、アルカリ液、殺菌剤、濃稠化剤、珪酸および水溶性ポリシロキサンが添加されてよい。
シランの例は、ビニルトリス(メトキシエトキシ)シラン、テトラエトキシシラン、無水化されたテトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、無水化されたメチルトリエトキシシラン、アミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチルアミノプロピル(メチル)ジメトキシシランである。
本方法は、例示的に図1につき説明される。供給管A、B、C、Dを通じて、少なくとも1つの乳化剤(B)または乳化剤(B)の溶液および場合によっては水(C)、場合によっては25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する1つ以上の有機珪素化合物(A)および添加剤(Z)は、供給管1中に連続的に計量供給される。供給管1には、場合によっては静的混合要素が組み込まれていてよく、第1の高剪断型混合装置2の前方で成分の混合が改善される。第1の混合装置2の後方で剛性相が形成される。混合装置2の後方には、温度センサー3および圧力センサー4が導管5中に組み込まれている。導管5中の所定の温度および所定の圧力は、圧力保持弁22および高剪断型混合装置2の回転数によって確認される。温度は、予定作業時間に応じて温度処理される原料の温度および混合装置の回転数によって制御される。供給管5中には、再び連続的に1つ以上の乳化剤(B)、25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する1つ以上の有機珪素化合物(A)、水(C)および添加剤(Z)が添加されてよい。また、混合物または固体相は、計量供給なしに第2の高剪断型混合装置6中に移されてよい。混合装置6の後方の温度は、温度センサー7によって測定され、原料の温度および混合装置6の回転数で制御される。混合装置6の後方の圧力は、圧力センサー8によって測定され、圧力保持弁22ならびに混合装置6の回転数で制御される。混合装置6の後方では、再び1つ以上の乳化剤(B)、25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する1つ以上の有機珪素化合物(A)、水(C)および添加剤(Z)が計量供給されてよい。引続き、導管24中の生成物は、場合によって存在する弁9および場合によって存在する導管10を介して混合装置13に導入されてよいか、またはさらに、導管24中の生成物は、場合によっては存在する弁17を介して高剪断型混合装置18に供給されてよい。この場合も、混合装置13の前方で原料は計量供給されてよい。混合装置13および混合装置18の後方の温度および圧力は、前記の記載と同様に温度制御装置14および19ならびに圧力センサー15および20によって検出され、前記の記載と同様に制御される。導管10による生成物の通路が利用されない場合には、混合装置13中でプレミックスまたはプレエマルジョンが前記方法で製造されてよく、混合装置18の前方で生成物に供給されてよい。温度および圧力制御は、同様に進行する。混合装置18の後方で、さらに乳化剤(B)、25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)、水(C)、添加剤(Z)は添加されてよい。更に、圧力保持弁22の後方でエマルジョンをさらに水で希釈する方法が存在し、その後に完成された生成物は、タンクまたは販売用キット(Verkaufsgebinde)中に充填される。
前記式の全ての前記符号は、それぞれ互いに無関係に意味を有している。全式において、珪素原子は、4価である。
次の実施例において、それぞれ別記しない限り、全ての量および百分率の記載は、質量に対するものであり、全ての温度が20℃であり、全ての圧力が1.013バール(絶対)である。全ての粘度は、25℃で測定される。
実施例
実施例1:アミノ官能性ポリシロキサンの澄明なエマルジョンの製造
混合装置2(4000rpm)に40℃の温度(この温度は±2Kに制御される)を有するアミノ官能性シリコーン油16.25%(Wacker(登録商標)Finish WR 1300)、平均的に8のEOを有するイソトリデシルアルコールエトキシレート1.60%(Arlypon(登録商標)IT 8)、平均的に5のEOを有するイソトリデシルアルコールエトキシレート(Lutensol(登録商標)TO 5)、(80%の)酢酸0.2%および水道水3.93%(温度12℃、この温度は、±2Kに制御される)を供給する。圧力保持弁22を4.5バールに調節する。混合装置6(3000rpm)に完全脱塩水3.6%(水道水)(12℃、この温度は、±2Kに制御される)を計量供給する。混合装置13を使用せず、生成物を混合装置6の後方で混合装置18に供給する。混合装置6の後方で水道水66.9%(12℃)および貯蔵剤0.08%(Kathon(登録商標)LXE)を添加し、混合装置18に供給する(3000rpm)。混合装置18の後方でグリセリン3.5%を計量供給する。
選択された温度および処理パラメーターによって、混合装置2の後方で3バールの圧力および43.5℃の温度を生じ、混合装置6の後方で3.1バールの圧力および50℃の温度を生じ、混合装置18の後方で4.5バールの圧力および23℃の温度を生じる。この処理パラメーターを処理案内系により制御し、記録し、制御し、20nmの粒径および10ppmの混濁を有する澄明なシリコーンエマルジョンを生じる。このエマルジョンは、50℃の貯蔵温度で数ヶ月間に亘って安定したままである。
比較例1b:
実施例1の記載と同様の処理条件を選択するが、しかし、処理を本発明によって実施するのではなく、アミノ官能性シリコーン油を室温(20℃)で計量供給し、この結果、混合装置2(20℃)および混合装置6(25℃)で明らかな温度低下を導くが、圧力は、十分に不変のままである。
製造された生成物は、42nmの明らかによりいっそう大きい粒径および23ppmの混濁を示す。50℃で貯蔵中に、3週間後に相分離を示す。
実施例2:ポリビニルアルコールで安定化されたシリコーン樹脂エマルジョンの製造
混合装置2(4000rpm)に(10%の)ポリビニルアルコール溶液35.3%(25℃、この温度は、±2Kに一定に保持される)およびシリコーン樹脂(T単位80モル%、D単位20モル%、2.0℃)と粘度30mPa・sのOH末端基を有するポリジメチルシロキサンとの混合物48.4%および水道水4.7%(12℃)を計量供給する。この混合物を混合装置6に供給し、混合装置6(3000rpm)中で再び剪断する。混合装置6の後方で水道水11.36%(12℃)および貯蔵剤0.24%(Rocima(登録商標)523)を添加し、この混合物を混合装置18(3000rpm)に供給する。圧力保持弁22を2バールに調節する。この処理パラメーターは、混合装置2の後方で2バールの圧力および33℃の温度を生じ、混合装置6の後方で同様に2バールおよび35℃が測定され、混合装置18の後方で2バールおよび36℃が記録される。前記の処理パラメーターを用いると、室温で相分離なしに1年間の貯蔵安定性を有するエマルジョンが形成される。
比較例2b
とにかく上記処理パラメーターを変えず、ポリビニルアルコール溶液の温度だけを制御せず、本発明によらずに50℃に上昇させた場合には、温度は、混合装置2の後方で約45℃に上昇し、相応して温度は混合装置6および22の後方で46℃に上昇する。得られた生成物は、既に室温で2週間の貯蔵後にシリコーン樹脂の明らかな分離を示す。
実施例3:エマルジョン中での重縮合
混合装置2(4000rpm)に約30mPa・sの粘度を有するOH官能性ポリジメチルシロキサン34.88%(15℃)および10のEO単位を有するイソトリデシルアルコールエトキシレート3,7%(水中の80%の溶液)および水道水4.5%およびドデシルベンゼンスルホン酸3%を供給する。この混合物を混合装置6(3000rpm)に供給し、そこで再び十分に作業する。この混合物を混合装置18に供給し、混合装置18(3000rpm)の前方で水道水40.43%および貯蔵剤0.08%(Kathon(登録商標)LXE)を計量供給する。
圧力保持弁22を3バールに調節する。引続き、この混合物を7.5時間の平均滞留時間で容器中に貯蔵する。前記容器中で、ポリジメチルシロキサンの酸性触媒による縮合が行なわれる。
7.5時間後に(80%の)トリエタノールアミン2.1%および水道水11.27%を添加する。それによって、酸は中和され、反応は終結される。
本発明により実施された方法の場合には、混合装置2の後方で3バールおよび26℃が測定される。混合装置6の後方で2バールおよび37℃が達成され、混合装置18の後方で27℃が達成される。この結果、100000mPa・sの油粘度を有する微粒状のシリコーンエマルジョン(150nm)が生じる。このエマルジョンの貯蔵安定性は、2年間よりも長い。
比較例3b
本発明によらない方法で全てのパラメーターを不変のままにし、ポリジメチルシロキサンの温度を25℃で作業した場合には、比較可能な粒径(154nm)を有するが、しかし、60000mPa・sの低すぎる油粘度を有するエマルジョンが生じる。
本発明による方法を実施するための装置の1実施例を示す系統図。
符号の説明
1 供給管、 2 第1の混合装置、 3、7 温度センサー、 4、8、15、20 圧力センサー、 5、10、24 導管、 6 第2の高剪断型混合装置、 9、17 弁、 13 混合装置、 14、19 温度制御装置、 18 高剪断型混合装置、 22 圧力保持弁、 A、B、C、D 供給管

Claims (1)

  1. 25℃で液状であり、0.5〜500000mPa・sの粘度を有する有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)を含む水性エマルジョンを連続的に製造する方法であって、それぞれ成分の有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)の一部分を連続的に第1の高剪断型混合装置に供給し、この場合この第1の高剪断型混合装置中でシリコーンエマルジョンの高粘稠な相が形成され、第2の高剪断型混合装置中に有機珪素化合物(A)、乳化剤(B)および水(C)から選択された他の成分を混入し、この場合に前記方法で使用される圧力を第2の高剪断型混合装置の後方での圧力保持弁による圧力保持およびこの高剪断型混合装置の回転数によって制御し、前記方法で使用される温度を原料の温度および混合装置の回転数によって制御し、これら圧力および温度を混合装置の直後に測定する、水性エマルジョンを連続的に製造する前記方法。
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