DE868975C - Process for the production of siloxane resins by hydrolysis and condensation of silane mixtures - Google Patents
Process for the production of siloxane resins by hydrolysis and condensation of silane mixturesInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Siloxanharzen durch Hydrolyse und Kondensation von Silanmischungen Gegenstand der Erfindung ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach Patent 853 35I.Process for the production of siloxane resins by hydrolysis and condensation of silane mixtures The invention relates to a further advantageous embodiment the method according to patent 853 35I.
Nach diesem älteren Verfahren wird eine Mischung von Silanen der allgemeinen Formeln C H3 Si --- , C, H6 Si --- und C, H5 C H3 Si = , bei denen die restlichen Valenzen durch Halogen oder Alkoxygruppen abgesättigt sind, zu Siloxanharzen hydrolysiert und kondensiert, wobei in der Ausgangsmischung io bis 40 Molprozent Methylsilane, mindestens g, aber weniger als 25 Molprozent Phenylsilane und q.o bis 7o Molprozent Methylphenylsilane enthalten sind.According to this older process, a mixture of silanes is common Formulas C H3 Si ---, C, H6 Si --- and C, H5 C H3 Si =, where the remaining Valences are saturated by halogen or alkoxy groups, hydrolyzed to siloxane resins and condensed, with io to 40 mol percent methylsilanes in the starting mixture, at least g, but less than 25 mole percent phenylsilanes and q.o to 70 mole percent Methylphenylsilanes are included.
Es wurde gefunden, daB man in Abänderung dieses Verfahrens zu wertvollen Siloxanharzen kommen kann, die in all den Fällen verwendet werden können, in denen bisher bekannte Siloxanharze eingesetzt wurden.It has been found that modifying this procedure is too valuable Siloxane resins can come, which can be used in all the cases in which previously known siloxane resins were used.
Siloxanharze sind hydrophob und haben eine hohe Dielektrizitätskonstante. Diese Eigenschaften in Verbindung mit ihrer im Vergleich zu anderen organischen Verbindungen hohen Beständigkeit gegen Zersetzung beim Erhitzen bedingen die Verwendbarkeit dieser Gruppe von Harzen für die verschiedensten Zwecke. Während diese Eigenschaften allen' Siloxanharzen gemeinsam sind, unterscheiden sich die übrigen Eigenschaften dieser Harze ganz erheblich, je nach den vorhandenen Siloxanpolymerbestandteilen und ihren Mengenverhältnissen. Für bestimmte " Verwendungszwecke sind häufig besondere Eigenschaften erwünscht.Siloxane resins are hydrophobic and have a high dielectric constant. These properties in conjunction with their compared to other organic Compounds with high resistance to decomposition when heated require usability this Group of resins for various purposes. While these properties are common to all siloxane resins, they differ the other properties of these resins are quite considerable, depending on the siloxane polymer constituents present and their proportions. For certain "uses are often special Properties desired.
Harze, die Methyl- oder Phenylsiloxaneinheiten mit verschiedenem Substitutionsgrad aufweisen, sind bekannt. Für die technische Verwendung sind sie -vielfach wenig geeignet. Auch die Herstellung eines Harzes durch Kuppeln von Methyl- und Phenyl-Grignard-Reagenzien mit Siliciumtetrachlorid und Hydrolyse des Kupplungsproduktes ist bereits-bekannt. Die in dem Kupplungsprodukt enthaltenen zu hydrolysierenden Siliciumverbindnngen können dabei nichtsubstituiertes Siliciumtetrachlorid sowie auch die beiden Monoorgano-, die drei Diorgano- und die vier Triorgano-Silicium-Verbindungen umfassen. Dieses Harz ist auch für die technische Verwendung ungeeignet.Resins containing methyl or phenylsiloxane units with different degrees of substitution are known. They are often not enough for technical use suitable. Also the production of a resin by coupling methyl and phenyl Grignard reagents with silicon tetrachloride and hydrolysis of the coupling product is already known. The silicon compounds to be hydrolyzed contained in the coupling product unsubstituted silicon tetrachloride as well as the two monoorgano-, comprise the three diorgano and the four triorgano silicon compounds. This Resin is also unsuitable for technical use.
Für viele Verwendungszwecke ist es nun erwünscht, daIJ bei der Polymerisation von Siloxanharzen @, die Verdickung des Harzes in der letzten Stufe der Verdickung nur langsam verläuft, da bei einer zu schnellen Polymerisation leicht die Gefahr besteht, daß sich unlösliche Gele bilden, deren technische Verwendung in vielen Fällen unmöglich ist.For many purposes it is now desirable that during the polymerization of siloxane resins @, the thickening of the resin in the last stage of thickening proceeds only slowly, since the risk of polymerization is too rapid insoluble gels are formed, their technical use in many Cases is impossible.
Es ist nun-festgestellt worden, daß die Geschwindigkeit der Polymerisation in den letzten Stufen des Eindickens bei Methyl-, Phenyl- und Methylphenylsiloxan-Mischpolymerisaten von dem prozentualen Anteil dieser Gruppen im Siloxanmischpolymerisat abhängig ist.It has now been found that the rate of polymerization in the last stages of thickening with methyl, phenyl and methylphenylsiloxane copolymers depends on the percentage of these groups in the siloxane copolymer.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung von solchen verbesserten Siloxanharzen, deren Lösungen an der Luft zu Feststoffen trocknen und deren Herstellung im verdickten Zustand jederzeit reproduziert werden kann. Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung von Siloxanharzen solcher Beschaffenheit, daß die physikalischen Eigenschaften der teilpolymerisierten Harze bei der Herstellung im großen vorausbestimmt werden können, wobei die Siloxanharze Monomethylsiloxanmischpolymerisatgruppen in solcher Zusammensetzung enthalten, daß die Harze technisch ohne erhebliche Verluste an Monomethylsiliciumderivaten hergestellt werden können.The invention now aims to provide improved ones Siloxane resins, the solutions of which dry in the air to form solids and their production can be reproduced at any time in the thickened state. The invention also aims the creation of siloxane resins of such a nature that the physical properties of the partially polymerized resins are largely predetermined during manufacture can, the siloxane resins monomethylsiloxane copolymer groups in such Composition that the resins contain technically without significant losses of monomethylsilicon derivatives can be produced.
Bei den Siloxänen gemäß der Erfindung bestehen praktisch alle Strukturgruppen hauptsächlich aus den folgenden Einheiten: CH@Si01," C,H,SiOi,s, CH,C,H,SiO, wobei die Methylsiloxangruppen 15 bis q.o Molprozent, die Phenylsiloxangruppen zwischen 25 und 55 Molprozent und die Methylphenylsiloxangruppen zwischen 30 und 50 Mölprozent ausmachen. Die Siliciumatome der verschiedenen Siloxangruppen sind über Sauerstoffatome miteinander verbunden, wobei Sauerstoff- und Siliciumatome miteinander abwechseln. Obwohl die meisten Sauerstoffatome der Gruppen an a Siliciumatome gebunden sind, bildet doch ein Teil der Sauerstoffatome aktive Stellen für eine weitere Polymerisation und ist in Form von restlichen Hydroxyl-, Alkoxy- und ähnlichen Resten vorhanden. Wenn die Siloxane aus Halogeniden hergestellt sind, können sie auch Spuren von Halogenen enthalten. Eine geringe Menge dieser Elemente ist in allen Siloxanen zugegen, bis die Polymerisation vollständig beendigt ist.In the siloxanes according to the invention, practically all structural groups consist mainly of the following units: CH @ Si01, "C, H, SiOi, s, CH, C, H, SiO, the methylsiloxane groups 15 to qo mol percent, the phenylsiloxane groups between 25 and 55 mol percent and the methylphenylsiloxane groups make up between 30 and 50 mol percent. The silicon atoms of the various siloxane groups are connected to one another via oxygen atoms, with oxygen and silicon atoms alternating with one another. Although most of the oxygen atoms in the groups are bonded to silicon atoms, some of the oxygen atoms form active Sites for further polymerization and is present in the form of residual hydroxyl, alkoxy, and the like. When the siloxanes are made from halides they may also contain traces of halogens. A small amount of these elements are present in all siloxanes until the Polymerization is completely finished.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind .die Siloxane weitgehend teilkondensiert, jedoch nicht so weitgehend polymerisiert, daß sie benzolunlöslich sind. _ Die Siloxane gemäß der Erfindung können durch Hydrolysieren eines Gemisches leicht hydrolysierbarer Organosilanderivate gewonnen werden. Das zu hydrolysierende Gemisch enthält Monomethylsilan-, Monophenylsüan- und Methylphenylsilanderivate, bei welchen die Restvalenzen der Siliciumatome mit hydrolysierbaren Gruppen, wie Äthoxygruppen und Chlor, verkettet sind. Für die industrielle Herstellung werden die Chlorderivate bevorzugt, da ihre Anwendung am billigsten ist.In a preferred embodiment of the invention, the siloxanes largely partially condensed, but not polymerized to such an extent that they are insoluble in benzene are. _ The siloxanes according to the invention can by hydrolyzing a mixture easily hydrolyzable organosilane derivatives are obtained. The one to be hydrolyzed Mixture contains monomethylsilane, monophenylsilane and methylphenylsilane derivatives, in which the residual valences of the silicon atoms with hydrolyzable groups, such as Ethoxy groups and chlorine, are concatenated. Be for industrial manufacture the chlorine derivatives are preferred because they are cheapest to use.
Die zu hydrolysierende Mischung soll außer Monomethyjsilan-, Monophenylsilan- und Methylphenylsilanderivaten praktisch keine sonstigen hydrolysierbaren Siliciumverbindungen enthalten. Die restlichen Valenzen des Siliciums dieser Derivate können mit den bekannten, leicht hydrolysierbaren Resten bzw. Elementen, wie Alkoxy-, Aroxy-, Aminoresten und Halogenen, abgesättigt sein. Die Organosiliciumderivate können nach irgendeinem bekannten Verfahren gewonnen werden, z. B. indem man Methyl-und Phenyl-Grignard-Reagenzien gleichzeitig mit Silicium in Form von Tetrachlorsilan oder Äthylorthosilicat kuppelt. Durch Reinigen des rohen Reaktionsgemisches werden die drei gewünschten Silanderivate in handelsmäßig reiner Form erhalten, also praktisch frei von den anderen im Reaktionsprodukt enthaltenen hydrolysierbaren Siliciumverbindungen, wie Siliciumtetrachlorid oder Äthylorthosilicat. Man kann auch die Methyl- und Phenyl-Grignard-Reagenzien getrennt mit Siliciumtetrachlorid umsetzen, um dann nach der Reinigung Monomethyl- und Monophenyltrichlorsilan zu gewinnen. Das Methylphenyldichlorsilan kann dadurch erhalten werden, daß man mittels eines Phenyl-Grignard-Reagens in das Methyltrichlorsilan eine Phenylgruppe, oder mittels eines Methyl-Grignard-Reagens eine Methylgruppe in das Phenyltrichlorsilan einführt.In addition to monomethylsilane, monophenylsilane, the mixture to be hydrolyzed and methylphenylsilane derivatives practically no other hydrolyzable silicon compounds contain. The remaining valences of the silicon of these derivatives can with the known, easily hydrolyzable radicals or elements, such as alkoxy, aroxy, amino radicals and halogens, be saturated. The organosilicon derivatives can be according to any one of known methods can be obtained, e.g. B. by using methyl and phenyl Grignard reagents simultaneously couples with silicon in the form of tetrachlorosilane or ethyl orthosilicate. Purification of the crude reaction mixture produces the three desired silane derivatives obtained in commercially pure form, i.e. practically free from the others in the reaction product contained hydrolyzable silicon compounds, such as silicon tetrachloride or Ethyl orthosilicate. One can also separate the methyl and phenyl Grignard reagents react with silicon tetrachloride, then after cleaning monomethyl- and monophenyltrichlorosilane to win. The methylphenyldichlorosilane can be obtained by a phenyl group into the methyltrichlorosilane using a phenyl Grignard reagent, or a methyl group into the phenyltrichlorosilane using a methyl Grignard reagent introduces.
Die Hydrolyse kann durch Umsetzen der Organosilane mit Wasser erfolgen. Dabei soll die Temperatur niedrig genug sein, so daß bei dem angewandten Druck das Methylsilanderivat nicht zu schnell verdampft. Wenn die Hydrolyse zu langsam verläuft, kann sie durch Zugabe eines Katalysators beschleunigt werden. Zweckmäßig enthält das Reaktionsgemisch ein organisches Lösungsmittel, wie Toluol, um das entstehende Hydrolysierungsprodukt aufzunehmen. Wenn es auch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus zweckmäßig ist, die Silane in Mischung zu hydrolysieren, lassen sich doch brauchbare Ergebnisse auch dadurch erzielen, daß man die einzelnen Silane getrennt hydrolysiert und die Hydrolysierungsprodukte in dem erforderlichen Verhältnis miteinander mischt, ehe eine weitgehende Polymerisation der einzelnen Stoffe stattgefunden hat.The hydrolysis can be carried out by reacting the organosilanes with water. The temperature should be low enough so that the pressure applied Methylsilane derivative does not evaporate too quickly. If the hydrolysis is too slow, it can be accelerated by adding a catalyst. Appropriately contains the reaction mixture an organic solvent, such as toluene, to the resulting Take up hydrolysis product. Even if it is from an economic point of view it is advisable to hydrolyze the silanes as a mixture, but can still be used Achieve results also by hydrolyzing the individual silanes separately and mixes the hydrolysis products with one another in the required ratio, before extensive polymerization of the individual substances has taken place.
Wenn die zu hydrolysierenden Silane Chlorsilane sind oder solche enthalten, so bildet sich bei der Hydrolyse Chlorwasserstoff. Dieser kann in der wäßrigen Phase ganz oder teilweise in Lösung verbleiben, und zwar je nach der Temperatur, dem Druck und der vorhandenen Wassermenge. Für die Herstellung von Harzen aus Organochlorsilanen sind Zusammensetzungen von über 40 Molprozent Monomethylsiloxan unerwünscht, da sonst bei der Hydrolyse aus den Monomethylbestandteilen Gele entstehen. Diese sind unerwünscht und verursachen außerdem die Bildung von Emulsionen während des späteren Auswaschens des Chlorwasserstoffs.If the silanes to be hydrolyzed are or contain chlorosilanes, this is how the Hydrolysis of hydrogen chloride. This can be in the aqueous phase remain wholly or partially in solution, depending on the Temperature, pressure and the amount of water present. For the manufacture of resins from organochlorosilanes are compositions of over 40 mole percent monomethylsiloxane undesirable, since otherwise gels will be formed from the monomethyl constituents during hydrolysis. These are undesirable and also cause emulsions to form during the later washing out of the hydrogen chloride.
Enthalten die Silane Alkoxygruppen, so entsteht bei der Hydrolyse Alkohol, der ebenfalls in der wäßrigen Phase verbleiben kann. Bei Verwendung von Alkoxysilanen ist es sogar zweckmäßig, dem Hydrolysierungsmittel einen Alkohol als Lösungsmittel für die Silane zuzusetzen. Die wäßrige Schicht kann nach der Hydrolyse von dem gebildeten 01 getrennt werden oder aber auch bis nach der Polymerisation in der Mischung verbleiben.If the silanes contain alkoxy groups, the hydrolysis produces alcohol, which can also remain in the aqueous phase. When using alkoxysilanes, it is even expedient to add an alcohol to the hydrolyzing agent as a solvent for the silanes. The aqueous layer may be separated or remain after the polymerization in the mixture also until after the hydrolysis of the formed 01.
Im Verlauf der Hydrolyse tritt im allgemeinen bereits eine Teilpolymerisation des Hydrolysierungsproduktes ein. Dieses teilweise polymerisierte Material kann durch weitere Teilkondensation bzw. Polymerisation, die beim Erwärmen erfolgt, eingedickt werden und so die gewünschte Viskosität erhalten, die die Aushärtezeit verkürzt. Bei höherem Gehalt an Methylphenylsiloxangruppen sind im allgemeinen höhere Temperaturen bzw. längere Behandlungszeiten erforderlich, um denselben Grad der Verdickung herbeizuführen, als bei geringerem Anteil. Während des Viskositätsanstiegs kann man das Lösungsmittel sich verflüchtigen lassen. Es kann aber auch das Lösungsmittel vor dem Eindicken durch Erwärmen unter Vakuum abgedampft werden, so daß das Lösungsmittel verdampft wird, ehe die Temperatur hoch genug ist, um einen wesentlichen Viskositätsanstieg herbeizuführen.Partial polymerization generally already occurs in the course of the hydrolysis of the hydrolysis product. This partially polymerized material can thickened by further partial condensation or polymerization, which takes place on heating and thus obtain the desired viscosity, which shortens the curing time. If the content of methylphenylsiloxane groups is higher, the temperatures are generally higher or longer treatment times are required to bring about the same degree of thickening, than with a lower proportion. The solvent can be used as the viscosity rises let themselves evaporate. But it can also be the solvent before thickening by heating under vacuum so that the solvent evaporates before the temperature is high enough to cause a substantial increase in viscosity bring about.
Bei dem Eindicken findet eine Polymerisation oder Kondensation unter
Wasseraustritt statt. Bei den erfindungsgemäßen Mengenverhältnissen nimmt die Viskosität
während des gesamten Verlaufs des Eindickens nur ganz allmählich zu, also auch während
der letzten Polymerisationsstufen, bevor die Masse ein unlösliches Gel bildet. Beispiel
i Ein gleiche Molprozente Methyl-, Phenyl- und Methylphenylsiloxangruppen enthaltendes
Harz wird wie folgt hergestellt Ein Gemisch der folgenden Zusammensetzung:
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE949605C (en) * | 1952-10-22 | 1956-09-20 | Dow Corning | Process for the preparation of copolymeric organopolysiloxane resins containing methyl and phenyl radicals |
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DE972529C (en) * | 1946-03-26 | 1959-08-06 | Rhone Poulenc Sa | Process for the production of storage-stable, heat-curable methyl or ethyl silicones |
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1950
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