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KR960004360B1 - 동결융해 내성이 개선된 실리콘 유탁액 - Google Patents

동결융해 내성이 개선된 실리콘 유탁액 Download PDF

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KR960004360B1
KR960004360B1 KR1019870009637A KR870009637A KR960004360B1 KR 960004360 B1 KR960004360 B1 KR 960004360B1 KR 1019870009637 A KR1019870009637 A KR 1019870009637A KR 870009637 A KR870009637 A KR 870009637A KR 960004360 B1 KR960004360 B1 KR 960004360B1
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Abstract

내용 없음.

Description

동결융해 내성이 개선된 실리콘 유탁액
본 발명은 수분 제거시 탄성중합체로 경화되는 실란트로서 유용한 실리콘 유탁액에 관한 것이다.
수분 제거시 탄성중합체로 경화되는 실란트로서 유용한 실리콘 유탁액은 1986년 10월 21일자 미합중국 특허 제4, 618, 642호에 기술되어 있다. 또한 코오킹(caulking) 재료로서 사용되는 이러한 유탁액을 실험해 보면, 동결융해 순환에 대한 이들의 내성은 시간이 경과함에 따라 재료수명이 감소하는 것으로 나타났다.
1972년 12월 19일에 허여된 휴브너(Huebner)의 미합중국 특허 제 3, 706, 695호에는 실리콘 유탁액의 제조 방법이 기술되어 있다. 비이온성 유화제는 공정단계중에 사용되어 잔유 공정단계도중 유화상태에서 분산성을 유지시킨다.
실리콘-함유 산성 세제 및 컨디셔너(conditioner)는 콜로이드성 실리카를 응집시키는데 사용되는 비이온성 계면활성제로 제조될 수 있는 것으로 1978년 11월 7일에 허여된 미합중국 특허 제4, 124, 523호에 기술되어 있다.
비이온성 계면활성제가 실리콘 유체의 유탁액 제조에 사용될 수 있다는 것은 당해 기술분야에 알려져 있다.
음이온적으로 안정화된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산, 디알킬틴디카복실레이트, 삼작용성 실란 및 불활성인 비-규산질 충전제를 포함하는 실리콘 유탁액을 기본으로 하는 실리콘 코오킹 재료의 내성은 논옥시놀-10의 첨가에 의해 개선된다.
본 발명은 (A) 중량 평균 분자량이 50,000 이상인 음이온적으로 안정화된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산(이때 유기 라디칼은 수중에 분산된 입자의 유탁액으로서 존재하고, 라디칼당 탄소수가 7 미만인 1가 탄화수소 라디칼 및 라디칼당 탄소수가 7 미만인 2-(퍼플루오로알킬)에틸 라디칼이며, 유탁액의 ph는 9 이상이고 고형물 함량은 50중량% 이상이다) 100중량부, (B) 디알킬틴디카복실레이트 0.075 내지 0.75중량부, (C) 일반식 RSi(OR')3[여기서, R은 C1내지 C4의 1가 탄화수소 라디칼이며, R'는 C1내지 C4의 저급알킬 라디칼 또는 일반식 -N=CR2(R은 상기 정의와 동일)의 라디칼이다]의 실란 0.2 내지 5중량부, (D) 불활성인 비-규산질 충전제 50 내지 200중량부, (E) 논옥시놀-10 1중량부 이상 및 (F) 에틸렌글리콜 0.5 내지 6.0중량부를 포함하는 실란트로서 유용한 음이온적으로 안정화된 실리콘 유탁액의 동결융해 안정성을 개선시킴으로써, 동결융해 안정성이 개선된 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
실란트 및 코오킹 재료로서 유용한 실리콘 유탁액은 음이온적으로 안정화된 폴리디오가노실옥산의 유탁액에 충전제 및 다른 첨가제를 첨가하여 제조되며 수분을 제거하여 탄성중합체로 경화하기 위해 배합되어진다. 이러한 조성물의 바람직한 공헌중의 하나는 동결융해 순환에 내성이 있는 유탁액의 특성이다. 만일 유탁액이 이러한 특성을 갖고 있지 않으면, 유탁액을 동결했을 때 파괴된다. 이들은 동결상태로 노출시키지 않고 전국을 통해 시판용품을 이송하고 저장하는 것이 어렵기 때문에, 이러한 시판품은 적어도 수회의 동결융해 순환에 내성이 요구된다. 실란트로서 유용한 많은 공지된 실리콘 유탁액은 처음에 제조되었을때는 동결융해 순환에 내성을 가지지만 저장시 이러한 특성을 상실한다. 이러한 결점을 개선하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명의 조성물은 시일이 경과함에 따라, 유탁액에 대한 손상을 감지하기 전에 수회의 동결융해 순환 동안의 손실을 여전히 감당하지만, 이 지점에 도달하기 전에 상업적 상황에서 거의 손상되지 않은 지점까지 순환 횟수를 높일 수 있다.
많은 첨가제를 연구한 결과 하기 구조식의 비이온성 계면활성제인 성분(E)의 논옥시놀-10은 유탁액이 파괴되지 전에 노출시킬 수 있는 동결융해 순환 횟수를 개선하는 독특한 작용성이 있음을 밝혀냈다.
Figure kpo00001
유탁액중의 중합체 100중량부당 0.5중량만큼의 소량을 가해도 개선시킬 수 있다. 논옥시놀-10의 양을 3중량부 이하까지 증가시킴에 따라서 훨씬 더 양화한 개선을 얻게 된다. 이것은 필요 이상의 동결융해 내성을 제공하기 때문에 그 이상의 양에 대해서는 시험하지 않았다.
논옥시놀-10은 스테판 케미칼스(Stephen Chemicals)로부터 마콘(MAKON) 10이라는 상표명으로 시판되는 물질이다. 이것은, 상기에 나타낸 구조식을 갖는다.
또한 성분(F)인 에틸렌 글리콜이 사용된다. 에틸렌 글리콜은 또한 동결융해 안정성을 수득하는데 도움을 준다. 에틸렌 글리콜을 더욱 많이 사용할수록, 동결융해 안정성이 개선된다. 그러나 논옥시놀-10이 없을 경우, 에틸렌 글리콜은 충분한 동결융해 안정성을 제공하지 못한다. 사용된 에틸렌 글리콜의 양은 0.5 내지 6.0중량부이고, 바람직하게는 1 내지 3중량부 범위이다.
본 발명에 유용한 음이온적으로 안정화된 실리콘 유탁액은 1986년 10월 21일자 미합중국 특허 제4, 618, 642호에 기술되어 있다. 여기에서는 실리콘 유탁액 및 이의 제조방법을 보여준다.
본 발명에 사용되는 음이온적으로 안정화된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산은 당해 기술분야에 공지되어 있지 않다. 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산(A)은 유화시킬 수 있고, 유탁액으로부터 수분을 제거한 후 수득된 생성물에 탄성체 특성을 제공하며, 음이온적으로 안정화된 물질이다. 파괴시 인장 강도 및 신장도는 중량 평균 분자량(Mw)을 증가시켜 개선되며, 50,000Mw 이상에서 수득된 인장 강도 및 신장도가 적당하다.최대 중량 평균 분자량은 유화시킬 수 있고 유탁액으로부터 수분을 제거한 후 수득된 생성물에 탄성체 특성을 줄 수 있는 것이다. 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산용으로는 약 1,000,000 이하의 중량 평균 분자량이 본 발명에 유용할 것이다. 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산에 대한 바람직한 Mw는 200,000 내지 700,000범위이다.
하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산의 유기 라디칼은 라디칼당 탄소수 7 미만의 1가 탄화수소라디칼 및 3, 3, 3-트리플루오로프로필과 2-(퍼플루오로부틸)에틸을 포함하는 2-(퍼플루오로알킬)에틸 라디칼일 수 있다. 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산은 메틸이 적어도 50%인 유기 라디칼을 함유하는 것이 바람직하다. 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산은 본질적으로는 규소 원자당 두 개의 유기 그룹을 함유하는 선형 중합체이지만 제조 공정의 불순물로서 존재하는 미량의 모노오가노실옥산 또는 트리오가노실옥시 단위를 포함할 수도 있다. 바람직한 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산은 하이드록실 말단블럭화된 폴리디메틸실옥산이다.
음이온적으로 안정화된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산은 핀들레이(Findlay) 등에게 1966년 12월 27일에 허여된 미합중국 특허 제3, 294, 725호에 기술된 음이온성 유화중합 방법에 의해 제조된 화합물이 바람직하며, 이 특허에는 중합 방법, 사용된 성분 및 유탁액에서 수득된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산에 대해 기술되어 있다. 음이온적으로 안정화된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산을 제조하는 다른 방법은 하이드(Hyde) 등에게 1959년 6월 23일에 허여된 미합중국 특허 제2, 891, 920호에 기술되어 있으며, 여기에는 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산, 사용된 성분 및 이들의 제조방법에 대해 기술되어 있다. 이러한 방법 및 다른 방법들은 당 분야에 공지된 사항이다. 본 발명에 사용된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산은 음이온적으로 안정화된 화합물이다. 본 발명의 목적을 위해, ＂음이온적으로 안정화된＂이란 용어는 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산이 음이온성 계면활성제와 함께 유탁액에서 안정화된다는 것을 의미한다. 이러한 실리콘 유탁액은 수중유 유탁액의 형태로서, 즉 폴리디오가노실옥산이 연속적인 수상에 분산된 입자상이다.
성분(B)는 디알킬틴디카복실레이트이다. 디알킬틴디카복실레이트는 시판되고 있는 물질이다. 바람직한 디알킬틴디카복실레이트는 디부틸틴디아세테이트, 디부틸틴디라우레이트 및 디옥틸틴디라우레이트이며, 디옥틸틴디라우레이트가 가장 바람직하다. 디알킬틴디카복실레이트는 그대로 사용할 수도 있으며 유탁액으로 사용할 수도 있다. 바람직한 유탁액은 수중유 유탁액을 제조하는 특정의 공지된 방법에서 유화제로서 약 10중량%의 나트륨 알킬 아릴폴리에테르 설포네이트를 사용하여 50중량%의 디알킬틴디카복실레이트를 물로써 유화시켜 제조한다.
성분(C)는 일반식 RSi(OR')3[여기서, R은 C1내지 C4의 1가 탄화수소 라디칼이며 R'는 C1내지 C4의 저급 알킬 라디칼 또는 일반식 -N=CR2(여기서, R은 상기 정의와 동일)의 라디칼이다]의 실란이다. R은 메틸, 에틸, 프로필, 또는 부틸과 같은 포화 탄화수소 라디칼; 또는 비닐과 같은 불포화 탄화수소일 수 있다. 바람직한 R 라디칼은 메틸 및 비닐이다. R'는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 일반식 -N=CR2(여기서, R은 상기 정의와 동일)의 라디칼이다. 바람직한 실란은 메틸 트리메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란 및 메틸트리(에틸메틸옥심)실란이다.
성분(D)는 불활성인 비-규산질 충전제이다. 충전제는 성분(A) 및 (B)를 ph 9 이상의 유탁액중의 규산질 충전제와 합성하면 중합체를 점차적으로 가교결합하도록 하는 반응을 발생시키기 때문에, 즉 유탁액을 건조시켜 제조된 탄성중합체의 모듈러스는 시일이 경과되면서 유탁액이 점차적으로 증가하기 때문에 비규산질이다. 이것은 본 발명의 조성물에 의해 크게 감소되는 효과이다. 음이온성 실리콘 유탁액에서 사용하기에 적절한 불활성 충전제는 공지되어 있다. 충전제의 평균 입자 크기는 10㎛ 이하, 바람직하게는 2㎛ 이하이다. 충전제의 예는 카본블랙, 이산화티탄, 산화알루미늄, 탄산칼슘, 산화아연, 운모 및 각종 안료이다. 산화티탄이 자외선 차단제로서 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 탄산칼슘은 본 발명의 코오킹 재료용으로, 특히 평균 입자 크기가 1㎛ 미만일 경우 바람직한 충전제이다.
성분(E)는 상기에 언급되었다.
성분(F)도 상기에 언급되었다.
본 발명의 조성물은 (A)의 유탁액중의 폴리디오가노실옥산 100중량부를 기본으로 한다. 조성물의 경화를 촉진시키기 위해 디알킬틴디카복실레이트(B)를 0.075 내지 0.75중량부 사용한다. 디알킬틴디카복실레이트 0.2 내지 0.4중량부가 바람직하다. 실란(c)의 양은 0.2 내지 5중량부 범위에서 변할 수 있으며 0.4 내지 2중량부가 바람직한 범위이다.
충전제의 양은 50 내지 200중량부 범위로 변할 수 있다. 사용된 양은 (A)의 유탁액의 고형질 함량 및 충전제의 성질, 선택된 충전제의 혼합물에 의해 결정된다. 최종 조성물이 원하는 페이스트형 점도 및 코오킹 재료로서 사용하기에 알맞는 상기의 특성을 갖기 위해 충분한 충전제를 사용한다. 충전제를 너무 적게 사용하면, 조성물은 충분한 고점도를 갖지 못한다. 충전제를 너무 많이 사용하면, 너무 굳어져서 저장용기로부터 적절하게 압출할 수 없거나 경화된 조성물이 너무 쉽게 부서진다. 충전제에 대한 폴리디오가노폴리실옥산의 비율이 너무 높으면, 경화된 생성물이 탄성화되지 않는다. 바람직한 양은 100 내지 175중량부이다. 조성물의 이러한 특성은 충전제 또는 충전제 혼합물의 형태에 좌우되고 충전제의 입자 크기에 좌우되기 때문에, 충전제의 바람직한 양을 결정하기 위해 선택된 성분을 사용한 일련의 실험을 수행하는 것이 필요하다. (A)의 유탁액이 중량 평균 분자량이 약 225,000인 폴리디메틸실옥산 약 60중량%를 함유할 경우, 평균 입자 직경이 약 0.7㎛인 탄산칼슘 충전제의 바람직한 양은 폴리디메틸옥산 100중량부당 150 내지 165중량부의 범위이다. (A)의 유탁액이 중량 평균 분자량이 약 225,000인 폴리디메틸실옥산 약 70중량%를 함유할 경우, 동일한 충전제의 바람직한 양은 폴리디메틸실옥산 100중량부당 90 내지 125중량부의 범위이다.
본 발명의 실리콘 조성물은 균일한 재료를 얻을 때까지 성분의 통상적인 고강도 혼합에 의해 제조된다. 바람직하게는, (A)의 에멀션을 혼합기에 넣고, 성분(B),(C),(E) 및 (F)를 가하여 혼합시킨 후, 균일하게 분산되도록 충전제(D)를 혼합하면서 천천히 가한다. 성분의 첨가 순서는 중요하지 않다. 최종 혼합물이 페이스트형 점도를 갖기 때문에, 이 점도에서 성분을 적절하게 혼합시키기 위해 장치가 충분히 강해야만 한다. 실험실에서, 프로펠러형 공기 추진 혼합기와 함께 스테인레스 스틸 용기를 사용한다. 혼합 과정동안 가열시키는 것은 바람직하지 못하다. 필요할 경우, 충전제를 혼합하기 전에 유탁액을 냉각시킬 수 있다. 균일한 페이스트를 수득한 후, 혼합물을 진공 또는 원심분리기내에 넣어 혼합 과정 동안 유입된 공기를 제거한다. 그후 탈기된 혼합물을 밀폐된 저장용기에 넣는다.
조성물에 첨가시킬 수 있는 추가 성분은 혼합 과정 동안 도와줄 수 있는 발포 방지제와 같은 물질, 유기아민, 바람직하게는 2-아미노-2-메틸-1-프로판올과 같은 안정화제 및 경화된 코오킹 재료에 광택 또는 색조를 제공하는 이산화티탄 및 카본블랙과 같은 안료이다.
본 발명의 실리콘 조성물은 특히 코오킹 재료로서 유용하다. 이것은 저장 튜브로부터 쉽게 압출 성형시킬 수 있다. 이것은 수성 유탁액이기 때문에, 필요하면 쉽게 도구화된다. 도구를 물로서 세척하여 깨끗이 할 수 있다. 유탁액의 경화동안, 냄새에 대한 문제를 없애기 위해 우선적으로 탈수시킨다. 본 발명의 논옥시놀-10의 첨가 때문에, 유탁액은 유탁액의 파괴없이 저장동안 반복되는 동결 및 융해를 이겨낼 수 있다.
하기 실시예는 단지 발명의 목적을 위해 제시되었고 첨부한 특허청구범위에 적절하게 설정한 본 발명을 한정시키려는 것은 아니다. 모든 부는 중량부이다.
[실시예 1]
코오킹 재료로서 유용한 일련의 실리콘 유탁액은 첨가제로서 비이온 계면활성제 논옥시놀-10(본 발명에 해당) 및 논옥시놀-12(본 발명에 해당하지 않음)의 상이한 양을 사용하여 제조된다. 상기 첨가제는 유탁액의 동결융해 안정성에 대한 이들의 효과를 조사하기 위해 첨가되었다.
유탁액은 공기 추진 프로펠러가 장착된 용기내에서, 고형질 함량이 약 70중량%이고 ph가 약 10인 음이온적으로 유화된 폴리디메틸실옥산 유탁액 147중량부, 평균 직경이 0.6㎛ 미만인 유탁액 입자 및 평균 분자량이 240,000 이상인 중합체, 비닐트리메톡시실란 0.45부, 표 1에 나타낸 논옥시놀-10 또는 논옥시놀-12중량부, 고형질 함량이 약 25중량%이고 pH가 약 3.5인 실리콘 발포 방지제 0.3중량부, 에틸렌 글리콜 1.0중량부, 폴리아크릴산 충전제 분산제 0.3중량부, 가수분해된 2-메틸-3-(2-아미노에틸아미노)프로필(메틸)-디메톡시실란 0.3중량부, 이산화티탄 안료 4중량부, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 2.5중량부, 고형질 함량이 50중량%인 디옥틸틴디라우레이트의 유탁액 0.5중량부, 초미립 탄산칼슘 충전제 110중량부를 혼합하여 제조된다.
그후 각 실란트를 시험용으로 저장 튜브에 넣는다. 시험용으로, 튜브를 -19℃에서 16시간 동결하고, 이어서 상온에서 8시간까지 1회 동결융해 순환을 행한다. 그후 실란트의 1인치 비드를 튜브로부터 성형시키고 관찰한다. 파괴는 실란트 유탁액의 외관에 나타나는 특정 변화에 기인한다.
Figure kpo00002
비이온성 계면활성제를 사용하지 않고 2-아미노-2-메틸-1-프로판을 4중량부가 포함된 유사한 조성물은 초기에는 4회 순환 후 파괴되고 상온에서 2주 경과한 후에는 1회 순환 후 파괴된다.
[실시예 2]
동결융해 안정성에 대한 효과를 측정하기 위해 사용된 논옥시놀-10 및 에틸렌 글리콜의 양을 변화시키면서, 일련의 조성물을 제조한다. 표 2에 나타낸 것과 같이 논옥시놀-10 및 에틸렌 글리콜의 양이 변하는 것을 제외하고, 각 조성물은 실시예 1과 유사하며 조성물은 또한 메틸셀룰로스 증점제 0.4중량부를 함유한다. 그후 각 실란트의 동결융해 안정성을 측정하면 표 2에 나타낸 결과를 얻는다.
Figure kpo00003
[비교실시예 1]
2-아미노-2-메틸-1-프로판올 2.0중량부를 사용하고 논옥시놀-10 대신에 하기 구조식의 비이온 계면활성제(트리톤(TRITON) X-405) 2.5중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 유사한 조성물을 제조한다.
이 물질은 10회 동결융해 순환 후 파괴된다.
Figure kpo00004
[비교실시예 2]
에틸렌 글리콜 1.0중량부 및 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 4.0중량부를 사용하고, 논옥시놀-10 대신에 표 2에 나타낸 비이온성 계면활성제 0.75중량부를 사용하는 것을 제외하고 실시예 1의 조성물과 유사한 조성물을 평가했을 때, 표 3에 나타낸 것과 같이 파괴된다.
Figure kpo00005
[비교실시예 3]
논옥시놀-10 대신에 하기 구조식의 동결융해 안정화제를 0.5, 1.0, 1.5 및 2.0중량부 범위로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 조성물과 유사한 조성물을 사용하여 평가할 경우, 1회 순환 후 파괴된다.
Figure kpo00006
[비교실시예 4]
논옥시놀-10 대신에, 하기 물질을 2 내지 5중량부 범위로 사용했을 때, 실시예 1의 조성물과 유사한 제형물의 동결융해 내성에 어떠한 물질로도 개선 특성을 수득하지 못했다 : 마니톨, 글리세린, 수크로스, 에탄올, 메탄올, 또는 아세톤.

Claims (8)

  1. (A) 중량 평균 분자량이 50,000 이상인 음이온적으로 안정화된 하이드록실 말단블럭화된 폴리디오가노실옥산(이때 유기 라디칼은 수중에 분산된 입자의 유탁액으로서 존재하고, 라디칼당 탄소수가 7 미만인 1가 탄화수소 라디칼 및 라디칼당 탄소수가 7 미만인 2-(퍼플루오로알킬)에틸 라디칼이며, 유탁액의 pH는 9 이상이고, 고형물 함량은 50중량% 이상이다) 100중량부, (B) 디알킬틴디카복실레이트 0.075 내지 0.75중량부, (C) 일반식 RSi(OR')3[여기서, R은 C1내지 C4의 1가 탄화수소 라디칼이며 R'는 C1내지 C4의 저급알킬 라디칼 또는 일반식 -N=CR2(R은 상기 정의와 동일)의 라디칼이다]의 실란 0.2 내지 5중량부, (D)불활성인 비규산질 충전제 50 내지 200중량부, (E) 논옥시놀-10 1중량부 이상 및 (F) 에틸렌 글리콜 0.5 내지 6.0중량부를 포함하는 실란트로서 유용한 음이온적으로 안정화된 실리콘 유탁액의 동결융해 안정성을 개선시킴으로써, 동결융해 안정성이 개선된 조성물을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, (A)의 유탁액의 고형질 함량이 70중량% 이상이며, 실란(C)이 메틸트리메톡시실란이고, 충전제(D)가 90 내지 125중량부의 양으로 존재하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 논옥시놀-10이 1 내지 3중량부의 양으로 존재하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 에틸렌 글리콜이 1 내지 3중량부의 양으로 존재하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 논옥시놀-10(E)이 1 내지 3중량부의 양으로 존재하고 에틸렌 글리콜(F)이 1 내지 3중량부의 양으로 존재하는 방법.
  6. 제1항의 방법에 의해 제조된, 동결융해 안정성이 개선된 조성물.
  7. 제2항의 방법에 의해 제조된, 동결융해 안정성이 개선된 조성물.
  8. 제5항의 방법에 의해 제조된, 동결융해 안정성이 개선된 조성물.
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