DE1545051B2 - Verfahren zur herstellung von hydroxylendblockierten diorganosiloxanen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von hydroxylendblockierten diorganosiloxanenInfo
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Description
(R und R' = gegebenenfalls substituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppen mit 1 bis 10 C-Atomen,
a = mindestens 2), dadurch gekennzeichnet, daß man ein vollkommen auskondensiertes
Diorganopolysiloxan, enthaltend weniger als eine Si-gebundene OH-Gruppe auf 250 Si-Atome,
mit der 0,25- bis 5fachen stöchiometrischen Menge Wasser, die zur Umsetzung mit dem Diorganopolysiloxan
erforderlich wäre, in Gegenwart von mindestens 1 Mol eines aliphatischen primären Amins je Mol Wasser auf 75 bis 1500C
erhitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein aliphatisches primäres
Amin verwendet, das mindestens zwei primäre Aminogruppen und 2 bis 10 Kohlenstoffatome im
Molekül aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf 100 bis 1250C erhitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man 2 bis 7 Mol Amin je
Mol Wasser verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Diorganopolysiloxan
verwendet, bei dem R eine Methylgruppe und R' eine Vinylgruppe oder eine Gruppe der
Formel
— (CH2)eNH2
(e = Zahl von mindestens 3, vorzugsweise von 3 bis 5) oder eine Gruppe der Formel
-(CH2)„CN
(n = mindestens 2) ist. '
(n = mindestens 2) ist. '
arbeitet werden, befunden. Jedoch sind die bis heute bekanntgewordenen Verfahren zur Herstellung hydroxylendblockierter
Diorganosiloxane nicht befriedigend.
- 5 Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung hydroxylendblockierter
Diorganosiloxane benutzt die Reaktion eines auskondensierten Diorganopolysiloxans
mit Dampf. Jedoch leidet dieses Verfahren unter dem Nachteil, daß ein Arbeitsdruck von bis zu 70 atm
und Temperaturen bis zu 4000C erforderlich sind. Solche Temperaturen können zu unliebsamen Nebenreaktionen
führen. Die Notwendigkeit, derartige Temperaturen in dem Reaktionsbehälter aufrechtzuerhalten,
vermindert die kommerzielle Auswertbarkeit des Verfahrens.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung von hydroxylendblockierten Diorganosiloxanen benutzt
die Reaktion eines auskondensierten Diorganopolysiloxans mit Wasser in Gegenwart eines Nitrils
als Lösungsmittel und eines basischen Katalysators, z. B. eines quaternären Ammonium- oder Alkalihydroxyds
oder -silanolats. Die Anwendbarkeit dieses bekannten Verfahrens ist begrenzt, da die Nitrile
giftige Substanzen sind und damit eine Gefahrenquelle für das Bedienungspersonal darstellen.
Eine dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Weg zur Herstellung
von hydroxylendblockierten Diorganosiloxanen aufzuzeigen, der bei milden Temperaturbedingungen
arbeitet und keine giftigen Nitrile benötigt.
Beansprucht ist ein Verfahren zur Herstellung von hydroxylendblockierten Diorganopolysiloxanen
der allgemeinen Formel
HO
SiO
R'
R'
Die mit Hydroxylgruppen endblockierten Diorganosiloxane, die der Formel
HQ
SiO
entsprechen, worin R ein unsubstituierter oder substituierter
einwertiger Kohlenwasserstoffrest und α eine Zahl von mindestens 2 ist, wurden als geeignet
für die Herstellung von Organopolysiloxanölen, welche ihrerseits als hydraulische Flüssigkeiten verwendet
werden und von organosiloxankautschukartigen Massen, die weiter zu Organopolysiloxankunststoffen ver-(R
und R' = gegebenenfalls substituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppen mit 1 bis 10 C-Atomen,
α = mindestens 2), dadurch gekennzeichnet, daß man ein vollkommen auskondensiertes Diorganopolysiloxan,
enthaltend weniger als eine Si-gebundene OH-Gruppe auf 250 Si-Atome, mit der 0,25- bis 5fachen
stöchiometrischen Menge Wasser, die zur Umsetzung mit dem Diorganopolysiloxan erforderlich wäre, in
Gegenwart von mindestens 1 Mol eines aliphatischen primären Amins je Mol Wasser auf 75 bis 15Q°C
erhitzt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren aliphatischen primären Alkine sind Verbindungen
mit 1, 2, 3 oder mehr primären Aminogruppen. Diese aliphatischen Amine können noch
weitere S.ubstituenten außer der primär stehenden
Aminogruppe entfalten, z. B. sekundäre oder tertiäre
Aminogruppen sowie Hydroxyl? ocler Alkoxygruppen.
Die aliphatischen primären Amine enthalten mindestens
zvvei primäre Aminogruppen und 2 bis IQ Kohlenstoffatome im Molekül.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare aliphatische
Amine sind: Propyl-, Butyl- und Amylamin, Äthylen-, Propylen- und Butylendiamin, Diäthylentriamin
(H2NCH2Ch2NHCH2CH2NH2)
I 545 051
3-Methoxypropylamin, Aminoäthyläthanolamin
(H2NCH2Ch2NHCH2CH2OH)
Äthanolamin, 3 - [bis - 2 - hydroxyläthyl-] - aminopropylämin-[(HOCH2CH2)2NCH2CH2CH2NH]
und ähnliche Verbindungen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens 1 Mol aliphatisches primäres Amin auf
1 Mol Wasser verwendet. Größere Aminmengen können verwendet werden.
Geringere Aminmengen sind nicht vorteilhaft, da dann nur wenige oder gar keine gewünschten hydroxylendblockierten
Diorganosiloxane entstehen.
Es werden vorzugsweise 2 bis 7 Mol aliphatische primäre Amine auf 1 Mol Wasser angewendet.
Die Diorganopolysiloxane, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsmaterialien
verwendet werden, sind in der Hauptsache aus folgenden Gruppen aufgebaut:
Eine Gruppe von als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren Diorganopolysiloxanen
sind endblockierte lineare Diorganopolysiloxanöle entsprechend folgenden Formeln:
R
—SiO-
—SiO-
(2)
worin R die obige Bedeutung hat. Diese Verbindungen sind vollkommen auskondensiert, d. h., sie sind
so gut wie frei von an Siliciumatom gebundenen Hydroxylgruppen, z. B. enthalten sie weniger als eine
siliciumgebundene Hydroxylgruppe je 250 Siliciumatome.
Beispiele für substituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppen R in Formel (1) und (2) sind: Alkylgruppen
(wie Methyl-, Äthyl-, Octadecylgruppen), Cycloalkylgruppen (wie Cyclohexyl-, Cyclopentylgruppen),
Arylgruppen (wie Phenyl-, Toluyl-, Xylyl-, Naphthylgruppen), Aralkylgruppen (wie Benzyl-,
ß-Phenyläthylgruppen), Alkenylgruppen (wie Vinyl-,
Alkyl-, Hexenylgruppen) und Cycloalkenylgruppen (wie Cyclohexenylgruppen).
Beispiele für substituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppen
entsprechend R in Formel (1) und (2) sind: Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Alkenyl-,
und Cycloalkenylgruppen mit Substituenten in Form von einer oder mehreren Amino-, Cyan-, Hydroxyl-,
Alkoxy- oder Aryloxygruppen. Wenn die Diorganopolysiloxane Cyangruppen als Substituenten an einer
substituierten Kohlenwasserstoffgruppe enthalten, kann in geringem Maße Hydrolyse dieser Cyangruppen
unter Bildung von —COOH-Gruppen während des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten. Die Substituenten
R in Formeln (1) und (2) enthalten vorzugsweise
I bis 10 Kqhienstqffatome.
Die Diorganqpqiysiioxane entsprechend Formel (2)
umfassen lineare Polymere mit Alkpxygruppen (wie Methoxyr, Äthoxy-, P'rppgxygruppen) oder Trihydrocarbonsiloxygrupperi
(wie Trjrnetnyl-siioxygruppen)
als endbiockierende oder kettena.bschließend.e Gruppen
und weiter cyclische Polymere (wie Diorganosiloxane)
cyclisch trimer, tetrarner und pentarner. Wegen der Anwesenheit geringer Mengen 1-funktioneller SiI-oxangruppen
(wie' Trimethylsiloxygruppen) oder 3-funktioneller Siloxangruppen (wie Methylsiloxygruppen)
können diese Diorganopolysiloxane ein Verhältnis der organischen Gruppen zu Siliciumatom
zwischen 1,8:1 und 2,1:1, vorzugsweise 1,95:1
bis 2,05:1, enthalten.
R'O
R'O
RO
CH3
SiO
SiO
I ■·
CH3
CH3
SiO
SiO
CH3
SiO
CH,
CH,
R'
(3)
CH3 SiO
R'
(4)
(CH2)eNH2
CH=CH2 ' SiO \ R' CH3
(5)
Hierin bedeutet R' eine Alkylgruppe, vorzugsweise Äthyl-, oder Trimethylsilylgruppe, b eine Zahl von
mindestens 7, vorzugsweise 200 bis 4000, c und d eine Zahl von mindestens 1, (c + d) eine Zahl von mindestens
7, vorzugsweise 200 bis 4000, und e eine Zahl von mindestens 3, vorzugsweise 3 bis 5.
Eine zweite Gruppe von als Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren
Diorganopolysiloxanen sind kautschukartige Dimethylpolysiloxane der Formel
CH,
-SiO-CH3
worin / 6000 bis 15 000 ist.
Eine dritte Gruppe von als Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren
Diorganopolysiloxanen sind cyclische Diorganosiloxane entsprechend folgenden Formeln
Es bedeutet hierbei g eine Zahl zwischen 3 bis 7, vorzugsweise 3 oder 4, und e eine Zahl von mindestens
3, vorzugsweise 3 bis 5.
Die als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemäße
Verfahren verwendeten Diorganopolysiloxane sind bekannte Substanzen und können nach bekannten
Verfahren gewonnen werden. So können z. B. geeignete Diorganopolysiloxane aus Diorganodialkyloxysilanen
durch Hydrolyse und bekannte Kondensationen oder aus anderen Diorganosiloxanen nach
bekannten Gleichgewichtsreaktionen erhalten werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren findet zwischen dem eingesetzten Diorganopolysiloxan und
Wasser eine Reaktion nach folgendem Schema statt:
—Si—O—Si—+H ,O
IO
des eingesetzten Diorganopolysiloxans sind bei Beendigung des Verfahrens als Verbindungen, z. B. in
Form von Hexahydrocarbyldisiloxanen oder Hydrocarbylpolysiloxanen, vorhanden, welche von dem
angestrebten Diorganosiloxan in geeigneter Weise, z. B. durch fraktionierte Destillation bei vermindertem
Druck, getrennt werden können.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen hydroxylendblockierten Diorganopolysiloxane
können durch folgende Formel dargestellt werden:
Aminkatalysator ; ~
(9)
Die 0,25- bis 5fache stöchiometrisch erforderliche Wassermenge für die Reaktion der Diorganopolysiloxane
entsprechend Gleichung (9) kann verwendet werden, vorzugsweise wird man jedoch die 1- bis
2fache stöchiometrische Menge wählen.
Die aliphatischen primären Amine in dem erfindungsgemäßen Verfahren katalysieren die Reaktion
entsprechend Gleichung (9), und dieser katalytische Effekt ist überraschend auf Grund der Tatsache, daß
äquivalente Ergebnisse nicht erhalten werden, wenn andere basische Verbindungen an Stelle dieser Amine
verwendet werden.
Zur Erläuterung wird darauf hingewiesen, daß es bekannt ist, quarternäres Ammoniumhydroxyd oder
Kaliumhydroxyd zusammen mit den giftigen Nitrilen zu verwenden, um die Reaktion nach Gleichung (9)
zu katalysieren.
Weiter sei erwähnt, daß Kaliumhydroxyd bei Abwesenheit des Nitrils die Kondensation katalysiert,
welche die Umkehrung der Gleichung (9) darstellt.
Ein ganz besonders augenscheinlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß es bei
Normaldruck durchgeführt werden kann. Die bekannten Verfahren zur Herstellung von hydroxylendblockierten
Diorganosiloxanen durch Reaktion eines auskondensierten Diorganopolysiloxans mit
Dampf erfordern einen Betriebsdruck von 70 atm und höher. Es wird vorgezogen, das erfindungsgemäße
Verfahren unter Normaldruck durchzuführen, es kann jedoch auch Überdruck, wenn gefordert, angewendet
werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Temperaturen bis zu 1500C erforderlich. Temperaturen
unter 75°C können angewendet werden, sind jedoch nicht besonders wünschenswert, da bei diesen Temperaturen
die Reaktion langsamer abläuft. Bei Temperaturen bis 150° C sind die Betriebsschwierigkeiten,
z. B. Korrosion des Reaktionsgefäßes und Nebenreaktionen, wie sie bei Hochtemperaturprozessen,
d. h. mit Arbeitstemperaturen bis zu 400° C, auftreten,
weitgehendst ausgeschaltet. Das Verfahren kann in 0,5 bis 12 Stunden, vorzugsweise in 3 bis 6 Stunden,
durchgeführt werden.
Jede Alkoxygruppe des eingesetzten Diorganopolysiloxans kann in einen Alkohol umgewandelt werden
oder am Siliciumatom hängen bleiben. Diese Alkohole und Alkoxysiliciumverbindungen können von
den angestrebten Diorganosiloxanen auf geeignete Weise, z. B. durch fraktionierte Destillation unter
vermindertem Druck, abgetrennt werden. Alle Trihydrocarbylsiloxy- oder Hydrocarbylsiloxygruppen
HO
SiO
R
R
(10)
lh
worin R einen unsubstituierten oder substituierten, einwertigen Kohlenwasserstoffrest, wie bei Formel (1)
angegeben, und h eine Zahl zwischen 2 und 250 oder höher bedeutet. C\
Zu den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ]
hergestellten hydroxylendblockierten Diorganosiloxanen gehören beispielsweise Verbindungen folgender
Formeln:
HO
SiO
CH3
CH3
(H)
HO
CH3
SiO j H
ι lh
(CH2), NH2
CH=CH,
(12)
HO
HO
(13)
(14)
(15)
h und e haben obige Bedeutung,
j und k sind eine Zahl von 2 bis 250.
Diese Diorganosiloxane werden erhalten durch Verwendung eines Ausgangsmaterials in Form der
oben beschriebenen auskondensierten Diorganopolysiloxane mit denselben Organogruppen, wie sie die
Diorganosiloxane dann enthalten.
i 545 051
Im allgemeinen können niedere Werte von /i in Formel (10) durch folgende Maßnahmen erhalten
werden:
1. Führung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Temperaturen von oder nahe bei 1500C oder
niederer.
2. Führung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem niedereren Verhältnis Amin zu Wasser
als oben angegeben.
3. Führung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit höherem Verhältnis Wasser zu Diorganopolysiloxan
als oben angegeben".
4. Führung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer kürzeren Zeit, als oben angegeben.
5. Schnelle Abkühlung der Reaktionsmischung auf Raumtemperatur bei Beendigung des Prozesses.
Eine oder mehrere dieser Möglichkeiten können angewandt werden, um eine spezielle Type des Produktes
einzustellen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Substanzen sind im allgemeinen Mischungen
von hydroxylendblockierten Diorganosiloxanen entsprechend Formel (11), wobei in diesem Fall h
ein Durchschnittswert ist.
Die Substanzen nach Formel (11) können als hydroxylendblockierte Diorganosiloxane oder wahlweise
als Diorganosiloxandiole bezeichnet werden.
Ein anderer augenscheinlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß es ohne Lösungsmittel
durchgeführt werden kann. Damit kann ein ungewünschter Gesichtspunkt eines bekannten
Verfahrens zur Herstellung hydroxylendblockierter Diorganosiloxane, z. B. die Verwendung von giftigen
Nitrilen als Lösungsmittel, vermieden werden. Es können jedoch, wenn gewünscht, nicht giftige geeignete
Lösungsmittel verwendet werden, wie z. B. 1,2-Dimethoxy-äthylen CH3OCH2CH2OCH3.
Bei Beendigung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Aminkatalysator, das nicht umgesetzte SiI-oxan,
das Lösungsmittel und das überschüssige Wasser von dem hydroxylendblockierten Diorganosiloxan
durch übliche Maßnahmen getrennt werden, z. B. werden das Amin und das überschüssige Wasser
durch Erhitzen der Reaktionsmischung bei Unterdruck durch Verflüchtigung abgeschieden.
Es wurden folgende Reaktionsbedingungen und Die nach dem erfindu'ngsgemäßen Verfahren gewonnenen
hydroxylendblockierten Diorganosiloxane werden als hydraulische Flüssigkeiten verwendet.
Diese Siloxane können auch nach bekannten Verfahren in Organopolysiloxankautschukmassen und
schließlich in Organopolysiloxankunststoffe umgewandelt werden. π . . , ,
Beispiel 1
Beispiel 1
29,6 g [(CHa)2SiO]4 (0,1 Mol) + 1,8 g Wasser
(0,1 Mol) + 74,0 g Propyldiamin (1,0 Mol) wurden in einem 250-cm3-Kolben mit Rückflußkühler gemischt,
dann auf 118 bis 120° C 5 Stunden lang unter
Normaldruck erhitzt und dauernd gerührt, danach langsam auf Raumtemperatur abgekühlt, 100 ecm
Wasser zugegeben und die siloxanhaltige Schicht von der Mischung getrennt und in Äther gelöst. Die so
erhaltene Ätherlösung wurde dreimal mit 50 ecm Wasser gewaschen. Das letzte Waschwasser war
gegen Lackmuspapier neutral. Die Ätherlösung wurde dann über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet
und bei 1 mm Hg auf 5O0C erwärmt. Man erhielt
25,1 g einer klaren, farblosen Flüssigkeit, η I5 = 1,4036,
Viskosität = 31,3 cSt bei 2O0C, Hydroxylgehalt = 3,2 Gewichtsprozent, ungefähre Formel
HO(CH3SiO)14i2H
13 Parallelversuche wurden nun entsprechend den Anweisungen im Beispiel 1 durchgeführt. Es wurden
als Ausgangsmaterialien folgende Diorganopolysiloxane verwendet:
Versuche 1 bis 9
[(CHj)2SiO]4.
Versuche 10 und 11
Versuche 10 und 11
Mischung: [(CH3^SiO]4, 75 Gewichtsprozent,
+ (CH3CH = CH2 · SiO)4, 25 Gewichtsprozent.
Versuch 12
Mischung: [(CHa)2SiO]4, 48 Gewichtsprozent,
+ [NC(CHj)3SiCH3O]4, 52 Gewichtsprozent.
Versuch 13 .
Mischung: [(CH3^SiO]4, 90 Gewichtsprozent,
+ [(C6Hs)2SiO]4, 10 Gewichtsprozent.
Ergebnisse festgestellt:
Versuch | Amin | Umwandlung errechnet aus Formel | Verhältnis Amin zu Wasser |
1 | Kochzeit*) | . 1 ΑΠ | Einsatz-Gew. | OH-Gehalt | % Umwandlung**) |
zu Einsatz | 1 | h | Gewichtsprozent | ||||||
1 | Propylendiamin | % Umwanc | 5:1 | 1 | 5 | 2,8 | 78,4 | ||
2 | desgl. | 5:1 | 1 | 1,75 | 3,7 | 40,5 | |||
3 | desgl. | 10:1 | 1 | 5 | .3,2 | 85,0 | |||
4 | 3-Methoxypropylamin | 2,5:2 | 1 | 12 | 4,2 | 32 | |||
5 | Diäthylentriamin | 5:1 | 1 | 2,5· | 1,7 | 83 | |||
6 | desgl. | 5:1 | 1 | 1 | 2,0 | 37 | |||
7 | Äthylendiamin | 10:1 | 1 | 5 | 3,0 | 64 | |||
8 | Aminoäthyläthanolamin | 2:1 | 5 | 3,0 | 24 | ||||
9 | 3-[bis-2-Hydroxyäthyl]-amino- | 2:1 | 5 | 3,0 | 42 | ||||
propylamin | |||||||||
*) Kochzeit bei etwa 115 bis 1200C. | |||||||||
**) % | |||||||||
Ausbeute-Gew. | |||||||||
209 528/549
In den Versuchen 1 bis 9 erhielt man klare flüssige Substanzen der Formel
HO[(CH3)2SiO],„H
mit folgenden Werten für m und Viskositäten (in cP bei 25° C):
Versuchs-Nr. | m | Viskosität |
1 | 16,2 | 10,2 |
2 | 12,2 | 6,8 |
3 | 14,2 | 9,6 |
4 | 10,8 | 5,9 |
5 | 26,8 | 20,7 |
6 | 22,8 | 16,5 |
7 | 15,2 | 8,9 |
8 | 15,2 | 8,9 |
9 | 15,2 | 8,9 |
Vergleichsversuche
Entsprechend den Anweisungen im Beispiel 1 wurde in vier Parallelversuchen [(CJHy2SiO]4 als Diorganopolysiloxan-Einsatz
und Propylendiamin als Katalysator zur Reaktion gebracht. Die Betriebsbedingungen
sind; in fdjge'ride'r Tabelle zusammengefaßt:
Versuch | Verhältnis Amin zu Wasser zu Einsatz |
Kochzeit h |
OH-Gehalt Gewichts prozent |
% Um wandlung |
1 2 3 4 |
2,5 : 1 : 1 1,2:1:1 0,9:1:1 0,083 :1: 1 |
5,5 5 5 5 |
3,0 '2,5 |
67 42 0 0 |
Diese Ergebnisse zeigen, daß bei Verwendung von weniger als 1 Mol Amin je Mol Wasser die gewünschten
hydroxylendblockierten Diorganopolysiloxane werden.
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von hydroxylend blockierten Diorganopolysiloxanen der allgemei
nen Formel
HO
SiO
R'
R'
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEU0007696 | 1960-12-29 | ||
DEU0007696 | 1960-12-29 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1545051A1 DE1545051A1 (de) | 1969-04-17 |
DE1545051B2 true DE1545051B2 (de) | 1972-07-06 |
DE1545051C DE1545051C (de) | 1973-02-08 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1545051A1 (de) | 1969-04-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |