WO2007003277A1 - Siliconharze mit definierter reaktivität - Google Patents

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Hans Mayer
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Definitions

  • the invention relates to silicone resins and a process for their preparation.
  • the reactivity of a silicone resin can be controlled by exchanging the alkoxy groups with silicon-bonded hydroxy groups in a silicone resin containing inert alkoxy groups by treatment with water vapor.
  • the object of the invention is to improve the state of the art, in particular to produce silicone resins whose reactivity is controlled by a parameter which is independent of the silanol content of the silicone resin.
  • the object is achieved by the invention.
  • the invention relates to a silicone resin composed of repeating units of the general formula (1)
  • a 1 represents the same or different hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl or alkoxy radicals having an aliphatic linear or branched or a cycloaliphatic alkyl radical or an aryloxy radical, or denotes a functional radical which contains up to 18 C atoms and additionally one or more identical or different heteroatoms selected from O-, S, Si,
  • Cl, F, Br, P or N atoms may contain,
  • RA is identical or different aliphatic or cycloaliphatic alkoxy, aryloxy or hydroxy or a
  • Residual Al means where at least either T or Q units or both must be present and besides M and / or D units may be present and the silicone resin is characterized as containing at least 1 ppm HCl.
  • Preferred silicone resins are those having a weight average molecular weight between 800 and 500,000.
  • the amount of HCl is adjusted according to the desired reactivity, so according to the invention at least 1 ppm of HCl is present, preferably, the HCl amount of 1 ppm to 10 wt.% Based on the resin. However, preferably 1 ppm to 5 wt.%, Particularly preferably 1 ppm to 3 wt.% Contains amounts of HCl.
  • Another object of the invention is a process for the preparation of a silicone resin, wherein the synthesis is carried out starting from silanes and / or siloxanes containing hydrolyzable groups, and the synthesis comprises the steps of hydrolysis and condensation and either the hydrolyzable groups are silicon-bonded chlorine atoms or silicon-bonded alkoxy groups , Aryloxy or hydroxy groups, wherein gaseous or dissolved in water HCl is used in a step of the resin preparation and the HCl amount is adjusted according to the desired reactivity and too much metered HCl is removed.
  • the overdosed amount of HCl may be neutralized by other techniques known in the art such as gas stripping by vacuum or heating in the cases where the acid is a gaseous product such as HCl.
  • the silicone resins according to the invention are preferably used as binders for the production of coatings.
  • the silicone resins according to the invention surprisingly have, depending on the HCl content, a more or less high reactivity. They provide coatings in which they are used as binders, an excellent resistance, for example, to weathering, attack by chemical influences and UV radiation. Likewise, very good water resistance and low tendency to fouling can be achieved with these coatings.
  • hydrophobic copolymers can be used to produce porous coatings with a pigment volume concentration above the critical pigment volume concentration, which are characterized by excellent gas and water vapor permeability combined with high water repellency.
  • Silicone resins are also used as additive additions to preparations for coatings or other applications, as well as without further additives as pure on substrates film-forming or curing in blocks or other arbitrary forms material.
  • Control of rheological properties Control of mechanical properties, e.g. Flexibility, scratch resistance, elasticity, extensibility, bendability, tear behavior, rebound behavior, hardness, density, tear propagation resistance, compression set, behavior at different temperatures, coefficient of expansion, abrasion resistance and other properties such as thermal conductivity, flammability, gas permeability, resistance to water vapor, hot air, chemicals, weathering and radiation, the sterilizability, of
  • Solid bodies or films obtainable from the preparation containing the dispersion according to the invention
  • Control of electrical properties such as dielectric loss factor, dielectric strength, dielectric constant, tracking resistance, Lichbogenbe pretechnik, surface resistance, specific breakdown resistance,
  • silicone resins according to the invention allow the above-described properties to be manipulated are the preparation of coating materials and impregnations and coatings and coatings to be obtained therefrom on substrates, such as metal, glass, wood, mineral substrate, synthetic and natural fibers for production of textiles, carpets,
  • the silicone resins according to the invention can be incorporated in liquid or in hardened solid form in elastomer compositions. Here, they may be used for the purpose of enhancing or improving other performance characteristics such as control of transparency, heat resistance, yellowing tendency, weathering resistance.
  • a methyl silicone resin composed of 87% units of the formula Me-Si (O) 3/2 and 13% units of the formula Me2Si (O) 2/2, which additionally contains 5.8% by weight of ethoxy groups and 0.9

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Abstract

Siliconharze aufgebaut aus Wiederholungseinheiten der allgemeinen Formel (1) [A1zR1pSiO (4-p-z)/2] (1), wobei z und p jeweils eine ganze Zahl im Wert von 0 - 3 bedeuten, A1 gleiche oder verschiedene Wasserstoff-, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Alkoxyreste mit einem aliphatischen linearen oder verzweigten oder einem cycloaliphatischen Alkylrest oder einen Aryloxyrest bedeutet, oder einen funktionellen Rest bedeutet, der bis zu 18 C-Atome enthält und zusätzlich eines oder mehrere gleiche oder verschiedene Heteroatome ausgewählt aus O-, S, Si, Cl, F, Br, P oder N-Atomen enthalten kann, wobei, R1 gleiche oder verschiedene aliphatische oder cycloaliphatische Alkoxy- , Aryloxy oder Hydroxyreste oder einen Rest A1 bedeutet, wobei mindestens entweder T oder Q-Einheiten oder beide vorhanden sein müssen, und daneben M und / oder D-Einheiten vorhanden sein können und das Siliconharz dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens 1 ppm HCl enthält.

Description

Silicoπharze mit definierter Reaktivität
Die Erfindung betrifft Siliconharze und ein Verfahren zu ihrer Herstellung .
Gemäß DE 195 07 594 Al kann die Reaktivität eines Siliconharzes dadurch gesteuert werden, dass man in einem Siliconharz, das reaktionsträge Alkoxygruppen enthält, durch Behandlung mit Wasserdampf die Alkoxygruppen durch siliziumgebundene Hydroxygruppen austauscht.
Weitere Ansätze, zur Herstellung von OH-reichen in ihrer Reaktivität angepassten Siliconharzen sind in US 2 832 794 und US 3 489 782 wiedergegeben. Dabei sind jeweils bestimmte Verfahrensparameter einzuhalten, die zu eigenen spezifischen Produkten führen, durch die geforderte Steuerung der Reaktivität ermöglicht wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern, insbesondere Siliconharze herzustellen, deren Reaktivität durch einen Parameter gesteuert wird, der vom Silanolgehalt des Siliconharzes unabhängig ist. Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist ein Siliconharze aufgebaut aus Wiederholungseinheiten der allgemeinen Formel (1)
[A1 zR1 pSiO(4_p_z)/2] (D,
wobei z und p jeweils eine ganze Zahl im Wert von 0 - 3 bedeuten,
A1 gleiche oder verschiedene Wasserstoff-, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Alkoxyreste mit einem aliphatischen linearen oder verzweigten oder einem cycloaliphatischen Alkylrest oder einen Aryloxyrest bedeutet, oder einen funktionellen Rest bedeutet, der bis zu 18 C-Atome enthält und zusätzlich eines oder mehrere gleiche oder verschiedene Heteroatome ausgewählt aus 0-, S, Si,
Cl, F, Br, P oder N-Atomen enthalten kann, wobei,
RA gleiche oder verschiedene aliphatische oder cycloaliphatische Alkoxy-, Aryloxy oder Hydroxyreste oder einen
Rest Al bedeutet, wobei mindestens entweder T oder Q-Einheiten oder beide vorhanden sein müssen, und daneben M und / oder D-Einheiten vorhanden sein können und das Siliconharz dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens 1 ppm HCl enthält.
Bevorzugte Silconharze sind solche mit einem Molekulargewichtsmittel zwischen 800 und 500 000.
Die HCl Menge wird entsprechend der gewünschten Reaktivität eingestellt, so ist erfindungsgemäß mindestens 1 ppm HCl vorhanden, vorzugsweise beträgt die HCl Menge von 1 ppm bis 10 Gew.% bezogen auf Harz. Jedoch sind bevorzugt 1 ppm bis 5 Gew.%, besonders bevorzugt 1 ppm bis 3 Gew.% Mengen an HCl enthalten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Siliconharzes, wobei die Synthese ausgehend von Silanen und / oder Siloxanen erfolgt, die hydrolysierbare Gruppen enthalten, und die Synthese die Schritte Hydrolyse und Kondensation umfasst und entweder die hydrolysierbaren Gruppen siliziumgebundene Chloratome sind oder siliziumgebundene Alkoxygruppen, Aryloxy oder Hydroxgruppen, wobei in einem Schritt der Harzherstellung gasförmige oder in Wasser gelöste HCl eingesetzt wird und die HCl Menge entsprechend der gewünschten Reaktivität eingestellt wird und zuviel zudosierte HCl entfernt wird.
Die zuviel dosierte HCl-Menge kann durch neutralisieren oder andere Verfahren nach Stand der Technik, wie Austreiben als Gas durch Anlegen von Vakuum oder Erhitzen in den Fällen, in denen es sich bei der Säure um ein an sich gasförmiges Produkt handelt, wie etwa HCl, entfernt werden.
Die erfindungsgemäßen Siliconharze werden vorzugsweise als Bindemittel zur Herstellung von Beschichtungen verwendet. Die erfindungsgemäßen Siliconharze verfügen überraschend je nach HCl Gehalt über eine mehr oder weniger hohe Reaktivität. Sie verleihen Beschichtungen, in denen sie als Bindemittel eingesetzt werden, eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit, zum Beispiel gegen Bewitterungseinflüsse, Angriff durch chemische Einflüsse und UV Strahlung. Ebenso lassen sich mit diesen Beschichtungen sehr gute Wasserfestigkeit und geringe Verschmutzungsneigung realisieren. Mit hydrophob eingestellten Copolymeren lassen sich zudem poröse Beschichtungen realisieren, mit einer Pigmentvolumenkonzentration über der kritischen Pigmentvolumenkonzentration, die sich durch exzellente Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit bei gleichzeitig hoher Wasserabweisung auszeichnen. Durch das Einpolymerisieren von Silanen, die hydrolysierbare und kondensierbare Gruppen enthalten, in das Copolymer, lassen sich Bindemittel herstellen, die nach dem Auftrag feuchtigkeitshärtend sind, so dass sich die Filmhärten, Thermoplastizität und die Verschmutzungsneigung einstellen lassen.
Außer zu diesem Zwecke können die erfindungsgemäßen
Siliconharze auch als additivische Zusätze zu Zubereitungen für Beschichtungen oder andere Einsatzzwecke verwendet werden, sowie ohne weitere Zusatzstoffe als reines über Substraten filmbildendes oder zu Blöcken oder anderen beliebigen Formen aushärtendes Material.
Weitere Eigenschaften, die durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Siliconharze alleine oder in Kombination mit oder als Bestandteil von anderen Zubereitungen manipuliert werden können sind z.B.: Steuerung des elektrischen Leitfähigkeit und des elektrischen Widerstandes
Steuerung der Verlaufseigenschaften Stabilisierung oder Destabilisierung von Schaum - Steuerung des Glanzes eines feuchten oder gehärteten Filmes oder eines Objektes Erhöhung der Bewitterungsbeständigkeit
- Erhöhung der Chemikalienresistenz Erhöhung der Farbtonstabilität - Reduzierung der Kreidungsneigung
Reduzierung oder Erhöhung der Haft- und Gleitreibung auf Festkörpern oder Filmen erhalten aus Zubereitungen, die erfindungsgemäße Dispersion enthalten
- Verbesserung der Nasshaftung - Verbesserung der Nassabriebfestigkeit Verbesserung der Haftung zu Substraten Verbesserung der Zwischenschichthaftung zwischen zwei Substraten, Filmen, etc. Steuerung des Füllstoff- und Pigmentnetz- und - dispergierverhaltens,
Steuerung der rheologischen Eigenschaften Steuerung der mechanischen Eigenschaften, wie z.B. Flexibilität, Kratzfestigkeit, Elastizität, Dehnbarkeit, Biegefähigkeit, Reißverhalten, Rückprallverhalten, Härte, Dichte, Weiterreißfestigkeit, Druckverformungsrest, Verhalten bei verschiedenen Temperaturen, Ausdehnungskoeffizient, Abriebfestigkeit sowie weiterer Eigenschaften wie der Wärmeleitfähigkeit, Brennbarkeit, Gasdurchlässigkeit, Beständigkeit gegen Wasserdampf, Heißluft, Chemikalien, Bewitterung und Strahlung, der Sterilisierbarkeit, von
Festkörpern oder Filmen erhältlich aus der Zubereitung die die erfindungsgemäße Dispersion enthält
Steuerung elektrischer Eigenschaften, wie z.B. dielektrischer Verlustfaktor, Durchschlagfestigkeit, Dielektrizitätskonstante, Kriechstromfestigkeit, Lichbogenbeständigkeit, Oberflächenwiderstand, spezifischer Durchschlagswiderstand,
Beispiele für Anwendungsfelder, in denen die erfindungsgemäßen Siliconharze die oben bezeichneten Eigenschaften zu manipulieren gestatten, sind die Herstellung von Beschichtungsstoffen und Imprägnierungen und daraus zu erhaltenden Beschichtungen und Überzügen auf Substraten, wie Metall, Glas, Holz, mineralisches Substrat, Kunst- und Naturfasern zur Herstellung von Textilien, Teppichen,
Bodenbelägen, oder sonstigen aus Fasern herstellbaren Gütern, Leder, Kunststoffe wie Folien, Formteilen. Die erfindungsgemäßen Siliconharze können in flüssiger oder in ausgehärteter fester Form in Elastomermassen eingearbeitet werden. Hierbei können sie zum Zwecke der Verstärkung oder zur Verbesserung anderer Gebrauchseigenschaften wie der Steuerung der Transparenz, der Hitzebeständigkeit, der Vergilbungsneigung, der Bewitterungsbeständigkeit verwendet werden .
Beispiel :
Ein Methylsiliconharz zusammengesetzt aus 87% Einheiten der Formel Me-Si (O) 3/2 und 13 % Einheiten der Formel Me2Si(O)2/2, das zusätzlich 5,8 Gewichtsprozent Ethoxygruppen und 0,9
Gewichtsprozent OH Gruppen auf der Oberfläche besitzt, wurde in Toluol aufgelöst, so dass eine 50%-ige Lösung entstand. Zu dieser Mischung, die 0,02 Gewichtsprozent Salzsäure enthielt, wurde verdünnte, wäßrige Salzsäure zudosiert, so dass eine Konzentrationsreihe entstand.
Folgende Konzentrationen an Salzsäure wurden eingestellt: - 8,78 Gew.% HCl auf Festkörper Harz (d.h. dass sich bei einer 50%-igen Harzlösung die Angabe 8,78 Gew.% bei 100 g dieser Harzzubereitung auf die 50 g darin enthaltenes Harz bezieht)
- 1,61 Gew.% HCl auf Festkörper Harz - 1,57 Gew.% HCl auf Festkörper Harz
Diese Proben wurden bei 500C gelagert und beobachtet nach welcher Zeit sich eine Trübung aufgrund der Aufkondensation der enthaltenen Harzmoleküle einstellt, also die Vernetzung beginnt.
Folgende Zeiten wurden erhalten:
- mit 0,02 Gew.% HCl: 96 h - mit 1,57 Gew.% HCl: 34 h
- mit 1,61 Gew.% HCl: 28 h
- mit 8,78 Gew.% HCl: 8 h.

Claims

Patentansprüche
1. Siliconharze aufgebaut aus Wiederholungseinheiten der allgemeinen Formel (1)
[A1 ZR1PSiO (4-p-z)/2] (D/
wobei z und p jeweils eine ganze Zahl im Wert von 0 - 3 bedeuten,
A1 gleiche oder verschiedene Wasserstoff-, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Alkoxyreste mit einem aliphatischen linearen oder verzweigten oder einem cycloaliphatischen Alkylrest oder einen Aryloxyrest bedeutet, oder einen funktionellen Rest bedeutet, der bis zu 18 C-Atome enthält und zusätzlich eines oder mehrere gleiche oder verschiedene Heteroatome ausgewählt aus 0-, S, Si, Cl, F, Br, P oder N-Atomen enthalten kann, wobei, R1 gleiche oder verschiedene aliphatische oder cycloaliphatische Alkoxy- , Aryloxy oder Hydroxyreste oder einen Rest Al bedeutet, wobei mindestens entweder T oder Q-Einheiten oder beide vorhanden sein müssen, und daneben M und / oder D-Einheiten vorhanden sein können und das Siliconharz dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens 1 ppm HCl enthält.
2. Verfahren zur Herstellung eines Siliconharzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synthese ausgehend von Silanen und / oder Siloxanen erfolgt, die hydrolysierbare Gruppen enthalten, und die Synthese die Schritte Hydrolyse und Kondensation umfasst und entweder die hydrolysierbaren Gruppen siliziumgebundene Chloratome sind oder siliziumgebundene Alkoxygruppen, Aryloxy oder Hydroxgruppen, wobei in einem Schritt der Harzherstellung gasförmige oder in Wasser gelöste HCl eingesetzt wird und die HCl Menge entsprechend der gewünschten Reaktivität eingestellt wird und zuviel zudosierte HCl entfernt wird.
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