JP4410878B2 - 鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物、その製造方法および使用 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般式IおよびII:
【0002】
【化2】
【0003】
[式中、置換基Rはアルコキシ基のほかに、不飽和有機官能基および場合によりその他の有機官能基からなり、その際1個の珪素原子に多くても1個の不飽和有機官能基が結合している]で表される鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物に関する。
【0004】
本発明は更に前記混合物の製造方法およびその使用に関する。
【0005】
【従来の技術】
鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物は、例えば有機官能性アルコキシランの意図的加水分解または縮合により得られる。多官能性シロキサンオリゴマーを製造する際の特別な問題は、個々のオルガノアルコキシシランまたはオルガノクロロシランの激しく異なる加水分解特性または縮合特性である。
【0006】
欧州特許第0760372号明細書にはOH基を含有し、アクリル官能性のオルガノシランまたはオルガノシロキサンの水を含有する溶液が記載される。このオルガノシロキサンはほとんど完全に加水分解される。
【0007】
欧州特許第0518057号明細書およびドイツ特許第19624032号明細書から鎖状および/または環状ビニル官能性およびアルキル官能性シロキサンオリゴマーの混合物が記載され、該混合物はそのほかにアルコキシ基を有する。この混合物は、例えば無機質表面および粉末状物質を疎水化するためにおよび熱可塑性ポリオレフィンの架橋剤として使用される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、アルコキシ基のほかに不飽和有機官能基および場合によりその他の有機官能基が存在する他のシロキサンオリゴマーからなる混合物を提供することである。本発明の特別な課題は、染料および塗料に結合剤として使用することができるシロキサンオリゴマーからなる混合物を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、特許請求の範囲に記載された混合物およびその製造方法により解決される。
【0010】
意想外にも、一般式IおよびII:
【0011】
【化3】
【0012】
[式中、置換基Rは3−メタクリルオキシプロピル基または3−アクリルオキシプロピル基およびメトキシ基、エトキシ基および/またはプロポキシ基および場合により1〜18個の炭素原子を有するアルキル基、フルオロアルキル基、イソアルキル基、シクロアルキル基および/または6〜12個の炭素原子を有するアリール基からなり、その際1個の珪素原子に多くても1個の3−メタクリルオキシプロピル基または3−アクリルオキシプロピル基が結合しており、一般式Iの化合物に関するオリゴマー化度はmが2より大きく、25より小さい範囲内にあり、一般式IIの化合物に関するオリゴマー化度はnが2以上で8以下の範囲内にあり、Si基のアルコキシ基に対するモル比からなる商が0.5以上である]で表される鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物が、成分Aとして3−メタクリルオキシプロピルトリアルコキシシランまたは3−アクリルオキシプロピルトリアルコキシシランまたは3−メタクリルオキシプロピルメチルジアルコキシシランまたは3−アクリルオキシプロピルメチルジアルコキシランおよび場合により成分Bとして1〜18個の炭素原子を有するアルキル−、フルオロアルキル−、イソアルキル−、シクロアルキル−またはフェニル−トリアルコキシシランまたは1〜18個の炭素原子を有するアルキル−、フルオロアルキル−、イソアルキル−、シクロアルキル−またはフェニル−メチルジアルコキシシランまたは前記アルコキシシランの混合物および場合により成分Cとしてテトラアルコキシランを使用し、かつSi1モル当たり水0.6〜1.0モルおよび使用されるアルコキシシランに対して0.1〜5倍の重量のメタノールおよび/またはエタノールを添加して、触媒として有機または無機の酸の存在で、触媒を有利には水の添加と同時にまたはその後で反応混合物に添加し、10〜95℃の温度で意図的に加水分解し、または縮合し、引き続き生成物混合物を減圧下でおよび底部温度30〜110℃、有利には60〜110℃で蒸留により処理することにより、意図的に反応させることにより得られることが判明した。その際、好ましくは触媒、遊離アルコールおよびモノマーの加水分解されない出発物質の残りをほぼ定量的に生成物から除去する。触媒として、例えば酢酸またはギ酸を使用することができる。有利には本発明の方法に触媒として塩化水素(HCl)を使用する。
【0013】
従って得られる本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物は、一般に均質な、透明な、無色からわずかに黄色に着色した、低粘性の、保存安定な液体であり、有利には100℃より高い引火点を有する。
【0014】
上記の製造法により、有利なやり方で、有利には種々の官能性の
[−Si(R)(R)O−]−単位の統計的分布を有する本発明のシロキサンオリゴマーを製造することができる。
【0015】
特に、本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物は有利には染料および塗料に結合剤としてまたは結合剤系を変性するために使用することができる。
【0016】
本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の沸点は一般に200℃より高いことが有利である。
【0017】
従って本発明の対象は、一般式IおよびII:
【0018】
【化4】
【0019】
[式中、置換基Rは3−メタクリルオキシプロピル基または3−アクリルオキシプロピル基およびメトキシ基、エトキシ基および/またはプロポキシ基および場合により1〜18個の炭素原子を有するアルキル基、フルオロアルキル基、イソアルキル基、シクロアルキル基および/または6〜12個の炭素原子を有するアリール基からなり、その際1個の珪素原子に多くても1個の3−メタクリルオキシプロピル基または3−アクリルオキシプロピル基が結合しており、一般式Iの化合物に関するオリゴマー化度はmが2より大きく、25より小さい範囲内にあり、一般式IIの化合物に関するオリゴマー化度はnが2以上で8以下の範囲内にあり、Si基のアルコキシ基に対するモル比からなる商が0.5以上である]で表される鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物である。
【0020】
本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物は、存在するシロキサンオリゴマーの重量に対して、有利には0.1重量%より多く、30重量%より少ない、特に有利には5〜25重量%のアルコキシ基含量を有する。
【0021】
有利には本発明の混合物において置換基Rは(i)メタクリルオキシプロピル基および(ii)メトキシ基またはエトキシ基からなる。この混合物を製造するために、好ましくは3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランまたは3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシランを使用する。しかしながら混合物を製造するために、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびテトラメトキシシランからなる混合物を使用することができる。
【0022】
同様に本発明の混合物において、有利には置換基Rは(i)3−メタクリルオキシプロピル基および(ii)メトキシ基またはエトキシ基および(iii)メチル基、プロピル基、イソブチル基、オクチル基、ヘキサデシル基またはフェニル基からなる。この混合物を製造するために、若干の例を挙げると、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびn−プロピル−トリメトキシシランからなる混合物、または3−メタクリルオキシ−プロピルトリメトキシシランおよびオクチルトリメトキシシランからなる混合物、または3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシランおよびテトラメトキシシランからなる混合物、または3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびn−プロピルトリメトキシシランからなる混合物、または3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびイソブチルトリメトキシシランからなる混合物、または3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびトリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル−1−トリメトキシシランからなる混合物、または3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびフェニルトリメトキシシランからなる混合物から出発する。
【0023】
有利な本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の置換基Rは、(i)3−メタクリルオキシプロピル基および(ii)メトキシ基またはエトキシ基および(iii)メチル基および(iiii)プロピル基、イソブチル基、オクチル基、ヘキサデシル基、フェニル基からなっていてもよい。この混合物を製造するために、例えば3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびn−プロピル−メチルジメトキシシランから、または3−メタクリルオキシプロピル−メチルジメトキシシランおよびオクチルトリメトキシシランから、または3−メタクリルオキシプロピル−メチルジメトキシシランおよびn−プロピルメチルジエトキシシランから、または3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシランおよびメチルトリメトキシシランから、または3−メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシランおよびテトラメトキシシランから、または3−メタクリルオキシプロピル−メチルジメトキシシラン、n−プロピル−メチルジエトキシシランおよびテトラメトキシシランから出発することができる。
【0024】
有利には本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物は3〜80mPas、特に有利には4〜40mPasの粘度を有する。
【0025】
例として以下の若干の有利な鎖状および環状シロキサンオリゴマーの系が挙げられる:
3−メタクリルオキシプロピル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/メチル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/プロピル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/イソブチル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/オクチル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/ヘキサデシル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/フェニル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/ヘプタフルオロヘキシル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/メチル−/フェニル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/メチル−/オクチル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/メチル−/プロピル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/メチル−/オクチル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/メチル−/ヘプタフルオロヘキシル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/プロピル−/ヘプタフルオロヘキシル−/アルコキシ−シロキサン、3−メタクリルオキシプロピル−/オクチル−/ヘプタフルオロヘキシル−/アルコキシ−シロキサン、この場合にアルコキシ基は有利にはメトキシ基またはエトキシ基であり、エトキシ基およびメトキシ基が並んで存在していてもよい。
【0026】
本発明の対象は、更に本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物を意図的に加水分解により製造する方法であり、その際、成分Aとして3−メタクリルオキシプロピルトリアルコキシシランまたは3−アクリルオキシプロピルトリアルコキシシランまたは3−メタクリルオキシプロピルメチルジアルコキシシランまたは3−アクリルオキシプロピルメチルジアルコキシランおよび場合により成分Bとして1〜18個の炭素原子を有するアルキル−、フルオロアルキル−、イソアルキル−、シクロアルキル−またはフェニル−トリアルコキシシランまたは1〜18個の炭素原子を有するアルキル−、フルオロアルキル−、イソアルキル−、シクロアルキル−またはフェニル−メチルジアルコキシシランまたは前記アルコキシシランの混合物および場合により成分Cとしてテトラアルコキシランを使用し、かつSi1モル当たり水0.6〜1.0モルおよび使用されるアルコキシシランに対して0.1〜5倍の重量のメタノールおよび/またはエタノールを添加して、触媒として酸、有利にはHClの存在で、10〜95℃の温度で意図的に加水分解し、かつ縮合し、引き続き生成物混合物を減圧下でおよび底部温度30〜110℃で蒸留により処理する。
【0027】
一般に本発明の方法は以下のように実施する:
一般に最初に成分A、場合により成分Bおよび場合により成分Cを装入する。アルコキシシラン混合物に溶剤または希釈剤、例えばメタノールまたはエタノールを添加することができる。好ましくは更に反応のために計算した量の水を添加する。触媒を水の添加と共にまたはその後に、好ましくは十分に混合して、例えば撹拌して導入することができる。水の添加または触媒の添加の前または後に反応混合物を温め、反応後にこうして得られる生成物混合物を蒸留により処理することができる。
【0028】
本発明の方法において、成分A、BおよびCを、有利にはA:B:Cの比が1:0:0〜1:10:0、好ましくは1:0:0〜1:4:0、または1:0:0〜1:0:10、好ましくは1:0:0〜1:0:4、または1:0:0〜1:10:10、好ましくは1:0:0〜1:4:4のモル比で使用する。この場合に、特に成分Bとしてアルキルアルコキシシランまたはフェニルアルコキシシランまたはアルキルアルコキシシランおよびフルオロアルキルアルコキシシランからなる混合物またはアルキルアルコキシシランおよびフェニルアルコキシシランからなる混合物を使用する。このためにモノー、オリゴ−またはペルフルオロ化アルキル基、特に1〜9個の炭素原子を有するアルキル基を有するフルオロアルキル官能性アルコキシシランを使用することができる。
【0029】
更に本発明の方法において、有利には溶剤または希釈剤として使用されるアルコールに相当してメトキシ基またはエトキシ基を有するアルコキシシランを使用する。溶剤または希釈剤として好ましくはメタノールまたはエタノールまたはメタノールおよびエタノールの混合物を使用する。ほかのアルコールまたはアルコール混合物を使用してもよい。
【0030】
本発明の方法において、使用されるアルコキシシランの加水分解および縮合を、有利には標準圧力下で10〜85℃の温度で、特に有利には20〜50℃で実施する。一般に反応を標準圧力下で実施する。反応を減圧下でまたは過圧で実施することができる。好ましくは反応混合物の蒸留による処理を開始する前に、反応混合物を0.5〜3時間にわたり反応させる。
【0031】
蒸留による処理後、本発明の生成物は、有利には成分A、BおよびC0.5重量%未満および遊離アルコール特に2重量%未満、特に有利には1重量%未満を含有する。
【0032】
本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物は、有利には例示的に、しかし限定されずに、以下の使用に供給することができる:
従って本発明の対象は、流動可能の、硬化可能のメタクリル酸エステルを基礎とする、微粒の無機充填剤を多く充填した注型樹脂中の添加剤としての本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。これにより、有利な方法で、本発明の成分を添加しない同様の注型樹脂に比べて注型樹脂の粘度の明らかな減少を達成することができる。
【0033】
従って本発明の対象は、有機樹脂の変性および架橋のための本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。
【0034】
更に本発明の対象は、プラスチック物品および成形体の機械的強度および光学的特性を改良するための本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。
【0035】
本発明の対象は、ガラス繊維の表面を処理および変性するための、特にガラス繊維で強化したプラスチックの接着力を改良するための本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。
【0036】
更に本発明の対象は、塗料の共結合剤としておよび透明塗料の成分としての本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物を使用することにより、適用特性の明らかな改良、特に改良された耐候性、高い引掻強度および耐薬品性の改良を達成することができる。
【0037】
本発明の対象は、40〜200℃、有利には80〜150℃の温度で熱処理によりおよび/または放射線での処理により、例えばUV波またはマイクロ波により、自体公知方法で硬化する被覆を製造するための本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。
【0038】
更に本発明の対象は、無機質または金属の表面を処理または被覆するための本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。この処理により表面特性を有利な方法で変性することができる。従って本発明の混合物は、特に疎水化剤および/または接着助剤として、例えば充填剤または顔料に、特に雲母、アルミニウム、黄銅、銅顔料、真珠光沢顔料等に使用することができる。
【0039】
従って本発明の対象は、粉末状物質、有利にはTiO2、カオリン、水酸化アルミニウム、CaCO3、タルクおよび石英粉末またはクリストバライト粉末をシラン処理するための本発明の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用である。
【0040】
【実施例】
本発明を以下の実施例により詳細に説明する。
【0041】
例1
真空装置、供給装置および蒸留装置を有するガラス製の2リットル撹拌反応器に、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン992gを装入し、引き続き室温、標準圧力下で、37重量%水性HCl 0.2gと予め混合した水57.6gおよびメタノール256gを供給する。混合物を加熱して沸騰させ、弱い還流下に1時間保持する。引き続き大部分のメタノールおよびHClを標準圧力下で2時間以内で蒸留する。その後真空を設定して900ミリバールから約1ミリバールに低下した圧力および80℃未満の底部温度で残りのメタノール、HClおよび出発物質を除去し、底部生成物をこの条件下に2時間保持する。以下の特性を有するシロキサンオリゴマー840gが得られる。
【0042】
遊離メタノール(ガスクロマトグラフィー):0.3重量%
粘度:35mPas(DIN53015)
沸点:257℃(ASTMD−11209)
引火点:152℃(DIN51755)
密度:1.117g/ml(DIN51757)
Cl含量:100mg/kg
平均分子量:650g/モル(ゲル浸透クロマトグラフィー)
例2
真空装置、供給装置および蒸留装置を有するガラス製の2リットル撹拌反応器に、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン744gおよびプロピルトリメトキシシラン492.9gを装入し、引き続き室温、標準圧力下で、37重量%水性HCl 0.3gと予め混合した水86.4gおよびメタノール192gを供給する。混合物を加熱して沸騰させ、弱い還流下に1時間保持する。引き続き大部分のメタノールおよびHClを標準圧力下で3時間以内で蒸留する。その後真空を設定して900ミリバールから約1ミリバールに低下した圧力および95℃未満の底部温度で残りのメタノール、HClおよび出発物質を除去し、底部生成物をこの条件下に2時間保持する。以下の特性を有するシロキサンオリゴマー1020gが得られる。
遊離メタノール(ガスクロマトグラフィー):0.6重量%
粘度:14.3mPas(DIN53015)
沸点:277℃(ASTMD−11209)
引火点:110℃(DIN51755)
密度:1.083g/ml(DIN51757)
Cl含量:200mg/kg
平均分子量:570g/モル(ゲル浸透クロマトグラフィー)
Claims (22)
- 一般式IおよびII:
- 存在するシロキサンオリゴマーの重量に対して0.1重量%より多く、30重量%より少ないアルコキシ基を含有する請求項1記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物。
- 置換基Rが(i)3−メタクリルオキシプロピル基および(ii)メトキシ基またはエトキシ基からなる請求項1または2記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物。
- 置換基Rが(i)3−メタクリルオキシプロピル基および(ii)メトキシ基またはエトキシ基および(iii)メチル基、プロピル基、イソブチル基、オクチル基、ヘキサデシル基またはフェニル基からなる請求項1または2記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物。
- 置換基Rが(i)3−メタクリルオキシプロピル基および(ii)メトキシ基またはエトキシ基および(iii)メチル基および(iiii)プロピル基、イソブチル基、オクチル基、ヘキサデシル基またはフェニル基からなる請求項1または2記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物。
- 3〜80mPasの粘度を有する請求項1から5までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物。
- 100℃より高い引火点を有する請求項1から6までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物。
- 200℃より高い沸点を有する請求項1から7までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物。
- 請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物を製造する方法において、成分Aとして3−メタクリルオキシプロピルトリアルコキシシランまたは3−アクリルオキシプロピルトリアルコキシシランまたは3−メタクリルオキシプロピルメチルジアルコキシシランまたは3−アクリルオキシプロピルメチルジアルコキシランおよび場合により成分Bとして1〜18個の炭素原子を有するアルキル−、フルオロアルキル−、イソアルキル−、シクロアルキル−またはフェニルトリアルコキシシランまたは1〜18個の炭素原子を有するアルキル−、フルオロアルキル−、イソアルキル−、シクロアルキル−またはフェニル−メチルジアルコキシシランまたはこれらの混合物および場合により成分Cとしてテトラアルコキシランを使用し、かつSi1モル当たり水0.6〜1.0モルおよび使用されるアルコキシシランに対して0.1〜5倍の重量のメタノールおよび/またはエタノールを添加して、触媒として酸の存在で10〜95℃の温度で意図的に加水分解し、かつ縮合し、引き続き生成物混合物を減圧下でおよび底部温度30〜110℃で蒸留により処理することを特徴とする鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物を製造する方法。
- 成分A、BおよびCを、成分A:B:Cのモル比が1:0:0〜1:10:0または1:0:0〜1:0:10または1:0:0〜1:10:10で使用する請求項9記載の方法。
- 溶剤または希釈剤として使用されるアルコールに相当してメトキシ基またはエトキシ基を有するアルコキシランを使用する請求項9または10記載の方法。
- 触媒として塩化水素を使用する請求項9から11までのいずれか1項記載の方法。
- 加水分解および縮合を標準圧力下で10〜85℃の温度で実施する請求項9から12までのいずれか1項記載の方法。
- 蒸留処理後に存在する生成物が成分A、BおよびC0.5重量%未満および遊離アルコール2重量%未満を含有する請求項9から13までのいずれか1項記載の方法。
- 流動可能の、硬化可能のメタクリル酸エステルを基礎とする、微粒の無機充填剤を多く充填した注型樹脂中の添加剤としての請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
- プラスチック物品および成形体の機械的強度および光学的特性を改良するための請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
- ガラス繊維の表面処理のための請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
- 有機樹脂の変性および架橋のための請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
- 塗料の結合剤としておよび透明塗料の成分としての請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
- 40〜200℃の温度での熱処理によりおよび/または放射線での処理により、公知方法で硬化する被覆を製造するための請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
- 無機質または金属の表面を処理または被覆するための請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
- 粉末状物質の表面処理のための請求項1から8までのいずれか1項記載の鎖状および環状シロキサンオリゴマーの混合物の使用。
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