タイトル: | 特許公報(B2)_高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体 |
出願番号: | 1998538932 |
年次: | 2008 |
IPC分類: | C07F 7/18,A61K 8/58 |
レグロウ、ゲーリー イー ラサム サード、ウィリアム アイ JP 4076236 特許公報(B2) 20080208 1998538932 19980701 高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体 クラリアント・ライフ・サイエンス・モルキユールズ(フロリダ) インコーポレイテツド 川口 義雄 伏見 直哉 小野 誠 レグロウ、ゲーリー イー ラサム サード、ウィリアム アイ US 08/893,439 19970711 20080416 C07F 7/18 20060101AFI20080327BHJP A61K 8/58 20060101ALI20080327BHJP JPC07F7/18 XA61K8/58 CAplus(STN) REGISTRY(STN) 特開昭59−152391(JP,A) 英国特許出願公開第1426783(GB,A) 23 US1998013716 19980701 WO1999002123 19990121 2001504859 20010410 9 20050630 藤森 知郎 発明の分野本発明は液体を含有する高純度の枝分かれしたアルキルシルセスキオキサンおよびそれらの調製方法に関する。より詳細に、本発明は実質的に不純物を含まない中性の枝分かれしたオクチルシルセスキオキサン液体に関する。本明細書を通じて使用されるように、略語Meはメチルを表し、また略語Phはフェニルを表すものとする。発明の背景高屈折率のフェニル含有シリコーンポリマーは或る種のジメチルシロキサン様特性、強固な媒質に対する有機的適合性および化学的安定性を有することが知られている。フェニルシルセスキオキサン液体は、如何なる化学的反応をも伴うこと無く、化粧品配合物中に配合して、乳化すること無くシリコーンの利益を提供するために有用である。この種の使用の例はBarone他の米国特許第5,039,518号中に記載されている。以前に出願された米国特許出願第08/789,277号中には、中性の枝分かれフェニルシルセスキオキサン液体技術の現状における顕著な進歩が開示され、ここにおいて実質的に検出可能なシラノール(SiOH)が存在せず、実質的にアルコキシシラン(SiOR)(但し、Rは1価の炭化水素置換基である)は全く存在せず、実質的に検出可能なクロロシランが存在せず、そして実質的に遊離の有機および無機化合物は全く存在することの無い、それら化合物が調製された。アルキル含有シリコーンポリマーは、それらの対応するフェニル含有シリコーン類似物よりも典型的に幾分低い屈折率を有しているが、それらは強固な媒質に対する有機的適合性および化学的安定性を示す。枝分かれアルキルシルセスキオキサンポリマーは知られていないが、この場合アルキル基はヘキシル乃至テトラデシルに及ぶものとする。更に、米国特許第5,039,518号中に開示されるような用途におけるこれら化合物の有用性は知られていない。フェニルシルセスキオキサンポリマーは、化粧製品中にそれらが配合されているものを利用した後にベンゼンとフェノールに分解されることもまた、周知である。この種の化合物は環境に対して有害である。従って、ベンゼンとフェノールへの分解に関する環境上の欠点を有さないフェニルシルセスキオキサンポリマー代替品の開発は、当該技術分野において長い間探し求められて来たニーズを満たすことになろう。この種のニーズは本発明によるアルキルシルセスキオキサン化合物であって、環境的に優しい二酸化炭素および水に分解するものによって満たされる。ここで特に言及されるのは、ヘキシルシルセスキオキサンモノマーがHSi(OSiMe3)3によるヘキサン−1の白金触媒によるヒドロシリル化(hydrosilylation)によって合成されるものとしてJ. Chem. Soc. (Dalton Transactions) 3127 (1994年)中に開示されたことである。この反応について、収率あるいは純度は全く報告されていない。また、英国特許第1,426,783号は水を加えない合成方法によって調製された、低い収率で、かつ第三塩化アミル副生物を伴うヘキシルシルセスキオキサンモノマーおよびテトラデシルシルセスキオキサンモノマーを記載している。このような訳で、先行技術による方法は高分子アルキルシルセスキオキサンの如何なる調製方法も、またアルキルシルセスキオキサンを高純度で生成するための方法をも記載していない。発明の概要本発明は一般式Me3SiO-(Me3SiORSiO)x-SiMe3(式中Meはメチル、Rは炭素数6乃至14の直鎖または分枝鎖一価の炭化水素置換基であり、そしてxは1乃至6である。)で表される高純度の枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体であって、ここにおいてこのアルキルシルセスキオキサン液体はアルコキシシラン、クロロシラン、シラノール官能価を実質的に含まず、そして有機および無機化合物を含まないものを提供する。本発明はまた、高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体を製造する方法を提供し、この方法は(i)純トリメチルクロロシランと純アルキルトリクロロシランとの混合物を十分な水で、温度90℃までにおいて加水分解してシリコーン反応中間体と25重量%未満の塩化水素酸の水性層との反応混合物を生成する工程と、(ii)その水性層から残留酸を洗浄する工程と、(iii)シリコーン反応中間体から水を共沸的に除去する工程と、(iv)少なくとも理論量のヘキサメチルジシロキサンおよび酸触媒の存在下にシリコーン反応中間体中のシラノール基をトリメチルシリル化する工程とを含んで成る。【図面の簡単な説明】図1は本発明の枝分かれアルキルシルセスキオキサンと、類似のフェニルシルセスキオキサンとの棒グラフ状の官能比較を示している。図2は本発明の枝分かれアルキルシルセスキオキサンの高分子混合物と、類似のフェニルシルセスキオキサンの高分子混合物との棒グラフ状の官能比較を示してる。本発明の詳細な説明本発明は一般式:Me3SiO-(Me3SiORSiO)x-SiMe3(式中Meはメチル、Rは炭素数6乃至約14の直鎖または分枝鎖一価の炭化水素置換基であり、そしてxは1乃至約6である。)で表される新規な枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体を提供するが、この液体は実質的に、そして好ましくは完全に検出可能量のシラノール、アルコキシシラン、クロロシランならびにその他の有機および無機不純物を含まないことによって特徴づけられている。たとえば、Rは炭素数6乃至14のアルキル基、たとえば、しかしながらこれらに限定されるものではない、ヘキシル、n−ヘキシル、i−ヘキシル、ヘプチル、n−オクチル、i−オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル等を含んでいてもよく、あるいはそれは当業者に知られた、如何なるその他の一価炭化水素置換基を含んでいてもよい。更に、各Rは同一または異なった一価の炭化水素置換基であることを意図している。本発明の高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体は新規な2工程法によって調製することが出来る。第一工程において、約5:1乃至約1:1に及ぶモル比におけるトリメチルクロロシランと一価炭化水素置換トリクロロシラン、たとえばアルキルトリクロロシラン、好ましくはn−オクチルトリクロロシランとの混合物は理論過剰量の蒸留水であって、25重量%未満、好ましくは18重量%未満の塩化水素酸の水性層を生成するものをもって加水分解される。トリメチルクロロシランおよび一価炭化水素置換トリクロロシラン反応体は市場で入手可能であるし、あるいは当該技術分野で知られた方法によって製造すればよい。好ましい実施態様において、略純粋乃至完全に純粋な反応体を本発明方法では使用するものとする。特に好ましい実施態様では、純粋なn−オクチルトリクロロシランが一価炭化水素置換トリクロロシラン反応体として使用される。本発明方法第一工程の共加水分解(cohydrolysis)反応は略周囲温度乃至約90℃、好ましくは略周囲温度乃至約80℃、そしてより好ましくは略周囲温度乃至約60℃の範囲に及んで行えばよい。その反応装置は好ましくは更に、冷水凝縮器であって、トリメチルクロロシランを包含するが、これに限定されるものではないあらゆる揮発性シラン種の損失を阻止し得るものを備えている。共加水分解反応が完了した後、その酸層をシリコーン層から分離する。このシリコーン層は当業者に知られたいずれかの方法によって残留酸を含まないように洗浄される。次いで、シリコーン層は100℃に加熱され、このポイントで水とヘキサメチルジシロキサンは共揮発(covolatilize)する。次に、遊離水がシリコーン層から共沸的に除去される。揮発してしまったヘキサメチルジシロキサンは略全ての遊離水が除去された後、シリコーン層に復帰される。工程のこの段階において、シリコーン層の化学組成物は以下の一般式:Me3SiO(Me3SiORSiO)x(HORSiO)ySiMe3(式中Meはメチル、Rは炭素数6乃至14の一価炭化水素置換基であり、xは0乃至6であり、そしてyは0乃至6である。)で表わすことが出来る。このものはxおよびyが共に0である種、すなわち式Me3SiOSiMe3またはヘキサメチルジシロキサンであって、トリメチルクロロシランとアルキルトリクロロシランとの共加水分解に対置されるトリメチルクロロシランのホモ加水分解(homo-hydrolysis)の結果として存在する種を包含している。ヘキサメチルジシロキサンは本発明工程の第二ステップに関して必要な反応体である。本発明工程第二ステップ中、シリコーン層は周囲温度において酸性触媒、たとえば0.1重量%のトリフルオロメタンスルホン酸によって触媒される。本発明において使用が意図される他の触媒は塩素非含有酸、たとえば硫酸および硝酸のいずれかである。次に、シリコーン層は約50℃まで、全ての残留SiOH(シラノール)基をSiOSiMe3基で置換するに足る時間に亘って攪拌および加熱される。この反応の完了は、当業者に周知のように、ガス層クロマトグラフィーによって容易に監視することが出来る。反応の完了後、酸触媒は塩基または塩によって中和され、そして生成された塩は反応混合物から濾過される。酸を中和するために様々な種類の塩基類および塩類を使用することが出来る。本発明の実施に有用な塩類の模範例は硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素カルシウム等である。次いで、残存シリコーン物質をストリップして如何なる残留ヘキサメチルジシロキサンをも除去し、本発明の液体を含有する高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサンを提供する。特に好ましい実施態様において、本発明により、トリメチルクロロシラン対n−オクチルトリクロロシランのモル比を変化させることによって約5.0cs(25℃)乃至約500cs超過(25℃)の対応する粘度を伴う約1.4100未満(25℃)乃至約1.4400超過(25℃)の範囲に及ぶ屈折率を有する広範囲の枝分かれトリメチルシリル化n−オクチルシルセスキオキサン液体を製造することが出来る。特に好ましい実施態様において、本発明の第二工程ステップのストリップステップ中で除去された残留ヘキサメチルジシロキサンは当初反応混合物に対して再循環させてもよい。この種の実施態様において、加水分解に要する蒸留水の量における対応する減少につれて、再循環されたヘキサメチルジシロキサンの量だけ当初反応混合物中のトリメチルクロロシランの量を減少させて、酸層中の塩化水素酸の濃度を維持する。この方法において、本発明は更にオルガノシリコン化学物質に関する本質的なゼロ・ウエイスト・プロセス(zero waste process)を提供する。好ましい実施態様の説明以下の実施例は本発明を例示している。それらはたとえ、如何なる態様においても添付請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。実施例1添加漏斗から、純トリメチルクロロシラン271.3g(2.5モル)とn−オクチルトリクロロシラン247.5g(1.0モル)との混合物を攪拌しながら、機械的攪拌機、温度計、窒素のオーバーガス(overgas)、凝縮器および加熱マントルを備え、蒸留水964g(53.5モル)を収容する2リットルの3ッ口丸底フラスコに緩慢に添加した。クロロシラン混合物の添加速度は反応混合物の温度が60℃を超えるのを阻止するために制御された。添加が完了した後、フラスコの内容物は40℃に放冷した。下方水性層をフラスコから除去し、蒸留水1000gを導入し、迅速に攪拌し、かつ上方シリコーン層と混合してその酸含有量を減少させた。撹拌機は停止され、2層を分離させ、その結果下方酸層を再び除去した。この水洗操作は上層のpHが6を超えるまで2回以上反復した。次いで、このシリコーン層を100℃に加熱して、ヘキサメチルジシロキサンと水とを共蒸留させる。水はこの方法において、もはや水が生成されなくなるまでシリコーン液体から共沸的に除去された。ヘキサメチルジシロキサンはフラスコに復帰させた。そのフラスコには攪拌しながら硫酸3.3gを添加した。次いで、フラスコの内容物を50℃に加熱し、その温度に1時間保持した。室温に冷却した後、シリコン液体の試料をGCによって分析し、それはSiOH含有種の不在を示した。この系中の酸は、その生成物を炭酸水素ナトリウム水溶液1000gで洗浄することによって中和し、引き続き蒸留水による水洗によって塩類を除去した。次に、この時点で350g(理論量の95%)の重量を示したシリコーン層を100℃で、30mmHg真空の圧力において加熱し、水およびヘキサメチルジシロキサンを除去した。重量315g(理論量の86%)の透明、無色、無臭生成物は1.420(25℃)の屈折率、0.875g/mlの密度および20.3cp(25℃)の粘度を有していた。この物質のガス層クロマトグラフィー分析はトリス(トリメチルシロキシ)n−オクチルシラン51%、テトラキス(トリメチルシロキシ)−1,3,−ジ−n−オクチルシロキサン23%、ペンタキス(トリメチルシロキシ)−1,3,5−トリ−n−オクチルトリシロキサン11%および高級オリゴマー15%を同定した。実施例2添加漏斗から、純トリメチルクロロシラン108.5g(1.0モル)とn−オクチルトリクロロシラン247.5g(1.0モル)との混合物を攪拌しながら、機械的攪拌機、温度計、窒素のオーバーガス、凝縮器および加熱マントルを備え、蒸留水701g(38.9モル)を収容する2リットルの3ッ口丸底フラスコに緩慢に添加した。クロロシラン混合物の添加速度は反応混合物の温度が60℃を超えるのを阻止するために制御された。添加が完了した後、フラスコの内容物は40℃に放冷した。下方水性層をフラスコから除去し、蒸留水700gを導入し、迅速に攪拌し、かつ上方シリコーン層と混合してその酸含有量を減少させた。撹拌機は停止され、2層を分離させ、その結果下方酸層を再び除去した。この水洗操作は上層のpHが6を超えるまで2回以上反復した。次いで、このシリコーン層を100℃に加熱して、ヘキサメチルジシロキサンと水とを共蒸留させる。水はこの方法において、もはや水が生成されなくなるまでシリコーン液体から共沸的に除去された。ヘキサメチルジシロキサンはフラスコに復帰させた。そのフラスコには攪拌しながら硫酸2.0gを添加した。次いで、フラスコの内容物を50℃に加熱し、その温度に1時間保持した。室温に冷却した後、シリコン液体の試料をGCによって分析し、それはSiOH含有種の不在を示した。この系中の酸は、その生成物を炭酸水素ナトリウム水溶液1000gで洗浄することによって中和し、引き続き蒸留水による水洗によって塩類を除去した。次に、この時点で245g(理論量の99%)の重量を示したシリコーン層を100℃で、30mmHg真空の圧力において加熱し、水およびヘキサメチルジシロキサンを除去した。透明、無色、無臭生成物は重量230g(理論量の94%)を示し、また1.433(25℃)の屈折率、0.853g/mlの密度および34.9cp(25℃)の粘度を有していた。この物質のガス層クロマトグラフィー分析はトリス(トリメチルシロキシ)n−オクチルシラン43%、テトラキス(トリメチルシロキシ)−1,3,−ジ−n−オクチルシロキサン20%、ペンタキス(トリメチルシロキシ)−1,3,5−トリ−n−オクチルトリシロキサン17%および高級オリゴマー20%を同定した。実施例3添加漏斗から、純トリメチルクロロシラン272g(2.5モル)とn−オクチルトリクロロシラン124g(0.5モル)との混合物を攪拌しながら、機械的撹拌機、温度計、窒素のオーバーガス、凝縮器および加熱マントルを備え、蒸留水465g(25.8モル)を収容する2リットルの3ッ口丸底フラスコに緩慢に添加した。クロロシラン混合物の添加速度は反応混合物の温度が60℃を超えるのを阻止するために制御された。添加が完了した後、フラスコの内容物は40℃に放冷した。下方水性層をフラスコから除去し、蒸留水500gを導入し、迅速に攪拌し、かつ上方シリコーン層と混合してその酸含有量を減少させた。撹拌機は停止され、2層を分離させ、その結果下方酸層を再び除去した。この水洗操作は上層のpHが6を超えるまで2回以上反復した。このシリコーン層を100℃に加熱して、ヘキサメチルジシロキサンと水とを共蒸留させる。水はこの方法において、もはや水が生成されなくなるまでシリコーン液体から共沸的に除去された。ヘキサメチルジシロキサンはフラスコに復帰させた。そのフラスコには攪拌しながら硫酸1.0gを添加した。次いで、フラスコの内容物を50℃に加熱し、その温度に1時間保持した。室温に冷却した後、シリコン液体の試料をGCによって分析し、それはSiOH含有種の不在を示した。この系中の酸は、その生成物を炭酸水素ナトリウム水溶液500gで洗浄することによって中和し、引き続き蒸留水による水洗によって塩類を除去した。次に、この時点で重量260g(理論量の86%)のシリコーン層を100℃で、30mmHg真空の圧力において加熱し、水およびヘキサメチルジシロキサンを除去した。透明、無色、無臭生成物は重量128g(理論量の42%)を示し、また1.415(25℃)の屈折率、0.875g/mlの密度および20.3cp(25℃)の粘度を有していた。この物質のガス層クロマトグラフィー分析はトリス(トリメチルシロキシ)n−オクチルシラン60%、テトラキス(トリメチルシロキシ)−1,3,−ジ−n−オクチルシロキサン25%、ペンタキス(トリメチルシロキシ)−1,3,5−トリ−n−オクチルトリシロキサン9%および高級オリゴマー4%を同定した。実施例4実施例3の生成物の試料128gを真空下で蒸留して、bp99℃(1mm)、屈折率1.410(25℃)、そして密度0.84g/ml(25℃)のトリス(トリメチルシロキシ)n−オクチルシラン70g(55%)を得た。この生成物のGC分析は純度>97%、残部はテトラキス(トリメチルシロキシ)−1,3−ジ−n−オクチルジシロキサンであることを示した。実施例5「材料および生成物の官能評価(Sensory Evaluation of Materials and Products)」と題されたASTM法E 1490-2のプロトコルによる4種類のオルガノシリコーン試料について官能特性決定(sensory characterization)を行った。訓練された0験パネリストの数は15名であり、そして用いられた材料は以下の通りであった:1.トリス(トリメチルシロキシ)−n−オクチルシラン、>97%純度2.トリス(トリメチルシロキシ)フェニルシラン、>99%純度3.実施例1よりのx=1,2,3、かつ粘度20Cp(25℃)であるMe3SiO(Me3SiO-n-オクチルSiO)x-SiMe3の混合物4.実施例1に類似であるが、n−オクチルトリクロロシランの代わりにフェニルトリクロロシランを用いる方法によって調製されたx=1,2,3、かつ粘度20Cp(25℃)であるMe3SiO(Me3SiOPhSiO)x-SiMe3の混合物試験に引き続き、それらの結果を表にし、そして平均した。化合物1および2に関する結果は図1中で比較されるのに対し、高分子混合物3および4に関する結果は図2中で比較される。この種タイプの試験に伴う実験誤差内で、1および2として上に掲記された化合物の官能プロファイル(sensory profile)は同一であると結論することが出来る。同じ状況で、3および4として上に掲記された高分子混合物の官能プロファイルもまた、同一である。これら対の材料における芳香族対脂肪族置換の間の差違を考慮すると、それらの結果は予期されるものではない。本発明の数多くの変形は上記詳細な説明に鑑みて、当業者自身には示唆されるところであろう。たとえば、トリメチルクロロシラン対n−オクチルトリクロロシランのモル比は1乃至6の間で変化させてもよい。その他の一価炭化水素置換トリクロロシラン類を反応体として使用してもよく、また一価炭化水素置換トリクロロシラン類の混合物を使用してもよい。更に、硫酸以外の酸触媒を使用してもよい。全てのこの種明白な変形は、十分に意図された添付請求の範囲内にある。上で参照した特許、特許出願、試験方法および刊行物の全てはここに参考として引用するものとする。 一般式Me3SiO-(Me3SiORSiO)x-SiMe3(式中Meはメチル、Rは炭素数6乃至14の一価脂肪族炭化水素置換基を含んでおり、そしてxは1乃至約6に及んでいる。)で表されるアルキルシルセスキオキサン液体であって、アルコキシシラン、クロロシラン、シラノール官能価、ヘキサメチルジシロキサンを実質的に含まず、また有機および/または無機化合物を含まない高純度、中性、無色および無臭の枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体。 xが1乃至3の範囲に及んでいる請求項1記載の高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体。 Rが炭素数8の一価脂肪族炭化水素置換基を含む請求項1記載の高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体。 Rがn−オクチル、そしてxが1乃至3の範囲に及んでいる請求項3記載の高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体。 xが1である請求項4記載の高純度枝分かれn−オクチルシルセスキオキサン液体。 純度が99%を超える請求項1記載の高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体。 検出可能であるアルコキシシラン、クロロシラン、シラノール官能価、ヘキサメチルジシロキサン、遊離の有機化合物および遊離の無機化合物を含まない請求項1記載の高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体。 トリス(トリメチルシロキシ)−n−オクチルシランから成るシリコーン液体。 (a)(i)純トリメチルクロロシランと炭素数6乃至14の純アルキルトリクロロシランとの混合物を、約25重量%未満の塩化水素酸の水性層を生成するに足る量の蒸留水で加水分解し、この加水分解反応混合物の温度を約90℃未満に維持してシリコーン反応中間体を生成する工程と、(ii)そのシリコーン反応中間体から残留酸を洗浄する工程と、(iii)洗浄されたシリコーン中間体から水を共沸的に除去して乾燥したシリコーン反応中間体を生成する工程と、(b)酸触媒の存在下で、少なくとも理論量のヘキサメチルジシロキサンをもって乾燥したシリコーン反応中間体中のシラノール基をトリメチルシリル化する工程とを含む一般式Me3SiO-(Me3SiORSiO)x-SiMe3(式中Meはメチル、Rは炭素数6乃14の一価脂肪族炭化水素置換基であり、xは1乃至約6に及んでいる。)で表される、99%を超える純度を有し、アルコキシシラン、クロロシラン、シラノール官能価、ヘキサメチルジシロキサンを実質的に含まず、また有機化合物および無機化合物を含まない高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体を製造する方法。 前記トリメチルシリル化工程を、ヘキサメチルジシロキサン理論量の2倍過剰量をもって行う請求項9記載の方法。 前記加水分解工程を温度約60℃未満で行う請求項9記載の方法。 前記加水分解工程を、約15乃至約18重量%の塩化水素酸の水性層を生成するに足る量の蒸留水をもって行う請求項9記載の方法。 ヘキサメチルジシロキサンがトリメチルシリル化工程の開始および終点の双方において存在する請求項9記載の方法。 前記酸触媒がトリフルオロメタンスルホン酸を含む請求項9記載の方法。 前記酸触媒が硫酸を含む請求項9記載の方法。 前記酸触媒が中和され、そして塩が、トリメチルシリル化反応完了後に濾過される請求項9記載の方法。 トリメチルシリル化工程の終点において存在する過剰のヘキサメチルジシロキサンを真空下のストリッピングによって生成物から除去する請求項13記載の方法。 前記除去されたヘキサメチルジシロキサンが加水分解反応混合物に再循環される請求項17記載の方法。 前記洗浄工程は、pH少なくとも6を有するシリコーン反応中間体を提供するために行われる請求項9記載の方法。 前記アルキルトリクロロシランがn−オクチルトリクロロシランを含む請求項9記載の方法。 請求項9記載の方法によって生成された高純度の枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体。 請求項20記載の方法によって生成された高純度の枝分かれn−オクチルシルセスキオキサン液体。 請求項4記載の高純度枝分かれアルキルシルセスキオキサン液体を含む化粧品配合物。