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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines die Silalkylensiloxaneinheit
enthaltenden Organosiliciumpolymers, das keiner Depolymerisation
unterliegt und in hohen Ausbeuten erhältlich ist.
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Da die Silalkylensiloxaneinheit enthaltende
Organosiliciumpolymere der folgenden allgemeinen Formel:
worin bedeuten:
R eine
einwertige Kohlenwasserstoffgruppe und
a eine positive ganze
Zahl;
gegenüber
einer Spaltung der Molekülkette
durch ionische Substanzen (beispielsweise Säuren, Alkali usw.) weniger
empfänglich
sind, werden gegenwärtig
Untersuchungen durchgeführt,
ob sie in verschiedenen Spezialanwendungen einsetzbar sind. Die
ringöffnende
Polymerisation cyclischer Silalkylensiloxane ist zur Synthese der
Silalkylensiloxaneinheiten enthaltenden Organosiliciumpolymere bekannt.
Den Stand der Technik bilden die japanischen Patentveröffentlichungen
4-65428 und 4-65429 sowie Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskaya,
Nr. 4, 739–744,
April 1971.
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Die in den obigen Publikationen gelehrten
Verfahren erfordern die einleitende Synthese eines cyclischen Silalkylensiloxans,
wie von 2,2,6,6-Tetramekhyl-1-oxa-2,6-disilacyclohexan, Diese cyclischen
Silalkylensiloxane lassen sich jedoch ziemlich schwierig synthetisieren.
Wie in dem Artikel in Izvestiya Akademii Nauk SSSR berichtet, tritt
darüber
hinaus eine teilweise Depolymerisation des Polysilalkylensiloxans
auf die zu einer merklichen Verringerung der Ausbeute des Organosiliciumpolymers
führt.
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Die EP-A-0 539 065 beschreibt ein
Verfahren zur Herstellung eines Organosiloxancopolymers durch Umsetzen
eines a,Ω-Triens,
beispielsweise von 1,5,9-Dcatrien, und eines Dihydroorganosiloxans,
beispielsweise von 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, in Gegenwart eines
Platinkatalysators. Die Ausbeute des erhaltenen Organosiloxancopolymers
beträgt
im Mittel lediglich etwa 90%.
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Aus Methoden der Organischen Chemie: "Organosilicium-Verbindungen", Band XIII/5, 20,11.1980, Thieme,
Stuttgart, Deutschland, S. 328–329,
ist die Copolymerisation von Methylphenylsilan mit HC≡C-(CH2)3-C≡CH
in Gegenwart von Hexachloroplatin(IV)-säure und darüber hinaus die Polymerisation
von Ethyl-(4-methylphenyl)-[propin-(2)yl]-silan bekannt.
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Die vorliegende Erfindung führt ein
Verfahren zur Herstellung eines Silalkylensiloxaneinheiten enthaltenden
Organosiliciumpolymers, das keiner Depolymerisation unterliegt und
in hohen Ausbeuten erhalten werden kann, ein.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung eines Organosiliciumpolymers der
folgenden allgemeinen Formel:
worin R
1 für eine einwertige
C
1-C
10-Kohlenwasserstoffgruppe
ohne aliphatische ungesättigte
Bindung steht, R
2 eine C
2-Alkylengruppe
bedeutet, R
3 ein Wasserstoffatom, eine Vinylgruppe
oder eine Hydroxylgruppe darstellt, m eine ganze Zahl mit einem
Wert von 0 oder mehr ist und n eine positive ganze Zahl ist. Unser
Verfahren ist durch die, Durchführung
einer Additionspolymerisationsstufe zwischen
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(A) einem Diorganosiloxan der folgenden
allgemeinen Formel:
worin R1 für eine einwertige
C
1-C
10-Kohlenwasserstoffgruppe
ohne aliphatische ungesättigte
Bindung steht und m eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 oder größer ist,
und
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(B) Acetylen in Gegenwart von (C}
einem eine Hydrosilylierungsreaktion katalysierenden Katalysatc gekennzeichnet.
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Das Diorganosiloxan (A) führt in das
Organosiliciumpolymer die Diorganosiloxaneinheit ein und besitzt die
folgende allgemeine Formel:
R
1 steht
für eine
einwertige C
1-C
10-Kohlenwasserstoffgruppe
ohne aliphatische ungesättigte
Bindung. Beispiele für
R1 sind Alkylgruppen, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl,
Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl und Decyl, Arylgruppen, wie Phenyl,
Tolyl und Xylyl, sowie Aralkylgruppen, wie Benzyl und Phenethyl.
Methyl und Phenyl sind für
R1 bevorzugt. Der tiefgestellte Index m in der Formel bedeutet eine
ganze Zahl mit einem Wert von 0 oder mehr. Die das Diorganosiloxan
umfassende Komponente (A) kann aus einem Gemisch von Diorganosiloxanen mit
mehreren Werten für
m bestehen. Die Komponente (A) nimmt die Form eines 1,1,3,3-Tetraorganodisiloxans
an, wenn sie lediglich aus einem Diorganosiloxan mit m = 0 besteht.
Obwohl die Obergrenze von m keinen speziellen Einschränkungen
unterliegt, macht die Verwendung eines Diorganosiloxans mit m > 100 die Abtrennung
der nicht umgesetzten Komponente (A) von dem Organosiliciumpolymerprodukt
sehr schwierig. Aus diesem Grund ist m vorzugsweise eine ganze Zahl
im Bereich von 0 bis 100.
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Beispiele für die Komponente (A) sind die
folgenden Diorganosiloxane und daraus erhaltene Gemische. Im folgenden
bezeichnet C6H5 einen
Phenylrest und CH3 einen Methylrest.
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Die Komponente (B) ist Acetylen.
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Bezüglich der Zugabemenge der Komponente
(B) in unserem erfindungsgemäßen Verfahren
gibt es keine speziellen Einschränkungen.
Das Molverhältnis
Komponente (A)/Komponente (B) liegt jedoch vorzugsweise in einem
Bereich von 0,5/1,0 bis 1,5/1,0. Zur Herstellung eines Organosiliciumpolymers
mit einem relativ hohen Molekulargewicht beträgt das Molverhältnis Komponente
(A)/Komponente (B) vorzugsweise 1/1.
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Der eine Hydrosilylierungsreaktion
katalysierende Katalysator (C) beschleunigt die Additionsreaktion zwischen
den siliciumgebundenen Wasserstoffatomen in der Komponente (A) und
den aliphatisch ungesättigten
Kohlenstoff-Kohlenstoff Bindungen in der Komponente (B) in unserem
Verfahren. Er katalysiert hierdurch die Synthese des Organosiliciumpolymers
durch Beschleunigen der Additionspolymerisation. Bezüglich der Komponente
(C) gibt es keine speziellen Einschränkungen. Beispiele hierfür sind Platinkatalysatoren,
Rhodiurnkatalysatoren, Palladiumkatalysatoren und Organoperoxide.
Platinkatalysatoren sind aufgrund ihrer Fähigkeit zur Beschleunigung
der Additionspolymerisation bevorzugt. Bevorzugte Platinkatalysatoren
sind Platinschwarz, auf Siliciumdioxidmikropulver aufgetragenes
Platin, auf Kohlepulver aufgetragenes Platin, Chloroplatin(IV)-säure, Alkohollösungen von
Chlorplatin(IV)-säure,
Platin-Vinylsiloxan-Komplexe und Platin-Olefin-Komplexe. Die Zugabe
der Komponente (C) in dem erfindungsgemäßen Verfahren unterliegt keinen
speziellen Einschränkungen,
solange eine katalytische Menge zugesetzt wird. Die bevorzugte Zugabemenge
der Komponente (C) liegt in einem Bereich von 0,1 bis 500 Gew.-Teilen (ausgedrückt als
Platinmetall) pro 1.000.000 Gew.-Teile der Gesamtheit aus Komponente
(A) und Komponente (B).
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Das charakteristische Merkmal unseres
Herstellungsverfahrens ist die Durchführung einer Additionspolymerisation
zwischen den Komponenten (A) und (B) in Gegenwart der Komponente
(C). Die Abfolge der Zugabe der Komponenten (A), (B) und (C) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht kritisch. Beispielsweise kann die Komponente
(B) stufenweise in ein gerührtes
und erwärmtes
Gemisch aus den Komponenten (A) und (C) eingetragen werden. Die
Komponente (A) kann stufenweise in ein gerührtes und erwärmtes Gemisch
der Komponenten (B) und (C) eingetragen werden. Die Komponente (C)
kann stufenweise in ein gerührtes
und erwärmtes
Gemisch der Komponenten (A) und (B) eingetragen werden. Das Gemisch
der Komponenten (A), (B) und (C) kann verrührt und erwärmt werden. Oder, wenn die
Komponente (B) aus einem Gas besteht, kann die gasförmige Komponente
(B) in ein Gemisch der Komponenten (A) und (C) eingeleitet werden.
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Erfindungsgemäß kann ein organisches Lösungsmittel
verwendet werden, sofern das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht
beeinträchtigt
wird. Die Verwendung eines organischen Lösungsmittels ermöglicht die Synthese
von Organosiliciumpolymeren mit höheren Molekulargewichten. Beispiele
für organische
Lösungsmittel
sind aromatische Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie Toluol und
Xylol, aliphatische Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie Hexan, Heptan,
Octan und Nonan, alicyclische Kohlenwasserstoff Lösungsmittel,
wie Cyclohexan, Cycloheptan und Cyclooctan, sowie fluorhaltige aromatische
Kohlenwasserstofflösungsmittel,
wie Trifluormethylbenzol, 1,3-Bis(trifluormethyl)benzol und Methylpentafluorbenzol.
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Die Herstellungsbedingungen unterliegen
in ihrem Umfang erfindungsgemäß keinen
speziellen Einschränkungen.
Wenn die Additionspolymerisation bei Umgebungsdruck durchgeführt wird,
kann die Reaktionstemperatur in einem Bereich von Raumtemperatur
bis zum Siedepunkt der Komponente (A) oder (B) oder bis zum Siedepunkt
eines beliebigen verwendeten organischen Lösungsmittels liegen. Die Additionspolymerisation
kann ferner unter Druck durchgeführt
werden, wenn die Siedepunkte der Komponenten (A) und (B) und des
(optionalen) organischen Lösungsmittels
relativ niedrig sind.
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Das wie oben hergestellte Organosiliciumpolymer
besitzt die folgende allgemeine Formel:
worin R für einwertige C
1-C
10-Kohlenwasserstoffgruppen ohne aliphatische
ungesättigte
Bindung gemäß den obigen
Ausführungen
steht. R2 in der obigen Formel ist Ethylen. R
3 in
der obigen Formel bezeichnet ein Wasserstoffatom, eine Hydroxylgruppe
oder eine Vinyulgruppe.
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Wenn die Komponente (A), bezogen
auf die Komponente (B), im Überschuß zugesetzt
wird, werden an den Molekülkettenenden
des erhaltenen erfindungsgemäßen Organosiliciumpolymers
siliciumgebundene Wasserstoffatome vorhanden sein. Die Zugabe der
Komponente (B) im Überschuß, bezogen
auf die Komponente (A), führt
zu Vinylgruppen an den Molekülkettenenden
des erhaltenen Organosiliciumpolymers. Wenn eine optionale Komponente
(D), die aktiven Wasserstoff enthält, wie Wasser und Alkohole,
in unser Reaktionssystem eingebracht wird, sind an den Molekülkettenenden
des erhaltenen Organosiliciumpolymers Hydroxylgruppen vorhanden.
Der tiefgestellte Index m in der obigen Formel bezeichnet den Polymerisationsgrad
der Diorganosiloxaneinheit, wobei m für eine ganze Zahl mit einem
Wert von 0 oder mehr steht. Der tiefgestellte Index n in der obigen
Formel bezeichnet den Polymerisationsgrad der Silalkylensiloxaneinheit,
wobei n für
eine positive ganze Zahl steht. Das durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
hergestellte Organosiliciumpolymer ist ein Polysilalkylensiloxan,
wenn m = 0 ist. Wenn m = 1 ist, liefert das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
ein Silalkylensiloxan-Diorganosiloxan-Copolymer.
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Die wie oben beschrieben hergestellten
Organosiliciumpolymere sind bei Raumtemperatur viskose Flüssigkeiten
und besitzen niedrige Oberflächenspannungen.
Darüber
hinaus sind die Molekülketten
dieser Organosiliciumpolymere gegenüber einer Spaltung durch ionische
Substanzen wie Säuren,
Alkali usw. beständig.
Diese Eigenschaften ermöglichen
die Verwendung der vorliegenden Organosiliciumpolymere als Öl, beispielsweise
als Grundlagenöl
für Schmierstoffe,
Antischaummittel und Fette. Diese Eigenschaften unterstützen auch
die Verwendung der Polymere als Basispolymer in durch Organoperoxid
härtbaren
Siliconkautschukzusammensetzungen, durch Additionsreaktion härtbaren
Siliconkautschukzusammensetzungen und durch Kondensationsreaktion
härtbaren
Siliconkautschukzusammensetzungen. Des weiteren können diese
Organosiliciumpolymere als Ausgangsmaterial zur Herstellung von
mit einer organofunktionellen Gruppe endblockierten Organosiliciumpolymeren
auf der Basis einer Additionsreaktion derselben mit organofunktionalisierten
Alkenen (wenn an den Molekülkettenenden
der Organosiliciumpolymere siliciumgebundene Wasserstoffatome vorhanden
sind) oder mit organofunktionalisierten Hydrogensilanen (wenn an
den Molekülkettenenden
der Organosiliciumpolymere Alkenylgruppen vorhanden sind) verwendet
werden. Die Hydroxylgruppen an ihren Molekülkettenenden tragenden Organosiliciumpolymere
können
als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines mit organofunktionellen
Gruppen endblockierten Organosiliciumpolymers durch Umsetzung derselben
mit einem organofunktionalisierten Halogensilan oder Silazan verwendet
werden.
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Beispiele
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
eines Organosiliciumpolymers wird im folgenden detaillierter anhand
von Arbeitsbeispielen erklärt.
Die in den Beispielen angegebenen Viskositätswerte wurden bei 25°C gemessen.
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Beispiel 1
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(fällt nicht unter den Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung)
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Ein Reaktor wurde mit 26,8 g (0,2
mol) 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, 16,1 g (0,196 mol) 1,5-Hexadien und 60 g
Toluol beladen. Dieses Gemisch wurde im Reaktor bis zur Homogenität verrührt, wor auf
1 g 0,5%igen, auf Kohlepulver aufgetragenen Platins zugegeben wurde.
Das Reaktionssystem wurde langsam erwärmt und anschließend 1 h
bei 112°C
unter Rückfluß erwärmt. Das
Reaktionssystem wurde anschließend
abgekühlt,
worauf das Pt/Kohlepulver durch Dekantieren entfernt wurde. Das
Lösungsmittel
wurde aus der Lösung
abdestilliert. Dabei wurde eine viskose Flüssigkeit erhalten. Durch
1H-HMR-spektroskopische Analyse und IR-spektroskopische
Analyse wurde bestätigt,
daß es
sich bei der viskosen Flüssigkeit
um ein Polysilhexylendimethylsiloxan der folgenden Formel handelte
worin x für eine ganze Zahl mit einem
Wert von ≥ 1
steht.
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Durch Analyse mittels Gelpermeationschromatographie
(GPC), geeicht mit Polydimethylsiloxan, wurde bestätigt, daß dieses
Polysilhexylendimethylsiloxan ein massegemitteltes Molekulargewicht
von 8000 aufwies. Aus der Peakfläche
wurde bestimmt, daß die
Polysilhexylendimethylsiloxanausbeute 94% betrug.
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Beispiel 2
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(fällt nicht unter den Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung)
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Die folgenden Bestandteile wurden
in einen Reaktor eingetragen und unter Verrühren langsam auf 50°C erwärmt: 26
g (0,194 mol) 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, 50 g Toluol und 1 g
0,5%igen auf Kohlepulver aufgetragenen Platins. Ein Gemisch aus
16,4 g (0,2 mol) 1,5-Hexadien und 15 g Toluol wurde langsam bei 50–90°C in das
System eingetropft. Das System wurde anschließend 1 h bei 112°C unter Rückfluß erwärmt. Danach
wurde das Reaktionssystem abgekühlt,
worauf das Pt/Kohlepulver-Gemisch durch Dekantieren entfernt wurde.
Das Lösungsmittel
wurde aus der Toluollösung
abdestilliert. Dabei wurde eine viskose Flüssigkeit erhalten. Durch
1H-NMR- und IR-Analyse wurde bestätigt, daß es sich
bei der viskosen Flüssigkeit
um ein Polysilhexylendimethylsiloxan der folgenden Formel handelte:
worin x für eine ganze Zahl mit einem
Wert ≥ 1
steht.
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Durch GPC-Analyse, geeicht mit Polydimethylsiloxan,
würde bestimmt,
daß dieses
Polysilhexylendimethylsiloxan ein massegemitteltes Molekulargewicht
von 7000 besaß.
Aus der Peakfläche
wurde bestimmt, daß die
Polysilhexylendimethylsiloxanausbeute 95% betrug.
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Beispiel 3
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Die folgenden Bestandteile wurden
in einen Reaktor eingetragen und unter Rühren bis zur Homogenität auf 50°C erwärmt: 26,4
g (0,2 mol) 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, 50 g 1,3-Bis(trifluormethyl)benzol
und ausreichend 10%ige Chlorplatin(N)-Säurelösung in Isopropanol, um 60
ppm Platinmetall im System bereitzustellen. Anschließend wurde
3 h gasförmiges
Acetylen in das System unter Verrühren eingeleitet. Während dieser
Zeitdauer entwickelte das System Wärme, wobei 100°C erreicht
wurden. Ferner wurde eine Erhöhung
der Viskosität
des Systems beobachtet. Anschließend wurde das 1,3-Bis(trifluormethyl)benzol
abdestilliert, wobei eine viskose Flüssigkeit erhalten wurde. Durch
1H-NMR- und IR-Analyse wurde bestätigt, daß es sich
bei dieser viskosen Flüssigkeit
um ein Polysilethylendimethylsiloxan der folgenden Formel handelte:
worin x für eine ganze Zahl mit einem
Wert ≥ 1
steht.
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Durch GPC-Analyse, geeicht mit Polydimethylsiloxan,
wurde bestimmt, daß dieses
Polysilethylendimethylsiloxan ein massegemitteltes Molekulargewicht
von 5000 besaß.
Aus der Peakfläche
wurde bestimmt, daß die
Polysilethylendimethylsiloxanausbeute 93% betrug.
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Beispiel 4
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(fällt nicht unter den Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung)
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Die folgenden Bestandteile wurden
in einen Reaktor eingetragen und unter Verrühren langsam auf 50°C erwärmt: 32,7
g (0,2 mol) eines definierten Diorganosiloxangemisches der folgenden
durchschnittlichen Formel:
50 g Toluol und 1 g auf Kohlepulver
aufgetragenen Platins. Ein Gemisch aus 16,4 g (0,2 mol) 1,5-Hexadien und
15 g Toluol wurde bei 50–90°C langsam
in das System eingetropft. Anschließend wurde das System 1 h bei
112°C unter
Rückfluß erwärmt. Danach
wurde das Reaktionssystem abgekühlt,
worauf das Pt/Kohlepulver-Gemisch durch Dekantieren entfernt wurde.
Das Toluol wurde aus der Lösung
abdestilliert, wobei eine viskose Flüssigkeit erhalten wurde. Durch
1H-NMR- und IR-Analyse wurde bestätigt, daß es sich bei dieser viskosen
Flüssigkeit
um ein Silhexylensiloxan-Dimethylsiloxan-Copolymergemisch der folgenden
durchschnittlichen Formel handelte:
worin x für eine ganze Zahl mit einem
Wert von ≥ 1
steht.
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Durch GPC-Analyse, geeicht mit Polydimethylsiloxan,
wurde bestimmt, daß dieses
Silhexylensiloxan-Dimethylsiloxan-Copolymergemisch ein massegemitteltes
Molekulargewicht von 10.000 aufwies. Aus der Peakfläche wurde
bestimmt, daß die
Silhexylensiloxan-Dimethylsiloxan-Copolymergemisch-Ausbeute 95% betrug.