CN102105514A - 用于生产硅酮基泡沫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种由含有硅酮的聚合物混合物(A)制备硅酮基泡沫的方法,其中使用有利于形成聚合物网络的至少一种化合物(V),其含有至少一个通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团:≡Si-O-C(R1)(R2)(R3)[1a],=Si(R5)-O-C(R1)(R2)(R3)[1b],≡Si-O-C(O)-U[1c],一旦聚合物混合物(A)固化从化合物(V)消除至少一个在加工过程中是气态的并使得聚合物混合物(A)中形成泡沫的分子(XY),以及一种选自布朗斯特酸、布朗斯特碱、路易斯酸和路易斯碱的催化剂(K),其中R1、R2、R3、R5和U具有权利要求1中的含义,其中排除交联过程中能够形成SiO2的聚合物混合物(A)。本发明还涉及泡沫层、泡沫模制体、胶粘剂或密封剂的制备方法,以及根据前面提到的方法由聚合物混合物(A)制备的硅酮基泡沫。
Description
本发明涉及一种用于生产无铂的硅酮基的(silicone-based)泡沫、泡沫层、泡沫模制品、以及胶粘剂或密封剂的方法,并且还涉及硅酮基泡沫。
在专利和其它文献中的现有技术具有很多泡沫塑料制品的实例,并且还具有用于泡沫形成的相应发泡体系的实例。塑料部件的泡沫化主要是为了减重和获得新的特性。在弹性体技术中另一个期望的特征是压缩率的增加。例如为了获得具有对温度作用或化学品最大耐性的泡沫,优选使用硅酮弹性体作为主橡胶。弹性体泡沫主要通过例如在升高的温度下或通过添加助剂释放气体,诸如氮气、氧气、CO2、氢气以及水蒸气的化学发泡剂来生产。在EP 0553889B1中,通过例如使用水来实现发泡,而在EP 0506241B1中,通过使用乙醇来实现发泡。然而,这两种发泡剂的缺点在于它们原则上是与硅酮不相容的极性物质。因此,在弹性体基质中它们必须被乳化,并且这导致关于处理和稳定性的严格限制,例如后果是分层现象和不均匀性。其它起泡体系如膦例如描述在专利EP 0355429B1中,并且伴随相同的问题。
如例如在EP 0416229A2中描述的氢基泡沫具有很大的限制应用,因为在混合组分后,它们必须原位使用。此外,虽然这些泡沫可以实现非常低的密度,但是它们仅具有低的机械强度。
而且,传统的氮基发泡剂,诸如偶氮二甲酰胺和2,2’-偶氮二异丁腈AIBN的使用并不认为可用于实现该目的,这是因为如例如Reinl,W.,Erkrankungen durchbei derSchaumstoffherstellung[Pathological Effects of Tetramethylsuccinonitrile inFoam Production],Archiv für Toxikologie,volume 16,page 367380,1957,andAzobisisobutyronitrile[Azobisisobutyronitriles],Health Council of theNetherlands,2002,Publication 2002/01OSH描述的毒理学考虑的因素,以及因为适度的压缩永久变形,如在所述出版物的实施例8的表1所揭示的。
最后,存在于文献中提及的二氧化碳形成的泡沫,如在专利说明书DE 19750697A1和EP 0751173B1中,所述泡沫基于碳酸盐的分解。这些泡沫的缺点是固体与聚合物混合物的受限的混溶性,并且泡沫结构是不均匀的和不可再生的。
DE 102005053697A1描述了用于泡沫形成的可膨胀的硅酮组合物,其具有结合在固体中的发泡剂的添加剂,例如,采取包括夹层液体或包括结晶液体的盐的形式。这里泡沫优选通过水蒸气来形成。这里还有,缺点是固体与聚合物混合物的受限的混溶性,并且事实是固体并不有助于网络的构造。
除了这些泡沫生产方法伴随的缺点外,在已知的硅酮基掺混物的使用和加工中也存在限制。
迄今在含有发泡的硅氧烷的组合物的应用中的一些生产和加工方法具有多个阶段,这使得它们变得复杂,和/或基于必须通过昂贵的铂催化或通过过氧化物体系交联的硅酮掺混物。
例如,JP 7292504A2利用铂通过加成交联来生产硅酮泡沫预成型坯,并且将该预成型坯应用于热塑性塑料,仅仅为了生产用于泳衣的罩杯。
KR 20010077825A使硅酮在蜡纸上预发泡,并且利用转移涂层来将其粘结结合至先前的硅酮-胶粘剂-涂敷的织物上以便获得一类合成革。
JP 63282381A2以类似复杂的方式通过利用过氧化物交联(因而气味很大)的固体硅酮以使硅酮泡沫粘结在织物上进行。
最后,DE 4101884A1提及一种加成交联,即铂依赖性硅酮混合物,其通过压缩空气来发泡。
通过氢化硅烷化工艺可固化的聚合物的缺点是固化工艺所需的贵金属催化剂是非常昂贵的原料。这些催化剂通常会留在产品中且不能回收,并且这使得贵金属催化剂的高成本成为特别疑难的问题。
作为贵金属催化的加成交联工艺或硅酮掺混物的过氧化交联工艺的替代,已知可以通过缩合硅烷醇基团≡Si-O-H来形成聚合物网络。
如果所述反应性单元是由掺混物中存在的可水解的硅烷基基团形成的,实例是≡Si-O-Ac或≡Si-Cl,则通过水到待固化的聚合物中的可水解的硅烷基的扩散来确定硬化速率。例如发生在制备泡沫的过程中的相对厚层的硬化通常特别是极度缓慢的过程,这使得很难或不可能将所述聚合物用于各种应用中。
US 7135418B1描述了在半导体基板上由烷氧基硅烷醇的分解产生的SiO2层的沉积。为此,用于SiO2沉积的表面反复短暂地暴露于释放二氧化硅的前体的气氛中,该前体含有叔戊氧基甲硅烷基。这里二氧化硅可以例如由三(叔戊氧基)硅烷醇在高温下通过尤其消除水和烯烃而形成。
在Adv.Mater.2001,13,331-335(Don Tilley et al.)中,描述了通过热分解含有三(叔丁氧基)甲硅烷基的分子前体来生产混合氧化物。这里所述混合氧化物是在90℃-150℃的温度下,在不暴露于(大气)水气中的情况下,通过消除异丁烯和水而形成。
WO 2005/035630A1描述了叔丁氧基官能化硅酮树脂。
Bull.Chem.Soc.Japan 1969,42,1118-1123(Y.Abe et al.)描述了叔丁氧基硅(氧)烷未催化热转化成高分子量化合物。
J.Beckmann et al.,in Appl.Organomet.Chem.2003,17,52-62描述了叔丁氧基硅烷醇的合成和未催化热缩合。
在J.Photopolym.Sci.Techn.1992,5,181-190,M.Sakata et al.中描述了叔丁氧基官能化硅氧烷在光生酸物质的存在下通过电子辐射转化成SiO2。
迄今为止,在文献中还没有利用热分解烷氧基硅烷醇或分别烷氧基甲硅烷基团产生网络的描述,例如由硅氧烷和有机聚合物通过所得的≡Si-O-H基团的缩合反应形成的泡沫。
迄今为止,也没有公开这样的方法:允许生产和加工硅酮基聚合物掺混物以获得泡沫,并且其可以以低成本且在无技术困难的情况下实施,并且其完全或基本上避免了所提及的缺点。
本发明提供了一种用于生产由含硅酮的聚合物掺混物(A)制备的硅酮基泡沫(silicone-based foams)的方法,
该方法使用有助于形成聚合物网络并具有通式[1a]、[1b]或[1c]的至少一种烷氧基硅烷基基团的至少一种化合物(V),
≡Si-O-C(R1)(R2)(R3)[1a]
=Si(R5)-O-C(R1)(R2)(R3)[1b]
≡Si-O-C(O)-U [1c]
并且在聚合物掺混物(A)的固化过程中从化合物(V)消除至少一个分子(XY),其中该分子在加工过程中是气态的并且导致在聚合物掺混物(A)中产生泡沫,
并且还使用选自布朗斯特酸(Bronsted acid)、布朗斯特碱(Bronsted base)、路易斯酸和路易斯碱的催化剂(K),
其中
R1、R2和R3是氢、卤素或通过碳原子键合的部分(moieties),其中R1、R2和R3部分(moieties)可以互相键合,或者是通过碳原子键合且连接通式[1a]、[1b]或[1c]中的两个烷氧基硅烷基基团的二价部分(divalent moiety),条件是R1、R2和R3部分中的最多两个是氢,并且排除式≡Si-O-CH2-R4烷氧基硅烷基基团部分,
R4是含有1至12个碳原子的无支链的脂肪烃部分,
R5是氢,卤素,含有1至12个碳原子的未取代的或取代的脂肪族部分、烯族部分或芳族烃部分,OH基团,-OR6基团,-OC(O)R6基团,-OC(O)OR6基团,-OC(O)OM基团,金属氧基部分M-O-,或CH2-W,其中W是杂原子,其自由价已经通过烃部分饱和,
U是-OR6基团或-NR6aR6b基团,
R6、R6a和R6b是氢或具有1至12个碳原子的取代的或未取代的脂肪族部分、烯族部分或芳族烃部分,以及
M是可以具有已经通过配位体饱和的自由价的金属原子,并且,
其中排除在交联过程中形成SiO2的聚合物掺混物(A)。
从含硅酮的聚合物掺混物(A)可以制备硅酮基泡沫,其中:
1)在没有使用诸如铂金属的贵金属催化剂,并且尤其是没有铂的情况下构造网络,
2)泡沫是通过在聚合物网络的构造过程中形成的裂解产物来形成的,
3)对于泡沫的生产和/或在基板上的泡沫生产利用足够长的处理时间来获得可流动的掺混物。
通过固化在支撑物上或在支撑物之间以模制品或层的形式固化聚合物掺混物(A)来形成泡沫。在不暴露在(大气)水气中的情况下,在可以以厚层热固化聚合物掺混物(A)。
通式[1a]、[1b]和[1c]中用≡Si表示的硅原子的化合价通过任何期望的部分(moieties)饱和。
R1、R2和R3部分尤其是氢,氯,取代的或未取代的脂肪族部分、烯族部分或芳族烃部分,或者由碳原子键合的硅氧烷部分,或者是羰基-C(O)R6,羧酸酯基-C(O)OR6,氰基-C=N,或酰胺基-C(O)NR6a6b,其中R6、R6a和R6b采取上面给出的定义。R1、R2和R3部分优选具有1至12个碳原子,尤其是1至6个碳原子。优选R1,R2和R3部分是甲基、乙基、丙基、乙烯基或苯基部分,或者羧基部分-C(O)OCH3。
特别优选R1、R2和R3部分是甲基、乙基或丙基部分。
R1、R2和R3部分中的两个或三个可以互相键合,并且例如R2和R3可以由二醇形成。
R5部分优选是氢、氯、甲基、乙基、丙基、苯基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、乙烯基、OH、碳酸根、金属氧基部分-O-M、或-CH2-W部分,其中杂原子W优选是N、O、P或S,优选其自由价通过优选含有1至10个碳原子的烷基或芳基部分饱和。
R6,R6a和R6b部分优选是氢、甲基、乙基、丙基、乙烯基或苯基。
M部分优选是选自锂、钠、钾、钙、镁、硼、铝、锆、镓、铁、铜、钛、锌、铋、铈或锡中的金属原子。在多价金属的情况下,金属上的自由价通过以下基团饱和:卤素,优选氯和溴,烷氧基团,优选甲氧基、乙氧基或异丙氧基部分,烷基部分,优选甲基、乙基和苯基,羧酸部分,优选含有2-16个碳原子的羧酸部分,或者通过常见的通常用于有机金属合成的单齿或多齿络合配位体(如乙酰丙酮)。
优选通式[1a]的≡Si-O-C(R1)(R2)(R3)部分相对于氧在β位上具有氢原子。优选的实例是结构式[3]-[9]的基团
Si-O-C(CH3)3 [3],
Si-O-C(CH3)2C2H5 [4],
Si-O-C(CH3)2C6H5 [5],
Si-O-C(CH3)2C(O)OCH3 [6],
Si-O-C(CH3)[C(O)OC2H5]2[7],
Si-O-CH(CH3)C6H5 [8],
Si-O-CH(CH3)C(O)OCH3 [9]。
化合物(V)可以是低分子量化合物(N)或高分子量化合物和/或聚合物化合物(P)。
在本发明的一个优选实施方式中,化合物(V)是具有通式[1a]的至少一个基团的低分子量化合物(N)。该低分子量化合物(N)通常采取通式[10]的硅烷或以它们的水解和缩合产物的形式:
R5a 4-nSi(O-C(R1)(R2)(R3))n [10]
其中
n具有值1、2或3,
R5a的定义与R5的定义相同,并且R1、R2、R3和R5的定义是上面提及的定义。
特别优选的是所使用的化合物(N)包括式[11]-[22]的物质以及它们的水解和缩合产物,
LSi(O-C(CH3)3)3 [11],
L2Si(O-C(CH3)3)2 [12],
L3Si(O-C(CH3)3) [13],
LSi(O-C(CH3)2C2H5)3 [14],
L2Si(O-C(CH3)2C2H5)2 [15],
L3Si(O-C(CH3)2C2H5) [16],
LSi(O-CH(CH3)(C6H5))3 [17],
L2Si(O-CH(CH3)(C6H5))2 [18],
L3Si(O-CH(CH3)(C6H5)) [19],
LSi(O-CH(CH3)C(O)OCH3)3 [20],
L2Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3)2[21],
L3Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3) [22],
其中
L是Cl、OH、甲基、乙基、乙烯基、苯基、具有1-6个碳原子的羧基部分、具有1-6个碳原子的烷氧基部分、或者金属氧基部分Ma-O-,并且
Ma采用M的定义。
尤其优选的是所使用的化合物(N)包括式[23]-[70]的物质以及它们的水解和缩合产物,
HOSi(O-C(CH3)3)3 [23],
(HO)2Si(O-C(CH3)3)2 [24],
(HO)3Si(O-C(CH3)3) [25],
HOSi(O-C(CH3)2C2H5)3 [26],
(HO)2Si(O-C(CH3)2C2H5)2 [27],
(HO)3Si(O-C(CH3)2C2H5) [28],
HOSi(O-CH(CH3)(C6H5))3 [29],
(HO)2Si(O-CH(CH3)(C6H5))2 [30],
(HO)3Si(O-CH(CH3)(C6H5)) [31],
HOSi(O-CH(CH3)C(O)OCH3)3 [32],
(HO)2Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3)2 [33],
(HO)3Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3) [34],
MeOSi(O-C(CH3)3)3 [35],
(MeO)2Si(O-C(CH3)3)2 [36],
(MeO)3Si(O-C(CH3)3) [37],
MeOSi(O-C(CH3)2C2H5)3 [38],
(MeO)2Si(O-C(CH3)2C2H5)2 [39],
(MeO)3Si(O-C(CH3)2C2H5) [40],
MeOSi(O-CH(CH3)(C6H5))3 [41],
(MeO)2Si(O-CH(CH3)(C6H5))2 [42],
(MeO)3Si(O-CH(CH3)(C6H5)) [43],
MeOSi(O-CH(CH3)C(O)OCH3)3 [44],
(MeO)2Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3)2 [45],
(MeO)3Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3) [46],
MeC(O)OSi(O-C(CH3)3)3 [47],
(MeC(O)O)2Si(O-C(CH3)3)2 [48],
(MeC(O)O)3Si(O-C(CH3)3) [49],
MeC(O)OSi(O-C(CH3)2C2H5)3 [50],
(MeC(O)O)2Si(O-C(CH3)2C2H5)2 [51],
(MeC(O)O)3Si(O-C(CH3)2C2H5) [52],
MeC(O)OSi(O-CH(CH3)(C6H5))3 [53],
(MeC(O)O)2Si(O-CH(CH3)(C6H5))2 [54],
(MeC(O)O)3Si(O-CH(CH3)(C6H5)) [55],
MeC(O)OSi(O-CH(CH3)C(O)OCH3)3 [56],
(MeC(O)O)2Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3)2 [57],
(MeC(O)O)3Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3) [58],
ClSi(O-C(CH3)3)3 [59],
Cl2Si(O-C(CH3)3)2 [60],
Cl3Si(O-C(CH3)3) [61],
ClSi(O-C(CH3)2C2H5)3 [62],
Cl2Si(O-C(CH3)2C2H5)2 [63],
Cl3Si(O-C(CH3)2C2H5) [64],
ClSi(O-CH(CH3)(C6H5))3 [65],
Cl2Si(O-CH(CH3)(C6H5))2 [66],
Cl3Si(O-CH(CH3)(C6H5)) [67],
ClSi(O-CH(CH3)C(O)OCH3)3 [68],
Cl2Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3)2 [69],
Cl3Si(O-CH(CH3)C(O)OCH3) [70],
其中Me是甲基部分。
在本发明的另一个实施方式中,化合物(V)是高分子量和/或聚合物化合物(P),其中通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团具有通过硅原子上的自由价与一个或多个聚合物部分(PR)结合的共价键。R1、R2和R3部分是或者包含聚合物部分(PR)是同样可能的,其中所述部分(PR)通过碳间隔基(carbon spacer)键合至通式[1a]、[1b]或[1c]的碳原子。
本文使用的聚合物部分(PR)可以是任何有机聚合物和有机聚硅氧烷。合适的未支化或支化形式的聚合物的实例是聚烯烃类,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯,聚醚类,聚酯类,聚酰胺类,聚醋酸乙烯酯类,聚乙烯醇类,聚氨酯类,聚丙烯酸酯类,环氧树脂类,聚甲基丙烯酸酯类,以及有机聚硅氧烷类,如线型的、支链的和环状的有机聚硅氧烷,以及有机聚硅氧烷树脂及它们的共聚物。
其中聚合物部分(PR)具有与通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团的硅原子上的自由价的共价键的聚合物(P)的实例是聚乙烯或聚醋酸乙烯酯,其中它们沿着链具有通式[1]或[2]的烷氧基硅烷基基团。
其中聚合物部分(PR)分别彼此独立地对应于R1、R2和R3部分,或分别彼此独立地是R1、R2和R3部分(moieties)的一部分(portions)的聚合物(P)的实例是通式[71]的聚硅氧烷,
≡Si-O-C(R1)(R2)(CH2CH2-[Si(CH3)2-O]x-Si(CH3)3)[71]
其中
x是10到100的整数,并且硅原子上以≡Si表示的自由价通过任何期望的部分饱和。
优选的聚合物(P)是线型的、支链的和环状的通式[72]的有机聚硅氧烷:
(R7 3SiO1/2)a(R7 2SiO2/2)b(R7SiO3/2)c(SiO4/2)d[72]
其中
R7采用R5部分的定义,并且至少一个R7部分采用定义-O-C(R1)(R2)(R3),
a、b、c和d是大于或等于0的整数值,条件是总和a+b+c至少为1,并且
R1、R2、R3和R5分别彼此独立地可以采用上面提到的定义。
R7部分优选是甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、苯基或OH基团,或是甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、乙酰氧基,或是-O-C(R1)(R2)(R3)基团。
尤其优选的是,聚合物(P)是在末端或侧部位置具有通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团的线型硅氧烷。
本领域技术人员所熟知的广泛使用的合成方法可以用来制备烷氧基硅烷基官能化聚合物(P)。例如,烷氧基硅烷基官能化聚乙烯可以通过配位聚合获得,例如借助于齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂或茂金属催化剂,或通过自由基将具有通式[1a]、[1b]或[1c]的基团的乙烯基官能化烷氧基硅烷接枝到聚乙烯上。例如,通过使具有通式[1a]、[1b]或[1c]的基团的乙烯基官能化烷氧基硅烷与聚醋酸乙烯酯的自由基聚合可以生成烷氧基硅烷基官能化醋酸乙烯酯。为了生产具有通式[1a]、[1b]或[1c]的基团的烷氧基甲硅烷改性的聚甲基丙烯酸酯,可以将具有甲基丙烯酸官能(团)的烷氧基硅烷与甲基丙烯酸酯共聚合。例如,通过使异氰酸酯官能化预聚物与具有通式[1a]、[1b]或[1c]的基团的氨基官能化烷氧基硅烷反应来生产烷氧基硅烷官能化聚氨酯。
例如,烷氧基硅烷基官能化聚合物(P)可以通过使α,ω-SiOH官能化硅氧烷或SiOH官能化硅树脂与通式[10]的硅烷或与它们的水解和缩合产物发生反应来生产,
R5a 4-nSi(O-C(R1)(R2)(R3))n[10]
其中
n具有值1、2或3,并且
R1、R2、R3和R5a的定义与前面提到的相同,
或者通过使通式(10)的硅烷与通式[73]的硅烷或它们的水解和缩合产物的缩合,或共缩合来生产,
YeSiR8 4-e [73]
其中
Y是氢、OH基团、卤素、具有1至12个碳原子的烷氧基、或含有1至12个碳原子的羧基部分,
R8是含有1至12个碳原子的可选地杂原子取代的脂肪族或芳族烃部分,并且
e可以采用值1、2、3和4,
或者本领域技术人员已知的方法,通过使通式[72]的有机聚硅氧烷与一种或多种通式[10]的硅烷或与它们的水解和缩合产物平衡(equilibrate)。
化合物(V)平均包括1至10000个通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团。如果化合物(V)是一种低分子量化合物(N),则通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团的数量优选等于1。每个烷氧基硅烷基基团的-O-C(R1)(R2)(R3)部分的数量是1、2或3。该数值特别优选是2或3。如果化合物(V)是聚合物(P),则通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团的数量优选是1至10000。特别优选的是通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团的数量是5至1000。这里每个烷氧基硅烷基基团中的-O-C(R1)(R2)(R3)部分的数量是1、2或3,该数值特别优选是2或3。
而且,聚合物掺混物(A)可以包括有机聚合物和硅氧烷。优选这样的聚合物和硅氧烷,其具有通过与水反应形成SiOH基的基团或可以与含SiOH的分子发生缩合反应的基团,或具有SiOH基。这些有机聚合物和硅氧烷的实例是SiOH官能化硅油和硅树脂,也可以是硅氧烷和具有可水解的Si-O-烷基的有机聚合物,例如在DE102006022095A1中描述的那些。
特别优选的是聚合物掺混物(A)包括线型的、支链的或环状的通式[72]的有机聚硅氧烷,其中
R7采用部分R5的定义,
a、b、c和d是大于或等于0的整数值,条件是a+b+c的总和至少为1,并且
R1、R2、R3和R5可以采用上面提到的定义,
其中R7部分优选是甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、苯基或OH基团、或甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、乙酰氧基、或-O-C(R1)(R2)(R3)基团。
特别优选的是,用作聚合物掺混物(A)的组分的线型的、支链的或环状的通式[72]的有机聚硅氧烷是在末端和/或侧部位置具有烷氧基硅烷基基团或者在末端位置具有羟基的硅氧烷。
在本发明的方法中通过从化合物(V)消除可以产生的分子(XY)在加工的条件下优选具有气体分子的形式,其中这些气体分子导致在聚合物掺混物中形成泡沫,并且产生的分子(XY)可以是无机化合物或有机化合物。例如,分子(XY)可以是烃,如烷烃、烯烃、炔烃或芳香烃,或醇、醚、胺、酯、酰胺、杂环化合物、CO2、氮气或水。
优选分子(XY)是不饱和的有机化合物和二氧化碳,并且特别优选它们是通式[73a]的不饱和有机化合物,
(R10)(R11)C=C(R12)(R13)[73a]
其中R10、R11、R12和R13的定义与上面R1、R2和R3提及的定义相同。
化合物[74]-[87]是特别优选的分子(XY)的实例:
(CH3)2C=CH2 [74],
(CH3)2C=CH-CH3 [75],
(CH3)(C2H5)C=CH2 [76],
(CH3)(C6H5)C=CH2 [77],
(CH3)(C2H5)C=CH-CH3 [78],
(C2H5)2C=CH-CH3 [79],
(C2H5)2C=CH2 [80],
H2C=C(CH3)(CO2CH3) [81],
H2C=C(CH3)(CO2C2H5) [82],
H2C=C(CO2CH3)2 [83],
H2C=C(CO2C2H5)2 [84],
(C6H5)CH=CH2 [85],
H2C=CH(CO2CH3) [86],
H2C=CH(CO2C2H5) [87]。
在本发明的方法中,化合物(XY)优选通过通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团的缩合来产生,例如通过由热引发、自由基机理引发或由辐射引发的裂解。
化合物(XY)可以例如通过以下方程式[a]-[c]形成:
≡Si-O-C(CH3)2-CH3→≡Si-O-H+(CH3)2C=CH2[a]
≡Si-O-C(CH3)2-CO2CH3→≡Si-O-H+H2C=C(CH3)(CO2CH3)[b]
≡Si-O-CH(C5H6)-CH3→≡Si-O-H+(C6H5)CH=CH2[c]
优选从化合物(V)形成分子(XY)的过程中产生反应性基团,如硅烷醇≡Si-O-H,其中它们能够彼此反应或与存在于聚合物掺混物中并且能够进行缩合反应的其它官能团反应,实例是其它硅烷醇基≡Si-OH,烷氧基硅烷基基团或Si-Cl基团,并且因此它们有助于聚合物掺混物(A)的固化。
优选的催化剂(K)可以是路易斯酸和布朗斯特酸。适合的路易斯酸的实例是锡,氧化锡,还有锡化合物,如二月桂酸二丁基锡(DBTL);钛,氧化钛,还有钛化合物,如异丙醇钛;铜,氧化铜,还有铜化合物,如三氟甲烷磺酸铜(I);铁,氧化铁,还有铁化合物,如氯化铁(III)、乙酰丙酮铁(III);锰,氧化锰,还有锰化合物,如乙酰丙酮锰(II);铝,氧化铝,还有铝化合物,如氯化铝(III)、异丙醇铝(III)、三甲基铝;硼,氧化硼,还有硼化合物,如三氯化硼;锆,氧化锆,还有锆化合物,如乙酰丙酮锆(IV);镓,氧化镓,还有镓化合物,如乙酰丙酮镓(III);铈,氧化铈,还有铈化合物,如氯化铈(III);锌,氧化锌,还有锌化合物,如月桂酸锌和/或三甲基乙酸锌。适合的布朗斯特酸的实例为羧酸类,如月桂酸,磺酸类,如三氟甲磺酸、对甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸,以及无机酸如盐酸、硝酸和磷酸。其它合适的化合物是那些在用例如UV光或电子束的高能辐射的辐射下分解以释放质子的化合物。可以提及的这种类型的化合物的实例是二芳基碘鎓化合物,例如六氟锑酸{4-[(2-羟基十四烷基)氧基]苯基)}苯基碘鎓盐、硝酸二苯基碘鎓盐、对甲苯磺酸二(4-叔丁基苯基)碘鎓盐、三氟甲磺酸二(4-叔丁基苯基)碘鎓的盐,三芳基锍化合物,如三氟甲磺酸三苯基锍盐、六氟锑酸[4-(苯基硫代)苯基]二苯基锍盐、三氟甲磺酸(4-溴苯基)二苯基锍盐,以及N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸,以及还有2-(4-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪。
使用的特定催化剂(K)是那些能够加快两个硅烷醇基团之间、一个硅烷醇基团和一个烷氧基硅烷基基团之间、一个硅烷醇基团和Si-Cl基团之间、和/或一个烷氧基硅烷基基团或Si-Cl和水之间的缩合的催化剂。也可以使用几种催化剂(K)的混合物。每种情况下基于聚合物掺混物(A),优选使用的催化剂(K)的浓度按重量计至少为10ppm,特别是至少0.1%。每种情况下基于聚合物掺混物(A),使用的催化剂的浓度优选为按重量计至多20%,特别是按重量计至多10%,尤其是按重量计至多5%。
聚合物掺混物(A)可以是无溶剂或含有溶剂的掺混物。合适的有机溶剂的实例是汽油,正庚烷,苯,甲苯,二甲苯,具有1至6个碳原子的卤化烷烃,醚,酯,如乙酸乙酯,酮类如丙酮或甲乙酮,酰胺,如二甲基乙酰胺和二甲亚砜,以及醇如乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇。
此外,聚合物掺混物(A)可以含有添加剂(Q),如流动控制剂,水清除剂,杀真菌剂,阻燃剂,分散剂,染料,增塑剂,热稳定剂,用于调整释放力的药剂,抗雾添加剂(antimisting additives),例如在WO 2006/133769中描述的,添味剂(odorants),表面活性剂,粘合促进剂(adhesion promoter),纤维,例如玻璃纤维或合成纤维,光稳定剂,如紫外吸收体,和自由基清除剂,以及颗粒填料,例如炭黑,颜料,例如氧化铁黑,石英,滑石,气相法二氧化硅,白垩或氧化铝。
特别优选使用的添加剂(Q)包括沉淀二氧化硅以及气相法二氧化硅,以及还有它们的混合物。所述填料的比表面积应该是至少50m2/g,或优选在100-400m2/g的范围内,其通过BET法测得。提及的硅石填料可以是亲水的,可以通过已知的方法疏水化或可以具有其它类型化学表面功能化。聚合物掺混物(A)中添加剂(Q)的含量按重量计通常在0至70%的范围内,优选按重量计为0至50%。
此外,聚合物掺混物(A)可以含有在暴露于热效应或借助于用紫外光辐射时能够形成自由基的化合物(I)。所述化合物(I)的实例是本领域技术人员已知的热聚合和光化学聚合引发剂,如例如E.T.Denisov,T.G.Denisova和T.S.Pokidova,Wiley-Verlag于2003年在“Handbook of Free Radical Initiator”中所描述的。
热引发剂(I)的实例是叔丁基过氧化物、过氧化新戊酸叔丁酯、2-乙基过氧化己酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、偶氮二异丁腈、过氧苯甲酸叔丁酯、或异丙苯过氧化氢。光引发剂(I)的实例是苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基酮或苯甲酰甲酸甲酯(methyl benzoylformate)。
使单独的组分(individual components)以任何期望的顺序互相混合以制得聚合物掺混物(A)。这里聚合物掺混物(A)可以是连续或分批来生产。聚合物掺混物(A)可以优选以单组分(1C)体系(single-component(1C)systems)或双组分(2C)体系(two-component(2C)systems)的形式来制备。
在用于制备硅酮基泡沫的方法中,优选在1s到48小时内使聚合物掺混物(A)达到这样的温度,在该温度下,通过化合物(V)的反应生成的分子(XY)是气态的,并且使得混合物产生泡沫。在聚合物掺混物(A)的加工过程中,在大气压力下(=加工位置处主要的气压),或在例如0.01到0.1MPa的减压下,或在升高的压力下形成泡沫。该加工优选在减压或大气压力下进行。该加工特别优选在大气压力下进行。
优选将聚合物掺混物(A)加热到至少5℃,尤其优选至少20℃,特别是80-300℃,特别优选高达250℃,特别是高达200℃的温度。如果聚合物掺混物(A)包含聚合物(P)作为化合物(V),其中它们的聚合物部分(PR)是有机聚硅氧烷,则固化过程优选在5℃到200℃的温度下进行。另一方面,如果聚合物掺混物(A)包含低分子量的化合物(N)或聚合物(P)作为化合物(V),其中它们的聚合物部分(PR)是有机聚合物部分,则固化过程在5℃到300℃下进行。
通过加热使聚合物掺混物(A)交联的能量源优选是烘箱如对流加热烘箱,加热管,加热辊,加热板,红外线热源或微波。聚合物掺混物(A)也可以通过用紫外光或电子束的辐射进行交联。
在该方法的一个特别优选的实施方式中,固化过程通过以下来进行:通式[1]的烷氧基硅烷基基团经过热分解形成硅烷醇基团≡Si-OH,接着硅烷醇基团≡Si-OH彼此缩合或与能够进行缩合反应且存在于聚合物掺混物中的其它官能团缩合,例如硅烷醇基团≡Si-OH、烷氧基硅烷基基团团或Si-Cl基团。
聚合物掺混物(A)可以优选以单组分(1C)体系或双组分(2C)体系的形式进行加工。如所描述的,对于固化过程1C体系形式的聚合物掺混物(A)在不添加另外组分的情况下加热。
在2C体系的情况下,以下组分分别彼此独立储存:仅在与其它组分加工前的很短时间将化合物(V)和催化剂(K)进行混合以获得聚合物掺混物(A)。在每种情况下,这里可以使化合物(V)或催化剂(K)与聚合物掺混物(A)的组分形成可稳定储存的混合物。
聚合物掺混物(A)的可加工时间(贮存期)可以通过添加添加剂(Q)或溶剂来调整。优选通过添加溶剂来调整贮存期,如醇,并且特别是通过添加乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇。
本发明通过无铂固化聚合物掺混物(A)来生产泡沫的方法可以用于以下任何应用中:其通常利用这些方法制备泡沫形式聚合物,尤其是泡沫形式的弹性硅氧烷,泡沫形式的硅酮树脂和泡沫形式的有机聚合物。
本发明的方法尤其适合于在织物(textile fabric)上和织物之间制备泡沫层和泡沫模制品,例如纺织品、无纺布、退圈编织物(drawn-loop knits)、稀松织物(laid scrim)、成圈编织物(formed-loopknits)、毡或经编针织布(warp knit)。这里的织物可以由天然纤维,如棉、毛、丝等,或由合成纤维如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺等,或者由矿物纤维如玻璃或硅酸盐,或金属纤维来制造。该方法的一个优选应用是在织物上和织物之间生产弹性泡沫层状材料。
此外,本发明的方法可以用于在由以下物质制备的表面上和在所述表面之间制备泡沫层和泡沫模制品:矿物质,如石头、砖块、板、混凝土、底灰(render)、塑料或天然物质,或金属。通过本发明的方法生产的泡沫层和泡沫模制品也是适合于覆盖物的材料,该覆盖物用在金属上并且具有耐热性和减震性能。泡沫层和泡沫模制品可以使用的温度高达700℃,这取决于它们的构造。针对这些材料可以提及的应用的实例是烤盘部件、烘箱部件、发动机部件、排气部件,以及其它在车辆构造和航空技术中的工程元件。
通过本发明的方法生产的泡沫层和泡沫模制品同样可以提高涂覆材料的抗腐蚀性。
本发明的方法同样适合于在下列物质上和下列物质之间形成泡沫层和泡沫模制品:纸,塑料箔(如聚乙烯箔、聚丙烯箔、聚酯箔),木材,软木,硅酸盐基材和金属基材,以及其它聚合物基材如聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰胺和聚酯。
使用的纸可以是劣质纸,如吸水纸,包括未处理,即,没有用化学品和/或用聚合物天然物质处理并具有60-150g/m2的重量的牛皮纸,无胶纸,具有低游离度值的纸,机械纸,无光纸或未经压光处理的纸,在它们的制备过程中没有任何额外的复杂措施在使用干式光泽缸(dry-glazing cylinder)后在一侧上光滑的纸,未涂布纸,或者由废纸制备的纸。纸也可以是优质纸,实例是低吸收性纸,涂胶纸,具有高游离度值的纸,化学用纸(chemical paper),压光处理纸或蜡光纸(glazed paper),玻璃纸,羊皮纸或预涂纸。
通过本发明的方法覆盖的具有泡沫层和泡沫模制品的箔和纸例如适合于生产离型纸、背纸(backing paper)和衬纸(interleavingpaper),包括用于生产例如浇注箔或装饰箔或泡沫的衬纸。它们也适合于生产离型纸、背纸和衬纸,以及各自的箔和各自的用于装备自粘合胶带或自粘合箔的背面、或自粘合标签内接面的织物。本发明的用于生产泡沫层和泡沫模制品的方法也适合于装备包装材料,如由纸、纸板盒、金属箔和圆桶等制成的包装材料,其例如用于储存和/或运输粘性产品如胶粘剂和粘性食品。
另一个使用由本发明的方法覆盖的表面的实例是在称为转印工艺(移膜法)的语境中用于转移压敏粘合层的支持体的装备。
为了在本发明进行处理以获得泡沫层和泡沫模制品,聚合物混合物(A)通过使用本领域技术人员熟悉的方法应用到所提及的表面上和表面之间,例如刮除工艺(doctoring process)、浸渍工艺、挤出工艺、喷射工艺或喷涂工艺,或者旋涂工艺。也可以使用任何类型的辊涂方法,如凹辊法(gravure-roll method)、轧染法(padding),或通过多辊系统、或丝网印刷施加。
取决于所需的应用和加工方法,所得的泡沫层和泡沫模制品的厚度优选为0.5μm到100em。
本发明的方法同样适合于制备包裹支撑物的泡沫模制品。例如,可以加工聚合物掺混物(A)以获得泡沫缆线护套和管道护套。
本发明的方法同样适合于制备泡沫形式的胶粘剂和泡沫形式的(接缝)密封剂,或泡沫形式的粘合组合物。例如,可以用在窗构造中,水族箱或玻璃橱柜的生产中,以及还用于电气或电子装置的绝缘。这里典型合适的基材为矿物质基材、金属、塑料、玻璃和陶瓷。
上述式中所有符号的定义是各自彼此独立的。所有式中的硅原子是四价的。
除非另有指明,陈述的所有量和百分数均基于重量,所有压力均为0.10MPa(绝对压力),并且所有温度均为20℃。
实施例1:聚合物掺混物的固化
包含18.75g(1.25mmol)的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(Mw=15000g/mol;粘度=1000至1200mPas)、0.75g(2.475mmol)的三(叔戊氧基)硅烷醇[CAS No.17906-35-3]、0.09g的正丁醇的混合物,以及在0.25mL的乙酸乙酯中的0.023g的十二烷基苯磺酸的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物在对流加热烘箱中在170℃下加热4分钟。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
实施例2:聚合物掺混物的固化
包含2.2g的细颗粒二氧化硅(BET表面积=130m2/g)、4.5g的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=46000g/mol;粘度=18000至22000mPas)、3.3g的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=71000g/mol;粘度=70000至80000mPas)、5.0g的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(Mw=15000g/mol;粘度=1000至1200mPas),2.5g(8.25mmol)的三(叔戊氧基)硅烷醇([CASNo.17906-35-3];Mw=303.03g/mol)、0.068g的正丁醇的混合物,以及在0.8mL的乙酸乙酯中的0.075g的十二烷基苯磺酸的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物在对流加热烘箱中在170℃下加热4分钟。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
实施例3:聚合物掺混物的固化
包含12.00g(0.169mmol)的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=71000g/mol;粘度=70000至80000mPas)、1.5g(4.95mmol)的三(叔戊氧基)硅烷醇([CAS No.17906-35-3];Mw=303.03g/mol)、0.03g的正丁醇的混合物,以及在0.5mL的乙酸乙酯中的0.045g的十二烷基苯磺酸的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物在对流加热烘箱中在170℃下加热4分钟。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
实施例4:聚合物掺混物的固化
包含18.75g(0.408mmol)的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=46000g/mol;粘度=18000至22000mPas)、0.75g(2.48mmol)的三(叔戊氧基)硅烷醇([CAS No.17906-35-3];Mw=303.03g/mol)的混合物,以及在0.25mL的乙酸乙酯中的0.023g的十二烷基苯磺酸的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物在对流加热烘箱中在170℃下加热4分钟。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
实施例5:聚合物掺混物的固化
包含15.63g(1.04mmol)的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=15000g/mol;粘度=1000至1200mPas)、1.25g(4.125mmol)的三(叔戊氧基)硅烷醇([CAS No.17906-35-3];Mw=303.03g/mol)的混合物,以及在0.41mL的乙酸乙酯中的0.0375g的十二烷基苯磺酸的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物在对流加热烘箱中在170℃下加热4分钟。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
实施例6:聚合物掺混物的固化
包含15.00g(1.35mmol)的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=11100g/mol;粘度=450至600mPas)、1.5g(4.95mmol)的三(叔戊氧基)硅烷醇([CAS No.17906-35-3];Mw=303.03g/mol)的混合物,以及在0.5mL的乙酸乙酯中的0.045g的十二烷基苯磺酸的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物在对流加热烘箱中在170℃下加热4分钟。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
实施例7:聚合物掺混物的固化
包含15.00g(5mmol)的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=3000g/mol;粘度=50至100mPas)、1.36g(4.65mmol)的二叔丁氧基二乙酰氧基硅烷([CAS No.13170-23-5];MW=292.4g/mol)的混合物,以及在0.5mL的丙酮中的0.068g的三氟甲烷磺酸三苯基锍盐的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物用波长254nm的UV光辐照30秒。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
实施例8:聚合物掺混物的固化
包含15.00g(5mmol)的α,ω-SiOH-封端的聚二甲基硅氧烷(平均Mw=3000g/mol;粘度=50至100mPas)、1.36g(4.65mmol)的二叔丁氧基二乙酰氧基硅烷([CAS No.13170-23-5];Mw=292.4g/mol)的混合物,以及在乙酸乙酯中的2g的4%浓度的乙酰丙酮钛(CASNo.97281-09-9)的溶液以2mm的层厚施加至聚酰胺织物(235dtex,150g/m2)。然后将涂敷的织物在对流加热烘箱中在170℃下加热5分钟。这获得了粘附至聚酰胺织物上的泡沫层。
Claims (9)
1.一种用于生产由含硅酮的聚合物掺混物(A)制成的硅酮基泡沫的方法,
所述方法使用至少一种有助于形成聚合物网络并含有至少一个通式[1a]、[1b]或[1c]的烷氧基硅烷基基团的化合物(V),
≡Si-O-C(R1)(R2)(R3) [1a],
=Si(R5)-O-C(R1)(R2)(R3)[1b],
≡Si-O-C(O)-U [1c],
并且在所述聚合物掺混物(A)的固化过程中从所述化合物(V)消除至少一个分子(XY),其中该分子在加工过程中是气态并且导致在所述聚合物掺混物(A)中产生泡沫,并且还使用选自布朗斯特酸、布朗斯特碱、路易斯酸和路易斯碱的催化剂(K)
其中
R1、R2和R3是氢、卤素或通过碳原子键合的部分,其中R1、R2和R3部分可以互相键合,或者是通过碳原子键合且连接通式[1a]、[1b]或[1c]中的两个烷氧基硅烷基基团的二价部分,条件是R1、R2和R3部分中的最多2个是氢,并且排除式≡Si-O-CH2-R4的烷氧基硅烷基基团部分,
R4是具有1至12个碳原子的无支链的脂肪烃部分,
R5是氢,卤素,具有1至12个碳原子的未取代的或取代的脂肪族部分、烯族部分或芳族烃部分,OH基,-OR6基团,-OC(O)R6基团,-OC(O)OR6基团,-OC(O)OM基团,金属氧基部分M-O-,或CH2-W,其中W是自由价已经通过烃部分饱和的杂原子,
U是-OR6基团或-NR6aR6b基团,
R6、R6a和R6b是氢或具有1至12个碳原子的未取代的或取代的脂肪族部分、烯族部分或芳族烃部分,以及
M是可以具有已经通过配位体饱和的自由价的金属原子,其中排除在交联过程中形成SiO2的聚合物掺混物(A)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,R1、R2和R3部分是甲基、乙基、丙基、乙烯基、或苯基部分、或羧基部分-C(O)OR6,其中R6的定义与权利要求1中列出的相同。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述化合物(V)是具有通式[10]的硅烷或它们的水解产物和缩合产物形式的低分子量化合物(N),
R5a 4-nSi(O-C(R1)(R2)(R3))n [10]
其中
n具有值1、2或3,
R5a的定义与R5的定义相同,并且
R1、R2、R3和R5的定义与在权利要求1或2中所述的那些相同。
4.根据权利要求1至中3任一项所述的方法,其中,所述聚合物掺混物(A)包含为通式[72]的线型的、支链的或环状的有机聚硅氧烷的聚合物(P),
(R7 3SiO1/2)a(R7 2SiO2/2)b(R7SiO3/2)c(SiO4/2)d [72]
其中
R7采取R5部分的定义,并且至少一个R7部分采取定义-O-C(R1)(R2)(R3),
a、b、c和d是大于或等于0的整数值,条件是a+b+c的和至少为1,并且
R1、R2、R3和R5各自彼此独立地可以采取在权利要求1或2中所述的定义。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,所述分子(XY)是通式[73a]的不饱和的有机化合物
(R10)(R11)C=C(R12)(R13)[73a]
其中,R10、R11、R12和R13的定义如在权利要求1或2中针对R1、R2和R3所提及的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中,所述催化剂(K)选自钛化合物、锆化合物、和铈化合物、以及还有羧酸类、磺酸类、盐酸、硝酸、磷酸、和三氟甲磺酸三苯基锍盐。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中,将所述聚合物掺混物(A)加热到20-250℃的温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中,生产泡沫层、泡沫模制品、胶粘剂或密封剂。
9.通过根据权利要求1至8中任一项所述的方法由所述聚合物掺混物(A)获得的硅酮基泡沫。
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