DE19507594B4 - Process for the preparation of silicone resins - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von Siliconharzen mit verminderten Alkoxy- und/oder
Restchlorid-Gehalten sowie definierter Reaktivität, dadurch gekennzeichnet,
daß, ausgehend
von den lösemittelhaltigen
Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukten eines oder mehrerer Organoalkoxysilane
der allgemeinen Formel
Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Siliconharzen, insbesondere von Methyl- oder Methyl-Phenyl-Siliconharzen, mit vermindertem Alkoxy- und/oder Restchlorid-Gehalten sowie einer definierten Reaktivität. Erfindungsgemäß wird, ausgehend von den lösemittelhaltigen Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukten eines oder mehrerer Organoalkoxysilane, während und/oder nach der Abtrennung von Lösemittel durch eine quasi lösemittelfreie Siliconharzschmelze bei Temperaturen oberhalb 130 °C Wasser oder Wasserdampf geleitet wird.The The invention relates to the preparation of silicone resins, in particular of methyl or methyl-phenyl-silicone resins, with reduced alkoxy and / or residual chloride contents and a defined reactivity. According to the invention, starting from the solvent-containing Hydrolysis and / or condensation products of one or more organoalkoxysilanes, while and / or after the separation of solvent by a quasi-solvent-free Silicone resin melt at temperatures above 130 ° C water or steam is passed.
Die erhaltenen Harze finden vielfältig Anwendung, beispielsweise als Binde- oder Beschichtungsmittel.The obtained resins find diverse Application, for example as a binder or coating agent.
Die
Herstellung von Siliconharzen auf der Grundlage der Hydrolyseprodukte
von Organohalogen- und/oder Alkoxyorganosilanen durch thermische
und/oder katalytische Kondensation in Gegenwart von mit Wasser nicht
mischbaren, organischen Lösemitteln
ist bekannt (z. B.
Über die
Beeinflussung der Reaktivität
(Vernetzungsgeschwindigkeit nach Katalysatorzugabe) der Siliconharze
ist nur wenig bekannt. Hauptsächlich
werden Reaktivität
und damit verbunden der Anteil an im Endprodukt enthaltenen, hydrolysierbaren,
funktionelle Gruppen während
der Siliconharzsynthese eingestellt (u. a.
Je höher der difunktionelle Anteil in den Siliconharzen ist, desto elastischer aber auch reaktionsträger werden diese. Deshalb ist es oftmals notwendig, für spezielle Verarbeitungsbedingungen die Reaktivität durch eine Erhöhung des SiOH-Gehaltes zu verbessern.ever higher the difunctional component in the silicone resins is the more elastic but also become reactionary these. This is why it is often necessary for special processing conditions the reactivity by an increase to improve the SiOH content.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, Siliconharze, insbesondere Methyl- und/oder Methyl-Phenyl-Siliconharze, herzustellen, welche neben niedrigen Alkoxy- und/oder Restchlorid-Gehalten ein variabel einstellbares Reaktivitätsniveau sowie eine verbesserte Lagerstabilität aufweisen.task The present invention was therefore silicone resins, in particular Methyl and / or methyl phenyl silicone resins, which in addition to low alkoxy and / or residual chloride contents a variable adjustable level of reactivity and have an improved storage stability.
Erfindungsgemäß gelingt
es, Siliconharze mit vermindertem Alkoxy- und/oder Restchlorid-Gehalten sowie
definierter Reaktivität
herzustellen, indem, ausgehend von den lösemitteihaltigen Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukten
eines oder mehrerer Organoalkoxysilane der allgemeinen Formel
Unter Siliconharzen werden siliciumorganische Verbindungen verstanden, die aus difunktionellen (D) und trifunktionellen (T) Einheiten aufgebaut sind, wobei der Anteil an T-Einheiten meist überwiegt.Under Silicone resins are understood to mean organosilicon compounds, composed of difunctional (D) and trifunctional (T) units are, with the proportion of T units mostly outweighs.
Sie enthalten Si-C-Bindungen sowie herstellungsbedingt einen Anteil Si-OH- und Si-OR-Gruppen im Molekül. Dabei bestimmen Gehalt und Verhältnis der Si-OH- und Si-OR-Gruppen sowie der Kondensationsgrad die Reaktivität des Siliconharzes.she contain Si-C bonds and production-related a share Si-OH and Si-OR groups in the molecule. Here determine salary and relationship the Si-OH and Si-OR groups and the degree of condensation the reactivity of the silicone resin.
Als Organoalkoxysilane werden vorzugsweise Monoorganotrialkoxy- und/oder Diorganodialkoxysilane und/oder deren Teilhydrolysate eingesetzt, wobei als Organogruppen Methyl- und/oder Phenylgruppen sowie als Alkoxygruppen Methoxy- und/oder Ethoxygruppen besonders bevorzugt sind.When Organoalkoxysilanes are preferably monoorganotrialkoxy and / or diorganodialkoxysilanes and / or their partial hydrolysates are used, with methyl groups being used as organo groups. and / or phenyl groups and as alkoxy methoxy and / or Ethoxy groups are particularly preferred.
Die Temperaturen, bei welchen das vorzugsweise mindestens 30 minütige Durchleiten von Wasser- und/oder Wasserdampf erfolgt, betragen üblicherweise 140 bis 160 °C bei Normaldruck, bevorzugt wird oberhalb der Siedetemperatur von Salzsäure im System gearbeitet. Die Zeit, während der Wasser und/oder Wasserdampf durchgeleitet wird, bestimmt sich aus der angestrebten Reaktivität und ist um so länger, je höher die Reaktivität sein soll. Die Reaktivität kann mittels Gelierzeitmessungen bestimmt werden, dabei steht eine kurze Gelierzeit für eine hohe Reaktivität. Besonders vorteilhaft ist das Durchleiten von Wasser- und/oder Wasserdampf bei erhöhtem Druck, beispielsweise oberhalb 2 bar, vorzugsweise zwischen 3 und 5 bar.The Temperatures at which preferably passing at least 30 minutes of water and / or water vapor, are usually 140 to 160 ° C at atmospheric pressure, is preferred above the boiling point of hydrochloric acid worked in the system. The time during which water and / or water vapor is determined by the desired reactivity and is the longer, The higher the reactivity should be. The reactivity can be determined by gel time measurements, there is a short gel time for a high reactivity. Particularly advantageous is the passage of water and / or water vapor at elevated Pressure, for example above 2 bar, preferably between 3 and 5 bar.
Das Durchleiten erfolgt entweder durch das nach der Hydrolyse der Organoalkoxysilane der allgemeinen Formel (I) und/oder deren Teilhydrolysate erhaltene oligomere Siliconharz oder durch das nach der Kondensation der oligomeren Silicone, üblicherweise in Gegenwart von Katalysatoren, erhaltene Siliconharz während und/oder nach Abtrennung des Lösemittels, bevorzugt durch die quasi lösemittelfreie Siliconharzschmelze nach Abtrennung des Lösemittels.The Passage is either by the after hydrolysis of the organoalkoxysilanes of general formula (I) and / or their partial hydrolysates oligomeric silicone resin or by the after condensation of the oligomers Silicones, usually in the presence of catalysts, silicone resin obtained during and / or after removal of the solvent, preferred by the quasi-solvent-free Silicone resin melt after removal of the solvent.
Es ist weiterhin möglich, so lange Wasser und/oder Wasserdampf durch das Harz hindurchzuleiten, bis ein fast vollständiger Austausch der Alkoxygruppen durch Hydroxylgruppen erfolgt ist und damit der Alkoxygruppen-Gehalt gegen Null geht. Diese alkoxygruppenfreien Siliconharze eigenen sich hervorragend für die Herstellung von Siliconharzemulsionen, da in der erhaltenen Emulsion keine störende Alkoholabspaltung stattfinden kann.It is still possible as long as water and / or water vapor through the resin, until almost complete Replacement of the alkoxy groups by hydroxyl groups is carried out and so that the alkoxy group content goes to zero. This alkoxy group-free Silicone resins are outstandingly suitable for the preparation of silicone resin emulsions, since no disturbing alcohol elimination take place in the emulsion obtained can.
Bei dem erfindungsgemäßen Durchleiten von Wasser- und/oder Wasserdampf durch das Siliconharz wird das mittlere Molekulargewicht des Harzes nicht signifikant verändert.at the passage according to the invention of water and / or water vapor through the silicone resin is the mean molecular weight of the resin did not change significantly.
Ein
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Herstellung
von Siliconharzen ist folgende:
In einer ersten Stufe (1) werden
die durch Umsetzung von Organochlorsilanen, bevorzugt Methyltrichlorsilan, ggf.
im Gemisch mit bis zu 30 Mol-% Dimethyldichlorsilan, mit niederen
aliphatischen, ggf. bis zu 20 Gew.-% Wasser enthaltenden Alkoholen,
bevorzugt Methanol oder Ethanol, erhaltenen Organoalkoxysilane der
allgemeinen Formel (I) und/oder deren Teilhydrolysate, mit Wasser
umgesetzt, wobei vor oder nach der Hydrolyse organische, mit Wasser
nicht mischbare Lösemittel,
wie Toluol oder Xylol, zugesetzt werden und sich zwei Phasen bilden.
Dann werden, nach Abtrennung der wäßrigen Phase, in einer zweiten
Stufe (2) das in der organischen Phase vorliegende, oligomere Siliconharz,
ggf. nach Abtrennung eines Teiles des Lösemittels, in Gegenwart von
Katalysatoren bis zum Erreichen eines vorbestimmten Schmelzpunktes
oder einer vorbestimmten Viskosität kondensiert. Als Katalysatoren
dafür werden üblicherweise
die im System befindliche Salzsäure,
Eisen(III)-chlorid, Metall-Naphthanate und/oder -octoate verwendet.A preferred embodiment of the preparation of silicone resins according to the invention is as follows:
In a first step (1), the alcohols containing by reaction of organochlorosilanes, preferably methyltrichlorosilane, optionally in admixture with up to 30 mol% of dimethyldichlorosilane, with lower aliphatic, optionally up to 20 wt .-% of water, preferably methanol or Ethanol, resulting organoalkoxysilanes of the general formula (I) and / or their Teilhydrolysate, reacted with water, being added before or after the hydrolysis of organic, water-immiscible solvents, such as toluene or xylene, and form two phases. Then, after separation of the aqueous phase, in a second stage (2) present in the organic phase, oligomeric silicone resin, optionally after separation of a portion of the solvent, in the presence of catalysts to reach a predetermined melting point or a predetermined viscosity condensed , The catalysts used for this are usually the hydrochloric acid present in the system, iron (III) chloride, metal naphthanates and / or octoates.
Das Durchleiten von Wasser und/oder Wasserdampf durch das Siliconharz erfolgt dabei entweder nach der Stufe (1) oder nach der Stufe (2) während und/oder nach der Abtrennung des Lösemittels bei Temperaturen oberhalb 130 °C. Nach dem Durchleiten von Wasser und/oder Wasserdampf ist es sowohl möglich, das Siliconharz in Lösemittel zu lösen und in Gegenwart bekannter Katalysatoren weiter zu kondensieren als auch es sofort zu verwenden, beispielsweise als Lösung in jedem dafür bekannten Lösemittel, wie Toloul, Xylol, Benzinen u. ä., oder als Festharz, beispielsweise in Form von Schuppen. Bevorzugt ist das Durchleiten von Wasser und/oder Wasserdampf durch eine quasi lösemittelfreie Siliconharzschmelze. Die Reaktivität des Siliconharzes wird mittels Gelierzeitmessung ermittelt.The Passing water and / or water vapor through the silicone resin takes place either after stage (1) or after stage (2) while and / or after the separation of the solvent at temperatures above 130 ° C. After passing through water and / or water vapor it is both possible, that Silicone resin in solvent to solve and to condense further in the presence of known catalysts as well as to use it immediately, for example as a solution in everyone for it known solvents, such as toluene, xylene, benzines and the like. ä., or as a solid resin, for example in the form of flakes. Prefers is the passage of water and / or water vapor through a quasi solvent-free Silicone resin melt. The reactivity of the silicone resin is determined by means of Gelierzeitmessung determined.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es, die am Silicium gebundenen Alkoxygruppen (Si-OR) ganz oder teilweise durch Hydroxyl-Gruppen (Si-OH) zu ersetzen und damit die Reaktivität der Siliconharze entscheidend zu beeinflussen. Weiterhin wird der Restchlorid-Gehalt des Siliconharzes vermindert. Dadurch ist es möglich, die Siliconharze bestimmten Anwendungsgebieten, wie beispielsweise der Herstellung von Glimmerisolierstoffen oder von Emulsionen, anzupassen und gleichzeitig das mittlere Molekulargewicht und damit die Viskosität, neben einer ausgezeichneten Lagerstabilität, auch hochkonzentrierter Lösungen, unverändert beizubehalten.By the method according to the invention, it is possible to completely or partially replace the silicon-bonded alkoxy groups (Si-OR) by hydroxyl groups (Si-OH) and thus decisively influence the reactivity of the silicone resins. Furthermore, the residual chloride content of the silicone resin is reduced. This makes it possible to adapt the silicone resins to certain fields of application, such as, for example, the production of mica insulating materials or emulsions, and at the same time the average molecular weight and thus to maintain the viscosity, in addition to an excellent storage stability, even of highly concentrated solutions, unchanged.
Alle
hergestellten Siliconharze waren bei Raumtemperatur mehr als 6 Monate
lagerstabil. Ermittlung
der Analysenwerte
Beispiel 1example 1
111,5 kg Monomethyltrichlorsilan und 13,2 kg Dimethyldichlorsilan wurden mit einem Gemisch aus 78,1 kg Methanol und 8,7 kg Wasser umgesetzt. Das erhaltene, teilhydrolysierte Methylmethoxysilan-Gemisch wurde mit 45,8 kg Wasser in Gegenwart von 107 kg Toluol innig vermischt. Erhalten wurden eine organische Phase mit 35 Gew-% Siloxan und eine wäßrige Phase mit ca. 10 Gew.-% Salzsäure. Die organische Lösung wurde in einer Kolonne auf ca. 80 Gew.-% Siloxan konzentriert.111.5 kg of monomethyltrichlorosilane and 13.2 kg of dimethyldichlorosilane reacted with a mixture of 78.1 kg of methanol and 8.7 kg of water. The resulting, partially hydrolyzed methylmethoxysilane mixture was intimately mixed with 45.8 kg of water in the presence of 107 kg of toluene. Obtained were an organic phase with 35% by weight of siloxane and a aqueous phase with about 10 wt .-% hydrochloric acid. The organic solution became concentrated in a column to about 80 wt .-% siloxane.
Ein Teil des Konzentrates wurde sofort in Gegenwart eines Eisen(III)-chlorid-Katalysators bei Rückflußtemperatur kondensiert. Nach Kondensationsabbruch (verdünnen mit Toloul auf ca. 60 Gew.-% Siloxan) erfolgte das Durchleiten von 550 g Wasser in Form von Wasserdampf bei ca. 140 °C über eine halbe Stunde. Erhalten wurde das Siliconarz (A).One Part of the concentrate was immediately in the presence of a ferric chloride catalyst at reflux temperature condensed. After condensation has stopped (dilute with Toloul to approx. 60 Wt .-% siloxane) was carried out by passing 550 g of water in the form of steam at about 140 ° C over a half a hour. The silicone resin (A) was obtained.
Durch den zweiten Teil des Konzentrates wurde sofort analog (A) Wasserdampf geleitet [(Siliconharz (B)] und anschließend nach Rückverdünnung auf ca. 80 Gew.-% Siloxan mit Eisen(III)-chlorid-Katalysator kondensiert.By the second part of the concentrate immediately became analog (A) water vapor passed [(silicone resin (B)] and then after re-dilution to about 80 wt .-% siloxane condensed with iron (III) chloride catalyst.
Tabelle 1 enthält die Ergebnisse.table 1 contains the results.
Tabelle 1 Table 1
Beispiel 2Example 2
127 kg Monomethyltrichlorsilan wurden mit einem Gemisch aus 81,6 kg Methanol und 4,3 kg Wasser umgesetzt. Das erhaltene, teilhydrolysierte Methylmethoxysilan-Gemisch wurde nach Lösung in 228 kg Toluol mit 61,8 kg Wasser in einem Kreislauf innig vermischt. Erhalten wurde eine organische Phase mit 20 Gew-% Siloxan, und eine wäßrige Phase mit ca. 20 Gew.-% Salzsäure. Die organische Lösung wurde in einer Kolonne auf ca. 80 Gew.-% Siloxan konzentriert. Durch das Konzentrat wurden 2 kg Wasser/h in Form von Wasserdampf bei ca. 145 °C geleitet. Es wurden nach 30 und 120 min. Proben genommen und analysiert.127 kg of monomethyltrichlorosilane were mixed with a mixture of 81.6 kg Methanol and 4.3 kg of water reacted. The resulting, partially hydrolyzed Methylmethoxysilane mixture was dissolved in 228 kg of toluene with 61.8 kg of water intimately mixed in a cycle. Was received one 20% by weight siloxane organic phase and an aqueous phase with about 20 wt .-% hydrochloric acid. The organic solution was concentrated in a column to about 80 wt .-% siloxane. By the concentrate was added 2 kg of water / h in the form of water vapor about 145 ° C directed. There were after 30 and 120 min. Samples taken and analyzed.
Tabelle 2 enthält die Ergebnisse.table 2 contains the results.
Tabelle 2 Table 2
Beispiel 3Example 3
Es wurde eine konzentrierte Siliconharzlösung eingesetzt, welche entsprechend Beispiel 1-(B), jedoch unter Verwendung von 112 kg Ethanol als Alkohol, hergestellt wurde. 1220 g dieser Harzlösung mit 80 Gew.-% Siloxan und 12 Gew.-% difunktionellen Einheiten wurden durch Abdestillieren des Toluols auf ca. 100 % Siloxan konzentriert und anschließend 200 ml Wasser während 50 Minuten bei einer Temperatur von 145 °C durchgeleitet. Überschüssiges Wasser wurde mit Stickstoff entfernt und das Harz 60-%ig in Toluol gelöst.A concentrated silicone resin solution was used which corresponds to Example 1- (B), however using 112 kg of ethanol as the alcohol. 1220 g of this resin solution with 80 wt .-% siloxane and 12 wt .-% difunctional units were concentrated by distilling off the toluene to about 100% siloxane and then passed through 200 ml of water for 50 minutes at a temperature of 145 ° C. Excess water was removed with nitrogen and the resin dissolved 60% in toluene.
Tabelle 3 enthält Angaben des Siliconharzes vor und nach dem Durchleiten von Wasser.table 3 contains Details of the silicone resin before and after passing through water.
Tabelle 3 Table 3
Beispiel 4Example 4
1270 kg, analog Beispiel 1-(A), hergestellte, kondensierte, toluolische Siliconharzlösung mit 55 Gew.-% Siloxan, wurden bis zu einer Sumpftemperatur von 150 °C, das entspricht einer Siloxankonzentration von ca. 95 Gew.-%, konzentriert, wobei ab 140 °C mit der Zugabe von Wasser begonnen wurde. Nach Erreichen einer Sumpftemperatur von 150 °C wurden innerhalb von 30 Minuten 40 l Wasser durch die Harzschmelze geleitet. Die Sumpftemperatur sank auf 135 °C ab. Das restliche Wasser wurde durch Stickstoff (1000 l/h) ausgeblasen, das Harz mit Toluol auf 55 Gew.-% Siloxan zurückverdünnt.1270 kg, analogously to Example 1- (A), produced, condensed, toluolische Silicone resin solution with 55 wt .-% siloxane, were up to a bottom temperature of 150 ° C, which corresponds a Siloxankonzentration of about 95 wt .-%, concentrated, wherein from 140 ° C started with the addition of water. After reaching a bottom temperature of 150 ° C 40 liters of water were passed through the molten resin within 30 minutes directed. The bottom temperature dropped to 135 ° C. The remaining water was blown through nitrogen (1000 l / h), the resin with toluene on 55 wt .-% siloxane diluted back.
Tabelle 4 enthält Angaben der Harzlösung vor und nach dem Durchleiten von Wasser.table 4 contains Details of the resin solution before and after passing water.
Tabelle 4 Table 4
Beispiel 5Example 5
Von 1165 kg 80%iger Siliconharzlösung (konzentriert, analog Beispiel 1-(B) hergestellt) wurde das Toloul abgetrieben, wobei ab einer Sumpftemperatur von 140 °C bis zum Erreichen einer quasi lösemittelfreien Harzlösung innerhalb von 2 Stunden 35 l Wasser zugegeben wurden.From 1165 kg 80% silicone resin solution (concentrated, prepared analogously to Example 1- (B)) was the Toloul abraded, starting from a bottom temperature of 140 ° C to the Achieving a quasi-solvent-free resin solution within of 2 hours, 35 liters of water were added.
Tabelle 5 enthält Angaben der Harzlösung vor und nach dem Durchleiten von Wasser.table 5 contains Details of the resin solution before and after passing water.
Tabelle 5 Table 5
Beispiel 6Example 6
975 kg 77-%ige Siliconriarzlösung (konzentriert, analog Beispiel 1-(B) hergestellt) wurden auf 100 % Siloxan konzentriert, wobei ab 140 °C in einem Zeitraum von 75 Minuten 15 l Wasser durch den Sumpf der hochviskosen Harzschmelze geleitet wurden.975 kg 77% silicone resin solution (concentrated, prepared analogously to Example 1- (B)) were set to 100 % Siloxane concentrated, starting at 140 ° C over a period of 75 minutes 15 l of water passed through the bottom of the highly viscous resin melt were.
Tabelle 6 enthält Angaben der Harzlösung vor und nach dem Durchleiten von Wasser.table 6 contains Details of the resin solution before and after passing water.
Tabelle 6 Table 6
Beispiel 7Example 7
1 kg 80-%ige Siliconharzlösung (konzentriert, analog Beispiel 2 hergestellt) wurden auf 100 % Siloxan konzentriert, wobei ab 145 °C 100 ml/h Wasser durch den Sumpf der hochviskosen Harzschmelze geleitet wurden.1 kg 80% silicone resin solution (concentrated, prepared analogously to Example 2) were concentrated to 100% siloxane, being from 145 ° C 100 ml / h of water passed through the bottom of the highly viscous resin melt were.
Tabelle 7 enthält die Ergebnisse.table 7 contains the results.
Tabelle 7 Table 7
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