JP2002308889A - ヒドロキシ末端直鎖状シロキサンの製造方法 - Google Patents
ヒドロキシ末端直鎖状シロキサンの製造方法Info
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
を提供する。 【解決手段】 ヒドロキシ末端直鎖状シロキサンの製造
方法であって、 a)式: ClR2SiO(R1 2SiO)xSiR2Cl (式中、xは1〜10の値を有する整数であり、それぞ
れR及びR1は、独立に選択された一価の炭化水素基で
ある)を有するクロロシロキサンを、揮発性メチルシロ
キサンと混合して、揮発性メチルシロキサン中のクロロ
シロキサンの溶液を形成する工程、 b)揮発性メチルシロキサン中のクロロシロキサンの溶
液を加水分解して、反応生成物の加水分解混合物を形成
する工程、 c)反応生成物の加水分解混合物を、水性相と、ヒドロ
キシ末端直鎖状シロキサン及び揮発性メチルシロキサン
を含むシロキサン相とに分離する工程、および d)シロキサン相からヒドロキシ末端直鎖状シロキサン
を回収する工程を含む方法が開示されている。
Description
鎖状シロキサンの製造方法である。特に、この方法に
は、揮発性メチルシロキサン中のクロロシロキサンの溶
液を加水分解すること、及び、得られるヒドロキシ末端
直鎖状シロキサン生成物を分離することが含まれる。
くの商業的シリコーン組成物で有用であるシリコーン添
加物の重要な種類である。特に、10より小さい重合度
を有する直鎖状シロキサンであるヒドロキシ末端直鎖状
短鎖シロキサンは、そのジメチルシロキシ単位に対する
ヒドロキシ基の高い比のために、殆どのシリコーンゴム
組成物中で可塑剤として本質的な役割を発揮している。
シロキサンは、末端ヒドロキシ基の追加の縮合によって
更に重合するというそれらの固有の傾向のために、容易
に製造されない。そのため、ヒドロキシ末端直鎖状短鎖
シロキサンは、ジクロロジメチルシランの加水分解によ
るものような従来の方法によって製造することは、不可
能ではないとしても困難である。このような技術によっ
て、一般的に、10〜12の鎖長(重合度)又は3〜4
%のSiOH含有量を有する、末端ヒドロキシ基を有す
る直鎖状ポリジメチルシロキサンが生成される。3〜4
%のSiOH含有量を有する直鎖状ポリジメチルシロキ
サンは、有効性がシラノール含有量に比例する、シリコ
ーンゴム組成物中の可塑剤として、最適には機能しな
い。それで、2〜9の鎖長及び8〜10%のSiOH含
有量を有する、ヒドロキシ末端直鎖状短鎖シロキサンの
代替的な製造方法が、当該技術分野で提案されてきた。
488,125号には、シリコーンゴム組成物中で分散
剤として有用である、シラノール基を有するオルガノシ
ランの製造方法が開示されている。’125号特許に開
示されている方法には、オルガノアルコキシシラン、特
に、最大で20ppmの塩素含有量を有するジメチルジ
メトキシシランを、少なくとも1010MΩの電気伝導度
を有する水で加水分解し、次いで更にマクロ細孔カチオ
ン交換樹脂を添加することが含まれている。同様に、米
国特許第5,576,408号には、マクロ細孔カチオ
ン交換樹脂を使用し、各段階に於ける水の量を制御す
る、オルガノアルコキシシランの二段階加水分解が教示
されている。
95,563号には、アルコキシシランの加水分解及び
シラノール停止ポリシロキサンの平均鎖長の制御方法が
教示されている。Hayes特許には、特に、2〜8個
のシロキサン単位を有するシラノール停止ポリジメチル
シロキサンの製造が開示されている。
して特定の鎖のポリシロキサンを与えるが、これらの方
法はまた、かなりの量の、商業的方法で廃棄物流として
しばしば処理される水/アルコール/シロキサン流を生
成する。
シロキサンの加水分解に基づくヒドロキシ末端直鎖状シ
ロキサンの製造方法を見出した。特に、本発明者らは、
予想外に、特に、未反応塩化物末端ポリシロキサン反応
剤によって、ヒドロキシ末端直鎖状短鎖シロキサンの更
なる重合を回避するか又は最小にする方法を見出した。
更に、本発明は、アルコキシシランの加水分解に基づく
ヒドロキシ末端直鎖状短鎖シロキサンの製造方法を行な
うときのような、大量の廃棄物流生成物を生成しない。
ロキサンの製造方法を提供することである。
端直鎖状シロキサンの製造方法であって、 a)式: ClR2SiO(R1 2SiO)xSiR2Cl (式中、xは1〜10の値を有する整数であり、それぞ
れR及びR1は、独立に選択された一価の炭化水素基で
ある)を有するクロロシロキサンを、揮発性メチルシロ
キサンと混合して、揮発性メチルシロキサン中のクロロ
シロキサンの溶液を形成する工程、 b)揮発性メチルシロキサン中のクロロシロキサンの溶
液を加水分解して、反応生成物の加水分解混合物を形成
する工程、 c)反応生成物の加水分解混合物を、水性相と、ヒドロ
キシ末端直鎖状シロキサン及び揮発性メチルシロキサン
を含むシロキサン相とに分離する工程、および d)シロキサン相からヒドロキシ末端直鎖状シロキサン
を回収する工程を含む方法である。
は、式: ClR2SiO(R1 2SiO)xSiR2Cl (I) (式中、xは1〜10の値を有し、R及びR1は、アル
キル基、アルケニル基又はアリール基である)を有する
クロロシロキサンを、揮発性メチルシロキサンと混合し
て、揮発性メチルシロキサン中のクロロシロキサンの溶
液を形成することである。
クロロシロキサンは、上記のような式(I)によって説
明される。このクロロシロキサンは、単一の種又はその
ようなシロキサンの混合物であってよい。式(I)中の
xの値は、1〜10であってよい。好ましくは、xは、
1〜4の値を有し、更に好ましくは1又は2である。な
お更に好ましいのは、塩素末端直鎖状シロキサンが、式
(I)(但し、x=1)のシロキサンと式(I)(但
し、x=2)のシロキサンとの混合物であるときであ
る。なお一層更に好ましいのは、シロキサン(但し、x
=1)のシロキサン(但し、x=2)に対する比が、
2:1〜1:2であり、特に1.5:1であるときであ
る。
から選択される。式(I)中のR及びR1置換基は、独
立に、アルキル基、アルケニル基又はアリール基であっ
てよい。R及びR1置換基としてのアルキル基の例に
は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル又はブチ
ルが含まれてよい。R及びR1置換基としてのアルケニ
ル基の例には、ビニル基又はアリル基が含まれてよい。
好ましくは、R及びR1はアルキル基であり、最も好ま
しくは、R及びR1はメチルである。
であり、当該技術分野で周知のいかなる方法によっても
製造することができる。特に、クロロシロキサンは、米
国特許第5,068,383号(参照してここに組み込
まれる)に教示されているように、ポリオルガノシロキ
サンの触媒された再分配(反応)によって製造すること
ができる。’383号特許に教示された方法を使用し
て、塩化物末端ポリオルガノシロキサンを、アルミナ、
シリカ−アルミナ、活性炭、ゼオライト又は酸性白土触
媒上に再分配して、所望の鎖長を有する塩化物末端直鎖
状シロキサンを製造する。
ンは、環状メチルシロキサン、直鎖状メチルシロキサン
又はこれらの混合物であってよい。代表的な直鎖状揮発
性メチルシロキサンは、100℃の沸点、0.65mm
2/秒の粘度及び式Me3SiOSiMe3を有するヘキ
サメチルジシロキサン;152℃の沸点、1.04mm
2/秒の粘度及び式Me3SiOMe2SiOSiMe3を
有するオクタメチルトリシロキサン;194℃の沸点、
1.53mm2/秒の粘度及び式Me3SiO(Me2S
iO)2SiMe3を有するデカメチルテトラシロキサ
ン;229℃の沸点、2.06mm2/秒の粘度及び式
Me3SiO(Me2SiO)3SiMe3を有するドデカ
メチルペンタシロキサン;245℃の沸点、2.63m
m2/秒の粘度及び式Me3SiO(Me2SiO)4Si
Me3を有するテトラデカメチルヘキサシロキサン;並
びに270℃の沸点、3.24mm2/秒の粘度及び式
Me3SiO(Me2SiO)5SiMe3を有するヘキサ
デカメチルヘプタシロキサンである。この揮発性メチル
シロキサンは、また、上記の直鎖状メチルシロキサンの
混合物であってもよい。
3)2SiO]zを有する。zの値は3〜8であってよい
が、好ましくは4〜6である。本発明で有用である環状
メチルシロキサンは、250℃未満の沸点及び0.65
〜5.0センチストークス(mm2/秒)の粘度を有す
る。幾つかの代表的な環状メチルシロキサンは、ヘキサ
メチルシクロトリシロキサン[(Me2)SiO]3;オ
クタメチルシクロテトラシロキサン[(Me2)Si
O]4;デカメチルシクロペンタシロキサン[(Me2)
SiO]5及びドデカメチルシクロヘキサシロキサン
[(Me2)SiO]6である。この揮発性メチルシロキ
サンは、また、上記の環状メチルシロキサンの混合物で
あってもよい。更に、揮発性メチルシロキサンは、環状
メチルシロキサンと直鎖状メチルシロキサンとの混合物
であってよい。
状メチルシロキサンである。最も好ましくは、揮発性メ
チルシロキサンはオクタメチルシクロテトラシロキサン
である。
って揮発性メチルシロキサンと混合して、溶液、即ち、
揮発性メチルシロキサン中のクロロシロキサンの均一混
合物を形成することができる。
ンに対して、1/0.33〜1/10で変化する重量比
で混合することができる。1/1〜1/5の範囲内の重
量比が好ましく、1/2〜1/4の範囲内の比が最も好
ましい。
チルシロキサン中のクロロシロキサンの溶液を加水分解
して、反応生成物の加水分解混合物を形成することが含
まれる。この工程は、揮発性メチルシロキサン中のクロ
ロシロキサンの溶液を、水又はHCl水溶液と接触させ
ることによって実施される。HCl水溶液を使用すると
き、HClの濃度は、0.01〜18重量%HClで変
化してよい。好ましくは、HCl水溶液の濃度は1〜1
0重量%HClであり、最も好ましくは2〜8重量%H
Clである。
℃の温度及び種々の圧力で実施することができる。好ま
しくは、この加水分解反応は、環境条件、つまり通常2
5℃及び大気圧で実施される。
応生成物の加水分解混合物を、水性相と、ヒドロキシ末
端直鎖状シロキサン及び揮発性メチルシロキサンの混合
物を含むシロキサン相とに分離することが含まれる。好
ましくは、この分離は、相分離技術によって達成され
る。相分離には、生成物の反応混合物を放置すること、
即ち、混合することなく、揮発性メチルシロキサン及び
ヒドロキシ末端直鎖状シロキサンを含有するシロキサン
相が、水性相から二つの別個の層に分離するまで放置す
ることが含まれる。次いで、底の水性相を、好ましく
は、相分離容器から底の水性層を排出することによって
除去する。
相を、更に、当該技術分野で周知の手段によって、例え
ば、工程c)から得られるシロキサン相を、水、塩基性
水溶液、緩衝水溶液、イオン交換樹脂又はモレキュラー
シーブスと接触させて、シロキサン相の塩化物含有量を
低下させることによる塩化物減少工程に供することがで
きる。この追加の工程を実施する場合には、得られる水
性相を再び、工程c)に従ってシロキサン相から相分離
させる。
ロキサン相からヒドロキシ末端直鎖状シロキサンを回収
することが含まれる。この回収工程は、揮発性メチルシ
ロキサンをバキュームストリッピングすること及びヒド
ロキシ末端直鎖状シロキサンを蒸留することのような、
当該技術分野で既知の多数の方法によって達成できる。
好ましくは、ヒドロキシ末端直鎖状シロキサンを、制御
された条件下で分別蒸留して、シロキサンがさらに縮合
してより高分子のポリマーとなることを回避する。
方法中のHClの全量は、方法の工程b)に続いて得ら
れる水性相中のHClの濃度をモニターすることによっ
て制御される。本発明の目的のために、方法の工程b)
に続いて得られる水性相中のHClの重量%濃度は、排
出HCl%として称される。例えば、本発明の方法にお
ける排出HCl%は、クロロシロキサンの選択、揮発性
メチルシロキサン中のクロロシロキサンの混合比、揮発
性メチルシロキサン中のクロロシロキサンの溶液に対す
る水性相の比、並びに工程b)で使用する場合、HCl
水溶液の濃度によって影響を受ける。好ましくは、排出
HCl%は、3〜13重量%HClであり、最も好まし
くは7〜9重量%HClである。
は連続式の方式で実施することができる。
し、その特許請求の範囲を限定することを意図しない。
ス装置内で行った。反応媒体を、2.5インチ(6.3
5cm)の直径及び0.0875インチ(0.222c
m)の羽根高さを有する4枚羽根付きフラットタービン
で2000rpmの混合速度で、22フィート/秒
(6.7m/秒)の先端速度を与えて攪拌した。
は、米国特許第5,068,383号の方法に従って製
造し、バッチ蒸留して、純粋の留分を得た。次いで、種
々のCEBx物質を、種々の比でオクタメチルテトラシ
ロキサンと混合した。
ロキサンとを、所望の比率で予備混合し、そして所望量
の水性相を含有する反応装置に重力供給した。この混合
物を90秒間攪拌して、確実に完全な加水分解が起こる
ようにした。
膜を通して排出して、シロキサン相と水性相とを分離し
た。
戻し、水を、1:2水/シロキサン比で添加し、90秒
間混合して、シロキサンを洗浄し、それによってシロキ
サン相中の塩化物の量を減少させた。
蒸留によって揮発性メチルシロキサンから分離した。揮
発性メチルシロキサンを混合物から蒸留して、ヒドロキ
シ末端直鎖状シロキサンを残した。典型的な実験に於い
て、温度計、供給漏斗、水冷凝縮器及び捕集漏斗を備え
た500mLの丸底フラスコに、10個のシーブトレイ
を1インチ(2.54cm)間隔で有する1インチ
(2.54cm)内径のカラムを装着した。約400m
Lのシロキサン相を丸底フラスコに装入し、供給漏斗内
に別の600mLを装入した。留出物がオーバーヘッド
漏斗内に集まったとき、追加のシロキサン相を丸底フラ
スコに供給して、一定の容量を保った。実験は、オーバ
ーヘッド温度が、全てのオクタメチルテトラシロキサン
がシロキサン相混合物から除去されたことを示したとき
(15mmHg又は2kPaの圧力で、100℃)、完
結させた。次いで、加熱及び真空を終了し、丸底フラス
コから生成物を集めた。
分子量(Mn)は、最初にシラノール基をビス(トリメ
チル−シリル)トリフルオロアセトアミド(BSTF
A)と反応させることにより、ガスクロマトグラフィー
を使用して分析した。この反応に触媒作用させるため
に、トリフルオロ酢酸を添加した。約1mLのBSTF
A及び1滴のトリフルオロ酢酸を、バイアル中の約0.
5mLのサンプルに添加した。室温で20分間放置した
後、サンプルをガスクロマトグラフの中に注入した。使
用したガスクロマトグラフは、ヒューレット−パッカー
ド(Hewlett−Packard)5890であっ
た。
末端直鎖状シロキサンの揮発性メチルシロキサンに対す
る希釈比(塩素末端直鎖状シロキサンの揮発性メチルシ
ロキサンに対する容積分率として計算し、容積分率CE
Bとして示す);1及び2の重合度(即ち、前記の式I
に従って、x=1又は2)を有する塩素末端直鎖状シロ
キサンの比(2の重合度を有する塩素末端シロキサンの
1の重合度を有する塩素末端シロキサンに対するモル分
率として計算し、モル分率CEB2/CEB1として示
す);水性相のシロキサン相に対する比(水の容積分率
として計算し、容積分率H2Oとして示す);水性相中
のHCl重量パーセント;並びに排出HCl重量%(こ
れは、加水分解反応後に、得られる水性相中のHCl最
終重量パーセントである)の影響を示すための27回の
実験を行った。
サン相の三つの重要なパラメーター、即ち、2〜4の重
合度を有するヒドロキシ末端直鎖状シロキサンのパーセ
ント(L2〜L4%として示す);数平均分子量(M
n)(これは、ポリマーの全シラノール%含有量に対す
る直接の相関関係を与える)並びに加水分解生成物、即
ち直鎖状シロキサン及び揮発性メチルシロキサンの混合
物中の直鎖状シロキサンのパーセント(直鎖状物重量%
として示す)を測定することによって評価した。直鎖状
シロキサン重量%は、どれだけ多くの環状シロキサン
が、加水分解反応で生成されるかを示す。
を行った。反応条件及び手順は、前記のものと同じであ
った。その結果を表2に要約する。
Claims (11)
- 【請求項1】 ヒドロキシ末端直鎖状シロキサンの製造
方法であって、 a)式: ClR2SiO(R1 2SiO)xSiR2Cl (式中、xは1〜10の値を有する整数であり、それぞ
れR及びR1は、独立に選択された一価の炭化水素基で
ある)を有するクロロシロキサンを、揮発性メチルシロ
キサンと混合して、揮発性メチルシロキサン中のクロロ
シロキサンの溶液を形成する工程、 b)揮発性メチルシロキサン中のクロロシロキサンの溶
液を加水分解して、反応生成物の加水分解混合物を形成
する工程、 c)反応生成物の前記加水分解混合物を、水性相と、ヒ
ドロキシ末端直鎖状シロキサン及び揮発性メチルシロキ
サンを含むシロキサン相とに分離する工程、及び d)前記シロキサン相から前記ヒドロキシ末端直鎖状シ
ロキサンを回収する工程 を含む方法。 - 【請求項2】 揮発性メチルシロキサン中のクロロシロ
キサンの溶液を、0.01〜18重量%HCl水溶液で
加水分解する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記クロロシロキサンを揮発性メチルシ
ロキサンと、1:0.33〜1:10の重量比で混合し
て、溶液を形成する、請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 xが1〜4の値を有する、請求項1乃至
3のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 xが1〜2の値を有する、請求項4記載
の方法。 - 【請求項6】 1のx値を有するクロロシロキサンの、
2のx値を有するクロロシロキサンに対する比が、2:
1〜1:2である、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 前記揮発性メチルシロキサンが、環状メ
チルシロキサンである、請求項1乃至6のいずれか1項
記載の方法。 - 【請求項8】 前記環状メチルシロキサンがオクタメチ
ルシクロテトラシロキサンである、請求項7記載の方
法。 - 【請求項9】 前記ヒドロキシ末端直鎖状シロキサン
を、前記シロキサン相から蒸留方法により回収する、請
求項1乃至8のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 更に、前記相分離工程c)に続く塩化
物減少工程を含み、それによって、ヒドロキシ末端直鎖
状シロキサンを含有する前記シロキサン相を、水、塩基
性水溶液、緩衝水溶液、イオン交換樹脂又はモレキュラ
ーシーブスと接触させて、減少した塩化物含有量を有す
るシロキサン相を生成させる、請求項1乃至9のいずれ
か1項記載の方法。 - 【請求項11】 前記水性相が、3〜13重量%のHC
lの濃度を有する、請求項1乃至10のいずれか1項記
載の方法。
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