JP2002322283A - 線状オルガノハイドロジェンシロキサンの製造方法 - Google Patents
線状オルガノハイドロジェンシロキサンの製造方法Info
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Abstract
イクルして線状オルガノハイドロジェンシロキサンへと
転化する。 【解決手段】この方法では、トリメチルクロロシラン存
在下でオルガノハイドロジェンジクロロシランを水と接
触させてM停止加水分解物を形成する。加水分解物を、
場合によっては予熱した後、酸性転位触媒と接触させて
線状オルガノハイドロジェンシロキサンを形成させる。
線状オルガノハイドロジェンシロキサンを環状オルガノ
ハイドロジェンシロキサンから分離し、回収する。その
後、環状オルガノハイドロジェンシロキサンは、全転化
率を最大にするために、さらに酸性転位触媒と接触させ
るプロセスにリサイクルすることができる。
Description
ロジェンポリシロキサンの製造方法に関する。
サンはコーティング、織物及び剥離紙用途に用いられて
いる。これらは、ビニル官能性シリコーンとの触媒シリ
コーン付加硬化反応のSiH源としても使用されてい
る。
は、通例、トリメチルクロロシランのような連鎖停止剤
の存在下又は非不在下でのオルガノハイドロジェンジク
ロロシラン(RSiHCl2)の加水分解によって製造
される。生成物は線状水素化シリコーンと環状水素化シ
リコーンとの混合物であるが、後者が少数成分である。
米国特許第5396956号には環状オルガノハイドロ
ジェンシロキサンの連続製造方法が開示されており、オ
ルガノハイドロジェンジクロロシランを略化学量論当量
の水と接触させて、加水分解物として環状オルガノハイ
ドロジェンシロキサンと線状オルガノハイドロジェンシ
ロキサンとの平衡混合物を形成する。次いで酸性転位触
媒と接触させて加水分解物を転位させ、環状オルガノハ
イドロジェンシロキサンを生じさせる。米国特許第56
98654号では、環状オルガノシロキサンの開環重合
を塩基性触媒存在下で行い、塩基性触媒を過剰の触媒ル
イス酸化合物で中和する。
線状化学種を含む材料が必要とされるので、当技術分野
では加水分解物をフラッシュストリッピング又は蒸留し
て環状化学種を除去するのが一般的である。線状オルガ
ノハイドロジェンポリシロキサンの需要が増すと、環状
化学種の量も増す。環状化学種をリサイクルして線状化
学種へと転化するための改良法に対するニーズは依然と
して存在する。
リシロキサンの製造方法に関するもので、当該方法で
は、トリメチルクロロシラン存在下でオルガノジクロロ
シランを水と接触させてM停止加水分解物を生じさせ
る。加水分解物を約65℃以下の温度で酸性転位触媒と
接触させて線状オルガノポリシロキサンを生じさせる。
線状オルガノポリシロキサンを環状オルガノポリシロキ
サンから分離して回収する。
中の揮発性環状オルガノハイドロジェンシロキサンを線
状オルガノハイドロジェンシロキサンへと転化すること
による線状オルガノハイドロジェンシロキサンの製造方
法である。
解物又はオルガノメチルヒドロシロキサンはシリコーン
当技術分野で周知であり、適当な技術で調製し得る。こ
の段階では、式(1)RHSiCl2で例示されるハロ
シランを連鎖停止剤存在下で水と接触させて、環状オル
ガノハイドロジェンシロキサンと線状オルガノハイドロ
ジェンシロキサンからなる加水分解物を形成する。
るシランの混合物でもよい。式(1)における置換基R
は炭素原子数1〜12の飽和一価炭化水素基及びアリー
ル基からなるから選択される。Rは、例えば、メチル、
エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第三級ブチ
ル、sec−ブチル、ヘキシル、シクロヘキシル、ドデ
シル、フェニル、トリル及びナフチルとし得る。一実施
形態では、Rはメチル及びフェニルからなるから選択さ
れる。別の実施形態ではRはメチルであり、メチルジク
ロロシランを使用する。さらに別の実施形態では、重合
を停止させ最終流体の粘度を調節するため、連鎖停止剤
としてトリメチルクロロシラン(CH3)3SiClを5
重量%未満添加する。
/線状比及び線状シロキサンの鎖長は、ハロシランと水
の比、温度、接触時間及び溶媒のような加水分解条件に
応じて変わる。本明細書でいうM停止とは、当技術分野
で周知の通り、連鎖末端の三官能性オルガノシラン末端
基R1,2,3SiO1/2をいい、R1、R2及びR3は各々独
立に炭素原子数1〜40の一価炭化水素基から選択され
る。一実施形態ではMはトリメチルシリルである。
シランを過剰の水と接触させる。ここで、化学量論当量
の水とは、上記シランによってプロセスに供給されるハ
ロゲン1モル当たり0.5モルの水と定義される。別の
実施形態では、水とシランとのモル比は化学量論当量の
100〜200%である。
用の通常の反応器で実施し得る。一実施形態では、プロ
セスはシランが液相として存在するような圧力で行われ
る。加水分解プロセスは約−15〜約50℃の温度で実
施し得る。一実施形態では、加水分解プロセスは約5〜
30℃の温度で実施される。
分解物は、典型的には、約0.5:1〜4:1の環状オ
ルガノハイドロジェンシロキサン/線状オルガノハイド
ロジェンシロキサン重量比を有する。
た加水分解物を、本発明の転位プロセスに供給する前
に、フラッシュ蒸留して環状オルガノハイドロジェンシ
ロキサンを線状オルガノハイドロジェンシロキサンから
分離する。フラッシュ蒸留は、通例、主に環状物からな
る供給流について、環状シロキサンを混合物から分離す
るための公知の標準的方法である。一実施形態では、加
水分解物を約150℃、5mmHgでストリッピングし
て、痕跡量のヘキサメチルジシロキサンと環状D4〜D
5混合物と低沸点線状化学種とを主成分とする塔頂流を
得る。次に、塔頂流を転位プロセスに供給して環状種を
線状種に転化する。
ロセスに供給されるM停止加水分解物原料は不活性溶媒
に希釈した形態である。「不活性」という用語は、希釈
剤として作用できるが、その他にはプロセスに作用しな
い溶媒を意味する。一実施形態では、不活性溶媒は、オ
ルガノハイドロジェンシロキサンの環状ヘプタマーの沸
点よりも高い沸点を有するアルカン及びアルカン混合物
である。
35〜55℃の温度に予熱してから、転位段階で加水分
解物を酸転位触媒に通す。予熱は任意段階であり、酸転
位反応器内での滞留時間を短縮するためのものである。
じて任意予熱段階の後、酸転位触媒に通す。酸転位触媒
は、環状オルガノハイドロジェンシロキサンから線状オ
ルガノハイドロジェンシロキサンへの転位を促進する酸
であればよい。酸性転位触媒はアレーニウス酸でも、ブ
レンステッド酸でもルイス酸でもよい。酸性転位触媒は
塩化水素、硫酸又はクロロスルホン酸のような均一触媒
でもよい。また、Super Filtrol F−I
O(Engelhard社、米国ミシシッピ州ジャクソ
ン)のようなベントナイトクレイのような不均一酸であ
ってもよい。一実施形態では、酸性転位触媒は、硫酸や
リン酸のような酸を吸収した炭素、粘土又はゼオライト
のような多孔質固体である。酸性重合媒体に代えて、当
技術分野で公知の強酸カチオン性イオン交換樹脂、例え
ばスルホン酸官能化フルオロポリマーであるNafio
n(商標、Aldrich Chemical社、米国
ウィスコンシン州ミルウォーキー)等を使用することも
できる。その他の例には、通常のスルホン酸官能化スチ
レン−ジビニルベンゼン(H)イオン交換樹脂がある。
る。一実施形態では、温度は約18〜65℃である。別
の実施形態では、温度は約40〜55℃である。
圧力は大気圧又はその付近である。
で実施される。プロセスは連続法、半連続法又は回分法
で実施できる。一実施形態では、プロセスは酸性転位触
媒の固定床を用いて連続プロセスとして実施される。
ある。一実施形態では、滞留時間は約5分〜1時間であ
る。別の実施形態では連続プロセスの滞留時間は約5〜
30分である。
化率及び線状シロキサンの鎖長は、供給原料の組成、予
熱器での滞留時間及び転位反応の条件によって変わる。
回収 線状オルガノハイドロジェンシロキサン(環状オルガノ
ハイドロジェンシロキサンの転位で得られるもの)は式
MDnMで表される。式中、Mは、上述の通り、連鎖D
末端の三官能性オルガノシラン末端基R1,2,3SiO1/2
をいい、DはR4HSiO2/2であり、nは1以上の整数
であり、R1、R2、R3及びR4は各々独立に炭素原子数
1〜40の一価炭化水素基から選択される。一実施形態
では、本発明のプロセスで回収される線状オルガノハイ
ドロジェンシロキサンは、Rがメチルで、nが1以上
(大半がは20〜80の範囲にある)のものである。
シロキサンを回収する方法は臨界的なものではなく、線
状/環状シロキサン混合物を分離するための当技術分野
で公知の標準的方法であればよい。例えば、転位した加
水分解物をフラッシュ蒸留して揮発性環状オルガノハイ
ドロジェンシロキサンを分離すれば、線状オルガノハイ
ドロジェンシロキサンを回収できる。
リサイクルしてさらに転移させるため転移反応器に独立
した供給流として戻してもよいし、任意には供給される
M停止加水分解物原料と混合してもよい。回収した環状
物を連続的にリサイクルしながら本発明の転位プロセス
を連続的に実施すると、線状オルガノハイドロジェンシ
ロキサンに転化されるクロロシラン供給原料が99%を
超えるという理論収率を与える。
特許請求の範囲で規定される本発明の技術的範囲を限定
するものではない。
量%とトリメチルクロロシラン3.5重量%の混合物
を、化学量論当量(すなわち反応器に添加したケイ素結
合塩素1モル当たり0.5モルの水)の200%過剰の
水と混合した。加水分解反応器を60psigに維持
し、反応器の温度を、反応器から出る加水分解物が約3
3℃の温度となるように調節した。反応器から出てくる
オルガノハイドロジェンシロキサン加水分解物を、熱伝
導率検出器(TCD)を用いたガスクロマトグラフィー
(GC)で分析したところ、約80重量%がM停止線状
オルガノハイドロジェンシロキサン種で約20重量%が
環状オルガノハイドロジェンシロキサン種からなること
が判明した。加水分解物の粘度は約10〜20センチス
トークスで、%減量率(150℃、/時)は約15〜2
0%であった。
0℃、5mmHgで減圧フラッシュ蒸留して、環状種と
低沸点線状種とを塔頂で回収した。塔底の線状留分を冷
却して回収した。塔頂留分をガスクロマトグラフィー
(GC)で分析したところ、約線状物20重量%と主に
D4〜D5からなる環状混合物80重量%とを含んでお
り、残りは主にD6〜D7の環状物であった。主成分たる
環状物と若干の線状物との混合物である「揮発分」7
9.8%の塔頂流を例2〜10の供給原料流として用い
た。
維持した予熱器に1.3〜5.4g/分の速度で送液
し、Filtrol 25ベントナイト酸浸出顆粒触媒
約100グラムを含む床温度35℃、45℃又は55℃
の充填床反応器に一回通した。転位反応器の滞留時間は
ポンプ速度で調節した。反応器から出てくる生成物を、
熱伝導率検出器(TCD)を用いたガスクロマトグラフ
ィー(GC)で、揮発分含量(すなわち環状物の存在の
指標)、粘度、及び減量率(%、150℃、/時)につ
いて分析した。
5mmHgでストリッピングして、揮発分(環状物)含
量を約3重量%以下に下げた。回収器から回収した材料
を再使用するため、例1の加水分解物原料と、揮発分1
5重量%で元の加水分解物原料85重量%の比でブレン
ドした後、転位反応器に供給した。例11(比較)で
は、供給流を転位反応器に通さずに揮発分含量、粘度及
び%減量率(150℃、/時)を分析した。主成分たる
環状物と若干の線状物との混合物である「揮発分」の割
合は39.26重量%であった。
物原料を、約35〜55℃に保った予熱器に1.3〜
5.4g/分の速度で送液した後、Filtrol 2
5ベントナイト酸浸出顆粒触媒約100グラムを含む床
温度35℃、45℃又は55℃の充填床反応器に一回通
した。滞留時間はポンプ速度で調節した。生成物の揮発
分含量、粘度、及び減量率(%、150℃、/時)を分
析した。
Claims (13)
- 【請求項1】 線状オルガノハイドロジェンシロキサン
の製造方法であって、(A)トリメチルクロロシラン存
在下で式RHSiCl2のシランを水と接触させて、環
状オルガノハイドロジェンシロキサンと線状オルガノハ
イドロジェンシロキサンとを含むM停止加水分解物を生
じさせ、(B)加水分解物を約65℃以下の温度で酸性
転位触媒と接触させて、線状オルガノハイドロジェンシ
ロキサンと環状オルガノハイドロジェンシロキサンとの
比を増大させ、(C)線状オルガノハイドロジェンシロ
キサンを環状オルガノハイドロジェンシロキサンから分
離することを含んでなり、Rが炭素原子数1〜12の飽
和一価炭化水素基及びアリール基からなるから選択され
る、方法。 - 【請求項2】 加水分解物を酸性転位触媒と接触させる
前に、加水分解物を約35〜55℃の温度に予熱するこ
とをさらに含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 水とシランとのモル比が化学量論当量の
約100〜200%である、請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 加水分解物を酸性転位触媒と約5分間以
上接触させる、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 加水分解物を酸性転位触媒と大気圧で接
触させる、請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記加水分解物が、トリメチルクロロシ
ラン存在下での式RHSiCl2のシランと水の反応か
らなるプロセスの生成物の留出物である、請求項1記載
の方法。 - 【請求項7】 加水分解物を固定床反応器中で酸性転位
触媒と接触させる、請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 当該プロセスが連続法で実施される、請
求項1記載の方法。 - 【請求項9】 環状オルガノハイドロジェンシロキサン
を回収して連続プロセスにリサイクルする、請求項8記
載の方法。 - 【請求項10】 前記酸性転位触媒が不均一触媒であ
る、請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 前記酸性転位触媒が、プロトン酸を吸
収した炭素、粘土及びゼオライトからなるから選択され
る、請求項1記載の方法。 - 【請求項12】 前記酸が硫酸及びリン酸からなるから
選択される、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記酸性転位触媒がスルホン化ジビニ
ルベンゼンスチレン共重合体樹脂である、請求項1記載
の方法。
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