CN1315915C - 硅氧烷低聚物及其制造方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有通式I、II的硅氧烷低聚物:其中每个低聚物分子中至少存在一个官能化烷基。这种硅氧烷低聚物是通过卤代烷基三卤代硅氧烷在醇和水的存在下低聚制备的,或通过与(C1~C18)烷基、苯基、芳基或芳烷基三卤代硅烷和/或四氯化硅低共聚制得的,卤代烷基官能也可以任选进一步改性。硅氧烷低聚物可应用于胶料中作为偶联剂或用作建筑防腐剂。
Description
技术领域
本发明涉及硅氧烷低聚物、及其制造方法和应用。
背景技术
众所周知,硅烷可以用作偶联剂。如氨基烷基三烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基烷基三烷氧基硅烷、多硫烷基三烷氧基硅烷以及巯基烷基三烷氧基硅烷都可以用作无机材料(例如玻璃纤维、金属、氧化的填料)和有机聚合物(例如热固性塑料、热塑性材料、弹性体)之间的偶联剂和/或交联剂和表面改性剂。
这些偶联剂或粘合剂与填料以及弹性体形成键合,因此在填料表面和弹性体之间产生充分的相互作用。它们降低了胶料的粘度,有利于填料的分散。
此外还知道,应用市场上供应的硅原子上有三个烷氧基取代基的硅烷类偶联剂(DE 2255 577)会导致混炼过程中释放出相当数量的醇。
如果使用相应的硅氧烷低聚物代替单体硅烷,则可以减少醇的数量。硅氧烷低聚物和硅烷缩聚、共缩聚产生的硅氧烷低共聚物,在EP 0 518057B1和EP 0 652245B1中有描述。
这些已知硅氧烷低聚物的缺点是:
·缺少后续化学反应所必须的官能化烷基,以及
·这种烷氧基硅氧烷的制造方法复杂,要使相应的氯硅烷与醇反应,随后在与其他烷氧基硅烷的低聚或低共聚中脱除醇。
本发明的目的是制备具有官能化烷基的硅氧烷低聚物。
发明内容
本发明提供具有下述通式I或II的硅氧烷低聚物:
式中x表示从0~1000的整数,y表示从1~1000的整数,取代基R相同或不同,为官能化烷基、(C1~C18)烷基、(C1~C4)烷氧基、(C1~C4)卤代烷氧基、苯基、芳基、芳烷基或羟基,所述烷氧基优选为甲氧基或乙氧基,其特征在于每个低聚物分子中至少存在一个官能化烷基。
每个硅原子可存在最多一个官能化烷基。
官能化烷基可以是卤代烷基、氨基烷基、甲基丙烯酰氧基烷基、巯基烷基、氰硫基烷基或叠氮基烷基。
官能化烷基可能有二硫化物桥或多硫化物桥Sx,其中x介于2~8之间,通过该二硫化物桥或多硫化物桥可以连接两个官能化烷基。
本发明的硅氧烷低聚物可以是具有确定分子量的单个化合物,也可以是具有分子量分布的低聚混合物。
本发明还提供一种本发明硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基三卤代硅烷在醇和水的存在下低聚,或与(C1~C18)烷基、苯基、芳基或芳烷基三卤代硅烷和/或四氯化硅低共聚,卤代烷基也可以任选进一步改性。
丙醇、乙醇、甲醇、二醇或多元醇可以作为醇使用。
(C1~C18)烷基三氯硅烷,例如甲基三氯硅烷、乙基三氯硅烷或丙基三氯硅烷,都可以用作烷基三卤代硅烷。
水用量可按所需低聚程度计算。释放出的氢卤酸然后再脱除。
低聚或低共聚传统催化剂例如氯化氢的添加可以避免,这是因为在卤硅烷与醇反应期间形成形成该催化剂。可以将氯硅烷滴加到醇水混合物中,反之亦然。
卤代烷基可以用下述化合物改性:
·用氨,分离出卤化铵,制备氨基烷基硅氧烷低聚物;
·用甲基丙烯酸钠或甲基丙烯酸钾,分离出卤化钠或卤化钾,制备甲基丙烯酰氧基烷基硅氧烷;
·用多硫化钠、或硫化钠和硫、或多硫化钠和硫化钠,分离出卤化钠,制备双[3-三乙氧烷基]多硫烷基-硅氧烷低聚物或双[3-三乙氧烷基]二硫烷基-硅氧烷低聚物;
·用氨和硫化氢或氢硫化铵,分离出卤化铵,或用氢硫化钠、氢硫化钾,分离出卤化钠或卤化钾,制备巯基烷基硅氧烷低聚物;
·用硫氰酸钠、硫氰酸钾和硫氰酸铵,分离出卤化钠、卤化钾和卤化铵,制备氰硫基烷基硅氧烷低聚物;
·用叠氮化钠,分离出卤化钠,制备叠氮基烷基硅氧烷低聚物。
为了改性卤代烷基官能团,可能要分离醇。
本发明硅氧烷低聚物的优势在于,它们含有的官能化烷基可以在下一步的反应中应用。
本发明的硅氧烷低聚物可以用作橡胶胶料的偶联剂或建材防腐剂。
本发明还提供橡胶胶料,其特征在于它们含有橡胶、沉淀硅酸和/或炭黑、本发明的硅氧烷低聚物、以及其他任选的橡胶助剂。
按照本发明制备橡胶胶料,天然橡胶以及合成橡胶都适宜。优选合成橡胶是在例如W.Hofmann的《橡胶工艺学》(Genter Verlag,斯图加特,1980)中所述,其中尤其包括:
聚丁二烯橡胶(BR);
异戊橡胶(IR);
苯乙烯-丁二烯共聚物,苯乙烯含量在1重量%~60重量%,优选5重量%~50重量%(E-SBR或L-SBR);
异丁烯-异戊二烯共聚物(IIR);
丁二烯-丙烯腈共聚物,丙烯腈含量在5重量%~60重量%,优选10重量%~50重量%(NBR);
乙烯-丙烯-二烯烃共聚物(EPDM)以及这些橡胶的混合物。
本发明的胶料可以进一步包含橡胶助剂,例如尤其是反应促进剂、反应防焦剂、防老剂、稳定剂、加工助剂、增塑剂、蜡、金属氧化物,以及活化剂,例如三乙醇胺、聚乙二醇和己三醇,这些都是橡胶工业中熟知的。
橡胶助剂可以常规量使用,其量特别是由预定的应用来控制。常规用量相对于橡胶例如在0.1重量%~50重量%。
硫磺、有机硫供体或成链剂可以作为交联剂使用。本发明胶料还可以含硫化促进剂。
适宜的硫化促进剂例如有:巯基苯并噻唑类、亚磺酰胺类、胍类、秋兰姆类、二硫代氨基甲酸盐类、硫脲类和硫代碳酸盐类。
硫化促进剂和交联剂的用量相对于橡胶是0.1~10重量%,优选0.1~5重量%。
橡胶与填料和本发明硅氧烷低聚物以及任选橡胶助剂的混炼,可以在常规混炼设备中进行,例如开炼机、密炼机或者混炼机/压出机并用。一般这样的胶料是在密炼机中配料,在密炼机中,橡胶、填料与本发明硅氧烷低聚物以及任选橡胶助剂,首先经一个或多个连续的热力学混合段在100~170℃下充分混炼。就此而论,其中单个组分的添加顺序和次数对产物胶料的性质有决定性的影响。这样获得到胶料,一般再与交联而言的所谓生胶(混炼胶)。
本发明胶料的硫化可以在80~200℃、优选130~180℃温度下,任选10~200巴压力下进行。
本发明胶料适于制备模制品,例如气胎、胎面、电缆护套、软管、传动带、输送带、辊筒罩面、轮胎、鞋底、密封环、压出胶条和防震元件。
本发明硅氧烷低聚物的优点是橡胶反应中释放的醇少,且含有后续化学反应所需的官能化烷基。
具体实施方式
实施例1:氯丙基三氯硅烷-丙基三氯硅烷混合物与水和乙醇反应
106.7g氯丙基三氯硅烷和193.6g丙基三氯硅烷混合加入容量为1L且配有搅拌器、冷却器和氮气入口管的三口烧瓶中。在50分钟内,边冷却边滴加380ml乙醇和17.2g水的溶液。反应混合物在回流下加热4小时,排出氯化氢气体。在脱除过量乙醇后,得到228.0g透明的浅黄色液体。其丙基和氯丙基之比为2∶1。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,4H,Si-CH2-CH2-CH3),0.75(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),0.95(t,6H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-CH2-CH3),1.20(m,12H,CH3-CH2-O-Si),1.45(m,4H,Si-CH2-CH2-CH3),1.85(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),3.50(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),3.80(m,8H,CH3-CH2-O-Si);可水解氯化物:0.16%。
实施例2:氯丙基三氯硅烷-辛基三氯硅烷混合物与水和乙醇反应
106.7g氯丙基三氯硅烷和111.8g辛基三氯硅烷混合加入容量为1L且配有搅拌器、冷却器和氮气入口管的三口烧瓶中。在40分钟内,边冷却边滴加240ml乙醇和10.7g水的溶液。反应混合物在回流下加热4小时,排出氯化氢气体。在脱除过量乙醇后,得到182.3g透明的无色液体。其辛基和氯丙基之比为1∶1。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,2H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),0.80(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),0.90(t,3H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.25(m,9H,CH3-CH2-O-Si),1.3~1.5(m,12H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.85(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),3.55(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),3.80(m,6H,CH3-CH2-O-Si);可水解氯化物:0.14%。
实施例3:氯丙基三氯硅烷-十六烷基三氯硅烷混合物与水和乙醇反应
106.7g氯丙基三氯硅烷和74.1g十六烷基三氯硅烷混合加入容量为1L且配有搅拌器、冷却器和氮气入口管的三口烧瓶中。在50分钟内,边冷却边滴加180ml乙醇和8.0g水的溶液。反应混合物在回流下加热4小时,排出氯化氢气体。在脱除过量乙醇后,得到145.3g透明的浅黄色液体。其十六烷基和氯丙基之比为1∶2.5。
1H-HMR(CDCl3):δ0.65(m,2H,Si-CH2-(CH2)14-CH3),0.80(m,5H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),0.85(t,3H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-(CH2)14-CH3),1.25(m,15H,CH3-CH2-O-Si),1.3~1.5(m,28H,Si-CH2-(CH2)14-CH3),1.90(m,5H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),3.55(m,5H,Si-CH2-CH2-CH2-Cl),3.80(m,10H,CH3-CH2-O-Si);可水解氯化物:<0.1%。
实施例4:氯丙基硅烷-丙基硅烷低共聚物与硫化氢和氨反应
将在250ml乙醇中的225g实施例1低共聚物置于容量为1L且配有搅拌器的压热罐中。泵入氮气使内部惰性化两次之后排气,在30分钟内,向压热罐强制加入21g氨和34g硫化氢。在120℃搅拌12小时之后,压热罐冷却到室温,用过氧化氢溶液吹出过量的氨/硫化氢混合物。滤出沉淀的氯化铵并从滤液中脱除乙醇之后,获得221g透明的无色液体。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,4H,Si-CH2-CH2-CH3),0.75(m,2H,Si-CH2CH2-CH2-SH),0.95(t,6H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-CH2-CH3),1.20(m,12H,CH3-CH2-O-Si),1.45(m,4H,Si-CH2-CH2-CH3),1.85(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),2.60(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),3.80(m,8H,CH3-CH2-O-Si)。
实施例5:氯丙基硅烷-辛基硅烷低共聚物与硫化氢和氨反应
将在200ml乙醇中的180g实施例2低共聚物置于容量为1L且配有搅拌器的压热罐中。泵入氮气使内部惰性化两次之后排气,在30分钟内,向压热罐强制加入21g氨和34g硫化氢。在120℃搅拌12小时之后,压热罐冷却到室温,用过氧化氢溶液吹出过量的氨/硫化氢混合物。滤出沉淀的氯化铵并从滤液中脱除乙醇之后,获得176g透明的无色液体。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,2H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),0.80(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),0.90(t,3H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.25(m,9H,CH3-CH2-O-Si),1.3~1.5(m,12H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.85(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),2.60(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),3.80(m,6H,CH3-CH2-O-Si)。
实施例6:氯丙基硅烷-十六烷基硅烷低共聚物与硫化氢和氨反应
将在150ml乙醇中的145g实施例3低共聚物置于容量为1L且配有搅拌器的压热罐中。泵入氮气使内部惰性化两次之后排气,在30分钟内,向压热罐强制加入21g氨和34g硫化氢。在120℃搅拌12小时之后,压热罐冷却到室温,用过氧化氢溶液吹出过量的氨/硫化氢混合物。滤出沉淀的氯化铵并从滤液中脱除乙醇之后,获得139g透明的无色液体。
1H-HMR(CDCl3):δ0.65(m,2H,Si-CH2-(CH2)14-CH3),0.80(m,5H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),0.85(t,3H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-(CH2)14-CH3),1.25(m,15H,CH3-CH2-O-Si),1.3~1.5(m,28H,Si-CH2-(CH2)14-CH3),1.90(m,5H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),2.60(m,5H,Si-CH2-CH2-CH2-SH),3.80(m,10H,CH3-CH2-O-Si)。
实施例7:氯丙基硅烷-丙基硅烷低共聚物与氨反应
将在250ml乙醇中的221g实施例1低共聚物置于容量为2L且配有搅拌器的压热罐中。泵入氮气使内部惰性化两次之后排气,在30分钟内,向压热罐强制加入150g氨。在120℃搅拌16小时之后,压热罐冷却到室温,吹出过量的氨。滤出沉淀的氯化铵并从滤液中脱除乙醇之后,获得216g透明的浅黄色液体。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,4H,Si-CH2-CH2-CH3),0.65(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-NH2),0.95(t,6H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-CH2-CH3),1.20(m,12H,CH3-CH2-O-Si),1.45(m,4H,Si-CH2-CH2-CH3),1.55(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-NH2),2.60(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-NH2),3.80(m,8H,CH3-CH2-O-Si)。
实施例8:氯丙基硅烷-辛基硅烷低共聚物与硫氢化钠反应
将在100ml乙醇中的105g实施例2低共聚物和23g硫氰化钠置于容量为1L且配有搅拌器的压热器中。强制通氮气使内部惰性化两次之后,在固有压力下,115℃搅拌内容物8小时。待冷却到室温后,滤出沉淀的氯化铵并从滤液中脱除乙醇之后,获得108g透明的黄色液体。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,2H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),0.75(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SCN),0.95(t,3H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.20(m,12H,CH3-CH2-O-Si),1.3~1.5(m,12H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.95(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SCN),3.00(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-SCN),3.80(m,8H,CH3-CH2-O-Si)。
实施例9:氯丙基硅烷-辛基低共聚物与甲基丙烯酸钠反应
将在100ml DMF中的102g实施例2低共聚物、30g甲基丙烯酸钠和50mg N,N′-二苯基对苯二胺置于容量为1L且配有搅拌器的压热器中。强制通氮气使内部惰性化两次之后,在固有压力下,于115℃搅拌内容物12小时。待冷却到室温后,滤出沉淀的氯化铵并从滤液中脱除乙醇之后,获得112g透明无色的液体。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,2H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),0.70(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-O-C(=O)-C(CH3)=CH2),0.95(t,3H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.20(m,12H,CH3-CH2-O-Si),1.3~1.5(m,12H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.80(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-O-C(=O)-C(CH3)=CH2),2.00(m,3H,Si-CH2-CH2-CH2-O-C(=O)-C(CH3)=CH2),3.80(m,8H,CH3-CH2-O-Si),4.15(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-O-C(=O)-C(CH3)=CH2),5.50和6.10(2s,2H,Si-CH2-CH2-CH2-O-C(=O)-C(CH3)=CH2)。
实施例10:氯丙基硅烷-辛基硅烷低共聚物与多硫化钠反应
将在100ml乙醇中的101g实施例2低共聚物置于容量为1L且配有搅拌器和冷却器的烧瓶中。加25g多硫化钠(Na2S4)后,内容物在氮气下,82℃搅拌4小时。待冷却到室温后,滤出沉淀的氯化铵并从滤液中脱除乙醇之后,获得109g粘稠的橙色液体。
1H-HMR(CDCl3):δ0.60(m,2H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),0.75(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-S),0.95(t,3H,3JH-H=7Hz,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.20(m,12H,CH3-CH2-O-Si),1.3~1.5(m,12H,Si-CH2-(CH2)6-CH3),1.7~2.0(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-S),2.7~3.1(m,2H,Si-CH2-CH2-CH2-S),3.80(m,8H,CH3-CH2-O-Si)。
Claims (14)
1、具有通式I的硅氧烷低聚物,
式中x表示从0~18的整数,取代基R相同或不同,为官能化烷基、(C1~C18)烷基、(C1~C4)烷氧基、(C1~C4)卤代烷氧基、苯基、芳基、芳烷基或羟基,其特征在于每个低聚物分子中至少存在一个官能化烷基。
2、按照权利要求1的硅氧烷低聚物,其特征在于所述官能化烷基是卤代烷基、氨基烷基、甲基丙烯酰氧基烷基、巯基烷基、氰硫基烷基或叠氮基烷基。
3、按照权利要求1的硅氧烷低聚物,其特征在于所述官能化烷基可以是二硫化物桥或多硫化物桥Sx,其中x介于2~8之间,通过该二硫化物桥或多硫化物桥可以连接两个官能化烷基。
4、按照权利要求1的硅氧烷低聚物,其特征在于硅氧烷低聚物是以具有确定分子量的单个化合物存在。
5、按照权利要求1的硅氧烷低聚物,其特征在于硅氧烷低聚物是以具有一定分子量分布的低聚物混合物存在。
6、按照权利要求1的硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基三卤代硅烷是在醇和水的存在下低聚或与(C1~C18)烷基、苯基、芳基或芳烷基三卤代硅烷和/或四氯化硅低共聚,卤代烷基官能也可以任选进一步改性。
7、按照权利要求6的硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基官能可以用氨改性,并分离出氯化铵。
8、按照权利要求6的硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基官能可以用甲基丙烯酸钠或甲基丙烯酸钾改性,并分离出卤化钠或卤化钾。
9、按照权利要求6的硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基官能可以用氨和硫化氢或氢硫化铵改性,分离出卤化铵;或用氢硫化钠或氢硫化钾改性,并分离出卤化钠或卤化钾。
10、按照权利要求6的硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基官能可以用硫氰化钠、硫氰化钾或硫氰化铵改性,并分离出卤化钠、卤化钾或卤化铵。
11、按照权利要求6的硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基官能可以用叠氮化钠改性,并分离出卤化钠。
12、按照权利要求6的硅氧烷低聚物的制造方法,其特征在于卤代烷基官能可以用多硫化钠、或硫化钠和硫、或多硫化钠和硫化钠改性,并分离出卤化钠。
13、按照权利要求1的硅氧烷低聚物在胶料中作为偶联剂或作为建筑防腐剂的应用。
14、一种胶料,其特征在于含有橡胶、沉淀硅酸和/或炭黑、按照权利要求1的硅氧烷低聚物、以及其他橡胶助剂。
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