JP2004002299A - 鎖状及び環状シロキサンの混合物の製造方法、そのような混合物、それらの混合物及びその使用 - Google Patents
鎖状及び環状シロキサンの混合物の製造方法、そのような混合物、それらの混合物及びその使用 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】鎖状及び環状シロキサンオリゴマーの混合物、その製造方法及びその使用を提供する。
【解決手段】アルコール性溶液中で酸性触媒の存在下に少なくとも1種のモノマーのシランを意図的に加水分解、縮合又は共縮合させることにより製造される、一般式I:
の鎖状及び環状シロキサン及び一般式II:
の環状シロキサン[上記式中、Rはアルキル、アリール、ビニル又はアルコキシから選択される有機官能基を表しかつケイ素原子当たり最大1個のビニル基又はアリール基が存在する]の混合物を製造する方法において、
(i)少なくとも1種のアリールクロルシラン又は
(ii)アルキルクロルシランとアリールクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシラン等の少なくとも2種のクロルシランの混合物又は
(iii)2つ以上の別々のバッチにおける少なくとも1種のクロルシラン成分を使用し、アルコール及び水を添加して反応させ、かつ
(iii)に関してはそれぞれ得られた鎖状及び環状シロキサンの混合物の少なくとも2つを一緒にすることを特徴とする、鎖状及び環状シロキサンオリゴマーの混合物の製造方法。
【選択図】 なし
【解決手段】アルコール性溶液中で酸性触媒の存在下に少なくとも1種のモノマーのシランを意図的に加水分解、縮合又は共縮合させることにより製造される、一般式I:
の鎖状及び環状シロキサン及び一般式II:
の環状シロキサン[上記式中、Rはアルキル、アリール、ビニル又はアルコキシから選択される有機官能基を表しかつケイ素原子当たり最大1個のビニル基又はアリール基が存在する]の混合物を製造する方法において、
(i)少なくとも1種のアリールクロルシラン又は
(ii)アルキルクロルシランとアリールクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシラン等の少なくとも2種のクロルシランの混合物又は
(iii)2つ以上の別々のバッチにおける少なくとも1種のクロルシラン成分を使用し、アルコール及び水を添加して反応させ、かつ
(iii)に関してはそれぞれ得られた鎖状及び環状シロキサンの混合物の少なくとも2つを一緒にすることを特徴とする、鎖状及び環状シロキサンオリゴマーの混合物の製造方法。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルコール性溶液中で酸性触媒の存在下にモノマーのシランを意図的に加水分解、縮合もしくは共縮合させることにより得られる、一般式:R3Si−O−[SiR2−O−]mSiR3の鎖状アルコキシシロキサン並びに一般式:−O−SiR2−[O−SiR2]n−の環状アルコキシシロキサンの混合物(以下には、前記アルコキシシロキサンを短縮してシロキサンもしくはシロキサンオリゴマーとも称する)に関し、前記式中、m及びnは整数であり、基Rは同じか又は異なっており、Rはアルキル、アリール、ビニル又はアルコキシを表しかつケイ素原子当たり最大1個のビニル基を有する。さらに、本発明は、前記混合物の製造方法及びその使用に関する。
【0002】
オルガノ/ビニル官能性アルコキシシランは、例えば熱可塑性ポリオレフィンのための架橋剤として使用される。このような生成物の性能に対する要求は、今日では極めて高くかつ全く特殊に適合した問題解決のための高い必要性を生じる。
【0003】
高分子量ポリマーで不純化された1,3−ジビニルテトラメトキシシロキサンを、ビニルトリクロルシランとメタノールの際に生成する粗製ビニルトリメトキシシランの蒸留後処理において得ることができることは公知である[Nagel et al., Journal of Organic Chemistry, Band XVI (1951), part 2, 1768−1771]。
【0004】
EP0518057A1は、鎖状及び環状シロキサンオリゴマーの前記のような混合物の製造方法を開示している。該方法では、相応する異なる置換基を有するオルガノアルコキシシランを触媒としてHCl及び規定量の水を添加して意図的に加水分解、縮合もしくは共縮合させ、その際触媒及び遊離アルコールを反応に引き続き再び生成物混合物から除去する。種々異なるオルガノ官能基を有するアルコキシシランを使用する限り、結果として生成するシロキサンオリゴマー中の異なる置換基の可能な限り均一な、即ち統計的な分布を得ることが所望される。この場合には、ビニル置換基のアルコキシ置換基に対するモル比1:1〜1:8及びビニル置換基のアルキル置換基に対するモル比1:0〜1:8を得ることが目的とされ、この場合シロキサン内のケイ素原子当たり最大1個のビニル置換基が生じる。
【0005】
さらに、EP1205505A2は、相応するオルガノクロルシランから出発する鎖状及び環状オルガノアルコキシシロキサンの混合物の連続的製造方法を開示している。
【0006】
これは全て制御するのが困難である。それというのも、種々のオルガノ官能基を有する加水分解可能なオルガノシランは、公知のように明らかに異なる加水分解及び縮合特性を有するからである。さらに、オルガノアルコキシシランは高価な出発物質である。
【0007】
【特許文献1】
EP0518057A1
【特許文献2】
EP1205505A2
【非特許文献1】
Nagel et al., Journal of Organic Chemistry, Band XVI (1951), part 2, 1768−1771
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、オルガノ官能性アルコキシシロキサン混合物、特にビニル官能性又はアルキル/ビニル官能性もしくは相応するアリール官能性アルコキシシランの別の製造方法を提供することであった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明に基づき特許請求の範囲の記載に基づき解決される。
【0010】
驚異的にも、鎖状及び環状シロキサンもしくはシロキサンオリゴマーの混合物、特にビニル官能性、アリール官能性、アルキル/ビニル官能性、アリール/ビニル官能性、アルキル/アリール官能性並びにビニル/アルキル/アリール官能性アルコキシシラン含有混合物、又は前記のオルガノ官能性アルコキシシロキサン混合物の少なくとも2つからなる混合物が、特に簡単かつ経済的方法でクロルシランから意図的な水及びアルコールの添加により、特に付加的な触媒の添加を行わずに製造可能であり、かつさらにまた特にそうして得られたオルガノ官能性アルコキシシラン混合物を意図的に混合することにより全く特殊に調整された使用特性を有する混合物を製造することができることが判明した。また、実質的に1段階反応も特別の利点を有する。所望のシロキサンオリゴマー混合物を得るためのクロルシランの加水分解、エステル化及び縮合もしくは共縮合は、一般に現場で行う。クロルシランは、相応するアルコキシシランよりも明らかに廉価である。さらに、触媒の添加が省ける。従って、本発明による方法は、簡単でありかつ総じて特に経済的である。
【0011】
従って、本発明の対象は、アルコール性溶液中で酸性触媒の存在下に少なくとも1種のモノマーを意図的に加水分解、縮合又は共縮合させることにより得られる、一般式I:
【0012】
【化3】
【0013】
の鎖状及び環状シロキサン及び一般式II:
【0014】
【化4】
【0015】
の環状シロキサン[前記式中、mは0〜40、有利には1〜20、特に有利には3〜6の整数でありかつnは2〜40、有利には2〜20の整数であり、基Rは同じか又は異なっており、Rは一連のアルキル、有利には1〜18個の炭素原子を有する線状、分枝鎖状又は環式アルキル基、ビニル、6〜18個の炭素原子を有するアリール、有利にはフェニル、トリル、又はベンジル、又はアルコキシ、有利にはメトキシ又はエトキシから選択される有機官能基を表しかつケイ素原子当たり最大1個のビニル基又はアリール基が存在する]の混合物を製造する方法に関し、該方法は、(i)少なくとも1種のアリールクロルシラン又は(ii)一連のアルキルクロルシランとアリールクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシラン、アルキルクロルシランとビニルクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシランとアルキルクロルシランからなる少なくとも2種のクロルシランの混合物又は(iii)2つ以上の別々のバッチにおける少なくとも1種のクロルシランを使用し、アルコール及び水を添加して反応させ、即ち意図的に加水分解及び縮合させ、かつ(iii)に関してはそれぞれ得られた混合物の少なくとも2つを一緒にして混合物を形成することを特徴とする。好ましくは、(iii)に基づく個々の混合物の意図的な混合は撹拌しながら行い、その際それぞれのオルガノアルコキシシランを多官能性オルガノシロキサンに均合させることができる。
【0016】
本発明による方法においては、特に(iii)に基づくクロルシラン成分としては、テトラクロルシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルメチルジクロルシラン、アルキルトリクロルシラン、例えばメチルトリクロルシラン、エチルトリクロルシラン、n−プロピルトリクロルシラン、i−プロピルトリクロルシラン、i−ブチルトリクロルシラン、n−オクチルトリクロルシラン、i−オクチルトリクロルシラン、ヘキサデシルトリクロルシラン、オクタデシルトリクロルシラン、アルキルメチルジクロルシラン、例えばジメチルジクロルシラン、メチルプロピルジクロルシラン、シクロアルキルトリクロルシラン並びにシクロアルキルメチルジクロルシラン、例えばシクロヘキシルトリクロルシラン、シクロヘキシルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジクロルシラン、フェニルトリクロルシラン、又はそれらの混合物を使用するのが有利である。
【0017】
アルコールとしては、本発明による方法では、有利にはメタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、2−メトキシエタノール又はそれらの混合物を使用する。
【0018】
本発明による方法を実施するためには、クロルシラン1モル当たり水0.5〜1.5モル、有利には水0.6〜1.0モル、特に有利には水0.7〜0.9モルを使用する。場合により、アルコールと、加水分解及び縮合もしくは共縮合のために有利な量の水を水/アルコール混合物として使用することもできる。次いで、クロルシランを装入しかつ水/アルコール混合物を計量供給する。
【0019】
好ましくは、本発明による方法においては、クロルシラン中のクロル1モル当たりアルコール1〜1.5モル、有利にはアルコール1.1〜1.3モルを使用する。成分の調合及び反応の実施は、通常十分に混合しながら行う。
【0020】
本発明による方法では、反応は好ましくは20〜100℃、有利には50〜80℃の範囲内の温度で実施し、圧力は大気圧である。
【0021】
一般に、本発明によるクロルシランの反応は、10分間〜5時間後、有利には60分間〜2時間後に終了する。
【0022】
好ましくは、引き続き遊離アルコール及び反応の際に生成する塩化水素を生成物混合物から除去する。生成物混合物からのアルコール及び塩化水素の除去は、有利には減圧下で蒸留により行う。
【0023】
本発明による方法は、連続的又は不連続的に操作される工程で実施することができる。
【0024】
一般に、本発明による方法は、クロルシランを撹拌容器に装入し、場合により加熱しかつ水を水/アルコール混合物、例えば水/メタノール混合物の形で計量供給する形式で実施する。この際に、塩化水素が分離され、これを反応容器から逃がしかつ水に吸収させる。塩化水素の発生の終了後に、一般になお数時間継続し、次いで蒸留により過剰のアルコール混合物の分離を開始する。その後存在する生成物を、ケイ素原子に存在するクロル基の完全な反応のためにアルコール中のナトリウムアルコラート溶液、例えばメタノール中の30%ナトリウムメチラート溶液中で中和させることができる。そうして、本発明による方法によれば生成物として相応するオルガノ官能性アルコキシシロキサン混合物が得られる。
【0025】
さらに、前記のようにして、但し互いに分離して製造した混合物の規定量を測定し、かつ適当な方法で十分に混合しながら一緒にすることができる。
【0026】
その際には、本発明に基づき得られたアルコキシシロキサン混合物は、有利には多官能性オルガノアルコキシシロキサンを有し、この場合このような式I又はIIの混合物もしくは該混合物の混合物のシロキサンは、少なくとも1個のアルコキシ基の他に少なくとも1個の別のオルガノ官能基、有利には2個のオルガノ官能基、場合により3個の別のオルガノ官能基を一連のアルキル、ビニル及びアリール上に有する。即ち、このようなアルコキシシロキサン含有混合物もしくは該混合物の混合物は、例えばアリール官能性鎖状並びに環状アルコキシシロキサン、又はアルキル/アリール官能性鎖状並びに環状アルコキシシロキサン、又はアリール/ビニル官能性鎖状並びに環状アルコキシシロキサン、又は鎖状並びに環状アルキル/アリール/ビニル官能性アルコキシシロキサンを含有することができる。
【0027】
従って、本発明の対象はまた、本発明による方法に基づき得られたアルキル官能性、ビニル官能性、アリール官能性、アルキル/ビニル官能性、アルキル/アリール官能性、アリール/ビニル官能性及び/又はアルキル/アリール/ビニル官能性アルコキシシロキサン含有混合物又はそれらの混合物である。
【0028】
本発明による方法は、有利な方法で生成物、即ち高い純度、副生成物の低い含量、低い揮発性、高い発火点及び低い粘度を有する鎖状並びに環状の多オルガノ官能性シロキサンの混合物もしくは該混合物の混合物を提供する。
【0029】
鎖状及び環状シロキサンもしくはシロキサンオリゴマーの本発明による混合物並びにそれから意図的製造された混合物は、有利に無機表面の処理のため、金属又は合金、例えば鉄、鋼、アルミニウム、セラミック、人造石、ガラス、建築材料及び建築物又は構成部材、例えばコンクリート、発泡コンクリート、石灰質砂岩、煉瓦、砂岩からなるものの撥水又は腐食防止又は接着補助表面加工のため、ガラス繊維及び鉱物繊維の被覆のため、結合剤として、結合剤に対する添加物として、充填剤、防火剤及び顔料、例えば天然、沈降又は熱分解ケイ酸、ケイ酸塩、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化マグネシウム、石膏、石灰、ドロマイト、メタリン酸アンモニウム、オルトリン酸アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、相応するリン酸メラニン、例えばピロリン酸メラミンのシラン処理のため、分散液の流動特性の改良のため、接着助剤として、接着剤及びシール剤、特にシリコーン、シラン末端ポリエーテル(MSも挙げられる)、並びにシラン末端ポリウレタンのための水捕捉剤として、ポリマーコンパウンド、例えばビニルグラフトされたポリオレフィンにおける水捕捉剤として、離型剤として、架橋剤、例えばアルコキシ官能性シリコーンのための架橋剤として並びにペイント及びラッカーのための添加物としての使用することがでる。
【0030】
【実施例】
本発明を以下の実施例により詳細に説明する。
【0031】
例1
ビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン807.5g(5.0モル)を充填した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずメタノール240.0g(7.5モル、添加すべき量の1/3に相当)を室温で1〜2時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約30〜35℃に上昇した。
【0032】
次の段階で、メタノール480.0g(15.0モル、添加すべき量の2/3)及び水72.0g(4.0モル)からなるメタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約75〜80℃に達するように計量供給した。メタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0033】
前記の作業法に基づき得られた、過剰のメタノール及び生成した塩化水素の残りを含有する粗製生成物から、引き続き常圧で蒸留することによりメタノール/塩化水素混合物を分離した。その際、バッチ温度は150〜155℃に上昇した。反応混合物を約100℃に冷却した後に、生成物の酸度もしくは塩化物含量を測定した。得られた塩化物値に対して、化学量論的量のナトリウムメチラート(30%のメタノール性溶液として)を加えかつ15分間撹拌した。その後、新たに塩化物含量を測定しかつ場合により再度メタノール性ナトリウムメチラートを加えかつ新たに15分間撹拌した。塩化物含量が10mg/kg未満であった際に、生成物を室温に冷却しかつ残留メタノール含量を真空蒸留により除去した(30hPa及び生成物温度100℃まで)。
【0034】
最後の作業工程として、ナトリウムメチラートでの中和の際に生成した塩化ナトリウムをフィルタを介して生成物から除去した。
【0035】
以下の特性値:
SiO2含量: 53.9%(質量)
メタノール: <0.1%(質量)
色指数: 5mg Pt−Co/l
を有するビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサン532.5g(理論値の95.8%)が得られた。
【0036】
例2
ビニル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン807.5g(5.0モル)を充填した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずエタノール575.0g(12.5モル、添加すべき量の60%に相当)を室温で2〜3時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約35〜40℃に上昇した。
【0037】
次の段階で、エタノール391.0g(8.5モル、添加すべき量の40%)及び水72.0g(4.0モル)からなるエタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約90〜95℃に達するように計量供給した。エタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0038】
例1に詳細に記載した、蒸留及び引き続いてのアルコール性ナトリウムアルコラート溶液(この場合にはエタノール性ナトリウムエタノラート溶液)での中和による反応混合物の後処理後に、以下の特性値:
SiO2含量: 45.2%(質量)
エタノール: <0.1%(質量)
色指数: <5mg Pt−Co/l
を有するビニル基、プロピル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサン619.3g(理論値の94.7%)が得られた。
【0039】
例3
ビニル基、プロピル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン403.8g(2.5モル)及びプロピルトリクロルシラン421.6g(2.375モル)を充填しかつ混合した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずエタノール575.0g(12.5モル、添加すべき量の60%に相当)を室温で2〜3時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約35〜40℃に上昇した。
【0040】
次の段階で、エタノール402.5g(8.75モル、添加すべき量の40%)及び水70.2g(3.9モル)からなるエタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約90〜95℃の達するように計量供給した。エタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0041】
例1に詳細に記載した、蒸留及び引き続いてのアルコール性ナトリウムアルコラート溶液(この場合にはエタノール性ナトリウムエタノラート溶液)での中和による反応混合物の後処理後に、以下の特性値:
SiO2含量: 41.1%(質量)
エタノール: <0.1%(質量)
色指数: 5mg Pt−Co/l
を有するビニル基、プロピル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサン641.2g(理論値の94.9%)が得られた。
【0042】
例4
ビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン242.3g(1.5モル)及びテトラクロルシラン765.0g(4.5モル)を充填しかつ混合した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずメタノール576.0g(18.0モル、添加すべき量の2/3に相当)を室温で1〜2時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約30〜35℃に上昇した。
【0043】
次の段階で、メタノール288.0g(9.0モル、添加すべき量の1/3)及び水86.4g(4.8モル)からなるエタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約75〜80℃に達するように計量供給した。メタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0044】
例1に詳細に記載した、蒸留及び引き続いてのアルコール性ナトリウムアルコラート溶液(この場合にはメタノール性ナトリウムメチラート溶液)での中和による後処理後に、以下の特性値:
SiO2含量: 52.9%(質量)
メタノール: <0.1%(質量)
色指数: <5mg Pt−Co/l
を有するビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサン664.0g(理論値の96.9%)が得られた。
【0045】
例5
ビニル基、メトキシ基及びエトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機及び温度計を備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコ内で、例1に基づき得られたビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサン720gを例2の基づき得られたビニル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサン585gと撹拌下に60℃に加熱することにより相互に混合した。
【0046】
そうして得られたオリゴマー混合物は、例えば充填物表面に対する段階付けられた反応性により優れている。この表面の種類に基づき、本発明によるオリゴシロキサンをここに記載の方法に基づき混合することにより所望のシラン化を調整することができる。
【0047】
SiO2含量: 50.0%(質量)
メタノール: <0.1%(質量)
エタノール: <0.1%(質量)
色指数: <5mg Pt−Co/l
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルコール性溶液中で酸性触媒の存在下にモノマーのシランを意図的に加水分解、縮合もしくは共縮合させることにより得られる、一般式:R3Si−O−[SiR2−O−]mSiR3の鎖状アルコキシシロキサン並びに一般式:−O−SiR2−[O−SiR2]n−の環状アルコキシシロキサンの混合物(以下には、前記アルコキシシロキサンを短縮してシロキサンもしくはシロキサンオリゴマーとも称する)に関し、前記式中、m及びnは整数であり、基Rは同じか又は異なっており、Rはアルキル、アリール、ビニル又はアルコキシを表しかつケイ素原子当たり最大1個のビニル基を有する。さらに、本発明は、前記混合物の製造方法及びその使用に関する。
【0002】
オルガノ/ビニル官能性アルコキシシランは、例えば熱可塑性ポリオレフィンのための架橋剤として使用される。このような生成物の性能に対する要求は、今日では極めて高くかつ全く特殊に適合した問題解決のための高い必要性を生じる。
【0003】
高分子量ポリマーで不純化された1,3−ジビニルテトラメトキシシロキサンを、ビニルトリクロルシランとメタノールの際に生成する粗製ビニルトリメトキシシランの蒸留後処理において得ることができることは公知である[Nagel et al., Journal of Organic Chemistry, Band XVI (1951), part 2, 1768−1771]。
【0004】
EP0518057A1は、鎖状及び環状シロキサンオリゴマーの前記のような混合物の製造方法を開示している。該方法では、相応する異なる置換基を有するオルガノアルコキシシランを触媒としてHCl及び規定量の水を添加して意図的に加水分解、縮合もしくは共縮合させ、その際触媒及び遊離アルコールを反応に引き続き再び生成物混合物から除去する。種々異なるオルガノ官能基を有するアルコキシシランを使用する限り、結果として生成するシロキサンオリゴマー中の異なる置換基の可能な限り均一な、即ち統計的な分布を得ることが所望される。この場合には、ビニル置換基のアルコキシ置換基に対するモル比1:1〜1:8及びビニル置換基のアルキル置換基に対するモル比1:0〜1:8を得ることが目的とされ、この場合シロキサン内のケイ素原子当たり最大1個のビニル置換基が生じる。
【0005】
さらに、EP1205505A2は、相応するオルガノクロルシランから出発する鎖状及び環状オルガノアルコキシシロキサンの混合物の連続的製造方法を開示している。
【0006】
これは全て制御するのが困難である。それというのも、種々のオルガノ官能基を有する加水分解可能なオルガノシランは、公知のように明らかに異なる加水分解及び縮合特性を有するからである。さらに、オルガノアルコキシシランは高価な出発物質である。
【0007】
【特許文献1】
EP0518057A1
【特許文献2】
EP1205505A2
【非特許文献1】
Nagel et al., Journal of Organic Chemistry, Band XVI (1951), part 2, 1768−1771
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、オルガノ官能性アルコキシシロキサン混合物、特にビニル官能性又はアルキル/ビニル官能性もしくは相応するアリール官能性アルコキシシランの別の製造方法を提供することであった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明に基づき特許請求の範囲の記載に基づき解決される。
【0010】
驚異的にも、鎖状及び環状シロキサンもしくはシロキサンオリゴマーの混合物、特にビニル官能性、アリール官能性、アルキル/ビニル官能性、アリール/ビニル官能性、アルキル/アリール官能性並びにビニル/アルキル/アリール官能性アルコキシシラン含有混合物、又は前記のオルガノ官能性アルコキシシロキサン混合物の少なくとも2つからなる混合物が、特に簡単かつ経済的方法でクロルシランから意図的な水及びアルコールの添加により、特に付加的な触媒の添加を行わずに製造可能であり、かつさらにまた特にそうして得られたオルガノ官能性アルコキシシラン混合物を意図的に混合することにより全く特殊に調整された使用特性を有する混合物を製造することができることが判明した。また、実質的に1段階反応も特別の利点を有する。所望のシロキサンオリゴマー混合物を得るためのクロルシランの加水分解、エステル化及び縮合もしくは共縮合は、一般に現場で行う。クロルシランは、相応するアルコキシシランよりも明らかに廉価である。さらに、触媒の添加が省ける。従って、本発明による方法は、簡単でありかつ総じて特に経済的である。
【0011】
従って、本発明の対象は、アルコール性溶液中で酸性触媒の存在下に少なくとも1種のモノマーを意図的に加水分解、縮合又は共縮合させることにより得られる、一般式I:
【0012】
【化3】
【0013】
の鎖状及び環状シロキサン及び一般式II:
【0014】
【化4】
【0015】
の環状シロキサン[前記式中、mは0〜40、有利には1〜20、特に有利には3〜6の整数でありかつnは2〜40、有利には2〜20の整数であり、基Rは同じか又は異なっており、Rは一連のアルキル、有利には1〜18個の炭素原子を有する線状、分枝鎖状又は環式アルキル基、ビニル、6〜18個の炭素原子を有するアリール、有利にはフェニル、トリル、又はベンジル、又はアルコキシ、有利にはメトキシ又はエトキシから選択される有機官能基を表しかつケイ素原子当たり最大1個のビニル基又はアリール基が存在する]の混合物を製造する方法に関し、該方法は、(i)少なくとも1種のアリールクロルシラン又は(ii)一連のアルキルクロルシランとアリールクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシラン、アルキルクロルシランとビニルクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシランとアルキルクロルシランからなる少なくとも2種のクロルシランの混合物又は(iii)2つ以上の別々のバッチにおける少なくとも1種のクロルシランを使用し、アルコール及び水を添加して反応させ、即ち意図的に加水分解及び縮合させ、かつ(iii)に関してはそれぞれ得られた混合物の少なくとも2つを一緒にして混合物を形成することを特徴とする。好ましくは、(iii)に基づく個々の混合物の意図的な混合は撹拌しながら行い、その際それぞれのオルガノアルコキシシランを多官能性オルガノシロキサンに均合させることができる。
【0016】
本発明による方法においては、特に(iii)に基づくクロルシラン成分としては、テトラクロルシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルメチルジクロルシラン、アルキルトリクロルシラン、例えばメチルトリクロルシラン、エチルトリクロルシラン、n−プロピルトリクロルシラン、i−プロピルトリクロルシラン、i−ブチルトリクロルシラン、n−オクチルトリクロルシラン、i−オクチルトリクロルシラン、ヘキサデシルトリクロルシラン、オクタデシルトリクロルシラン、アルキルメチルジクロルシラン、例えばジメチルジクロルシラン、メチルプロピルジクロルシラン、シクロアルキルトリクロルシラン並びにシクロアルキルメチルジクロルシラン、例えばシクロヘキシルトリクロルシラン、シクロヘキシルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジクロルシラン、フェニルトリクロルシラン、又はそれらの混合物を使用するのが有利である。
【0017】
アルコールとしては、本発明による方法では、有利にはメタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、2−メトキシエタノール又はそれらの混合物を使用する。
【0018】
本発明による方法を実施するためには、クロルシラン1モル当たり水0.5〜1.5モル、有利には水0.6〜1.0モル、特に有利には水0.7〜0.9モルを使用する。場合により、アルコールと、加水分解及び縮合もしくは共縮合のために有利な量の水を水/アルコール混合物として使用することもできる。次いで、クロルシランを装入しかつ水/アルコール混合物を計量供給する。
【0019】
好ましくは、本発明による方法においては、クロルシラン中のクロル1モル当たりアルコール1〜1.5モル、有利にはアルコール1.1〜1.3モルを使用する。成分の調合及び反応の実施は、通常十分に混合しながら行う。
【0020】
本発明による方法では、反応は好ましくは20〜100℃、有利には50〜80℃の範囲内の温度で実施し、圧力は大気圧である。
【0021】
一般に、本発明によるクロルシランの反応は、10分間〜5時間後、有利には60分間〜2時間後に終了する。
【0022】
好ましくは、引き続き遊離アルコール及び反応の際に生成する塩化水素を生成物混合物から除去する。生成物混合物からのアルコール及び塩化水素の除去は、有利には減圧下で蒸留により行う。
【0023】
本発明による方法は、連続的又は不連続的に操作される工程で実施することができる。
【0024】
一般に、本発明による方法は、クロルシランを撹拌容器に装入し、場合により加熱しかつ水を水/アルコール混合物、例えば水/メタノール混合物の形で計量供給する形式で実施する。この際に、塩化水素が分離され、これを反応容器から逃がしかつ水に吸収させる。塩化水素の発生の終了後に、一般になお数時間継続し、次いで蒸留により過剰のアルコール混合物の分離を開始する。その後存在する生成物を、ケイ素原子に存在するクロル基の完全な反応のためにアルコール中のナトリウムアルコラート溶液、例えばメタノール中の30%ナトリウムメチラート溶液中で中和させることができる。そうして、本発明による方法によれば生成物として相応するオルガノ官能性アルコキシシロキサン混合物が得られる。
【0025】
さらに、前記のようにして、但し互いに分離して製造した混合物の規定量を測定し、かつ適当な方法で十分に混合しながら一緒にすることができる。
【0026】
その際には、本発明に基づき得られたアルコキシシロキサン混合物は、有利には多官能性オルガノアルコキシシロキサンを有し、この場合このような式I又はIIの混合物もしくは該混合物の混合物のシロキサンは、少なくとも1個のアルコキシ基の他に少なくとも1個の別のオルガノ官能基、有利には2個のオルガノ官能基、場合により3個の別のオルガノ官能基を一連のアルキル、ビニル及びアリール上に有する。即ち、このようなアルコキシシロキサン含有混合物もしくは該混合物の混合物は、例えばアリール官能性鎖状並びに環状アルコキシシロキサン、又はアルキル/アリール官能性鎖状並びに環状アルコキシシロキサン、又はアリール/ビニル官能性鎖状並びに環状アルコキシシロキサン、又は鎖状並びに環状アルキル/アリール/ビニル官能性アルコキシシロキサンを含有することができる。
【0027】
従って、本発明の対象はまた、本発明による方法に基づき得られたアルキル官能性、ビニル官能性、アリール官能性、アルキル/ビニル官能性、アルキル/アリール官能性、アリール/ビニル官能性及び/又はアルキル/アリール/ビニル官能性アルコキシシロキサン含有混合物又はそれらの混合物である。
【0028】
本発明による方法は、有利な方法で生成物、即ち高い純度、副生成物の低い含量、低い揮発性、高い発火点及び低い粘度を有する鎖状並びに環状の多オルガノ官能性シロキサンの混合物もしくは該混合物の混合物を提供する。
【0029】
鎖状及び環状シロキサンもしくはシロキサンオリゴマーの本発明による混合物並びにそれから意図的製造された混合物は、有利に無機表面の処理のため、金属又は合金、例えば鉄、鋼、アルミニウム、セラミック、人造石、ガラス、建築材料及び建築物又は構成部材、例えばコンクリート、発泡コンクリート、石灰質砂岩、煉瓦、砂岩からなるものの撥水又は腐食防止又は接着補助表面加工のため、ガラス繊維及び鉱物繊維の被覆のため、結合剤として、結合剤に対する添加物として、充填剤、防火剤及び顔料、例えば天然、沈降又は熱分解ケイ酸、ケイ酸塩、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化マグネシウム、石膏、石灰、ドロマイト、メタリン酸アンモニウム、オルトリン酸アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、相応するリン酸メラニン、例えばピロリン酸メラミンのシラン処理のため、分散液の流動特性の改良のため、接着助剤として、接着剤及びシール剤、特にシリコーン、シラン末端ポリエーテル(MSも挙げられる)、並びにシラン末端ポリウレタンのための水捕捉剤として、ポリマーコンパウンド、例えばビニルグラフトされたポリオレフィンにおける水捕捉剤として、離型剤として、架橋剤、例えばアルコキシ官能性シリコーンのための架橋剤として並びにペイント及びラッカーのための添加物としての使用することがでる。
【0030】
【実施例】
本発明を以下の実施例により詳細に説明する。
【0031】
例1
ビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン807.5g(5.0モル)を充填した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずメタノール240.0g(7.5モル、添加すべき量の1/3に相当)を室温で1〜2時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約30〜35℃に上昇した。
【0032】
次の段階で、メタノール480.0g(15.0モル、添加すべき量の2/3)及び水72.0g(4.0モル)からなるメタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約75〜80℃に達するように計量供給した。メタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0033】
前記の作業法に基づき得られた、過剰のメタノール及び生成した塩化水素の残りを含有する粗製生成物から、引き続き常圧で蒸留することによりメタノール/塩化水素混合物を分離した。その際、バッチ温度は150〜155℃に上昇した。反応混合物を約100℃に冷却した後に、生成物の酸度もしくは塩化物含量を測定した。得られた塩化物値に対して、化学量論的量のナトリウムメチラート(30%のメタノール性溶液として)を加えかつ15分間撹拌した。その後、新たに塩化物含量を測定しかつ場合により再度メタノール性ナトリウムメチラートを加えかつ新たに15分間撹拌した。塩化物含量が10mg/kg未満であった際に、生成物を室温に冷却しかつ残留メタノール含量を真空蒸留により除去した(30hPa及び生成物温度100℃まで)。
【0034】
最後の作業工程として、ナトリウムメチラートでの中和の際に生成した塩化ナトリウムをフィルタを介して生成物から除去した。
【0035】
以下の特性値:
SiO2含量: 53.9%(質量)
メタノール: <0.1%(質量)
色指数: 5mg Pt−Co/l
を有するビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサン532.5g(理論値の95.8%)が得られた。
【0036】
例2
ビニル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン807.5g(5.0モル)を充填した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずエタノール575.0g(12.5モル、添加すべき量の60%に相当)を室温で2〜3時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約35〜40℃に上昇した。
【0037】
次の段階で、エタノール391.0g(8.5モル、添加すべき量の40%)及び水72.0g(4.0モル)からなるエタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約90〜95℃に達するように計量供給した。エタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0038】
例1に詳細に記載した、蒸留及び引き続いてのアルコール性ナトリウムアルコラート溶液(この場合にはエタノール性ナトリウムエタノラート溶液)での中和による反応混合物の後処理後に、以下の特性値:
SiO2含量: 45.2%(質量)
エタノール: <0.1%(質量)
色指数: <5mg Pt−Co/l
を有するビニル基、プロピル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサン619.3g(理論値の94.7%)が得られた。
【0039】
例3
ビニル基、プロピル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン403.8g(2.5モル)及びプロピルトリクロルシラン421.6g(2.375モル)を充填しかつ混合した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずエタノール575.0g(12.5モル、添加すべき量の60%に相当)を室温で2〜3時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約35〜40℃に上昇した。
【0040】
次の段階で、エタノール402.5g(8.75モル、添加すべき量の40%)及び水70.2g(3.9モル)からなるエタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約90〜95℃の達するように計量供給した。エタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0041】
例1に詳細に記載した、蒸留及び引き続いてのアルコール性ナトリウムアルコラート溶液(この場合にはエタノール性ナトリウムエタノラート溶液)での中和による反応混合物の後処理後に、以下の特性値:
SiO2含量: 41.1%(質量)
エタノール: <0.1%(質量)
色指数: 5mg Pt−Co/l
を有するビニル基、プロピル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサン641.2g(理論値の94.9%)が得られた。
【0042】
例4
ビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機、温度計及び滴下ロートを備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコに、窒素雰囲気下でビニルトリクロルシラン242.3g(1.5モル)及びテトラクロルシラン765.0g(4.5モル)を充填しかつ混合した。供給導管がクロルシランの液面の下で終わっている滴下ロートを介して、まずメタノール576.0g(18.0モル、添加すべき量の2/3に相当)を室温で1〜2時間以内で計量供給した。該反応混合物は、即座に塩化水素を発生し、該塩化水素を冷却器を介して導出しかつ捕集容器内で水中に吸収させた。反応混合物の温度は、約30〜35℃に上昇した。
【0043】
次の段階で、メタノール288.0g(9.0モル、添加すべき量の1/3)及び水86.4g(4.8モル)からなるエタノール/水混合物を、反応混合物の温度が3〜4時間以内で約75〜80℃に達するように計量供給した。メタノール/水混合物の添加終了後に、60分間還流加熱した。反応経過を、GCによりビニルクロルシラン含量の測定により追跡した。
【0044】
例1に詳細に記載した、蒸留及び引き続いてのアルコール性ナトリウムアルコラート溶液(この場合にはメタノール性ナトリウムメチラート溶液)での中和による後処理後に、以下の特性値:
SiO2含量: 52.9%(質量)
メタノール: <0.1%(質量)
色指数: <5mg Pt−Co/l
を有するビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサン664.0g(理論値の96.9%)が得られた。
【0045】
例5
ビニル基、メトキシ基及びエトキシ基含有オリゴシロキサンの製造
水冷却器、攪拌機及び温度計を備えた2000ml二重ジャケット3首フラスコ内で、例1に基づき得られたビニル基及びメトキシ基含有オリゴシロキサン720gを例2の基づき得られたビニル基及びエトキシ基含有オリゴシロキサン585gと撹拌下に60℃に加熱することにより相互に混合した。
【0046】
そうして得られたオリゴマー混合物は、例えば充填物表面に対する段階付けられた反応性により優れている。この表面の種類に基づき、本発明によるオリゴシロキサンをここに記載の方法に基づき混合することにより所望のシラン化を調整することができる。
【0047】
SiO2含量: 50.0%(質量)
メタノール: <0.1%(質量)
エタノール: <0.1%(質量)
色指数: <5mg Pt−Co/l
Claims (11)
- アルコール性溶液中で酸性触媒の存在下に少なくとも1種のモノマーのシランを意図的に加水分解、縮合又は共縮合させることにより製造される、一般式I:
(i)少なくとも1種のアリールクロルシラン又は
(ii)アルキルクロルシランとアリールクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシラン、アルキルクロルシランとビニルクロルシラン、アリールクロルシランとビニルクロルシランとアルキルクロルシランの少なくとも2種のクロルシランの混合物又は
(iii)2つ以上の別々のバッチにおける少なくとも1種のクロルシラン成分を使用し、アルコール及び水を添加して反応させ、かつ
(iii)に関してはそれぞれ得られた鎖状及び環状シロキサンの混合物の少なくとも2つを一緒にすることを特徴とする、鎖状及び環状シロキサンオリゴマーの混合物の製造方法。 - クロルシラン成分としてテトラクロルシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルメチルジクロルシラン、アルキルトリクロルシラン、アルキルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジクロルシラン、フェニルトリクロルシラン、シクロアルキルトリクロルシラン、シクロアルキルメチルジクロルシラン又はそれらの混合物を使用する、請求項1記載の方法。
- アルコールとしてメタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、2−メトキシエタノール又はそれらの混合物を使用する、請求項1又は2記載の方法。
- クロルシラン1モル当たり水0.5〜1.5モルを使用する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- クロルシラン中のクロル1モル当たりアルコール0.5〜1.5モルを使用する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 反応を20〜100℃の範囲内の温度で実施する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 遊離アルコール及び反応の際に生成する塩化水素を生成物混合物から除去する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- 工程を連続的又は不連続的に実施する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
- 請求項1から8までのいずれか1項記載の方法に基づき得られるアルキル官能性、ビニル官能性、アリール官能性、アルキル/ビニル官能性、アルキル/アリール官能性、アリール/ビニル官能性及び/又はアルキル/アリール/ビニル官能性アルコキシシラン含有混合物又はそれらの混合物。
- 一般式I及び/又は一般式IIの鎖状及び環状シロキサンの混合物が官能基として大体においてa)アリール基及びアルコキシ基又はb)ビニル基、アリール基及びアルコキシ基又はc)アリール基、アルキル基及びアルコキシ基又はd)アリール基、ビニル基、アルキル基及びアルコキシ基を含有するか、又は前記混合物の混合物が別々の経路で製造された式I及び/又は式IIの鎖状又は環状オルガノシロキサンの少なくとも2つの混合物並びにそれらの後続生成物をベースとする、請求項1記載の混合物又は該混合物の混合物。
- 請求項1から10までのいずれか1項記載に基づき得られた鎖状及び環状シロキサンの混合物又はそれらの混合物の、無機表面の処理のため、金属、合金、セラミック、人造石、ガラス、建築材料及び建築物の撥水又は腐食防止又は接着補助加工のため、ガラス繊維及び鉱物繊維の被覆のため、結合剤として、結合剤に対する添加物として、充填剤、防火剤及び顔料のシラン処理のため、分散液の流動特性の改良のため、接着助剤として、接着剤及びシール剤のための水補足剤として、ポリマーコンパウンドにおける水補足剤として、離型剤として、架橋剤として並びにペイント及びラッカーのための添加物としての使用。
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