CN104053701B - 基于烷氧基硅烷的烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物衍生自烯属官能化的烷氧基硅烷和任选地衍生自用饱和烃官能化的烷氧基硅烷,以及任选地衍生自四烷氧基硅烷,所述烯属官能化硅氧烷低聚物在硅原子上具有最多一个烯属基团,并且具有减少的总氯化物和大于315 g/mol的重均分子量(Mw)。

Description

基于烷氧基硅烷的烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物
本发明涉及包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物衍生自烯属官能化的烷氧基硅烷和任选地衍生自用饱和烃官能化的烷氧基硅烷,以及任选地衍生自四烷氧基硅烷,所述烯属官能化硅氧烷低聚物在硅原子上具有最多一个烯属基团,并且具有减少的总氯化物和大于315 g/mol的重均分子量(Mw)。
在热塑性塑料和弹性体的生产中使用链状和环状硅氧烷低聚物的混合物是长期确立的经验。然而现今,努力以尽可能低VOC方式工作的需求日益增加,例如在热塑性塑料还有弹性体的交联中,特别是在电缆的生产中(VOC–挥发性有机化合物)。
在计算量水的存在下,通过酸性HCl在醇中的催化的水解和缩合,使乙烯基三乙氧基硅烷,任选地在与烷基三乙氧基硅烷和/或四乙氧基硅烷混合物中的反应是已确立的经验。随后除去醇。所使用的酸残留在产物中,或者,在氯化氢(HCl)的情形中,在有机官能的烷氧基硅烷的反应之后,必须要以昂贵和麻烦的步骤从生产的粗产物中被再次除去,以致不会加剧加工机器金属表面的腐蚀。这通过粗硅氧烷产物的蒸馏来完成。
在应用中,例如在填充电缆物料的生产中,低聚物通常与聚合物和官能化填料在配混机器中一起使用。在不连续方法的情形中,这发生在内部混合器中或混合轧辊上,以及,在连续配混方法的情形中,这发生在双螺杆挤出机或共捏合机中。典型的加工温度在此是130-270℃,即,在加入硅烷化合物的位点(取决于方法),这是配混机器的入口或是聚合物熔体(根据方法),在硅烷单体和可蒸馏低聚物的沸点以上的温度占优势。经验教导的是,除了不想要的活性物质损失之外,游离硅烷化合物沉积在内部壳壁上或排气区域上的发生率增加。这些沉积物基于蒸发硅烷或可蒸馏低聚物的降解产物。通过这些可能含醇的蒸汽可能会发生严重的情况,在反向排气的情形中,所述含醇的蒸汽可以进入入口区域并可以与热表面接触。这种挑战还发生在配混组件的部分填充区域中,或发生在它们的排气区域中。总的说来,由于这些原因,所使用的化合物必须具有非常高的闪点。在填充聚合物配混物的情形中,还必须计算释放的水解醇,所述水解醇在该配混物中的硅烷或硅烷低聚物的硅官能团的酯基的水解反应期间产生。总之,因此减少VOC (挥发性有机化合物)是这项技术非常重要的准则。
如上已经提出的那样,用于配混方法的常规操作温度通常在101℃以上,并且对于例如捏合,经常发生在170-180℃。因此继续要求VOC减少和腐蚀性低的低聚物,所述低聚物尽可能不再含有任何酸性化合物,例如甲酸、HCl或含氯化合物。甚至极少量的这些化合物都会导致在所述操作温度下发生腐蚀,并因此在短的停工时期后耗损机器元件。对于不锈钢、镍基合金和铜基合金,例如,由于发生了腐蚀,它们对甲酸或HCl是不耐用的(参见,例如,Handbuch der Metallbeläge,Witzemann,January 2010,Section 7.2 CorrosionResistance,200-238页)。在手册(Chemische Beständigkeit der Nirosta®-Stähle,ThyssenKrupp Nirosta GmbH,Edition 3,01/2008)中,ThyssenKrupp描述了各种不同类型的腐蚀并以穿孔腐蚀、间隙腐蚀或应力裂缝腐蚀的形式命名了侵蚀性表面腐蚀的典型的诱因,例如酸和氯离子的存在。酸和氯离子的腐蚀效果在升高温度的同时显著增加。14天之后,在高的大气湿度(80-100%相对湿度)下在甲酸存在下从非合金钢中除去的质量可以共计达到10 g/m2,和在氯化物存在下可以共计高达105 g/m2 。因此,在根据本发明所制备的低聚物中,水解和缩合催化剂的量被尽可能降低至重量ppm至重量ppt范围的含量,或降低至检测极限。
然而,和在加工期间的腐蚀一样,在最终应用中,例如在电缆绝缘系统中,氯化物/氯离子或酸的存在还起到重要部分的作用。和在绝缘的电流导体上的可能腐蚀一样,可能的负作用影响电缆绝缘体自身的电特性,在含阻燃剂的无卤素配混物的情形中避免腐蚀性和含卤素的燃烧气体是完全有必要的。这种要求当然适用至所有在这些配混物中使用的原材料。
通过在本发明的硅氧烷低聚物中如前所述那样避免或最小化氯化物含量和酸含量,将可以完全符合这些要求。
此外,增加的兴趣聚焦于含有越来越少的有机溶剂和由此更加生态友好的硅烷体系。由于这个原因,趋向于提供预缩合的、低VOC的硅烷体系,然而,其然后必须是稳定化的,因为它们仍含有催化剂,或必须用昂贵和麻烦的步骤从其中除去催化剂。
EP 0 518 057 B1和US 5,282,998公开了用于制备链状和环状硅氧烷低聚物的混合物的方法。根据实施例1和6,通过乙烯基三烷氧基硅烷的水解和缩合,或乙烯基-和烷基三烷氧基硅烷的混合物的水解和缩合制备分别的产物混合物,在所使用的硅烷中的每摩尔Si使用0.63 mol的水实施水解和缩合。此外,在其中所公开的方法中,不能完全除去HCl催化剂,并且约50至约230 ppm的腐蚀残余量的HCl甚至留在根据其所公开的方法蒸馏的产物中。根据EP 0 518 057 B1的产物在后处理中在真空下以昂贵和能量加强的方式经受了严格的蒸馏。通过接枝聚合和水解缩合,所述低聚物混合物作为交联剂应用于热塑性聚烯烃。
US 6,395,856 B1公开了含有有机官能硅的低聚物的氢硅烷化,例如在没有稀释剂的同时,在保护性气体中,在甲酸的存在下,由乙烯基三甲氧基硅烷的反应得到的乙烯基甲氧基硅醇盐的氢硅烷化。
CN 100343311 C描述了通过乙烯基三甲氧基硅烷的催化水解和缩合获得的硅烷低聚物。金属盐催化剂(例如氢氧化铜)与酸的组合使用是必须的。催化剂的除去是昂贵和麻烦的,并且很可能催化剂残余物和/或中和产物残留在产物中,以及在很多应用中具有有害的效果。因此,该文献公开了例如,通过用碳酸钙中和并过滤得到的钙盐除去酸。
在现有技术中,对几种硅氧烷低聚物而言,在50℃以下储存的过程中闪点在几天内下降是因为组合物中过高浓度的催化剂残余物。来自现有技术的其它组合物,依次展示出在150℃左右高达25 重量%的过高质量损失,和在200℃左右约50-90 重量%的大量质量损失。
JP10 298289 A中描述具有10000 g/mol范围的高分子量的硅氧烷,其通过在酸催化剂的存在下乙烯基-或苯基官能的烷氧基硅烷的水解和预缩合或缩合来制备,随后通过无水阴离子交换剂从产物混合物中除去所述催化剂。由于高粘度和不充分的反应性,在大部分的应用中不能使用这样高分子量的材料。
JP 2004 099872中描述了具有多重可能官能团,Mn = 350-2500 g/mol范围的平均分子量,以及1.0-1.3的多分散性(D = Mw/Mn)的有机硅氧烷低聚物。所述制备在碱催化剂的存在下由非常稀释的含水溶液发生,该制备具有非常低的、经济上不期望的时空产率;用这种方法,1 l的溶液产出1 ml的分离产物。JP2004 099872A的教导不能以所公开的方法再生产。例如,很多时候,实施例1不能以所指示的方法再生产。
本发明的目的是提供更成本有效的和更稳定的烯属官能化硅氧烷低聚物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物是低氯的,优选是无氯的,并且其在密封剂中用作干燥剂时还具有充分的反应性,同时具有高温度稳定性。此外,所述硅氧烷低聚物应当具有非常高的闪点,或甚至在高温下具有得到认可的低VOC,并且应当能够在没有进一步安全措施的同时在升高的温度下在实际领域中使用。另外,它们的粘度也适于所述应用。本发明进一步的目的是提供用于制备这些烯属官能化硅氧烷低聚物的经济方法,以允许用较少的能量消耗制备所述硅氧烷,其中所述硅氧烷具有所希望的特性轮廓。本发明的又一目的是提供纯烯属硅氧烷低聚物的混合物,所述混合物具有低氯含量和特别能成本有效地制备,和具有前述特性轮廓,更特别地,其基于烯基烷氧基硅烷,或者提供烯属官能化的和烷基-官能化的硅氧烷低聚物的混合物,特别地,其基于烯基-/烷基-烷氧基硅烷,以及提供用于这样的混合物的制备方法。所述硅氧烷低聚物甚至在高温下,例如在挤出机中,也仅显示出小的质量损失。优选地,此外,与已知的体系相比,在实际领域中的其它特性任然保留或得到增强。本发明的另一目的,是通过本发明的硅氧烷低聚物改善热塑性塑料和弹性体的可加工性以及改善使用它们生产的热塑性塑料和弹性体的性能。与可加工性相关的关键点还有硅氧量烷低聚物在热塑性塑料中的快速可分散性,结合在挤出机应用中在给定温度下的极低损失质量。根据所述方法,还可以进一步明显降低酸性催化剂的残余含量,更特别地是氯含量,优选氯化物总含量和/或其它可水解氯化物的含量,这是本发明的优点。本发明的另一目的是,烯属硅氧烷低聚物应当具有好的储存稳定性(甚至在长时间的储存时期内),应当最小化闪点的增加,以及,优选地,应当避免粘度的增加,例如,由于通过在延长时期内混合物的后续缩合将导致凝胶化作用或絮凝作用。此外,烯属官能化硅氧烷低聚物中的单体含量应当很低,或优选应当不再有任何单体存在,所述单体会导致不期望的后续交联,并且同时所述方法应当比已知的对应方法更经济。另外的目的是同时设定硅氧烷的指定低聚度,结合< 3000mPa s的动态粘度,优选小于或等于1000 mPa s,更特别地小于或等于100 mPa s并且大于或等于2 mPa s,以保证硅氧烷的好的可加工性。在本申请中和本发明上下文中所述的动态粘度数值源自根据DIN 53015的测定。
根据独立权利要求实现了所述目的;优选的实施方案陈述在从属权利要求中和详细说明的说明书中。
令人惊讶地已经发现,在溶剂(优选醇)和酸性催化剂(但不使用金属盐催化剂)的存在下,烯属官能化的烷氧基硅烷和任选的烷基烷氧基硅烷通过与定义摩尔量的水反应可以以简单和经济的方式反应以获得期望的低氯组合物,水与烷氧基硅烷烷氧基之比为1:2至1:6,更特别地是1:2.75至1:5.0,其中基本上分离除去水解醇和任何存在的溶剂;更特别地,通过蒸馏除去所述溶剂和/或水解醇。根据本发明,在标准状态下是气体的酸性催化剂,更特别地是HCl,被用作水解-和/或缩合催化剂,并可以溶解在水相或醇相中。反应因此发生在均匀催化的条件下。惊人惊讶的优点是,作为本发明方法的结果,可以几乎完全地从组合物中除去气体催化剂。
令人惊讶的是,以这种方法,可以以好的时空产率制备易于操作的产物,所述产物具有> 315 g/mol和< 10000 g/mol的分子量(Mw),优选地是320 g/mol至9000 g/mol,更特别地是330 g/mol至5000 g/mol,非常特别地是340 g/mol至1000 g/mol,更特别地是350至850 g/mol,优先地是350 g/mol至800 g/mol-所述分子量可以进一步是360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700和750 g/mol。优选的重均分子量是大于或等于350至750 g/mol,优选地是350 g/mol至725 g/mol,更特别地是410至600 g/mol,还优选是410至590 g/mol,或是410 g/mol至570 g/mol。
令人惊讶的是,此外,以这种方式获得的硅氧烷低聚物作为底部产物已经显示出非常低的总氯化物含量。根据本发明,得到的组合物具有特别低的氯化物含量或总氯化物含量,和具有期望的特性轮廓,因为它们有益地展示出80%以下,更特别地是75%以下,优选小于或等于70%的低含量的M结构,并具有大于315 g/mol的某最小重均分子量 (Mw)。还令人惊讶的是,不管分子量是多少,粘度都适合于期望的用途。因此,本发明的硅氧烷低聚物组合物还具有低VOC的优点。
不同于已知的低聚物,本发明的组合物和通过本发明的方法制备的硅氧烷低聚物组合物不需要任何另外的处理,例如硅氧烷低聚物组合物的最后蒸馏。所制备的组合物,硅氧烷低聚物底部产物,显示出等于或优于已知硅氧烷低聚物的性能,然而,所述的已知硅氧烷低聚物已经通过蒸馏被纯化过,并通过略微不同的方法获得。因此,根据本发明,得到的硅氧烷低聚物自身不再需要被蒸馏,而作为替代,其可以以纯的形式作为底部产物被获得和使用。因此,还可以以更高的产率获得所述组合物,其中减少对能量的需求。
本发明因此提供包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物在硅原子上具有最多一个烯属基团,并且所述烯属官能化硅氧烷低聚物具有Si-O-交联的结构元素,所述结构元素形成链状、环状、交联和/或任选地三维交联的结构,其中至少一个结构理想化地对应于通式I
- 其中所述结构元素衍生自烷氧基硅烷,和
- 结构元素中的A对应于烯属基团,所述烯属基团特别选自分别具有2至16个C原子的线性、支化或环状烯基-或环烯基-亚烷基-官能团,和
- 结构元素中的B对应于饱和烃基,所述饱和烃基特别选自具有1至16个C原子的线性、支化或环状烷基,
- Y对应于OR3或者,在交联的和任选地三维交联的结构中,彼此独立地对应于OR3或O1/2,Y优选是OR3
- 其中R1 彼此独立地对应于具有1至4个C原子的线性、支化和/或环状烷基,或任选地对应于H,
- R3 彼此独立地对应于具有 1至4个C原子的线性、支化或环状烷基,或任选地对应于H,R2 彼此独立地对应于具有 1至15个C原子的线性、支化或环状烷基,和R4 彼此独立地对应于具有 1至15个C原子的线性、支化或环状烷基,
- a、b、c、x和y独立地对应于整数,其中1≤a,0≤b,0≤c,x 彼此独立地为0或1,y彼此独立地为0或1,并且(a+b+c)≥2,更特别地是对于1≤a,x为0或者对于1≤a,x为0和对于1≤b,y为0,
- 其中在通式I中的结构元素[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a、[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和/或[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,作为M 结构以小于或等于80%至大于或等于30%,更特别地是大于或等于35%存在,
- 重均分子量(Mw)大于315 g/mol,和
- 特别地,在制备期间所使用的酸催化剂的残余物或多种残余物的量,更特别地是氯或氯化物的量,优选总氯化物的量,小于或等于250 mg/kg,更特别地是小于或等于150mg/kg,优选小于或等于100 mg/kg,更优选小于或等于75 mg/kg,进一步优选小于或等于50mg/kg,低至目前分析检测的极限,特别优选小于或等于35 mg/kg,更特别地是在如根据本发明有益地作为底部产物所获得的组合物中,底部产物低至优选小于或等于0.001 mg/kg。
在方法方面,已经可以开发出非常经济的方法,所述方法几乎可以作为一锅反应来实施。不需要昂贵和麻烦地蒸馏底部产物。作为结果,相对于已知方法,已经可以实现产物产率的明显提高。令人惊讶地,作为所述方法的结果,已经可以获得高纯度的组合物,所述组合物具有非常低含量的催化剂或催化剂残余物、总氯化物,和低比例的高分子量硅氧烷。
对本发明组合物的分子量分布的指定设定还导致硅氧烷低聚物具有特殊的热稳定性,并且这在随后在热挤出机中的实际应用中,导致明显较低的质量损失,甚至在150至200℃的高温下。简单地制备具有相对高分子量的化合物是不够的,因为太高分子量的低聚化合物会导致低聚物的相互缠结并因此导致在其它产物,例如在挤出机中的聚合物物料中的差或延迟的可分散性。
根据本发明,包括没有Q结构的硅氧烷低聚物的组合物也是优选的,因为Q结构显著增加粘度,并因此限制应用范围。因此,优选地,c为0。
根据另一可选方案,组合物优选包括其重均分子量(Mw)大于或等于315 g/mol和其数均分子量(Mn) 大于或等于300 g/mol,多分散性,即Mw/Mn之比为1.05至1.35,极限值分别被包括在内,优选为1.05至1.25,更特别地为1.05至1.20,非常特别地为1.05至1.18或1.05至1.17的烯属官能化硅氧烷低聚物。因此在所述组合物中,本发明的硅氧烷低聚物展示出窄摩尔质量分布,所以小数值的摩尔质量部分与每部分高数值的链一起获得。令人惊讶地,根据本发明的方法,作为控制方法条件的结果,甚至可以以底部产物的形式获得在组合物中的这种窄摩尔质量分布。窄摩尔质量分布的另一优点是在窄温度范围内表现出非常均匀的热性能。
本发明优选提供包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,基于全部组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物在组合物中具有小于或等于1000 g/mol的分子量,以大于或等于90%(面积%,GPC)存在,更特别地是以大于或等于92%(面积%,GPC),优选以大于或等于93%存在。其中,优选地,硅氧烷低聚物的多分散性(Mw/Mn)在D = 1.05至1.25之间。
此外,如果同时大于80%(面积%,GPC),更特别地是大于85%的全部组合物具有大于或等于250 g/mol的分子量;优选大于或等于85%,更特别地是大于或等于90%,具有大于或等于250 g/mol的Mw,则是优选的。因此,对于组合物中的大于或等于80%,更特别地是大于或等于85%(面积%,GPC),优选大于或等于90%,更优选大于或等于92%、93%、94%、95%的硅氧烷低聚物,本发明的组合物有益地具有大于或等于250至小于或等于1000 g/mol的Mw,波动范围可以加/减5%,优选加/减 2%,更优选小于或等于1%。这种组合物可以通过本发明的方法获得,特别地,不用关注具体的氯化物含量或总氯化物含量。特别地,线性和支化的六硅氧烷、环七硅氧烷和相对高分子量的硅氧烷低聚物仅以至多25 面积%存在于组合物中,更特别地是在0至25 面积%之间,优选地在10至25 面积%之间,更特别地在11至20 面积%之间。
附加地或独立地,存在大于或等于80%,更特别地是大于或等于85%(面积%)的硅氧烷低聚物,更特别地是(a+b+c)≥2的通式I的硅氧烷低聚物,优选地,结合90%(基于全部组合物)小于或等于1000 g/mol的硅氧烷低聚物。
本发明还提供包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物作为三硅氧烷、四硅氧烷、环四硅氧烷和/或环五硅氧烷以大于或等于45%(面积%,通过GPC分析测定),更特别地是以大于或等于47.5%的程度存在于组合物中,多分散性优先位于1.05和1.25之间,更特别地是位于1.05至1.20之间,非常特别地是位于1.05至1.17 之间(包括极限值)。特别优选的组合物包括烯属官能化硅氧烷低聚物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物作为二硅氧烷、三硅氧烷、四硅氧烷、五硅氧烷、环三硅氧烷、环四硅氧烷、环五硅氧烷和/或环六硅氧烷以大于或等于75%(面积%,通过GPC测定)的程度存在于组合物中;优选大于或等于77.5%(面积%,GPC),更优选大于或等于80%的低聚物以这些结构存在,更特别地,多分散性在1.05和1.25之间,优选地在1.05至1.20之间,更特别地在1.05至1.17之间(包括极限值)。通常的情形是,名称二硅氧烷、三硅氧烷、四硅氧烷、五硅氧烷分别涵盖线性和/或支化的硅氧烷,以及环三硅氧烷、环四硅氧烷、环五-或环七硅氧烷涵盖环状硅氧烷。
对于包括烯属官能化的低聚物的组合物,由于根据本发明的方法获得了较高的分子量连同低的摩尔质量分布和高纯度,可以设定高闪点并且同时在提高的温度下的好的性能。因此,本发明的组合物分别独立地具有在大于或等于85℃,更特别地是在大于或等于90℃的温度下的闪点。通过TGA方法测定,50 重量%的组合物的质量损失优选仅在210℃以上的温度下由本发明的组合物展示出来;更特别地,50%的质量损失仅在220℃以上观察到(TGA,关于测定,参见具体实施例),并且特别优选地,50%的质量损失发生在约220至250℃的非常窄的温度范围内,特别地,对于不同取代的硅氧烷低聚物也一样,其中波动范围可以位于加/减5℃(加热速率10 K/min,铂坩埚,盖子上有孔)。
根据本发明进一步的实施方案,如通过TGA(铂坩埚,盖子上有孔,10 K/min)所测定的那样,在高达并包括140℃的温度下,组合物的质量损失小于5 重量%。可选地或附加地,在高达220℃的温度下组合物的质量损失为50 重量%以下。此外,在200℃ 下,本发明的组合物展示出仅小于30 重量%的质量损失,其中闪点优选为90℃ 以上。在150℃的温度下,本发明的组合物的质量损失为10 重量%以下,更特别地在8 重量%以下。为了调节特性的目的而将硅氧烷低聚物加入到其中的聚合物的加工温度典型地位于150至200摄氏度的温度之间。在此范围内,与来自现有技术的已知硅氧烷低聚物相比,本发明的组合物展示出特别低的质量损失。特别值得注意的同时是大于90℃,优选大于或等于95℃,更优选大于或等于100℃的组合物的高闪点。由于底部产物的高纯度,还可以在长的储存时期内保证这些高闪点,因为几乎没有催化剂的残余物留在组合物中。
另外优选的是具有烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,在所述烯属官能化硅氧烷低聚物中,重均分子量(Mw)大于或等于420 g/mol并且数均分子量(Mn)大于或等于400 g/mol,其中多分散性,作为Mw/Mn之比,为1.05至1.35,优选地为1.05至1.25,更特别地为1.05至1.20,更特别地为1.05至1.17。还优选的是包括硅氧烷低聚物的组合物,所述硅氧烷低聚物的重均分子量(Mw)大于420 g/mol 并且其数均分子量(Mn) 大于或等于462 g/mol,其中多分散性(D),作为Mw/Mn之比,为1.10至1.20,更特别地为1.05至1.18,或者,优选地,为前面提及的数值。
根据一个另外优选的实施方案,在组合物中的硅氧烷低聚物具有大于或等于450g/mol至590 g/mol的重均分子量 (Mw)和大于或等于410 g/mol至510 g/mol的数均分子量(Mn),其中多分散性(D),作为Mw/Mn之比,为1.05至1.25,更特别地为1.05至1.22,优选地为1.05至1.20。
重均分子量(Mw)
和数均分子量(Mn)
在每种情形中,n i =i-聚体的物质的量[质量],M i =i-聚体的摩尔质量。与重均分子量和数均分子量定义相关的详细内容是本领域技术人员本身已知的,其可选地还可由读者从包括互联网(http://de.wikipedia.org/wiki/Molmassenverteilung)在内的资源中找到,或从数学的标准工作中找到。
为了保证在高温下(更特别地是在150至200℃之间或者在200 和230℃之间)的低质量损失方面的指定特性轮廓,以及在聚合物、预聚物或具有单体的其混合物(例如在挤出机中使用的情形中)中良好和快速的可分散性,组合物包括具有指定摩尔质量分布,优选地是相对窄的摩尔质量分布的烯属硅氧烷低聚物是极其重要的。太高含量的高分子量产物例如线性或支化的六-或七硅氧烷将阻碍在聚合物中的可分散性,以及不利地影响交联特性。此外,太高比例的二硅氧烷也是不期望的,因为它们导致在150至200℃之间的温度下的高质量损失。
特别优选地,组合物中70%或更多的硅氧烷低聚物以二硅氧烷、环三硅氧烷、三硅氧烷、环四硅氧烷、四硅氧烷、环五硅氧烷、五硅氧烷和/或环六硅氧烷的形式存在,优选为75%或更多,更特别地为80%或更多,进一步优选为 85%或更多。本发明的组合物因此优选包括根据以下比例的烯属硅氧烷低聚物,分别基于全部组合物(以100%计),所述烯属硅氧烷低聚物分别独立地可以具有加/减3%的标准偏差:优选地,分别独立地,单体硅烷的量小于0.5%,二硅氧烷和环三硅氧烷的部分优选小于或等于30%,更特别地是小于25%,三硅氧烷和环四硅氧烷的部分大于或等于20%,优选大于或等于23%,四硅氧烷和环五硅氧烷的部分大于或等于10%,更特别地是大于或等于14%,五硅氧烷和环六硅氧烷的部分大于或等于6%至40%,优选地是7%至30%,以及特别地,线性或支化六硅氧烷、环七硅氧烷和较高分子量硅氧烷的部分小于或等于≤30%,更特别地是≤25%,优选地小于或等于20%(面积%)。其中特别优选的是,在高达210℃的温度下,优选地在220℃以下,由TGA测定的质量损失为50 重量%以下。进一步优选的是,组合物还具有大于或等于90℃的闪点。以%表示的部分分别作为面积百分比由GPC分析测定。
本发明还提供包括在硅原子上具有最多一个烯属基团的烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,并且所述烯属官能化硅氧烷低聚物具有Si-O-交联结构元素,所述结构元素形成链状、环状、交联和/或任选地三维交联的结构,其中至少一个结构理想化地对应于通式I,其中所述硅氧烷低聚物具有衍生自至少一种烷氧基硅烷的结构元素:
(i) 衍生自通式II的烯属官能化烷氧基硅烷,
其中A是更特别地选自分别具有2-16个C原子的线性、支化或环状的烯基-或环烯基-亚烷基-官能基团的烯属基团,其中R2彼此独立地是具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,并且x为0或1,优选地x为0,并且R1彼此独立地是甲基、乙基或丙基基团,或任选地,衍生自通式II的烷氧基硅烷的混合物,更特别地,x为0,或衍生自其酯交换产物,和任选地
(ii) 衍生自用饱和烃基官能化的通式III的烷氧基硅烷,
其中B是选自具有1-16个C原子的线性、支化或环状的烷基基团的未取代的烃基,其中R3彼此独立地是甲基、乙基或丙基,并且R4彼此独立地是具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,并且y为0或1,y优选地为0,或者,任选地,衍生自通式III的烷氧基硅烷的混合物或其酯交换产物,更特别地是y = 0,和任选地
(iii) 衍生自通式IV Si(OR3)4的四烷氧基硅烷或其酯交换产物,其中R3彼此独立地是甲基、乙基或丙基,
特别地,在如根据本发明有益地作为底部产物获得的组合物中,在制备期间使用的酸催化剂的残余物或多种残余物的量,更特别地是氯和/或氯化物的量,优选地是总氯化物的量,小于或等于250 mg/kg,更特别地是小于或等于150 mg/kg,优选小于或等于100mg/kg,更优选小于或等于75 mg/kg,进一步优选小于或等于50 mg/kg 低至目前分析检测的极限,特别优选小于或等于35 mg/kg ;重均分子量(Mw)大于315 g/mol;在硅氧烷低聚物中,更特别地是是在理想化的通式I中,通过至少部分水解和缩合衍生自所述烷氧基硅烷的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a、[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和/或[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,以小于或等于80%至大于或等于30%,更特别地是大于或等于35%作为M结构存在。
所有的烷基基团,例如R1、R2、R3和R4,具有1-4个C原子,可以分别彼此独立地,优选为甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基和/或,具有5个C原子为2-甲基丁基。本发明中的烷基基团R2和R4 可以分别独立地选自甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、正丁基、叔丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、己基、异己基、新己基、环己基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、辛基、正辛基、异辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、C13H27、C14H29和C15H31基团或环戊基、环己基,还有烷基取代的环戊基和环己基。
酯交换产物可以包括具有不同烷氧基基团的烷氧基硅烷,例如,用甲氧基和乙氧基官能化的通式 II、II、IV或通式I的烷氧基硅烷。通式II、III和IV的硅氧烷低聚物和烷氧基硅烷可以以酯交换产物的形式存在。因此,例如通式II的烷氧基硅烷可以以甲氧基硅烷、乙氧基硅烷或混合官能化的甲氧基乙氧基硅烷的混合物形式存在。相应地,通式III的烷氧基硅烷也可以是甲氧基硅烷、乙氧基硅烷或混合官能化的甲氧基乙氧基硅烷的混合物。相应的注释应用于烯属官能化硅氧烷低聚物,更特别地是通式I的烯属官能化硅氧烷低聚物;作为R1和R3 它们可以具有甲基或乙基基团以及同时具有这两种基团,它们可以以甲氧基-和乙氧基-官能化低聚物的形式存在。
除了前述提及的特征之外,在本发明的组合物中的硅氧烷低聚物的M 结构的量相对于现有技术显著减少,现有技术公开了非常高比例的M和D结构,在硅氧烷低聚物中,非常主要的部分作为M结构存在。
此外,除了前述提及的特征之外,本发明的组合物中的单体烷氧基硅烷的量显著减少。因此,本发明还提供包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,其中单体烷氧基硅烷的硅原子的量小于或等于2%直至低至检测极限或为0.0%(基于所有硅原子),优选小于1%至0.0%,更优选小于或等于0.9%至0.0%,再更特别地是小于或等于0.8至0.0 重量%。考虑的单体烷氧基硅烷是通式II,III 和/或IV的烷氧基硅烷以及它们的单体水解产物。可以通过例如29Si NMR光谱法的方法来检测每百分中的量。这些单体在硅氧烷低聚物中导致后交联,并损害它们的特性轮廓。基于国际契约,例如聚合物的OECD定义,和基于另外的说明,强烈需要在制备聚合物时尽可能不产生单体。
根据特别优选的实施方案,通式I和/或II中的烯属基团A对应于非可水解的烯属基团,更特别地是对应于分别具有2-16个C原子的线性、支化或环状烯基-或环烯基-亚烷基-官能基团,优选对应于乙烯基、丙烯基、丁烯基,例如 3-丁烯基、戊烯基、己烯基、乙基己烯基、庚烯基、辛烯基、环己烯基-C1至C8-亚烷基,优选环己烯基-2-亚乙基,例如3´-环己烯基-2-亚乙基和/或环己二烯基-C1至C8-亚烷基,优选环己二烯基-2-亚乙基基团。
还优选独立地在通式I和/或III中的未取代的烃基B可以对应于具有1-16个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,更特别地是对应于甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、辛基、正辛基、异辛基或十六基基团。还优选基团B可以独立地选自叔丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、己基、异己基、新己基、庚基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、新辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、2-甲基庚基、3-甲基庚基、4-甲基庚基、2,2-二甲基己基、2,3-二甲基己基、2,4-二甲基己基、2,5-二甲基己基、3,3-二甲基己基、3,4-二甲基己基、3-乙基己基、2,2,3-三甲基戊基、2,2,4-三甲基戊基、2,3,3-三甲基戊基、2,3,4-三甲基戊基、3-乙基-2-甲基戊基、3-乙基-3-甲基戊基、2,2,3,3-四甲基丁基、C13H27、C14H29和C15H31 基团。根据一种可选的方案,烷基基团可以是具有3-16个C原子的支化或环状基团或具有2-7个C原子的线性基团。
根据本发明,通式I中的结构元素[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a、[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,小于或等于8%至0.0%作为T结构存在,更特别地小于或等于7.8%至1.00%作为T结构,可选优选地是6.0至2.0%。
烯属官能化硅氧烷低聚物还优选具有硅原子对A和B基团的比例,条件是a大于或等于1,b大于或等于0和c大于或等于0,并且(a+b+c)大于或等于2,Si与 (A+B 基团) 的比例为1:1至约1.22:1,优选为1:1至1.15:1。根据一个特别优选的可选方案,c为0,并且a为大于或等于1的整数,根据另一个优选的可选方案,c为0,并且a大于或等于1并且b大于或等于1,a和b分别独立地是整数。
本发明还提供包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物在硅原子上具有最多一个烯属基团,并且其中特别地,分别彼此独立地选自:
(i) 通式I中的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a ,基于通式I的所有硅原子,0.0至8.0作为T结构存在,更特别地是0.0至7.75%,优选地是1.0%至7.75%,和/或通式I中的结构元素[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b,基于通式I的所有硅原子,0.0至1.5 作为 T结构存在,优选地是0.0至1.0%,和任选地
(ii) 通式I中的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a和[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,小于或等于75%至15%或小于或等于75%至40%作为D结构存在,更特别地是70%至42%,优选地是65%至42%,更特别地是65%至43%,和任选地
(iii) 通式I中的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a,基于通式I的所有硅原子,25%至55%作为M结构存在,更特别地是25%至50%,更特别地是29%至45%,35%至45%,和任选地
(iv) 通式I中的结构元素[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b,基于通式I的所有硅原子,小于或等于40%作为M结构存在,更特别地是小于或等于35%,例如30%至40%,和/或任选地
(v) 通式I中的结构元素[Si(Y)2O]c的大于或等于20%的结构元素 [Si(Y)2O]c在通式I中作为D结构存在,更特别地是在20%至40%之间,和/或任选地
(vi) 通式I中的结构元素[Si(Y)2O]c0.0%至1%作为T结构存在。根据一个特定优选的可选方案,在通式I中,c为0。
本发明还提供包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物在硅原子上具有最多一个烯属基团,并且其中,分别彼此独立地选自:(i) 通式I中的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a ,基于通式I的所有硅原子,0.0至8.0作为T结构存在,更特别地是0.0至7.75%,优选地是1.0%至7.75%,和/或通式I中的结构元素[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b,基于通式I的所有硅原子,0.0至1.5 作为 T结构存在,优选地是0.0至1.0%,和(ii)通式I中的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a和[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,小于或等于50%至15%作为D结构存在,更特别地是50%至17%,非常特别地是50%至30%,和任选地
(iii) 通式I中的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a,基于通式I的所有硅原子,28%至50%作为M结构存在,和任选地
(iv) 通式I中的结构元素[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b,基于通式I的所有硅原子,小于或等于40%至30%作为M结构存在。
还优选地,烯属硅氧烷低聚物,更特别地是通式I的烯属硅氧烷低聚物中的M与D结构的比例,基于所有硅原子,为1:2至10:1,优选地为1:2至3:1,更特别地为1:2至3:1,进一步优选为1:2至2.5:1,更特别地为1:1.2至3:1,附加特别地,在通式I中,所有结构元素中的T结构的量为8.0至0.0%,优选地为8.0至0.5%。组合物此外具有大于或等于85℃,更特别地是大于或等于90℃的高闪点。良好的闪点归因于非常高纯度的分离组合物和非常低含量的催化剂残余物或没有催化剂残余物。本发明还提供组合物,在所述组合物中,烯属官能化硅氧烷低聚物中,或至少一种通式I的硅氧烷低聚物中,基于所有硅原子,M与D 结构的比例为1:1.2至3:1,并且组合物的闪点为大于或等于85℃的温度。
通常通过本领域技术人员本身已知的方法测定M、D、T或Q结构的量,优选通过29Si-NMR的方法测定。
如以下通过示例方式对烷氧基甲硅烷基单元解释说明的那样,M、D、T和Q结构的定义通常是指以硅氧烷键结合的氧的数目:R彼此独立地是如上所定义的OR1、OR3、基团A或基团B。其中M = [–O1/2–Si(R)3],D = [–O1/2-Si(R)2–O1/2–],T = [RSi(–O1/2–)3]和Q = [Si(–O1/2–)4]。–O1/2–总是在硅氧烷键中的氧。因此,为了能够更说明性地描述聚硅氧烷和硅氧烷和/或硅烷低聚物,还可使用M、D、T (交联的)和Q(三维交联的)结构,而不是通过通式进行理想化的说明。对于这些硅氧烷结构的命名的更精确命名法,可以引入参考文献"RömppChemielexikon"-关键词:聚硅氧烷。例如,从结构单元M,仅可以形成的二聚物M2,例如六烷氧基二硅氧烷。链构造需要结构单元D和M的组合物,从而可以构建三聚物(M2D,八烷氧基三硅氧烷)、四聚物(M2D2)等等直至高达M2Dn的线性低聚物。环状低聚物的形成需要结构单元D。在这种方式中,例如,可以构建具有D3、D4、D5或更高的环。当结构单元T和/或Q共同存在时,可以获得支化和/或交联的结构元素,在所述结构元素之下还可能是螺环化合物。可想象的交联结构可以以Tn (n≥4)、DnTm (m < n)、DnTm (n >> m)、D3T2、M4Q、D4Q等形式存在,以给出仅仅几个可想象的可能性。也把结构单元M称为阻聚剂或转移剂,而将D单元称为链形成体或环形成体,并且T,也可以是Q单元被称为网络形成体。由于四个可水解基团以及水和/或湿气的进入,因此四烷氧基硅烷的使用可以引入结构单元Q,并由此形成网络(三维交联的)。相反,完全水解的三烷氧基硅烷可以在结构元素中得到支化物,即T单元[–Si(-O-)3/2],例如MD3TM2对于具有n = 7的低聚度的低聚物,在这些结构表示中可以定义甲硅烷基氧基单元的自由价上的各自官能度。
对M、D、T和Q结构的命名法理解的进一步详述,以及相关的分析方法包括以下文献:
- “Strukturuntersuchungen von oligomeren und polymeren Siloxanendurch hochauflösende 29Si-Kernresonanz”, H. G. Horn, H. Ch. Marsmann, DieMakromolekulare Chemie 162 (1972), 255-267;
- “Über die 1H-, 13C- und 29Si-NMR chemischen Verschiebungen einigerlinearer, verzweigter und cyclischer Methyl-Siloxan-Verbindungen”, G.Engelhardt, H. Jancke; J. Organometal. Chem. 28 (1971), 293-300;
- “Chapter 8 - NMR spectroscopy of organosilicon compounds”,Elizabeth A. Williams, The Chemistry of Organic Silicon Compounds, 1989 JohnWiley & Sons Ltd., 511-533。
在随后的应用中,展示出前述结构的组合物拥有高闪点和特别低的VOC含量。本发明的组合物和本发明方法特别引人注目的一个优点是,所制备的烯属硅氧烷低聚物,特别是乙烯基低聚物,或乙烯基-/烷基-硅氧烷低聚物,不同于已知的低聚物,其不需要进一步的处理,例如在EP 0 518 057 B1中对硅氧烷低聚物组合物的蒸馏。
本发明的烯属官能化硅氧烷低聚物另一特别优点是,指定的重均分子量,优选具有指定的数均分子量,优选具有根据本发明的M与D结构的比例,直接改善了硅氧烷低聚物与聚合物的可加工特性,例如在捏合或配混期间。吸收的水量的降低具体证明了改善的吸水能力。还改善了体积流动指数,因此减少了用于加工的能量消耗。此外,含铁机器的腐蚀下降,因为已经可以实现氯化物含量的进一步减少。降低的吸水能力有益于随后的应用领域,例如在填充电缆物料的生产中,特别是对于被埋置在土壤中并经受持久潮湿的电缆而言。为了避免电缆中金属导体的缓慢腐蚀,本发明的非常低氯化物或无氯化物的组合物做出了贡献。
进一步可以优选的是,例如通过添加烷氧基三烷基硅烷,本发明的组合物和/或硅氧烷低聚物还具有三烷基硅烷基团,例如三甲基硅烷或三乙基硅烷基团,以调节低聚度。为了在组合物的制备期间调节低聚度,因此可以优选,为了链终止在期望的时刻向待制备的组合物中加入烷氧基三烷基硅烷,例如优选乙氧基三甲基硅烷或甲氧基三甲基硅烷。
本发明的组合物可以包括至少20 重量%的硅氧烷低聚物,其中所述硅氧烷低聚物的低聚度,更特别地是通式I的硅氧烷低聚物的低聚度,(a+b)的和是大于或等于5的整数,特别地,(a+b)的和大于或等于6,有益地(a+b)的和大于或等于8,其中a大于或等于1 并且b为0或b大于或等于1,优选地,a和b分别彼此独立地大于或等于2,更特别地是独立地大于或等于4,和优选地,其中c为0或任选地其中c在 (a+b+c) 中大于或等于1。
对于一个或多个前述特征附加地或可选地,在所有烷氧基基团的完全水解之后,所述组合物优选具有55 重量%以下的醇含量,更特别地是50 重量%以下,在甲氧基硅氧烷的情形中,优选在40 重量%以下,更特别地是在35 重量%以下,非常特别地是在30 重量%以下,并且大于或等于5 重量%,优选大于或等于10 重量%,更特别地是大于或等于20 重量%,条件是,仅加入用于水解所需的水量。用于测定时,没有进一步的稀释。
包括烯属官能化硅氧烷低聚物的本发明的组合物的一个可选方案的特别优点是,水解时,基于全部组合物,它们从可水解的烷氧基基团中释放最多55 重量%的水解醇;优选小于45%,更特别地是小于40%的VOC (关于测定参见方法部分的描述)。
对于一个或多个前述特征附加地或可选地,组合物优选具有1:0至1:8,优选约1:0至1:4,更特别地是1:0至1:2,优选1:0至1:1,更特别地是1:1的A基团与B基团的摩尔比例。
另外优选的是,组合物包括烯属硅氧烷低聚物,在所述烯属硅氧烷低聚物,硅原子(选自烯属官能化的硅原子和选自用饱和烃官能化的硅原子)与在硅氧烷低聚物中,或可选地在通式I中的烷氧基基团的比例为1:0.3至1:2.5,优选1:1.0至1:2.0,同样优选的,然而,还有1:1.3至1:1.9,特别优选的是1:1.3至1:1.6,条件是烯属官能化硅氧烷低聚物衍生自通式II的烷氧基硅烷或通式II和III的烷氧基硅烷。
根据一个可选方案,制备纯粹地烯属取代的硅氧烷低聚物的组合物,特别是a为大于或等于2的整数并且b为0和c为0,更特别地是具有大于315 g/mol,更特别地是高达 800g/mol,优选高达750 g/mol的重均分子量(Mw)的通式I的硅氧烷低聚物。有益地,至少20 重量%的硅氧烷低聚物以a大于或等于4,任选地大于或等于8存在。优选的烯属基团是线性、支化或环状的,分别具有2至16个C原子的烯基-,环烯基-亚烷基-官能团,优选是乙烯基、烯丙基、丁烯基,例如3-丁烯基、戊烯基、己烯基、乙基己烯基、庚烯基、辛烯基、环己烯基-C1至C8-亚烷基,优选地是环己烯基-2-亚乙基,例如3´-环己烯基-2-亚乙基和/或环己二烯-C1至C8-亚烷基,优选地是环己二烯基-2-亚乙基基团。组合物可以任选地基于在四烷氧基硅烷的存在下已经制备的硅氧烷低聚物。
对应于第二优选可选方案,制备烯属取代的和烷基取代的硅氧烷低聚物的组合物,更特别地是a大于或等于1 并且b大于或等于1,更特别地是具有大于315 g/mol,更特别地是高达800 g/mol,优选高达750 g/mol的重均分子量(Mw)的通式I的硅氧烷低聚物。特别地,至少20 重量%的硅氧烷低聚物具有的(a+b)大于或等于4,优选为大于或等于8的整数。如果A基团与B基团的摩尔比例是1:0至1:8,更特别地,a:b的比例为1:0至1:8,更特别地为1:0或1:1至1:8,则这些组合物是进一步优选的。组合物可以任选地基于在四烷氧基硅烷的存在下已经制备的硅氧烷低聚物。
对应于进一步优选的可选方案,制备乙烯基- 和烷基-取代的硅氧烷低聚物,更特别地是a大于或等于1 并且b大于或等于1,优选地是具有大于315 g/mol,更特别地是高达800 g/mol,优选高达750 g/mol的重均分子量(Mw)的通式I的硅氧烷低聚物。此外,优选20重量%的硅氧烷具有的(a+b) 大于或等于4,优选为大于或等于8的整数,优选A基团与B基团的摩尔比为1:0至1:8,更特别地是a:b为1:0至1:8,更特别地为1:0或1:1至1:8。组合物可以任选地基于在四烷氧基硅烷的存在下已经制备的硅氧烷低聚物。
进一步优选,组合物包括具有结构元素的硅氧烷低聚物,所述结构元素可获得或衍生自至少一种烷氧基硅烷,衍生自通式II的烯属官能化的烷氧基硅烷,和任选地衍生自用饱和烃基官能化的通式III的烷氧基硅烷,和任选地衍生自Si(OR3)4的通式IV的四烷氧基硅烷,其中重均分子量 (Mw)大于315 g/mol,更特别高达800 g/mol,优选高达750 g/mol。
结构元素(单体硅氧烷单元)一致地是指单独的结构单元M、D、T或Q(对于M、 D和T以及Q结构单元的命名,参见上述已经描述的实施方式),即,所述结构单元衍生自烷氧基取代的硅烷并通过至少部分水解至任选地完全水解并且至少部分缩合为缩合物而形成。根据本发明,可以特别地形成具有以下结构元素的硅氧烷低聚物,所述结构元素例如优选为:(R1O)[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]aR1;(R1O)[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a;[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a;[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]aR1;(R3O)[Si(Y)2O]c;[Si(Y)2O]cR3;(R3O)[Si(Y)2O]cR3;[Si(Y)2O]c;(R3O)[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]bR3;[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]bR3;[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b;(R3O)[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]bR3,其可以形成链状、环状和/或交联的结构,并且在四烷氧基硅烷或它们的水解-和/或缩合产物的存在下,还可以形成三维交联的结构。在Si原子上具有自由价的结构元素通过–O-Si来共价满足,并且在O原子上的自由价用其它结构元素的–Si-桥键、烷基或任选氢来满足。这些结构元素可以在缩合物中采取无序或统计学的排列,如本领域技术人员意识到的那样,其还可以通过添加顺序或通过水解-和/或缩合的条件来控制。通式I不复制实际存在的组合物或结构。其相当于一种理想化可能性的表示。
组合物优选包括硅氧烷低聚物,所述硅氧烷低聚物通过所述结构元素的统计学的和/或无序的均裂水解或共水解和/或均匀缩合或共缩合和/或嵌段缩合产生,所述结构元素基于根据本发明被A或B基团所取代的通式II、III和/或IV的烷氧基硅烷,和/或其在选择的试验条件下形成。
因此,还应用结构元素的取代模式于不以理想化形式描述的组合物中的链状、环状、交联和/或三维交联的硅氧烷低聚物,其中可以独立地如下取代的硅氧烷低聚物的甲硅烷基:其中Y为OR3基团或者,在交联和/或三维交联结构中,彼此独立地为OR3或在硅氧烷键中的O1/2 -,具有如上所定义的基团A和/或B,R3在硅氧烷低聚物中基本上对应于烷基基团,如对R3定义的那样,其中在交联和/或三维交联结构中,也可以由基团OR3分别彼此独立地与O1/2形成硅氧烷键,和/或这些基团可以彼此独立地以O1/2存在,并且任选地独立地具有R2和/或R4,并且,其如所定义的那样,对应于具有1-15个C原子的烷基基团,在-OR1中R1独立地是具有1-4个C原子的烷基基团。
本发明还提供组合物,所述组合物包括
a) 硅氧烷低聚物和通式I的至少一种结构,分别衍生自通式II的烷氧基硅烷,具有作为烯属基团A的乙烯基基团,其中R1彼此独立地对应于甲基或乙基基团,以及,任选地,其酯交换产物,
b) 硅氧烷低聚物和通式I的至少一种结构,分别衍生自通式II的烷氧基硅烷,具有作为烯属基团A的乙烯基基团,和衍生自通式III的烷氧基硅烷,具有作为未取代的烃基B的丙基基团,其中R1和R3分别彼此独立地对应于甲基或乙基基团,以及,任选地,其酯交换产物,或者
c) 硅氧烷低聚物和通式I的至少一种结构,分别衍生自通式II和通式IV以及任选通式III的烷氧基硅烷,选自a)或b),其中R3衍生自通式IV并且分别彼此独立地对应于甲基或乙基基团,以及,任选地,其酯交换产物。
本发明还提供方法,在所述方法中,在通式II的烯属官能化烷氧基硅烷中,x为0,并且任选地,在用饱和烃基官能化的通式III的烷氧基硅烷中,y为0。可选地,x可以是0并且y可以是1,或者x可以是1并且y可以是0。
还优选的是,组合物分别独立地包括硅氧烷低聚物,更特别地是具有衍生自烷氧基硅烷的结构元素,并且任选地通式I 的至少一种结构来自通式II的至少一种烯属官能化烷氧基硅烷,所述烯属官能化烷氧基硅烷选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷,和任选地来自通式III的烷氧基硅烷,其中通式III的烷氧基硅烷分别独立地选自甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、异己基三乙氧基硅烷、异己基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、十一基三乙氧基硅烷、十一基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十九基三乙氧基硅烷、十九基三甲氧基硅烷、十二基三乙氧基硅烷、十二基三甲氧基硅烷、C13H27-三乙氧基硅烷、C13H27-三甲氧基硅烷、C14H29-三乙氧基硅烷、C14H29-三甲氧基硅烷、C15H31-三甲氧基硅烷、C15H31-三乙氧基硅烷、十六基三乙氧基硅烷和十六基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷(DMDMO)、二甲基二乙氧基硅烷、丙基甲基二甲氧基硅烷、丙基甲基二乙氧基硅烷、正辛基甲基二甲氧基硅烷、正己基甲基二甲氧基硅烷、正己基甲基二乙氧基硅烷、丙基甲基二乙氧基硅烷、丙基甲基二乙氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、正丙基三正丁氧基硅烷、十六基甲基二甲氧基硅烷和/或十六基甲基二乙氧基硅烷,以及这些硅烷的混合物,或包括至少两种这些硅烷的混合物,及其酯交换产物。
进一步优选的是,组合物分别独立地包括硅氧烷低聚物,所述硅氧烷低聚物具有衍生的结构元素和任选地由通式II的至少一种烯属官能化烷氧基硅烷形成的通式I的至少一种结构,所述通式II的至少一种烯属官能化烷氧基硅烷选自具有烯属基团A的通式II的烷氧基硅烷,所述烯属基团A选自以下至少一种:烯丙基、丁烯基、3-丁烯基、戊烯基、己烯基、乙基己烯基、庚烯基、辛烯基、环己烯基-C1至C8-亚烷基、环己烯基-2-亚乙基、3´-环己烯基-2-亚乙基、环己二烯基-C1至C8-亚烷基和环己二烯基-2-亚乙基基团,其中R1 彼此独立地对应于甲基或乙基,或选自通式II的至少一种前述烯属官能化烷氧基硅烷,特别优选给出的是通式II的环己烯基-2-亚乙基-或环己二烯基-2-亚乙基-官能化的烷氧基硅烷和通式III的烷氧基硅烷的组合,其中通式III的至少一种烷氧基硅烷选自甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、异己基三乙氧基硅烷、异己基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、十一基三乙氧基硅烷、十一基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十九基三乙氧基硅烷、十九基三甲氧基硅烷、十二基三乙氧基硅烷、十二基三甲氧基硅烷、C13H27-三乙氧基硅烷、C13H27-三甲氧基硅烷、C14H29-三乙氧基硅烷、C14H29-三甲氧基硅烷、C15H31-三甲氧基硅烷、C15H31-三乙氧基硅烷、十六基三乙氧基硅烷和十六基三甲氧基硅烷,及其酯交换产物。
本发明还提供包括烯属官能化硅氧烷低聚物,更特别地是至少一种根据理想化通式I的硅氧烷低聚物的组合物,所述组合物还包括作为另外组分的至少一种有机溶剂、有机聚合物、水、盐、填料、添加剂、颜料或至少两种所述组分的混合物。可以在组合物的制备期间和在稍晚的时间点向组合物中加入所述组分。
本发明的组合物的一个特别优点是,作为其制备的结果,其具有非常低的氯化物含量,并由此导致在电缆物料的加工处理期间防火性能的相当大改善。因此本发明的重要优点是,作为底部产物,任选在移除水解醇和任选添加的任何溶剂后,其可以根据本发明以经济的方式直接使用。本发明的组合物的另一个优点是,< 3000 mPa s的组合物粘度导致在挤出机中相应地加工过的热塑性塑料和弹性体的有利良好的可加工性。
本发明的方法一个特别优点在均匀催化的条件下联合使用溶剂和酸性水解-和/或缩合催化剂时很明显。根据本发明使用的酸性催化剂可溶于溶剂、烷氧基硅烷和所制备的硅氧烷低聚物。此外,烷氧基硅烷和硅氧烷低聚物可溶于溶剂。作为这些措施的结果,现在第一次无需昂贵和麻烦的蒸馏就能获得特别窄摩尔质量分布的硅氧烷低聚物,并且同时,可以获得底部产物形式的高纯度和几乎无催化剂、无酸催化剂、更特别地是无总氯化物的硅氧烷低聚物的组合物。
通过溶剂(优选醇)的添加和/或加入的量,结合严格指定的水量,分子量和分子量分布被最优化,并且以此方式最大地避免了高分子量低聚物的形成。相对高分子量的不想要的低聚物仅以非常低的含量形成。
本发明的组合物和本发明的方法的另一方面是,所述方法的操作不使用碱性催化剂,更特别地是不使用含氮化合物,或不使用酸性的含硫离子交换剂。这两种催化剂都会导致多相催化的条件。因此,例如,氨水溶液会导致乳状液的形成,以及在含磺酸基团或硫酸基团的离子交换剂上的转化还会导致多相催化的条件。已经发现,多相催化的条件不适于生产所期望的窄分子量分布的硅氧烷低聚物。因此,本发明的组合物无酸性含硫基团,更特别地是无硫酸基团或磺酸基团,和/或无含氮化合物,更特别地是无通过碱性催化剂引入的含氮化合物。在本发明的方法中,不使用金属氧化物与酸的组合来实施也是可能的;因此本发明的组合物无通过金属氧化物的添加而引入的金属残余物,所述金属氧化物例如更特别地是氧化铜、氧化铁、氧化铝、卤化铜、卤化铁、氢氧化铜、氢氧化铁、氢氧化铝。因此本发明的组合物优选仅包含固有存在的金属,所述金属的含量优选小于0.001 重量%至0.1 ppm(按重量计)。相应地,在本发明的方法中,放弃添加碱性化合物,例如用于中和的碳酸钙是可能的。本发明的组合物因此不包含附加地加入的钙,并且它们优选包含小于或等于1 重量%,更特别地是小于或等于0.1 重量%至0.1 ppm(按重量计)的钙。所述组合物和方法因此无含氮化合物、无含钙化合物,无含金属化合物,更特别地是无金属氧化物,并且无含硫化合物,更特别地是无酸性含硫化合物。
基于组合物,烯属官能化硅氧烷低聚物的本发明的组合物具有的醇含量(优选游离醇的含量)在低于2 重量%至0.0001 重量%,更特别地在1.8 重量%以下,优选地在1.5 重量%以下,更特别地在1.0 重量%以下,非常特别地在0.5 重量%以下直至低至检测极限。组合物在至少3个月的时间内,优选6个月的时期内具有这样低的醇(优选游离醇)含量。通过本发明的方法可以保证这些低VOC含量,本发明的方法提供特别低氯含量的具有低烷氧基含量的硅氧烷低聚物的组合物。
本发明还提供用于制备包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物的方法,以及特别地,通过这种方法可获得的组合物,其中
(i) (至少)一种通式II的烯属官能化烷氧基硅烷
其中在通式II中,A对应于特别地选自分别具有2-16个C原子的线性、支化或环状的烯基-或环烯基-亚烷基-官能团的烯属基团,R2独立地对应于具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,并且x为0或1,并且R1独立地对应于具有1-4个C原子的线性、支化和/或环状的烷基基团,更特别地是其中x为0,
(ii) 在酸性水解-和/或缩合催化剂的存在下,更特别地是在HCl、饱和或不饱和的有机酸,例如甲酸、乙酸和/或脂肪酸,例如十四烷酸和/或多官能有机酸,例如柠檬酸,富马酸的存在下
(i.1) 任选地与(至少)一种通式III的烷氧基硅烷,
其中,在通式III中,B对应于饱和烃基,更特别地是选自具有1至16个C原子的线性、支化或环状烷基的饱和烃基,R3彼此独立地是具有1-4个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,和R4是具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,并且y为0或1,更特别地是y为0,和
(i.2) 任选地与(至少)一种通式IV的四烷氧基硅烷,其中在通式IV中,R3彼此独立地是具有1-4个C原子的线性、支化和/或环状的烷基基团,
(iii) 任选地在溶剂的存在下,优选地在(至少)一种醇作为溶剂的存在下,以1:2.75至1:5.0,更特别地是1:2.75至1:4.5,1:3.0至1:4.5或1:3.0至1:4.25,进一步优选 1:3.5至1:4.25的水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比与水反应以产生硅氧烷低聚物,更特别地是在通式II和III中x = 0并且y = 0,和
(iv) 基本上分离除去水解醇和存在的任何溶剂,和更特别地是
(v) 在步骤(iv)之后获得作为底部产物的包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物。
有益地,在(iii)中,还可以以1:2至1:6,更特别地是1:2.5至1:5.5的水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比来使用水。
已经惊人惊讶地发现,在反应期间形成的水解醇起到挥发性催化剂,例如主要是HCl、甲酸和乙酸的夹带剂的作用,并由此在蒸馏除去水解醇期间,从体系中至少部分地,优选几乎全部地除去它们,并且由此有益地不需要另外的-昂贵并且不方便的-蒸馏以便回收终产物。这用特别高纯度的催化剂已经实现,所述催化剂在室温下是气体并且在溶剂中高度可溶,例如HCl。
因此,在本发明的方法中,可以有益地在(v)中,在步骤(iv)之后,直接得到或获得作为底部产物的包括烯属官能化硅氧烷低聚物的本发明的组合物,特别有益地,本发明的方法很经济,不需要昂贵和不方便的另外产物蒸馏,其中获得的产物仍然具有优异的品质。
更特别地,本发明获得的包括硅氧烷低聚物的组合物具有的在制备中使用的酸催化剂残余物(例如氯,更特别地是总氯化物)的含量小于或等于250 mg/kg,更特别地小于或等于150 mg/kg,优选小于或等于100 mg/kg,更优选小于或等于75 mg/kg,更优选小于或等于50 mg/kg,更特别地是小于或等于35 mg/kg,其中可水解的氯化物含量优选为小于8 mg/kg,优选小于或等于5 mg/kg,和/或优选地,(vi)硅原子,更特别地是硅原子的全部总和,在硅氧烷低聚物中,优选通式I的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a、[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和/或[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,小于或等于80%至大于或等于30%,更特别地是大于或等于35%,作为 M 结构存在,其中硅氧烷低聚物的重均分子量 (Mw)大于或等于315 g/mol,更特别地是具有315至850 g/mol 的Mw,优选地是315至800 g/mol的Mw,更特别地是 315至750 g/mol的Mw,其中在每种情形中多分散性,作为Mw/Mn之比,更特别地为1.05至1.25,非常特别地为1.05至1.18。
根据一个可选方案,在(i)中至少一种通式II的烷氧基硅烷和任选其酯交换产物在(ii)中在酸性水解-和/或缩合催化剂的存在下(iii)与水以如上所述的指定的摩尔比例反应,(iv)基本上分离除去水解醇和任选存在的溶剂,并在步骤(iv)之后,获得作为底部产物的组合物。
根据第二可选方案,在(i)中至少一种通式II的烷氧基硅烷和(i.1)至少一种通式III的烷氧基硅烷和任选地,分别独立地,其酯交换产物在(ii)中在酸性水解-和/或缩合催化剂的存在下(iii)与水以如上所述的指定的摩尔比例反应,(iv)基本上分离除去水解醇和任选存在的溶剂,并在步骤(iv)之后,获得作为底部产物的组合物。
根据第三可选方案,在(i)中至少一种通式II的烷氧基硅烷与(i.2)至少一种通式IV的烷氧基硅烷和任选地与(i.1)至少一种通式III的烷氧基硅烷,和任选地,分别独立地,其酯交换产物,在(ii)中在酸性水解-和/或缩合催化剂的存在下(iii)与水以如上所述的指定的摩尔比例反应,(iv)基本上分离除去水解醇和任选存在的溶剂,并在步骤(iv)之后,获得作为底部产物的组合物。
根据一个可选方案,也可以与水以水与烷氧基基团的指定摩尔比例为1:2至1:6,更特别地是1:2.5至1:5.5反应。
优选地,对于硅氧烷低聚物,重均分子量 (Mw)大于或等于420 g/mol并且数均分子量(Mn) 大于或等于400 g/mol,其中多分散性,作为Mw/Mn之比,为1.05至1.25,更特别地是1.05至1.18。特别优选地,大于或等于90%(面积%,GPC)具有小于或等于1000 g/mol的分子量。
特别优选地,在本发明的方法中,通式II的烷氧基硅烷或通式II和III的烷氧基硅烷,分别任选地在通式IV的烷氧基硅烷的存在下以指定的水与烷氧基硅烷烷氧基之比与水反应以获得硅氧烷低聚物,所述指定的水与烷氧基硅烷烷氧基之比为1:2.5至1:5.5,优选为1:2.75至1:5.0,更特别地为1:2.75至1:4.5,可选地,非常特别地为1:3.0至1:4,进一步优选 1:3.5至1:4.25。进一步优选,x和y 为0。
根据一个优选的实施方案,通式II的烯基-官能化的烷氧基硅烷任选地与通式III的烷基烷氧基硅烷在缩合催化剂的存在下反应。进一步优选地,一种烯基三烷氧基硅烷和任选的烷基三烷氧基硅烷各自反应。反应任选地在溶剂的存在下发生,优选使用的是烷氧基硅烷的对应醇。在本发明的方法中,特别有益的是,每体积单元的烷氧基硅烷,更特别地是三烷氧基硅烷可以使用0.001至5体积单元的对应醇。另外优选地,每体积单元的三烷氧基硅烷使用0.5至2.5体积单元。
所使用的溶剂和/或所使用的醇是无水的,所使用的溶剂或醇具有的水含量特别是小于1 ppm(按重量计)。在溶剂含有水的情形中,该水含量必须在反应中被考虑到。
作为烯属官能化烷氧基硅烷,优选使用通式II的硅烷,
其中A是分别具有2-18个C原子的线性、支化或环状的烯基-或环烯基-亚烷基-官能团,更特别地具有2-16个C原子,优选具有2-8个C原子,可选地具有2至6个C原子,更特别地是具有一至二个双键的烯基基团,更特别地是分别独立地选自乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、乙基己烯基、庚烯基、辛烯基和环己烯基-C1至C8-亚烷基,优选环己烯基-2-亚乙基,例如3´-环己烯基-2-亚乙基、或环己二烯基-C1至C8-亚烷基,更特别地是环己二烯基-2-亚乙基基团,其中x特别地为0,并且R1独立地选自甲基、乙基或丙基基团。特别优选的是乙烯基、环己烯基-2-亚乙基、3´-环己烯基-2-亚乙基和环己二烯基-C1至C8-亚烷基基团。
作为通式III的烷氧基硅烷,优选使用的是具有未取代的烃基B的烷氧基硅烷,
所述未取代的烃基B选自甲基、乙基、丙基、异丁基、辛基、丁基、正丁基、叔丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、己基、异己基、新己基-、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、正辛基、异辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、C13H27-、C14H29-、C15H31和十六基基团,和R3是甲基、乙基或丙基基团,并且y为0或1。特别优选地,B选自甲基、乙基、丙基、异丁基、辛基和十六基基团。并且在通式II和III中,R2和R4可以彼此独立地优选是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基以及另外的前述烷基基团,以及本领域技术人员已知的烷基基团,包括结构异构体。
根据一个可选的优选实施方案,使用具有3至16个C原子的具有支化和/或环状的烷基基团的未取代烃作为基团B。根据本发明的另一优选可选方案,使用具有 1至6个C原子的线性烷基基团作为未取代的烃基B。
存在至少部分水解,和特别是至少部分共缩合;优选地,使可缩合的、部分水解的烷氧基硅烷基本上完全缩合。特别优选地,部分水解和缩合仅发生至用于制备具有优选低聚度的低聚物所期望的程度。根据本发明,分批实施所述方法。
获得的组合物基本上无溶剂,例如无醇。为此目的,根据本发明,除去水解醇,优选地通过蒸馏除去水解醇,并获得本发明的组合物。水解醇和/或溶剂的特别温和的蒸馏在减压下发生。取决于方法步骤,可以不添加溶剂而实施特别经济的方法。根据本发明,以这种方法制备的组合物,在除去水解醇和任何溶剂之后,其自身不必须再被纯化,更特别地是,其自身不必须再被蒸馏,而适用于根据本发明的用途。取决于后处理,在除去水解醇之后,可以任选地过滤或倾析组合物。本发明的方法因此比已知的方法要经济得多,在已知的方法中,为了适于进一步的应用,必须通过蒸馏来纯化低聚物。
根据本发明的方法,在实施步骤i、ii、iii和iv以及任选地实施步骤v,任选地和(i.1)和/或(i.2)之后,获得包括硅氧烷低聚物的组合物,所述组合物已经具有小于或等于250 mg/kg,更特别地是小于或等于150 mg/kg,优选小于或等于100 mg/kg,更优选小于或等于75 mg/kg,再更特别地是小于或等于50 mg/kg,更特别地是小于或等于35 mg/kg的本发明的低氯含量,更特别地是低的总氯化物含量,其中可水解的氯化物含量为小于8 mg/kg,优选小于或等于5 mg/kg,和/或重均分子量(Mw)为大于315 g/mol 。
对于水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比为1:2.75至1:5.0的反应,公开了所有达到小数点后第二位的中间数值,都适用于根据本发明的反应,并且中间数值1:2.2;1:2.4;1:2.6;1:2.8;1:3.0;1:3.2;1:3.4;1:3.6;1:3.8;1:4.0;1:4.2;1:4.4;1:4.6;1:4.8;1:5.0;1:5.2;1:5.4;1:5.6;1:5.8;1:5.8以及1:2.0至1:6的所有中间数值加/减0.1,优选地是1:3.0至1:4.5。有益地是 1:2至1:6。
水优选是完全去矿物质的。对本领域技术人员而言很清楚的是,水可以首先被引入,分部分加入,连续加入或与一种或所有的硅烷一起加入到该方法中。水优选被连续计量加入或以跨小于1分钟至100分钟的时间段至少一个间隔被计量加入,并且烷氧基硅烷的反应优选在反应温度下实施,所述反应温度的范围优选为20℃至80℃,或40℃至80℃,更特别地是50℃至80℃,更特别地是在小于7的pH下实施。所加入的溶剂(例如醇)的水含量必须作为水被考虑入该方法中。
通常说来,按照本发明方法的部分(iii),水或水的量可以被连续计量加入或以跨1至1000分钟的时间段至少一个间隔被计量加入,并且在反应混合物中可以设定5至90℃,优选 20至90℃,或37至90℃,优选40至90℃,更特别地是50至90℃,非常特别地是50至80℃的温度,并且优选的pH为7以下;任选地,水和催化剂和任选地与溶剂一起加入,更特别地是与醇一起加入。然后反应可以发生,优选地处理该混合物(反应混合物)和/或进一步反应该混合物任选至少10分钟至36小时,更特别地是10分钟至8小时,在5至80℃下,优选在40至80℃下,优选其中进行混合;该反应混合物还可以任选地在冷却过程中后续反应。然后以这种方式获得的组合物可以被倾析,或被加热以蒸馏除去醇,例如水解醇。优选在减压下用加热通过蒸馏从该粗产物中除去醇,所述醇任选地包括催化剂,更特别地是HCl。所获得的本发明的组合物自身不被蒸馏。
根据一个任选的实施方案,根据部分iv的方法中,通过蒸馏除去水解醇和存在的溶剂,更特别地是作为稀释剂加入的醇,并且有益地,至少一次,优选二至六次,在蒸馏后处理期间加入指定量的醇,和/或在水解醇和任选的溶剂和/或稀释剂,更特别地是醇的蒸馏去除之间或之前,加入指定量的醇。
加入指定量的还原剂,更特别地是无机还原剂,例如碱金属、碱土金属、铝或金属氢化物,或碱,例如优选HMDS或另外的胺或碱金属醇盐是有用的,并且随后有益地过滤或倾析底部产物形式的烯属官能化硅氧烷低聚物,和/或使烯属硅氧烷低聚物与离子交换剂接触。根据第一可选方案,可以从包括硅氧烷低聚物的组合物中基本上除去由过滤和/或倾析形成的沉淀或絮状物。优选加入指定量的还原剂,更特别地是无机还原剂,非常特别地是金属还原剂,例如碱金属,优选钠,或用作碱土金属,优选镁或钙,或铝,和用作金属氢化物,优选氢化锂铝、氢化铝,或用作碱,优选气体氨、二异丙基氨基锂(LDA)、异丙基己基氨基锂、六甲基乙硅氮烷(HMDS),和用作碱金属醇盐,例如甲醇钠或甲醇钾或乙醇钠或乙醇钾,或碱金属烷基化物,例如丁基锂。也可能是本领域技术人员已知的金属氢化物,例如NaH,或氢化锂铝(LAH),或与氯化氢(HCl)形成难溶性沉淀的碱,其还可以在该方法中被附加地使用,以便进一步减少组合物中的氯或氯化物含量。适于此方法的碱不应在与催化剂(例如HCl)或与有机键合的氯(例如在氯代烷基硅烷中)的反应中形成水。
在根据本发明的所有方法变型中,从反应混合物中基本上、优选完全地除去已经存在的醇和/或在反应中形成的醇。醇的蒸馏去除优选在减压下实施。实施醇的蒸馏去除优选直至在柱顶处获得的温度对应于水的沸点温度,或对应于硅氧烷低聚物的沸点温度。可选地,直至探测到醇含量小于1.0 重量%,优选小于或等于0.5 重量%,或低至当前分析检测的极限。通常说来,本发明的得到的组合物是基本上无溶剂的,更特别地是无醇的。以这种方法获得的组合物优选地直接对应于本发明的组合物,并且优选其自身不需要被进一步纯化。
根据本发明,基本上完全除去醇,更特别地是水解醇和任选加入的醇。水解醇和/或加入的醇对应于游离醇。全部组合物中的游离醇含量更优选小于或等于2 重量%至0.01重量%,更特别地是小于或等于1.5 重量%至0.01 重量%,更优选小于或等于1 重量%至0.01重量%,特别是低至检测极限。
本发明的方法优选不连续地操作,但也可以连续地实施。在除去醇之前或之后,可以混合组合物和至少一种加工助剂,例如硅油,例如聚二甲基硅氧烷,石蜡、石蜡油或包括一种这些加工助剂的混合物。
根据该方法的一种优选变型,在酸性催化剂,更特别地是氯化氢的存在下,使通式II、III和/或IV的烷氧基硅烷部分水解和缩合。必要时,水解和缩合也可以在HCl和共催化剂的存在下发生。考虑的共催化剂包括脂肪酸。可选地,也可以使用HCl和饱和的或不饱和的有机酸,例如甲酸、乙酸和/或脂肪酸,例如十四酸和/或多官能有机酸,例如柠檬酸、富马酸,用作催化剂或与HCl一起用作共催化剂。
在本发明方法的一个特别优选的实施方案的情形中,通式II的硅烷和通式III的硅烷可以有益地以以下摩尔比来使用:通式II的硅烷和通式III的硅烷的摩尔比为1:1,在每种情形中加/减0.5,从0.5:1.5至1.5:0.5,并且特别地,在每种情形中位于它们之间的数值,0.6;0.7;0.8;0.9;1.1;1.2;1.3 以及1.4都是保持明确说明的。
优选的醇对应于由至少部分水解-和/或缩合形成的水解醇。它们包括乙醇或甲醇。本领域技术人员清楚的是,该反应也可以在别的常规溶剂的存在下实施,优选可以很容易地和优选完全地被蒸馏的那些,它们可以是,例如,但是非结论性地是,醚类、酮类、烃类或酯类。有用的溶剂也可以是乙酸酯、THF、酮类、醚类或烃类。对于本领域技术人员而言清楚的是,由于商业和经济的原因,使用其作为溶剂的醇也作为水解醇形成。因此原则上也可以使用醇类的混合物。在所有的方法变型中,优选通过蒸馏从反应混合物中除去溶剂和在反应中形成的醇。
在本发明的方法中,优选地,将组合物的粘度调节至小于或等于3000 mPa s,更特别地是调节至小于或等于1000 mPa s,优选地是调节至小于或等于500 mPa s至约10 mPas,更优选调节至约1至5 mPa s或3至6 mPa s,波动范围为加/减0.5 mPa s。
此外,在该方法中,包括烯属硅氧烷低聚物的组合物,更特别地是底部产物,优选在蒸馏除去溶剂和醇之后,可以与离子交换剂接触,更特别地是与阴离子交换剂,优选胺官能化的离子交换剂接触,以便进一步减少氯化物含量。在此方法步骤中,有益的是,这种措施与蒸馏相比,不改变产物的低聚度和/或支化度。在蒸馏的情形中,硅氧烷低聚物将必然地分离为低、中和高沸腾物(底部产物)。根据本发明,通过使用离子交换剂,硅氧烷低聚物的低聚度保持相同,并且可以进一步降低氯化物含量。
通过与离子交换剂接触,特别是与碱性阴离子交换剂接触,基于供应至离子交换剂的硅氧烷低聚物,烯属硅氧烷低聚物中以重量ppm计的氯化物含量或氯含量可以优选减少至少80%。进一步优选,基于供应的那些,烯属硅氧烷低聚物中以重量ppm计的氯含量减少至少85%,优选至少90%,更特别地是至少92%,更特别地是至少95%,以及进一步优选至少98%。取决于烯属官能化硅氧烷低聚物,并且取决于氯的初始浓度,流动速率以及与阴离子交换剂的接触时间,可以优选地将氯含量降低至100 mg/kg以下,优选降低至50 mg/kg以下,更特别地是降低至25 mg/kg以下。
在烯属官能化硅氧烷低聚物具有氯含量,具有可水解的氯,更特别地是氯官能化的烷基烷氧基硅烷和/或具有HCl的烷基烷氧基硅烷的情形中,优选以0.01 m/h至15 m/h,优选高达5 m/h,更特别地是以高达2.5 m/h的流动速率,可以将可水解的氯化物含量减少至少80%,更特别地是至少85%,优选至少90%,更特别地是至少92%,更特别地是至少95%,和进一步优选至少98%;在本发明中,特别地,烯属官能化硅氧烷低聚物不进一步经历缩合,并且阴离子交换剂柱优选具有3 cm的直径和15 cm的高度。以高达10 m/h的流动速率也获得了高达80%的可水解氯减少的非常好的结果。
在本发明的方法中,阴离子交换剂具有带有季烷基铵基和/或带有叔二烷基氨基的载体聚合物,特别地,所述季烷基铵基本质上具有氢氧根离子作为抗衡离子,和/或叔二烷基氨基是游离碱的形式。如果碱性阴离子交换剂是具有三烷基铵基(更特别地是以OH形式)的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物,和/或具有以游离碱形式的二烷基氨基的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物,则在本发明中是特别优选的。当使用以氯化物形式的具有三烷基铵基的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的碱性阴离子交换剂时,在使用之前,例如用碱金属氢氧化物溶液,将氯化物转化为OH形式。所使用的碱金属氢氧化物溶液优选是氢氧化钾、氢氧化钠或其它水可溶或水/醇可溶的碱,例如氨或碱金属碳酸盐例如Na2CO3的含水溶液。在将阴离子交换剂转化为OH形式之后,在与烯属硅氧烷低聚物接触之前,用醇冲洗阴离子交换剂,以便特别地排除过量的水。所使用的醇优选是通过各个烷氧基基团的水解将形成的醇。在烷氧基硅烷中在甲氧基基团的情形中是甲醇,或者在乙氧基基团的情形中是乙醇。
季铵基团不仅包括烷基铵,还包括N-烷基-亚胺-官能基团,例如N-烷基吡啶鎓基团。合适的烷基基团含有1-20个C原子,优选1-4个C原子,并且优选为甲基或乙基基团。根据本发明,弱碱性阴离子交换剂负载有氢氧根离子并且特别地,它们具有含氮的基团。
已经令人惊讶地显示的是,由于氯含量的进一步减少,通过本发明的方法获得的官能化硅氧烷低聚物对水解更加稳定,虽然与迄今为止的情形形成对照,不用再费力地蒸馏它们。由此,本发明的硅氧烷低聚物证实比已知的低聚物更稳定,并且同时,它们的VOC含量相对于现有技术的低聚物显著减少。
溶剂(例如VOC)的含量,更特别地是游离醇的含量,此含量有益地在6至12个月的时间段内是稳定的,基于全部组合物,所述含量优选在2 重量%以下,更特别地是小于或等于1 重量%,更优选小于或等于0.4 重量%,优选小于或等于0.3 重量%直至低至检测极限。
能够用在本发明的方法中的通式II的化合物如下:乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、丁烯基三乙氧基硅烷、丁烯基三甲氧基硅烷、环己烯基-亚烷基-三甲氧基硅烷、更特别地是环己烯基-2-亚乙基-三甲氧基硅烷、环己二烯基-C1至C8-亚烷基三乙氧基硅烷或环己二烯基-2-亚乙基三乙氧基硅烷、环己烯基-2-亚乙基三甲氧基硅烷、3´-环己烯基-2-亚乙基三甲氧基硅烷、环己二烯基-C1至C8-亚烷基三甲氧基硅烷或环己二烯基-2-亚乙基三甲氧基硅烷、环己烯基-2-亚乙基-三乙氧基硅烷、更特别地是3´-环己烯基-2-亚乙基-三乙氧基硅烷和/或3´-环己烯基-2-亚乙基-三甲氧基硅烷、环己烯二烯基-亚烷基三乙氧基硅烷、己烯基三乙氧基硅烷、己烯基三甲氧基硅烷、乙基己烯基三甲氧基硅烷、乙基己烯基三乙氧基硅烷、辛烯基三乙氧基硅烷、辛烯基三甲氧基硅烷,其中甲氧基-取代的化合物是特别优选的。
能够使用的通式III的烷基烷氧基硅烷化合物优选如下:
通式III的化合物中,y为0或1,其中B是具有1-18个C原子,更特别地是具有1-8个C原子的线性或支化的烷基基团,优选地是甲基、乙基,更特别地是正丙基、异丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、十六基或十八基基团,R4是具有 1至15个C原子,更特别地是具有 1至8个C原子的线性、支化或环状烷基,优选地是甲基、乙基,更特别地是正丙基、异丙基和/或辛基,和R3是具有 1至3个C原子的线性和/或支化的烷基,更特别地是甲基、乙基和/或异丙基或正丙基。特别优选地,B是甲基、乙基、丙基、辛基、十六基或十八基基团,R4是甲基或乙基基团,和R1是甲基或乙基基团,特别优选甲氧基-取代的化合物。
优选的通式III的化合物,通过示例的方式陈述如下:甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷 (MTES)、丙基三甲氧基硅烷(PTMO)、二甲基二甲氧基硅烷(DMDMO)、二甲基二乙氧基硅烷、丙基甲基二甲氧基硅烷、丙基甲基二乙氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、正辛基甲基二甲氧基硅烷、正己基甲基二甲氧基硅烷、正己基甲基二乙氧基硅烷、丙基甲基二乙氧基硅烷、丙基甲基二乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、戊基三甲氧基硅烷、戊基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、异己基三乙氧基硅烷、异己基三甲氧基硅烷、庚基三甲氧基硅烷辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、正丙基三正丁氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、庚基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、十一基三乙氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十九基三乙氧基硅烷、十二基三乙氧基硅烷、C13H27-三乙氧基硅烷、C14H29-三乙氧基硅烷或C15H31-三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、十一基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十九基三甲氧基硅烷、十二基三甲氧基硅烷、C13H27-三甲氧基硅烷、C14H29-三甲氧基硅烷或C15H31-三甲氧基硅烷、十六基三乙氧基硅烷、十六基三甲氧基硅烷、十八基三乙氧基硅烷、十八基三甲氧基硅烷、十八基甲基二乙氧基硅烷、十八基甲基二甲氧基硅烷、十六基甲基二甲氧基硅烷和/或十六基甲基二乙氧基硅烷,以及这些硅烷的混合物,或包括至少两种这些硅烷的混合物,及其酯交换产物。
用于制备烯属官能化硅氧烷低聚物,或由其可获得烯属官能化硅氧烷低聚物的特别优选的通式II、III和任选地IV的化合物的组合如下,其中优选没有加入通式IV的化合物而制备硅氧烷低聚物:在该清单中,在方法中分别使用通过分号隔开的化合物来制备硅氧烷低聚物:乙烯基三乙氧基硅烷 (VTEO);乙烯基三甲氧基硅烷(VTMO);乙烯基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷,甲基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷 (TEOS);乙烯基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷,甲基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷,乙基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和乙基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷,乙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷和丙基三乙氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷,丙基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷,丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷和异丁基三乙氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷,异丁基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和异丁基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷,异丁基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和庚基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和庚基三乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和己基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和己基三乙氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷,辛基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷;更特别地是以1:0.20至1:0的比例的乙烯基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和辛基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷,辛基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷;更特别地是以1:0.2至1:0的比例的乙烯基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷和十六基三乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷和十六基三甲氧基硅烷;以1:0.2至1:0比例的乙烯基三乙氧基硅烷和四甲氧基硅烷和十六基三乙氧基硅烷;以1:0.2至1:0比例的乙烯基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷和十六基三甲氧基硅烷。
在本发明的方法中还特别优选使用的是,分别独立地至少一种环己烯基-2-亚乙基-三烷氧基硅烷、3´-环己烯基-2-亚乙基-三烷氧基硅烷或环己二烯基-C1至C8-亚烷基基团。可选地,还特别优选作为在本发明的方法中的组合,可以分别独立地将至少一种环己烯基-2-亚乙基-三烷氧基硅烷、3´-环己烯基-2-亚乙基-三烷氧基硅烷或环己二烯基-C1至C8-亚烷基基团与前述的烷基烷氧基硅烷之一反应。
特别优选的方法基于以下物质的反应,或者,通过以下物质的反应可获得优选的硅氧烷低聚物:a) 乙烯基三乙氧基硅烷,b) 乙烯基三甲氧基硅烷,c) 乙烯基三乙氧基硅烷和丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和丙基三乙氧基硅烷,或乙烯基三乙氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷,或者通过a)、b)、c) 分别独立地与四乙氧基硅烷反应,或a)、b)和c) 分别独立地与四甲氧基硅烷反应。
对于前述特征之一附加地或可选地,还可以在该方法中使用作为加工助剂的至少一种硅油,例如聚二甲基硅氧烷、石蜡、石蜡油或包括这些加工助剂之一的混合物。一种特别优选的加工助剂是聚二甲基硅氧烷,其优选具有约150至400 mm2/s的动态粘度,特别优选可选的是具有约200 mm2/s或约350 mm2/s的粘度。
本发明还提供用于生产该组合物的以下方法,以及通过此方法可获得的组合物,特别是具有特别低氯含量的组合物,所述方法优选具有以下的各个步骤:
1)将至少一种通式II的烯属官能化烷氧基硅烷,任选通式III的烷氧基硅烷和任选通式IV的烷氧基硅烷,任选地作为混合物,优选地作为初始装料引入,任选地加入溶剂用于稀释,所述溶剂优选是对应于水解醇的醇。
2)加入至少一种酸性的水解-和/或缩合催化剂,例如HCl,有机饱和或不饱和的羧酸,并设定水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比例。此处设定的pH优选小于7,优选为1至6,更特别地为3至5。可选地,可任选地制备包括至少一种通式II、III和任选IV的硅烷的混合物(1+2),其任选地具有醇,所述醇的量为基于通式II、III和任选IV的硅烷的0.2至8倍重量,优选0.2至1.0倍,更特别地是甲醇或乙醇,取决于所使用的烷氧基硅烷,和指定量的水,优选地,至少一种酸性的水解-和/或缩合催化剂,例如HCl在指定量的水中溶解。此处将pH设定为优选小于7,优选为1至6,更特别地为3至5。
本发明还提供用于生产该组合物的以下方法,以及通过此方法可获得的组合物,特别是具有特别低氯含量的组合物,所述方法优选具有以下的各个步骤:
1)将至少一种通式II的烯属官能化烷氧基硅烷,和任选通式III的烷氧基硅烷,作为初始装料引入,并且分别独立任选附加的和任选的通式IV的烷氧基硅烷,其中烷氧基硅烷优选以混合物的形式作为初始装料引入,
2)加入包括溶剂、水和作为酸性水解-和/或缩合催化剂的HCl的混合物,所述溶剂是对应于水解醇的醇,并设定1:2.57至1:5.0,优选1:3.0至1:4.5的水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比,优选所使用的醇的重量是基于通式II、III和任选IV的硅烷的0.2至8倍,优选0.2至3.0倍。进一步优选所使用的醇的重量是基于通式II、III和任选IV的硅烷的重量的0.2至1.5倍,更特别地是0.2至1.0倍,更特别地是0.3至0.8倍。
为此目的,优选在初始装料容器,例如在搅拌槽中,在充分混合下反应烷氧基硅烷和水。所述指定量的水可以被连续计量加入或以跨1至1000分钟时间段至少一个间隔被计量加入。将反应混合物的温度设定为优选在5至90℃进行反应,优选在20至55℃下,更优选在30至40℃或在约35℃下。添加混合物之后,进一步提高所形成的反应混合物的温度,更特别地被设定为醇的回流温度。例如,通过将反应混合物加热至40至80℃的温度,优选50至80℃的温度,更优选加热至约55至80℃,根据本发明加热至约醇的沸点温度。
在至少10分钟至36小时,优选10分钟至8小时的时间段内,在5至80℃,优选40至80℃的反应温度下,反应混合物可以后续反应,优选同时进行混合,例如进行搅拌。
3)在反应终止之后,除去醇。优选实施在回流下的加热数小时,例如约2至10小时,优选3至5小时,更特别地是约3.5小时,和随后
4)通过蒸馏(优选在减压和升高的温度下)除去包括水解醇和所引入的醇在内的醇,以及任选地除去水,优选直至反应混合物或得到的组合物基本上是无溶剂的,更特别地是无醇的。
优选在0℃至100℃的底部温度下和在300巴至1毫巴的压力下蒸馏醇,并且同时蒸馏除去HCl,更特别地是在40℃至100℃的温度下和在250巴至10巴的压力下蒸馏。获得根据本发明的烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物。
对本领域技术人员而言清楚的是,取决于它们所期望的应用,以此方法制备的官能化硅氧烷低聚物可以用稀释剂进行稀释,或者可以与聚合物混合或配混,所述聚合物例如为热塑性基础聚合物,例如PE、PP或弹性体,例如EVA。下面通过示例给出另外的热塑性基础聚合物和弹性体;本领域技术人员知道一般所有的热塑性基础聚合物或聚合物或弹性体都是适合的。本领域技术人员知晓用于烷氧基硅烷的常规稀释剂,这里可以提出的示例是醇类、醚类、酮类、烃类或者它们的混合物。取决于它们所期望的应用,因此,可以将官能化硅氧烷低聚物的组合物制备为在全部组合物中官能化硅氧烷低聚物为99.9至0.001 重量%,以及位于这之间的所有值的浓缩物或者稀释组合物。优选的稀释物含有10至90 重量%的官能化硅氧烷低聚物,更特别地是20至80 重量%,进一步优选30至70 重量%。
用于本发明目的的热塑性基础聚合物特别地是,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯 (PE),例如 LDPE、LLD PE、m-PE,聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、氯丁二烯,以及基于乙烯单元的聚合物乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、EPDM或EPM,和/或赛璐珞或硅烷共聚合的聚合物,和例如,制备自包括硅烷的不饱和官能化单体,例如VTMO、VTEO,和单体例如乙烯和其它烯烃的基础聚合物,以及这些基础聚合物的单体和/或预聚物前体化合物,例如乙烯、丙烯。另外优选的弹性体可以选自乙烯-丙烯橡胶(EPR)、乙烯-丙烯-二烯橡胶 (EPDM)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、天然橡胶 (NR)、丙烯酸酯共聚物橡胶(ACM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)和/或聚丁二烯橡胶(BR)的系列。
本发明还提供通过本发明的方法可获得的组合物,所述组合物包括烯属官能化硅氧烷低聚物,更特别地是所述硅氧烷低聚物的重均分子量 (Mw)大于或等于315 g/mol,和优选地其数均分子量(Mn) 大于或等于300 g/mol,其中多分散性,作为Mw/Mn之比,更特别地为1.05至1.25,特别优选 1.05至1.20。进一步优选重均分子量(Mw)大于或等于420 g/mol和数均分子量(Mn)大于或等于400 g/mol,其中多分散性,作为Mw/Mn之比,为1.05至1.25,更特别地为1.05至1.17。如果可获得的组合物具有大于或等于90%(面积%,GPC) 的具有小于或等于1000 g/mol的分子量的硅氧烷低聚物,则是本发明进一步优选的。所获得的组合物可以用稀释剂简单地在任何时间进行稀释。取决于所用的方法,可以获得组合物,所述组合物在湿气的存在下指示酸性的pH。通常该pH可以在2至6之间。
同时,优选地,基于全部组合物,这些组合物的总氯化物含量有益地小于或等于250 mg/kg,更特别地是小于或等于80 mg/kg,进一步优选小于或等于50 mg/kg。
为了允许在挤出机中快速分布,同时不在热挤出机中蒙受过量质量损失,应当维持分子量Mw和在该温度下发生5%或50%质量损失的TGA温度之间的平衡比例。以上提及的化合物在明显200℃ 以上,更特别地是在220℃以上的温度下通常显示出50%的质量损失。本发明的组合物因此非常适合于在挤出机中应用,同时,由于非常窄地限定的分子量,允许硅氧烷低聚物在热塑性塑料中快速分布。还有助于这种有效分布或可分散性的是硅氧烷中轻微增加的T结构,因为分子更加紧密。
本发明还提供本发明的组合物或由本发明的方法所制备的组合物的用途,所述用途包括作为粘合剂,作为交联剂以常规方式通过接枝聚合和/或水解缩合,用于生产矿物质填充的聚合物(配混物)和/或接枝有烯属官能化硅氧烷低聚物的聚合物、预聚物,特别是用于生产热塑性塑料或弹性体,优选矿物质填充的热塑性塑料、弹性体或其预聚物,用于热塑性聚烯烃的接枝或聚合中,作为干燥剂,更特别地是作为水清除剂用于硅酮密封剂,在可交联聚合物中用于生产电缆,用于生产可交联聚合物,在乳状液中和/或与有机硅烷或有机聚硅氧烷一起作为油相。根据本发明,关于组合物与有机硅烷或有机硅氧烷的联合使用,引入EP 1 205 481 B1的全部公开内容,更特别地是第 [0039]段的公开内容和其中公开的有机硅烷和有机硅氧烷的清单。此外,本发明的组合物有益地用于填料改性(填料涂层)、树脂改性(添加剂)、表面改性(官能化、疏水化)、在涂料体系中作为成分(特别是在溶胶-凝胶体系或混合体系中)、在电池中用于改性阴极和阳极材料,作为电解质液体,在电解质液体中作为添加剂,用于改性纤维,更特别地是改性玻璃纤维和天然纤维,和用于改性织物,用于改性填料以用于人造石工业,作为建筑物保护剂或在建筑物保护剂中作为成分,作为添加剂用于矿物硬化的物料,用于改性木材、木材纤维和纤维素。此外,引入在德国专利和商标局申请的,申请日为2011年11月22日的DE 10 2011 086 862.3的全部公开内容作为本发明的内容。
通过以下实施例更详细地说明本发明,但本发明不受这些具体实施例的限制。
实施例:
分子量的测定:摩尔质量或分子量,以及摩尔质量分布可以通过凝胶渗透色谱法(GPC)来测定。包括“Modern Size-Exclusion Liquid Chromatography”, Andre Striegel等人, Verlag Wiley & Sons, 第二版. 2009的参考文献中详尽地描述了GPC分析方法。为了校准用于硅氧烷分析的方法,可以使用例如二乙烯基四甲氧基二硅氧烷或二乙烯基四乙氧基二硅氧烷作为标准物。涉及本发明中的烯属硅氧烷低聚物的百分比对应于在每百分面积中的数字,其可测定自GPC分析。所使用的MZ-Analysetechnik柱:柱子:50x8.0 mm,MZ-Gel SDplus (具有高交联度的苯乙烯/二乙烯基苯共聚物,球形颗粒形状),孔隙度50 A(埃,Å),5 µm (微米) (前柱),300x8.0 mm,MZ-Gel SDplus,孔隙度50 A (埃,Å),5 µm,300x8.0 mm,MZ-Gelplus,孔隙度100 A (埃,Å),5 µm,300x8.0 mm,MZ-Gel SDplus,孔隙度500 A (埃,Å),5 µm;洗提液和泵流速率:甲基酮(MEK),流速为1 ml/min,标准物:内标– 1g/l的在1%浓度样品溶液中的乙苯。针对各个物质(单体、二聚物、三硅氧烷等)预先校准测量设备。测量设备购自Agilent:1100 系列等规泵G1310A,1100系列柱加热炉G1316A,1100系列 RID检测器G1362A,手动注射器G1328A,真空脱气器G1322A,GPC 软件 (PSS WinGPCUnity)。
氯含量或总氯化物值的测定:硅烷在弹式量热器中用氧气分解,然后用乙酸和氢氟酸水解。通过滴定法用严格定义的硝酸银溶液测定所得溶液中的氯化物含量。
氯含量和可水解的氯化物的测定:用乙酸水解之后,通过滴定法用严格定义的硝酸银溶液测定氯化物含量。
SiO 2 含量的测定-坩埚法:通过用浓硫酸并随后蒸发的酸消化,通过氟化来测定SiO2含量。
GC分析:GC标准分析方法是本领域技术人员所熟知的,通过合适的校准和任选的内标来测定单体含量。
29 Si NMR光谱法:此外,可以使用 29Si NMR光谱法测定单体含量,以及M、D和T结构,所述光谱法也是本领域技术人员所熟知的。
动态粘度的测定:根据DIN 53015测定动态粘度。
水解之后的醇:将指定量的样品与硫酸(25%浓度)混合。然后加入指定量的水并与氢氧化钠水溶液(20%浓度)中和。进行蒸汽蒸馏之后,通过GC相对于内标测定醇含量(仲丁醇,具有HP 3396积分仪的HP 5890,1 ml/min)。
闪点测定:DIN EN ISO 13736 (2009年1月),DIN EN ISO 2719 (2003年9月)。通过DIN EN ISO 2719 (= DIN 51758 = EN 22719)的方法测定在40℃以上的闪点,和根据DIN EN ISO 13736 (= DIN 51755)测定在-30℃和+40℃之间的闪点。
水含量:Karl-Fischer (DIN 51777)
TGA:在TGA(热重分析)中,将在坩埚中的待分析的样品放置在天平上。在测量期间,样品自身位于可加热烘箱中。坩埚通常是开放式的(无盖,或盖上有孔)。烘箱的内部用惰性气体(N2)冲洗以避免由于氧接触而导致的可能反应。
设备:购自Netzsch的TG 209 ,温度范围:室温至约1000℃
加热速率:10 K/min,初始质量:约 10 - 12 mg,坩埚:盖上有孔的铂。
关于TGA分析的其它信息,例如,在以下因特网教科书中找到:ModernePharmazeutische Technologie 2009, Cornelia M. Keck, Reiner H. Müller, Section3.5, Thermoanalysis, Lothar Schwabe, FU Berlin, 第76页, 图:5, http://pharmazie-lehrbuch.de/ Moderne%20Pharmazeutische%20 Technologie.pdf或在关于分析方法的其它教科书中找到。
表1:所使用的原料概览。
实施例1:VTMO-硅氧烷低聚物–水与烷氧基的比例 1:3.7 – V087
乙烯基三甲氧基硅烷低聚物:将220 g的乙烯基三甲氧基硅烷装入反应烧瓶中。将95 g的甲醇与21 g的水和0.4 g的20%浓度的盐酸混合,将混合物转移到滴液漏斗中。在约25℃的温度下,从滴液漏斗中向乙烯基硅烷中逐滴缓慢地添加,并同时进行搅拌。在添加结束后,将油浴加热至85℃,由此甲醇在回流下沸腾。在约3小时的反应时间后,在所述油浴温度下和约150至180毫巴的减压下蒸馏除去甲醇。为了进一步除去甲醇,将真空度设定至1毫巴以下。
实施例2:VTEO-硅氧烷低聚物–水与烷氧基的比例 1:3.7 – V088
乙烯基三乙氧基硅烷低聚物:将195 g的乙烯基三乙氧基硅烷装入反应烧瓶中。将93 g的乙醇与14.8 g的水和0.2 g的20%浓度的盐酸混合,并将混合物转移到滴液漏斗中。在约25℃的温度下,从滴液漏斗中向乙烯基硅烷中逐滴缓慢地添加,并同时进行搅拌。在添加结束后,将油浴加热至85℃,由此乙醇在回流下沸腾。在约3小时的反应时间后,在所述油浴温度下和约150至180毫巴的减压下蒸馏除去乙醇。为了进一步除去乙醇,将真空度设定至1毫巴以下。
实施例3:PTEO/VTEO-硅氧烷低聚物–水与烷氧基的比例 1:4.0 – V089
丙基三乙氧基硅烷与乙烯基三乙氧基硅烷的共低聚物:将98 g的乙烯基三乙氧基硅烷和100 g的丙基三乙氧基硅烷装入反应烧瓶中。将87 g的乙醇与13 g的水和0.2 g的20%浓度的盐酸混合,并将混合物转移到滴液漏斗中。在约25℃的温度下,从滴液漏斗中向乙烯基硅烷中逐滴缓慢地添加,并同时进行搅拌。在添加结束后,将油浴加热至85℃,由此乙醇在回流下沸腾。在约3小时的反应时间后,在所述油浴温度下和约150至180毫巴的减压下蒸馏除去乙醇。为了进一步除去乙醇,将真空度设定至1毫巴以下。
实施例4:VTEO/PTEO-硅氧烷低聚物–水与烷氧基的比例 1:4.8 - V097
步骤:将190.3 g的VTEO和206.2 g的PTEO (丙基三乙氧基硅烷)装入具有水冷设备和磁力搅拌器的2 l四颈装置中。然后在35℃和环境压力下计量加入乙醇、双蒸水和盐酸(37%)的混合物。发生放热反应。如果温度升高至60℃以上,则中断计量加入。在完全计量加入H2O/EtOH/HCl混合物之后,在79℃下开始反应,在搅拌的同时总反应时间进行5个小时。反应时间之后,在旋转蒸发仪上在高达100℃和100毫巴下蒸馏醇。当达到100毫巴时,保持此压力15分钟,其后使装置恢复正常。获得的底部产物是VTEO和PTEO的乙烯基-和丙基-官能化的硅氧烷低聚物(VTEO/PTEO-硅氧烷)。
化合物 初始质量
VTEO 190.3 g
PTEO 206.2 g
22.7 g
乙醇 174.6 g
盐酸 0.19 g
表2:原料V097。
实施例5:VTEO/PTEO-硅氧烷低聚物–水与烷氧基的比例 1:4.0 - V098
步骤:将乙烯基三甲氧基硅烷(VTEO)和丙基三乙氧基硅烷 (PTEO)装入具有水冷设备和磁力搅拌器的2 l四颈装置中。然后在35℃和环境压力下计量加入乙醇、双蒸水和盐酸(37%)的混合物。发生放热反应。如果温度升高至60℃以上,则中断计量加入。在完全计量加入H2O/EtOH/HCl混合物之后,在79℃下开始反应,在搅拌的同时总反应时间进行5个小时。反应时间之后,在旋转蒸发仪上在高达100℃和100毫巴下蒸馏醇。当达到100毫巴时,保持此压力15分钟,其后使装置恢复正常。获得的底部产物是VTEO-/PTEO-硅氧烷低聚物。
化合物 初始质量
VTEO 190.3
PTEO 206.4 g
27.2 g
乙醇 175.1 g
盐酸 0.19 g
表3:原料V098。
实施例6:VTEO/PTEO/TEOS-硅氧烷低聚物–水与烷氧基的比例 1:5.0 (5.1) -V099
步骤:将190.3 g的VTEO和206.4 g的PTEO和20.9 g的四乙氧基硅烷装入具有水冷设备和磁力搅拌器的2 l四颈装置中。然后在35℃和环境压力下计量加入乙醇、双蒸水和盐酸(37%)的混合物。发生放热反应。如果温度升高至60℃以上,则中断计量加入。在完全计量加入H2O/EtOH/HCl混合物之后,在79℃下开始反应,在搅拌的同时总反应时间进行5个小时。反应时间之后,在旋转蒸发仪上在高达100℃和100毫巴下蒸馏醇。当达到100毫巴时,保持此压力15分钟,其后使装置恢复正常。获得的底部产物是基于用于受控水解和缩合或共缩合的VTEO、PTEO 和四乙氧基硅烷的具有Q结构元素的乙烯基-和丙基-官能化的硅氧烷低聚物。
化合物 初始质量
22.7 g
乙醇 174.8 g
盐酸 0.19 g
表4:另外的V099起始材料。
实施例7:VTMO/PTMO-硅氧烷低聚物- V079
步骤:将两种单体,370.58 g的乙烯基三甲氧基硅烷和514.20 g的丙基三甲氧基硅烷装入具有水冷设备和磁力搅拌器的2 l四颈装置中。随后在室温和环境压力下在10分钟内计量加入540.20 g甲醇,1.02 g盐酸 (20%) 和80.28 g去矿物质水的混合物,并观察到放热过程。将温度升高至约40℃。然后将该批料加热至100℃的油浴温度。总反应时间进行5小时。反应时间之后,在100℃的油浴温度下在低压下(< 1 毫巴)蒸馏除去醇。由此获得596.30 g的硅氧烷低聚物。
通过本发明的方法,实施例1至7的产率可增加至大于99%。
比较实施例1:V078 – 来自EP0518057 B1的实施例1 –-亚乙烯基:甲氧基基团摩尔比为约1:3的乙烯基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的共缩合物的制备
步骤:在20℃下将397.6 g的乙烯基三甲氧基硅烷(VTMO)和244.6 g的甲基三甲氧基硅烷装入具有水冷凝器和磁力搅拌器的2 l四颈装置中。使用500 ml的滴液漏斗混合该混合物,所述漏斗具有49.9 g蒸馏水在332.8 g甲醇中的溶液,该溶液含有2400 ppm的氯化氢。总计16小时后,在约300毫巴下蒸去全部甲醇连同HCl。其后对得到的低聚物混合物进行蒸馏至约1毫巴的压力和至113℃的沸程终点。以这种方法获得170 g的透明产物。
表5:原料V078。
比较实施例2:V081 –来自EP 0518057 B1的实施例6 - 亚乙烯基:甲氧基基团摩尔比为约1:1.75的乙烯基三甲氧基硅烷的缩合物的制备
步骤:在20℃下将693.83 g的VTMO装入具有水冷凝器和磁力搅拌器的2 l四颈装置中。用52.82 g蒸馏水在351.53 g甲醇中的溶液混合该混合物,所述溶液含有1100 ppm的氯化氢。使用500 ml的滴液漏斗完成该操作。温度在26分钟内升高至约36℃。总计13小时后,在约300毫巴下经历2-3小时通过蒸馏除去全部甲醇连同盐酸。其后对得到的低聚物混合物进行蒸馏至约1毫巴的压力和至100℃的沸程终点。以这种方法获得240 g的透明产物。
表15:原料 V081。
比较实施例3至5类似于EP 0518057的实施例6:
分别复制实施例6中公开的对于化合物VTMO的方法,并对作为新变体的化合物VTEO和VTMO,以及共低聚物VTMO和丙基三甲氧基硅烷(PTMO),和乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO) 与丙基三乙氧基硅烷(PTEO)实施。以1000 g规模批量用等摩尔量实施这里的方法。在室温下将各个硅烷装入2 l的搅拌装置中(乙烯基三甲氧基硅烷(V074)、乙烯基三乙氧基硅烷 (V075)、乙烯基三甲氧基-和丙基三甲氧基硅烷(V076)、以及乙烯基三乙氧基-和丙基三乙氧基硅烷(V077))。计量加入分别含有1100 ppm (0.11%)氯化氢的水/醇混合物(实施例V074、V076,甲醇;实施例V075、V077 =乙醇)。分别观察放热温度曲线。此处将温度分别升高至35-40℃。13个小时的反应时间之后,在300毫巴的绝对压力下经历3小时吸除醇。最后在< 0.1毫巴的压力下蒸馏低聚物混合物自身。
表7:起始材料和产率。
分析结果
表8:比较实施例3至5的分析结果,n.r.:无残余物,(1.1):个别黑点在坩埚基底上;(1.2)没有明显的残余物,(1.3) 黑点在坩埚基底上和坩埚基底边缘,(2):DTG1:质量下降最大速率的温度[dm/dt] –第一峰
表9:VTEO/PTEO型的硅氧烷低聚物的分析结果
表10:类似于V087至V089和V079制备的硅氧烷低聚物的分析结果
试验编号V078 总氯化物 [mg/kg] 可水解的氯化物 [mg/kg] SiO2 (质量) [%] VTMO (质量)[%] 色数 [mg Pt-Co/l]
馏出物(1) 230 16 52.4 < 0.1 < 5
表11:V078 (比较实施例1)的分析结果,(1) 参见EP0518057B1中的实施例1
试验编号V081 总氯化物 [mg/kg] 可水解的氯化物 [mg/kg] SiO2 (质量)[%] VTMO (质量)[%] 色数 [mg Pt-Co/l]
馏出物(2) 50 < 3 48.6 1.7 < 5
表12:V081 (比较实施例2)的分析结果,(2)(参见EP0518057B1中的实施例6)
试验编号 Mn [g/mol] Mw [g/mol] D = Mw/Mn
V087 461.98 545.00 1.1797
V087 (2) 460.40 538.63 1.1699
V088 457.84 513.50 1.1606
V088 (2) 416.18 466.50 1.1209
V089 446.93 510.18 1.1415
V097 369.51 419.02 1.134
V098 418.20 456.81 1.0923
V099 363.06 411.36 1.1330
V078 275.13 291.11 1.0581
V081 254.06 269.90 1.0624
表13:GPC分析结果的评价 (2) 类似的第二批。
分析显示了摩尔质量和摩尔质量分布的良好可再现性。
表14:由VTEO、VTMO、VTEO/PTEO和VTEO/PTEO/TEOS型的硅氧烷低聚物的29Si NMR分析得到的结果[VS =乙烯基甲硅烷基,PS = 丙基甲硅烷基,ES = 乙氧基甲硅烷基]
表15:对来自比较试验V078和V081的产物进行29Si NMR分析得到的结果,[VS = 乙烯基甲硅烷基,MS = 甲基甲硅烷基]
表16a:参见16e
表16b:参见16e,MP =分子量的峰
表16c:参见16e
表16d:参见16e
表16e:V079(实施例7)的分析结果,(1):DTG1:质量下降最大速率的温度[dm/dt]–第一峰
表17:硅氧烷低聚物的部分和它们在组合物中以面积%表示的比例,通过类似于实施例1至3和7制备的另外的硅氧烷低聚物的GPC,(1) 类似于实施例1,V087,(2) 类似于实施例2,V088,(3) 类似于实施例3,V089。数字是通过GPC测定获得的以面积%表示的比例。参见下面的解释
来自硅烷的低聚物 Mw [g/mol] Mn [g/mol] D
VTMO (1) 543.09 469.25 1.16
VTEO (2) 515.66 450.10 1.15
VTEO/PTEO (3) 514.59 464.13 1.11
VTMO/PTMO (V079) 374.80 428.99 1.14
表18a:通过类似于实施例1至3和7制备的另外的硅氧烷低聚物的Mw,Mn 和D,(1)类似于实施例1,V087,(2) 类似于实施例2,V088,(3) 类似于实施例3,V089
样品 0–250 相对MW [%] 250–500 相对MW[%] 500–750 rel.MW [%] 750–1000 相对MW[%] >1000相对MW[%]
VTMO (1) 3.0 49.6 30.9 11.41 5.06
VTEO (2) 1.1 56.5 28.9 9.1 4.5
VTEO/PTEO(V079) 0.9 63.3 25.2 7.28 3.37
表18b:通过类似于实施例1至3和7制备的另外的硅氧烷低聚物的Mw (相对),(1)类似于实施例1,V087,(2) 类似于实施例2,V088。数字是通过GPC测定获得的以面积%表示的比例。参见下面的解释。
分析显示,具有含量小于或等于30%(面积%,GPC),优选小于或等于20%的二硅氧烷和/或环三硅氧烷的烯属官能化硅氧烷低聚物的本发明的组合物,在TGA中甚至在大于210至大于220℃的高温下显示出在50 重量%以下的特别低的质量损失。其中特别的优点是它们的大于80℃或高达大于90℃的高闪点。已经发现,当硅氧烷低聚物的含量如下时:小于或等于30%的二硅氧烷和/或环三硅氧烷,和优选大于或等于20%,更优选大于或等于23%(面积%,GPC)的线性、支化的三硅氧烷和/或环四硅氧烷,和特别地大于或等于10%,特别地大于14%(面积%,GPC)的线性、支化的四硅氧烷和/或环五硅氧烷和优选地较高分子量部分尽可能仅以小量存在时,组合物通常展示出这些有益的特性。在实际应用中在所使用的塑料中,特别是在挤出机运行期间,高分子量低聚物导致较差的可分散性,因为它们不能以足够的快速均匀地分散。因此进一步优选具有烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,在所述烯属官能化硅氧烷低聚物中,线性或支化的五硅氧烷和/或环六硅氧烷的比例在7%至40%(面积%,GPC)之间。特别优选地,组合物具有小于30%,更特别地是小于25%的,特别低含量的硅氧烷低聚物,例如线性、支化的六硅氧烷,环七硅氧烷和更高的硅氧烷。从所述需求的角度而言,一方面闪点应当非常高,以及在150至200℃之间,还优选在200至220℃之间的温度范围中质量损失应当特别低,并且同时,必须实现在产物中的有效和快速可分散性,通常必须要求烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物中分子量的高度均衡的和狭窄地指定的比例,以便符合所要求的技术说明。以上通过分析详述已经证明,通过本发明的方法制备的所有组合物符合在纯度、低总氯化物含量,和此外具有大于90℃的高闪点,连同在聚合物、预聚物或任选地与单体一起的其混合物中的有效可分散性方面的所述要求。以上公开并不局限于特定的实施例,而适用于根据本发明的所有组合物和方法。鉴于在高达220℃下的低质量损失,已经可以实现在高温转化期间进一步降低VOC含量,例如在挤出机中。如以下在用途实施例中所证明的那样,还已经可以实现进一步减少使用本发明的硅氧烷低聚物生产的电缆物料的水吸收。
备注:每种底部产物 VTMO低聚物(1) VTEO低聚物(2) VTMO-PTMO低聚物(实施例7,V079) VTEO-PTEO低聚物(3)
5%质量损失所在的温度T= 146℃ 149℃ 156℃ 156℃
50%质量损失所在的温度T = 232℃ 228℃ 232℃ 242℃
在150℃下的质量损失[%] 7 6 4 3
在200℃下的质量损失[%] 28 29 23 23
表19:通过类似于本发明实施例1至3和7制备的另外的硅氧烷低聚物的TGA [(1)类似于实施例1,V087,(2) 类似于实施例2,V088,(3) 类似于实施例3,V089]
注:在塑料和橡胶领域中典型的加工温度在150至200℃之间。
捏合操作
化合物的类型 名称
聚合物 EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)
填料 ATH (氢氧化铝)
稳定剂 Irganox 1010
过氧化物 过氧化二异丙苯(DCUP)
表20:用于捏合研究的原料总览。
测试样品的制备:储存在23℃下和50%相对大气湿度的气候调节室中之后,由所生产的样品制备用于拉伸试验和用于测定吸水能力和测定熔融指数的试样。
表21:用于捏合的过氧化物混合物。
捏合研究:在HAAKE捏合装置中以30 rpm的旋转速度实施以下捏合操作,所述操作具有“在140℃下3分钟,在2分钟内由140℃升至170℃,在170℃下5分钟”的温度曲线。随后,在165℃和20 t的负载压力下通过压缩处理各批物料以形成两个板。
表22:在捏合研究中的初始质量。
性能测试:储存在23℃下和50%相对大气湿度的气候调节室中之后,由所生产的样品制备用于测定吸水能力的试样。
信息 试验编号 数值 [mg/cm2] 7 天储存
无硅烷 V153 3.81
V078 V116 1.55
V081 V118 1.40
VTMO-硅氧烷,V087 V150 1.22
表23:吸水能力的结果。
在电缆物料中,本发明的组合物比已知体系展示出较低的水吸收。

Claims (39)

1.包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,所述烯属官能化硅氧烷低聚物在每个硅原子上具有最多一个烯属基团,其特征在于,
- 所述烯属官能化硅氧烷低聚物具有Si-O-交联的结构元素,所述结构元素形成链状、环状、交联或任选地三维交联的结构,其中至少一个结构对应于通式I,
- 其中所述结构元素衍生自烷氧基硅烷,和
- 在所述结构元素中的A对应于烯属基团,所述烯属基团选自分别具有2-16个C原子的线性、支化或环状的烯基-或环烯基-亚烷基-官能基团,和
- 在所述结构元素中的B对应于饱和烃基,所述饱和烃基选自具有1-16个C原子的线性、支化或环状的烷基,
- Y对应于OR3或,在交联的和任选三维交联的结构中,彼此独立地对应于OR3或O1/2
- 其中R1彼此独立地对应于具有1-4个C原子的线性、支化或环状的烷基或H,
- R3分别彼此独立地对应于具有1-4个C原子的线性、支化或环状的烷基或H,R2分别独立地对应于具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基,和R4分别独立地对应于具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基,
- a、b、c、x和y独立地对应于整数,并且1≤a、0≤b、0≤c,x彼此独立地是0或1,y彼此独立地是0或1,并且(a+b+c)≥2,
- 其中通式I中的结构元素[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a、[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,小于或等于80%并且大于或等于30%作为M结构存在,
- 重均分子量(Mw)大于或等于315 g/mol,和
- 在制备期间所使用的酸催化剂的残余物的量小于或等于250 mg/kg的组合物。
2.根据权利要求1所述的组合物,
其特征在于,
所述硅氧烷低聚物具有由至少一种烷氧基硅烷衍生的结构元素,
(i) 衍生自通式II的烯属官能化烷氧基硅烷,
其中A是选自分别具有2-16个C原子的线性、支化或环状的烯基-或环烯基-亚烷基-官能基团的烯属基团,其中R2分别独立地是具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基,并且x是0或1,并且R1分别独立地是甲基、乙基或丙基,和任选地
(ii) 衍生自用饱和烃基官能化的式III的烷氧基硅烷,
其中B是选自具有1-16个C原子的线性、支化或环状的烷基的未取代的烃基,其中R4分别独立地是具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基,并且y是0或1,并且R3分别独立地是甲基、乙基或丙基,和任选地
(iii) 衍生自通式IV Si(OR3)4的四烷氧基硅烷,其中R3彼此独立地如上所定义。
3.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
在通式II的烯属官能化烷氧基硅烷中,x是0,和任选地在用饱和烃基官能化的通式III的烷氧基硅烷中,y是0。
4.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
在制备中所使用的酸催化剂的残余物的量,涉及氯、氯化物或总氯化物,小于或等于250 mg/kg的组合物。
5.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
彼此独立地分别选择,
(i) 通式I中的结构元素[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a,基于通式I的所有硅原子,0.0%至8.0%作为T结构存在,
(ii) 通式I中的结构元素[(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a和[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b和[Si(Y)2O]c一起,基于通式I的所有硅原子,小于或等于75%至40%作为D结构存在,
(iii) 通式I中的结构元素 [(R1O)1-x(R2)xSi(A)O]a,基于通式I的所有硅原子,25%至55%作为M结构存在,
(iv) 通式I中的结构元素[Si(B)(R4)y(OR3)1-yO]b,基于通式I的所有硅原子,小于或等于40%作为M结构存在,
(v) 通式I中的结构元素[Si(Y)2O]c,大于20%作为D结构存在,
(vi) 通式I中的结构元素 [Si(Y)2O]c,0.0%至1%作为T结构存在。
6.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
所述重均分子量(Mw)为大于或等于350 g/mol至800 g/mol。
7.根据权利要求6所述的组合物,
其特征在于,
所述重均分子量(Mw)为大于或等于350 g/mol至750 g/mol。
8.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
- 在式I和/或II中,烯属基团A分别独立地选自乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、乙基己烯基、庚烯基、辛烯基、环己烯基-C1至C8-亚烷基-环己烯基-2-亚乙基、3´-环己烯基-2-亚乙基、环己二烯基-C1至C8-亚烷基或环己二烯基-2-亚乙基基团,和与之独立地
- 在式I和/或III中,未取代的烃基B分别独立地选自甲基、乙基、丙基、异丁基、辛基或十六基基团,和
- R1彼此独立地分别是甲基、乙基或丙基基团并且R3 独立地是甲基、乙基或丙基基团。
9.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
- 在式 I和/或II中,烯属基团A是乙烯基基团,和与之独立地
- 在式I和/或III中,未取代的烃基B选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、C13H27-、C14H29-、C15H31-和十六基基团,和
- R1彼此独立地分别是甲基、乙基或丙基基团并且R3 独立地是甲基、乙基或丙基基团。
10.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
基于全部组合物,在组合物中具有小于或等于1000 g/mol的分子量的所述烯属官能化硅氧烷低聚物以大于或等于90面积%存在。
11.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
所述重均分子量(Mw)大于315 g/mol和数均分子量(Mn)大于300 g/mol,其中多分散性(D),作为Mw/Mn之比,为1.05至1.25。
12.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
在式I中c为0。
13.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
所述重均分子量(Mw)大于或等于420 g/mol和数均分子量(Mn)大于或等于400 g/mol,其中多分散性(D),作为Mw/Mn之比,为1.05至1.25。
14.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
所述重均分子量(Mw)为大于450 g/mol至 590 g/mol和数均分子量(Mn)为大于410 g/mol至510 g/mol,其中多分散性(D),作为Mw/Mn之比,为1.05至1.25。
15.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
在所述组合物中,所述烯属官能化硅氧烷低聚物以GPC测定的大于或等于45面积%作为三硅氧烷、四硅氧烷、环四硅氧烷和/或环五硅氧烷在所述组合物中存在。
16.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
通过TGA测定,在210℃以上的温度下,所述组合物出现50 重量%的质量损失。
17.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
通过TGA,使用盖子上有孔的铂坩埚,以10 K/min测定的所述组合物在高达并包括140℃的温度下的质量损失小于5 重量%。
18.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
在硅氧烷低聚物或在通式I中,基于所有硅原子,M与D 结构的比例为1:2至10:1。
19.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
a) 所述硅氧烷低聚物和式I的至少一种结构,分别衍生自式II的烷氧基硅烷,具有乙烯基基团作为烯属基团A,其中R1分别彼此独立地对应于甲基或乙基基团,
b) 所述硅氧烷低聚物和式I的至少一种结构,分别衍生自式II的烷氧基硅烷,具有乙烯基基团作为烯属基团A,和衍生自式III的烷氧基硅烷,具有丙基基团作为未取代的烃基B,其中R1和R3分别彼此独立地对应于甲基或乙基基团,或者
c) 所述硅氧烷低聚物和式I的至少一种结构,分别衍生自式II和式IV以及任选式III的烷氧基硅烷,选自a)或b),其中R3衍生自式IV,分别彼此独立地对应于甲基或乙基基团。
20.根据权利要求1或2所述的组合物,
其特征在于,
分别独立地,所述硅氧烷低聚物衍生自选自乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的通式II的至少一种烯属官能化烷氧基硅烷,和任选地衍生自式III的至少一种烷氧基硅烷,其中式III的烷氧基硅烷,分别独立地选自甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十一基三乙氧基硅烷、十一基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十九基三乙氧基硅烷、十九基三甲氧基硅烷、十二基三乙氧基硅烷、十二基三甲氧基硅烷、C13H27-三乙氧基硅烷、C13H27-三甲氧基硅烷、C14H29-三乙氧基硅烷、C14H29-三甲氧基硅烷、C15H31-三甲氧基硅烷、C15H31-三乙氧基硅烷、十六基三乙氧基硅烷和十六基三甲氧基硅烷,及其酯交换产物。
21.用于制备根据权利要求1-20任一项所述的包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物的方法,通过至少
(i) 通式II的烯属官能化烷氧基硅烷
其中在式II中,A对应于选自分别具有2-16个C原子的线性、支化或环状的烯基-或环烯基-亚烷基-官能团的烯属基团,R2独立地对应于具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,并且x为0或1,并且R1独立地对应于具有1-4个C原子的线性、支化或环状的烷基基团,
(ii) 在酸性水解-和/或缩合催化剂的存在下,
(iii) 在溶剂的存在下,以1:2.75至1:5.0的水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比与水反应以获得硅氧烷低聚物,和
(iv) 基本上分离除去水解醇和存在的溶剂,和
(v) 在步骤(iv)之后,获得作为底部产物的包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物。
22.根据权利要求21所述的方法,
其特征在于,
(i)通式II的烯属官能化烷氧基硅烷(ii)在酸性水解-和/或缩合催化剂的存在下,与
(i.1) 至少一种式III的烷氧基硅烷反应,
其中在式III中,B对应于选自具有1-16个C原子的线性、支化或环状的烷基的饱和烃基,R3分别彼此独立地对应于具有1-4个C原子的线性、支化或环状的烷基,和R4对应于具有1-15个C原子的线性、支化或环状的烷基,并且y为0或1。
23.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
(i)通式II的烯属官能化烷氧基硅烷,和任选地(i.1)式III的至少一种烷氧基硅烷(ii)在酸性水解-和/或缩合催化剂的存在下,与
(i.2) 至少一种式IV的四烷氧基硅烷反应,
其中在式IV中,R3分别彼此独立地是具有1-4个C原子的线性、支化或环状的烷基。
24.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
所述反应在至少一种作为溶剂的醇的存在下发生。
25.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
式II的至少一种烷氧基硅烷和任选地式III的至少一种烷氧基硅烷以1:3至1:4.5的水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比与水反应以获得硅氧烷低聚物。
26.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
- 在通式II的烯属官能化烷氧基硅烷中
A选自乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、乙基己烯基、庚烯基、辛烯基、环己烯基-C1至C8-亚烷基、环己烯基-2-亚乙基、3´-环己烯基-2-亚乙基和环己二烯基-C1至C8-亚烷基,和R1独立地是甲基、乙基或丙基基团,并且x为0或1,和独立地
- 在式III的烷氧基硅烷中
未取代的烃基B选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、C13H27、C14H29、C15H31和十六基基团,和R3是甲基、乙基或丙基基团,并且y为0或1。
27.根据权利要求21或22所述的方法
其特征在于,
在通式II的烯属官能化烷氧基硅烷中,x为0,和/或在用饱和烃基官能化的式III的烷氧基硅烷中,y为0。
28.根据权利要求27所述的方法,
其特征在于,分别独立地
- 通式II的烯属官能化烷氧基硅烷选自乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、丁烯基三乙氧基硅烷、戊烯基三乙氧基硅烷、己烯基三乙氧基硅烷、乙基己烯基三乙氧基硅烷、庚烯基三乙氧基硅烷、辛烯基三乙氧基硅烷、环己烯基-C1至C8-亚烷基三乙氧基硅烷、环己烯基-2-亚乙基三乙氧基硅烷、3´-环己烯基-2-亚乙基三乙氧基硅烷、环己二烯基-C1至C8-亚烷基三乙氧基硅烷或环己二烯基-2-亚乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、丁烯基三甲氧基硅烷、戊烯基三甲氧基硅烷、己烯基三甲氧基硅烷、乙基己烯基三甲氧基硅烷、庚烯基三甲氧基硅烷、辛烯基三甲氧基硅烷、环己烯基-C1至C8-亚烷基三甲氧基硅烷、环己烯基-2-亚乙基三甲氧基硅烷、3´-环己烯基-2-亚乙基三甲氧基硅烷、环己二烯基-C1至C8-亚烷基三甲氧基硅烷或环己二烯基-2-亚乙基三甲氧基硅烷,和分别独立地
- 式III的烷氧基硅烷选自甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、庚基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十一基三乙氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十九基三乙氧基硅烷、十二基三乙氧基硅烷、C13H27-三乙氧基硅烷、C14H29-三乙氧基硅烷或C15H31-三乙氧基硅烷、十六基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、庚基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十一基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十九基三甲氧基硅烷、十二基三甲氧基硅烷、C13H27-三甲氧基硅烷、C14H29-三甲氧基硅烷或C15H31-三甲氧基硅烷和十六基三甲氧基硅烷,和分别独立地
- 式IV的烷氧基硅烷选自四乙氧基硅烷和四甲氧基硅烷。
29.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
使用乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
30.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
使式 II,III和/或IV的烷氧基硅烷在酸性催化剂氯化氢的存在下至少部分水解和缩合。
31.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
(v) 设定总氯化物含量小于或等于250 mg/kg。
32.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,
(v) 在重均分子量(Mw)大于或等于315 g/mol的情况下,在硅氧烷低聚物中的硅原子总数小于或等于80%至大于或等于35%作为M结构存在。
33.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于,在所述方法中
a) 使用乙烯基三甲氧基硅烷作为式II的烷氧基硅烷,
b) 使用乙烯基三乙氧基硅烷作为式II的烷氧基硅烷,
c) 使用乙烯基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷和丙基三乙氧基硅烷作为式II和III的烷氧基硅烷,或在a)、b)或c)中使用相应的甲氧基-和乙氧基-混合官能化的烷氧基硅烷,或
d) 在a)、b)或c)中附加地使用四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷或其混合物作为式IV的烷氧基硅烷。
34.根据权利要求21或22所述的方法,
其特征在于以下各个步骤:
1) 首先引入至少一种(i)式II的烯属官能化烷氧基硅烷或至少一种(i.1)式I的烯属官能化烷氧基硅烷和至少一种式III的烷氧基硅烷和分别任选地至少一种(i.2)式IV的烷氧基硅烷,
2) 加入包括溶剂、水和HCl作为酸性水解-和/或缩合催化剂的混合物,其中所述溶剂是对应于水解醇的醇,并设定水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比为1:2.75至5.0,其中所使用的醇的重量是基于式II、III和任选地IV的烷氧基硅烷重量的0.2至8 倍。
35.根据权利要求34所述的方法,
其特征在于,设定水与烷氧基硅烷的烷氧基基团的指定摩尔比为3.0至1:4.5。
36.根据权利要求34所述的方法,
其特征在于,所使用的醇的重量是基于式II、III和任选地IV的硅烷重量的0.2至1.5倍。
37.包括烯属官能化硅氧烷低聚物的组合物,该烯属官能化硅氧烷低聚物可根据权利要求21-36任一项所述的方法获得。
38.根据权利要求1-20或37任一项所述的组合物,或根据权利要求21-36任一项制备的组合物的用途,所述用途包括作为粘合剂,作为以本身已知的方式通过接枝聚合和/或水解缩合的交联剂,用于生产接枝有烯属官能化硅氧烷低聚物的聚合物、预聚物和/或矿物质填充的聚合物,用于生产接枝有烯属官能化硅氧烷低聚物的聚合物、预聚物和/或矿物质填充的热塑性塑料或弹性体或其预聚物,用于热塑性聚烯烃的接枝或聚合中,作为干燥剂,更特别地是作为水清除剂用于硅酮密封剂,在可交联聚合物中用于生产电缆,用于生产可交联聚合物,在乳状液中和/或与有机硅烷或有机聚硅氧烷一起作为油相,用于填料改性、填料涂层、树脂改性、树脂添加剂、表面改性、表面官能化、表面疏水化,在涂料体系中作为成分,在溶胶-凝胶涂料体系或混合涂料体系中作为成分,在电池中用于改性阴极和阳极材料,作为电解质液体,在电解质液体中作为添加剂,用于改性纤维,和用于改性织物,用于改性填料以用于人造石工业,作为建筑物保护剂或在建筑物保护剂中作为成分,作为添加剂用于矿物硬化的物料,用于改性木材、木材纤维和纤维素。
39.根据权利要求38的用途,用于改性玻璃纤维和天然纤维。
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