JPH10287685A - イソシアナトオルガノシランの製造方法 - Google Patents
イソシアナトオルガノシランの製造方法Info
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Abstract
トオルガノシランを比較的危険のない原料から高収率及
び高純度で経済的に製造する方法を提供すること。 【解決手段】 特定のカルバマトオルガノシランを不活
性液体媒質に添加し、その混合物を該カルバマトオルガ
ノシランをイソシアナトオルガノシランへ転化するのに
有効な温度及び圧力に保持することによるイソシアナト
オルガノシランの製造方法。
Description
ルシラン等のイソシアナトオルガノシランを製造する方
法に関し、さらに詳しくは特定のカルバマトオルガノシ
ランを出発原料とする該方法に関する。
純度でイソシアナトアルキルシラン等のイソシアナトオ
ルガノシランを経済的に製造する方法は長い間要望され
てきている。従来イソシアナトオルガノシランは、非効
率的または高経費の方法によって比較的少量製造されて
きた。
貴金属触媒の存在下に、不飽和イソシアネート、殊にア
リルイソシアネートに対して、ヒドロシランの添加を行
なうことを含む方法によって製造されてきた。アリルイ
ソシアネートは、限定された市場入手性の高毒性原料で
ある。
低温においてカルバマトアルキルシランから、あるいは
種々のルートでアミノアルキルシラン及び高毒性ホスゲ
ンから、製造する方法も知られている。従来開示された
すべての液相法は、低収率、低速動力学性、高毒性原料
の必要性、(しばしば高レベルの近沸点汚染物の存在下
での)多大な仕上げまたは精製の必要性、及び副生成物
や廃物の大量発生の一つまたはそれ以上の不利益を著し
く受ける。
法は、共存する莫大な資本投資を伴う、高温運転可能な
特殊設備を一般に必要とする。N−シリル−2−オキサ
ゾリジノン類の液相熱転位反応による2−イソシアナト
エトキシシラン類の製法も発表されている。これらの化
合物分子中でのケイ素原子へのイソシアナトアルキル基
の結合は、加水分解性ケイ素−酸素結合を介しており、
またそのシラン部分は、現今商業的に有用なイソシアナ
トアルキルシラン中に存在しまたしばしば必要とされる
ような追加のアルコキシ基を含んでいない。
な公知のイソシアナトシランの製法、及び公知のイソシ
アナトシラン自体の種々な問題点及び欠点を解決しある
いは軽減することを目的とする。
カルバマトオルガノシランを分解して対応するイソシア
ナトオルガノシランへ転化するのに有効な高温及び減圧
において不活性液体媒質にカルバマトオルガノシランを
添加することによるイソシアナトシランの製法を提供す
る。このようにして製造されうる新規なイソシアナトオ
ルガノシランの例として式 Rx(R’O)3-xSiR”
NCO (I)のものが包含される。この式において、
xは1〜3であり、各Rは個々に1〜15炭素原子の炭
化水素を表わし、各R’は個々にR、シリル基R3Si
−またはシロキシ基R3Si(OSiR2)m−(mは1
〜4)であり、あるいはxが0または1のときには2個
のR’基が一緒に1つの2価シロキシ基−R2(OSi
R2)n−(nは3〜5)を形成(従って環式シロキサン
を形成)することができ、R”は1〜20炭素原子の枝
分れ2価炭化水素基を表わし、かつR、R’及びR”は
エーテル、チオエーテル、スルホン、ケトン、エステ
ル、アミド、ニトリルまたはハロゲンのような複素原子
官能基をも含みうる。
を添加すると、イソシアナトオルガノシランを高収率及
び高純度で生成させ、しかも高毒性のホスゲンまたはア
リルイソシアネートのような反応助剤の使用が不要であ
り、副生成物としての高度腐食性塩化水素の発生がな
く、またその他の副生成物、汚染物及び廃物の生成が極
めて少ない。この方法は短い滞留時間で連続的に操作
(運転)できるので、比較的小型の反応器で、それに対
応する小さい資本投資で、大きな生産量が可能である。
枝分れ炭化水素基(R”)によってケイ素原子に結合し
ている新規なイソシアナトオルガノシラン類を提供しう
る。そのような化合物は種々の度合の反応性のイソシア
ネート基を有し、そのようなイソシアネート基は、該イ
ソシアナトオルガノシランを含む製品に、例えば湿潤強
度、柔軟性及び抗酸化性のような機能性質において反応
する望ましい変化を与える。
ノシラン基を有しているケイ素原子がさらにシロキシ基
で置換されているイソシアナトオルガノシラン類を提供
する。これらの化合物は、低分子量シロキサンの高表面
活性と、イソシアネート基の高反応性とを併有してお
り、(殊に自動車のような金属基体のための)改善され
た被覆を与えるのに有用である。
い。すなわち、それは反応が実施される温度及び圧力に
おいて酸素の不存在下で化学的に安定であり、それはイ
ソシアナトオルガノシランの沸点よりも高い沸点を示
し、それは本発明の反応が実施される温度及び圧力にお
いて沸騰しない。さらには、その液体媒質は反応剤のカ
ルバマトオルガノシラン及び生成物のイソシアナトオル
ガノシランに対して不活性であるか、あるいは液体媒質
とカルバマトオルガノシランまたはイソシアナトオルガ
ノシランとの反応によって反応剤及び生成物に対して不
活性とされるべきである。ここに「不活性とされる」と
は、液体媒質が、例えば反応剤のカルバマトオルガノシ
ランと反応することにより、その液体媒質が本発明反応
のための満足すべき不活性液体媒質として機能する別の
物質に変化しうることを意味する。そのような反応(媒
質の関与する反応)は、液体媒質対反応剤の比が比較的
に高ければ、カルバマトオルガノシランの小割合を消耗
するにすぎない。
ずれの有機液体であってもよく、例えば炭化水素または
炭化水素の混合物であり、これらは置換されていても、
置換されていなくても、あるいは任意の酸素またはその
他の複素原子を含んでいてもよい。例としては線状また
は枝分れのアルカン、エステル、エーテル、脂環式及び
芳香族炭化水素、フルオロカーボン、フルオロカーボン
エーテル、及びシリコーン流体類が含まれる。種々の販
売ルートから商業的に入手できる伝熱流体が特に有用で
ある。
の一例は、ヒドロキシ末端付きポリエーテルであろう。
反応条件下で、ヒドロキシル基は、イソシアネートと、
またはアルコキシシリコン官能と反応することになる。
いずれの場合には、その反応によって、さらなる反応に
対して不活性である未満キャップ付きポリエーテルがも
たらされることになる。
類の混合物として、あるいはある分子量分布を有する混
合物として入手できる。液体媒質のある部分(割合)が
反応条件下で蒸留することがある。これらの化合物の軽
質分(light ends)を目的イソシアナトオル
ガノシランと同時に留出せしめることができ、そのよう
な同時留出物は、所望により後でさらに精製される。あ
るいは液体媒質は使用前にそれらの低沸点成分を予めス
トリップ除去することもできる。
し減圧下での液相での熱分解を含んでおり、上記一般式
において、R、R’、R”及びxは前記定義の通りであ
り、ただし、R”が枝分れしていない公知のイソシアナ
トシランも製造できる。R及びR’基は生成物のイソシ
アナトオルガノシラン分子内または出発物質カルバマト
オルガノシラン分子内で変っていてよいが、イソシアナ
トアルキルシラン中の酸素原子に結合しているR及び
R’は一般的には同一であろう(ただしこのことは必要
ではない)。
ルキルであるが、シランのより遅い加水分解に備えるた
めにイソプロホキシ、t−ブトキシであってもよい。好
ましくはR’は、1〜12炭素原子のアルキル基または
ハロゲン化アルキル基、5〜8炭素原子のシクロアルキ
ル基またはハロゲン化シクロアルキル基、6〜14炭素
原子のアリール基、7〜15炭素原子のアルカリールま
たはアラルキル基である。さらに特定的にはR’は1〜
4炭素原子の低級アルキルまたは3〜5炭素原子の枝分
れアルキル基である。R”は、好ましくは、ケイ素にケ
イ素−炭素結合によって結合した1〜20炭素原子の線
状または枝分れ2価飽和または不飽和炭化水素基であ
り、例えば線状及び枝分れのアルキレン、アリーレン、
アルカリーレン及びアラルキレン基を包含する。R”の
特定例は、(CH2)m(mは1〜20)、プロピレン、
ブチレン及びフエニルブチレンである。新規なシランを
製造するにはR”は枝分れ構造であるべきである。従っ
て本発明方法は下記の一般式で表現される。
れ炭化水素、例えば −(CH2)nC(CH3)2−; −C(CH3)2(CH2)n−; −(CH2)nC(CH3)2(CH2)n−; −(CH2)nC(C2H5)2(CH2)n−; (ここにnは1〜8である)である前記式(I)のもの
である。
らに好ましくは250〜350℃の昇温で実施される。
反応の圧力は約10〜約200mmHgであるべきであ
るが、好ましくは反応圧力は30〜200mmHgであ
る。
を対応イソシアネートに転化させるのに充分に高温であ
る溶媒に添加される。従って、任意の時点におけるカル
バメートに対しての溶媒の量は少ない(<5%ow
t)、その理由はカルバメートが溶媒に接触するや否
や、それはイソシアネートに転化するからである。従っ
て、過剰の溶媒(例えば>75容量%)が存在する限
り、これは生じる。カルバメート及び溶媒は好ましくは
一緒にした後に加熱されるべきではない。
維持する能力、液体水準を維持する能力、液体を所望の
温度範囲に加熱する能力、カルバマトオルガノシランを
加熱液体中へ供給しうる能力、ROH副生成物を除去し
うる能力、所望により生成物を精留するため及び所望の
イソシアナトオルガノシランを凝縮させるための塔を有
するいずれの流通式装置においても、半連続式に実施し
うる。種々の容量及び能力をもつこのようなタイプの装
置は化学工業分野において容易に入手でき、また追加の
資本費用無しで操業できる。
ンが反応システムから留出するように反応器に蒸留塔を
付設する。さらには、反応で生じるアルコールは、生成
物から蒸発分離されるべきである。
めにはさらなる精製を要しないイソシアナトオルガノシ
ラン製品を与える。不純物が存在する場合、その不純物
は、液体媒質または出発原料カルバマトオルガノシラン
のいずれかの一成分であり、このものは典型的には単純
蒸留により除去でき、そして所望ならば再循環されう
る。
わちカルバマトオルガノシラン)は、当業において公知
のようにして製造できる。例えば、アミノシラン及びク
ロロホーメイトから、ジアルキルカーボネート及びアミ
ノシランから、またはクロロアルキルシラン及び青酸ソ
ーダから製造できる。
トオルガノシラン類、殊に (MeO)3Si(CH2)3NCO及び(EtO)3Si
(CH2)3NCO は、製造工業において幾多の用途を有する商品である。
一つの用途は、例えば、米国特許第4,113,691
号及び第4,146,585号に開示されているような
シラングラフト化ポリマーの製造における使用である。
ランからガンマーイソシアナトプロピルトリメトキシシ
ランの製造 10棚段オールダーシャウ(Oldershaw)カラ
ム及び蒸留ヘッド、温度計、ならびに磁気撹拌棒を備え
た4つ口1l丸底フラスコに、200グラムのHE−2
00真空ポンプオイル(このものは精製石油であり、ペ
ンシルベニヤ州エクスポートのレイボルドLeybol
dバキュウム・プロダクツ社製)を装入した。この真空
ポンプオイルを315℃に加熱し、系の圧力を70mm
Hgまで降げた。コンデンサー冷媒の温度を50℃に設
定した。メチルカルバマトプロピルトリメトキシシラン
を1.26〜2.61グラム/分の流量で反応器中へ注
入した。供給開始から少したつと、蒸留ヘッド温度が約
134℃に上昇し、生成物の取り出しを1:1の還流比
を用いて開始した。これらの条件は、282グラムの上
記カルバメート原料が供給されるまで維持された。全体
で225グラムの生成物を塔頂から採取した。その生成
物はガスクロマトグラフ分析で測定して98.6%のガ
ンマーイソシアナトプロピルトリメトキシシランの平均
純度を有していた(反応収率は93.2%)。
リエトキシシランからガンマーイソシアナトプロピルト
リエトキシシランの製造 以下の如き変更を加えて実施例1の操作を繰り返した。
ング済のダラダイン(Daradine)68(ドライ
デンDrydenオイル社製の真空ポンプオイル用の精
製石油)を装入し、340℃に加熱し、そして系の圧力
を38mmHgに設定した。出発物質カルバメートであ
るエチルカルバマトプロピルトリエトキシシランを約
1.0グラム/分の流量で供給し、生成物を144℃の
ヘッド温度において4:1の還流比を用いて塔頂から採
取した。合計349グラムのカルバメート(原料)を系
に供給し、254.4gの生成物を採取した。この生成
物は、ガスクロマトグラフ分析で測定して96.6%の
平均純度であった(反応収率は83.5%)。
ム(Maltitherm)IG−2(商標)の使用 下記の変更を加えて実施例1の操作を繰り返し、下記の
結果を得た。
herm IG−2(商標)(ペンシルベニア州コルウ
インのマルチサーム社製)201グラムの中へ0.86
グラム/分の供給流量で92.6グラムのメチルカルバ
マトプロピルトリメトキシシランを供給した。ポット
(フラスコ)温度を300〜305℃に維持し、圧力を
70〜75mmHgに設定した。全体で64グラムの生
成物を塔頂から回収した。この生成物はガスクロマトグ
ラフ分析で測定して96.7%のイソシアナトプロピル
トリメトキシシランの平均純度を有していた(反応収率
は79.9%)。
(Chemtherm)700(商標)の使用 下記の変更を加えて実施例1の操作を繰り返し、下記の
結果を得た。
炭化水素であるケムサーム700(商標)(テキサス州
ヒューストンのコースタルCoastal・ケミカル社
製)200グラム中へ、合計90グラムのメチルカルバ
マトプロピルトリメトキシシランを1.0グラム/分の
供給流量で供給した。ポット(フラスコ)温度を300
℃に維持し、圧力を100mmHgに設定した。合計9
0グラムの生成物を塔頂から回収した。この生成物はガ
スクロマトグラム分析で測定して89.0%のイソシア
ナトプロピルトリメトキシシランの平均純度を有した
(反応収率は90.2%)。
(Krytox)107(商標)の使用 下記の変更を加えて実施例1の操作を繰り返し、下記の
結果を得た。
ox107(商標)(デラウエア州ウイルミントンの
E.I.デュポン社製)202グラム中へ152.4グ
ラムのメチルカルバマトプロピルトリメトキシシランを
0.5グラム/分の供給流量で供給した。ポット温度を
342〜355℃に維持し、圧力を70mmHgに設定
した。合計121.8グラムの生成物を塔頂から回収し
た。この生成物はガスクロマトグラム分析で測定して9
3.7%のイソシアナトプロピルトリメトキシシランの
平均純度を有した(反応収率は86.6%)。
(Syltherm)800(商標)の使用 下記の変更を加えて実施例1の操作を繰り返し、下記の
結果を得た。
erm800(商標)(ミシガン州ミドランドのダウ・
ケミカル社製)200グラム中へ合計114グラムのメ
チルカルバマトプロピルトリメトキシシランを0.5グ
ラム/分の供給流量で供給した。ポット温度を295〜
300℃に維持し、圧力を78mmHgに設定した。合
計89.4グラムの生成物を塔頂から回収した。この生
成物はガスクロマトグラフ分析で測定して、77.6%
のイソシアナトプロピルトリメトキシシランの平均純度
を有した(反応収率は70.3%)。
液相クラッキング法との比較 10棚段オールダーシャウ蒸留塔、蒸留ヘッド、受器、
温度計及び磁気撹拌棒を備えている1l3口丸底フラス
コに、349,6グラムのメチルカルバマトプロピルト
リメトキシシランを入れた。フラスコ内容物を52〜5
4mmHgにおいて190〜204℃の温度に合計7時
間加熱した。この加熱時間中に合計205.3グラムの
生成物を塔頂付近からいくつかの留分(カット)で採取
した。この生成物は93.1%のイソシアナトプロピル
トリメトキシシランの平均純度を有し、従って67.3
%の正味反応収率を与えた。反応器は96.9グラムの
重質物質を含み、正味物質バランスは96.4%であっ
た。
願人に許可された米国特許第5,393,910号の実
施例Aに報告されているようにエチルカルバマトプロピ
ルトリエトキシシランで得られており、これはこの明細
書に引用導入される。
Claims (10)
- 【請求項1】 カルバマトオルガノシランをイソシアナ
トオルガノシランへ転化するのに有効な温度及び圧力の
不活性液体媒質へカルバマトオルガノシランを添加する
ことからなる方法。 - 【請求項2】 生成されたイソシアナトオルガノシラン
を単離することをさらに含む請求項1の方法。 - 【請求項3】 イソシアナトシランが式 Rx(R’O)3-xSiR”NCO [ここに、xは0、1、2または3の整数であり;各R
は、個々に、1〜12炭素原子のアルキル基もしくはハ
ロゲン化アルキル基、5〜8炭素原子のシクロアルキル
基もしくはハロゲン化シクロアルキル基、6〜14炭素
原子のアリール基、あるいは7〜15炭素原子のアルカ
リールもしくはアラルキル基を表わし;各R’は、個々
に、Rまたはシリル基R3Si−もしくはシロキシ基R3
Si(OSiR2)m−(mは1ないし4の整数)であ
り、あるいはxが0または1のときには2個のR’基が
一緒に1つの2価シロキシ基−R2(OSiR2)n−
(nは3、4または5の整数)を形成することがあり、
すなわちそのケイ素原子がイソシアナトオルガノ基を有
している環式シロキサンを形成し;R”はケイ素に対し
てケイ素−炭素結合により結合した1〜20炭素原子の
線状または枝分れ2価飽和または不飽和炭化水素基を表
わし;かつR、R’及びR”は任意にエーテル、チオエ
ーテル、スルホン、ケトン、エステル、アミド、ニトリ
ルまたはハロゲンのような複素原子官能基を含むことが
できる。]のものである請求項1の方法。 - 【請求項4】 カルバマトオルガノシランが式 Rx(R’O)3-xSiR”NCO2R [ここに、xは0、1、2または3の整数であり;各R
は、個々に、1〜12炭素原子のアルキル基もしくはハ
ロゲン化アルキル基、5〜8炭素原子のシクロアルキル
基もしくはハロゲン化シクロアルキル基、6〜14炭素
原子のアリール基、あるいは7〜15炭素原子のアルカ
リールもしくはアラルキル基を表わし;各R’は、個々
に、Rまたはシリル基R3Si−もしくはシロキシ基R3
Si(OSiR2)m−(mは1ないし4の整数)であ
り、あるいはxが0または1のときには2個のR’基が
一緒に1つの2価シロキシ基−R2(OSiR2)n−
(nは3、4または5の整数)を形成することがあり、
すなわちそのケイ素原子がイソシアナトオルガノ基を有
している環式シロキサンを形成し;R”はケイ素に対し
てケイ素−炭素結合により結合した1〜20炭素原子の
線状または枝分れ2価飽和または不飽和炭化水素基を表
わし;かつR、R’及びR”は任意にエーテル、チオエ
ーテル、スルホン、ケトン、エステル、アミド、ニトリ
ルまたはハロゲンのような複素原子官能基を含むことが
できる。]のものである請求項1の方法。 - 【請求項5】 液体媒質が炭化水素である請求項1の方
法。 - 【請求項6】 液体媒質が200℃及び400℃の間の
温度である請求項1の方法。 - 【請求項7】 圧力が10及び200mmHgの間であ
る請求項6の方法。 - 【請求項8】 イソシアナトオルガノシランがイソシア
ナトプロピルトリメトキシシラン及びイソシアナトプロ
ピルトリエトキシシランからなる群より選択される請求
項1の方法。 - 【請求項9】 xが0、1または2であり、R及びR’
がメチル基及びエチル基からなる群より選択され、R”
が線状プロピレン基である請求項4の方法。 - 【請求項10】 下記式のシラン Rx(R’O)3-xSiR”NCO [ここに、xは0、1、2または3の整数であり;各R
は、個々に、1〜12炭素原子のアルキル基もしくはハ
ロゲン化アルキル基、5〜8炭素原子のシクロアルキル
基もしくはハロゲン化シクロアルキル基、6〜14炭素
原子のアリール基、あるいは7〜15炭素原子のアルカ
リールもしくはアラルキル基であり;各R’は、個々
に、Rまたはシリル基R3Si−もしくはシロキシ基R3
Si(OSiR2)m(mは1ないし4の整数)であり、
あるいはxが0または1のときには2個のR’基が一緒
に1つの2価シロキシ基−R2(OSiR2)n−(nは
3、4または5の整数)を形成することがあり、すなわ
ちそのケイ素原子がイソシアナトオルガノ基を有してい
る環式シロキサンを形成し;R”はケイ素に対してケイ
素−炭素結合により結合した1〜20炭素原子の線状ま
たは枝分れ2価飽和または不飽和炭化水素基を表わし;
かつR、R’及びR”は任意にエーテル、チオエーテ
ル、スルホン、ケトン、エステル、アミド、ニトリルま
たはハロゲンのような複素原子官能基を含むことができ
る。]
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