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JP2627383B2 - 5員環状シルエチレンシロキサンの製造方法 - Google Patents

5員環状シルエチレンシロキサンの製造方法

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JP2627383B2
JP2627383B2 JP12926692A JP12926692A JP2627383B2 JP 2627383 B2 JP2627383 B2 JP 2627383B2 JP 12926692 A JP12926692 A JP 12926692A JP 12926692 A JP12926692 A JP 12926692A JP 2627383 B2 JP2627383 B2 JP 2627383B2
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JP
Japan
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siloxane
general formula
group
membered cyclic
same
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JP12926692A
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寛 津村
博 猪俣
伸一 佐藤
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリシルエチレンシロ
キサンを製造するための中間体として有用な5員環状シ
ルエチレンシロキサンの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ジメチルポリシロキサンの有する欠点を
改善したポリシロキサン化合物として、我々は先に、下
記一般式(4) 、
【化4】 〔式中、Rは、炭素原子数1〜8の非置換または置換一
価炭化水素基を示し、pは、5〜1000の整数を示す〕で
表されるポリシルエチレンシロキサンを提案した(特願
平2−178728号参照)。このポリシルエチレンシロキサ
ンは、ジメチルポリシロキサンに比して、耐薬品性、電
気特性等の特性に優れ、且つ高強度、高伸長なエラスト
マーの主成分として極めて有用な液状ポリマーである。
【0003】上記ポリシルエチレンシロキサンの代表的
な製法として、下記一般式(3) 、
【化5】 〔式中、Rは前記一般式(4) の場合と同じ意味である〕
で表される5員環状シルエチレンシロキサンを、水を連
鎖移動剤として開環重合することによって合成する方法
が知られている。この合成法は、環状物等の副産物が殆
ど生成せず、工業的な量産法として極めて有利である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記一
般式(3) で表される5員環状シルエチレンシロキサンの
製造方法については、W. A. Piccoli らにより、J. A.
C., 82 1833 (1960)で紹介されているが、工業的な量産
方法や装置については全く知られていない。例えば、特
定の構造のジクロルシランを加水分解し、反応生成物を
蒸留することにより得ることができるが、この方法は収
率が低く、工業的製法としては極めて不満足な方法であ
る。
【0005】従って本発明の目的は、前記一般式(3) で
表される5員環状シルエチレンシロキサンを工業的に量
産するのに適した製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、下記一
般式(1) 、
【化6】 〔式中、Rは、炭素原子数1〜8の非置換または置換一
価炭化水素基を示し、複数のRは互いに同一でも異なっ
ていてもよく、Xは、−OH,−H,−OR,−CH=CH2
たは−OSiR3 (Rは前記と同じ)の何れかを示し、複数
のXは互いに同一でも異なっていてもよく、nは、2〜
5000の整数を示す〕で表される鎖状ポリシルエチレンシ
ロキサン、及び下記一般式(2) 、
【化7】 〔式中、Rは前記と同じであり、mは2以上の整数を示
す〕で表される環状ポリシルエチレンシロキサン、から
成る群より選択された少なくとも1種の有機ケイ素化合
物を、熱分解用触媒と混合し、該混合液を、縦型遠心薄
膜蒸発器に上部から連続供給し、該蒸発器の蒸発面上に
混合液の薄膜を形成した状態で熱分解を行い、生成物を
蒸発分離させることから成る下記一般式(3) 、
【化8】 〔式中、Rは前記一般式(1) の場合と同じである〕で表
される5員環状シルエチレンシロキサンの製造方法が提
供される。
【0007】出発原料 本発明の製造方法において、出発原料として使用され
る、鎖状ポリシルエチレンシロキサンを示す前記一般式
(1) 及び環状ポリシルエチレンシロキサンを示す前記一
般式(2) において、非置換または置換一価炭化水素基R
は、炭素原子数1〜8のものであるが、具体的には、メ
チル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの低級ア
ルキル基;シクロヘキシル基などのシクロアルキル基;
ビニル基、アリル基、イソプロペノキシ基などのアルケ
ニル基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などのアリ
ール基;ベンジル基、2−フェニルエチル基などのアラ
ルキル基;及びこれらの基の水素原子の一部あるいは全
部がハロゲン原子で置換された基、例えばクロロメチル
基、 3,3,3−トリフルオロプロピル基等を例示すること
ができる。これら複数の基Rは、互いに同一でもよい
し、異なっていてもよい。
【0008】また前記一般式(1) の鎖状ポリシルエチレ
ンシロキサンにおいて、Xは、−OH,−H,−OR,−CH
=CH2 または−OSiR3 (Rは前記と同じ)の何れかであ
るが、好適には、−OHまたは−Hである。また複数のX
は互いに同一でも異なっていてもよい。さらにnは、2
〜5000の整数である。また一般式(2) の環状ポリシルエ
チレンシロキサンにおいて、mは2以上、好ましくは2
〜5の整数である。
【0009】本発明において、上記鎖状ポリシルエチレ
ンシロキサン及び環状ポリシルエチレンシロキサンは、
例えば、
【化9】 (Rは前記と同じ)のジクロロシルエチレンシロキサン
の加水分解、またはこれとCl−SiR 3 のクロロシランと
の共加水分解、
【化10】 との白金触媒による付加反応、
【化11】 とHC≡CHとの白金触媒による付加反応によって合成する
ことができる。
【0010】上記の〜の方法によって、前記一般式
(1) で表される鎖状ポリシルエチレンシロキサンと前記
一般式(2) で表される環状ポリシルエチレンシロキサン
とが混合物の形で得られるので、これをそのまま、以下
に詳述する縦型遠心薄膜蒸発器での熱分解に付すること
ができる。勿論、これらの混合物から、それぞれ一般式
(1) の鎖状ポリシルエチレンシロキサン及び一般式(2)
の環状ポリシルエチレンシロキサンを分離して、これら
を単独で熱分解に付することも可能である。尚、上記方
法によって得られる鎖状ポリシルエチレンシロキサンの
分子末端に結合している基Xは、〜の方法、その反
応条件等に応じて、−OH,−H,−OR,−CH=CH2 及び
−OSiR3 と変化し得るが、このXを−OHまたは−Hとす
るには、の方法ではジクロロシルエチレンシロキサン
の単独加水分解により、X=OHのものが得られる。の
方法では、CH2 =CH−Siと、H−Siのモル比を1以下で
反応させれば、X=Hのものが得られる。の方法で
は、HC≡CHとH−Siのモル比を 0.5以下で反応させれば
X=Hのものが得られる。
【0011】熱分解用触媒 本発明方法で使用される熱分解用触媒としては、例えば
リチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属の水
酸化物、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金
属の水酸化物、シラノレート及び炭酸塩などを挙げるこ
とができる。これら触媒は、一般に、前記出発原料であ
る有機ケイ素化合物 100重量部当り、 0.1〜10重量部、
特に 0.5〜5重量部の割合で使用される。
【0012】熱分解及び蒸発分離 本発明においては、上述した原料有機ケイ素化合物と熱
分解用触媒とを均一に混合した後、該混合液を縦型遠心
薄膜蒸発器に供給して、熱分解及び反応生成物の蒸発分
離を行う。本発明方法において好適に使用される縦型遠
心薄膜蒸発器を有する装置を図1に示す。即ち、図1に
おいて、この遠心薄膜蒸発器1は、縦型円筒状であり、
その円筒状空間の内壁には蒸発面1aが形成されてお
り、さらに蒸発面1aに対向して回転翼2が設けられて
いる。円筒状空間の下部には、残渣回収タンク3が設け
られ、また円筒状空間の頂部には、回転翼2を駆動回転
させるためのモータ4が設けられている。
【0013】また遠心薄膜蒸発器1の外面にはジャケッ
ト5が設けられ、熱媒供給パイプ6からの熱媒の供給に
より、蒸発器1の全体が保温され且つ前記蒸発面1aが
所定温度に加熱保持されるようになっている。さらに円
筒状空間の上部には、ベーパー配管10が連結されてお
り、このベーパー配管10は、コンデンサー11を介して留
出液回収タンク12に連結されている。
【0014】本発明においては、原料タンク20内で、前
述した原料有機ケイ素化合物と触媒との均一混合が行わ
れ、調製された混合液は、ポンプ21及びバルブ22を介し
て、遠心薄膜蒸発器1の円筒状空間の上部から該蒸発器
内に供給される。蒸発器内の供給された混合液は、回転
翼2の遠心力によって、蒸発面1a上に薄膜を形成し、
該蒸発面1aからの加熱によって、該混合液中の原料有
機ケイ素化合物の熱分解が行われ、熱分解生成物は、蒸
発してベーパー配管10を通ってコンデンサー11で冷却さ
れてタンク12に回収される。また、触媒等の残渣は、下
方に落下してタンク3に回収される。
【0015】本発明において、蒸発面1a上に一様な薄
膜を形成するために、回転翼2の外側末端の線速度を2
m/秒以上とすることが好ましい。また蒸発面1aから
液膜への伝熱が一様に行われ、且つ熱分解生成物蒸発後
の残渣の掻き取り分離が有効に行われるように、回転翼
2と蒸発面1aとの間隔を1mmより狭くすることが好適
である。この場合、回転翼2の外側末端に可動翼(図示
せず)を設け、蒸発面1a上に形成された液膜を摺るよ
うにすることもできる。
【0016】原料液の供給速度は、遠心薄膜蒸発器1の
有効伝熱面積(蒸発面1aの有効面積)1m2 当り30kg
/時間以下とすることが好ましく、この供給速度がこれ
よりも大となると、熱分解反応率及び蒸発率が低下し、
生成物である5員環状シルエチレンシロキサンの収率が
低下するおそれがある。また前記蒸発面1aの温度は、
200〜900 ℃、特に 300〜400 ℃の範囲に設定すること
が望ましい。 200℃よりも低い場合には、反応速度が遅
くなって収率が低下し、また 900℃よりも高くなると、
蒸発面1a上での滞留時間が短くなるが副反応を生じる
ことがある。この蒸発面1aの加熱は、図1に示す態様
ではジャケットに熱媒を供給することによって行われる
が、勿論、電熱ヒーター等を使用することもできる。
【0017】またベーパー配管10は、蒸発面1aよりも
下方に設けることもできるが、熱分解により生成した5
員環状シルエチレンシロキサンと残渣中の触媒とが長時
間接触していると再重合を生じるおそれがあるので、図
1に示すように、ベーパー配管10は、蒸発面1aよりも
上方に設けることが好適である。さらに、残渣である触
媒のダストまたはミストが分解生成物の蒸気に同伴して
ベーパー配管10に流入し、留出液に混ざって再重合が生
じるのを防止するために、ベーパー配管10の途中に、デ
ミスターあるいは直径が遠心薄膜蒸発器1よりも大きい
ダスト/ミスト分離槽を設けることもできる。
【0018】さらに本発明においては、上述した原料液
を薄膜としての熱分解及び分解生成物の蒸発分離を、配
管30から窒素等の不活性ガスを通気しながら行うことが
好ましく、これにより、蒸発率を向上させることができ
る。この不活性ガスの通気量は微量でよく、一般には、
薄膜蒸発器1内の空塔速度が0.05cm/秒以上であればよ
い。また薄膜蒸発器1内の圧力は、常圧(大気圧)でも
よいし、減圧でもよい。減圧する場合には、留出ベーパ
ーの空塔流速が、残渣のダストまたはミストの終末速度
を越えないようにすることが好ましい。
【0019】上述した本発明方法を実施するには、反応
系内の水分を可及的に除去しておくことが好ましい。系
中に水分が存在していると、原料液中の環状ポリシルエ
チレンシロキサンの開環及び重合が生じ、副反応物が生
成して収率の低下を生じることがある。
【0020】
【実施例】実施例1 図1に示した縦型遠心薄膜蒸発器(日立製作所製セブコ
ン;伝熱面積 0.3m2SUS304製)を用いて、5員環状シ
ルエチレンシロキサンの製造を行う。先ず、原料タンク
20内で、下記式、
【化12】 で表される線状ポリシリエチレンシロキサンと、下記
式、
【化13】 で表される環状ポリシルエチレンシロキサンとの混合物
〔線状/環状=95/5(重量基準)〕50kgと、 2.0% K
OH水溶液2kgとを混合した。また遠心薄膜蒸発器のジャ
ケット5に加熱した熱媒オイルを循環させ、蒸発面1a
を 300℃にまで加熱し、内圧が大気圧の状態で、 8.0リ
ットル/分(ガス空塔速度約 0.4cm/秒)の流量で窒素
ガスを蒸発器1内に通気した。次いで、蒸発器1内の回
転翼2を590rpm(回転翼外側末端線速度約6m/秒)で
回転させた状態で、蒸発面上部の供給口より、前記で調
製された混合液を 6.5± 0.3kg/hrの流量で供給したと
ころ、タンク12に、無色透明の留出液体として熱分解生
成物が得られ、また残渣として、タンク3に褐色のスラ
リー状液体が得られた。この時、蒸発率(留出液重量/
原料液供給重量)は、57.2重量%であった。また、留出
液体を、IR及びGC−MSにて分析したところ、主成分は、
下記式
【化14】 で表される5員環状シルエチレンシロキサンであること
が確認された。またガスクロマトグラフィーにより組成
分析を行ったところ、5員環状シルエチレンシロキサン
の純度は87.2%であった。
【0021】実施例2 実施例1と同じ装置を用い、原料組成、蒸発面温度、内
圧、窒素ガス流量、回転翼回転数も実施例1と同じと
し、原料液の供給量のみ、 2.2kg/hrに変更して、5員
環状シルエチレンシロキサンの製造を行ったところ、タ
ンク12に、無色透明の留出液体として熱分解生成物が得
られ、タンク3に、残渣として褐色のスラリー状液体が
得られた。この時の蒸発率は70.3重量%であった。この
留出液について、実施例1と同様の分析を行ったとこ
ろ、その主成分は実施例1で得られたものと同様の5員
環状シルエチレンシロキサンであり、その純度は78.6%
であった。
【0022】実施例3 実施例1と同じ装置を用い、原料組成、蒸発面温度、原
料液の供給量、窒素ガス流量、回転翼回転数も実施例1
と同じとし、装置内の内圧のみ 400mmHgに減圧して5員
環状シルエチレンシロキサンの製造を行ったところ、タ
ンク12に、無色透明の留出液体として熱分解生成物が得
られ、タンク3に、残渣として褐色のスラリー状液体が
得られた。この時の蒸発率は84.5重量%であった。この
留出液について、実施例1と同様の分析を行ったとこ
ろ、その主成分は実施例1で得られたものと同様の5員
環状シルエチレンシロキサンであり、その純度は64.8%
であった。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、ジクロルシランの加水
分解生成物の蒸留による方法に比しても、はるかに高い
収率で、5員環状シルエチレンシロキサンを製造するこ
とができる。得られた5員環状シルエチレンシロキサン
は、単分散のポリシルエチレンシロキサンを製造するた
めの中間原料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法を好適に実施するために使用
される装置の一例を示す図。
【符号の説明】
1 縦型遠心薄膜蒸発器 1a 蒸発面 2 回転翼 3 残渣回収タンク 5 ジャケット 10 ベーパー配管 11 コンデンサー 12 留出液回収タンク

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(1) 、 【化1】 〔式中、Rは、炭素原子数1〜8の非置換または置換一
    価炭化水素基を示し、複数のRは互いに同一でも異なっ
    ていてもよく、Xは、−OH,−H,−OR,−CH=CH2
    たは−OSiR3 (Rは前記と同じ)の何れかを示し、複数
    のXは互いに同一でも異なっていてもよく、nは、2〜
    5000の整数を示す〕で表される鎖状ポリシルエチレンシ
    ロキサン、及び下記一般式(2) 、 【化2】 〔式中、Rは前記と同じであり、mは2以上の整数を示
    す〕で表される環状ポリシルエチレンシロキサン、から
    成る群より選択された少なくとも1種の有機ケイ素化合
    物を、熱分解用触媒と混合し、該混合液を、縦型遠心薄
    膜蒸発器に上部から連続供給し、該蒸発器の蒸発面上に
    混合液の薄膜を形成した状態で熱分解を行い、生成物を
    蒸発分離させることから成る下記一般式(3) 、 【化3】 〔式中、Rは前記と同じである〕で表される5員環状シ
    ルエチレンシロキサンの製造方法。
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US9221952B2 (en) * 2009-12-03 2015-12-29 Dow Corning Toray Co., Ltd. Linear and cyclic siloxanes and cosmetic compositions made thereof

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