JP5329084B2 - シロキサンポリマーを安定化する方法 - Google Patents

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Description

[発明の技術分野]
本発明は、シロキサンポリマーを安定化する方法に関し、特にアミノ官能性シロキサンポリマーの粘度を安定化する方法に関する。
[発明の背景]
アミン官能性は、シラノール縮合に関して触媒活性である。アミノ官能性シロキサンが多量のシラノールを用いて調製される場合、アミン官能性の影響を受け、シラノール基が縮合してシラン結合を形成するにつれ、ポリマーの粘度が高くなる傾向にある。
欧州特許第757074号(EP-B-757074)には、縮合重合により形成されたシロキサンポリマーの粘度を安定化する方法が記載されている。かかる方法は、縮合重合によりシロキサンポリマーを生成するのに使用される有機ケイ素化合物に、置換又は無置換アルコールを添加することを含む。かかるアルコールは、一般式R’OH(式中、R’は4〜30個の炭素原子の置換又は無置換アルキル基である)からなる。
米国特許第3575917号(US-A-3575917)には、オルガノポリシロキサン及び有機金属硬化触媒の混合物をゲル化に対して安定化することが記載されている。かかる安定化は、0.1〜3%の、式(ZAlk)Si(OX)4−z(式中、Zは、水素、アミノ、N−β−アミノエチル、1,2−エポキシ又はグリシドキシであり;Alkは、2〜6個の炭素を有する二価又は三価の炭化水素基であり;Xは1〜10個の炭素を有するアルキル、アリール、アラルキル又はアルカリールであり;zは1〜3である)を有する有機シランと十分量のアミンとを前記混合物中に加えてpHを7〜9に維持することを含む。
[発明の要約]
本発明は、下記の一般式:
3−b−SiO−(RSiO)−(RSiO3/2−SiO−X−R3-b
(式中、各Rは炭化水素基を表し、但し一分子あたり少なくとも1つのRがアミノアルキルを表し;各Xは基R、水酸基又はアルコキシ基を表し、但し一分子あたり少なくとも1つのXが水酸基を表し;bは1、2又は3であり;n及びmは、25℃でのシロキサンポリマーの粘度が1〜100,000mPa・sの範囲であるような値を有する整数である)のアミノ官能性シロキサンポリマーの粘度を安定化する方法であって、アミノアルキル基と、Siに結合した少なくとも1つのアルコキシ基とを含有するアミノシラン又はアミノシロキサン(A)をシラノール官能性ポリシロキサン(B)と反応させることを含み、前記(A)及び(B)の反応前又は反応中に、前記(A)及び(B)の総重量を基準として、0.1〜10重量%のジアルコキシジアルキルシランを前記(A)及び/又は(B)に添加することにより、粘度安定性が改善されたアミノ官能性シロキサンポリマーが生成することを特徴とする方法である。
[発明の詳細な説明]
アミノ官能性シロキサンポリマーは、典型的に、下記の一般式を有する。
3-bb−SiO−(R2SiO)n−(RSiO3/2m−SiO−Xb−R3-b
式中、各Rは炭化水素基を表し、但し一分子あたり少なくとも1つのRがアミノアルキルを表し;各Xは基R、水酸基又はアルコキシ基を表し、但し一分子あたり少なくとも1つのXが水酸基を表し;bは1、2又は3であり;n及びmは、25℃でのシロキサンポリマーの粘度が1〜100,000mPa・sの範囲であるような値を有する整数である。適切なR基としては、アルキル、アルケニル、アリール、シクロアルキル、又はアミン、アミドエーテル若しくはエポキシ官能基で置換された基であり、但し一分子あたり少なくとも1つのR基が、アミン置換基(例えば、アミノアルキル)を有する、ケイ素に結合した基である。好ましくは、全R基の少なくとも80%が、5個以下の炭素原子を有するアルキル基であり、最も好ましくはメチル基である。好ましくは、nは、25℃でのシロキサンポリマーの粘度が20〜60,000mPa・s、より好ましくは50〜5,000mPa・s、最も好ましくは100〜1,500mPa・sであるような値を有する整数である。
かかるアミノ官能性シロキサンポリマーは、縮合反応において、アミノアルキル基と、Siに結合した少なくとも1つのアルコキシ基とを含有するアミノシラン又はアミノシロキサン(A)をシラノール官能性ポリシロキサン(B)と反応させることにより調製することができる。
アミノシラン(A)は、アミノアルキル基と、Siに結合した少なくとも1つのアルコキシ基とを含有する。アミノアルキル基は、好ましくは式R’−(NH−A’)−NH−A−(式中、A及びA’は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子を有し且つエーテル結合を任意に含有する直鎖又は分枝鎖アルキレン基であり;qは0〜4であり;R’は、水素、又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル若しくはヒドロキシアルキル基である)からなる。最も好ましくは、R’は水素であり;qは0又は1であり;A及びA’(存在する場合)はそれぞれ2〜4個の炭素原子を含有する。好ましいアミノアルキル基の例としては、−(CHNH、−(CHNH、−(CHNH(CHNH、−CHCH(CH)CHNH(CHNH、−(CHNHCHCHNH(CHNH、−CHCH(CH)CHNH(CHNH、−(CHNH(CHNH、及び−(CHO(CHNHが挙げられる。Siに結合したアルコキシ基は、非反応性置換基又はエーテル結合等の結合を含有することができる。アミノシラン(A)は、下記の式:
Figure 0005329084
(式中、A、A’、q及びR’は上記で定義したとおりであり;R”は、1〜6個の炭素原子を有するアルキル又はアルコキシアルキル基(例えば、メチル、エチル、ブチル又はメトキシエチル)であり;Y及びY’は、それぞれ独立して基−OR”又はアルキル又はアリール基である)を好ましくは有する。最も好ましくは、直鎖ポリジオルガノシロキサンの調製に関して、ケイ素に結合したアルコキシ基が3個存在するシランは、より反応性になる傾向があるので好ましいかもしれないが、アミノシラン(A)の基Yはメチルのような無置換アルキル基であり、基Y’は式−OR”、好ましくはメトキシ又はエトキシからなる。好ましいアミノシラン(A)の例は、アミノエチル−アミノイソブチルメチルジメトキシシラン(CH3O)2(CH3)Si−CH2CH(CH3)CH2NH(CH22NH2、アミノプロピルメチルジエトキシシラン(C25O)2(CH3)Si−(CH23NH2、ジメチルメトキシアミノプロピルシラン、メチルジメトキシアミノエチルアミノプロピルシラン、トリメトキシアミノプロピルシラン、メチルジメトキシアミノプロピルシラン、及びトリメトキシアミノエチルアミノプロピルシランである。
シラノール官能性ポリシロキサン(B)は、好ましくは直鎖ヒドロキシル先端(hydroxyl-tipped)ポリジオルガノシロキサンである。それは、例えば、直鎖ヒドロキシル先端ポリジメチルシロキサン、好ましくは重合度が4〜1000、最も好ましくは10〜100の液体ポリジメチルシロキサンであり得る。あるいは、ポリシロキサン(B)は、Siに結合した、2〜30個の炭素を有するアルキル基(例えば、エチル基、プロピル基、ペンチル基又はヘキシル基)、置換アルキル基(例えば、3,3,3−トリフルオロプロピル基のようなフルオロアルキル基)若しくはアルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基又はヘキセニル基)、又はアリール基(例えば、フェニル基)若しくはアラルキル基(例えば、2−フェニルプロピル基)を含有することができる。かかる基は、例えば、−Si(CH)R−O−単位(式中、Rは2〜30個の炭素を有するアルキル若しくはアルケニル、アリール又はアラルキル)として、又は−Si(R−O−単位として存在してもよい。好ましくは、ケイ素に結合した全置換基の少なくとも80%がメチル基である。
使用されるシラノール官能性ポリシロキサン(B)の量は、一般に、(B)のシラノール基とアミノシラン(A)のSiに結合したアルコキシ基とのモル比が0.5:1よりも大きい、好ましくは1:1よりも大きいことを満足させる量である。このことは、アミノ官能性アルコキシシラン(A)によってシラノール官能性ポリシロキサン(B)を単にキャッピングすることよりも、鎖延長重合が生じることを保証する。(B)のシラノール基とアミノシラン(A)のSiに結合したアルコキシ基とのモル比は、好ましくは1〜3:1の範囲である。
アミノシラン又はアミノシロキサン(A)とシラノール官能性ポリシロキサン(B)との間の反応は、縮合触媒(例えば、KOH、水酸化バリウム、リン酸ナトリウム若しくは四ホウ酸カリウム、又はこれらの2つ以上の混合物等のアルカリ触媒、或いはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム又はHCl等の酸触媒)の存在下で好ましくは行われる。触媒はカルボン酸であることができ、かかるカルボン酸はアミノシラン(A)と反応してカルボン酸塩を形成する。かかるカルボン酸は、国際公開第03/016380号パンフレット(WO-A-03/016380)に記載されているように有効な触媒であると考えられる。適切なカルボン酸の例は、6〜20個の炭素原子を有する脂肪族カルボン酸(例えば、オクタン酸、デカン酸又はラウリン酸)、又は電子吸引性部分により置換されたカルボン酸(例えば、乳酸、又はフルオロ酢酸若しくは4,4,4−トリフルオロブタン酸のようなフルオロアルカン酸)である。触媒は、アミノシラン(A)を基準として、0.01〜5重量%、特に0.1又は0.2重量%以上1.0又は2.0重量%以下で使用される。
アミノシラン(A)とシラノール官能性ポリシロキサン(B)との間の反応は、一般に、0〜200℃の範囲の任意の温度で行われる。少なくとも50℃の温度が好ましく、最も好ましくは60℃以上120又は140℃以下の温度である。反応は、一般に、5ミリバール(50Pa)〜5バール(50000Pa)の範囲の圧力(例えば、周囲圧力)で行われる。特に、反応系から揮発性副生成物(例えば、アミノ官能性アルコキシシランから生じるメタノール又はエタノール)の除去を促進する必要があるなら、少なくとも反応後期を減圧下(例えば、10〜400ミリバール(100〜4000Pa))で行うことがしばしば好ましい。反応は、液相において希釈せずに都合よく行うことができる。
本発明で用いられる添加物は、ジアルコキシジアルキルシランである。ジアルコキシジアルキルシランは、式Z2Si(OZ’)2(式中、各Zは1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を表し、各Z’は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を表す)から一般になる。好ましくは、各Zは1又は2個の炭素原子を有するアルキル基を表し、各Z’は1又は2個の炭素原子を有するアルキル基を表す。例えば、ジアルコキシジアルキルシランは、ジメトキシジメチルシラン又はジエトキシジメチルシランである
ジアルコキシジアルキルシランは、(A)及び(B)の反応前又は反応中に、(A)若しくは(B)のいずれか又は(A)及び(B)の両方に添加され得るアミノ官能性シロキサンポリマーを生成するために使用された反応混合物への添加は、粘度の最大制御を与えることがわかったが、ジメトキシジメチルシランが、例えば、流体を生成するために用いられる反応混合物に添加される場合、又は流体に後で添加される(post added)場合のどちらにおいても、アミノ官能性シロキサンポリマー流体の粘度ドリフト(viscosity drift)を制御するという点で有効であることを我々は見出した。
添加されるジアルコキシジアルキルシランの量は、一般に、(A)及び(B)の総重量を基準として、0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜6重量%の範囲である。
我々は、ジアルコキシジアルキルシランが、アミノ官能性シロキサンポリマーにおいて両末端封鎖剤(co-endblocker)として作用することを確信する。驚くべきことに、ジメチルジメトキシシランの二つのメトキシ基の反応性において著しい違いがある。第一のメトキシ基は、シランが末端封鎖剤として作用することを可能にするのに対し、第二のメトキシ基は、その反応性を維持し、それ自体が後の反応に使用可能である。その結果、ポリマーの反応性を維持しつつ、アミノポリマーの粘度ドリフトを制御することができる
本発明の方法は、ジアルコキシジアルキルシランが、アミノ官能性シロキサンポリマー中に又はそれを形成する反応中に、どんな新しい基も導入しない欧州特許第757074号(EP-A-757074)に対して利点を有する。ポリマーにおけるアルキル及びアルコキシ基、並びにアルコール(例えば、反応中に取り去られた(driven off)メタノール)は、アミノシラン(A)から生じるものと類似している。或いは、欧州特許第757074号に記載されているような、4〜30個の炭素原子を有するアルコール(特に脂肪アルコール)に加えて、ジアルコキシジアルキルシランが本発明により使用され得る。
アミノ官能性シロキサンポリマーは、均一な液体組成物として、又は標準的な乳化技法により製造され得るエマルションとして提供されても良い。アミノ官能性シロキサンポリマーは、一般に、例えば、ポリエステル、ポリアミド、アクリル、コットン又はウール繊維用の繊維潤滑剤として、並びに繊維柔軟剤及び/又はしわ取り剤として繊維産業において使用される。また、アミノ官能性シロキサンポリマーは、ヘアコンディショナー及びヘアシャンプー又はスキンケア組成物としてパーソナルケア産業においても使用され得る。また、アミノ官能性シロキサンポリマーは研磨材又は保護コーティングの成分としても使用され得る。
本発明は、以下の実施例により説明される。
[実施例1]
約60mPa・sの粘度を有する24.66kgの直鎖シラノール末端封鎖ポリジメチルシロキサンを反応容器に入れた。撹拌を始め、反応容器の内容物を100℃に加熱した。342.5gの3−(2−アミノエチルアミノ)−2−メチルプロピルメチルジメトキシシラン及び25gのオクタン酸を加え、反応容器の内容物を3時間の還流に維持した。100℃で4時間加熱し続けながら、100ミリバール(1000Pa)の圧力で真空を適用した。この段階で生成したアミノ官能性シランポリマーの粘度は、450mPa・sであった。
真空を窒素で破り、反応容器を全還流用にリセットし、85℃に冷却した。250gのジメトキシジメチルシランを添加して、反応を85℃で維持し、60分間還流した。次いで、真空を再び適用し、圧力を200ミリバール(2000Pa)まで徐々に低下させた。200ミリバール(2000Pa)で30分後、真空を窒素で破り、反応物を50℃未満に冷却した。
[実施例2]
3−(2−アミノエチルアミノ)−2−メチルプロピルメチルジメトキシシランを322.5gの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と置き換えた以外は、実施例1の方法により、アミノ官能性シロキサンポリマーを製造した。
[比較例1及び2]
ジメトキシジメチルシランを添加する段階及び後の反応がないこと以外は、実施例1及び2の方法により、アミノ官能性シロキサンポリマーを製造した。
実施例1及び2並びに比較例1及び2それぞれに関し、アミノ官能性シロキサンポリマー生成物の粘度を25℃で測定した。重合度DPを29Si NMRにより計算し、数平均分子量Mnをガス(gas)透過クロマトグラフィー(GPC)により測定し、これからもDPを計算した。アミノ官能性シロキサンポリマー生成物の各サンプルは25℃で保存し、1および2ヶ月後に、それらの粘度(mPa・sで)を測定した。この結果を下記の表1に示す。
Figure 0005329084
実施例1及び2で製造されたアミノ官能性シロキサンポリマーの粘度は1ヶ月間実質的に一定であったのに対し、比較例1及び2で製造されたアミノ官能性シロキサンポリマーの粘度は同じ時間が経過した後、著しく(unusably)高くなった。実施例1及び2で製造されたアミノ官能性シロキサンポリマーの粘度は、時間と共に増加しているが、2ヶ月後でもなお使用可能なレベルであった。
[実施例3]
加熱マントル、窒素雰囲気生成装置、滴下漏斗、温度計及び撹拌機を備えたフラスコで、約3,500の平均分子量及び70mPa・sの粘度を有する515gのシラノール末端封鎖ポリジメチルシロキサンと、17.2gの3−(アミノエチル)−アミノ−2−メチルプロピルメチルジメトキシシランと、8.9gの市販の脂肪アルコール(エクソンモービルによるアクロポール35(Acropol 35))と、4.8gのジメトキシジメチルシラン(DMDM)と、混合物の総重量を基準として0.14重量%の、NaPO・12HO及びBa(OH)・8HOの25/75混合物とを混合した。反応混合物を、還流させながら3時間、撹拌して85℃に加熱した。次いで、85℃で2時間加熱し続けながら、200ミリバール(2000Pa)の圧力で真空を適用した。生成したアミノ官能シロキサンポリマーの粘度は1216mPa・sであった。
[比較例3]
4.8gのDMDMを省略した以外は、実施例3の方法により、アミノ官能シロキサンポリマーを製造した。
実施例3及び比較例3のアミノ官能性シロキサンポリマー生成物のサンプルを25℃で保存し、それらの粘度(mPa・sで)を4週間後に測定した。かかる結果を下記の表2に示す。
Figure 0005329084
初期反応混合物へのDMDMの添加が、粘度の増加を抑制したことを表2から見ることができ、それは、脂肪アルコールの添加にも関わらず歴然としている。
[実施例4]
比較例3の方法により、アミノ官能性シロキサンポリマーを製造した。アミノ官能性シロキサンポリマー生成物を5つのサンプルに分け、各種量のジメトキシジメチルシラン(DMDM)を添加した。比較のために、1つのサンプルには、DMDMは添加しなかった。サンプルを25℃で保存した後、それらの粘度(mPa・sで)を1及び2週間後に測定した。かかる結果を下記の表3に示す。
Figure 0005329084
DMDMの添加が、粘度の増加を抑制したことを表2から見ることができ、それは、脂肪アルコールの添加にも関わらず歴然としており、0.88%のDMDMを添加したものは、安定した粘度を維持するのに特に有効であった。

Claims (6)

  1. 下記の一般式:
    3−b−SiO−(RSiO)−(RSiO3/2−SiO−X−R3-b
    (式中、各Rは炭化水素基を表し、但し一分子あたり少なくとも1つのRがアミノアルキルを表し;各Xは基R、水酸基又はアルコキシ基を表し、但し一分子あたり少なくとも1つのXが水酸基を表し;bは1、2又は3であり;n及びmは、25℃でのシロキサンポリマーの粘度が1〜100,000mPa・sの範囲であるような値を有する整数である)のアミノ官能性シロキサンポリマーの粘度を安定化する方法であって、
    アミノアルキル基と、Siに結合した少なくとも1つのアルコキシ基とを含有するアミノシラン又はアミノシロキサン(A)をシラノール官能性ポリシロキサン(B)と反応させることを含み、前記(A)及び(B)の反応前又は反応中に、前記(A)及び(B)の総重量を基準として、0.1〜10重量%のジアルコキシジアルキルシランを前記(A)及び/又は(B)に添加することにより、粘度安定性が改善されたアミノ官能性シロキサンポリマーが生成することを特徴とする方法。
  2. 前記(A)及び(B)の総重量を基準として、0.2〜6重量%のジアルコキシジアルキルシランを添加することを特徴とする請求項に記載の方法。
  3. 前記アミノシラン(A)が、下記の式:
    Figure 0005329084
    (式中、A及びA’は、それぞれ独立して1〜6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキレン基であり;qは0〜4であり;R’は、水素、又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル若しくはヒドロキシアルキル基であり;R”は、1〜6個の炭素原子を有するアルキル又はアルコキシアルキル基であり;Y及びY’は、それぞれ独立して基−OR”又はアルキル又はアリール基である)を有する請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記シラノール官能性ポリシロキサン(B)は、重合度が4〜1000の直鎖ヒドロキシル先端ポリジメチルシロキサンである請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 記ジアルコキシジアルキルシランが、式ZSi(OZ’)(式中、各Zは1又は2個の炭素原子を有するアルキル基を表し、各Z’は1又は2個の炭素原子を有するアルキル基を表す)からなる請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記ジアルコキシジアルキルシランが、ジメトキシジメチルシランであることを特徴とする請求項に記載の方法。
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