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Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanen Bei Raumtemperatur
zu Elastomeren härtende Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen haben beträchtliche
Bedeutung erlangt.
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Bei derartigen Massen ist zwischen solchen, denen vor ihrer Verwendung
eine oder mehrere die Härtung bewirkende Stoffe zugemischt werden müssen, beispielsweise
Hydroxylgruppen in den endständigen Einheiten aufweisende Diorganopolysiloxane als
wesentliche Bestandteile enthaltende Massen, die zur Härtung mit Organosiliciumverbindungen
mit mindestens drei SiOC-gebundenen organischen Resten in Gegenwart von Kondensationskatalysatoren
umge: setzt werden, wobei die fertig gemichten Massen nicht lagerfähig sind, und
Verbindungen entstehen, die keine oder praktisch keine SiOC-gebundenen organischen
Reste enthalten, und solchen, die an der Luft unter der Einwirkung der -atmosphärischen
Feuchtigkeit ohne weiteren Zusatz spontan härten, zu unterscheiden.
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Die bisher bekannten Massen der letzteren Art von zu Elastomeren
härtenden Massen werden durch Vermischen von Si-gebundene Hydroxylgruppen enthaltenden
Diorganopolysiloxanen mit Alkyltriacyloxysilanen hergestellt.
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Es ist jedoch schwierig, derartige Massen mit zum Vergießen geeigneter
Konsistenz zu bereiten. Ferner ist sehr nachteilig, daß bei der Härtung dieser Massen
beträchfliche Mengen an Carbonsäuren, wobei es sich im Falle der zur Zeit im Handel
befindlichen Massen meist um Essigsäure handelt, frei werden, was zu starken Geruchsbelästigungen
und Korrosionserscheindngen Anlaß gibt.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanen,
die unter Ausschluß von Wasser lagerfähig sind und bei Zutritt von Wasser bei Raumtemperatur
zu Elastomeren härten. Sie weisen die obengenannten Nachteile nicht auf.
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Beansprucht ist ein Verfahren zur- Herstellung von Organopolysiloxanen,
die außer SiC-gebundenen organischen Resten SiOC-gebundene organische Reste enthalten,
durch Umsetzung von Organopolysiloxanen der allgemeinen Formel
(worin R ein einwertiger, gegebenenfalls substituierter Kohlenwasserstoffrest, x
durchschnittlich 0,99 bis 1,01, y durchschnittlich 1,99 bis 2,01, die Summe von
x t y 3 und der Wert von n mindestens 1 ist und einer Viskosität von mindestens
25 cSt/25°C entspricht) mit Silanen der allgemeinen Formel RmSi(OR)4-m (worin R
jeweils die angegebene Bedeutung hat und m 0, 1 und/oder 2 ist) und/oder Teilhydrolysaten
dieser Silane, wobei jeweils mindestens 0,5 Mol Si-gebundener RO-Gruppe je Mol Si-gebundener
Hydroxylgruppe in den Organopolysiloxanen vorliegt, gegebenenfalls in Gegenwart
von in zu Elastomeren härtbaren -Organopolysiloxanmassen üblichen Zusätzen, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 0,01 bis 5O/o,
bezogen auf das Gewicht der Organopolysiloxane, an die Polymerisation von Diorganosiloxanen
als fördernd bekannten Verbindungen mit an Phosphor gebundenem Stickstoff unter
Ausschluß von Wasser durchführt.
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Beispiele für Kohlenwasserstoffreste R sind beliebige Alkylreste,
wie Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, tert. Butyl, Dodecyl, Octadecyl und Myricyl,
beliebige Alkenylreste wie Vinyl, Allyl und Hexenyl, beliebige Cycloalkylreste wie
Cyclobutyl, Cyclopentyl und Cyclohexyl, beliebige Cycloalkenylreste wie Cyclopentenyl
und Cyclohexenyl, beliebige Arylreste -wie Phenyl, Xenyl, Naphthyl und Phenantryl,
beliebige Aralkylreste wie Benzyl, ß-Phenwläthyl und Xylyl, sowie beliebige Alkarylreste
wie Tolyl.
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Als substituierte Kohlenwasserstoffreste R sind in den Organopolysiloxanen
der Formel
sowie im Falle der SiC-gebundenen Reste R in den Silanen der Formel RmSi(OR)4-m
und deren Teilhydrolysaten halogenierte Kohlenwasserstoffreste, insbesondere Halogenaryl-
und Fluoralkyl- sowie Fluoralkenylreste, und Cyanalkylreste bevorzugt.
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Beispiele für halogenierte Kohlenwasserstoffreste R und Cyanalkylreste
R sind Chlormethyl, Trifiuorvinyl, o-, p- und m-Chlorphenyl, 3,3,3-Trifluorpropyl,
o-, p-und m-Bromphenyl, a,a,oc-Trifluortoluy1 und die verschiedenen Pentafluorbutyl-,
Bromxenyl-, Chlortrifluorcyclobutyl-, Chlorcyclohexyl- und Jodphenylreste sowie
ß-Cyanäthyl, y-Cyanpropyl, ct)-Cyanbutyl"B-Cyanpropyl, y-Cyanbutyl und co-Cyanoctadecyl.
Sind SiC-gebundene Cyanalkylreste vorhanden, so sind sie zweckmäßig an mindestens
1 Molprozent der Si-Atome gebunden.
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Zweckmäßig enthalten die Reste R in den Organopolysiloxanen der Formel
sowie die SiC-gebundenen Reste R in den Silanen der Formel RmSi(OR)4-m und deren
Teilhydrolysaten jeweils nicht mehr als 19 Kohlenstoffatome. Vorzugsweise sind mindestens
50 Molprozent dieser Reste aliphatische Kohlenwasserstoffreste mit nicht mehr als
4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methylreste. Die gegebenenfalls vorhandenen übrigen
SiC-gebundenen Reste sind vorzugsweise Phenylreste.
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Als substituierte SiOC-gebundene Kohlenwasserstoffreste R in den
Silanen der allgemeinen Formel RmSi(OR)4-m und deren Teilhydrolysaten sind halogenierte
Kohlenwasserstoffreste mit jeweils weniger als 9 Kohlenstoffatomen, insbesondere
weniger als 5 Kohlenstoffatomen, die zweckmäßigerweise in a-Stellung zum Sauerstoff.
atom kein Halogen enthalten und vor allem Reste der allgemeinen Formel R'(OCH2CHa
-worin R' ein einwertiger, gegebenenfalls halogenierter Kohlenwasserstoffrest mit
weniger als 18 C-Atomen und a = 1, 2 oder 3 ist, bevorzugt.
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Beispiele für in o;-Stellung halogenfreie, SiOC-gebundene halogenierte
Kohlenwasserstoffreste R sind der B-Chloräthyl, fl-Brompropyl, 8-Chlorbutyl, 2,2,2-Trifluoräthyl,
3,3,3,2,2-Pentafluorpropyl, y-Jodpropyl, fl-Chlorisopropyl, fl-Chlor-n-octyl, c!)-Chlor-n-octyl
und 3-Chlor-2-äthylhexyl.
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Die Beispiele für unsubstituierte Kohlenwasserstoffreste R sowie
für die halogenierten Kohlenwasserstoffreste R in den Organopolysiloxanen gelten
auch für die Reste R'.
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Beispiele für Reste der allgemeinen Formel R'(OCH2CH2)a -sind somit
solche der Formel CH3CH2CH2CH2OCH2CH2O CH8CH2CH2CHOCH2CH2)2O -, CH2 = CHCH2OCH2OCH2CH2O
-, CH3CH2OCH2CH2O -, CH3CH2(OCH2CH2)2O -, CH3CH2(OCH2CH2)3O -, CH3OCH2CH2O -, C6H5OCH2CH2O
-, ClCH2CH2OCH2CH2O und CF3OCH2CH2O -.
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Vorzugsweise enthalten auch die Reste R' jeweils weniger als 5 C-Atome.
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Als unsubstituierte SiOC-gebundene Kohlenwasserstoffreste sind ebenfalls
solche mit weniger als 9 Kohlenstoffatomen, insbesondere gesättigte Kohlenwasserstoffreste
mit weniger als 5 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl
und tert.-Butyl, bevorzugt.
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An den einzelnen Si-Atomen von Organopolysiloxan, Silan und/oder
dessen Teilhydrolysat können gleiche oder verschiedene Reste R gebunden sein.
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Die Viskosität der Organopolysiloxane der Formel
liegt zweckmäßig im Bereich von 100 bis 200 000 cSt/ 25"C, vorzugsweise beträgt
sie 200 bis 20 000 cSt/ 25"C. Bei den Organopolysiloxanen kann es sich, ebenso wie
bei den Teilhydrolysaten der Silane, um Homopolymere, Gemische aus verschiedenen
Homopolymeren, Mischpolymere oder Gemische aus verschiedenen Mischpolymeren mit
jeweils gleichem Polymerisationsgrad, was im Falle der Organopolysiloxane jeweils
gleiche Werte für n bedeutet, oder um Gemische aus gleichen oder verschiedenen Homopolymeren
oder Mischpolymeren verschiedenen Polymerisationsgrades handeln. Die Organopolysiloxane
der Formel
bestehen aus Diorganosiloxaneinheiten, gegebenenfalls neben anderen Siloxaneinheiten.
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Beispiele für bei dem beschriebenen Verfahren verwendbare Silane
sind Tetramethoxy-, Tetraäthoxy-, Tetra-n-propoxy-, Tetraisopropoxysilan, die verschiedenen
Tetraamylsilane, Tetraallyl-, Tetra-2-n-pentenyl-, -Diäthyldüsopropoxy-, Tetra-n-hexyl-,
Vinyltrimethoxy-, 3,3,3-Trifiuorpropyltrimethoxy-, ß - Cyanäthyltrimethoxy-, Phenyltrimethoxy-,
n-Octadecyltrimethoxy-, Tetra-B-chioräthoxy-, 2,2,2-Trifluoräthoxy-, Propyl-tris-(ß-chlorbutoxy)-,
Methyltriäthoxy-, Methyltri methoxy-, Äthyltrimethoxy-, Dimethyldimethoxy-, Diäthyldimethoxy-,
Dimethyldiäthoxy-, Methylvinyldiäthoxy-, Divinyldiäthoxy-, Phenylmethyldiäthoxy-
und
Diphenyldiäthoxysilan sowie Verbindungen der Formeln Si(OCH2CHCH3)4,
CH3Si(OCH2CH20CH3)3, Si(OCHaCH20C2H6)4 Si(OCH2CH20CH = CH2)4, Si(OCH2CH2CH20CH2CH2CH2CH3)4,
C6H6Si(OCH2CH20CH3)3, CH2 = C(CH3)CH2Si(OCH2CH20CH3)3,
Vorzugsweise ist in den Silanen und deren Teilhydrolysaten m jeweils höchstens 1.
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Die Teilhydrolysate der Silane der Formel RmSi(OR)4-m enthalten vorzugsweise
mindestens 0,5 RO-Gruppen, besser mindestens 2 RO-Gruppen je Si-Atom und nicht mehr
als 10 Si-Atome, insbesondere nicht mehr als 5 Si-Atome, je Molekül.
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Beispiele für besonders gut anwendbare Teilhydrolysate sind diejenigen
der obengenannten Tetraorganosilane, wie Polykieselsäuremethyl-, Polykieselsäureäthyl-,
Polykieselsäure-n- und -isopropylester sowie O[Si(OCH2CH2OCH3)8j2.
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Die Silane und/oder deren Teilhydrolysate werden vorzugsweise in
solchen Mengen angewandt, daß mindestens 0,5 Mol Si-gebundener RO-Gruppen je Mol
Si-gebundener HO-Gruppen vorliegt. Die obere Grenze der Menge an Silan und/oder
Teilhydrolysat ist nicht entscheidend. Sie hängt von dem gewünschten Gehalt an Si-gebundenen
RO-Gruppen im Produkt ab, wobei in diesem Zusammenhang zu bemerken ist, daß bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Aufspaltung der Organopolysiloxanketten unter
Einführung von RO-Gruppen in die endständigen Einheiten der Bruckstücke stattfindet.
Die Aufspaltung ist um so geringer, je weniger Si-gebundene RO-Gruppen vorliegen.
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Die erfindungsgemäß als Katalysatoren verwendeten Verbindungen mit
an Phosphor gebundenem Stickstoff sind gemäß der deutschen Patentschrift 930 481
als die Polymerisation von Diorganosiloxanen fördernd bekannt. Es handelt sich dabei
um Phosphornitrilhalogenide oder um gegebenenfalls am Stickstoff substituierte Amidhalogenide
der phosphorigen Säure oder Phosphorsäure.
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Die Amidhalogenide der phosphorigen Säure oder Phosphorsäure können
z. B. folgende Konstitution aufweisen:
In diesen Formeln bedeuten R und R' Alkyl-, Aryl-, Alkaryl-, Aralkylreste oder H,
während X Halogen ist. Zweckmäßig weisen in diesen Formeln die Reste R und R' jeweils
nicht mehr als 12 Kohlenstoffatome auf. X ist vorzugsweise Chlor.
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Beispiele für Verbindungen dieser Formlen sind Phosphorigsäureamiddichloride
der Formeln C6H5 - NR - PCl2, C6H5 - N(CH3) - PCl2, C6H5 - N(C2H5) - PCl, (C6H5)2N
- PCl2, CH1 - NR PCl2, (CH3)2CH - NH - PCl2 und CßHsCH2NHPCl2 sowie die Phosphorsäureamiddichloride
der Formel C6H5 - NR - POCl2, C10H,NH - POCl2, CH3NH - POCl2, (CH1)2CHNH - POCl2
und C2H5NH - POCl2.
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Bevorzugt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch die Phosphornitrilhalogenide,
vor allem die Phosphornitrilchloride, insbesondere die polymeren Produkte, die durch
Umsetzung von Phosphorpentachlorid mit Ammonchlorid gemäß »Berichte der deutschen
Chemischen Gesellschaft«, 57. Jahrgang (1924), 5. 1345/1346, oder »Journal of the
Chemical Society« (1960), 5. 2542 bis 2547, erhältlich sind.
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Besonders geeignet sind die öligen linearen polymeren Phosphornitrilchloride.
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Vorzugsweise werden bei der beanspruchten Umsetzung die erfindungsgemäß
zu verwendenden Katalysatoren in Mengen von 0,03 bis 10/ob bezogen auf das Gewicht
der Organopolysiloxane, verwendet. Die Katalysatoren können gegebenenfalls in Form
ihrer Lösungen in einem inerten Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, angewandt werden.
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Das Vermischen und die anschließende Umsetzung der Reaktionsteilnehmer
und des Katalysators erfolgen unter Ausschluß von Wasser.
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Es können dabei beliebige Temperaturen bis zu etwa 1800 C angewandt
werden. Temperaturen zwischen 10 und 80"C sind bevorzugt. Zweckmäßig erfolgen das
Vermischen und die Umsetzung bei Raumtemperatur und Normaldruck. Falls erwünscht,
können auch höhere oder niedrigere Drücke angewandt werden.
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Je nach Temperatur, Katalysatormenge und Verhältnis der Reaktionsteilnehmer
dauert die Umsetzung 1 Minute bis 100 Stunden. Das Ende der Reaktion erkennt man
am Konstantbleiben der Viskosität des Reaktionsgemisches.
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Gegebenenfalls kann das beanspruchte Verfahren in inerten, d. h.
nicht mit Si-gebundenen HO- und RO-Gruppen und nicht mit dem Katalysator reagierenden
Lösungsmitteln, beispielsweise Kohlenwasserstoffen wie Benzol, Toluol, Xylol oder
Petroläther, Halogenkohlenwasserstoffen wie Methylenchlorid, Perchloräthylen oder
Chlorbenzol, Äthern wie Diäthyläther und Di-n-butyläther, Ketonen wie Methylisobutylketon
und
flüssigen, durch Triorganosiloxaneinheiten endblockierten Diorganopolysiloxanen,
z. B. einem durch Trimethylsiloxaneinheiten endblockierten Dimethylpolysiloxan mit
350cSt/25°C, durchgeführt werden.
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Falls erwünscht, können nach der Umsetzung der gebildete Alkohol,
überschüssiges Silan und Lösungsmittel, z. B. durch Abdampfen, entfernt werden.
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Je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck kann gegebenenfalls nach
der erfindungsgemäßen Umsetzung der Katalysator durch kurzzeitiges, z. B.
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1 bis 10 Minuten, Erhitzen auf 200 bis 250"C oder durch Adsorption
an Molekularsieben oder durch Neutralisation mit Aminen unschädlich gemacht werden.
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Die nach dem beanspruchten Verfahren erhaltenen Produkte eignen sich
für alle Zwecke, bei denen Organopolysiloxane, die außer Si - C-gebundenen organischen
Resten Si-O-C-gebundene organische Reste der beschriebenen Art enthalten, verwendet
werden, z. B. als Zusätze zur Verminderung des Verstrammens beim Lagern (sogenanntes
»crepe ageing<x) für in der Hitze zu Elastomeren härtbare Massen auf Grundlage
von hochviskosen Diorganopolysiloxanen und aktiven Füllstoffen, d. h. solchen mit
einer Oberfläche von mehr als 50 m2/g, als Formtrennmittel, als Haftmittel für Glasfasern
und Glasgewebe, Imprägniermittel für Papier, Textilien oder Leder sowie als Wärmeübertragungsmittel.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann, falls er erwünscht, in Gegenwart
von in zu Elastomeren härtbaren Organopolysiloxanmassen üblichen Zusätzen, z. B.
solchen zur Verminderung der bleibenden yerformung, wie Phthalocyaninen, Riechstoffen,
Oxydationsinhibitoren, Hitzestabilisatoren, flammabweisend machenden Mitteln, Lichtschutzmitteln,
verstärkenden und/oder nicht verstärkenden Füllstoffen sowie organischen Peroxyden,
durchgeführt werden.
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Die nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Organopolysiloxane
härten bei Raumtemperatur unter der Einwirkung von Wasser, wobei der normale Wassergehalt
der Luft ausreicht. Statt des Wassergehalts der Luft kann auch Leitungswasser, Wasserdampf
oder Wasser aus lcristallwasserhaltigen Verbindungen verwendet werden. Die Härtung
verläuft selbstverständlich bei höheren Temperaturen schneller als bei Raumtemperatur.
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Hier nicht beanspruchte Massen auf Basis der den nach dem beanspruchten
Verfahren hergestellten Organopolysiloxane, für deren Herstellung und Härtung hier
kein Schutz beansprucht wird, bzw. die daraus gewonnenen Elastomeren haften fest
an den verschiedensten Stoffen wie Glas, Porzellan, Holz, Metallen und organischen
sowie siliciumorganischen Kunststoffen. Sie eignen sich deshalb sehr gut zum Verkleben,
z. B. von auf andere Weise gewonnenen Organopolysiloxanelastomeren mit Stahl, sowie
als Dichtungs- und Vergußmassen, z. B. im Bauwesen, bei Flugzeugen und Kraftfahrzeugen.
Sie eignen sich allgemein für alle Verwendungszwecke, bei denen bei Raumtemperatur
zu Organopolysiloxanen härtbare Massen üblicherweise eingesetzt werden, z. B. als
Schutzüberzüge, zu elektrischen und thermischen Isolierungen, als Vergußmassen beim
Einkapseln elektronischer Vorrichtungen, als Abdruckmassen in der Zahnheilkunde,
zum Beschichten von Geweben und zur Herstellung von Folien, Formlingen. und Schichtstoffen.
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Beispiel 1 In einem mit gasdichtem Rührer versehenen Kolben wird
ein Gemisch aus 370 g eines in den endständigen Einheiten je eine Hydroxylgruppe
aufweisenden Dimethylpolysiloxans mit 300 cSt/250 C, 6,4 g Tetraäthoxysilan und
0,5 ml einer 25gewichtsprozentigen Lösung von - Phosphornitrilchlorid (das Phosphornitrilchlorid
- wurde gemäß berichte der deutschen Chemischen Gesellschaft«, 57. Jahrgang, 1924,
S. 1345, durch Erhitzen von 400 g Phosphorpentachlorid mit 130g Ammoniumchlorid
in 11 Tetrachloräthan auf ,135°C bis zum Aufhören der Gasentwicklung und Abdestillieren
des Lösungsmittels gewonnen. Der Rückstand, der beim Abdestillieren des Lösungsmittels
verblieb, wurde ohne weitere Aufarbeitung verwendet) in Methylenchlorid 1/,Stunde
bei Raumtemperatur und Normaldruck unter Ausschluß der Luftfeuchtigkeit gerührt.
Anschließend wird 45 Minuten bei Raumtemperatur und 1 mm Hg weitergerührt, - um
leicht flüchtige Bestandteile abzudampfen.
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Der Rückstand bildet in einem Polyäthylenschälchen unter dem Einfluß
der Luftfeuchtigkeit nach 5 Minuten eine Haut und ist nach einem Tag vollständig
durchgehärtet; in -einer verschlossenen Flasche ist er nach 2 Wochen- noch unverändert.
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Beispiel 2 In einem verschlossenen Kolben wird ein Gemisch aus 500
g eines in den endständigen Einheiten je eine Hydroxylg-ruppe aufweisenden Dimethylpolysiloxans
mit 570 cSt/25"C, 9,4 g Tetra-(methoxyäthoxy)-silan und 0,5 ml der Phosphornitrilchloridlösung
gemäß Beispiel 1 24 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen. Dann werden unter
Rühren mittels eines gasdichten Rührers die unterhalb 50°C/1 mm Hg siedenden Bestandteile
abgedampft.
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Werden nach hier nicht beanspruchtem Verfahren 300 g des Rückstands
mit 150 g Quarzmehl vermischt, so bleibt das erhaltene Gemisch in einer verschlossenen
Flasche nach 2 Wochen noch unverändert, an der Luft härtet es jedoch unter dem Einfluß
der darin enthaltenen Feuchtigkeit in 1 mm dicker Schicht innerhalb von 2 Stunden
zu einem Elastomeren mit der Zugfestigkeit von 35 kg/cm2, einer Bruchdehnung von
150 0/o und einer Shorehärte von 35.
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Beispiel 3 In einem mit gasdichtem Rührer versehenen Kolben wird
ein Gemisch aus 370 g eines in den endständigen Einheiten je eine Hydroxylgruppe
aufweisenden Dimethylpolysiloxans mit 300 cSt/250 C, 4,1 g Dimethyldi-n-butoxysilan
und 0,5 ml der Phosphornitrilchloridlösung gemäß Beispiel 1 1/2 Stunde bei Raumtemperatur
und Normaldruck unter Ausschluß der Luftfeuchtigkeit gerührt. Anschließend wird
45 Minuten bei Raumtemperatur und 1 mm Hg weitergerührt, um leicht siedende Bestandteile
zu entfernen.
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Der Rückstand ist ein in den endständigen Einheiten je eine n-Butoxygruppe
aufweisendes Dimethylpolysiloxan.