JP2005307215A - Si−H基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサンの製造方法 - Google Patents

Si−H基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサンの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】直鎖状の二炭化水素シロキシ単位及びSi−H基を有するオルガノポリシロキサンの単純化された製造方法を提供する。
【解決手段】ジオルガノシロキシ単位及びSi−H基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン(P)を、第一段階でジオルガノジクロロシラン(A)及びモノクロロシラン(B)及び場合によりジクロロシラン(C)を1モルの加水分解可能な塩素あたりに多くて0.5モルの水と反応させて、部分加水分解物(T)及び気体状塩化水素を得て、その際、モノクロロシラン(B)又はジクロロシラン(C)は少なくともSi−H基を有し、かつ第二段階で部分加水分解物(T)をなおも存在するSiCl基を除去するために塩酸の形成下に水で処理し、その際、オルガノポリシロキサン(P)を含有する加水分解物(H)が得られる方法で製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は直鎖状のジオルガノシロキシ単位及びSi−H基を有するオルガノポリシロキサンをオルガノクロロシランと水から製造する方法に関する。
EP967236号Aは、トリメチルシリル末端基を有する水素メチルポリシロキサンをメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン及び水から二段階法で製造することを記載している。
水素メチルシロキシ単位及びジメチルシロキシ単位を有し、トリメチルシリル末端基を有するポリシロキサンを、平衡化触媒の使用による水素メチルポリシロキサンとジメチルポリシロキサンとの平衡を介して製造することはWO96/18670号に記載されている。
EP967236号A WO96/18670号
本発明の課題は直鎖状の二炭化水素シロキシ単位及びSi−H基を有するオルガノポリシロキサンの単純化された製造方法を提供することである。
本発明の対象は、ジオルガノシロキシ単位及びSi−H基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン(P)の製造方法であって、第一段階でジオルガノジクロロシラン(A)及びモノクロロシラン(B)及び場合によりジクロロシラン(C)を1モルの加水分解可能な塩素あたりに多くて0.5モルの水と反応させて、部分加水分解物(T)及び気体状塩化水素を得て、その際、モノクロロシラン(B)又はジクロロシラン(C)は少なくともSi−H基を有し、かつ第二段階で部分加水分解物(T)をなおも存在するSiCl基を除去するために塩酸の形成下に水で処理し、その際、オルガノポリシロキサン(P)を含有する加水分解物(H)が得られる方法である。
該方法では、炭化水素クロロシランから直接的にオルガノポリシロキサン(P)が製造される。今まで必要とされていた付加的な工程段階である少なくとも2種の異なるオルガノポリシロキサンの平衡化は不要となる。
該方法は容易に調節でき、水素脱離が抑制されるのでオルガノポリシロキサン(P)中への分枝の形成が生じない。オルガノポリシロキサン(P)はゲル化の傾向もない。更に出発物質のHClガスとしての高い割合の塩素が得られる。
加水分解可能な塩素は、SiCl基の形で存在する。有利には第一段階で1モルの加水分解可能な塩素あたり少なくとも0.3モルの水が使用される。
ジオルガノシロキシ単位及びSi−H基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン(P)は、有利には一般式1
SiO(SiRO)(SiR O)SiR (1)
[式中、
Rは水素又は非置換又はハロゲン基又はシアノ基で置換された1〜18個の炭素原子を有する炭化水素基を意味し、
は非置換又はハロゲン又はシアノ基で置換された1〜18個の炭素原子を有する炭化水素基を意味し、
mは0〜1000の整数値を意味し、かつ
nは1〜1000の整数値を意味するが、但し、少なくとも1つの基Rは水素を意味する]を有する。
第一段階で使用されるジオルガノジクロロシラン(A)は有利には一般式2
SiCl (2)
[式中、Rは前記の意味を有する]を有する。
第一段階で使用されるモノクロロシラン(B)は有利には一般式3
SiCl (3)
[式中、Rは前記の意味を有する]を有する。
第一段階で使用されるジクロロシラン(C)は有利には一般式4
SiCl (4)
[式中、Rは前記の意味を有する]を有する。
有利には炭化水素R及びRはエチレン性又はアセチレン性不飽和結合を有さない1〜18個の炭素原子を有する炭化水素基を意味する。
炭化水素基R及びRのための例は、アルキル基、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、ヘキシル基、例えばn−ヘキシル基、ヘプチル基、例えばn−ヘプチル基、オクチル基、例えばn−オクチル基及びイソオクチル基、例えば2,2,4−トリメチルペンチル基、ノニル基、例えばn−ノニル基、デシル基、例えばn−デシル基、ドデシル基、例えばn−デシル基、オクタデシル基、例えばn−オクタデシル基、シクロアルキル基、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基及びメチルシクロヘキシル基、アリール基、例えばフェニル基、ナフチル基及びアントリル基及びフェナントリル基、アルカリール基、例えばo−、m−、p−トリル基、キシリル基及びエチルフェニル基、アラルキル基、例えばベンジル基、α−及びβ−フェニルエチル基である。
置換された炭化水素基R及びRのための例は、シアノアルキル基、例えばβ−シアノエチル基、及びハロゲン化された炭化水素基、例えばハロゲンアルキル基、例えば3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル基、2,2,2,2′,2′,2′−ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、及びハロゲンアリール基、例えばo−、m−及びp−クロロフェニル基である。
有利には、基R及びRはフェニル基又は、特に1〜10個の炭素原子、殊に1〜6個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基である。特に有利な炭化水素基R及びRはn−プロピル基、エチル基及び、特にメチル基である。
有利にはmは多くて200、特に多くて50の値を意味する。有利にはnは多くて500、特に多くて250の値を意味する。
有利には第一段階で使用される混合物は
(メチル=Me):
MeSiCl/MeSiCl/MeSiHCl
MeSiCl/プロピルMeSiCl/MeSiHCl
MeSiCl/MeSiCl/フェニルMeSiCl/MeSiHCl
MeSiHCl/MeSiCl
MeSiHCl/MeSiCl/MeSiHCl
である。
本発明による方法は、難揮発性のオルガノポリシロキサン(P)、例えばMeHSi末端基を有するポリジメチルシロキサン又はSiHを含有し、トリメチルシリル末端基を有するポリシロキサンを製造するために極めて適している。有利にはオルガノポリシロキサン(P)は25℃で1〜1200mPasの粘度を有する。
本発明による方法の第一段階は、有利には多くて0.9kg/lの密度を有する水不溶性の有機溶剤(L)の存在下に実施される。水不溶性の有機溶剤(L)とは、本発明の範囲では、25℃での溶解度が1g溶剤/100g水未満である溶剤、例えばトルエン、キシレン、四塩化炭素、n−オクタンを意味することが望ましい。トルエンが有利である。
第一段階で形成される部分加水分解物(T)は、部分的にCl末端基及び場合によりOH末端基を有するオルガノポリシロキサン及び環式シロキサンからなる。部分加水分解物(T)中になおも存在するSiCl基の含量は、有利には0.5〜5質量%、特に1.0〜2質量%である。
本発明による方法の第一段階は、有利には0〜80℃、特に10〜30℃の温度及び900〜1600hPaの圧力で実施される。
第一段階で生じる塩化水素ガスは、別の方法、例えばメタノールと一緒にクロロメタンの製造のために直接使用でき、これは再びメチルクロロシラン合成で使用される。このように塩素は大気中に放出することなく循環させることができる。
第二段階では、部分加水分解物(T)の塩素含量を水と完全に反応させる。その際生じる塩酸は、有利には3〜20質量%、特に5〜10質量%のHCl含量を有する。
本発明による方法の特定の実施態様では、第二段階で形成された塩酸を第一段階で水供与体として使用する。有利には少なくとも90%、特に少なくとも95%の第二段階で形成された塩酸を第一段階で使用する。
本発明による方法の特に有利な実施態様では、第二段階で、多くても生じた塩酸の水が第一段階で完全に反応される程度の水が使用される。
本発明により製造されるオルガノポリシロキサン(P)の鎖長及び粘度は、使用されるクロロシラン混合物の質量比を介して調節される。
本発明による方法の第二段階は、有利には0〜100℃、特に10〜60℃の温度及び大気雰囲気の圧力、従って900〜1100hPaで実施される。
有利な実施態様では、第二段階で生じた加水分解物(H)と転位触媒とを、難揮発性の実質的に直鎖状のオルガノポリシロキサンの割合を高めるために混合する。有利には、この触媒は強酸性のイオン交換体、特に有利にはポリスチレンを基礎とし、かつスルホン酸基で官能化された強酸性のイオン交換体である。有利には該触媒は管形反応器中に充填され、特に荒充填として充填されるが、また規則充填物としても存在してよい。
更なる有利な実施態様において、第二段階後に生じる加水分解物(H)をオルガノポリシロキサン(P)と易揮発性のオルガノポリシロキサンを含有する混合物(G)とに分離する。該混合物(G)は、有利には第一段階及び/又は第二段階に戻すか、又は完全にもしくは部分的に難揮発性の実質的に直鎖状のオルガノポリシロキサンに転位させる。
混合物(G)の分離は、有利には蒸留によって行われ、その際、該混合物は特に有利には二段階で混合物(G1)と(G2)とに分離される。混合物(G)、(G1)、(G2)は、主に短鎖の直鎖状及び環式のオルガノ水素シロキサン及び場合により溶剤(L)である。第一の蒸留段階では、優先的に場合により使用される溶剤(L)を分離する。この溶剤は再び第一又は第二の工程段階に供給してよい。第二の蒸留段階は優先的にオルガノ水素シロキサン混合物の分離に寄与し、該混合物は有利には蒸留段階に戻される。蒸留物の分離は環式のオルガノ水素ポリシロキサンを得るために用いることができる。
第一の蒸留段階は、有利には50〜150℃、特に60〜120℃の温度及び50〜1100hPaの絶対圧で実施される。
第二の蒸留段階は、有利には80〜200℃、特に120〜160℃の温度及び1〜30hPaの絶対圧で実施される。
有利には混合物(G)、(G1)、(G2)は第一段階に戻される。
特に有利には混合物(G)、(G1)、(G2)を用いて、場合により溶剤の分離後に転位触媒の存在下に転位を実施する。有利には触媒は前記の加水分解物(H)で使用可能な触媒である。
接触時間の間に、大部分まで、有利には80〜95質量%までの揮発性のオルガノ水素ポリシロキサンが難揮発性の、実質的に直鎖状のオルガノ水素ポリシロキサンに転位する。混合物(G)、(G1)、(G2)は、有利には60質量%までの溶剤(L)を含有するが、特に混合物(G1)と(G2)との混合物は、特に有利には15〜25%の溶剤(L)を含有する。
混合物(G)、(G1)、(G2)を反応容器中で触媒と接触させてよい。反応容器としては、任意の反応容器、例えば撹拌槽、特に管形反応器を使用できる。混合物(G)、(G1)、(G2)は上方から触媒充填を介して添加しても、又はポンプを用いて下方から上方に触媒塔に流通させてもよく、その際、ポンプによる下方からの流通が有利である。
転位の程度については、触媒量、滞留時間及び温度が特に重要である。1分ないし120分の接触時間が有利であり、かつ2分ないし30分が特に有利である。転位は、有利には−30℃〜+200℃、特に有利には0〜30℃の温度で、かつ大気雰囲気の有利な圧力、従って約900〜1100hPaで実施される。
本発明による方法は、回分式、半連続的又は完全連続的に実施してよく、その際、有利には二段階と場合により混合物(G)、(G1)、(G2)の分離、加工及び供給との完全連続的な様式が連結された装置で使用される。
図1は本発明による方法の有利な実施態様を示している:
第一段階でループ型反応器(1)中に導管(5)を介してクロロシラン混合物を供給し、導管(10)を介して塩酸を供給し、かつ導管(12)を介して薄膜型蒸発器(4)の蒸留物を供給する。気体状の塩化水素を導管(6)を介して排出し、そして製造された部分加水分解物(T)を導管(7)を介して排出する。
部分加水分解物(T)を導管(7)を介して、かつ水を導管(8)を介してループ型反応器中に供給する。
全反応混合物を次いで導管(9)を介して分離器(3)中に供給する。そこで塩酸を下方相として分離し、そして導管(10)を介してループ型反応器(1)に戻す。上方相を導管(11)を介して第一の蒸留装置(4)に供給する。易揮発性成分を導管(12)を介してループ型反応器(1)中に戻す。場合により易揮発性成分の一部を導管(12)から分岐させ、そしてループ型反応器(2)中に戻す。排出物(13)を第二の蒸留装置(14)に供給する。易揮発性成分を導管(15)を介して転位反応器(16)に供給する。転位された物質流を導管(17)を介して蒸留装置(4)に戻す。排出物(18)はオルガノ水素ポリシロキサンを含有する。
前記の式の全ての存在する記号は、それぞれ互いに無関係にそれらの意味を有する。全ての式ではケイ素原子は四価である。
本発明の範囲では、それぞれ特に記載がない限り全ての量及びパーセントデータは質量に対するものであり、全ての温度は20℃であり、かつ全ての圧力は1.013バール(絶対)である。全ての粘度は25℃で測定している。
関連数字は図1に関連するものである。
実施例1
ループ型反応器(1)中に100kg/時間のメチルジクロロシラン、34kg/時間のジメチルジクロロシラン及び7.0kg/時間のトリメチルクロロシランを導管(5)を介して、60l/時間の薄膜型蒸発器(4)の蒸留物(30質量%の低分子の水素メチルシロキサン及び70質量%のトルエンを含有する)を導管(12)を介して、かつ分離器(3)からの塩酸を導管(10)を介して30℃で供給する。生じた塩化水素を気体状で反応器から排出する。ループ型反応器(1)から生じる部分加水分解物を、塩素含量15g/kgを有する均質相として導管(7)を介してループ型反応器(2)中に供給し、かつそこで20kg/時間の水と混合する。
ループ型反応器(2)から生じる反応混合物を導管(9)を介して分離器(3)中に供給する。そこで上方の有機加水分解物相と、約6質量%の塩酸に相当する下方の水相とに分離する。下相を導管(10)を介してループ型反応器(1)に戻す。有機加水分解物相を(4)で二段階の蒸留段階にわたり160℃及び1ミリバール(絶対)までで加熱する。第二の蒸留段階(14)で生じる蒸留物流(15)を完全に、下方から流動されるスルホン化ポリスチレン樹脂の触媒充填物を有する流動床反応器として説明されている転位反応器(16)中に供給する。転位反応は20℃及び1100hPaの絶対圧で実施する。
転位されたDSV凝縮物(17)を再び装置(4)の蒸留部に供給して戻す。排出物(13)はトリメチルシリル末端基を有し、ジメチルシリル基を有する直鎖状の水素メチルポリシロキサン(H含量1.1%、粘度30mm/秒)を含有する。
実施例2
ループ型反応器(1)中に94kg/時間のジメチルジクロロシラン及び4.0kg/時間のジメチルクロロシランを導管(5)を介して、50l/時間の薄膜型蒸発器(4)からの蒸留物を導管(12)を介して、かつ分離器(3)からの塩酸を導管(10)を介して供給する。生じた塩化水素を気体状で反応器から排出する。ループ型反応器(1)から生じた部分加水分解物を塩素含量20g/kgを有する均質相として導管(7)を介してループ型反応器(2)中に供給し、かつそこで25.0kg/時間の水と混合する。
ループ型反応器(2)から生じる反応混合物を導管(9)を介して分離器(3)中に供給する。そこで上方の有機加水分解物相と下方の水相とに分離する。下相を導管(10)を介してループ型反応器(1)に戻す。有機加水分解物相を(4)で二段階の蒸留段階にわたり160℃及び1ミリバール(絶対)までで加熱する。第二の蒸留段階(14)で生じる蒸留物流(15)を完全に、下方から流動されるスルホン化ポリスチレン樹脂の触媒充填物を有する流動床反応器として説明されている転位反応器(16)中に供給する。転位反応は20℃及び1100hPaの絶対圧で実施する。
転位されたDSV凝縮物を再び装置(4)の蒸留部に供給して戻す。排出物(13)は水素末端基を有する直鎖状のジメチルポリシロキサン(H含量0.05%、粘度60mm/秒)を含有する。
図1は本発明による方法の有利な実施態様を示している
符号の説明
1、2 ループ型反応器、 3 分離器、 4 薄膜型蒸発器、 5、6、7、8、9、10、11、12、13、15、17、18 導管、 14 蒸留装置、 16 転位反応器

Claims (10)

  1. ジオルガノシロキシ単位及びSi−H基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン(P)の製造方法であって、第一段階でジオルガノジクロロシラン(A)及びモノクロロシラン(B)及び場合によりジクロロシラン(C)を1モルの加水分解可能な塩素あたりに多くて0.5モルの水と反応させて、部分加水分解物(T)及び気体状塩化水素を得て、その際、モノクロロシラン(B)又はジクロロシラン(C)は少なくともSi−H基を有し、かつ第二段階で部分加水分解物(T)をなおも存在するSiCl基を除去するために塩酸の形成下に水で処理し、その際、オルガノポリシロキサン(P)を含有する加水分解物(H)が得られる方法。
  2. ジオルガノシロキシ単位及びSi−H基を有する直鎖状のオルガノポリシロキサン(P)が、一般式1
    SiO(SiRO)(SiR O)SiR (1)
    [式中、
    Rは水素又は非置換又はハロゲン基又はシアノ基で置換された1〜18個の炭素原子を有する炭化水素基を意味し、
    は非置換又はハロゲン又はシアノ基で置換された1〜18個の炭素原子を有する炭化水素基を意味し、
    mは0〜1000の整数値を意味し、かつ
    nは1〜1000の整数値を意味するが、但し、少なくとも1つの基Rは水素を意味する]を有する、請求項1記載の方法。
  3. 第一段階で使用されるジオルガノジクロロシラン(A)が、一般式2
    SiCl (2)
    [式中、Rは請求項2記載の意味を有する]を有する、請求項1又は2記載の方法。
  4. 第一段階で使用されるモノクロロシラン(B)が、一般式3
    SiCl (3)
    [式中、Rは請求項2記載の意味を有する]を有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 第一段階で使用されるジクロロシラン(C)が、一般式4
    SiCl (4)
    [式中、Rは請求項2記載の意味を有する]を有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 第二段階で形成される塩酸を第一段階での水供与体として使用する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 第一段階を、多くて0.9kg/lの密度を有する水不溶性の有機溶剤(L)の存在下に実施する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 両方の段階を完全連続的に実施する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 第二段階の後に生じる加水分解物(H)を転位触媒と混合する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 第二段階で生じる加水分解物(H)をオルガノポリシロキサン(P)と易揮発性のオルガノポリシロキサンを含有する混合物(G)とに分離し、そして該混合物(G)を第一段階及び/又は第二段階に戻すか、又は完全にもしくは部分的に難揮発性の、実質的に直鎖状のオルガノポリシロキサンに転位させる、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
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