FR3000070A1 - Procede de preparation de polyorganosiloxanes fonctionnalises - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de préparation d'un polyorganosiloxane fonctionnalisé comprenant une étape d'hydrosilylation d'un composé hydrogénosilane chloré (A) avec un composé insaturé (B) comprenant au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne, ladite hydrosilylation étant catalysée par un photocatalyseur choisi parmi les polyoxométallates, pour obtenir un composé silane chloré fonctionnalisé (C), puis une étape d'hydrolyse et de condensation d'une composition comprenant au moins un composé silane chloré fonctionnalisé (C) pour obtenir au moins un oligomère (D) linéaire ou cyclique, et enfin une étape de polymérisation d'une composition comprenant au moins un oligomère (D) de façon à obtenir une composition comprenant un polyorganosiloxane (E).
Description
Procédé de préparation de polyorganosiloxanes fonctionnalisés DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des silicones, et plus précisément la préparation de silicones fonctionnalisées. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On désigne couramment par le terme « silicone » les polymères de type polysiloxane qui comprennent plusieurs motifs unitaires reliés les uns aux autres en formant des chaînes Si- O-Si (silicium-oxygène-silicium). Dans un polysiloxane, chaque atome de silicium peut être relié à 1, 2, 3 ou 4 atome(s) d'oxygène, et la valence de l'atome de silicium peut être complétée par des substituants organiques. On parle alors couramment de polyorganosiloxanes.
Classiquement, les polyorganosiloxanes sont produits en deux temps. Tout d'abord, on transforme par hydrolyse et condensation des organohalosilanes en oligo-organosiloxanes de structure linéaire ou cyclique. Les procédés techniques faisant intervenir la réaction d'hydrolyse et de condensation des organohalosilanes fonctionnent classiquement en continu et sont éprouvés d'un point de vue industriel. Cela est décrit par exemple dans les documents de brevet EP 0 876 419 et EP 0 998 519. Ces oligomères peuvent ensuite être polymérisés de manière à allonger la chaîne polymère, et éventuellement être réticulés, pour former des polyorganosiloxanes. Les procédés de préparation de polyorganosiloxanes par polymérisation d'oligo-siloxanes cycliques et linéaires sont également largement utilisés dans l'industrie, notamment selon le procédé de polymérisation dit « par ouverture de cycle » (« Ring-Openinig Polymerization » ou ROP selon la terminologie anglo- saxonne). Les polyorganosiloxanes les plus couramment préparés sont ceux dont les substituants organiques sont des groupes méthyles. Toutefois, on souhaite également disposer de polyorganosiloxanes possédant d'autres types de substituants. La présence de substituants organiques de nature diverse, comprenant par exemple des fonctions chimiques d'intérêt, a une influence sur les propriétés chimiques et physiques d'un polyorganosiloxane. Il est par exemple bien connu de fonctionnaliser un polyorganosiloxane avec des fonctions vinyles, pour conférer à ce composé des propriétés réactives. Des méthodes de préparation de polyorganosiloxanes possédant, en plus de radicaux saturés ou aromatiques, des radicaux insaturés tels que allyliques ou vinyliques, ont été décrites dans la littérature depuis longtemps. Le brevet français FR 927 641 décrit des méthodes d'obtention de polyorganosiloxanes linéaires possédant des groupes vinyles répartis statistiquement en milieu de chaîne. Le brevet français FR 1 132 048 quant à lui décrit une méthode d'obtention de polyorganosiloxanes linéaires possédant des groupes vinyles en bout de chaîne. Enfin, le brevet français FR 1 561 922 décrit une méthode d'obtention d'autres types de polyorganosiloxanes linéaires possédant des groupes vinyles répartis en milieu de chaîne. Toutes ces méthodes utilisent comme produit de départ des composés vinylchlorosilanes. De tels composés peuvent eux-mêmes être classiquement préparés par hydrosilylation de composés hydrogénochlorosilanes par catalyse (voir par exemple le brevet français FR 1 390 999). Une des difficultés rencontrées dans le procédé de préparation de tels polyorganosiloxanes fonctionnalisés est de parvenir à la fonctionnalisation souhaitée de façon contrôlée et avec de bons rendements. En effet, certaines fonctions peuvent nécessiter l'utilisation de réactifs qui interagissent avec le polyorganosiloxane non fonctionnalisé de manière non souhaitée en générant des sous-produits. Le taux de fonctionnalisation et la position de ces fonctions peuvent être difficilement contrôlables. Pour ces raisons, le choix de la nature des fonctions d'intérêt pouvant être greffées sur le polyorganosiloxane et de la position de ces fonctions peut être limité et la fonctionnalisation de polyorganosiloxanes avec certaines fonctions peut être difficile, voire impossible.
C'est dans ce contexte que les inventeurs ont cherché à mettre au point un procédé de synthèse de polyorganosiloxanes fonctionnalisés différent de ceux existants, et résolvant au moins l'un des problèmes des procédés de l'art antérieur. Les chercheurs se sont donc donnés pour objectif de proposer un procédé de production de polyorganosiloxanes fonctionnalisés dont le taux de fonctionnalisation et la position des fonctions sont contrôlés avec une très grande variété de fonctions accessibles.
De plus, on souhaite que le procédé de production de polyorganosiloxane fonctionnalisé ne comprenne pas d'étape nécessitant l'utilisation de catalyseur coûteux, d'approvisionnement difficile, difficile à manipuler et/ou toxique.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Ces objectifs ont été atteints par la présente invention, qui a pour objet un procédé de préparation d'un polyorganosiloxane fonctionnalisé comprenant les étapes suivantes : a) une étape d'hydrosilylation d'un composé hydrogénosilane chloré (A) de formule générale (I) : ZaHClbSi (I) dans laquelle - Z représente un radical monovalent différent d'un atome d'hydrogène et d'un atome de chlore, et - a et b sont des nombres entiers, a valant 0, 1 ou 2, b valant 1, 2 ou 3 et a+b = 3; avec un composé insaturé (B) comprenant au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne, de formule générale (II) ou (III) : R1 R2 C=C 3 \4 R R-1 CC-R2 dans lesquelles R2, R3 et R4 représentent un radical monovalent ; ladite hydrosilylation étant catalysée par un photocatalyseur choisi parmi les polyoxométallates, pour obtenir un composé silane chloré fonctionnalisé (C) de formule générale (IV) : ZaClbYSi (IV) dans laquelle - Z, a et b sont les mêmes que ceux de la formule générale (I) - Y est un groupe fonctionnel de formule générale (V) ou (VI) : Ri R2 I / -C-CH 1 3 - 4 1 R R (v) -CR=CHR2 (VI), OÙ Rl, R2, R3 et R4 ont les significations précédentes ; b) une étape d'hydrolyse et de condensation d'une composition comprenant au moins un composé silane chloré fonctionnalisé (C) de formule générale (IV) obtenu à l'issue de l'étape (a) pour obtenir au moins un oligomère (D) linéaire ou cyclique comprenant au moins deux motifs de formule (VII) : ZaYSi0((3-a)/2) (VII) dans laquelle - Z et a sont les mêmes que dans la formule générale (I) - Y est le même que dans la formule générale (IV) ; et c) une étape de polymérisation d'une composition comprenant au moins un oligomère (D) obtenu à l'issue de l'étape (b) de façon à obtenir une composition comprenant un polyorganosiloxane (E) comprenant au moins ledit motif (VII). Le procédé de préparation de polyorganosiloxanes fonctionnalisés selon la présente invention comprend donc une première étape dans laquelle les composés hydrogénosilanes chlorés sont fonctionnalisés par une ou plusieurs fonctions d'intérêt par hydrosilylation. Ces composés hydrogénosilanes chlorés fonctionnalisés servent ensuite de précurseurs pour les monomères des polyorganosiloxanes fonctionnalisés.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Il est précisé que, dans toute cette description, l'expression « compris(e) entre ... et ... » doit s'entendre comme incluant les bornes citées. La présente invention a donc pour objet un procédé de préparation de polyorganosiloxanes fonctionnalisés comprenant une étape (a) d'hydrosilylation, une étape (b) d'hydrolyse et de condensation et une étape (c) de polymérisation. Lors d'une réaction d'hydrosilylation, un composé comprenant au moins une insaturation réagit avec un composé comprenant au moins un atome d'hydrogène lié à un atome de silicium. Cette réaction peut par exemple être décrite par l'équation réactionnelle (1) dans le cas d'une insaturation de type alcène : -Si-H C=C I / (1) -Si-C-CH I I \ ou par l'équation réactionnelle (2) dans le cas d'une insaturation de type alcyne : -Si-H -I- -Si-C=CH (2) I I I L'hydrosilylation permet donc de lier des siloxanes, et notamment des silicones, comprenant des motifs Si-H, avec des composés présentant au moins une instauration de type alcène ou alcyne, par exemple des silicones comprenant des motifs Si-vinyle.
Dans le procédé de la présente invention, la réaction d'hydrosilylation est photocatalysée par un polyoxométallate, couramment appelé POM. L'utilisation de POM en tant que catalyseur a déjà été décrite dans la littérature. La publication de D. Tzirakis et al. « Decatungstate as en efficient photocatalys in organic chemistry » (Chemical Society Reviews, 2009, 38, 2609-2621) décrit en particulier les propriétés photochimiques des POM, et notamment du décatungstate, et leur utilisation comme photocatalyseur. Cette publication décrit l'utilisation de décatungstate pour la création de liaisons carbone-carbone par rupture homolytique de liaisons carbone-hydrogène, pour l'oxydation en présence d'oxygène et pour la dégradation de polluants organiques. Plus récemment, les chercheurs Jacques Lalevée, Nicolas Blanchard, Mohamad-Ali Tehfe et Jean Pierre Fouassier ont décrit pour la première fois dans une publication intitulée « Decatungstate (Wi00324-)/Silane: a New and Promising Radical Source Under Soft Light Irradiation » (Macromolecular Rapid Communications, 2011, 32, 838-843) que le décatungstate pouvait être utilisé comme photocatalyseur pour former des radicaux silyl à partir de silanes. La photopolymérisation d'époxydes a été présentée comme une utilisation concrète de cette propriété. Toutefois, aucune application en hydrosilylation n'a été envisagée. Les POM sont des agrégats (ou « cluster » selon la terminologie anglo-saxonne) anioniques, constitués d'au moins 3 oxoanions de métal de transition qui partagent leurs atomes d'oxygène, et formant ensemble un réseau tridimensionnel structuré. Les POM peuvent être décrits par la formule générale [X,M,Ot]' dans laquelle X représente un atome d'hydrogène ou un atome choisi parmi B, Al, Si, P, S, Ga, Ge, As, Ce et Sb; M représente un métal de transition ; 0 représente l'atome d'oxygène ; r représente un nombre entier pouvant valoir 0, 1 ou 2; s représente un nombre entier pouvant valoir de 3 à 20; t représente un nombre entier pouvant valoir de 6 à 62 ; et p représente un nombre entier supérieur ou égal à 1, de préférence pouvant valoir de 1 à 10. Cette formule générale comprend également les formes hydratées des agrégats anioniques, bien que celles-ci ne soient pas représentées explicitement.
Dans cette formule générale, tous les atomes représentés par M, et éventuellement tous les atomes représentés par X si le symbole r vaut 2, peuvent être identiques ou différents. Un POM contient donc des métaux de transition M. Le métal de transition du POM peut être choisi parmi les éléments des groupes 4, 5, 6 et 7 de la classification périodique, de préférence parmi les éléments des groupes 5 et 6. Le métal de transition peut être choisi de façon préférée dans le groupe constitué par le vanadium (V), le niobium (Nb), le tantale (Ta), le chrome (Cr), le molybdène (Mo) et le tungstène (W), de façon plus préférée dans le groupe constitué par le vanadium (V), le niobium (Nb), le tantale (Ta), le molybdène (Mo) et le tungstène (W), de façon encore plus préférée dans le groupe constitué par le vanadium (V), le molybdène (Mo) et le tungstène (W). Dans le cas où le POM est à base de vanadium, on peut parler de polyoxovanadate. Dans le cas où le POM est à base de molybdène, on peut parler de polyoxomolybdate. Dans cas où le POM est à base de tungstène, on peut parler de polyoxotungstate. Le POM mis en oeuvre dans la présente invention peut être un polyoxovanadate, un polyoxomolybdate, un polyoxotungstate, ou leurs mélanges, et tout particulièrement un polyoxotungstate. Les polyoxotungstates sont par exemple décrits dans l'ouvrage de référence « Advanced Inorganic Chemistry. : a comprehensive text » de Cotton et Wilkinson. Le métal de transition dans le POM est généralement dans un état d'oxydation élevé, de préférence V ou VI. Selon un mode de réalisation, le POM peut être constitué uniquement d'atomes de métal de transition et d'oxygène, ce qui correspond au fait que le symbole r vaut zéro dans le formule générale [XiMs0e. Dans ce mode de réalisation, la formule générale du POM est alors [MO]', dans laquelle M, 0, s, t et p ont les significations décrites ci-dessus. Ce type de POM peut être désigné par le terme « isopolyanion ». Toutefois, il est possible dans un autre mode de réalisation que le POM comprenne également un ou plusieurs hétéroatomes, ce qui correspond au fait que le symbole r est différent de zéro dans le formule générale [X,M,Ot]'. X est choisi de préférence dans le groupe constitué par le phosphore (P) et le silicium (Si). Ce type de POM peut être désigné par le terme « hétéropolyanion ». Les valeurs des symboles r, s, t et p sont telles que les règles de valence des différents atomes sont respectées de manière à obtenir un agrégat anionique.
Le POM mis en oeuvre dans la présente invention peut être choisi dans le groupe constitué par [W10032]4, [Mo6019]2-, [V10028]6 [PW12040]3 [PM012040]3 [SiW10040]4- et leurs mélanges. De façon préférée, le POM mis en oeuvre dans la présente invention est choisi parmi les POM ne contenant pas de phosphore. De façon tout particulièrement préférée, le POM mis en oeuvre dans la présente invention est [W10032]4-, couramment appelé « décatungstate ». Les POM étant des composés ioniques, ils peuvent se présenter sous forme de sel. Le ou les contre-ions peuvent être choisis dans le groupe constitué par le proton (H+), par les ions alcalins, notamment Na, K+ et Lit, par les cations halogènes, notamment l'iodonium, et par les cations ammoniums, sulfoniums, phosphoniums, ferroceniums et carbocations.
Le photocatalyseur mis en oeuvre dans l'étape (a) du procédé objet de l'invention peut être un sel de décatungstate. Il s'agit de façon très préférée de décatungstate de tétrabutylammonium (TBADT), de formule (n-Bu4N+)4 [W10032]4-. Les POM peuvent être synthétisés selon les procédés décrits dans l'art antérieur. Par exemple, la synthèse du TBADT a été décrite dans la publication de Protti et al. (Chem.
Commun., 2009, 7351-7353) et dans la publication de Chemseddine et al. (Inorg. Chem., 1984, 23, 2609). Cette synthèse peut être effectuée à partir de tungstate de sodium et de bromure de tétrabutylammonium en milieu acide. Les POM en général, et le décatungstate en particulier, sont avantageux à cause de leurs propriétés photochimiques. Ils peuvent en effet être excités dans des conditions d'irradiation très douce, en UV proche voire en lumière visible. Ce photocatalyseur absorbe la lumière dans des longueurs d'onde comprises entre environ 300 nm et environ 420 nm. Le maximum d'absorption dans l'acétonitrile du décatungstate est centré sur environ 324 nm. L'absorption de ce composé dans le visible est significative : le coefficient d'extinction molaire à 400 nm (c400 nm) vaut environ 400 L.mol-i.cm-1 et le coefficient d'extinction molaire à 390 nm (c390 nm) vaut environ 500 L.mol-i.cm-1. Il est donc possible de l'exciter dans cette gamme de longueurs d'onde. Le photocatalyseur ainsi excité est alors capable de réaliser une abstraction d'hydrogène sur un composé siloxane ayant un atome d'hydrogène lié à un atome de silicium. L'utilisation de POM comme photocatalyseur pour la réaction d'hydrosilylation de l'étape (a) du procédé selon l'invention est particulièrement avantageuse. Les réactions d'hydrosilylation sont classiquement réalisées par catalyse, et le catalyseur approprié pour cette réaction est typiquement un catalyseur au platine, tel que par exemple l'acide chloroplatinique hexahydrate ou le catalyseur de Karstedt qui est constitué de complexes de platine avec du divinyltétraméthyldisiloxane comme ligand (voir par exemple dans le brevet US 3 775 452). Toutefois, l'utilisation de catalyseur au platine est problématique. Il est en effet préférable d'éviter l'emploi du platine à l'échelle industrielle car il s'agit d'un métal cher, en voie de raréfaction et dont le coût fluctue énormément. L'utilisation d'autres catalyseurs a été proposée par le passé, par exemple l'utilisation de rhodium ou d'iridium. Toutefois, ces métaux sont tout aussi rares que le platine, et leur utilisation ne résout pas les problèmes mentionnés.
L'utilisation de POM est dans ce contexte une alternative à la réaction d'hydrosilylation catalysée par du platine. Dans le procédé selon l'invention, l'étape (a) utilise un catalyseur avantageusement peu coûteux, d'approvisionnement facile, facile à manipuler et/ou peu ou pas toxique. En outre, les rendements d'hydrosilylation obtenus avec ce catalyseur alternatif sont élevés.
De plus, le catalyseur POM n'étant actif que lorsqu'il est irradié, il est facile d'arrêter la réaction d'hydrosilylation en arrêtant l'irradiation. Ceci représente un avantage par rapport aux catalyseurs utilisés dans l'art antérieur avec lesquels il est difficile de contrôler ou d'arrêter la réaction lorsque celle-ci a été amorcée. Un des avantages de la présente invention réside donc dans le fait que le déroulé de la réaction est contrôlable. La réaction d'hydrosilylation est ainsi plus sûre d'un point du vue risque industriel. L'hydrosilylation de l'étape (a) est réalisée entre un composé hydrogénosilane chloré (A) et un composé insaturé (B). Dans la présente invention, le composé hydrogénosilane chloré (A) a pour formule générale la formule générale (I) : ZaHClbSi (I) dans laquelle - Z représente un radical monovalent différent d'un atome d'hydrogène et d'un atome de chlore, et - a et b sont des nombres entiers, a valant 0, 1 ou 2, b valant 1, 2 ou 3 et a+b =3.
Il est entendu dans la formule (I) ci-dessus que si plusieurs groupes Z sont présents, ils peuvent être identiques ou différents les uns des autres. Z peut représenter n'importe quel radical monovalent différent d'un atome d'hydrogène et d'un atome de chlore, dans la mesure où il ne contient pas de fonction chimique réactive pouvant gêner, voire empêcher la réaction d'hydrosilylation. De préférence, Z est choisi dans le groupe constitué par un groupe alkyle ayant 1 à 8 atomes de carbone, éventuellement substitué par au moins un atome d'halogène, et un groupe aryle. Plus préférentiellement, Z est choisi dans le groupe constitué par méthyle, éthyle, propyle, 3,3,3-trifluoropropyle, xylyle, tolyle et phényle. Encore plus préférentiellement, Z représente un groupe méthyle.
Dans la formule (I), le symbole a peut préférentiellement valoir 1 ou 2. Dans un mode de réalisation préféré, le composé hydrogénosilane chloré (A) est choisi parmi les composés de formule générale (Ta), (lb) ou (Ic) : CH3HC12Si (Ta) (CH3)2HC1Si (lb) HC13 Si (Ic) L'étape (a) du procédé selon l'invention peut donc consister en une étape d'hydrosilylation d'un composé hydrogénosilane chloré (Aa) de formule générale (Ta) : CH3HC12Si (Ta), avec un composé insaturé (B) comprenant au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne, de formule générale (II) ou (III) : R1 R2 C=C \ 1 2 (II) R- CC-R (III) dans lesquelles Rl, R2, R3 et R4 représentent un radical monovalent ; pour obtenir un composé silane chloré fonctionnalisé (Ca) de formule générale (IVa) : CH3YC12Si (IVa), dans la quelle Y est un groupe fonctionnel de formule générale (V) ou (VI) : 1 R R2 I / -C-CF1 3 - 4 1 2 R (V) -CR=CHR , (VI), OÙ Rl, R2, R3 et R4 ont les significations précédentes. Alternativement, l'étape (a) du procédé selon l'invention peut consister en une étape d'hydrosilylation d'un composé hydrogénosilane chloré (Ab) de formule générale (lb): (CH3)2HC1Si (lb), avec un composé insaturé (B) comprenant au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne, de formule générale (II) ou (III) : R1 R2 C=C R3 \R4 (II) R-1 CC-R2 dans lesquelles Rl, R2, R3 et R4 représentent un radical monovalent ; pour obtenir un composé silane chloré fonctionnalisé (Cb) de formule générale (IVb) : (CH3)2YC1Si (IVb), dans la quelle Y est un groupe fonctionnel de formule générale (V) ou (VI) : R1 R2 I / -C-CH 1 3 - 4 1 R R (v) -CR=CHR2 (VI), OÙ Rl, R2, R3 et R4 ont les significations précédentes.
Dans la présente invention, le composé insaturé (B) comprenant au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne, a pour formule générale la formule générale (II) ou la formule générale (III) : R1 R2 C=C \ 1 2 (II) R-CC-R dans lesquelles Rl, R2, R3 et R4 représentent un radical monovalent.
Un « composé insaturé » selon l'invention est un composé chimique comprenant au moins une insaturation ne faisant pas partie d'un cycle aromatique. Le composé insaturé (B) comprend au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne. Tout composé comprenant au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne peut être utilisé dans le procédé selon l'invention, dans la mesure où il ne contient pas de fonction chimique réactive pouvant gêner, voire empêcher la réaction d'hydrosilylation.
Selon un mode de réalisation, le composé insaturé (B) comprend une ou plusieurs fonctions alcène et de 2 à 40 atomes de carbone. Il peut comprendre en outre 1 à 3 hétéroatomes choisis parmi N, 0, F, Cl, Br et I. Lorsque le composé insaturé (B) comprend plusieurs fonctions alcènes, celles-ci peuvent être conjuguées ou pas.
Selon un autre mode de réalisation, le composé insaturé (B) comprend une ou plusieurs fonctions alcynes et de 2 à 40 atomes de carbone. Il peut comprendre en outre 1 à 3 hétéroatomes choisis parmi N, 0, F, Cl, Br et I. Lorsque le composé insaturé (B) comprend plusieurs fonctions alcynes, celles-ci peuvent être conjuguées ou pas. Le composé insaturé (B) peut également être choisi parmi les composés comprenant plusieurs fonctions alcènes et/ou alcynes, de préférence deux ou trois fonctions alcènes et/ou alcynes. Toutefois, les composés insaturés (B) ne comprenant qu'une seule fonction choisie parmi une fonction alcène et une fonction alcyne, sont préférés. Rl, R2, R3 et R4 peuvent être choisis, indépendamment les uns des autres, dans le groupe constitué par un atome d'hydrogène, un atome d'halogène choisi parmi le fluor, le chlore, le brome et l'iode, un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe aryle, un groupe hétéroaryle, un groupe hétérocycloalkyle, un groupe alcoxy, un groupe aryloxy, un groupe cycloalcoxy, un groupe alkylsilyl, un groupe alcoxysilyl, un groupe acide carboxylique, un groupe esters alkylique, un groupe urée, un groupe amide, un groupe sulfonamide, un groupe imides, un groupe cyano, un groupe aldéhyde, un groupe alcool, un groupe thiol, un groupe amine, un groupe imine, un groupe sulfure, un groupe sulfoxyde, un groupe sulfone ou un groupe azide ; ces groupes pouvant être eux-mêmes substitués sur leur(s) partie(s) alkyle(s) et/ou cycloalkyle(s) et/ou aryle(s) par un ou plusieurs groupes alkyles en Cl à C8, éventuellement halogénés, par un ou plusieurs groupes alcoxy en Cl à C8, éventuellement halogénés, par un ou plusieurs groupes aryles, éventuellement halogénés, par un ou plusieurs groupes cycloalkyles, éventuellement halogénés, par un ou plusieurs groupes hétéroaryles, éventuellement halogénés, par un ou plusieurs groupes hétérocycloalkyles, par un ou plusieurs atomes d'halogène, par un ou plusieurs groupes acides carboxyliques, par un ou plusieurs groupes esters, par un ou plusieurs groupes éthers, par un ou plusieurs groupes urées, par un ou plusieurs groupes amides, par un ou plusieurs groupes sulfonamides, par un ou plusieurs groupes imides, par un ou plusieurs groupes cyano, par un ou plusieurs groupes aldéhydes, par une ou plusieurs fonctions cétones, par un ou plusieurs groupes alcools, par un ou plusieurs groupes thiols, par un ou plusieurs groupes amines, par un ou plusieurs groupes imines, par un ou plusieurs groupes sulfures, par un ou plusieurs groupes sulfoxydes, par un ou plusieurs groupes sulfones, et/ou par un ou plusieurs groupes azides ; ou bien au moins deux groupes choisis parmi R2, R3 et R4 forment ensemble avec les atomes de carbone auxquels ils sont liés un ou plusieurs groupes cycloalkyles, hétérocycloalkyles, aryles ou hétéroaryles, ces groupes, cycloalkyles, hétérocycloalkyles, aryles et hétéroaryles pouvant être substitués par un ou plusieurs groupes alkyles en Cl à C8, éventuellement halogénés, par un ou plusieurs groupes alcoxy en Cl à C8, éventuellement halogénés, par un ou plusieurs groupes aryle, éventuellement halogéné, par un ou plusieurs atomes d'halogène, par un ou plusieurs groupes acides carboxyliques, par un ou plusieurs groupes esters, par un ou plusieurs groupes éthers, par un ou plusieurs groupes urées, par un ou plusieurs groupes amides, par un ou plusieurs groupes sulfonamides, par un ou plusieurs groupes imides, par un ou plusieurs groupes cyano, par un ou plusieurs groupes aldéhydes, par une ou plusieurs fonctions cétones, par un ou plusieurs groupes alcools, par un ou plusieurs groupes thiols, par un ou plusieurs groupes amines, par un ou plusieurs groupes imines, par un ou plusieurs groupes sulfures, par un ou plusieurs groupes sulfoxydes, par un ou plusieurs groupes sulfones, et/ou par un ou plusieurs groupes azides ; les groupes restants étant tels que définis précédemment.
Par « alkyle », on entend selon l'invention une chaîne hydrocarbonée saturée, linéaire ou ramifiée contenant de 1 à 20 atomes de carbone, de préférence de 1 à 8 atomes de carbone. Un groupe alkyle peut être choisi dans le groupe constitué par méthyle, éthyle, isopropyle, n-propyle, tert-butyle, isobutyle, n-butyle, n-pentyle, isoamyle et 1,1-diméthylpropyle. Par « cycloalkyle », on entend selon l'invention un groupe hydrocarboné saturé monocyclique ou polycyclique, de préférence monocyclique ou bicyclique, contenant de 3 à 20 atomes de carbone, de préférence de 5 à 8 atomes de carbone. Lorsque le groupe cycloalkyle est polycyclique, les multiples noyaux cycliques peuvent être rattachés les uns aux autres par une liaison covalente et/ou par un atome spinanique et/ou être condensés les uns aux autres. Un groupe cycloalkyle peut être choisi dans le groupe constitué par le cyclopropyle, le cyclobutyle, le cyclopentyle, le cyclohexyle, le cycloheptyle, le cyclooctyle, l'adamantane et le norborane.
Par « aryle », on entend selon l'invention un groupe hydrocarboné aromatique contenant de 5 à 18 atomes de carbone, monocyclique ou polycyclique. Un groupe aryle peut être choisi dans le groupe constitué par phényle, naphtyle, anthracényle et phénanthryle. Par « atome d'halogène », on entend selon l'invention un atome choisi dans le groupe constitué par le fluor, le chlore, le brome et l'iode. Par « hétéroaryle », on entend selon l'invention un groupe aryle, c'est-à-dire un groupe hydrocarboné aromatique contenant de 5 à 18 atomes de carbone, monocyclique ou polycyclique, dans lequel au moins un atome de carbone a été substitué par un hétéroatome choisi parmi 0, N, S et P. Un groupe hétéroaryle peut être choisi dans le groupe constitué par pyranyle, furanyle, pyridinyle, pyrimidinyle, pyrrolyle, pyrazolyle, imidazolyle, isothizolyle, isoxazolyle et indolyle. Par « hétérocycloalkyle », on entend selon l'invention un groupe cycloalkyle, c'est-à-dire un groupe hydrocarboné saturé monocyclique ou polycyclique, de préférence monocyclique ou bicyclique, contenant de 3 à 20 atomes de carbone, dans lequel au moins un atome de carbone a été substitué par un hétéroatome choisi parmi 0, N, S et P. Un groupe hétérocycloalkyle peut en particulier être le groupe monocyclique oxiranyl ou le groupe bicyclique époxycyclohexyl. Par « alcoxy », on entend selon l'invention un groupe alkyle tel que défini ci-avant lié à un atome d'oxygène. Un groupe alcoxy peut être choisi dans le groupe constitué par méthoxy, éthoxy, propoxy et butoxy. Par « aryloxy », on entend selon l'invention un groupe aryle tel que défini ci-avant lié à un atome d'oxygène. Un groupe aryloxy peut être par exemple le groupe phénoxy. Par « cycloalcoxy », on entend selon l'invention un groupe cycloalkyle tel que défini ci-avant lié à un atome d'oxygène.
Par « alkylsilyl », on entend selon l'invention un groupe alkyle tel que défini ci-avant lié à un atome de silicium. Par « alcoxysilyl », on entend selon l'invention un groupe alcoxy tel que défini ci-avant lié à un atome de silicium. De préférence, Rl, R2, R3 et R4 représentent, indépendamment les uns des autres : - un atome d'hydrogène ; - un groupe alkyle en Ci à Cg, éventuellement substitué par un groupe hydroxy et/ou par un atome d'halogène ; - un phényle, éventuellement substitué par un groupe alkyle en Ci à C4, par un halogène, par un groupe alkyle en Ci à C4 lui-même substitué par un ou plusieurs halogènes, par un groupe alcoxy en Ci à C4 ou par une fonction amine éventuellement substituée une ou deux fois par un groupe alkyle en Ci à C4; - une pyridine ; - un ester alkylique en Cl à C8; - une fonction cyano ; - une fonction acide carboxylique ; - un groupe acyloxy en Cl à C4, notamment acétyloxY ; - un groupe amide primaire, notamment non substituées sur l'azote ou substituées une ou deux fois par un groupe alkyle en Cl à C4; - un groupe alkyle polyéthoxylé, éventuellement substitué par un hydroxy ou une cétone ; - un groupe époxycyclohexyle ; - un groupe oxiranyle ou un groupe alkyle en Cl à Cg substitué par un groupe oxiranyle.
Avantageusement, Rl peut être un atome d'hydrogène, et R2 peut représenter un substituant différent d'un atome d'hydrogène. Dans le cas d'un composé de formule (II), R3 et R4 peuvent en outre être des atomes d'hydrogène. Ledit composé insaturé (B) peut être choisi dans le groupe constitué par : et de - l'acétylène ; - les acrylates et les méthacrytales d'alkyles en Cl à C4; - l'acide acrylique ou méthacrylique ; - les alcènes, de préférence l'octène et plus préférentiellement le 1-octène ; - l'alcool allylique ; - l'allylamine ; - l'éther d'allyle et glycidyle ; - l'éther d'allyle et de pipéridine, préférentiellement l'éther d'allyle pipéridine stériquement encombrée ; - les styrènes, préférentiellement l'alpha-méthyl-styrène, - le 1,2-époxy-4-vinylcyclohexane. - le chlorure d'allyle ; - les alcènes chlorés, de préférence le chlorure d'allyle ; et - les alcènes fluorés, de préférence de 4,4,5,5,6,6,7,7,7-nonafluoro-1-heptène.
De manière très préférée, le composé insaturé (B) est l'acétylène. Les modes de réalisation où le composé insaturé (B) comprend une fonction alcyne, et tout particulièrement le mode de réalisation où le composé insaturé (B) est de l'acétylène, sont préférés dans le procédé selon la présente invention car ils permettent la préparation de polyorganosiloxanes comprenant au moins un groupe fonctionnel présentant une insaturation de type alcène, et notamment des groupes vinyles. Un des problèmes classiquement rencontrés dans les procédés de l'art antérieur comprenant une étape d'hydrosilylation de composés insaturés comprenant une fonction alcyne est la présence d'une réaction secondaire d'hydrosilylation parasite. En effet, le produit obtenu après la réaction principale d'hydrosilylation comporte lui-même une fonction alcène et il peut réagir une seconde fois avec un composé hydrogénosilane chloré (A) par hydrosilylation. Le sous-produit obtenu est non-désiré et on souhaite minimiser sa formation. Sans vouloir toutefois être liée par cette théorie, la demanderesse pense que cette réaction secondaire parasite est favorisée par une longue durée de réaction. L'utilisation d'un photocatalyseur de type POM, comme dans l'étape (a) du procédé selon la présente invention permet avantageusement de mieux contrôler la durée de la réaction d'hydrosilylation. Elle peut donc également permettre de résoudre, au moins partiellement, ce problème de réaction secondaire de l'art antérieur. D'un point de vue mise en oeuvre, l'étape (a) du procédé selon l'invention comprend une étape consistant à mettre en contact le composé insaturé (B) avec le composé hydrogénosilane chloré (A), en présence du catalyseur. La mise en contact de ces trois éléments peut être faite selon les techniques classiques connues de l'homme du métier. L'étape (a) du procédé selon l'invention peut être réalisée dans un solvant. Des solvants appropriés sont ceux miscibles avec le composé insaturé (B) et avec le composé hydrogénosilane chloré (A). Des exemples de solvants particuliers sont les hydrocarbures aliphatiques, par exemple le pentane, l'hexane, l'heptane, le pentaméthylheptane et les fractions de distillation du pétrole, les hydrocarbures aromatiques, par exemple le benzène, le toluène et l'ortho- le para- ou le méta-xylène, les hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques halogénés, par exemple le tétracholoéthylène, et les éthers, par exemple le tétrahydrofurane et le dioxane. Alternativement, dans le cas où le composé insaturé (B) ou le composé hydrogénosilane chloré (A) est sous forme liquide à la température de la réaction d'hydrosilylation, il peut être envisagé d'utiliser ce composé comme solvant de la réaction. Le milieu réactionnel peut alors avantageusement être sans solvant. Le composé insaturé (B), le composé hydrogénosilane chloré (A) et le catalyseur peuvent être mis en contact dans une même phase, en formant alors un milieu réactionnel homogène, ou bien être dans des phases différentes. Selon un premier mode de réalisation, l'étape (a) d'hydrosilylation selon l'invention est réalisée en solution homogène. Les réactifs, c'est-à-dire le composé insaturé (B) et le composé hydrogénosilane chloré (A), et le photocatalyseur peuvent être mis en solution dans un solvant choisi de façon convenable pour solubiliser l'ensemble des composés. Ce solvant est de préférence un solvant organique ou un mélange de plusieurs solvants organiques. Ce solvant peut être choisi dans le groupe constitué par l'acétonitrile, le dichloroéthane, le nitrométhane, le 2-méthyl-tétrahydrofurane, le diméthylformamide, le diméthylsulfoxyde, le N-méthylpyrrolidone et leurs mélanges. Le solvant est de préférence choisi parmi l'acétonitrile et les mélanges d'acétonitrile et d'un autre ou de plusieurs autres co-solvant(s) organique(s). Le ou les co-solvant(s) organique(s) peut (peuvent) être choisi(s) parmi le toluène, le dichlorométhane et le tétrahydrofurane. Lorsqu'un ou plusieurs co-solvant(s) est (sont) utilisé(s) en mélange avec l'acétonitrile, le rapport volumique du (des) co-solvant(s) par rapport à l'acétonitrile est de préférence compris entre 1:10 et 6:1, et de façon plus préférée entre 3:1 et 4:1. L'utilisation de l'acétonitrile seul comme solvant de la réaction présente l'avantage d'obtenir un milieu réactionnel parfaitement homogène. Toutefois, l'acétonitrile ayant un coût élevé, l'utilisation d'un cosolvant avec l'acétonitrile peut également être considéré comme avantageuse car elle permet de réduire le volume d'acétonitrile nécessaire, et ainsi de diminuer les coûts. Selon un second mode de réalisation, l'étape (a) d'hydrosilylation est réalisée par catalyse hétérogène. Dans ce mode de réalisation, les réactifs, c'est-à-dire le composé insaturé (B) et le composé hydrogénosilane chloré (A), peuvent être mis en solution dans un solvant choisi de façon convenable pour solubiliser ces réactifs, mais pas le photocatalyseur. Celui- ci peut rester sous forme solide. La catalyse hétérogène est particulièrement avantageuse car elle permet une séparation facile du catalyseur avec les réactifs et produits de la réaction, et un recyclage facile du catalyseur. Le solvant de la phase réactionnelle est de préférence un solvant organique ou un mélange de plusieurs solvants organiques. Le solvant est de préférence le toluène. Dans ce second mode de réalisation de l'étape (a) d'hydrosilylation par catalyse hétérogène, le photocatalyseur selon l'invention peut éventuellement être introduit dans un milieu solide dispersant. Différentes techniques sont connues de l'homme du métier. Par exemple, le photocatalyseur peut être imprégné sur un support solide, immobilisé dans un réseau de silice, fixé sur une silice préalablement fonctionnalisée, fixée sur une résine échangeuse d'ions ou fixé dans une membrane polymère. Certains modes de réalisation sont par exemple décrits dans la publication de D. Tzirakis et al. « Decatungstate as en efficient photocatalys in organic chemistry » (Chemical Society Reviews, 2009, 38, 2609- 2621).
Que la réaction soit effectuée en catalyse homogène ou hétérogène, le catalyseur selon l'invention est introduit dans le milieu réactionnel à une concentration de façon préférée comprise entre 0,01% et 50%, de façon plus préférée entre 0,05% et 5%, et de façon encore plus préférée entre 1% et 2%, la concentration en catalyseur étant exprimée en pourcentage molaires de catalyseur par rapport au réactif en défaut dans la réaction d'hydrosilylation qui peut être le réactif hydrogénosilane (A) ou le réactif insaturé (B). D'après les équations réactionnelles (1) et (2) ci-avant, le rapport stoechiométrique de la réaction d'hydrosilylation est de 1 mole de composé hydrogénosilane pour 1 mole de composé insaturé. Toutefois, ce rapport stoechiométrique peut varier dans les cas où le composé hydrogénosilane (A) et/ou le composé insaturé (B) comprennent plus d'une fonction réactive. Dans le procédé selon l'invention, le rapport molaire des fonctions Si-H des composés hydrogénosilanes (A) sur les fonctions alcènes et alcynes des composés insaturés (B) est compris de façon préférée entre 0,01:1 et 10:1 et de façon plus préférée entre 0,1:1 et 1:1. Avantageusement, les fonctions Si-H des composés hydrogénosilanes (A) peuvent être en défaut par rapport aux fonctions alcènes et alcynes des composés insaturés (B).
En outre, le milieu réactionnel peut éventuellement être dégazé, de façon à être dépourvu d'oxygène. L'étape optionnelle de dégazage peut permettre d'améliorer la cinétique de la réaction, en particulier dans les cas où les réactifs sont des composés sensibles à l'air. Pour promouvoir la réaction d'hydrosilylation, le photocatalyseur selon l'invention doit être excité à l'aide d'une source lumineuse. Le procédé selon l'invention comprend de préférence au moins une étape consistant à irradier le photocatalyseur avec une lumière UV ou visible. Cette irradiation peut être effectuée à l'aide de tout dispositif existant, délivrant une lumière à la longueur d'onde souhaitée. Il peut s'agir classiquement d'une lampe à incandescence, d'une lampe à LED, d'une lampe à décharge, notamment à décharge de mercure et de xénon, ou d'une lampe fluorescente. Il peut également s'agit d'une source laser. L'irradiation est de préférence effectuée à une longueur d'onde comprise entre 300 nm et 500 nm, de façon plus préférence entre 300 nm et 420 nm, et de façon encore plus préférée entre 350 nm et 400 nm. L'énergie de l'irradiation est de préférence comprise entre 1 mW/cm2 et 5 W/cm2, de façon plus préférée entre 1 mW/cm2 et 200 mW/cm2, et de façon encore plus préférée entre 10 mW/cm2 et 100 mW/cm2. Selon un mode de réalisation, l'irradiation peut être maintenue constante durant toute la durée de la réaction d'hydrosilylation. Selon un mode de réalisation alternatif, l'irradiation peut être modifiée ou interrompue pendant la réaction d'hydrosilylation. Selon un autre mode de réalisation alternatif, l'irradiation peut être hachée, ce qui signifie que l'irradiation suit un cycle de marche/arrêt, selon une fréquence constante ou variable. Le procédé d'hydrosilylation peut être réalisé à une température comprise entre 0°C et 150°C, de préférence entre 10°C et 30°C, et de façon plus préférée à température ambiante. Pour la mesure de la température de la réaction d'hydrosilylation dans la présente invention, on ne tient pas compte du chauffage qui peut éventuellement être produit par la source d'irradiation. Ce procédé est conduit avantageusement à pression atmosphérique, mais il est envisageable de mettre en oeuvre ce procédé en sous-pression, par exemple entre 0,01 MPa (100 mbar) et 0,08 MPa (800 mbar), ou en sur-pression, par exemple entre 0,1 MPa (1 bar) et 8 MPa (80 bars). L'étape (a) d'hydrosilylation selon l'invention peut être un procédé discontinu, couramment appelé de type batch selon la terminologie anglo-saxonne. La réaction peut être conduite pendant une durée qui varie en fonction des réactifs mis en jeu, du catalyseur utilisé et des conditions réactionnelles, en particulier en fonction des concentrations de réactifs et de catalyseur. De façon générale, la durée de la réaction peut être comprise entre 1 minute et 24 heures, de façon préférée entre 30 minutes et 8 heures, et de façon encore plus préférée entre 1 heure et 4 heures. Cependant, il est également envisagé de mettre en oeuvre l'étape (a) du procédé selon l'invention en continu. Selon ce mode de réalisation, les réactifs sont introduits dans le réacteur sous la forme d'un ou de plusieurs flux continus. Le photocatalyseur peut, quant à lui, circuler également en flux continu dans le réacteur, en particulier si le procédé est réalisé dans une solution homogène. Dans le cas d'une catalyse hétérogène, il peut être fixé à l'intérieur du réacteur, par exemple sous la forme d'un lit catalytique fixe ou d'un lit catalytique mobile. Lorsque le procédé selon l'invention est un procédé continu, le débit des flux circulant dans le réacteur peuvent être fixés par l'homme du métier en fonction du volume du réacteur de façon à assurer un temps de résidence des réactifs suffisants, en présence du photocatalyseur, pour que la réaction d'hydrosilylation soit effectuée. Les inventeurs ont découvert que, de façon avantageuse, l'utilisation du photocatalyseur selon l'invention permettait d'effectuer des réactions d'hydrosilylation dans des conditions opératoires faciles à mettre en oeuvre, sans composés particulièrement dangereux ni coûteux, avec des taux de conversion tout à fait intéressants. Les taux de conversions de réactif hydrogénosilane (A) peuvent avantageusement être supérieurs à 50%, voire 60%, voire 75%, voire 80%, voire 90%, et de préférence compris entre 90 et 100%.
Dans la présente demande, les termes « taux de conversion » et « taux de transformation », en abrégé TT, sont synonymes et désignent, pour chaque réactif, en pourcent, le nombre initial de moles de fonctions Si-H du réactif hydrogénosilane (A) ou de fonctions alcènes et alcynes du réactif insaturé (B), moins le nombre de moles de ces fonctions restantes après réaction, divisé par le nombre initial de moles de ces fonctions.
A l'issue de l'étape (a) du procédé selon l'invention, on obtient un composé silane chloré fonctionnalisé (C) de formule générale (IV) : ZaClbYSi (IV) dans laquelle - Z, a et b sont les mêmes que ceux de la formule générale (I) - Y est un groupe fonctionnel de formule générale (V) ou (VI) : Ri R2 I / -C-CH 1 3 - 4 1 R R (v) -CR=CHR2 (VI), où R2, R3 et R4 ont les significations précédentes. Selon un mode de réalisation préféré, dans la formule générale (IV), Y peut représenter un radical linéaire ou ramifié contenant entre 2 et 12 atomes de carbone, ayant au moins une fonction alcène, et éventuellement au moins un hétéroatome. Ladite fonction alcène peut avantageusement être située en extrémité de chaîne. Y peut avantageusement représenter un radical choisi dans le groupe constitué par vinyle, propényle, 3-butényle, 5-hexényle, 9- décényle, 10-undécényle, 5,9-décadiényle et 6,11-dodécadiényle. De manière très préférée, Y peut représenter un radical vinyle. Le composé (C) peut être un composé de formule générale (IVa) : CH3YC12Si (IVa), dans laquelle Z a la signification précédente. En particulier, le composé silane chloré fonctionnalisé (C) obtenu à l'issue de l'étape (a) peut être le dichlorométhyvinylsilane de formule (CH3)(CH2=CH)C125i. Le composé (C) peut être également un composé de formule générale (IVb) : (CH3)2YC1Si (IVb), dans laquelle Z a la signification précédente. En particulier, le composé silane 15 chloré fonctionnalisé (C) obtenu à l'issue de l'étape (a) peut être le chlorodiméthyvinyl silane de formule (CH3)2(CH2=CH)C1Si. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape intermédiaire, entre l'étape (a) et l'étape (b), de séparation et éventuellement de purification des produits obtenus à l'issue de l'étape (a). Des moyens de séparation et de purification sont bien 20 connus de l'homme du métier. En particulier, cette étape intermédiaire peut comprendre une distillation. L'étape (b) du procédé selon l'invention est une étape d'hydrolyse et de condensation d'une composition comprenant au moins un composé silane chloré fonctionnalisé (C) de 25 formule générale (IV) qui a été obtenu à l'issue de l'étape (a), et qui a éventuellement été séparé et purifié. La composition mise en oeuvre lors de l'étape (b) peut donc comporter un ou plusieurs composés silanes chlorés fonctionnalisés (C), qui peut (peuvent) être seul(s) ou en mélange avec d'autres composés silanes chlorés ou autres. Selon un mode de réalisation préféré, la composition subissant l'étape (b) d'hydrolyse et de 30 condensation ne comprend qu'un seul composé silane chloré fonctionnalisé (C). Ainsi, la composition subissant l'étape (b) d'hydrolyse et de condensation peut consister en un composé silane chloré fonctionnalisé (Ca) de formule générale (IVa) : CH3YC12Si (IVa), dans laquelle Z a la signification précédente, et notamment elle peut consister en du dichlorométhyvinylsilane de formule (CH3)(CH2=CH)C12Si. Alternativement, la composition subissant l'étape (b) d'hydrolyse et de condensation peut consister en un composé silane chloré fonctionnalisé (Cb) de formule générale (IVb) : (CH3)2YC1Si (IVb), dans laquelle Z a la signification précédente, et notamment elle peut consister en du chlorodiméthyvinyl silane de formule (CH3)2(CH2=CH)C1Si. L'hydrolyse et la condensation de composés organohalosilanes sont bien connues par l'homme du métier. De nombreux documents de la littérature décrivent des moyens de mise en oeuvre de cette étape. L'homme du métier peut par exemple se référer aux documents de brevet EP 0 590 773, US 5 395 956, EP 0 876 419, EP 00 998 519 et EP 1 809 688. Typiquement, lors de l'étape (b) d'hydrolyse et de condensation, la composition comprenant au moins composé silane chloré fonctionnalisé (C) est mise en contact avec de l'eau dans un réacteur continu. Le mélange est hydrolysé, les hydrolysats se condensent entre eux et de l'acide chlorhydrique est séparé dans un décanteur. Le produit est lavé pour retirer l'acide résiduel, éventuellement neutralisé, séché et filtré. A l'issue de l'étape (b) d'hydrolyse et de condensation du procédé selon l'invention, on obtient au moins un oligomère (D) linéaire ou cyclique comprenant au moins deux motifs de formule (VII) : ZaY SlO((3 -a)/2) (VII) dans laquelle - Z et a sont les mêmes que dans la formule générale (I) - Y est le même que dans la formule générale (IV). Dans la présente invention, on entend par « oligomère » des composés polymériques dont le nombre de motif unitaire est au moins égal à 2 et ne dépasse par environ 10. L'oligomère (D) peut être un siloxane cyclique (Da) de formule générale (VIIa) ou un siloxane linéaire (Db) de formule générale (VIIb) : Y - Y Si 0 ri i HO 0 H -n ( (VIIa) VIIb) dans lesquelles - Z et Y ont les significations précédentes, et - n et m sont indépendamment des nombres entiers valant de 3 à 9. Ces oligomères (Da) et (Db) peuvent notamment être obtenus lorsque la composition subissant l'étape (b) d'hydrolyse et de condensation consiste en un composé silane chloré fonctionnalisé (Ca) de formule générale (IVa) : CH3YC12Si (IVa).
Très préférentiellement, l'oligomère (D) peut être : - un polyméthylvinylsiloxane cyclique comprenant de 3 à 9 atomes de silicium ; - un polyméthylvinylsiloxane linéaire comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, et - un mélange de ceux-ci. L'oligomère (D) peut également être un disiloxane (Dc) de formule générale (VIIc) Y-Si 0 Si-Y z (VIIc) dans laquelle Z et Y ont les significations précédentes. Ces disiloxanes (Dc) peuvent notamment être obtenus lorsque la composition subissant l'étape (b) d'hydrolyse et de condensation consiste en un composé silane chloré fonctionnalisé (Cb) de formule générale (IVb) : (CH3)2YC1Si (IVb). Très préférentiellement, l'oligomère (Dc) peut être du divinyltétraméthylsiloxanes : CH3 CH3 1-12C=CH-Si-O-Si-CH=C1-12 CH3 CH3 Les disiloxanes (Dc) sont particulièrement utiles dans les réactions de polymérisation telles que l'étape (c) du procédé selon l'invention en tant que limitateur de chaîne. Si le produit obtenu à l'issue de l'étape (b) n'est pas pur, il est possible de procéder à une seconde étape optionnelle de séparation et de purification. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape intermédiaire, entre l'étape (b) et l'étape (c), de séparation et éventuellement de purification des produits obtenus à l'issue de l'étape (b). Des moyens de séparation et de purification sont bien connus de l'homme du métier. En particulier, cette étape intermédiaire peut comprendre une distillation.25 Les oligomères (D) obtenus à l'issue de l'étape (b) du procédé selon l'invention peuvent avantageusement être utilisés lors de l'étape (c) comme réactifs pour la préparation des polyorganosiloxanes fonctionnalisés désirés (E). La composition mise en oeuvre lors de l'étape (c) peut donc comporter un ou plusieurs oligomères (D), qui peut (peuvent) être seul(s) ou en mélange avec d'autres composés silanes chlorés ou autres. Selon un mode de réalisation préféré, la composition subissant l'étape (c) de polymérisation comprend au moins un siloxane cyclique (Da) de formule générale formule générale (Vila), un siloxane linéaire (Db) de formule générale (VIIb), ou un mélange de ceux-ci : Y Y HO 0 H (VIIb) (Vila) dans lesquelles - Z et Y ont les significations précédentes, et - n et m sont indépendamment des nombres entiers valant de 3 à 9. Ces siloxanes cycliques (Da) et/ou linéaires (Db) peuvent être seuls ou en mélanges, dans la composition mise en oeuvre lors de l'étape (c), avec d'autres siloxanes cycliques ou linéaires. Selon un premier mode de réalisation, la composition subissant l'étape (c) peut ne comprendre que des siloxanes cycliques (Da) et/ou linéaires (Db) dans lesquels tous les Y ont la même signification. Notamment, la composition subissant l'étape (c) peut être constituée uniquement de polyméthylvinylsiloxanes cycliques comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, de polyméthylvinylsiloxanes linéaires comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, et d'un mélange de ceux-ci. Selon un second mode de réalisation, la composition subissant l'étape (c) peut comprendre des siloxanes cycliques (Da) et/ou linéaires (Db) en mélange avec des siloxanes cycliques ou linéaires différents de (Da) et (Db), notamment en mélange avec : - des polydiméthylsiloxanes cycliques comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, - des polydiméthylsiloxanes linéaires comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, - des polyméthylhydrogénosiloxanes cycliques comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, - des polyméthylhydrogénosiloxanes linéaires comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, - et des mélanges de ceux-ci. Dans ce premier et dans ce second mode de réalisation, il est également envisagé que la composition subissant l'étape (c) comprenne des composés siloxanes limiteurs de chaîne, en particulier des disiloxanes, par exemple des hexaméthyldisiloxanes et/ou des tétraméthyldivinyldisiloxanes. Dans un troisième mode de réalisation, la composition subissant l'étape (c) peut être constituée de polydiméthylsiloxanes choisis parmi les polydiméthylsiloxanes cycliques comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, des polydiméthylsiloxanes linéaires comprenant de 3 à 9 atomes de silicium, et les mélanges de ceux-ci, et d'au moins un disiloxane (Dc) de formule générale (VIIc) Y-S i 0 S i -Y (VIIc) dans laquelle Z et Y ont les significations précédentes.
Le disiloxane (Dc) peut notamment être un tétraméthyldivinyldisiloxane. Les réactions de polymérisation sont bien connues par l'homme du métier. De nombreux documents de la littérature décrivent des moyens de mise en oeuvre de cette étape. L'homme du métier peut par exemple se référer aux documents de brevet FR 2 353 589 et EP 1 856 191. Cette étape (c) consiste à polymériser et à réarranger des oligomères de faible masse moléculaire pour les transformer en polymères de masse moléculaire plus élevée. Pour cette étape, des catalyseurs basiques tels que les hydroxydes de métaux alcalins, les silanolates et les alcoolates de métaux alcalins, ou les hydroxydes d'ammonium quaternaires peuvent être utilisés. L'étape (c) de polymérisation permet d'obtenir une composition comprenant un polyorganosiloxane (E) comprenant au moins ledit motif (VII) : ZaYSi0((3-a)/2) (VII) dans laquelle - Z et a sont les mêmes que dans la formule générale (I), et - Y est le même que dans la formule générale (IV).
Selon les réactifs et les paramètres choisis pour la mise en oeuvre de la réaction de polymérisation, on peut obtenir des polyorganosiloxanes (E) de tout type. Selon un mode de réalisation préféré : - Y représente un radical linéaire ou ramifié contenant entre 2 et 12 atomes de carbone, ayant au moins une fonction alcène, et éventuellement au moins un hétéroatome, et - Z représente un radical monovalent ne comprenant pas de fonction alcène ou alcyne. En outre, le polyorganosiloxane (E) peut éventuellement comprendre d'autres motifs de formule (VIII) : ZIS 10 (4 - )/2 dans laquelle : - Z a la même signification que ci-dessus, et - i représente un nombre entier compris entre 0 et 3.
Il est entendu que si plusieurs groupes Y et Z sont présents dans le même motif, ils peuvent être identiques ou différents les uns des autres. De plus, dans la formule (VII) et dans la formule (VIII), Z peut représenter un radical monovalent choisi dans le groupe constitué par un groupe alkyle ayant 1 à 8 atomes de carbone, éventuellement substitué par au moins un atome d'halogène, et un groupe aryle. Z peut avantageusement représenter un radical monovalent choisi dans le groupe constitué par méthyle, éthyle, propyle, 3,3,3-trifluoropropyle, xylyle, tolyle et phényle. En outre, dans la formule (VII), Y peut avoir une fonction alcène avantageusement en extrémité de chaîne. Y peut avantageusement représenter un radical choisi dans le groupe constitué par vinyle, propényle, 3-butényle, 5-hexényle, 9-décényle, 10-undécényle, 5,9- décadiényle et 6,11-dodécadiényle. Le polyorganosiloxane (E) peut présenter une structure linéaire, ramifié, cycliques ou en réseau. Lorsqu'il s'agit de polyorganosiloxanes linéaires, ceux-ci peuvent être essentiellement constitués : - de motifs siloxyles « D» choisi parmi les motifs de formules YZSi02/2 et Z25i02/2; - de motifs siloxyles « M» choisis parmi les motifs de formules YZ2Si01/2 et Z3 S102/2. A titre d'exemples de motifs «D », on peut citer les groupes diméthylsiloxy, méthylphénylsiloxy, méthylvinylsiloxy, méthylbuténylsiloxy, méthylhexénylsiloxy, méthyldécénylsiloxy et méthyldécadiénylsiloxy.
A titre d'exemple de motifs «M », on peut citer les groupes triméthylsiloxy, diméthylphénylsiloxy, diméthylvinylsiloxy et diméthylhexénylsiloxy. Ces polyorganosiloxanes linéaires peuvent être des huiles ayant une viscosité dynamique à 25°C comprise entre 1 mPa.s et 100 000 mPa.s, préférentiellement entre 10 mPa.s et 5 000 mPa.s, ou des gommes ayant une viscosité dynamique à 25°C supérieure à 100 000 mPa.s. Lorsqu'il s'agit de polyorganosiloxanes cycliques, ceux-ci peuvent être constitués de motifs siloxyles « D » choisi parmi les motifs de formules Y2Si0212, YZSi02/2 et Z2Si02/2. Des exemples de tels motifs « D » sont décrits ci-dessus. Ces polyorganosiloxanes cycliques peuvent avoir une viscosité dynamique à 25°C comprise entre 1 mPa.s et 5 000 mPa.s. La viscosité dynamique à 25°C de tous les polymères décrits dans la présente demande peut être mesurée à l'aide d'un viscosimètre Brookfield, selon la norme AFNOR NFT 76 102 de février 1972. Des exemples de polyorganosiloxanes (E) pouvant être obtenu par le procédé objet de la présente invention sont : - les diméthylpolysiloxanes à extrémités diméthylvinylsilyles ; - les diméthylphénylméthylpolysiloxanes à extrémités diméthylvinylsilyles ; - les diméthylvinylméthylpolysiloxanes à extrémités diméthylvinylsilyles ; - les diméthylvinylméthylpolysiloxanes à extrémités triméthylsilyles ; - les méthylvinylpolysiloxanes cycliques.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'un polyorganosiloxane fonctionnalisé comprenant les étapes suivantes : a) une étape d'hydrosilylation d'un composé hydrogénosilane chloré (A) de formule générale (I) : ZaHClbSi (I) dans laquelle - Z représente un radical monovalent différent d'un atome d'hydrogène et d'un atome de chlore, et - a et b sont des nombres entiers, a valant 0, 1 ou 2, b valant 1, 2 ou 3 et a+b = 3; avec un composé insaturé (B) comprenant au moins une fonction alcène et/ou une fonction alcyne, de formule générale (II) ou (III) : R1 R2 C=C \4 R R-1CC-R2 dans lesquelles R2, R3 et R4 représentent un radical monovalent ; ladite hydrosilylation étant catalysée par un photocatalyseur choisi parmi les polyoxométallates, pour obtenir un composé silane chloré fonctionnalisé (C) de formule générale (IV) : ZaClbYSi (IV) dans laquelle - Z, a et b sont les mêmes que ceux de la formule générale (I) - Y est un groupe fonctionnel de formule générale (V) ou (VI) : Ri R2 I / -C-CH 1 3 - 4 -CR=CHR2 1 R R (v) (VI), où Rl, R2, R3 et R4 ont les significations précédentes ; b) une étape d'hydrolyse et de condensation d'une composition comprenant au moins un composé silane chloré fonctionnalisé (C) de formule générale (IV) obtenu à l'issue de l'étape (a) pour obtenir au moins un oligomère (D) linéaire ou cyclique comprenant au moins deux motifs de formule (VII) : ZaYSi0((3-a)/2) (VII)dans laquelle - Z et a sont les mêmes que dans la formule générale (I), - Y est le même que dans la formule générale (IV) ; et c) une étape de polymérisation d'une composition comprenant au moins un oligomère (D) obtenu à l'issue de l'étape (b) de façon à obtenir une composition comprenant un polyorganosiloxane (E) comprenant au moins ledit motif (VII).
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que Z est choisi dans le groupe constitué par un groupe alkyle ayant 1 à 8 atomes de carbone, éventuellement substitué par au moins un atome d'halogène, et un groupe aryle, préférentiellement dans le groupe constitué par méthyle, éthyle, propyle, 3,3,3-trifluoropropyle, xylyle, tolyle et phényle, et plus préférentiellement Z représente un groupe méthyle.
- 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le composé hydrogénosilane chloré (A) est choisi parmi les composés de formule générale (la), (lb) ou (Ic) : CH3HC12Si (la) (CH3)2HC1Si (lb) HC13Si (Ic).
- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le composé insaturé (B) comprend de 2 à 40 atomes de carbone et une ou plusieurs fonctions alcène et/ou alcynes.
- 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Rl est un atome d'hydrogène, R2 représente un substituant différent d'un atome d'hydrogène, et dans le cas d'un composé de formule (II), R3 et R4 sont des atomes d'hydrogène.
- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le composé insaturé (B) est l'acétylène.
- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape intermédiaire de séparation et éventuellement de purification des produits obtenus à l'issue de l'étape (a).
- 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les polyorganosiloxanes (E) linéaires sont des huiles ayant une viscosité dynamique à 25°C comprise entre 1 mPa.s et 100 000 mPa.s, préférentiellement entre 10 mPa.s et 5 000 mPa.s, ou des gommes ayant une viscosité dynamique à 25°C supérieure à 100 000 mPa.s.
- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le polyorganosiloxane (E) obtenu à l'issue de l'étape (c) est choisi dans le groupe consistant en - les diméthylpolysiloxanes à extrémités diméthylvinylsilyles ; - les diméthylphénylméthylpolysiloxanes à extrémités diméthylvinylsilyles ; - les diméthylvinylméthylpolysiloxanes à extrémités diméthylvinylsilyles ; - les diméthylvinylméthylpolysiloxanes à extrémités triméthylsilyles ; - les méthylvinylpolysiloxanes cycliques. 15
- 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit photocatalyseur de l'étape (a) est un décatungstate.
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