KR102603267B1 - 실리콘 엘라스토머 조성물 - Google Patents

실리콘 엘라스토머 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 엘라스토머 조성물, 이를 이용하여 제조되는 실리콘 엘라스토머 및 실리콘 페이스트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소가 결합된 규소원자에 적어도 1개 이상의 C4-45인 알킬기가 추가로 결합된 폴리실록산과 비닐기-함유 화합물의 단독 또는 혼합물인 가교제로 사용함으로써, 우수한 광택성과 칙소성을 나타내고, 특히 화장품과 같은 신체 보호 제품 또는 의학 용품에 유용하게 적용될 수 있는 실리콘 엘라스토머 조성물, 이를 이용하여 제조되는 실리콘 엘라스토머 및 실리콘 페이스트에 관한 것이다.

Description

실리콘 엘라스토머 조성물{SILICONE ELASTOMER COMPOSITION}
본 발명은 실리콘 엘라스토머 조성물, 이를 이용하여 제조되는 실리콘 엘라스토머 및 실리콘 페이스트에 관한 것이다.
실리콘 엘라스토머 조성물 또는 페이스트는 화장품 및 의학품용으로 널리 사용되고 있으며, 피부에 투명성, 칙소성, 퍼짐성과 같은 특성을 부여한다. 종래에는 실리콘 엘라스토머 조성물을 수득하기 위하여, -Si-H 함유 폴리실록산과 -Si-비닐 함유 폴리실록산, 디엔, 디인 또는 엔-인 화합물을 희석제의 존재 하에 가교결합시켰다. 가교결합은 백금 촉매 하에서 하이드로실릴화 반응에 의해 수행되며, 3차원 네트워크 중 중합체 스트랜드의 접합부를 형성한다.
상기 가교결합에는 -Si-H 교차 다중결합의 첨가, 즉 -Si-H + CH2=CH-R → -Si-CH2CH2-R 반응이 관련되며, 이러한 반응 메커니즘은 부산물이 전혀 형성되지 않는 부가 반응이고, 가교결합 위치 및 네트워크 구조가 상세하게 규정될 수 있으며, 하이드로실릴화 반응이 실온에서도 진행되어 네트워크를 형성할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
이와 관련하여, 미국 특허공보 제5,654,362호에는 R1 3SiO(R2 2SiO)a(R3HSiO)bSiR1 3, HR1 2SiO(R2 2SiO)cSiR1 2H 또는 HR1 2SiO(R2 2SiO)a(R3HSiO)bSiR1 2H의 -Si-H 함유 폴리실록산과 CH2=CH(CH2)nCH=CH2의 α,ω-디엔을 백금 촉매 및 용매의 존재 하에 -Si-H를 α,ω-디엔에 가교결합시켜 겔을 형성시키는 것을 포함하는 실리콘 엘라스토머 조성물의 제조 방법이 기재되어 있다. 그러나, 상기 방법에 의해 제조된 실리콘 엘라스토머는 화장품과 같은 신체 보호 제품 분야나 의학 용품 분야 등에서 요구하는 광택성과 칙소성을 충분히 갖추지 못하여 그 용도가 크게 제한되는 단점이 있다.
또한, 실리콘의 응용분야가 다양해 짐에 따라서, 안정성, 균일성 등 실리콘 페이스트의 기본적인 요구 물성과 더불어, 화장품과 같은 신체 보호 제품 분야 및 의학 용품 분야 등에서 요구하는 수준의 광택성, 칙소성 및 투명성을 만족시킬 수 있는 실리콘 페이스트의 제조에 사용가능한 실리콘 엘라스토머 조성물에 대한 개선이 요구되고 있다.
미국 특허공보 제5,654,362호 대한민국 공개특허공보 제2012-0102223호
본 발명은 광택성, 칙소성 및 투명성이 우수하여 신체 보호 제품 분야 및 의학 용품 분야에도 용이하게 적용할 수 있고, 특히 유기 오일과의 상용성이 향상되어 화장품 분야에 대한 적용가능성이 향상된 실리콘 엘라스토머 조성물, 이를 이용하여 제조되는 실리콘 엘라스토머 및 실리콘 페이스트를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은
(A) 수소가 결합된 규소원자에 적어도 1개 이상의 C4-45인 알킬기가 추가로 결합된 폴리실록산;
(B) 비닐기-함유 화합물의 단독 또는 혼합물인 가교제;
(C) 제1 희석제; 및
(D) 하이드로실릴화 촉매를 포함하는 실리콘 엘라스토머 조성물을 제공한다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 폴리실록산은 하기 화학식 1 내지 화학식 3 중 어느 하나의 화합물, 또는 이들의 혼합물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1]
R1 3SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)b(R4HSiO)cSiR1 3
[화학식 2]
HR1 2SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)bSiR1 2H
[화학식 3]
HR1 2SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)b(R4HSiO)cSiR1 2H
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서, R1, R2 및 R4 는 각각 독립적으로 C1-10 알킬기(바람직하게는 C1-5 알킬기)를 나타내고, R3는 C4-45 알킬기(바람직하게는 C10-30 알킬기)를 나타내며, a는 0 내지 1,000(바람직하게는 0 내지 400)을 나타내고, b는 1 내지 1,000(바람직하게는 1 내지 400, 보다 바람직하게는 1 내지 100)을 나타내며, c는 1 내지 250(바람직하게는 1 내지 130, 보다 바람직하게는 1 내지 30)을 나타낸다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 폴리실록산은 화학식 1의 화합물에 화학식 2 및 화학식 3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물의 혼합물인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 혼합물은 (화학식 1의 화합물) : (화학식 2 및 화학식 3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물)의 H 몰당량비가 1:0 내지 1:20, 바람직하게는 1:0 내지 1:5일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 비닐기-함유 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 4]
Rd-A-Rd
상기 화학식 4에서, A는 알킬렌기, 방향족기 또는 사이클로알케인기를 나타내고, Rd는 각각 독립적으로 비닐기, 알릴기, 비닐에테르기, 아릴에테르기, 아릴에스터기 또는 아크릴레이트기를 나타낸다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 비닐기-함유 화합물은 디비닐벤젠, 디알릴벤젠, 1,6-헥산디올 디비닐에테르 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 디비닐에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 폴리실록산 성분에 함유된 -Si-H 기에 대한 가교제 성분에 함유된 C=C 기의 몰당량비 C=C/-Si-H가 0.7 내지 1.5, 바람직하게는 0.9 내지 1.2일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 제1 희석제는 선형 실리콘, 사이클릭 실리콘, 유기 오일, 유기 용매 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1 희석제는 선형 실리콘, 사이클릭 실리콘 또는 이들의 혼합물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 제1 희석제 성분의 양이 폴리실록산 성분, 가교제 성분 및 희석제 성분의 합 100 중량부에 대해 30 내지 95 중량부인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 하이드로실릴화 촉매 성분는 백금 촉매일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 하이드로실릴화 촉매 성분의 양이 폴리실록산 성분 및 가교제 성분의 합 100 중량부에 대해 0.0001 내지 0.01 중량부인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기에서 개시된 실리콘 엘라스토머 조성물을 겔이 형성될 때까지 가교 반응시킴으로써 수득되는 실리콘 엘라스토머를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 실리콘 엘라스토머에 제2 희석제를 첨가한 뒤, 전단력 등을 가함으로써 수득되는 실리콘 페이스트를 제공한다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 제2 희석제는 선형 실리콘, 사이클릭 실리콘, 및 탄화수소유, 에스테르유, 고급 지방산유 및 고급 알코올유로 이루어진 군으로부터 선택되는 액상류로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은
(a) 수소가 결합된 규소원자에 적어도 1개 이상의 C4-45인 알킬기가 추가로 결합된 폴리실록산, 및 비닐기-함유 화합물을 단독으로 또는 2종 이상 혼합한 가교제를 제1 희석제 및 하이드로실릴화 촉매의 존재 하에 겔이 형성될 때까지 가교 반응시켜 실리콘 엘라스토머를 수득하고, 및
(b) 상기 실리콘 엘라스토머에 제2 희석제를 첨가한 뒤, 전단력 등을 가하는 것을 포함하는 실리콘 페이스트 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 제2 희석제의 양이 제1 희석제 및 제2 희석제의 합 100 중량부에 대해 50 내지 90 중량부인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 실리콘 페이스트를 성형함으로써 제조되는 신체 보호 제품 또는 의학 용품을 제공한다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 신체 보호 제품은 화장품인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실리콘 엘라스토머 조성물, 이로부터 제조된 실리콘 엘라스토머 및 페이스트는 광택성과 칙소성이 우수하며, 특히 유기 오일과의 상용성이 우수하여 화장품과 같은 신체 보호 제품 및 의학 용품에 특히 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 본 명세서에서 사용되는 용어를 정의한 뒤, 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서에서, -Si-H는 수소가 결합된 3가의 규소원자를 나타내고; (메트)아크릴 화합물은 메타크릴 화합물 또는 아크릴 화합물을 나타내며; C1-m은 탄소수가 l 내지 m인 것을 나타내고; 알킬은 직쇄, 측쇄 또는 사이클릭의 1가 포화 탄화수소 라디칼을 나타낸다. 또한, 방향족 화합물은 아릴 화합물 또는 헤테로아릴 화합물을 나타내고, 여기에서 아릴은 페닐, 나프틸 등을 포함하는 6- 내지 10-원 탄화수소 방향족기를 의미하며, 헤테로아릴은 질소원자, 산소원자 및 황원자로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 1 내지 2개 포함하는 방향족 3- 내지 6-원 환을 의미한다. 상기 헤테로아릴의 비제한적인 예로는 티아졸, 옥사졸, 티오펜, 퓨란, 피롤, 이미다졸, 이소옥사졸, 피라졸, 트리아졸, 티아디아졸, 테트라졸, 옥사디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 실리콘 엘라스토머 조성물
(A) 폴리실록산
본 발명의 실리콘 엘라스토머 조성물에 포함되는 폴리실록산(또는 "성분 (A)")은 후술하는 가교제와의 가교결합을 통해 실리콘 엘라스토머를 형성하는 성분으로서, 수소가 결합된 규소원자(-Si-H)에 적어도 1개 이상의 C4-45인 알킬기가 추가로 결합된 구조를 갖는다. 본 발명의 한 구현예에 따르면, 이러한 폴리실록산으로는 하기 화학식 1 내지 화학식 3 중 어느 하나의 화합물, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1]
R1 3SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)b(R4HSiO)cSiR1 3
[화학식 2]
HR1 2SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)bSiR1 2H
[화학식 3]
HR1 2SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)b(R4HSiO)cSiR1 2H
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서, R1, R2 및 R4 는 각각 독립적으로 C1-10 알킬기(바람직하게는 C1-5 알킬기)를 나타내고, R3는 C4-45 알킬기(바람직하게는 C10-30 알킬기)를 나타내며, a는 0 내지 1,000(바람직하게는 0 내지 400)을 나타내고, b는 1 내지 1,000(바람직하게는 1 내지 400, 보다 바람직하게는 1 내지 100)을 나타내며, c는 1 내지 250(바람직하게는 1 내지 130, 보다 바람직하게는 1 내지 30)을 나타낸다. a가 0 내지 1,000의 범위이면 수득된 실리콘 엘라스토머 또는 페이스트의 점도가 적절하여 제품 성형 측면에서 바람직하고, b가 1 내지 1,000의 범위이면 적절한 알킬기 함량을 가져 유기 오일과의 상용성이 좋아지며, c가 1 내지 250의 범위이면 수득된 실리콘 엘라스토머의 가교밀도가 적절해져 페이스트의 제조에 적합하다.
본 발명의 한 구현예에서, 상기 화학식 1의 화합물을 폴리실록산의 필수 성분으로 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 화학식 1의 화합물을 단독으로 사용하여도 반응이 가능하여 본 발명이 목적하는 효과를 얻을 수 있지만, 수득된 실리콘 엘라스토머 또는 페이스트의 물성을 다양하게 하기 위해서는 상기 화학식 1의 화합물에 화학식 2 및/또는 화학식 3의 화합물을 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 화학식 1의 화합물에 화학식 2 및/또는 화학식 3의 화합물을 혼합하여 사용하는 경우, 이들 간의 비율은 원하는 물성을 고려하여 임의로 선택될 수 있으며 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 본 발명의 한 구현예에 따르면, (화학식 1의 화합물) : (화학식 2의 화합물 및/또는 화학식 3의 화합물의 합)의 H 몰당량비가 1:0 내지 1:20(보다 바람직하게는 1:0 내지 1:5)의 범위가 되도록 혼합 사용하는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, "H 몰당량비 1:0"이란 상기 화학식 1의 화합물이 단독으로 사용되는 경우를 의미한다. (화학식 1의 화합물) : (화학식 2의 화합물과 화학식 3의 화합물의 합)의 H 몰당량비가 1:20을 초과하면 가교도가 떨어져 엘라스토머 형상을 얻지 못할 가능성이 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 실리콘 엘라스토머 조성물의 가교 결합은 폴리실록산에 함유된 -Si-H 기와 가교제에 함유된 C=C 기 사이에 형성된다. 따라서, 실리콘 엘라스토머 조성물로부터 수득된 실리콘 엘라스토머의 가교도는 -Si-H 기와 C=C 기의 전체 양 및 이들 간의 몰당량비에 의존한다.
-Si-H 기와 C=C 기의 전체 양 및 이들 간의 몰당량비는 얻고자 하는 실리콘 엘라스토머 또는 페이스트의 물성을 고려하여 실험적으로 다양하게 선택될 수 있으므로 특별히 제한되지는 않는다. 그러나, 화장품과 같은 신체 보호 제품 및 의학 용품에 적용하기 위한 용도를 고려할 때, 폴리실록산에 함유된 -Si-H 기에 대한 가교제 성분에 함유된 C=C 기의 바람직한 몰당량비 C=C/-Si-H는 0.7 내지 1.5, 보다 바람직하게는 0.9 내지 1.2이다. C=C/-Si-H가 0.7 미만이면 너무 치밀하게 가교가 형성되어 실리콘 페이스트를 제조하기 어렵거나 제조된 실리콘 페이스트의 균일성 및 광택성이 저하될 수 있고, C=C/-Si-H가 1.5를 초과하면 가교도가 낮아져 칙소성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
(B) 가교제
본 발명의 실리콘 엘라스토머 조성물에 포함되는 가교제(또는 "성분 (B)")는 상기 폴리실록산과의 가교결합을 통해 실리콘 엘라스토머를 형성하는 성분으로서, 비닐기-함유 화합물을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기에서 설명한 것과 같이 폴리실록산에 함유된 -Si-H 기와 가교제에 함유된 C=C 기 사이의 반응에 의해 가교결합을 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 채택하여 사용할 수 있다. 본 발명의 한 구현예에 따르면, 본 발명의 가교제로 사용될 수 있는 비닐기-함유 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 4]
Rd-A-Rd
상기 화학식 4에서, A는 알킬렌기, 방향족기 또는 사이클로알케인기를 나타내고, Rd는 각각 독립적으로 비닐기, 알릴기, 비닐에테르기, 아릴에테르기, 아릴에스터기 또는 아크릴레이트기를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 가교제로 사용하기에 적합한 비닐기-함유 화합물로는 디비닐벤젠, 디알릴벤젠, 1,6-헥산디올 디비닐에테르 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 디비닐에테르를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 것과 같이, 폴리실록산에 함유된 -Si-H 기에 대한 가교제 성분에 함유된 C=C 기의 바람직한 몰당량비 C=C/-Si-H는 0.7 내지 1.5, 보다 바람직하게는 0.9 내지 1.2이다. C=C/-Si-H가 0.7 미만이면 너무 치밀하게 가교가 형성되어 실리콘 페이스트를 제조하기 어렵거나 제조된 실리콘 페이스트의 균일성 및 광택성이 저하될 수 있고, C=C/-Si-H가 1.5를 초과하면 가교도가 낮아져 칙소성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
(C) 희석제
본 발명의 실리콘 엘라스토머 조성물에 포함되는 희석제(또는 "성분 (C)")는 실리콘 엘라스토머 조성물의 농도를 적절한 수준으로 낮추기 위해 포함되는 성분이다. 본 명세서에 있어서, 상기 희석제, 즉 실리콘 엘라스토머 제조에 사용되는 희석제는 제1 희석제(또는 "성분 (C1)")로도 표현된다. 구분을 위해, 후술하는 실리콘 페이스트 제조에 사용되는 희석제는 제2 희석제(또는 "성분 (C2)")로 표현한다.
제1 희석제로는 폴리실록산과 가교제의 가교 반응에 대해 비반응성이거나 비교적 비반응성인 통상의 불활성 용매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 선형 실리콘; 사이클릭 실리콘; 유기 오일 및 유기 용매와 같은 유기 희석제; 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 실리콘계 희석제를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 가교제와의 반응성을 높여주기 위해 유기 용매를 혼합하여 사용할 수도 있으나, 이러한 유기 용매는 반응 후 증류를 통해 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 선형 실리콘의 예는 화학식 Me3SiO(Me2SiO)xSiMe3로 표시되는 화합물을 포함하고; 상기 사이클릭 실리콘의 예는 화학식 (Me2SiO)y로 표시되는 화합물을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기에서, x는 0 내지 80, 바람직하게는 0 내지 20이고; y는 1 내지 9, 바람직하게는 5 내지 6이다. Me3SiO(Me2SiO)xSiMe3로 표시되는 선형 실리콘의 경우, x가 80을 초과하면 점도가 너무 높아 희석력이 저하될 수 있다. 한편, 상기와 같은 실리콘계 희석제의 바람직한 동점도는 0.65 내지 100 cSt(㎟/s)이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 유기 희석제의 예는 방향족 탄화수소, 예컨대 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 크실렌; 지방족 탄화수소, 예컨대 펜탄, 사이클로헥산, 헵탄, VM&P용매 및 미네랄 스피리트; 알코올, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 사이클로헥산올, 벤질알코올, 옥탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 글리세롤; 알킬할라이드 또는 아릴할라이드, 예컨대 클로로포름, 카본 테트라클로라이드(사염화탄소), 퍼클로로에틸렌, 에틸 클로라이드 및 클로로벤젠; 알데히드; 케톤, 예컨대 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 사이클로헥사논, 디아세톤 알코올, 메틸 아밀 케톤 및 디이소부틸 케톤; 에스테르 예컨대, 에틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트 및 에틸 아세토아세테이트; 및 에테르, 예컨대 에틸 에테르, 부틸 에테르, 테트라하이드로퓨란 또는 1, 4-다이옥산을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기 희석제는 단일 화합물이거나 화합물의 혼합물일 수 있으며, 실록산과 혼합되어 사용될 수도 있다.
제1 희석제 성분 (C1)의 바람직한 함량은 폴리실록산 성분(A) + 가교제 성분(B) + 제1 희석제 성분(C1) 100 중량부에 대해 30 내지 95 중량부, 보다 바람직하게는 50 내지 90 중량부이다. 그 함량이 (A)+(B)+(C1) 100 중량부에 대해 30 중량부 미만이면 균일한 실리콘 엘라스토머를 얻지 못할 수 있고, 95 중량부를 초과하면 실리콘 엘라스토머에 있어서 칙소성, 광택성 등의 물성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
(D) 하이드로실릴화 촉매
본 발명의 실리콘 엘라스토머 조성물에 포함되는 하이드로실릴화 촉매(또는 "성분 (D)")는 -Si-H 기와 C=C 기 사이의 가교결합 및 경화를 촉진시키기 위해 사용되는 성분이다. 상기 하이드로실릴화 촉매로는 -Si-H 기와 C=C 기 사이의 가교결합을 형성할 수 있는 것으로 알려진 공지의 촉매를 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 하이드로실릴화 촉매로는 제8족 전이금속인 백금계열 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 백금계열 촉매로는 카스타드(Karstedt) 촉매(Pt(CH2=CHMe2Si)2O), 예컨대 미국특허 제3,715,334호에 기재되어 있는 카스타드 촉매를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 카스타드 촉매는 통상적으로 톨루엔과 같은 용매 중에 백금 약 1 중량%를 함유하는 백금 디비닐 테트라메틸 디실록산 촉매이다.
상기 하이드로실릴화 촉매의 바람직한 함량은 폴리실록산 성분(A) + 가교제 성분(B) 100 중량부에 대해 0.0001 내지 0.01 중량부, 보다 바람직하게는 0.0005 내지 0.002 중량부이다. 하이드로실릴화 촉매의 함량이 (A)+(B) 100 중량부에 대해 0.0001 중량부 미만이면 반응 자체가 일어나지 않을 수 있고, 0.01 중량부를 초과하면 실리콘 엘라스토머 내의 불순물로 작용하여 색상을 어둡게 만들 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명의 실리콘 엘라스토머 조성물은 그 목적을 벗어나지 않는 범위에서 실리콘 엘라스토머 제조와 관련하여 일반적으로 사용되는 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다. 예컨대, 방향제, 계면활성제, 천연 오일, 충전제, 안료, 내열성 부가제, 방염제, 경화억제제 등이 용도에 따라 적절량 첨가될 수 있다.
2. 실리콘 엘라스토머
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 본 발명의 실리콘 엘라스토머 조성물을 겔이 형성될 때까지 가교 반응시킴으로써 수득되는 실리콘 엘라스토머가 제공된다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 본 발명의 실리콘 엘라스토머는 폴리실록산(A)와 가교제(B)의 혼합물을 제1 희석제(C1) 및 하이드로실릴화 촉매(D)의 존재 하에 겔이 형성될 때까지 반응시킴으로써 수득할 수 있다. 상기 반응은 상온에서도 수행될 수 있으나, 공정 촉진을 위해 30 내지 120℃, 보다 바람직하게는 50 내지 80℃의 온도 범위에서 반응시키는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
3. 실리콘 페이스트
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 본 발명의 실리콘 엘라스토머에 제2 희석제(또는 "성분 (C2)")를 첨가한 뒤, 전단력 등을 가함으로써 수득되는 실리콘 페이스트가 제공된다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 본 발명의 실리콘 페이스트는
(a) 수소가 결합된 규소원자에 적어도 1개 이상의 C4-45인 알킬기가 추가로 결합된 폴리실록산(A) 및 비닐기-함유 화합물을 단독으로 또는 2종 이상 혼합한 가교제(B)를 제1 희석제(C1) 및 하이드로실릴화 촉매(D)의 존재 하에 겔이 형성될 때까지 가교 반응시켜 실리콘 엘라스토머를 수득하고, 및
(b) 상기 실리콘 엘라스토머에 제2 희석제(C2)를 첨가한 뒤, 전단력 등을 가하는 것을 거쳐 제조될 수 있다.
전술한 것과 같이, 제1 희석제의 바람직한 함량은 폴리실록산(A) + 가교제(B) + 제1 희석제(C1) 100 중량부에 대해 30 내지 95 중량부, 보다 바람직하게는 50 내지 90 중량부이다.
본 발명의 실리콘 페이스트의 제조에 사용되는 제2 희석제로는 앞서 사용 가능한 제1 희석제로 설명한 실리콘계 희석제, 또는 탄화수소유, 에스테르유, 고급 지방산유 및 고급 알코올유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 액상류를 사용하는 것이 바람직하다. 액상유는 유동 파라핀유, 스쿠알렌, 프리스탄(pristane) 등의 탄화수소유; 이소옥탄산세틸, 미리스틴산 옥틸 도데실, 팔미트산 이소프로필, 스테아린산 이소세틸, 올레인산 옥틸 도데실 등의 에스테르유; 트리옥탄산 글리세릴, 트리이소스테아린산 글리세릴 등의 트리글리세라이드유; 이소스테아린산, 올레인산, 헥산산, 헵탄산 등의 고급 지방산유; 이소스테아릴 알코올, 올레일 알코올 등의 고급 알코올유 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 제2 희석제의 바람직한 함량은 제1 희석제(C1) + 제2 희석제(C2) 100 중량부에 대해 50 내지 90 중량부, 보다 바람직하게는 60 내지 80 중량부이다. 그 함량이 (C1)+(C2) 100 중량부에 대해 50 중량부 미만이거나 90 중량부를 초과하면 균일한 실리콘 페이스트를 얻지 못할 수 있으므로 바람직하지 않다.
실리콘 엘라스토머에 전단력 등을 가하는 것은 통상의 전단장치를 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 2단 롤밀, 3단 롤밀, 콜로이드밀, 배치 믹서, 연동장치 믹서 및 균질화기와 같은 전단장치를 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실리콘 페이스트는 적절히 성형되어 화장 용품, 신체 보호 제품, 의학 용품을 포함하는 각종 분야에 제한없이 사용될 수 있으며, 특히 화장 용품이나 신체 보호 제품 또는 의학 용품에 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
평균 구조식 Me3SiO(Me2SiO)190(MeC16SiO)14(MeHSiO)5SiMe3의 폴리실록산 224g, 1,6-헥산디올디비닐에테르 9g 및 사이클릭테트라실록산(KCC사 SF0005Z) 300g을 틴플레이트 캔에서 혼합시켜 실리콘 엘라스토머 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 실리콘 엘라스토머 조성물에 백금(Pt) 1 중량%를 함유하는 카스타드 촉매 2g을 첨가하고 충분히 혼합시킨 후 60℃ 오븐에 위치시켰다. 1시간 내에 겔이 형성되었고, 3시간 동안 정치시켜 안정화시켰다. 이어서, 이소도데칸 600g을 첨가하고, 전단력 하에서 팽윤시켜, 점도(25℃)가 350,000cP인 투명하고 균일한 실리콘 페이스트를 수득하였다.
실시예 2
평균 구조식 Me3SiO(Me2SiO)190(MeC12SiO)14(MeHSiO)5SiMe3의 폴리실록산 217g, 디비닐벤젠 7g 및 사이클릭테트라실록산 300g을 틴플레이트 캔에서 혼합시켜 실리콘 엘라스토머 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 실리콘 엘라스토머 조성물에 백금 1 중량%를 함유하는 카스타드 촉매 1g을 첨가하고 충분히 혼합시킨 후 60℃ 오븐에 위치시켰다. 1시간 내에 겔이 형성되었고, 3시간 동안 정치시켜 안정화시켰다. 이어서, 이소도데칸 600g을 첨가하고, 전단력 하에서 팽윤시켜, 점도(25℃)가 400,000cP인 투명하고 균일한 실리콘 페이스트를 수득하였다.
비교예 1
평균 구조식 Me3SiO(Me2SiO)204(MeHSiO)5SiMe3의 폴리실록산 192.3g, 1,6-헥산디올디아크릴레이트 7.7g 및 사이클릭테트라실록산 300g을 틴플레이트 캔에서 혼합시켜 실리콘 엘라스토머 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 실리콘 엘라스토머 조성물에 백금(Pt) 1 중량%를 함유하는 카스타드 촉매 2g을 첨가하고 충분히 혼합시킨 후 60℃ 오븐에 위치시켰다. 1시간 내에 겔이 형성되었고, 3시간 동안 정치시켜 안정화시켰다. 이어서, 이소도데칸 600g을 첨가하고, 전단력 하에서 팽윤시켜, 점도(25℃)가 30,000cPs인 약간 불투명하고 불균일한 실리콘 페이스트를 수득하였다.
실험예 1. 물성 시험
상기 실시예 및 비교예에서 수득한 실리콘 페이스트를 사용하여 다음과 같이 물성을 평가하였다.
가. 안정성
80도의 오븐에 실리콘 페이스트를 2일간 보관하여 꺼낸 후 실리콘 페이스트의 뭉침 또는 오일 분리 현상을 관찰하였다
나. 상용성
실시예 및 비교예에서 수득한 실리콘 페이스트 90중량부와 유기 오일 자외선 차단제 옥틸메톡시신나메이트(Octylmethoxyxinnamate, OMC) 10중량부를 혼합하여 투명도를 육안으로 평가하였다. 평가 기준은 다음 5단계로 구분한다.
매우 투명, 투명, 반투명, 약간 불투명, 불투명
상기 방법에 의해 평가된 실리콘 페이스트의 물성을 하기 표 1에 정리하였다.
항목 실시예 1 실시예 2 비교예
페이스트 외관 투명 균일 투명 균일 약간불투명 불균일
안정성 뭉침 및 오일분리 없음 뭉침 및 오일분리 없음 오일 분리
상용성 매우투명 투명 불투명
상기 실시예 및 비교예로부터 확인할 수 있는 것과 같이, 실시예의 알킬기가 혼합된 실리콘 엘라스토머는 유기 오일과의 상용성이 양호하여 유기 오일과 혼합 시 쉽게 팽윤되어 증점 효과가 높아 점도가 높아지고, 균일하면서도 투명한 페이스트가 제조되었으며 고온에서의 안정성 및 추가 유기 오일 혼합 시 양호한 상용성을 나타내나, 비교예 1의 종래의 실리콘 엘라스토머 조성물의 경우 유기 오일과의 상용성이 미흡하여 오일이 잘 흡수되지 않아 증점 효과가 낮으며 불투명하고 불균일한 페이스트가 제조되고 고온에서 희석제 오일이 분리되는 현상이 관찰되었다.

Claims (17)

  1. (A) 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산;
    (B) 비닐기-함유 화합물의 단독 또는 혼합물인 가교제;
    (C) 제1 희석제; 및
    (D) 하이드로실릴화 촉매를 포함하는, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
    [화학식 1]
    R1 3SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)b(R4HSiO)cSiR1 3
    상기 화학식 1에서, R1, R2 및 R4 는 각각 독립적으로 C1-10 알킬기를 나타내고, R3는 C10-30 알킬기를 나타내며, a는 0 내지 1,000을 나타내고, b는 1 내지 1,000을 나타내며, c는 1 내지 250을 나타낸다.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1에서, R1, R2 및 R4 는 각각 독립적으로 C1-5 알킬기를 나타내고, R3는 C10-30 알킬기를 나타내며, a는 0 내지 400을 나타내고, b는 1 내지 400을 나타내며, c는 1 내지 130을 나타내는, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비닐기-함유 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물:
    [화학식 4]
    Rd-A-Rd
    상기 화학식 4에서, A는 알킬렌기, 방향족기 또는 사이클로알케인기를 나타내고, Rd는 각각 독립적으로 비닐기, 알릴기, 비닐에테르기, 아릴에테르기, 아릴에스터기 또는 아크릴레이트기를 나타낸다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비닐기-함유 화합물은 디비닐벤젠, 디알릴벤젠, 1,6-헥산디올 디비닐에테르 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 디비닐에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    폴리실록산 성분에 함유된 -Si-H 기에 대한 가교제 성분에 함유된 C=C 기의 몰당량비 C=C/-Si-H가 0.7 내지 1.5인, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    폴리실록산 성분에 함유된 -Si-H 기에 대한 가교제 성분에 함유된 C=C 기의 몰당량비 C=C/-Si-H가 0.9 내지 1.2인, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 희석제는 선형 실리콘, 사이클릭 실리콘, 유기 오일, 유기 용매, 또는 이들의 혼합물인, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제1 희석제 성분의 양이 폴리실록산 성분, 가교제 성분 및 희석제 성분의 합 100 중량부에 대해 30 내지 95 중량부인, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    하이드로실릴화 촉매 성분의 양이 폴리실록산 성분 및 가교제 성분의 합 100 중량부에 대해 0.0001 내지 0.01 중량부인, 화장품용 실리콘 엘라스토머 조성물.
  11. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 실리콘 엘라스토머 조성물을 겔이 형성될 때까지 가교 반응시킴으로써 수득되는, 화장품용 실리콘 엘라스토머.
  12. 청구항 11에 따른 실리콘 엘라스토머에 제2 희석제를 첨가하여 수득되는, 화장품용 실리콘 페이스트.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 희석제는 선형 실리콘, 사이클릭 실리콘, 탄화수소유, 에스테르유, 고급 지방산유 및 고급 알코올유로 이루어진 군으로부터 선택되는 액상류로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 화장품용 실리콘 페이스트.
  14. (a) 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산, 및 비닐기-함유 화합물을 단독으로 또는 2종 이상 혼합한 가교제를 제1 희석제 및 하이드로실릴화 촉매의 존재 하에 겔이 형성될 때까지 가교 반응시켜 실리콘 엘라스토머를 수득하고, 및
    (b) 상기 실리콘 엘라스토머에 제2 희석제를 첨가하는 것을 포함하는, 화장품용 실리콘 페이스트 제조 방법.
    [화학식 1]
    R1 3SiO(R2 2SiO)a(R2R3SiO)b(R4HSiO)cSiR1 3
    상기 화학식 1에서, R1, R2 및 R4 는 각각 독립적으로 C1-10 알킬기를 나타내고, R3는 C10-30 알킬기를 나타내며, a는 0 내지 1,000을 나타내고, b는 1 내지 1,000을 나타내며, c는 1 내지 250을 나타낸다.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 희석제의 양이 제1 희석제 및 제2 희석제의 합 100 중량부에 대해 50 내지 90 중량부인, 화장품용 실리콘 페이스트 제조 방법.
  16. 청구항 12에 따른 실리콘 페이스트를 성형하여 제조되는, 화장품용 신체 보호 제품.
  17. 삭제
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