(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
1,3‐ジビニル‐1,1,3,3‐テトラメチルジシロキサンが、式(VI)の構造単位を含んでなるシロキサンとして用いられることを特徴とする、請求項1および2のいずれか一項に記載の方法。
【発明を実施するための形態】
【0008】
Rの例は、飽和または不飽和炭化水素ラジカルなどの炭化水素ラジカルであり、これらは、芳香族または脂肪族二重結合を含んでなっていてよい。炭化水素ラジカルRの例は、メチル、エチル、n‐プロピル、イソプロピル、n‐ブチル、イソブチル、tert‐ブチル、n‐ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、およびtert‐ペンチルラジカル、n‐ヘキシルラジカルなどのヘキシルラジカル、n‐ヘプチルラジカルなどのヘプチルラジカル、n‐オクチルラジカル、ならびに2,2,4‐トリメチルペンチルおよび2‐エチルヘキシルラジカルなどのイソオクチルラジカルなどのオクチルラジカル、n‐ノニルラジカルなどのノニルラジカル、n‐デシルラジカルなどのデシルラジカル、n‐ドデシルラジカルなどのドデシルラジカル、n‐テトラデシルラジカルなどのテトラデシルラジカル、n‐ヘキサデシルラジカルなどのヘキサデシルラジカル、ならびにn‐オクタデシルラジカルなどのオクタデシルラジカル、などのアルキルラジカル;シクロペンチル、シクロヘキシル、および4‐エチルシクロヘキシルラジカル、シクロヘプチルラジカル、ノルボルニルラジカル、およびメチルシクロヘキシルラジカルなどのシクロアルキルラジカル;フェニル、ビフェニル、ナフチル、アントリル、およびフェナントリルラジカルなどのアリールラジカル;o‐、m‐、およびp‐トリルラジカル、キシリルラジカル、ならびにエチルフェニルラジカルなどのアルカリールラジカル;ベンジルラジカルなどのアラルキルラジカル;7‐オクテニル、5‐ヘキセニル、3‐ブテニル、アリル、およびビニルラジカルなどのアルケニルラジカル、ならびに、さらにはアルファ‐およびベータ‐フェニルエチルラジカルである。
炭化水素ラジカルRは、エーテルまたはポリエーテル基、一級、二級、もしくは三級アミノ基などのアミノまたはポリアミノ基を含んでなっていてよい。
【0009】
Rは、好ましくは、1から18個の炭素原子を含んでなる一価の炭化水素ラジカルである。Rは、好ましくは、メチル、エチル、またはフェニルラジカルであり、メチルが特に好ましい。
【0010】
Rラジカルの例はまた、R
1ラジカルにも適用される。R
1は、好ましくは、1から18個の炭素原子を含んでなる一価の炭化水素ラジカルである。Rは、好ましくは、メチル、エチル、フェニル、アリル、またはビニル基であり、メチルおよびビニルが特に好ましい。
【0011】
aは、好ましくは、1である。
bは、好ましくは、1である。
cは、好ましくは、2または3である。
【0012】
式(II)の単位の例は、ビニルジメチルシロキサン単位またはトリメチルシロキサン単位などの式R
13SiO
1/2の単位、およびジメチルシロキサン単位またはビニルメチルシロキサン単位などの式R
12SiOの単位である。
【0013】
構造要素(II)の構造要素(I)に対するモル比は、少なくとも1、好ましくは、少なくとも2である。
【0014】
Y中の炭素原子の数の、Yの価数に対する比が、10以下、好ましくは5以下、より好ましくは3以下である場合が好ましい。
【0015】
Yは、好ましくは、2から12個のシロキサニル単位(Si原子)間の1から24個の炭素原子を含んでなる連結有機単位である。
Yは、好ましくは、二価、三価、または四価であり、より好ましくは、二価である。
【0016】
Yが、1から24個の炭素原子、好ましくは、2から12個の炭素原子を含んでなる二価、三価、または四価の炭化水素ラジカルである場合が好ましい。Yは、好ましくは、2から12個の炭素原子を含んでなる二価の炭化水素ラジカルである。
【0017】
Yの例は、メチレンおよびメチン基、四価炭素、1,1‐エタンジイルおよび1,2‐エタンジイル基、ならびに1,4‐ブタンジイルおよび1,3‐ブタンジイル基である。
Yが、少なくとも2個の炭素原子を含んでなる場合、このラジカルは、不飽和であってもよい。例としては、−CH=CH−基(シスまたはトランス)、>C=CH
2−基、および−C≡C−基である。Yが2個の炭素原子を含んでなる炭化水素ラジカルである場合が、特に好ましい。特に好ましいラジカルの例は、−CH
2CH
2−、−CH(CH
3)−、−CH=CH−、−C(=CH
2)−、および−C=C−である。
【0018】
式(III)の化合物の1つの例は、1,2‐ビス(メチルジクロロシリル)エタンであり、これは、ハイドロジェンメチルジクロロシランをビニルメチルジクロロシランへ添加することによるヒドロシリル化反応によって作製される。
【0019】
Xは、好ましくは、ハロゲン、酸、またはアルコキシ基であり;Xは、より好ましくは、塩素、アセテート、ホルメート、メトキシ、またはエトキシ基である。
【0020】
用いられる一般式(V)および(VI)の化合物の分子量は、従って、1分子当たり、一般式(I)および(II)の構造単位を少なくとも1つ含んでなる作製されるオルガノポリシロキサンの分子量よりも自然と低くなる。
【0021】
用いられる一般式(V)および(VI)の化合物は、好ましくは、160から800g/モル(M
w 重量平均)の分子量を有する。
【0022】
1分子当たり、一般式(I)および(II)の構造単位を少なくとも1つ含んでなる作製されるオルガノポリシロキサンは、好ましくは、1500から10000g/モル(M
w 重量平均)の分子量を有する。
【0023】
本発明に従う方法は、連続操作として、またはバッチでのいずれかで実施されてよい。
この方法を、連続操作として実施することが好ましい。
【0024】
成分IIIおよびIV、ならびに構造単位Vおよび/またはVIを含んでなるシロキサンの混合は、当業者に公知のいかなる方法で行われてもよい。例としては、バッチ操作の場合は、ミキサースターラーユニット、連続操作の場合は、スタティックミキサーが挙げられる。
【0025】
構造単位Vおよび/またはVIを含んでなるシロキサンは、特に作製された化合物であってよい。しかし、適切な手段によって粗生成物から除去された揮発性化合物を用いることも可能である。
【0026】
シロキサンは、好ましくは、構造単位(I)および(II)を含んでなるオルガノポリシロキサンに加えて形成され、構造単位(I)および(II)を含んでなる前記オルガノポリシロキサンから、好ましくは蒸留などによって熱的に除去され、本方法中に再循環される低分子量副生物である。
【0027】
用いられる構造単位(VI)を含んでなるシロキサンは、式R
13SiOSiR
13(ここで、R
1は、上記で定める通りである)のシロキサンである場合が好ましく、1,3‐ジビニル‐1,1,3,3‐テトラメチルジシロキサンが好ましい。
【0028】
用いられる混合物中の成分IIIの成分IVに対するモル比、およびそれに応じた構造単位Vの構造単位VIに対するモル比は、当業者により、最終生成物の所望される特性に応じて調節されてよい。混合物中の成分IIIのモル分率wは、従って、0%<w≦50%の範囲から、好ましくは、1%≦w≦20%の範囲から選択されてよい。
混合物中の成分IVのモル分率xは、従って、1%≦x≦90%の範囲から、好ましくは、20%≦x≦60%の範囲から選択されてよい。
混合物中の構造単位Vのモル分率yは、従って、0%≦y≦50%の範囲から、好ましくは、1%≦y≦20%の範囲から選択されてよい。
混合物中の構造単位VIのモル分率zは、従って、1%≦z≦90%の範囲から、好ましくは、20%≦z≦60%の範囲から選択されてよい。
これらのモル分率において;w+y>0である。
これらのモル分率、w、x、y、およびzは、w+x+y+zの合計が100%となるように選択される。
【0029】
本方法の第一の工程(a)における触媒との接触は、当業者に公知のいかなる方法で行われてもよい。これは、バッチ操作、または連続操作としてのいずれで行われてもよい。成分IIIおよびIV、ならびに構造単位Vおよび/またはVIを含んでなるシロキサンの混合物は、そのような混合物の成分の特に良好な分散を確保するために、触媒と一緒に撹拌または振とうされてよい。
本発明に従う方法の1つの特に好ましい実施形態は、触媒が充填された容器(好ましくは、触媒が充填された反応カラム)に混合物を通すことによる連続接触である。
【0030】
触媒は、例えば、活性炭、活性コークス、シリケート、アルミノシリケート、ヘテロポリ酸、硫酸化ジルコニア、およびポリスルホン酸を含んでなる群より選択されてよいが、これらの物質のクラスに限定されるものではない。これらの中でも、活性炭、ゼオライト型アルミノシリケート、およびTonsil型フィロシリケートが好ましい。活性炭が特に好ましい。
【0031】
この活性炭は、工業的に生産される炭素質生成物であり、取扱いが容易であり、多孔質構造および大きい内部表面積を有する。細孔体積は、好ましくは、0.17から5mL/g、好ましくは、0.2から3mL/gであり、内部表面積は、好ましくは、300から3000m
2/g、好ましくは、400から2000m
2/gであり、細孔サイズは、好ましくは、0.3から4000nmの範囲、好ましくは、0.4から200nmである。
【0032】
炭素粉末(粒子の90%超が0.18mm未満)、炭素顆粒(粒子の90%超が0.18mm超)、および炭素成形物(同一の直径および様々な長さを有する円柱形状の活性炭)を用いることが可能である。活性炭は、スチームにより、または化学的に(例:塩化亜鉛またはリン酸により)活性化されてよい。
【0033】
触媒として用いられる活性炭の量は、各場合において、成分IIIおよびIV、ならびに構造単位Vおよび/またはVIを含んでなるシロキサンから成る反応されることになる混合物の総重量に基づいて、好ましくは、0.001から30重量%、特には0.01から1重量%である。
【0034】
所望される場合、本発明に従う方法はまた、反応に関与する物質に対して不活性である溶媒の存在下で実施されてもよい。そのような溶媒の例は、室温(1013mbar)で液体である炭化水素およびハロ炭化水素であり、ベンゼン、トルエン、キシレン、塩化メチレン、石油エーテルなどである。追加の溶媒は用いられない場合が好ましい。
【0035】
本発明に従う方法の第一の工程は、周囲大気の圧力p、すなわち、p=1013mbarで実施される場合が好ましい。しかし、所望される場合、または必要である場合、本発明に従う方法は、比較的高い圧力、例えば1013mbar≦p≦5000mbarで実施されてもよく、これは、例えば反応カラム中での圧力の蓄積に起因しても発生する場合があり、または、比較的に低い温度を維持するために所望され得る比較的低い圧力、例えば0.1mbar≦p≦1013mbarで実施されてもよい。
【0036】
本発明に従う方法の第一の工程は、好ましくは、20℃から200℃、好ましくは40℃から160℃、より好ましくは50℃から120℃の温度で実施される。
【0037】
本方法のこの第一の工程における接触継続時間Tは、1秒≦T≦24時間の範囲から選択されてよい。接触継続時間Tは、好ましくは、10秒≦T≦120分の範囲、より好ましくは、60秒≦T≦60分の範囲である。
【0038】
所望される場合、または必要である場合、反応に無機酸が用いられてよい。そのような無機酸の例は、塩化水素、硫酸、およびリン酸である。無水塩化水素が好ましい。塩化水素は、変換されるべき成分の重量に基づいて0.00001から1重量%を例とする少量の水をこれらの成分と混合し、または活性炭上に吸着させ、この水と一般式IIIまたはIVの化合物との反応によってin situで生成されてよい。しかし、反応に関与する物質の混合物に塩化水素を通すか、またはそれに塩化水素を添加することも可能である。
【0039】
活性炭の除去は、ろ過を例とする当業者に公知のいかなる方法によって行われてもよい。活性炭による処理を、活性炭が充填された反応カラム中での連続操作として行い、それによって別の分離工程が不要とすることが好ましい。
【0040】
本方法の第二の工程(b)における反応混合物と水または酸水溶液との接触(加水分解)は、当業者に公知のいかなる方法で行われてもよい。これは、バッチにより、または連続操作として行われてよい。活性炭処理からの混合物は、そのような混合物の成分の特に良好な分散を確保するために、水または酸水溶液と一緒に撹拌または振とうされてよい。
【0041】
本発明に従う方法の1つの特に好ましい実施形態は、所望に応じてスタティックミキサーも含んでなっていてよい反応管に加水分解混合物を通すことによる、連続接触である。
加水分解混合物は、ループ反応器中で水または酸水溶液と接触されることが特に好ましく、この場合、混合は、所望に応じて、スタティックミキサーを用いることでさらに改善され得る。
【0042】
加水分解混合物の水または酸水溶液に対する比率は、最終生成物の所望される特性を考慮して、当業者によって具体的に選択されてよい。この水のモル量、またはこの酸水溶液中に存在する水のモル量は、加水分解混合物中に存在する加水分解性基Xのすべてと反応するのに充分である必要がある。有用な酸水溶液としては、有機または無機酸のすべての水溶液が挙げられる。酸水溶液は、塩化水素または硫酸の水溶液から選択される場合が特に好ましい。
加水分解混合物の水または酸水溶液に対する比率は、反応が行われた後の水相中の酸濃度の調節にも用いられる。この酸濃度は、好ましくは、1%から40%の範囲、より好ましくは、5%から25%の範囲である。
【0043】
所望される場合、本発明に従う方法の第二の工程(b)は、反応に関与する物質に対して不活性である溶媒の存在下で実施されてもよい。そのような溶媒の例は、室温(1013mbar)で液体である炭化水素およびハロ炭化水素であり、ベンゼン、トルエン、キシレン、塩化メチレン、石油エーテルなどである。追加の溶媒は用いられない場合が好ましい。
【0044】
本発明に従う方法の第二の工程(b)は、好ましくは、周囲大気の圧力p’、すなわち、p’=1013mbarで実施される。しかし、所望される場合、または必要である場合、本発明に従う方法の付随工程bは、比較的高い圧力、例えば1013mbar≦p’≦5000mbarで実施されてもよく、これは、例えばループ反応器中での圧力の蓄積に起因しても発生する場合があり、または、比較的に低い温度を維持するために所望され得る比較的低い圧力、例えば0.1mbar≦p’≦1013mbarで実施されてもよい。
【0045】
本発明に従う方法の第二の工程(b)は、好ましくは、20℃から200℃、特には20℃〜100℃の温度で実施される。反応温度は、40〜80℃の範囲である場合が特に好ましい。
【0046】
本方法のこの第二の工程(b)において、反応容器中での滞留時間T’は、1秒≦T’≦24時間の範囲から選択されてよい。滞留時間T’は、好ましくは、10秒≦T’≦120分の範囲、より好ましくは、60秒≦T’≦60分の範囲である。
【0047】
加水分解で遊離される加水分解性基Xは、プロトン化形態HXで除去されてよく、それは、直接気体の形態で、または過剰の水に溶解されて生成される。除去は、当業者に公知のいかなる方法で行われてもよい。水に溶解された形態での除去が好ましい。シロキサン相からの水相の除去は、単純な相分離によって行われる場合が特に好ましく、これは、所望に応じて、コアレッサーを用いることで改善され得る。
【0048】
シロキサン相から除去された酸水溶液(水中のHX)は、続いて、加水分解へ、すなわち、本方法の第二の工程(b)へ戻されて再循環されてよい。
【0049】
反応中に形成される所望されない化合物は、必要に応じて、当業者に公知のいかなる方法で除去されてもよい。例えば、低分子量化合物は、熱分離によって容易に除去され得る。熱分離は、連続操作として、またはバッチで行われてよい。この分離は、連続操作として行われることが好ましい。連続除去は、短行程または薄膜蒸発器を用いて行われる場合が特に好ましい。必要な分離条件(温度、圧力、滞留時間)は、所望される目的生成物の特性に依存する。除去された化合物が、1分子あたりに一般式Vおよび/またはVIの構造単位を少なくとも1つ含んでなるシロキサンを含んでなる場合、これらは、本方法の第一の工程(a)における混合物のための原料として用いられてよい。
【実施例】
【0050】
本発明に従うオルガノポリシロキサンを作製するためのプラントは、
図1の通りの4つの部分から成る:
A 二重壁を有し、500gの活性炭が充填されたガラスシリンダー(V=900cm
3)。外側壁は、オイルサーモスタットを用いて80℃に自動温度調節される。
B 外部冷却手段を用いて<50℃に自動温度調節され、内容物を循環する循環ポンプ(800L/時間)を備えたループ反応器(V=1.4L)。Aからの反応混合物および水(4)は、ポンプを用いて別々に添加される。この二相加水分解混合物は、排出口(overflow)から引き抜かれる。
C グラスウールマットを備えた、相分離を改善するためのコアレッサー;シロキサンの上相は、薄膜蒸発器Dへ送られ、酸性水相(5)は、除去される。
D 生成物出口部(6)および低沸点ポリシロキサン(3’)のための出口部を有する薄膜蒸発器(蒸発器表面積 約0.2m
2、表面温度=140℃、圧力=10mbar、添加速度 約0.7L/時間)
【0051】
図1の通り、(1)(ジメチルビニルクロロシラン)、(2)(1,2‐ビス(ジクロロメチルシリル)エタンおよび1,2‐ビス(ジクロロメチルシリル)エテンのモル比5対1の混合物)、ならびに(3)(1,3‐ジビニル‐1,1,3,3‐テトラメチルジシロキサン)を、質量比2.3:1.0:4.2で混合する。Dから蒸留液(3’)が出るとすぐに、(3)をそれに置き換える。
蒸留液(3’)は、式VおよびVIの構造単位を含んでなるシロキサン1、および式VIの構造単位から成るシロキサン2の混合物から成り、シロキサン1:シロキサン2のモル比=10%:90%である。
シロキサン1:Y=−CH
2CH
2−および−CH=CH−(5:1の比率)、a=1、b=1、c=3、R=−CH
3、R
1=−CH
3および−CH=CH
2(2:1の比率)
シロキサン2:[CH
2=CH−Si(CH
3)
2]
2O = 1,3‐ジビニル‐1,1,3,3‐テトラメチルジシロキサン
シロキサン1は、330g/モルから518g/モルのモル質量M
w(重量平均)を有し、シロキサン2は、186g/モルのモル質量M
wを有する。
この混合物をポンプで送液して、1L/時間の流速で炭素カラムAに通す。そこから得られた反応混合物を、ループ反応器Bに直接添加する。同時に、水も、1.2L/時間の流速でその反応器へ共添加する。
二相反応混合物を、ループ反応器から、排出口を介してコアレッサーCへと送り、水相を除去する。
粗シロキサンは、続いて、薄膜蒸発器D中において、揮発性成分が除去され、前記揮発性成分は、出発物質混合物の作製に再使用される。得られたポリマー(6)は、以下の特性を有する。
粘度=25℃で66mm
2/秒
ヨウ素価=141
OH含有量=0.8%
モル質量M
w(重量平均)=1500g/モル
【0052】
比較例:
256gの1,2‐ビス(メチルジクロロシリル)エタンおよび578.4gのビニルジメチルクロロシランの混合物を、KPGスターラー、冷却器、温度計、および1L滴下漏斗を備えた4L三口フラスコ中の1400gの水へ、反応混合物の温度が36℃を超えないように撹拌しながら量り入れる。次に、この混合物を60分間激しく撹拌し、続いて、20分間かけて相を分離させる。シロキサン相を、各々1500gの水で2回洗浄し、580gの粗生成物を得る。
揮発性の加水分解生成物を、140℃までの浴温度で、ロータリーエバポレーターにより減圧除去(10mbar)する。1,3‐ジビニル‐1,1,3,3‐テトラメチルジシロキサンおよび一般式Vの構造単位を含んでなる低級ポリマーの混合物(90:10の比率)から成る蒸留液(270g=粗生成物の47%)は廃棄する。純粋生成物として、310gの透明液体を得る。
【0053】
粘度=25℃で20mm
2/秒
ヨウ素価=160
OH含有量=0.1%