CN107087410B - 铂络合物及其在可通过氢化硅烷化反应交联的化合物中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通式(I)的铂络合物:R3 3Pt{CpR4 5‑r‑t[(CR2)nSiR1 oR2 p]t[SiR7 sR8 3‑s]r} (I)基团和指数具有权利要求1所示的含义,特别是涉及可以通过紫外线和/或可见光辐照活化的铂催化剂,其制备方法,它们在可交联组合物中的用途以及如此制备的交联产物,例如通过辐照产生的硅氧烷弹性体。
Description
本发明涉及铂络合物,特别是涉及通过紫外线和/或可见光辐照活化的铂催化剂,其制备方法,其在可交联组合物中的用途,以及由其制备的交联产物,如通过辐照制备的有机硅弹性体。
通常,在加成交联的有机硅组合物中,交联操作通过氢化硅烷化反应进行,其中所用的催化剂通常是铂或铂族的其他金属。在催化进行的反应中,脂族不饱和基团与和Si键合的氢反应,以通过形成网络而将可加成交联的有机硅组合物转化成弹性体状态。
根据现有技术,所用催化剂的活化通常通过热方式实现,这意味着为了所述交联操作,需要加热所述可加成交联的有机硅组合物。在这种情况下,有机硅组合物常常需要被施加到基底上,例如在涂布操作中和在选择的灌封、模塑和共挤出或其他成型方法中。此时,实际的硫化操作是通过加热过程来实现的,为此,通常需要操作昂贵且耗能的设备。
使用通过紫外线和/或可见光辐照可交联的混合物在许多应用中都伴随着成本节约,其在某些情况下是相当可观的。因此,可以节省能源和工艺成本,从而相应地提高生产率。此外,利用紫外线和/或可见光辐照的交联通常可实现连续生产,与不连续的间歇工艺相比,其具有进一步的生产率优势。另外的优点在于,特别是在多部件组件的情况下,例如包含与弹性体材料一起作为复合物组分的热塑性材料的硬-软复合物,免于使用高温制造步骤防止了组件的热翘曲。
技术文献描述了适用于通过辐照引发氢化硅烷化反应的大量铂络合物。所描述的所有铂催化剂都可以被光活化,且即使在光源关闭之后,也可以交联有机硅组合物。该操作是本领域技术人员已知的暗反应。
相比之下,暗稳定性描述了在黑暗条件下含有可光活化催化剂的组合物的稳定性,即组合物的最终技术上需要的储存稳定性。
EP 0 146 307 B1公开了在有机硅基质中具有良好溶解性的(η5-环戊二烯基)三(σ-烷基)铂(Ⅳ)络合物。
EP 1 803 728 A1公开了在环戊二烯基环上带有特定取代基(萘基、蒽基等)的改性的(η5-环戊二烯基)三(σ-烷基)铂(Ⅳ)络合物,以提高量子产率并将活化所需的光波长移动到长波范围。然而,芳环的连接对络合物在有机硅基质中的溶解度具有不利影响。
所有所述的(η5-环戊二烯基)三(σ-烷基)铂(Ⅳ)络合物都仅在环戊二烯基配体上带有基团,其不会破坏任何氢化硅烷化反应,即特别是没有不饱和基团。
EP 2 238 145 B1描述了将(η5-环戊二烯基)三(σ-烷基)铂(Ⅳ)络合物连接到聚合物上,以降低该类化合物的挥发性。没有通过实例的方式列出络合物中的不饱和基团。讨论了通过不饱和基团连接的理论选择。所述络合物上的不饱和基团通常不包括任何甲硅烷基。
所有含有(η5-环戊二烯基)三(σ-烷基)铂(IV)络合物的组合物的共同点是没有关于提高暗稳定性的任何改性的描述。
Royo针对早期过渡金属的茂金属化合物描述了烯丙基甲硅烷基取代的环戊二烯基团(Chem.Commun.1998,17)。烯丙基甲硅烷基特别适用于阳离子金属中心的稳定化,所述阳离子金属中心因失去σ-键合的烷基而产生。没有描述后过渡金属如铂的这种茂金属化合物。
总之,可以说到目前为止已知的通过可见光和/或UV辐照可交联的有机硅组合物都不能令人满意地满足可特别用于工业生产的这种有机硅组合物的要求。
因此,本发明的目的是提供适用的铂催化剂。本发明的另一个目的是提供不具有上述缺点,特别是暗稳定性不足的,有机硅组合物。
本申请提供的铂络合物的通式为
R3 3Pt{CpR4 5-r-t[(CR2)nSiR1 oR2 p]t[SiR7 sR8 3-s]r} (I)
其中
Cp是环戊二烯基团,
n是1-8的整数,
o是0、1、2或3,
p是0、1、2或3,条件是o+p=3,
r是1、2、3、4或5,优选1、2或3,更优选1或2,特别是1,
t是0、1、2、3或4,优选0或1,更优选1,条件是r+t≤5,优选3,
s是0、1或2,优选2,
R可以相同或不同,是氢原子或单价的未被取代或被取代的烃基,
R1可以相同或不同,是单价的未被取代或被取代的烃基,其可以被杂原子中断,
R2可以相同或不同,是可水解的基团或氧键合的甲硅烷氧基,
R7可以相同或不同,是单价的、未被取代或被取代的脂族饱和烃基,其可以被杂原子中断,或氧键合的甲硅烷氧基,
R8可以相同或不同,是脂族不饱和的、任选地被取代的基团,
R3可以相同或不同,是单价的、未被取代或被取代的、脂族饱和烃基,
R4可以相同或不同,是氢原子、SiC-键合的甲硅烷基、或未被取代的或被取代的烃基,所述烃基可以被杂原子中断。
环戊二烯基团Cp是文献中的常识。在本发明的文中,优选将环戊二烯基基团Cp理解为是指环戊二烯基阴离子,其由带单个负电荷的芳族五元环体系C5R′5 -组成。本发明文中的环戊二烯基铂络合物含有与含铂的片段M键合的环戊二烯基团η5
其中R′代表任何所需的基团,其也可以相互连接以形成稠环。
R1基团的实例是烷基,例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、异戊基、新戊基、叔戊基;己基,如正己基;庚基,如正庚基;辛基,如正辛基和异辛基,如2,4,4-三甲基戊基;壬基,如正壬基;癸基,如正癸基;十二烷基,如正十二烷基;十六烷基,如正十六烷基;十八烷基,如正十八烷基;环烷基,例如环戊基、环己基、环庚基和甲基-环己基;烯基,例如乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、正-5-己烯基、4-乙烯基环己基和3-降冰片烯基;芳基,如苯基、萘基、蒽基和菲基;烷芳基,例如邻-、间-和对-甲苯基、二甲苯基、均三甲苯基和邻-、间-和对-乙基苯基;和芳烷基,如苄基和α-和β-苯基乙基。
取代的R1基团的实例为卤代烷基,如3,3,3-三氟正丙基、2,2,2,2′,2′,2′-六氟异丙基和七氟异丙基,和卤代芳基,如邻-、间-和对-氯苯基。
优选地,所述R1基团包含具有1-30个碳原子的单价烃基,其可以被杂原子如O、N、S、或P中断,更优选具有1至8个碳原子的单价脂族饱和烃基,特别是甲基或苯基,最优选甲基。
R基团的实例是氢原子及针对R1基团所述的实例。
优选地,所述R基团包含氢原子或具有1-30个碳原子的烃基,更优选氢原子或具有1-8个碳原子的线性饱和烃基,特别是氢原子。
优选地,可水解的R2基团是羧基-O-C(O)R5、肟基-O-N=CR5 2、有机氧基-OR5、酰胺基–NR6-C(O)R5、氨基–NR6 2或胺氧基-O-NR6 2,其中R5和R6各自可以相同或不同,如R所定义,更优选是羧基或有机氧基。
优选地,R5基团包含具有1-6个碳原子的烃基,其可被氧原子中断,更优选具有1-3个碳原子的烃基。
优选地,R6基团包含具有1-6个碳原子的烃基,更优选具有1-3个碳原子的烃基。
甲硅烷氧基R2的实例是具有1-5000个甲硅烷氧基单元的线性或支化低聚和聚甲硅烷氧基,所述甲硅烷氧基单元含有二甲基甲硅烷氧基、苯基甲基甲硅烷氧基、二苯基甲硅烷氧基、甲基甲硅烷氧基、苯基甲硅烷氧基或SiO4/2单元,并带有羟基、三甲基甲硅烷基、二甲基甲硅烷基或乙烯基端基。
优选地,作为甲硅烷氧基的R2包括下式的那些基团
-(OSiR9 2)m-R9 (II)
其中m是1-5000的整数,优选8-50,且R9可以相同或不同,与R1基团的定义相同。
优选地,R2基团包含烷氧基、羧基或甲硅烷氧基,更优选甲氧基、乙酰氧基、2-甲氧基乙氧基或甲硅烷氧基-(OSiMe2)8-500-CH=CH2或-(OSiMe2)8-500-CH3,其中Me=甲基。
R7基团的实例是对R1基团所述的实例,是任选地被取代的脂族饱和烃基,和对R2基团所述的实例,是甲硅烷氧基。
优选地,R7基团包含具有1-30个碳原子的单价脂族饱和烃基,其可以被卤素原子取代,并可以被诸如O、N、S或P的杂原子中断,更优选具有1至8个碳原子的单价脂族饱和烃基,特别是甲基或苯基,最优选甲基。
R8基团的实例是对R1基团所述的实例,是任选地被取代的脂族不饱和烃基。
优选地,R8基团包含式-CR10 2-CR10=CR10 2的基团,其中R10可以相同或不同,并且如对R基团所定义。
优选地,R10基团包含氢原子或具有1-30个碳原子的烃基,更优选氢原子或具有1-8个碳原子的线性饱和烃基,特别是甲基或氢原子,最优选氢原子。
R3基团的实例是针对R1基团所述的实例,是任选地被取代的烃基。
优选的R3基团是具有1-30个碳原子的脂肪烃基,任选地被卤素原子、甲硅烷基或芳基取代,并且可以被诸如O、N、S或P的杂原子中断,更优选具有1-12个碳原子的线性或支化的烷基,特别是甲基。
作为可以被杂原子中断的任选地被取代的烃基的R4基团是单价或多价的,优选单价。二或多价的R4基团也可以形成一个或多个与环戊二烯基稠合的环,并且可以是芳香、饱和或脂族不饱和的。多价键R4基团还可以通过多于一个点与环戊二烯基键合,并形成一个或多个与环戊二烯基稠合的环,且可以是芳香、饱和或脂族不饱和的。
R4基团的实例如对于R基团所述的,是单价、任选地被取代的烃基和与SiC键合的甲硅烷基SiR7 3,例如三烷基甲硅烷基。通过连接的单价或二价的R4基团形成的稠环的实例是苯并、萘并、环戊或环己基。
优选地,R4基团包含氢原子或具有1-30个碳原子的单价烃基,其任选被卤素原子取代,并可以被诸如O、N、S或P的杂原子中断,或是苯并基团或三烷基甲硅烷基,更优选氢原子或具有1或8个碳原子的单价、脂族饱和烃基或苯并基团,特别是氢原子或甲基。
本发明的式(I)的铂络合物的实例是
·三甲基[(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[((2-甲基烯丙基)二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(三甲氧基甲硅烷基)甲基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(2-三甲氧基甲硅烷基)乙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(3-二甲氧基甲基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)-环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(4-三甲氧基甲硅烷基)丁基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(2-三甲氧基甲硅烷基)-1-甲基乙基-(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(3-三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基-2-丙基-(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[双(2-甲基烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(三甲氧基甲硅烷基)甲基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(2-三甲氧基甲硅烷基)乙基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(4-三甲氧基甲硅烷基)丁基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(2-三甲氧基甲硅烷基)-1-甲基乙基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(3-三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基-2-丙基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[三(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(三乙氧基甲硅烷基)甲基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(三乙酰氧基甲硅烷基)甲基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(3-双三甲基甲硅烷氧基)甲基甲硅烷基丙基](烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(3-三乙氧基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三甲基[(三乙氧基甲硅烷基)甲基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(3-三乙氧基甲硅烷基)丙基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(三乙氧基甲硅烷基)甲基三(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三乙基[(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)
·三(三甲氧基甲硅烷基甲基)[(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三乙基[(三甲氧基甲硅烷基)甲基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三乙基[(三甲氧基甲硅烷基)甲基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三乙基[三(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),和
·三乙基[(三甲氧基甲硅烷基)甲基三(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)。
优选地,本发明的铂络合物是
·三甲基[(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(3-二甲氧基甲基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)-环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),和
·三甲基[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
更优选
·三甲基[(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
·三甲基[(3-二甲氧基甲基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)-环戊二烯基]铂(IV),和
·三甲基[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),
特别是
·三甲基[(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),和
·三甲基[(3-二甲氧基甲基甲硅烷基)丙基(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV)。
式(I)的本发明的铂络合物是空气稳定的,且在没有可水解基团的存在下,是对湿气稳定(moisture stable)的化合物。它们对辐照不稳定,因此它们可以被光化学活化并催化氢化硅烷化反应。
具有可水解的R2基团的式(I)的铂络合物可通过已知的硅氧烷化学方法,如(共)水解、(共)缩合或平衡,被转变成聚合物键合的络合物,R2是甲硅烷氧基。
式(I)的本发明的铂络合物的优点在于它们易于制备且空气稳定,且在没有可水解基团的存在下,对湿气稳定。它们可以用标准的辐照源活化,并在此情况下可作为氢化硅烷化催化剂。在除了避光之外,优选在处理所述络合物和配制含有所述络合物的配制物时不需要额外的措施。
通式(I)的本发明的铂络合物优选如下制备:在诸如二乙基醚、四氢呋喃、呋喃、乙酸乙酯和乙酸甲酯的非质子溶剂中,使铂前体与在硅原子上含有至少一个脂族不饱和烃基的甲硅烷基环戊二烯盐在-78℃至100℃的温度和环境大气压,即约1013hPa,和惰性气体下进行反应。如果需要,将所形成的盐用水溶解,并在减压下脱挥发有机相,如果铂络合物的挥发性适当,在减压和不超过100℃的温度下将其蒸馏。所述络合物的纯化也可以通过结晶、升华、色谱法、萃取或其他标准方法进行。所述合成和纯化方法基于本领域技术人员已知的方法。
所有的合成步骤优选在排除波长小于500nm的短波光的情况下实施。这种条件是本领域技术人员已知的,例如,光刻法,其中使用了光化学惰性的照明(“黄光”)。
根据本发明使用的铂前体优选包括市售的三烷基-铂(IV)卤化物,例如(Me3PtI)4、(Me3PtCl)4或(Me3PtCl)4,其中Me=甲基。优选地,在与铂前体反应之前,通过相应的甲硅烷基-环戊二烯和强碱,例如LiH、NaH、KH、正丁基锂或叔丁基锂,的去质子化来制备甲硅烷基环戊二烯化物。所述合成可以通过标准化学方法进行。例如,可参考Magnetic Resonancein Chemistry 1992,30,481或J.Am.Chem.Soc.Chem.Soc.1989,111,8779。
通式(I)的本发明的铂络合物,其中t>0,R2作为可水解的基团,另外具有的优点是,在所述络合物的适当纯化后,它们可以(共)水解并缩合成硅氧烷基质,因此为聚合物键合的形式。通过标准技术和随后任选连接到硅氧烷基质上的制备高纯度的式(I)本发明络合物的方法可以降低未交联和交联的有机硅混合物的有机硅基质中催化剂的蒸气压和生物可利用性。
与其他类似地带有可水解或可缩合基团的有机硅化合物的(共)水解和(共)缩合是本领域技术人员已知的工艺步骤。可用于本发明方法中的适用的有机硅化合物的实例是烷氧基硅烷如二甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基甲基二乙氧基硅烷、正十八烷基三甲氧基硅烷、六甲氧基二硅烷、1,1,3,3-四乙氧基-1,3-二甲基二硅氧烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、和硅氧烷,例如,乙烯基三(二甲基甲硅烷氧基)硅烷、1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙氧基二硅氧烷、α,ω-硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷[CAS70131-67-8]、α,ω-硅烷醇封端的二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物[CAS 68951-93-9,68083-14-7]、α,ω-硅烷醇封端的聚二苯基硅氧烷[CAS63148-59-4]、α,ω-硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷[CAS 68607-77-2]和硅烷醇三甲基甲硅烷基改性的Q树脂[CAS56275-01-5]。
对于根据本发明任选地进行的共水解,可以使用本领域技术人员已知的催化剂,例如,酸、碱或Zn化合物、Al化合物或Sn化合物,例如双(2,4-戊二酮)锌、三(2,4-戊二酮)铝、三氟乙酸或乙酸。
本发明还提供了制备本发明的式(I)的铂络合物的方法,其特征在于使环戊二烯盐与三有机铂(IV)卤化物反应。
本发明方法的优点在于可以使用本领域技术人员已知的有机化学合成制备多种取代的环戊二烯,然后可以通过已知的金属化方法简单地将其转化成相应的环戊二烯化物。所述方法的优点是可以使环戊二烯化物与市售易得的三有机铂(IV)卤化物反应,且仅在该方法步骤之后才需要避光。
本发明方法的优点还在于,式(I)的铂络合物可以以高纯度制备,且在此基础上,可以制备单组分可加成交联的混合物。
本发明的铂络合物或根据本发明制备的铂络合物可被用于迄今为止使用铂络合物的所有目的。
本发明的铂催化剂可用作氢化硅烷化反应的催化剂,其中通过紫外线或可见光辐照进行活化。
本发明还提供加成交联组合物,其特征在于它们包含式(I)的铂络合物。
优选地,本发明的组合物包含
(i)至少一种选自化合物(A)、(B)和(C)的化合物,其中
(A)是含有至少两个具有脂族碳-碳多重键的基团的有机化合物和/或有机硅化合物,
(B)是含有至少两个Si键合的氢原子的有机硅化合物,和
(C)是含有SiC-键合的基团和Si-键合的氢原子的有机硅化合物,所述SiC-键合的基团具有脂族碳-碳多重键,
条件是,所述组合物包含至少一种具有脂族碳-碳多重键的化合物和至少一种具有Si-键合的氢原子的化合物,和
(ii)至少一种
(D)式(I)的铂催化剂。
根据现有技术选择在本发明组合物中使用的化合物(A)、(B)和(C),使得它们可以转化为交联状态。例如,化合物(A)可具有至少两个脂族不饱和基团和(B)具有至少三个Si键合的氢原子,或者化合物(A)可具有至少三个脂族不饱和基团和硅氧烷(B)具有至少两个Si-键合的氢原子,或者,不是化合物(A)和(B),可以使用具有脂族不饱和基团和Si-键合的氢原子的硅氧烷(C),使得可以进行所述组分的交联。另外可能的是(A)、(B)和具有脂族不饱和基团和Si键合的氢原子的(C)的混合物。
根据本发明所用的组分(A)、(B)和(C)的定量比例对应于现有技术已知的那些比例。铂催化剂(D)的用量使得,基于Pt(0)含量,使得现有技术中已知催化剂的量类似地存在于本发明的组合物中。
根据本发明使用的化合物(A)可以包含优选具有至少两个脂族不饱和基团的无硅有机化合物和优选具有至少两个脂族不饱和基团的有机硅化合物,或其混合物。
优选地,如果组分(A)包含有机硅硅氧烷化合物,则其不含任何相邻的具有单价基团的甲硅烷氧基,所述单价基团具有脂族碳-碳多重键R”,即没有R”Si-O-SiR”部分。
无硅有机化合物(A)的实例是1,3,5-三乙烯基环己烷、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、7-甲基-3-亚甲基-1,6-辛二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、1,5-己二烯、1,7-辛二烯、4,7-亚甲基-4,7,8,9-四氢茚、甲基环戊二烯、5-乙烯基-2-降冰片烯、双环[2.2.1]七-2,5-二烯、1,3-二异丙烯基苯、含有乙烯基的聚丁二烯、1,4-二乙烯基环己烷、1,3,5-三烯丙基苯、1,3,5-三乙烯基苯、1,2,4-三乙烯基环己烷、1,3,5-三异丙烯基苯、1,4-二乙烯基苯、3-甲基-1,5-庚二烯、3-苯基-1,5-己二烯、3-乙烯基-1,5-己二烯和4,5-二甲基-4,5-二乙基-1,7-辛二烯、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、1,1,1-三(羟甲基)丙烷三丙烯酸酯、1,1,1-三(羟甲基)丙烷三甲基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、二烯丙基醚、碳酸二烯丙酯、N,N'-二烯丙基脲、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯。
优选地,本发明的有机硅组合物包含作为组分(A)的至少一种脂族不饱和有机硅化合物,其可以使用目前在加成交联组合物中使用的任何脂族不饱和有机硅化合物。
如果(A)是具有带有脂族碳-碳多重键的SiC键合基团的有机硅化合物,则其优选包含由下述通式的单元组成的线性或支化的有机聚硅氧烷
R11 aR12 bSiO(4-a-b)/2 (IV),
其中
R11可以相同或不同,是羟基或单价、任选地被卤素取代的、具有1-20个碳原子并任选地含有氧、氮、硫或磷原子的脂族饱和烃基,
R12可以相同或不同,是单价、任选地被卤素取代的、具有2-10个碳原子并任选地含有氧、氮、硫或磷原子的脂族不饱和烃基,
a是0、1、2或3,
b是0、1、2或3,优选平均为0.0001至2,条件是a+b≤4,平均1.5<(a+b)≤3,且每个分子中具有至少两个脂族不饱和R12基团,其中在所述分子中没有b不等于0的式(IV)单元互相连接。
优选地,所述R12基团包含被卤素取代的烃基,其具有2-10个碳原子,任选地含有氧、氮、硫或磷原子并具有端基碳-碳双键。
根据本发明使用的有机硅化合物(A)在25℃下的粘度优选为1-40 000 000mPa*s,更优选50-1 000 000mPa*s。
所述粘度的测定是根据DIN EN ISO 3219:1994(液体状态下的聚合物/树脂,或作为乳液或分散体)和DIN 53019(利用旋转粘度计测量粘度和流动曲线),使用带有板/锥体系的Anton Paar MCR301空气流变仪,在25℃下测定。
所用的有机硅化合物(B)可以是任何目前已经被用于可加成交联组合物的氢官能的有机硅化合物。
含有Si-H键合的氢原子的有机硅化合物(B)优选是由以下通式的单元组成的线性或支化的有机聚硅氧烷
R13 cHdSiO(4-c-d)/2 (V)
其中
R13可以相同或不同,且如R11基团所定义,
c是0、1、2或3,且
d是0、1或2,
条件是c+d≤4,且所述有机硅化合物每个分子具有至少2个Si-键合的氢原子。
组分(B)的实例是Me3Si-O-[(Me2SiO)90(MeHSiO)10]-SiMe3。
根据本发明使用的有机硅化合物(B)在25℃的粘度优选为100-40 000 000mPa*s,更优选1000-500 000mPa*s。
优选地,组分(A)、(B)或(C)在本发明可交联组合物中的量使得SiH基团对脂族不饱和基团的摩尔比例为0.1-20,更优选1.0-5.0。
不是组分(A)和(B),本发明组合物可含有同时具有脂族碳-碳多重键和Si-键合的氢原子的有机硅化合物(C)。本发明组合物还可能含有所有的(A)、(B)和(C)三种组分。如果使用有机硅化合物(C),它们优选是由如下通式的单元组成的化合物:
R11 gSiO4-g/2(VII),
R11 hR12SiO3-h/2(VIII),和
R11 iHSiO3-i/2(IX),
其中R11和R12可以相同或不同,并如上所定义,
g是0、1、2或3,
h是0、1或2和
i是0、1或2,条件是每个分子中存在至少2个R12基团和至少2个Si-键合的氢原子。
有机聚硅氧烷(C)的实例由SiO4/2、R11 3SiO1/2、R11 2R12SiO1/2和R11 2HSiO1/2单元组成,被称作MQ树脂,其中这些树脂可另外含有R11SiO3/2和R11 2SiO2/2单元,和基本上由R11 2R12SiO1/2、R11 2SiO2/2和R11HSiO2/2单元组成的线性有机聚硅氧烷,R11和R12定义如上。
所述有机聚硅氧烷(C)的粘度优选为0.01-500 000mPa*s,更优选0.1-100000mPa*s,各种情况均是在25℃下。
根据本发明可用的组分(A)、(B)和(C)是标准的市售产品或可通过标准化学方法制备。
所用铂络合物(D)的量取决于所需的交联速率和经济因素。通常,每100重量份的可交联组合物,优选使用1×10-5至5×10-2重量份,更优选1×10-4至1×10-2重量份的铂络合物,每种情况都根据铂金属来计算。
除了上述组分(A)、(B)、(C)和(D)之外,在本发明组合物中还可以存在其他组分,例如抑制剂和稳定剂(E)、填料(F)、和添加剂(G)。
组分(E)用于本发明组合物的加工时间、起始特性和交联速率的受控调节。这些抑制剂和稳定剂在加成交联组合物领域中是非常公知的。通常使用的抑制剂的实例是炔醇,例如1-乙炔基-1-环己醇、2-甲基-3-丁炔-2-醇和3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、3-甲基-1-十二炔-3-醇、聚甲基乙烯基硅氧烷,与有机硅化合物(A)不同的是,其具有相邻的R12Si-O-SiR12的单元,其中R12=-CH=CH2,且具有抑制作用,如1,3,5,7-四乙烯基四甲基四环硅氧烷、二乙烯基四甲基二硅氧烷、四乙烯基二甲基二硅氧烷、氰酸三烷基酯、马来酸烷基酯,如马来酸二烯丙酯、马来酸二甲酯和马来酸二乙酯,富马酸烷基酯,如富马酸二烯丙酯和富马酸二乙酯,有机氢过氧化物,如氢过氧化枯烯、叔丁基过氧化氢和蒎烷氢过氧化物,有机过氧化物,有机亚砜,有机胺,二胺和酰胺,膦和亚磷酸酯,腈,三唑,二氮丙啶和肟。
优选地,组分(E)包含炔醇和马来酸烷基酯。
这些抑制剂添加剂(E)的作用取决于它们的化学结构,因此必须单独确定浓度。如果使用抑制剂(E),则相对于本发明组合物的总重量,用量优选为0.00001重量%至5重量%,更优选为0.00005至2重量%,特别优选为0.0001至1重量%。优选添加组分(E)。
用于本发明组合物中的任何填料(F)可以是目前已知的任何所需的填料。
填料(F)的实例是非增强填料,即BET表面积优选不超过50m2/g的填料,例如石英、硅藻土、硅酸钙、硅酸锆、滑石、高岭土、沸石、金属氧化物粉末例如铝氧化物、钛氧化物、铁氧化物或锌氧化物或这些氧化物的混合物、硫酸钡、碳酸钙、石膏、氮化硅、碳化硅、氮化硼、玻璃和聚合物粉末如聚丙烯腈粉末;增强型填料,即BET表面积大于50m2/g的填料,例如沉淀的白垩、炭黑如炉黑和乙炔黑、及具有高BET表面积的混合硅-铝氧化物;氢氧化铝、中空球形填料如陶瓷微珠,例如来自德国Neuss的3M Deutschland GmbH的商品名为ZeeospheresTM的陶瓷微珠,弹性聚合物珠,例如来自瑞典Sundsvall的AKZO NOBEL,Expancel的商品名为的弹性聚合物珠,或玻璃珠;纤维填料,例如石棉和聚合纤维。所提及的填料可以被疏水化,例如通过用有机硅烷或硅氧烷或用硬脂酸处理或通过羟基醚化以得到烷氧基。
如果本发明组合物包含填料(F),则这些填料优选是BET表面积至少为50m2/g的气相二氧化硅和沉淀二氧化硅。
使用的任何填料(F)的含水量都优选低于1重量%,更优选低于0.5重量%。
如果本发明的组合物包含填料(F),则基于本发明组合物的总重量,其用量优选为0.1-70重量%,更优选为1-50重量%,特别优选为10-30重量%。本发明组合物优选包含填料(F)。
使用的任何组分(G)的实例都是目前也已经用于生产加成交联组合物的任何其他的添加剂,例如除硅氧烷(A)、(B)和(C)之外的树脂聚有机硅氧烷、杀菌剂、香料、有机流变添加剂、腐蚀抑制剂、氧化抑制剂、除填料(F)以外的光稳定剂、有机阻燃剂和除填料(F)以外的影响电性能的试剂、分散助剂、溶剂、粘合促进剂、颜料、染料、除硅氧烷(A)、(B)和(C)以外的增塑剂、有机聚合物和热稳定剂。
添加剂(G)优选是树脂聚有机硅氧烷、溶剂、粘合促进剂、颜料和染料。
如果本发明组合物包含添加剂(G),则基于本发明组合物的总重量,其用量优选为0-30重量%,更优选为1-20重量%,特别优选为1-5重量%。本发明的组合物优选包含添加剂(G)。
除了组分(A)至(G)外,本发明的组合物优选不包含任何其他成分。
组分(A)、(B)和(C),和(E)、(F)和(G)优选在400nm以下是透明的,更优选在200-400nm之间是透明的,以使得组合物的光诱导交联可以通过催化剂(D)的活化来实现。
根据本发明使用的组分每个可以是一种这样的组分或者是至少任何两种特定组分的混合物。
如果需要,本发明组合物可以被溶解、分散、悬浮或乳化在液体中。
本发明的组合物可以-特别是根据成分的粘度和填料含量-具有低粘度和可倾倒、具有糊状稠度、为粉末状、或者是具有高粘度的可延展的组合物,如已知的,可以是专家经常提及的RTV-1、RTV-2、LSR和HTV组合物的情况。更具体而言,如果本发明的组合物为高度粘稠,则可以制成丸粒形式。此时,单个丸状颗粒可以包括所有的组分,或者根据本发明使用的组分可被分别引入到不同的丸状颗粒中。对于本发明的交联有机硅组合物的弹性体性质,同样覆盖了整个系列,从非常软的硅胶开始,经过橡胶状材料,直至并包括具有玻璃状特征的高度交联有机硅。
本发明的组合物可以以已知的任何理想方式生产,例如通过用于生产加成交联组合物的方法和混合方法生产。
本发明还提供了通过以任何顺序混合各个组分来制备本发明组合物的方法。
这种混合可以在室温和环境大气压,即约900-1100hPa,下进行。如果需要,该混合也可以在较高的温度下进行,例如在30-130℃的温度范围内。此外,为了除去挥发性化合物和/或空气,可以在减压下,例如绝对压力30-500hPa下,暂时或不断地混合。
本发明的混合优选在排除水分和波长小于500nm的光的条件下实施。
本发明的方法可以连续进行或间歇进行。
在本发明方法的优选实施方案中,铂催化剂(D)与(A)、(B)、及任选存在的(E)、(F)和(G)的混合物均匀混合。根据本发明使用的铂催化剂(D)可以作为物质或作为溶解在适当的溶剂中的溶液或作为与少量(A)或(A)与(E)均匀混合的母料被引入。
本发明的组合物可以是单组分的有机硅组合物或双组分的有机硅组合物。在后一种情况下,本发明组合物的两种组分可包含任何定量比例的所有组分。优选地,一种组分包含铂催化剂(D),没有含Si-H的组分(B)或(C)。
通过将Si-键合的氢加成到脂肪多重键上而交联的本发明组合物可以在目前已知的通过氢化硅烷化反应可交联的组合物的相同的条件下进行交联。
优选地,所述交联在30-250 000hPa的压力下进行,特别是在环境大气压下,即约900-1100hPa,以及在注塑成型机中的常规压力即约200 000hPa下进行。
优选地,所述交联在0-100℃,特别是在10-50℃的温度下进行。
优选地,所述交联通过辐照引发,特别是利用230-400nm,特别是250-350nm的紫外线辐照(UV)。取决于配制物、催化剂和UV辐照的强度,所需辐照的时间可优选小于1分钟,更优选小于1秒。可以使用具有低于约400nm的辐照组分的任何辐照源。优选不使用小于230nm的波长。传统的低压、中压和高压汞灯是合适的。诸如荧光灯和“黑光灯”的辐照源同样适用。
必要的辐照密度取决于多种因素,并对应于包括例如Cp‘PtMe3的可交联体系,其对应于现有技术。例如,市售的912/CAT UV(10:1)组合物在250-350nm的波长(例如,通过Fe掺杂的汞灯产生的辐照)范围内的所需辐照剂量为1.5J/cm2,时间2分钟,对应于180mW/cm2的辐照密度。
本发明还提供了通过交联本发明的组合物制备的成形体。
本发明组合物和根据本发明制备的交联产物可用于迄今为止可交联成弹性体的有机聚硅氧烷组合物或弹性体已经使用的任何目的。这包括例如任何所需基底的有机硅涂层或浸渍,模制品的生产,例如在注塑成型法、真空挤出法、挤出法、铸造和压缩成型、以及印模中,用作密封、嵌入和灌封化合物等。
本发明的可交联组合物的优点在于它们可以使用易得的起始原料以简单的方法,因此以经济可行的方式制备。
本发明的可交联组合物的其他优点是它们在25℃和环境压力下,在单组分配制物的形式下具有良好的储存稳定性,并且仅在可见光或紫外线辐照下交联。交联时间取决于辐照的持续时间和强度。
本发明的组合物的优点还在于,在双组分配制物的情况下,在两种组分混合后,所得可交联有机硅组合物在25℃和环境压力下具有长时间的可加工性,即表现出极长的有效期,并仅在辐照下交联。
在本发明的可交联组合物的制备中,非常有利的是铂催化剂(D)可以有效并容易地被加入。
本发明组合物的优点还在于由其获得的交联硅橡胶具有优异的透明性。
本发明的组合物的优点还在于,氢化硅烷化反应不随反应时间而减慢,且不会在辐照结束后自动停止。没有直接暴露的区域也可以固化,这在细节压印(detailgetreuenabformungen)或电子元件的灌封情况下是尤其有利的。温度的升高不能引发交联,但可以加速交联。
在可交联组合物中使用本发明的式(I)铂络合物比目前使用的体系具有优势,即其可实现可交联配制物更好的暗稳定性,即长期储存稳定性。
在本发明文中,术语“有机聚硅氧烷”包含聚合的、低聚的和二聚的硅氧烷。
在下文描述的实施例中,除非另有说明,所有部分和百分比数字均以重量为基础。除非另有说明,否则下列实施例的实施都是在环境大气压下,即约1000hPa,室温即约20℃,或在没有额外加热或冷却情况下在室温下组合所述反应物所达到的温度下。
根据DIN EN ISO 3219:1994(在液体状态下的聚合物/树脂或作为乳液或分散体)和DIN 53019(通过旋转粘度计测量粘度和流动曲线)在25℃下用配有板/锥体系的AntonPaar MCR301空气旋转流变仪测定粘度。
使用了下述缩写:
Me:甲基
凝胶时间
凝胶时间在120℃下用Bachofer GELNORM凝胶定时器,根据DIN 16 945-1在160×15.75mm试管中测定未交联的组合物确定。凝胶时间被认为是测定开始至反应混合物从液态到凝胶状态的转变点之间的时间段。所述测定在排除波长在<500nm范围内的光的情况下进行。
锥入度
根据DIN ISO 2137,在25℃下使用Petrotest Instruments PNR10透度计,用重量为9.38g的四分之一圆锥,在5秒钟锥入时间后,测定锥入度。待分析的样品预先在UV立方体中在1000W下(Hoehnle;约70mW/cm2)利用波长为230-400nm的铁辐照源曝光10秒钟,并在150℃下热处理30分钟。锥入深度以1/10mm为单位报告。
环戊二烯官能化的硅烷1的制备:
在0℃下在一小时内,向17.6g(200mmol)环戊二烯钠在100mL绝对四氢呋喃的溶液中逐滴加入28.6g(0.21mmol)烯丙基二甲基氯硅烷。在溶剂被排出后,用水/二乙基醚(1/1v/v)萃取混合物,分馏有机相以得到18.1g烯丙基二甲基甲硅烷基环戊二烯,产率55%。
环戊二烯官能化的硅烷2的制备:
在室温下于一小时内,向4.8g(200mmol)氢化钠在250mL绝对四氢呋喃的悬浮液中逐滴加入32.8g(200mmol)烯丙基二甲基甲硅烷基环戊二烯。随后,在30分钟内,逐滴加入36.4g(200mmol)(3-氯丙基)二甲氧基甲基硅烷。在此过程中,溶液被加热。在溶剂被排出后,在油泵真空下分馏以得到50.2g(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯,产率81%。
环戊二烯官能化的硅烷3的制备:
在室温下于一小时内,向16.4g(100mmol)烯丙基二甲基甲硅烷基环戊二烯在250mL绝对二乙基醚的溶液中逐滴加入62.5mL 1.6mol/L丁基锂在二乙基醚中的溶液(100mmol)。随后,在30分钟内,逐滴加入13.4g(100mmol)烯丙基二甲基氯硅烷。在此过程中,溶液被加热。在溶剂被排出后,在油泵真空下分馏以得到15.7g双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯,产率60%。
实施例1
铂络合物1的制备
向4.92g(30mmol)硅烷1在50mL绝对四氢呋喃的溶液中加入14.1g(33mmol)15%丁基锂的己烷溶液。向其中加入7.34g三甲基铂(IV)的碘化物(20mmol),在室温下搅拌所得混合物两小时。在溶剂被排出后,在10-4hPa压力下蒸馏纯化铂络合物。得到6.8g纯三甲基[(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),产率84%。
实施例2
铂络合物2的制备
向9.3g(30mmol)硅烷2在50mL绝对四氢呋喃的溶液中加入0.72g(30mmol)氢化钠。向其中加入9.15g三甲基铂(IV)的碘化物(25mmol),在室温下搅拌所得混合物两小时。在溶剂被排出后,在10-4hPa压力下蒸馏纯化铂络合物。得到11.0g纯三甲基[(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),产率80%。
实施例3
铂络合物3的制备
向7.9g(30mmol)硅烷3在50mL绝对四氢呋喃的溶液中加入14.1g(33mmol)15%丁基锂溶液。向其中加入7.34g三甲基铂(IV)的碘化物(20mmol),在室温下搅拌所得混合物两小时。在溶剂被排出后,在10-4hPa压力下蒸馏纯化铂络合物。得到7.5g纯三甲基[双(烯丙基二甲基甲硅烷基)环戊二烯基]铂(IV),产率75%。
比较实施例1
铂络合物4
市售的铂络合物三甲基(甲基-环戊二烯基)铂(IV)作为比较实施例,直接被用作催化剂。其不带有任何其他的官能团。
实施例4
实施例2的铂络合物2的共水解
2.5g铂络合物2、98g粘度为1000mPa*s的α,ω-硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷[CAS70131-67-8]和0.025g三(2,4-戊二酮)铝在25℃下混合并在室温下搅拌24小时。得到约100g消除了甲醇的硅氧烷键合的络合物;为了除去甲醇,在25℃和1mbar下去除挥发性物质30分钟。
实施例5
在120℃下的凝胶时间:
在120℃下使用2g Me3Si-O-[(Me2SiO)90(MeHSiO)10]-SiMe3和18g 300ppm的实施例1的铂络合物1在ViMe2Si-O-[(Me2SiO)n]-SiMe2Vi中的溶液的混合物(25℃下的粘度为1000mPa*s)测定凝胶时间。该混合物在9小时36分钟后胶凝。
实施例2的铂络合物2的凝胶时间:
实施例3的铂络合物3的凝胶时间:
比较实施例1的铂络合物4的凝胶时间是15分钟。
发现本发明的络合物的暗稳定性明显更高。
凝胶测试
将0.042g 10%的实施例1的铂络合物1的氯仿溶液混合到20gViMe2Si-O-[(Me2SiO)n]-SiMe2Vi中(25℃下的粘度为1000mPa*s)。将5g该混合物与50g可通过氢化硅烷化交联的配制物混合,该配制物含有线性和支化的乙烯基官能的硅氧烷和Si-H官能的硅氧烷(来自德国Munich的Wacker Chemie AG,市售商品名912);Pt浓度为9ppm。
类似地制备包含铂络合物2、3、和4的混合物。
使用实施例1的铂络合物1的混合物在120℃下的凝胶时间是8h 11min;在25℃下存储68天后,为9h 58min。
实施例2的铂络合物2的凝胶时间:
实施例3的铂络合物3的凝胶时间:
相比较而言,使用比较实施例1的铂络合物4的凝胶时间是1h 30min。
发现包含本发明络合物的混合物的暗稳定性要高得多。此外,即使长时间储存后,该稳定性仍然存在,使得整体上单组分组合物的储存稳定性也更长。
在25℃下保存110天后,包含实施例1的铂络合物1的混合物凝胶化。
相比较而言,包含比较实施例1的铂络合物4的混合物在15天后凝胶化。
因此,单组分组合物具有长的储存稳定性。
通过固化包含实施例4的铂络合物1的混合物而得到的弹性体的锥入度为68 1/10mm;在25℃下储存68天后,仍为68 1/10mm。
实施例2的铂络合物2的锥入度:
实施例3的铂络合物3的锥入度:
发现,即使在储存之后,包含本发明的催化剂的混合物在由其制备的成形体的性质方面也没有表现出任何变化。
Claims (9)
1.具有以下通式的铂络合物
R3 3Pt{CpR4 5-r-t[(CR2)nSiR1 oR2 p]t[SiR7 sR8 3-s]r} (I)
其中
Cp是环戊二烯基,
n是1-8的整数,
o是0、1、2或3,
p是0、1、2或3,条件是o+p=3,
r是1、2、3、4或5,
t是0、1、2、3或4,条件是r+t≤5,
s是0、1或2,
R可以相同或不同,是氢原子或具有1-30个碳原子的、单价的、未被取代或被卤素原子取代的烃基,
R1可以相同或不同,是具有1-30个碳原子的、单价的、未被取代或被卤素原子取代的烃基,其可以被选自O、N、S和P的杂原子中断,
R2可以相同或不同,是可水解的基团,所述可水解的基团选自羧基-O-C(O)R5、肟基-O-N=CR5 2、有机氧基-OR5、酰胺基–NR6-C(O)R5、胺基–NR6 2和胺氧基-O-NR6 2,其中R5和R6各自可以相同或不同,与对R基团的定义相同,
R7可以相同或不同,是具有1-30个碳原子的单价的、未被取代或被卤素原子取代的脂族饱和烃基,其可以被选自O、N、S和P的杂原子中断,
R8可以相同或不同,是脂族不饱和的、任选地被取代的基团,R8基团具有下式
–CR10 2-CR10=CR10 2
其中R10可以相同或不同,与对R基团的定义相同,
R3可以相同或不同,是具有1-30个碳原子的、单价的、未被取代或被卤素原子、甲硅烷基或芳基取代的脂族饱和烃基,
R4可以相同或不同,是氢原子或具有1-30个碳原子的单价烃基,其任选被卤素原子取代,所述烃基可以被选自O、N、S和P的杂原子中断。
2.根据权利要求1所述的铂络合物,其特征在于所述R2基团包含烷氧基、羧基或甲硅烷氧基。
3.根据权利要求1所述的铂络合物,其特征在于所述R10基团是甲基或氢原子。
4.根据权利要求1或3所述的铂络合物,其特征在于所述R8基团包含式-CH2-CH=CH2的烯丙基。
5.制备权利要求1的式(I)的铂络合物的方法,其特征在于使环戊二烯盐与三有机铂(IV)卤化物反应。
6.加成交联组合物,其特征在于其包含根据权利要求1-4中一项或多项所述的铂络合物或根据权利要求5所制备的铂络合物。
7.根据权利要求6所述的组合物,其包含
(i)至少一种选自化合物(A)、(B)和(C)的化合物,其中
(A)是含有至少两个具有脂族碳-碳多重键的基团的有机化合物和/或有机硅化合物,
(B)是含有至少两个Si键合的氢原子的有机硅化合物,和
(C)是含有SiC-键合的基团和Si-键合的氢原子的有机硅化合物,所述SiC-键合的基团具有脂族碳-碳多重键,
条件是,所述组合物包含至少一种具有脂族碳-碳多重键的化合物和至少一种具有Si-键合的氢原子的化合物,和
(ii)至少一种
(D)式(I)的铂催化剂。
8.制备根据权利要求6或7所述的组合物的方法,其通过以任何顺序混合各组分来进行。
9.成形体,其通过交联根据权利要求6或7所述的组合物或根据权利要求8所制备的组合物而制备。
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