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Durch Wassereinwirkung in Elastomere übergehende Organopolysiloxanmasse
Die Erfindung betrifft plastisch verformbare Gemische von Organopolysiloxanen mit bestimmten Vernetzungsmitteln, die bei Temperaturen unterhalb 50 C in einen elastischen festen Zustand übergehen. Insbesondere umfasst die Erfindung solche Gemische, die unter Wasserausschluss am Herstellungsort fertiggestellt und in dichten Behältern gelagert werden und die nach der Entnahme aus dem Behälter unter der Einwirkung von Wasser, wozu auch die Feuchtigkeit der atmosphärischen Luft genügt, zu Elastomeren reagieren.
Es sind Massen bekannt, die diese Aufgabe erfüllen und neben dem vernetzbaren Organopolysiloxan und Füllstoffen entweder Alkoxysiliciumverbindungen und eine organische Metallverbindung oder trifunktionelle Aminoalkyl- oder Aminoalkoxyl-substituierte Silane bzw. Silazane oder trifunktionelle Alkylacyloxysilane enthalten. Im erstgenannten dieser drei Fälle müssen sämtliche Mischungskomponenten extrem entwässert werden, um die Vernetzungsreaktion zu verzögern. Da ein solches Gemisch aber schon mit einem Wassergehalt von 1/1000 Gew.-% nicht mehr lagerfähig ist, lässt sich dieses Verfahren gewerblich nicht verwenden, vor allem dann nicht, wenn als Füllstoffe die wegen ihrer verstärkenden Wirkung allgemein bevorzugten kolloiddispersen Kieselsäureprodukte gewählt werden sollen.
Die im zweiten Falle als Vernetzungsmittel zugemischten Aminoverbindungen geben im Gebrauch geruchsbelästigende und leicht toxische Amine ab, die z. B. an Kupfer und dessen Legierungen auch in kurzer Zeit sichtbare und bei empfindlichen elektrischen Vorrichtungen zerstörend wirkende Korrosionen verursachen können ; ihr hauptsächlicher Nachteil ist aber, dass Gemische mit solchen Vemetzungsmitteln ebenfalls nicht hinreichend lagerfähig sind, da die durch Wasserspuren hydrolytisch abgespaltenen Aminbasen alsbald, insbesondere bekanntlich bei Gegenwart der vorerwähnten hochaktiven Kieselsäurefüllstoffe, trotz Verschlusses zur vorzeitigen Vernetzung führen.
Aus den Alkylacyloxysilanen schliesslich wird bei der die Vernetzung einleitenden Hydrolyse Carbonsäure frei, die korrodierend wirken und in der Wärme das Organopolysiloxan depolymerisieren kann und besonders im Falle des meist verwendeten, Essigsäure abspaltenden Methyltriacetoxysilans eine starke Geruchsbelästigung mit sich bringt. Darüber hinaus sind diese Silanderivate thermisch instabil, so dass bei längerer Lagerung unter tropischen Temperaturen mit ihrer Zersetzung zu Alkylsiloxanen und Säureanhydrid gerechnet werden muss. Da sie zudem bei Raumtemperatur kristallin sind, müssen sie zur Herstellung der Gemische warm verwendet werden, wozu geheizte Rohrleitungen und sonstige Vorrichtungen erforderlich sind.
Nach dem Stammpatent Nr. 250011 lassen sich die aufgeführten Nachteile vermeiden, indem man an Stelle der bekannten Vernetzungsmittel bestimmte N-Silyl-substituierte Carbonsäureamide der Formel X-aSiYaoder der Summenformel
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verwendet, worin jeder Substituent X ein gegebenenfalls indifferent substituierter Alkyl- oder Arylrest oder ein Wasserstoffatom und a = 3 oder 4 ist, m einen Zahlenwert von mehr als 1 und höchstens 3 be-
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Diese Vemetzungsmittel haben gegenüber den für den gleichen Zweck zuvor meist gebräuchlichen Methylacetoxysilanen wie auch gegenüber den Aminoverbindungen den Vorteil, dass statt der Essigsäure bzw. einer Stickstoffbase ein neutral reagierendes und geruchloses Säureamid bei der Vernetzungsreaktion der Organosiloxanmassen frei wird. Indessen hat sich gezeigt, dass diese sehr wenig flüchtigen Säureamide in der hierbei entstehenden Menge sich in manchen Fällen als eine störende Füllung der elastischen Endprodukte auswirken können. Hinzu kommt der Nachteil, dass die vorangehend definierten N-Silyl-substituierten Carbonsäureamide nur schwierig, wenn überhaupt, durch Destillation gereinigt werden können.
Es wurde nun gefunden, dass eine bedeutende Verbesserung der letztgenannten Vernetzungsmittel dadurch erzielt wird, dass man einen Teil der Carbonsäureamidreste durch niedere Alkoxyreste ersetzt. Eigenartigerweise tritt in diesem Falle die ausserordentliche Wasserempfindlichkeit der Gemische, die als Vemetzungsmittel die bekannten Alkoxysiliciumverbindungen enthalten, nicht auf.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäss eine unter Ausschluss von Wasser lagerfähige, plastische Organosiloxanmasse, die sich unter Einwirkung von Wasser oder von Wasserdampf enthaltender Luft bereits bei Temperaturen unterhalb 50 C, insbesondere bei Raumtemperatur in einen elastischen Körper oder Überzug umwandelt, bestehend aus (l) einem im wesentlichen der Formel
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entsprechenden Organopolysiloxan als Basissiloxan, worin n eine ganze Zahl grösser als l, R'ein Wassertoffatom oder ein Alkylrest mit höchstens 4 C-Atomen, mindestens die Hälfte aller R Methylreste und jedes übrigeR ein Wasserstoffatom oder einAlkyl-, Alkenyl- oder Arylrest sind und das zusätzlich zu seinen R2SiO-
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als Vemetzungsmittel,
worin jeder Substituent X ein gegebenenfalls indifferent substituierter Alkyl- oder Arylrest oder ein Wasserstoffatom und a = 3 oder 4 ist, m einen Zahlenwert von mehr als 1 und höchstens 3 bedeutet, die Zahl b so gross gewählt ist, dass jede Molekel der vorgenannten Summenformel mindestens drei Substituenten Y enthält, und von diesen Substituenten Y mindestens einer ein Si-N-gebundener Carbonsäureamidrest der Formel
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mit der mindestens einmal in jeder Molekel enthaltenen charakteristischen Atomfolge
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umfassen also Organosilane der Formeln XSiY 3 und SiY und Organosiloxane.
Man erhält sie aus einem Alkoxytrihalogensilan, Dialkoxydihalogensilan, Trialkoxyhalogensilan, Organoalkoxydihalogensilan oder Organodialkoxyhalogensilan, beziehungsweise aus mindestens ein Si-gebundenes Halogenatom, mindestens einen Si-gebundenenAlkoxylrest und mindestens ein weiteres Si-gebundenes Halogenatom oder einen weiteren Si-gebundenen Alkoxyrest in jeder Molekel enthaltenden Organoalkoxyhalogensiloxanen durch Umsetzung mit einem Carbonsäureamid der Formel
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vollständige Alkoxylierung eines Siliciumtetrahalogenids oder eines Alkyl-oder Aryltrihalogensilans mit Methanol, Äthanol, Propanol oder Butanol oder durch Umsetzung eines Halogensilan mit einem Alkoxysilan.
Durch unvollständige Hydrolyse der so erhaltenen Silanderivate nach bekannter Methode kann man die vorangehend erwähnten Organoalkoxyhalogensiloxane herstellen ; die aus diesen zu erhaltenden erfindungsgemässen Vernetzungsmittel sind jedoch von untergeordneter Bedeutung, da auch sie nur schwierig durch Destillation gereinigt werden können. Die Vernetzungsmittel der Formel X-aSiYa dagegen sind gut destillierbare Flüssigkeiten, denen selbst Destillationstemperaturen von 200 C nicht schaden.
Der Mengenanteil des Vernetzungsmittels in den vernetzbaren Organopolysiloxanmassen kann grundsätzlich sehr hoch sein, beeinflusst aber massgeblich die Elastizität des Vernetzungsproduktes. Er beträgt daher im allgemeinen nicht mehr als 60, in der Regel 2-20 Gew.-% des Basissiloxans.
Durch Zusatz geringer Mengen eines der bekannten Kondensationsmittel, vornehmlich eines Dialkylzinndicarboxylats in einem Mengenverhältnis zum Vernetzungsmittel (2) zwischen 0, 1 und 30 Gew.-%, wird die Vernetzungsreaktion beschleunigt. Eine Verzögerung des Reaktionsbeginns lässt sich wie bei den bekannten kaltvemetzenden Systemen durch Zusatz eines kleinen Anteils einer Carbonsäure erzielen.
Die als Basis verwendeten vernetzbaren Organosiloxane (l), deren Alkyl-, Alkenyl-oder Arylgruppen R im einfachsten Falle Methyl, Vinyl bzw. Phenyl sind, erhält man in bekannter Weise aus gegebenenfalls gemischten Chlor- oder Alkoxysilanen, die man in Übereinstimmung mit der Substitution und der Funktionalität der Siloxaneinheiten des angestrebten Organosiloxans wählt, durch Hydrolyse mit Wasser und anschliessende Kondensation. Ein anderer bekannter Weg ist die Polymerisation von cyclischen und linearen Organosiloxanen mittels alkalischer oder saurer Katalysatoren, auch sogenannter Lewis-Säuren, diegegebenenfalls durch Auswaschen oder Inaktivierung des Katalysators mit Wasser-zu Verbindungen mit SiOH-Endgruppen oder, falls die Polymerisation nach Zumischen von Alkoxysilanen oder-siloxanen durchgeführt wird, zu solchen mit Alkoxysilyl-Endgruppen führt.
Um gewünschtenfalls ein besonders hartes Vernetzungsprodukt zu erzielen, kann man bis zu 10 Mol-% Siloxaneinheiten der Formel RSiOg in bekannter Weise in das Basissiloxan einbringen, indem man sie entweder miteinpolymerisiert oder in Gestalt von überwiegend aus diesen Gruppen zusammengesetzten Polymeren zumischt. Der Polymerisationsgrad der Basissiloxane kann in weiten Grenzen beliebig gewählt werden, vom Disiloxan bis zu Polysiloxanen mit mehreren Millionen cSt Viskosität (20 C), in denen also mehrere Zehntausende von Einheiten anzunehmen sind.
Die Organopolysiloxanmassen können die bekannten aktiven und inaktiven Füllstoffe enthalten, z. B.
Kreide, Talkum, Kieselerde, Kieselgel, Quarzpulver, Titandioxyd, Eisenoxyde, Zirkonsilicat, Calciumsulfat, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Russ, Graphit, Sand und die bekannten feindispersen Füllstoffe auf Basis von Siliciumdioxyd, deren Oberfläche auch durch Alkylsilyl-oder Alkoxysilyl-Gruppen modifiziert sein kann. Der Mengenanteil der Füllstoffe beträgt im allgemeinen weniger als 50 Gew.-% der gesamten Masse.
Die oc, M-Bis- (trimethylsiloxy)-polydimethylsiloxane, die den Massen in einer Menge bis zu 10 Gew.-% des Basissiloxans zugemischt sein können, sind handelsübliche Öle von Viskositäten zwischen 100 und einigen hunderttausend cSt (20 C). Ihr Zusatz bewirkt, dass man weichere Vernetzungsprodukte erhält als ohne solchen Ölzusatz und dass die in Formen oder auf sonstigen Oberflächen fertig vernetzten Produkte nicht auf diesen Abformungsunterlagen festhaften.
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Wird dagegen Haftvermögen angestrebt, um die Masse als Klebemittel anzuwenden, so kann man ihr in an sich bekannter Weise ein harzartiges, aus Einheiten der Formel (CH3) 3SiOÛ2 und der gleichen bis dop- pelten Anzahl Einheiten der Formel SiO zusammengesetztes Methylpolysiloxan in einer Menge bis zu
50 Gew.-% des Basissiloxans zumischen.
Abgesehen von dem Zusatz des als Vernetzungsmittel verwendeten Acylamidderivates, das man in der
Regel als letzte Komponente dem Hauptgemisch zufügt, ist die Reihenfolge beim Vermischen der Bestand- teile beliebig.
Da die Masse bereits am Herstellungsort mit allen ihren Komponenten gebrauchsfertig zusammen- gemischt werden soll, ist es erforderlich, sie weitgehend frei von Wasser zu halten. Dazu sind verschiedene Wege geeignet : Man kann die Komponenten einzeln scharf trocknen und unter Ausschluss von Feuchtigkeitszutritt mischen, man kann aber auch das Hauptgemisch zunächst ohne besondere sorgfältige Trocknung herstellen und es dann entweder in der Wärme, gegebenenfalls auch unter Evakuieren, entwässern oder ihm ein die spätere Vernetzung der Masse nicht störendes Trocknungsmittel zufügen. Als ein solches kann im Falle nur geringen Wassergehalts des Hauptgemisches ein kleiner Anteil des erfindungsgemässen Vernetzungsmittels selbst dienen.
Da hiebei ein kleiner Teil der Vernetzung vorweggenommen wird, ist dann durch die Wahl einer hinreichend niederen Viskosität der als Basis verwendeten Organosiloxankomponente vorzusorgen, dass die spätere Formgebung der plastischen Masse vor ihrer endgültigen Vernetzung nicht zu sehr erschwert wird. Das Vemetzungsmittel oder seine Lösung ist für sich natürlich immer-auch bei Einmischen-vor jeder Art von Wasserzutritt zu bewahren. Man erhält dann ein unter dichtem Verschluss lagerfähiges Gemisch, das man nach seiner Entnahme aus dem Behälter zum Gebrauch ohne eine weitere Zumischung unmittelbar verformt und dessen Vernetzung durch den Zutritt der Luftfeuchtigkeit wie auch durch Befeuchten mit Wasser ausgelöst wird.
Die erfindungsgemässe hergestellten Massen, als fertiges Gemisch oder als Hauptgemisch und Vernetzer getrennt vorrätig gehalten, sind für eine Reihe bekannter Zwecke verwendbar. So beispielsweise unter
Wahl geeigneter Füllstoffe zur Herstellung gummielastischer Gegenstände und zum Einbetten von Teilen elektrischer Vorrichtungen zur Isolierung oder zum Schutz vor Hitze, Schmutz oder mechanischer Beschädigung. Auch kann man mit den Massen in an sich bekannter Weise Dispersionen herstellen und diese zur Gewebebeschichtung verwenden.
Im Vergleich zu den bisher meistgebräuchlichen anwendungsfertigen Massen mit Alkyltriacyloxysilan als Vernetzungsmittel, wie auch gegenüber den einleitend beschriebenen Massen mit alkoxylfreien acylamidsubstituierten Siliciumverbindungen als Vemetzungsmittel bieten die erssndungsgemässen Gemische noch einen besonderen Vorteil bei ihrer Anwendung als Fugendichtungsmasse. Auf jenen bekannten Massen bildet sich nämlich noch während des üblichen Ausspritzens einer Fugenlänge von jeweils ein bis zwei Metern umso schneller, je wärmer und feuchter die Witterung ist, eine fest zusammenhängende Haut, unter der die Masse längere Zeit plastisch bleibt. Das hat zur Folge, dass die Fugenfüllung sich nur mangelhaft glattstreichen lässt und unansehnliche Falten zeigt.
Die beanspruchten Gemische dagegen verfestigen sich sehr viel gleichmässiger, was offenbar darauf beruht, dass die hierin verwendeten Vernetzungsmittel zwei verschiedenen und mit um einige Zehnerpotenzen unterschiedlichen Geschwindigkeiten reagierende Gruppen enthalten, so dass von der Oberfläche her zunächst in kurzer Zeit nur die Amidgruppen unter Bildung von Verknüpfungsstellen an den Kettenenden oder unter viskositätserhöhender Kettenverlängerung
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als Vernetzer A, B, C und D.
Vernetzer A :
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Zu einer Lösung von 87 Tl. N-Methylpropionamid und 101 Tl. Triäthylamin in 850 Tl. Toluol gibt man unter Rühren und unter Kühlen des Reaktionsgefässes mit Eis tropfenweise 70 Tel. Methylmethoxydichlorsilan und rührt danach das Reaktionsgemisch weitere 30 min lang. Das dabei ausgefallene Triäthylammoniumchlorid trennt man durch Filtrieren unter Ausschluss von Feuchtigkeitszutritt ab und wäscht den Filterrückstand dreimal mit je 100 cm3 Toluol. Aus den vereinigten Filtraten verdampft man bei 20 Torr das Toluol und destilliert aus dem Rückstand bei 0, 5 Torr als Hauptfraktion zwischen 100 und 105 C eine farblose Flüssigkeit der in vorangehender Formel dargestellten Zusammensetzung.
Vemetzer B :
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Zu einer Lösung von 405 Tl. N-Methylbenzamid und 303 Tl. Triäthylamin in 2500 Tl. Toluol gibt man unter Rühren tropfenweise 240 Tl. Methyläthoxydichlorsilan. Danach verfährt man mit dem Abfiltrieren des ausgefallenen Salzes und dem Verdampfen des Toluols aus dem Filtrat, wie bei Vemetzer A beschrieben. Die anschliessende fraktionierte Destillation bei einem Druck zwischen 0, 01 und 0, 015 Torr ergibt bei 128-130 C eine viskose, hellgelbe Flüssigkeit der in vorangehender Formel dargestellten Zusammensetzung.
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Zu einer Lösung von 270 Tl. N-Methylbenzamid und 202 Tl. Triäthylamin in 2000 Tl. Toluol gibt man unter Rühren tropfenweise 337 Tl. Methyldiäthoxychlorsilan. Danach verfährt man mit dem Abfiltrieren des ausgefallenen Salzes und dem Verdampfen des Toluols aus dem Filtrat, wie bei Vemetzer A beschrieben. Aus der anschliessenden Destillation gewinnt man bei einem Druck zwischen 0, 7 und 0, 8 Torr als Hauptfraktion zwischen 104 und 107 C ein schwach gelbes Öl, dessen Zusammensetzung der vorangehenden Formel entspricht.
Vernetzer D :---
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Zu einer Lösung von 226 Tl. s-Caprolactam und 202 Tl. Triäthylamin in 1750 Tl. trockenen Toluols gibt man tropfenweise 159 Tl. Methyläthoxydichlorsilan. Danach verfährt man mit dem Abfiltrieren und Verdampfen des Toluols, wie zuvor beschrieben. Aus der anschliessenden Destillation gewinnt man bei einem Druck zwischen 0, 03 und 0, 04 Torr als Hauptfraktion zwischen 140 und 145 C ein farbloses Öl, dessen Zusammensetzung der vorangehenden Formel entspricht.
Beispiel l : Eine Reihe von je 100 Tl. eines oc, M-Dihydroxypolydimethylsiloxans von 18. 000 cSt Viskosität bei 20 C, in bekannter Weise aus Octamethylcyclotetrasiloxan mit 0, 005 Gew.-% Kalium- hydroxyd durch Polymerisation bei 130 C hergestellt, mischt man jeweils zunächst mit 0, 5 Tl. Dibutylzinndilaurat und dann unter Ausschluss von Feuchtigkeitszutritt mit 5 Tl. eines der Vernetzer A, B, C und D und giesst anschliessend von jedem der so erhaltenen vier Gemische eine 4 mm hohe Schicht in offene Glasgefässe, wo sie der atmosphärischen Luft ausgesetzt werden. Die Vernetzung der Polysiloxanschichten beginnt von der Oberfläche her und ist nach ungefähr 10 h bis zum Boden fortgeschritten. Es resultieren in allen vier Fällen elastische, nicht mehr klebrige Organopolysiloxanplatten.
Beispiel 2 : Man verwendet ein Organopolysiloxan, das man auf folgende Weise erhält : Durch 2300 g Octamethylcyclotetrasiloxan bläst man bei 100'C li h lang trockenen Stickstoff, erhitzt dann auf 150 0 C,. gibt 3, 45 g Tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxan, 0, 77 g Diphenyldiäthoxysilan und 0, 1 gKaliumhydroxyd
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Cpolydiorganosiloxan, dessen Penetrometerwert 2430 beträgt, einer Viskosität von einigen Millionen cSt bei 20 C entsprechend.
100 Tl. dieses Polysiloxans löst man in 300 Tl. Toluol, mischt in diese Lösung unter Feuchtigkeitsausschluss 0, 5 Tl. Dibutylzinndilaurat und 5 Tl. des Vernetzers B, giesst von dem Gemisch eine 3 mm hohe Schicht in ein offenes Glasgefäss und überlässt es so der Einwirkung der atmosphärischen Luft. Nach ungefähr 10 h ist das Lösungsmittel verdunstet, und es hinterbleibt ein elastisches Organopolysiloxanfell.
Beispiel 3 : 50 Tl. eines < x, M-Dihydroxypolydimethylsiloxans von 3000 cSt Viskosität bei 20 C, in bekannter Weise aus Octamethylcyclotetrasiloxan durch Polymerisation mittels Bleicherde hergestellt, verknetet man mit 30 Tl. eines bei 120 C getrockneten feindispersen Zirkonsilicats und 20 Tl. einer ebenso getrockneten Diatomeenerde. Schliesslich mischt man 0, 5 Tl. Dibutylzinndilaurat und 5 Tl. Vernetzer C dazu. Die so erhaltene gebrauchsfertige Masse ist unter luftdichtem Verschluss ohne Viskositätsveränderung lagerfähig. Der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt, wandelt sie sich, von der Oberfläche ausgehend, in einen gummielastischen Formkörper um.
Beispiel 4 : 87 Tl. des gleichen < x, M-Dihydroxypolydimethylsiloxans, wie in Beispiel 3 verwendet, vermischt man innig mit 13 Tl. einer kolloiddispersen, aus Siliciumtetrachlorid auf dem Flammenwege hergestellten Kieselsäure und entwässert dieses Gemisch durch Erhitzen auf 200 C bei 12 Torr Druck bis auf einen restlichen Wassergehalt von 0, 08 Gew.-%. Dann mischt man bei Raumtemperatur 0, 5 Tl.
Dibutylzinndilaurat dazu. Mischt man von der so hergestellten Paste jeweils 20 Tl. mit 1 Tl. eines der Vernetzer A, B, C und D, so erhält man anwendungsfertige Massen, die ohne Wasserzutritt selbst nach mehrere Monate dauernder Lagerung bei 50 C kein Anzeichen von Viskositätszunahme zeigen. Der Atmosphäre ausgesetzt, ergeben sie elastische feste Körper.