KR20120117993A - 휘발성 고리형 실록산 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구조식, (여기서, a≥2이고, b≥2이고, R은 1 내지 4개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기이고, R1은 독립적으로 수소 또는 메틸임)을 포함하는 고리형 실록산 화합물, 상기 고리형 실록산 중 어느 하나의 고리형 실록산 및 추가 실리콘을 포함하는 조성물, 상기 고리형 실록산 중 어느 하나의 고리형 실록산 또는 상기 조성물을 포함하는 에멀젼 조성물, 및 클로로 말단-블록된 폴리디메틸실록산을 3개 이상의 탄소 원자를 함유하는 디올 작용성 화합물과 반응시킴을 포함하는 상기 고리형 실록산 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2009년 11월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제 61/264283호의 우선권을 주장한다.
실록산 모노머, 폴리머, 및 엘라스토머는 탁월한 고온 및 날씨 안정성, 초저온 가요성, 높은 압축률(compressibility), 높은 전기 저항률, 낮은 유전 손실, 높은 가스 침투율, 무취, 무미, 무독성 등과 같은 독특한 조합의 특성들을 포함한다. 이러한 독특한 특성들 때문에, 실리콘은 산업 및 소비자 제품 용도에 광범위하게 사용된다. 특히, 옥타메틸시클로테트라실록산(D4) 및 데카메틸시클로펜타실록산(D5)은 퍼스널 케어(personal care) 시장에서 몇몇 주목할만한 특성을 제공한다. 몇몇 다른 저분자량의 선형 실록산과 마찬가지로 이러한 시클로실록산은 발한억제제(antiperspirant)에서 샴푸, 스킨 로션에 이르는 다양한 퍼스널 케어 제품의 전달에 있어서 매우 관심을 끌게 하는 탁월한 휘발성 프로파일과 조합된 우세한 습윤 특성을 제공한다.
퍼스널 케어 제품의 제조자들은 소비자 제품에 도입시키기 위한 신규한 화합물을 끊임없이 찾고 있다. 따라서, D4 또는 D5에 대한 대체물질로서 유사한 물리적 특성을 지니는 신규한 고리형 실록산을 발견할 필요성이 존재한다.
발명의 간단한 요약
본 발명자들은 옥타메틸시클로테트라실록산(D4) 및 데카메틸시클로펜타실록산(D5)과 화학적으로 구별되지만 유사한 물리적 특성을 지니는 특정 고리형 실록산을 발견하였다.
본 발명은 하기 구조식을 갖는 고리형 실록산 화합물을 제공한다:
상기 식에서, a≥이고, b≥2이고,
R은 1 내지 4개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기이고,
R1은 독립적으로 수소 또는 메틸이다.
본 발명은 추가로 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산을 2개 이상의 탄소 원자를 함유하는 디올 작용성 화합물과 반응시킴으로써 고리형 실록산을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 고리형 실록산은 옥타메틸시클로테트라실록산(D4) 및 데카메틸시클로펜타실록산(D5)과 유사한 물리적 특성을 지닌다. 따라서, 본 발명의 고리형 실록산은 다양한 퍼스널 케어 조성물에서 유용하다.
도 1은 D5와 비교한 실시예 2의 고리형 실록산에 대한 관능 검사 결과를 나타낸 것이다.
도 1은 D5와 비교한 실시예 3의 고리형 실록산에 대한 관능 검사 결과를 나타낸 것이다.
도 1은 D5와 비교한 실시예 3의 고리형 실록산에 대한 관능 검사 결과를 나타낸 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 하기 구조식을 포함하는 고리형 실록산 화합물에 관한 것이다:
상기 식에서, a≥이고, b≥2이고,
R은 1 내지 4개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기이고, 다르게는 R은 메틸이고,
R1은 독립적으로 수소 또는 메틸이다.
상기 화학식에서, [R2SiO]는 디알킬실록시 단위를 나타낸다. 아랫첨자 "a"가 ≥2의 값을 갖는 것으로 명시된 바와 같이, 본 발명의 고리형 실록산 중에는 2개 이상의 디알킬실록시 단위가 존재하고, a는 다르게는 2 내지 8, 다르게는 2 내지 6, 다르게는 2 내지 4, 또는 다르게는 2 내지 3의 범위일 수 있다.
상기 화학식에서, (CR1 2)는 알킬렌 또는 옥시알킬렌 기를 나타낸다. 알킬렌 기는 아랫첨자 b에 의해 명시된 바와 같이, 2개 이상의 탄소 원자를 함유한다. 상기 화학식에서 R1은 수소 원자 또는 메틸 기 일 수 있다. 따라서, (CR1 2)b 부분은 예를 들어, 하기 알킬렌 기로부터 선택될 수 있다: -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH2C(CH3)2-, -C(CH3)2CH2C(CH3)2-, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH(CH3)-, -CH2CH2CH2C(CH3)2-, -CH(CH3)CH2C(CH3)2-, 또는 -C(CH3)2CH2C(CH3)2-. 다르게는, (CR1 2)b 부분은 -CH(CH3)CH2CH2-, 또는 -CH(CH3)CH2C(CH3)2-, -CH2CH2-0-CH2CH2-, -CH2CH2CH2-0-CH2CH2CH2-이다.
한 가지 구체예에서, 고리형 실록산은 하기 화학식을 갖는 2,2,4,4,6,6,8-헵타메틸-l,3,5-트리옥사-2,4-디실라시클로옥탄이다:
한 가지 구체예에서, 고리형 실록산은 하기 화학식을 갖는 2,2,4,4,6,6,8-헵타메틸-1,3,5,7-테트라옥사-2,4,6-트리실라시클로데칸이다:
한 가지 구체예에서, 고리형 실록산은 하기 화학식을 갖는 2,2,4,4,6-펜타메틸-l,3,5-트리옥사-2,4-디실라시클로옥탄이다:
한 가지 구체예에서, 고리형 실록산은 하기 화학식을 갖는 2,2,4,4,6-펜타메틸-l,3,5-트리옥사-2,4-디실라시클로헵탄이다:
본 발명의 고리형 실록산은 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 다르게는, 고리형 실록산은 본원에 기재된 공정에 따라 제조될 수 있다.
본 발명은 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산, 다르게는 폴리디메틸실록산을 2개 이상의 탄소 원자를 함유하는 디올 작용성 화합물과 반응시킴으로써 고리형 실록산을 제조하는 공정을 제공한다.
클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산은 공지되어 있고, 하기 평균 화학식으로 표현될 수 있다:
상기 식에서, n은 전형적으로 1 또는 2이다. 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산은 하기 도시된 바와 같이 제조될 수 있다:
2개 이상의 탄소 원자를 함유하는 디올 작용성 화합물은 2개 이상의 하이드록시 작용성 기를 함유하는 유기 화합물로부터 선택될 수 있다. 전형적으로, 디올 작용성 화합물은 3개 이상의 탄소 원자, 다르게는 4개 이상의 탄소 원자, 다르게는 5개 이상의 탄소 원자, 또는 다르게는 6개 이상의 탄소 원자를 함유하는 디올 작용성 탄화수소이다. 대표적인 예에는 비제한적으로, 하기 화합물들이 포함된다: 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올 l,3-부탄디올, 헥실렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,2-펜탄디올, 1,4-펜탄디올, 1,5-펜탄디올, 2,4-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 1,5-헥산디올, 1,6-헥산디올, 2,5-헥산디올, 1,3-시클로헥산디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2,6-헵탄디올, 1,2-시클로펜탄디올, 2-메틸-2,3-부탄디올, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌 글리콜, 1,2 헥산디올, 3,3-디메틸-1,2-부탄디올, 4-메틸-2,3-펜탄디올, 2,4-디메틸-2,4-펜탄디올, 시클로펜탄-l,3-디일디메탄올, 3-플루오로-l,2-프로판디올.
클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산과 디올 작용성 화합물 사이의 반응은 순수하게 또는 용매 중에 이루어질 수 있다. 전형적으로, 반응은 용매 중에 수행되고, 용매는 비양성자성 극성 유기 용매로부터 선택된다. 예시적인 비양성자성 유기 용매에는 저분자량의 유기 에스테르, 예컨대, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 에틸 프로피오네이트, 이소프로필 아세테이트, 프로필 아세테이트, 에틸 플루오로아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필 프로피오네이트, 에틸 부티레이트, 이소부틸 아세테이트, 에틸 이소부티레이트, 2차-부틸 아세테이트, 및 그 밖의 용매, 예컨대, 테트라하이드로푸란, 아세톤, 메틸이소부틸 케톤, 2-메틸테트라하이드로푸란, 2,5-디메틸테트라하이드로푸란, 2-부톡시에틸 아세테이트가 포함된다.
클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산과 디올 작용성 화합물 사이의 반응은 전형적으로 유기 아민화합물의 첨가에 의해 향상된다. 첨가된 아민은 반응에서 형성된 염화수소 이온과 반응하여 아민 염을 형성시키고, 이러한 아민 염은 여과되거나 고리형 실록산 생성물로부터 용이하게 분리될 수 있다. 예시적인 아민에는 하기 화합물들이 포함된다: 헥실 아민, 피리딘, 디에틸아민, 디에틸메틸아민, 에틸이소프로필아민, 디프로필아민, 에틸부틸아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, N,N-디메틸부틸아민, n-메틸디프로필아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리이소부틸아민, 트리펜틸아민, n,n-디부틸-n-메틸아민, 1-메틸피롤리딘, 1-부틸피롤리딘, 2-메틸피리딘, 3-메틸피리딘, 4-메틸피리딘, 피롤리돈, 2-메틸피롤리딘, 2,5-디메틸피롤리딘.
반응의 첨가 순서는 달라질 수 있지만, 전형적으로 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산 및 디올 작용성 화합물은 반응 용매 매질에 동시에 첨가된다. 전형적으로, 각각의 첨가 속도는 대략 동일하도록 조절되고, 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산 및 디올 작용성 화합물 둘 모두의 첨가는 약 1시간 내에 완료되게 하는 속도로 첨가된다.
반응은 대기 조건에서 0 내지 200℃, 다르게는 30 내지 120℃, 또는 다르게는 50 내지 80℃의 온도에서 수행된다.
반응에 사용되는 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산 및 디올 작용성 화합물의 양은 달라질 수 있지만, 전형적으로 반응은 각 반응물의 대략 1:1 몰비로 수행된다. 다르게는, 반응은 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산이 완전히 소비되도록 약간 과량, 예컨대, 10% 몰 과량의 디올 화합물로 수행된다.
고리형 실록산은 일반적인 증류 기술을 이용하여 분리되거나/되고 정제될 수 있다.
다르게는, 디올 작용성 화합물과 반응하는 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산을 사용하는 것 대신에, 클로로 기는 축합 반응에서 반응하는 다른 기로 치환될 수 있다. 그러한 기에는 아세톡시, 옥심, 실라놀, 및 실라잔 기가 포함된다.
다르게는, 본 발명의 고리형 실록산은 하기 도시된 바와 같은 축합 반응에 의해 제조될 수 있다:
고리형 실록산은 다른 실리콘 조성물과 조합될 수 있다. 예를 들어, 그러한 실리콘에는 하기 물질들이 포함된다: 실리콘 유체, 검, 수지, 엘라스토머, 실리콘 계면활성제 및 에멀젼화제, 예컨대, 실리콘 폴리에테르, 오가노작용성 실리콘, 예컨대, 아미노작용성 실리콘 및 알킬메틸실록산.
알킬메틸실록산은 본 발명의 고리형 실록산과 조합될 수 있다. 알킬메틸실록산 실록산 폴리머는 일반적으로 화학식, Me3SiO[Me2SiO]y[MeRSiO]zSiMe3을 가질 것이고, 여기서 R은 6 내지 30개의 탄소 원자를 함유하는 탄화수소 기이고, Me는 메틸을 나타내고, 중합도(DP), 즉 y와 z의 합은 3 내지 50이다. 휘발성 알킬메틸실록산 및 액상 알킬메틸실록산 둘 모두가 조성물에 사용될 수 있다.
실리콘 검은 본 발명의 고리형 실록산과 조합될 수 있다. 본원에 사용된 실리콘 검은 폴리디오가노실록산 검으로 지칭된다. 실리콘 검은 당해 공지되어 있고, 시중에서 구입가능하다. 실리콘 검은 일반적으로 25℃에서 1,000,000 센티스트로크(mm2/s) 초과, 다르게는 25℃에서 5,000,000 센티스트로크(mm2/s)가 넘는 점도를 갖는 불용성 폴리디오가노실록산으로 구성된다. 이러한 실리콘 검은 전형적으로 이들의 취급이 용이하도록 적합한 용매 중에 미리 분산된 조성물로서 판매된다. 이러한 초고점도의 실리콘은 또한 임의의 성분으로서 포함될 수 있다. 이러한 초고점도의 실리콘은 전형적으로 25℃에서 5,000,000 센티스트로크(mm2/s) 내지 25℃에서 20,000,000 센티스트로크(mm2/s) 초과의 동점도를 지닌다.
실리콘 수지는 본 발명의 고리형 실록산과 조합될 수 있다. 이러한 수지 조성물은 일반적으로 고도로 가교된 고분자성 실록산이다. 가교는 제조 중 사용되는 단작용성 실란 및/또는 이작용성 실란 모노머와 함께 삼작용성 및/또는 사작용성 실란을 도입시킴으로써 얻어진다. 적합한 실리콘 수지를 얻기 위해 필요한 가교도는 실리콘 수지의 제조 중 도입되는 특정 실란 모노머 단위에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 충분한 수준의 삼작용성 및 사작용성 실록산 모노머 단위를 갖고, 이에 따라 강성 또는 경성 필름으로 건조시키기에 충분한 수준의 가교를 지니는 실리콘은 실리콘 수지로서 사용하기에 적합한 것으로 간주될 수 있다. 본원의 용도에 적합한 시중에서 구입가능한 실리콘 수지는 일반적으로 저점도의 휘발성 또는 비휘발성 실리콘 유체 중에 굳어지지 않은 형태로 공급된다. 실리콘 수지는 굳어진 수지성 구조보다는 굳어지지 않은 형태로 본발명의 조성물에 도입되어야 한다.
수용성 또는 수분산성 실리콘 폴리에테르 조성물은 본 발명의 고리형 실록산을 함유하는 조성물 중에 포함될 수 있다. 실리콘 폴리에테르는 또한 폴리알킬렌 옥사이드 실리콘 코폴리머, 실리콘 폴리(옥시알킬렌) 코폴리머, 실리콘 글리콜 코폴리머, 또는 실리콘 계면활성제로서 알려져 있다. 이것들은 선형 레이크(rake) 또는 그라프트(graft)형 재료, 또는 ABA형일 수 있고, ABA형에서 B는 실록산 폴리머 블록이고, A는 폴리(옥시알킬렌) 기이다. 폴리(옥시알킬렌) 기는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 또는 혼합된 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 기로 구성될 수 있다. 다른 산화물, 예컨대, 부틸렌 옥사이드 또는 페닐렌 옥사이드가 또한 가능하다.
본 발명의 고리형 실록산은 o/w, w/o, w/s, 또는 다상 에멀젼에 유기 또는 실리콘 에멀젼화제를 사용하여 도입될 수 있다. 본원에서 사용된 "에멀젼화제"는 에멀젼의 형성을 가능하게 하는 임의의 화합물 또는 물질로 지칭된다. 에멀젼화제는 에멀젼을 안정화시킬 수 있는 어떠한 이온성, 비이온성, 또는 양쪽성 이온성(zwitterionic) 계면활성제로부터 선택될 수 있다. 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 또는 계면활성제들의 혼합물일 수 있다.
대표적인 적합한 음이온성 계면활성제의 예에는 고지방산, 알킬아릴 설포네이트, 예컨대, 소듐 도데실 벤젠 설포네이트, 장쇄 지방 알코올 설페이트, 올레핀 설페이트 및 올레핀 설포네이트, 설페이트된 모노글리세라이드, 설페이트된 에스테르, 설포네이트된 에톡실화된 알코올, 설포석시네이트, 알칸 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 알킬 이세티오네이트, 알킬 타우레이트, 및 알킬 사코시네이트의 알칼리 금속 소프(soap)가 포함된다. 바람직한 음이온성 계면활성제의 한 가지 예에는 명칭 Bio-Soft N-300으로 시중에서 판매되는 계면활성제가 있다. 이것은 Stephan Company(Northfield, Illinois)에서 판매되는 트리에탄올아민 선형 알킬레이트 설포네이트 조성물이다.
적합한 양이온성 계면활성제의 대표적인 예에는 알킬아민 염, 4차 암모늄 염, 설포늄 염, 및 포스포늄 염이 포함된다. 적합한 비이온성 계면활성제의 대표적인 예에는 C12 -16 알코올과 같은 장쇄 지방 알코올 또는 지방산과 에틸렌 옥사이드의 축합물, 아민 또는 아미드와 에틸렌 옥사이드의 축합물, 에틸렌 및 프로필렌 옥사이드의 축합 생성물, 글리세롤의 에스테르, 수크로오스, 소르비톨, 지방산 알킬올 아미드, 수크로오스 에스테르, 플루오르-계면활성제, 및 지방 아민 산화물이 포함된다. 적합한 양쪽성 계면활성제의 대표적인 예에는 이미다졸린 화합물, 알킬아미노산 염, 및 베타인이 포함된다.
적합한 시중에서 구입가능한 비이온성 계면활성제의 대표적인 예에는 Uniqema(Wilmington, Delaware)(ICI Surfactants)에서 상품명 BRIJ 하에 판매되는 폴리옥시에틸렌 지방 알코올이 포함된다. 몇몇 예에는 폴리옥시에틸렌(23) 라우릴 에테르로서 알려진 에톡실화된 알코올인 BRIJ 35 Liquid, 및 폴리옥시에틸렌(4) 라우릴 에테르로서 알려진 또다른 에톡실화된 알코올인 BRIJ 30가 있다. 몇몇 추가의 비이온성 계면활성제에는 The Dow Chemical Company(Midland, Michigan)에서 상표명 TERGITOL? 하에 판매되는 에톡실화된 알코올이 포함된다. 몇몇 예에는 에톡실화된 트리메틸노나놀로서 알려진 에톡실화된 알코올인 TERGITOL? TMN-6; 및 상표명 TERGITOL? 15-S-5, TERGITOL? 15-S-12, TERGITOL? 15-S-15, 및 TERGITOL? 15-S-40으로 판매되는 다양한 에톡실화된 알코올, 즉, C12-C14 2차 알코올 에톡실화가 포함된다. 비이온성 계면활성제를 함유하는 혼합물이 사용될 경우, 두 비이온성 계면활성제의 합친 HLB가 11 내지 15, 다르게는 합친 HLB가 12.5 내지 14.5가 되도록 하나의 비이온성 계면활성제는 낮은 친수-친유 밸런스(hydrophile-lipophile balance; HLB)를 가져야 하고, 다른 비이온성 계면활성제는 높은 HLB를 가져야 한다.
에멀젼화제는 또한 실리콘 폴리에테르 에멀젼화제와 같은, 유중수(water/oil) 또는 실리콘중수(water/silicone) 에멀젼화제로부터 선택될 수 있다. 실리콘 폴리에테르(SPE)는 일반적으로 실리콘 함유 폴리에테르 또는 폴리옥시알킬렌 기로 지칭되고, 이것은 다수의 상이한 구조 형태로 취해질 수 있다. 전형적으로, 그러한 형태는 Pt 촉매의 존재 하에 알릴옥시-작용성 폴리에테르와 SiH 작용성 오가노실록산의 하이드로실릴화(hydrosilylation)로부터 가장 일반적으로 유래된 레이크형 또는 ABA 형 SPE이다.
US 4,122,029호에 기재된 실리콘 폴리에테르는 하나 이상의 폴리디오가노실록산 블록 및 하나 이상의 폴리옥시알킬렌 블록을 함유하는 폴리디오가노실록산폴리옥시알킬렌 블록 코폴리머의 교시를 위해 에멀젼화제로서 선택될 수 있다.
US 4,853,474호에 기재된 실리콘 폴리에테르는 비극성 액형 에멀젼 중에서 극성을 위한 오가노폴리실록산-폴리옥시알킬렌 에멀젼화제의 교시를 위해 에멀젼화제로서 선택될 수 있고, 오가노폴리실록산-폴리옥시알킬렌 폴리머 분자는 비-가수분해가능 결합에 의해 이에 연결(joint)되는 가교제를 통해 내부적으로 가교되고, 내부에 가수분해가능 결합을 함유하지 않는다.
실리콘 폴리에테르 엘라스토머, 예컨대, US 5811487호에 기재된 엘라스토머는 에멀젼화제로서 유용한 엘라스토머성 실리콘 폴리에테르의 교시를 위해 에멀젼화제로서 선택될 수 있다.
에멀젼화제는 또한 상기 기재된 에멀젼화 중 어느 하나와 같은 다양한 에멀젼화제의 조합물 또는 혼합물일 수 있다. 에멀젼화제는 또한 보조 계면활성제의 첨가를 포함할 수 있다. 또한, 에멀젼화제 또는 에멀젼화제들의 혼합물은 순수하게 사용될 수 있거나, 에멀젼화제는 소수성 용매, 예컨대, 본 발명의 고리형 실록산을 포함하는 휘발성 실리콘 중에 용해될 수 있다.
에멀젼화제로서 적합한 예시의 비제한적인 시중의 제품에는 하기 제품들이 포함된다: DC5225C, DC3225C, DC5200, DC9011, DC9040, DC9050 DC8822A, (Dow Corning Corp., Midland, MI 48686).
다른 첨가제, 예컨대, 충전제(filler), 포움 조절제(foam control agent); 동결방지제 및 살생물제(biocide)가 또한 에멀젼에 도입될 수 있다.
한 가지 구체예에서, 에멀젼은 완충제, 예컨대, 시트르산을 함유한다.
고리형 실록산, 또는 상기 언급된 실리콘 조성물과 같은 본 발명의 고리형 실록산을 함유하는 조성물은 다양한 처방전 없이 살 수 있는(over-the-counter; OTC) 퍼스널 케어 제품, 메디컬 케어(medical care), 및 하우스홀드 케어(household care) 제품에 사용될 수 있다. 따라서, 이들은 발한억제제, 데오도란트(deodorant), 스킨 크림, 스킨 케어 로션, 보습제(moisturizer), 페이셜 치료제, 예컨대, 여드름 또는 주름 제거제, 퍼스널 및 페이셜 클렌져, 목욕용 오일(bath oil), 퍼퓸, 콜롱(cologne), 세쉐이(sachet), 썬스크린제(sunscreen), 프리-쉐이브 로션(pre-shave lotion) 및 에프터-쉐이브 로션(after-shave lotion), 액상 소프(liquid soap), 쉐이빙 소프(shaving soap), 쉐이빙 래터(shaving lather), 헤어 샴푸, 헤어 컨디셔너, 헤어 스프레이, 무스, 퍼머넌트(permanent), 제모제(depilatory), 큐티클 코팅제(cuticle coat), 메이크업, 색조 화장품, 파운데이션, 블러쉬, 립스틱, 립밤, 아이라이너, 마스카라, 오일 리무버, 컬러 코스메틱 리무버(color cosmetic remover), 및 파우더에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 고리형 실록산은 다양한 다른 성분과 조합되어 퍼스널 케어 제품으로 제조될 수 있는 것으로 예상된다. 이러한 성분들은 일반적으로 그러한 퍼스널 케어 제품을 포뮬레이팅하는데 사용되는 추가의 계면활성제, 보습제, 안료, 선스크린제, 향료, 진정제를 포함한다. 본 발명의 고리형 실록산 조성물은 또한 스프레이가능한 로션 포뮬레이션 및 다양한 와이프(wipe) 포뮬레이션에 사용될 수 있다.
실시예
본 발명의 대표적인 구체예를 입증하기 위해 하기 실시예가 포함된다. 당업자는 발명자들에 의해 발견된 대표적인 기술을 따르는 실시예에 기재된 기술이 본 발명의 실시에서 잘 기능하고, 따라서 본 발명의 실시를 위한 바람직한 방식이 되는 것으로 여겨질 수 있음을 인식해야 한다. 그러나, 본 발명에 비추어 볼 때, 당업자는 본 발명의 사상 또는 범위에서 벗어남 없이 많은 변형이 기재된 특정 구체예에서 이루어질 수 있고, 이로부터 같은 결과 또는 유사한 결과를 얻을 수 있음을 인식해야 한다. 모든 백분율은 중량%이다. 모든 측정은 달리 지시되지 않는 한, 23℃에서 수행되었다.
실시예 1 - 고리형 실록산인 2,2,4,4,6-펜타메틸-1,3,5-트리옥사-2,4-디실라시클로헵탄의 합성
자석 교반기, 첨가 깔때기, 응축기, 및 질소 유입기가 장착된 250mL의 3구 플라스크에 에틸 아세테이트(56.73g), 1,2-프로판디올(8.39g, 0.110mol), 및 피리딘(20.67g, 0.261mol)을 넣었다. 첨가 깔때기에 디클로로테트라메틸디실록산(21.18g, 0.104mol) 및 에틸 아세테이트(39.44g)를 넣었다. N2 퍼지 하에 55℃에서 교반하면서 첨가 깔때기 내의 혼합물을 반응 플라스크에 첨가하였다. 약 40분 내에 첨가를 완료하였다. 반응 혼합물을 추가 1시간 15분 동안 이 온도에서 유지시켰다. 형성된 혼합물을 가압 여과시키고, 진공 스트리핑(stripping)시켜 휘발성 물질 및 염을 제거하고, 이후 진공 분획을 증류하여 투명한 저점도 유체를 수득하였다(6.20g, 0.0301mol).
실시예 2 - 고리형 실록산인 2,2,4,4,6,6,8-헵타메틸-1,3,5-트리옥사-2,4-디실라시클로옥탄의 합성
자석 교반기, 2개의 첨가 깔때기, 응축기, 및 질소 유입기가 장착된 1L의 3구 플라스크에 에틸 아세테이트(108.56g), n-헥실아민(20.02g)을 넣었다. 첨가 깔때기 A에 헥실렌 글리콜(47.28g, 0.400mol) 및 피리딘(75.33g, 0.952mol), 및 에틸 아세테이트(57.03g)를 넣었다. 첨가 깔때기 B에 디클로로테트라메틸디실록산(77.61g, 0.382mol) 및 에틸 아세테이트(53.42g)를 넣었다. N2 퍼지 하에 70℃에서 교반하면서 깔때기 A 및 B 중의 혼합물을 반응 플라스크에 동시에 첨가하였다. 대략 1시간 후에 글리콜 및 클로로실록산이 동시에 완전히 없어지도록 반응 속도를 조정하였다. 반응 혼합물을 추가 1시간 15분 동안 이 온도에서 유지시켰다. 형성된 혼합물을 가압 여과시키고, 진공 스트리핑시켜 휘발성 물질 및 염을 제거하고, 이후 진공 분획을 증류하여 투명한 저점도 유체를 수득하였다(36.02g, 0.145mol).
실시예 3 - 고리형 실록산인 2,2,4,4,6,6,8-헵타메틸-1,3,5,7-테트라옥사-2,4,6-트리실라시클로데칸의 합성
자석 교반기, 응축기, 및 질소 유입기, KOH 버블러(bubbler), 및 2개의 첨가 깔때기가 장착된 250mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 에틸 아세테이트(50.30g)를 넣었다. 첨가 깔때기 A에 1,3-부탄디올(9.32g, 0.103mol) 및 피리딘(23.37g, 0.295mol)을 넣었다. 첨가 깔때기 B에 디클로로헥사메틸트리실록산(27.31g, 0.098mol) 및 에틸 아세테이트(13.9g)를 넣었다. N2 퍼지 하에 70℃에서 교반하면서 깔때기 A 및 B 중의 혼합물을 반응 플라스크에 동시에 첨가하였다. 대략 1시간 후에 디올 및 클로로실록산이 동시에 완전히 없어지도록 반응 속도를 조정하였다. 반응물을 추가 2시간 30분 동안 70℃에서 교반하였다. 형성된 혼합물을 가압 여과시키고, 진공 스트리핑시켜 휘발성 물질 및 염을 제거하고, 이후 진공 분획을 증류하여 투명한 저점도 유체를 수득하였다(10.57g, 0.0359mol).
실시예 4 - 고리형 실록산인 2,2,4,4,6-펜타메틸-1,3,5-트리옥사-2,4-디실라시클로옥탄의 합성
자석 교반기, 첨가 깔때기, 응축기, 및 질소 유입기가 장착된 500mL의 3구 플라스크에 에틸 아세테이트(104.31g), 1,3-부탄디올(19.10g, 0.212mol), 및 피리딘(41.63g, 0.526mol)을 넣었다. 첨가 깔때기에 디클로로테트라메틸디실록산(40.93g, 0.201mol) 및 에틸 아세테이트(60.92g)를 넣었다. N2 퍼지 하에 55℃에서 교반하면서 첨가 깔때기 중의 혼합물을 반응 플라스크에 첨가하였다. 약 1시간 내에 첨가를 완료하였다. 반응 혼합물을 추가 1시간 45분 동안 이 온도에서 유지시켰다. 형성된 혼합물을 가압 여과시키고, 진공 스트리핑시켜 휘발성 물질 및 염을 제거하고, 이후 진공 분획을 증류하여 투명한 저점도 유체를 수득하였다(15.57g, 0.0707mol).
표 I은 제조된 고리형 실록산을 요약한 것이다.
표 I: 제조된 고리형 실록산의 구조
물리적 특성
세타플래쉬 밀폐식 컵 방법(Setaflash closed cup method)을 이용하여 실시예 2 및 실시예 3 고리형 실록산에 대한 인화점을 분석하였다. Bausch & Lomb 굴절계를 이용하여 굴절률을 측정하였다. 샘플의 밀도를 측정하기 위해 Anton Paar DMA 48 밀도계를 사용하였다. 크기 #75 Cannon-Manning 세미-마이크로 점도계를 사용하여 점도를 측정하였다. 미가공 비점 방법(crude boiling point method)을 이용하여 739mmHg에서 대기 중의 비점을 측정하였고, 이 방법에서 비점은 소형 Pyrex 테스트 튜브 중에서 1ml의 샘플을 가열시킴으로써 육안으로 관찰되었다. D5, 이소헥사데칸, 이소도데칸, 및 이소데실 네오펜타노에이트의 물리적 특성을 문헌에 있는 값으로부터 취했다. 냄새 없음, 매우 약간 있음, 약간 있음, 강함 네 부류 중 하나로 평가하도록 요청받은 패널에 의해 각 샘플의 악취를 측정하였다. D5 및 몇몇 유기 용매와 함께 실시예 2 및 실시예 3의 물리적 특성은 표 II 및 III에 기재되어 있다.
표 II: 휘발성 고리형 실록산의 비점, 인화점, 및 표면 장력
표 III: 휘발성 고리형 실록산의 굴절률, 점도, 악취, 및 밀도
휘발성
온도 및 습도가 조절된 클라이매틱 룸(climatic room) 내에서 알루미늄 컵에 0.1g의 샘플을 넣어 휘발성을 실험하였다(20℃±1로 온도를 설정하고, 50%±5로 습도를 설정). 휘발성을 6시간 동안 소정의 시간 간격으로 중량 손실 측정을 수행함으로써 휘발성을 평가하였다.
표 IV: 22℃에서의 휘발성 결과
표 V: 37℃에서의 휘발성 결과
양립성
실시예 2 및 실시예 3의 고리형 실록산은 다양한 생명 과학(life science) 용도에서 일반적으로 사용되는 다수의 용매와 양립성으로 확인되었다. 각각의 용매를 10%, 50% 및 90%의 3개의 상이한 농도에서 시험하였다. 투명한 샘플(C)은 모든 3개의 용매 중에 넣었을 때 재료가 용매 중에 가용성임을 나타냈다. 불용성 샘플(I)은 재료가 넣어진 3개의 용매 중에 불용성임을 나타냈다. 실시예 3은 피마자유(castor oil) 중에서 단지 일부만 가용성이였다.
표 VI: 생명 과학에서 일반적으로 사용되는 용매와의 양립성
표 VII: 생명 과학에서 더욱 일반적으로 사용되는 용매와의 양립성
에멀젼의
제조
덴탈 믹서 컵(dental mixer cup)에 실시예 2 또는 실시예 3의 고리형 실록산(29.82g) 및 8.946g의 Dow Corning?5329 성능 개질제(실리콘 폴리에테르 작용성 에멀젼화제)를 첨가하였다. 컨테이너의 함유물을 1분 동안 SpeedMixer DAC 150 FVZ를 통해 블렌딩하였다. Hostapur SAS-30 - 2차 알칸 설포네이트 - (0.497g)을 생성된 혼합물에 첨가하고, 추가 1분 동안 Speed Mixer상에서 회전시켰다. DI H20(60.137g)를 NaHC03(0.200g)과 미리 혼합시키고, 희석수 전부가 첨가될 때까지 5g의 증가분으로 첨가한 후 1분의 혼합으로 오일/계면활성제 혼합물에 첨가하여 굵은 에멀젼을 수득하였다. 이후, 이 에멀젼 입자를 0.1 내지 0.2μm의 입도를 얻기 유리한 조건 하에 마이크로플루이다이저(microfluidizer)에 통과시켰다. 40℃에서 4주 동안 에멀젼화된 실시예 2를 열 숙성시키자, 에멀젼은 균질하게 유지되었다. 40℃에서 6주 동안 에멀젼화된 실시예 3을 열 숙성시키자, 에멀젼은 균질하게 유지되었다.
에멀젼
안정성
하기 성분으로 에멀젼에 실시예 2 및 D5 둘 모두를 포뮬레이팅시켰다: Dow Corning? 5200 포뮬레이션 보조제, 시트르산 완충 용액, NaCl, 및 글리세롤. 에멀젼을 한달 동안 45℃ 오븐에서 열 숙성시키거나, 동결/해동 공정을 5회 수행하였다(각 사이클은 -15℃에서 18시간 동안, 이어서 25℃에서 6시간 동안 유지시키는 것으로 구성됨).
표 VIII: 에멀젼 포뮬레이션
실시예 2 및 D5 둘 모두를 열 숙성 또는 동결/해동 처리된 에멀젼으로부터 추출 후 손상되지 않아 표준 생명 과학 포뮬레이션에서 안정성에 대하여, 실시예 2의 D5와의 유사성을 입증하였다.
표 IX: 에멀젼 열 숙성 및 동결/해동 안정성
실시콘
검
블렌드
폴리디메틸실록산 검(Dow Corning SGM-36)과 블렌딩될 경우, 실시예 2 및 실시예 3 고리형 실록산은 3 cSt DC 200 fluid와 같은 용매 및 IHD와 같은 유기 용매에 비해 점도의 변화가 더 적은 것으로 입증되었다. 2.01g의, 고분자량 폴리디메틸실록산(Dow Corning SGM-36)을 8.01g의, 실시예 2 또는 실시예 3과 잘 섞어질 때까지 덴탈 믹서에서 블렌딩시킴으로써 전형적인 검 블렌드를 제조하였다. 25℃에서 Brookfield 콘-플레이트 레오미터(Brookfield cone-plate rheometer)(Model DV-III)를 사용하여 점도를 측정하였다.
표 X: 휘발성 고리형 실록산과 블렌딩된 SGM-36의 점도
* 0.5g의 샘플을 사용하여 25℃에서 점도를 측정하였다. 콘-플레이트 레오미터는 직경이 25mm인 콘-플레이트(CP-52)를 구비하였고, 전형적으로 10 내지 90%를 판독하는 토크(torque)를 얻기 위해 10 내지 50 RPM에서 작동시켰다.
관능 검사 결과
숙련된 관능 패널에 의해 관능 특성에 대하여 여러 대표적인 고리형 실록산을 평가하였다. 도 1 및 도 2는 분석된 관능 특성에 있어서 실시예 2 및 실시예 3이 D5와 매우 유사하다는 것을 나타낸다.
Claims (15)
- 하기 구조식을 포함하는 고리형 실록산 화합물:
상기 식에서, a≥2이고, b≥2이고,
R은 1 내지 4개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기이고,
R1은 독립적으로 수소 또는 메틸이다. - 제 1항에 있어서, a=2 또는 3이고, R이 메틸인, 고리형 실록산 화합물.
- 제 1항에 있어서, b=3인, 고리형 실록산 화합물.
- 제 1항에 있어서, (CR1 2)b 부분이 -CH(CH3)CH2CH2- 또는 -CH(CH3)CH2C(CH3)2-인, 고리형 실록산 화합물.
- 제 1항 내지 제 8항에 따른 고리형 실록산 중 어느 하나의 고리형 실록산 및 추가 실리콘을 포함하는 조성물.
- 제 9항에 있어서, 추가 실리콘이 실리콘 검인 조성물.
- 제 1항 내지 제 8항에 따른 고리형 실록산 중 어느 하나의 고리형 실록산을 포함하는, 에멀젼 조성물.
- 제 9항 또는 제 10항에 따른 조성물을 포함하는, 에멀젼 조성물.
- 제 1항의 고리형 실록산 화합물을 제조하는 방법으로서, 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산을 3개 이상의 탄소 원자를 함유하는 디올 작용성 화합물과 반응시킴을 포함하는 방법.
- 제 13항에 있어서, 클로로 말단블록된 폴리디메틸실록산이 디클로로테트라메틸디실록산 또는 디클로로헥사메틸트리실록산인 방법.
- 제 13항에 있어서, 디올 작용성 화합물이 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 또는 헥실렌 글리콜인 방법.
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