JP6752961B2 - 短行程蒸発器における高粘性シリコーン流体の揮発 - Google Patents

Description

本発明は、短行程蒸発器中で高粘度シリコーン流体から揮発性成分を除去するための方法に関する。

シリコーン製造業者は、架橋性ポリマー組成物を生成しており、その例は、室温（ＲＴＶ）で水分と架橋（「加硫」）するシリコーン組成物である。これらの組成物は、実質的に１つ以上のポリジメチルシロキサン、充填剤及び他の添加剤からなる。配合操作それ自体は、低分子量、環状、直鎖状及び分岐状シロキサンなどの望ましくない副生成物を生成する。製造業者の後の加硫最終製品中で揮発性成分としてこれらのシロキサンに出くわす。品質要件の継続的な高まりを考慮すると、特に健康及びベビーケアの分野では、最終製品中の揮発性成分の量は、ＢｆＲ［ドイツ連邦リスク評価研究所］（２００℃で４時間加熱した後、０．５％以下）をはじめとする基準で規定されている。限界値に適合させるために、実際には加硫最終製品が焼成工程を受けることが通常必要である。これは、製造業者にとって追加の操作工程であり、時間及びコストに影響する。

独国特許出願公開第１４４４３２６号明細書

本発明の主題は、短行程蒸発器中で高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物から揮発性成分を除去するための方法である。

本方法では、高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、架橋前でさえも揮発性成分を含まない。未加硫のシリコーンポリマー又はシリコーン組成物からの揮発性成分の除去は、実質的により経済的であり、より環境に優しいものであり、非常に低レベルの揮発性成分を有する加硫最終製品をもたらす。加硫最終製品を焼成する工程は不要である。

短行程蒸発器は、例えばＤＥ１４４４３２６Ａに記載されている。それは、シリンダーの内壁を加熱する加熱ジャケット；ローター；及び内部凝縮器を有する垂直に配置されたシリンダーを備える。ローター運搬設備には、ワイパー要素及び搬送要素が取り付けられている。

シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、内壁上のシリンダーの頂部における供給物によって供給される。ローター運搬設備のワイパー要素及び搬送要素は、加熱された内壁上に薄層の形態のシリコーンポリマー又はシリコーン組成物の分配をもたらす。この方法では、揮発性成分が蒸発する。搬送要素のらせん状設計は、装置の基部上にある排出設備の方向への強制搬送をもたらす。ローターは、典型的には０．１〜１００ｒｐｍ、好ましくは０．３〜３０ｒｐｍ、より好ましくは１〜２６ｒｐｍの速度範囲で操作される。

揮発性成分の一部は、シリンダーの内部に位置する凝縮器で凝縮される。蒸発しないシリコーンポリマー又はシリコーン組成物のその画分は、短行程蒸発器の下部領域に到達し、生成物出口を介して蒸発器を出る。凝縮されていない揮発性成分及び任意のガスは、真空ポートを通過し、任意にコールドトラップを介して真空システムに入る。

高粘度シリコーンポリマーの粘度は、好ましくは１０００〜２００００Ｐａ＊ｓ、より好ましくは５０００〜１２０００Ｐａ＊ｓである。高粘度シリコーン組成物の粘度は、いずれの場合も２５℃及び剪断係数Ｄ＝１で測定して、好ましくは１００〜２００００Ｐａ＊ｓ、より好ましくは４００〜１２０００Ｐａ＊ｓである。

高粘度シリコーン組成物は、好ましくは少なくとも５０重量％、より好ましくは少なくとも７０重量％、より詳細には少なくとも９０重量％のシリコーンポリマーを含有する。

シリコーンポリマーは、例えば、シリコーンオイルの場合のように官能基を含まないか、又は、例えばＲＴＶ−１若しくはＲＴＶ−２化合物のように縮合可能な末端基を有するベースポリマーであるか、又は、例えばＬＳＲ若しくはＨＴＶ化合物用の不飽和アルキル基を有するベースポリマーであるか、例えば、又はＳｉ−Ｈ官能性、Ｓｉ−ビニル、フェニル含有若しくはフッ素含有ベースポリマーである。１種類のシリコーンポリマー又は少なくとも２種類のシリコーンポリマーの混合物を使用することが可能である。

高粘度シリコーン組成物の例は、ＲＴＶ−１、ＲＴＶ−２又はＬＳＲ化合物である。

シリコーンポリマーの他に、高粘度シリコーン組成物は、好ましくは充填剤を含む。好ましい充填剤は、シリカであり、より詳細には沈殿又は熱分解で生成されたシリカである。

シリカは、好ましくは３０〜５００ｍ^２／ｇ、より好ましくは１００〜３００ｍ^２／ｇのＢＥＴ比表面積を有する。ＢＥＴ比表面積は、既知の方法に従って測定され；１つの好ましいバージョンにおいて、比表面積は、好ましくは［ドイツ工業規格］ＤＩＮ ６６１３１及びＤＩＮ ６６１３２に従って、液体窒素の沸点で窒素ＢＥＴ−Ｎ_２によりＢＥＴ表面積として測定される。

高粘度シリコーン組成物は、シリカに加えて又はシリカの代わりにさらなる充填剤を含んでもよい。さらなる充填剤の例は、最大５０ｍ^２／ｇのＢＥＴ比表面積を有する充填剤である非補強充填剤、例えば石英、珪藻土、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ジルコニウム、ゼオライト、金属酸化物粉末、例えばアルミニウム、チタン、鉄若しくは亜鉛酸化物及び／又はそれらの混合酸化物、硫酸バリウム、タルク、カオリン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ガラス粉末及びプラスチック粉末、例えばポリアクリロニトリル粉末；並びに５０ｍ^２／ｇを超えるＢＥＴ比表面積を有する充填剤である補強充填剤、例えばカーボンブラック、例えばファーネスブラック及びアセチレンブラック並びに高ＢＥＴ表面積の混合ケイ素−アルミニウム酸化物；アスベストなどの繊維状充填剤、並びにさらにはポリマー繊維である。上記の充填剤は、例えば、オルガノシラン及び／若しくはオルガノシロキサンでの処理により、又はヒドロキシル基のアルコキシ基へのエーテル化により、疎水化されていてもよい。

研磨充填剤が使用されているとき、特にローター運搬設備に取り付けられたワイパー要素及び搬送要素の装甲バージョンを提供することが賢明である。

高粘度シリコーン組成物は、オルガノポリシロキサン１００重量部当たり、好ましくは１０〜２００重量部、より好ましくは３０〜１５０重量部、より詳細には５０〜１２０重量部の充填剤を含有する。

シリコーンポリマー及び充填剤に加えて、高粘度シリコーン組成物は、さらなる物質を含み得る。さらなる物質の好ましい例は、可塑剤、触媒、殺菌剤、接着促進剤、流動学的添加剤及び顔料、並びにそれらの混合物である。

揮発性成分は、好ましくは低分子量の環状シロキサン、例えばＤ３〜Ｄ３０、より詳細にはＤ４〜Ｄ１８、２〜３０個のケイ素原子、より詳細には３〜１８個のケイ素原子を有する線状シロキサン及び微量の水である。

高粘度シリコーン組成物は、架橋シリコーン組成物（ＲＴＶ）又は液体シリコーン（ＬＳＲ）であり、これらは添加によって、縮合によって又は過酸化的に架橋し得る。

この方法における短行程蒸発器内の絶対圧力は、好ましくは０．０１Ｐａ〜５００Ｐａ、より好ましくは０．２Ｐａ〜１０Ｐａ、より詳細には０．５Ｐａ〜５Ｐａである。

短行程蒸発器中の高粘度シリコーン組成物の温度（操作温度）は、好ましくはシリンダーの内壁で測定され、好ましくはこの方法において１５０℃〜２４０℃、より好ましくは１８０℃〜２３０℃、より詳細には２００℃〜２２０℃である。

高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、短行程蒸発器に供給する前に加熱するのが好ましい。高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、剪断エネルギーの導入による動的ミキサーを用いて加熱するのが好ましい。好ましくは、高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、加熱によって操作温度にされる。好ましくは短行程蒸発器に入る前に、より好ましくはフラッシュボックスによって、シリコーンポリマー又はシリコーン組成物を脱気するのが好ましい。

短行程蒸発器は、好ましくは容器から装填され、好ましくは接続されたディスプレーサポンプを有するホッパーを介して適用され、より詳細にはポンプ、特にスクープピストン容積式ポンプを使用するドラムから適用される。特に好ましくは、装填は、シリコーンポリマー又はシリコーン組成物を生成する上流操作から直接行われる。

揮発性成分が除かれた高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、好ましくは、液量制御容積式ポンプを用いて、より詳細にはギアポンプを用いて円錐形排出によって短行程蒸発器から排出される。

短行程蒸発器から排出された高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、動的又は静的熱交換器によって、より詳細には静的熱交換器によって室温に冷却されることが好ましい。

揮発性成分が除かれた高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、好ましくは貯蔵容器、好ましくはドラムなどの移動式貯蔵容器に分配される。特に好ましくは、揮発性成分が除かれた高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、さらなる処理に直接供される。

内部凝縮器で凝縮した揮発性成分は、真空障壁による完全越流を介して排出されるのが好ましい。

オルガノポリシロキサン及び高粘度シリコーン組成物の粘度数値は、振幅掃引を用いたＤＩＮ ５４４５８に従った測定に基づくのが好ましい。測定は、直径２５ｍｍ及び距離０．５ｍｍの円錐を有するプレート／プレートを介して、１０Ｈｚの円振動数で行う。報告された数値は、粘度η＊（γ＝１００％）である：これはＤＩＮ ５４４５８に従って１００％の変形での複素粘度値［ｍＰａ＊ｓ］に相当する。

シリコーンオイル及びシリコーンポリマーの粘度数値は、ＤＩＮ ５３０１９／ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２１９に従った測定に基づくのが好ましい。

高粘度シリコーン組成物の全成分の合計は、１００重量％となる。

［実施例１］
シリコーンポリマーからの揮発性成分の除去
粘度１００００Ｐａｓを有するシリコーンポリマー（ビニル基を有するポリジメチルシロキサン）からの揮発性成分（集団パラメータＤ４−Ｄ１８）の除去について説明する。

短行程蒸発器での処理によって、１．３から０．３％への揮発性成分（集団パラメータＤ４−Ｄ１８）の減少が可能である。脱揮発シリコーンポリマーにおいて０．３２のＢｆＲ値が達成される。

シリコーンポリマーは、生成プラント（重縮合が起こるポリマー反応器）から直接もたらされ、ギアポンプを介して短行程蒸発器に供給される。この場合、シリコーンポリマーは、剪断エネルギーの導入によりシリコーンポリマーを約２１０℃の必要な脱揮発温度に加熱する動的ローターステーターミキサーを通過する。

シリコーンポリマーは、短行程蒸発器の頂部から入る。この蒸発器は、３Ｐａの絶対圧力下で約２０７℃で操作される。短行程蒸発器のローター運搬設備は、約７分^−１の速度で回転する。ローター運搬設備のワイパー要素及び搬送要素は、加熱された内壁上に薄層の形態のシリコーンポリマーの分配をもたらす。この方法では、揮発性成分が蒸発する。搬送要素のらせん状設計は、装置の基部上にある排出設備の方向への強制搬送をもたらす。

揮発性の凝縮可能な成分は、内部凝縮器で凝縮され、真空障壁による完全越流を介して装置を出る。

脱揮発シリコーンポリマーは、短行程蒸発器の円錐形基部上の液量制御ギアポンプによって排出される。ドラムに分配される前に、シリコーンポリマーは、静的プレート型熱交換器によって約８０℃に冷却される。

［実施例２］
シリコーン組成物からの揮発性成分の除去
１０００Ｐａｓ超の粘度を有するシリコーン組成物（ビニル基及び約４０重量％のシリカ助剤を有するポリジメチルシロキサン）からの揮発性成分（集団パラメータＤ４−Ｄ１８）の除去について説明する。

短行程蒸発器で処理することによって、揮発性成分（集団パラメータＤ４−Ｄ１８）を８０％減少させることが可能である。０．２５９のＢｆＲ値が、脱揮発シリコーン組成物において達成される（非脱揮発シリコーン組成物における０．９６６のＢｆＲ値に対して）。

シリコーン組成物は、ドラムで供給され、スクープピストン容積式ポンプを用いて短行程蒸発器へ送られる。この場合、シリコーン組成物は、剪断エネルギーの導入によりシリコーン組成物を約２１０℃の必要な脱揮発温度に加熱する動的ローターステーターミキサーを通過する。

シリコーン組成物は、短行程蒸発器の頂部から入る。この蒸発器は、３Ｐａの絶対圧力下で約２０７℃で操作される。短行程蒸発器のローター運搬設備は、約２３分^−１の速度で回転する。ローター運搬設備のワイパー要素及び搬送要素は、加熱された内壁上に薄層の形態のシリコーン組成物の分配をもたらす。この方法では、揮発性成分が蒸発する。搬送要素のらせん状設計は、装置の基部上にある排出設備の方向への強制搬送をもたらす。

揮発性の凝縮可能な成分は、内部凝縮器で凝縮され、真空障壁による完全越流を介して装置を出る。

脱揮発シリコーン組成物は、短行程蒸発器の円錐形基部上の液量制御ギアポンプによって排出される。ドラムに分配される前に、シリコーン組成物は、静的プレート型熱交換器によって室温に冷却される。

Claims (9)

1. 短行程蒸発器中で、２５℃及び剪断係数Ｄ＝１で測定した粘度１０００〜２００００Ｐａ＊ｓを有する高粘度シリコーンポリマー又は２５℃及び剪断係数Ｄ＝１で測定した粘度１００〜２００００Ｐａ＊ｓを有する高粘度シリコーン組成物から揮発性成分を除去するための方法であって、
   短行程蒸発器は、シリンダーの内壁を加熱する加熱ジャケット；ローター；及び内部凝縮器を有する垂直に配置されたシリンダーを備え、ローター運搬設備には、加熱された内壁上に薄層の形態のシリコーンポリマー又はシリコーン組成物の分配をもたらすワイパー要素及び搬送要素が取り付けられ、シリコーンポリマー又はシリコーン組成物は、内壁上のシリンダーの頂部における供給物によって供給される、方法。
2. シリコーンポリマーが、官能基を含有しないシリコーンポリマー、縮合可能な末端基を有するベースポリマー及び不飽和アルキル基を有するベースポリマー並びにＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−ビニル、フェニル含有又はフッ素含有ベースポリマーから選択される、請求項１に記載の方法。
3. シリコーン組成物が、ＲＴＶ−１、ＲＴＶ−２及びＬＳＲ化合物から選択される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 高粘度シリコーン組成物が、少なくとも４０重量％のシリコーンポリマーを含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 高粘度シリコーン組成物が、充填剤を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 短行程蒸発器中の絶対圧力が、０．０１Ｐａ〜５００Ｐａである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 短行程蒸発器中の高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物の温度が、１５０℃〜２４０℃である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 高粘度シリコーンポリマー又はシリコーン組成物が、短行程蒸発器に供給される前に加熱される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. シリコーンポリマー又はシリコーン組成物が、短行程蒸発器に入る前に脱気される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。