1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
Polyolefin-gefüTlte Vinylorganopolysüoxan-Masse und Verfahren zu
deren Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf modifizierte Organopolysiloxane
und insbesondere auf Polyolefin-gefüllte Vinylorganopolysiloxane.
Durch Zusatz kalt härtende Organopolysiloxan-Massen sind bekannt und haben verschiedene Anwendungen gefunden. Im allgemeinen sind
diese durch Zusatz kalt härtenden Organopolysiloxan-Massen Z.weikomponenten-Systeme,
bei denen eine Komponente aus einem olefinischen Organopolysiloxan und einem Platinkatalysator und die zweite
Komponente aus einem Organohydrogenpolysiloxan als Vernetzungsmittel
zusammengesetzt sind. Wenn die beiden Komponenten miteinander vermischt werden, dann findet ein Härten bei Raumtemperatur statt.
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c ·
Es ist bekannt, verschiedene Additive in diese kalt härtenden Organopolysiloxan-Zusammensetzungen
einzuarbeiten, um deren Eigenschaften zu verbessern. Zu solchen Additiven gehören anorganische
Füllstoffe, wie Siliciumdioxyd-A.erogel, Diatomeenerde, Kaliumcarbonat,
Graphit, Eisenoxyd usw., die, neben anderen Zwecken, im allgemeinen als Verstärkungsmittel hinzugegeben werden.
Der Gebrauch anorganischer Füllstoffe dieser Art hat sich jedoch bisher nicht als vollkommen zufriedenstellend erwiesen. So wird
z.B. im Falle von Siliciumdioxyd-Füllstoffen die leichte Verbesserung,
die durch ihre Anwesenheit in solchen kalt härtenden Organopolysiloxan-Massen verursacht wird, durch ihre hohen Kosten und die
Schwierigkeiten bei der Einarbeitung überwogen. Auch verstärkende Graphit-Füllstoffe, die den kalt härtenden Organopolysiloxan-Massen
manchmal eine intensive Farbe verleihen, sind deshalb bei vielen Anwendungen unerwünscht.
Es sind auch andere Verfahren in der Vergangenheit benutzt worden,■
die auf die Verbesserung der Eigenschaften von kalt härtenden Organopolysiloxan-Massen
gerichtet sind. So wird z.B. in der US-PS
2 965 593 eine wasserabstoßende Organopolysiloxan-Masse beschrieben,
die hergestellt ist durch Dispergieren eines Organopolysiloxans in einem Vinylmonomer und Polymerisieren der Mischung. Das erhaltene
Material ist in der vorgenannten US-PS als eine Mischung des Organopolysiloxans in einer hoch polymeren thermoplastischen Matrix beschrieben.
Weitere Versuche zur Verbesserung der Eigenschaften von Organopolysiloxanen
sind z.B. in den folgenden US-PS 3 63I O87, 3 627 836,
3 580 971, 3 441 537, 3 436 252, 3 070 573, 2 959 569 und 2 958 707
beschrieben. Im allgemeinen offenbaren diese Patentschriften gepfropfte Organopolysiloxane, d.h. Organopolysiloxane, die chemisch
mit polymeren Seitenketten gepfropft sind. Im einzelnen sind in der US-PS 3 070 573 gepfropfte Organopolysiloxane beschrieben, die
erhalten wurden durch Umsetzen eines Organopolysiloxans, in dem mindestens 0,001 Mol-# der Siliciumatome mit mindestens einer ungesättigten
nicht aromatischen Kohlenwasserstoffgruppe durch SiIicium-Kohlenstoff-Bindungen
verbunden ist, wie mit Vinyl, zuerst
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mit Ozon und danach mit einem olefinischen Monomer.
Es ist -jedoch zu bemerken, daß obwohl durch Pfropfen modifizierte
Organopolysilöxane einige erwünschte Eigenschaften aufweisen, sie
in anderen unzureichend sind, wie hinsichtlich ihrer geringen Lösungsmittelbeständigkeit
und daß sie demgemäß auch nicht voll zufriedenstellend
sind.
Es 'ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue verbesserte
modifizierte Vinylorganopolysiloxan-Massen zu schaffen. Weiter sollen diese verbesserten Polysiloxan-Massen gleiche oder verbesserte
und verschiedene physikalische Eigenschaften aufweisen,
verglichen mit in üblicher Weise gefüllten Vinylorganopolysiloxan-Masseh,
ohne daß es bei den gemäß der vorliegenden Erfindung zu schaffenden OrganopoIysiloxan-Massen notwendig ist, übliche anorganische
Füllstoffe zu verwenden..
Eine weitere Aufgabe ist es, solche verbesserten modifizierten Vinylorganopolysiloxan-Massen zu schaffen, die im wesentlichen.
frei sind von gepfropften Vinylorganopolysiloxan-Einheiten.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues
Verfahren zur Herstellung der verbesserten modifizierten Vinylorganopolysiloxane
der vorliegenden Erfindung zu schaffen.
Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte vulkanisierbare Massen und die gehärteten Produkte
davon zu schaffen.
Diese und andere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung
dadurch gelöst, daß man modifizierte Vinylorganopolysiloxane ·
schafft, die als stabile Polyolefin-gefüllte Vinylorganopolysiloxan-Dispersionen
charakterisiert sind und die aus den folgenden zwei Phasen zusammengesetzt sind:
(i) einer zusammenhängenden Phase, die ein im wesentlichen ungepfropftes
Vinylorganopolysiloxan umfaßt, in dem (ii) eine nicht zusammenhängende Phase gründlich dispergiert ist,,
die fein zerteilte feste Teilchen eines ungepfropften Polymers um-
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ORIGINAL INSPECTED
faßt, das aus einem organischen Monomeren hergestellt ist, das. aliphatisch
ungesättigte Bindungen enthält oder aus einer Mischung solcher Monomeren, die in Gegenwart des im wesentlichen ungepfropften
Vinylorganopolysiloxans polymerisiert sind.
Die Polyolefin-gefÜllten Vinylorganopolysiloxan-Dispersionen der vorliegenden
Erfindung werden durch Polymerisation eines organischen Monomers oder mehrerer Monomerer, die aliphatisch ungesättigte Bindungen
enthalten, in einer Vinylorganopolysiloxan-Flüssigkeit in Gegenwart eines freie Radikale liefernden Stoffes in situ hergestellt,
überraschenderweise ist die erhaltene Masse eine stabile Dispersion, in der eine unzusammenhängende Phase fein zerteilter
Homopolymerer oder Copolymerer des bzw. der organischen Ausgangsmonomeren gründlich in einer zusammenhängenden Matrix eines im wesentlichen
ungepfropften und im wesentlichen unveränderten Vinylorganopolysiloxans
dispergiert ist.
Die fein zerteilten festen Teilchen aus Homopolymer oder Copolymer,
die in situ gebildet sind, sind von einem ausreichend geringen Durchmesser, so daß sie als verstärkende oder halbverstärktende
Füllstoffe oder in einigen Fällen als Streckmittel für das Vinylorganopolysiloxan-Matrixmaterial
wirken und somit in einem verbesserten festeren Silikonelastomer-Produkt resultieren. Im allgemeinen
hat der Hauptanteil dieser festen Teilchen des Homopolymers oder Copolymers einen mittleren Durchmesser von weniger als etwa
10 bis 15 Mikron und einige haben einen Durchmesser von weniger
als 1 Mikron.
Während die Polyolefin-gefüllten Vinylorganopolysiloxan-Dispersionen
der vorlegenden Erfindung durch einfaches Erhitzen der vorgeformten Mischung der Bestandteile, nämlich des oder der organischen
Monomeren, des Vinylorganopolysiloxans und des freie Radikale liefernden
Stoffes,/xst es selbstverständlich auch möglieh, diese
Stoffe nach anderen Verfahren herzustellen.
So kann man das bzw. die organischen Monomere nach und nach portionsweise
zu einer vorgeformten erhitzten und gerührten Mischung
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des. Yinylorganopolysiloxans und dea freie Radikale bildenden Stoffes
hinzugeben. Ein ander-ea anwendbares Verfahren ist die portionsweise
Zugabe einer vorgeformten Mischung oder Lösung eines oder mehrerer organischer Monomerer und eines freie Radikale abgebenden
Stoffes -fcu dem erhitzten Vinylorganopolysiloxan.
Unabhängig von dem angewendeten Verfahren werden das·oder die organischen
Monomere in situ homo- oder copolymerisiert, d.h. in Gegenwart des Vinylorganopolysiloxans, wobei überraschenderweise im
wesentlichen kein Pfropfen, keine Kondensation oder andere Änderung hinsichtlich des Vinylorganopolysiloxan-Ausgangsmaterials eintritt.
In all den oben genannten Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen
Dispersionen kann der Polymerisationskatalysator, d.h. der freie Radikale abgebende Stoff, irgendeiner der bekannten oder üblichen
Stoffe sein, die freie Radikale abgeben. Zu solchen gehören z.B. organische Peroxyde, wie Benzoylperoxyd, 2,4-Dichlorbenzoylperoxyd,
Dialkylperoxyde, wie Di-tert-butylperoxyd und Dicumylperoxyd,
Hydroperoxyde, wie tert-Butylhydroperoxyd, Cumylhydroperoxyd
und Decylenhydroperoxyd, cyclische Peroxyde, wie Ascaridol (1,4-Peroxydo-p-menthen-2)
und l,5-Dimethylhexan-l,5-peroxyd, Peresters
wie tert-Butylperbenzoat, tert-Butylperoxyisopropylcarbonat, tert-Butylperoetoat
und tert-Butylperacetat. Auch die bekannten Azoverbindungen
sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Stoffe zur Bildung freier Radikale geeignet. Solche Azoverbindungen sind z.B.
die mit tertiären Kohlenstoffatomen (d.h. Kohlenstoffatomen, an denen kein Wasserstoff gebunden ist), wobei die tertiären Kohlenstoff
atome an jedes Stickstoff der Azobindung gebunden sind. Die verbleibenden Valenzen des tertiären Kohlenstoffs sind durch Nitrilreste,
Carboxyalkylreste, Cycloalkenreste, Alkylreste und Reste der Formel YOOC abgesättigt, in der Y ein Alkylrest ist. Spezifische
Beispiele solcher Azoverbindungen sind die folgenden:
(CH )2(NC)CN = NC (CN)
CH3, C2H5(NC)CN = NC(CN) C2H5, CH3
(C2H )2(NC)CN = NC(CN)(C2H5J2
(C3H7J2(NC)CN = NC(CN)
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CJ1 CH (NC)CN = NC(CN) C5H ,CH-
23 322
3CH3J2CN-'s NC(CH3J2(COOCH3)
(CQH„00C)(CH,)-CN a NC (CH,) 0 (COOC0H1J ,
Bevorzugte Stoffe zur Abgabe freier Radikale im Rahmen der vorliegenden
Erfindung sind Benzoylperoxyd, tert-Butylperoetoat und Azobis(isobutyronitril).
Die Temperatur der in situ-Polymerisationsreaktion der vorliegenden
Erfindung kann variieren. Im allgemeinen sollte die Temperatur je- ,
doch ausreichend sein, um freie Radikale mit einer Geschwindigkeit zu bilden, daß die Polymerisation des oder der organischen Monomere
in einer vernünftigen Zeit abläuft. Die Temperatur darf aber andererseits nicht so hoch sein, daß ein Pfiopfen des Vinylorganopolysiloxans
mit polymeren Seitenketten eintritt. Im einzelnen liegen diese Temperaturen im Bereich von etwa 35 bis etwa 135 C und vorzugsweise
im Bereich von etwa 45 bis etwa 125 °C.
Wegen der durch freie Radikale bewirkten Polymerisation ist es wichtig, daß die Reaktion in einer sauerstofffreien Umgebung ausgeführt
wird, die man z.B. durch Spülen des Reaktionsgefäßes mit Stickstoff erhalten kann. Weiter können Lösungsmittel zum Auflösen
der freie Radikale abgebenden Verbindung und/oder des oder der organischen
Monomeren verwendet werden, wie Acetonitril, und es können auch Kettenübertragungsmittel oder andere üblicherweise angewendete
Polymerisatianszusätze während der Reaktion vorhanden sein,
um die Reaktion und/oder das Produkt zu modifizieren.
Die in situ ausgeführte Polymerisation der vorliegenden Erfindung kann sowohl unter atmosphärischen als auch darunter und darüber
liegendem Druck erfolgen. Vorzugsweise wird atmosphärischer Druck angewendet. In Abhängigkeit von den im einzelnen angewendeten Reaktionsbedingungen
ist die Polymerisation im allgemeinen innerhalb von 30 Minuten bis 10 Stunden abgeschlossen. Wenn es erwünscht ist,
die in situ-Polymerisation nach der vorliegenden Erfindung durch portionsweises Zugeben des oder der.organischen Monomere zum Reaktionsgefäß,
welches das Vinylorganopolysiloxan enthält, auszuführen.
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dann ißt die Größe der Einzelportionen und die für die Zugabe angewendete
Zeit nicht kritisch und kann variieren. Im allgemeinen wird
jedoch die portionsweise Zugabe innerhalb von etwa 10 Minuten bis etwa 5 Stünden abgeschlossen.
Die organischen Monomeren, die zur Herstellung der Polyolefin-gefüllten
Vinylorganopolysiloxan-Dispersionen nach der vorliegenden Erfindung brauchbar' sind, können irgendwelche polymerisierbaren olefinischen
Monomere sein. Beispiele geeigneter monofunktioneller
olefinischer Verbindungen sind geradkettige Kohlenwasserstoffe geringen
Molekulargewichtes, wie Äthylen, Propylen, Butylen und ähnliche, halogen-substituierte geradkettige Kohlenwasserstoffe, wie
Vinylhalogenide, z.B. Vinylchlorid, Vinylester, 2.B. Vinylacetat, vinylhaltige aromatische Verbindungen, z.B. Styrol, ringsubstituierte
Styrole, andere aromatische Verbindungen, wie Vinylpyridin und Vinylnaphthalin und gesättigte Säuren, z.B. Acrylsäure und deren
Derivate einschließlich Salzen und Estern, z.B. Äthylacrylat, Butylacrylat,
Methylmethacrylat, Amide und ungesättigte Nitrile, z.B. Acrylnitril, N-Viny!verbindungen, z.B. N-Vinylcarbazol, N-Vinylpyrrolidon
und N-Vinylcaprolactam.
Darüber hinaus können auch disubstituierte Äthylene der allgemeinen
Formel CH„ = CXp eingesetzt werden einschließlich Vinyliden-·
fluorid, Vinylidenchlorid, Vinylidencyanid, Methacrylsäure und
davon abgeleitete Verbindungen, wie Salze, Ester und Amide, ebenso wie Methacrolein, Methacrylnitril und ähnliche.
Disubstituierte Äthylene der allgemeinen Formel CHX = CHXa wie
Vinylidencarbonat und verschiedene Monomere, die am besten in Anwesenheit
anderer Monomerer polymerisieren, z.B. Maleinsäureanhydrid, Ester von Maleinsäureanhydrid und Fumarsäuren, Stilben.,
Inden und Cumaron sind ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung
als organische Monomere brauchbar.
Beispiele geeigneter polyfunktioneHer olefinischer Monomerer, d.h.
solche mit mindestens 2 olefinischen Doppelbindungen, sind Ester, 'wie Allylmethacrylat,. Allylacrylat, Diallyladipat, Methallylacrylat,
Methallylmethacrylat, Vinylacrylat, Vinylmethacrylat, Kohlen-
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Wasserstoffe,, wie Divinylbenzol und Vinylcyclohexen, Polyolester
der Acryl- und der Methacrylsäure, z.B. A'thylendimethacrylat,
Tetramethylendiacrylat und Pentaerythritoltetramethacrylat und
konjugierte Diolefine, wie 1,3-Butadien, Isopren und Chloropren.
Jedes dieser genannten olefinischen Monomere kann entweder allein oder in Kombination mit den anderen im Rahmen der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden.
Die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung brauchbaren VinylorganopοIysiloxane
sind bekannt und sie enthalten Struktureinheiten der folgenden Formel:
(I)
worin R ein über eine Kohlenstoff-Silicium-Bindung an Silicium gebundener
organischer Rest ist, der ausgewählt ist aus einwertigen Kohlenwasserstoffresten, halogen-substituierten einwertigen Kohlenwasser
stoff resten und Cyanalkylresten. Im allgemeinen enthält
R 1 bis 30 Kohlenstoffatome, die geradkettig oder verzweigt sein
können und vorzugsweise 1 bis 12 Kohlenstoffatome und am meisten
bevorzugt sind solche Reste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen. R' ist eine Vinylgruppe, d.h. CH? = CH-, die durch eine Kohlenstoff-Silicium-Bindung
an Silicium gebunden ist, a hat einen Wert von 0 bis einschließlich 2,5 und vorzugsweise einen Wert von 0,5 bis einschließlich
2,1, b hat einen Wert von 0,0005 bis einschließlich 2,0 und die Summe von a und b ist gleich 1,0 bis einschließlich
Vinylorganopolysiloxane dieser Art sind z.B. in der US-PS 3 3^4
beschrieben.
Beispiele fü# Reste, die für R in Formel I stehen können sind
Alk'ylreste, wie Methyl, Äthyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Octyl, Dodecyl und ähnliche, Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl, Cyclohexyl,
Cycloheptyl und ähnliche, Arylreste, wie Phenyl, Napththyl, Tolyl,
Xylyl und'ähnliehe, Aralkylreste, wie Benzyl, Phenyläthyl, Phenylpropyl
und ähnliche, halogenierte Derivate der Vorgenannten Reste,
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wie Chlormethyl, Trifluormethyls Chlorpropyl, Chlorphenyl, Dibromphenyl,
Tetrachlorphenyl, pifluorphenyl und ähnliche, Gyanalkylreste,
wie beta-Cyanäthyl, gamma-Cyanpropyl, beta-Cyanpropyl und
ähnliche. Darüber hinaus soll die Formel I auch solche Materialien umfassen, in denen R eine Mischung der vorgenannten Reste ist. Vorzugsweise
ist R Methyl. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung haben die Vxnylorganopolysiloxane der Formel I eine Viskosität im
Bereich von 10 bis 10 000 000 Centipoise bei 25 0C und vorzugsweise
eine solche im Bereich von 50 bis 5 000 000 Centipoise bei 25
Die Formel I soll natürlich auch solche Organopolysiloxane umfassen,
die Vinylendgruppen aufweisen oder .die Vinylgruppen entlang der Kette enthalten oder die Vinylendgruppen und Vinylgruppen
entlang der Kette aufweisen.
Eine bevorzugte Klasse von Vxnylorganopolysiloxanen im Rahmen der
bezexchneten Formel I sind die üblicherweise als Vinylendgruppen aufweisend /
Diorganopolysiloxane, z.B. solche der folgenden allgemeinen Formel
R" /R111X R"
I / I \ I
CH = CH - SiO-f—SiOH-Si - CH = CH ,
i Λ Ι /η Ι ά
R" XR"1/ R"
worin R" und R"1 .gleich oder verschieden sein können und es sind
einwertige Kohlenwasserstoffreste frei von aliphatisch ungesättigten Gruppen, die gleich denen für R in Formel I sind, und mindestens
50 Mol-# der Reste R™ sind Methylreste und η hat einen Wert,
der ausreicht, um eine Viskosität von etwa 50 000 bis 750 000 Centipoise bei 25 0C zu ergeben und vorzugsweise eine solche von etwa
50 000 bis etwa 150 000 Centipoise bei 25 °C Von diesen sind die Vinylenögruppen aufweisenden Dimethy!polysiloxane, d.h. die, in denen
R" und R1" Methylgruppen sind, am meisten bevorzugt. Diese Vinylendgruppen
aufweisenden Diorganopolysiloxane sind ebenfalls bekannt und in der US-PS 3 436 366 beschrieben.
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Andere spezifische Materialien, die in den Rahmen der obigen Formel I fallen, sind z.B. Materialien mit geringem Molekulargewicht,
wie Vinylpeitamethyldisiloxan, 1,3-Divinyltetramethyldisiloxan,
1^.,3-Trimeth.yldisiloxan, 1,1,3» 3-Tetravinyldimethyldisiloxan
ebenso wie höhere Polymere, die bis zu 100 000 oder mehr Silidumatome
pro Molekül enthalten. In den Rahmen der Polysiloxane der Formel I fallen auch cyclische Materialien, die an Silicium gebundene
Vinylgruppen enthalten, wie das cyclische Trimer, Tetramer oder Pentamer von Methylvinylsiloxan ((CH2=CH)(CH,)SiO). Von diesen
cyclischen Materialien ist Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan bevorzugt.
charakterisiert werden Die Yinylorganopolysiloxane der Formel I können auch/als Copolymere
von (1) Siloxaneinheiten der Formel:
(II)
worin R und R' die obige Bedeutung haben und c einen Wert von 0
bis einschließlich 2 hat, d einen Wert von 1 bis einschließlich 2 hat und die Summe von c und d gleich 1,0 bis einschließlich 3,0
ist und (2) Organopolysiloxaneinheiten der Strukturformel:
(III) (R)nSiVn ·
worin R die oben genannte Bedeutung hat und η einen Wert von 1
bis einschließlich 3 hat. Ist das eingesetzte Vinylorganopolysiloxan
ein Copolymer von Siloxaneinheiten der Formel II mit einem Organopolysiloxan der Durchschnittsformel III, dann enthält das
Copolymer im allgemeinen 0,1 bis 99,5 Mol-$ der Formel II und von
0,5 bis 99,9 MoI-Si von Einheiten der Formel III.
Zu den Vinylorganopolysiloxanen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, gehören auch solche Polysiloxan-Zus,ammensetzungen,
die als Mischungen von Organopolysiloxanen charakterisiert sind, die Vinylgruppen enthalten, wie sie z.B. in
der US-PS 3 436 366 beschrieben sind. Im allgemeinen umfassen diese
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Zusammensetzungen
(1) ein flüssiges Vinyl-Kettenabbruchsglieder aufweisendes Poly
siloxan der Formel
/R\ R
= CH - S^O-f—SiO X-Si -\R"«/nR"
CH2 = CH - SiO4—SiO-j—Si - CH =
R"
worin R" und R"1 einwertige Kohlenwasserstoffreste, frei von aliphatischer
Ungesättigt he it sind und mindestens 50 Mol-/? der R"1-Gruppen
Methylreste sind und wobei η einen Wert hat, der ausreicht, eine Viskosität von etwa 50 000 bis 750 000 Centipoise bei 25 °C
zu ergeben und vorzugsweise eine solche von etwa 50 000 bis 150 000, wobei vorzugsweise alle R"- und R"'-Gruppen Methyl sind und
lit (2) ein Organopolysiloxan-Copolymer mit (R ),SiOn c- und Si0o-Einheiten,
worin R ausgewählt ist aus Vinyl-und einwertigen Kohlenwasserstoffresten,
frei von aliphatischer Ungesättigtheit und wobei das Verhältnis der (R^)-iSi(v ,--Einheiten zu den SiO0-Einheiten
im Bereich von etwa 0,5 zu 1 bis 1 zu 1 liegt und wobei von etwa 2,5 bis 10 MoI-Si der Siliciumatome an Silicium gebundene Vinylgruppen
aufweisen.
Die in den Verfahren und Dispersionen der vorliegenden Erfindung■
eingesetzten Mengen der Materialien können innerhalb weiter Grenzen
variieren. So ist z.B. die Menge der freie Radikale erzeugenden Verbindung für die in situ-Polymerisation der vorliegenden Erfindung
nicht kritisch und sie kann im allgemeinen in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% der Gesamtmischung des oder der organischen
Monomere und des Vinylorganopolysiloxans liegen. Die Menge des oder der im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten organischen
Monomere kann auch variieren, und sie liegt im allgemeinen im Bereich
von etwa 5 bis etwa 70 Gew.-% von der Gesamtzusainmensetzung
und vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis etwa 60 Gew.-% von der
Gesamtzusammensetzung. Die Menge des Vinylorganopolysiloxans liegt
im allgemeinen im Bereich von etwa 30 bis etwa 95 Gew.-ί der Gesamtzusammense'tzung
und vorzugsweise, von etwa 40 bis 90 Gew.-? der gesamten
Zusammensetzung.
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Die Polyolefin-gefüllten Yinylorganopolysiloxan-Dispersionen der
vorliegenden Erfindung sind besonders brauchbar für die Herstellung von Silikonelastomeren, Harzen und Flüssigkeiten, die in Formmassen,
Einbettungsmassen für elektrische Komponenten, Beschichtungen und andere für solche Organosilikonmassen übliche Anwendungen brauchbar
sind.
Daher fallen kalt härtende Zusammensetzungen, die die Polyolefingefüllten
Vinylorganopolysiloxan-Dispersionen der vorliegenden Erfindung anwenden, auch in den Rahmen der vorliegenden Erfindung. Im
allgemeinen sind diese kalt härtenden Massen zusammengesetzt aus:
(1) einer Polyolefin-gefüllten Vinylorganopolysiloxan-Dispersion, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung zubereitet und oben beschrieben
ist,
(2) einem Organohydrogenpolysiloxan-Vernetzungsmittel und
(3) einem Platinkatalysator.
Das Organohydrogenpolysiloxan-Vernetzungsmittel, das in den erfindungsgemäßen
kalt härtenden Massen .eingesetzt wird, kann eines der für diesen Zweck bekannten und verwendeten sein, wie sie z.B. in
den US-PS 3 344 111 und 3 436 366 beschrieben sind. Diese Organohydrogenpolysiloxane
enthalten Struktureinheiten der folgenden Formel:
(IV) RaSiVi04-a-b
worin R, a und b die oben genannte Bedeutung haben.Die Formel IV
umfaßt daher in weitem Rahmen Organopolysiloxane, die vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise, frei von olefinischer Ungesättigtheit
sind, die jedoch an Silicium gebundenen Wasserstoff enthalten.
Diese Organohydrogenpolysiloxan-Vernetzungsmittel können auch als Copolymere charakterisiert werden, die mindestens eine Einheit pro
Molekül der folgenden Formel enthalten:
(V) (R>c(H)dSi04-c-d
2"
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worin G und d die oben genannte Bedeutung haben und wobei die übrigen
Silaxanelnheiten in· dem Organopolysiloxan solche der Formel III
sind.
In den Rahmen der Formel Y fallen Siloxaneinheiten, wie Hydrogenslloxanelnhelten
(HSIO1 ,_)* Methylhydrogensiloxanelnheiten
(HSiCH3O), BlmethylhydrOgensiloxaneinheiten und Dihydrogenslloxaneinheiten
(H^SIO). .In diesen Copolymeren sind die Siloxaneinheiten
der Formeln III und ¥ in solchen Anteilen vorhanden, daß sie ein
Hydrogenpolysiloxan Im Rahmen der obdgen Formel IV bilden. Im allgemeinen enthalten diese Copolymeren von 0,5 bis 99,5 Mol-/? der
Siloxaneinheiten der Formel III und von 0,5 bis 99,5 Mol-# von
Siloxaneinheiten der Formel V.
Im einzelnen schließen die von der Formel IV" umfaßten Organohydrogenpolysiloxane
auch l,3~DimethyldisIloxane, 1,1,33.3-Te-tramethyldislloxane
ebenso- wie höhere Polymere ein, die bis zu 100<
000 oder mehr Siliclumatome pro Molekül enthalten* Weiter sollen auch cyclische
Materialien eingeschlossen sein, wie cyclische Polymere von
Methylhydrogenslloxan der Formel (CHxSlHO) , worin χ eine ganze
j X
Zahl von 3 bis 10 oder mehr1 Ist., Besonders eingeschlossen ist
Tetramet hy lcyelot etr asiloxan..
Der im Rahmen der erfindungsgemäßen kalt härtenden Sillkonzusammensetzung
verwendete Platinkatalysator kann Irgendeiner der bekannten
Platinkatalysatoren sein, die in der Lage sind, die Umsetzung zwischen an Silicium gebundenen Wasserstoffen und an Silicium gebundenen
olefinischen Gruppen zu katalysleren. Diese Materialien schließen
z.B. die fein zerteilten elementaren'Platinkatalysatoren ein,
wie die in der US-PS 2 970 100 beschriebenen sowie die auf Tragerstoffen, und zwar Holzkohle, Alumlniumoxyd, Sillciumdioxydgel und
Asbest niedergeschlagenen Platinkatalysatoren, weiter die Chlorplatinsäurekatalysatoren
(H2PtCIg-6H2O), die in der US-PS 2 823 218
beschrieben sind, die Platinkohlenwasserstoffkomplexe, z.B.
(PtCI2-Olefin)2, H(PtCl3·Olefin), (PtCl2-C3Hg)2, die in den US-PS
3 159 601 und 3 159 662 beschrieben sind, sowie die Platinalkoholatkatalysatoren
nach der US-PS 3 220 972 und die Platinchlorld/Olefin-
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-Ik-
Koraplexe der US-PS 3 516 946. Besonders bevorzugte Platinkatalysatoren
sind die Pl&tinalkoholate nach der US-PS 3 220 972..
Wie bei den üblichen kalt härtenden Zusammensetzungen, können die
Anteile des Orgajaohydrogenpolysiloxan-Vernetzungsmittels und des
Platin-Vernetzungskatalysatars in den erfindungsgemäßen kalt härtenden
Zusammensetzungen innerhalb weiter Grenzen variieren. Diese Anteile werden durch die Stöchiometrie der eingesetzten Reaktanzen
beeinflußt, da viele der aus den Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung hergestellten Endprodukte zufriedenstellende Eigenschaften für den beabsichtigten Zweck zeigen, selbst wenn das Endprodukt unumgesetzte, an Silicium gebundene Vinylreste oder unumgesetzte
Silicium-Wasserstoff-Bindungen enthält. Aus wirtschaftlichen
und kommerziellen Zwecken ist es im allgemeinen bevorzugt, daß das
Vinylorganopolysiloxan und das Organohydrogenpolysiloxan in solchen
Anteilen vorhanden sind, daß die Zusammensetzung etwa 0,005 bis 20 Silicium-Wasserstoff-Bindungen pro an Silicium gebundenen Vinylrest
enthält., Es ist jedoch häufig sehr erwünscht, eine gleiche
Zahl von Silicium-Wasserstoff-Bindungen und Vinylgruppen in der Zusammensetzung zu haben, z.B. wenn man ein Endprodukt erhalten
will, das im wesentlichen frei ist von Silicium-Wasserstoff-Bindungen
oder an Silicium gebundenen Vinylresten.
Unabhängig von der Art des eingesetzten Platinkatalysators wird
dieser im allgemeinen in einer Menge verwendet, die bezogen ist
auf die Menge der Vinylreste in dem Vinylorganopolysiloxan und in einer Menge, die ausreicht, die Umsetzung des Vinylorganopolysiloxans
mit dem Organohydrogenpolysiloxan zu verursachen. Zufriedenstellende Ergebnisse werden erhalten, wenn der Platinkatalysator
in Mengen vorhanden ist, die ausreichen, von einem Atom Platin pro
1 000 000 an Silicium gebundener Vinylreste im Vinylorganopolysiloxan bis zu einem bis 10 Platinatomen pro 1000 an Silicium gebundener
Vinylgruppen zu ergeben. Im allgemeinen ist es jedoch bevorzugt, den Platinkatalysator in einer Menge einzusetzen, die
ausreicht, ein Platinatom für 1000 bis 1 000 000 an Silicium gebundener
Vinylgruppen der Vinylorganopolysiloxan-Komponente zu haben.
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Obwohl die kalt härtenden Zusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung durch Vermischen aller Bestandteile auf irgendeine erwünschte Weise hergestellt werden können, mag es im Einzelfall
zweckmäßig sein,,diese Zusammensetzungen in zwei getrennten Anteilen
od.er Komponenten herzustellen, die dann zu einem Zeitpunkt miteinander
kombiniert werden, zu dem die Zusammensetzungen gehärtet werden sollen, d*h. in den festen elastischen Zustand umgewandelt
werden sollen. Im Falle eines aus zwei Komponenten bestehenden Ansatzes
ist es zweckmäßig, in die erste Komponente die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Polyolefin-gefüllte Vinylorganopolysiloxan-Dispersion
und den Platinkatalysator einzubringen. Solen andere Additive, wie sie im allgemeinen in Zusammensetzungen
dieser Art verwendet werden, hinzugefügt werden, dann gibt man sie zweckmäßigerweise auch in die erste Komponente. Die zweite Komponente
enthält im allgemeinen als Bestandteile das Organohydrogenpolysiloxan-Vernetzungsmittel.
Wird das aus zwei Komponenten bestehende System angewendet, dann
werden die beiden Komponenten lediglich in einer geeigneten Weise vermischt, wenn die Verwendung beabsichtigt ist, und man läßt die
Mischung bei Raumtemperatur härten.
Als Ergebnis der Anwesenheit der Polyolefin-gefüllten Vinylorganopolysiloxan-Dispersionen
der vorliegenden Erfindung, können diese kalt härtenden Massen zu Kautschuken mit physikalischen Festigkeitseigenschaften, wie Zugfestigkeit, Reißfestigkeit, Dehnung usw. gehärtet
werden, die äquivalent sind oder besser als jene, welche die teureren und schwer zu handhabenden üblichen anorganischen
Füllstoffe enthalten. Darüber hinaus ergeben die erfindungsgemäßen kalt härtenden Massen mit den verstärkenden Polyolefin-Füllstoffen
andere und verbesserte Dichten und Oberflächenaussehen für das Endprodukt, verglichen mit den in üblicher Weise gefüllten Massen.
Obwohl die kalt härtenden Massen nach der vorliegenden Erfindung
durch die Anwesenheit der fein zerteilten Polyolefin-Füllstoffe ausreichend verstärkt sind, können auch zusätzlich übliche Füll-'stoffe
für weitere Verstärkung oder andere Zwecke in die erfindungs-
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gemäßen kalt härtenden Massen eingearbeitet werden. Diese üblichen
Füllstoffe können zu der Reaktionsmischung während der Zubereitung der Folyolefin-gefüllten Vinylorganopolysiloxan-Dispersionen nach
der vorliegenden Erfindung oder auf irgendeine geeignete Weise nach deren Zubereitung hinzugegeben werden. Im Falle der oben beschriebenen
Zweikomponenten-Ausführung werden diese üblichen Additive und Füllstoffe zweckmäßigerweise in die erste Komponente eingearbeitet.
Zu diesen üblichen Additiven und Füllstoffen gehören z.B. aus der Dampfphase abgeschiedenes (fumed) Siliciumdioxyd, ausgefälltes
Siliciumdioxyd mit einer großen Oberfläche, Siliciumdioxyd-Aerogele,
ebenso wie gröbere Siliciumdioxyde, wie Diatomeenerde, zerkleinerter Quarz und ähnliche. Andere Füllstoffe schließen Metalloxyde,
wie Titanoxyd, Eisen-II'I-oxyd, Zinkoxyd usw. ein. Andere
Additive, die z.B. mit eingearbeitet werden können, sind Pigmente, Antioxydationsmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Weichmacher, Viskosität
ssteuerungsmittel und UV-Absorber. Die Mengen dieser Materialien, die hinzugegeben werden, hängen von den gewünschten weiteren
Eigenschaften ab und liegen im Rahmen der fachmännischen Auswahl.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Eine Mischung von 20 g Vinylacetatmonomer, 30 g Vinyl-Endgruppen
aufweisender Dimethylpolysiloxan-Flüssigkeit geringen Molekulargewichtes mit einer Viskosität von 300 Centipoise bei 25 C und 0,08 g
Azobis(isobutyronitril) wurde in eine 100 ml fassende Kunststoffflasche gegeben, die mit einem Rührer, einem Stickstoffeinlaß,
einem Rückflußkühler versehen und in einem Ölbad angeordnet war. Das System wurde mit Stickstoff gespült, gerührt und für etwa 1 1/2
Stunden auf 75 bis 95 0C erhitzt. Man erhielt eine viskose, weiße
Dispersion, von der,während sie noch heiß war, unumgesetztes Ausgangsmaterial
durch Strippen entfernt wurde. Es verblieb eine
.Dispersion» aus Polyvinylacetat in Vinyl-Endgruppen aufweisendem Dimethylpolysiloxan, die 40 Gew.-% Polyvinylacetat enthielt.
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Beispiel 2
In eine 1 1 fassende Kunststoffflasche, die mit Rührer, Thermometer,
Einfülltrichter, Stickstoffeinlaß und Kühler ausgerüstet und in einem ölbad angeordnet war, gab man 180 g Vinyl-Endgruppen
aufweisender Dimethylpolysiloxan-Flüssigkeit geringen Molekular- .
gewichtes mit einer Viskosität von 300 Centipoise bei 25 0C. 120 g
Styrolmonomer wurden in den Zugabetrichter gefüllt. Die Vinyl-Endgruppen
aufweisende Dimethylpolysiloxan-Flüssigkeit erhitzte man in. einer Stickstoffatmosphäre auf eine Badtemperatur von etwa 90 0C
und gab 1,2 g tert-Butylperoctoat hinzu. Das Styrolmonomer wurde
während 1 1/2 Stunden tropfenwei&e zu dem erhitzten Vinyl-Endgruppen
aufweisenden Dimethylpolysiloxan hinzugegeben. Das erhaltene Produkt, eine weiße Dispersion, wurde für weitere 1 1/2 Stunden
erhitzt und die restlichen niedrig siedenden Bestandteile unter Vakuum entfernt. Die Ausbeute an Produkt, einer Dispersion aus
Polystyrol in Vinyl-Endgruppen aufweisendem Dimethylpolysiloxan mit 40 Gew.-% Polystyrol, betrug 295 g und das Produkt hatte eine
Brookfield-Viskosität von 1450 Centipoise bei 25 0C und konnte
unter Anwendung eines Druckfilters durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 40 Mikron (entsprechend 330 Maschen pro Zoll)
hindurchgezogen werden.
Beispiel 3
Mit der gleichen Ausrüstung und unter Anwendung des gleichen Verfahrens
wie in.Beispiel 2 wurden 240 g Styrol zu 360 g Vinyl-Endgruppen aufweisendem Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität von
3500 Centipoise bei 25 0C und zu 2,4 g tert-Butylperoctoat hinzugegeben.
Das 587 g wiegende, nach dem Strippen erhaltene Produkt, das eine andere Dispersion aus Polystyrol in Vinyl-Endgruppen aufweisendem
Dimethylpolysiloxan mit 40 Gew.-% Polystyrol war, hatte eine Nicht-Newtonsche-Viskosität im Bereich von 87 000 bis 195 000
Centipoise b.ei 25 0C. ■
Beispiel 4
Zur Herstellung einer kalt härtenden Zusammensetzung und eines gehärteten
Produktes daraus wurde eine Mischung von 20 g der gemäß Beispiel 2 hergestellten Dispersion, 0,48 g eines Copolymers aus
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(CEL)2SiHQ raifr SiO2 und 0,01 ml eines. 5 Jigen Platinlcomplexea mit
Divinyltetrajnethylsiloxan in Xylol (ähnlich den Platinkatalysatoren
nach der· US-PS 3 775 452) in eine offene Form gegossen und bei
Räumtemperatur gehalten. Der Beginn des Vernetzens wurde nach etwa
15 Minuten festgestellt. Nach 16 Stunden hatte die gehärtete Masse die folgenden Eigenschaften: Shore A-Härte 62, Zugfestigkeit
35,7 kg/cm2 (entsprechend 510 US-Pfund/Zoll2), Dehnung 70 % und
Reißfestigkeit 1,97 kg/cm (entsprechend 11 US-Pfund/Zoll).
Beispiel 5
Zur Herstellung einer kalt härtenden Zusammensetzung und des gehärteten
Produktes daraus nach der vorliegenden Erfindung wurde eine Mischung von 72 g der nach Beispiel 3 zubereiteten Dispersion,
0,01 g des Platinkomplexes nach Beispiel 4 und 1,0 g der Silicium-Wasserstoff-Verbindung
des Beispiels 4 für einen Tag bei Raumtemperatur in eine Form gepreßt'. Nach 3 Tagen hatte das gehärtete
Produkt die folgenden Eigenschaften: Shore A-Härte 36, Zugfestigkeit 68,6 kg/cm2 (entsprechend 98O US-Pfund/Zoll2) und Reißfestigkeit
3,22 kg/cm (entsprechend 18 US-Pfund/Zoll).
Beispiel 6
Zur Herstellung einer anderen kalt vulkanisierenden Zusammensetzung
und des gehärteten Produktes davon wurde eine Mischung von 36 g
der gemäß Beispiel 3 hergestellten Dispersion, 0,01 ml eines 1 %-igen
Platinkomplexes mit Methylvinylsiloxantetramer und 0,6 g der Silicium-Wasserstoff-Verbindung des Beispiels ,4 zu einem Kautschukprodukt
mit folgenden Eigenschaften gehärtet: Shore A-Härte 43, Zugfestigkeit 74,2 kg/cm2 (entsprechend IO6O US-Pfund/Zoll2), Dehnung
220 % und Reißfestigkeit 2,51 kg/cm (entsprechend 14 US-Pfund/ Zoll).
Beispiel 7 ■
Zur Herstellung einer weiteren kalt härtenden Zusammensetzung und
des gehärteten Produktes davon wurde eine Mischung von 13 g der Dispersion des Beispiels 1, 0,3 ml des Silicium-Wasserstoff-Verbindung
des Beispiels 4 und 1 Tropfen einer Lösung mit 3 1/2 %
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Platinkomplex ähnlich dem des Beispiels, 6 über Nacht bei Raumtemperatur
zu einem kautschukartigen Produkt mit guten Eigenschaften gehärtet. -
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