DE1023462B - Verfahren zur Herstellung von Alkoxysilylpropylaminen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Alkoxysilylpropylaminen

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DE1023462B
DE1023462B DEU3720A DEU0003720A DE1023462B DE 1023462 B DE1023462 B DE 1023462B DE U3720 A DEU3720 A DE U3720A DE U0003720 A DEU0003720 A DE U0003720A DE 1023462 B DE1023462 B DE 1023462B
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ammonia
mono
alkoxysilylpropylamines
triethoxysilylpropyl
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Victor Bird Jex
Donald Leroy Bailey
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Union Carbide Corp
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Union Carbide Corp
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    • D06M13/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
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    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C25/40Organo-silicon compounds
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    • C07F7/02Silicon compounds
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkoxysilylpropylaminen der Formel
Verfahren zur Herstellung
von Alkoxysilylpropylaminen
RV.
HeN [CH2CH2CH2Si (O R)8-,],-,
in der R eine Alkylgruppe, R' ein Wasserstoffatom, eine Alkyl- oder eine Arylgruppe, y und χ 0 oder 1 oder 2 sind. Beispiele für die durch R und R' dargestellten Alkylgruppen sind Methyl-, Äthyl-, Propyl-oderButylgruppen, während Beispiele für die gegebenenfalls durch R' dargestellten Arylgruppen Phenyl- oder Naphthylgruppen sind.
Erfindungsgemäß werden diese Verbindungen durch Umsetzung von Ammoniak mit einem entsprechenden y-Chlorpropylalkoxysilan bei mindestens 90° unter Überdruck erhalten.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellten Verbindungen, insbesondere die Trialkoxysilylpropylamine und die Dialkoxysilylpropylamine, sind besonders als Schlichten oder Überzug für Glasfaserstoffe vor der Herstellung von verstärkten Plastikgegenständen wertvoll. Bei der Herstellung verstärkter Plastikgegenstände, z. B. Schichtstoffe, die aus Glasfaserstoffen und hitzehärtbaren Harzen, z. B. aus Aldehydkondensations-, Epoxy- und Urethanharzen, bestehen, werden die Glasfasern, damit eine gute Bindung zwischen Glas und Harz erreicht wird, mit einer dünnen Polysiloxanschicht überzogen. Für diese Imprägnierung hat man bisher übliche Siloxane verwendet, insbesondere Siloxane mit ungesättigten Alkylresten. Durch Verwendung dei erfindungsgemäß hergestellten Alkoxysilylpropylamine als Imprägniermittel werden wesentlich bessere mechanische Eigenschaften der Schichtstoffe, insbesondere bei Schichtstoffen aus Glasfasergeweben mit Aminoharzen, erreicht.
Die Trialkoxysilylpropylamine bilden mit wäßrigen organischen Lösungsmitteln oder mit Wasser stabile Lösungen. Infolgedessen ermöglichen diese Verbindungen das Beschlichten oder Überziehen von Glasfaserstoffen, ohne daß man teure wasserfreie organische Lösungsmittel, die häufig entflammbar sind, anwenden muß.
Wenn man die Alkoxysilylpropylamine in Wasser oder wäßrigen organischen Verbindungen löst, werden die Alkoxygruppen hydrolysiert, und in der Folge kondensiert das hydrolysierte Produkt unter Bildung löslicher Aminopropylpolysiloxane. So wird z. B. Dialkoxymethylsilylpropylamin hydrolysiert, wenn man es in einem Gemisch aus gleichen Gewichtsteilen Wasser und Äthanol löst, und es kondensiert zu einem Aminopropylmethylpolysiloxan, das folgende Struktureinheiten aufweist:
Anmelder:
Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff und Dipl.-Ing. G. Puls, Patentanwälte, München 9, Sehweigerstr. 2
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Januar 1955
Victor Bird Jex, Kenmore, N. Y.,
und Donald Leroy Bailey, Snyder, N. Y. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
Γ CH,
— SiO-
CH9CHoCH9NH9
Aus Trialkoxysilylpropylamin bildet sich bei der Hydrolyse und Kondensation Aminopropylpolysiloxan, das folgende Struktureinheiten besitzt:
[H2 N C H2 C H2 C H2 — Si O3/2]
Wenn man Monoalkoxydialkylsilylpropylamin in einem wäßrigen Lösungsmittel auflöst, bildet sich Bis-[aminopropyl-dialkyl]-siloxan.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindungen können auch infolge ihrer Amino- und Alkoxygruppen als Ausgangsmaterial bei der Synthese vieler organischer Siliciumverbindungen Verwendung finden. Zum Beispiel kann man neue und wertvolle Polymere darstellen, - indem man Verbindungen mit Methylolgruppen mit der Aminogruppe eines Alkoxysilylpropylamins zur Herstellung des entsprechenden substituierten Alkoxysilans in Reaktion bringt, das man in der Folge zu substituierten Polysiloxanen hydrolysieren und kondensieren kann.
709 877/285
Erfindungsgemäß werden die Alkoxysilylpropylamine durch Umsetzung von Ammoniak mit einem y-Chlorpropylalkoxysilan bei mindestens 90° und Überdruck erhalten. Der Druck kann durch die Reaktion selbst erzeugt werden, z. B. beim Arbeiten in Druckgefäßen. Die stattfindende Reaktion kann man durch folgende allgemeine Gleichung, bei der äquimolekulare Mengen der Reaktionsteilnehmer verwendet werden, ausdrücken:
4 CH2CH2CH2Si(O R)3_„ + 4NH3 Cl
+ HN
R'
(v)
CH2CH2CH2Si (O R)3_„
R'
(V)
H2NCH2CH2CH2Si(O R)3^
■ftf)
NLCH2CH2CH2Si (O R)3_,_
+ NH4Cl
Wie durch die oben wiedergegebene allgemeine Gleichung gezeigt wird, sind die Reaktionsprodukte die Mono-, Bis- und Tris-(alkoxysilylpropyl)-amine. Das Verhältnis der durch die Reaktion erhaltenen Mono-, Bis- und Tris-(alkoxysüylpropyl) -amine kann man durch die Verwendung unterschiedlicher Ammoniakmengen steuern. Je größer die bei der Reaktion verwendete Ammoniakmenge ist, desto größer ist der Anteil des Mono-(alkoxysilylpropyl)-amins im Endprodukt.
Zur Durchführung des Verfahrens kann man ein y-Chlorpropylalkoxysilan, z. B. y-Chlorpropylmethyldipropoxysilan, und flüssiges Ammoniak in ein Druckgefäß einbringen und das Gemisch auf mindestens 90° erhitzen. Die Reaktionsprodukte sind Mono-(dipropoxymethylsilylpropyl)-amin, Bis-(dipropoxymethylsilylpropyl)-amin und Tris-(dipropoxymethylsilylpropyl)-amin. Wenn man die Reaktionsteilnehmer in einem Molverhältnis von 10 Mol Ammoniak je Mol y-Chlorpropylalkoxysilan verwendet, beträgt die Ausbeute an Mono-(alkoxysilylpropyl)-amin, berechnet auf das Ausgangssilan, etwa 20 0J0, während eine Zunahme der Ammoniakmenge auf etwa 20 Mol Ammoniak je Mol y-Chlorpropylalkoxysilan die Ausbeute an Mono-(alkoxysilylpropyl)-amin auf etwa 50% erhöht.
Beispiel 1
In ein Druckgefäß von 300 ecm wurden 0,3 Mol (72,2 g) y-Chlorpropyltriäthoxysilan und 3,0 Mol (51,0 g) flüssiges Ammoniak eingefüllt. Das Gefäß wurde verschlossen und 12 Stunden lang auf 100° erhitzt. Nach dem Erhitzen wurde das Gefäß auf Zimmertemperatur abgekühlt und das überschüssige Ammoniakgas abgelassen. Zu dem Gemisch wurde Äthanol hinzugegeben und das sich ergebende Gemisch filtriert. Das Filtrat wurde in einer Destillationskolonne unter vermindertem Druck fraktioniert. Man erhielt zwei Fraktionen, wobei die erste aus Äthanol und die zweite aus 31,5 g eines bei 4 mm Hg abs. bei 80 bis 120° siedenden Stoffes bestand. Die zweite Fraktion wurde noch einmal in einer gefüllten Kolonne fraktioniert, und man erhielt 12,4 g eines bei einem Druck von 3 mm Hg abs. bei 79 bis 80° siedenden Stoffes. Dieses Material hatte einen Refraktionsindex bei iVf von 1,4195 und eine Dichte von 0,936 g bei 25°. Mono-(triäthoxysilylpropyl)-amin wurde durch die folgenden Analysen identifiziert.
Tabelle 1
Molarrefraktion
Neutralisationsäquivalent*) .
%NH2
Beobachtet
59,18
221,0
7,2
Für Mono-
(triäthoxysilylpropyl) -
amin berechnet
*) Neutralisationsäquivalent =
59,69
221,4
7,0
Gewicht der Probe in g · 1000 ecm der erforderlichen 1 n-Säure
Eine bei der zweiten Fraktionierung erhaltene hochsiedende Fraktion wurde nicht auf ihren Gehalt an Bis-(triäthoxysilylpropyl)-amin und Tris-(triäthoxysilylpropyl)-amin unteisucht.
Beispiel 2
In ein 3-1-Druckgefäß wurden 1,5 Mol (365 g) y-Chlorpropyltriäthoxysilan und 15 MoI (255 g) flüssiges Ammoniak eingefüllt. Das Gefäß wurde verschlossen und 12 Stunden lang auf 100° erhitzt. Nach dem Erhitzen wurde das Gefäß auf Zimmertemperatur abgekühlt und das überschüssige Ammoniak abgelassen. Die übrigen Reaktionsprodukte, die aus einer Flüssigkeit und einer weißen Festsubstanz bestanden, wurden aus dem Gefäß entfernt und filtriert. Die Festsubstanz wurde dann mit wasserfreiem Diäthyläther gewaschen und verworfen.
Das Filtrat und die Waschflüssigkeit wurden zusammengegeben und in einer gefüllten Kolonne unter vermindertem Druck fraktioniert. Fraktionen wurden bei folgenden Siedetemperaturen erhalten:
100 bis 110°
145 bis 150°
200 bis 205°
bei 20 mm Hg abs.,
bei 1 mm Hg abs. und
bei 1 mm Hg abs.
Mono- (triäthoxysilylpropyl) -amin, Bis- (triäthoxysilylpropyl)-amin und Tris-(triäthoxysilylpropyl)-amin wurden durch die folgenden Analysen identifiziert.
Tabelle
Fraktion Siedepunkt
0C
Refraktionsindex
Nf
Ausbeute in °/0
des Ausgangssilans
I
II
III
108 bis 110° (20 mm)
145 bis 150° (1 mm)
200 bis 205° (1 mm)
1,4192 bis 1,4208
1,4280
1,4322
21
30
14
TabeUe 3
Neutralisationsäquivalente
Frak
tion
Erhalten Für die angegebenen Amine berechnet
I
II
III
230,1
406,7
585,4
221,4-Mono-(triäthoxysilylpropyl)-amin
425,7-Bis-(Triäthoxysüylpropyl)-amin
630,0-Tris-(triäthoxysilylpropyl)-amin
Beispiel 3
Gemäß dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren wurden y-Chlorpropyltriäthoxysilan und Ammoniak in einem Verhältnis von 20 Mol flüssigem Ammoniak je Mol y-Chlorpropyltriäthoxysilan in Reaktion gebracht. Die Ausbeute an Mono-(triäthoxysilylpropyl)-amin, berechnet auf das Ausgangssilan, betrug 50%.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von Alkoxysilylpropylaminen der Formel
    R'y 1
    CH2CH2CH2Si (
    in der R eine Alkylgruppe, R' ein Wasserstoffatom, eine Alkyl- oder eine Arylgruppe, y und # 0, 1 oder 2 sind, dadurch gekennzeichnet, daß man Ammoniak mit einem entsprechenden y-Chlorpropylalkoxysilan bei mindestens 90° und unter Überdruck in Reaktion bringt.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschrift Nr. 881 654;
    USA.-Patentschriften Nr. 2 688 006, 2 683 097,
    507 200.
DEU3720A 1955-01-21 1956-01-20 Verfahren zur Herstellung von Alkoxysilylpropylaminen Pending DE1023462B (de)

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