JPH08208988A - ポリマーエマルション - Google Patents

ポリマーエマルション

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JPH08208988A
JPH08208988A JP7280951A JP28095195A JPH08208988A JP H08208988 A JPH08208988 A JP H08208988A JP 7280951 A JP7280951 A JP 7280951A JP 28095195 A JP28095195 A JP 28095195A JP H08208988 A JPH08208988 A JP H08208988A
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polymer emulsion
water
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JP7280951A
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Donald T Liles
テイラー リルス ドナルド
David Logan Murray
ローガン マーレイ デビッド
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    • C08J3/02Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水を除去することによりガム又は流体の物理
的特性を示す、末端ブロックされた非架橋ポリジオルガ
ノシロキサンエマルションを提供する。 【解決手段】 このポリジオルガノシロキサンエマルシ
ョンは、(A)水、界面活性剤及びシラノール基を末端
に持つ複数のポリジオルガノシロキサン分子を含む、前
もって形成された水性ポリジオルガノシロキサンエマル
ションと、(B)式R3 SiXを有する末端ブロック用
シラン(式中のXは加水分解可能な基、Rは炭素原子数
1〜7の同一の又は異なるアルキル基である)と、
(C)有機すず触媒とを含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エマルション中の
ポリジオルガノシロキサン分子をトリアルキル官能性シ
ランを用いて末端キャップする方法と、その結果得られ
た組成物とに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】米国特
許第2755194号明細書には、ポリエチレングリコ
ールトリメチルモノエーテルとアルキルアリールポリエ
ーテルスルフェートナトリウム塩、水及びシロキサンポ
リマーを一緒に混練して、種々の官能性を持つポリジオ
ルガノシロキサンエマルションを調製することが教示さ
れている。この米国特許明細書は、乳化方法を教示して
いず、エマルション組成物の官能性を制御する方法を教
示しようというものである。
【0003】米国特許第3294725号明細書には、
水性媒体中においてRn SiO(4-2 )/2 又はHOR2
iQSiR2 OH(これらの式のRは水素原子、炭化水
素基又はハロ炭化水素基であり、nは好ましくは2であ
り、Qは二価の炭化水素基又はエーテル基含有炭化水素
基である)を、C12256 4 SO3 Hといったよう
な界面活性スルホン酸触媒を使って重合させることによ
り調製される安定なポリジオルガノシロキサンエマルシ
ョンが開示されている。この特許明細書の例3では、ヘ
キサメチルジシロキサンを使用してトリメチル基で末端
キャップしたポリマーが製造されている。しかし、それ
は重合中に鎖の末端を変性することのみを教示している
のに対し、本発明の方法はポリジオルガノシロキサンエ
マルションの後での変性を要求している。
【0004】米国特許第4618642号明細書には、
末端をヒドロキシル基でブロックされたポリジオルガノ
シロキサンの分散粒子を含有しているアニオンエマルシ
ョン、ジアルキルすずジカルボキシレート、式RSi
(OR’)3 のシラン(この式中のRは炭素原子数1〜
4の一価の炭化水素基であり、R’は炭素原子数1〜4
の低級アルキル基又は式−N=CR2 の基である)、及
び不活性の非ケイ素質充填剤を混合して得られる、水性
のシリコーンエラストマーエマルションが記載されてい
る。この特許明細書のものと違って、本発明の組成物で
はRSi(OR’)3 を使用しない。
【0005】米国特許第4782112号明細書には、
(A)水、乳化剤、及び各分子中にケイ素に結合したヒ
ドロキシル基を少なくとも2個有するジオルガノポリシ
ロキサンから構成された、シリコーン水性エマルション
と、(B)水、乳化剤、及び各分子中にケイ素に結合し
た水素原子を少なくとも2個有するオルガノ水素ポリシ
ロキサンから構成された、シリコーン水性エマルション
と、(C)硬化触媒との混合物が提示されている。それ
は、優れた貯蔵安定性と、硬化によって、優れた耐アル
カリ性、撥水性、撥水剤シール適性及び接着の耐久性を
有するゴム状エラストマーフィルムを形成することとを
特徴としている。とは言え、この特許明細書は、本発明
が行うようなポリシロキサンへの官能性付与(func
tionalizing)シランの添加を教示していな
い。
【0006】米国特許第4954565号明細書には、
水の除去によりエラストマーを生じる、貯蔵安定性のあ
る水性シリコーンエマルションが記載されている。これ
は、水中に分散した粒子のエマルションとして存在する
末端をヒドロキシ基でブロックされたポリジオルガノシ
ロキサンと、架橋剤と、すず触媒とを組み合わせて製造
される。このすず触媒は、有機基と組み合わされた二価
のすず原子の形態をしている。上記のエマルションは、
ポリジオルガノシロキサンの架橋後に、コロイダルシリ
カで補強され、この補強は補強したエマルションの貯蔵
寿命に影響を及ばさない。しかし、この特許明細書は、
モノアルコキシ官能性付与シランを含まないので本発明
と異なる。更に、この米国特許明細書は、シラノール官
能性ポリマーにモノ加水分解性シランを加えて非架橋ポ
リマーを生成することを教示していない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)水、界
面活性剤、及びシラノール基を末端に持つ複数のポリジ
オルガノシロキサン分子を含む、前もって形成された水
性ポリジオルガノシロキサンエマルションと、(B)式
3 SiXを有する末端ブロック用シラン(式中のXは
加水分解可能な基であり、Rは炭素原子数が1〜7の同
一の又は異なるアルキル基である)と、そして(C)有
機すず触媒とを含む、トリアルキルシロキシ末端基を有
する非架橋エマルションポリマーを提供する。
【0008】上記の(A)の反応物は、従来技術の文献
に記載されたエマルションポリマーとは違う末端をブロ
ックされたポリマーエマルションを前もって形成するの
に十分な時間反応させられる。
【0009】本発明者らの末端ブロック用シランを、有
機すず触媒の存在下で上記のポリジオルガノシロキサン
エマルションに加えると、各鎖の末端にトリアルキルシ
ロキシ末端ブロック基を持つポリジオルガノシロキサン
からなる末端をキャップされたポリマーが生じる。「末
端ブロック基」とは、それ以上通常の化学反応を受けな
い不反応性基を意味する。
【0010】本発明の方法は、鎖の末端での末端ブロッ
ク用シランの特別な置換を可能にする。この結果は、思
いも寄らぬことには、一つの加水分解性基を有するある
一定の末端ブロック用シランを選び、そして次にこのシ
ランをすず触媒の存在下において、上記の前もって形成
したエマルションに加えることで達成される。本発明の
末端をブロックされたポリオルガノシロキサンエマルシ
ョンは、ひとたび水を取り除かれると、ガム又は流体の
物理的特性を示す。
【0011】結果として得られた本発明の末端ブロック
されたポリジオルガノシロキサンエマルションは、スリ
ップ剤、潤滑剤、消泡剤、剥離剤及び布帛疏水化処理剤
として使用される。
【0012】本発明のポリジオルガノシロキサンエマル
ションは、重合中に鎖の末端にトリアルキル官能基が結
合させられる従来技術において知られている系と対照的
である。そのような系は、高分子量のポリマーを容易に
製造しない。本発明の方法はまた、架橋用のトリアルコ
キシシランよりもむしろ単一の加水分解性基を有するト
リアルキルシランを使用するという点で、すず触媒を使
用する従来技術の方法とも異なる。トリアルコキシシラ
ンを使用すると、結果として得られるた生成物はエラス
トマーのポリジオルガノシロキサンからなり、そしてそ
れは水の除去により、溶剤に不溶性のエラストマーフィ
ルムを生じるのに対して、本発明の方は対照的に非架橋
のポリジオルガノシロキサンエマルションからなり、こ
れは水を除去されると溶剤に可溶性である粘着性の、ガ
ム様又は流体様フィルムを形成する。
【0013】本発明は、(A)水、界面活性剤、及びシ
ラノール基を末端に持つ複数のポリジオルガノシロキサ
ン分子を含む、前もって形成された水性ポリジオルガノ
シロキサンエマルションと、(B)式R3 SiXを有す
る末端ブロック用シラン(この式中のXは加水分解性の
基であり、Rは炭素原子数が1〜7の同一の又は異なる
アルキル基である)と、そして(C)有機すず触媒とを
含む、末端をブロックされた非架橋エマルションポリマ
ーを提供する。
【0014】シラノール基を末端に有するポリジオルガ
ノシロキサンの複数の粒子を有する水性エマルション
は、当該技術分野で知られている通常の方法により調製
される。この構成成分は、ポリジオルガノシロキサン及
び水のほかに、エマルション中の分散されたポリジオル
ガノシロキサン粒子を安定化させる少なくとも1種の界
面活性剤も含有する。このエマルションのポリジオルガ
ノシロキサン粒子は、平均の大きさが0.1〜10μ
m、好ましくは0.5〜1μmであるべきである。上記
のエマルションは20〜70重量%の範囲の固形分含有
量であるのが好ましく、固形分含有量は最も好ましくは
約65重量%である。
【0015】これらのエマルションは当該技術分野にお
いてよく知られており、そして、環式又は線状のオリゴ
マーのジオルガノシロキサンを上記の界面活性剤の助け
を借りて水性連続相に分散させ、その後酸又は塩基触媒
を投入して乳化重合させる方法により調製することがで
きる。これらの方法は、米国特許第3294725号及
び同第2891920号各明細書の開示により例示され
る。好ましい態様においては、用いられる界面活性剤は
アニオンタイプのもの、例えばラウリル硫酸ナトリウム
あるいはラウリル硫酸アンモニウムの如きものであり、
そして触媒はドデシルベンゼンスルホン酸であって、後
者は当該系において界面活性剤としても作用する。米国
特許第4618642号及び同第4954565号各明
細書に教示されているエマルションも、本発明で利用す
ることができる。ポリジオルガノシロキサンエマルショ
ンは直接の乳化により調製することもできる。この方法
では、水、ポリジオルガノシロキサン及び1又は2種以
上の界面活性剤の混合物を高剪断条件下で、通常の混合
装置かあるいは高剪断力装置、例えばホモジナイザーの
ようなもの、のいずれかを用いて処理する。これらのエ
マルションを調製するための方法は米国特許第4177
177号明細書に説明されている。
【0016】ポリジオルガノシロキサン分子の主鎖から
枝分かれする有機基は、炭化水素基又はハロゲン化炭化
水素基、例えば炭素原子数1〜20のアルキル基及び置
換アルキル基のようなものや、シクロアルキル基、例え
ばシクロヘキシル基のようなものや、芳香族炭化水素
基、例えばフェニル基、ベンジル基及びトリル基の如き
ものから、独立に選ばれる。好ましい有機基は、炭素原
子数が1〜4の低級アルキル基、フェニル基、そして例
えば3,3,3−トリフルオロプロピル基の如きハロゲ
ン置換されたアルキル基である。ポリジオルガノシロキ
サンは、そのような有機基を含有しているホモポリマー
でも、コポリマーでも、あるいはターポリマーでもよ
い。実例には、数ある中で、ジメチルシロキシ単位とフ
ェニルメチルシロキシ単位を含む系、ジメチルシロキシ
単位とジフェニルシロキシ単位を含む系、及びジメチル
シロキシ単位とジフェニルシロキシ単位とフェニルメチ
ルシロキシ単位とを含む系が含められる。最も好ましく
は、ポリジオルガノシロキサンは、分子の各末端をシラ
ノール基で停止されたポリジメチルシロキサンである。
【0017】構成成分(B)、すなわち末端ブロック用
シランは、式R3 SiXを持つシランであって、この式
のRは炭素原子数1〜7の同じ又は異なるアルキル基で
ある。これらの基の例を挙げると、メチル基、エチル
基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t−ブチ
ル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ヘキシル基、あ
るいはそれらの組み合わせである。最も好ましいR基は
メチル基である。
【0018】Xは任意の加水分解可能基である。「加水
分解可能基」(あるいは「加水分解性基」)という用語
は、ケイ素に結合した、室温で水により加水分解される
任意の基を意味する。加水分解可能基Xには、水素原
子、ハロゲン原子、例えばF、Cl、Br又はIのよう
なもの、式−OYの基(この式のYは任意の炭化水素基
又はハロゲン化した炭化水素基、例としてメチル基、エ
チル基、イソプロピル基、オクタデシル基、アリル基、
ヘキセニル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジ
ル基、β−フェニルエチル基のようなもの、あるいは任
意の炭化水素エーテル基、例として2−メトキシエチル
基、2−エトキシイソプロピル基、2−ブトキシイソブ
チル基、p−メトキシフェニル基又は−(CH2 CH2
O)2 CH 3 といったようなもの、あるいは任意のN,
N−アミノ基、例えばジメチルアミノ基、ジエチルアミ
ノ基、エチルメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基又は
ジシクロヘキシルアミノ基の如きものが含まれる。Xは
また、任意のアミノ基、例えばNH2 、ジメチルアミノ
基、ジエチルアミノ基、メチルフェニルアミノ基又はジ
シクロヘキシルアミノ基のようなものや、あるいは式−
ON=CM2 又は−ON=CM’の任意のケトキシム基
でもある。Mは、任意の一価の炭化水素又はハロゲン化
炭化水素基、例としては上記のYについて示したような
ものであり、そしてM’は任意の二価の炭化水素基であ
って、その両方の価標が炭素に結合するもの、例えばヘ
キシレン基、ペンチレン基又はオクチレン基のようなも
のである。
【0019】Xは、式−N(M)CONM”2 のウレイ
ド基でもよく、この式のMは先に定義されたとおりであ
り、上記のYについて示したような炭化水素基であり、
そしてM”は水素原子、あるいはM基のうちのいずれか
のものである。Xは更に、式−OOCMM”のカルボキ
シル基であり、この式のMとM”は先に定義したとおり
であり、あるいは上記のYについて例示したようなハロ
ゲン化炭化水素基であり、又は式−NMC=O(M”)
のカルボキシルアミド基であって、この式のMとM”は
先に定義したとおりである。Xはまた、式−OSO
2 (OM)のスルフェート基又はスルフェートエステル
基(この式のMは先に定義したとおりであり、Yについ
て例示した炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基であ
る)、シアノ基、イソシアネート基、及び式−OPO
(OM)2 のホスフェート基又はホスフェートエステル
基(この式のMは先に定義されたとおりである)でもよ
い。
【0020】本発明の最も好ましい加水分解可能基はア
ルコキシ基である。実例は、メトキシ基、エトキシ基、
プロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、ペントキ
シ基、ヘキソキシ基及び2−エチルヘキソキシ基であ
り、例えばメトキシメトキシ基又はエトキシメトキシ基
といったようなアルコキシ基であり、そして例えばエト
キシフェノキシ基のようなアルコキシアリールオキシ基
である。最も好ましいアルコキシ基はメトキシ基又はエ
トキシ基である。
【0021】有機すず触媒の構成成分(C)は、すずの
有機塩であって、例としては、すず(II)カルボキシ
レート、例えばオレイン酸第一すず及び第一すずナフタ
ネート(stannous naphthanate)
のようなものや、ジアルキルすず(IV)カルボキシレ
ート、例えばジブチルすずジアセテート及びジブチルす
ずジラウレートといったもの、そして米国特許第503
4455号明細書に教示された、構造式(Bu)2 Sn
Cl−O−(Bu)2 OH(この式のBuはブチル基を
表す)により例示されるような、すず(IV)スタノキ
サン、を挙げることができる。好ましい態様において
は、触媒はオクタン酸第一すずである。
【0022】本発明の組成物を調製するためには、第一
の工程において、前もって形成した水性ポリジオルガノ
シロキサンエマルションに有機すず硬化触媒と末端ブロ
ック用シランを加える。末端ブロック用シランは、ポリ
オルガノシロキサンの粒子中へ移動し、そこで、有機す
ず触媒の存在下でポリジメチルシロキサン分子末端のシ
ラノール基と縮合する。従来技術と異なり、本発明のポ
リオルガノシロキサン分子間では架橋は起こらない。と
言うのは、末端ブロック用シランはただ一つの加水分解
可能基を持ち、従って架橋することができないからであ
る。これは、シランのケイ素原子に3個またはこれより
多くの加水分解可能基があることから、水を取り除くと
エラストマーの物理的特性を示す架橋したポリオルガノ
シロキサンエマルションが生じることになる、従来技術
で教示されたシランと対照して驚くほど際立っている。
従って、本発明の架橋していないポリオルガノシロキサ
ンエマルションは、水を除去するとガム又は流体の物理
的特性を示す。
【0023】加える順番は重要とは思えないとは言うも
のの、最初に、エマルション中のシラノール基を末端に
持つポリジオルガノシロキサン100重量部に0.05
〜2重量部の、好ましくは0.3〜0.6部の触媒を加
えるのが好ましい。次に、この混合物に、ポリジオルガ
ノシロキサン100重量部ごとに0.1〜10重量部
の、好ましくは約1部の末端ブロック用シランを加え、
そして得られたエマルションを第二の工程で熟成させ
る。通常、この熟成処理工程には室温で1時間半から4
時間を要する。末端ブロック用シランの含有量が0.1
部未満である場合には、不完全な末端キャッピングが認
められ、またこの成分が10部を超えると、加水分解性
基Xが反応すると生成される副生物がエマルションを不
安定にしかねない。室温でも高温でも行うことができ
る、熟成処理工程の間は、エマルションのpHを4〜1
0.5に維持すべきである。本発明の組成物は充填剤を
含有することもできる。
【0024】
【実施例】本発明の組成物を更に説明するために以下に
掲げる例を提供するが、これらの例は本発明を限定する
ものと解すべきではない。相反する指示がない限り、例
中の全ての部数及び百分率は重量を基準としており、そ
して全ての測定値は25℃で得られたものである。
【0025】〔例1〕次にようにして、シラノール官能
性ポリジメチルシロキサンエマルションを調製した。す
なわち、200gの水に4.0gのラウリル硫酸ナトリ
ウムを加え、続いて平均の重合度がおよそ50の末端を
シラノール基でブロックされたポリジメチルシロキサン
を200g加えた。この混合物を15分間攪拌し、そし
て得られた分散液を、55.2MPa(8000ps
i)でMicrofluidics(商標)Micro
fluicizerを2回通過させて均質化した。この
結果得られたエマルションは、平均粒子寸法310nm
のポリジメチルシロキサンを50重量%含有していた。
【0026】このポリジメチルシロキサンエマルション
の50gへ、0.17gのオクタン酸第一すずを加え
た。このラテックスをかき混ぜ、そして1.50gのト
リメチルメトキシシランを一滴ずつ加えた。1.5gの
エマルションを、テトラクロロエチレン中の無水硫酸ア
ンモニウムスラリーに加えて、テトラクロロエチレンへ
転相(invert)した。ポリジメチルシロキサンの
シラノール含有量を、Perkin Elmer(商
標)モデル1640 FTIRを使って3693cm-1
の赤外光の吸収を測定して求めた。エマルションの別の
分をトルエンへ転相し、そしてゲル浸透クロマトグラフ
ィー(GPC)により分子量を測定した。末端キャッピ
ング効率、あるいはトリメチルメトキシシランでキャッ
プされた鎖末端の率を、FTIRで測定されたシラノー
ルの鎖末端の数をGPC分子量について計算された全鎖
末端の数で割って、次にこの数字を1から差し引いて求
めた。
【0027】16時間後に、鎖末端のうちの85%がト
リメチル基でキャップされ、そして4日後には、鎖末端
のうちの93%がトリメチル基でキャップされた。
【0028】〔例2〕オクタン酸第一すずの代わりに
0.15gのジブチルすずジアセテート(DBTDA)
を使用したことを除いて、例1と同様に末端キャッピン
グ反応を実施した。
【0029】次いで、例1のFTIR手法を使って末端
キャッピング効率を求めた。16時間後には、ポリマー
の鎖末端のうちの72%がトリメチル基でキャップさ
れ、4日後には、末端基のうちの93%がトリメチル基
でキャップされた。
【0030】〔例3〕固形分含有量がおよそ62重量%
であり、平均粒子寸法がおよそ420nmであって、ポ
リマーの重量平均分子量がおよそ300,000であ
る、シラノール基を末端に持つPDMSのアニオン安定
化した水性エマルションを、米国特許第4618642
号明細書に記載された方法に従って調製した。次に、こ
のエマルションに0.6gのオクタン酸第一すずを加え
て、3時間かき混ぜた。続いて、攪拌を続けながらエマ
ルションに1.0gのトリメチルメトキシシランを一滴
ずつ加えた。10分後、攪拌を停止し、そしてエマルシ
ョンを更に1時間静置した。
【0031】次いで、例1で説明したのと同じFTIR
手法を使って末端キャッピング効率を求めた。48時間
後に、末端基のうちの93%がトリメチル基でキャップ
された。
【0032】〔例4〕オクタン酸第一すずの代わりに
0.6gのジブチルすずジアセテート(DBTDA)を
使用したことを除き、例1のとおりに末端キャッピング
反応を実施した。
【0033】次いで、例1で説明したのと同じFTIR
手法を使って末端キャッピング効率を求めた。4日後
に、末端基の100%がトリメチル基でキャップされ
た。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08K 5/54

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)水、界面活性剤、及びシラノール
    基を末端に持つ複数のポリジオルガノシロキサン分子を
    含む、前もって形成された水性ポリジオルガノシロキサ
    ンエマルションと、(B)式R3 SiXを有する末端ブ
    ロック用シラン(式中のXは加水分解可能な基であり、
    Rは炭素原子数が1〜7の同一の又は異なるアルキル基
    である)と、そして(C)有機すず触媒とを含むポリマ
    ーエマルション。
  2. 【請求項2】 前記ポリジオルガノシロキサンがシラノ
    ール基を末端に有するポリジメチルシロキサンである、
    請求項1記載のポリマーエマルション。
  3. 【請求項3】 前記有機すず触媒がすず(II)カルボ
    キシレート及びジアルキルすず(IV)カルボキシレー
    トからなる群より選ばれる、請求項1記載のポリマーエ
    マルション。
  4. 【請求項4】 前記末端ブロック用シランがトリメチル
    メトキシシランである、請求項1記載のポリマーエマル
    ション。
  5. 【請求項5】 充填剤を含有している、請求項1記載の
    ポリマーエマルション。
  6. 【請求項6】 前記水を除去されている、請求項1記載
    のポリマーエマルション。
  7. 【請求項7】 下記の工程(I)と(II)を含む、末
    端をブロックされたポリマーエマルションの調製方法。 (I)水、界面活性剤、及びシラノール基を末端に持つ
    複数のポリジオルガノシロキサン分子を含む、前もって
    形成された水性ポリジオルガノシロキサンエマルション
    に、式R3 SiXを有する末端ブロック用シラン(式中
    のXは加水分解可能な基であり、Rは炭素原子数が1〜
    7の同一の又は異なるアルキル基である)と有機すず触
    媒とを加える工程 (II)工程(I)の反応物を末端をブロックされたポ
    リマーエマルションを生じるのに十分な時間反応させる
    工程
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