羟基硅烷和含硅烷基团的聚合物的制作方法_2

文档序号:9713115阅读:来源:国知局
[0058] 通式为(I)的羟基硅烷在隔绝湿气的条件下有非常好的储存稳定性。在室温下存 放数月几乎没有发现纯度下降,更确切地说,不仅对具有乙氧基团的是这样、而且令人惊奇 地对含有甲氧基团、通式为(I)且反应活性明显较大的羟基硅烷也是如此。
[0059] 根本上,制备和储存羟基硅烷的难处在于,羟基与硅烷基团反应会释放出醇R5-OH ("自缩合")。此反应原则上不仅可能在分子间发生,而且也可能在分子内发生,此时要么产 生环状硅烷,或者产生具有多个硅原子的缩合度更高或者低聚的硅烷化合物。此类杂质在 制备羟基硅烷或者存放过程的过程中可能就已经产生。
[0060] 通式为(I)的羟基硅烷的硅烷基团具有与湿气接触就会水解的特性,会形成有机 硅烷醇(含有一个或者多个硅烷醇基、Si-OH基团的硅有机化合物)以及通过随后的缩合反 应产生的有机硅氧烷(含有一个或多个娃氧烷基团、Si-O-Si-基团的娃有机化合物),同时 会释放出相应的醇,例如在硅上有乙氧基团的情况下会释放出乙醇。
[0061] 当至少一种通式为(I)的羟基硅烷(至少部分)水解的时候,即可获得具有至少一 个通式为(V)的硅烷醇基团的化合物。
[0063] 通式(V)中的η表示1或2或3,其中η具有最高值(3-x)。!?4、!?5和X具有已经提及的含 义。
[0064] 具有通式为(V)的硅烷基团的此类水解或部分水解化合物非常活泼,并且可以很 快继续反应,要么与其它硅烷基团缩合形成硅氧烷基团(Si-O-Si基团),或者例如与基材的 羟基缩合。
[0065] 通式为(I)的羟基硅烷能够相对于各种各样的基材形成很强的附着力,或者改善 含有该硅烷的组合物相对于基材的附着力。
[0066] 通式为(I)的羟基硅烷可以有利地用来制备加合物。可使其与至少一种化合物进 行反应,所述化合物含有至少一个、优选含有至少两个可以与羟基反应的基团。
[0067] 本发明还涉及通式为(I)的羟基硅烷与至少一种化合物反应获得的加合物,所述 化合物含有至少一个、优选含有至少两个反应基团,所述反应基团选自异氰酸酯、环氧化 物、丙烯酸、甲基丙烯酸、酸酐、羧酸、酯、碳酸酯和环状碳酸酯的基团。其中优选的是异氰酸 酯、酸酐、羧酸、酯、碳酸酯和环状碳酸酯的基团。
[0068] 特别优选的是具有异氰酸酯基团的化合物。
[0069] 可以如此进行反应,使得通式为(I)的羟基硅烷与所述反应基团的用量为化学计 量比或者过化学计量比,可以获得具有至少一个、优选具有至少两个硅烷基团并且基本上 不含所述反应基团的加合物。但也可以如此进行反应,使得反应基团与通式为(I)的羟基硅 烷之间存在过化学计量比关系。
[0070] 通式为(I)的羟基硅烷与具有反应基团的化合物之间的反应可在与通常参与相应 反应的反应基团之间的反应条件相同的已知条件下进行。可使用溶剂进行反应,优选不使 用溶剂进行反应。任选地可同时使用助剂,例如催化剂、引发剂、干燥剂或者稳定剂。优选在 提高的温度下,例如在40~100°C温度下,并且在有至少一种合适催化剂存在的情况下与异 氰酸酯基团进行反应。
[0071] 特别适用的含异氰酸酯基团的化合物是单体和/或者低聚的脂族、环脂族、芳脂族 或者芳族聚异氰酸酯,特别是1,6-六亚甲基二异氰酸酯、1-异氰酸基-3,3,5-三甲基-5-异 氰酸基甲基环己烷,4,-、2,f -和2,2~二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4_和2,6_甲苯二异氰 酸酯;含有脲二酮、异氰脲酸酯或者亚氨基噁二嗪二酮基团的这些异氰酸酯的低聚物;含有 酯、尿素、氨基甲酸酯、缩二脲、脲基甲酸酯、碳二亚胺、脲酮亚胺或者噁二嗪三酮基团的改 性多异氰酸酯;以及具有异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物,也就是多异氰酸酯与多元醇的具 有一个以上异氰酸酯基团的反应产物,所述多元醇特别是多元醇、乙二醇或氨基醇,多羟基 官能化聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯或者聚烷烃,特别是聚醚,与以下所述用来制备含 异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物的聚醚一样;以及异氰酸基硅烷,特别是3-异氰酸基丙基三 甲氧基硅烷和3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷。
[0072] 当这些加合物(至少部分)水解时,就会产生具有通式为(V)的硅烷基团的化合物, 与针对通式为(I)的羟基硅烷所述的一样。此类水解或者部分水解的加合物非常活泼,并且 能以之前所述相同的方式很快继续反应。
[0073] 不仅通式为(I)的羟基硅烷、而且其加合物也可以有利地用作塑料和各种基材之 间用于对表面进行涂层的增附剂,以便例如改善污染倾向、易洁特性等等,并且/或者可作 为干燥剂。可以将其作为溶液使用,或者作为溶液或组合物的成分,例如作为预处理剂、活 化剂、底胶或者底涂剂。
[0074]如果用作增附剂或者对表面进行涂层处理,那么合适的基材特别是以下提及的基 材Sl和S2。
[0075] 特别有利地,使用通式为(I)的羟基硅烷或者其力哈物作为可固化组合物的成分。 所述可固化组合物特别是具有异氰酸酯基团的聚氨酯组合物、环氧树脂组合物或者具有硅 烷基团的组合物。
[0076] 特别可以使用此类可固化组合物作为建筑和工业应用的灌封料、密封剂、粘合剂、 衬面、涂层和涂饰。
[0077] 可固化组合物优选是弹性的粘合剂和/或者密封剂。
[0078] 可固化组合物还可以是活化剂或底涂剂,通常含有至少一种溶剂,并且可选择还 有其它成分,特别是催化剂、其它硅烷、钛酸盐和锆酸盐,任选地可含有填料、湿润剂、多异 氰酸酯、具有异氰酸酯基团和/或者硅烷基团的聚氨酯聚合物或者环氧树脂。
[0079] 从通式为(I)的羟基硅烷或者其加合物的上述应用可产生一种制品,该制品特别 是地上或地下工程的建筑物,或者是工业产品。
[0080] 本发明还涉及具有通式为(VI)的端基的聚合物,所述聚合物不含异氰酸酯基团并 且是通式为(I)的羟基硅烷的加合物
[0082] 通式(VI)中的f、1?〃、1?1、1?2、1? 3、1?4、1?5和1具有已经提及的含义。
[0083] 具有通式为(VI)的端基的聚合物的分子量优选在1/000~30/00(^/111〇1范围内,优 选为2' 000~25' OOOg/mol,特别优选为3' 000~2(/ 000g/mol,并且特别为V 000~15' OOOg/ mo 1。这种聚合物能实现良好的机械特性。
[0084] 具有通式为(VI)的端基的聚合物多数优选具有聚氧化烯单元,特别优选具有聚氧 化乙烯和/或者聚氧化丙烯单元,特别具有聚氧化丙烯单元。这种聚合物具有很低的粘性, 并且能实现良好的机械特性,即使在低温下也有良好的弹性。
[0085] 通式为(VI)的端基特别地多数与脂环族残基结合。这种聚合物具有特别好的光稳 定性和染色稳定性。聚合物1~4、特别优选是1~3、特别是2或3、最优选是2优选具有通式为 (VI)的端基。这种聚合物能够实现良好的机械特性,特别能实现很高的延伸性。
[0086] 特别地,至少一种通式为(I)的羟基硅烷与至少一种含异氰酸酯基团的聚氨酯聚 合物反应,即可获得具有通式为(VI)的端基的聚合物。在该反应中羟基硅烷与异氰酸酯基 团的用量至少为化学计量比关系,优选略微超化学计量比。特别可使用1.0~1.25的0H/NC0 比例。优选在20~120 °C特别在50~100°C范围内的温度下进行反应。优选使用至少一种催 化剂,特别可以使用三价铋化合物、二价锌化合物、四价锆化合物、二价锡化合物或者四价 有机锌化合物。
[0087] 为了与至少一种含异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物进行反应,通式为(I)的优选羟 基硅烷选自2-双(2-甲氧基乙基)氨基-4-(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-二丁 基氨基-4-(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-二异丙基氨基-4-(2-三乙氧基甲硅 烷基乙基)环己烧 _1_醇、2-吗琳基二乙氧基甲娃烷基乙基)环己烧醇、2-(2,6 -_. 甲基吗啉基)-4-(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-硫代码啉基-4-(2-三乙氧基 甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-吡咯烷基-4-(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-(4-甲基哌嗪基)-4-(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇,以及硅烷残基在5位置中而 不是在4位置中的相应化合物,以及利用甲氧基替代硅烷上的乙氧基的相应化合物。
[0088] 其中特别优选2-吗啉基-4-(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-吗啉基- 4-(2-二乙氧基甲娃烷基乙基)环己烧醇、2-吡略烷基二甲氧基甲娃烷基乙基)环 己烧_1_醇、2-吡略烷基-4-( 2-二乙氧基甲娃烷基乙基)环己烧醇,以及硅烷残基在5位 置而不是在4位置的相应化合物。
[0089]最优选的是在4位置和5位置有硅烷残基的分子构成的混合物,也就是2-吗啉基-4 (5)-(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-吗啉基-4(5)-(2-三乙氧基甲硅烷基乙 基)环己烧_1 _醇、2-吡略烷基-4(5)-( 2-二甲氧基甲娃烷基乙基)环己烧醇和2-吡略烧 基-4(5)-( 2-二乙氧基甲娃烷基乙基)环己烧醇。
[0090] 利用这些羟基硅烷可获得具有低粘性和良好储存稳定性的聚合物,所述聚合物遇 湿气能迅速固化成为强度、延伸性很高并且有良好热稳定性的交联粘合剂。
[0091] 使得至少一种多元醇与至少一种聚异氰酸酯特别是二异氰酸酯进行反应,特别可 获得适合于该反应的含异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物。进行该反应的方式为:利用常见的 方法,特别在50~100°C温度下,任选地使用合适的催化剂,使得多元醇和多异氰酸酯进行 反应,此时如此计量加入多异氰酸酯,使其异氰酸酯基团与多元醇的羟基存在过化学计量 比关系。特别可如此选择多异氰酸酯的过剩量,使得在多元醇的所有羟基反应之后,留在所 产生的聚氨酯聚合物中的游离异氰酸酯相对于全部聚合物的含量为0.1~5重量%,优选为 0.1~2.5重量%,特别优选为0.2~1重量%。优选具有所述游离异氰酸酯基团含量的聚氨 酯聚合物,使得二异氰酸酯与高分子二醇以1.5/1~2.2/1、特别以1.8/1~2.0/1的NC0/0H 比例进行反应,即可获得所述的游离异氰酸酯基团。任选地可以在使用增塑剂的情况下制 备聚氨酯聚合物,所使用的增塑剂不含与异氰酸酯基团反应的基团。
[0092] 以下市面上常见的多元醇或者其任意混合物特别适合作为用来制备含异氰酸酯 基团的聚氨酯聚合物的多元醇:
[0093]-聚氧化烯多元醇,也称作聚醚多元醇或低聚醚醇,即环氧乙烷、1,2_环氧丙烷、1, 2-或者2,3_环氧丁烷、四氢呋喃的聚合产物或者其混合物,任选地可利用具有两个或更多 活泼氢原子的起始分子进行聚合反应,例如水、氨或者具有多个OH或NH基团的化合物,例如 1,2-乙二醇,1,2-和1,3-丙二醇,新戊二醇,二乙二醇,三乙二醇,二丙二醇和三丙二醇异构 体,丁二醇异构体,戊二醇,己二醇,庚二醇,辛二醇,壬二醇,癸二醇,十一烷二醇,1,3-和1, 4-环己烷二甲醇,双酚A,氢化双酚A,I,I,1-三羟甲基乙烷,I,I,1-三羟甲基丙烷,甘油,苯 胺,以及上述化合物的混合物。优选具有低不饱和度的聚氧化烯多元醇(根据ASTM D-2849-69测定,单位为每克多元醇的毫当量不饱和度(mEq/g)),例如可利用双金属氰化物络合催 化剂(DMC催化剂)进行制备。
[0094]特别适用的是聚氧化烯二醇或者聚氧化稀三醇,特别是聚氧化乙烯和聚氧化丙烯 二醇和三醇。此外特别适用的还有环氧乙烷封端的(EO-endcapped)聚氧化丙烯多元醇。后 者是例如通过下述方式获得的聚氧化乙烯-聚氧化丙烯多元醇:在聚丙氧基化反应结束之 后,将聚氧化丙烯多元醇与环氧乙烷继续进行烷氧基化反应,从而使其具有伯羟基。
[0095] -苯乙烯-丙烯腈或者丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯接枝的聚醚多元醇。
[0096] -聚酯多元醇,也称作低聚酯醇,根据已知的方法制备,特别是羟基羧酸或者脂族 和/或者芳族多元羧酸与二元或多元醇的缩聚方法。
[0097]特别适合作为聚酯多元醇是那些用二元至三元醇、特别用二元醇例如乙二醇、二 乙二醇、丙二醇、二丙二醇、新戊二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-己二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇、1,12-羟基硬脂酸醇、1,4-环己烷二 甲醇、二聚脂肪酸二醇(二聚二醇)、羟基特戊酸新戊二醇酯、甘油、1,1,1_三羟甲基丙烷或 者上述醇的混合物与有机二羧酸或三羧酸特别是二羧酸或者其酸酐或酯例如琥珀酸、戊二 醇、己二酸、三甲基己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二羧酸、马来酸、富马酸、二聚脂 肪酸、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、六氢邻苯 二甲酸
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