JP6385284B2 - 水中油型エマルションから粒子を形成する方法 - Google Patents
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Description
を有してもよく、式中、点線は、2〜20個の炭素原子を有する環状構造を表し、R’、R’’、及びR’’’はそれぞれ独立して、水素原子、芳香族基、直鎖アルキル基、分枝鎖アルキル基、環状アルキル基、及びそれらの組み合わせの群から選択される。一実施形態では、R’及びR’’は双方ともに独立して、同一であってもよく又は異なっていてもよく、直鎖、分枝鎖、又は環状であってもよいアルキル基であり、R’’’は、水素原子又は2〜20個の炭素原子を有するアルキル基である。
を有し、式中、R1〜R9のそれぞれは独立して、水素原子、芳香族基、直鎖アルキル基、分枝鎖アルキル基、環状アルキル基、及びそれらの組み合わせの群から選択される。一実施形態では、環状シラザンは、1,1,2,4−テトラメチル−1−シラ−2−アザシクロペンタン(化学式:C7H17NSi)として更に定義され、その化学構造は下に記載される:
を有するオルガノポリシロキサン基を含んでもよく、式中、M、D、T、及びQのそれぞれは独立して、オルガノポリシロキサンの構造群の官能性を表す。具体的には、Mは、一官能性基R3SiO1/2を表す。Dは、二官能性基R2Si02/2を表す。Tは、三官能性基RSi03/2を表す。Qは、四官能性基Si04/2を表す。当然のことながら、本開示は、上記のアミノ官能性ポリシロキサンに限定されず、当該技術分野において既知の任意のアミノ官能性ポリシロキサンを含んでもよい。
式中、xは正の整数である。
エマルション1を形成するために、90グラムのシラノール、本実施例では、2つの末端−OH基、約50,000cPの粘度、及び約61,100の数平均分子量を有するポリジメチルシロキサンを、SpeedMixer(商標)max 100グラムカップに添加し、次に0.42グラムのN−1,1,2,4−テトラメチル−l−シラ−2−アザシクロペンタン、環状シラザンを添加した。カップを閉鎖し、DAC 150 SpeedMixer(商標)内へ定置し、3,000rpmで20秒間回転させた。カップ及びその内容物を、周囲実験室条件で24時間放置し、シラノールと環状シラザンとを反応させて、アミノ官能性ポリジメチルシロキサンを形成した。24時間後、55gのアミノ官能性ポリジメチルシロキサンを除去し、第2のmax 100gカップに添加した。その後、0.83グラムのポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテル(Brij(登録商標)30の商品名で市販されている)を界面活性剤としてカップに添加し、次に1.21グラムのポリオキシエチレン(23)ラウリルエーテル(Brij(登録商標)35Lの商品名で市販されている)の72%水溶液を、第2の界面活性剤として添加した。次に、0.6グラムの脱イオン(DI)水をカップに添加した。アミノ官能性ポリジメチルシロキサンへの界面活性剤及び水の添加は、油中水型(w/o)エマルションを形成した。カップを次に、DAC 150 SpeedMixer(商標)内へ定置し、3,000rpmで20秒間回転させて、w/oエマルションをo/wエマルションへと相反転させた。カップをミキサから取り外し、壁部をへらでこそげ落とした。カップの内容物は、以前のw/oエマルション(回転前)から反転された、水中のアミノ官能性ポリジメチルシロキサンの水中油型エマルションである、粘度が高いペーストを形成した。カップの壁部をこそげ落とした後、カップを、3,000rpmで20秒間、2回目に回転させた。1グラムのDI水を次にカップに添加し、その後3,000rpmで20秒間、また更に回転させた。次に、2グラムの水を上記と同じ方法で添加した後、3グラム及び5グラムのDI水を、それぞれの水添加の間にカップを3,000rpmで20秒間回転させて、添加した。水は、最初の0.6グラムの水の添加を除いて、最大で合計33.6グラムまで添加した。水の添加は、約60%活性の、N−メチルアミノイソブチル置換末端基を有するポリジメチルシロキサンの水性水中油型(o/w)白色エマルションを形成した(エマルション1)。
エマルション2を形成するために、約100の重合度(DP)を有し、N−メチルアミノイソブチルジメチルシロキシ基で終端された、本開示の代表的なアミノ官能性ポリシロキサンである20グラムのポリジメチルシロキサン流体を、50ml広口瓶に添加した。次に、0.25グラムのポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテル(Brij(登録商標)30の商品名で市販されている)を界面活性剤として広口瓶に添加し、次に第2の界面活性剤として0.45グラムのポリオキシエチレン(23)ラウリルエーテル(Brij(登録商標)35Lの商品名で市販されている)の72%水溶液を、及び19.3グラムの脱イオン(DI)水を添加した。次に、超音波プロセッサプローブを、広口瓶中に約1cmの深さに浸した。次に、プローブに全出力(550W)まで通電し、ポリジメチルシロキサン、界面活性剤、及び水は数分以内で白くなった。次に、超音波プロセスを30秒間継続した後、プローブへのエネルギーを停止し、プローブを広口瓶から取り出した。広口瓶を次に、手で10秒間振盪し、流水下で数分間冷却させた。その後、プローブを広口瓶に戻し、更に30秒間再活性化した。30秒後、プローブへのエネルギーを停止、プローブを広口瓶から取り出した。次に、広口瓶を浸透し、流水下で冷却させた。プローブを次に広口瓶内へ再挿入し、総超音波プロセスが約1.5分になるように、超音波プロセスを更に30秒間継続した。超音波プロセスは、38グラムの、50%活性の末端N−メチルアミノイソブチル基を有するポリジメチルシロキサンの水性水中油型(o/w)エマルションを形成した(エマルション2)。
ポリマーの調製:
ポリマーAを、まず、2クオート円形ガラス広口瓶内へ、末端−OH基、約50,000mパスカル秒cPの粘度、及び約61,100の数平均分子量を有する、1031.3グラムのポリジメチルシロキサン直鎖ポリマーを計量することによって調製した。次に、4.80グラムのN−1,1,2,4−テトラメチル−l−シラ−2−アザシクロペンタン、環状シラザンを、広口瓶内へ計量した。キャップを固定し、広口瓶を、広口瓶回転装置を用いて周囲実験室条件下で24時間低速で回転させて、ポリマーAを形成した。ポリマーAは、末端二級アミノ基を有するポリジメチルシロキサンポリマー(Mn〜61,100)であった。ポリマーAの粘度は、開始シロキサンとほぼ同じであった。
(実施例3A):
60グラムのポリマーAを、max 100カップ内へ計量し、その後0.96グラムのBrij 30及び1.80グラムのBrij 35L及び1.0gのDI水を計量した。カップを閉鎖し、SpeedMixer(登録商標)DAC−150の内側に定置して、カップを最大速度(約3,500rpm)で30秒間回転させた。カップを開け、カップの壁部をへらでこそげ落とした後、カップを閉鎖しミキサ内へ戻し、更に30秒間最大速度で回転させた。カップ内容物を、2.5グラムから開始し、次に5.0グラム、次に7.5グラム、最後に10.4グラムの4段階で合計25.4グラムのDI水で希釈した。各希釈の後、カップを最大速度で20秒間回転させた。最後の希釈を行い、カップを最後に回転させた後、0.174グラムのHDI、ヘキサメチレンジイソシアネートを、ピペットを用いて滴加した。カップを閉鎖し、回転サイクル間に約2分の待機期間を伴って各30秒ずつ2サイクル、最大速度で回転させた。カップを周囲実験室条件で24時間放置した後、粒径を判定し(Malvern(登録商標)2000)、ポリマーをレオロジー試験のために採取した。組成物は、約67重量パーセントのシリコーン含量、及び粒子の90パーセントが1.07μm未満である0.64μmの平均粒径(Dv50)を有する、高粘度PDMSの水中油型水性エマルションであった。
約8グラムの真上に説明されるエマルションを、Max 40カップ内へ計量した。次に、イソプロピルアルコール(IPA)を、スクイーズボトルを用いてカップがほぼ一杯になるまでカップに添加した(約30グラムのIPA)。カップを閉鎖し、SpeedMixer(登録商標)DAC−150内で30秒間、最大速度で回転させた。カップを開け、カップの底にあるポリマーからアルコール層をデカント(及び廃棄)した。ポリマーを、追加のIPAで濯ぎ、次に100mm直径のプラスチックペトリ皿(蓋無し)に移し、70Cに維持された空気循環炉内に定置した。ポリマーを、炉内で48時間乾燥させた。ポリマーのレオロジー特性を、25mm直径の平行板を装備し、0.01Hz〜80Hzの周波数掃引モードで25℃にて稼働されるTA Instruments ARES(登録商標)(New Castle Delaware)レオメーターを用いて、10パーセントの動的歪みを用いて判定した。このポリマーは、0.01Hzにおいて約13,600パスカル秒の粘度を有した。
エマルションを、エマルションの粒子がより大きいことを除いて、実施例3Aのものと同じポリマー及び同じ手順を用いて調製した。60グラムのポリマーAを、max 100カップ内へ計量し、その後0.96グラムのBrij(登録商標)30及び1.80グラムのBrij(登録商標)35L及び3.90グラムのDI水を計量した。カップを閉鎖し、SpeedMixer(登録商標)DAC−150の内側に定置して、カップを最大速度(約3,500rpm)で30秒間回転させた。カップを開け、カップの壁部をへらでこそげ落とした後、カップを閉鎖しミキサ内へ戻し、更に30秒間最大速度で回転させた。カップの内容物を、2.5グラムから開始し、次に5.0グラム、次に7.5グラム、最後に10.65グラムの4段階で合計25.65グラムのDI水で希釈した。各希釈の後、カップを最大速度で20秒間回転させた。最後の希釈を行い、カップを最後に回転させた後、0.176グラムのHDI、ヘキサメチレンジイソシアネートを、ピペットを用いて滴加した。カップを閉鎖し、回転サイクル間に2分の待機期間を伴って各60秒ずつ2サイクル、最大速度で回転させた。カップを周囲実験室条件で24時間放置した後、粒径を判定し(Malvern(登録商標)2000)、ポリマーをレオロジー試験のために採取した。この組成物は、約65重量パーセントのシリコーン含量、及び粒子の90パーセントが5.24μm未満である3.36μmの平均粒径(Dv50)を有する、高粘度PDMSの水中油型水性エマルションで構成された。このエマルションに由来するポリマーを、実施例3Aに説明される手順によって採取し、このポリマーは、0.01Hzにおいて約14,800パスカル秒の粘度を有した。このポリマーのレオロジープロファイルを、図3に記載する。
エマルションを、ポリマーAの代わりにポリマーBを使用することを除いて、実施例3Bのものと同じ手順を用いて調製した。60グラムのポリマーBを、max 100カップ内へ計量し、その後0.96グラムのBrij(登録商標)30、1.81グラムのBrij(登録商標)35L、及び3.90グラムのDI水を計量した。カップを閉鎖し、SpeedMixer(登録商標)DAC−150の内側に定置して、カップを最大速度(約3500rpm)で30秒間回転させた。カップを開け、カップの壁部をへらでこそげ落とした後、カップを閉鎖しミキサ内へ戻し、更に30秒間最大速度で回転させた。カップの内容物を、2.5グラムから開始し、次に5.0グラム、次に7.5グラム、最後に10.65グラムの4段階で合計25.65グラムのDI水で希釈した。各希釈の後、カップを最大速度で20秒間回転させた。最後の希釈を行い、カップを最後に回転させた後、0.174グラムのHDI、ヘキサメチレンジイソシアネートを、ピペットを用いて滴加した。カップを閉鎖し、回転サイクル間に2分の待機期間を伴って各60秒ずつ2サイクル、最大速度で回転させた。カップを周囲実験室条件で24時間放置した後、粒径を判定し(Malvern(登録商標)2000)、ポリマーをレオロジー試験のために採取した。この組成物は、約65重量パーセントのシリコーン含量、及び粒子の90パーセントが4.71μm未満である3.07μmの平均粒径(Dv50)を有する、高粘度PDMSの水中油型水性エマルションで構成された。
エマルションを、0.227gのイソホロンジイソシアネート(IPDI)を、実施例3Cの組成物において使用した0.174gのHDIと置き換えることを除いて、実施例3Cと同じ手順及び成分を用いて調製した。このエマルションは、粒子の90%が5.29μm未満である3.43μmの平均粒径(Dv50)を有した。エマルションはまた、約65パーセントのシリコーン含量を有した。ポリマーを、実施例3Aにおいて使用したものと同じ方法で採取した。ポリマーは、0.01Hzにおいて約227,000パスカル秒の粘度を有した。このポリマーのレオロジープロファイルを、図5に記載する。
エマルションを、異なるポリマー及び異なる界面活性剤を使用することを除いて、実施例3Cと同じ手順を用いて調製した。60gのポリマーCを、max 100カップ内へ計量し、その後0.96グラムのTergitol(登録商標)15−S−5、1.80グラムのTergitol(登録商標)15−S−40(水中で70パーセント)、及び0.5グラムのDI水を計量した。カップを閉鎖し、SpeedMixer(登録商標)DAC−150の内側に定置して、カップを最大速度(約3,500rpm)で30秒間回転させた。カップを開け、カップの壁部をへらでこそげ落とした後、カップを閉鎖しミキサ内へ戻し、更に30秒間最大速度で回転させた。カップの内容物を、2.5グラムから開始し、次に5.0グラム、次に7.5グラム、最後に14.05グラムの4段階で合計29.05グラムのDI水で希釈した。各希釈の後、カップを最大速度で20秒間回転させた。最後の希釈を行い、カップを最後に回転させた後、0.425グラムのHDI、ヘキサメチレンジイソシアネートを、ピペットを用いて滴加した。カップを閉鎖し、回転サイクル間に2分の待機期間を伴って各60秒ずつ2サイクル、最大速度で回転させた。カップを周囲実験室条件で24時間放置した後、粒径を判定し(Malvern(登録商標)2000)、ポリマーをレオロジー試験のために採取した。この組成物は、約65重量パーセントのシリコーン含量、及び粒子の90パーセントが4.01μm未満である2.48μmの平均粒径(Dv50)を有する、高粘度PDMSの水中油型水性エマルションで構成された。ポリマーを、実施例3Aで説明した手順を用いて採取した。ポリマー粘度は、0.01Hzにおいて約62,200パスカル秒であった。このポリマーのレオロジープロファイルを、図6に記載する。
アミノ官能性末端ポリジメチルシロキサンをまず、約50,000cPの粘度及び約61,100の数平均分子量を有する1482.0gの末端OH官能性ポリジメチルシロキサンポリマーを計量することによって、調製した。次に、7.10グラムのN−1,1,2,4−テトラメチル−l−シラ−2−アザシクロペンタン、環状シラザンを、広口瓶内へ計量した。キャップを固定し、広口瓶を、広口瓶ローラーを用いて周囲実験室条件下で24時間低速で回転させて、比較ポリマーを形成した。この比較ポリマーは、末端二級アミノ基と、開始ポリマーのものとほぼ同じ粘度(約50,000cP)とを有するポリジメチルシロキサンであった。20gのこの組成物を、Max 40カップ内へ計量し、その後HDI、ヘキサメチレンジイソシアネートの10パーセント溶液0.599グラムを計量し、ポリジメチルシロキサン流体(Dow Corning(登録商標)1.5E−6m2/s(1.5cSt.)200Fluid)中で溶解させた。カップを、SpeedMixer(登録商標)DAC−150ミキサの内側へ定置し、カップを最大速度で20秒間回転させた。カップを、周囲実験室条件で4時間放置した。
Claims (9)
- 少なくとも30ナノメートルの平均直径を有する粒子を形成する方法であって、
A.シラノールと環状シラザンとを反応させて、アミノ官能性ポリシロキサンを形成する工程と、
B.前記アミノ官能性ポリシロキサンを含みかつ疎水性補助安定剤を含まない水中油型エマルション、又は前記アミノ官能性ポリシロキサン及び疎水性補助安定剤の両方を含み、前記疎水性補助安定剤の量が0.1重量パーセント未満(ゼロ重量パーセントではない)である水中油型エマルションを形成する工程と、
C.前記アミノ官能性ポリシロキサンとイソシアネートとを、前記水中油型エマルション中で組み合わせて反応させて、少なくとも30ナノメートルの前記平均直径を有する前記粒子を形成する工程と、を含み、前記イソシアネートは、ジイソシアネート及び/又はジイソシアネート以外のポリイソシアネートである、方法。 - 前記水中油型エマルションを形成する前記工程が、前記アミノ官能性ポリシロキサンと0.1重量パーセント未満の疎水性補助安定剤の両方を含むか、又は前記アミノ官能性ポリシロキサンを含みかつ疎水性補助安定剤を含まない油中水型エマルションを形成すること、及び前記油中水型エマルションを相反転させて、前記水中油型エマルションを形成することとして更に定義される、請求項1に記載の方法。
- 前記水中油型エマルションを形成する前記工程が、前記アミノ官能性ポリシロキサンと0.1重量パーセント未満の疎水性補助安定剤の両方を含むか、又は前記アミノ官能性ポリシロキサンを含みかつ疎水性補助安定剤を含まない油中水型エマルションを形成すること、及び前記油中水型エマルションに剪断を適用して前記水中油型エマルションを形成することとして更に定義される、請求項1に記載の方法。
- 前記シラノールが、化学式H(OSiR1R2)nOHを有し、式中、R1及びR2のそれぞれが独立して、アルキル基、環状アルキル基、芳香族基、及びそれらの組み合わせの群から選択され、nが、1〜2,000の数である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- R1及びR2が、双方ともにメチル基である、請求項4に記載の方法。
- 前記環状シラザンが、1,1,2,4−テトラメチル−1−シラ−2−アザシクロペンタンとして更に定義される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アミノ官能性ポリシロキサンが、アミノ官能性ポリジメチルシロキサンとして更に定義される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子が、500ナノメートル超から最大で1,000ナノメートルの平均直径を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水中油型エマルションが、前記疎水性補助安定剤を含まず、前記シラノールが、化学式H(OSiR1R2)nOHを有し、式中、R1及びR2のそれぞれがメチル基であり、nが700〜900の数であり、前記環状シラザンが、1,1,2,4−テトラメチル−1−シラ−2−アザシクロペンタンとして更に定義され、前記アミノ官能性ポリシロキサンが、アミノ官能性ポリジメチルシロキサンとして更に定義され、前記イソシアネートが、ヘキサメチレンジイソシアネートとして更に定義され、前記粒子が、500ナノメートル超から最大で1,000ナノメートルの平均直径を有する、請求項1に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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