DE3727565A1 - Titankatalysierter, mit alkoxy in der kette abgebrochener rtv-kautschuk und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Titankatalysierter, mit alkoxy in der kette abgebrochener rtv-kautschuk und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft titankatalysierte, mit Alkoxy in
der Kette abgebrochene Polydiorganosiloxan-RTV-Kautschuke.
Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Kautschuke, wodurch die Anwendungseigenschaften
der Zubereitungen, als auch die Eigenschaften des
gehärteten Kautschuks, einschließend Härte, Zugfestigkeit und
Dehnung, verbessert werden.
Frühere Typen von Einkomponenten-RTV-Kautschukzubereitungen
wurden beispielsweise in den US-PS 30 35 016 und 31 33 891
beschrieben. Derartige Patentschriften offenbaren die Verwendung
von Acyloxy-funktionellen Silanen als Vernetzungsmittel
für mit Hydroxy in der Kette abgebrochene Organopolysiloxan-
Gummis. Die Zubereitungen der US-PS 31 33 891 werden
in einem im wesentlichen wasserfreien Zustand verpackt und
härten nach Einwirkung von atmosphärischer Feuchtigkeit zu
einem Silicon-Elastomeren aus.
Es wurden zwei Verfahren zur Herstellung von Einkomponenten-
RTV-Kautschuken angewandt. Das Ziel eines jeden Verfahrens
besteht darin, eine Mischung von feuchtigkeitsfreiem, in der
Kette mit Alkoxy abgebrochenem Polydiorganosiloxan-Kautschuk
und Kondensationskatalysatoren herzustellen. Selbstverständlich
muß die Mischung auch die üblichen Additive, einschließend
Füllstoffe, Weichmacher, Pigmente, etc., enthalten.
Bei dem ersten Verfahren werden die Additive, das durch Silanol
in der Kette abgebrochene Polydiorganosiloxan, Alkoxysilan
und Titankondensationskatalysator in einer einzigen
Stufe unter wasserfreien Bedingungen gemischt. Das Silan wird
das Silanol zur Bildung eines mit Alkoxy in der Kette abgebrochenen
Polydiorganosiloxans endständig abschließen. Der
Titankondensationskatalysator wird die Reaktion des endständigen
Abschließens als auch die Härtungsreaktion fördern,
wenn Wasser eingeführt wird. Dieses Herstellungsverfahren
weist den Nachteil auf, daß während der Katalyse der Base infolge
der temporären Kupplung der Silanol-Polymeren mit dem
Titankondensationskatalysator ein starker Viskositätsanstieg
erfolgt. Dieses Verfahren wird in den US-PS 36 89 454 und
37 79 986 beispielhaft erläutert.
Bei dem zweiten Verfahren wird ein vorher hergestelltes, mit
Alkoxy in der Kette abgebrochenes Polydiorganosiloxan mit
Additiven und einem Kondensationskatalysator gemischt. Dieses
Verfahren ist insofern nachteilig, als es notwendig ist,
das mit Alkoxy in der Kette abgebrochene Material vorher herzustellen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
titankatalysierten Einkomponenten-RTV-Kautschuk in zwei Mischstufen
zu produzieren, ohne jedoch das mit Alkoxy in der Kette
abgebrochene Polydiorganosiloxan vorher herzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung titankatalysierte
Einkomponenten-RTV-Kautschuke mit verbesserten
Eigenschaften herzustellen, welche verbesserte Anwendungseigenschaften
und verbesserte Eigenschaften des vulkanisierten
Kautschuks, wie Härte, Zugfestigkeit und Dehnung, einschließen.
Kurz gesagt wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von titankatalysierten, mit Alkoxy
in der Kette abgebrochenen RTV-Kautschuken mit überlegenen
Eigenschaften vorgesehen, bei welchem man
- (a) eine Mischung, enthaltend
- (i) ein mit Silanol in der Kette abgebrochenes Polydiorganosiloxan,
- (ii) ein Mittel zum endständigen Abschließen der nachfolgenden allgemeinen Formel R m Si(OR¹)₄-m in welcher der Index m einen Wert von 0 bis 2 aufweist und R und R¹ Hydrocarbyl-, Halogenhydrocarbyl- und Cyano-niedrigalkyl-Reste mit bis zu etwa 12 Kohlenstoffatomen sind und
- (iii) einen endständig abschließenden Katalysator, ausgewählt aus Lewis-Säuren, Lowry-Brönsted-Säuren und Mischungen der Säuren mit Amin-Cokatalysatoren,
umsetzt und ferner noch
- (b) zumindest einen Titankondensationskatalysator
zumischt.
Diese titankatalysierten, mit Alkoxy in der Kette abgebrochenen
RTV-Kautschuke haben überlegene Anwendungseigenschaften
wie auch überlegene Eigenschaften in dem vulkanisierten Zustand.
Die in der Kette mit Silanol abgebrochenen Polydiorganosiloxane
in den RTV-Zubereitungen dieser Erfindung können durch
die nachfolgende allgemeine Formel I
wiedergegeben werden, in welcher jeder der Reste R² und R³
organische Reste mit nicht mehr als 12 Kohlenstoffatomen,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydrocarbyl-, Halogenhydrocarbyl-
und Cyano-niedrigalkyl-Resten, sind und der
Index n eine Zahl mit einem Wert von 10 bis etwa 15 000 oder
mehr ist.
Die in der Kette mit Silanol abgebrochenen Polydiorganosiloxane
sind dem Fachmann bekannt und schließen Zubereitungen
ein, welche verschiedene Reste R² und R³ enthalten. Beispielsweise
können die R²-Reste Methyl sein, während die R³-
Reste Phenyl und/oder β-Cyanoethyl sein können. Darüber hinaus
sind innerhalb des Bereiches der Definition der Polydiorganosiloxane,
die in dieser Erfindung brauchbar sind, Copolymere
von verschiedenen Typen von Diorganosiloxan-Einheiten,
wie beispielsweise mit Silan in der Kette abgebrochene
Copolymere von Dimethylsiloxan-Einheiten, Diphenylsiloxan-
Einheiten und Methylphenylsiloxan-Einheiten oder, beispielsweise,
Copolymere von Dimethylsiloxan-Einheiten, Methylphenylsiloxan-
Einheiten und Methylvinylsiloxan-Einheiten. Vorzugsweise
sind zumindest 50% der R²- und R³-Reste der mit
Silanol in der Kette abgebrochenen Polydiorganosiloxane Methylgruppen.
In der allgemeinen Formel I können die durch R² und R³ repräsentierten
Hydrocarbyl-, Halogenhydrocarbyl- und Cyanoniedrigalkyl-
Reste beispielsweise einkerniges Aryl, wie Phenyl,
Benzyl, Tolyl, Xylyl und Ethylphenyl sein; durch Halogen
substituiertes einkerniges Aryl, wie 2,6-Dichlorphenyl,
4-Bromphenyl, 2,5-Difluorphenyl, 2,4,6-Trichlorphenyl und
2,5-Dibromphenyl; Alkyl, wie beispielsweise Methyl, Ethyl,
n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sek.-Butyl, Isobutyl, tert.-
Butyl, Amyl, Hexyl, Heptyl, Octyl; Alkenyl, wie beispielsweise
Vinyl, Allyl, n-Butenyl, n-Pentenyl-2, n-Heptenyl;
Alkinyl, wie beispielsweise Propargyl, 2-Butinyl; Halogenalkyl,
wie beispielsweise Chlormethyl, Iodmethyl, Brommethyl,
Fluormethyl, Chlorethyl, Iodethyl, Bromethyl, Fluorethyl,
Trichlormethyl, Diiodethyl, Tribromethyl, Trifluormethyl,
Dichlorethyl, Chlor-n-propyl, Brom-n-propyl, Iod-
isopropyl, Brom-n-butyl, Brom-tert.-butyl, 1,3,3-Trichlorbutyl,
1,3,3-Tribrombutyl, Chlorpentyl, Brompentyl, 2,3-
Dichlorpentyl, 3,3-Dibrompentyl, Chlorhexyl, Bromhexyl, 1,4-
Dichlorhexyl, 1,3-Dibromhexyl, Bromoctyl; Halogenalkenyl,
wie beispielsweise Chlorvinyl, Bromvinyl, Chlorallyl, Bromallyl,
3-Chlor-n-butenyl-1, 3-Chlor-n-pentenyl-1, 3-Fluor-
n-heptenyl-1, 1,3,3-Trichlor-n-heptenyl-5, 1,3,5-Trichlor-
n-octenyl-6, 2,3,3-Trichlormethylpentenyl-4; Halogenalkinyl,
wie beispielsweise Chlorpropargyl, Brompropargyl; Cycloalkyl,
Cycloalkenyl und Alkyl und durch Halogen substituiertes
Cycloalkyl und Cycloalkenyl, wie Cyclopentyl, Cyclohexyl,
Cycloheptyl, Cyclooctyl, 6-Methylcyclohexyl, 3,4-Dichlor-
cyclohexyl, 2,6-Dibromcycloheptyl, 1-Cyclopentyl, 3-Methyl-
1-cyclopentenyl, 3,4-Dimethyl-1-cyclopentenyl, 5-Methyl-5-
cyclopentenyl, 3,4-Dichlor-5-cyclopentenyl, 5-(tert.-Butyl)-
1-cyclopentenyl, 1-Cyclohexenyl, 3-Methyl-1-cyclohexenyl,
3,4-Dimethyl-1-cyclohexenyl; und Cyano-niedrigalkyl, wie
beispielsweise Cyanomethyl, β-Cyanoethyl, γ-Cyanopropyl,
δ-Cyanobutyl und γ-Cyanoisobutyl.
Eine Mischung von verschiedenen mit Silanol in der Kette abgebrochenen
Polydiorganosiloxanen kann ebenfalls verwendet
werden. Die in den RTV-Zubereitungen dieser Erfindung brauchbaren,
mit Silanol in der Kette abgebrochenen Materialien wurden
als Polydiorganosiloxane beschrieben, jedoch können derartige
Materialien auch kleinere Mengen, z. B. bis zu etwa 20%,
Monoorganosiloxan-Einheiten, wie beispielsweise Monoalkylsiloxan-
Einheiten, z. B. Monomethylsiloxan-Einheiten und Monophenylsiloxan-
Einheiten, enthalten. Die beim Inkorporieren von
Monoalkylsiloxan-Einheiten in RTV-Zubereitungen einbezogene
Technologie ist in der US-PS 33 82 205 beschrieben. Die mit
Silanol in der Kette abgebrochenen Materialien können auch
Triorganosiloxan-Einheiten, wie beispielsweise Trialkylsiloxan-
Einheiten, z. B. Trimethylsiloxan-Einheiten, Tributylsiloxan-
Einheiten und Triphenylsiloxan-Einheiten, enthalten.
Die mit Silanol in der Kette abgebrochenen Materialien können
ebenso auch tert.-Alkoxysiloxan-Einheiten, z. B. tert.-
Butoxysiloxan-Einheiten, tert.-Pentoxysiloxan-Einheiten und
tert.-Amyloxysiloxan-Einheiten, enthalten. Wirksame Ergebnisse
können erzielt werden, wenn ausreichend tert.-Alkoxysiloxan
in Verbindung mit dem in der Kette mit Silanol abgeschlossenen
Polydiorganosiloxan der allgemeinen Formel I zur
Herstellung eines Polymeren mit einem Verhältnis von tert.-
Alkoxysiloxan-Einheiten zu Silanol von 0,05 : 0,9, und vorzugsweise
von 0,2 : 0,8 tert.-Alkoxydialkylsiloxy-Einheiten
pro Silanol, angewandt wird. Viele der als Teil der mit Silanol
in der Kette abgebrochenen Materialien brauchbaren
tert.-Alkoxysiloxane sind in der US-PS 34 38 930 beschrieben
und beansprucht.
Die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendeten,
mit Silanol in der Kette abgebrochenen Polydiorganosiloxane
können von niedrigviskosen, dünnen Flüssigkeiten bis zu viskosen
Gummis variieren, je nach dem Wert von n und der Natur
der besonderen, durch R² und R³ repräsentierten organischen
Gruppen.
Mittel zum endständigen Abschließen, die für eine Verwendung
in dieser Erfindung geeignet sind, haben die nachstehende allgemeine
Formel
R m Si(OR¹)₄-m
in welcher der Index m einen Wert von 0 bis 2, bevorzugterweise
den Wert 1, aufweist und die Reste R und R¹ Hydrocarbyl-,
Halogenhydrocarbyl- und Cyano-niedrigalkyl-Reste mit bis zu
etwa 12 Kohlenstoffatomen sein können und beispielsweise aus
der gleichen Gruppe, wie sie oben für die Reste R² und R³ angegeben
ist, ausgewählt sind.
Bevorzugte Mittel zum endständigen Abschließen enthalten Alkoxygruppen,
vorzugsweise Methoxygruppen. Beispiele von geeigneten
Mitteln zum endständigen Abschließen umfassen:
CH₃Si(OCH₃)₃
CH₃SI(OCH₂CH₃)₃
(CH₃)₂Si(OCH₃)₂
Si(OCH₃)₄
CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Si(OCH₃)₃
CF₃CH₂Si(OCH₃)₃
NCCH₂CH₂Si(OCH₃)₃
(CH₃)Si(OCH₂CH₂CH₂CH₃)₃
CH₃SI(OCH₂CH₃)₃
(CH₃)₂Si(OCH₃)₂
Si(OCH₃)₄
CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Si(OCH₃)₃
CF₃CH₂Si(OCH₃)₃
NCCH₂CH₂Si(OCH₃)₃
(CH₃)Si(OCH₂CH₂CH₂CH₃)₃
Die Menge des mit dem in der Kette als Silanol abgebrochenen
Polydiorganosiloxan vermischten Mittels zum endständigen Abschließen
kann innerhalb weiter Grenzen variieren. Jedoch wird
es zur Erzielung von besten Ergebnissen bevorzugt, einen Überschuß
von 1 Mol des Silans pro Mol Silanolgruppen in den in
der Kette durch Silanol abgebrochenen Polydiorganosiloxanen
zuzusetzen. Eine zufriedenstellende Härtung kann beispielsweise
mit von 1,0 bis 10 Mol des Silans pro Mol Silanolgruppen in
dem Polydiorganosiloxan erhalten werden. Bei Verwendung von
mehr als 10 Mol des Silans pro Mol des Polydiorganosiloxans
tritt kein besonderer Nachteil auf, ausgenommen, daß ein harzartigeres
Produkt gebildet und die Härtung verlangsamt wird.
Die Temperatur, bei welcher das Silan und das in der Kette mit
Silanol abgebrochene Polydiorganosiloxan vermischt werden, ist
nicht entscheidend und üblicherweise erfolgt die Zugabe bei
Raumtemperatur.
Geeignete endständig abschließende Katalysatoren sind aus Lewis-
Säuren, Lowry-Brönsted-Säuren und Mischungen dieser zwei
Säuren mit Amin-Cokatalysatoren ausgewählt. Lewis-Säuren und
Lowry-Brönsted-Säuren sind nicht ausschließend. Lewis-Säuren
haben die breitere Definition, indem sie als eine Verbindung
definiert sind, die ein Elektronenakzeptor in einer Reaktion
mit einer anderen Verbindung ist. Eine formalere Definition
ist in Van Nostrand Rheinhold Publishing Company, Condensed
Chemical Dictionary, 8. Auflage, revidiert durch G. G. Hawley
(1971) zu finden, worin eine Lewis-Säure definiert ist als
"irgendein Molekül oder Ion, das mit einem anderen Molekül
oder Ion durch Ausbilden einer kovalenten chemischen Bindung
mit zwei Elektronen von dem zweiten Molekül oder Ion kombinieren
kann". Eine engere Definition wird auf die Lowry-Brönsted-
Säure angewandt, welche in dem vorstehend erwähnten Van Nostrand
Rheinhold Dictionary durch Schlußfolgerung als eine
Substanz definiert ist, die ein Proton unter Bildung einer
neuen Verbindung mit einer kovalenten Bindung abgeben kann.
Geeignete Lowry-Brönsted-Säuren umfassen die Säureanhydride,
wie beispielsweise Essigsäureanhydrid, Propionsäureanhydrid,
Buttersäureanhydrid, Valeriansäureanhydrid, etc.; die Acyloxysilane,
wie beispielsweise Methyltriacetoxysilan, Ethyltriacetoxysilan,
Phenyltriacetoxysilan, Dimethyldiacetoxysilan,
Methyltributyroxysilan, etc.; anorganische Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure,
Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure,
etc.; und organische Säuren, wie beispielsweise Ameisensäure,
Essigsäure, Propionsäure, Palmitinsäure, Maleinsäure,
etc. Geeignete Lewis-Säuren umfassen in weitem Sinne die obigen
Säuren, schließen jedoch zusätzlich beispielsweise AlCl₃,
BaSO₄, BCl₃, TiBr₃, ein.
Obwohl die obigen Säuren allein eingesetzt werden können, wurde
es als vorteilhaft gefunden, einen Amin-Cokatalysator mit
diesen Säuren zu verwenden. Grundsätzlich wird irgendein beliebiges
primäres, sekundäres oder tertiäres Amin als Cokatalysator
funktionieren, jedoch werden solche Amine, die weniger
als etwa 12 Kohlenstoffatome besitzen, bevorzugt. Geeignete
Amine für die Verwendung als Cokatalysator schließen Diethylamin,
(Me₂N)₂C=N-C₃H₆Si(OMe), H₂NC₃H₆Si(OEt)₃, Piperidin,
N,N-Dimethylethylendiamin, N-Hexylamin, Tributylamin, Dibutylamin,
Cyclohexylamin, etc., ein.
Die Konzentration der angewandten Säure sollte zumindest eine
wirksame Menge sein, die zur Förderung der endständig abschließenden
Reaktion notwendig ist. Die Konzentration des Ansäuerungsmittels
sollte nicht so hoch sein, daß sie das Aufbrechen
von irgendeiner der Siloxanbindungen in dem Silanol enthaltenden
Organopolysiloxan, das endständig abzuschließen ist,
bewirkt oder katalysiert. Um das gleiche auf andere Weise zu
sagen, sollte bevorzugterweise die Säurezahl des Ansäuerungsmittels
in dem Reaktionsmedium so sein, daß die Säurezahl,
wie sie nach der C-204-Testmethode der Silicone Products
Division, General Electric Company, Waterford, N. Y. bestimmt
wird, zumindest 0,1 betragen und den Wert 15 nicht übersteigen
sollte.
Kurz gesagt besteht die C-204-Testmethode darin, daß man in
einen 250-ml-Kolben 100 ml Isopropanol und 0,25 ml Phenol-
phthalein-Indikator einfüllt. Die Probe, deren Säurezahl zu
bestimmen ist, wird dann gewogen und zu dem Kolbeninhalt zugegeben.
Die erhaltene Lösung wird dann mit 0,1n-KOH (Lösung
in Methanol) bis zum rosafarbenen Endpunkt titriert. Das Volumen
der bei der Titration verwendeten Lösung von KOH in
Methanol wird als V t angegeben. Die Gesamtsäurezahl wird
dann aus der nachstehend angegebenen Formel berechnet:
Im allgemeinen ist im Falle von Essigsäure dieser Bereich
einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,10 Gewichtsteilen
Essigsäure zu 100 Gewichtsteile mit Silanol in der Kette
abgebrochenem Polydiorganosiloxan-Polymeren äquivalent. Wo man
Amid mit den obigen Säuren als Cokatalysatoren verwendet, werden
sie in einer Konzentration von irgendwo zwischen etwa 0,1
bis etwa 0,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des in der
Kette mit Silanol abgebrochenen Polydiorganosiloxan-Polymeren
eingesetzt. Eine weitere Lehre bezüglich dieser endständig abschließenden
Katalysatoren ist nicht notwendig. Deren Verwendung
ist dem Fachmann bekannt. Katalysatoren zum endständigen
Abschließen, wie oben gelehrt, werden in der US-PS 45 15 932
beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist auf titankatalysierte RTV-Kautschuke
abgestellt. Geeignete Titankatalysatoren schließen
sowohl die Titanchelate als auch die Titanate ein. Die Titanchelate
können beispielsweise aus 1,3-Propandioxytitan-bis-
(ethylacetoacetat), 1,3-Propandioxytitan-bis(acetylacetonat)
und Diisopropoxytitan-bis(acetylacetonat) ausgewählt sein.
Weitere Titanchelate sind in der US-PS 36 89 454 und der
US-Serial No. 889 598 vom 22. Juli 1986 beschrieben. Die Titanate
können aus Titannaphthenat, Tetrabutyltitanat, Tetra-
2-ethylhexyltitanat, Tetraphenyltitanat, Tetraoctadecyltitanat,
Ethyltriethanolamintitanat, etc., ausgewählt sein.
Außerdem können β-Dicarbonyltitan-Verbindungen, wie sie in
der US-PS 33 34 067 beschrieben sind, als Kondensationskatalysatoren
in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Die Menge des eingesetzten Kondensationskatalysators sollte
zumindest eine wirksame Menge sein, um die Aushärtung der RTV-
Zubereitung zu erleichtern. Im allgemeinen sollte der Titankondensationskatalysator
in einer Menge im Bereich von etwa 0,001
bis etwa 2,0 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des durch Silanol
in der Kette abgebrochenen Polydiorganosiloxans verwendet
werden.
In das mit Silanol oder Alkoxy in der Kette abgebrochene Organopolysiloxan
können verschiedene Füllstoffe und Pigmente
inkorporiert werden, wie beispielsweise Titandioxid, Zirkoniumsilicat,
Kieselerde-Aerogel, Eisenoxid, Diatomeenerde,
Fumed Silica, Ruß, gefällte Kieselerde, Glasfasern, Polyvinylchlorid,
gemahlener Quarz, Calciumcarbonat, etc. Die verwendeten
Füllstoffmengen können offensichtlich gemäß der beabsichtigten
Verwendung innerhalb weiter Grenzen variiert werden.
Beispielsweise können die härtbaren Zubereitungen der
vorliegenden Erfindung in manchen Dichtungsanwendungen frei
von Füllstoff eingesetzt werden. In anderen Anwendungen, wie
beispielsweise der Verwendung der härtbaren Zubereitungen zur
Herstellung von Bindungsmaterial auf einer Gewichtsbasis, können
bis zu 300 Teile oder mehr an Füllstoff auf 100 Teile Organopolysiloxan
eingesetzt werden. In derartigen Anwendungen
kann der Füllstoff aus einer Hauptmenge von Streckmaterialien
bestehen, wie beispielsweise gemahlener Quarz, Polyvinylchlorid,
oder Mischungen daraus, vorzugsweise mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße im Bereich von etwa 1 bis 10 µm
(1 bis 10 Mikron). Vorzugsweise jedoch liegt die Menge im Bereich
von etwa 5 bis etwa 300 Gewichtsteilen Füllstoff pro
100 Gewichtsteile Organopolysiloxan.
Die Zubereitungen der vorliegenden Erfindung können auch als
Bauisolierungsmittel und Dichtungsverbindungen verwendet werden.
Die exakte Menge an Füllstoff wird demzufolge von solchen
Faktoren, wie beispielsweise der Anwendung, für welche
die Organopolysiloxan-Zubereitung vorgesehen ist, dem Typ des
verwendeten Füllstoffs (d. h. der Dichte des Füllstoffs und
seiner Teilchengröße) abhängen. Bevorzugterweise wird ein anteiliger
Bereich von 10 bis 300 Teilen Füllstoff, der bis zu
etwa 35 Teile eines verstärkenden Füllstoffs, wie Fumed Silica-
Füllstoff, enthalten kann, auf 100 Teile mit Silanol in
der Kette abgebrochenem Organopolysiloxan verwendet.
Der bevorzugte Füllstoff, Fumed Silica oder gefällte Kieselerde,
kann behandelt oder unbehandelt sein. Behandelte Kieselerde-
Füllstoffe umfassen mit Hydrolysat behandelte Füllstoffe,
d. h. behandelt mit einer Mischung von cyclischen und in
der Kette mit Hydroxy abgebrochenen Silanolflüssigkeiten;
Füllstoffe, behandelt mit Silanflüssigkeiten, wie Trimethylsilyl;
und Füllstoffe, behandelt mit einem Silazan, d. h. Hexamethyldisilazan.
Die Behandlung des Füllstoffs beeinflußt die
Durchfeuchtung des Füllstoffs, die Verträglichkeit des Füllstoffs
und andere Eigenschaften, wie beispielsweise den Hydroxygruppen-
Gehalt des Füllstoffs.
Der Hydroxygruppen-Gehalt des Füllstoffs kann zu endständig abschließenden
Reaktionen führen, welche auf der Füllstoff-Oberfläche
als auch am Ende der Silanolkette stattfinden. Unbehandelte
Füllstoffe oder mit Hydrolysat behandelte Füllstoffe haben
relativ hohe Hydroxygruppen-Gehalte. Füllstoffe, die mit
Silanflüssigkeiten, beispielsweise mit Trimethylsilan oder mit
Silazanen, wie Hexamethyldisilazan, werden relativ niedrige
Hydroxygruppen-Gehalte aufweisen. Es wird bevorzugt, daß hier
Füllstoffe mit niedrigem Hydroxygehalt verwendet werden.
Hydroxy- oder Methanolfänger können in der vorliegenden Anmeldung
eingesetzt werden, um ihre Lagerbeständigkeit zu verlängern.
Diese Fänger sind in den US-PS 43 95 526 und 44 17 042
beschrieben.
Die nachstehend unter Bezug auf die Herstellung der RTV-Zubereitungen
der vorliegenden Erfindung verwendeten Ausdrücke
"feuchtigkeitsfreie Bedingungen" und "im wesentliche wasserfreie
Bedingungen" bedeuten das Mischen in einer trockenen
Dose oder in einem geschlossenen Behälter, der zur Entfernung
von Luft einem Vakuum ausgesetzt worden ist, welches anschließend
durch ein trockenes Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff,
ersetzt wird. Die Temperaturen können von etwa 0°C bis
etwa 180°C variieren, in Abhängigkeit von dem Mischungsgrad,
dem Typ und der Menge des Füllstoffs.
Das Verfahren zur Herstellung der RTV-Kautschuke erfordert,
daß das endständige Abschließen des in der Kette mit Silanol
abgebrochenen Polydiorganosiloxans vor dem Inkorporieren des
Titankondensationskatalysators durchgeführt wird. Offensichtlich
kann dies erfolgen durch
- (a) Mischen von
- (i) einem durch Silanol in der Kette abgebrochenen Polydiorganosiloxan,
- (ii) einem Mittel zum endständigen Abschließen der allgemeinen Formel R m Si(OR¹)₄-m in welcher der Index m einen Wert von 1 bis 2 aufweist und R und R¹ Hydrocarbyl-, Halogenhydrocarbonyl- und Cyano-niedrigalkyl-Reste mit bis zu etwa 12 Kohlenstoffatomen sind und
- (iii) einem endständig abschließenden Katalysator, ausgewählt aus Lewis-Säuren, Lowry-Brönsted-Säuren und Mischungen der Säuren mit Amin-Cokatalysatoren,
- (b) Umsetzen der erhaltenen Mischung und
- (c) weiteres Zumischen einer wirksamen Menge von zumindest einem Titankondensationskatalysators.
Die Mischstufe sollte unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen
durchgeführt werden. Es wird bevorzugt, daß irgendwelche
Füllstoffe, insbesondere Fumed Silica-Füllstoffe, zu Beginn
der Mischstufe, vor der Reaktionsstufe, zugesetzt werden.
Die Reaktionsstufe, d. h. die endständig abschließende
Stufe, kann mehrere Minuten oder sogar Stunden in Abhängigkeit
von der Temperatur, dem Mittel zum endständigen Abschließen
und dem verwendeten abschließenden Katalysator erfordern.
Die Temperatur der Reaktionsstufe, die gleichzeitig mit der
Mischstufe durchgeführt werden kann, sollte etwa 180°C nicht
übersteigen. Wo eine ausreichend schnelle endständig abschließende
Reaktion unterhalb 180°C nicht erreicht werden kann,
sollte der endständig abschließende Katalysator oder das Mittel
zum endständigen Abschließen zur Beschleunigung der Reaktion
variiert werden.
Im Anschluß an die Reaktionsstufe sollte der Titankondensationskatalysator
zugemischt werden. Wenn ein Viskositätsanstieg
im Anschluß an eine derartige Zumischung beobachtet
wird, dann ist das endständige Abschließen nicht ausreichend
durchgeführt worden. Dies kann ein Ergebnis davon sein, daß
nicht genug Mittel zum endständigen Abschließen verwendet wurden,
oder eine nicht ausreichende Reaktionszeit oder Bedingungen
zur Vervollständigung des endständigen Abschließens.
Es können auch andere Bestandteile zugegeben werden, einschließend
Härtungsbeschleuniger, Pigmente, feuerhemmende Mittel,
Fungizide, Weichmacher, und dergleichen. Diese RTV-Kautschuke
werden nach In-Berührung-bringen mit Feuchtigkeit härten
und sie müssen daher, um eine Härtung zu vermeiden, in
einem wasserfreien Zustand gehalten werden.
Die so hergestellten titankatalysierten, mit Alkoxy in der
Kette abgebrochenen Polydiorganosiloxan-RTV-Kautschuke weisen
eine verbesserte Härte, eine verbesserte Zugfestigkeit,
verbesserte Dehnung und verbesserte Anwendungsgeschwindigkeiten
auf. Solche RTV-Kautschuke finden Verwendung für Dichtungszwecke
im Haushalt und industrielle Verwendungen, wie
beispielsweise bei Gebäuden, Fabriken, bei der Ausrüstung von
Kraftfahrzeugen und in Anwendungen, wo eine Haftung zu Mauerwerk,
Glas, Kunststoff, Metall und Holz gefordert wird.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung
der Erfindung, sollen diese jedoch nicht beschränken. Alle
in den Beispielen angegebenen Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Durch Mischen von 100 Teilen von durch Silanol in der Kette
abgebrochenem Polysiloxan mit einer Viskosität von etwa 12
Pa.s (12 000 cP) bei 25°C und einem Gehalt von Phenyl an der
Kette von etwa 5 Molprozent, 25 Teilen eines mit Trimethylsilyl
behandelten Fumed Silica-Füllstoffs und 1,0 Teilen Titandioxid
als Pigment wurde eine Basis-Zubereitung hergestellt.
Zu 100 Teilen der Basis-Zubereitung von Beispiel 1 wurden 4,5
Teile einer Lösung von 3,0 Teilen Methyltrimethoxysilan und
1,5 Teilen Diisopropoxytitan-bis(ethylacetoacetat) zugegeben.
Die Katalyse war gekennzeichnet durch einen großen, jedoch
temporären Viskositätsanstieg, der das Mischen der Bestandteile
schwierig machte.
Der erhaltene RTV-Kautschuk wurde aufgebracht und gehärtet.
Messungen der physikalischen Eigenschaften wurden nach einer
Härtung von 7 Tagen bei 23,89°C (75°F) und 50% relativer
Feuchtigkeit durchgeführt, ausgenommen selbstverständlich
die Aufbringungsgeschwindigkeit, die bei 6,21 bar (90 psi)
durch eine 3,175 mm (⅛") Öffnung gemessen wurde. Die Ergebnisse
dieser Untersuchung sind in der Tabelle I angegeben.
Zu 100 Teilen der Basis-Zubereitung von Beispiel 1 wurden
5,0 Teile einer Lösung von 3,0 Teilen Methyltrimethoxysilan
und 2,0 Teilen Diisopropoxytitan-bis(ethylacetoacetat) zugegeben.
Die Katalyse war gekennzeichnet durch einen großen,
jedoch temporären Viskositätsanstieg, der das Mischen der Bestandteile
schwierig machte.
Die erhaltenen RTV-Kautschuke wurden aufgebracht und gehärtet,
wobei die physikalischen Eigenschaften wie im Vergleichsbeispiel
A bestimmt wurden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung
sind in der nachfolgenden Tabelle I niedergelegt.
Dieses Beispiel erläutert die vorliegende Erfindung. Zu 126
Teilen der Basis-Zubereitung von Beispiel 1 wurden 3,3 Teile
einer Lösung von 2,5 Teilen Methyltrimethoxysilan, 0,1 Teilen
Diethylamin und 0,05 Teilen Essigsäure zugegeben. Diese Zubereitung
wurde 20 Minuten lang auf 80° bis 100°C erhitzt. Anschließend
wurde annähernd 20 Minuten lang ein Vakuum angelegt
und die Mischung abgekühlt, wodurch man eine modifizierte
Basis-Zubereitung erhielt.
Zu 100 Teilen der modifizierten RTV-Basis wurden 4,5 Teile
einer Lösung, enthaltend 3,0 Teile Methyltrimethoxysilan und
1,5 Teile Diisopropoxytitan-bis(ethylacetoacetat), zugegeben.
Die Katalyse erfolgte glatt, ohne Viskositätsanstieg. Der erhaltene
RTV-Kautschuk wurde, wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben,
untersucht und die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle II niedergelegt.
Zu 100 Teilen der modifizierten Basis-Zubereitung von Beispiel
2 wurden 5,0 Teile einer Lösung von 3,0 Teilen Methyltrimethoxysilan
und 2,0 Teilen Diisopropoxytitan-bis(ethyl-
acetoacetat) zugegeben. Auch hier verlief die Katalyse glatt,
ohne Viskositätsanstieg. Dieser RTV-Kautschuk wurde, wie in
Vergleichsbeispiel A beschrieben, untersucht und die Ergebnisse
sind in der nachfolgenden Tabelle II niedergelegt.
Ein Viskositätsanstieg während der Katalyse wird gemäß der
vorliegenden Erfindung vermieden und es wird ein Material mit
höherer Aufbringungsgeschwindigkeit erhalten, welches im Vergleich
zu den RTV-Kautschuken der Vergleichsbeispiele zu einem
festeren Elastomeren aushärtet.
Zu 136 Teilen der modifizierten Basis von Beispiel 2 wurden
4,62 Teile einer Lösung von 4,2 Teilen Methyltrimethoxysilan
und 0,42 Teilen Dibutylzinndiacetat zugegeben. Nach dem Mischen
während eines Zeitraums von 10 Minuten gelierte der RTV-
Kautschuk in dem Rohr und konnte aus dem Rohr nicht extrudiert
werden. Dies steht in scharfem Gegensatz zu den Beispielen
2 und 3, bei denen ein Titankatalysator verwendet wurde.
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.
Claims (25)
1. Verfahren zur Herstellung von titankatalysierten, mit Alkoxy
in der Kette abgebrochenen RTV-Kautschuken mit überlegenen
Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß man
- (a) eine Mischung aus
- (i) 100 Gewichtsteilen eines mit Silanol in der Kette abgebrochenen Polydiorganosiloxans,
- (ii) zumindest einem Mol pro Mol Silanolgruppe in (a) (i) eines Mittels zum endständigen Abschließen der allgemeinen Formel R m Si(OR¹)₄-m in welcher der Index m einen Wert von 0 bis 2 aufweist und R und R¹ Hydrocarbyl-, Halogenhydrocarbyl- und Cyano-niedrigalkyl-Reste mit bis zu etwa 12 Kohlenstoffatomen sind und
- (iii) einer wirksamen Menge eines endständig abschließenden Katalysators, ausgewählt aus Lewis-Säuren, Lowry-Brönsted-Säuren und Mischungen dieser Säuren mit Amin-Cokatalysatoren,
umsetzt und ferner noch
- (b) eine wirksame Menge von zumindest einem Titankondensationskatalysator
zumischt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischung der reagierenden
Stufe ferner noch von etwa 5 bis etwa 70 Gewichtsteile behandelten
Kieselerde-Füllstoff enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kieselerde-Füllstoff mit
Mitteln, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydrolysat,
Silanflüssigkeiten und Silazan, behandelt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zum endständigen Abschließen
aus der Gruppe bestehend aus
CH₃Si(OCH₃)₃
CH₃SI(OCH₂CH₃)₃
(CH₃)₂Si(OCH₃)₂
Si(OCH₃)₄
CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Si(OCH₃)₃
CF₃CH₂Si(OCH₃)₃
NCCH₂CH₂Si(OCH₃)₃
(CH₃)Si(OCH₂CH₂CH₂CH₃)₃ausgewählt ist.
CH₃SI(OCH₂CH₃)₃
(CH₃)₂Si(OCH₃)₂
Si(OCH₃)₄
CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Si(OCH₃)₃
CF₃CH₂Si(OCH₃)₃
NCCH₂CH₂Si(OCH₃)₃
(CH₃)Si(OCH₂CH₂CH₂CH₃)₃ausgewählt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zum endständigen Abschließen
CH₃Si(OCH₃)₃ ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lewis-Säuren und die Lowry-
Brönsted-Säuren aus der Gruppe bestehend aus organischen Säuren
ausgewählt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die organischen Säuren aus der
Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure,
Palmitinsäure und Maleinsäure ausgewählt sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die organische Säure Essigsäure
ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Amin-Cokatalysator zugegen
ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Cokatalysator aus der Gruppe bestehend
aus Diethylamin, (Me₂N)₂C=N-C₃H₆Si(OMe)₃, N,N-Dimethyl-
ethylendiamin, H₂NC₃H₆Si(OEt)₃, Piperidin, N-Hexylamin, Tributylamin,
Dibutylamin und Cyclohexylamin ausgewählt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Cokatalysator Diethylamin ist.
12. Ein im wesentlichen wasserfreier RTV-Kautschuk, dadurch
gekennzeichnet, daß er
- (a) das Reaktionsprodukt einer Mischung, enthaltend
- (i) 100 Gewichtsteile eines mit Silanol in der Kette abgebrochenen Polydiorganosiloxans,
- (ii) zumindest einem Mol pro Mol Silanolgruppe in (a) (i) eines Mittels zum endständigen Abschließen der allgemeinen Formel R m Si(OR¹)₄-m in welcher der Index m einen Wert von 0 bis 2 aufweist und R und R¹ Hydrocarbyl-, Halogenhydrocarbyl- und Cyano-niedrigalkyl-Reste mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen sind, und
- (iii) einer wirksamen Menge eines endständig abschließenden Katalysators, ausgewählt aus Lewis-Säuren, Lowry-Brönsted-Säuren und Mischungen dieser Säuren mit Amin-Cokatalysatoren und
- (b) eine wirksame Menge von zumindest einem Titankondensationskatalysator
enthält.
13. Zubereitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reaktionsprodukt ferner
noch etwa 5 bis etwa 70 Gewichtsteile behandelten Kieselerde-
Füllstoff enthält.
14. Zubereitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kieselerde-Füllstoff mit
Mitteln behandelt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Hydrolysat, Silanflüssigkeiten und Silazan.
15. Zubereitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zum endständigen Abschließen
aus der Gruppe bestehend aus
CH₃Si(OCH₃)₃
CH₃SI(OCH₂CH₃)₃
(CH₃)₂Si(OCH₃)₂
Si(OCH₃)₄
CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Si(OCH₃)₃
CF₃CH₂Si(OCH₃)₃
NCCH₂CH₂Si(OCH₃)₃
(CH₃)Si(OCH₂CH₂CH₂CH₃)₃ausgewählt ist
CH₃SI(OCH₂CH₃)₃
(CH₃)₂Si(OCH₃)₂
Si(OCH₃)₄
CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂Si(OCH₃)₃
CF₃CH₂Si(OCH₃)₃
NCCH₂CH₂Si(OCH₃)₃
(CH₃)Si(OCH₂CH₂CH₂CH₃)₃ausgewählt ist
16. Zubereitung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zum endständigen Abschließen
CH₃Si(OCH₃)₃ ist.
17. Zubereitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lewis-Säuren und die Lowry-
Brönsted-Säuren aus der Gruppe bestehend aus organischen Säuren
ausgewählt sind.
18. Zubereitung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die organischen Säuren aus der
Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure,
Palmitinsäure und Maleinsäure ausgewählt sind.
19. Zubereitung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die organische Säure Essigsäure
ist.
20. Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Amin-Cokatalysator zugegen
ist.
21. Zubereitung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß der Amin-Cokatalysator aus der
Gruppe bestehend aus Diethylamin, (Me₂N)₂C=N-C₃H₆Si(OMe)₃,
H₂NC₃H₆Si(OEt)₃, Piperidin, N,N-Dimethylethylendiamin, N-Hexylamin,
Tributylamin, Dibutylamin und Cyclohexylamin ausgewählt
ist.
22. Zubereitung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß der Cokatalysator Diethylamin
ist.
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