JPH08208839A - アルキルヒドリドシロキサンの製造方法 - Google Patents
アルキルヒドリドシロキサンの製造方法Info
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Classifications
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- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/12—Polysiloxanes containing silicon bound to hydrogen
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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Abstract
ー、式(HMe2 SiO) 2 −Si(R)−O−Si
(R)−(OSiMe2 H)2 のオリゴマー、及び式R
Si〔(OSiMe2 )x OSiMe2 H〕3 又は〔H
Me2 SiO(Me2SiO)x 〕2 SiRORSi
〔(OSiMe2 )x OSiMe2 H〕2 のもっと高分
子量のシロキサン種を含むアルキルヒドリドシロキサン
流体(式中のR、Me、xは明細書に記載のとおり)の
製造方法を提供する。 【解決手段】 式RSiCl3 のアルキルトリクロロシ
ランをジメチルクロロシランとともに加水分解してコモ
ノマー及びオリゴマーを製造する。高分子量のシロキサ
ン種は、コモノマー及びオリゴマーを酸触媒の存在下で
ジメチルシクロシロキサンと十分な時間反応させて製造
される。
Description
Me2 H)3 のコモノマー、式(HMe2 SiO)2 −
Si(R)−O−Si(R)−(OSiMe2 H)2 の
オリゴマー、及び式RSi〔(OSiMe2 )x OSi
Me2 H〕3 又は〔HMe2 SiO(Me 2 Si
O)x 〕2 SiRORSi〔(OSiMe2 )x OSi
Me2 H〕2 のもっと高分子量のシロキサンを含む、一
群の新しいアルキルヒドリドシロキサン流体に関する。
これらの式中のMeはメチル基であり、RはC2 〜C18
の直鎖又は枝分かれ鎖のアルキル置換基であり、そして
xの値は1〜100である。
ンCH3 Si(OSiMe2 H)3 やフェニルトリス
(ジメチルシロキシ)シランC6 H5 Si(OSiMe
2 H)3のような化合物が、当該技術分野で知られてい
る。これらは、上記の式RSi(OSiMe2 H)3 に
おけるRがそれぞれメチル基かあるいはフェニル基であ
る化合物である。ところが、この明細書の特許請求の範
囲に記載されたような、RがC2 〜C18の直鎖又は枝分
かれ鎖のアルキル置換基である化合物は、これまで知ら
れていない。
ノマー、オリゴマー及びより高分子量の種を含む、新し
い一群のアルキルヒドリドシロキサン流体を提供するこ
とである。
合物を対応するアルキルトリクロロシランとジメチルク
ロロシランとの加水分解により良好な収率で調製するこ
とである。
とジアルキルシクロシロキサンとを平衡させて高分子量
のヒドリド官能性シロキサンを生成することが、更に別
の目的である。
式RSi(OSiMe2 H)3 及び式(HMe2 Si
O)2 −Si(R)−O−Si(R)−(OSiMe2
H)2 を有し、そして対応するクロロシラン類の加水分
解により高収率で調製される。加水分解とは、これらの
クロロシランを単純に過剰の水と接触させることを意味
する。その後の反応は、特に塩化水素が水に溶解するこ
とにより発生する熱のために、発熱性であり、そのため
反応混合物を冷却しなくてはならないか、あるいは単純
に、当該ハロシランを氷水と接触させる。
0℃までの温度で行われる。好ましくは、反応は30℃
未満に維持された温度で行われるが、最も好ましくは1
5℃よりわずかに低く維持された温度で行われる。30
〜70℃の温度を使用することができるけれども、生成
物の量はより少なくなろう。典型的には、二種類のシラ
ンを、アルキルトリクロロシラン1モル当たり少なくと
も2モルのジメチルクロロシランという化学量論的な割
合でもって加える。このほかの割合、例えばジメチルク
ロロシランを過剰にしたようなものを使用することがで
きるが、とは言え過剰量を使用することからは通常利益
は得られない。シランを水に加える速度は、反応中に生
じる熱を制御し、且つまた温度を所望の範囲内に保持す
る能力を超えないようなものであるべきである。
のために化学量論的に必要なモル量に対して少なくとも
過剰量の、また生じるHClを受け入れるための、水を
使用すべきである。水についての上限は重要でないとは
言うものの、水の好ましい量はMe2 HSiClを基に
して約9倍過剰である。
意の適当な方法により容易に回収することができる。例
えば、これは、反応混合物の水性HClの下層を排出
し、そしてシロキサン層を洗浄及び中和して行うことが
できる。このシロキサン層は、所望ならば、更に乾燥さ
せそしてろ過してもよい。シロキサンの回収率は、溶剤
ストリッピング工程と減圧での分別蒸留工程とにより高
められる。
1」に示す。「機構1」に示した本発明と対照的に、M
eSi(OMe)3 及びMe2 HSiClからのMeS
i(OSiMe2 H)3 の調製は、「比較例5」に示し
たように45%の生成物を生じるに過ぎない。「機構
1」に示した本発明と更に対照的に、MeSiCl3 及
びMe2 HSiClからのMeSi(OSiMe2 H)
3 の調製は、「比較例6」に示したように53%の生成
物を生じるに過ぎない。
シランの反応性を落とし、そのため自己縮合はMeSi
Cl3 又はMeSi(OR)3 におけるようにRがメチ
ル基(Me)である場合よりもはるかに遅くなる。結果
として、RSi(OSiMe 2 H)3 の収率は有意に且
つ思いも寄らぬことに上昇する。本発明がアルキルトリ
クロロシランを取り入れることは、MeSi(OMe)
3 とMe2 HSiClを使用する場合に生じる二つの廃
棄流をなくすことを可能にする。その上、本発明の加水
分解反応で生じるHClは容易に再生利用される。
H)3 の量は、反応を行う温度に依存する。例えば、R
がn−プロピル基(Pr)である場合、温度を15℃よ
りわずかに低く維持すると生成物のうちの83%がRS
i(OSiMe2 H)3 であることが分かった。30℃
の温度では生成物の79%がRSi(OSiMe2 H)
3 であり、一方、40℃の温度では生成物の47%がR
Si(OSiMe2 H)3 である。もっと高い温度で
は、(HMe2 SiO)2 −Si(R)−O−Si
(R)−(OSiMe2 H)2 及び高分子量シロキサン
種のRSi〔(OSiMe2 )x OSiMe2 H〕3 又
は〔HMe2 SiO(Me2 SiO)x 〕2 SiROR
Si〔(OSiMe2 )x OSiMe2 H〕2 がより多
量に生成される。
のRSi(OSiMe2 H)3 と(HMe2 SiO)2
SiRORSi(OSiMe2 H)2 は、本発明のより
高分子量のシロキサン種の調製において利用される。こ
れらの物質は、ジメチルシクロシロキサンのような環式
シロキサンの酸に触媒される開環、これに続くRSi
(OSiMe2 H)3 又は(HMe2 SiO)2 SiR
ORSi(OSiMe2H)2 への挿入により調製され
る。このようなプロセスを反応「機構2」に示す。
触媒は、塩酸、硫酸、リン酸、シュウ酸、酢酸、トリク
ロロ酢酸及びトリフルオロメタンスルホン酸である。触
媒は反応媒体中に、通常は全シロキサンの0.01〜3
0重量%のレベルで存在する。典型的には、酸触媒はこ
の範囲のうちの下限の範囲内で使用される。
式シロキサン(Me2 SiO)a 、RSi(OSiMe
2 H)3 又は(HMe2 SiO)2 SiRORSi(O
SiMe2 H)2 、及び酸触媒を含む混合物を作って実
施される。次に、この混合物を、上記環式シロキサンの
本質的に全てが反応するまで、重合反応温度で攪拌しな
がら加熱する。必要とする時間は、反応物と反応条件に
よって変わる。
的に、水の凝固点より高く沸点より低い。とは言え、大
気圧より高いあるいは低い圧力はこの範囲外での操作を
可能にしよう。好ましい温度範囲は少なくとも50℃で
95℃未満である。
知られている方法を使って、環式シロキサンの任意のレ
ベルの転化率で停止される。最大量の環式シロキサンが
反応したなら、あるいは系についての環−鎖平衡が達成
されたなら、反応を停止するのが好ましい。所望レベル
の転化率を達成するのに、24時間未満、典型的には5
時間未満の反応時間で十分である。
量論量に等しい又はわずかに多目の塩基を加えて触媒を
中和することを包含する。反応を中和するのに強塩基か
あるいは弱塩基を使用することができる。適当な弱塩基
は、例えば炭酸水素ナトリウムである。水酸化ナトリウ
ム、カリウム又はアンモニウムといったような強塩基を
使用する場合には、反応を再び触媒することがあり得る
かも知れないので、反応を過度に中和しないように注意
を払わなくてはならない。結果として生じる混合物のp
Hが約7となるような十分な量の塩基で中和するのが好
ましい。
のシロキサン種を含めた「機構1」及び「機構2」に示
したタイプのシロキサン類は、各種の有機変性シロキサ
ンの調製における中間体として有用である。例えば、こ
れらのシロキサンは、パーソナルケア分野において特別
な用途のあるオルガノシロキサンエーテルの調製におい
て中間体として有用である。例として米国特許第527
4156号明細書が参照され、これでは有機ケイ素ヒド
リドをアルケニルエーテルを末端に持つ有機オキシアル
キレン化合物と反応させてシリコーンポリエーテルの混
合物が製造される。
することもでき、これでは分子中に≡SiH官能性を有
するシロキサンをアルケンと反応させて、ドライスキン
の防止に有効な一定のアルキルメチルシロキサンが製造
される。
明のR基はC2 〜C18の直鎖の(枝分かれのない)又は
枝分かれした鎖のアルキル置換基である。適当なR置換
基は、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、ブ
チル基、2−メチルプロピル基、ペンチル基、2−メチ
ルブチル基、2,2−ジメチルプロピル基、ヘキシル
基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、
2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル
基、ヘプチル基、2−メチルヘキシル基、3−メチルヘ
キシル基、2,2−ジメチルペンチル基、2,3−ジメ
チルペンチル基、2,4−ジメチルペンチル基、3,3
−ジメチルペンチル基、3−エチルペンチル基、2,
2,3−トリメチルブチル基、オクチル基、ノニル基、
デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、
テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘ
プタデシル基及びオクタデシル基である。
シロキサンは、式〔(CH3 )2 SiO〕a の揮発性メ
チルシロキサン(VMS)類であり、この式中のaは3
〜6の値を持つ。これらのVMSは、一般に約250℃
未満の沸点を有する。構造的には、VMSは下記のよう
に表すことができる。
沸点が133℃であって式〔(Me 2 )SiO〕3 を有
するヘキサメチルシクロトリシロキサン、(ii)沸点
が171℃で式〔(Me2 )SiO〕4 を有するオクタ
メチルシクロテトラシロキサン、(iii)沸点が20
5℃で式〔(Me2 )SiO〕5 を有するデカメチルシ
クロペンタシロキサン、及び(iv)沸点が245℃で
式〔(Me2 )SiO〕6 を有するドデカメチルシクロ
ヘキサシロキサンである。
キシ)シランPrSi(OSiMe2 H)3 を調製し
た。
った三つ口丸底フラスコに、PrSiCl3 (59.9
2g、0.338モル)及びMe2 HSiCl(95.
90g、1.014モル)の混合物を一滴ずつ加えた。
このフラスコには、温度計、機械式攪拌機、及び均圧添
加漏斗を取り付けた。上記のクロロシランは、フラスコ
内の温度を15℃よりわずかに低い温度に維持する速度
で添加漏斗を通して一滴ずつ加えた。この添加の間を通
して溶液を勢いよく混合した。クロロシランの添加完了
後30分間溶液をかき混ぜた。水性層を抜き出し、続い
てpH試験紙に対して中性になるまでNaHCO3 で数
回、そして水で数回洗浄した。シロキサンを一晩MgS
O4 により乾燥させ、N2 加圧下でろ過して、透明無色
の液体を得た。最終生成物は、83%のPrSi(OS
iMe2 H)3 、9%の(HMe 2 SiO)2 Si(P
r)−OSi(Pr)(OSiMe2 H)2 、及び8%
のこのほかのシロキサン不純物を含有していた。特性の
決定は、29Si核磁気共鳴(NMR)、ガスクロマトグ
ラフィー/質量分析(GC/MS)、及びガスクロマト
グラフィー/フレームイオン化法(GC/FID)を包
含していた。
そして反応温度を30℃まで上昇させたことを除いて、
例1を繰り返した。最終生成物は、79%のPrSi
(OSiMe2H)3 、12%の(HMe2 SiO)2
Si(Pr)OSi(Pr)(OSiMe2 H)2 、及
び9%のこのほかのシロキサン不純物を含有していた。
そして温度を40℃まで上昇させたことを除いて、例1
を再び繰り返した。最終生成物は、47%のPrSi
(OSiMe2H)3 、30%の(HMe2 SiO)2
Si(Pr)OSi(Pr)(OSiMe2 H)2 、及
び23%のこのほかのシロキサン不純物を含有してい
た。
e2 )4.0 OSiMe2 H〕3 を調製した。
チルシロキシ)シラン(18.94g、0.064モ
ル)、シクロシロキサン(49.82g、0.672モ
ル)及び41μlのトリフルオロメタンスルホン酸の溶
液を70℃に加熱した。フラスコには水冷式凝縮カラ
ム、電磁攪拌機及び温度計を取り付けた。加熱前に、フ
ラスコを凝縮器の上部を通してN2 でフラッシュし、続
いて正圧のN2 でフラッシュした。フラスコを70℃で
4時間加熱後、溶液を室温まで冷却し、続いてNaHC
O3 (1.0g)とケイソウ土(Celite(商
標))(1.0g)を加えた。この混合物を4時間かき
混ぜ、次にN2 の加圧下でろ過して、透明無色の液体を
得た。29Si NMRで決定した最終の平均構造式は
(PrSi)1.0 〔(OSiMe2 )4.0 OSiMe2
H〕3 であった。この構造式において、「1.0」の値
は±0.2であり、「4.0」の値は±0.5であり、
「3.0」の値は±0.2であった。生成物中には環式
ジメチルシロキサン類も存在していた。
シシランMeSi(OMe)3 からメチルトリス(ジメ
チルシロキシ)シランMeSi(OSiMe2 H)3 を
調製した。
った三つ口丸底フラスコに、メチルトリメトキシシラン
MeSi(OMe)3 (128.42g、0.943モ
ル)及びジメチルクロロシランMe2 HSiCl(26
7.60g、2.828モル)の混合物を一滴ずつ加え
た。このフラスコに、温度計、機械式攪拌機、及び均圧
添加漏斗を取り付けた。上記のシランの添加は20℃未
満の温度を維持するように調節し、そしてこの過程を通
して勢いよく混合した。メトキシシランとクロロシラン
の添加完了後30分間溶液をかき混ぜた。水性層を抜き
出し、続いてpH試験紙に対して中性になるまでNaH
CO3 で数回、そして水で数回洗浄した。シロキサンを
一晩MgSO4 により乾燥させ、N2 加圧下でろ過し
て、透明無色の液体を得た。最終生成物は、わずかに4
5%のMeSi(OSiMe2 H) 3 、30%の(HM
e2 SiO)2 Si(Me)−OSi(Me)(OSi
Me 2 H)2 を含有し、そして25%のこのほかのシロ
キサン不純物を含有していた。例1におけるように、特
性の決定は29Si NMR、GC/MS、及びGC/F
IDを包含していた。
Me2 HSiClからメチルトリス(ジメチルシロキ
シ)シランMeSi(OSiMe2 H)3 を調製した。
った三つ口丸底フラスコに、MeSiCl3 (22.2
9g、0.149モル)とMe2 HSiCl(42.3
7g、0.448モル)の混合物を一滴ずつ加えた。こ
のフラスコには、温度計、攪拌棒を備えた電磁攪拌機、
及び均圧添加漏斗を取り付けた。上記のクロロシランの
添加は22℃未満の温度を維持するように調節し、そし
て添加の間を通して勢いよく混合した。クロロシランの
添加完了後5分間溶液をかき混ぜた。水性層を抜き出
し、続いてpH試験紙に対して中性になるまで水で数回
洗浄した。シロキサンを一晩MgSO4 により乾燥さ
せ、ろ過して、透明無色の液体を得た。最終生成物は、
わずかに53%のMeSi(OSiMe2 H)3 、19
%の(HMe 2 SiO)2 Si(Me)−OSi(M
e)(OSiMe2 H)2 を含有し、そして28%のこ
のほかのシロキサン不純物を含有していた。特性の決定
はGC/FIDを包含していた。
べることにより、本発明により製造されるシロキサンは
アルキルクロロシランの加水分解によってはるかに高い
収率で得られることが分かる。例えば、例1と2では、
PrSi(OSiMe2 H) 3 の収率はそれぞれ83%
及び79%であった。対照的に、そして比較例5に示し
たように、MeSi(OMe)3 からのMeSi(OS
iMe2 H)3 の調製ではわずかに45%が得られたに
過ぎない。更に対照的に、そして比較例6に示したよう
に、MeSiCl3 からのMeSi(OSiMe2 H)
3 の調製ではわずかに53%が得られたに過ぎない。
O)2 −Si(R)−O−Si(R)−(OSiMe2
H)2 を含有していて、それがそれぞれ9%、12%及
び30%の量で存在していたことにも注目すべきであ
る。これは、本発明の生成物の割合が加水分解の間に使
用した温度の関数として増加したことを証明している。
Claims (3)
- 【請求項1】 式RSiCl3 のアルキルトリクロロシ
ランをジメチルクロロシランとともに加水分解すること
を含む、式RSi(OSiMe2 H)3 及び(HMe2
SiO)2 −Si(R)−O−Si(R)−(OSiM
e2 H)2 (これらの式のMeはメチル基であり、Rは
C2 〜C18の直鎖又は枝分かれした鎖のアルキル置換基
である)の化合物の製造方法。 - 【請求項2】 (i)アルキルトリクロロシランをジメ
チルクロロシランとともに加水分解して式RSi(OS
iMe2 H)3 の化合物(この式のMeはメチル基であ
り、Rは直鎖又は枝分かれした鎖のアルキル置換基であ
る)を生成し、(ii)この化合物RSi(OSiMe
2 H)3 を酸触媒の存在下でジメチルシクロシロキサン
と反応させ、そして(iii)この反応を反応が一定の
定常状態に達するのに十分な時間続けさせることを含
む、式RSi〔(OSiMe2 ) x OSiMe2 H〕3
(この式のMeはメチル基であり、Rは直鎖又は枝分か
れした鎖のアルキル置換基である)を有する化合物の製
造方法。 - 【請求項3】 (i)アルキルトリクロロシランをジメ
チルクロロシランとともに加水分解して式(HMe2 S
iO)2 SiRORSi(OSiMe2 H) 2 の化合物
(この式のMeはメチル基であり、Rは直鎖又は枝分か
れした鎖のアルキル置換基である)を生成し、(ii)
この化合物(HMe2 SiO)2 SiRORSi(OS
iMe2 H)2 を酸触媒の存在下でジメチルシクロシロ
キサンと反応させ、そして(iii)この反応を反応が
一定の定常状態に達するのに十分な時間続けさせること
を含む、式〔HMe2 SiO(Me2 SiO)x 〕2 S
iRORSi〔(OSiMe2 )x OSiMe2 H〕2
(この式のMeはメチル基であり、Rは直鎖又は枝分か
れした鎖のアルキル置換基であり、xは1〜100の値
を有する)を有する化合物の製造方法。
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