JP2019509371A - SiOH官能性ポリシロキサンの製造方法 - Google Patents

SiOH官能性ポリシロキサンの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、OH含量が3.0〜10.0重量%であるオルガノポリシロキサンを製造するための連続的方法であって、一般式I:R1mSiR2nXo(I)、[式中、R1はC1−C18炭化水素基であり、かつR2はC1−C6アルコキシ基であり、かつXは塩素または臭素の基であり、mは1、2または3の値を示し、nは0、1、2または3の値を示し、かつoは0、1、2または3の値を示し、ただし、4−m=n+oであること、一般式Iのシランの少なくとも30mol%では、n≠0およびo≠0であること、水および非極性溶媒が、20℃および1barで水1l中に1g以下の程度で可溶性であることを条件とする。]のシランを、反応混合物へ連続的に計量投入し、反応混合物が連続的に放出される方法を提供する。

Description

本発明は低分子量のSiOH官能性ポリシロキサンを製造するための連続的方法に関する。
DE102013212980には、連続的方法によって製造することができる、SiOH官能性ポリフェニルシロキサンが記載されている。
そこでは、とりわけ、クロロシランおよびアルコキシシランの合計に対してクロロシランを95%〜60%の重量分率およびアルコキシシランを5%〜40%の重量分率で、水および非極性溶媒と同じ反応装置に計量投入する。
何年もの技術的な取扱いの経験で、これらのポリシロキサン樹脂は、Mv>3000g/molの高分子量では、表面感度が高いコーティング用途に適していないことを示している。
したがって、分子量が<3000g/molである加工製品が好ましい。
しかしながら、DE102013212980の方法では、とりわけポリメチルシロキサンを含んでなるポリフェニルシロキサンを製造する場合に、所望しないMv>3000g/molの高分子量が生じる問題が発生する。
本発明によれば、OH含量が3.0〜10.0重量%であるオルガノポリシロキサンを製造するための連続的方法であって、
一般式I:
SiR (I)、
[式中、
はC−C18炭化水素基であり、かつ
はC−Cアルコキシ基であり、かつ
Xは塩素または臭素の基であり、
mは1、2または3の値を示し、
nは0、1、2または3の値を示し、
oは0、1、2または3の値を示し、
ただし、4−m=n+oであること、一般式Iのシランの少なくとも30mol%では、n≠0およびo≠0であること、水および非極性溶媒が、20℃および1barで水1l中に1g以下の程度で可溶性であることを条件とする。]
のシランを、反応混合物へ連続的に計量投入し、反応混合物を連続的に放出する、連続的方法が提供される。
発明の具体的説明
−Cアルコキシ基ならびに塩素および/または臭素の基の両方を有する一般式Iのシランを使用することにより、連続的な反応は円滑に進行し、より均一かつ、特に分子量がMv<3000g/molである比較的低分子量なオルガノポリシロキサンが得られる。
OH含量が3.0〜10.0重量%であるオルガノポリシロキサンは単純かつ経済的な方法で製造される。加水分解縮合反応が行われる。
既知の方法とは対照的に、OH含量が3.0〜10.0重量%であるオルガノポリシロキサンは、本発明による方法により非常に短い滞留期間で製造され、アルコールを含む水溶性の極性溶媒さえ省略される。
短い滞留時間および比較的低量のアルコキシシランによって、アルコールおよびHClからのクロロアルカンの形成は抑制され、かつアルコールの量は減少する。
これは、既知の連続的および不連続的な方法と比較して、重大な費用優位をもたらし、その理由としては短い滞留時間によりスループットがより高いことに加えて、CODおよびPOXの負担が少ないために、廃水処理の煩雑性を同時に著しく低減させることができるためである。さらに廃水の引火点は55℃超と比較的高い。
−C18炭化水素基であるRは、好ましくはC−Cアルキル基であり、特にメチル、エチルまたはプロピルの基、あるいはフェニル基である。
−C18炭化水素基であるRの好ましくは10〜90mol%、とりわけ好ましくは20〜80mol%、特に30〜70mol%はフェニル基である。
−Cアルコキシ基であるRは、好ましくはメトキシまたはエトキシの基である。
好ましくは、一般式Iのシランの少なくとも80mol%、特に少なくとも95mol%では、mの値は1または2である。
好ましくは、一般式Iのシランの少なくとも50mol%、とりわけ好ましくは少なくとも70mol%、特に少なくとも90mol%では、mの値は1である。
好ましくは、これは、一般式Iのシランの少なくとも50mol%、とりわけ好ましくは少なくとも60mol%、特に少なくとも70mol%では、n≠0およびo≠0であることを意味する。
好ましい目的で、一般式Iのシラン、水および非極性溶媒は、ループリアクター中の反応混合物へ連続的に計量投入され、反応混合物はループリアクターから連続的に放出される。
水相および溶媒相が形成され、これらはよく混合される。
水は、水相中のHCl濃度として5〜35重量%が確立されるような量で計量投入することが好ましい。
非極性溶媒は、20℃および1barで、水1l中に0.5g以下の程度で可溶性であることが好ましい。非極性溶媒の例は、ペンタン、n−ヘキサン、ヘキサン異性体の混合物、ヘプタン、オクタン、ベンジン、石油エーテル、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素である。特に好ましいのはトルエンおよびキシレンである。
計量投入されない極性溶媒は、特に、メタノールおよびエタノールなどのアルコール:ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル;アセトン、メチルエチルケトン、ジイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)などのケトン;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸プロピル、酪酸エチル、イソ酪酸エチルなどのエステル;二硫化炭素およびニトロベンゼン、またはこれらの溶媒の混合物である。
非極性溶媒は、固形分として25〜45重量%が確立されるような量で反応混合物中に供給されることが好ましい。固形分は溶媒相に溶解したオルガノポリシロキサンの量である。
溶媒相に溶解したオルガノポリシロキサンは、水位相から連続的に分離させることが好ましい。オルガノポリシロキサンは、蒸留によって溶媒から除去されることが好ましい。
一般式Iのシラン、水、および非極性溶媒は反応混合物内へ計量投入され、反応混合物は連続的に放出されるので、その結果1分〜30分、好ましくは2分〜15分の非常に短い滞留時間が確立される。
反応温度は、好ましくは20℃〜100℃、とりわけ好ましくは40℃〜80℃、特に50℃〜70℃である。
反応圧力は、好ましくは0.05MPa〜1MPa、とりわけ好ましくは0.08MPa〜0.2MPaである。
好ましくは、OH含量が3.0〜10.0重量%であるオルガノポリシロキサンは一般式(II)を有する:
Si04−p(II)
[式中、
RはOH、C−C18炭化水素基またはC−Cアルコキシ基であり、
pは0、1、2または3の値を示し、
pは1.0〜2.0の平均値を有する]。
オルガノポリシロキサンのOH含量は、シリコン原子に直接接合したOH基を指す。当該含量は好ましくは3.0〜8.0重量%である。
好ましくは、pは1.4〜1.8の平均値を有する。
OH含量が3.0〜10.0重量%であるオルガノポリシロキサンの平均分子量Mvは、好ましくは1500〜3500、とりわけ好ましくは1800〜3000、特に2000〜2900である。オルガノポリシロキサンのTg(ガラス転移温度)は、好ましくは30℃〜80℃、特に35℃〜75℃である。
Rの好ましい定義は、Rの好ましい定義に相当する。
好ましい実施態様では、一般式Iのシランは一般式III:
SiX4−q(III)、
のハロシランと、
一般式IV:
SiR 4−r(IV)
[式中、
はC−C18炭化水素基であり、
はC−Cアルコキシ基であり、
xは塩素または臭素の基であり、かつ
q、rは1、2または3の値を示す。]
のアルコキシシランとを互いに反応させることによって製造される。
これはXとRとの間の配位子交換をもたらす。
、RおよびXの好ましい定義は、一般式I下で列挙されている。
一般式IIIのハロシランおよび一般式IVのアルコキシシランは、好適な容器内で一緒にすることが好ましい。
一般式IIIのハロシランと一般式IVのアルコキシシランとの間の反応は、好ましくは0℃〜100℃、とりわけ好ましくは10℃〜60℃、特に20℃〜40℃で行われる。
反応時間は、好ましくは5分〜5時間、とりわけ好ましくは10分〜3時間、特に20分〜1.5時間である。
反応圧力は、好ましくは0.05MPa〜1MPa、とりわけ好ましくは0.08MPa〜0.2MPaである。
ハロシランとアルコキシシランの合計量に対して、一般式IIIのハロシランを80%〜50%の重量分率および一般式IVのアルコキシシランを20%〜50%の重量分率で計量投入することが好ましい。
上の式の既述した記号のすべては、それぞれ互いに独立に定義される。すべての式において、シリコン原子は四価である。
関連製品のパラメータの測定方法
分子組成:
分子組成は、核磁気共鳴分光学(用語に関しては、ASTM E 386:高解像核磁気共鳴分光学(NMR):概念と記号を参照)によって定義され、ここでH核および29Si核を測定する。
1H−NMR測定の説明
溶媒:CDCl3、重量Dにより99.8%
サンプル濃度:5mmのNMRチューブ中、ca.50mg/1mlCDCl3

TMSの添加なしでの測定、7.24ppmでのCDCl3中の残留CHClのスペクトルリファレンス

分光計:Bruker Avance I 500またはBruker Avance HD 500
プローブヘッド:5mmのBBOプローブヘッドまたはSMARTプローブヘッド(Bruker)

測定パラメータ:
パルスプログラム=zg30
TD=64k
NS=64または128(プローブヘッドの感度に依存)
SW=20.6ppm
AQ=3.17s
D1=5s
SFO1=500.13MHz
O1=6.175ppm

処理パラメータ:
SI=32k
WDW=EM
LB=0.3Hz
使用する分光計の種類に応じて、測定パラメータを個別に調節する必要があるかもしれない。
29 SiNMR測定の説明
溶媒:1重量%緩和試薬としてCr(acac)3を有するC99.8重量%D/CCl4 1:1 v/v
サンプル濃度:10mmのNMRチューブ中のca.2g/1.5mlの溶媒
分光計:Bruker Avance 300
プローブヘッド:10mmの1H/13C/15N/29Si ガラスを含まないQNPプローブヘッド(Bruker)
測定パラメータ:
パルスプログラム=zgig60
TD=64k
NS=1024(プローブヘッドの感度に依存)
SW=200ppm
AQ=2.75s
D1=4s
SFO1=300.13MHz
O1=−50ppm
処理パラメータ:
SI=64k
WDW=EM
LB=0.3Hz
使用する分光計の種類に応じて、測定パラメータを個別に調節する必要があるかもしれない。
分子量分布:
分子量分布は重量平均Mvとして、および数平均Mnとして決定され、ここでは、標準ポリスチレンおよび屈折率検出器(RI検出器)を使用した、ゲル透過クロマトグラフィー(gel permeation chromatography:GPCまたはサイズ排除クロマトグラフィー(size exclusion chromatography:SEC))の方法を使用する。反対の記載がない限り、THFを溶出剤として使用し、DIN 55672−1を適用する。多分散性(polydispersity:PD)は指数Mw/Mnである。
オルガノポリシロキサンのOH含量はZerewitinoffに従い決定する。
以下の例では、それぞれの場合において反対の記載がない限り、すべての量およびパーセンテージは、重量に基づき、すべての圧力は0.10MPa(絶対圧(abs.))でありすべての温度は20℃である。
例1〜2では、DE102013212980と類似して製造し、実施例6〜9では、連続的な下流相分離を用いた、300リットルのループ(スチール/エナメル)中で本発明による方法によって製造した。このように得られた粗生成物は、蒸留によって溶媒から除去する。
DE102013212980と類似した本発明外の例1および2の製造の説明
ジメチルジクロロシラン22kg/h、フェニルトリクロロシラン335.2kg/hおよびメチルトリエトキシシラン204.8kg/hを、水1400kg/hおよびトルエン900kg/hと一緒に、同時に混合区域を通過してループ内に供給した。以下のプロセスパラメーターを設定した:
分での滞留時間:5〜10
反応温度℃:60〜65
水相中のHCl濃度:10〜15重量%
固形分(=トルエン中に溶解させた樹脂):25〜30重量%
分子量を表1で報告する:
Figure 2019509371
本発明による方法による実施例3〜6の製造の説明
ジメチルジクロロシラン22kg/h、フェニルトリクロロシラン335.2kg/hおよびメチルトリエトキシシラン204.8kg/hを、ループの上流に位置した容器中で合わせ、ループに供給されているシラン混合物の適当な計量速度によって滞留時間を0.25〜1.0時間に調節した。
このように事前に調整したシラン混合物は、水1400kg/hおよびトルエン900kg/hと一緒に混合区域を通過して同時にループへと供給された。以下のプロセスパラメーターを設定した:
分での滞留時間:5〜10
反応温度℃:60〜65
水相中のHCl濃度:10〜15重量%
固形分(=トルエン中に溶解させた樹脂):25〜30重量%
分子量を表2で報告する:
Figure 2019509371

Claims (9)

  1. OH含量が3.0〜10.0重量%であるオルガノポリシロキサンを製造するための連続的方法であって、
    一般式I:
    SiR (I)、
    [式中、
    はC−C18炭化水素基であり、かつ
    はC−Cアルコキシ基であり、かつ
    Xは塩素または臭素の基であり、
    mは1、2または3の値を示し、
    nは0、1、2または3の値を示し、
    oは0、1、2または3の値を示し、
    ただし、4−m=n+oであること、一般式Iのシランの少なくとも30mol%では、n≠0およびo≠0であること、水および非極性溶媒が、20℃および1barで水1l中に1g以下の程度で可溶性であることを条件とする。]
    のシランを、反応混合物へ連続的に計量投入し、反応混合物が連続的に放出される、方法。
  2. 前記の一般式Iのシラン、水および非極性溶媒を、ループリアクター中の反応混合物へ連続的に計量投入し、該反応混合物がループリアクターから連続的に放出される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記C−C18炭化水素基であるRが、メチル、エチル、プロピルおよびフェニルの基から選択される、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記C−C18炭化水素基であるRの10〜90mol%がフェニル基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記C−Cアルコキシ基であるRは、メトキシまたはエトキシの基から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記一般式Iのシランの少なくとも80mol%は、mの値として1または2を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 水が、水相中のHCl濃度として5〜35重量%が確立されるような量で計量投入される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記非極性溶媒が炭化水素から選択される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記一般式Iのシランが、一般式III:
    SiX4−q(III)、
    のハロシランと、
    一般式IV:
    SiR 4−r(IV)
    [式中、
    はC−C18炭化水素基であり、
    はC−Cアルコキシ基であり、
    Xは塩素または臭素の基であり、かつ
    q、rは1、2または3の値を示す]
    のアルコキシシランとを互いに反応させることによって製造される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
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