JP5350405B2 - シリコーンポリエーテルの製造方法 - Google Patents

シリコーンポリエーテルの製造方法 Download PDF

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    • C08G77/12Polysiloxanes containing silicon bound to hydrogen

Description

本発明は、シリコーンポリエーテルの製造方法に関する。
DE3133869C1(対応US4,417,068A)には、一般にハイドロジェンシロキサン及びアルケニルポリエーテルから貴金属触媒を用いたヒドロシリル化反応においてシリコーンポリエーテルを製造することが記載されている。実施例には、SiH基の変換率に及ぼす触媒量及び触媒構造の影響が示される。ある時間間隔において取得可能なSiH変換率は、固定触媒タイプの場合、相当高い貴金属濃度によってしか本質的に高められることができず、これはコストが掛かり、それゆえ不都合である。
シリコーンポリエーテルを製造する際の根本的な問題は、高分子出発材料の低い混和性であり、そのため通例、反応混合物は初め二相であり、そして製造は最初非常に遅れて行われることになる。
US5,869,727から公知であるように、この欠点は、合成の完了後に再び留去され得る揮発性溶剤の添加によってなくすことができる。より速い反応速度の利点は、より長時間の生成物精製、並びにより悪化した空時収率の欠点という犠牲を払って得られる。
それゆえ本課題は、上述の欠点を回避し、そしてSiH基の変換率を改善する方法を提供することであった。該課題は、本発明によって解決される。
本発明の対象は、
(i)第一の工程で
一般式
CH2=CR1−(CH2aO(C24O)b(C36O)c1 (I)
[式中
1は、水素原子、又は炭素原子1〜6個を有する炭化水素基を意味し、
aは、0又は1〜16の整数であり、
bは、0又は1〜50の整数であり、
cは、0又は1〜50の整数である]
の不飽和ポリエーテル(3)と、Si結合水素原子0.2〜1.6質量%の含有率を有するオルガノポリシロキサン(1)とを反応させ、そして
(ii)第二の工程で、
Si結合水素原子0.02〜1.0質量%の含有率を有するオルガノポリシロキサン(2)を、第一の工程の反応混合物に添加し、
但し、第一及び第二の工程での反応は、脂肪族二重結合へのSi結合水素の付加を促進する触媒(4)の存在下で実施し、且つ
オルガノポリシロキサン(2)中のSi結合水素の質量濃度に対するオルガノポリシロキサン(1)中のSi結合水素の質量濃度の比は、少なくとも0.9、好ましくは少なくとも1.0、有利には少なくとも1.5である、シリコーンポリエーテルの製造方法である。
特に有利には、本発明による方法の場合、オルガノポリシロキサン(2)中のSi結合水素の質量濃度に対するオルガノポリシロキサン(1)中のSi結合水素の質量濃度の比は、少なくとも2.0であり、その際、特に速く且つ完全な変換が達成される。
好ましくは、本発明による方法の場合、オルガノポリシロキサン(2)中のSi結合水素の質量濃度に対するオルガノポリシロキサン(1)中のSi結合水素の質量濃度の比は、せいぜい50であり、有利にはせいぜい20である。
本発明による方法の第一の工程で、オルガノポリシロキサン(1)は、好ましくは、ポリエーテル(3)中の脂肪族二重結合1モル当たり、Si結合水素0.2〜0.7、有利には0.3〜0.6グラム原子の量で使用される。
本発明による方法の第二の工程で、オルガノポリシロキサン(2)は、好ましくは、ポリエーテル(3)中の脂肪族二重結合1モル当たり、Si結合水素0.1〜0.6、有利には0.2〜0.5グラム原子の量で使用される。
本発明による方法の場合、オルガノポリシロキサン(1)及び(2)を合わせて、好ましくは、ポリエーテル(3)中の脂肪族二重結合1モル当たり、Si結合水素0.5〜1.0、有利には0.6〜0.8グラム原子の量で使用される。
オルガノポリシロキサン(1)として、好ましくは、一般式
Figure 0005350405
[式中、
は、同じか又は異なっていてよく、且つ一価の、脂肪族炭素−炭素−多重結合のない、炭素原子1〜18個を有する炭化水素基を意味し、
eは、0、1、2又は3であり、
fは、0、1又は2であり
且つe+fの合計は、≦3である]
の単位からなる、線状、環状又は分枝鎖状のオルガノポリシロキサンが使用され、但し、少なくとも2個のSi結合水素原子が含まれている。
有利には、オルガノポリシロキサン(1)として、一般式
h3-hSiO(SiR2O)o(SiRHO)pSiR3-hh (III)
[式中、Rは、上記の意味を有し、
hは、0、1又は2、有利には0又は1であり、
oは、0又は1〜40の整数、有利には2〜20の整数であり、且つ
pは、0又は1〜40の整数、有利には2〜20の整数である]
のものが使用され、但し、少なくとも2個のSi結合水素原子が含まれている。
本発明の範囲内で、式(III)は、o個の単位−(SiR2O)−及びp個の単位−(SiRHO)−が任意に、例えばブロックとして又は統計的に、オルガノポリシロキサン分子中に分布していてよいと解されるべきである。
そのようなオルガノポリシロキサン(1)の例は、殊にトリメチルシロキサン−、ジメチルシロキサン−及びメチルハイドロジェンシロキサン単位からなる混合ポリマー、ジメチルハイドロジェンシロキサン−、メチルハイドロジェンシロキサン−、ジメチルシロキサン−及びトリメチルシロキサン単位からなる混合ポリマー、トリメチルシロキサン−、ジメチルハイドロジェンシロキサン−及びメチルハイドロジェンシロキサン単位からなる混合ポリマー、メチルハイドロジェンシロキサン−及びトリメチルシロキサン単位からなる混合ポリマー、メチルハイドロジェンシロキサン−、ジフェニルシロキサン−及びトリメチルシロキサン単位からなる混合ポリマー、メチルハイドロジェンシロキサン−、ジメチルハイドロジェンシロキサン−及びジフェニルシロキサン単位からなる混合ポリマー、メチルハイドロジェンシロキサン−、フェニルメチルシロキサン−、トリメチルシロキサン−及び/又はジメチルハイドロジェンシロキサン単位からなる混合ポリマー、メチルハイドロジェンシロキサン−、ジメチルシロキサン−、ジフェニルシロキサン−、トリメチルシロキサン−及び/又はジメチルハイドロジェンシロキサン単位からなる混合ポリマー並びにジメチルハイドロジェンシロキサン−、トリメチルシロキサン−、フェニルハイドロジェンシロキサン−、ジメチルシロキサン−及び/又はフェニルメチルシロキサン単位からなる混合ポリマーである。
オルガノポリシロキサン(1)は、好ましくは25℃で0.5〜50mm2/sの平均粘度、有利には25℃で2〜20mm2/sの平均粘度を有する。
オルガノポリシロキサン(2)として、好ましくは、一般式
Figure 0005350405
[式中、
Rは、同じか又は異なっていてよく、且つ一価の、脂肪族炭素−炭素−多重結合のない、炭素原子1〜18個を有する炭化水素基を意味し、
kは、0、1、2又は3であり、
lは、0、1又は2であり
且つk+lの合計は、≦3である]
の単位からなる、線状、環状又は分枝鎖状のオルガノポリシロキサンが使用され、但し、少なくとも2個のSi結合水素原子が含まれている。
有利には、オルガノポリシロキサン(2)として、一般式
g3-gSiO(SiR2O)r(SiRHO)sSiR3-gg (V)
[式中、Rは、上記の意味を有し、
gは、0、1又は2、有利には0又は1であり、
rは、0又は1〜500の整数、有利には20〜200の整数であり、且つ
sは、0又は1〜100の整数、有利には2〜50の整数である]
のものが使用され、但し、少なくとも2個のSi結合水素原子が含まれている。
本発明の範囲内で、式(V)は、r個の単位−(SiR2O)−及びs個の単位−(SiRHO)−が任意に、例えばブロックとして又は統計的に、オルガノポリシロキサン分子中に分布していてよいと解されるべきである。
オルガノポリシロキサン(1)の例は、オルガノポリシロキサン(2)にも全面的に当てはまる。
オルガノポリシロキサン(2)は、好ましくは25℃で5〜5000mm2/sの平均粘度、有利には25℃で20〜500mm2/sの平均粘度を有する。
オルガノポリシロキサン(1)に対するオルガノポリシロキサン(2)の粘度の比は、好ましくは少なくとも1.0、有利には少なくとも2.0、特に有利には少なくとも3.0である。好ましくは、オルガノポリシロキサン(1)に対するオルガノポリシロキサン(2)の粘度比は、好ましくはせいぜい1000、有利にはせいぜい100である。
基R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、1−n−ブチル基、2−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−ドデシル基、及びオクタデシル基、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、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;及びアラルキル基、例えばベンジル基、α−及びβ−フェニルエチル基である。
炭化水素基R1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、1−n−ブチル基、2−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−ヘキシル基及びイソヘキシル基である。基R1として有利なのは、水素原子である。
ポリエーテル(3)として、1種類又は数種類の式(I)のポリエーテルを使用してよい。有利なのは、しかし、オルガノポリシロキサン(1)及び(2)と反応する1種類のポリエーテル(3)の使用である。
好ましくは、aは式(I)中で1であり、そして好ましくはアリルポリエーテルが使用される。
ポリエーテル(3)の例は、CH2=CH−CH2O(C24O)5H、CH2=CH−CH2O(C24O)8H、CH2=CH−CH2O(C24O)12−CH3、CH2=CH−CH2O(C36O)6H、CH2=CH−CH2O(C36O)18H、CH2=CH−CH2O(C24O)15(C36O)15H、CH2=CH−CH2O(C24O)6(C36O)44C(=O)CH3である。
脂肪族二重結合へのSi結合水素の付加を促進する触媒(4)として、本発明による方法の場合も、脂肪族二重結合へのSi結合水素の付加を促進するのにこれまでも使用され得た同一の触媒を使用することができる。該触媒は、好ましくは、白金金属の群からの金属又は白金金属の群からの化合物又は錯体である。そのような触媒の例は、担体、例えば二酸化ケイ素、酸化アルミニウム又は活性炭上に存在してよい金属の及び微粉砕の白金、白金の化合物又は錯体、例えば白金ハロゲン化物、例えばPtCl4、H2PtCl6*6H2O、Na2PtCl4*4H2O、白金−オレフィン錯体、白金−アルコール錯体、白金−アルコラート錯体、白金−エーテル錯体、白金−アルデヒド錯体、白金−ケトン錯体(H2PtCl6*6H2O及びシクロヘキサノンからなる反応生成物を含む)、検出可能な無機的に結合したハロゲン含有量を有するか又は有さない、白金−ビニルシロキサン錯体、例えば白金−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチル−ジシロキサン錯体、ビス−(ガンマ−ピコリン)−白金二塩化物、トリメチレンジピリジン白金二塩化物、ジシクロペンタジエン白金二塩化物、ジメチルスルホキシドエチレン白金−(II)−二塩化物、シクロオクタジエン−白金二塩化物、ノルボルナジエン−白金二塩化物、ガンマ−ピコリン−白金二塩化物、シクロペンタジエン−白金二塩化物、並びに四塩化白金とオレフィン及び第一級アミン又は第二級アミン又は第一級アミン及び第二級アミンとの反応生成物、例えば1−オクテン中に溶解した四塩化白金とs−ブチルアミン又はアンモニウム−白金錯体とからなる反応生成物である。
触媒(4)は、本発明による方法の場合、好ましくは、そのつど元素の白金として計算して、また使用される成分(1)、(2)及び(3)の全質量に対して、1〜50質量ppm(百万質量部当たりの質量部)、有利には5〜20質量ppmの量で使用される。
好ましくは、本発明による方法の場合、触媒(4)は、オルガノポリシロキサン(1)及び(2)の計量供給前にポリエーテル(3)に添加される。有利には、触媒の量の一部が第一の工程で装入され、そして第二の工程で該触媒の残留量が添加される。
本発明による方法は、好ましくは、60〜120℃、有利には80〜120℃の温度で実施される。好ましくは、本発明による方法は、周囲大気の圧力で、つまり約1020hPaで実施されるが、より高い圧力又はより低い圧力でも実施されることができる。
本発明による方法の場合、溶剤を併用してよい。溶剤の例は、トルエン、キシレン、イソプロパノール、n−ブタノールである。
溶剤が併用される場合、それは好ましくは、反応混合物に対して5〜20質量%の量で使用される。
溶剤の併用は、しかし有利ではない。
本発明による方法に従って、シリコーンポリエーテルとして、好ましくは、一般式
Figure 0005350405
[式中、
Aは、一般式
−CH2−CR1−(CH2aO(C24O)b(C36O)c1 (VII)
のポリエーテル基を意味し、
R、R1、a、b及びcは、上記の意味を有し、
xは、0、1又は2であり、
yは、0、1、2又は3であり、
且つx+yの合計は、≦3である]
の単位からなる、線状、環状又は分枝鎖状のオルガノポリシロキサンが得られ、但し、少なくとも2個のポリエーテル基Aが含まれている。
有利には、本発明による方法に従って、シリコーンポリエーテルとして、一般式
z3-zSiO(SiR2O)m(SiRAO)nSiR3-zz (VIII)
[式中、
A及びRは、上記の意味を有し、
zは、0、1又は2、有利には0又は1であり、
mは、0又は1〜300の整数、有利には10〜150の整数であり、且つ
nは、0又は1〜50の整数、有利には2〜30の整数である]
のものが得られ、但し、少なくとも2個のポリエーテル基Aが含まれている。
この発明の範囲内で、式(VIII)は、m個の単位−(SiR2O)−及びn個の単位−(SiRAO)−が任意に、例えばブロックとして又は統計的に、オルガノポリシロキサン分子中に分布していてよいと解されるべきである。
本発明による方法に従って得られるシリコーンポリエーテルは、25℃で50〜100000mPa.sの粘度、有利には25℃で100〜20000mPa.sの粘度を有する。
本発明による方法は、高いSiH変換率が達成されるという利点を有する。好ましくは、少なくとも94%の、有利には96%のSiH変換率が獲得される。好ましくは、本発明による方法に従って、得られたシリコーンポリエーテル中には、せいぜい0.01質量%、有利にはせいぜい0.005質量%のSiH基が存在している。
例1:
53.3のヨウ素価(C=C当量1.54に相当)を有するアリルポリエトキシレート773gを、酸化シクロヘキセン0.3g及びイソプロパノール中のヘキサクロロ白金酸の溶液1.04g(Pt 5mgに相当)で活性化し、且つN2雰囲気下で100℃に加熱する。Si結合水素0.63質量%及びSi原子の平均鎖長10.2を有する(SiH当量0.55に相当)、ハイドロジェンメチルシロキサン−、ジメチルシロキサン−及びトリメチルシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン(H−シロキサン1)87gを、30分以内に計量供給し、且つ更に30分の後反応後に、アリルポリエーテル470g中に溶解した短鎖のシリコーンポリエーテル約350gが得られる。100℃で、H−シロキサン1と類似する、しかし、Si結合水素0.31質量%及びSi原子の平均鎖長39を有する(SiH当量0.55に相当)、オルガノポリシロキサン(H−シロキサン2)を冷却しながら計量供給し、且つ同時に再度同じ量のPt触媒を添加する。
全体のバッチは、Pt含有量10.0ppmを有する。H−シロキサン2中のSi結合水素の質量濃度に対するH−シロキサン1中のSi結合水素の質量濃度の比は、2.03である。合わせて1.40のC=C/SiH比(もしくは0.71のSiH/C=C比)を使用した。H−シロキサン2の配量開始から91分後に、反応混合物は再び透明になる。更に1時間後には、使用したSi結合水素3.6質量%(96.4%のSiH変換率)しか存在しない。得られたシリコーンポリエーテルは、495mm2/s(25℃)の粘度を有し、且つSi結合水素0.0038質量%を含む。
比較試験:
例1と同様の1.40のC=C/SiH比で、例1からのアリルポリエトキシレート667gを、100℃で、Si結合水素0.31質量%及びSi原子の平均鎖長39を有する同一のオルガノポリシロキサン(H−シロキサン2)と反応させる。この混合物は、例1におけるように同じ形でPt 5mg及び酸化シクロヘキセン0.3gを含む。配量終了後、再度同じ量のPt触媒を添加する。同一の温度で更に80分の反応時間後(配量開始から190分後)に、反応混合物はなお、使用したSi結合水素10.4質量%(89.6%のSiH変換率)を含み、更に1時間後に依然として6.1質量%(93.9%のSiH変換率)を含む。それによりヒドロシリル化は、H−シロキサン1及びH−シロキサン2を用いた例1に記載の2工程でのヒドロシリル化(その際、H−シロキサン1は、より鎖長が短く且つSiH基に富むことから、H−シロキサン2とは異なる)によって実施される場合より緩慢で且つ完全なものではない。
例2:
例1を相応して繰り返すが、シリコーンポリエーテルの製造は、前もって製造した他のシリコーンポリエーテルの2倍の量で行うという変更を加える。そのために、例1からのアリルポリエーテル1100g(C=C当量2.31に相当)を酸化シクロヘキセン0.4g及び例1からのPt触媒溶液1.52g(Pt 7.3mgに相当)で活性化し、且つN2雰囲気下で100℃に加熱する。例1からの同一のオルガノポリシロキサン、H−シロキサン1 174gを30分以内に計量供給し、且つ更に30分の後反応後に、アリルポリエーテル中に溶解した短鎖のシリコーンポリエーテル約700gが得られる。それに従って、ヒドロシリル化は、例1からのものと同一のオルガノポリシロキサン、H−シロキサン2を用いて、且つ例1での量と同じ量を用いて実施する。反応混合物は、今度はすでに配量開始から45分後に再び透明となり、そして更に1時間後には、使用したSi結合水素3.5質量%(96.5%のSiH変換率)しか存在しない。反応は、例1における反応より一層速く進行し、且つ比較試験に記載の従来技術における反応よりはるかに速く進行する。得られたシリコーンポリエーテルは、Si結合水素0.0040質量%を含む。低分子量のシリコーンポリエーテルのより高い割合に基づき、生成物の粘度は、例1における粘度より低く、且つ347mm2/s(25℃)の値を有する。
H−シロキサン1及びH−シロキサン2の量は相互に補完して変化してもよいので、幅広い範囲で任意の生成物粘度も獲得することができる。
比較例3:
この比較では、シロキサン1及び2を、連続してではなく、同時に配量することで、1種類のシリコーンポリエーテルが、2種目のシリコーンポリエーテルの製造の間に形成される。それゆえ例1を、全体で同じ量の同一の出発材料を使用し、但し、H−シロキサン1 87g及びH−シロキサン2 177gを均一に混合し、それにより実際には同時に配量し、そして白金触媒の第2の量をその直後に添加するという違いのみを加える。反応性物質の濃度は、それにより例1における濃度とちょうど同じである。配量開始から測定して、反応混合物は今度は93分後に透明となり、これは例1におけるH−シロキサン2の配量後の清澄化に相当する時間よりほんの僅かに遅いだけである。100℃で更に1時間後には、使用したSi結合水素4.5質量%(95.5%のSiH変換率)しか存在しない。得られたシリコーンポリエーテルは、490mm2/s(25℃)の粘度を有し、且つ例1と類似した粘度を有する。
該SiH変換率は、例1における変換率より低いが、反応時間がより短いにも関わらず比較例における変換率よりずっと良好である。

Claims (6)

  1. シリコーンポリエーテルの製造方法であって、
    (i)第一の工程で
    一般式
    CH2=CR1−(CH2aO(C24O)b(C36O)c 1 (I)
    [式中
    1は、水素原子、又は炭素原子1〜6個を有する炭化水素基を意味し、
    aは、0又は1〜16の整数であり、
    bは、0又は1〜50の整数であり、且つ
    cは、0又は1〜50の整数である]
    の不飽和ポリエーテル(3)と、Si結合水素0.2〜1.6質量%の含有率を有するオルガノポリシロキサン(1)とを反応させ、そして
    (ii)第二の工程で、
    Si結合水素0.02〜1.0質量%の含有率を有するオルガノポリシロキサン(2)を、第一の工程の反応混合物に添加し、該オルガノポリシロキサン(2)を該第一の工程の反応混合物と反応させ、但し、第一及び第二の工程での反応は、Si結合水素の脂肪族二重結合への付加を促進する触媒(4)の存在下で実施し、
    オルガノポリシロキサン(1)とオルガノポリシロキサン(2)とは互いに異なり、該オルガノポリシロキサン(1)は該オルガノポリシロキサン(2)より鎖長が短く且つSiH基に富み、したがってオルガノポリシロキサン(1)中のSi結合水素の含有量(重量%)はオルガノポリシロキサン(2)中のSi結合水素の含有量(重量%)よりも多く、且つ
    オルガノポリシロキサン(2)中のSi結合水素の質量濃度に対するオルガノポリシロキサン(1)中のSi結合水素の質量濃度の比は、少なくとも1.5である、シリコーンポリエーテルの製造方法。
  2. 第一の工程で、オルガノポリシロキサン(1)を、ポリエーテル(3)中の脂肪族二重結合1モル当たり、Si結合水素0.2〜0.7グラム原子の量で使用することを特徴とする、請求項記載の方法。
  3. 第二の工程で、オルガノポリシロキサン(2)を、ポリエーテル(3)中の脂肪族二重結合1モル当たり、Si結合水素0.1〜0.6グラム原子の量で使用することを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。
  4. オルガノポリシロキサン(1)及び(2)を合わせて、ポリエーテル(3)中の脂肪族二重結合1モル当たり、Si結合水素0.5〜1.0グラム原子の量で使用することを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
  5. オルガノポリシロキサン(1)が、一般式
    h3-hSiO(SiR2O)o(SiRHO)pSiR3-hh (III)
    [式中、Rは、独立して同じであるか又は異なる、脂肪族炭素−炭素−多重結合のない、炭素原子1〜18個を有する1価の炭化水素基を有し
    hは、0、1又は2であり、
    oは、0又は1〜40の整数であり、且つ
    pは、0又は1〜40の整数である]
    のオルガノポリシロキサンを含み、但し、少なくとも2個のSi結合水素原子が含まれていることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
  6. オルガノポリシロキサン(2)が、一般式
    g3-gSiO(SiR2O)r(SiRHO)sSiR3-gg (V)
    [式中、Rは、独立して同じであるか又は異なる、脂肪族炭素−炭素−多重結合のない、炭素原子1〜18個を有する1価の炭化水素基を有し、
    gは、0、1又は2であり、
    rは、0又は1〜500の整数であり、且つ
    sは、0又は1〜100の整数である]
    のオルガノポリシロキサンを含み、但し、少なくとも2個のSi結合水素原子が含まれていることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
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