DE2747233A1 - Verfahren zur herstellung von mit (meth) acrylsaeureestern modifizierten organopolysiloxanen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von mit (meth) acrylsaeureestern modifizierten organopolysiloxanenInfo
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- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/38—Polysiloxanes modified by chemical after-treatment
Description
Th. Goldschmidt AG, Essen
Verfahren zur Herstellung von mit (Meth)Acrylsäureestern modifizierten Organopolysiloxanen
Patentansprüche: Seite 2 bis 4 Beschreibung: Seite 5 bis 17
809828/0508
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit (Meth)Acrylsäureester modifizierten Organopolysiloxanen
durch Umsetzung von -COH-Gruppen aufweisenden (Meth)Acrylsäureestern
mit Organopolysiloxanen, welche SiX-Gruppen (X = Alkoxyl, Hydroxyl oder Chlor) aufweisen, gegebenenfalls
in Gegenwart von Katalysatoren.
Aus dem Stand der Technik sind olefinisch ungesättigte,
härtbare Siloxane bekannt. Diese können durch Umsetzung eines Siloxans, welches Hydroxyl- und/oder Alkoxygruppen
aufweist, und eines Hydroxyesters einer in α,β-Stellung
olefinisch ungesättigten Carbonsäure erhalten werden. Derartige Siloxane können in Verbindung mit polymerisierbaren
Monomeren als härtbare Bindemittel verwendet werden.
Derartige Produkte und Verfahren sind z.B. in den deutschen Patentschriften 1 957 356, 1 957 357 und 1 957 358 beschrieben.
So wird z.B. in der DT-PS 1 957 356 ein durch ionisierende Strahlung härtbarer Anstrichsbinder auf Siloxanbasis in
Kombination mit ungesättigten Monomeren beschrieben, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus einer filmbildenden
Lösung aus
a) 10 bis 80, vorzugsweise 30 bis 70 Gewichtsprozent an Vinylmonomeren und
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b) 90 bis 20, vorzugsweise 70 bis 30 Gewichtsprozent eines olefinisch ungesättigten Siloxans, welches durch Umsetzung
eines Siloxans, das 3 bis 18, vorzugsweise 3 bis 12 Siliciumatome je Molekül enthält und mindestens zwei
funktioneile Gruppen, nämlich Hydroxylgruppen und/oder Alkoxygruppen hat, und eines Hydroxyesters einer in
α,β-Stellung olefinisch ungesättigten Carbonsäure erhalten
worden ist,
besteht.
Die außerdem genannten deutschen Patentschriften unterscheiden
sich hiervon im wesentlichen durch die Wahl der neben dem modifizierten Siloxangemisch im Gemisch enthaltenen ungesättigten,
zur Copolymerisation befähigten Verbindungen.
Wie aus diesen Patentschriften hervorgeht, ist zur Härtung
dieser Verbindungsgemische die Anwendung eines Elektronenstrahls mit einer durchschnittlichen Energie von lOO.OOO
bis 500.000 eV notwendig. Bei besonders gelagerten Anwendungsfällen,
sind solche Härtungsbedingungen erfüllbar. Der Verwendungsbereich von mit z.B. (Meth)Acrylsäureesterη modifizierten
Organopolysiloxanen ließe sich aber auch erheblich, erweitern, wenn es gelänge, mit ungesättigten Verbindungen
modifizierte Organopolysiloxane aufzufinden, die unter milderen Bedingungen und vor allem mit wesentlich er-
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höhter Geschwindigkeit aushärten. Die Lösung dieser Aufgabenstellung
liegt der vorliegenden Erfindung zugrunde.
überraschenderweise gelingt die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch, daß man die OrganopoIysiloxane mit,
bezogen auf COH- und SiX-Gruppen, 0,05 bis zu äquimolaren
Mengen Pentaerythrittri(meth)acrylat in an sich bekannter
Weise umsetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren verläuft zweckmäßig in Gegenwart
von Katalysatoren, wie z.B. Titansäureestern, Isopropyl- oder Butyltitanat, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur,
insbesondere bei Temperaturen von 120 bis 150 C. Des weiteren werden zweckmäßig Inhibitoren der Polymerisation
mitverwendet. Bewährt haben sich Hydrochinon, Methy1-hydrochinon
und Kupfer.
Man erhält besonders brauchbare Verbindungen, wenn man Pentaerythrittri(meth)acrylat mit Organopolysiloxanen der
Formel
°4-Ca+b)
umsetzt,
in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und/oder
X Chlor oder eine OR -Gruppe ist, in der
R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und/oder
Wasserstoff ist,
a einen Wert von 1,0 bis 2,0, b einen Wert von 0,02 bis 1,6 hat, a + b £ 2,66 ist und
das Siloxanmolekul 3 bis 100 Si-Atome aufweist.
a einen Wert von 1,0 bis 2,0, b einen Wert von 0,02 bis 1,6 hat, a + b £ 2,66 ist und
das Siloxanmolekul 3 bis 100 Si-Atome aufweist.
Hat R die Bedeutung einer Alkylgruppe, so ist die Methylgruppe bevorzugt. Hat R die Bedeutung einer Arylgruppe,
ist die Phenylgruppe bevorzugt. Jedoch sind auch substitu-
ierte Phenylgruppeη geeignet, und zwar insbesondere solche,
deren Substituenten unter den Reaktionsbedingungen inert sind.
Ist R eine Alkylgruppe, läßt sich das beanspruchte Verfahren, das chemisch als Umesterungsreaktion anzusehen ist,
am einfachsten dann durchführen, wenn R eine Methylgruppe
Besonders bevorzugt sind solche Siloxane, bei denen mindestens 80 Mol-% der R -Gruppen Methyl- und/oder Phenylgruppen
sind.
Innerhalb der vorgenannten Siloxane sind wiederum diejenigen von besonderem Interesse, bei denen
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X die Methoxygruppe ist, a einen Wert von 1,0, b einen Wert von 0,3 bis 0,9 hat und
das Siloxanmolekül 8 bis 15 Si-Atome aufweist.
Ein Beispiel solcher Verbindungen ist
11,9
1,125
Anstelle der rein verzweigten Siloxane können jedoch auch solche verwendet werden, welche zusätzlich noch difunktionelle
Struktureinheiten aufweisen. Derartige Verbindungen
sind dadurch gekennzeichnet, daß
X eine Methoxygruppe ist, a einen Wert von 1,1 bis 1,35, b einen Wert von 0,15 bis 0,30 hat und
das Siloxanmolekül 20 bis 30 Si-Atome aufweist.
Ein Beispiel solcher Verbindungen ist
1,24
Oder Siloxane, bei denen
20,9
X eine Cl-Gruppe ist, a einen Wert von 1,9 bis 1,95,
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b einen Wert von 0,1 bis 0,2 hat und das Siloxanmolekül 20 bis 30 Si-Atome aufweist.
Ein Beispiel solcher Verbindungen ist
(CH3)l,93-f-C1O,145
00,96
27,6
Es können auch reine Dimethy!polysiloxane verwendet werden,
bei denen
X eine Cl- oder OH-Gruppe ist, ^a einen Wert von 2,
b einen Wert von 0,02 bis 0,06 hat und das Siloxanmolekül 30 bis 100 Si-Atome aufweist.
Ein Beispiel solcher Verbindungen ist
■Ό,99
100
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen enthalten vorzugsweise 20 bis 95 Gew.-% Siloxananteil.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen lassen
sich nach Zusatz bekannter Initiatoren, wie z.B. Benzophenon und seine Derivate, Benzoin und seine Alkylather
( solch ein Initiator ist auf dem Markt z.B. unter der 809828/0508
Bezeichnung IRGACURE 651 erhältlich) durch UV-Strahlung
in kürzester Zeit aushärten. Die Aushärtungszeit liegt dabei im Regelfall unter 1 Sekunde. Die erfindungsgemäßen
Verbindungen lassen sich deshalb z.B. als Bindemittel oder Bindemittelzusätze für Druckfarben verwenden, wobei die
Druckfarben durch die UV-Härtung auf dem Träger fixiert werden und gleichzeitig hydrophob sind. Dies ist bei Druckfarben,
bei denen die Hydrophobie der Druckfarben drucktechnisch ausgenutzt wird, von besonderer Bedeutung.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen können aber auch zurx Herstellung von Lackbindemitteln oder anderen Be-Schichtungsmitteln
verwendet werden, z.B. als Grundkörper oder Zusatzmittel für die Beschichtung von Papier, HcIz-
oder Metalloberflächen. Auch hierbei ist die oft auf Bruchteile einer Sekunde reduzierte Aushärtungszeit anwendungstechnisch
von besonderer Bedeutung.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen können für
sich alleine als härtbare Überzugs- oder Bindemittel verwendet werden. Für manche Anwendungszwecke ist es aber vorteilhaft,
zur Beeinflussung der Eigenschaften und/oder zur
Verbilligung der Systeme den erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen, ähnlich wie in den im Stand der Technik genannten
Patentschriften, härtbare, ungesättigte Verbindungen zuzusetzen. Im Unterschied zu den genannten Patentschriften
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genügt ein wesentlich geringerer Anteil an erfindungsgemäß
hergestellten Verbindungen, um Produkte guter anwendungstechnischer
Eigenschaften zu erhalten, insbesondere genügt ein Zusatz von weniger als 20, insbesondere 10 Gew.-%, der
erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen zu den der Copolymerisation
befähigten ungesättigten Verbindungen.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen,
z.B. in lacktechniseher Hinsicht, lassen sich aber
auch dadurch beeinflussen, daß man den Siloxanblock zusätzlich mit höhermolekularen organischen Resten modifiziert.
Eine Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
deshalb dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 80 Mol-% der
2
Gruppen OR durch einen polymeren organischen Rest ersetzt sind, der über eine -OC-Bindung mit dem Siloxanblock verbunden ist.
Gruppen OR durch einen polymeren organischen Rest ersetzt sind, der über eine -OC-Bindung mit dem Siloxanblock verbunden ist.
Als polymerer organischer Rest eignet sich insbesondere ein gesättigter Polyesterrest. Das als Ausgangsprodukt verwendete
OH-Gruppen enthaltende Polyestermolekül kann dabei durch Kondensation von Adipinsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure,
Phthalsäure oder deren Ester bzw. Anhydride mit mehrwertigen Alkoholen, wie z.B. Äthylenglykol, Dimethylolcyclohexan,
Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit hergestellt sein. Weiter geeignet als polymere orga-
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-13- 2747223
nische Bausteine sind OH-Gruppen enthaltende Epoxide,
Acrylate, ölalkyde.
Durch diese Modifizierung ist es möglich, je nach gewünschtem
Anwendungszweck, die Eigenschaften der Verfahrensprodukte mehr den Eigenschaften der kohlenstofforganischen
Verbindungen oder im gleitenden übergang mehr den Eigenschaften der siliciumorganischen Verbindungen anzupassen.
Die Herstellung der als Ausgangsverbindungen verwendeten Organopolysiloxane ist z.B. in der DT-AS 2 232 419 beschrieben.
In den folgenden Beispielen werden das erfindungsgemäße
Herstellungsverfahren, die Härtung der Verfahrensprodukte und die Eigenschaften der Verfahrensprodukte näher beschrieben.
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15Og eines methoxyfunktionellen Phenylmethylpolysiloxans,
das aus Phenyltrichlorsilan und Methyltrichlorsilan hergestellt wurde, ein Methyl : Phenyl-Verhältnis von 3 aufweist
und 17,2 % Methoxygruppen enthält, 248 g Pentaerythrittriacrylat, 0,06 g Hydrochinon und 0,11 g Butyltitanat werden
in einem Kolben vorgelegt und aufgeheizt. Während der Reaktion wird in das Reaktionsgemisch Luft eingeleitet. Die
Reaktion verläuft bei 135 bis 1400C, dauert 1,5 Stunden
und unterdessen wird das entstandene Methanol abdestilliert. Das filtrierte Produkt ist klar, gelblich und weist eine
Viskosität von 4200 cSt bei 25°C auf.
Nach dem Beispiel 1 wird aus 150 g des im Beispiel 1 beschriebenen
Phenylmethylpolysiloxans, 248 g Pentaerythrittrimethacrylat, 0,06 g Hydrochinon und 0,11 g Butyltitanat
ein erfindungsgemäßes Polysiloxan einer Viskosität von 3900 cSt bei 25°C hergestellt.
Nach dem Beispiel 1 wird aus 150 g des im Beispiel 1 beschriebenen
Polysiloxans, das jedoch 28 % Methoxygruppen
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enthält, 248 g Pentaerythrittriacrylat, 0,06 g Hydrochinon und 0,23 g Butyltitanat ein erfindungsgemäßes Polysiloxan
einer Viskosität von 2200 cSt bei 25°C hergestellt.
300 g eines Polysiloxans der durchschnittlichen Formel
°O,96
das pro Molekül durchschnittlich 27,6 Si-Atome aufweist, 164 g Pentaerythrittriacrylat, 0,06 g Hydrochinon und
0,2 g Butyltitanat werden nach dem Beispiel 1 umgesetzt.
300 g eines Si-Cl funktionellen Polysiloxans der durchschnittlichen
Formel
0,07 [(
<CH3}0,07 [(CH3>
00,96
166 g Pentaerythrittriacrylat, 500 g Toluol, 0,5 g Kupfer-Pulver werden im Reaktionsgefäß vorgelegt und bei
einer Temperatur von 25 bis 300C wird Ammoniak eingeleitet.
Sobald das Reaktionsgemisch alkalische Reaktion
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aufweist, wird Wasser und n-Butanol zugegeben. Die wäßrige
Schicht wird abgetrennt und die organische Schicht wird durch eine Vakuumdestillation bei 20 Torr und einer Temperatur
bis 80°C vom Lösungsmittel befreit. Das filtrierte Produkt ist klar, gelblich und weist eine Viskosität von
8000 cSt bei 25°C auf.
In einem Reaktionsgefäß werden 261 g eines α,ω-Dihydroxydimethy!polysiloxans
der durchschnittlichen Zusammensetzung
CH. f
OH+ Si-O
I
CH-,
CH-,
35
48 g Pentaerythrittriacrylat, 300 g Xylol, 0,15 g Butyltitanat
und 0,5 g Kupfer-Pulver vorgelegt und auf die Reaktionstemperatur von 148 bis 152°C aufgeheizt. Das entstandene
Wasser wird azeotropisch während der Reaktion abdestilliert. Nach 90 Minuten bildet sich kein Wasser mehr.
Das Reaktionsgemisch wird auf 80°C abgekühlt und Xylol im Vakuum (30 Torr) abdestilliert. Das filtrierte klare Produkt
weist eine Viskosität von 120 cSt bei 25°C auf.
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100 g des Phenylmethylpolysiloxans, das im Beispiel 1 beschrieben
ist und 20 % Methoxygruppen aufweist, werden zunächst mit 100 g eines Polyesters aus Isophthalsäure, Äthyleng
lykol und Trimethylolpropan, der eine OH-Zahl von 200
aufweist, und 0,08 g Butyltitanat umgesetzt. Anschließend wird das Umsetzungsprodukt mit 83 g Pentaerythrittriacrylat,
0,02 g Hydrochinon und 0,02 g Butyltitanat nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren umgesetzt. Das klare,
gelbliche Produkt weist eine Viskosität von 25000 cSt bei 25°C auf.
In den Produkten der Beispiele 1 bis 7 werden 5 Gew.-% Benzophenon gelöst. Die Gemische werden dann auf Aluminiumplatten mittels einer Spirälrakel in einer Schichtdicke
von 12 μ aufgetragen und unter einer UV-Lampe (80 Watt/cm) gehärtet. Alle Produkte härten in Zeiten unter 1 Sekunde aus,
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Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von mit (Meth) Acrylsäureesterr. S modifizierten Organopolysiloxanen durch Umsetzung von
-COH-Gruppen aufweisenden (Meth)Acrylsäureestern mit
Organopolysiloxanen, welche SiX-Gruppen (X = Alkoxyl, Hydroxyl oder Chlor) aufweisen, gegebenenfalls in Gegenwart
von Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man die Organopolysiloxane mit, bezogen auf COH- und SiX-Gruppen,
0,05 bis zu äquimolaren Mengen Pentaerythrittri(meth)acrylat in an sich bekannter Weise umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Organopolysiloxane solche der Formel
-Si-X,
1 I b
1 I b
°4-(a+b)
2
2
in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und/oder
eine Arylgruppe,
2 2
X Chlor oder eine OR -Gruppe ist, in der R eine
Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und/oder
Wasserstoff ist,
a einen Wert von 1,0 bis 2,0, b einen Wert von 0,02 bis 1,6 hat,
a einen Wert von 1,0 bis 2,0, b einen Wert von 0,02 bis 1,6 hat,
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0F8GINAL INSPECTED
a + b <^ 2,66 ist und
das Siloxanmolekül 3 bis 100 Si-Atome aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 80 Mol-%
<
Phenyl-Gruppen sind.
Phenyl-Gruppen sind.
mindestens 80 Mol-% der R -Gruppen Methyl- und/oder
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß X eine Methoxygruppe ist,
a einen Wert von 1,0,
b einen Wert von 0,3 bis 0,9 hat und das Siloxanmolekül 8 bis 15 Si-Atome aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß X eine Methoxygruppe ist,
a einen Wert von 1,1 bis 1,35, b einen Wert von 0,15 bis 0,30 hat und
das Siloxanmolekül 20 bis 30 Si-Atome aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß X eine Cl-Gruppe ist,
a einen Wert von 1,9 bis 1,95, b einen Wert von 0,1 bis 0,2 hat und
das Siloxanmolekül 20 bis 30 Si-Atome aufweist.
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-ir- 27Z»723'3
7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß X eine Cl- oder OH-Gruppe ist,
a einen Wert von 2,0,
b einen Wert von 0,02 bis 0,06 hat und das Siloxanmolekül 30 bis 100 Si-Atome aufweist.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 80 Mol-%
der Gruppen OR des Polysiloxans durch einen polymeren
organischen Rest ersetzt sind, der über eine -OC-Bindung mit dem Siloxanblock verbunden ist.
\
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere organische Rest ein gesättigter Polyesterrest
ist.
10. Verwendung der nach Anspruch 1 bis 9 hergestellten Verbindungen
als härtbare Überzugs- oder Bindemittel.
809828/0508
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