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JP4638722B2 - 高粘性オルガノポリシロキサンの製造方法 - Google Patents
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高粘性オルガノポリシロキサンの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は高粘性オルガノポリシロキサンの製造方法に関する。更に本発明は高粘性オルガノポリシロキサンに関する。
高粘度を有するポリシロキサンの製造のためには、主に縮合反応を基礎とする一連の方法が存在する。このようにシラノール官能性の高粘性ポリシロキサンは標準的にクロロシラン(主にジメチルジクロロシラン)の低粘性加水分解物から、水の形成下に案外高い温度で主に酸性触媒を共に作用させて縮合させることにより製造される。
同様に、シラノール官能性のポリシロキサンはメトキシシランとメタノールを形成して縮合しうる。工業的に許容できる反応速度を達成するために、主に案外高い温度並びに触媒を必要とする。従って商慣習のアミノ官能性シロキサンの製造のための標準的方法は、アミノアルキルメトキシシランとジメチルジクロロシランの短鎖加水分解物との案外高温での塩基性触媒による縮合である。
100℃以上の反応温度並びに複数時間を超える反応時間を考慮して、高粘性ポリシロキサンの製造方法は迅速に完了するか、又は低温、例えば室温で行われることが望まれている。
DE−A2500020号において、シラノール末端基を有するポリシロキサンとアルコキシ基を有するα−アミノシランとを反応させるアミノシロキサンの製造方法が記載されている。該反応は中程度の温度でアルコールの脱離下に行われる。しかしながらこの技術では、比較的不安定性のα−アミノシロキサンを、二官能性のテレケリック形でのみ製造できるに過ぎない。
また高粘性ポリシロキサンは、US5,241,034号及びUS6,252,100号に記載されるような重付加反応によって得ることができる。EP−A874017号及びUS6,451,909号は、高粘性ポリシロキサンの製造のためにエマルジョン中で重付加反応を行うことを開示している。しかしながら前記の全ての重付加法は、反応の実施のために、しばしば所望されない金属触媒を必要とするということに共通している。N含有のシラン(シロキサン)の存在下では更になおも抑制効果が生じるので、良好に触媒された重付加はなおも不十分にしか実施できないか、又は全くもって実施できない。
DE−A2500020号 US5,241,034号 US6,252,100号 EP−A874017号 US6,451,909号
従って本発明の課題は、Si−C結合された塩基性窒素を有する基を有する高粘性オルガノポリシロキサンの製造にあたり、前記の欠点を回避し、そして中程度の熱的条件で製造できる方法を提供することであった。更に本発明の課題は、Si−C結合された塩基性窒素を有する基を有し、かつ安定な高粘性オルガノポリシロキサンを提供することであった。前記課題は本発明により解決される。
本発明の対象は、高粘性オルガノポリシロキサンの製造方法であって、一般式
Figure 0004638722
[式中、
AはSi−C結合される塩基性窒素を有する一価の基を意味し、
Rは1〜18個の炭素原子を各基ごとに有する一価の、場合により置換された炭化水素基を意味し、
は水素原子又は1〜8個の炭素原子を有するアルキル基、有利には水素原子又はメチル基又はエチル基を意味し、
aは0又は1であり、
cは0、1、2又は3であり、かつ
dは0又は1であり、但し、合計a+c+d≦3であり、かつ
各分子ごとに平均して少なくとも1つの基A及び少なくとも1つの基R(Rは水素原子である)が含まれる]の単位から構成されるシロキサン(1)及び場合により一般式
Figure 0004638722
[式中、
R、R、c及びdは前記にそれらについて挙げた意味を有するが、但し、合計c+d≦3であり、かつ各分子ごとに少なくとも1つの基R(Rは水素原子である)が含まれる]の単位から構成されるシロキサン(2)と一般式
BRSi(OR3−e (III)
[式中、
Bは式−CR −Yの一価の基を意味し、
は水素原子又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基、有利には水素原子を意味し、
Yはハロゲン、一置換された原子O及びS並びに置換された原子N及びPの群からの一官能性基を意味し、
は1〜8個の炭素原子を各基ごとに有するアルキル基を意味し、かつ
eは0、1又は2、有利には0又は1である]のシラン(3)とを反応させることを特徴とする方法である。
更に本発明の対象は、一般式
Figure 0004638722
[式中、
A、B、R、R、a、c及びdは前記にそれらについて挙げた意味を有し、
bは0又は1であるが、但し、合計a+b+c+d≦3であり、かつ同一のシロキサン単位中のa及びbは同時に1ではなく、かつ各分子ごとに平均して少なくとも1つの基A及び基Bが含まれている]の単位から構成される高粘性オルガノポリシロキサンである。
本発明による方法により得られる高粘性オルガノポリシロキサンは、DE2500020号Aに記載される方法に従って得られるオルガノポリシロキサンよりも安定であり、該オルガノポリシロキサンはアミノ基が熱的に及び/又は酸性pH範囲において容易に脱離されるので不安定なのであり、これはアミン価(アミン価は、1gの物質を中和するのに必要とされる1NのHClのml数に相当する)の減少で観察することができる。
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;アルケニル基、例えばビニル基、5−ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、1−プロペニル基、アリル基、3−ブテニル基及び4−ペンテニル基;アルキニル基、例えばエチニル基、プロパルギル基及び1−プロピニル基;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−トリル基、m−トリル基、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−フェニルエチル基及びβ−フェニルエチル基である。
置換された基Rの例は、ハロゲンアルキル基、例えば3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル基、2,2,2,2′,2′,2′−ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基及びハロゲン化アリール基、例えばo−クロロフェニル基、m−クロロフェニル基及びp−クロロフェニル基である。
アルキル基Rの例は、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である。
アルキル基Rの例は、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、イソブチル基及びt−ブチル基である。
アルキル基Rの例は、全面的にアルキル基Rに当てはまる。
有利には基Aは式
N−(CHR− (V)
[式中、
は前記にそれについて挙げられた意味を有し、有利には水素原子であり、
は同一又は異なり、かつ水素原子又はアルキル基、シクロアルキル基又はアミノアルキル基を意味し、かつ
nは2〜10の整数、有利には2〜4の整数、好ましくは3である]の基である。
基Rの例は、基Rについて挙げたアルキル基及びシクロアルキル基についての例並びにアミノアルキル基であり、その際、アミノアルキル基の中でもアミノエチル基が有利である。
基Aの例は、3−アミノプロピル、3−メチルアミノプロピル、3−ジメチルアミノプロピル、3−ジエチルアミノプロピル、3−シクロヘキシルアミノプロピル、3−(2−アミノエチル)アミノプロピル、3−(3−アミノプロピル)アミノプロピル、3−(3−ジメチルアミノプロピル)アミノプロピル、3,3−ビス(ジメチルアミノプロピル)アミノプロピル並びにカルボン酸、例えば酢酸との反応によって部分アシル化された及びラクトン、例えばブチロラクトン又はバレロラクトンとの反応によって部分アミド化された形である。
基Yの例は、フッ素置換基、塩素置換基、臭素置換基又はヨウ素置換基、
基−OH又は−OR
基−SH又は−SR
基−NH、−NHR又は−NR 及び
基−PR 、−P(OR及び−PO(ORであり、その際、Rは一価の有機基、場合によりN原子及び/又はO原子を有する基、有利には1〜18個の炭素原子を有する一価の、場合によりN原子及び/又はO原子を有する炭化水素基である。
基Bの例は、ヒドロキシメチル、メトキシメチル、エトキシメチル、2−エトキシエトキシメチル、2−ブトキシエトキシメチル、アセトキシメチル、メルカプトメチル、エチルチオメチル、ドデシルチオメチル、アミノメチル、メチルアミノメチル、ジメチルアミノメチル、ジエチルアミノメチル、ジブチルアミノメチル、シクロヘキシルアミノメチル、アニリノメチル、3−ジメチルアミノプロピルアミノメチル、ビス(3−ジメチルアミノプロピル)アミノメチル、ジエチルホスフィノメチル、ジブチルホスフィノメチル並びに式−CHNHCOR、−CHNHCO又は−CHNHCONHRの基であり、その際、Rは前記にそれについて挙げた意味を有する。
有利にはBは式−CHNHR又は−CHNR の基であり、その際、Rは前記にそれについて挙げた意味を有する。
炭化水素基Rの例は、全面的に炭化水素基Rに当てはまる。
有利にはシロキサン(1)として一般式
Figure 0004638722
[式中、A、R及びRは前記にそれらについて挙げた意味を有し、
mは1〜30の整数であり、かつ
nは0又は1〜1000の整数である]のシロキサンを使用する。
シロキサン(2)を一緒に使用するのであれば、一般式
Figure 0004638722
[式中、R及びRは前記にそれらについて挙げた意味を有し、
pは1〜1000の整数である]のシロキサンが有利には使用される。
シロキサン(1)の例は、例えばシラノール基を有し、3−(2−アミノエチル)アミノプロピル官能性を有する商慣習のアミンオイル(Aminoel)である。場合により一緒に使用されるシロキサン(2)の例は、末端シラノール基を有する商慣習のポリジメチルシロキサンである。これらの化合物は入手するのに非常にコスト的にも有利なので、本発明による方法は経済的に特に目を引くものである。
本発明による方法でシロキサン(2)を一緒に使用する場合に、該シロキサンは、それぞれ1kgのシロキサン(1)に対して、有利には0.01〜10kg、好ましくは0.1〜5kgの量で使用される。
シラン(3)の例は、2−ブトキシエトキシメチルトリメトキシシラン、メトキシメチル−メチルジエトキシシラン、ジエチルアミノメチルメチルジメトキシシラン、ジブチルアミノメチルトリエトキシシラン、ジブチルアミノメチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルアミノメチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルアミノメチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルアミノメチル−メチルジエトキシシラン、アニリノメチルトリエトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピル−アミノメチルトリメトキシシラン、アセチルアミノメチルメチルジメトキシシラン及びエチルカルバモイルメチルトリメトキシシランである。
本発明による方法では、シラン(3)は、それぞれシロキサン(1)及び場合により一緒に使用されるシロキサン(2)に対して、有利には0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜2.0質量%の量で使用される。
本発明による方法は、有利には100℃未満、好ましくは10℃〜70℃、特に有利には15℃〜40℃で実施される。更に本発明による方法は、周囲雰囲気の圧力で実施されるが、より高い又は低い圧力で実施してもよい。
高粘性オルガノポリシロキサンは、有利には25℃で1000mPa・s〜50000000mPa・sの粘度、好ましくは25℃で10000mPa・s〜10000000mPa・sの粘度、特に有利には25℃で50000mPa・s〜5000000mPa・sの粘度を有する。
該生成物は、“塊状”で製造できるが、取り扱い上の理由から有機溶剤又は低粘性のオリゴマー/ポリマー、有利にはシロキサン、例えばジメチルポリシロキサンでの希釈が推奨される。
有機溶剤の例は、トルエン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、工業ガソリン留分、アセトン、i−プロパノール、エタノールである。
高粘性オルガノポリシロキサンは、ジアルコキシシラン又はトリアルコキシシラン(3)及び直鎖状又は分枝鎖状のシロキサン(1)及び場合により(2)の使用に応じて、同様に直鎖状、分枝鎖状又は高分枝鎖状の構造さえも有することがある。
通常の場合に、(1)及び場合により(2)と(3)との反応は、触媒を添加しなくても数分〜複数時間において完全に行われ、その際、ここでもまたメトキシシランはエトキシシランよりも迅速に反応する。しかしながら縮合は、所望の場合には、酸及び塩基によって並びにアルミニウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、ビスマス、亜鉛又はスズの化合物によって促進できる。
場合により一緒に使用される触媒(4)の例は、ブチルチタネート及び有機スズ化合物、例えばジ−n−ブチルスズジアセテート、ジ−n−ブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジラウレート、ジ−n−ブチルスズオキシド及びスズオクトエートである。
本発明による方法で縮合副産物として生成するアルコールは、生成物中に残留してよく、又は例えば真空下での蒸留又は抽出によって除去することもできる。
実施例において以下の出発物質を使用する:
アミンオイルA:
アミノエチルアミノプロピルメチルシロキシ単位及びジメチルシロキシ単位から構成され、630質量ppmの末端OH基含量を有し、かつ25℃で4200mm/秒の粘度を有するコポリマー。アミン価は0.14である。
アミンオイルB:
アミノエチルアミノプロピルメチルシロキシ単位及びジメチルシロキシ単位から構成され、280質量ppmの末端OH基含量を有し、かつ25℃で1100mm/秒の粘度を有するコポリマー。アミン価は0.30である。
PDMS A:
1130質量ppmの末端OH基含量を有するポリジメチルシロキサンジオール。
PDMS B:
770質量ppmの末端OH基含量を有するポリジメチルシロキサンジオール。
実施例1
200gのアミンオイルA(7.4ミリ当量のSiOH)を25℃で0.50gのアミノメチルメチルジメトキシシラン(7.4ミリ当量のSiOMe)と激しく混合する。8時間以内に、105Pa・s(25℃)の粘度を有する澄明な粘性の油状物が形成する。メタノール含量は0.118%である。
実施例2
実施例1の作業様式を繰り返すが、二官能性のアミノメチルメチルジメトキシシランの代わりに0.37gの三官能性のアミノメチルトリメトキシシラン(7.4ミリ当量のSiOMe)を使用するという変更を加える。8時間後に、5000Pa・s(25℃)より高い粘度を有する極めて構造粘性の澄明な油状物が得られる。24時間/70℃での熱処理の後にも該油状物は不変であり、そしてトルエン中でも問題なく澄明に可溶性である。該溶液はゲル割合を含有しない。
実施例3
実施例2を、半分量(0.19g)のアミノメチルトリメトキシシランを用いて繰り返す。8時間後に約900Pa・s(25℃)の粘度を有する非常に構造粘性の澄明な油状物が得られる。該生成物はトルエン中でも澄明に可溶性であり、そしてゲル割合を含有しない。
実施例4
100gのアミンオイルA(3.7ミリ当量のSiOH)を25℃で0.41gのジエチルアミノメチルメチルジエトキシシラン(3.7ミリ当量のSiOEt)と激しく混合する。緩慢に生じる粘度上昇により、24時間後に50Pa・s(25℃)の値に至る。
実施例5
100gのアミンオイルA(3.7ミリ当量のSiOH)を25℃で0.34gのシクロヘキシルアミノメチルトリエトキシシランと均一に混合する。数分後に既に粘度がかなり上昇する。24時間後にトルエン中に完全に可溶性の澄明な安定した材料が得られる。
実施例6
100gのアミンオイルA(3.7ミリ当量のSiOH)を25℃で0.25gだけのシクロヘキシルアミノメチルトリエトキシシランと均一に混合する。また少量の反応性シランを用いても迅速な粘度上昇が確認できるが、24時間後に120Pa・s(25℃)だけが達成される。
実施例7
100gのアミンオイルB(1.65ミリ当量のSiOH)を45gのPDMS A(3.0ミリ当量のSiOH)と均質化し、そして次いで0.60gのシクロヘキシルアミノメチルメチルジエトキシシラン(4.65ミリ当量のSiOEt)と混合する。迅速な粘度上昇により、8時間後に52Pa・s(25℃)を有する生成物が得られる。
実施例8
55gのアミンオイルAを45gのPDMS B(それぞれ2.04ミリ当量のSiOH)と均質化する。更に0.53gのシクロヘキシルアミノメチルメチルジエトキシシラン(4.08ミリ当量のSiOEt)を混入する。その澄明な均質な油状物は24時間後に1050Pa・s(25℃)の粘度を有する。
実施例9
実施例8を繰り返すが、両方のシロキサン、アミンオイルA及びPDMS Bをシランの混入前に、100gの35mPa・s(25℃)の粘度のシリコーン油で希釈するという変更を加える。その50%のアミンオイル溶液は24時間後に20000mPa・s(25℃)の粘度に至る。
実施例10
実施例7で製造された52Pa・s(25℃)の粘度を有する生成物は0.321のアミン価(HClで滴定可能な塩基性窒素の当量)を有する。そのうち50gを0.96gの酢酸と混合し、そして70℃で24時間熱処理する。次いでアミン価を再び測定する。その際、その値は0.312である。初期値の97.2%で、アミン価は殆ど不変である。
比較試験:
DE2500020号Aに従って、304.3gの平均式HO(MeSiO)82Hのシロキサンジオールと11.9gのアミノメチルジメチルメトキシシランから316.2gのα,ω−ビス(アミノメチル)ポリジメチルシロキサンを製造し、これは0.314のアミン価を有している。0.97gの酢酸を均一に混入させ、そして70℃で24時間熱処理した後には、0.014の値しか測定されない。この値は、当初の値の4.5%に相当するにすぎない。H−NMRスペクトルでは、微量のアミノメチル基だけが検出されるに過ぎない。

Claims (8)

  1. 25℃で1000〜50000000mPa・sの粘度を有するオルガノポリシロキサンの製造方法であって、一般式
    Figure 0004638722
    [式中、
    Aは式
    5 2N−(CHR2n− (V)
    の基であり、式中のR2は水素原子又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を意味し、かつR5は同一又は異なり、かつ水素原子又はアルキル基、シクロアルキル基又はアミノアルキル基を意味し、かつnは2〜10の整数であり、
    Rは1〜18個の炭素原子を各基ごとに有する一価の、ハロゲン置換又は非置換の炭化水素基を意味し、
    1は水素原子又は1〜8個の炭素原子を有するアルキル基を意味し、
    aは0又は1であり、
    cは0、1、2又は3であり、かつ
    dは0又は1であるが、但し、合計a+c+d≦3であり、かつ
    各分子ごとに平均して少なくとも1つの基A及び少なくとも1つの基R1(R1は水素原子である)が含まれる]の単位から構成されるシロキサン(1)及び場合により一般式
    Figure 0004638722
    [式中、
    R、R1、c及びdは前記にそれらについて挙げた意味を有するが、但し、合計c+d≦3であり、かつ各分子ごとに少なくとも1つの基R1(R1は水素原子である)が含まれる]の単位から構成されるシロキサン(2)と一般式
    BReSi(OR33-e (III)
    [式中、
    Bは式−CR2 2−Yの一価の基を意味し、式中のR2は前記にそれについて挙げた意味を有し、Yは基−NH 2 、−NHR 4 又は−NR 4 2 を意味し、式中のR 4 は、1〜18個の炭素原子を有し、N原子及び/又はO原子を有するか又は有さない一価の炭化水素基を意味し、
    3は1〜8個の炭素原子を各基ごとに有するアルキル基を意味し、かつ
    eは0、1又は2である]のシラン(3)とを反応させることを特徴とする方法。
  2. 基Aが3−(2−アミノエチル)アミノプロピル基である、請求項1記載の方法。
  3. 基Aが3−アミノプロピル基である、請求項1記載の方法。
  4. 基Bが式−CH2NHR4又は−CH2NR4 2の基であり、式中のR4は、1〜18個の炭素原子を有し、N原子及び/又はO原子を有するか又は有さない一価の炭化水素基を意味する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. シロキサン(1)として、一般式
    Figure 0004638722
    [式中、A、R及びR1は請求項1でそれらについて挙げた意味を有し、
    mは1〜30の整数であり、かつ
    nは0又は1〜1000の整数である]のシロキサンを使用する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. シロキサン(2)として、一般式
    Figure 0004638722
    [式中、R及びR1は請求項1でそれらについて挙げた意味を有し、
    pは1〜1000の整数である]のシロキサンを使用する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 一般式
    Figure 0004638722
    [式中、
    Aは式
    5 2N−(CHR2n− (V)
    の基であり、式中のR2は水素原子又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を意味し、かつR5は同一又は異なり、かつ水素原子又はアルキル基、シクロアルキル基又はアミノアルキル基を意味し、かつnは2〜10の整数であり、
    Bは式−CR2 2−Yの一価の基を意味し、
    Yは基−NH 2 、−NHR 4 又は−NR 4 2 を意味し、式中のR 4 は、1〜18個の炭素原子を有し、N原子及び/又はO原子を有するか又は有さない一価の炭化水素基を意味し、
    Rは1〜18個の炭素原子を各基ごとに有する一価の、ハロゲン置換又は非置換の炭化水素基を意味し、
    1は水素原子又は1〜8個の炭素原子を有するアルキル基を意味し、
    aは0又は1であり、
    bは0又は1であり、
    cは0、1、2又は3であり、かつ
    dは0又は1であるが、但し、合計a+b+c+d≦3であり、かつ同一の単位中のa及びbは同時に1ではなく、かつ各分子ごとに平均して少なくとも1つの基A及び基Bが含まれている]の単位から構成される25℃で1000〜50000000mPa・sの粘度を有するオルガノポリシロキサン。
  8. 基Bが式−CH2NHR4又は−CH2NR4 2の基であり、式中のR4は、1〜18個の炭素原子を有し、N原子及び/又はO原子を有するか又は有さない一価の炭化水素基を意味する、請求項7記載の25℃で1000〜50000000mPa・sの粘度を有するオルガノポリシロキサン。
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