DE1520030A1 - Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanen

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DE1520030A1
DE1520030A1 DE19641520030 DE1520030A DE1520030A1 DE 1520030 A1 DE1520030 A1 DE 1520030A1 DE 19641520030 DE19641520030 DE 19641520030 DE 1520030 A DE1520030 A DE 1520030A DE 1520030 A1 DE1520030 A1 DE 1520030A1
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polymer
catalyst
ladder
arylsilsesquioxane
solution
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Krantz Karl W
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanen.
  • Vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Selbstkondensation von Organopolysiloxanen, insbesondere von Arylsilsesquioxan-Polymeren. Im engeren Sinne bezieht sich vorliegende Erfindung auf die Selbst-Kondensation von Phenylsilsesquioxan-Polymere, welche an den Molekülenden Hydroxylgruppen aufweisen. Die Arylsilsesquioxan-Polymere, welche mit vorliegender Erfindung offenbart werden, besitzen eine Struktur, welche durch das Vorhandensein von verknüpften Ketten gekennzeichnet ist, die also "leiterförmig" gebaut sind, es wird daher der Kürze wegen in Zukunft von "Leiter-Polymeren gesprochen. Dabei sind die RSiO1,5 - Einheiten in einer Struktur angeordnet, welche wie folgt wiedergegeben werden kann: Die Polymeren sind also durch sich wiederholende Einheiten der Strukturformel gekennzeichnet.
  • Diese Verbindungen können also Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymere genannt werden, wobei - wie bereite ausgeführt - der Ausdruck "Leiter" in dieser ganzen Offenbarung konsequent benutzt wird, um die Arylsilsesquioxan-Polymere zu kennzeichnen. In den vorgenannten Formeln bedeutet R eine Arylgruppe, beispielsweise Phenyl, Paraphenoxyphenyl, Cyanophenyl, Benzoylphenyl, Tolyl, Xylyl, Äthylphenyl, Naphthyl, Biphenyl, usw.
  • Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymere wurden bereits beschrieben, beispielsweise in den USA-Patenten 3 017 385 (Sprung et al) und 3 017 986 (Brown, Jr. et al), welche USA-Patente der Anmelderin vorliegender Erfindung gehören.
  • In dem vorgenannten USA-Patent 3 017 385 wird die Herstellung von Arylsilsesquioxan-Polymeren, welche eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 2500 von zumindest 0,4 dl./g. besitzen, aus Arylsilsesguioxan-Polymeren mit niedereren Intrinsic-Viskositäten, d.h. aus solchen Polymeren, die kürzere Ketten besitzen, beschrieben. Der dort offenbarte Prozesse beinhaltet eine Siloxan-Verknüpfung von Polymeren niederer Viskosität, unter Verwendung oines. alkalischon Verknüpfunge- bzw. Umlagerungskatalysators unter Einwirkung auf die Siloxan-Bindungen, unter Bewirkung einer Verkupplung der kürzeren Leiter-Segmente und Bildung von neuen Leiter-Polymeren höherer Viskosität. Jedoch ist dieses Verfahren des Standes der Technik zur Bildung von Leiter-Polymeren höherer Viskosität mit einigen Nachteilen behaftet. Beispielsweise besteht eine kritische Endstufe in der Siloxanumlagerung bzw. Siloxanverknüpfung, welche in hohem Masse gegenüber der Lösungsmittelkonzentration empfindlich ist und es war fast unmöglich, ein Polymer hinsichtlich einer bestimmten Anwendungsweise, nämlich hinsichtlich der Bildung von Ueberzugen in wünschenswerter Weise zu schaffen. Ferner ist es wesentlich, den Alkalimetall-Umlagerungs- bzw. Verknü'pfungskatalyeator durch eine Lösungsmittelbehandlung zu entfernen, mit dem Ziel, ein stabiles Endprodukt zu erhalten. Wenn jedoch dem Kaliumlagerungs- bzw. Verknüpfungskatalysator gestattet wird, in dem endgültig ausgehärteten Material zu verbleiben, so kann dieser eine Aufspaltung von Material mit höherem Molekulargewicht in kürzere Leiter-Segmente (= Bestandteile) auslösen. Die Lösungen von Leiter-Polymeren mit hoher Intrinsic-Viskosität haben extrem hohe Volumviskositäten (= pulk viscosities), und zwar selbst bei niederen (5-10%) Harzkonzentrationen, so dass die Herstellung gleichförmiger Überzüge oder eine Filmherstellung unter Erreichung praktisch brauchbarer Dicken sehr häufig eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Einzelüberzügen oder Eintauchungsvorgängen erfordert, wobei zudem der Nachteil der Verdampfung beträchtlicher Lösung mittelmengen in Kauf genommen werden muss.
  • Demgegenüber werden nach dem Verfahren vorliegender Erfindung Leiter-Polymere mit hohem Molekulargewicht durch die Kondensation von Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymeren, welche an den Kettenenden Silanolgruppen aufweisen, gewonnen. Dabei wird die ungenau bzw. unkontrollierbare Aufspaltung von Siloxan-Bindung, die mit der Verwendung von stark basischen Katalysatoren einhergeht, vermieden und statt dessen auf dem Wege der Hydroxylkondensation eine sehr wesentlich genauere Polymerenbildung gewährleistet. Da die Intrinsic-Viskosität des Leiter-Polymers mit endständiger Silanolgruppierung im Vergleich mit den letztlich gebildeten Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymeren relativ niedrig ist, kann eine Lösung, welche zur Herstellung eines Leiter-Polymers mit hohem Molekulargewicht als Endprodukt grössere Harzkonzentrationen beinhalten, wobei die vorgenannte Lösung als Gebrauchs lösung zur Herstellung von ueberzügen eingesetzt wird. Dadurch werden weniger Eintauchoperationen zur Erzielung der gleichen Üborsugedicke ermöglicht, unter gleichzeitiger Verringerung der Menge an anschliessend zu entfernendem Lösungsmittel.
  • Es ist daher ein Ziel vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Arylsilsesquioxan-Polymeren zu schaffen, welche eine Leiter-Struktur aufweisen, wobei eine wesentlich leichtere Handhabung mit einer grösseren Kontrollmöglichkeit,im Vergleich zu den Verfahren des Standes der Technik, einhergeht.
  • Es ist ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymeren mit hohem Molekulargewicht auf dem Wege der Kondensation von Hydroxylgruppen, welche an den Kettenenden sitzen und siliziumgebunden sind, vorzuschlagen. Es ist ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung, eine terzugs-Gebrauchslösung zur Aufgabe eines Films aus Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymeren zu schaffen, unter Ermöglichung höherer Harzkonzentrationen, einer grösseren Kontrolle bezüglich der Filmbildung und unter einer leichteren Handhabbarkeit als diee bei den früheren Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymer-Überzugszubereitungen der Pall war.
  • Kurz gesagt umfasst die vorliegende Erfindung die Selbstkondensation von Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymer-Segmenten, welche siliziumgebundene und kettenabschliessend Hydroxyleinheiten aufweisen, wobei in Anwesenheit eines Lösungemitteis und eines schwach basischen Katalysators gearbeitet wird. Diese Selbstkondensation führt zur Bildung von Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymeren, welche höhere Molekulargewichte (und längere Ketten) als die Ausgangssegmente besitzen.
  • Die Arylsilsesquioxan-Leiter-Polymer-Segmente, welche siliziumgebundene Hydroxylgruppen als kettenabschliessende Einheiten besitzen und welche im folgenden der Kürze wegen als Ausgangsleiterpolymeraegmente bezeichnet werden, sind Gegenstand der gleichzeitig mit vorliegender Anmeldung eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel: "Organopolymsiloxane und Verfahren zu deren Herstellung",wobei die eben genannte Anmeldung vom Anmelder dieser Anmeldung eingereicht ist.
  • Die Ausganguleiterpolymersegmente besitzen die Formel in welcher R (wie oben bereits angegeben) eine Arylgruppe bedeutet und n einen Wert darstellt, der gross genug ist, um die erforderliche Intrinsio-Viskosität der vorgenannten Leiterpolymeren sicherzustellen. Wie in der eben erwähnten gleichlaufenden Patentanmeldung ausgeführt ist, besitzen die Ausgangsleiterpolymersegmente Intrinsic-Viskositäten von zumindest 0,05 dl./g., z.B. im Grössenordnungsberefoh von 0,05 Mie 0,5 oder 1,0 dl/g. Im allgemeinen bewegt sich der Wert von n in der eben angegebenen Formel, welcher solchen Intrinsic-Viskositäten entspricht, im Bereich von 25 bis etwa 300 oder 500.
  • Bei der Durchführung der Selbstkondensationsreaktion gemäss vorliegender Erfindung wird eine Lösung von Ausgangeleiterpolymer-Segmenten und eines Polymerisationskatalysators in Anwesenheit der zu überziehenden Oberfläche'auf eine Temperatur von etwa 1000C bis 1600C nur etwa 5 bis 10 Minuten erhitzt. Die Zeit, innerhalb derer die Überzugszubereitung erhitzt werden mss, schwankt mit der Temperatur und dem jeweils im Einzelfalls verwondeten Katalysator. Eine normalere Zeit zur Härtung des Polymers liegt in der Grössenordnung von etwa 30 bis 180 Minuten, innerhalb welcher die Kondensation der Ausgangsleiterpolymer-segmente bewirkt wird. Die Anwendung von Hitze auf die Lösung ergibt nicht nur die Kondensation der Polymersegmente, sondern führt ausserdem, je nachdem welcher Katalysator im Einzelfall zur Anwendung gelangte, zur Verdampfung dieses Polymerisationskatalysators, wobei in manchen Fällen sich dessen Zersetzung anschliesst.
  • Die Anwendung der Leiterpolymeren des Standes der Technik in der Form von ueberzügen war notwendigerweise über Benzol-Lösungen erfolgt, da diese vom Standpunkt der Sicherheit und der Kosten am praktischsten waren. Die Polymeren des Standes der Technik waren in Toluol unlöslich. Da demgegenüber die Ausgangsleiterpolymer-Segmente, die gemäss vorliegender Erfindung verwendet werden, nicht nur in Benzol sondern auch in Toluol löslich sind, wird eine beträchtliche Kostenersparnis und eine Erhöhung der Sicherheit erzielt Benzol hat im geschlossenen Gefäss einen Entflammungspunkt von 11,1100, während der Entflammungspunkt von Toluol bei 6,1100 bis 10,000 liegt.
  • Wie bereits oben angegeben, besitzen die Lösungen von den Hochpolymeren, die früher verwendet wurden, extrem hohe Volum-Viskositäten (= bulk viscosities), und zwar selbst dann, wenn die Harzkonzentrationen sehr niedrig lagen, beispielsweise bei 5 bis 10 %.
  • Beispielsweise beträgt die Volum-Viskosität eines Leiterpolymers mit einer Intrinsic-Viskosität von 3,5 als 10 %ige Lösung in Benzol 10.000 Centipoise. Dies erschwert die Herstellung von gleichmässigen ueberzügen oder Filmen einer gewünschten Dicke, da die ungewöhnlich hohe Anzahl von Überziehoperationen oder Eintauchvorgängen und die Verdmpfung an einer unangenehm grössen Lösungsmittelmenge sehr nachteilig ist. Demgegenüber sind Lösungen von Ausgangsleiterpolymer-Segmenten gemäss vorliegender Erfindung selbst dann leicht zu handhaben, wenn die Lösungen bis zu 50 ffi Polymer enthalten,was im Einzelfall von der Intrinsic-Viskosität abhängt. Beispielsweise besitzt eine 50 %ige Lösung an Ausgangsleiterpolymer-Segmenten mit einer Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 0,05 eine Volum-Viskosität von etwa 150 Centipoise bei 25°C. Lösungen, welche nur etwa 10 % Polymer enthalten, erlauben die Herstellung von brauchbaren Überzügen durch nur eine oder zwei Überzugsoperationen. So wird erfindungsgemäss die Anzahl der notwendigen Verfahrensstufen und die Menge an Lösungsmittel, welche wieder verdampft werden muss, in eehr beträchtlicher Weise reduziert.
  • Ein weiteres Beispiel für die leichte Handhabung der Lösung vorliegender Erfindung wird in der folgenden Tabelle wiedergegeben, welche die Lösungsviskosität eines Phenyl-Ausgangsleiterpolymer-Segments mit einer Interinsic-Viskosität in Benzol bei 25°C von 0,60 dl./g. angibt.
  • * Polymer in Toluol- Lösungsviskosität0 Lösung Centipoise bei 25 0.
  • 20,0 430 18,3 300 11,9 28 Ausser der erfindungsgemäss erzielten Vorteile bezüglich der Handhabung der vorgenannten Ausgangsleiterpolymer-Segmente werden noch andere technische Fortschritte erreicht.
  • Beispielsweise enthält das schliesslich durch die Kondensationsreaktion gebildete Polymer, welche Reaktion auch Gegenstand vorliegender Erfindung ist, noch Hydrpxylgruppen an den Kettenenden, wenngleich natürlich das Endpolymer eine höhere Intrinsic-Viskosität (= längere Kettenlänge) als das Ausgangs-Polymermaterial besitzt. Die endständigen Polymer-Segmente des schliesalichen Leiterpolymerc sind nicht vollständig kondensiert und es handelt sich um die Hydroxylendgruppen dieser Segmente, welche beibehalten sind.
  • Die Kondensationereaktion gemäss vorliegender Erfindung kann durch folgende Reaktionegleichungen wiedergegeben werden + 2 H20 wobei R und n die oben angegebene Bedeutung besitzen. Der Effekt dieser endetändigen Hydroxylgruppen liegt darin, dass eine grössere Adhäsion zwischen dem Überzugs-Leiterpolymer und der zu überziehenden Unterlage (Substrat) erzielt wird.
  • Beispielsweise hält ein Kupferkörper, der mit Leiterpolymer überzogen ist, welches keine Hydroxylendgruppen besitzt, keine Biegebeanspruchung aus. Unter einer Biegebeanspruchung zerbricht der Uberzug aus Leiterpolymer und fällt von der Unterlage, d.h. beispielsweise vorn Kupferkörper, ab. Dem gegenüber kann ein Kupferkörper, der mit einem Leiterpolymer überzogen ist, welches nach dem erfindungegemässen Verfahren hergestellt wurde, ohne Entstehung von Rissen oder Brüchen oder einem Abschälen gebogen werden. Beispielhaft für dieses Verhalten ist der Überzug, der in Beispiel VII beschrieben ist.
  • Ferner ist es beim Aufbringen der Ueberzüge des Standes der Technik nicht nur nötig, extrem hohe Temperaturen anzuwenden, sondern es ist ferner auch eine genaue Konzentrationskontrolle erforderlich. Dies iut die Folge der Notwendigkeit einer genauen Beachtung der Bedingungen, welche für die Siloxanbindungs-Verknüpfung (Wiederverknüpfung bzw. Umlagerung) eingehalten werden müssen.
  • Demgegenüber braucht da das Verfahren vorliegender Erfindung eine Hydroxylkondensation umfasst, die Konzentratton nur innerhalb weiter Grenzen kontrolliort zu werden, welche durch die Handhabbarkeit der Lösung und die Erforderniss@, die mit der Lösung mittelentfernung zusammenhängen, diktiert werden.
  • Es wird ein Alkalimetallhydroxyd aus Katalysator bei der Bildung der Leiter-Polymeren des Standes der Technik mit hoher Intrinsic-Viskosität benutzt. Als Folge der Härtung des Polymers bleibt entweder der Katalysator im Uberzug oder wird durch eine Komplex-Lösungsmittel-Behandlung entfernt. Die letztere ist dabei aber nicht nur schwierig, sondern auch zeitraubend. Wenn jedoch das Alkalimetallhydroxyd im Überzug verbleibt, kann bei Temperaturverhältnissen, denen das überzogene Substrat eventuell ausgesetzt werden wird, eine Reaktivierung des Katalysators erfolgen, woduroh eine Reäquilibrierung in Gang gesetzt wird und dadurch ein Abbau des Polymers resultiert. Die Katalysatoren, welche bei der Kondensationsreaktion gemäss vorliegender Erfindung verwendet werden, sind hitzelabil. Das heisst, sie werden unter der Einwirkung einer Hitze, die zur Härtung des Polymers nötig ist, zersetzt. In manchen Fällen führt diese Zersetzung zu flüchtigen Produkten, welche unter den Härtungsbedingungen verdampfen und auf diese Weise aus dem Polymeren-Uberzug entfernt werden. In jedem Falle ist infolge dieser Zersetzung eine Anschlussreaktion unmöglich, da kein wirksamer Katalysator in Berührung mit dem gehärteten Polymer verbleibt.
  • So ist daher weder eine teure Katalysatorentfernung notwendig, noch besteht ein Problem bezüglich einer anschliessenden Polymeren-Zersetzung, sobald das erfindungÇgemässe Verfahren zur Anwendung gelangt.
  • Das Verfahren zur Herstellung von Hochpolymeren gemäss vorliegender Erfindung wird durch die Kondensation von endständigen Hydroxylgruppen der Ausgangsleiterpolymer-Segmente bewirkt, wohingegen - wie oben ausgeführt - eine Siloxanspaltung und Wiederverknüpfung kaum bzw. nicht stattfindet. Diese, Konãensation kann durch relativ schwache Basen, wie Amine, hitzelabile quaternäre Ammonium- oder quaternäre Pbosphonium-Verbindungen oder auch durch Metallsalze von organischen Säuren katalysiert werden. Die verwendeten"Onium"-Verbindungen sind Basen, Salze von schwachen Säuren und Salze von flüchtigen Säuren. Die zur Durchführung der Reaktion notwendige Menge an Katalysator liegt zwischen etwa 0,) und etwa 5 5. Die Amine und "onium"-Verbinungen bewirken in.der nur nötigen niederen Katalysatorkonzentration keine bedeutende Spaltung von Silozan-Bindung oder eine Wiederverknüpfung dieser Bindungen, wenn diese Katalysatorart in der Polymerenlösung zugegen iat. Ferner können sie eventuell verdampft werden oder durch einen Kondensationsprozeß desaktiviert werden, sodass eine eigentliche Entkatalysierungestufe nicht nötig ist, um die thermische Stabilität des Hochpolymeren -Endprodukts zu bewirken.
  • Beispielhaft für Katalysator-Verbindungen, welche im vorliegendvn Verfahren verwendet werden können, sind primäre, sekundäre und tertiäre Amine, wie Piperidin; l,4-diazabicyclo-(2,2,2)octan; Triäthanolamin; Tetramethylguanidin; Äthylendiamin und Cyclohexylamin; quaternäre Ammonium-Verbindungen, wie Tetramethylammoniumacetat und Benzyltriäthylammoniumacetat; quaternäre Phosphonium-Verbindungen wie Tetramethylphosphoniumacetat und Tetramethylphosphoniumhydroxyd; Metallsalze wie Zinnoctoat; Zinknaphthenat und Dibutylzinndilaurat. Das Tetramethylphdsphoniumhydroxyd sollte nur dann verwendet werden, wenn die Uberzugs-Gebrauchslösung sofort eingesetzt wird. Von den erwähnten Katalysatorverbindungen wurde bis heute als am meisten wirksame Verbindungen das TetramethylamVlniumacetat und das l,4-Diazabicyclo-(2,2,2)octan befunden.
  • Die Kondensationsreaktion gemäss vorliegender Erfindung wird im allgemeinen an der Stelle durchgeführt, an welcher die Produkte des erfindungsgemässen Verfahrens benutzt werden. Beispielsweise kann die Polymerisation durchgeführt werden, während die bei der praktischen Durchführung vorliegender Erfindung verwendeten Materialien sich in Berührung mit den zu überziehenden Oberflächen befinden, beispielsweise mit ebenen Oberflächen oder Oberflächen von elektrischen Leitern oder anderen Gegenständen. Das Verfahren kann dabei in jeder angemessenen Weise ausgeführt werden, insoweit nur darauf geachtet wird, dass die Ausgangsleiter-Segmene mit dem Kondensationskatalysator, der zur Bewirkung der Kondensation benutzt wird, in Berührung sich befinden. Dies kann sowohl in Anwesenheit als auch bei Abweejenheit von Lösungsmitteln geschehen.
  • Eine allgemein anwendbare Verfahrensweise zur Bewirkung der Kondensation besteht darin, dass eine Lösung der Ausgangsleiterpolymer-Segmente hergestellt wird, welche eine Feststoffkonzentration von etwa 5 bis 70 ffi aufweist. Zu dieser Lösung wird dann der Katalysator in den oben beschriebenen anteiligen Mengen hinzugefügt und das Reaktionsgemisch auf Reaktionstemperatur gehalten, während es sich in Berührung mit der zu überziehenden Oberfläche befindet. Beispielsweise kann die zu überziehende Oberfläche in die Lösung des Ausgangsleiterpolymers und Katalysators eingetaucht, sodann aus der Lösung wieder herausgeführt und schliesslich auf einer Temperatur von etwa 100 bis 160°C gehalten werden, um sowohl die Verdampfung des Lösungsmittels als auch die Kondensation der Leiter-Segmente zu einem Arylsilsesquioxan-Polymer mit hohem Molekulargewicht, welches die Oberfläche des Jeweiligen Gegenstandes überzogen hat, und damit bedeckt, sicherzustellen. Die für eine solche Kondensationsreaktion erforderliche Zeit ist nicht länger als die Zeit, die zur Abdampfung des Lösungsmiptels aus dem Reaktionsgemisch benötigt wird. Obwohl jedes Lösungsmittel, welches in der Lage ist, die Ausgangsleiterpolymer-Segmente aufzulösen und welches gegenüber den Reaktionsteilnehmern unter der Bedingungen der Reaktion inert ist, verwendbar ist, wird doch aus Gründen der praktischen Brauchbarkeit und Durchführbarkeit Benzol oder Toluol als Lösungsmittel bevorzugt.
  • Eine andere Verfahrensweise zur Bewirkung der Kondensation der Ausgangsleiter-Segmente zum Endpolymer besteht in einer Technik, die im allgemeinen alS Uberziehen im Fließbett bekan@ ist, wobei eine gepulverte Masse aus Ausgangsleiter-Segmenten in Anwesenheit eines der oben erwähnten Katalysatoren fluidifiziert wird, wobei der zu überziehende Gegenstand auf eine Temporatur in der Grössenordnung von 100 bis 1600C oder mehr erhitzt wird und in Berührung mit einem Fluid-Bett gehalten ist. Bei diesem Prozeß wird zunächst eine Adhäsion der Polymerpartikelchen und des Katalysators aus dem Fluid-Bett auf die Oberfläche des Gegenstandeb hervorgerufen, wobei dann dadurch, dass der Gegenstand auf erhöhten Temperaturen wie etwa 100 bis 160°C gehalten wird, eine endgültige Kondensation des Ausgangspolymers zum Endmaterial bewirkt wird und damit ein überzogener Artikel entsteht.
  • Es ist ferner möglich, Formkörper nach der Technik vorliegender Erfindung herzustellen. In die all wird eine Mischung der gepulverten Ausgangsleiterpolymer-Segmente und des Härtungskatalysators in eine geeignete Form gegeben, wobei die Verformungstechiiiken des Standes der Technik angewendet werden und die Form auf einer Temperatur gehalten wird, die genügend hoch liegt, um die Kondensation des Polymers zu einem Arylsilsesquioxan hoher Vistkosität sicherzustellen. Im allgemeinen liegen solche Verformungstemperaturen in der Grössenordung von 100 bis 16000.
  • Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Hochpolymeren-Leiter-Verbindungen angegeben; sie dienen ferner zur Illustrierung der Überzugs-Zubereitungen, die gemäss vorliegender Erfindung verwendbar sind. Diese Erläuterungen sollen in keiner Weise als Begrenzung aufgefasst werden.
  • Beispiel I: 0,0799 Gramm eines Phenylsilsesquioxan-Leiter-Polymers mit endständigen Hydroxylgruppen wurde in Benzol aufgelöst, um eine Lösung zu schaffen, weloh einen Feststoffgehalt von 5 % aufweist.
  • Das Polymer besass eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 0,37 dl./g. und entsprach dem Material der Pormel (1), in welcher R die Phenylgruppe bedeutet und n = 190 darstellt.
  • Diese Polymerenlösung wurde mit einer Benzol-Methanol-Lösung von Tetramethylammoniumacetat, welche einen Überschuss an Essigsäure enthielt, katalysiert, wobei die in der Lösung enthaltende Katalysatormenge 0,3 % an Leiterpolymer äquivalent war. Die klare Lösung wurde auf eine Aluminiumoberfläche aufgegeben, bei 400C abgedunstet und 30 Minuten lang bei 12500 in einem Luftzirkulationsofen wärmebehandelt. Nach dieser Wärmebehandlung besass das Polymer eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 0,495, was einen etwa 30 %igen Anstieg bedeutet. ohne weitere Katalyse wurde das Produkt getrocknet und weitere 150 Minuten bei 125°G wärmebehandelt. Das entstandene Produkt stellte einen festen und klaren Film dar, der vollkommen in Benzol löslich war und eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 25°C von 0,56 dl./g. besass.
  • Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse anderer Selbstkondensationen des gleichen Hydroxylendgruppen enthaltenden Leiterpolymers, welches in Beispiel I eingesetzt wurde.
  • Beispiel ffi Tetramethyl- Wärmebenhandlungs- Wärmebe- Intrinsicammoniumacetat temperatur handlungs- Viskosität °C zeit in Min. in Benzol bei 25°C.
  • II 0,5 135 180 0,63 III 0,3 150 30 0,77 IV 0,5 160 30 0,75 Es ist bekannt, dass Tetramethylammoniumacetat sich sehr rasch unter Bildung von Trimethylamin bei 1500C zersetzt. Bei 1500C ist jedoch der Verlust an Katalysator grösser als der Gegeneffekt der höheren Geechwindigkeit der Silanol-Kondensation, wie durch den Viskositätsanstieg in Beispiel 3 gezeigt. Wenngleich das Verfahren bei 160°C durchführbar ist, was durch Beispiel 4 gezeigt wird, so iet doch der Anstieg der Geschwindigkeit der Silanolkondensation kein voller Ausgleich gegenüber der Zersetzungsgeschwindigkeit des Tetramethylammoniumacetat-Katalysators.
  • Ein besonders brauchbares Verfahren stellt eine Kondensation dar, die bei einer Temperatur von etwa 150 bis 160°C durchgeführt wird, unter anschliessender Wärmenachbehandlung bei 170 bis 200°C oder bei sogar noch höherer Temperatur, um die letzten Spuren an Katalysator zu zerstören. @ Beispiel V: 0,0913 Gramm an Phenylsilsesquioxan-Leiterpolymer mit endständigen Hydroxylgruppen gemäss Beispiel 1 mit einer Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 0,37 dl./g. wurden zur Schaffung einer 5 eigen Lösung in Benzol aufgelöst. Das Polymer wurde durch 0,5 % 1,4-diazabicyclo-(2,2,2)octan katalysiert, welches in Form einer 1 mg./ml. - Lösung in Benzol hinzugefügt wurde. Die sich ergebende Lösung wurde auf eine Aluminiumoberfläche aufgegeben, bei 400C getrocknet und der klare Film 30 Minuten lang bei einer gemperatur von. 160°C wärmebehandelt. Das Produkt bestand aus einem klaren harten Film, welcher völlig in Benzol löslich war und eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 0, 63'dl./g. besass.
  • Beispiel VI: Um die Brauchbarkeit eines Polymere mit niederem Molekulargewicht zu zeigen, wurde ein Phenylsilsesquioxan-Polymer mit endständigen Hydroxylgruppen und einer Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 2500 von 0,11 dl./g. in Benzol aufgelöst. Dieses Polymer entsprach der Bormel (1), in welcher R Phenyl bedeutet und n den Wert 60 beträgt. Sodann wurde eine benzolische Lösung, welche Tetramethylammoniumacetat in einer Menge enthielt, die 0,3 aX des Leiterpolymers äquivalent war, hinzugefügt. Das resultierende Gemisch wurde auf eine Aluminiumoberfläche aufgegeben und drei Stunden lang bei 12500 wärmebehandelt, wobei ein klarer und spröder Film entstand, der vollständig in Benzol löslich war. Das Endprodukt besaß eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 0,33 dl./g., d.h. das Dreifache der Intrinsic-Viskosität des ursprünglichen Leiterpolymers mit endetändigen Hydroxylgruppen.
  • Beispiel VII: Es wurde soviel Phenylsilsesquioxan-Leiter-Polymer in Toluol aufgelöst, bis eine Lösung entstanden war, die 11,9 J Festkörper enthielt. Das Leiter-Polymer besass eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 0,60 dl./g. und entsprach der Formel (1) in welcher R Phenyl bedeutet und n den Wert von 280 beträgt. Zu dieser Lösung wurden 0,025 g. 1,4-diazabicyclo-(2,2,2)octan hinzugefügt. Dies entsprach 2,5 ffi Katalysator, bezogen auf das vorhandene Leiter-Polymer.
  • Es wurden nun drei Kupferdrähte mit einem Durchmesser von Je 50 Mil mit einem Poliermittel gereinigt, mit Toluol abgespült und sodann in die wie oben beschrieben hergestellte Leiterpolymer-Lösung eingetaucht. Anschliessend wurden die Drähte aus der Lösung entfernt, 15 Minuten lang an der Luft getrocknet und sodann 30 Minuten lang in einem Ofen bei 1500C wärmebehan@@lt.
  • Der Überzug war nach der Wärmebehandlung gleichmässig, durchsichtig und fest. Die überzogenen Kupferdrähte konnten um einen Kern, der einen Durchmesser von 150 Mil besass, herumgewickelt werden, ohne dass sich Brucherscheinungen einstellten.
  • Es wurde ein ähnlich überzogener Draht hergestellt, unter Verwendung von Ausgangsleiterpolymer, welches keine endetändigen Hydroxylgruppen aufwies, und welches das Rohmaterial für das Leiterpolymer mit endständigen Hydroxylgruppen und einer Intrinsic-Viskosität von 0,60 gewesen war. Die Adhäsion des Ausgangspolymers war bei weitem geringer als die des Polymers gemäss dem eben beschriebenen Beispiel und es zeigten sich Brüche und Abschälungen von den. Drähten bei einem Herumblegen um einen Kern eines Durchmessers von 150 Mii.
  • Beispiel VIII: Es wurde ein Anteil an Phenylsilsesquioxan-Leiterpolymer aus derselben Charge, welche im vorhergegangenon Beispiel verwendet worden war, in Benzol aufgelöst und durch eine Menge an Tetramethylammoniumacetat katalysiert, welche 0,5 ß an Leiterpolymer entsprach. Die Lösung wurde auf einer Aluminiumoberfläche zur Trockene evaporiert und 60 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei 1500C ausgesetzt. Um letzten Reste an Katalysator zu zerstören, wurde sodann eine Wärmenachbehandlung von 40 Minuten bei 2000C angeschlossen. Das Endprodukt bestand aus einem festen Pilm mit einer Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 250C von 1,40 dl./g.
  • Dies entsprach mehr als einem zweifachen Anstieg der Intrinsic-Viskosität gegenüber der des Ausgangsmaterials.
  • Beispiel Ix: Um darzulegen, dass das beschriebene Verfahren zur Bildung von Leiterpolymeren mit höherem Molekulargewioht auf dem Wege einer Silanol-Kondensation führt und praktisch nicht auf dem Wege einer Siloxan-Wiederverknüpfung bs. Umlagerung, wurde ein Kontrolivorsuch gemacht, unter Verwendung eines Tetrame thy lammoniumac etat-Katalysators, und eines Phenylsilsesquioxan-Leiterpolymers ohne endständige Hydroxylgruppe. Ein typisches t'Vorpolymer", wie es in dem USA-Patent 3 017 386 beschrieben ist, wurde bei diesem Testversuch benutzt. Das getrocknete Produkt besass eine Intrinsic-Viskosität von 0,082 dl./g. in Benzol bei 2500 und besass ein Infrarot-Spektrum, welches bewies, dass es sich im wesentlichen um ein Leiterpolymer handelt. Das Vorpolymer wurde zum Zwecke der Entkatalysierung zunächst in Form einer Benzol-Lösung zweimal durch ein Bett aus Diatomeenerde filtriert und dann mit Methanol ausgefällt. Die dekatalysierte Polymer enthielt nicht mehr als 0,006 Gewichtsprozent Hydroxylgruppen, wohingegen in den Ausgangsleiterpolymer-Segmenten, welche eine vergleichbare Intrinsic-Viskosität besitzen, 0,8 Gewichtsprozent Hydroxylgruppen vorhanden sind. 0,078 g. an dekatalysiertem Polymer wurden in Benzol aufgelöst und mit 0,5 % Tetramethylammoniumacetat katalysiert.
  • Sodann erfolgte die Trocknung auf einer Aluminiumoberfläche bei 400C und eine 30 minütige Wärmebehandlung bei 160°C. Das dekatalysierte Polymer wurde wiedergewonnen und man fand, dass es unverändert war, es besass immer noch eine Intrinsic-Viskosität in Benzol bei 25°C von 0,082 dl./g.
  • Dieses Ergebnis ist völlig anders als das des Beispiels IV, bei dem der gleiche Katalysator unter den gleichen Bedingungen verwendet wurde, wobei aber der Viskositäts-Anstieg fast zweifach war und das Ergebnis dieses Testversuchs war auch völlig anders als das des Beispiels VI, bei dem ein Phenylsilsesquioxan-Leiterpolymer mit endständigen Hydroxylgruppen verwendet wurde, wobei zunächst etwa die gleichen Intrinsic-Viskositäten vorlagen, Jedoch der Viekositätsanstieg etwa 3-fach war.
  • Das Fehlen irgendeiner Veränderung beim Ausgangepolymer, und zwar sowohl hinsichtlich einer Gelbildung als auch hinsichtlich der Bildung langer Ketten entspricht etwa dem, was bei anderen Versuchen gefunden wurde, bei denen Tetramethylammoniumacetat und selbst noch stärkere organische Basen wie Piperidin und Tetramethylguanidin eingesetzt wurden, wobei auch keinerlei Erfolge erzielt wurden, bezüglich einer Uberführung von kaliumfreiem Vorpolymer in ein höheres Leiterpolymer unter Verwendung eines Druck-Kessels.
  • Die Beispiele I bis VIII erläutern nicht nur die Verfahrenebedingungen und die Katalysatoren, welche verwendet werden können, um aus kurzkettigen Leiterpolymeren mit endetändigen Hydroxylgruppen längerkettige Arylsilsesquioxan-Leiterpolymere herzustellen, sondern beschreiben auch Lösungen (Gebrauchslösungen) welche eine beträchtlich lange Zeit bei-Raumtemperatur gelagert werden können, um dann zu irgendeinem späteren Zeitpunkt zur Durchführung einer Überzugsoperation verwendet zu werden. Patentansprüche :

Claims (1)

  1. Pate ntans prüche 1.) Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichts von toluol-7/ löslichen Arylsilsesquioxanpolymeren der Formel in welcher R die Arylgruppe und n einen Wert von mindestens 25 bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Polymer in einer Lösungsmittel-Lösung bei einer Temperatur von etwa 1000C bis 160 0b so lange erhitzt wird, um die Polymerisation des Polymers zu verursachen, wobei ein Katalysator verwendet wird, der der Gruppe der Amine, der quaternären Ammonium-Verbindungen und der quaternären Phosphoniumverbindungen angehört, wobei besagte quaternäre Ammoniumverbindungen und besagte quaternäre Phosphoniumverbindungen der Gruppe angehören; die aus Basen, Salzen von schwachen Säuren und Salzen von flüchtigen Säuren besteht.
    2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus Tetramethylammontumacetat besteht.
    3.0 verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus 1,4-diazabicyclo-(2,2,2)octan besteh 4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intrinsic-Viskosität des End-Arylsilsesquioxanpolymers gegenüber der des Toluol-löslichen Arylsilsesquioxanpolymers um einen Faktor von'zumindest 2 erhöht wird.
    5.) Überzugsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es aus (a) einer Kohlenwasserstofflösung eines Toluol-lößlichen Arylsilsesquioxanpolymers, welches im wesentlichen aus Einheiten der Formel zusammengesetzt ist, in welcher R Aryl bedeutet und n einen Wert von zumindest 25 darstellt und (b) aus einem Katalysator, der der Gruppe der Amine, der quaternären Ammoniumverbindungen und quaternären Phosphoniumverbindungen angehört, wobei besagte quaternäre Ammoniumverbindungen und besagte quaternäre Phosphoniumverbindungen aus Basen, Salzen von schwachen Säuren und Salzen von flüchtigen Säuren zusammengesetzt sind, besteht.
    6.) Uberzugsmaterial nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus 1,4-diazabicyclo-(2,2,2)octan besteht.
    7.) t;berzugsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus Tetramethylammoniumacetat besteht.
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