JP3644703B2 - Method for producing cyclic dimethylpolysiloxane - Google Patents

Method for producing cyclic dimethylpolysiloxane Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はジメチルポリシロキサンの製造方法に関し、特に、選択的に、両末端クロル封鎖線状ジメチルポリシロキサン又は、環状ジメチルポリシロキサンを製造することのできる、ジメチルポリシロキサンの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
線状メチルクロロポリシロキサンの合成方法は、ウイントン・パットノード及びドナルド・ウイルコックによって既に報告されている(Winton Patnode and Donald F.Wilcock,J.Am.Chem.Soc,68 第358頁 1946年)。
上記の方法は多量のジエチルエーテルに溶解させたジメチルジクロロシランの中へ、純水とジオキサンの溶液を導入する方法であるが、多量のジエチルエーテルを使用することが取り扱い上危険であること、及び、単位容量当たりの生産効率も悪いことから、工業的製造に適さないという欠点があった。
【0003】
又、上記の報告には、ジメチルジクロロシラン単独物の中に純水のみを導入した場合には、線状のメチルクロロポリシロキサンと環状ジメチルポリシロキサンが混成すること、及び生成した線状物と環状物の沸点が近いためにそれらを分離することが困難な上、より有用である線状のメチルクロロポリシロキサンの収率が低いということも記載されている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は上記の欠点を解決するために鋭意検討した結果、ジオキサン、テトラハイドロフラン及びアセトンの中から選択された少なくとも1種の酸素含有有機化合物を含む水溶液をジメチルジクロロシラン中に導入して加水分解反応をするに際し、導入する水の量を制御した場合には、線状のメチルクロロポリシロキサンと環状ジメチルポリシロキサンの比率が大きく変動し、導入する水の量をジメチルジクロロシラン1モルに対して1.0〜1.2モルとすることにより、環状ジメチルポリシロキサンを選択的に製造することができることを見出し本発明に到達した。
【0005】
従って、本発明の目的は、環状ジメチルポリシロキサンの選択的製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的は、ジオキサン、テトラハイドロフラン及びアセトンの中から選択された少なくとも1種の酸素含有有機化合物を含む水溶液を、ジメチルジクロロシラン中に導入して加水分解反応させるジメチルポリシロキサンの製造方法であって、導入する水の量を前記ジメチルジクロロシラン1モルに対して1.0〜1.2モルとすることにより、生成するジメチルポリシロキサンを下記化4で表される環状ポリシロキサンとすることを特徴とする環状ジメチルポリシロキサンの製造方法によって到達された。
【0007】
【化4】
化4中、mは3以上の整数である。
【0008】
本発明においては、原料のジメチルジクロロシランと反応しないという点から、特に、アセトン、ジオキサン及びテトラハイドロフランを使用する。
【0009】
これらは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用しても良いが、混合系であると、反応生成物から溶媒を分離することが困難となるので、単独で使用することが好ましい。
又、水溶性の酸素含有有機化合物の使用量は、水に対する比(水溶性酸素含有有機化合物重量/水溶液中の水重量)が、0.1〜10であることが好ましく、特に0.5〜2.0であることが好ましい。10以上であると経済的なメリットがなく、また0.1以下であるとその溶媒効果が認められない。
【0010】
加水分解に際しては、上記水溶液を、ジメチルジクロロシラン100gに対して0.1g/分〜0.8g/分の速度で、ジメチルジクロロシランの中に導入することが好ましい。導入速度が速すぎると発熱が激しくなって反応槽内の温度を制御することが難しくなり、導入速度が遅すぎると生産効率が低くなり経済的でない。
【0011】
本発明においては、ジメチルジクロロシランに対する水の添加量を厳密に調整することにより、化4で表される環状ジメチルポリシロキサンとすることができる。
尚、化4中のmは3以上の整数であるが、3〜14であることが好ましく、特に4〜6であることが好ましい。
【0015】
環状ジメチルポリシロキサンを選択的に製造するためには、水の添加量を、ジメチルジクロロシラン1モルに対して1.0モル〜1.2モルとすることが必要である。1.2モルを越えると、末端に水酸基を持つ高分子のメチルポリシロキサンが生成するので好ましくない。
また、水の添加量と温度を調節することにより化4中のmの値を制御することができる。
【0016】
反応温度は1℃〜101℃の範囲であることが好ましく、特に3℃〜30℃の範囲であることが好ましい。1℃以下であると導入した水溶液が凍る場合があり、また101℃以上であると導入した水溶液が気化する場合があるからである。
【0017】
そして、これを更に硫酸のような酸性触媒存在下でヘキサメチルジシロキサンと平衡化反応させると、末端基として(CH3 3 SiO基を持つポリシロキサンに変換させることができる。
因みに、得られたポリシロキサンは化学的に安定なので、耐熱性のシリコーンオイルとして利用することができる。
【0019】
本発明の環状ジメチルポリシロキサンの製造方法は、選択的に環状ジメチルポリシロキサンのみを製造することができるので、(1)クラッキング不要のジメチルサイクリックス製造プロセスを実現することができる可能性がある、(2)非酸分離が不要で、ポットフィールドでも有利である、(3)工業化においてコストダウンが著しく大きい等の効果がある。
【0020】
【実施例】
以下、本発明を実施例に従って更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
尚、合成反応には、図1に示すように、還流器2、温度計3、水導入管4、磁気攪拌器5を備えた、容量が500mlのフラスコ1を用いた。フラスコ中にジメチルジクロロシランを入れ、反応温度を外部から制御しながら、マイクロフィーダー6から水溶性の含酸素有機化合物を含有する水溶液を導入した。
【0021】
線状メチルクロロポリシロキサンの生成量はサンプリング管7から液の少量を採り、ガスクロマトグラフィーを用いて分析して調べた。
導入した水溶液が、塩酸酸性である場合には、副生する塩酸ガスを、環流器2を通過させ、メタノールドライアイスで冷却されたトラップ8を通過させた後、水を入れた塩酸ガス吸収器でトラップした。
【0022】
実施例1.
ジオキサン49g、塩化水素1g及び水50gを混合して導入水溶液を各々調製した。この水溶液を毎分0.5gの速度で各反応容器中のジメチルジクロロシラン185gの中に注入した。反応温度は、外部から制御して6〜10℃の間に保った。
ジメチルジクロロシランに対する導入水溶液中の水のモル比をそれぞれ、0.257、0.500、0.600、0.820、1.000、1.200及び1.500としたときの各反応生成物をサンプリングして、各内容物をガスクロマトグラフィーを用いて分析した。ジメチルジクロロシランに対する水のモル比と反応生成物の収率との関係は下記表1に示した通りである。
【0023】
【表1】
【0024】
表1の結果から、水のモル比が0.5に至るまでは両末端クロル封鎖線状ジメチルポリシロキサンのみが生成し、環状シロキサンは生成していないこと、及び、水のモル比が1.0〜1.2の範囲では環状シロキサンのみが生成することが実証された。
尚、表1の中における2,2−ダイマー、2,2−トリマー、2,2−テトラマー、D3 、D4 、D5 、D6 は、夫々下記化5、化6、化7、化8、化9、化10、化11で表される化合物である。
また、水のモル比が1.500の場合には、末端に水酸基を有するメチルポリシロキサンが20重量%生成した。
【0025】
【化5】
【化6】
【化7】
【化8】
【化9】
【化10】
【化11】
【0026】
実施例2.
実施例1で使用した塩化水素1gを使用しなかった他は、実施例1と全く同様にして反応を行い、原料のジメチルジクロロシランに対する導入水溶液中の水のモル比をそれぞれ、0.257、0.500、0.820、1.000、としたときの各反応生成物をサンプリングして、各内容物をガスクロマトグラフィーを用いて分析した。
ジメチルジクロロシランに対する水のモル比と反応生成物の収率との関係は下記表に示した通りである。
【0027】
【表2】
【0028】
比較例1.
実施例1で使用したジオキサン49gを使用しなかった他は、実施例1と全く同様にして反応を行い、原料のジメチルジクロロシランに対する導入水溶液中の水のモル比をそれぞれ、0.257、0.500、0.820、1.000、としたときの各反応生成物をサンプリングして、各内容物をガスクロマトグラフィーを用いて分析した。
ジメチルジクロロシランに対する水のモル比と反応生成物の収率との関係は下記表3に示した通りである。
【0029】
【表3】
表3の結果から明らかなように、この場合には、線状シロキサンと環状シロキサンの生成比は使用する水のモル比に殆ど影響されす、略一定であることが確認された。
【0030】
比較例2.
実施例1で使用したジオキサン49g及び塩化水素1gを使用しなかった他は、実施例1と全く同様にして反応を行い、原料のジメチルジクロロシランに対する導入水溶液中の水のモル比が、0.257、0.500、0.820、1.000であるときの反応生成物を夫々サンプリングして、内容物をガスクロマトグラフィーを用いて分析した。ジメチルジクロロシランに対する水のモル比と反応生成物の収率との関係は下記表4に示した通りである。
【0031】
【表4】
表4の結果から明らかなように、この場合には、線状シロキサンと環状シロキサンの生成比は使用する水のモル比に殆ど影響されす、略一定であることが確認された。
【0032】
実施例3.
導入水溶液を毎分0.4gの速度、及び反応温度を10〜15℃の条件で導入した他は、実施例1と全く同様にして反応を行い、原料のジメチルジクロロシランに対する導入水溶液中の水のモル比をそれぞれ、0.257、0.500、0.820、1.000、としたときの各反応生成物をサンプリングして、各内容物をガスクロマトグラフィーを用いて分析した。
ジメチルジクロロシランに対する水のモル比と反応生成物の収率との関係は下記表5に示した通りである。
【0033】
【表5】
【0034】
実施例4.
アセトン49g、塩化水素5g及び水50gを混合して導入水溶液を各々調製した。この水溶液を毎分0.3gの速度で各反応容器中のジメチルジクロロシラン185gの中に注入した。反応温度は、外部から制御して0〜5℃の間に保った。
ジメチルジクロロシランに対する導入水溶液中の水のモル比をそれぞれ、0.257、0.500、0.820、1.000としたときの各反応生成物をサンプリングして、各内容物をガスクロマトグラフィーを用いて分析した。ジメチルジクロロシランに対する水のモル比と反応生成物の収率との関係は下記表6に示した通りである。
【0035】
【表6】

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用することのできる合成反応装置の1例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 反応フラスコ
2 還流管
3 温度計
4 水導入管
5 マグネチックスターラー
6 マイクロフィーダー
7 サンプリング管
8 トラップ
9 塩化水素吸収器
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for producing dimethylpolysiloxane, and more particularly, to a method for producing dimethylpolysiloxane, which can selectively produce chlorinated linear dimethylpolysiloxane at both ends or cyclic dimethylpolysiloxane.
[0002]
[Prior art]
A method for the synthesis of linear methylchloropolysiloxanes has already been reported by Winton Patnode and Donald Wilcock (Winton Patnode and Donald F. Wilcock, J. Am. Chem. Soc, 68, 358, 1946).
The above method is a method of introducing a solution of pure water and dioxane into dimethyldichlorosilane dissolved in a large amount of diethyl ether. However, it is dangerous to use a large amount of diethyl ether, and Since the production efficiency per unit capacity is also poor, there is a disadvantage that it is not suitable for industrial production.
[0003]
In the above report, when only pure water is introduced into dimethyldichlorosilane alone, linear methylchloropolysiloxane and cyclic dimethylpolysiloxane are mixed, and It is also described that the yields of linear methylchloropolysiloxanes, which are more useful, are difficult due to the close boiling points of the cyclics and are more useful.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as a result of intensive studies to solve the above-mentioned drawbacks, the present inventors have found that an aqueous solution containing at least one oxygen-containing organic compound selected from dioxane, tetrahydrofuran and acetone is added to dimethyldichlorosilane. When the amount of water to be introduced is controlled during the hydrolysis reaction after introduction, the ratio of linear methylchloropolysiloxane and cyclic dimethylpolysiloxane varies greatly, and the amount of water to be introduced is changed to dimethyldichlorosilane. It was found that the cyclic dimethylpolysiloxane can be selectively produced by adjusting the amount to 1.0 to 1.2 mol per mol, and the present invention has been achieved.
[0005]
Accordingly , an object of the present invention is to provide a method for selective production of cyclic dimethylpolysiloxane.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is to provide an aqueous solution containing at least one oxygen-containing organic compound selected from dioxane, tetrahydrofuran, and acetone, into dimethyldichlorosilane to cause hydrolysis reaction. a manufacturing method, the amount of water introduced, by 1.0 to 1.2 moles with respect to the dimethyldichlorosilane 1 mole, cyclic poly represented the resulting dimethylpolysiloxane with the following formula 4 is reached by the method for producing a cyclic dimethyl polysiloxane, characterized in that the siloxane.
[0007]
[Formula 4]
In Chemical Formula 4 , m is an integer of 3 or more.
[0008]
Oite the present invention, from the viewpoint that do not react with dimethyldichlorosilane material, in particular, using acetone, dioxane and tetrahydrofuran.
[0009]
These may be used alone or as a mixture of two or more. However, in the case of a mixed system, it is difficult to separate the solvent from the reaction product. Is preferred.
Further, the amount of water-soluble oxygen-containing organic compound used is preferably such that the ratio to water (water-soluble oxygen-containing organic compound weight / water weight in aqueous solution) is 0.1 to 10, particularly 0.5 to 2.0 is preferable. When it is 10 or more, there is no economical merit, and when it is 0.1 or less, the solvent effect is not recognized.
[0010]
In the hydrolysis, the aqueous solution is preferably introduced into dimethyldichlorosilane at a rate of 0.1 g / min to 0.8 g / min with respect to 100 g of dimethyldichlorosilane. If the introduction speed is too fast, heat generation becomes intense and it becomes difficult to control the temperature in the reaction tank. If the introduction speed is too slow, the production efficiency is lowered and it is not economical.
[0011]
In the present invention, the cyclic dimethylpolysiloxane represented by Chemical formula 4 can be obtained by strictly adjusting the amount of water added to dimethyldichlorosilane.
In addition, although m in Chemical formula 4 is an integer of 3 or more, it is preferably 3 to 14, particularly 4 to 6.
[0015]
In order to selectively produce cyclic dimethylpolysiloxane, it is necessary that the amount of water added be 1.0 mol to 1.2 mol with respect to 1 mol of dimethyldichlorosilane. When the amount exceeds 1.2 mol, a polymer methylpolysiloxane having a hydroxyl group at the terminal is formed, which is not preferable.
Moreover, the value of m in Chemical Formula 4 can be controlled by adjusting the amount of water added and the temperature.
[0016]
The reaction temperature is preferably in the range of 1 ° C to 101 ° C, particularly preferably in the range of 3 ° C to 30 ° C. This is because if the temperature is 1 ° C. or lower, the introduced aqueous solution may freeze, and if it is 101 ° C. or higher, the introduced aqueous solution may vaporize.
[0017]
When this is further subjected to an equilibration reaction with hexamethyldisiloxane in the presence of an acidic catalyst such as sulfuric acid, it can be converted into a polysiloxane having (CH 3 ) 3 SiO groups as terminal groups.
Incidentally, since the obtained polysiloxane is chemically stable, it can be used as a heat-resistant silicone oil.
[0019]
Since the cyclic dimethylpolysiloxane production method of the present invention can selectively produce only cyclic dimethylpolysiloxane, (1) there is a possibility of realizing a dimethyl cyclic production process that does not require cracking. (2) Non-acid separation is unnecessary, and it is advantageous in a pot field, and (3) Cost reduction is significantly large in industrialization.
[0020]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is explained in full detail according to an Example, this invention is not limited by this.
For the synthesis reaction, as shown in FIG. 1, a flask 1 having a capacity of 500 ml equipped with a refluxer 2, a thermometer 3, a water introduction tube 4 and a magnetic stirrer 5 was used. Dimethyldichlorosilane was placed in the flask, and an aqueous solution containing a water-soluble oxygen-containing organic compound was introduced from the microfeeder 6 while controlling the reaction temperature from the outside.
[0021]
The amount of linear methylchloropolysiloxane produced was examined by taking a small amount of the liquid from the sampling tube 7 and analyzing it using gas chromatography.
Introduced aqueous solution, in the case of hydrochloric acid, the by-produced hydrochloric acid gas, is passed through a reflux device 2, after passing through a trap 8, which is cooled with methanol dry ice, hydrogen chloride gas absorber filled with water Trapped at.
[0022]
Example 1.
Dioxane 49 g, were introduced aqueous solution by mixing hydrogen chloride 1g and water 50g were each prepared. This aqueous solution was poured into 185 g of dimethyldichlorosilane in each reaction vessel at a rate of 0.5 g per minute. The reaction temperature was controlled between the outside and kept between 6-10 ° C.
Each molar ratio of water in the introduction aqueous solution for dimethyldichlorosilane, each reaction product when the 0.257,0.500,0.600,0.820,1.000,1.200 and 1.500 Were sampled and each content was analyzed using gas chromatography. The relationship between the molar ratio of water to dimethyldichlorosilane and the yield of the reaction product is as shown in Table 1 below.
[0023]
[Table 1]
[0024]
From the results in Table 1, only the chloroblocked linear dimethylpolysiloxanes at both ends were produced and the cyclic siloxane was not produced until the molar ratio of water reached 0.5, and the molar ratio of water was 1. It was demonstrated that only cyclic siloxane was produced in the range of 0 to 1.2.
In Table 1, 2,2-dimer, 2,2-trimer, 2,2-tetramer, D 3 , D 4 , D 5 , and D 6 are the following chemical formulas (5), chemical formulas (6), chemical formulas (7), and chemical formulas, respectively. Compounds represented by Chemical Formula 8, Chemical Formula 9, Chemical Formula 10, and Chemical Formula 11.
Further, when the molar ratio of water was 1.500, 20% by weight of methylpolysiloxane having a hydroxyl group at the terminal was formed.
[0025]
[Chemical formula 5]
[Chemical 6]
[Chemical 7]
[Chemical 8]
[Chemical 9]
[Chemical Formula 10]
Embedded image
[0026]
Example 2
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that 1 g of hydrogen chloride used in Example 1 was not used, and the molar ratio of water in the introduced aqueous solution to dimethyldichlorosilane as a raw material was 0.257, Each reaction product at 0.500, 0.820, and 1.000 was sampled, and each content was analyzed using gas chromatography.
The relationship between the molar ratio of water to dimethyldichlorosilane and the yield of the reaction product is as shown in Table 2 below.
[0027]
[Table 2]
[0028]
Comparative Example 1
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that 49 g of dioxane used in Example 1 was not used, and the molar ratio of water in the introduced aqueous solution to dimethyldichlorosilane as a raw material was 0.257, 0 , respectively . Each reaction product at .500, 0.820, 1.000 was sampled and each content was analyzed using gas chromatography.
The relationship between the molar ratio of water to dimethyldichlorosilane and the yield of the reaction product is as shown in Table 3 below.
[0029]
[Table 3]
As apparent from the results in Table 3, in this case, it was confirmed that the production ratio of the linear siloxane to the cyclic siloxane was substantially constant, being almost influenced by the molar ratio of the water used.
[0030]
Comparative Example 2
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 49 g of dioxane and 1 g of hydrogen chloride used in Example 1 were not used, and the molar ratio of water in the introduced aqueous solution to dimethyldichlorosilane as a raw material was 0.00. The reaction products at 257, 0.500, 0.820, and 1.000 were sampled, and the contents were analyzed using gas chromatography. The relationship between the molar ratio of water to dimethyldichlorosilane and the yield of the reaction product is as shown in Table 4 below.
[0031]
[Table 4]
As is apparent from the results in Table 4, in this case, it was confirmed that the production ratio of the linear siloxane to the cyclic siloxane was substantially constant, being almost influenced by the molar ratio of the water used.
[0032]
Example 3 FIG.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the introduced aqueous solution was introduced at a rate of 0.4 g / min and the reaction temperature was 10 to 15 ° C., and the water in the introduced aqueous solution with respect to the raw material dimethyldichlorosilane was used. Each reaction product was sampled at a molar ratio of 0.257, 0.500, 0.820, 1.000, and the contents were analyzed using gas chromatography.
The relationship between the molar ratio of water to dimethyldichlorosilane and the yield of the reaction product is as shown in Table 5 below.
[0033]
[Table 5]
[0034]
Example 4
Acetone 49 g, were introduced aqueous solution by mixing hydrogen chloride 5g and water 50g were each prepared. This aqueous solution was poured into 185 g of dimethyldichlorosilane in each reaction vessel at a rate of 0.3 g per minute. The reaction temperature was controlled between the outside and kept between 0 and 5 ° C.
Each molar ratio of water in the introduction aqueous solution for dimethyldichlorosilane, by sampling each reaction product when a 0.257,0.500,0.820,1.000, each content gas chromatography Was used for analysis. The relationship between the molar ratio of water to dimethyldichlorosilane and the yield of the reaction product is as shown in Table 6 below.
[0035]
[Table 6]

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a synthetic reaction apparatus that can be used in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Reaction flask 2 Reflux tube 3 Thermometer 4 Water introduction tube 5 Magnetic stirrer 6 Microfeeder 7 Sampling tube 8 Trap 9 Hydrogen chloride absorber

Claims (3)

ジオキサン、テトラハイドロフラン及びアセトンの中から選択された少なくとも1種の酸素含有有機化合物を含む水溶液をジメチルジクロロシラン中に導入して加水分解反応をさせるジメチルポリシロキサンの製造方法であって前記導入する水溶液の水の量を、前記ジメチルジクロロシラン1モルに対して1.0〜1.2モルとすることにより、生成するジメチルポリシロキサン下記化2で表される環状ポリシロキサンとすることを特徴とする、環状ジメチルポリシロキサンの製造方法。
化2中、mは3以上の整数である。
Dioxane, an aqueous solution containing at least one oxygen-containing organic compound selected from among tetrahydrofuran and acetone, a process for the preparation of dimethyl polysiloxane to the hydrolysis reaction is introduced into dimethyldichlorosilane, wherein the amount of the aqueous solution of the water to be introduced, the by dimethyldichlorosilane 1 1.0-1.2 mol per mol, be a cyclic polysiloxane represented the resulting dimethylpolysiloxane with the following formula 2 A process for producing cyclic dimethylpolysiloxane, characterized in that
In Chemical Formula 2, m is an integer of 3 or more.
前記水溶液が、塩酸水溶液である請求項1に記載された環状ジメチルポリシロキサンの製造方法。  The method for producing a cyclic dimethylpolysiloxane according to claim 1, wherein the aqueous solution is an aqueous hydrochloric acid solution. 加水分解に際して、上記水溶液を、上記ジメチルジクロロシラン100gに対して、0.1g/分〜0.8g/分の速度でジメチルジクロロシランの中に導入する、請求項1又は2に記載された環状ジメチルポリシロキサンの製造方法。  The cyclic solution according to claim 1 or 2, wherein the aqueous solution is introduced into dimethyldichlorosilane at a rate of 0.1 g / min to 0.8 g / min with respect to 100 g of dimethyldichlorosilane during hydrolysis. A method for producing dimethylpolysiloxane.
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