method of preparing silicone oil
TRANSCRIPT
-
8/11/2019 Method of Preparing Silicone Oil
1/7
US006071975A
Ulllted
States Patent
[ 1 9 ]
[ 1 1 ]
P a t e n t N u m b e r : 6 , 0 7 1 , 9 7 5
H a l l o r a n
[ 4 5 ] Date o f P a t e n t : J u n . 6 , 2000
[ 5 4 ] METHOD
OF
PREPARING
SILICONE
)IL-
5 , 1 5 2 , 9 2 4
1 0 / 1 9 9 2 Gee
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 5 1 6 / 6 7 X
IN WATER
MICROEMULSIONS 5,518,716
5/1996
Riccio e t a l .
. . . . .
. .
516/67
X
5,684,085
11/1997 Gee
t
a l . . . . . . . .
. .
424/7012 X
[ 7 5 ]
I n v e n t o r :
Daniel
Joseph
Halloran, Midland,
5 , 8 1 7 , 7 1 4 1 0 / 1 9 9 8
G r a i v e r
e t
a l .
. .
. . . . . . . . . . .
. . 524/762
Nlich~ 5,969,038 10/1999
Fecht
e t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424/7012 X
_ _ _ _
Primary
ExaminerRichard D.
Lovering
[ 7 3 ]
A s s l g n e e ? C o r n l n g C o r p o r a t l o m M 1 d 1 a n d > A t t o r n e y , A g e n t , o r FirmJames L .
De
C e s a r e
1c
.
[ 5 7 ]
ABSTRACT
[ 2 1 ]
A p p l - N05
0 9 / 2 2 7 , 8 3 8
A
l a s s i c a l
m e t h o d
o f m i c r o e m u l s i o n
f o r m a t i o n i n v o l v e s
[ 2 2 ]
F i l e d : Jam 1
1999
mixing a n
o i l
and W a t e r W i t h
a
s u r f a c t a n t
( S 1 ) , a n d a
c o - s u r f a c t a n t
( S 2 ) . The
o i l
i s m o s t l y p r e f e r a b l y a c y c l i c
[ 5 1 ]
I n t .
C l . 7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B01J 1 3 / 0 0 ;
A61K / 0 7 5 ; s i l o x a n e .
The
i l
i s
added
t o a s o l u t i o n o f t h e
s u r f a c t a n t
( S 1 )
C08L 4 3 / 0 4
a n d
W a t e r . A W o - p h a s e
s y s t e m
c o n t a i n i n g t h e s i l o X a n e
[ 5 2 ] U.S.Cl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 6 / 5 8 ;
424/7012;
424/7024; r e s u l t s . The tWo-phase system i s
t h e n
t i t r a t e d
With
4 2 4 / 7 0 2 8 ; 5 1 4 / 9 3 8 ;
5 1 6 / 6 7 ; 5 2 4 / 8 0 6 c o - s u r f a c t a n t
( S 2 ) u n t i l
a c l e a r i s o t r o p i c m i c r o e m u l s i o n
[ 5 8 ]
F i e l d
o f
Search
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 1 6 / 5 8 ,
6 7 ;
5 2 4 / 8 0 6 ;
r e s u l t s -
An m u l s i o n
p o l y m e r i z a t i o n
c a t a l y s t
i s added
t o
t h e
4 2 4 / 7 0 1 2 , 7 0 2 4 , 7 0 2 8 ;
5 1 4 / 9 3 8 c l e a r
i s o t r o p i c m i c r o e m u l s i o n ,
a n d p o l y m e r i z a t i o n
o f t h e
c y c l i c s i l o X a n e
i s
i n i t i a t e d . The p o l i m e r i Z a t i o n
i s a l l o W e d
t o
[ 5 6 ] R e f e r e n c e s C i t e d a d v a n c e u n t i l t h e
r e a c t i o n
i s c o m p l e t e ,
o r d e s i r e d
d e g r e e o f
p o l y m e r i z a t i o n
( D P ) h a s b e e n o b t a i n e d .
M i c r o e m u l s i o n s
o f
Us PATENT DOCUMENTS h i g h m o l e c u l a r W e i g h t
s i l i c o n e p o l y m e r s
W i t h l o W p o l y d i s
2 , 8 9 1 , 9 2 0
6 / 1 9 5 9 Hyde e t
a l .
P e r s i t y can be
Produced
4,472,291
9/1984 Rosano
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 516 / 5 8 X
4 , 9 9 9 , 3 9 8
3 / 1 9 9 1 G r a i v e r e t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524/837 13 Claims, N0 r a w i n g s
-
8/11/2019 Method of Preparing Silicone Oil
2/7
6 , 0 7 1 , 9 7 5
1
METHOD OF
PREPARING
I L ICONE OIL
IN-WATER
MICROEMULSIONS
CROSS-REFERENCE TO RELATED
APPLICATIONS
N o t
a p p l i c a b l e .
STATEMENT
REGARDING
FEDERALLY
SPONSORED
RESEARCH OR DEVELOPMENT
N o t a p p l i c a b l e .
REFERENCE TOA ICROFICHE APPENDIX
N o t
a p p l i c a b l e .
F I E L D OF THE
INVENTION
T h i s
i n v e n t i o n i s
d i r e c t e d t o
t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e ,
c l e a r , s i n g l e p h a s e , s i l i c o n e o i l - i n - W a t e r
m i c r o e m u l s i o n s .
These o p t i c a l l y c l e a r o n e p h a s e m i c r o e m u l s i o n s a r e u s e f u l i n
m a n y
p e r s o n a l
c a r e a p p l i c a t i on s , e s p e c i a l l y a s
d e o d o r a n t
o r
s k i n
c a r e l o t i o n s ,
a n d
f o r d e l i v e r i n g
l i p i d
s o l u b l e p e r f u m e s .
I n
a d d i t i o n , t h e microemulsions can be used a s
a
source
of
v e r y s m a l l ,
i . e . ,
b e l o W 1 0 n a n o m e t e r
( n m ) ,
d r o p l e t s
o f
s i l i c o n e o i l ,
f o r
u s e i n t e x t i l e ? n i s h i n g , and a s a n a d d i t i v e
i n
a
h a i r
c o n d i t i o n i n g
p r o d u c t
s u c h a s a s h a m p o o .
They
a l s o
p r o v i d e a n a l t e r n a t i v e t o
t h e
m ore
v o l a t i l e
t y p e s o f s o l v e n t s
t y p i c a l l y u s e d f o r d i l u t i n g s i l i c o n e o i l s . B e c a u s e
t h e y e x i s t
a s a s i n g l e p h a s e , t h e microemulsions a r e m u c h
e a s i e r
t o
p r o c e s s .
BACKGROUND OF THE INVENTION
I t
i s
W e l l d o c u m e n t e d US. P a t .
N o s . 4 , 9 9 9 , 3 9 8 a n d
5 , 8 1 7 , 7 1 4 ) t h a t e m u l s i o n s ,
e s p e c i a l l y s i l i c o n e
e m u l s i o n s , a r e
o p a q u e ,
c l o u d y ,
and
t e n d
t o s e p a r a t e
on s t a n d i n g .
M i c r o e m u l s i o n s , i n c o n t r a s t , a r e
d e s i r a b l e ,
b e c a u s e t h e y a r e
t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e ,
a n d c o n t a i n e q u i l i b r i u m m i c r o
s t r u c t u r e s t h a t a r e
s m a l l e r
t h a n t y p i c a l
e m u l s i o n d r o p l e t s .
T h u s ,
m i c r o e m u l s i o n p r o d u c t s a r e
g e n e r a l l y i n d e ? n i t e l y
s t a b l e ,
a n d t h e y
c a n b e
o p t i c a l l y
c l e a r .
As used h e r e i n , t h e t e r m
emulsion
o r
macroemulsion
means a m i x t u r e o f
one
i m m i s c i b l e l i q u i d i n a n o t h e r , i n t h e
f o r m o f d r o p l e t s , W i t h d i a m e t e r s
a p p r o x i m a t e l y
i n t h e
r a n g e
o f
1 0 0 1 , 0 0 0 n a n o m e t e r ( 0 . 1 1 . 0
m i c r o n / 1 , 0 0 0 1 0 , 0 0 0
angstrom
I n
c o n t r a s t , a
microemulsion m eans
a
s i n g l e o r
o n e
p h a s e
t r a n s p a r e n t ,
t h e r m o d y n a m i c a l l y s t a b l e , m i x t u r e o f
t W o o r m o r e
i m m i s c i b l e l i q u i d s , and
one or m o r e surfactant
s )
a n d
c o - s u r f a c t a n t ( s ) .
I n o r d e r t o a v o i d c o n f u s i o n , i t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e
t e r m
m i c r o e m u l s i o n
h a s
b e e n
u s e d l o o s e l y i n
t h e
l i t e r a t u r e
t o
d e s c r i b e a n y t r a n s p a r e n t c o m p o s i t i o n c o n t a i n i n g W a t e r ,
o i l a n d a s u r f a c t a n t ,
i n c l u d i n g
c o m p o s i t i o n s Which a r e
t r a n s p a r e n t
by v i r t u e
o f
a v e r y
s m a l l s t r u c t u r e s i Z e , a n d i n d e x
o f
r e f r a c t i o n
m a t c h i n g .
H o W e v e r , i t i s
a l m o s t a l W a y s
a p p a r e n t f r o m t h e d e t a i l s o f
t h e
p r e p a r a t i o n
g i v e n ,
W h i c h
t y p e
o f
c o m p o s i t i o n
i s
i n f a c t
b e i n g m a d e , c o n s i d e r i n g t h e o r d e r o f
a d d i t i o n
o f t h e
c o m p o n e n t s , t h e i r p o l y m e r i Z a t i o n ,
o r
When h i g h e n e r g y
m i x i n g
i s i n v o l v e d .
M i c r o e m u l s i o n s , o n t h e o t h e r h a n d , a r e g e n e r a l l y a l W a y s
c l e a r o r t r a n s p a r e n t , b e c a u s e
t h e y
c o n t a i n s t r u c t u r e s s m a l l e r
t h a n
t h e
W a v e l e n g t h
o f
v i s i b l e
l i g h t ,
t y p i c a l l y
o f
t h e
o r d e r o f
magnitude
o f a b o u t 500 n a n o m e t e r . F u r t h e r m o r e , a
m i c r o e m u l s i o n , a s
t h a t t e r m
i s used h e r e i n , c o n t a i n s s t r u c
t u r e s
t h a t a r e spontaneously s e l f - a s s e m b l e d a g g r e g a t e s , con
s i s t i n g o f o i l a n d s u r f a c t a n t m o n o l a y e r s , o r W a t e r a n d
s u r f a c t a n t
m o n o l a y e r s .
10
1 5
20
25
30
35
40
55
60
6 5
2
Although t h e r e a r e
d i s t i n c t
domains p r e s e n t Which
a r e
composed o f W a t e r
a n d o i l ,
t h e s e
t y p e s
o f s y s t e m s c a n b e
p r o p e r l y d e s c r i b e d a s b e i n g i n t h e
form
o f o n e
p h a s e ,
b e c a u s e
t h e domains c o n s i s t
o f
m o l e c u l a r a g g r e g a t e s t h a t
s p o n t a n e o u s l y s e l f - a s s e m b l e .
A
i c r o e m u l s i o n
m a y
c o n t a i n
o i l
d r o p l e t s
d i s p e r s e d
i n
W a t e r
( O / W ) ,
W a t e r
d r o p l e t s
d i s p e r s e d
i n
o i l
( W / O ) ,
o r
i t
may be i n
t h e f or m o f
a bicontinuous s t r u c t u r e o r
o t h e r
s t r u c t u r e .
I t c a n b e r e c o g n i Z e d by s e v e r a l i n h e r e n t c h a r a c
t e r i s t i c s Which
a r e t h a t i t c o n t a i n s o i l , W a t e r , and a
s u r f a c t a n t ; i i )
t h e r e
i s a h i g h c o n c e n t r a t i o n
o f
s u r f a c t a n t
r e l a t i v e t o o i l ; i i i )
t h e
s y s t e m
i s o p t i c a l l y
c l e a r ; ( i v )
t h e
p h a s e s d o n o t
s e p a r a t e b y
c e n t r i f u g a t i o n ; a n d ( v ) t h e s y s t e m
f o r m s
s p o n t a n e o u s l y .
F o r
p u r p o s e s
o f
t h i s
i n v e n t i o n , t h e r e f o r e ,
a n
e m u l s i o n i s
c o n s i d e r e d a s
c o n t a i n i n g
s t r u c t u r e s h a v i n g a n a v e r a g e
dia m
e t e r o f
more
t h a n 100 nanometer ( 0 . 1 m i c r o n / 1 , 0 0 0 a n g
s t r o m A ) ,
Whereas
a m i c r o e m u l s i o n c o n t a i n s s t r u c t u r e s
h a v i n g a n a v e r a g e d i a m e t e r o f
l e s s t h a n
100 n a n o m e t e r ( 0 . 1
m i c r o n / 1 , 0 0 0 a n g s t r o m
A ) , p r e f e r a b l y
l e s s
t h a n 5 0
nanom
e t e r ( 0 . 0 5 m i c r o n / 5 0 0 a n g s t r o m A ) , a n d m o s t p r e f e r a b l y l e s s
t h a n 1 0 n a n o m e t e r ( 0 . 0 1 m i c r o n / 1 0 0 a n g s t r o m
M i c r o
e m u l s i o n
c o n t a i n i n g
s t r u c t u r e s h a v i n g
a n
a v e r a g e d i a m e t e r
o f
a s
s m a l l
a s
5 nanometer ( 0 . 0 0 5 m i c r o n / 5 0 angstrom i s
a l s o c o n t e m p l a t e d h e r e i n .
C l a r i t y o r
t r a n s p a r e n c y i s
c o n t r o l l e d t o
a
g r e a t
e x t e n t by
t h e s t r u c t u r e s i Z e o f t h e
d i s p e r s e d
p h a s e . The s c a t t e r i n g o f
l i g h t i s
d e p e n d e n t on
t h e s t r u c t u r e
s i Z e .
T h e r e f o r e , c l e a r
o r
t r a n s p a r e n t
c o m p o s i t i o n s ,
a c c o r d i n g t o t h i s i n v e n t i o n ,
a r e
g e n e r a l l y
a
s i n g l e
p h a s e W i t h o u t d r o p l e t s
o r
s t r u c t u r e s , When
vieWed
W i t h t h e naked e y e .
F u r t h e r m o r e ,
W h i le e m u l s i o n s a r e
r e c o g n i Z e d
a s
i n h e r
e n t l y
u n s t a b l e
s y s t e m s
s e p a r a t i n g
W i t h
t i m e ,
m i c r o e m u l s i o n s
a c c o r d i n g t o t h i s
i n v e n t i o n ,
c a n b e f o r m e d s p o n t a n e o u s l y ,
a n d
a r e g e n e r a l l y s t a b l e
i n d e ? n i t e l y .
I t
s h o u l d b e n o t e d t h a t t r u e m i c r o e m u l s i o n s o f c y c l i c
s i l o x a n e s i n W a t e r
a r e
q u i t e
r a r e . Y e t ,
c l a s s i c a l methods
o f
m i c r o e m u l s i o n
f o r m a t i o n
h a v e
been k noW n f o r m any y e a r s
i n W h i c h a n o n - p o l a r o r g a n i c o i l , W a t e r , a
s u r f a c t a n t
( S 1 ) ,
and
a c o - s u r f a c t a n t
( S 2 ) ,
a r e m i xed
o form m i c r o e m u l s i o n s ,
a l l e g e d
t o
b e t h e r m o d y n a m i c a l l y s t a b l e . An
d a p t a t i o n of t h e
c l a s s i c a l
m e t h o d , c o i n e d
t h e
t i t r a t i o n m e t h o d , h a s
e v e n
a c h i e v e d some d e g r e e
o f n o t o r i e t y i n
m i c r o e m u l s i o n c i r c l e s ,
Whereby
o r g a n i c
o i l s , b u t
n o t
s i l i c o n e o i l s , a r e a d d e d t o a
s o l u t i o n
o f a s u r fa c t a n t S1 and W a t e r t o form tWo-phase
m i x t u r e s . A o - s u r f a c t a n t ( S 2 ) i s t h e n s l o W l y a d d e d W i t h
m i x i n g ,
i . e . ,
t h e
t i t r a t i o n ,
u n t i l t h e
s y s t e m
b e c o m e s
c l e a r .
I t
i s s a i d t h a t m i c r o e m u l s i o n s o f p a r t i c l e s i Z e o f 4 n a n o m e t e r
t o
a b o u t 2 0 nanometer can
be formed i n t h i s
f a s h i o n .
Advantage
s t a k e n o f a t i t r a t i o n method i n t h i s i n v e n t i o n ,
i n o r d e r
t o
f a c i l i t a t e a r r i v i n g a t t h e p r o d u c t i o n o f s i l i c o n e
o i l - i n - W a t e r m i c r o e m u l s i o n s , Which c a n c o n t a i n h i g h
m o l e c u l a r
W e i g h t s i l i c o n e p o l y m e r s ,
W i t h s t r u c t u r e s
s o s m a l l
t h a t
t h e y
a p p e a r i n v i s i b l e t o t h e naked e y e ,
a s
a p r a c t i c a l
m a t t e r .
B R I E F
SUMMARY
OF THE INVENTION
T h i s
i n v e n t i o n r e l a t e s
t o
m i c r o e m u l s i o n s o f p o l y s i l o x a n e s
i n W a t e r , a n d
t o
methods f o r t h e i r p r e p a r a t i o n .
S i l i c o n e
o i l - i n - W a t e r
m i c r o e m u l s i o n s
a r e
p r e p a r e d
v i a t h e
f o l l o W i n g
s t e p s :
1 . A r i m a r y s u r f a c t a n t i s d i s s o l v e d i n W a t e r .
2 . A s i l o x a n e i s a d d e d , a n d a t W o - p h a s e
m i x t u r e i s f o r m e d .
3 . With s i m p l e m i x i n g , a
c o - s u r f a c t a n t
i s s l o W l y a d d e d t o
t h e t W o - p h a s e
m i x t u r e , u n t i l
a
c l e a r
i s o t r o p i c
m i c r o e m u l s i o n
-
8/11/2019 Method of Preparing Silicone Oil
3/7
6 , 0 7 1 , 9 7 5
3
o f
a
s i l o x a n e - i n - W a t e r i s
f o r m e d . T h e s e s y s t e m s t y p i c a l l y
can
have
a m e an p a r t i c l e s i z e o f l e s s t h a n about
2 0
n a n o m e t e r , and a narrow p a r t i c l e s i Z e d i s t r i b u t i o n .
T h u s ,
s i l o x a n e s
c a n , f o r e x a m p l e , b e a d d e d
t o s o l u t i o n s
c o n t a i n i n g i o n i c
s u r f a c t a n t s , s u c h a s
d o d e c y l t r i m e t h y l
ammonium
b r o m i d e
DTAB)
a n d
s o d i u m
d o d e c y l
s u l f a t e
( S D S ) ,
u n t i l
a t W o - p h a s e
s y s t e m
i s
f o r m e d . A o - s u r f a c t a n t ,
s u c h a s
1 - p e n t a n o l ,
i s t h e n
t i t r a t e d
i n t o
t h e s o l u t i o n ,
u n t i l a
c l e a r , i s o t r o p i c m i c r o e m u l s i o n r e s u l t s .
S a l t s
s u c h a s sodium
c h l o r i d e can a l s o be i n c l u d e d .
T h e
s y s t e m c a n b e p o l y m e r iZ e d
b y t h e a d d i t i o n o f , f o r
e x a m p l e , a s t r o n g a c i d o r a s t r o n g b a s e r i n g - o p e n i n g p o l y
m e r i Z a t i o n c a t a l y s t o r a
c o n d e n s a t i o n
p o l y m e r i Z a t i o n
c a t a
l y s t . The
u s e
o f s u c h a
t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e p r e
e m u l s i o n
l e a d s t o a
v a s t l y
s i m p l i ? e d po l y m e r i Z a t i o n
p r o c e s s . Some b e n e ? t s , f o r e x a m p l e ,
i n c l u d e f a s t
p o l y m e r
i Z a t i o n r a t e s a n d h i g h m o l e c u l a r W e i g h t s .
I n
some i n s t a n c e s ,
a
v e r y loW m o l e c u l a r
W e i g h t p o l y d i s p e r s i t y h a s b e e n
o b s e r v e d .
The i n v e n t i o n , t h e r e f o r e , p r o v i d e s a method o f making a
t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e ,
c l e a r ,
s i n g l e
p h a s e ,
s i l i c o n e
o i l
i n - W a t e r
m i c r o e m u l s i o n ,
b y
f o r m i n g a t W o - p h a s e
m i x t u r e
o b t a i n e d by c o m b i n i n g W a t e r , a s i l o x a n e , a n d a n o n i o n i c
s u r f a c t a n t , a c a t i o n i c s u r f a c t a n t , o r
a n a n i o n i c
s u r f a c t a n t ;
( i i )
a d d i n g t o
t h e
t W o - p h a s e m i x t u r e a c o -s u r f a c t a n t s e l e c t e d
f r o m
t h e
g r o u p c o n s i s t i n g o f
m o n o h y d r o x y
a l c o h o l s , d i o l s ,
a n d t r i o l s ,
u n t i l a
t h e r m o d y n a m i c a l l y s t a b l e , c l e a r ,
s i n g l e
p h a s e ,
p r e - m i c r o e m u l s i o n
c o n t a i n i n g
t h e
s i l o x a n e
i s
f o r m e d ;
i i i ) a d d i n g a p o l y m e r i Z a t i o n i n i t i a t o r t o
t h e t h e r m o d y n a m i
c a l l y s t a b l e ,
c l e a r ,
s i n g l e
p h a s e ,
p r e - m i c r o e m u l s i o n ;
i v )
h e a t i n g t h e t h e r m o d y n a m i c a l l y s t a b l e ,
c l e a r , s i n g l e
p h a s e ,
p r e - m i c r o e m u l s i o n ; ( v ) a g i t a t i n g t h e h e a t e d , t h e r m o d y n a m i
c a l l y
s t a b l e ,
c l e a r ,
s i n g l e
p h a s e ,
p r e - m i c r o e m u l s i o n ;
a n d
( v i )
a l l o W i n g
t h e s i l o x a n e
t o p o l y m e r i Z e , u n t i l a
t h e r m o d y n a m i
c a l l y
s t a b l e , c l e a r ,
s i n g l e
p h a s e , m i c r o e m u l s i o n i s f o r m e d
c o n t a i n i n g
a h i g h e r m o l e c u l a r W e i g h t s i l i c o n e p o l y m e r .
The i n v e n t i o n
a l s o
p r o v i d e s a method o f
mak ing
a
t h e r
m o d y n a m i c a l l y s t a b l e ,
c l e a r ,
s i n g l e p h a s e , s i l i c o n e
o i l - i n
W a t e r m i c r o e m u l s i o n , b y f o r m i n g a t W o - p h a s e m i x t ur e
o b t a i n e d by c o m b i n i n g W a t e r , a s i l o x a n e , a n d a n o n i o n i c
s u r f a c t a n t , a c a t i o n i c s u rf a c t a n t , o r a n a n i o n i c s u r f a c t a n t ; and
( i i )
a d d i n g t o t h e t W o - p h a s e
m i x t u r e
a c o - s u r f a c t a n t s u c h a s
a
monohydroxy
a l c o h o l ,
d i o l ,
o r t r i o l ,
u n t i l
a thermodynami
c a l l y s t a b l e , c l e a r , s i n g l e p h a s e , m i c r o e m u l s i o n c o n t a i n i n g
t h e s i l o x a n e
i s
f o r m e d .
T h e s e
a n d o t h e r f e a t u r e s
o f t h e i n v e n t i o n
W i l l
b e c o me
a p p a r e n t
f r o m
a
c o n s i d e r a t i o n
o f
t h e
f o l l o W i n g
d e t a i l e d
d e s c r i p t i o n .
BRIEF DESCRIPTION
OF
THE SEVERAL
VIEWS
OF THE
DRAWING
N o t a p p l i c a b l e .
DETAILED DESCRIPTION OF THE
INVENTION
E m u l s i o n
p o l y m e r i Z a t i o n
m e t h o d s f o r m a k i n g e m u l s i o n s
o f h i g h v i s c o s i t y p o l y m e r s i n v o l v e s t a r t i n g
W i t h
l o W
v i s
c o s i t y
p o l y m e r p r e c u r s o r s ,
i . e . ,
monomers, o r
r e a c t i v e
o l i g o m e r s , Which a r e i m m i s c i b l e i n W a t e r ; a s u r f a c t a n t t o
s t a b i l i Z e
polymer
p r e c u r s o r
d r o p l e t s
i n
W a t e r ;
a n d
a
W a t e r
s o l u b l e p o l y m e r i Z a t i o n c a t a l y s t .
T y p i c a l l y ,
t h e c a t a l y s t i s a s t r o n g m i n e r a l a c i d s u c h
a s
h y d r o c h l o r i c
a c i d , o r a s t r o n g a l k a l i n e c a t a l y s t
s u c h
a s
sodium
h y d r o x i d e .
T h e s e components a r e a d d e d t o W a t e r ,
t h e m i x t u r e i s
s t i r r e d ,
a n d p o l y m e r i Z a t i o n i s a l l o W e d t o
10
1 5
25
35
45
55
6 5
4
a d v a n c e
u n t i l
t h e
r e a c t i o n
i s
c o m p l e t e , o r
t h e
d e s i r e d d e g r e e
o f po l y m e r i Z a t i o n
( D P )
i s r e a c h e d ,
a n d
a n e m u l s i o n
o f
t h e
p o l y m e r
i s
f o r m e d .
One
example
o f s u c h a n e m u l s i o n p o l y m e r i Z a t i o n p r oc e s s
i s d e s c r i b e d
i n US. P a t . N o . 2 , 8 9 1 , 9 2 0
( J u n . 2 3 ,
1 9 5 9 ) ,
Which
shoWs
a
method
o f
making
a q u e o u s
e m u l s i o n s
o f
p o l y d i m e t h y l s i l o x a n e s , s t a r t i n g W i t h p r e c u r s o r m o l e c u l e s
o f
a p o l y d i m e t h y l s i l o x a n e .
P o l y d i o r g a n o s i l o x a n e
p r e c u r s o r s
g e n e r a l l y
u s e d
i n
s u c h
p r o c e s s e s i n c l u d e c y c l i c s i l o x a n e s Which
a r e r e l a t i v e l y
i n s o l u b l e i n W a t e r , a n d
Which
c a n
b e p o l y m e r i Z e d
u s i n g a n
e m u l s i o n p o l y m e r i Z a t i o n
t e c h n i q u e . T h e s e c y c l i c
s i l o x a n e s
g e n e r a l l y
a r e
s p e c i e s
h a v i n g
t h e
f o r m u l a :
R a
i n W h i c h R a n d R b d e n o t e m e t h y l , e t h y l , p r o p y l , v i n y l ,
a l l y l ,
o r
p h e n y l
g r o u p s ;
a n d n i s
3 , 4 , 5 , o r
6 .
The
c y c l i c
s i l o x a n e
p r e c u r s o r s c a n b e
p u r e
s p e c i e s , s u c h
as o c t a m e t h y l c y c l o t e t r a s i l o x a n e ,
hexamethylcyclotrisiloxane
d e c a m e t h y l c y c l o p e n t a s i l o x a n e ,
t e t r a m e t h y l t e t r a v i n y l c y c l o t e t r a s i l o x a n e , and
t e t r a m e t h y l t e t r a p h e n y l c y c l ot e t r a s i l o x a n e , o r
m i x t u r e s
o f t h e
s p e c i e s can b e u s e d . One example o f a m i x t u r e i s a
c o m bi
n a t i o n
o f c y c l o p o l y d i m e t h y l s i l o x a n e s
h a v i n g t h r e e , f o u r ,
a n d ?ve s i l o x a n e u n i t s .
The r e a c t i o n m e d i u m
c a n
i n c l u d e
s m a l l
p o r t i o n s
o f
o t h e r
o r g a n o s i l i c o n c o m p o u n d s c o n t a i n i n g h y d r o l y Z a b l e o r
s i l a n o l
g r o u p s
i n
t h e
m o l e c u l e ,
W h i c h
a r e
c a p a b l e o f
p o l y m e r i Z a
t i o n .
Some e x a m p l e s
i n c l u d e a m i n e
f u n c t i o n a l
s i l a n e s , v i n y l
f u n c t i o n a l
s i l a n e s ,
a n d
h a l o g e n - a l k y l
f u n c t i o n a l s i l a n e s .
S i l a n e s
most o f t e n
u s e d i n c l u d e N - ( 2 - a m i n o e t h y l ) - 3
( a m i n o p r o p y l ) t r i m e t h o x y s i l a n e ,
v i n y l t r i e t h o x y s i l a n e ,
v i n y l t r i a c e t o x y s i l a n e , a n d 3 - c h l o r o p r o p y l t r i m e t h o x y s i l a n e .
The r e a c t i o n
me d ium
g e n e r a l l y c o m p r i s e s
W a t e r , a n
e f f e c
t i v e
amount
o f
s u r f a c t a n t
t o s t a b i l i Z e p o l y d i o r g a n o s i l o x a n e
d r o p l e t s formed i n
t h e
medium,
a n d a n
e f f e c t i v e amount
o f
a n
i n i t i a t o r
t o
p o l y m e r i Z e
t h e p o l y d i o r g a n o s i l o x a n e
p r e c u r
sor.
A c c o r d i n g t o
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n ,
t h e e m u l s i o n
p o l y
m e r i Z a t i o n p r o c e s s
i s
u t i l i Z e d i n p r e p a r i n g c l e a r , s t a b l e ,
m i c r o e m u l s i o n s , f r o m a n o t h e r Wi s e t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e
p r e - e m u l s i o n
Which i s f o r m e d
W i t h
t h e a i d
o f
c e r t a i n
s u r f a c t a n t ( s )
S 1
a n d c o - s u r f a c t a n t ( s )
S 2 .
T h u s , c o m p o s i t i o n s
a c c o r d i n g t o
t h i s i n v e n t i o n
c a n b e
p r e p a r e d
b y
c o m b i n i n g , a n d
p r e f e r a b l y
c o n t a i n 1 5 0
p e r c e n t
b y W e i g h t o f a s i l i c o n e o i l
c o m p o n e n t ; 5 0 9 8
p e r c e n t b y
W e i g h t o f W a t e r ; 550 p e r c e n t by W e i g h t o f a s u r f a c t a n t
o r
c o m b i n a t i o n o f
s u r f a c t a n t s
S 1 ;
5 1 5
p e r c e n t by W e i g h t o f a
c o - s u r f a c t a n t o r c o m b i n a t i o n
o f
c o - s u r f a c t a n t s
S 2 ;
o p t i o n
a l l y 0 . 0 1 1 . 0 p e r c e n t
b y
W e i g h t
o f
a p o l y m e r i Z a t i o n
c a t a l y s t ;
a n d a s u f ? c i e n t q u a n t i t y
o f n e u t r a l i Z i n g a g e n t , i n c l u d i n g
a n
excess
o f a s
much
s
50 p e r c e n t , necessary t o
n e u t r a l i Z e t h e
c a t a l y s t .
The s i l i c o n e o i l
component o f
t h e
c o m p o s i t i o n c a n
be a
c y c l i c
s i l o x a n e h a v i n g t h e f o r m u l a { R 1 R 2 S i O } x
i n
W h i c h
R 1
a n d
R2
a r e
a l k y l
g r o u p s h a v i n g 1 6 c a r b o n
a t o m s ,
a r y l
g r o u p s s u c h a s p h e n y l ,
o r a l k e n y l
g r o u p s s u c h a s
v i n y l
a n d
a l l y l , a n d x i s 3 6 .
The
s i l i c o n e o i l
component
o f t h e
c o m p o s i t i o n c a n a l s o
b e
a
s h o r t
c h a i n l i n e a r s i l o x a n e h a v i n g
t h e
f o r m u l a RC3SiO{Rd2SiO}ySiRC3 o r
t h e
f o r m u l a
H O R C 2 S i O { R d 2 S i O } y S i R C 2 O H i n w h i c h
R C
a n d Rd r e a l k y l
-
8/11/2019 Method of Preparing Silicone Oil
4/7
6 , 0 7 1 , 9 7 5
5
g r o u p s h a v i n g 16 c a r b o n atoms
o r a r y l
g r o u p s such a s
p h e n y l ,
a n d y i s
0 1 0 .
Some s u i t a b l e c y c l i c s i l o x a n e s a r e h e x a m e t h y l c y c l o t r i s i
l o x a n e
( D 3 ) , a s o l i d W i t h a b o i l i n g
p o i n t
o f 1 3 4 C . a n d t h e
f o r m u l a { ( M e 2 ) S i O } 3 ; o c t a m e t h y l c y c l o t e t r a s i l o x a n e ( D 4 )
W i t h
a
b o i l i n g p o i n t
o f
1 7 6
C . ,
a
v i s c o s i t y
o f
2 . 3
m m 2 / s , a n d
t h e f o r m u l a
{ ( M e 2 ) S i O } 4 ;
d e c a m e t h y l c y c l o p e n t a s i l o x a n e
( D 5 ) W i t h
a b o i l i n g p o i n t
o f 2 1 0 C . ,
a
v i s c o s i t y o f 3 . 8 7
m m 2 / s , a n d t h e f o r m u l a { ( M e 2 ) S i O } 5 ; d o d e c a m e t h y l c y c l o
h e x a s i l o x a n e ( D 6 ) W i t h a b o i l i n g
p o i n t
o f
245
C . , a v i s c o s i t y
o f 6 . 6 2 m m 2 / s , a n d t h e f o r m u l a
{ ( M e 2 ) S i O } 6 ;
a n d 1 , 3 , 5 , 7
t e t r a v i n y l - 1 , 3 , 5 , 7 - t e t r a m e t h y l c y c l o t e t r a s i l o x a n e W i t h t h e
f o r m u l a { ( M e ) ( C H 2 = C H ) S i O } 4 .
S o m e
s u i t a b l e
s h o r t
c h a i n
l i n e a r
s i l o x a n e s
a r e
hexameth
y l d i s i l o x a n e MM) W i t h
a
b o i l i n g p o i n t
o f
1 0 0
C . ,
v i s c o s i t y
o f
0 . 6 5 m m 2 / s ,
a n d
f o r m u l a
M e 3 S i O S i M e 3 ;
o c t a m e t h y l t r i s i
l o x a n e
M D M ) W i t h a b o i l i n g
p o i n t o f
1 5 2
C . ,
v i s c o s i t y
o f
1 . 0 4 m m 2 / s ,
a n d
f o r m u l a Me3SiOMe2SiOSiMe3; d e c a m e t h
y l t e t r a s i l o x a n e MDZM)
W i t h
a
b o i l i n g p o i n t
o f
1 9 4 C . ,
v i s c o s i t y
o f
1 . 5 3
m m 2 / s , a n d
f o r m u l a
M e 3 S i O ( M e 2 S i O )
2 S i M e 3 ;
d o d e c a m e t h y l p e n t a s i l o x a n e MD3M) W i t h
a
b o i l i n g
p o i n t o f 2 2 9 C . , v i s c o s i t y o f 2 . 0 6
m m 2 /s , a n d f o r m u l a
M e 3 S i O ( M e 2 S i O ) 3 S i M e 3 ; t e t r a d e c a m e t h y l h e x a s i l o x a n e
MD4M) W i t h
a
b o i l in g p o i n t o f
2 4 5
C . , v i s c o s i t y o f
2 . 6 3
m m 2 / s , a n d
f o r m u l a M e 3 S i O ( M e 2 S i O ) 4 S i M e 3 ; h e x a d e c a m
e t h y l h e p t a s i l o x a n e
MDSM)
W i t h
a b o i l i n g
p o i n t
o f 2 7 0 C . ,
v i s c o s i t y
o f 3 . 2 4 m m 2 / s ,
a n d
f o r m u l a M e 3 S i O ( M e 2 S i O )
5 S i M e 3 ;
a n d
a
s i l a n o l
? u i d W i t h
t h e
f o r m u l a HO{ CH3)
2 S i O } 6 H .
I n t h e s e f o r m u l a s ,
Me s u s e d
t o r e p r e s e n t
a m e t h y l
g r o u p
CH3.
The
c o m p o s i t i o n
m a y c o n t a i n
a n o n i o n i c s u r f a c t a n t .
G e n e r a l l y , i t s h o u l d be a
n o n - s i l i c o n
atom c o n t a i n i n g non
i o n i c e m u l s i ? e r .
Most p r e f e r r e d
a r e
a l c o h o l e t h o x y l a t e s
R3 OCH2CH2) aOH,
m o s t
p a r t i c u l a r l y
f a t t y
a l c o h o l
e t h o x y l a t e s .
F a t t y
a l c o h o l
e t h o x y l a t e s
t y p i c a l l y c o n t a i n t h e
c h a r a c t e r i s t i c g r o u p
OCH 2CH 2 ) a OH
Which s
a t t a c h e d
t o
f a t t y
h y d r o c a r b o n
r e s i d u e
R 3
W h i c h c o n t a i n s a b o u t
e i g h t
t o
a b o ut t W e n t y c a r b on a t o m s , s u c h
a s
l a u r y l ( C 1 2 ) , c e t y l
( C 1 6 )
a n d
s t e a r y l ( C 1 8 ) .
W h i l e t h e
v a l u e o f a
m a y r a n g e
f r o m
1
t o a b o u t 1 0 0 ,
i t s
v a l u e
i s t y p i c a l l y i n t h e
r a n g e o f a b o u t 1 2
t o a b o u t
4 0 .
Some e x a m p l e s o f s u i t a b l e n o n i o n i c s u r f a c t a n t s a r e p o l y
o x y e t h y l e n e ( 4 )
l a u r y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e ( 5 )
l a u r y l
e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e ( 2 3 ) l a u r y l e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e
( 2 )
c e t y l e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e ( 1 0 ) c e t y l e t h e r , p o l y o x y
e t h y l e n e
( 2 0 ) c e t y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e ( 2 ) s t e a r y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e
( 1 0 ) s t e a r y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e
( 2 0 )
s t e a r y l
e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e
( 2 1 )
s t e a r y l
e t h e r ,
p o l y o x y
e t h y l e n e ( 1 0 0 ) s t e a r y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e
( 2 )
o l e y l
e t h e r ,
a n d
p o l y o x y e t h y l e n e ( 1 0 ) o l e y l e t h e r . T h e s e
a n d
o t h e r
f a t t y
a l c o h o l e t h o x y l a t e s a r e c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e u n d e r t r a d e
marks
and tradenames such a s ALFONIC BRIJ,
GENAPOL,
NEODOL,
SURFONIC,
a n d
TRYCOL.
The c o m p o s i t i o n
m a y
a l s o c o n t a i n a c a t i o n i c s u r f a c t a n t .
C a t i o n i c s u r f a c t a n t s u s e f u l i n t h e
i n v e n t i o n
i n c l u d e c o m
p o u n d s c o n t a i n i n g q u a t e r n a r y
ammonium
y d r o p h i l i c m o i
e t i e s
i n
t h e
m o l e c u l e
Which
a r e
p o s i t i v e l y c h a r g e d ,
s u c h
a s
q u a t e r n a r y ammonium s a l t s
r e p r e s e n t e d
b y R R R R N +
X- W h e r e R , R ,
R , a n d R
a r e a l k y l g r o u p s c o n t a i n i n g
130
c a r b o n a t o m s , o r a l k y l g r o u p s d e r i v e d
from
t a l l o W ,
c o c o n u t
o i l , o r
s o y ; a n d
X
s h a l o g e n ,
i . e . , c h l o r i n e o r
b r o m i n e .
Most
p r e f e r r e d a r e
d i a l k y l d i m e t h y l
a m m o n i u m
s a l t s r e p r e s e n t e d by
R R N + ( C H 3 ) 2 X _ , W h e r e R
a n d
R
a r e
a l k y l g r o u p s
c o n t a i n i n g
1 2 3 0 c a r b o n a t o m s , o r a l k y l g r o u p s
d e r i v e d from t a l l o W ,
c o c o n u t o i l ,
o r
s o y ;
a n d X s h a l o g e n .
M o n o a l k y l t r i m e t h y l
a m m o n i u m a l t s
c a n
a l s o b e e m p l o y e d ,
a n d a r e
r e p r e s e n t e d
by RN+ CH3)3X_
W h e r e R i s
a n
a l k y l
10
1 5
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
6
g r o u p c o n t a i n i n g 1230 c a r b o n a t o m s , o r a n a l k y l g r o u p
d e r i v e d from t a l l o W , c o c o n u t
o i l , o r s o y ;
a n d X s h a l o g e n .
R e p r e s e n t a t i v e qu a t e r n a r y a m m o n i u m
s a l t s
a r e
d o d e c y l
t r i m e t h y l
a m o n i u m
b r o m i d e ( D T A B ) , d i d o d e c y l d i m e t h y l
ammonium b r o m i d e ,
d i h e x a d e c y l d i m e t h y l
ammonium
c h l o r i d e ,
d i h e x a d e c y l d i m e t h y l
ammonium
b r o m i d e ,
d i o c t a
d e c y l d i m e t h y l ammonium c h l o r i d e , d i e i c o s y l d i m e t h y l
am m onium c h l o r i d e , d i d o c o s y l d i m e t h y l am m onium
c h l o r i d e ,
d i c o c o n u t d i m e t h y l
ammonium c h l o r i d e , d i t a l
l o W d i m e t h y l ammonium c h l o r i d e , a n d d i t a l l o W d i m e t h y l
a m m o n i u m b r o m i d e .
These
and
o t h e r
q u a t e r n a r y ammo
nium s a l t s a r e c o m m e r c i a l l y
a v a i l a b l e
u n d e r t r a d e n a m e s
s u c h
a s ADOGEN ARQUAD TOMAH
n d
VARIQUAT.
The
c o m p o s i t i o n
m a y a l s o
c o n t a i n a n
a n i o n i c
s u r f a c t a n t .
Examples o f a n i o n i c s u r f a c t a n t s i n c l u d e s u l f o n i c a c i d s
a n d
t h e i r
s a l t d e r i v a t i v e s ;
a l k a l i
m e t a l s u l f o s u c c i n a t e s ; s u l
f o n a t e d
g l y c e r y l e s t e r s
o f f a t t y
a c i d s s u c h a s
s u l f o n a t e d
m o n o g l y c e r i d e s o f c o c o n u t
o i l
a c i d s ; s a l t s o f s u l f o n a t e d
monovalent
a l c o h o l
e s t e r s
s u c h
a s sodium o l e y l
i s o t h i o n a t e ;
amides
o f
amino
s u l f o n i c a c i d s
s u c h
a s t h e
sod ium
s a l t
o f
o l e y l m e t h y l t a u r i d e ; s u l f o n a t e d p r o d u c t s o f f a t t y a c i d
n i t r i l e s s u c h a s
p a l m i t o n i t r i l e s u lf o n a t e ;
s u l f o n a t e d
a r o m a t i c
h y d r o c a r b o n s s u c h a s s o d i u m a l p h a - n a p h t h a l e n e
monosul
f o n a t e ; c o n d e n s a t i o n
p r o d u c t s o f
n a p h t h a l e n e
s u l f o n i c a c i d s
W i t h f o r m a l d e h y d e ; s o d i u m
o c t a h y d r o
a n t h r a c e n e s u l f o n a t e ;
a l k a l i
m e t a l
a l k y l
s u l f a t e s s u c h a s
s o d i u m
l a u r y l
( d o d e c y l )
s u l f a t e ( S D S ) ;
e t h e r
s u l f a t e s h a v i n g
a l k y l
g r o u p s o f e i g h t o r
m ore
carbon
a t o m s ; and a l k y l a r y l s u l f o n a t e s
having
one o r
m o r e
a l k y l
groups o f e i g h t
o r
m o r e carbon a t o m s .
Commercial
a n i o n i c s u r f a c t a n t s u s e f u l
i n
t h i s i n v e n t i o n
i n c l u d e t r i e t h a n o l a m i n e l i n e a r a l k y l
s u l f o n a t e
s o l d u n d e r t h e
t r a d e n a m e BIO-SOFT
N - 3 0 0
b y t h e S t e p a n
C o m p a n y ,
N o r t h ? e l d ,
I l l .
s u l f a t e s
s o l d
u n d e r
t h e
t r a d e n a m e
POLYS
TEP
b y
t h e
S t e p a n
C o m p a n y ;
a n d
s o d i u m
n - h e x a d e c y l
d i p h e n y l o x i d e d i s u l f o n a t e s o l d u n d e r t h e t r a d e n a m e DOW
F A X
8 3 9 0
b y The oW
h e m i c a l C o m p a n y ,
M i d l a n d , M i c h .
The composition c o n t a i n s
a
c o - s u r f a c t a n t . I t
m a y
be
a
c o m p o u n d such a s a
m onohydro xy
a l c o h o l , a d i o l , o r a
t r i o l .
S o m e
p r e f e r r e d c o - s u r f a c t a n t s i n c l u d e 1 - b u t a n o l ,
1 - p e n t a n o l ,
1 - d e c a n o l , 1 - h e x a d e c a n o l ,
e t h y l e n e
g l y c o l , p r o
p y l e n e
g l y c o l , t r i m e t h y l e n e g l y c o l , a n d
g l y c e r o l .
M o s t p r e
f e r r e d
a r e t h e C 4 a n d C 5
a l c o h o l s
f o r p r e p a r i n g ? u i d - t y p e
m i c r o e m u l s i o n s ,
W h i l e t h e C6
t o
C 1 0
a l c o h o l s
a r e
u s e f u l
f o r
p r e p a r i n g
m i c r o e m u l s i o n g e l s .
I f d e s i r e d , t h e
c o m p o s i t i o n
m a y c o n t a i n a n e l e c t r o l y t e
such a s
s o di u m
c h l o r i d e
o r
ammonium
h l o r i d e ,
t o i n c r e a s e
t h e
v i s c o s i t y o f
t h e
? n a l p r o d u c t .
C a t a l y s t s
c a p a b l e o f p o l y m e r i Z i n g
s i l o x a n e s
i n
t h e
p r e s
ence o f W a t e r can
be used
i n t h i s i n v e n t i o n . They i n c l u d e
t h o s e
m a t e r i a l s
g e n e r a l l y knoWn
a s
c o n d e n s a t i o n
p o l y m e r
i Z a t i o n
c a t a l y s t s
c a p a b l e o f c l e a v i n g s i l o x a n e b o n d s . R e p
r e s e n t a t i v e
c o n d e n s a t i o n p o ly m e r i Z a t i on c a t a l y s t s
i n c l u d e ,
b u t
a r e
n o t
l i m i t e d
t o , s t r o n g
a c i d s such a s
s u b s t i t u t e d
b e n Z e n e s u l f o n i c a c i d s ,
a l i p h a t i c
s u l f o n i c a c i d s , h y d r o c h l o r i c
a c i d ,
a n d
s u l f u r i c a c i d ; a n d s t r o n g b a s e s
s u c h
a s q u a t e r n a r y
a m m o n i u m
h y d r o x i d e s ,
a n d m e t a l
h y d r o x i d e s s u c h
a s
s o d i u m
h y d r o x i d e .
C o n d e n s a t i o n c a t a l y s t s , Which u n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s d o
n o t
r e a d i l y
c l e a v e s i l o x a n e b o n d s ,
c a n
a l s o b e u s e d i n
c o n j u n c t i o n
W i t h
s i l o x a n e
p r e c u r s o r s
h a v i n g a s t r u c t u r e
g e n e r a l l y
c o r r e s p o n d i n g t o
H O [ ( C H 3 ) 2 S i O ) ] Z H W h e r e Z g e n
e r a l l y
h a s
a
v a l u e o f
1 t o
a b o u t
3 0 .
S o m e
examples
o f
c o n d e n s a t i o n
c a t a l y s t s o f
t h i s t y p e
i n c l u d e Weak o r g a n i c
a c i d s
a n d Wea k o r g a n i c
b a s e s ,
o r c o m b i n a t i o n s t h e r e o f
s u c h
a s
b l e n d s
o f c a r b o x y l i c a c i d s
a n d
o r g a n i c a m i n e s .
The method
o f
s t o p p i n g
t h e
r e a c t i o n
i n c l u d e s
n e u t r a l i Z a
t i o n o f t h e c a t a l y s t b y a d d i t i o n o f e q u a l o r
s l i g h t l y g r e a t e r
-
8/11/2019 Method of Preparing Silicone Oil
5/7
6 , 0 7 1 , 9 7 5
7
s t o i c h i o m e t r i c amounts o f
a n
a c i d
o r
b a s e , depending upon
t h e t y p e o f c a t a l y s t . S t r o n g
o r
Wea k
a c i d s / b a s e s
may b e u s e d
t o
n e u t r a l i z e t h e
r e a c t i o n .
HoWever, c a r e must b e
t a k e n
When
u s i n g
a s t r o n g
a c i d / b a s e
n o t
t o
o v e r n e u t r a l i z e , a s i t i s
p o s s i b l e t o
r e - c a t a l y Z e t h e
r e a c t i o n . I t
i s
p r e f e r r e d t o
n e u
t r a l i Z e
W i t h
s u ? i c i e n t
q u a n t i t i e s
o f
a c i d s
o r
b a s e s s o
t h a t
t h e
microemulsion h a s
a pH
o f l e s s t h a n 7
When a
c a t i o n i c
s u r f a c t a n t
i s
p r e s e n t ,
a n d a pH f
g r e a t e r
t h a n 7
When a n
a n i o n i c s u r f a c t a n t
i s p r e s e n t .
R e p r e s e n t a t i v e n e u t r a l i Z i n g
a g e n t s a r e p h o s p h o r i c a c i d , g l a c i a l a c e t i c
a c i d ,
a n d
t r i e t h a
n o l a m i n e .
EXAMPLES
The p u r p o s e o f t h e f o l l o W i n g e x a m p l e s i s t o
i l l u s t r a t e
t h e
i n v e n t i o n i n m o r e d e t a i l .
E x a m p l e
1
T h i s e x a m p l e
d e s c r i b e s
a
g e n e r a l
p r oc e d u r e u s e d t o
p r e p a r e
a
num ber
o f
microemulsions
a c c o r d i n g
t o
t h e
method
o f
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n .
C o n d i t i o n s u s e d
i n
p r e p a r
i n g
e a c h m i c r o e m u ls i o n a c c o r d i n g t o
t h e
g e n e r a l pr o c e d u r e ,
a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e r e s u l t i n g m i c r o e m u l s i o n s o f
Examples
2 1 0 , a r e
s u m m a r i Z e d
i n
a c c o m p a n y i n g T a b l e
1 .
The
s i l o x a n e
u s e d i n
t h e s e
e x a m p l e s
Was o c t a m e t h y l c y
c l o t e t r a s i l o x a n e
( D ) . T h e
c a t i o n i c s u r f a c t a n t
Was d o d e c y l
t r i m e t h y l ammonium b r o m i d e ( D T A B ) C H 3 ( C H 2 ) 1 1 N +
( C H 3 ) 3 B r _ . The
a n i o n i c s u r f a c t a n t
Was
s o d i u m
d o d e c y l
s u l f a t e
( S D S ) , i . e . , s o d i u m l a u r y l
s u l f a t e
C H 3 ( C H 2 ) 1 1 O S O 3 _
N a . The n o n i o n i c s u r f a c t a n t Was a n
e t h o x y l a t e d
a l c o h o l
R 3 OCH 2CH 2 ) aOH Where
R 3
Was
C12H25
a n d
a Was . I t
i s a b b r e v i a t e d and shoWn i n T a b l e
1
a s C 1 2 E 5 .
The
c o - s u r f a c t a n t s
W e r e p r i m a r y
a m y l
a l c o h o l , i . e . , 1 - p e n t a n o l
C H 3 ( C H 2 ) 4 O H ,
a n d
c e t y l
a l c o h o l ,
i . e . , 1 - h e x a d e c a n o l
C 1 6 H 3 3 O H .
A c c o r d i n g t o
t h e
g e n e r a l p r oc e d u r e ,
t h e
s i l o x a n e ,
a n d a
c a t i o n i c
s u r f a c t a n t , an
a n i o n i c
s u r f a c t a n t , o r a nonionic
s u r f a c t a n t , Were
added t o a 20
m i l l i l i t e r
g l a s s
v i a l ,
a f t e r t h e
W e i g h t o f e a c h o f
t h e
i n g r e d i e n t s
h a d
b e e n r e c o r d e d u s i n g a n
a n a l y t i c a l
b a l a n c e . A TEFLON o a t e d
s t i r r i n g
b a r Was
p l a c e d
i n t h e v i a l , and h e
v i a l
Was c l o s e d W i t h
a
l i d . The
v i a l
Was p l a c e d o n t o a s t i r r i n g p l a t e . The c o - s u r f a c t a n t W a s
t i t r a t e d
i n t o t h e v i a l
d r o p W i s e ,
W i t h
m i x i n g , u n t i l
a t h e r m o
d y n a m i c a l l y
s t a b l e ,
s i n g l e
p h a s e ,
c l e a r ,
p r e - m i c r o e m u l s i o n ,
had formed
a t r o o m
t e m p e r a t u r e , i . e . ,
20 25 C .
At t h i s p o i n t ,
t h e
c o n t e n t s o f
t h e v i a l
Were
t r a n s f e r r e d t o
a
g l a s s
r e a c t i o n
v e s s e l ,
W h e r e
p o l y m e r i Z a t i o n o f
t h e
s i l o x a n e
Was c a t a l y Z e d
by
a d d i n g
t o t h e v e s s e l e i t h e r a 5 0 p e r c e n t
by
W e i g h t a q u e o u s s o d i u m
h y d r o x i d e
c a t a l y s t s o l u t i on , o r
a 3 5
p e r c e n t b y W e i g h t a q u e o u s h y d r o c h l o r i c a c i d c a t a l y s t
s o l u t i o n , d e p e n d i n g
upon
t h e n a t u r e o f
t h e
s u r f a c t a n t .
G e n e r a l l y , a c i d
c a t a l y s t s a r e u s e d W i t h
a n i o n i c
s u r f a c t a n t s ,
a l k a l i n e
c a t a l y s t s
a r e u s e d
W i t h
c a t i o n i c s u r f a c t a n t s , a n d a c i d
o r
a l k a l i n e c a t a l y s t s a r e
used
With n o n i o n i c s u r f a c t a n t s .
While
o t h e r
c o m b i n a t i o n s d o e x i s t , t h e y a r e
c o n s i d e r e d
l e s s
p r e f e r r e d .
The
t e m p e r a t u r e o f
t h e r e a c t i o n v e s s e l Was a d j u s t e d t o
a b o u t 5 0
C .
G e n e r a l l y ,
a d d i t i o n
o f t h e c a t a l y s t t o t h e c l e a r
microemulsion
i n
t h e v e s s e l c a u s e s t h e c o n t e n t s o f t h e v e s s e l
t o become
c l o u d y .
H o W e v e r , t h e r e a c t i o n
i n
t h e
v e s s e l
i s
a l l o W e d
t o
p r o c e e d
t o
c o m p l e t i o n ,
Whereupon
t h e
c o n t e n t s
o f
t h e r e a c t i o n v e s s e l a r e n e u t r a l i Z e d W i t h g l a c i a l a c e t i c a c i d
or triethanolamine.
The s i l i c o n e p o l y m e r i s r e c o v e r e d
f r o m
t h e m i c r o e m u l
s i o n
b y b r e a k i n g
t h e
p r o d u c t
u s i n g
a
s a l t . T h e s i l i c o n e
p o l y m e r
i s
i s o l a t e d a n d
a n a l y Z e d b y
G e l P e r m e a t i o n C h r o
10
1 5
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
8
m a t o g r a p h y ( G P C ) .
I n
t h e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e , 1 . 5 g r a m
o f
anhydrous calci um c h l o r i d e
i s added
t o
a
f o u r ounce
French
s q u a r e b o t t l e , f o l l o W e d b y 1 0 g r a m o f t h e e m u l s i o n p r o d u c t
t o b e
b r o k e n .
To t h e b o t t l e i s added 20 i l l i l i t e r
o f
m e t h a n o l ,
a n d 2 5
m i l l i l i t e r
o f n - p e n t a n e .
The
b o t t l e i s
s h a k e n ,
a n d t h e
t o p
i s
u n s c r e W e d
s l o W l y
t o
r e l e a s e
a n y
p r e s s u r e
i n
t h e
b o t t l e .
The m i x t u r e i s
t r a n s f e r r e d
t o a
50
i l l i l i t e r
p l a s t i c
c e n t r i f u g e
t u b e , a n d s p u n f o r a b o u t
1 0 1 5
m i n u t e s a t 3000 rpm ( 3 1 4
r a d i a n
p e r s e c o n d ) . Some o f
t h e p r o c e d u r e s
may
r e q u i r e
l o n g e r
p e r i o d s
o f t i m e i n t h e c e n t r i f u g e f o r s e p a r a t i o n o f t h e
l a y e r s . T h e t o p n - p e n t a n e
l a y e r
c o n t a i n i n g t h e s i l i c o n e
polymer s t h e n rem oved W i t h a p i pe t t e , and t r a n s f e r r e d
t o
a
v i a l f o r a n a l y s i s
b y
GPC.
T h i s
o t h e r W i s e
s t a n d a r d e m u l s i o n s a l t
b r e a k t e c h n i q u e
W a s m o d i ? e d
t o t h e e x t e n t
t h a t ,
i n s t e a d
o f
t h e n - p e n t a n e
l a y e r b e i n g
p i p e t t e d
i n t o a n
a l u m i n u m p a n
t o d r y ,
t h e
n - p e n t a n e
l a y e r W a s
p i p e t t e d
i n t o
a
v i a l ,
t o a s s u r e t h a t any
v o l a t i l e s i l o xa n e s p e c i e s c o n t a i n e d i n t h e n - p e n t a n e
l a y e r
d i d
n o t e v a p o r a t e p r i o r t o a n a l y s i s o f t h e s a m p l e
v i a
GPC.
I n t h e a c c o m p a n y i n g T a b l e 1 , a l p h a
( 0 t ) i s
u s e d t o
i n d i c a t e
t h e W e i g h t p e r c e n t o f t h e s i l o x a n e o i l+ t h e W e i g h t p e r c e n t o f
t h e s i l o x a n e o i l + t h e W e i g h t p e r c e n t o f W a t e r . G a m m a
( y )
i n d i c a t e s
t h e
W e i g h t
p e r c e n t o f t h e c a t i o n i c , a n i o n i c , o r
n o n i o n i c s u r f a c t a n t S1+the Weight p e r c e n t
o f
t h e
c o - s u r f a c t a n t S 2 + t h e W e i g h t p e r c e n t
o f t h e s i l o x a n e
o i l + t h e
W e i g h t p e r ce n t o f W a t e r + t h e W e i g h t p e r ce n t o f t h e c a t i o n i c ,
a n i o n i c , o r n o n i o n i c
s u r f a c t a n t
S 1 + t h e W e i g h t
p e r c e n t
o f
t h e
c o - s u r f a c t a n t S 2 .
The d a t a
i n T a b l e
1
i s
b a s e d upon
p r e p a r a t i o n s o f c o m
p o s i t i o n s h a v i n g a t o t a l
mass
o f t e n g r a m , u n l e s s o t h e r W i s e
i n d i c a t e d . I n
E x a m p l e s
3 a n d
7 ,
t h e p o l y m e r i Z a t i o n
r e a c t i o n
W a s conducted i n s t a g e s
a t
tW o t e m p e r a t u r e s
a s
noted i n
T a b l e
1 ,
i . e . ,
t h e
r e a c t i o n
m e d i u m
Was
? r s t
h e a t e d
t o
7 0
C .
and t h e n i t
Was cooled t o 40
C .
The
s i l i c o n e
polymer Was c h a r a c t e r i Z e d ,
a n d
i s
shoWn
i n
T a b l e
1 , b y i t s p o l y d i s p e r s i t y
DP a n d D P W .
I n
t h i s
r e g a r d ,
i t
i s n o t e d
t h a t
t h e
m o l e c u la r W e i g h t s o f
s i l i c o n e ? u i d s W i t h
a v i s c o s i t y l e s s t h a n 5
mm2/s
a t
7 7
F . / 2 5 C . a r e g e n e r a l l y
q u i t e
p r e c i s e , s i n c e s u c h
? u i d s
a r e
g e n e r a l l y
f r a c t i o n a l l y
d i s t i l l e d p r o d u c t s
a n d
r e l a t i v e l y p u r e
m o l e c u l a r
s p e c i e s .
Above a b o u t 5 m m 2 / s , h o W e v e r , m o l e c u l a r
W e i g h t s a r e
a v e r a g e v a l u e s
( i . e . ,
M W ) ,
s i n c e
t h e ? u i d s a r e r e s i d u e
p r o d u c t s , a n d t h e r e f o r e
c o n t a i n
a d i s t r i b u t i o n
o f m o l e c u l a r
s i Z e s .
The m o l e c u l a r W e i g h t
d i s t r i b u t i o n o f a p o l y m e r i c
s a m p l e
d e s c r i b e s t h e r e l a t i v e numbers o f
m o l e c u l e s o f
a l l m o l e c u l a r
W e i g h t
v a l u e s .
A v e r a g e s
o f
m o l e c u l a r
W e i g h t
s u c h
a s t h e
n u m b e r - a v e r a g e
m o l e c u l a r
w e i g h t
M , t h e
W e i g h t - a v e r a g e
m o l e c u l a r
W e i g h t
M W ,
a n d
t h e Z - a v e r a g e m o l e c u la r
W e i g h t
M Z , a r e
p a r a m e t e r s
most c o m m onl y u s e d t o d e s c r i b e t h e
g e n e r a l
s h a p e
o f t h e m o l e c u l a r W e i g h t d i s t r i b u t i o n . A e a k
W e i g h t - a v e r a g e m o l e c u l a r
W e i g h t
MW
r
Mp
i s a n o t h e r
p a r a m e t e r c o m m onl y
u s e d . One c o n v e n i e n t
m e a s u r e o f
m o l e c u l a r W e i g h t d i s t r i b u t i o n i n a p o l y m e r i s t h e
r a t i o o f i t s
W e i g h t - a v e r a g e m o l e c u la r
W e i g h t
MW o i t s
n u m b e r - a v e r a g e
m o l e c u la r w e i g h t M , i . e . , MW/Mn
o r t h e p o l y d i s p e r s i t y o f
t h e p o l y m e r .
G e n e r a l l y ,
f o r p e r f e c t l y u n i f o r m m o n o d i s p e r s e
p o l y m e r s , t h e r a t i o
i s
o n e .
M e t h o d s f o r m e a s u r i n g m o l e c u l a r W e i g h t d i s t r i b u t i o n a n d
molecular
Weight averages f o r s i l i c o n e s a r e t h e same a s f o r
o t h e r
p o l y m e r s .
G e l P e r m e a t i o n
C h r o m a t o g r a p h y ( G P C ) ,
s o m e t i m e s t e r m e d s i Z e e x c l u s i o n c h r o m a t o g r a p h y , i s
t h e
most
c o m m o n , c o n v e n i e n t ,
a n d u s e f u l m e t h o d . T h i s t e c h
n i q u e
i s
b a s e d
o n
s e p a r a t i o n o f
polymer
m o l e c u l e s i n a
c o l u m n
p a c k e d W i t h
p o r o u s c r o s s - l i n k e d g e l s , t y p i c a l l y
p o l y s t y r e n e ,
a c c o r d i n g
t o
t h e i r s i Z e
i n s o l u t i o n .
-
8/11/2019 Method of Preparing Silicone Oil
6/7
6 , 0 7 1 , 9 7 5
T h u s ,
When p o l y m e r s o l u t i o n i s e l u t e d ,
s p e c i e s o f
h i g h e r
m o l e c u l a r
W e i g h t W h i c h p e r m e a t e t h e p o r o u s p o l y s t y r e n e
g e l
t o a l e s s e r d e g r e e
t h a n
s p e c i e s
o f
l o W e r
m o l e c u l a r
W e i g h t , pa s s
t h r o u g h
t h e column more r a p i d l y , a n d h e n c e a r e
e l u t e d ? r s t . The s y s t e m i s
c a l i b r a t e d a n d
y i e l d s a n e s t i m a t e d
m o l e c u l a r W e i g h t
d i s t r i b u t i o n f o r a
g i v e n
s a m p l e .
T h e
o n l y
r e q u i r e m e n t s a r e t h a t
t h e s a m p l e
i s
s o l u b l e
and
s t a b l e i n
a
s u i t a b l e
s o l v e n t ,
a n d t h a t
t h e s a m p l e
c o m p o n e n t s c a n b e
d e t e c t e d i n t h e e l u e n t b y
s o m e
means.
T h e
s y s t e m i s c a l i b r a t e d b y i n j e c t i n g
d i l u t e
s o l u t i o n s
o f
narroW d i s p e r s i t y s t a n d a r d s o f a k noW n m o l e c u l a r W e i g h t .
The r e t e n t i o n
v olum e
o r r e t e n t i o n t i m e o f
each
s t a n d a r d
i s
t h e n p l o t t e d a g a i n s t t h e l o g m o l e c u l a r W e i g h t
o f
t h e
s t a n d a r d ,
and
? t t e d t o an e q u a t i o n f o r a c u r v e . The molecular
W e i g h t d i s t r i b u t i o n
v a l u e s o f a g i v e n
p o l y m e r
a r e t h e n
c a l c u l a t e d
and
e x p r e s s e d a s
r e l a t i v e
t o t h a t s t a n d a r d .
P o l y d i s p e r s i t y c a n
b e e x p r e s s e d
i n
t e r m s
o f DP
a n d
D PW
r a t h e r t h a n M n a n d MW, a n d
t h i s t e r m i n o l o g y
h a s b e e n
u s e d
i n
T a b l e
1 .
D P
s
t h e
d e g r e e o f p ol y m e r i Z a t i o n
i n
t h e s i l i c o n e
p o l y m e r ,
Which
i n d i c a t e s
b y W ay o f e x a m p l e , a number n
o f r e p e a t i n g u n i t s i n p o l y m e r s p e c i e s o f t h e t y p e s
HO Me2SiO)nH
o r HOMe2SiO Me2SiO)nSiMe2OH W h e r e
M e i s m e t h y l .
D a t a f o r
p o l y d i s p e r s i t y o f t h e s i l i c o n e p o l y m e r i n t h e
m i c r o e m u l s i o n
o f Example 2 i s
n o t shoWn i n
T a b l e 1 . The
d a t a
c o u l d n o t
b e o b t a i n e d
u s i n g s t a n d a r d
e x t r a c t i o n
p r o c e
d u r e s
i n d i c a t i n g t h e
s t a b i l i t y o f t h e
m i c r o e m u l s i o n
o f
E x a m p l e
2 .
S i l i c o n e p o l y m e r s i n t h e s i n g l e p h a s e c o m p o s i t i o n s
a c c o r d i n g
t o t h i s i n v e n t i o n
m o s t p r e f e r a b l y h a v e a v e r a g e
d r o p l e t d i a m e t e r s o f l e s s t h a n a b o u t 50 n a n o m e t e r
t o
p r o v i d e
o p t i c a l c l a r i t y . T h e
c r i t e r i a
u s e d
t o d e t e r m i n e c l a r i t y ,
a n d
t h e
term
C l e a r
i n T a b l e 1 , i s Whether t e x t can be
r e a d
W i t h t h e
naked e y e t h r o u g h a tWo c e n t i m e t e r d i a m e t e r b o t t l e
? l l e d
With t h e microemulsion.
This i s
a v i a b l e means o f d e t e r
m i n i n g c l a r i t y a s n o t e d i n M i c r o e m u ls i o n s T h e o r y
and
P r a c t i c e , E d i t e d
b y
L e o n
M. P r i n c e ,
A c a d e m i c P r e s s ,
I n c . ,
P a g e s 7 1 0 ,
N e W
Y o r k ( 1 9 7 7 ) , W h e r e i n
t h e
a u t h o r s t a t e s
V i s u a l r e c o g n i t i o n o f m i c r o e m u l s i o n s
s h o u l d
n o t b e t a k e n
l i g h t l y . I n
f a c t , t h e
m i c r o e m u l s i o n c h e m i s t s h o u l d t r a i n
h i m s e l f c a r e f u l l y i n t h i s a r t . Use o f s u n l i g h t r a t h e r
t h a n a n
a r t i ? c i a l s o u r c e o f l i g h t i s recommended.
The
e y e i s
b e t t e r
t h a n a m i c r os c o p e , b e c a u s e t h e l i m i t o f
r e s o l u t i o n
o f a l i g h t
m i c r o s c o p e i n b l u e l i g h t
i s o n l y
a b o u t
0 . 1 pm, s o t h a t
d r o p l e t s
s m a l l e r t h a n 0 . 1 4
pm
a n n o t
b e s e e n .
TABLE
P a r t i c l e A p p e a r
EXAMPLE
S1
S2 o r y S i z e ,
[ u r n ance
2
S D S C5H11OH 0 . 0 5 3
0 . 1 9
0 . 0 0 5 0 C l e a r
3
S D S
C5H11OH
0 . 0 5 3 0 . 1 9
0 . 0 0 5 0 C l e a r
4
S D S
C5H11OH
0 . 0 6 0
0 . 2 7 C l e a r
5 DTAB CSHHOH 0 . 1 0 0 0 . 2 7 0 . 0 0 6 1
C l e a r
6 DTAB
C5H11OH
0 . 2 2 0
0 . 3 7 0 . 0 0 4 6
C l e a r
7 S D S C5H11OH
0 . 4 0 0
0 . 2 9 0 . 0 2 8 9 C l e a r
8
DTAB
CSHHOH 0 . 0 5 0 0 . 2 7 0 . 0 0 4 3
9
S D S C5H11OH 0 . 0 5 0 0 . 1 7
0 . 0 1 0 2
1 0
DTAB
C16H33OH 0 . 0 5 0 0 . 2 4
1 1 C12E5 C5H11OH 0 . 1 0 0 0 . 2 4 0 . 0 1 5 1 C l e a r
R e a c t i o n
EXAMPLE C a t a l y s t
T e m p . C .
DPn
DPW
P o l y d i s p e r s i t y
2 HCl 5 0
3
HCl
7 0 / 4 0
2 1 . 0
3 2 . 0
1 . 5 1 0
4 NaOH 50 2 5 . 0 3 7 . 0 1 . 4 6 4
5 NaOH
5 0
3 3 . 0 5 7 . 0 1 . 7 2 5
1 5
20
25
30
35
40
45
50
55
60
1 0
TABLE - c o n t i n u e d
6 NaOH
50 1 0 3 . 0 1 2 2 . 0 1 . 1 8 8
7 HQ
7 0 / 4 0
1 5 . 8 2 0 . 3 1 . 2 8 6
8
9
10
1 1
NaOH
22 3 4 . 0 5 4 . 0 1 . 6 0 5
F o l l o W i n g
t h e
g e n e r a l
p r o c e d u r e
d e s c r i b e d
i n
E x a m p l e
1 ,
s o m e a d d i t i o n a l examples Were c a r r i e d o u t ,
f o r
t h e purpose
o f i l l u s t r a t i n g t h e v e r s a t i l i t y o f t h e i n v e n t i o n ,
i n
t h e u s e o f
o t h e r
t y p e s
o f a l c o h o l s a n d o t h e r
t y p e s
o f s i l o x a n e s .
Examples 1221 a r e
summariZed
i n T a b l e
2 .
The S i l a n o l
used
i n Example
12
W a s a
s i l o x a n e
With a
s t r u c t u r e
g e n e r a l l y
c o r r e s p o n d i n g
t o H O { ( C H 3 ) 2 S i O } 6 H .
The s i l o x a n e u s e d i n Example 1 3 Was c y c l i c s i l o x a n e
s p e c i e s 1 , 3 , 5 , 7 - t e t r a v i n y l - 1 , 3 , 5 , 7
t e t r a m e t h y l c y c l o t e t r a s i l o x a n e
Which
h a s a s t r u c t u r e
g e n e r
a l l y
c o r r e s p o n d i n g
t o
{ ( C H 3 ) ( C H 2 = C H ) S i O } 4 .
E x a m p l e 1 7 i s c o m pa r a t i v e a n d t h i s i s b e y o n d t h e s c o p e
o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n . I t s p u r p o s e i s t o shoW h a t a l c o h o l s
h a v i n g l e s s
t h a n
a b o u t f o u r c a r b o n atoms
a r e n o t s u i t a b l e f o r
u s e
a s c o - s u r f a c t a n t s . As
n o t e d
p r e v i o u s l y ,
t h e p r e f e r r e d
c o - s u r f a c t a n t s
a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n a r e t h e
C4
a n d C5
a l c o h o l s f o r t h e p r e p a r a t i o n
o f
? u i d - t y p e m i c r o e m u l s i o n s ,
a n d
C 6 t o
C 1 0
a l c o h o l s
f o r
p r e p a r i n g
m i c r o e m u l s i o n
g e l s .
G e n e r a l l y , h o W e v e r ,
a n y
a l c o h ol c o n t a i n i n g
4
t o 1 6 c a r b o n
atoms
can be u s e d . Example 2 1
sho Ws
t h a t a s a l t such
a s
sod ium
c h l o r i d e
can be
i n c l u d e d
and
t h a t
i t s
p r e s e n c e i s n o t
d e l e t e r i o u s .
TABLE
S i l o x - P a r t i c l e A p p e a r
EX. S1 S2
o r
y
ane
S i z e ,
, u r n ance
1 2 S D S
CSHHOH 0 . 0 2 7
0 . 1 3
S i l a n o l C l e a r
1 3 S D S C5H11OH 0 . 0 5 0 0 . 1 7 MeVi
0 . 0 4 4 0 C l e a r
C y c l i c
1 4 S DS C5H11OH 0 . 0 5 0
0 . 1 7
MDZM 0 . 0 1 1 8 C l e a r
1 5 DTAB C5H11OH 0 . 0 6 0 0 . 2 7 D 5 0 . 0 0 6 6 C l e a r
1 6
DTAB C4H9OH 0 . 1 3 0 0 . 3 8 D 5 0 . 0 0 9 9 C l e a r
1 7
S D S
C3H7OH 0 . 0 5 0
0 . 5 4 D 4
5 . 2 5 5 0 C l e a r
1 8 SDS C4H9OH 0 . 0 5 0
0 . 2 5
D 4 0 . 0 1 3 1 C l e a r
1 9 S D S
C6H13OH
0 . 0 5 0
0 . 2 0
D 4
C l e a r
Gel
2 0 S DS
CSHUOH
0 . 0 5 0 0 . 1 4 D 4 Foamy
Gel
2 1 DTAB
C5H11OH
0 . 1 0 0 0 . 2 1
D 4
0 . 0 1 0 0 C l e a r
NaCl
T h e s e s i n g l e
p h a s e c l e a r
m i c r o e m u l s i on s h a v e
v a l u e
i n
t h e
p e r s o n a l c a r e i n d u s t r y .
I t
c a n be used
a l o n e ,
o r b l e n d e d
W i t h
o t h e r
c o s m e t i c
? u i d s , t o form a v a r i e t y o f o v e r - t h e
c o u n t e r OTC) p e r s o n a l c a r e p r o d u c t s .
T h u s , i t i s u s e f u l i n
a n t i p e r s p i r a n t s
a n d d e o d o r a n t s s i n c e
i t l e a v e s a
d r y f e e l .
I t i s l u b r i c i o u s a n d
i m p r o v e s t h e
p r o p e r t i e s o f s k i n c r e a m s , s k i n
c a r e
l o t i o n s , m o i s t u r i Z e r s ,
f a c i a l
t r e a t m e n t s
such a s
acne
o r
Wrinkle removers,
personal
a n d f a c i a l
c l e a n s e r s ,
b a t h
o i l s ,
p e r f u m e s , c o l o g n e s ,
s a c h e t s ,
s u n s c r e e n s ,
p r e - s h a v e a n d
a f t e r - s h a v e
l o t i o n s , s h a v i n g
s o a p s , a n d s h a v i n g l a t h e r s .
I t
c a n b e u s e d
i n h a i r s h a m p o o s ,
h a i r . c o n d i t i o n e r s , h a i r s p r a y s ,
m o u s s e s ,
p e r m a n e n t s ,
d e p i l a t o r i e s ,
a n d
c u t i c l e c o a t s ,
t o
e n h a n c e
g l o s s
a n d p r o v i d e
c o n d i t i o n i n g b e n e ? t s .
I n
c o s m e t i c s , i t f u n c t i o n s
a s
a l e v e l i n g
a n d s p r e a d i n g a g e n t f o r
p i g m e n t s i n
m a k e - u p s ,
c o l o r
c o s m e t i c s , f o u n d a t i o n s ,
b l u s h e s ,
l i p s t i c k s ,
e y e l i n e r s ,
m a s c a r a s , o i l r e m o v e r s , c o l o r c o s m e t i c r e m o v e r s ,
and
poW
d e r s .
I t i s
a l s o
u s e f u l a s a
d e l i v e r y
system
f o r o i l
and
-
8/11/2019 Method of Preparing Silicone Oil
7/7
6 , 0 7 1 , 9 7 5
1 1
W a t e r - s o l u bl e s u b s t a n c e s
s u c h
a s v i t a m i n s . W hen
i n c o r p o
r a t e d i n t o s t i c k s ,
g e l s , l o t i o n s ,
a e r o s o l s ,
a n d
r o l l - o n s , t h e
c o m p o s i t i o n
i m p a r t s a
d r y ,
s i l k y - s m o o t h , p a y o u t .
I n a d d i t i o n , b e c a u s e t h e s e c l e a r o n e
p h a s e
microemul
s i o n s e x h i b i t a v a r i e t y o f a d v a n t a g e o u s a n d b e n e ? c i a l p r o p
e r t i e s
s u c h
a s
c l a r i t y ,
i i )
v e r y s m a l l
s t r u c t u r e
s i Z e ,
i i i )
u l t r a - l o W
i n t e r f a c i a l
t e n s i o n s ,
( i v )
t h e
a b i l i t y t o
c o m b i n e
p r o p e r t i e s o f W a t e r a n d o i l
i n
a s i n g l e h o m o g e n e o u s ? u i d ,
( v )
s h e l f
s t a b i l i t y , a n d
( v i ) e a s e o f
p r e p a r a t i o n ; t h e y c a n h a v e
Wide a p p l i c a t i o n s
i n
o t h e r
i n d u s t r i a l a r e a s such a s
t e x t i l e
? n i s h i n g .
Other
v a r i a t i o n s
m a y be m a d e i n c o mpo unds ,
c o m p o s i t i o n s , a n d m e t h o d s d e s c r i b e d
h e r e i n
W i t h o u t
d e p a r t
i n g
f r o m t h e e s s e n t i a l f e a t u r e s
o f
t h e
i n v e n t i o n . The
embodi
ments
o f t h e
i n v e n t i o n s p e c i ? c a l l y
i l l u s t r a t e d
h e r e i n a r e
exemplary
o n l y and
n o t
i n t e n d e d
a s
l i m i t a t i o n s o n t h e i r
s c o p e
e x c e p t a s
de?ned
i n t h e
appended c l a i m s .
What i s c l a i m e d
i s :
1 . Amethod
o f m a k i n g a
t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e , c l e a r ,
s i n g l e
p h a s e ,
s i l i c o n e
o i l - i n - W a t e r
m i c r o e m u l s i o n , c o m p r i s
i n g
s e q u e n t i a l l y f o r m i n g a t W o - p h a s e m i x t u r e c o m p r i s i n g
W a t e r , a s i l o x a n e ,
and
a n o n i o n i c s u r f a c t a n t , a c a t i o n i c
s u r f a c t a n t , o r
a n a n i o n i c
s u r f a c t a n t ;
( i i )
a d d i n g t o t h e tWo
phase
m i x t u r e a
c o - s u r f a c t a n t
s e l e c t e d from t h e
group
con
s i s t i n g o f
m o n o h y d r o x y
a l c o h o l s ,
d i o l s ,
a n d
t r i o l s ,
u n t i l a
t h e r m o d y n a m i c a l l y s t a b l e , c l e a r , s i n g l e p h a s e , p r e
m i c r o e m u l s i o n
c o n t a i n i n g
t h e s i l o x a n e i s
f o r m e d ; i i i ) a d d
i n g a p o l y m e r i Z a t i o n i n i t i a t o r t o t h e
t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e , c l e a r ,
s i n g l e p h a s e ,
p r e - m i c r o e m u l s i o n ; i v ) h e a t i n g
t h e t h e r m o d y n a m i c a l l y s t a b l e ,
c l e a r , s i n g l e
p h a s e , p r e
m i c r o e m u l s i o n ; ( v ) a g i t a t i n g t h e
h e a t e d ,
t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e ,
c l e a r , s i n g l e
p h a s e , p r e - m i c r o e m u l s i o n ;
a n d ( v i )
a l l o W i n g
t h e s i l o x a n e t o
p o l y m e r i Z e ,
u n t i l
a
t h e r m o d y n a m i
c a l l y
s t a b l e , c l e a r , s i n g l e p h a s e , m i c r o e m u l s i o n i s f o r m e d
c o n t a i n i n g a
s i l i c o n e
p o l y m e r .
2 . Amethod
a c c o r d i n g t o c l a i m 1
i n Which t h e
s i l o x a n e
i s
s e l e c t e d f r o m t h e
g r o u p
c o n s i s t i n g o f
c y c l i c
s i l o x a n e s h a v
i n g
t h e
f o r m u l a { R 1 R 2 S i O } x
i n
W h i c h
R 1
a n d R 2 a r e a l k y l
g r o u p s h a v i n g
1 6
c a r b o n a t o m s , a r y l g r o u p s , o r a l k e n y l
g r o u p s ,
a n d X i s
3 6 ;
a n d l i n e a r
s i l o x a n e s
h a v i n g t h e f o r m u l a
RC3SiO{Rd2SiO}ySiRC3 and
t h e formula
H O R C 2 S i O { R d 2 S i O } y S i R C 2 O H
i n
w h i c h R C
a n d Rd r e
a l k y l
g r o u p s h a v i n g 1 6 c a r b o n atoms o r a r y l g r o u p s , a n d y i s
0 1 0 .
3 .
A
ethod
a c c o r d i n g t o c l a i m
1 i n Which
t h e n o n i o n i c
s u r f a c t a n t
i s a n a l c o ho l e t h ox y l a t e o f
t h e
f o r m u l a R3
OCH2CH2)aOH
n
W h i c h
R 3 i s
a
f a t t y
h y d r o c a r b o n
r e s i d u e
o f
820 carbon
a t o m s ,
and
a
h a s
a
v a l u e o f
1100.
4 . A
ethod
a c c o r d i n g t o c l a i m 3 i n
Which
t h e n o n i o n i c
s u r f a c t a n t i s s e l e c t e d f r o m
t h e
g r o u p c o n s i s t i n g
o f
p o l y o x y
e t h y l e n e ( 4 )
l a u r y l
e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e ( 5 )
l a u r y l
e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e
( 2 3 ) l a u r y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e ( 2 )
c e t y l
e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e ( 1 0 ) c e t y l e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e
( 2 0 ) c e t y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e ( 2 )
s t e a r y l e t h e r , p o l y o x y
e t h y l e n e ( 1 0 ) s t e a r y l e t h e r ,
p o l y o x y e t h y l e n e
( 2 0 ) s t e a r y l
e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e ( 2 1 ) s t e a r y l e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e
( 1 0 0 )
s t e a r y l e t h e r , p o l y o x y e t h y l e n e ( 2 ) o l e y l e t h e r , a n d
p o l y o x y e t h y l e n e
( 1 0 ) o l e y l
e t h e r .
5 . A ethod a c c o r d i n g t o c l a i m 1 i n
Which
t h e c a t i o n i c
s u r f a c t a n t i s a q u a t e r n a r y
a m m o n i u m s a l t
o f
t h e
f o r m u l a
R R R R N + X _
i n
W h i c h
R ,
R ,
R ,
a n d R
r e p r e s e n t
10
1 5
25
35
45
55
1 2
a l k y l g r o u p s c o n t a i n i n g 1 3 0 c a r b o n a t o m s , o r a l k y l g r o u p s
d e r i v e d
from t a l l o W , c o c o n u t o i l , o r s o y ; a n d X e p r e s e n t s
h a l o g e n .
6 .
A
ethod
a c c o r d i n g t o c l a i m 5 i n Which
t h e c a t i o n i c
s u r f a c t a n t i s
a
d i a l k y l d i m e t h y l a m m o n i u m
s a l t
o f t h e
f o r
mula RRN+ CH3)2X_
o r
a
m o n o a l k y l t r i m e t h y l
a m m o n i u m
s a l t o f t h e f o r m u l a RN+ CH3)3X_ W h e r e R a n d R r e p r e s e n t
a l k y l g r o u p s c o n t a i n i n g 1 2 3 0 c a r b o n a t o m s , o r a l k y l g r o u p s
d e r i v e d
from t a l l o W , c o c o n u t o i l , o r s o y ; a n d X e p r e s e n t s
h a l o g e n .
7 .
A ethod a c c o r d i n g t o c l a i m 5 i n Which
t h e c a t i o n i c
s u r f a c t a n t
i s s e l e c t e d f r o m t h e
g r o u p
c o n s i s t i n g o f d o d e c y l
t r i m e t h y l
ammonium
b r o m i d e , d i d o d e c y l d i m e t h y l
a m m o
n i u m b r o m id e , d i h e x a d e c y l d i m e t h y l ammonium c h l o r i d e ,
d i h e x a d e c y l d i m e t h y l
a m m o n i u m
b r o m i d e ,
d i o c t a d e c y l d i m
e t h y l ammonium c h l o r i d e ,
d i e i c o s y l d i m e t h y l
ammonium
c h l o r i d e , d i d o c o s y l d i m e t h y l ammonium c h l o r i d e ,
d i c o c o
n u t d i m e t h y l
ammonium c h l o r i d e , d i t a l l o W d i m e t h y l
a m m o
n i u m
c h l o r i d e , a n d
d i t a l l o W d i m e t h y l
ammonium
b r o m i d e .
8 .
A
ethod
a c c o r d i n g
t o
c l a i m
1
i n
Which
t h e
a n i o n i c
s u r f a c t a n t
i s
s e l e c t e d
f r o m t h e g r o u p
c o n s i s t i n g o f s u l f o n i c
a c i d s ; s a l t
d e r i v a t i v e s o f s u l f o n i c
a c i d s ; a l k a l i m e t a l
s u l f o
s u c c i n a t e s ; s u l f o n a t e d g l y c e r y l e s t e r s o f f a t t y a c i d s ; s a l t s o f
s u l f o n a t e d
monovalent
a l c o h o l e s t e r s ;
a m i d e s o f amino
s u l f o n i c
a c i d s ; s u l f o n a t e d p r o d u c t s o f
f a t t y
a c i d n i t r i t e s ;
s u l f o n a t e d a r o m a t i c hy d r o c a r b o n s ; c o n d e n s a t i o n p r od u c t s o f
n a p h t h a l e n e
s u l f o n i c a c i d s
a n d f o r m a l d e h y d e ; s o d i u m
o c t a h y d r o
a n t h r a c e n e s u l f o n a t e s ;
a l k a l i m e t a l a l k y l s u l f a t e s ;
e t h e r
s u l f a t e s h a v i n g
a l k y l
g r o u p s o f
a t
l e a s t
e i g h t
c a r b o n
a t o m s ;
a n d a l k y l a r y l s u l f o n a t e s
h a v i n g
o n e o r more
a l k y l
g r o u p s o f a t l e a s t
e i g h t
c a r b o n a t o m s .
9 .
A method a c c o r d i n g t o c l a i m 1
i n
Which t h e
c o - s u r f a c t a n t i s
s e l e c t e d
f r o m
t h e
g r o u p c o n s i s t i n g o f
1 - b u t a n o l , 1 - p e n t a n o l , 1 - d e c a n o l ,
1 - h e x a d e c a n o l ,
e t h y l e n e
g l y c o l ,
p r o p y l e n e
g l y c o l , t r i m e t h y l e n e g l y c o l , a n d g l y c e r o l .
1 0 .
A
ethod a c c o r d i n g t o c l a i m
1 i n
Which t h e p o l y m e r
i Z a t i o n
i n i t i a t o r
i s
s e l e c t e d f r o m t h e g r o u p c o n s i s t i n g o f
s u b s t i t u t e d
b e n Z e n e s u l f o n i c a c i d s ,
a l i p h a t i c
s u l f o n i c a c i d s ,
h y d r o c h l o r i c a c i d ,
s u l f u r i c
a c i d , q u a t e r n a r y
ammonium
h y d r o x i d e s ,
a n d
m e t a l h y d r ox i d e s .
1 1 . A
i c r o e m u l s i o n
p r e p a r e d a c c o rd i n g t o t h e method
c l a i m e d i n c l a i m
1 .
1 2 . A ethod o f
making a t h e r m o d y n a m i c a l l y
s t a b l e ,
c l e a r , s i n g l e p h a s e , s i l i c o n e o i l - i n - W a t e r m i c r o e m u l s i o n ,
c o m p r i s i n g t h e
s t e p s
o f f o r m i n g a t W o - p h a s e
m i x t u r e
c o m p r i s i n g W a t e r , a l i n e a r o r c y c l i c s i l o x a n e ,
a n d
a
n o n i o n i c
s u r f a c t a n t , a
c a t i o n i c
s u r f a c t a n t , o r
a n a n i o n i c
s u r f a c t a n t ;
and
( i i )
a d d i n g
t o
t h e
t W o - p h a s e m i x t u r e
a
c o - s u rf a c t a n t s e l e c t e d
f r o m
t h e
g r o u p c o n s i s t i n g o f m o n o h y d r o x y a l c o h o l s , d i i o l s ,
a n d t r i o l s , u n t i l
a
t h e r m o d y n a m i c a l l y s t a b l e , c l e a r ,
s i n g l e
p h a s e ,
m i c r o e m u l s i o n
c o n t a i n i n g
t h e
s i l o x a n e
i s
f o r m e d ; t h e
s i l o x a n e
b e i n g s e l e c t e d f o r m
t h e g r o u p c o n s i s t i n g o f
c y c l i c
s i l o x a n e s
h a v i n g
t h e
f o r m u l a { R 1 R 2 S i O } x i n W h i c h
R 1 i s
a n
a l k y l
g r o u p h a v i n g
1 6 c a r b o n a t o m s
o r a n a r y l g r o u p , R 2
s
a n
a l k e n y l
g r o u p , and x s a 3 6 ; and l i n e a r
s i l o x a n e s
h a v i n g
t h e f o r m u l a HORC2SiO{Rd2SiO}ySiRC2OH
n W h i c h
R C a n d
R d
r e
a l k y l g r o u p s
h a v i n g 1 6
c a r b o n a t o m s
o r a r y l g r o u p s ,
and y i s 0 1 0 .
1 3 . A
i c r o e m u l s i o n
p r e p a r e d a c c o rd i n g t o t h e method
c l a i m e d i n c l a i m
1 2 .