Полифенилдиметилсилоксановые связующие и способ их получения.
Изобретение относится к области химической технологии кремнийорганических соединений. Более конкретно, изобретение относится к новым полимерным связующим, представляющим собой полифенилдиметилсилоксаны (ПФМС), и новому технологичному способу их получения поликонденсацией органоалкоксисиланов в активной среде. Под термином «активная средам согласно данному изобретению следует понимать: вещество или его смесь с органическим растворителем, являющееся одновременно и растворителем, растворяющим все компоненты реакционной смеси, и реагентом, участвующим в химическом процессе.
Общеизвестно, что полиорганосилоксановые связующие обладают рядом характеристик, допускающих эксплуатацию изделий из них в экстремальных условиях. Они обладают отличными электроизоляционными свойствами, устойчивы к атмосферным воздействиям, перепадам температур, солнечной радиации, их отличает высокая термическая устойчивость, низкие температуры стеклования, биологическая инертность, прозрачность в УФ-видимой области спектра и обусловленная этим светостойкость.
Широкое использование и соответственно производство силиконов постоянно растет, и поиск качественных продуктов и экологичных способов их получения остается актуальной задачей.
Известно и защищено большим количеством патентов получение кремнийорганических олигомеров, используемых и в качестве связующих, согидролизом различных органохлорсиланов, с последующей перегруппировкой продуктов гидролиза, например, GB 1039445, RU 2160747; RU 2268902; US 5484867; US 5767216. Полученные продукты обладают невысоким молекулярным весом (ММ) и состоят из циклических и линейных фрагментов. При этом процессы их получения дают большое количество агрессивных отходов.
Известно, что реакция конденсации алкоксипроизводных кремния является более перспективным подходом к получению кремнийорганических олигомеров, процесс является более мягким и регулируемым, и значительно более экологичным, не приводящим к токсичным и агрессивным отходам.
Известен способ получения органоолигосилоксанов, содержащих ароматические группы у атома кремния с использованием в качестве катализаторов соединений олова, приводящий к получению полиметилфенилсилоксанов с ММ более 3000 [ЖОХ 1972, т.42, №9, с.2015-2018].
Известно получение жидких органосилсесквиоксанов гидролизом органоалкоксисиланов без растворителя, с последующей конденсацией продукта гидролиза при нагревании с отгонкой воды и спирта в присутствии НСl [US 3389114;] или без НСl [US 4539232]. Продукт реакции содержит менее 1% воды и обладает достаточно высокой вязкостью, от 25 до 10000 спз. Однако такие условия проведения процесса не обеспечивают одновременное участие в реакции поликонденсации всех компонентов исходной смеси и, соответственно, равномерность строения результирующего продукта.
Известно получение органосилсесквиоксановой смолы с повышенной прочностью на основе органотриалкоксисиланов, гидролизом водой в присутствии муравьиной кислоты, с последующей поликонденсацией продуктов гидролиза [US 4223121]. Известно получение органосилсесквиоксановых структур гидролизом и последующей конденсацией тетраэтоксисилана в присутствии воды и уксусной кислоты [J.of Non-crystalline Solids. 135, 29-36 (1991)]. Недостатком этих процессов является их гетерогенность, приводящая к неоднородности состава целевого продукта, и двухстадийность.
Гидролиз и конденсация органоалкоксисиланов изучалась во многих работах, однако при большом количестве данных по различным условиям проведения процесса, предсказание свойств результирующего полимера в зависимости от исходной композиции и параметров реакции остается достаточно проблематичным [J.of Non-crystalline Solids. (1984) v.63, p.1-11].
Наиболее близким к заявляемому веществу и способу его получения является получение растворимой метилфенилсилсесквиоксановой смолы на основе смеси органоалкоксисиланов, гидролизом исходной смеси алкоксисиланов и последующей поликонденсацией продуктов гидролиза [патент США 6232424]. Исходная смесь состоит из Si(OR)4, R'Si(OR)3 и R'4-nSiXn, где X может быть как алкокси-группой, так и галогеном. Гидролиз осуществляют добавлением стехиометрических количеств воды, в гетерогенных условиях. Для ускорения и полноты процесса гидролиза в смесь добавляют катализатор - органические и неорганические кислоты или основания. В случае использования алкилхлорсиланов в смеси исходных соединений катализатор не добавляют, так как в ходе реакции образуется НСl. Недостатками данного процесса является его двухстадийность, гетерогенность, приводящая к неодновременному участию в реакции всех компонентов и, соответственно, неравномерности строения продукта, а также невозможность управления величиной молекулярной массы полимера при катализируемой кислотой поликонденсации на второй стадии. Кроме того, в целевом продукте реакции содержится большое количество остаточных непрореагировавших функциональных групп.
Задачей заявляемого изобретения является получение нового технического результата, заключающегося в создании новых полиметилфенилсилоксановых связующих.
Задачей данного изобретения являлось также создание технологичного способа получения этих соединений поликонденсацией органоалкоксисиланов в активной среде. Способ должен обеспечивать возможность регулирования молекулярной массы и высокие качества образующихся полимеров - отсутствие остаточных алкокси-групп и равномерность строения.
Задача решается тем, что получены полифенилдиметилсилоксановые связующие общей формулы
[C6H5SiO1,5]n[(CH3)2SiO]m[CH3SiO1,5]k,
где обозначения n, m и k представляют собой мольные доли звеньев, сумма которых равна 1, а их значения находятся в пределах: n и m от 0,05 до 0,95, k - от 0 до 0,90.
В частности, если n, m и k имеют значения 0,95; 0,05 и 0 соответственно, соединение имеет вид:
[C6H5SiO1,5]0,95[(CH3)2SiO]0,05.
В частности, если n, m и k имеют значения 0,05; 0,05 и 0,90 соответственно, соединение имеет вид:
[C6H5SiO1,5]0,05[(CH3)2SiO]0,05[CH3SiO1,5]0,90.
В частности, если n, m и k имеют значения 0,4; 0,4 и 0,2 соответственно, соединение имеет вид:
[C6H5SiO1,5]0,4[(CH3)2SiO]0,4[CH3SiO1,5]0,2.
В частности, если n, m и k имеют значения 0,1; 0,3 и 0,6 соответственно, соединение имеет вид:
[С6Н5SiO1,5]0,1[(СН3)2SiO]0,3[СН3SiO1,5]0,6.
В частности, если n, m и k имеют значения 0,5; 0,45 и 0,05 соответственно, соединение имеет вид:
[С6Н5SiO1,5]0,5[(СН3)2SiO]0,45[СН3SiO1,5]0,05.
Задача решается также тем, что разработан способ получения полифенилдиметилсилоксановых связующих, заключающийся в том, что осуществляют процесс поликонденсации в активной среде смеси органоалкоксисиланов:
С6Н5Si(ОR)3; (CH3)2Si(OR)2; СН3Si(ОR)3,
где R означает алкильная группа C1-C4, взятых в мольных соотношениях, соответствующих соотношениям вышеуказанных значений для n, m и k.
Активной средой является безводная уксусная кислота или смесь безводной уксусной кислоты и органического растворителя.
В качестве органического растворителя используют растворитель, выбранный из ряда: толуол, этилацетат, бутилацетат, метилтрет-бутиловый эфир.
Мольное соотношение суммарного количества органоалкоксисиланов и уксусной кислоты составляет от 1:3 до 1:20.
Процесс поликонденсации осуществляют в температурном интервале от 20°С до температуры кипения реакционной смеси.
Количество органического растворителя в реакционной смеси составляет от 10 до 90% объемных.
Новый технический результат, полученный в результате заявленного изобретения заключается в том, что получены новые полиметилфенилсилоксановые связующие с равномерным составом и не содержащие остаточных алкоксильных групп, а также в создании технологичного способа получения этих соединений поликонденсацией органоалкоксисиланов в активной среде.
ГПХ-анализ образцов полифенилдиметилсилоксановых связующих показал, что все продукты обладают мономодальных широким ММР, и позволил определить ориентировочную молекулярную массу ММ по отношению к линейным полистирольным стандартам. На Фиг.1 приведены ГПХ-кривые образцов по примерам 3 и 4. 1H ЯМР спектры образцов полифенилдиметилсилоксановых связующих демонстрируют заданное соотношение метильных и фенильных заместителей во всех фракциях, что свидетельствует о равномерном строении полимеров.
Мониторинг реакции поликонденсации смеси органоалкоксисиланов осуществляли с помощью 1Н ЯМР спектроскопии, об окончании процесса судили по исчезновению сигналов алкоксигрупп исходных соединений, что проиллюстрировано приведенным на Фиг.2 1H ЯМР спектром реакционной смеси в конце процесса поликонденсации по примеру 3. Из спектра видно, что в продукте практически полностью отсутствуют сигналы этокси-групп в области δ=1,21 м.д. и δ=3,79 м.д.
В таблице представлены условия получения и результаты исследования полиорганосилоксанов для примеров 1-8.
На Фиг.1. приведены ГПХ-кривые образцов по примерам 3 (кривая 1) и 4 (кривая 2).
На Фиг.2. приведен 1Н ЯМР спектр образца по примеру 3.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Типовая методика получения полифенилметилсилоксановых связующих.
К смеси алкоксисиланов PhSi(OR)3 (СН3)2Si((OR)2 и СН3Si(ОR)3, взятых в заданном мольном соотношении, добавляют уксусную кислоту до необходимой концентрации. Раствор кипятят 20 часов. После отмывания уксусной кислоты и осушки по стандартным методикам получают смолу с соответствующими параметрами.
Конкретные условия процесса и результаты исследования полученных соединений по примерам 1-5 представлены в Таблице.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНОВ И КОМПОЗИЦИЯ НА ИХ ОСНОВЕ | 2007 |
|
RU2427592C2 |
ПОЛИМЕТИЛБЕНЗИЛСИЛОКСАНЫ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 2014 |
|
RU2565674C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ ОЛИГООРГАНОСИЛОКСАНОВЫХ СМОЛ | 2011 |
|
RU2464286C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИ(ОРГАНО)(АЛКОКСИ)(ГИДРОКСИ)СИЛОКСАНОВ С ЗАДАННОЙ СТЕПЕНЬЮ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ | 2013 |
|
RU2524342C1 |
ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНЫ КАК ОСНОВА ПЕНОГАСЯЩИХ КОМПОЗИЦИЙ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНОВ | 2014 |
|
RU2556220C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛИГООРГАНОСИЛОКСАНОВ | 2014 |
|
RU2556639C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛОКСАНОВЫХ БЛОКСОПОЛИМЕРОВ | 2016 |
|
RU2631111C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕТАЛЛОСИЛОКСАНОВ | 2010 |
|
RU2444540C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНОВ | 2014 |
|
RU2576311C1 |
РАЗВЕТВЛЕННЫЕ ФТОРСОДЕРЖАЩИЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОПОЛИМЕРЫ, СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ГИДРОФОБНОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ПОКРЫТИЕ НА ИХ ОСНОВЕ | 2014 |
|
RU2565671C1 |
Изобретение относится к области химической технологии кремнийорганических соединений. Предложены новые полифенилдиметилсилоксановые связующие общей формулы [C6H5SiO1,5]n[(CH3)2SiO]m[CH3SiO1,5]k, где n, m и k представляют собой мольные доли звеньев, сумма которых равна 1, а значения находятся в пределах: n и m от 0,05 до 0,95; k от 0 до 0,95. Предложен также способ их получения поликонденсацией в активной среде смеси органоалкоксисиланов: С6Н5Si(ОR)3; (CH3)2Si(OR)2; СН3Si(ОR)3, где R означает алкильная группа C1-C4, взятых в мольных соотношениях, соответствующих соотношениям вышеуказанных значений для n, m и k. Активной средой является безводная уксусная кислота или смесь безводной уксусной кислоты и органического растворителя. Технический результат: получены новые полиметилфенилсилоксановые связующие с равномерным составом и не содержащие остаточных алкоксильных групп, а также технологичный способ их получения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
1. Полифенилдиметилсилоксановые связующие общей формулы
[C6H5SiO1,5]n[(CH3)2SiO]m[CH3SiO1,5]k
где обозначения n, m и k представляют собой мольные доли звеньев, сумма которых равна 1, а их значения находятся в пределах: n и m от 0,05 до 0,95; k от 0 до 0,90.
2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что n, m и k имеют значения 0,95; 0,05 и 0 соответственно.
3. Связующее по п.1, отличающееся тем, что n, m и k имеют значения 0,05; 0,05 и 0,90 соответственно.
4. Связующее по п.1, отличающееся тем, что n, m и k имеют значения 0,4; 0,4 и 0,2 соответственно.
5. Связующее по п.1, отличающееся тем, что n, m и k имеют значения 0,5; 0,45 и 0,05 соответственно.
6. Связующее по п.1, отличающееся тем, что n, m и k имеют значения 0,1; 0,3 и 0,6 соответственно.
7. Способ получения полифенилдиметилсилоксановых связующих по пп.1-6, заключающийся в том, что осуществляют процесс поликонденсации в активной среде, представляющей собой безводную уксусную кислоту или смесь безводной уксусной кислоты и органического растворителя, смеси органоалкоксисиланов:
С6Н5Si(ОR)3; (CH3)2Si(OR)2; СН3Si(ОR)3
где R означает алкильная группа C1-C4, взятых в мольных соотношениях, соответствующих соотношениям вышеуказанных значений для n, m и k.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что активной средой является безводная уксусная кислота.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют растворитель, выбранный из ряда: толуол, этилацетат, бутилацетат, метилтрет-бутиловый эфир.
10. Способ по п.7, отличающийся тем, что процесс поликонденсации осуществляют в температурном интервале от 20°С до температуры кипения реакционной смеси.
11. Способ по п.7, отличающийся тем, что мольное соотношение суммарного количества органоалкоксисиланов и уксусной кислоты составляет от 1:3 до 1:20.
12. Способ по п.7, отличающийся тем, что количество органического растворителя в реакционной смеси составляет от 10 до 90% объемных.
RU 2007115199 А, 10.11.2008 | |||
US 6232424 B1, 15.05.2001 | |||
Способ получения кремнийорганических полимеров | 1973 |
|
SU579288A1 |
0 |
|
SU298617A1 | |
US 4223121 A1, 16.09.1980. |
Авторы
Даты
2011-06-27—Публикация
2009-12-18—Подача