CN1051566C - 用于制备防粘附有机聚硅氧烷膜的有机聚硅氧烷混合物 - Google Patents

用于制备防粘附有机聚硅氧烷膜的有机聚硅氧烷混合物 Download PDF

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Abstract

通过加入说明书中所述的组分而交联的有机聚硅氧烷组合物，其特点在于可使用单一一种组合物来涂布各种基材，而无需更换含涂料组合物的储罐。

Description

用于制备防粘附有机聚硅氧烷膜的有机聚硅氧烷混合物
本发明涉及用于薄层基材减少粘附处理的物质。为防止粘性物质对纸或其它基材表面的附着，可在这些表面上涂布有机聚硅氧烷的方法是已知的(参见例如W.Noll，“Chemie und Technologie derSilicone”，Weinheim 1968，第520-521页)。专利4772515公开了通过向其中加入具有不饱和有机基团，并具有至少两个支化点，而且至少每个末端Si原子具有至少一个不饱和基团的组分交联的体系。
对于制备排斥粘性物质的聚硅氧烷涂料的方法以及以这些方法为基础形成的物质有着越来越大的需求。需要这样的方法和物质，即能够完满涂布所有可能的基材，不管这些表面的化学和物理性质如何。
近来，由于具有非常光滑表面和非常粗糙表面的基材之间的范围的增大，已将传统硅涂布剂的能力推至极限。例如，这导致由于其结构组成提供涂布纸上的完美薄膜的涂布体系不能涂布非常光滑的纸。当在其表面上施加较大应力时，出现很大的擦去(rubbed-off)部分，而且这种情况不论是通过较长时间固化或是较高温度固化都难以避免。相反，对于非常光滑的纸能提供完好的涂布的体系不能涂布高度涂布的纸(highly coated paper)。因此，只有使用结构式各不相同的几种涂布剂才能使现代的纸的范围得以或多或少的扩展。
EP-A403890的目的是寻找一种涂布剂，它适合于没有擦去部分地对极光滑的(包括合成的)表面和高度涂布的或类似的表面这两类表面进行完美地涂布。据述该体系的优点是在工业涂布期间在改变纸的类型时不需更换涂布机中的储罐中的涂布剂。
EP-A403890的纸用涂布剂与通常使用的结构不同之处例如在于支化的，除了具有带不饱和基团的三有机甲硅烷氧基单元之外具有不含这些基团的三有机甲硅烷氧基单元。
在纸用硅涂料领域进一步的发展过程中，需要能更快速固化的体系，以充分利用机器的生产能力。而且，这种更快速的固化不应该仅在通常固化温度下发生，而且也应在相当低的温度，在100℃左右发生，使得热敏纸和基材也能被经济地涂布。
本发明的要点解决了这个问题。
本发明提供加入就可以交联的有机聚硅氧烷混合物，包括：
a)有不饱和烃基的支化的有机聚硅氧烷，
——其中至少90％的有机基团是甲基，
——分子量平均为9000至60000，
——其中二有机甲硅烷氧基单元(D单元)数目与支化点数目之比平均在15和40之间，
——其中至少一个三有机甲硅烷氧基单元(M单元)和至多所有M单元的一半是不含不饱和基团的，其余的M单元各自只有一个不饱和基团且不饱和基团含量为0.2至1mmol/g，
b)线型甲基氢聚硅氧烷(methylhydrogenpolysiloxane)
——其中每摩尔甲硅烷氧基单元的数目大于组分a)D单元数与支化点数之比，
——其中至少一半的双官能甲硅烷氧基单元(D单元)有直接与硅相连的氢原子，
——其中组分a)和b)的相对比例应使得组分b)的SiH基团数目与组分a)的不饱和烃原子数之比在1.5和3.5之间，
C)有效量的铂催化剂，
并可任选加入
d)常用辅助物和添加剂，不直接参与加聚反应，其用量在混合物总重量的5％以下。
优选的组分a)每个分子至少具有12个T单元。
本发明的有机聚硅氧烷混合物具有非常高的交联速度，使得可达到高的传动带速度，特别是在纸从辊中拉出，拉过涂布装置，然后通过热处理装置的纸的机械涂布过程中。
试图对于本发明交联的高速度的解释基于一种假设，即它是由于与具有不饱和烃基的支化有机聚硅氧烷的线型部分相比，线型甲基氢聚硅氧烷非常长。甲基氢聚硅氧烷实际上可在其整个长度上提供SiH基团作交联部分，而支化有机聚硅氧烷仅提供端基上的不饱和烃基作为交联剂。由于甲基氢聚硅氧烷的长度远远超过支化有机聚硅氧烷的线型部分的长度，一个甲基氢聚硅氧烷分子可找到在同一支化有机聚硅氧烷分子及其它支化有机聚硅氧烷分子上的几个末端反应基团，而无需耗时的欲交联混合物中的分子运动。支化有机聚硅氧烷的线型部分D单元平均数总计约为每个分子中二有机甲硅烷氧基单元的总数与每个分子中支化点数目之比的一半，即约在7和20之间。按照本发明的线型甲基氢聚硅氧烷的长度至少约为每个分子中有机甲硅烷氧基数目的二倍。
支化的有机聚硅氧烷的端基不含不饱和基团，其功能为内部柔软剂。可用不含不饱和基团的端基(M单元)的数目控制交联膜的柔韧性。
90％的支化有机聚硅氧烷的有机基团应由甲基组成。考虑到末端不饱和有机基团之后，剩余的有机基团可由C1-C14烷基、环烷基或可任选地被烷基取代的苯基组成。而且，少量的非末端链烯基也是可以的。通过选择这些剩余有机基团，使得用本发明的有机聚硅氧烷混合物生产的涂料具有防粘附性。然而，较大的有机基团导致欲交联的混合物中分子活动能力减少，从而降低了交联速度。因此按照本发明，除了末端不饱和基团之外，所有有机基团均应优选甲基。组分a)的不饱和烃基可以是C2-C8链烯基，它们也可被氧插入，例如-CH＝CHCH2OCH2CH＝CH2。优选使用乙烯基或烯丙基，更优选乙烯基。
优选用一有机甲硅烷氧基单元即三官能甲硅烷氧基单元(T单元)作组分a)的支化点。它们也可以被四官能甲硅烷氧基单元(SiO4/2单元，Q单元)部分取代。这里根据本发明，将一个Q单元计作两个支化点，即两个T单元。优选不超过一半的支化点由Q单元组成，即T单元数与Q单元数之比至少应为2。
线型甲基氢聚硅氧烷(组分b)优选具有三甲基甲硅烷氧基端基。至少一半D单元应具有与硅直接相连的氢原子(H(CH3)SiO基团)。具有与硅直接相连的氢原子的基团数优选在70％和85％D单元之间。而且每个分子的甲硅烷氧基单元的数目优选不应超过组分a)D单元数与支化点数之比的两倍。带有大量甲硅烷氧基单元的线型甲基氢聚硅氧烷优选有较小相对数目的具有直接与硅相连的氢原子的D单元，使得混合物中SiH基团数目与不饱和烃基团数为给定的比例时，交联速度不会被与支化的有机聚硅氧烷分子数相比太少量的甲基氢聚硅氧烷分子所降低。
满足上述条件的聚硅氧烷混合物结构实例如下：
[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]5[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)2SiO]200[CH3SiO3/2]5
和[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9或
[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]5[(CH3)3SiO1/2]4[CH2＝CH(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]280
[CH3SiO3/2]7和
[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]33[(CH3)2SiO]9和
[(CH3)3SiO1/2]7[CH2＝CH(CH3)SiO]2[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]4
[(CH3)2SiO]133...358[CH2＝CHSiO3/2]3[CH3SiO3/2]6或
[(CH3)3SiO1/2]3[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]7[(CH3)2SiO]120...320
[(CH3SiO3/2]4[SiO2]2，
每一个具有适宜选择的甲基氢硅氧烷。
组成如上的聚合物可按照本领域技术人员熟知的常用方法制备，例如通过氯代硅烷的水解，随后与低分子环状二有机聚硅氧烷聚合来制备。
辅助物和添加剂可以是调节剂、催化剂的配位剂或溶剂。
上述组成的优点是可以无妨碍地将这些材料同样用于光滑纸和粗糙纸，例如高度涂布的纸。同时，在欲避免高的交联温度的场合，可不采用无限制的长的交联时间。由于这种普适性，结果使得在工业硅化处理过程中仅需要标准化方法，这使得所谓纸种类的连续变化成为可能。
本发明也提供根据本发明的混合物在用于基材尤其是纸的防粘附涂料方面的用途。
可使用常规方法施用上述混合物，例如采用浸渍、滚动、喷雾、涂布、倾倒等方法。硬化优选在90和200℃之间进行。
下列实施例用于进一步说明本发明方法，但对本发明无限制。实施例1-8
制备下列混合物。实施例1
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]7[(CH3)3SiO1/2]3[(CH3)2SiO]250[CH3SiO3/2]8的乙烯基聚合物，
1.6重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量440ppm，
0.85重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂实施例2
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]7[(CH3)3SiO1/2]3[(CH3)2SiO]250[CH3SiO3/2]8的乙烯基聚合物，
1.1重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量1320ppm，
0.85重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂实施例3
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]7[(CH3)3SiO1/2]7[(CH3)2SiO]320[CH3SiO3/2]12的乙烯基聚合物，
1.6重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量440ppm，
0.85重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂实施例4
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]7[(CH3)3SiO1/2]7[(CH3)2SiO]320[CH3SiO3/2]12的乙烯基聚合物，
1.1重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量1320ppm，
0.85重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂实施例5(对比例)
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)SiO]6[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)2SiO]220的乙烯基聚合物，
0.5重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量1320ppm，
1.1重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂实施例6(对比例)
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)SiO]6[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)2SiO]220的乙烯基聚合物，
1.0重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量1320ppm，
1.15重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂实施例7(对比例，类似于EP-A403890的实施例2)
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]3[(CH3)3SiO1/2]3[(CH3)2SiO]250[CH3SiO3/2]4的乙烯基聚合物，
1.6重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量440ppm，
0.5重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂实施例8(对比例，类似于EP-A403890的实施例2)
12重量份组成为[CH2＝CH(CH3)2SiO1/2]3[(CH3)3SiO1/2]3[(CH3)2SiO]250[CH3SiO3/2]4的乙烯基聚合物，
1.1重量份在上述聚合物中的铂配合物溶液，铂含量1320ppm，
0.5重量份组成为[(CH3)3SiO1/2]2[(CH3)HSiO]30[(CH3)2SiO]9的交联剂。固化试验实施例1A-8A实验室试验
将按照实施例1至8的混合物用实验室用刮刀涂于各种来源的光滑压光纸上。膜厚2μm。将纸放置在90℃的接触反应器中并固化直到它们不再能被“擦去”。这些时间在下表中示为t分钟。实施例1B-8B机械试验
在现代化机器上在三种温度进行机械试验，每个实例(按照实施例1至8的混合物)的速度(Vmax)分别在各相关温度无“擦去”发生时测得。由于机械技术的原因，测试时无法进行超过300m/分钟的试验。
结果示于表1中。300m/分钟的机器传动带的最大可能速度分别在最低温度110℃，催化剂最低含量50ppm时达到。据信在160℃的交联温度可达到高得多的机器速度。
                  表1
实施例     A               B   Pt[ppm]
  接触反应器[℃]   tmin[秒：]  机器[℃]   机器[Vmax]
  1   90   13   160120110   300m/分钟300300   50
  2   90   9   160120110   300300300   100
  3   90   13       未测试   50
  4   90   10       未测试   100
  5(对比例)   90   15   160120110   240*)*)   50
  6(对比例)   90   11   160120110   240150*)   100
  7(对比例)   90   19   160120110   150*)*)   50
  8(对比例)   90   11   160120110   200*)*)   100
*)Vmax 未测定，因为从经济角度考虑已不合理了
                                         (少于150m/分钟)
应该理解，说明和实施例仅用于描述本发明而不是对本发明的限制，本领域技术人员可采用本发明宗旨和范围内的其它实施方案。

Claims (8)

1.一种通过加入可交联的有机聚硅氧烷组合物，包括：
a)有不饱和烃基的支化的有机聚硅氧烷，
——其中至少90％的有机基团是甲基，
——分子量平均为9000至60000，
——其中有机二甲硅烷氧基单元即D单元数目与支化点数目之比平均在15和40之间，
——其中至少一个有机三甲硅烷氧基单元即M单元和至多所有M单元的一半是不含不饱和基团的，其余的M单元各自只有一个不饱和团且不饱和基团含量为0.2至1mmol/g，
b)线型甲基氢聚硅氧烷
——其中每摩尔甲硅烷氧基单元的数目大于组分a)D单元数与支化点数之比，
——其中至少一半的双官能甲硅烷氧基单元即D单元有直接与硅相连的氢原子，
——其中组分a)和b)的比例应使得组分b)的SiH基团数目与组分a)的不饱和烃原子数之比在1.5和3.5之间，
C)催化量的铂催化剂。
2.权利要求1的组合物，其中组分a)的支化点包括三官能有机-甲硅烷氧基单元T单元，T单元中至多一半可任选地被四官能甲硅烷氧基基团Q单元所取代，其中测定支化点与D单元的比例时每个Q单元计为两个支化点。
3.权利要求1的组合物，其中不饱和烃基是C2-C8链烯基。
4.权利要求1的组合物，其中组分b)的有机甲硅烷氧基的数目至多为组分a)D单元数与支化点数之比的二倍。
5.权利要求1的组合物，其中组分a)每个分子中具有至少12个T单元。
6.权利要求1的组合物，包含至多5重量％的添加剂。
7.对于用防粘附涂料涂布基材的改进，包括用权利要求1的一种组合物进行涂布。
8.对于用储罐中的防粘附涂料对多种不同基材进行涂布的改进，包括用权利要求1的一种组合物进行涂布，从而可使用同一储罐和组合物，无需更换。
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