DE69019101T2 - Hitzehärtbare Einkomponentenorganopolysiloxanzusammensetzungen. - Google Patents
Hitzehärtbare Einkomponentenorganopolysiloxanzusammensetzungen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen mit verbesserter Lagerstabilität. Mehr im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung eines Hydrosilylierungskatalysators in Form einer Einschlußverbindung eines Cyclodextrins, wie β-Cyclodextrin, und eines Komplexes eines Platinhalogenids und einer aliphatisch ungesättigten, cyclischen Verbindung, wie 1,5-Cyclooctadien.
- Vor der vorliegenden Erfindung beruhten, wie durch Kookootsedes et al., US-PS 3,445,420, gezeigt, Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen auf einer durch Platin katalysierten Anlagerungsreaktion von Siliciumhydrid an Siliciumvinyl, die allgemein einen Inhibitor für den Platinkatalysator benutzte. Der Zweck des Inhibitors war es, die Hydrosilylierungs-Reaktion zu verlangsamen, um die Verarbeitungszeit der Einkomponenten-Polyorganosiloxanmischung bei geringer oder Raumtemperatur zu verlängern. Die Polyorganosiloxan-Mischungen waren im allgemeinen aus einem Grundpolymer, bestehend aus einem Polydiorganosiloxan mit chemisch gebundenen Methylvinylsiloxy-Einheiten zusammengesetzt, das in Kombination mit einem Hydridsiloxan benutzt wurde. Zusätzliche inhibierte, durch Platin anlagerungs-härtbare Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen, auf der Grundlage von Siliciumhydrid/Siliciumvinyl, wurden durch Berger et al. US-PS 3,882,083, die ein ethylenisch ungesättigtes Isocyanurat als einen Inhibitor und die US-PSn 4,472,562 und 4,472,563 gezeigt, die acetylenisch ungesättigte Inhibitoren benutzen.
- In der EP-A-0 399 331 sind hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan- Zusammensetzungen beschrieben, die einen Platinkatalysator benutzen, der in einem organischen Harz wie einem thermoplastischen, organischen Polymer oder einem hitzehärtbaren, organischen Polymer, mikroeingekapselt ist. Der mikroeingekapselte Katalysator liegt in Form von Kapseln mit einem mittleren Durchmesser von etwa 4 bis 60 um vor. Obwohl unter Umgebungsbedingungen eine befriedigende Lagerstabilität unter Verwendung solcher mikroeingekapselten Platinkatalysatoren in Einkomponenten-Mischungen einer vinylsubstituierten Diorganosiloxan-Flüssigkeit und einer Siloxanhydrid-Flüssigkeit erzielt werden kann, wurde festgestellt, daß sich die Kapseln häufig am Boden der hitzehärtbaren Einkomponenten-Polyorganosiloxanmischung absetzen oder die Durchsichtigkeit der härtbaren Mischung verringern.
- Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen hergestellt werden können unter Einsatz einer Einschlußverbindung eines Komplexes eines Platinhalogenids mit einem Dien, wie 1,5-Cyclooctadien (COD), mit einem Cyclodextrin, wie β-Cyclodextrin (BCD), als einem latenten Platinkatalysator. Eine typische Einschlußverbindung eines Platinhalogenids mit COD und BCD ist durch Akira Harada et al., Journal of the Chemical Soeiety, Chemical Communications, Nr. 16, Seiten 1229-1230 (1986) gezeigt. Es wurde festgestellt, daß der Einsatz der vorgenannten Platin-Einschlußverbindungen in hitzehärtbaren Einkomponenten-Siliconmischungen Lagerstabilitäten von sieben Monaten oder mehr bei Umgebungstemperaturen und im wesentlichen transparente bzw. durchsichtige, gehärete Polyorganosiloxan-Produkte ergeben kann.
- Durch die vorliegende Erfindung werden hitzehartbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen geschaffen, umfassend, bezogen auf das Gewicht:
- (A) 100 Teile einer vinylsubstituierten Polyorganosiloxan-Flussigkeit,
- (B) 1 bis 20 Teile eines Siloxanhydrids und
- (C) eine Menge einer Einschlußverbindung aus einem Cyclodextrin und einem Komplex eines Platinhalogenids und einer Verbindung, ausgewählt aus Cyclooctadien oder einem Norbornadien, die als ein latenter Platinkatalysator wirksam ist.
- Die vinylsubstituierte Polyorganosiloxan-Flussigkeit, die im folgenden als das "Vinylsiloxan" bezeichnet wird, die in den hitzehärtbaren Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann eine Viskosität von 0,1 bis 200 Pa s (100-200.000 centipoise) haben. Obwohl Vinylsubstitution an der Polysiloxankette vorkommen kann, ist ein bevorzugtes Vinylsiloxan eines der folgenden Formel:
- worin C&sub2;H&sub3; Vinyl ist und R ausgewählt ist aus einwertigen, organischen C&sub1;&submin;&sub1;&sub3;-Resten, frei von olefinischer Ungesättigtheit, und t eine positive ganze Zahl mit einem Wert ist, der genügt um eine Viskosität des Vinylsiloxans von 0,1 bis 200 Pa s (100-200.000 centipoise) bei 25ºC zu schaffen. Vorzugsweise wird R ausgewählt aus Alkylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl Propyl; einwertigen Arylresten, wie Phenyl, Methylphenyl, Ethylphenyl; Cycloalkylresten, wie Cycloheptyl, und Halogenalkylresten, wie 3,3,3-Trifluorpropyl. Vorzugsweise hat das Vinylsiloxan endständige Einheiten der Formel,
- C&sub2;H&sub3;(CH&sub3;)&sub2;SiO0,5
- die von etwa 0,05 bis etwa 3,5 Mol-%, bezogen auf die insgesamt chemisch verbundenen Siloxyeinheiten, und vorzugsweise von 0,14 bis etwa 2 Mol-% variieren können.
- Vorzugsweise ist die vinylsubstituierte Polyorganosiloxan-Flüssigkeit eine vinylsubstituierte Polydimethylsiloxan-Flüssigkeit.
- Das Vinylsiloxan der Formel (1) kann hergestellt werden durch Äquilibrieren von Cyclotetrasiloxan mit einem Kettenabbruchsmittel aus Vinylendgruppen aufweisendem Polysiloxan geringen Molekulargewichtes. Wenn Vinylorganosiloxy-Einheiten in der Kette erwünscht sind, dann kann in der Äquilibrierungsmischung eine vorbestimmte Menge cyclischen Vinylorganosiloxans eingesetzt werden. Das Kettenabbruchsmittel ist vorzugsweise ein Vinylendgruppen aufweisendes Polyorganosiloxan geringen Molekulargewichtes, wie das entsprechende Disiloxan, Trisiloxan, Tetrasiloxan. Diese Vinylendgruppen aufweisenden Polysiloxanpolymere geringen Molekulargewichtes werden hergestellt durch Hydrolysieren der geeigneten Chlorsilane, insbesondere von Vinyldioiganochlorsilan zusammen mit Diorganodichlorsilan, um die erwunschten Vinylendgruppon aufweisenden Polydiorganosiloxane zu bilden. Der Aquilibrierungs- Katalysator der eingesetzt wei den kann, ist vorzugsweise ein Katalysator aus einer milden Saure, wie Toluolsulfonsaure oder säurebehandelter Ton. Ein Alkalimetallhydroxid als Katalysator, wie Kalium- oder Natriumhydroxid, kann ebenfalls als Äquilibrierungs-Katalysator benutzt weiden. Wenn die Äquilibrierung bis zu dem Punkt fortgeschritten ist, bei dem 85% des Cyclopolysiloxans in lineares Polymer umgewandelt worden sind, dann kann der Säurekatalysator neutralisiert oder abfiltriert werden. Vorzugsweise werden überschüssige, cyclische Beständteile durch Strippen entfernt, so daß das lineare Polymer einen geringen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen aufweist.
- Zu dem Siloxanhydrid gehört ein "Kuppler" der Formel
- worin R¹ ausgewählt ist aus einwertigen, organischen C&sub1;&submin;&sub1;&sub3;-Resten, frei von olefinischer Ungesättigtheit und n eine ganze Zahl mit einem genügenden Wert ist, um den "Kuppler" mit einer Viskosität von 1x10&supmin;³ bis 0,5 Pa s (1-500 centipoise) bei 25ºC und von etwa 3 bis 9 Mol-% Ketten beendender Diorganohydridsiloxy-Einheiten, bezogen auf die Gesamtmole der chemisch verbundenen Siloxyeinheiten im Siloxanhydrid, zu versehen.
- Zusätzlich zum Kuppler der Formel (2) kann das in den hitzehärtbaren Polysiloxan-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung benutzte Siloxanhydrid auch Siloxanhydridharze einschließen, die im wesentlichen aus der folgenden, Ketten beendenden Einheit
- kondensiert mit Silicat (SiO&sub2;)-Einheiten, bestehen, worin das Verhältnis von R² + H zu Si von 1,0 bis 2,7 varrieren kann. Eine Diskussion von Siliconharzen findet sich in Rochow "Chemistry of the Silicones, 2. Auflage, Seiten 90-94, John Wiley and Sons, New York, 1951, die durch Bezugnahme hier aufgenommen werden. Siloxanhydrid-Harze können auch die obigen kondensierten, Ketten beendenden Einheiten, chemisch kombiniert mit SiO&sub2;-Einheiten und (R³)&sub2;SiO-Einheiten, aufweisen, worin das Verhältnis von R² + R³ +H zu Si von 1,2 bis 2,7 variieren kann, und R² und R³ einwertige, organische C&sub1;&submin;&sub1;&sub3;-Reste, frei von olefinischer Ungesättigtheit, sind, die aus den Resten für R¹ ausgewählt sein können.
- Die Siloxanhydrid-Harze können hergestellt werden durch Hydrolysieren der entsprechen den Hydridchlorsilane in Gegenwart eines organischen Kohlenwasserstoff- Lösungsmittels. Um Harze herzustellen, die nur monofunktionelle (R²)&sub3; SiO1/2-Einheiten und tetrafunktionelle SiO&sub2;-Einheiten aufweisen, können ein Hydrogendiorganochlorsilan und Tetrachlorsilan gemeinsam hydrolysiert werden. Harze mit monofunktionellen Siloxy-Einheiten, difunktionellen Siloxy Einheiten und tetrafunktionellen Siloxy-Einheiten können erhalten werden durch Hydrolysieren eines Hydrogendiorganosilans, Tetrachlorsilans und eines Diorganodichlorsilans in bestimmten Verhältnissen. Zusätzliche Siloxanhydrid-Harze sind von Jeram, US-PS 4,041,010, gezeigt.
- Das Siloxanhydrid kann auch lineares Polyorganosiloxan der Formel einschließen
- worin R&sup4; ein einwertiger, organischer C&sub1;&submin;&sub1;&sub3;-Rest, frei von olefinischer Ungesättigtheit, ist und p und q ganze Zahlen mit genügenden Werten sind, um ein Polymer mit einer Viskosität von 1 bis 1.000 mPa s (centipoise) bei 25ºC zu schaffen, und worin das Polysiloxan 0,04 bis 1,4 Gew.-% Wasserstoff enthält.
- Das Siloxanhydrid der Formel (3) kann hergestellt werden durch Äquilibrieren des geeigneten Hydrogencyclopolysiloxans mit dem geeigneten Cyclopolysiloxan, das R&sup4;- Substituentengruppen enthält, in Kombination mit linearen Triorganosiloxan-Kettenabbruchsmitteln geringen Molekulargewichtes.
- In den Formel (2) und (3) und den obigen Siloxanhydrid-Harzen können die chemisch kombinierten Einheiten R¹-, R²-, R³- und R&sup4;-Reste aufweisen, die gleich oder verschieden sein können, und ausgewählt sind aus Alkylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl, Propyl usw.; Cycloalkylresten, wie Cyclohexyl, Cycloheptyl usw.; Arylresten, wie Phenyl, Tolyl, Xylyl usw. und Halogenalkylresten, wie 3,3,3-Trifluorpropyl.
- Das Siloxanhydrid der Formel (2) wird entweder hergestellt durch ein Hydrolyseverfahren oder durch ein säurekatalysiertes Äquilibrierungs-Verfahren. Bei dem Äquilibrierungs-Verfahren wird Cyclopolysiloxan mit einem Wasserstoffendgruppen aufweisenden Kettenabbruchsmittel geringen Molekulargewichtes, wie Dihydrogentetraorganodisiloxan, äquilibriert. Die säurekatalysierte Äquilibrierungs-Reaktion verläuft ähnlich wie bei dem Verfahren, das zur Herstellung des vinylhaltigen Gundpolymers benutzt wird. Bei dem Hydrolyseverfahren wird Hydrogendiorganochlorsilan zusammen mit Diorganodichlorsilanen hydrolysiert, um das Polymer der Formel (2) herzustellen. Das resultierende Siloxanhydrid kann von unerwünschten, cyclischen Bestandteilen durch Strippen abgetrennt werden. Vorzugsweise ist das Siloxanhydrid ein Methylsiloxanhydrid.
- Der bei der Ausfuhrung der vorliegenden Erfindung benutzte Platinkatalysator kann in Form einer Einschlußverbindung von Cyclodextrin, wie β-Cyclodextrin, α-Cyclodextrin oder γ-Cyclodextrin, und eines Platinmetall-Komplexes von Cycloocta-1,5-dien oder Norbornadien mit einem Platinhalogenid, wie PtCl&sub2;, vorliegen. Er kann hergestellt werden gemäß dem oben zitierten Verfahren von Akira Harada et al., das durch Bezugnahme hier aufgenommen wird. So kann zum Beispiel eine Einschlußverbindung des Dien-Platin-Komplexes und des Cyclodextrins hergestellt werden durch Hinzugeben feiner Kristalle des Dien-Platin-Komplexes zu einer gesättigten, wässerigen Lösung des Cyclodextrins bei 40ºC. Das ausfallende Produkt kann mit Wasser gewaschen werden, um übriges Cyclodextrin zu entfernen, und es wird im Vakuum getrocknet. Nicht eingeschlossener Platinkomplex kann durch Waschen des Restes mit Tetrahydrofuran entfernt werden, und das Produkt aus Wasser oder wässerigem Ethanol umkristallisiert werden. Der Dien-Platin-Komplex kann hergestellt werden gemäß dem Verfahren von H.C. Clark et al., "Journal of Organic Metallic Chemistry", 59, 411-428 (1973) und insbesondere Seiten 411, 421 und 423, das durch Bezugnahme hier aufgenommen wird. Vorzugsweise ist der Platinhalogenid-Komplex 1,5-Cyclooctadien-PtI&sub2;.
- Eine wirksame Menge des Platinkatalysators der vorliegenden Erfindung ist die Menge der Einschlußverbindung, die genügt, um 5 ppm bis 200 ppm Platin, bezogen auf das Gewicht der hitzehärtbaren Polyorganosiloxan-Zusammensetzung, und vorzugsweise von 10 ppm bis 100 ppm, zu schaffen.
- In die hitzehärtbaren Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können von 5 bis 100 Gewichtsteile eines Füllstoffes, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Vinylsiloxans, eingearbeitet werden. Der Füllstoff kann ausgewählt werden aus pyrogenem Siliciumdioxid, gefälltem Siliciumdioxid und deren Mischungen. Vorzugsweise werden weniger als 50 Gewichtsteile Füllstoff auf 100 Gewichtsteile des Vinylsiloxans benutzt. Anstelle des verstärkenden Füllstoffes, wie pyrogenen Siliciumdioxids und gefällter Siliciumdioxide, können streckende Füllstoffe benutzt werden, die die Viskosität der Zusammensetzung im ungehärteten Zustand nicht unangemessen erhöhen, aber die Zugfestigkeit der Zusammensetzung zu einem gewissen Ausmaß verbessern.Die verstärkenden und streckenden Füllstoffe sind zum Beispiel Titandioxid, Lithopone, Zinkoxid, Zirkoniumsilicat, Siliciumdioxid-Aerogel, Eisenoxid, Diatomeenerde, Calciumcarbonat, mit Silazan behandelte Siliciumdioxide, Glasfasern, Magnesiumoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, α-Quarz, calcinierter Ton, Kohlenstoff, Graphit, Kork, Baumwolle, synthetische Fasern usw.
- Für Anwendungen zum Spritzgießen von Flussigkeiten wurde es als erwünscht festgestellt, die Viskositat auf unter 500 Pa s (500.000 centipoise) bei 25ºC und bevorzugter auf unterhalb 200 Pass (200.000 centipoise)bei 25ºC, zu begrenzen.
- Die Härtung der hitzehartbaren Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann bei einer Temperatur von 100ºC bis 200ºC und vorzugsweise von 135ºC bis 150ºC erfolgen.
- Um dem Fachmann die Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, werden die folgenden Beispiele zur Veranschaulichung, nicht aber zur Einschränkung angegeben. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht.
- Eine Lösung von 3,1 g von β-Cyclodextrin (BCD) und 25 ml Wasser wurde auf 60ºC erwärmt, bis sich das BCD gelöst hatte. Es wurde zu der Lösung 1 g (2,67 mmol) von CODPtCl&sub2; (COD = 1,5-Cyclooctadien) hinzugegeben. Nach 3 Stunden wurde ein Niederschlag erhalten, der erst mit Wasser und dann mit Methylenchlorid gewaschen wurde. Der verbliebene Feststoff wurde im Vakuum getrocknet, und er ergab 3,32 g (78% Ausbeute) eines grauen Pulvers, Schmelzpunkt (F) 238ºC. Auf der Grundlage des Herstellungsverfahrens war das Produkt eine Einschlußverbindung von CODPtCl&sub2; in BCD. Elementaranalyse für C&sub5;&sub0;H&sub8;&sub2;Cl&sub2;O&sub3;&sub5;Pt:
- Errechnet: C 41,1, H 5,52, Pt 13,03;
- Gefunden: C 37,44, H 5,61, Pt 11,7
- Die Analyse mit dem Differentialkalorimeter (DSC) zeigte eine endotherme Reaktion bei 219ºC, gefolgt von einer exothermen Reaktion bei 250-300ºC. Diese Ergebnisse zeigten, daß das Material mit etwa 2-3% nicht umgesetztem BCD verunreinigt war.
- Eine hitzehäftbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzung wurde hergestellt durch Einarbeiten von 100 ppm Platin in einer Grundmischung aus 4,5 g einer Vinylendgruppen aufweisenden Dimethylsiloxan-Flüssigkeit mit einer Viskosität von 4 Pa s (4.000 centipoise) und 0,5 g eines Siloxanhydrids, bestehend im wesentlichen aus kondensierten Methylhydrogensiloxy-Einheiten, Dimethylsiloxy-Einheiten und Trimethylsiloxy-Endgruppen, mit einer Viskosität von 0,05-0,15 Pa s (50-150 centipoise) und 0,8 Gew.-% Wasserstoff. Eine härtbare Einkomponentenmischung wurde hergestellt unter Einsatz von 1 mg COD-PtCl&sub2;, und eine andere hitzehärtbare Mischung wurde hergestellt unter Einsatz von 3,9 mg von BCD-COD-PtCl&sub2;, um in jeder Mischung 100 ppm Platin zu schaffen. Die entsprechenden Mischungen wurden dann hinsichtlich der Lagerstabilität bei Umgebungstemperatur bis zu 70ºC und der Gelierungszeit bei 130- 150ºC gemessen. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: Tabelle I Katalysator Temperatur Gelierungszeit Monate Tage Minuten Stunden
- Die obigen Ergebnisse zeigen, daß die Einschlußverbindung des Platinkomplexes in β-Cyclodextrin wesentlich stabiler war als ein Hydrosilylierungskatalysator, als der Platinkomplex selbst. Außerdem waren die gehärteten Mischungen durchsichtig.
- COD-PtI&sub2; wurde aus COD-PtCl&sub2; hegestellt durch Umsetzen des COD-PtCl&sub2; mit NaI, gemäß dem Verfahren von C.R. Kistner et al., "Inorganic Chem.", 2 1255,(1963). Das COD-PtI&sub2; wurde mit β-Cyclodextrin zur Bildung einer 1:1-Einschlußverbindung umgesetzt. Die Einschlußverbindung wurde zum Katalysieren der Siliconmischung von Beispiel 1 eingesetzt. Die resultierende, hitzehärtbare Mischung gelierte innerhalb von 12 Minuten bei 150ºC und war unter Umgebungsbedingungen für mindestens 35 Tage stabil.
Claims (6)
1. Hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzungen,
umfassend, bezogen auf das Gewicht:
(A) 100 Teile einer vinylsubstituierten Polyorganosiloxan-Flüssigkeit,
(B) 1 bis 20 Teile eines Siloxanhydrids und
(C) eine Menge einer Einschlußverbindung aus einem Cyclodextrin und einem
Komplex eines Platinhalogenids und einer Verbindung, ausgewählt aus
Cyclooctadien oder einem Norbornadien, die als ein latenter
Platinkatalysator wirksam ist.
2. Hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzung nach
Anspruch 1, worin die vinylsubstituierte Polyorganosiloxan-Flüssigkeit eine
vinylsubstituierte Polydimethylsiloxan-Flüssigkeit ist.
3. Hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzung nach
Anspruch 1, worin das Siloxanhydrid eine Methylsiloxanhydrid-Flüssigkeit ist.
4. Hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzung nach
Anspruch 1, worin das Gyclodextrin β-Cyclodextrin ist.
5. Hitzehäftbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzung nach
Anspruch 1, worin der Platinhalogenidkomplex 1,5-Cyclooctadien-PtC1&sub2; ist.
6. Hitzehärtbare Einkomponenten-Polyorganosiloxan-Zusammensetzung nach
Anspruch 1, worin der Platinhalogenidkomplex 1,5-Cyclooctadien-PtI&sub2; ist.
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