CN1629212A - 增加湿固化弹性体的弹性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种增加湿固化弹性体的弹性的方法，该方法包括：将(B)通式(2)的硅烷：X－CH2－Si(R)2(CH3)(2)添加至烷氧基交联单组分物质中，该单组分物质包括：(A)含有以下通式(1)端基的烷氧基硅烷终止的聚合物：－A－Si(R)a(CH3)3－a(1)，其中A是二价烃基，R是甲氧基或乙氧基，X是R″O－、R″NH－、R′－O－CO－NH－、R′－NH－CO－NH－基或卤素，R″是氢、任选卤素取代的C1－18烃基或R′－O－CO－或R′－NH－CO－基，R′是任选卤素取代的C1－8烃基，及a是1、2或3。

Description

增加湿固化弹性体的弹性的方法
技术领域
本发明涉及一种增加包括烷氧基交联单组分物质的湿固化弹性体的弹性的方法。
背景技术
具有硅烷端基、呈单组分、湿固化物质(RTV-1)形式的有机聚合物已经公开且多用以制造弹性密封剂及粘着剂。该类聚合物可由不同结构单元合成。通常这些聚合物是：聚氨基甲酸酯、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯基酯、乙烯—烯烃共聚物、苯乙烯—丁二烯共聚物或聚烯烃。众所周知，在调配制品加工及储存期间为使其稳定，于这些单组分物质内添加具有可水解基、对水的反应性大于硅烷—终止聚合物的低分子量化合物。水清除剂的添加量是由配方组分的含水量及预期储存稳定性及加工寿命所确定的。通常，这些是有机—官能性硅烷，在许多实例中有机基对反应活性是关键的。此类硅烷的实例是：乙烯基三甲氧基硅烷、烷基氨基丙基三甲氧基硅烷，及(例如)与水结合形成氨的硅烷，如：六甲基二硅氮烷。
例如，在EP-A-269 819、EP-A-370 464、EP-A-565 078、EP-A-931 800、WO 00/37533、US-A-3,971,751或DE-A-198 49 817中公开了具有有机主链的烷氧基硅烷终止聚合物实例及用以制备可交联物质的方法。在许多专利和出版物中相同的是有机硅氧烷。
有机聚合物系统内的末端终止作用通常是利用经取代的丙基三甲氧基硅烷达成，因为这些丙基三甲氧基硅烷比较有利的容易获得而且在这些物质内具有甚佳的反应性。但，由于反应性高，就加工而言，这些聚合物也会产生问题，例如有关含水填料或其他添加剂的掺合进而增加反应性，此外，储存稳定性经常不足。
例如，添加相对大量氨基硅烷作为粘着促进剂会大幅减低储存稳定性。例如，为缓和催化剂活性，这些物质通常必须经由添加其他组成分，如DE 19923300中所述的磷酸酯而加以稳定化。添加标准水清除剂(如：乙烯基三甲氧基硅烷)对这些物质稳定作用的适当性仅属有限。
例如，如WO 02/066532或WO 03/018658中所述，创新系统不仅使用丙基-分隔的硅烷而且使用所谓的α-硅烷作为可交联基以实施聚合物的封端。如WO 03/059981中所述，在这些系统内，也可设置高反应性二官能性或其至单官能性端基，对弹性是基本上有利的。
就许多系统而言，待用聚合物链长与分子量间的不同效果及有关粘度方面的加工性能具有重大缺点。高分子量不仅对所得较高机械强度有利，而且是制备低模量弹性体的重要先决条件，如密封剂所特别要求的。如果此类物质内可使用相对低粘度的聚合物，加工性能的设定变得更加容易及更有弹性。就硅烷—终止聚氨基甲酸酯而言，这尤其是一个问题。通常，由于添加增塑剂，实质上不再可能制造低模量的物质而不显著损及机械性能。
所以，烷氧基硅烷—终止的聚合物系统将具有极大优点，在实施固化期间这些聚合系统不仅实施交联作用而且造成这些聚合物的链延长。一个成功的方法是将二官能性硅烷端基混进聚合物内。就α-硅烷而言，这些物质的反应性也足够高，若不使用相对大量催化剂(通常含有锡)将不可能发生作用。
发明内容
本发明提供一种增加湿固化弹性体弹性的方法，该方法包括：将(B)通式(2)的硅烷：
X-CH2-Si(R)2(CH3)                                  (2)
添加至烷氧基交联单组分物质中，这些单组分物质包括：
(A)含有以下通式(1)端基的烷氧基硅烷终止的聚合物：
-A-Si(R)a(CH3)3-a                    (1)
其中
A是二价烃基，
R是甲氧基或乙氧基，
X是R″O-、R″NH-、R′-O-CO-NH-、R′-NH-CO-NH-基或卤素，
R″是氢、任选卤素取代的C1-18烃基或R′-O-CO-或R′-NH-CO-基，
R′是任选卤素取代的C1-8烃基，及
a是1、2或3。
这些以烷氧基有机硅烷终止的聚合物(A)为主要成分的固化物质，其弹性极为优异。同时这些物质兼具优良储存稳定性及显著固化特性。实际上已经发现：将通式(2)的具有亚甲基隔离物的二官能性硅烷(α-硅烷)添加于聚合物(A)内则适于使这些物质弹性更佳而不损及其储存稳定性。而且并未发现在固化动力学上或这些材料的体积固化上有不良影响。由皮层形成时间、残留粘性等优良数据可对此加以确定。与这些公知的、现有化合物不同的是，由于通式(2)硅烷极高的反应性，添加这些硅烷作为二官能性水清除剂则变为可能。
因通式(2)的硅烷具有足够高的反应性，皮层形成时间及体积固化时间受硅烷数量影响的程度甚低。因此，即使在储存期间有相对大量来自填料的水分存在，也可制备经稳定化的物质而对体积固化不会产生任何重大伤害。
聚合物(A)优选包括聚氨基甲酸酯、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯基酯、乙烯-烯烃共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物或聚烯烃框架(framework)。
包括聚醚、聚酯或聚氨基甲酸酯框架的聚合物(A)的摩尔质量Mn以5000-50000为佳，尤以10000至25000更佳。
在25℃温度下，这些聚合物(A)的粘度以不超过200帕斯卡·秒为佳，尤以不超过100帕斯卡·秒更佳。
在上述通式(1)及(2)中优选：
R″是氢、任选卤素取代的环型、直链型或支链型C1-18烷基，尤其C1-6烷基、或C6-18芳基，尤其C6-10芳基较佳，尤以丁基、环己基或苯基更佳，
R′是C1-4烷基或苯基，尤以甲基或乙基更佳，
A是二价直链型或支链型烷基，以具有1至18个碳原子为佳，但以1至6个碳原子较佳，尤以亚甲基或三亚甲基更佳，及
a是2或3。
制备硅烷-终止聚合物(A)有许多已知的可能方法，尤其包括以下方法：
-不饱和单体与含有(例如)烷氧基甲硅烷基的单体(如：乙烯基三甲氧基硅烷)实施共聚合作用，
-将不饱和单体(例如：乙烯基三甲氧基硅烷)接枝在热塑性塑料(如：聚乙烯)上，
-在贵金属催化剂作用下，将H-硅烷(如：甲基二甲氧基硅烷)添加在碳双键上，
-有机硅烷与预聚物实施反应。在此情况下，预聚物的一个官能基与硅烷的一个官能基反应。
上述案例中广泛采用及最简单的路径是异氰酸酯预聚物的NCO基与通式(3)的氨基硅烷反应：
R1-NH-A-Si(R)a(CH3)3-a                           (3)
所以，另外也可能使聚氨基甲酸酯预聚物、或任何许多其他聚合物框架(如：纯聚醚)的OH基与通式(4)的异氰酸酯基硅烷反应
OCN-A-Si(R)a(CH3)3-a                               (4)
在通式(3)及(4)中，
R1是氢或任选经卤素取代的、具有1至18个碳原子(尤以1至6个碳原子更佳)的烷基或具有6至18个碳原子(尤以6至10个更佳)的芳基，
A、R及a的定义与上述相同。
在通式(3)及(4)中，优选A是三亚甲基，R是甲氧基，R1是苯基、环己基或直链烷基，如：乙基或丁基，及a是3。
在一个优选实施方案中，烷氧基硅烷-终止的聚合物(A)含有通式(5)的端基：
-NR1-CH2-Si(R)a(CH3)3-a                          (5)
比照上述方法，使异氰酸酯预聚物的NCO基与通式(6)的氨基硅烷反应可制得该烷氧基硅烷-终止聚合物(A)。
R1NH-CH2-Si(R)a(CH3)3-a                             (6)
对应地，还可能使异氰酸酯预聚物以及许多其他聚合物框架(例如：纯聚醚)的OH基与通式(7)的异氰酸酯基硅烷反应。
OCN-CH2-Si(R)a(CH3)3-a                              (7)
在通式(5)及(6)及(7)中，R1、R及a的定义与上述相同。最好R1是苯基、环己基或直链C1-4烷基，如：乙基或丁基及a是2或3。
就具有通式(5)端基的硅烷-终止聚合物(A)而言，已经发现：由于其反应性极高，所以甚难调配。在混合期间，普通填料及添加剂所含水将导致物质产生胶凝作用，所得物质随后几乎不可能实施加工。再者，就储存稳定性而言，这些物质也发生问题，不能长久储存(通常在滤筒内变得结实坚挺)。在制备过程中曾试图利用上述标准水清除剂以稳定这些物质，但并未成功。
与现有的水清除剂相较，由于这些通式(2)硅烷的反应性极高，可将通式(5)端基的硅烷-终止聚合物(A)加以稳定化，使其有足够长的时间实施加工而不产生胶凝作用。此处加工寿命也可借助于硅烷的添加量加以调节。但，加工使用时间、皮层形成时间及固化体积均保持甚为快速。
作为聚合物(A)，也可使用具有包括聚二有机硅氧烷及通式(1)的端基的骨架的聚合物。最好将通式(6)的硅烷添加在羟基烷基或氨基烷基终止的硅油上。
在另一实施方案中，也可使用由烷氧基官能硅烷(如：乙烯基三甲氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷)将Si-OH-终止硅油封端所制普通聚硅氧聚合物以取代这些聚合物(A)。
通式(2)的有机基官能硅烷(B)的实例是：氨基甲基-甲基二甲氧基硅烷、氨基甲基-甲基二乙氧基硅烷、苯基氨基甲基-甲基二甲氧基硅烷、丁基氨基甲基-甲基二甲氧基硅烷、环己基氨基甲基-甲基二甲氧基硅烷、甲氧基甲基-甲基二甲氧基硅烷、乙氧基甲基-甲基二乙氧基硅烷、甲基氨基甲酸酯基甲基-甲基二甲氧基硅烷、乙基氨基甲酸酯基甲基-甲基二乙氧基硅烷或氯甲基-甲基二甲氧基硅烷。其中以环己基氨基甲基-甲基二甲氧基硅烷、苯基氨基甲基-甲基二甲氧基硅烷及对应的乙氧基衍生物为佳，尤以甲基氨基甲酸酯基甲基-甲基二甲氧基硅烷及乙基氨基甲酸酯基甲基-甲基二乙氧基硅烷更佳，由于其碱性相对地低，最后两种烷氧基硅烷对反应性不再有加速效果。
每100重量份聚合物(A)，向物质内添加硅烷(B)的量以0.1至20重量份为佳，但以0.5至10重量份较佳，尤以2至6重量份更佳。
这些物质内可添加固化催化剂作为成分(C)。作为成分(C)可用酸性化合物，如：磷酸衍生物或羧酸衍生物；碱性化合物，如：伯、仲及叔胺；或其他有机金属催化剂，如：金属锡、钛、锌或铋的有机化合物。此外也可使用具有甲硅烷基的有机氮化合物。含有甲硅烷基的适当碱的实例是含有氨基的硅烷，如：氨基丙基-三甲氧基硅烷、氨基丙基-三乙氧基硅烷、氨基甲基-三甲氧基硅烷、氨基甲基三乙氧基硅烷、氨基乙基氨基丙基-三甲氧基硅烷、丁基氨基丙基-三甲氧基硅烷、丁基氨基甲基-三甲氧基硅烷、环己基氨基甲基-三甲氧基硅烷、环己基氨基丙基-三甲氧基硅烷。
此外，作为成分(D)，可添加传统助剂在这些物质内，例如：粘着促进剂、增塑剂、填料、触变剂、光稳定剂、杀真菌剂、及颜料等烷氧基交联单组分物质常用的。
上述诸通式内的所有上述符号，其定义总是各自独立互不相干。在所有通式中，硅原子均是四价。
具体实施方式
下列诸实施例仅是用以说明本发明，但本发明的适用范围并非局限于此。除另有说明外，所有数量及百分率均是重量比，所有压力均是0.10兆帕斯卡(绝对)及所有温度均是20℃。
实施例：
烷氧基交联单组分物质制备
利用具有高度OH官能化作用的二官能聚醚(Accalim12200N，可由Bayer AG购得)，依照WO 03/018658制得烷氧基硅烷终止的聚醚(A)。
用以实施末端终止作用的异氰酸酯基硅烷(用于聚合物A1的3-异氰酸酯基丙基-三甲氧基硅烷及用于聚合物A2的异氰酸酯基甲基-甲基二甲氧基硅烷)是依照DE 100 640 86制得。
所用水清除剂硅烷是：甲基氨基甲酸酯基甲基-三甲氧基硅烷(GENIOSILXL63)、甲基氨基甲酸酯基甲基-甲基二甲氧基硅烷(硅烷(B)、GENIOSILXL65)及乙烯基三甲氧基硅烷(GENIOSILXL10)(可由Wacker-Chemie GmbH购得)。
基准配方(重量％)
硅烷-终止聚合物A1/A2     40.0
邻苯二甲酸二异癸基酯     10.0
硅石Wacker HDKH2000     9.0
白垩OmyaBLR3     40.0
二月桂酸二丁基锡     0.10
N-(2-氨基乙基)(-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(GENIOSILGF91) 0.50
水清除剂：GENIOSILXL63，GENIOSILXL65，GENIOSILXL10 添加剂(可变动)
混合作用在Hauschild的实验室用混合器(Speed Mixer DAC 150AF)内实施。硅烷是于添加填料(白垩，硅石)之前混入。二月桂酸二丁基锡及GENIOSILGF91催化剂是于最后一个步骤内加入。各个步骤的混合时间为：20秒/2500转/分钟，60秒/2500转/分钟，60秒/2500转/分钟。
机械性能是依照DIN 53504(拉力试验)及DIN 53505(Shore A硬度)测定。
表1
 聚合物     A1                                                      A2
 实施例     1*     2     3*     4*     5     6     7     8   9*     10
 GENIOSILXL63(重量％)     1.0     2.0     1.0     0.5
 GENIOSILXL65(重量％)     2.0     2.0     1.0     2.0     4.0     2.0
 GENIOSILXL10(重量％)     2.0   2.0     2.0
皮层形成时间(分钟)     20     35     25     25     50     35     40     70     35     40
在70℃温度下的管内储存
1周后皮层形成时间(分钟)     15     20     10     15     40     15     35     60     40     35
2周后皮层形成时间(分钟)     20     25     5     20     45     20     30     80     65     50
于温度23℃及相对大气湿度50％的情况下，储存2周后的硫化作用
模量(牛顿/平方毫米)     1.7     0.9     1.3     1.2     0.8     1.1     0.9     0.5     1.0     1.0
断裂伸长率(％)     130     350     280     250     530     400     520     490     260     390
拉力强度(牛顿/平方毫米)     2.1     1.8     2.4     2.1     1.9     2.5     2.2     1.5     2     2.2
Shore A硬度     58     35     58     57     38     52     43     13     53     51
*未依照本发明

Claims (6)

1.一种增加湿固化弹性体的弹性的方法，该方法包括：
将(B)通式(2)的硅烷：
X-CH2-Si(R)2(CH3)    (2)
添加至烷氧基交联的单组分物质中，该单组分物质包括：
(A)含有以下通式(1)端基的烷氧基硅烷终止的聚合物：
-A-Si(R)a(CH3)3-a    (1)
其中
A是二价烃基，
R是甲氧基或乙氧基，
X是R″O-、R″NH-、R′-O-CO-NH-、R′-NH-CO-NH-基或卤素，
R″是氢、未取代或被卤素取代的C1-18烃基或R′-O-CO-或R′-NH-CO-基，
R′是未取代或被卤素取代的C1-8烃基，及
a是1、2或3。
2.如权利要求1的方法，其中所述烷氧基硅烷终止的聚合物(A)包括通式(5)的端基：
-NR1-CH2-Si(R)a(CH3)3-a    (5)
其中
R、R″及a的定义与权利要求1相同。
3.如权利要求1或2的方法，其中每100重量份的聚合物(A)使用0.1至20重量份的硅烷(B)。
4.如权利要求1-3之一的方法，其中使用固化催化剂作为组分(C)。
5.如权利要求1-4之一的方法，其中所述聚合物(A)具有选自以下组中的骨架：聚氨基甲酸酯、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯基酯、乙烯-烯烃共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物及聚烯烃。
6.如权利要求1-5之一的方法，其中所述聚合物(A)具有聚二有机基硅氧烷骨架。
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