DE19622142A1 - Aryl-substituierte Silicon-Flüssigkeiten mit hohem Brechungsindex und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Aryl-substituierte Silicon-Flüssigkeiten mit hohem Brechungsindex und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Synthe
se aryl-substituierter Silicon-Flüssigkeiten durch die Hy
drosilylierung eines aryl-substituierten Acetylens, wie
Phenylacetylen oder Diphenylacetylen, mit einer funktionel
le Hydridgruppen aufweisenden Silicon-Flüssigkeit.
Silicon-Flüssigkeiten mit einem hohen Brechungsindex,
wie etwa 1,50, sind von Interesse für die Haarpflege-Pro
dukte herstellende Industrie. So können, z. B., Silicone mit
einem hohen Brechungsindex, zusätzlich zur Schaffung eines
guten Gefühls, nassen Kämmens und geringer, statischer Auf
ladung, dem Haar einen maximalen Glanz verleihen.
Es ist dem Fachmann auf dem Gebiete der Silicone all
gemein bekannt, daß ein bequemer Weg zur Erhöhung des Bre
chungsindex einer Polydiorganosiloxan-Flüssigkeit, beste
hend im wesentlichen aus chemisch verbundenen Dialkylsil
oxy-Einheiten, darin besteht, in die Hauptkette des Polydi
organosiloxans eine signifikante Anzahl von Siloxy-Einhei
ten mit durch Kohlenstoff-Silicium-Bindungen an Silicium
gebundenen Arylresten einzuführen.
Es gibt verschiedene Techniken zum Einführen von Aryl
siloxy-Einheiten in Polyorganosiloxane. Ein Verfahren be
ruht auf dem Einsatz einer geeigneten Quelle von Arylsil
oxy, wie einem Polydiorganosiloxan mit Siloxy-Einheiten,
die durch Kohlenstoff-Silicium-Bindungen an Silicium ge
bundene Phenylreste aufweisen. Die Erfahrung hat jedoch
gezeigt, daß Diphenylsiloxan-Copolymere eine Neigung zum
Kristallisieren bei hohen Anteilen von Diphenylsiloxan ha
ben. Der Einbau von Arylresten, wie eines Styrylrestes, in
ein Polydiorganosiloxan unter Anwendung einer Hydrosilylie
rungs-Reaktion ist eine andere Alternative zum Erhöhen der
Arylsilicium-Substitution.
Wie von L. N. Lewis et al. in "Organometallics", 1991,
10,3750 berichtet, nehmen Arylacetylene, wie Phenylacety
len, leicht an der Hydrosilylierung mit monomeren Silylhy
driden teil. Es wurde von M. Tanaka et al., "Bull. Soc.
Fr.", 1929, 129,667.b gezeigt, daß Diphenylacetylen einer
Wasserstoff abspaltenden, doppelten Silylierung mit einem
Bis(hydrosilan) unterliegt und cyclische, ungesättigte Ver
bindungen als das Hauptprodukt ergibt.
Weitere Verfahren werden laufend untersucht, um Sili
con-Flüssigkeiten mit hohem Brechungsindex zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung,
daß aryl-substituierte Silicon-Flüssigkeiten mit hohem Bre
chungsindex und einer Viskosität im Bereich von 100 bis
40.000 mPa·s (centipoise) bei 25°C und vorzugsweise von 100
bis 20.000 mPa·s bei 25°C hergestellt werden können durch
die Hydrosilylierung von Arylacetylenen. Arylacetylene der
Formel
R-C≡C-R¹, (1)
worin R ein einwertiger C₆-₁₃-Arylrest und R¹ Wasserstoff
oder ein R-Rest ist, können mit einer Verbindung hydrosi
lyliert werden, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus:
- (a) einem linearen Hydridsiloxan, das im wesentlichen aus mindestens einer endständigen Einheit der Formel R²(R³)₂SiO1/2, (2)worin R² ein einwertiger Rest ist, ausgewählt aus der Grup pe bestehend aus Wasserstoff und einem einwertigen, organi schen C1-13-Rest und R³ ein einwertiger, organischer C1-13- Rest ist, und aus 1 bis 100 chemisch verbundenen Disiloxy- Einheiten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Organo hydridsiloxy-Einheiten,H(R³)SiO, (3)und einer Mischung solcher Organohydridsiloxy- und Diorga nosiloxy-Einheiten(R³)₂SiO, (4)besteht und,
- (b) einem cyclischen (3-8)-Hydridsiloxan, bestehend im wesentlichen aus einer Verbindung, ausgewählt aus der Grup pe bestehend aus den Organohydridsiloxy-Einheiten von (a) und einer Mischung solcher Organohydridsiloxy-Einheiten und der Diorganosiloxy-Einheiten von (a).
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wurde auch festgestellt, daß die aryl-substituierten Sili
con-Flüssigkeiten aryl-substituierte Silicon-Flüssigkeiten
einschließen, die eine konjugierte Arylgruppe entweder in
Form einer Styryl- oder Styrenyl-Gruppe, in Fällen, wo R¹
in Formel (1) Wasserstoff ist, und einer Diaryl-Gruppe, wie
einer Stilben-Gruppe einschließen, wo R¹ in Formel (1) R
ist. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Anwe
senheit solcher konjugierter Gruppen den Brechungsindex von
Silicon-Flüssigkeiten erhöht.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine aryl-substi
tuierte Silicon-Flüssigkeit mit einer Viskosität im Bereich
von etwa 100 bis etwa 40.000 mPa·s (centipoise) bei 25°C
und einem Brechungsindex von mindestens 1,5 geschaffen, um
fassend chemisch verbundene Diorganosiloxy-Einheiten der
Formel
QR³SiO, (5)
worin Q ein konjugierter, einwertiger Arylrest ist, ausge
wählt aus der Gruppe bestehend aus alkenyl-substituierten
C6-13-Monoarylresten und alkenyl-substituierten Di-C6-13-
Arylresten, worin R³ die oben genannte Bedeutung hat.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren zum Herstellen einer aryl-substituierten
Silicon-Flüssigkeit mit einem Brechungsindex von mindestens
1,5 geschaffen, das die Hydrosilylierung eines Arylacety
lens der Formel (1) mit einem linearen Hydridsiloxan mit
von 1 bis etwa 80 chemisch verbundenen Disiloxy-Einheiten,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus denen der Formeln
(2) und (3) oder (2) und einer Mischung von (3) und (4)
oder einem cyclischen (3-8)-Hydridsiloxan, bestehend im we
sentlichen aus chemisch verbundenen Einheiten der Formel
(3) oder einer Mischung von (3) und (4), umfaßt.
Reste im Rahmen von R der Formel (1) sind Phenyl, To
lyl, Xylyl und Naphthyl und vorzugsweise Phenyl; Halogen
aryl, wie Chlorphenyl; Alkoxyaryl, wie Methoxyphenyl und
Nitroaryl sind auch eingeschlossen. Zusätzlich zu Wasser
stoff sind die Reste im Rahmen von R² und die organischen
Reste im Rahmen von R³, z. B. C1-8-Alkylreste, wie Methyl,
Ethyl, Propyl, Butyl und Pentyl; Halogenalkyl, z. B. Tri
fluorpropyl; Alkenylreste, wie Vinyl und Propenyl; Cycloal
kenyl, z. B. Cyclohexenyl; C6-13-Arylreste, wie Phenyl, To
lyl, Xylyl und Naphthyl und vorzugsweise Phenyl, Methoxy
phenyl; Halogenaryl, wie Chlorphenyl.
Vorzugsweise sind die Arylacetylene der Formel (1),
z. B., Phenylacetylen, Diphenylacetylen und die entsprechen
den Chlor-, Nitro- und Methoxy-Derivate. Weitere Arylacety
lene, wie Arylacetylen-Verbindungen mit für R gezeigten
Substituenten, sind ebenfalls eingeschlossen.
Das lineare Hydridsiloxan mit endständigen Einheiten
der Formel (2), das im wesentlichen aus Disiloxy-Einheiten
der Formeln (3) und (4) besteht, sind vorzugsweise Polydi
siloxane mit endständigen Dimethylhydrogensiloxy-Einheiten
oder Trimethylsiloxy-Einheiten, wobei lineares Hydridsil
oxan im wesentlichen aus Methylhydrogensiloxy-Einheiten
oder einer Mischung von Methylhydrogensiloxy-Einheiten und
Dimethylsiloxy-Einheiten bestehen kann. Diese linearen Hy
dridsiloxane haben vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 80 Di
siloxy-Einheiten und 0,2 bis 1,6% chemisch gebundenen Was
serstoff. Die cyclischen Polydimethylsiloxane sind vorzugs
weise cyclisches Trimer, Tetramer und Pentamer.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß in Fällen, wo Diaryl
acetylen zur Herstellung der aryl-substituierten Silicon-
Flüssigkeiten der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
eine Erstarrung des Hydrosilylierungs-Produktes wahrschein
lich eintreten wird, wenn nicht ein olefinischer C2-8-Como
nomer-Reaktant, wie Hexen, gleichzeitig während der Hydro
silylierungsstufe eingesetzt wird.
Obwohl die aryl-substituierten Silicon-Flüssigkeiten
eine Viskosität im Bereich von etwa 100 bis etwa 20.000
mPa·s bei 25°C aufweisen können, was von solchen Faktoren
abhängt, wie der Art der an Silicium in der Hauptkette des
Polydiorganosiloxans gebundenen Substituenten, der linearen
Länge oder cyclischen Größe der für die Herstellung der
Flüssigkeit eingesetzten Silicium-Flüssigkeit, können die
Viskositäten der entsprechenden Flüssigkeiten in weitem
Rahmen variieren. In Fällen, wo die Hauptkette der Flüssig
keit linear und mit Hexangruppen und Phenylacetylen- oder
Diphenylacetylen-Gruppen substituiert ist, ist eine Visko
sität von etwa 100 bis etwa 32.000 mPa·s bei 25°C nicht un
gewöhnlich.
In Abhängigkeit von der Art der Reaktanten können die
aryl-substituierten Silicon-Flüssigkeiten hergestellt wer
den durch die Hydrosilylierung von Arylacetylen mit der
Hydridsiloxan-Flüssigkeit oder durch die Hydrosilylierung
hydrolysierbarer Silane, gefolgt von der Cohydrolyse mit
geeigneten Diorganosilanen, wie Dimethyldichlorsilan. In
Fällen, bei denen die Hydrosilylierung benutzt wird, wird
ein Katalysator eines Platingruppenmetalles, wie Chlorpla
tinsäure, fein zerteiltes Platinmetall oder Platin-Kataly
sator benutzt, wie er von Ashby in der US-PS 3,159,601 und
Karstedt in der US-PS 3,775,452 gezeigt ist. Eine wirksame
Menge des Platin-Katalysators ist 5 ppm bis 200 ppm von Pt,
bezogen auf das Gewicht der Hydrosilylierungs-Mischung. Ei
ne Temperatur im Bereich von 25°C bis 150°C kann benutzt
werden. Wahlweise kann ein inertes, organisches Lösungsmit
tel eingesetzt werden. Geeignete, inerte Lösungsmittel sind
Cyclohexan, 2-Propanol, Toluol, Hexan und Heptan.
Damit der Fachmann die vorliegende Erfindung besser
ausführen kann, werden die folgenden Beispiele zur Veran
schaulichung, nicht aber zur Einschränkung, angegeben. Alle
Teile beziehen sich, sofern nichts anderes angegeben, auf
das Gewicht.
Eine Mischung von 85,45 g (0,838 mol) von Phenylacety
len, 12,36 g (0,147 mol) von 1-Hexen, 70,74 g (0,93 mol Si-
H) einer Poly(methylhydrido)siloxan-Flüssigkeit mit end
ständigen Trimethylsiloxy-Einheiten und einem Mittel von
etwa 10 Methylhydridosiloxy-Einheiten sowie genügend Pla
tin-Katalysator, wie durch Karstedt in der US-PS 3,775,452
gezeigt, um 36 ppm Pt-Katalysator, bezogen auf Acetylen, zu
schaffen, wurde unter Rühren 1 Stunde auf 60°C und 2 Stun
den auf 75°C erhitzt. Nach dem Entfernen überschüssigen He
xens durch Strippen wurden 162 g einer orangefarbenen, kla
ren Flüssigkeit erhalten. Sie hatte eine Viskosität von
5.915 mm²/s (cSt) und einen Brechungsindex von 1,5465; die
GPC-Analyse zeigte ein Mw von 3.190 und ein Mn von 1.680.
Nach dem Herstellungsverfahren war das Produkt eine Phenyl
silicon-Flüssigkeit, und sie war brauchbar als Komponente
eines Haarpflege-Produktes.
Ein Verfahren ähnlich Beispiel 1 wurde ausgeführt mit
der Ausnahme, daß eine Poly(methylhydrido)siloxan-Flüssig
keit mit 3,79 Mol von Si-H und einem Mittel von etwa 80 Me
thylhydridosiloxy-Einheiten, 450 g Phenylacetylen, 280 g
eines Lösungsmittels in Form einer Mischung verzweigter
C₁₂-Alkane eingesetzt wurden. Die Mischung wurde 8 Stunden
auf 75°C und weitere 2 Stunden auf 80°C unter Einsatz von
insgesamt 99 ppm Pt-Katalysator erhitzt. Man erhielt 60 g
einer orangefarbenen, leicht trüben Flüssigkeit mit einer
Viskosität von 32.000 mPa·s und einem Brechungsindex von
1,5720.
Über eine Dauer von einer Stunde wurden 4.76 g (79,3
mol von Si-H) von Tetramethylcyclotetrasiloxan zu einer auf
60°C erwärmten, gerührten Mischung von 8,39 g (82,3 mol)
von Phenylacetylen, 6 g von Cyclohexan und 40 ppm von Pt,
bezogen auf Acetylen, hinzugegeben. Die Mischung wurde dann
eine Stunde auf 75°C erhitzt. Danach wurde sie durch Strip
pen bei 50°C unter verringertem Druck von flüchtigen Be
standteilen befreit. Es wurden 12,0 g einer orangefarbenen,
leicht trüben Flüssigkeit mit einer Viskosität von 1.000
mm²/s (cSt) und einem Brechungsindex von 1,5745 erhalten.
Die Flüssigkeit war ein Phenylsilicon, das brauchbar war
als Komponente in einer Haarpflegezubereitung.
Ein Verfahren ähnlich Beispiel 2 wurde mit der Ausnah
me ausgeführt, daß über eine Dauer von einer Stunde 231 g
(3,79 mol SiH) eines linearen Hydridsiloxans mit einem Mit
tel von etwa 15 Methylhydridsiloxy-Einheiten und endständi
gen Hydriddimethylsiloxy-Einheiten zu einer Mischung von
450 g Phenylacetylen, 280 g einer Mischung verzeigter C₁₂-
Alkane als Lösungsmittel und 250 ppm Pt bei 55°C hinzugege
ben wurden. Man erhitzte die Reaktionsmischung 15 Stunden
auf 75°C und dann weitere 5 Stunden auf 80°C in Gegenwart
zusätzlicher 39 ppm Pt. Die Vakuum-Destillation bei 75°C
ergab eine orangefarbene, leicht trübe Flüssigkeit mit ei
ner Viskosität von 6.000 mPa·s bei 25°C und einem Bre
chungsindex von 1,5745.
Es wurden 3,42 g (19 mmol) von Diphenylacetylen, ge
löst in 2-3 g Toluol, über eine Stunde zu einer Mischung
hinzugegeben, die bei 80°C gerührt wurde und aus 0,41 g
(4,9 mmol) von 1-Hexen, 2,42 g (24,0 mval Si-H) einer Po
ly (methylhydrido) siloxan-Flüssigkeit mit endständigen Tri
methylsiloxy-Einheiten und einem Mittel von etwa 4 Methyl
hydridsiloxy-Einheiten sowie 70 ppm Pt, bezogen auf Acety
len, bestand. Nach einer weiteren Stunde bei 80°C wurde die
Mischung durch Strippen bei 100°C von flüchtigen Bestand
teilen befreit und ergab 5,1 g einer blaßgelben Flüssigkeit
mit einem Brechungsindex von 1,5615.
Es wurde ein dem Beispiel 5 im wesentlichen ähnliches
Verfahren ausgeführt, ausgenommen, daß 1,62 g (24,2 mval
Si-H) von Tetramethyldisiloxan als die Poly(methylhydrid)
siloxan-Flüssigkeit und 50 : 50 Mol von Diphenylacetylen zu
Hexen eingesetzt wurden. Man erhielt 3,94 g einer blaßgel
ben Flüssigkeit mit einem Brechungsindex 1,5275.
Über eine Dauer von 1/2 Stunde wurden 16,1 g (0,14
mol) von Dichlormethylsilan zu einer gerührten, am Rückfluß
erhitzten Mischung von 25,0 g (0,14 mol) von Diphenylacety
len, 200 ml von Methan und genügend Pt-Katalysator hinzuge
geben, um 220 ppm Pt, bezogen auf Acetylen, zu schaffen.
Nach 17 Stunden zeigte die GC-Analyse die vollständige Um
wandlung in das Produkt. Die Mischung wurde durch Strippen
von Hexan befreit. Der Rest wurde bei 121°C/26,6 Pa (0,2
Torr) destilliert und ergab 36 g (88% Ausbeute) einer farb
losen Flüssigkeit. Nach dem Herstellungsverfahren war das
Produkt 1-Phenyl-1-(dichlormethylsilyl)-2-phenylethylen.
Eine Mischung von 25 g (0,085 mol) von 1-Phenyl-1-(di
chlormethylsilyl)-2-phenylethylen und 11,0 g (0,085 mol)
von Dichlordimethylsilan wurde langsam zu einer auf 0°C ge
kühlten Lösung von 125 ml Wasser und 20 g KOH hinzugegeben.
Es wurde ein weißer Feststoff erhalten. Der Feststoff wurde
in Dichlormethan extrahiert. Die Dichlormethan-Lösung wurde
mit 10% HCl und Wasser gewaschen und mit MgSO₄ getrocknet.
Die filtrierte, organische Schicht ergab 23,5 g einer Aryl
silicon-Flüssigkeit in Form eines viskosen Öls mit einem
Brechungsindex von 1,581.
Claims (10)
1. Aryl-substituierte Silicon-Flüssigkeit mit einer Vis
kosität im Bereich von etwa 100 bis etwa 40.000 mPa·s (cen
tipoise) bei 25°C und einem Brechungsindex von mindestens
1,5, umfassend chemisch verbundene Diorganosiloxy-Einheiten
der Formel
QR³SiO,worin Q ein konjugierter, einwertiger Arylrest ist, ausge
wählt aus der Gruppe bestehend aus alkenyl-substituierten
C6-13-Monoarylresten und alkenyl-substituierten Di-C6-13-
Arylresten, und R³ ein einwertiger, organischer C1-13-Rest
ist.
2. Polydiorganosiloxan-Flüssigkeit nach Anspruch 1, um
fassend chemisch verbundene Phenylstyrylmethylsiloxy-Ein
heiten.
3. Polydiorganosiloxan-Flüssigkeit nach Anspruch 1, um
fassend chemisch verbundene Phenylstilbenmethylsiloxy-Ein
heiten.
4. Cyclische Polydiorganosiloxan-Flüssigkeit nach An
spruch 1.
5. Lineare Polydiorganosiloxan-Flüssigkeit nach Anspruch
1.
6. Polydiorganosiloxan-Flüssigkeit nach Anspruch 1, um
fassend eine Mischung von QR³SiO-Einheiten und (R³)₂SiO-
Einheiten.
7. Verfahren zum Herstellen einer Polydiorganosiloxan-
Flüssigkeit mit einem Brechungsindex von mindestens 1,5,
umfassend das Hydrosilylieren eines Arylacetylens der For
mel
R-C≡C-R¹,mit (A) einem linearen Hydridsiloxan mit von 10 bis 80 che
misch verbundenen Disiloxy-Einheiten, ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus
- (i) einer Mischung von R²(R³)₂SiO₁/₂ und H(R³)SiO sowie
- (ii) einer Mischung von R²(R³)₂SiO₁/₂ , H(R³)SiO und (R³) ₂SiO, und (B) einem cyclischen (3-8)-Hydridsiloxan, bestehend im wesentlichen aus chemisch verbundenen Einheiten von
- (iii) H(R³)SiO und
- (iv) einer Mischung von H(R³)SiO und (R³)₂SiO, in Gegenwart einer wirksamen Menge eines Katalysators eines Platingruppenmetalles, worin R ein einwertiger C6-13-Aryl rest, R¹ Wasserstoff oder ein R-Rest, R² ein einwertiger Rest ist, ausgewählt aus der Gruppe von Wasserstoff und einwertigem, organischem C1-13-Rest und R³ ein einwerti ger, organischer C1-13-Rest ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, worin Phenylacetylen mit
einem linearen Hydridsiloxan umgesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, worin Phenylacetylen mit
einem cyclischen Hydridsiloxan umgesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, worin Diphenylacetylen mit
einem linearen Hydridsiloxan umgesetzt wird.
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