(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳化機に(Ａ)ポリオルガノシロキサン、(Ｂ)乳化剤および(Ｃ)水を基本的構成成分とする原料を連続的に供給する原料供給管と、原料受入管と高速回転ローターを具備する乳化機とから構成される連続式乳化装置において、
原料供給管の最先端面と乳化機の原料受入管の最先端面間のクリアランスを０.１mm〜５mmとすることにより空気吸入口が形成されており、クリアランスと原料供給管の内径との比が１／２５０〜１／２であること、または、原料供給管途中の分断面間のクリアランスを０.１mm〜５mmとすることにより空気吸入口が形成されており、クリアランスと原料供給管の内径との比が１／２５０〜１／２であること、を特徴とするポリオルガノシロキサン用連続式乳化装置。
【請求項２】
請求項１記載の連続式乳化装置において、原料供給管を通して成分(Ａ)〜成分(Ｃ)を基本的構成成分とする原料を乳化機に連続的に供給し、空気吸入口から取り入れた空気を該原料とともに乳化機に連続的に供給し、高速回転ローターを連続的に回転させることにより、ポリオルガノシロキサンのエマルジョンを連続的に製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリオルガノシロキサン用連続式乳化装置および該装置を使用してポリオルガノシロキサンのエマルジョンを連続的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコーンエマルジョン、すなわち、ポリオルガノシロキサンエマルジョンは繊維処理剤、化粧品、紙処理剤、消泡剤、離型剤等の用途に供されており、各種の撹拌機、混合機あるいは分散機を使用してポリオルガノシロキサンを水に乳化することにより製造されている。それらの製造装置としては、バッチ式では、例えば、ホモミキサー、ケディミル、シャフロー、アジホモミキサー等があり、連続式では、例えば、ホモミックラインフロー、超音波ミキサー、パイプラインミキサー、コロイドミル、サンドミル、ハインミル等がある。これら装置は目的に応じて使用されているが、設備の合理化または生産性の改善を行うため連続式製造装置を使用するケースがある。連続式乳化装置は乳化機への原料供給管と、それに直結した乳化機から構成されており、この乳化機は一般的には高速回転剪断型撹拌機能を持つローターを具備している。この高速回転ローターの高速回転によってポンプ性能が発現するが、ポンプ性能によっては連続的に供給した原料が乳化機上部で滞留するため、均質で粒度分布の狭いエマルジョンの生産が困難であった。そのため一旦、ポリオルガノシロキサンを連続的に乳化して製造したエマルジョンをタンク槽等に集め、撹拌して均質なエマルジョンとするという非合理的な生産方式をとることがあった。また、特開昭６２−２４３６２１号公報に記載されているような液状シリコーンゴム組成物をエマルジョン状態で硬化させることによりシリコーンゴム粒状物を製造する方法においても、粒度分布が狭く、ゲル状物の発生のないシリコーンゴム粒状物を製造することは困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消すること、すなわち、均質で粒度分布が狭いポリオルガノシロキサンエマルジョンを連続的に製造するための装置およびそのようなポリオルガノシロキサンエマルジョンの連続的製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題の解決手段】
上記目的は、乳化機に(Ａ)ポリオルガノシロキサン、(Ｂ)乳化剤および(Ｃ)水を基本的構成成分とする原料を連続的に供給する原料供給管と、原料受入管と高速回転ローターを具備する乳化機とから構成される連続式乳化装置において、原料供給管の最先端面と乳化機の原料受入管の最先端面間のクリアランスを０.１mm〜５mmとすることにより空気吸入口が形成されており、クリアランスと原料供給管の内径との比が１／２５０〜１／２であること、または、原料供給管途中の分断面間のクリアランスを０.１mm〜５mmとすることにより空気吸入口が形成されており、クリアランスと原料供給管の内径との比が１／２５０〜１／２であることを特徴とするポリオルガノシロキサン用連続式乳化装置、および上記の連続式乳化装置において、原料供給管を通して成分(Ａ)〜成分(Ｃ)を基本的構成成分とする原料を乳化機に連続的に供給し、空気吸入口から取り入れた空気を該原料とともに乳化機に連続的に供給し、高速回転ローターを連続的に回転させることにより、ポリオルガノシロキサンのエマルジョンを連続的に製造する方法によって達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の連続式乳化装置を図面を用いて説明する。図１は本発明の連続式乳化装置の代表例を示したものである。ポリオルガノシロキサンの連続式乳化装置１は乳化機１１に原料を連続的に供給する原料供給管２と、原料受入管１８と高速回転ローター１２を具備する乳化機１１とから構成される。原料供給管２は外管３と内管５から構成された二重管であることが好ましいが、一重管であってもよい。原料のオルガノポリシロキサンは内管の原料供給口６から内管５に供給され、乳化剤と水の混合物は外管の原料供給口４から外管３に供給される。成分(Ａ)，成分(Ｂ)，成分(Ｃ)の基本構成成分を原料供給管へ供給するには、一般的にはギアポンプを使用する。その際、(Ａ)ポリオルガノシロキサンと(Ｂ)乳化剤の混合物と水とをそれぞれギヤポンプで供給してもよく、(Ｂ)乳化剤と(Ｃ)水の混合物と(Ａ)ポリオルガノシロキサンとをそれぞれギヤポンプで供給してもよく、あるいは３成分をそれぞれ独立にギヤポンプで供給してもよい。(Ｂ)乳化剤と(Ｃ)水の混合物と(Ａ)ポリオルガノシロキサンとをそれぞれ供給することが望ましい。その際、(Ａ)ポリオルガノシロキサンを(Ｂ)乳化剤と(Ｃ)水の混合物が包みこむように供給することが好ましい。
【０００６】
原料供給管の外管３の最先端７は乳化機１１の原料受入管１８の原料受入口１０と対向しており、原料供給管の外管３の最先端面１７と乳化機１１の原料受入管の最先端面１９間のクリアランス１６を０.１mm〜５mmとすることにより環状の空気吸入口９(図１における点模様のハッチング部)が形成されている。クリアランスと原料供給管の内径との比（すなわち、クリアランス／原料供給管の内径）は、１／２５０〜１／２であり、好ましくは１／２５〜１／４である。なお、原料供給管２が２重管のような多重管であるときは、クリアランスと原料供給管の内径との比における原料供給管の内径は外管の内径を意味する。空気吸入口９は管内に空気が外周からに均等に、しかも乳化機１１のポンプ能力に応じて吸入される機構がよく、最低３個の突起を持つスペーサーリングがコスト的に最も有利であるが、必ずしもスペーサーリングに限定されるものではない。突起は空気吸入口９のクリアランスを構成するものであり、クリアランスは０.１mm〜５mmであり、０.５mm〜３mmが好ましい。０.１mmより小さいと圧損が大きく、乳化機１１のポンプ能力による空気の吸入が困難となりかねず、５mmより大きいと原料が原料供給管２外へ漏出しかねないからである。なお、原料供給管２の内径が大きいほどクリアランスと原料供給管の内径との比（すなわち、クリアランス／原料供給管の内径）は小さいことが好ましい。空気吸入口９は原料供給管２の途中にあってもよく、その場合は、原料供給管２途中の分断面間のクリアランスを０.１mm〜５mmとすることにより空気吸入口９が形成される。原料供給管の内管５の出口は空気吸入口９の上方に位置してもよく、同位置にあってもよく、下方に位置してもよい。
【０００７】
乳化機１１の原料受入管１８内の原料受入口１０は高速回転ローター１２を収納するハウジングに通じており、高速回転ローター１２はモーター１４に連動しており、モーター１４が高速回転すると高速回転ローター１２も高速回転する。高速回転モーターの回転数は８,０００ｒｐｍ以上が好ましい。高速回転ローター１２の両側面と周面はハウジングの内壁と近接しており、後側面とスティター１３の間隙は１μｍ〜１０μｍが好ましい。間隙が１μｍ〜１０μｍと小さいので、高速回転ローター１２が高速回転すると、ポリオルガノシロキサンは乳化剤により水中に乳化されてエマルジョンとなる。生成したエマルジョンは排出口１４から外部へ排出される。
【０００８】
本発明において基本的構成成分である(Ａ)ポリオルガノシロキサンは、シリコーン工業界でシリコーンエマルジョン用に通常に使用されているものでよく、その分子構造、重合度、物理的性状、有機基、官能基、分子量等は特に制限されず、固形状のポリオルガノシロキサンを溶剤に溶解したものでもよい。しかし、乳化の容易さと用途の多さから、常温で液状や生ゴム状の直鎖状ポリジオルガノシロキサンや環状ポリジオルガノシロキサンや化粧品用の常温で液状の分岐状ポリメチルフェニルシロキサンが好ましい。
かかるポリジオルガノシロキサンとしては、例えば、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ポリジメチルシロキサン，両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ポリジメチルシロキサン，両末端シラノール基封鎖ポリジメチルシロキサン，両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体，両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体，両末端トリメチルシロキサン基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体，両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体，両末端シラノール基封鎖ポリメチルビニルシロキサン，両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチル（３,３,３−トリフルオロプロピル）シロキサン共重合体，両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチル（３,３,３−トリフルオロプロピル）シロキサン共重合体，両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチル（３−グリシジルオキシプロピル）シロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチル（３−アミノプロピル）シロキサン共重合体、オクタメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられる。かかるポリジオルガノシロキサンの２５℃における粘度は０.６５ｃＳｔから１００万ｃＳｔ、さらには１００万ｃＳｔより高粘度の生ゴム状ないしガム状であってもよい。ポリジオルガノシロキサンは液状シリコーンゴム組成物やシリコーンオイルコンパウンド中の主成分であってもよい。
【０００９】
基本的構成成分である(Ｂ)乳化剤は、ポリオルガノシロキサンの乳化用に使用されているものでよく、アニオン系、カチオン系、両性系、ノニオン系のいずれでもよく、それらの併用であってもよい。このような乳化剤として、ポリオキシアルキレンエーテル，ポリオキシアルキレンアルキルフェノールエーテル，ポリオキシアルキレンアルキルエステル，ポリオキシアルキレンソルビタンアルキルエステル，ポリプロピレングリコール，ジエチレングリコール等の非イオン系界面活性剤、ラウリン酸ナトリウム，ステアリン酸ナトリウム，オレイン酸ナトリウム，リノレン酸ナトリウム等の脂肪酸塩，ヘキシルベンゼンスルホン酸，オクチルベンゼンスルホン酸，ドデシルベンゼンスルホン酸等のアルキルベンゼンスルホン酸およびその塩，オクチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド，ドデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド，長鎖アルキルスルホネート，ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム等のアニオン系界面活性剤、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド，ベンジルアンモニウム塩等のカチオン系界面活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤は２種以上を併用してもよい。
【００１０】
基本的構成成分である(Ｃ)水は、イオン交換水、純水、水道水のいずれでもよい。以上の基本的構成成分の他に、防腐剤，増粘剤，着色剤などシリコーンエマルジョンに通常配合する成分を供給してもよい。本発明の製造方法により製造されたポリオルガノシロキサンエマルジョンは、シリコーンゴムパウダー用原料、化粧品用添加剤、繊維処理剤、消泡剤、離型剤、潤滑剤、撥水剤、艶出し剤などとして有用である。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。実施例では図１の連続式乳化装置を使用した。実施例中、部とあるのは重量部を意味し、粘度は２５度での値であり、特性は次に示す方法に従って測定した。
(１)ゲル率
２５０メッシュの金網をはった濾過機にシリコーンゴムパウダーの懸濁液を通し、金網を通過しなかった残留物の重量と、シリコーンゴムパウダーと残留物の合計重量との比を百分率で示した。
(２)粒度分布
コールターカウンター（光散乱法）で測定した。
【００１２】
【実施例１】
予め０℃に冷却した粘度５００センチポイズの分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたポリジメチルシロキサン１００部に、粘度１０センチポイズの分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたメチルハイドロジェンポリシロキサン０.５部、塩化白金酸とテトラメチルジビニルジシロキサンの錯体０.２部（白金含有量４.５重量％）を混合して液状シリコーンゴム組成物をつくり、これを連続的に原料供給管の内管５（内径１１mm）の原料供給口６へ供給し、同時に２５℃の水１００部と乳化剤であるポリオキシエチレンラウリルエーテル２.０部の混合物を連続的に原料供給管の外管３（内径１５mm）の原料供給口４へ供給した。一方、原料供給管の外管３の最先端面１７と乳化機１１の原料受入管の最先端面１９間のクリアランス１６を２mmとすることにより形成される環状の空気吸入口９（クリアランスと原料供給管の内径との比＝１／７.５）から空気を吸入せしめて上記液状シリコーンゴム組成物および水と乳化剤の混合物とともに、原料受入口１０を通して高速回転ロータ１２が高速回転している乳化機１１内へ液送した。この乳化機１１のハウジング内にはモータ１５に連動した高速回転ロータ１２がセットされており、高速回転ロータ１２の後側面とハウジングのスティター１３の間隙は５μｍである。乳化機１１の高速回転ローター１２を１６,０００ｒｐｍで回転させることにより液状シリコーンゴム組成物を連続的に水中に乳化した後に、生成したエマルジョンを下方に位置する排出口１４から排出し、８０℃の温水４００部に接触させて連続的に硬化させて、球形粒子状のシリコーンゴムパウダーの懸濁液を得た。この懸濁液中には２０重量％のシリコーンゴムパウダーが含まれていた。空気吸入口９の無い他は図１の連続式乳化装置と全て同一である比較例の連続式乳化装置を使用して同一原料から同一条件でシリコーンゴムパウダーをつくった。これらシリコーンゴムパウダーの粒度分布および粒度分布の指標であるゲル率（大粒径粒子の集合体）を調べたところ、表１の結果が得られた。この結果から、本発明の連続式乳化装置１によれば、比較例の連続式乳化装置に比べて、ゲル化しにくく、粒度分布の均一なシリコーンゴムパウダーができることがわかった。ということは、本発明の連続式乳化装置によれば液状シリコーンゴム組成物の粒度分布の均一なエマルジョンができていたことがわかる。
【表１】
0004083252.tif 000002
【００１３】
【実施例２】
粘度５００センチポイズの分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたポリジメチルシロキサン１００部を連続的に原料供給管の内管５の原料供給口６へ供給し、同時に２５℃の水４００部と乳化剤であるポリオキシエチレンラウリルエーテル５.０部の混合物を連続的に原料供給管の外管３（内径１５mm）の原料供給口４へ供給した。一方、原料供給管の外管３の最先端面１７と乳化機１１の原料受入管の最先端面１９間のクリアランス１６を１.０mmとすることにより形成される環状の空気吸入口９（クリアランスと原料供給管の内径との比＝１／１５）から空気を吸入せしめてポリジメチルシロキサンおよび水と乳化剤の混合物とともに、実施例１で使用した乳化機１１へ液送した。乳化機１１の高速回転ローター１２を１６,０００ｒｐｍで回転させることにより該ポリジメチルシロキサンを連続的に水中に乳化した後に、生成したエマルジョンを下方に位置する排出口１４から排出した。空気吸入口９の無い他は図１の連続式乳化装置と全て同一である比較例の連続式乳化装置を使用して同一原料から同一条件でポリジメチルシロキサンのエマルジョンをつくった。これらエマルジョンの粒度分布を調べたところ、表２の結果が得られた。この結果から、本発明の連続式乳化装置１によれば、比較例の連続式乳化装置に比べて、粒度分布の均一なポリジメチルシロキサンエマルジョンができることがわかった。
【表２】
0004083252.tif 000003
【００１４】
【発明の効果】
本発明の連続式乳化装置は、原料供給管と、原料受入管と高速回転ローターを具備した乳化機とから構成され、原料供給管の最先端面と乳化機の原料受入管の最先端面間のクリアランスを０.１mm〜５mmとすることにより空気吸入口が形成されており、クリアランスと原料供給管の内径との比が１／２５０〜１／２であり、または、原料供給管途中の分断面間のクリアランスを０.１mm〜５mmとすることにより空気吸入口が形成されており、クリアランスと原料供給管の内径との比が１／２５０〜１／２であるので、ポリオルガノシロキサンと乳化剤と水をこの空気吸入口から吸入した空気とともに乳化機に送り込み、高速回転ローターを高速回転することにより乳化することにより、生成したポリオルガノシロキサンエマルジョンは粒度分布が均一であるという特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の連続式乳化装置の代表例の断面図を示したものである。
【符号の説明】
１  連続式乳化装置
２  原料供給管
３  原料供給管の外管
４  外管の原料供給口
５  原料供給管の内管
６  内管の原料供給口
７  外管の最先端
８  内管の最先端
９  空気吸入口
１０  原料受入口
１１  乳化機
１２  高速回転ローター
１３  スティター
１４  排出口
１５  モーター
１６  クリアランス
１７  原料供給管の外管の最先端面
１８  原料受入管
１９  原料受入管の最先端面
【図１】
0004083252.tif 000004