KR19980701411A - 히드록실 잔기가 없는 에스테르에서의 히드로실화(hydrosilation in esters without hydroxyl moieties) - Google Patents

히드록실 잔기가 없는 에스테르에서의 히드로실화(hydrosilation in esters without hydroxyl moieties) Download PDF

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메리 엘. 검
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Abstract

본 발명은 유기수소 실란 및 불포화 폴리옥시알킬렌 폴리에테르의 반응에 의해 어떠한 히드록실기도 없는 에스테르를 사용하여 폴리실록산 폴리에테르 공중합체를 제조하는 것을 포함한다. 상기 에스테르는 휘발도가 낮고 비점이 높고 8개 이상의 탄소 원자를 갖는다. 상기 방법에 의해 투명한 공중합체 용액이 제조되며, 이 방법에는 에스테르 용액의 제거가 요구되지 않는다. 또한, 공중합체 및 이를 제조하기 위한 에스테르 용매 및 이들을 포함하는 신규한 조성물도 교시되어 있다.

Description

히드록실 잔기가 없는 에스테르에서의 히드로실화
유기수소실록산 및 불포화 폴리옥시알킬렌의 히드로실화 반응에 의해 실록산-옥시알킬렌 공중합체 (이하, 공중합체라 약칭하기도 함)를 제조하는 방법은 공지되어 있다. 히드로실화 반응은 전형적으로는 벤젠, 톨루엔 또는 크실렌과 같은 고휘발성의 저분자량 탄화수소 용매중에서 수행하여 반응물을 상용화하고 공중합체의 이동 및 여과를 돕거나, 또는 히드로실화의 발열도를 조절한다. 덜 전형적으로는, 히드로실화 반응은 용매없이 행해지거나 또는 에테르, 폴리에테르 또는 저분자량이나 고분자량의 알코올과 같은 용매를 함유하는 산소중에서 행해질 수 있다.
대부분의 전술한 방법에서, 탄화수소 용매는 히드로실화 반응이 완료된 후에 제거되는데, 이는 대부분의 경우에 용매가 너무 인화성이거나 독성이거나, 또는, 최종 제품 또는 공중합체가 이용되는 추가 가공 단계에 유해하기 때문이다. 예를 들어, 모노-알코올을 사용한 폴리우레탄 발포물의 경우, 히드록시 관능성은 우레탄 반응에 들어가, 유해한 방식으로 반응 사슬 종결제로서 작용할 것이다. 상기 용매의 제거는 배치 사이클 시간을 증가시키며 용매를 소각과 같이 환경적으로 안전한 방식으로 처리하는 것을 필요로 한다. 게다가, 많은 용매를 제거하는데 발포 문제가 있게 되며, 용액에서 모든 용매를 좀처럼 제거할 수 없다.
몇가지 경우가 문헌에 보고되어 왔으며, 이들 문헌에서는 한가지 이유 또는 또다른 이유 때문에 반응 용매로부터 공중합체를 분리시킬 필요도 없고 분리시키는 것이 바람직하지도 않았다. 예를 들어, 미국 특허 제4,520,160호는 반응 용매로서, 후속적으로 유화제로서 개인 위생 조성물에 사용될 때 생성 공중합체로부터 일부러 제거될 필요가 없는 이소스테아릴 알코올과 같은 포화 고급 알코올을 사용하는 것을 개시하고 있다. 미국 특허 제4,857,583호 및 동 제5,153,293호는 또한 고비점 폴리올 또는 알칸디올의 모노카르복실레이트 에스테르를 사용하는 경우 이들은 후속적으로 폴리우레탄 발포 배합물에 사용될 때 생성 공중합체로부터 일부러 제거될 필요가 없다는 것을 교시하고 있다. 하지만, 용매의 히드록시 관능성은 폴리우레탄 발포에서 이소시아네이트와의 상술한 반응 뿐만 아니라 실록산 골격상의 SiH 부위에 대해 불포화 폴리옥시알킬렌과 경쟁관계에 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 우수한 용매를 사용하여 공중합체를 제조하기 위한 향상된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 공중합체 및 이로부터 얻어지는 공중합체 조성물을 제조하기 위한 향상된 방법에 관한 것이다. 이들 공중합체는 히드록실기를 전혀 함유하지 않는 에스테르 및 임의로는 특정 첨가제의 존재하에, 유기수소폴리실록산과 불포화 폴리옥시알킬렌 폴리에테르와의 히드로실화 반응에 의해 제조된다. 이 에스테르는 공중합체의 제조에 도움을 줄 뿐만 아니라, 공중합체에 잔존하는 경우 이어지는 그의 취급에 도움을 주고 공중합체를 함유하는 조성물의 유익한 성분으로서 이바지한다. 이와 같은 잇점으로는 공중합체의 수월한 이동을 위한 점도 및 유동점 (pour point)의 감소, 공중합체가 폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 발포를 안정시키기 위해 사용될 때 향상된 폴리올 용해성 및 발포 유동성, 선명한 조성물의 제조 및 공중합체가 자동차 내부 발포체를 제조하는데 사용될 때 윈도우 포깅 (fogging)의 감소가 포함된다.
본 발명의 폴리실록산 폴리에테르 변성 폴리실록산을 제조하는 방법은 불활성 분위기 및 유기수소실록산이 용매와 반응하는 온도를 초과하지 않는 온도에서 귀금속 히드로실화 촉매의 존재하에 (a) 유기수소실록산; (b) 불포화 폴리옥시알킬렌 폴리에테르; 및 (c) 히드록실 잔기가 없는 에스테르 용매를 반응시키는 것을 포함한다. 본 발명은 또한 성분 (a) - (c)의 중간체 및 용매 중 생성 공중합체 조성물을 포함한다.
유기히드로실록산
본 발명에서 사용되는 유기수소실록산은 화학식: RaHbSiO(4-a-b)/2로 표시되는 것이며, 여기서 R은 지방족 불포화가 없는 1가 탄화수소 라디칼을 나타내며, a는 1 내지 3.0의 값을 갖고, b는 0 내지 1의 값을 가지며, a와 b의 합은 1.0 내지 3.0이다. 유기수소실록산은 R3SiO1/2, R2HSiO1/2, R2SiO2/2, RHSiO2/2, RH2SiO1/2, RSiO3/2, HSiO3/2및 SiO4/2로 이루어진 군으로부터 선택된 실록산 단위의 모든 조합을 함유할 수 있는데, 물론 유기수소폴리실록산은 충분한 R-함유 실록산 단위를 함유하여 약 1 내지 약 3.0 R 라디칼/실리콘 원자를 제공하며, 충분한 H-함유 실록산 단위를 함유하여 0.01 내지 1 실리콘-결합 수소 원자/실리콘을 제공하며, 1 실리콘 당 R 라디칼 및 실리콘-결합 수소 원자의 합이 1.5 내지 3.0 이어야 한다. 실록산기의 선택에 따라 당업자들에게는 명백한 바와 같이 생성 공중합체의 구조가 결정될 것이므로, 이들 구조는 선형, Q (즉, 가교됨) 및 T 구조의 실록산을 가질 수 있다. R기는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 치환되지 않은 1가 탄화수소 라디칼을 나타낸다. 적합한 R 라디칼의 예로는 알킬 라디칼 (메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 데실 등), 지환족 라디칼 (시클로헥실 및 시클로옥틸 등), 아릴 라디칼 (페닐, 톨릴 및 크실렌 등), 및 치환된 탄화수소기 (헵타플루오로프로필 등)이 있다. R은 바람직하게는 메틸이다. 이와 같은 실록산 유체는 전형적으로는 당업계에 공지된 바와 같이 제조하거나 상업적으로 얻을 수 있다.
폴리에테르
불포화 폴리옥시알킬렌 폴리에테르의 화학식은 R1(OCH2CH2)z(OCH2CHR3)w-OR2또는 R2O(CH[R3]CH2O)w(CH2CH2O)z-CR4 2-C≡C-CR4 2-(OCH2CH2)z(OCH2[R3]CH)wR2이며, 여기서 R1은 알릴, 메탈릴, 프로파르길 또는 3-펜티닐과 같은 3 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 불포화 유기기를 나타낸다. 불포화가 올레핀계인 경우, 완전한 히드로실화를 용이하게 하기 위해서는 불포화가 말단인 바람직하다. R2는 수소, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기, 3 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 알킬렌기, 2 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 아실기, 및 트리알킬실릴기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는 R2는 수소, 메틸기, n-부틸기 또는 t-부틸기, 아릴기, 메탈릴기 또는 아세틸기이다. R3및 R4는 C1-C20알킬기 (예를 들어, 메틸, 에틸, 이소프로필, 2-에틸헥실, 시클로헥실 및 스테아릴), 또는 아릴기 (예를 들어, 페닐 및 나프틸), 또는 알카릴기 (예를 들어, 벤질, 페네틸 및 노닐페닐)와 같은 1가 탄화수소기이다. R4는 또한 수소일 수 있다. 메틸은 R3및 R4기로서 가장 바람직하다. z는 0 내지 100의 값을 갖고 w는 0 내지 120의 값을 갖는다. z 및 w의 바람직한 값은 1 내지 50이다. 알킨기 또는 말단 올레핀기 중 어떠한 것으로 이루어지든, 불포화 폴리에테르는 블록화되거나 랜덤하게 분포된 옥시알킬렌의 공중합체일 수 있다.
히드로실화에 사용되는 폴리에테르 양은 실록산 중 활성 수소 (즉, SiH기)의 양에 따라 좌우된다. 폴리에테르 중 불포화기 대 SiH기의 화학양론비는 1:1 내지 1.5:1이어야 한다. [AB]n구조의 공중합체 (즉, 교호 폴리에테르 A/실록산 B, 블록)를 목적하는 경우, 최대 비율은 약 1.2:1이어야 한다.
에스테르 용매
본 발명은 히드로실화 반응 용매로서 고비점의 액상 카르복실레이트 에스테르를 사용한다. 이 에스테르는 히드로실화 반응을 방해할 수 있는 히드록실기를 전혀 가지고 있지 않다. 본 발명의 에스테르의 화학식은 R5(COOR6)n또는 R5COO(CH2CH2O)a(CH[R3]CH2O)bOCR5이며, 여기서 R3은 폴리에테르에 대해 정의된 바와 같고, a 및 b는 0 내지 120, 바람직하게는 0 내지 50이다. R5는 에스테르 관능기의 수 n과 동일한 원자가의 직쇄 또는 분지 알킬, 아릴, 알카릴 또는 지환족기이다. R6은 알코올로부터 유도된 1가 탄화수소 라디칼이다. R5및 R6중 탄소 원자의 전체수는 8 이상, 바람직하게는 10 이상이어야 한다. R5및 R6은 또한 히드로실화 반응을 방해하지 않는 에스테르 결합, 황 결합 및 아민기를 포함할 수 있다. R5및 R6은 또한 히드로실화 반응을 방해하지 않는 입체 장애 또는 내부 불포화 탄화수소기를 포함할 수 있다. R5의 예로는 C8H17, C14H29,C16H33, 시클로헥산디일, 부톡시에틸, 아디필, 아젤라임, 세바실, 올레일, 페닐, 프탈릴 및 신나밀이 포함된다. R6의 예로는 메틸, 이소프로필, 네오펜틸, 옥틸, 도데실, 시클로헥실, 벤질 및 스테아릴이 있다.
이 에스테르의 비점은 대기압하에서 170 ℃, 바람직하게는 200 ℃를 초과하여야 한다. 이 에스테르 용매(들)은 히드로실화 반응 조건하에서 불활성이며, 본질적으로 무독성이다 (무해하다). 바람직한 에스테르의 예로는 이소프로필 팔미테이트 (IPP), 부틸 미리스테이트 (BYM), 또는 이소프로필 미리스테이트 (IPM), 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트, 디프로필렌 글리콜 디벤조에이트, 폴리프로필렌 글리콜 디벤조에이트가 있다. 히드록실기를 함유하지 않는 천연 에스테르도 또한 바람직하다. 게다가, 천연 지방산이나 지방 알코올로부터 유도되는 에스테르, 또는 이들의 혼합물은 또한 본 발명에서 유용한 것으로 의도된다.
이 에스테르는 또한 히드로실화 촉매를 피독시키거나 또는 공중합체의 그의 응용시에 성능을 손상시킬 수 있는 불순물이 없어야 한다. 이 에스테르는 공중합체의 제조에 도움을 줄 뿐만 아니라, 공중합체에 잔존하는 경우 이어지는 그의 취급에 도움을 주고 공중합체를 함유하는 조성물의 필수 유익 성분으로서 이바지한다. 일반적으로, 카르복실레이트 에스테르를 약 5 내지 약 60 중량%, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 50 중량% 사용하면 좋은 결과를 얻을 수 있다는 것을 알게 되었다.
임의의 첨가제
히드로실화 반응은 미국 특허 제4,847,398호에 개시된 카르복실산염, 또는 동 제5,191,103호의 입체 장애 질소 화합물, 또는 동 제5,159,096호의 인산염과 같은 임의의 첨가제의 존재하에 행할 수 있으며, 이들 특허 문헌을 본 발명에서는 참고문헌으로서 채택한다. 반응물 및 용매의 제조 방법에 따라, 유기수소실록산과 불포화 폴리에테르의 히드로실화용에 대해 극성 용매를 사용할 때 이들 첨가제 1종 이상이 존재할 수 있다. 예를 들어, 저수준이거나 때로는 적절한 수준의 카르복실산염 또는 인산염은 알릴기, 메탈릴기, 메틸기 또는 아실기를 사용한 히드록실기의 캡 (capping) 동안 극소량의 산소에 부적절하게 노출되어 올레핀계 치환된 폴리옥시알킬렌에 이미 존재할 수 있다. 이러한 경우에는, 염 또는 그외의 첨가제를 의도적으로 사용할 필요가 없을 수 있다. 당업계에 공지된 그외의 표준 첨가제가 또한 사용될 수 있다.
히드로실화 촉매
히드로실화 반응은 촉매량의 귀금속-함유 촉매를 사용함으로써 용이하게 된다. 이러한 촉매는 공지되어 있고, 이들로는 백금, 팔라듐 및 로듐-함유 촉매가 포함된다. 이들은 비. 마르시니크 (B. Marciniec)가 출판한 문헌 (Comprehensive Handbook on Hydrosilation)에서 개략적으로 검토되며, 이 문헌의 관련 부분을 본 발명에서는 참고문헌으로서 채택한다. 1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 백금 착화합물 및 염화 백금산이 특히 바람직하다.
촉매는 히드로실화 반응을 개시하고 유지하여 완성하는데 충분한 유효량으로 사용된다. 촉매의 양은 일반적으로 반응물 및 용매의 혼합물의 총량을 기준으로 하여 귀금속 약 1 내지 약 100 ppm의 범위내이다. 촉매 농도는 5 내지 50 ppm이 바람직하다.
공중합체
생성 공중합체는 펜던트 폴리에테르 (빗) 구조, T 구조, Q 구조 또는 [AB]n의 선형 실록산 공중합체일 수 있다. 생성 구조는 출발 실록산 및 폴리에테르의 선택에 따라 좌우되며, 특정 구조를 달성하기 위하여 출발 재료를 어떻게 선택해야 할 지는 당업자들에게는 명백하다.
히드로실화 반응
히드로실화 반응은 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 상기 인용된 마르시니크의 문헌을 참조한다. 본 발명의 방법은 (1) (a) 유기수소실록산; (b) 불포화 폴리옥시알킬렌 폴리에테르; (c) 에스테르 용매, 및 (d) 임의로는, 첨가제의 혼합물을 형성하고, (2) 혼합물을 불활성 분위기하에 유기수소실록산이 용매와 반응하는 온도를 초과하지 않는 온도로 혼합물을 유지시키며, (3) 혼합물에 가열 전 또는 가열후에 촉매량의 귀금속 히드로실화 촉매를 첨가하고, (4) 상기 혼합물의 온도를 약 125 ℃ 미만으로 유지시켜서, 알릴의 프로페닐로의 이성질화를 조절하고 반응 혼합물 1 그램 당 0.1 cc 미만의 SiH가 없는 H2가 조성물에 잔존하도록 반응이 진행되게 하는 것을 포함한다. 임의로는, 잔존 고비점 에스테르 용매를 사용하여 혼합물 중의 공중합체를 회수할 수도 있다. 회수는 증류, 용매 추출, 초임계 크로마토그래피, 칼럼 크로마토그래피를 포함하는 많은 방법에 의해 달성할 수 있으나, 필수적인 것은 아니다. 반응 온도의 범위는 70 내지 120 ℃이다. 반응 압력은 일반적으로 대기압이지만 필요에 따라 변화시킬 수 있다.
용도
본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 공중합체 및 공중합체/용매 조성물은 독립 및 개방 강성 발포체, 거품 (froth), 자동차 내부 발포제 및 가요성 폴리에테르 폴리우레탄 발포체의 제조에 특히 유용하며, 탁월하고 효율적인 계면활성제인 것으로 알려져왔다. 공중합체는 90%를 초과하는 연속 기포를 갖는 강성 및 자동차 내부 폴리우레탄 발포체를 제공할 수 있다. 본 발명의 공중합체는 인 시츄 (in situ)로 사용하여 용매를 사용하여 폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 발포체에 향상된 성능 수준을 제공하며, 공중합체가 제조된 반응 혼합물로부터 용매를 제거할 필요가 없다. 이소프로필 미리스테이트 (IPM) 30 중량%로 제조된 공중합체는 응용시 전형적으로 사용되는 폴리우레탄 발포체에서 20% 만큼의 향상된 유동성을 갖는다. 또한, IPM으로 제조된 계면활성제는 몇몇 폴리올에서 증가된 용해도를 나타내며, 이들 폴리올 및 계면활성제를 함유하는 배합물에 향상된 저장 안정성을 부여한다. IPM 또는 IPP로 제조된 다른 계면활성제는 수취급된 연속 기포 강성 발포체에 바람직한 충격 파괴 또는 에너지 흡수를 제공한다. 게다가, 이들 계면활성제는 발포체가 자동차 내장품에 사용될 때 창이 뿌옇게 되는데 사실상 또는 과도하게 기여하지는 않는다. 본 발명에 따라 제조된 폴리우레탄은 통상적인 가요성의 강성 거품 및 자동차 내부 폴리우레탄 발포체와 동일한 영역에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 발포체는 쿠션, 매트리스, 패딩, 카페트 바닥 깔개, 포장재, 단열재, 자동차 내부 발포체 등의 제조에 유리하게 사용될 수 있다.
공중합체 및 공중합체/용매 조성물은 또한 개인 위생 분야, 샴푸 제제, 핸드 크림, 바디 로션 및 헤어 스프레이에 사용될 수 있다. 이들 조성물은 투명하고 냄새가 없으므로 특히 유리하다. 미국 특허 제4,782,095호에 개시된 것과 같은 개인 위생 배합물은 유연제 및 유화제를 추가하지 않고도 유리하게 제조된다. 공중합체는 또한 덧인쇄 바니쉬로서 방사선 경화 코팅물 분야에 사용될 수도 있다.
하기 실시예를 들어 본 발명의 실시양태를 설명하지만 이들 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 실시예 1 내지 8은 공중합체의 제조에 현재 사용되는 공지된 히드로실화 반응 용매를 사용한 비교예이다. 하기 실시예 9 내지 22는 생성 계면활성제 제품으로부터 반응 용매를 제거하지 않고서 히드로실화 반응 특징이 향상되고 제품 휘발성이 감소된, 히드록시 관능성이 없는 고비점 에스테르 용매 중에서의 공중합체의 제조를 나타낸다. 실시예 9 내지 12는 에스테르 용매가 40 내지 50 중량% 함유된 히드로실화를 예시하는 반면에, 실시예 13 내지 22는 보다 적은 양 (20 중량% 이하)을 사용한다.
재료 및 약어 목록
M = (CH3)3SiO1/2, D = (CH3)2SiO1/2, D' = CH3SiHO, M' = (CH3)2SiHO1/2
100HA550-OAc = 100 중량% 산화에틸렌 (EO)-608 달톤 분자량을 갖는 아세톡시 캡트 알릴 폴리에테르
75HA750-OH = 75 중량% EO/25 중량% 산화프로필렌 (PO)-750 달톤 분자량을 갖는 캡트안된 알릴 폴리에테르
100HA750-OMe = 100 중량% EO-780 달톤 분자량을 갖는 메틸 캡트 알릴 폴리에테르
75HA750-OMe = 75 중량% EO/25 중량% PO-780 달톤 분자량을 갖는 메틸 캡트 알릴 폴리에테르
75HA1500-OMe = 75 중량% EO/25 중량% PO-1530 달톤 분자량을 갖는 메틸 캡트 알릴 폴리에테르
UA-11은 유니온 카바이드 코포레이션 (Union Carbide Corporation) 제품인 UCANE 알킬레이트-11의 알킬화 벤젠이고, SC-100은 엑손 (Exxon) 용매 SC-11의 장쇄 지방족 용매이며, LB-165는 폴리프로필렌글리콜 모노-부틸 에테르이고, DPG는 디프로필렌 글리콜이며, IPA는 이소프로필 알코올이고, CPA는 에탄올 중의 헥사 염화 백금산 촉매 용액이며, TMP는 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀이다.
반응 완성도에 대한 SiH 시험 외에도, 실시예 1 내지 22의 공중합체 생성물의 제품 투명성, 25 ℃에서의 점도, 휘발성 및 폴리우레탄 발포체 배합물에서의 계면활성제로서의 성능을 평가하였다.
실시예 1 (비교예)
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)34(CH2CHCH3O)26(CH3)CHCH=CH2108.0 g, HMe2SiO(Me2SiO)24SiMe2H 67.0 g 및 UA-11 용매 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 4시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 겔 입자 및 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소를 함유하지 않는 공중합체의 투명한 점성 용액을 얻었다. 용액의 25 ℃에서의 점도는 4292 cSt였다.
실시예 2 (비교예)
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)41(CH2CHCH3O)20(CH3)CHCH=CH2155.7 g, HMe2SiO(Me2SiO)3SiMe2H 19.3 g 및 UA-11 용매 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 3.5시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 겔 입자 및 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소를 함유하지 않는 공중합체의 투명한 점성 용액을 얻었다. 용액의 25 ℃에서의 점도는 1062 cSt였다.
실시예 3 (비교예)
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)41(CH2CHCH3O)20(CH3)CHCH=CH2116.2 g, HMe2SiO(Me2SiO)19SiMe2H 58.8 g 및 엑손 옹매 SC-100 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 2.5시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 겔 입자 및 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소를 함유하지 않는 공중합체의 투명한 점성 용액을 얻었다. 용액의 25 ℃에서의 점도는 512 cSt였다.
실시예 4 (비교예)
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)34(CH2CHCH3O)26(CH3)CHCH=CH2123 g, HMe2SiO(Me2SiO)24SiMe2H 77.0 g 및 CH3CH2CH2CH2O(CH2CHCH3)13OH 200 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 21시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 첨가하였다. 분석 결과, 실란 수소 함량은 2.0 cc H2/g이었다. 반응 혼합물을 Pt 20 ppm으로 재촉매시켰으며 85 ℃에서 9시간 동안 더 반응시켰다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 잔존 실란 수소 2.0 cc H2/g 및 용액의 25 ℃에서의 점도 1689 cSt를 갖는 극도로 흐린 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 5 (비교예)
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)41(CH2CHCH3O)20(CH3)CHCH=CH2108 g, HMe2SiO(Me2SiO)24SiMe2H 67.0 g 및 DPG 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 26시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 잔존 실란 수소 2.0 cc H2/g 및 용액의 25 ℃에서의 점도 1741 cSt를 갖는 극도로 흐린 점성 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 6 (비교예)
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)34(CH2CHCH3O)36(CH3)CHCH=CH2120 g, HMe2SiO(Me2SiO)17SiMe2H 54.8 g, 소듐 프로피오네이트 0.175 g, 및 IPA 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 80 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 3시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 잔존 실란 수소를 함유하지 않고 용액의 25 ℃에서의 점도 2051 cSt를 갖는 투명한 점성 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 7 (비교예)
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)41(CH2CHCH3O)20(CH3)CHCH=CH2108 g, HMe2SiO(Me2SiO)24SiMe2H 67.0 g, 톨루엔 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 혼합물에 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 6시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 잔존 실란 수소 0.1 cc H2/g 및 용액의 25 ℃에서의 점도 2585 cSt를 갖는 투명한 점성 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 8 (비교예)
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)17.3(CH2CHCH3O)19.7CH3155.8 g, Me3SiO(Me2SiO)60(MeHSiO)7SiMe354.1 g 및 톨루엔 140 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 1.5시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소를 함유하지 않고 용액의 25 ℃에서의 점도가 97 cSt인 투명한 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 9
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)34(CH2CHCH3O)26(CH3)CHCH=CH2108 g, HMe2SiO(Me2SiO)24SiMe2H 67 g, IPP 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 1.5시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소를 함유하지 않고 용액의 25 ℃에서의 점도가 6366 cSt인 투명한 점성 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 10
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)41(CH2CHCH3O)20(CH3)CHCH=CH2108 g, HMe2SiO(Me2SiO)19SiMe2H 67.0 g, IPM 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 혼합물에 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 1.25시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 혼합물에 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소를 함유하지 않고 용액의 25 ℃에서의 점도가 3943 cSt인 투명한 점성 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 11
CH2=CHCH(CH3)O(CH2CH2O)41(CH2CHCH3O)20(CH3)CHCH=CH2108 g, HMe2SiO(Me2SiO)24SiMe2H 67 g, BYM 175 g (50 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 3시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소을 함유하지 않고 용액의 25 ℃에서의 점도가 1646 cSt인 투명한 점성 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 12
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)17.3(CH2CHCH3O)19.7CH3103.9 g, Me3SiO(Me2SiO)60(MeHSiO)7SiMe336.1 g 및 IPP 93.3 g (40 중량%)의 잘 교반된 혼합물을 질소 스파지를 통해 탈기시키고 85 ℃까지 가열하였다. 혼합물에 에탄올 중 H2PtCl6·6H2O의 용액을 충분한 양으로 첨가하여 20 ppm의 Pt을 제공하였다. 열원을 제거하고 히드로실화 발열 반응을 더 이상 온도가 증가하지 않을때까지 진행하였다. 혼합물에 85 ℃의 온도를 2시간 동안 유지하는데 필요한 만큼의 열을 가하였다. 반응기가 결코 100 ℃를 초과하지 않도록 주의하였다. 검출가능한 수준의 잔존 실란 수소를 함유하지 않고 용액의 25 ℃에서의 점도가 199 cSt인 투명한 점성 공중합체 용액을 얻었다.
실시예 13 내지 22
실시예 13 내지 22는 상술한 히드로실화 과정에 따른 20 중량% 이하의 IPM, IPP 또는 폴리프로필렌 글리콜 디벤조에이트 (벤조플렉스 (BENZOFLEX(등록상표)) 400, 벨시콜 케미칼 코포레이션 (Velsicol Chemical Corporation)이 시판됨)의 공중합체 합성을 설명한다. 사용된 원료의 양은 하기 표에 기재되어 있다. 모든 히드로실화는 단일 촉매의 첨가로 완결하였다.
원료 실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17
MD32D'9.6M, 그램 35.7
MD43.2D'6.8M, 그램 51.1 32.2
MD41D'9M, 그램 50.0
M'D60D'10M', 그램 50.0
75HA750-OMe, 그램 143.9
75HA750-OH, 그램 110.9 111.2
75HA1500-OMe,그램 121.0
100HA550-OAc,그램 92.6
IPM, 그램 43.0 43.0 43.0 43.0 43.0
TMP, 그램 0.11 0.11
CPA, ㎖ 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
발열, ℃분 232.7 211.5 52.0 61.5 13.52.0
25 ℃에서의 점도, cSt 164 260 337 212.5 273.8
원료 실시예 18 실시예 19 실시예 20 실시예 21 실시예 22
MD32D'9.6M, 그램 35.8
MD43.2D'6.8M, 그램 51.0 32.2
MD41D'9M, 그램 50.0
M'D60D'10M', 그램 50.0
75HA750-OMe, 그램 137.5
75HA750-OH, 그램 114.8 111.2
75HA1500-OMe,그램 140.0
100HA550-OAc,그램 92.6
IPP, 그램 43.0 43.0 43.0
벤조플렉스 (등록상표) 400, 그램 43.0 48.0
TMP, 그램 0.11 0.12
CPA, ㎖ 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
발열, ℃분 222.7 102.0 61.6 42.5 121.5
25 ℃에서의 점도, cSt 175.5 293 387.5 512.5 940
상기 데이터는 모든 히드로실화가 진행되어 관찰가능한 발열로 완결되었다는 나타내고 있다. 공중합체는 강성 폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 발포체용 계면활성제로서 적합한 점도, 유동점 및 표면 활성을 가졌다. 특히, 실시예 14의 공중합체는 수취입된 강성 발포제 배합물 중 무용매 제품에 대해 20% 향상된 유동성을 나타내었다. 실시예 15의 공중합체는 HCFC-141b 분야 발포체에 사용되는 폴리올에 가용성인 반면에, 무용매 제품은 가용성이 아니었다. 따라서, 발포체를 생성하는 저장 안정성 폴리올 예비 혼합물에 허용가능한 가공성 및 특성을 제공하였다.
휘발도 측정 시험
반응 제품의 휘발도는 다음의 방법 (ASTM D 4559-92)으로 측정하였다: (A) 5.08 센티미터 (2 인치)의 알루미나 접시를 0.1 ㎎ 단위까지 미리 칭량한다. (B) 0.1 ㎎ 단위까지 칭량한 시료 약 1 g을 첨가한다. (C) 이중 측정을 위해 A 및 B의 단계를 반복한다. (D) 110 ℃로 설정된 강제 순환 오븐에서 대기압하에 110 ℃에서 1시간 동안 가열한다. (E) 시료를 10분 동안 대기중에서 냉각시킨 후 재측량한다. 휘발도는 다음의 수학식을 이용하여 계산한다: 고형분 중량% = 100-[(B-A) * 100/B], 여기서 A는 가열후 시료의 중량이고, B는 가열전 시료의 중량이다. 휘발도는 2회 시험 결과의 평균을 0.1%단위로 나타낸다.
발포체 실시예 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
고형분% 72.2 67.2 50.5 99.6 48.3 51.5 64.7 67.4 94.2 86.0 94.0 96.0
이 데이터는 보다 고비점의 에스테르 용매 (실시예 9 내지 12)가 손쉬운 히드로실화 반응을 제공하여 최소 휘발도를 갖는 투명한 균일 공중합체를 제공한다는 것을 나타낸다.
발포체 시험
실시예 1 내지 12의 공중합체 생성물을 다음의 수취입된 연속 기포 발포체로 평가하였다. 폴리올 기재 100부, 상기 계면활성제 100부 (용매를 계산하지 않음), NIAX A-400 촉매 0.2부, NIAX A-305 촉매 0.9부, 및 물 1.0부의 혼합물을 철저히 혼합하였다. 상기 혼합물에 중합성 MDI (메틸렌디페닐렌 디이소시아네이트) 264부를 첨가하고, 생성 혼합물을 고속 혼합기로 5초 동안 혼합한 후 3.79 ℓ (1 갈론)의 종이 통에 부었다. 이 혼합물은 발포되어 최대 높이까지 부풀어 올랐으며, 실온에서 3분 동안 경화시켰다.
상기 발포체의 발포체 기포 구조 및 균일도를 측정하여 평가하였다.
발포체 실시예 용매량 용매 종류 반응 시간, 시간 투명도, HACH 발포체 기포 균일도1 분자량2 점도, cSt3
1 50% UA-11 3.5 1.28 2.8 39100 4292
2 50% UA-11 3.5 0.56 2.2 22500 1062
3 50% SC-100 2.5 5.0 1.8 27200 512
4 50% LB-165 30.0 200 10 측정 불가 1689
5 50% DPG 26.0 200 9.8 측정 불가 1741
6 50% IPA 3.0 0.43 1.7 36000 2051
7 50% 톨루엔 6.0 2.6 6.1 45000 2585
8 40% 톨루엔 1.5 3.6 2.0 21000 97
9 50% IPP 1.5 0.38 1.3 37000 6366
10 50% IPM 1.25 1.17 1.2 36000 3943
11 50% BYM 3.0 4.9 4.3 29000 1646
12 40% IPP 2.0 4.0 2.0 20000 199
1. 발포체 기포 균일도는 발포체의 구조로 판단하며, 1은 작은 균일 기포 구조를 가지고, 10은 큰 비균일 코스 기포 구조를 갖는다. 발포체를 3회 시험하여 평균값으로 평가하였다.2. 워터스사 (Waters)의 GPC, 유속 1 ㎖/분, 스티라겔 (Styragel) 칼럼의 테트라히드로푸란 용매를 이용하여 측정한 피크 평균 분자량.3. 25 ℃에서의 캐논-펜스케 (Cannon-Fenske) 점도기로 측정.
상기 데이터는 보다 고비점의 에스테르 용매 (실시예 9 내지 12)가 손쉬운 히드로실화 반응을 제공하여 투명한 균일 공중합체를 제공하며, 이 공중합체는 탁월한 기포 구조 균일성 및 강성 발포체 중 높은 연속 기포 함량을 제공한다는 것을 나타낸다.

Claims (15)

  1. 불활성 분위기 및 유기수소실록산이 용매와 반응하는 온도를 초과하지 않는 온도에서 귀금속 히드로실화 촉매의 존재하에, (a) 유기수소실록산; (b) 불포화 폴리옥시알킬렌 폴리에테르; 및 (c) 히드록실 잔기가 없는 에스테르 용매를 반응시키는 것을 포함하는 폴리실록산 폴리에테르 공중합체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 에스테르의 비점이 170 ℃ 보다 큰 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 실란의 화학식이 RaHbSiO(4-a-b)/2인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 폴리에테르의 화학식이 R1(OCH2CH2)z(OCH2CHR3)w-OR2또는 R2O(CH[R3]CH2O)w(CH2CH2O)z-CR4 2-C≡C-CR4 2-(OCH2CH2)z(OCH2[R3]CH)wR2이며, 여기서 R1은 3 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 불포화 유기기를 나타내고, R2는 수소, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기, 3 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 알킬렌기, 2 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 아실기, 및 트리알킬실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되며, R3및 R4는 1가 탄화수소기이고, R4는 또한 수소일 수 있으며, z는 0 내지 100의 값을 갖고 w는 0 내지 120의 값인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 에스테르의 화학식이 R5(COOR6)n또는 R5COO(CH2CH2O)a(CH[R3]CH2O)bOCR5이며, 여기서 R3은 1가 탄화수소기이고, a 및 b는 0 내지 120이며, R5는 수 n와 동일한 원자가의 직쇄 또는 분지 알킬, 아릴, 알카릴 또는 지환족기이고, R6은 알코올로부터 유도된 1가 탄화수소 라디칼이며, R5및 R6중 탄소 원자의 총수는 8 이상인 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 반응을 카르복실산염, 입체 장애 질소 화합물 및 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제의 존재하에 수행하는 방법.
  7. (a) 유기수소실록산; (b) 폴리옥시알킬렌 폴리에테르; 및 (c) 히드록실 잔기가 없는 에스테르 용매를 포함하는 폴리실록산 폴리에테르 공중합체 제조용 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 실록산의 화학식이 RaHbSiO(4-a-b)/2인 조성물.
  9. 제7항에 있어서, 폴리에테르의 화학식이 R1(OCH2CH2)z(OCH2CHR3)w-OR2또는 R2O(CH[R3]CH2O)w(CH2CH2O)z-CR4 2-C≡C-CR4 2-(OCH2CH2)z(OCH2[R3]CH)wR2이며, 여기서 R1은 3 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 불포화 유기기를 나타내고, R2는 수소, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기, 3 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 알킬렌기, 2 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 아실기, 및 트리알킬실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되며, R3및 R4는 1가 탄화수소기이고, R4는 또한 수소일 수 있으며, z는 0 내지 100의 값을 갖고 w는 0 내지 120의 값인 조성물.
  10. 제7항에 있어서, 에스테르의 화학식이 R5(COOR6)n또는 R5COO(CH2CH2O)a(CH[R3]CH2O)bOCR5이며, 여기서 R3은 1가 탄화수소기이고, a 및 b는 0 내지 120이며, R5는 수 n와 동일한 원자가의 직쇄 또는 분지 알킬, 아릴, 알카릴 또는 지환족기이고, R6은 알코올로부터 유도된 1가 탄화수소 라디칼이며, R5및 R6중 탄소 원자의 총수는 8 이상인 것인 조성물.
  11. (a) 폴리옥시알킬렌 폴리실록산 공중합체; 및 (b) 히드록실 잔기가 없는 에스테르 용매를 포함하는 폴리실록산 폴리에테르 공중합체 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 폴리실록산 폴리에테르 공중합체가 선형, T, Q 및 [AB]n으로 이루어진 군으로부터 선택된 구조를 갖는 것인 조성물.
  13. 제11항에 있어서, 에스테르의 화학식이 R5(COOR6)n또는 R5COO(CH2CH2O)a(CH[R3]CH2O)bOCR5이며, 여기서 R3은 1가 탄화수소기이고, a 및 b는 0 내지 120이며, R5는 수 n와 동일한 원자가의 직쇄 또는 분지 알킬, 아릴, 알카릴 또는 지환족기이고, R6은 알코올로부터 유도된 1가 탄화수소 라디칼이며, R5및 R6중 탄소 원자의 총수는 8 이상인 것인 조성물.
  14. 제11항에 있어서, 에스테르가 히드록실기가 없는 천연 에스테르인 조성물.
  15. 제11항에 있어서, 에스테르가 천연 지방산이나 지방 알코올, 또는 이들의 혼합물로부터 유도된 것인 조성물.
KR1019970704800A 1995-11-15 1996-11-15 히드록실 잔기가 없는 에스테르에서의 히드로실화 KR100269084B1 (ko)

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