KR101710059B1 - 분지형 오가노폴리실록산 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분지형 오가노폴리실록산 및 이의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다. 분지형 오가노폴리실록산은 포스파젠 촉매의 존재 하에 알콕시실란과, 규소에 결합된 하나 이상의 히드록실 또는 가수분해성 기를 함유하는 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산이 반응하여 제조된다. 얻어진 분지형 오가노폴리실록산은 다른 실록산 중축합 촉매를 사용하는 경우에 비해 겔화 경향이 낮는 하이 모듈러스 시일로 경화될 수 있는 수분 경화성 실런트 조성물에 사용하기에 적합할 수 있다. 포스파젠 촉매는 또한 중합 생성물 중 발마직하지 않은 낮은 분자량의 고리형 실리콘의 함량이 낮다는 이점을 갖는다.
Description
본 출원은 2009년 3월 30일자 출원된 미국 출원 제61/164990호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 분지형 오가노폴리실록산 및 이의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다. 용어 분지형은 2개 초과의 말단기를 지닌 폴리머를 기술하기 위해 본 발명에서 사용된 것이다.
오가노폴리실록산은 예를 들어, 실런트, 소포제, 엘라스토머, 감압 접착제, 또는 이형제, 또는 헤어 케어(hair care) 조성물 또는 그 밖의 퍼스널 케어 조성물 또는 가정용품(household care) 조성물로서와 같은 광범위하게 다양한 용도를 갖는다. 일부 이러한 용도에 있어서, 분지형 오가노폴리실록산은 선형 오가노폴리실록산에 비해 이점을 갖는다. 예를 들어, 분지형 오가노폴리실록산은 선형 물질에 비해 소포제로서 개선된 특성을 나타낸다.
본 발명자들은 분지형 오가노폴리실록산이 하이 모듈러스 시일(modulus seal)로 경화하는 실런트 조성물에 유용하다는 것을 발견하였다. 선형 폴리실록산과 비교하여, 분지형 폴리실록산은 경화되지 않은 실런트의 레올로지(rheology)를 허용가능한 범위로 유지하면서 하이 모듈러스 실런트의 포뮬레이션을 허용한다.
또한, 본 발명자들은 퍼스널 케어 제품, 특히 피부 또는 모발에 적용되는 화장품 포뮬레이션에 있어서, 분지형 오가노실록산이 증가된 와시 오프 저항성(wash-off resistance)으로 인해 선형 오가노실록산에 비교하여 유용하다는 것을 발견하였다.
분지형 오가노폴리실록산은 일반적으로 Si-OH기와 같은 작용기를 함유하는 선형 오가노폴리실록산과 분자당 2개 초과의 반응성 기를 함유하는 알콕시실란 또는 그 밖의 분지화제와의 중축합 반응(polycondensation reaction)에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 분지화는 조절하는 것이 항상 용이한 것은 아니며, 겔화를 유도할 수 있다. 분지 구조는 Si-H기와 알케닐기와의 하이드로실릴화 반응에 의해 분지화를 도입하는 경우에 조절될 수 있으나, 이것은 Si-H 기를 함유하는 특수한 폴리실록산 출발 물질 및 고가의 플래티넘(platinum) 촉매 사용을 요한다.
알콕시실란과, 규소에 결합된 하나 이상의 히드록실 또는 가수분해성 기를 함유하는 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산을 반응시켜 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 본 발명의 공정에서는, 상기 반응이 포스파젠 촉매의 존재 하에서 수행된다는 것에 특징이 있다.
또한, 본 발명은 상기 기술된 바와 같이 제조된 분지형 오가노폴리실록산, 오가노폴리실록산과 반응성인 가교제 및 실록산 축합을 위한 촉매를 포함하는, 하이 모듈러스 시일로 경화될 수 있는 수분 경화성 실런트(moisture curable sealant) 조성물을 포함한다.
또 다른 특징으로서, 본 발명은 하이 모듈러스 시일로 경화할 수 있는 수분 경화성 실런트 조성물로서 포스파젠 촉매의 존재하에서의 알콕시실란과, 규소에 결합된 하나 이상의 히드록실 또는 가수분해성기를 함유하는 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산의 분지형 오가노폴리실록산 반응 생성물의 용도를 포함한다.
본 발명자들은 중축합 반응에 포스파젠 촉매를 사용함으로써 다른 실록산 중축합 촉매를 사용하는 경우보다 덜 겔화되는, 하이 모듈러스 시일로 경화될 수 있는 수분 경화성 실런트 조성물에 사용하기에 적합한, 분지형 오가노폴리실록산이 생성됨을 발견하였다.
실질적으로 선형인 오가노폴리실록산은 평균적으로 규소에 결합된 하나 초과의 히드록실 또는 가수분해성 기, 바람직하게는 말단 히드록실 또는 가수분해성 기를 함유한다. 폴리머는 예를 들어 하기 화학식을 가질 수 있다:
X1-A'-X2 (1)
상기 식에서,
X1 및 X2는 독립적으로 히드록실 또는 가수분해성 치환기를 함유하는 규소 함유기로부터 선택되며,
A'는 폴리머 사슬을 나타낸다.
히드록실 및/또는 가수분해성 치환기를 포함하는 X1 또는 X2 기의 예는 하기 기술된 바와 같은 말단화 기들을 포함한다:
-Si(OH)3, -(Ra)Si(OH)2, -(Ra)2SiOH, -RaSi(ORb)2, -Si(ORb)3, -Ra 2SiORb 또는 -Ra 2Si-Rc-SiRd p(ORb)3-p(여기서, 각각의 Ra는 독립적으로 일가의 히드로카르빌기, 예를 들어, 알킬기, 특히 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬기(바람직하게는, 메틸)를 나타내고; 각각의 Rb 및 Rd 기는 독립적으로 알킬 또는 알콕시기(여기서, 알킬기는 적합하게는 6개 이하의 탄소 원자를 갖는다)이고; Rc는 6개 이하의 규소 원자를 갖는 하나 이상의 실록산 스페이서(spacer)에 의해 차단될 수 있는 2가 탄화수소기이고; p는 값 0, 1 또는 2이다). 화학식 -(Ra)2SiOH인 말단블로킹 기가 특히 바람직할 수 있다. 선형 오가노폴리실록산은 소량, 예를 들어, 20% 미만의, 화학식 Ra 3SiO1 /2의 비반응성 말단블로킹 기를 포함할 수 있다.
폴리머 사슬 A'는 바람직하게는 하기 화학식(2)의 실록산 단위를 포함하는 폴리디오가노실록산 사슬이다:
-(R2 2Si0)- (2)
상기 식에서,
각각의 R2는 독립적으로 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 치환된 탄화수소기, 또는 18개 이하의 탄소 원자를 갖는 히드로카본옥시기와 같은 유기 기이다.
탄화수소기 R2의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 비닐, 시클로헥실, 페닐 및 톨릴기를 포함한다. 치환된 탄화수소기는 탄화수소 기 중에 다른 치환체, 예를 들어, 염소, 불소, 브롬 또는 요오드와 같은 할로겐 원자, 아크릴, 메타크릴, 알콕시 또는 카르복실과 같은 산소 원자 함유기, 아미노, 아미도 또는 시아노기와 같은 질소 원자 함유기, 또는 메르캅토기와 같은 황 원자 함유기로 치환되는 하나 이상의 수소 원자를 지닌다. 치환된 탄화수소 기의 예는 콜린, 또는 불소로 치환된 프로필기, 예컨대, 3,3,3-트리플루오로프로필, 클로로페닐, 베타-(퍼플루오로부틸)에틸 또는 클로로시클로헥실기를 포함한다. 바람직하게는 적어도 일부, 및 더욱 바람직하게는 실질적으로 모든 R2기는 메틸이다. 바람직하게는, 폴리디오가노실록산은 폴리디알킬실록산이고, 매우 바람직하게는 폴리디메틸실록산이다.
화학식(2)의 단위를 포함하는 폴리디오가노실록산은 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다. 또한, 상이한 폴리디오가노실록산의 혼합물이 적합하다. 폴리디오가노실록산 코폴리머의 경우, 폴리머 사슬은 두개의 R2 기가
- 둘 모두 알킬기(바람직하게는 둘 모두 메틸 또는 에틸)이거나,
- 알킬 및 페닐 기이거나,
- 알킬 및 플루오로프로필이거나
- 알킬 및 비닐이거나
- 알킬 및 수소기인,
상기 화학식(2)로 표현된 단위의 사슬로부터 형성된 블록의 조합물을 포함할 수 있다.
일반적으로, 하나 이상의 블록은 R2 기 둘 모두가 알킬기인 실록산 단위를 포함할 것이다.
폴리머(A)는 다르게는 상기 화학식(2)로 표현된 타입의 실록산기의 하나 이상의 블록 및 임의의 적합한 유기 폴리머 사슬을 포함하는 하나 이상의 블록을 포함하는 블록 코폴리머 골격을 가질 수 있다. 적합한 유기 폴리머 사슬의 예는 폴리아크릴, 폴리이소부틸렌 및 폴리에테르 사슬이다.
규소에 결합된 하나 이상의 히드록실 또는 가수분해성 기를 함유하는 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산은 일반적으로 25℃에서의 점도가 5 mPa.s 내지 5000 mPa.s, 바람직하게는 10 mPa.s 내지 500 mPa.s가 되도록 하는 중합도(degree of polymerization)를 갖는다.
선형 오가노폴리실록산과 반응하는 알콕시실란은 바람직하게는 분자당 평균 2개 초과의 규소 결합된 알콕시기를 함유한다. 알콕시기는 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 지니며, 매우 바람직하게는 메틸 또는 에틸 기이다. 알콕시실란은 예를 들어, 화학식 R'Si(OR)3(여기서, R은 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 나타내고, R'는 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 일가 탄화수소 또는 치환된 탄화수소 기를 나타낸다)의 트리알콕시실란을 포함할 수 있다. 이러한 기 R'의 예는 알킬기, 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 헥실, 옥틸, 2-에틸헥실, 라우릴 또는 스테아릴; 시클로알킬 기, 예를 들어, 시클로펜틸 또는 시클로헥실; 알케닐 기, 예를 들어, 비닐, 알릴 또는 헥세닐; 아릴 기, 예를 들어, 페닐 또는 톨릴; 아르알킬 기, 예를 들어, 2-페닐에틸; 및 선행 유기 기에서 수소의 일부 또는 전부를 할로겐으로 치환함으로써 얻어진 기, 예를 들어, 3,3,3-트리플루오로프로필을 포함한다. 바람직한 트리알콕시실란의 예는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란 및 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란을 포함한다. 예를 들어 6 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 장쇄 알킬 기 R'를 지닌 트리알콕시실란, 예를 들어, n-옥틸트리메톡시실란은 선형 오가노폴리실록산과 반응하여 분지점에서 장쇄 알킬기, 예를 들어, 옥틸기를 갖는 분지형 오가노폴리실록산을 형성한다. 이러한 장쇄 알킬기의 존재는 분지형 오가노폴리실록산의 유기 물질, 예를 들어, 탄화수소 용매 또는 유기 폴리머와의 혼화성(compatibility)을 증가시킨다.
알콕시실란은 다르게는 테트라에톡시실란(테트라에틸 오르쏘실리케이트)과 같은 테트라알콕시실란일 수 있다. 선형 오가노폴리실록산과 테트라알콕시실란의 반응은 폴리실록산 사슬에 Si-알콕시 작용기 및 분지(branching)를 지닌 분지형 오가노폴리실록산을 형성할 수 있다.
알콕시실란은 부분적으로 축합한 알콕시실란일 수 있는데, 이중 일부 알콕시 기는 가수분해되고 축합되어 실록산 결합을 형성하고, 일부 알콕시 기는 규소에 결합된 채로 남아 있는다. 이러한 부분적으로 축합된 알콕시실란은 바람직하게는 규소에 결합된 분자당 평균 두개 초과의 알콕시 기를 함유한다. 알콕시실란은 예를 들어 부분적으로 축합된 올리고머 트리알콕시실란일 수 있다. 이러한 올리고머는 분지 구조 및 Si-알콕시를 지녀 추가의 분지 자리(branching site)를 제공할 수 있다. 테트라알콕시실란은 또한 부분적으로 축합된 형태로 사용될 수 있다. 예를 들어, SiO2 분지 단위를 함유하는 부분적으로 축합된 테트라에톡시실란은 광범위하게 입수가능하다.
알콕시실란, 및 규소에 결합된 하나 이상의 히드록실 또는 가수분해성 기를 함유하는 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산은 바람직하게는 알콕시실란 중의 Si-결합된 알콕시 기 대 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산 중의 히드록실 또는 가수분해성 기의 몰비가 1:100 내지 1:1, 더욱 바람직하게는 1:40 내지 1:2이 되는 양으로 반응한다. 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산이 히드록실 기보다는 가수분해성 기를 가질 경우가, 반응 동안에 존재해야 하는, 조절되는 양의 수분에 대해 적합할 수 있다. 분지된 오가노폴리실록산은 반응성 말단 Si-OH 또는 Si-알콕시기를 함유할 수 있다.
알콕시실란과 히드록실을 함유하는 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산의 반응을 위한 포스파젠 촉매는 일반적으로 하나 이상의 -(N=P<)- 단위를 함유하며, 보통 10 개 이하의 이러한 포스파젠 단위, 예를 들어, 평균 1.5 내지 5개의 포스파젠 단위를 갖는 올리고머이다. 포스파젠 촉매는 예를 들어, 할로포스파젠, 특히 클로로포스파젠(포스포니트릴 클로라이드), 산소 함유 할로포스파젠, 포스파젠 염기 또는 포스파젠의 이온성 유도체, 예컨대, 포스파제늄 염, 특히 포스포니트릴 할라이드의 이온성 유도체, 예컨대, 퍼클로로올리고포스파제늄 염일 수 있다.
포스파젠 촉매의 특히 적합한 타입 중 하나는 산소 함유 할로포스파젠, 특히, 산소 함유 클로로포스파젠이다. 이러한 산소 함유 클로로포스파젠은 예를 들어 화학식 Cl(PCl2=N)n-P(O)Cl 또는 HO(PCl2=N)n-P(O)Cl2를 가질 수 있다. n의 평규 s값은 예를 들어 1 내지 10의 범위, 특히 1 내지 5의 범위일 수 있다. 또한, 촉매는 화학식 HO(PCl2=N)n-P(O)Cl2의 촉매의 호변이성질체를 포함할 수 있다. 적합한 산소 함유 클로로포스파젠의 또 다른 타입은 화학식 Z'O(PCl2=N)n-P(O)Cl2(여기서, Z'는 산소를 통해 인에 결합된 오가노실리콘 라디칼을 나타낸다), 예를 들어 화학식 R"3SiO(PCl2=N)n-P(O)Cl2(여기서, R"는 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 일가 탄화수소 또는 치환된 탄화수소 기를 나타낸다)의 포스파젠 촉매를 갖는다. 또한, 촉매는 이러한 오가노실리콘 함유 포스파젠의 축합 생성물을 포함할 수 있다. 임의의 상기 산소 함유 포스파젠에서 염소 원자 전부 또는 일부는 라디칼 Q로 치환될 수 있으며, Q는 히드록실기, 일가 유기 라디칼, 예컨대 알콕시 라디칼 또는 아릴옥시 라디칼, 염소 이외의 할로겐 원자, 또는 오가노실리콘 라디칼, 및 인 함유 라디칼을 나타내나, 이것이 바람직한 것은 아니다.
포스파젠 촉매의 또 다른 적합한 타입은 하기 화학식의 퍼클로로올리고포스파제늄 염이다:
[Cl3P-(N=PCl2)nCl]+Z
상기 식에서, n은 평균 값이 1 내지 10의 범위이고, Z는 음이온을 나타낸다. 음이온은 바람직하게는 착음이온(complex anion)이며, 예를 들어, 화학식 MXv +1 (여기서, M은 폴링 척도(Pauling's scale)에 대한 1.0 내지 2.0의 전기 음성도(electronegativity) 및 원자가 v를 갖는 원소이고, X는 할로겐 원자이다)일 수 있다. 원소 M은 예를 들어, 인 또는 안티몬일 수 있다. 음이온 Z은 다르게는, US-A-5457220에 기술된 바와 같이 화학식 [MXv -y+1R3 y]-(여기서, R3는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고, y는 0 내지 v 값을 갖는다)의 착음이온일 수 있다.
포스파젠 촉매는 다르게는, 포스파젠 염기, 특히 US-A-6001928, US-A-6054548 또는 US-A-6448196에 기술되어 있는 바와 같은 아민화 포스파젠일 수 있다. 이러한 포스파젠은 퍼클로로올리고포스파제늄 염과 2차 아민의 반응 후 염기성 친핵체와의 이온 교환 반응에 의해 형성될 수 있다. 2차 아민은 예를 들어 화학식 HNR4 2이며, 클로로포스파젠 올리고머의 일부 또는 전부는 -NR4 2 기로 치환된다.
포스파젠 촉매는 일반적으로 알콕시실란 및 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산을 합한 중량을 기준으로 하여 1 또는 2 내지 200ppm, 예를 들어, 5 내지 50ppm으로 존재한다. 알콕시실란과 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산의 반응은 주위 온도에서 수행될 수 있으나, 바람직하게는 상승된 온도, 예를 들어, 50 내지 100℃의 범위에서 수행된다.
본 발명의 공정 동안 중합 정도는 바람직하게는 생성된 분지형 오가노폴리실록산이 평균 분자량 Mw가 출발 오가노폴리실록산 Mw의 5배 이상, 더욱 바람직하게는 10배 이상이 되는 정도이다. Mw는 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography(GPC))에 의해 측정될 수 있다. 생성된, 분지된 오가노폴리실록산의 Mw는 바람직하게는 10,000 이상, 더욱 바람직하게는 100,000 이상이며, 1,000,000 또는 이보다 더 높을 수도 있다. 반응은 요망되는 중합 정도에 도달되면 중화제를 첨가함으로써 종료될 수 있다. 중화제는 예를 들어, US-A-5457220에기술된 촉매의 경우에 트리알킬아민일 수 있다.
상기 공정에서 포스파젠 촉매를 사용하여 수득된 분지형 오가노폴리실록산 은 높은 중량 평균 분자량 Mw을 가지며, 광범위한 분자량 분포를 나타낸다. 분지된 오가노폴리실록산은 허용가능한 레올로지를 갖는다. 즉, 높은 Mw에도 불구하고 경화되지 않는 경우 성형하는데 지나치게 강성이지 않다.
알콕시실란과 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산의 반응은 불활성 희석제의 존재 하에, 또는 임의 희석제의 부재 하에 수행될 수 있다. 액체 희석제의 존재는 일반적으로 유체 생성물을 유지시키면서 보다 높은 분자량의 분지된 폴리머를 형성하게 한다. 액체 희석제는 예를 들어 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산 및/또는 알콕시실란에 대한 용매이거나, 비용매일 수 있다. 희석제는 실리콘 기반 및/또는 유기 기반 희석제일 수 있으며, 일반적으로 알콕시실란과, 또는 실질적으로 선형인 오가노폴리시록산과 반응성인 기를 갖지 않도록 선택된다. 희석제는 그 존재가 생성된, 분지된 오가노폴리실록산에 기초하여 최종 생성물 포뮬레이션에서 증량제 및/또는 가소제로서 바람직한 물질로부터 선택될 수 있다.
임의의 적합한 용매 또는 희석제 또는 희석제의 조합물은 반응 혼합물에 사용될 수 있다. 일반적으로, WO-A-2006/106362에 사용된 임의의 증량제가 사용될 수 있다. 임의의 적합한 용매 또는 희석제 또는 희석제의 조합물은 하기 기재된 것들을 단독으로 또는 다른 것과의 조합물로 포함한다:
- 탄화수소 오일, 예컨대, 선형(예를 들어, n-파라핀계) 광유, 분지형(이소-파라핀계) 광유 및/또는 고리형(일부 종래 기술에서 나프탈렌계로서 언급됨) 광유를 포함하는 광유 분획(광유 분획 중 탄화수소는 분자당 5 내지 25개의 탄소 원자를 포함한다).
- 바람직하게는 25℃에서 100 내지 100000 mPa.s, 매우 바람직하게는 25℃에서 1000 내지 60000 mPa.s의 점도를 갖는, 트리알킬실릴 말단화된 폴리디알킬 실록산(여기서, 알킬기는 바람직하게는 메틸기이고, 각각의 알킬기는 동일하거나 상이할 수 있으며, 1 내지 6개의 탄소 원자를 포함하나, 바람직하게는 메틸기이다);
- 폴리이소부틸렌(PIB);
- 포스페이트 에스테르, 예컨대 트리옥틸 포스페이트;
- 폴리알킬벤젠, 선형 및/또는 분지형 알킬벤젠, 예컨대 중(heavy) 알킬레이트, 도데실 벤젠 및 그 밖의 알킬아렌;
- 지방족 모노카르복실산의 에스테르;
- 선형 또는 분지형 모노 불포화된 탄화수소, 예컨대, 8 내지 25개의 탄소 원자를함유하는 선형 또는 분지형 알켄 또는 이들의 혼합물;
- 천연 오일 및 이의 유도체.
바람직한 희석제는 광유 분획, 알킬지환족 화합물 및 알킬벤젠 포함 폴리알킬벤젠을 포함한다. 광유 분획의 임의의 적합한 혼합물은 희석제로서 사용될 수 있으나, 예를 들어, 분자량이 220 초과인 높은 분자량 증량제가 특히 바람직하다. 그 예로는 220 초과의 분자량의 알킬시클로헥산, 파라핀계 탄화수소 및 이의, 1 내지 99%, 바람직하게는 15 내지 80% n-파라핀계 및/또는 이소파라핀계 탄화수소(선형 분지형 파라핀계) 및 1 내지 99%, 바람직하게는 85 내지 20% 고리형 탄화수소(나프탈렌계) 및 최대 3%, 바람직하게는 최대 1%의 방향족 탄소 원자를 함유하는 혼합물을 포함한다. 고리형 파라핀계 탄화수소(나프텐계)는 고리형 및 폴리시클릭 탄화수소를 함유할 수 있다.
많은 생성물에 증량제 또는 가소제로서 보유되기에 적합한 대안적인 바람직한 희석제는 비광물 기반 천연 오일, 즉, 석유로부터 유래되는 것이 아니고, 동물, 종자 또는 너트(nut)로 부터 유래된 오일을 포함한다. 이러한 천연 오일은 일반적으로 지방산의 혼합물의, 특히 일부 불포화 지방산을 함유하는 혼합물의 트리글리세라이드이다. 천연 오일을 함유하는 희석제는 예를 들어, 일부 퍼스널 케어 제품에 사용하기에 바람직할 수 있다. 희석제는 트랜스에스테르화(transesterified) 식물성 오일, 비등 천연 오일(boiled natural oil), 취입(blown) 천연 오일, 또는 표준 오일(열적으로 중합된 오일)과 같은 천연 오일의 유도체일 수 있다.
희석제로서 사용하기에 적합한 알킬벤젠 화합물은 중 알킬레이트 알킬벤젠 및 알킬시클로지방족 화합물을 포함한다. 희석제로서 유용한 알킬 치환된 아릴 화합물의 예는 아릴 기, 특히 알킬 및 가능하게는 다른 치환체에 의해 치환된 벤젠을 지니며, 분자량이 200 이상인 화합물이다. 증량제로서 유용한 이러한 희석제의 예는 US-A-4312801에 기술되어 있다.
사용되는 경우, 희석제의 양은 예를 들어, 알콕시실란, 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산 및 희석제를 합한 중량의 70중량% 이하, 일반적으로 5 내지 70중량%일 수 있다. 분지형 오가노폴리실록산 포뮬레이션에서 증량제 또는 가소제로서 존재하는 것이 요구되는 희석제는 흔히 알콕시실란, 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산 및 희석제를 합한 중량의 25 내지 60중량%로 사용될 것이다. 분지형 오가노폴리실록산 포뮬레이션에서 존재하는 것이 요구되는 비반응성 첨가제, 예를 들어, 열 안정화제, 난연제, UV 안정화제, 살균제, 살생물제 또는 퍼퓸(perfume)이 희석제에 용해될 수 있다.
다르게는, 희석제는 바람직하게는 30 내지 100℃의 범위의 융점을 갖는, 왁스와 같은 고형물일 수 있다. 왁스는 예를 들어, 탄화수소 왁스, 예컨대, 석유 유래 왁스, 또는 밀랍(beeswax), 라놀린, 탈로우, 카나우바(carnauba), 칸델리아(candelilla), 트리베헤닌(tribehenin)과 같은 카르복실산 에스테르를 포함하는 왁스, 또는 '버터(butter)'로 언급되는 보다 부드러운 왁스를 포함하는, 식물 종자, 과일, 너트 또는 커널(kernel)로부터 유래된 왁스일 수 있다. 왁스는 다르게는 폴리에테르 왁스 또는 실리콘 왁스일 수 있다.
본 발명에 따라 생성된 분지형 오가노폴리실록산은 실런트 및 소포제에 사용하기에 특히 적합하지만 또한 퍼스널 케어 제품 및 감압 접착제에도 유용하다. 임의로 희석제를 함유하는 분지형 오가노폴리실록산 생성물은, 분지형 오가노폴리실록산 포뮬레이션이 용액 형태 또는 에멀젼 형태로 요구되는 경우에 유기 용매 중에 용해되거나 수 중에 에멀젼화될 수 있다. 실런트 용으로, 임의로 희석제를 함유하는 분지형 오가노폴리실록산 생성물은 일반적으로 추가의 희석 없이 실런트 포뮬레이션에 사용된다.
상기 기술된 바와 같이 제조된 분지형 오가노폴리실록산을 포함하는 실런트 조성물은 바람직하게는 분지형 오가노폴리실록산, 분지형 오가노폴리실록산과 반응성인 가교제 및 실록산 축합을 위한 촉매를 포함하는 수분 경화성 실런트 조성물이다.
이러한 실런트 조성물에서 가교제는 일반적으로 분지형 오가노폴리실록산의 Si-OH 및/또는 Si-알콕시 말단기와 반응성인 기를 갖는다. 가교제는 바람직하게는분지형 오가노폴리실록산의 규소 결합된 히드록실 또는 알콕시기와 반응성인 두개 이상, 바람직하게는 세개 이상의 기를 함유한다. 가교제의 반응성 기는 바람직하게는 규소 결합된 가수분해성 기이다. 가교제는 예를 들어, 실란 또는 단쇄 오가노폴리실록산, 예를 들어, 2 내지 약 100 개의 실록산 단위를 갖는 폴리디오가노실록산일 수 있다. 이러한 오가노폴리실록산의 분자 구조는 직쇄형, 분지형 또는 고리형일 수 있다. 가교제는, 다르게는 규소 결합된 가수분해성 기로 치환된 유기 폴리머일 수 있다.
가교제에서 가수분해성기는 예를 들어 아실옥시 기(예를 들어, 아세톡시, 옥타노일옥시, 및 벤조일옥시 기); 케톡시미노 기(예를 들어 디메틸 케톡시미노, 및 이소부틸케톡시미노); 알콕시 기(예를 들어 메톡시, 에톡시, 및 프로폭시) 및/또는 알케닐옥시 기(예를 들어 이소프로페닐옥시 및 l-에틸-2-메틸비닐옥시)로부터 선택될 수 있다.
가교제가 분자당 세 개의 규소 결합된 가수분해성 기를 갖는 실란인 경우, 제 4 기는 적합하게는 비가수분해성 규소 결합된 유기 기이다. 이들 규소-결합된 유기 기는 적합하게는 불소 및 염소와 같은 할로겐에 의해 치환되거나 치환되지 않은 히드로카르빌 기이다. 이러한 제 4 기의 예는 알킬 기(예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸); 시클로알킬 기(예를 들어 시클로펜틸 및 시클로헥실); 알케닐 기(예를 들어 비닐 및 알릴); 아릴 기(예를 들어 페닐, 및 톨릴); 아르알킬 기(예를 들어 2-페닐에틸) 및 상술된 유기 기에서 수소 전부 또는 일부가 할로겐으로 치환됨으로써 얻어진 기를 포함한다. 바람직하게는, 제 4 규소 결합된 유기 기는 메틸 또는 에틸이다.
가교제의 예는 아실옥시실란, 특히 아세톡시실란, 예컨대 메틸트리아세톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 에틸 트리아세톡시실란, 디-부톡시 디아세톡시실란 및/또는 디메틸테트라아세톡시디실록산, 및 또한 페닐-트리프로피온옥시실란을 포함한다. 가교제는 옥심-작용성 실란, 예컨대 메틸트리스(메틸에틸케톡시모)실란, 비닐-트리스(메틸에틸케톡시모)실란, 또는 알콕시트리옥시모실란일 수 있다. 가교제는 알콕시실란, 예를 들어, 알킬트리알콕시실란, 예컨대 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란 또는 에틸트리메톡시실란, 알케닐트리알콕시실란, 예컨대 비닐트리메톡시실란 또는 비닐트리에톡시실란, 또는 페닐트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 또는 에틸폴리실리케이트, n-프로필오르쏘실리케이트, 에틸오르쏘실리케이트, 또는 알케닐옥시실란, 예컨대 메틸트리스(이소프로페녹시)실란 또는 비닐트리스(이소프로페녹시)실란일 수 있다. 가교제는 다르게는, 단쇄 폴리디오가노실록산, 예를 들어, 트리메톡시실란 기로 팁핑된(tipped) 폴리디메틸실록산이거나, 유기 폴리머, 예를 들어, 폴리에테르, 예컨대 트리메톡시실릴기와 같은 메톡시실란 작용기로 팁핑된 폴리프로필렌 옥사이드일 수 있다. 가교제는 또한 상기 두개 이상의 임의의 조합물을 포함할 수 있다.
추가로, 대안적인 가교제는 알킬알케닐비스(N-알킬아세트아미도)실란, 예컨대, 메틸비닐디-(N-메틸아세트아미도)실란, 및 메틸 비닐디-(N-에틸아세트아미도)실란; 디알킬비스(N-아릴아세트아미도)실란, 예컨대 디메틸디-(N-메틸아세트아미도)실란; 및 디메틸디-(N-에틸아세트아미도)실란; 알킬알케닐비스(N-아릴아세트아미도)실란, 예컨대 메틸비닐디(N-페닐아세트아미도)실란 및 디알킬비스(N-아릴아세트아미도)실란, 예컨대 디메틸디-(N-페닐아세트아미도)실란, 또는 상기 두개 이상의 임의의 조합물을 포함할 수 있다.
실런트 조성물에 존재하는 가교제의 양은 가교제의 특이적인 특성, 특히 그 분자량에 의거할 것이다. 조성물은 적합하게는 분지형 오가노폴리실록산과 비교하여 적어도 화학량론적 양으로 가교제를 함유한다. 실런트 조성물은 예를 들어, 2-30중량%의 가교제, 일반적으로 2 내지 10중량%의 가교제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 아세톡시실란 또는 옥시이미노실란 가교제는 일반적으로 3 내지 8 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
실런트 조성물은 실록산 축합 촉매를 추가로 포함한다. 이것은 조성물이 경화되는 속도를 증대시킨다. 특정 실리콘 실런트 조성물에 포함되도록 선택되는 촉매는 요구되는 경화 속도에 의존한다. 주석, 납, 안티몬, 철, 카드뮴, 바륨, 망간, 아연, 크롬, 코발트, 니켈, 티탄, 알루미늄, 갈륨, 또는 게르마늄 및 지르코늄, 예를 들어, 유기주석 촉매, 주석의 유기 염 및 철, 코발트, 망간, 납 및 아연의 2-에틸헥소에이트의 화합물을 포함하는 임의의 적합한 축합 촉매가 사용될 수 있다. 유기주석, 티타네이트 및/또는 지르코네이트 기반 촉매가 바람직하다.
옥시모실란 또는 아세톡시실란을 함유하는 실리콘 실런트 조성물은 일반적으로 유기주석 촉매, 예를 들어, 디오가노틴 디카르복실레이트, 예컨대, 디부틸틴 디라우레이트, 디메틸틴 디부티레이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디메틸틴 비스네오데카노에이트, 디부틸틴 디벤조에이트, 디메틸틴 디네오데코노에이트 또는 디부틸틴 디옥토에이트를 사용한다.
알콕시실란 가교제를 포함하는 실런트 조성물에 있어서, 바람직한 경화 촉매는 킬레이트화된 티타네이트 및 지르코네이트를 포함하는 티타네이트 또는 지르코네이트 화합물이다. 티타네이트 및/또는 지르코네이트 기반 촉매는 일반식 Ti[OR4]4 (여기서, 각각의 R4는 동일하거나 상이할 수 있으며, 1 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 선형 또는 분지형일 수 있는 일가, 1차, 2차 또는 3차 지방족 탄화수소 기를 나타낸다)에 따른 화합물을 포함할 수 있다. 임의로, 티타네이트는 부분적으로 불포화된 기를 함유할 수 있다. 그러나, R4의 바람직한 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 3차 부틸 및 분지형 2차 알킬 기, 예컨대, 2,4-디메틸-3-펜틸을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 다르게는, 티타네이트는 킬레이트화될 수 있다. 킬레이트화는 임의의 적합한 킬레이트화제, 예컨대 메틸 또는 에틸 아세틸아세토네이트와 같은 알킬 아세틸아세토네이트에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 실런트 조성물은 임의 성분으로서 실리콘 실런트의 포뮬레이션에 통상적인 그 밖의 성분들을 함유할 수 있다. 예를 들어, 실런트 조성물은 일반적으로 하나 이상의 미분된 보강 충전재, 예컨대 쌀겨재 및/또는 어느 정도 보강 충전재인 탄산칼슘을 포함하는, 고표면적의 흄드(fumed) 및 침강 실리카를 함유할 것이다. 실런트 조성물은 추가로 분쇄된 석영, 규조토(diatomaceous earth), 바륨 설페이트, 산화철, 이산화티탄, 카본 블랙, 탈크, 규회석(wollastonite), 알루미나이트(aluminite), 칼슘 설페이트(경석고(anhydrite)), 석고(gypsum), 칼슘 설페이트, 마그네슘 카보네이트, 클레이, 예컨대, 카올린, 알루미늄 트리히드록사이드, 수산화마그네슘, 그라파이트, 구리 카보네이트, 니켈 카보네이트, 바륨 카보네이트 및/또는 스트론튬 카보네이트 및/또는 전기 및/또는 열 전도성 충전재를 함유할 수 있다.
본 발명의 실런트 조성물에 포함될 수 있는 그 밖의 성분들은 조성물의 경화를 촉진시키기 위한 조촉매(co-catalyst), 예컨대, 카르복실산 및 아민의 금속 염, 레올로지 개질제, 접착 촉진제, 안료, 열 안정화제, 난연제, UV 안정화제, 살균제, 살생물제 및/또는 물 스캐빈져(일반적으로, 가교제로서 사용되는 것들과 동일한 화합물, 또는 실라잔)를 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
실런트 조성물은 임의의 적합한 혼합 장치를 사용하여 성분들을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 1-부분(one-part) 수분 경화성 조성물은 임의로 비반응성 실리콘 또는 유기 유체 증량제 또는 가소제를 포함하는 분지형 오가노폴리실록산을 충전제 전부 또는 일부와 혼합하고, 이를 실질적으로 무수 조건 하에서 가교제 및 촉매의 사전 혼합물과 혼합함으로서 제조될 수 있다. 형성되는 경화성 조성물은 일반적으로 사용이 요구될 때까지 실질적으로 무수 조건 하에서, 예를 들어, 밀봉된 용기 내에서 저장된다. 이러한 1-부분 수분 경화성 조성물은 저장시 안정하지만 대기 수분으로의 노출시에 경화되며, 특히 조인트(joint), 캐비티(cavity) 및 상대적인 이동이 이루어지는 물품 및 구조에서의 그 밖의 공간을 밀봉하기에 적합한 다양한 용도에, 또는 예를 들어 코팅, 코킹(caulking), 몰드 제조 및 캡슐화 물질로서 사용될 수 있다.
다르게는, 실런트 조성물은 분지형 오가노폴리실록산 및 가교제가 별개로 패키징되는 2-부분 조성물일 수 있다. 이러한 조성물에서 촉매는 일반적으로 폴리실록산과 함께 또는 가교제와 함께 패키징될 수 있다. 이러한 2-부분 조성물에서 두 패키지는 대기 수분으로의 노출시 경화에 대해 무수일 수 있거나, 패키지 중 어느 하나 만 패키지의 혼합시 조성물의 초기 경화를 가속시키기 위해 조절된 양의 수분을 함유할 수 있다.
퍼스널 케어 제품에 사용하기 위해, 분지형 오가노폴리실록산 생성물은 예를 들어, 음이온성, 양이온성, 양쪽성 및/또는 비이온성 계면활성제를 사용하여 수중에서 에멀젼화되거나 유기 용매 중에 용해될 수 있다. 퍼스널 케어 조성물, 예를 들어, 스킨 크림과 같은 화장품이 유기 용액 형태로 요구되는 경우, 실질적으로 선형인 오가노폴리실록산 및 알콕시실란을 퍼스널 케어 제품에 사용되는 유기 용매 중 용액 상태로 반응시키는 것이 편리할 수 있다.
분지형 폴리오가노실록산을 함유하는 퍼스널 케어 포뮬레이션은 퍼퓸, 선스크린, 산화방지제, 비타민, 드러그(drug), 살생물제, 해충 퇴치제, 촉매, 천연 추출물, 펩타이드, 가온 효과 및 냉각제, 충전제, 착색제, 예컨대, 염료, 안료 및 쉼머(shimmer), 열 안정화제, 난연제, UV 안정화제, 살균제, 살생물제, 증점제, 보존제, 소포제, 냉동 해동 안정화제, 또는 완충제 pH에 대한 무기 염과 같은 이러한 포뮬레이션에 공지되어 있는 다양한 첨가제를 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 분지형 오가노폴리실록산을 함유하는 퍼스널 케어 제품이 피부 또는 모발에 적용되는 경우, 제품은 일반적으로 유사한 분자량을 함유하는 선형 오가노폴리실록산을 함유하는 유사한 제품에 비해 와시 오프에 대한 저항성이 더 크다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 예시되며, 실시예에서 부 및 퍼센트는 중량에 대한 것이다. 혼합물 중의 실록산의 분자량은 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정한 것이다. 분석은 3회 검출(Refractive index detector, Viscometer 및 Light Scattering Detectors) 및 용매로서 톨루엔을 사용하여 GPC(Alliance Waters 2690)에 의해 수행되었다. 분자량 평균은 폴리스티렌 좁은 표준(polystyrene narrow standard)(Mw 70,950g/mol)을 사용하여 단일 포인트에 대해 구현된 3회 검출 검정에 대한 보편적인 보정에 의해 측정되었다.
실시예
1
25℃에서 70 mPa.s, 2500g/mol의 Mn 및 3500g/mol의 Mw를 갖는 500부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 500부의 하이드로시일(Hydroseal) G 250H 탄화수소 오일 증량제(Total사 판매), 및 4.01부의 메틸트리메톡시실란(MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 20ppm(parts per million)의 이온성 포스파젠[Cl(PCl2=N)xPCl3]+[PCl6]-을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 80℃에서 수행하였다. 중합을 0.05부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 20분 후에 중단시켰다. 탄화수소 오일 증량제와 혼합된 분지형 폴리디메틸실록산 폴리머가 생성되었다.
실시예
2 내지 5
실시예 1을 반복하되 상이한 양의 MTM (실시예 2 및 3) 및 MTM 대신에 대안의 알콕시실란(실시예 4 및 5)을 사용하였다:
실시예 2 - 0.4 부 MTM, 29 분 중합 시간
실시예 3 - 0.8 부 MTM, 22 분 중합 시간
실시예 4 - 6.13 부 테트라에틸 오르쏘실리케이트 (TEOS, 테트라에톡시실란), 온도 90℃, 촉매 40ppm, 0.09p 트리헥실아민, 131 분 중합 시간
실시예 5 - 8.13 부 n-옥틸트리에톡시실란, 온도 90℃, 촉매 20ppm, 0.45p 트리헥실아민, 32 분 중합 시간
탄화수소 오일 증량제와 혼합된 분지형 폴리디메틸실록산 폴리머가 각각의 경우에 생성되었다.
각각의 분지형 폴리디메틸실록산의 수평균 분자량 Mn 및 중량 평균 분자량 Mw을 GPC에 의해 측정하였다. 이의 결과, 및 다분산 지수(polydispersity index: PI)(Mw/Mn 비)가 하기 표 1에 기재된다. 반응 생성물의 점도는 브룩필드 점도계(Brookfield viscometer)(Brookfield RVD V-I+, 스핀들(spindle) 7: 실시예 1-3, 스핀들 6: 실시예 4 및 5, 25℃)에 의해 측정하였으며, 또한 표 1에 기재된다.
표 1
실시예 1, 4 및 5의 분지형 폴리디메틸실록산을 Si29-NMR에 의해 특징화시켰다. Si29-NMR은, 알콕시실란의 자체 축합(self-condensation)이 일어나지 않았음을 보여주었다. 실시예 4에 대한 NMR 결과는 일부 Si-알콕시 작용기가 분지형 폴리디메틸실록산에 보유된 것으로 나타났다. 실시예 5에 대한 NMR 결과는 분지 지점에서 폴리실록산 사슬 상에 n-옥틸 기가 혼입되어 있음을 보여주었다.
실시예
6
실시예 1의 800부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 약 32℃의 융점을 지닌 200부의 실리콘 왁스(Dow Corning사에 의해 시판되는 DC 2503) 및 0.64 부 메틸트리메톡시실란 (MTM)와 70℃에서 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 20ppm의 [Cl(PCl2=N)xPCl3]+[PCl6]-를 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 70℃에서 수행하였다. 중합을 0.08부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 54분 후에 중단시켰다. 실리콘 왁스와의 분지형 폴리디메틸실록산 폴리머 블렌드가 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 112kg/mol 및 Mw 176kg/mol을 가졌다. 혼합물의 점도는 324000 mPas 였다(실시예 1에서와 같은 브룩필드).
실시예
7
실시예 1의 500 부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 500 부의 이소파라핀(Exxon 사에 의해 공급된 Isopar L) 및 6.13 부의 테트라에톡시오르쏘실리케이트(TEOS)와 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 20ppm의 [Cl(PCl2=N)xPCl3]+[PCl6]-를 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 90℃에서 수행하였다. 중합을 0.05부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 67분 후에 중단시켰다. 이소파라핀 중에 용해된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 78kg/mol 및 Mw 1546 kg/mol를 가졌다. 혼합물의 점도는 17000 mPas였다(실시예 1에서와 같은 브룩필드).
실시예 7의 분지형 실리콘의 외피(skin)에 대한 와시 오프 저항성을 FTIR 분광법(FTIR spectroscopy)을 사용하여 계면활성제 용액(수중 0.5% 소듐 라우릴 에테르 설페이트)에 의한 다수회 세척에 의해 평가하였다. Mw가 938kg/mol인 선형 폴리디메틸실록산을 비교를 위해 시험하였다. 시험되는 샘플을 이소도데칸 중 5% 활성으로 희석하였다. 여러번의 세척 후에 외피 상에 존재하는 실리콘의 %가 하기 표 2에 기재된다.
표 2
실시예
8
실시예 1의 500 부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 500 부의 이소파르(Isopar) L 이소파라핀 및 4.00 부의 메틸트리메톡시실란 (MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 20ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]_을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 80℃에서 수행하였다. 중합을 0.05부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 20분 후에 중단시켰다. 이소파라핀에 용해된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 89kg/mol 및 Mw 1334 kg/mol를 가졌다. 혼합물의 점도는 300000 mPas였다(실시예 1에서와 같은 브룩필드).
실시예
9
실시예 1의 400 부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 400 부의 자일렌 및 0.64 부의 메틸트리메톡시실란 (MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 20ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]_을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 80℃에서 수행하였다. 중합을 0.04부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 52분 후에 중단시켰다. 자일렌에 용해된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 169kg/mol 및 Mw 1002 kg/mol를 가졌다.
실시예
10
실시예 1의 395 부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산, 및 25℃에서의 점도가 500mPa.s인, 100 부의 메틸페닐히드록실-말단 폴리메틸페닐시록산을, 500부의 자일렌 및 5부의 페닐트리메톡시실란 (MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 30ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]_을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 80℃에서 수행하였다. 중합을 0.075부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 63분 후에 중단시켰다. 자일렌에 용해된 분지형 폴리디메틸 메틸페닐실록산 코폴리머가 생성되었다. 분지형 폴리디메틸 메틸페닐실록산 코폴리머는 Mn 82kg/mol 및 Mw 1007 kg/mol를 가졌다. 혼합물의 점도는 30000 mPas였다(실시예 1에서와 같은 브룩필드).
실시예
11
실시예 1의 1000 부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 8.013 부의 메틸트리메톡시실란(MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 3ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]-을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 70℃에서 수행하였다. 중합을 0.025부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 2분 후에 중단시켰다. 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 63kg/mol 및 Mw 178 kg/mol를 가졌다.
실시예
12 내지 14
실시예 11을 상이한 양의 MTM (실시예 12) 및 MTM 대신에 또 다른 알콕시실란(실시예 13 및 14)을 사용하여 반복하였다.
- 실시예 12 - 4.006 부 MTM, 2 분 중합 시간
- 실시예 13 - 12.255 부 테트라에틸 오르쏘실리케이트 (TEOS, 테트라에톡시실란), 2 분 중합 시간
- 실시예 14 - 6.13 부 테트라에틸 오르쏘실리케이트 (TEOS, 테트라에톡시실란), 2 분 중합 시간
- 분지형 폴리디메틸실록산 폴리머가 각 경우에 생성되었다.
각각의 분지형 폴리디메틸실록산의 수평균 분자량 Mn 및 중량 평균 분자량 Mw을 GPC에 의해 측정하였다. 이의 결과, 및 다분산 지수(PI)(Mw/Mn 비)가 하기 표 3에 기재된다.
표 3
실시예
15
실시예 1의 800 부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 200 부의 해바라기 오일(Sunflower Oil)(Sunflower Oil provided by Mosselman) 및 6.41 부 메틸트리메톡시실란(MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 25ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]-을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 70℃에서 수행하였다. 중합을 0.134부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 7분 후에 중단시켰다. 해바라기 오일에 분산된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 77 kg/mol 및 Mw 435 kg/mol를 가졌다.
실시예
16
실시예 1의 800부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 200의 해바라기 오일(Mosselman사에 의해 제공된 해바라기 오일) 및 0.321 부 메틸트리메톡시실란 (MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 22.5ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]-을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 70℃에서 수행하였다. 중합을 0.151부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 12분 후에 중단시켰다. 해바라기 오일에 분산된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 65 kg/mol 및 Mw 123 kg/mol를 가졌다.
실시예
17
실시예 1의 500부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 500부의 이소도데칸(Isododecane)(Ineos Oligomers사에 의해 제공된 이소도데칸) 및 2.003 부 메틸트리메톡시실란(MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 10ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]-을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 60℃에서 수행하였다. 중합을 0.0419부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 7분 후에 중단시켰다. 이소도데칸에 용해된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 128 kg/mol 및 Mw 1153 kg/mol를 가졌다.
실시예
18
실시예 1의 500부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 500 부의 이소파르(Isopar) L 이소파라핀(실시예 8 참조) 및 3.036 부 테트라에틸 오르쏘실리케이트 (TEOS, 테트라에톡시실란)와 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 7.5ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]-을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 80℃에서 수행하였다. 중합을 0.028부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 33분 후에 중단시켰다. 이소파라핀에 용해된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 118 kg/mol 및 Mw 1101 kg/mol를 가졌다.
실시예
19
실시예 1의 900 부의 디메틸히드록실-말단 폴리디메틸실록산을 100 부 데카메틸시클로펜타실록산 및 0.72 부 메틸트리메톡시실란 (MTM)과 혼합하였다. 디클로로메탄으로 희석된 4ppm의 [C1(PC12=N)xPC13]+[PC16]-을 촉매로서 첨가하였다. 중합을 1ℓ 유리 반응기(IKA)에서 진공 하에 80℃에서 수행하였다. 중합을 0.009부의 트리헥실아민을 첨가함으로써 36분 후에 중단시켰다. 데카메틸시클로펜타실록산에 용해된 분지형 폴리디메틸실록산이 생성되었다. 분지형 폴리디메틸실록산은 Mn 47 kg/mol 및 Mw 78 kg/mol를 가졌다.
실시예
20-23
실시예 19를 상이한 조건을 사용하여 반복하였다.
- 실시예 20 - 5 부 촉매, 0.72부의 메틸트리메톡시실란, 13 분 중합 시간, 0.0228 부의 트리헥실아민
- 실시예 21 - 5 부 촉매, 1.44부의 메틸트리메톡시실란, 13 분 중합 시간, 0.0228 부의 트리헥실아민
실시예 22 - 5 부 촉매, 3.61 부의 메틸트리메톡시실란, 14 분 중합 시간, 0.0228 부의 트리헥실아민
- 실시예 23 - 5 부 촉매, 7.21 부의 메틸트리메톡시실란, 15 분 중합 시간, 0.0228 부의 트리헥실아민
각각의 분지형 폴리디메틸실록산의 수평균 분자량 Mn 및 중량 평균 분자량 Mw을 GPC에 의해 측정하였다. 이의 결과, 및 다분산 지수(PI)(Mw/Mn 비)가 하기 표 4에 기재된다. 반응 생성물의 점도는 실시예 1에서와 같이 25℃에서 브룩필드 점도계에 의해 측정하였다.
표 4
Claims (14)
- 알콕시실란과, 규소에 결합된 하나 이상의 히드록실 또는 가수분해성 기를 함유하는 선형인 오가노폴리실록산을 반응시켜 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법으로서, 알콕시실란과 선형인 오가노폴리실록산의 반응이 포스파젠 촉매의 존재 하에서 수행되고,
알콕시실란, 및 규소에 결합된 하나 이상의 히드록실 또는 가수분해성 기를 함유하는 선형인 오가노폴리실록산은 알콕시실란 중의 Si-결합된 알콕시 기 대 선형인 오가노폴리실록산 중의 히드록실 또는 가수분해성 기의 몰비가 1:40 내지 1:2이 되는 양으로 반응하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1항에 있어서, 선형인 오가노폴리실록산이 규소에 결합된 말단 히드록실기를 가짐을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 알콕시실란이 화학식 R'Si(OR)3(여기서, R은 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고, R'는 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 일가 탄화수소기 또는 치환된 탄화수소기를 나타낸다)의 트리알콕시실란을 포함함을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 알콕시실란이 테트라알콕시실란을 포함함을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 알콕시실란이 규소에 결합된, 분자당 평균 2개 초과의 알콕시 기를 함유하는 부분적으로 축합된 알콕시실란을 포함함을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포스파젠 촉매가 하기 화학식의 퍼클로로올리고포스파제늄 염임을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법:
[Cl3P-(N=PCl2)nCl]+Z
상기 식에서,
n은 평균 값이 1 내지 10의 범위이고,
Z는 화학식 MXv+1(여기서, M은 폴링 척도(Pauling's scale)에 대한 1.0 내지 2.0의 전기 음성도(electronegativity) 및 원자가 v를 갖는 원소이고, X는 할로겐 원자이다)의 음이온이다. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포스파젠 촉매가 화학식 Cl(PCl2=N)n-P(O)Cl 또는 HO(PCl2=N)n-P(O)Cl2(여기서, n의 평균 값은 1 내지 10의 범위이다)의 산소 함유 클로로포스파젠임을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 포스파젠 촉매가 오가노실리콘 라디칼을 함유하는 산소 함유 클로로포스파젠이고, 화학식 R"3SiO(PCl2=N)n-P(O)Cl2(여기서, R"는 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 일가 탄화수소 또는 치환된 탄화수소 기를 나타내고, n의 평균 값은 1 내지 10의 범위이다)을 가짐을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 반응이 용매 또는 불활성 액체 희석제의 존재 하에 수행됨을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 희석제가 탄화수소 오일임을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 희석제가 천연 오일임을 특징으로 하는, 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항의 분지형 오가노폴리실록산을 제조하는 방법에 의해 제조된 분지형 오가노폴리실록산, 분지형 오가노폴리실록산과 반응성인 가교제, 및 실록산 축합을 위한 촉매를 포함하는, 하이 모듈러스 시일(high modulus seal)로 경화될 수 있는 수분 경화성 실런트 조성물.
- 하이 모듈러스 시일로 경화될 수 있는 수분 경화성 실런트로 이용하기 위한, 제1항의 분지형 오가노폴리실록산의 제조 방법에 의해 제조된 분지형 오가노폴리실록산.
- 피부 또는 모발에 적용되는 퍼스널 케어 제품으로 이용하기 위한, 제1항의 분지형 오가노폴리실록산의 제조 방법에 의해 제조된 분지형 오가노폴리실록산.
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