DE3428529A1 - Haertbare fluorsilicon-zubereitung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Haertbare fluorsilicon-zubereitung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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DE3428529A1
DE3428529A1 DE19843428529 DE3428529A DE3428529A1 DE 3428529 A1 DE3428529 A1 DE 3428529A1 DE 19843428529 DE19843428529 DE 19843428529 DE 3428529 A DE3428529 A DE 3428529A DE 3428529 A1 DE3428529 A1 DE 3428529A1
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Description

Härtbare Fluorsilicon-Zubereitung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft härtbare Zubereitungen, welche gepfropfte Organopolysiloxane, die eine Vielzahl von elastomeren Produkten bilden, enthalten. Insbesondere umfassen die Zubereitungen der vorliegenden Erfindung eine Klasse von Organopolysiloxanen, die mit ungesättigten Fluorkohlenstoffen gepfropft sind, welche in Gegenwart eines Vinyl enthaltenden Vernetzungsmittels und eines freiradikalischen Initiators unter Bildung von polymeren Feststoffen härtbar sind, die Eigenschaften aufweisen, die im Bereich von thermoplastisch bis elastomer liegen.
Gepfropfte Organopolysiloxane, die durch Umsetzen von olefinischen Monomeren mit Organopolysiloxanen unter Bildung von zähen Überzugszubereitungen, Papiertrenn-Zubereitungen, Schmiermitteln, Dichtungsmitteln und Isoliergrund, und dergleichen hergestellt werden, sind bekannt und in Patentschriften, wie z.B. in den US-PSen 2 958 707, 3 430 252, 3 565 851, 3 631 087, 3 694 478, 4 166 078 und 4 172 101, beschrieben.
-Μ'
Es wurde nun gefunden, daß eine Klasse von Organopolysiloxanen, die mit ^--ungesättigten Fluorkohlenstoffen, wie Vinylidenfluorid (CH2=CF2) gepfropft sind, mit einem Vinyl enthaltenden Vernetzungsmittel und einem freiradikalischen Initiator unter Bildung einer härtbaren Zubereitung, die in Abhängigkeit von der Menge der Fluorcarbonpfropfung einen einzigartigen Bereich von Eigenschaften aufweist, kombiniert werden kann. Nach dem Härten werden polymere Materialien erhalten, deren Zustand von thermoplastisch bis elastomer variiert und die verbesserte mechanische Eigenschaften und Lösungsmittelbeständigkeit aufweisen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue härtbare Fluorsilicon-Polymere zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Fluorelastomere mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und verbesserter Beständigkeit gegenüber Äther- und Keton-Lösungsmitteln zur Verfügung zu stellen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, unter Verwendung eines gepfropften Organopolysiloxans mit veränderlichen Mengen an Fluorkohlenstoff-Pfropfung ein elastomeres Organopolysiloxangummi zu schaffen, das kompoundiert und gehärtet sein kann und Eigenschaften entfaltet, die mit dem Fluorkohlenstoffgehalt, der Molekulargewichtsverteilung und der strukturellen Konfiguration der Polymerkette variieren.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden hier durch eine härtbare Fluorsilicon-Zubereitung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie (A) ein Organopolysiloxan mit Endgruppen, ausgewählt aus
der Klasse bestehend aus -H, -OH, -R, -OR und -CH=CH3, und herausragenden, direkt an Silicium gebundenen Gruppen, ausgewählt aus -R, -R1 und -R'-R"-Gruppen, worin R einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, der frei von aliphatischer Ungesättigtheit ist, bedeutet, R1 ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder Ealogenkohl-enwEsserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und R" eine monomere oder polymere Gruppe, die sich von einem ungesättigten Fluorkohlenstoff oder einer Mischung von ungesättigten Fluorkohlenstoffen mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen und bis zu 6 Fluoratomen, die auf die mit R1 bezeichneten Reste aufgepfropft sind, ableitet, ist,
(B) ein vinylfunktionelles Vernetzungsmittel und
(C) einen freiradikalischen Initiator, der imstande ist, die Vernetzung zwischen den vorstehend definierten Komponenten (A) und (B) zu fördern,
enthält.
Ebenfalls ins Auge gefaßt ist die Verwendung von gegebenenfalls enthaltenen Bestandteilen, wie beispielsweise von Füllstoffen und Härtungsinhibitoren, und ein Verfahren zur Herstellung der Zubereitungen der vorliegenden Erfindung.
Die Zubereitungen der vorliegenden Erfindung werden durch Umsetzen eines ungesättigten Fluorkohlenstoffs, wie beispielsweise von Vinylidenfluorid (CH2=CF2)/ mit einem Organopolysiloxan unter Bildung eines gepfropften Organopolysiloxangummis, das von dem Fluorkohlenstoff abgeleitete monomere oder polymere Seitenketten aufweist, und anschließendes Kompoundieren des Gummis mit einem vinylfunktionellen Vernetzungsmittel und einem freiradikalischen Initiator, der imstande ist, die Vernetzung zwischen den Vinylgruppen und dem gepfropften Polymeren zu fördern, hergestellt.
Die in dieser Erfindung ins Auge gefaßten Organopolysiloxan-Ausgangsmaterialien sind bereits bekannt. Ihre Konfiguration ist typischerweise eine Siloxankette mit durchschnittlich an jedes Siliciumatom gebundenen zwei herausragenden organischen Gruppen und Endgruppen, wie Wasserstoff, Hydroxy, Alkyl, Alkoxy, Vinyl, etc.
Die bevorzugten Organopolysiloxan-Ausgangsmaterialien, welche mit ungesättigten Fluorkohlenstoffen umgesetzt werden, haben die nachfolgende allgemeine Formel
T—Si—0-
R1
-Si—0-
-Si T
η R'
in welcher T eine Endgruppe, ausgewählt aus H, OH, R, OR und Vinyl, bedeutet, R ein von aliphatischer Ungesättigtheit freier Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, R1 einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, ausgewählt aus Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Alkoxy-, Cycloalkoxy- und Aryloxygruppen oder Halogenkohleriwasserstoffgruppen, wie halogensubstituierten Alkyl-, Alkoxy-, Aryl-, Aryloxygruppen, etc., bedeutet und der Index η eine ganze Zahl mit einem Wert von 10 bis 3700 ist. In der obigen Formel ist T bevorzugterweise Methyl oder Hydroxy und R1 bevorzugterweise niedriges Alkyl, wie Methyl, Äthyl, etc., oder fluoriertes Alkyl, wie Perfluoralkyl. Ein besonders bevorzugter Rest für T und R ist Methyl; demzufolge ist das besonders bevorzugte Polysiloxan-Ausgangsmaterial ein in der Kette mit Trimethylsiloxy abgebrochenes Polydimethylsiloxan.
Auf die herausragenden R1-Gruppen sind über eine Wasserstoffentzugsreaktion monomere oder polymere Seitenketten, die sich von ungesättigten Fluorkohlenstoffen ableiten, aufgepfropft.
Bevorzugte gepfropfte Polymere werden daher die nachfolgende allgemeine Formel
T—Si—0-R1
R -Si—0-
R1
•Si—O-
I· R.
•Si—T
b R1
besitzen, in welcher T, R und R1 die gleiche Bedeutung wie oben besitzen und d:;.e -R'-R"-Gruppe durch einen Wasserstoffentzug (oder möglicherweise im Falle einer herausragenden Halogenkohlenwasserstoff gruppe von einem Halogenentzug) von der herausragenden R'-Gruppe und Polymerisation mit dem Fluorkohlenstoff abgeleitet ist. R" ist demzufolge eine monomere oder polymere Seitenkette, abgeleitet von ungesättigtem Fluorkohlenstoff, unter Bildung von Fluorkohlenstoffketten mit variierenden Längen und variierenden Fluorierungsgraden (in Abhängigkeit von dem exakt eingesetzten Fluorkohlenstoff oder der Mischung), die durch eine von R' abgeleitete Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoff-Brücke mit Silicium verbunden sind. Die Summe von (a + b) ist gleich einem Wert im Bereich von 10 bis 3700.
Die für die Herstellung der gepfropften Seitenketten der gepfropften Polymeren der vorliegenden Erfindung geeigneten ungesättigten Fluorkohlenstoffe sind Fluorkohlenstoffe mit 2 bis 3 Kohlenstoffatomen, die 1 ungesättigte Stelle enthalten, d.h. sie sind Derivate von Athen oder Propen, die insgesamt 1 bis 6 Fluoratome enthalten. Bevorzugte ungesättigte Fluorkohlenstoffe werden 1 bis 4 Fluoratome enthalten; und Verbindungen mit 5 oder 6 Fluoratomen, wie Perfluorpropen, werden gewöhnlich in Mischung mit niedriger fluorierten Verbindungen eingesetzt. Mischungen von ungesättigten Fluorkohlenstoffen sind ebenfalls ins Auge gefaßt. Besonders bevorzugt für diesen Zweck ist Vinylidenfluorid
-AS-
Der oben beschriebene Typ eines freiradikalisch initiierten Entzugs wird besonders wirksam in Gegenwart eines freiradikalischen Initiators, insbesondere von organischen Peroxiden, durchgeführt. Kleine Mengen, wie etwa 0,01 Gewichtsprozent der aktiveren Peroxid-Initiatoren sind ausreichend, die gewünschte Reaktion zu initiieren. Größere Mengen, wie beispielsweise bis zu etwa 5,0 % oder darüber an Initiator können angewandt werden, jedoch können Mengen von über etwa 1,5 Gewichtsprozent Kupplungsreaktionen fördern, welche die Viskosität der Reaktionsmischung erhöhen.
Die geeignetsten Peroxid-Initiatoren sind Verbindungen der Formeln ROOH oder ROOR, in welchen R ein organischer Rest ist, insbesondere diejenigen Verbindungen, in welchen zumindest ein Peroxidsauerstoff an ein tertiäres Kohlenstoffatom gebunden ist. Bevorzugte derartige Initiatoren umfassen tert.-Buty!hydroperoxid, Cumolhydroperoxid, Decalinhydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethy1-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-hexan; ebenso auch cyclische Peroxide, wie Ascaridol und 1,5-Dimethylhexan-1,5-peroxid, Perester, wie tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat und tert.-Butylperoctoat, und Ketonperoxide, wie Acetonperoxid und Cyclohexanonperoxid. Acylperoxide, Ary!peroxide und Persäuren können ebenfalls zur Durchführung der Pfropfungen eingesetzt werden, jedoch werden sie im allgemeinen zu niedrigeren Ausbeuten des gepfropften Produkts führen. Es wurde festgestellt, daß die Peroxide, welche tertiäre Alkoxyreste enthalten, wirksamer hinsichtlich des Entzugs von Wasserstoff-(oder Halogen-)atomen aus den mit den Siliciumatomen verbundenen, herausragenden organischen Gruppen sind/ so daß sie daher bevorzugt werden.
Die Polymerisationstemperatur ist nicht von entscheidender
H *7 _
Bedeutung, jedoch wurde gefunden, daß Reaktionstemperaturen von über etwa 1600C gepfropfte Polymere mit verschlechterten Eigenschaften liefern. Demzufolge wird es bevorzugt, daß die Polymerisation von unterhalb etwa 1500C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 500C bis etwa 1400C, durchgeführt wird.
Die Kettenlänge der Stammpolysiloxane (d.h. das Molekulargewicht) wird die Eigenschaften des gepfropften Polymeren und der daraus hergestellten härtbaren Zubereitungen beeinflussen. Es ist zu erwarten, daß Moleküle von kurzer Kettenlänge viele ungepfropfte Einheiten enthalten werden und Moleküle von extrem langer Kettenlänge eine ausgedehnte Pfropfung aufweisen und sehr viskos sein können. Ebenso werden Unregelmäßigkeiten entlang der Siloxan-Polymerkette den Kristallinitätsgrad beeinflussen und viele Eigenschaften, beispielsweise die Lösungsmittelbeständigkeit, werden durch den Gehalt an Fluorkohlenstoff (in Gewichtsprozent) beeinflußt werden. Aus diesen Gründen werden die Steuerung derartiger Faktoren, wie Initiator-Konzentration, Reaktionszeit und -temperatur, Fluorkohlenstoffgehalt, Molekulargewichtsverteilung und Unregelmäßigkeiten entlang der Siloxankette die spezifischen Eigenschaften des gepfropften Polymerproduktes bestimmen. Eine angemessene Regulierung der Verarbeitungsvariablen wird es dem Fachmann ermöglichen, die Zubereitungen gemäß der vorliegenden Erfindung nach seinem individuellen Bedarf nach Maß herzustellen.
Es wird ferner auch wegen der freiradikalischen Natur der Reaktion bevorzugt, daß das Pfropfen in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die im wesentlichen frei von Sauerstoff ist. Dies kann erreicht werden, indem man das Reaktionsgefäß mit einem Inertgas, wie beispielsweise mit Stickstoff, spült.
Der Anteil an in der Pfropfoperation eingesetztem ungesättig ten Fluorkohlenstoff kann je nach den gewünschten spezifischen Eigenschaften innerhalb weiter Grenzen variiert werden Beispielsweise liefern Polydimethylsiloxane mit Viskositäten im Bereich von 30 bis 600 Pa.s (30 000 bis 600 000 cP) beim Pfropfen mit Vinylidenfluorid über einen Bereich von 7 bis 25 Gewichtsprozent unter Verwendung von Di-tert.-butylperoxiden (d.h. 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Molekulargewicht des Stammpolymeren) zähe elastomere Gummis mit spezifischen Gewichten im Bereich von etwa 1,01 bis etwa 1,3 bei Raumtemperatur. Die Gummis, welche durch Pfropfen der Polysiloxane mit niedrigerem Molekulargewicht erhalten werden, sind löslich in Dimethylacetamid oder Dimethylformamid, während diejenigen, welche man aus Typen mit höherem Molekulargewicht erhält, dazu neigen, unlöslich zu sein.
Die gepfropften Produkte sind Mischungen aus gepfropftem Polymeren, polymerisiertem Homopolymeren, restlichen nicht gepfropften Ausgangsmaterialien und gegebenenfalls irgendeinem Gel. Ungefüllte Gummis sind klar und weisen im allgemeinen eine schwach gelbe Farbnuance auf, jedoch wird eine optische Klarheit auch in gehärteten Verbindungen mit 60 Gewichtsprozent Füllstoff beobachtet. Von gepfropften Copolymeren, die von etwa 7,0 bis etwa 80 Gewichtsprozent Vinylidenfluorid enthalten, ist zu erwarten, daß sie mit ansteigendem Molekulargewicht ansteigende mechanische und Lösungsmittelbeständigkeitseigenschaften entfalten. Es wird ebenso auch angenommen, daß gepfropfte Organopolysiloxane für Gase weniger permeabel sind als beispielsweise ungepfropfte Polydimethyl siloxane .
Wie bereits oben erläutert, werden die härtbaren Fluorsilicon-Zubereitungen gemäß der vorliegenden Erfindung durch Mi-
- /Ii-
sehen eines gepfropften Organopolysiloxans mit einem vinylfunktionellen Vernetzungsmittel und einem Härtungskatalysator, der die Polymerisation zwischen dem gepfropften Polymeren und dem Vernetzungsmittel fördert, hergestellt.
Das Vinyl enthaltende Vernetzungsmittel kann eine beliebige monomere oder polymere Verbindung mit äthylenischer Ungesättigtheit sein, welche die gepfropften, oben beschriebenen Organopolysiloxane vernetzend polymerisiert oder härtet. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden vinylfunktioneile Polysiloxane bevorzugt. Derartige Polysiloxane werden aus 0,5 bis 100 Gewichtsprozent Vinyl enthaltenden Siloxan-Einheiten der nachfolgenden allgemeinen Formel
(CH2=CH)R3 aSi03_a/2
worin R ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder einwertiger Halogenkohlenwasserstoffrest ist und der Index a einen Wert im Bereich von 0 bis 2 aufweist, und irgendwelchen beliebigen, kein Vinyl enthaltenden Siloxan-Einheiten der nachfolgenden allgemeinen Formel
R4bSiO4-b/2
worin R ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest ist und der Index b einen Wert im Bereich von 0 bis 3 besitzt, bestehen.
Diese vinylfunktionellen Siloxane können irgendwo im Bereich von Flüssigkeiten mit niedrigem Molekulargewicht, wie Vinylmethylcyclotetrasiloxan, bis zu Gummis mit hohem Molekulargewicht von 1 Million oder darüber, liegen. In der vorstehenden Formel kann R ein beliebiger einwertiger Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest sein, der Alkylgruppen, wie Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, etc., Alkenylgruppen, wie Vinyl, Allyl, Hexenyl, etc., Arylgruppen, wie Phenyl
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oder Naphthyl, Aralkylgruppen, Alkarylgruppen, Alkinylgruppen, und dergleichen, einschließt. R kann ebenso auch ein beliebiger der entsprechenden halogenierten Kohlenwasserstoffreste sein, wie Chlormethyl, Chlorpropyl, Chlorphenyl, 3,3,3-Trifluorpropyl, und dergle
weise 1 bis 20 Kohlenstoffatome.
3,3,3-Trifluorpropyl, und dergleichen. R enthält vorzugs-
Die kein Vinyl enthaltenden Einheiten der vinylfunktionellen Polysiloxane werden die allgemeine Formel
R4bSiO4-b/2
4
besitzen, in welcher R aus der gleichen Klasse von Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffresten ausgewählt werden kann, wie sie oben für R beschrieben wurden.
Besonders bevorzugt für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden vinylfunktionelle Siloxan-Vernetzungsmittel sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mit Dimethylvinyl in der Kette abgebrochenen linearen Polydimethylsiloxanen, mit Dimethylvinyl in der Kette abgebrochenem Polydimethyl-methylvinylsiloxan-Copolymerem, Vinylmethylcyclotetrasiloxan (d,h, Tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxan oder MethyIvinyltetrameres), Tetramethyldivinyldisiloxan, und Mischungen dieser Verbindungen.
Die Vernetzungs- oder Härtungsreaktion zwischen dem gepfropften Organopolysiloxan und den vinylfunktionellen Komponenten der erfindungsgemäßen Zubereitungen bezieht den gleichen Mechanismus des Wasserstoffabzugs und der Polymerisation wie in der Pfropfoperation ein; demzufolge ist die Vernetzungskatalysatorkomponente (C) in den härtbaren Zubereitungen der vorliegenden Erfindung aus der früher beschriebenen Klasse der freiradikalischen Initiatoren ausgewählt, mit der glei-
- 11 -
chen Bevorzugung für tertiäre Alkoxyreste enthaltende Peroxide, wie in der Pfropfreaktion. Die Menge an eingesetztem Katalysator ist nicht entscheidend/ so lange der gewünschte Grad an Vernetzung bewirkt wird. Wie bei irgendeinem anderen Katalysator ist es gewöhnlich erwünscht, die niedrigste wirksame Menge zu verwenden, jedoch ist zum Zwecke der Erläuterung beim Härten anzunehmen, daß eine Menge an Peroxid-Katalysator im Bereich von etwa 0,01 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Zubereitung, eine ausgezeichnete Härtung ergibt. Um den am besten geeigneten Katalysatorgehalt aufzufinden, sind einfache Versuche erforderlich, und in dem Maße, wie der Charakter der Reaktion, der von dem Fachmann gewünscht wird, sich in der Pfropfoperation und der Härtungsoperation unterscheidet, wird sich die Menge und die Auswahl des Initiators ebenfalls ändern.
Die durch Mischen der drei Grundbestandteile der vorliegenden Erfindung, d.h. des gepfropften Polymeren, des Vernetzungsmittels und des Vernetzungsinitiators, erhaltenen Zubereitungen können bei Temperaturen im Bereich von bis herab zu Raumtemperatur bis etwa 1500C vulkanisiert werden. Die für die Vulkanisation erforderliche Zeit kann über weite Bereiche variieren, je nach den besonderen Reaktionsteilnehmern, deren Anteilen und der Reaktionstemperatur. Im allgemeinen erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur und der Menge des vorhandenen Initiators.
Wo es gewünscht wird, die härtbare Zubereitung für längere Zeiträume zu lagern, können Inhibitoren zugesetzt werden, um die Temperatur, bei welcher das Vernetzen erfolgen wird, wirksam zu erhöhen. Ansonsten kann die Zubereitung als Zweikomponentensystem gelagert werden, wobei das gepfropfte Organopolysiloxan getrennt von dem kombinierten Vernetzungsmittel
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und dem Initiator gelagert wird.
Ebenso ins Auge gefaßt wird hier die Zugabe von herkömmlichen Additiven, wie Farbstoffen, Pigmenten und Füllstoffen, insbesondere von Fumed Silica, behandelter Kieselerde und Silica-Aerogelen, und dergleichen.
Auf alle in der vorliegenden Beschreibung angeführten Patentschriften und Veröffentlichungen wird ausdrücklich Bezug genommen und der Offenbarungsgehalt aller dieser Veröffentlichungen durch diese Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung integriert.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, sollen diese jedoch in keiner Weise beschränken.
Beispiel A Gepfropftes Polymeres A
500 Gewichtsteile eines flüssigen Polydimethylsiloxans mit Trimethyl-Endgruppen mit einem Molekulargewicht von 14 000 und einer Viskosität von 300 Pa. s (300 000 cP) wurden in ein Reaktionsgefäß aus rostfreiem Stahl zusammen mit 5,0 Gewichtsteilen Di-tert.-butylperoxid eingebracht. Das Gefäß wurde geschlossen und 55 Gewichtsteile flüssiges Vinylidenfluorid mit Hilfe von unter Druck stehendem Stickstoff in das Gefäß eingepreßt. Die Mischung wurde 18 bis 19 Stunden lang auf 1200C erwärmt. Es wurde eine exotherme Reaktion in Form eines Temperaturanstiegs bis auf 135°C beobachtet, die allmählich zurückging; der Innendruck des Gefäßes erreichte 59,3 bar (860 psi), bevor er nach 18 Stunden auf 6,9 bar (100 psi) absank. Das Gefäß wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und be-
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lüftet. Das gepfropfte Polymerprodukt wurde zuerst dreimal mit Methanol, anschließend mit destilliertem Wasser (zweimal) und schließlich mit Methanol (einmal) gewaschen. Man erhielt 541 Gewichtsteile (97,5 % Ausbeute, bezogen auf den gesamten Ansatz) eines klaren Gummis mit einem spezifischen Gewicht von 1,0153 bei 250C und einem Vinylidenfluoridgehalt von 7,6 Gewichtsprozent (bezogen auf das Stammpolymere).
Das Gummi erforderte ein Kneten in der Wärme [9,7 bar (140 psi) Dampfdruck] zur Herstellung von Bändern (banding) und zum Kompoundieren in die folgende Zubereitung bei 3 Füllstoff-Beladungen:
Zubereitungen 1 bis 3 Gepfropftes Polymeres A 70 Gewichtsteile
Füllstoff* 20, 40 bzw. 60
Gewichtsteile
Vernetzungsmittel 1** 1,0 Gewichtsteile
Vernetzungsmittel 2*** 2,0 Gewichtsteile
2,5-D^methyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-
hexan 2,0 Gewichtsteile
* Fumed Silica (Cab-O-Sil ; Cabot Corp.), behandelt mit Octamethylcyclotetrasiloxan.
** Vinyl-Endgruppen enthaltendes Dimethyl-methylvinylsiloxan-Copolymeres, 13,5 Molprozent Vinylfunktionalität.
*** Vinyl-Endgruppen enthaltendes Polydimethylsiloxan-öl.
X ®
Lupersol 101 (Pennwalt Corp.).
Die Zubereitungen wurden 20 Minuten lang bei 187,8°C (3700F) gehärtet und dann 30 Minuten lang bei 204,40C (4000F) hitzegehärtet. Es wurden die nachfolgend angegebenen physikalischen Eigenschaften beobachtet:
- 14 -
Physikalische Eigenschaften der Zubereitungen 1,2 und 3
Füllstoffbeladung 20 40 60
Shore Α-Härte 31 47 61
100 % Modul .bJ* 6,9
(100)		 15,6
(226)		 25,2
(365)
16,9
(245)		 43,4
(630)		 50,7
(735)
Dehnung, % 250 310 280
Die B Tear ,,?.
(Ib)		 36,3
(80)		 111,1
(245)		 124,7
(275)
Spez. Gew. bei 25°C 1,095 1,219
% Vol. Quellung, 22 h,
Fuel B/rt		 399 284 250,6
Eine weitere Verstärkung wird mit ansteigendem Füllstoffgehalt beobachtet; jedoch wird kein Abfall in der Zug- oder Reißfestigkeit bei einer Belastung von größer als 40 Gewichtsteilen beobachtet.
Beispiel Gepfropftes Polymeres B
Ein zweites gepfropftes Organopolysiloxan wurde in der gleichen Weise wie das gepfropfte Polymere A hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Polydimethylsiloxan mit Trimethyl-Endgruppen von höherem Molekulargewicht [600 Pa.s (600 000 cP)] verwendet wurde. Härtbare Zubereitungen wurden bei Füllstoffbeladüngen von 20 und 40 Gewichtsteilen, wie nachfolgend angegeben, hergestellt:
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Zubereitungen 4 und 5
Gepfropftes Polymeres B 70 Gewichtsteile
Füllstoff 20 bzw. 40 Gewichtsteile
Vernetzungsmittel 1 1,0 Gewichtsteile
Vernetzungsmittel 2 2,0 Gewichtsteile
2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-
hexan 2,0 Gewichtsteile
Nach 20 Minuten langem Härten bei 187,80C (37O0F) und 30 Minuten langem Hitzehärten bei 204,40C (4000F) wurden die nachfolgend angegebenen Eigenschaften beobachtet:
Physikalische Eigenschaften der Zubereitungen 4 und 5
Füllstoffbeladung 40
Shore Α-Härte 20 51
100 % Modul (pgjj 32 19,3
(280)
7,9
(115)		 47,6
(690)
Dehnung, % 20,0
(290)		 290
Die B Tear (£j* 220 130,2
(287)
Spez. Gew. bei 250C 49,9
(110)		 1,180
% Vol. Quellung, 22 h. Fuel B/rt 1 ,098 237
344
Beispiel C
Ein Trimethy1-Endgruppen enthaltendes Trifluorpropyl-methylsiloxan-Homopolymeres [10 Pa.s (10 000 cP)] wurde mit Vinyli-
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- tr--
denfluorid in der gleichen Weise wie in den Beispielen A und B zu einem gepfropften Fluorsilicongummi gepfropft, das ein spezifisches Gewicht von 1,396 bei 25°C aufwies und 23,9 Gewichtsprozent Vinylidenfluorid enthielt. Das Polymere war löslich (1%ige Lösung) sowohl in Dimethylacetamid als auch in Dimethylformamid.
Selbstverständliöh^^sind Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung aufgrund der Kenntnisnahme der vorgehenden Offenbarung möglich. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß irgendwelche derartige Änderungen in den besonderen Ausführung sformen der Erfindung im Rahmen der anliegenden Ansprüche liegen.

Claims (32)

Patentansprüche
1. Härtbare Fluorsilicon-Zubereitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie
(A) ein Organopolysiloxan mit Endgruppen, ausgewählt aus der Klasse bestehend aus -H, -OH, -R, -OR und -CH=CH-, und herausragenden, direkt an Silicium gebundenen Gruppen, ausgewählt aus -R, -R1 und -R1-R"-Gruppen, worin R einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, der frei von aliphatischer Ungesättigtheit ist, bedeutet, R1 ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und R" eine monomere oder polymere Gruppe, die sich von einem ungesättigten Fluorkohlenstoff oder einer Mischung von Fluorkohlenstoffen mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen und bis zu 6 Fluoratomen, die auf die mit R' bezeichneten Reste aufgepfropft sind, ableitet, ist,
(B) ein vinylfunktioneiles Vernetzungsmittel und
(C) einen freiradikalischen Initiator, der imstande ist, die Vernetzung zwischen den vorstehend definierten Komponenten (A) und (B) zu fördern,
enthält.
2. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Organopolysiloxan-Komponente (A) die nachfolgende allgemeine Formel
R T—Si—O R1
-Si—O
R1
-Si—O-
Ri -on
-Si—T
b R1
besitzt, in welcher T eine Endgruppe bedeutet und die Summe von (a + b) einen Wart im Bereich von 10 bis 3700 aufweist.
3. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 2, dadurch gekennze ichnet, daß die freiradikalische Initiator-Komponente (C) ein organisches Peroxid ist.
4. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 3, dadurch gekennze ichnet, daß der organische Peroxid-Initiator zumindest einen tertiären Alkoxyrest enthält.
5. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Peroxid-Initiator aus der Gruppe bestehend aus tert.-Buty!hydroperoxid, Cumolhydroperoxid, Decalinhydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-hexan, Ascaridol, 1,5-Dimethylhexan-1,5-peroxid, tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat und tert.-Butylperoctoat ausgewählt ist.
6. Überzugszubereitung nach Anspruch 4, dadurch gekennze ichnet, daß das vinylfunktionelle Vernetzungsmittel (B) ein Polysiloxan ist, das aus 0,5 bis 100 Gewichtsprozent Vinyl enthaltenden Siloxan-Einheiten der nachfolgenden allgemeinen Formel
(CH2=CH)R3
worin R ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder einwertiger Halogenkohlenwasserstoffrest ist und der Index a einen Wert im Bereich von 0 bis 2 besitzt, und irgendwelche beliebigen, kein Vinyl enthaltenden Siloxan-Einheiten der nachfolgenden allgemeinen Formel
R4bSiO4-b/2
4
worin R ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest ist und der Index b einen Wert im Bereich von 0 bis 3 aufweist, besteht.
7. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vinylfunktionelle Vernetzungsmittel aus der Gruppe bestehend aus linearem, in der Kette mit Dimethylvinyl abgebrochenem Polydimethylsiloxan, in der Kette mit Dimethylvinyl abgebrochenem Polydimethylmethylvinylsiloxan-Copolymerem, Vinylmethylcyclotetrasiloxan, Tetramethyldivinyldisiloxan, und Mischungen daraus, ausgewählt ist.
8. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Peroxid-Initiator in einer Menge im Bereich von etwa 0,01 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Gesamtzubereitung, zugegen ist.
9. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ungesättigte Fluorkohlenstoff von 1 bis 4 Fluoratome pro Molekül enthält.
10. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ungesättigte Fluorkohlenstoff Vinylidenfluorid ist.
11. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die freiradikalische Initiator-Komponente (C) ein organisches Peroxid ist.
12. Härtbare Zubereitung nkch' Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der organische Peroxid-Initiator zumindest 1 tertiären Alkoxyrest enthält.
13. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Peroxid-Initiator aus der Gruppe bestehend aus tert.-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, Decalinhydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-hexan, Ascaridol, 1,5-Dimethylhexan-1,5-peroxid, tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat und tert.-Butylperoctoat ausgewählt ist.
14. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das vinylfunktionelle Vernetzungsmittel aus der Gruppe bestehend aus in der Kette mit Dimethylvinyl abgebrochenem Polydimethyl-methylvinylsiloxan-Copolymerem, Vinylmethylcyclotetrasiloxan, Tetramethyldivinyldisiloxan, und Mischungen daraus, ausgewählt ist.
15. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gepfropften -R"-Gruppen von etwa 7 bis 25 Gewichtsprozent der Organopolysiloxan-Komponente (A) enthalten und die Organopolysiloxane ein spezifisches Gewicht im Bereich von etwa 1,01 bis etwa 1,3 bei Raumtemperatur aufwe i sen.
16. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ichnet, daß sie als zusätzliche Kompo-
nervte (D) einen Füllstoff, ausgewählt aus Fumed Silica, behandelter Kieselerde und Silica-Aerogel ausgewählt ist.
17. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit Octamethylcyclotetrasiloxan behandelte Fumed Silica ist.
18. Verfahren zur Herstellung einer härtbaren Fluorsilicon-Zubereitung, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufen des
(A) Umsetzens eines Organopolysiloxans, das an jedem SiIiciumatom durchschnittlich zwei herausragende organische Gruppen aufweist, mit einem ungesättigten Fluorkohlenstoff oder einer Mischung von ungesättigten Fluorkohlenstoffen mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen und bis zu 6 Fluoratomen in Gegenwart eines organischen Peroxid-Initiators bei einer Temperatur im Bereich von etwa 500C bis etwa 1400C, und
(B) Vereinigens des Reaktionsproduktes mit
(i) einem vinylfunktionellen Vernetzungsmittel und (ii) einem Peroxid-Initiator,
umfaßt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Organopolysiloxan die nachfolgende allgemeine Formel
T—Si—Ο
R
I
R1
-Si—T
η R1
besitzt, in welcher T aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Hydroxy, einwertigen Kohlenwasserstoff- oder Oxykoh-
lenwasserstoffresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, die frei von aliphatischer Ungesättigtheit und Vinyl sind, ausgewählt ist, R einen einwertigen Kohlenwasserstoff mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, R1 ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist und der Index η eine ganze Zahl mit einem Wert im Bereich von 10 bis 3700 bedeutet.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e kennz eichnet, daß der ungesättigte Fluorkohlenstoff 1 bis 4 Fluoratome aufweist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der ungesättigte Fluorkohlenstoff Vinylidenfluorid ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Organopolysiloxan ein in der Kette mit Trimethylsiloxy abgebrochenes Polydimethylsiloxan ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Organopolysiloxan herausragende Fluorkohlenwasserstoffgruppen enthält.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Organopolysiloxan ein endständig mit Trimethylsiloxy abgebrochenes Trifluorpropylmethylsiloxan-Homopolymeres ist.
25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Polydimethylsiloxan eine Viskosität im Bereich von 30 bis 600 Pa.s (30 000 bis
600 000 cP) aufweist, ausreichend Vinylidenfluorid umgesetzt wird, um in dem Reaktionsprodukt Vinylidenfluorid in einer Menge im Bereich von etwa 7 bis 25 Gewichtsprozent zu erzielen und der organische Peroxid-Initiator ein Di-tert.-butylperoxid ist.
26. Härtbare Fluorsilicon-Zubereitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch
(A) Umsetzen eines Organopolysiloxans, das an jedem SiIiciumatom durchschnittlich zwei herausragende organische Gruppen aufweist, mit einem ungesättigten Fluorkohlenstoff oder einer Mischung von Fluorkohlenstoffen mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen und bis zu 6 Fluoratomen in Gegenwart eines organischen Peroxid-Initiators bei einer Temperatur im Bereich von etwa 5O0C bis etwa 14O0C,
und
(B) Vereinigen des Reaktionsproduktes mit
(i) einem vinylfunktionellen Vernetzungsmittel und (ii) einem Peroxid-Initiator,
hergestellt ist.
27. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt die nachfolgende allgemeine Formel
T—Si—O-
-Si—O-
•Si—Οι—R«
-Si—T
aufweist, in welcher R einen einwertigen KohlenwasserStoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, der frei von aliphatischer Ungesättigtheit ist, bedeutet, R1 ein einwertiger Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest mit 1 bis
8 Kohlenstoffatomen ist, R" eine monomere oder polymere Gruppe bedeutet/ die von dem ungesättigten Fluorkohlenstoff oder der Mischung von ungesättigten Fluorkohlenstoffen, welche auf die mit R' bezeichneten organischen Reste aufgepfropft sind, abgeleitet ist, T aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Hydroxy, einwertigen Kohlenwasserstoff- oder Oxykohlenwasserstoffresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, die frei von aliphatischer Ungesättigtheit und Vinyl sind, ausgewählt ist und die Summe von (a + b) einen Wert im Bereich von 10 bis 3700 besitzt.
28. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 25, dadurch gekennz eichnet, daß der ungesättigte Fluorkohlenstoff 1 bis 4 Fluoratome besitzt.
29. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 26, dadurch, gekennzeichnet, daß der ungesättigte Fluorkohlenstoff Vinylidenfluorid ist.
30. Härtbare Zubereitung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das vinylfunktionelle Vernetzungsmittel (B)(i) aus der Gruppe bestehend aus linearem, in der Kette mit Dimethylvinyl abgebrochenem Polydimethylsiloxan, in der Kette mit Dimethylvinyl abgebrochenem PoIydimethyl-methylvinylsiloxan-Copolymerem, Vinylmethylcyclotetrasiloxan, Tetramethyldivinyldisiloxan, und Mischungen daraus, und der organische Peroxid-Initiator (B)(ii) aus der Gruppe bestehend aus tert.-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, Decalinhydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-hexan, Ascaridol, 1,5-Dimethylhexan-i,5-peroxid, tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat und tert.-Butylperoctoat, ausgewählt ist.
— 9 —
31. Fester Artikel, dadurch gekennzeich net, daß er die in Anspruch 1 definierte gehärtete Zubereitung enthält.
32. Fester Artikel, dadurch gekennzeich net, daß er die in Anspruch 24 definierte gehärtete Zubereitung enthält.
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