DE4424115A1 - Verfahren zum Herstellen von linearen Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden Silicon-Flüssigkeiten mit geringem Silianolgehalt - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von linearen Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden Silicon-Flüssigkeiten mit geringem SilianolgehaltInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Herstellen linearer Organopolysiloxane und
mehr im besonderen auf ein Verfahren zum Herstellen line
arer Organopolysiloxane mit endständigen Trioganosiloxy-
Einheiten und einem geringen Gehalt an siliciumgebundenen
Hydroxylgruppen.
Beim derzeitigen Stande der Technik werden Tri
organosiloxyendgruppen aufweisende Polydiorganosiloxan-
Flüssigkeiten hergestellt durch die Umsetzung cyclischer
Diorganosiloxane, linearer Silanolendgruppen aufweisender
Polydiorganosiloxane oder Mischungen von cyclischen Dior
ganosiloxanen und linearen Silanolendgruppen aufweisenden
Polydiorganosiloxanen mit gewissen geeigneten Kettenab
bruchsmitteln, wie Hexaorganodisiloxan, in Gegenwart sau
rer oder basischer Äquilibrierungs-Katalysatoren (wobei
der Begriff "Äquilibrierung" benutzt wird, um die Er
scheinung zu beschreiben, die vorhanden ist, wenn das
Verhältnis linearer Organosiloxan-Polymerer zu cyclischen
Organosiloxan-Oligomeren auf einen konstanten Wert ge
bracht und dabei gehalten wird). Siehe zum Beispiel (a)
"The Siloxane Bond", Herausgeber M.G. Voronkov; V.P. Mi
leshkevich; Yu.A. Yuzhelevskii, Consultant Bureau, New
York und London, 1978; und (b) Noll, "The Chemistry and
Technology of Silicones", Academia Press, New York
(1968). Solche Reaktionen führen zu Mischungen von (in
erster Linie) Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden li
nearen Diorganosiloxanen und cyclischen Diorganosiloxa
nen. Ein typisches Beispiel ist die Herstellung von Tri
methylsiloxyendgruppen aufweisenden Dimethyl silicon-Flüs
sigkeiten durch säure- oder base-katalysierte Äquilibrie
rungen von Mischungen cyclischer Dimethylsiloxane, Sila
nolendgruppen aufweisender Polydimethylsiloxane und (vor
zugsweise) Hexamethyldisiloxan. Eine wirksame Silanolkon
densation und Wasserentfernung ist bei solchen Umsetzun
gen erforderlich, um Produkte geringen Silanolgehaltes
herzustellen. Mehrere Patentschriften, zum Beispiel (a)
George R. Siciliano, US-PS 3,853,933, die den Einsatz von
zwei mit säurebehandeltem Ruß gepackten Festbetten unter
Vakuum zum Äquilibrieren von Siloxanen beschreibt und (b)
S.Ottinger et al., US-PS 4,792,596, beschreiben den Ein
satz von Katalysator-Festbetten, um eine Siloxan-Polyme
risation zu bewirken. In der kürzlichen US-PS 4,831,174
von R.A. Elms, sind Reaktionsmischungen hohen Silanolge
haltes beschrieben, die durch Hindurchleiten durch zwei
Festbetten von säurebehandeltem Ton unter Drucken von 665
Pa bis 0,02 MPa (5 bis 1520 Torr) rasch (30 Minuten oder
weniger Aufenthaltszeit) bei 100 bis 150°C äquilibriert
worden. Die resultierenden Äquilibrierungsprodukte hatten
einen geringen Silanolgehalt (von etwa 100 bis 300 ppm
Si-OH, wie in den Beispielen aufgeführt). Schließlich of
fenbart eine Reihe von Patentschriften der Wacker Chemie,
zum Beispiel die US-PS 2,830,967 (1958); 3,186,967
(1965); 3,706,775 (1972); 4,725,643 (1988) und 4,975,510
(1990) den Einsatz einer Vielfalt von Organostickstoff-
Derivaten von Phosphor oder Phosphorsäure oder linearen
Phosphornitridchloriden für die wirksame Kondensation von
Silanolen.
Kürzlich wurde festgestellt, daß mit gewissen
Katalysatoren, wie Phosphornitridchloriden, zwei lineare
Siloxane, wie M(D)xM (worin M eine Trimethylsiloxygruppe
ist, D eine Dimethylsiloxygruppe ist und M(D)xM ein Tri
methylsiloxyendgruppen aufweisendes Polydimethylsiloxan
mit x-Einheiten ist) und M(D)yM, disproportioniert werden
können unter Bildung eines neuen M(D)zM, worin z zwischen
x und y liegt. Es wurde weiter festgestellt, daß die
Äquilibrierung cyclischer/linearer Materialien unter den
Reaktionsbedingungen unwirksam ist, d. h. cyclische Silo
xane reagieren langsam und die Bildung cyclischen Silo
xans aus linearen Siloxanen ist auch langsam.
Es wäre vorteilhaft für ein Verfahren, wenn
cyclische Siloxane in Kombination mit linearen (in erster
Linie Silanolendgruppen aufweisenden) Polysiloxanen und
einer Quelle von Triorganosiloxy-Kettenabbruchsmittel (im
Falle von Polydimethylsiloxan-Flüssigkeiten, vorzugsweise
Hexamethyldisiloxan, MM) benutzt werden könnten, um rasch
eine Mischung von Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden
Polydialkylsiloxanen mit, vorzugsweise, nicht mehr als 16
Gew.-% cyclischen Siloxanen zu ergeben. Es wäre besonders
bevorzugt, daß die linearen Produkte, die bei diesen Ver
fahren erhalten werden, eine geringe Verzweigung (tri
funktional) und geringe Silanolgehalte aufweisen. Die re
sultierenden Mischungen würden danach gestrippt werden,
um Flüssigkeiten zu erzeugen, deren Viskositäten haupt
sächlich im Bereich von etwa 10 bis 1000 mPa·s (cps) lie
gen. Flüchtige Siloxane, die während irgendeiner Verfah
rensstufe verdampfen, könnten gesammelt und als Ausgangs
material für künftige Synthesen von Flüssigkeiten zurück
geführt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch das Zweistu
fen-Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, das die
Silanol-Kondensations- und Siloxan-Disproportionierungs-
Eigenschaften von Katalysatoren, wie linearen Phosphorni
tridchloriden (LPNC′s), mit den Äquilibrierungs-Eigen
schaften von Festbetten von Katalysatoren, wie säurebe
handelten Tonen und ähnlichem, für cyclische/lineare Ma
terialien kombiniert. Die Verfahren werden in einer Viel
falt von Arten ausgeführt, wie durch Beispiele belegt
werden wird. Bei einer Ausführungsform wird eine Siloxan-
Reaktionsmischung, die ein geeignetes Kettenabbruchsmit
tel enthält, durch ein Festbett des Katalysators ge
schickt, dann wird das daraus Austretende mit linearem
Phosphornitridchlorid behandelt, um die Silanol-Kondensa
tion und Siloxan-Disproportionierung zu vervollständigen.
Alternativ können die Schritte umgekehrt werden, und das
Kettenabbruchsmittel kann in einer oder beiden Stufen
hinzugegeben werden.
Das im folgenden zu beschreibende Verfahren hat
sich nach zahlreichen Versuchen als in Zykluszeiten von
nur etwa 25 Minuten für niederviskose Flüssigkeiten als
ausführbar erwiesen, wenn ein Vakuum von weniger als 1330
Pa (10 Torr) benutzt wird. Für höherviskose Flüssigkeiten
und für Drucke von mehr als 1330 Pa (10 Torr) dauern die
Umsetzungen etwas länger (etwa 40 bis 45 Minuten). Die
Betriebstemperaturen betragen nur etwa 90°C. Die resul
tierenden Mischungen haben einen SiOH-Gehalt von nur etwa
200 ppm oder weniger, bezogen auf das Gewicht, meistens
weniger als 100 ppm.
Es wurde somit ein Verfahren gefunden, das den
Silanolgehalt der Ausgangs-Diorganopolysiloxandiole wirk
sam verringert und Triorganosiloxyendgruppen schafft,
während cyclische Materialien über die Äquilibrierung be
nutzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ver
fahren zur schnellen Bildung von Äquilibrierungsprodukten
geringen Silanolgehaltes aus Reaktionsmischungen hohen
Silanolgehaltes bei Betriebstemperaturen von 80 bis 150°C
geschaffen. Das Verfahren besteht aus zwei Stufen. In ei
ner der Stufen wird ein Diorganodihalogensilan-Hydrolysat
oder eine Mischung von Diorganodihalogen-Hydrolysat und
einem geeigneten Kettenabbruchsmittel, zum Beispiel eines
kurzkettigen Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden Poly
diorganosiloxans, in eine Reaktionszone geleitet, die ein
Festbett eines Äquilibrierungs-Katalysators, zum Beispiel
eines säurebehandelten Tones, eines Ionenaustauscherhar
zes oder von säurebehandeltem Ruß oder eine Mischung der
vorgenannten, umfaßt, wobei es einer kurzen Aufenthalts
zeit, von zum Beispiel 10 Minuten bei 110°C, bedarf. Die
primären Zwecke der Festbett-Stufe bestehen darin, ein
Gleichgewicht der cyclischen und linearen Materialien zu
erzielen, und, gegebenenfalls, wenn ein Kettenabbruchs
mittel vorhanden ist, Triorganosiloxyendgruppen in die
Polymerkette einzuführen. Bei der anderen Stufe wird eine
katalytische Menge eines Kondensations/Disproportionie
rungs-Katalysators, zum Beispiel LPNC, usw., mit oder oh
ne Kettenabbruchsmittel benutzt, um die Silanol-Kondensa
tion und Siloxan-Disproportionierung zu bewirken. Diese
Behandlung findet vorzugsweise unter Vakuum statt, um die
Entfernung von Wasser und die Verminderung des Silanolge
haltes auf ein sehr geringes Niveau zu erleichtern. Bei
90°C ist diese Stufe im wesentlichen innerhalb weniger
Minuten abgeschlossen. Ungeachtet der Reihenfolge der
Stufen führt das Verfahren nach der Erfindung zu einem
flüssigen Äquilibrierungsprodukt geringen Silanolgehal
tes, in dem der bevorzugte LPNC-Katalysator danach auf
konventionelle Weise desaktiviert werden kann, wie durch
Neutralisieren, aber vorzugsweise durch Erhitzen auf
200°C, und Entfernen der flüchtigen Bestandteile durch
Strippen, um das Endprodukt mit sehr geringem Silanolge
halt herzustellen.
Spezifisch umfaßt die Erfindung in ihren brei
testen Aspekten ein Verfahren zum Herstellen linearer
Triorganosiloxyendgruppen aufweisender Organopolysiloxan-
Flüssigkeiten mit weniger als 200 ppm Gehalt restlicher
an Si gebundener Hydroxylgruppen, wobei das Verfahren im
wesentlichen besteht aus
- (1) Einführen einer Mischung linearer Polydiorgano
siloxandiole und cyclischer Polysiloxane, wobei die Mi
schung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen, der vor
zugsweise größer als etwa 14 bis 16 Gew.-% ist und einen
Silanolgehalt aufweist, der vorzugsweise größer als etwa
1000 ppm, bezogen auf das Gewicht, ist, in eine Reakti
onszone, umfassend
- (a) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Kataly sator;
- (a′) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Kataly sator in Gegenwart eines Kettenabbruchsmittels, umfassend ein kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan oder
- (a′′) einen Kondensations/Disproportionierungs-
Katalysator und ein Kettenabbruchsmittel, umfassend ein
kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Poly
diorganosiloxan,
bis ein Produkt der ersten Stufe erhalten ist und
- (2) danach
- (b) Einführen des Produktes der ersten Stufe aus Stufe (a) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kon densations/Disproportionierungs-Katalysator und ein Ket tenabbruchsmittel, umfassend ein kurzkettiges Triorgano siloxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan;
- (b′) Einführen des Produktes der ersten Stufe aus Stufe (a′) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kondensations/Disproportionierungs-Katalysator oder
- (b′) Einführen des Produktes der ersten Stufe aus Stufe (a′′) in eine Reaktionszone, umfassend ein Fest bett aus Äquilibrierungs-Katalysator, um dadurch eine Mischung von Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden linearen Polydiorganosiloxanen und cycli schen Polydiorganosiloxanen herzustellen, wobei die Mi schung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vor zugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen geringen Silanolgehalt von weniger als etwa 200 ppm, be zogen auf das Gewicht, aufweist.
Innerhalb ihrer bevorzugten Ausführungsformen
umfaßt die vorliegende Erfindung:
-
- (i) ein wie oben definiertes Verfahren, beste hend im wesentlichen aus (1) Zuführen einer Mischung aus linearen Polydiorganosiloxandiolen und cyclischen Polydi organosiloxanen, wobei die Mischung einen Gehalt an cyc lischen Bestandteilen von vorzugsweise mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen Silanolgehalt von vorzugsweise mehr als etwa 1000 ppm, bezogen auf das Gewicht, auf weist, in eine Reaktionszone, umfassend
- (a) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Katalysa tor, bis ein Produkt der ersten Stufe erhalten ist und
- (2) danach
- (b) Zuführen des Produktes der ersten Stufe (a) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kondensations/Dis proportionierungs-Katalysator in Gegenwart eines Ketten abbruchsmittels, umfassend ein kurzkettiges Triorganosil oxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan, um dadurch eine Mischung von Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden linearen Polydiorganosiloxanen und cycli schen Polysiloxanen herzustellen, wobei diese Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vorzugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen geringen Silanolgehalt von weniger als etwa 200 Gewichts-ppm auf weist;
- (ii) ein wie oben definiertes Verfahren, beste hend im wesentlichen aus (1) Zuführen einer Mischung aus linearen Polydiorganosiloxandiolen und cyclischen Polydi organosiloxanen, wobei die Mischung einen Gehalt an cyc lischen Bestandteilen von vorzugsweise mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen Silanolgehalt von vorzugsweise mehr als etwa 1000 Gewichts-ppm aufweist, in eine Reakti onszone, umfassend
- (a′) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Katalysa tor in Gegenwart eines Kettenabbruchsmittels, umfassend ein kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan, bis ein Produkt der ersten Stufe erhalten ist und
- (2) danach
- (b′′) Zuführen des Produktes der ersten Stufe (a′) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kondensati ons/Disproportionierungs-Katalysator, um dadurch eine Mi schung aus Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden linea ren Polydiorganosiloxanen und cyclischen Polydiorganosil oxanen herzustellen, wobei die Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vorzugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen geringen Silanolgehalt von vorzugsweise weniger als etwa 200 Gewichts-ppm auf weist;
- (iii) ein Verfahren, wie oben definiert, beste hend im wesentlichen aus (1) Zuführen einer Mischung aus linearen Polydiorganosiloxandiolen und cyclischen Polydi organosiloxanen, wobei die Mischung einen Gehalt an cyc lischen Bestandteilen von vorzugsweise mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen Silanolgehalt von vorzugsweise mehr als etwa 1000 Gewichts-ppm aufweist, in eine Reakti onszone, umfassend
- (a′′) einen Kondensations/Disproportionierungs- Katalysator und ein Kettenabbruchsmittel, umfassend ein kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Poly diorganosiloxan, bis ein Erststufen-Produkt erhalten wird und
- (2) danach
- (b′′) Zuführen des Erststufen-Produktes der Stu fe (a′′) in eine Reaktionszone, umfassend ein Festbett aus Äquilibrierungs-Katalysator, um dadurch eine Mischung von Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden linearen Polydior oganosiloxanen und cyclischen Polydiorganosiloxanen herzu stellen, wobei die Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vorzugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen geringen Silanolgehalt von vorzugs weise weniger als 200 Gewichts-ppm aufweist und
- (iv) ein Verfahren, wie oben zuerst definiert, worin der Äquilibrierungs-Katalysator einen sauren oder basischen Äquilibrierungs-Katalysator umfaßt, ausgewählt aus säurebehandeltem Ton, einem Ionenaustauscherharz oder einer Mischung davon; eines, worin der Kondensations/Dis proportionierungs-Katalysator einen Katalysator umfaßt, ausgewählt aus einem Phosphornitridhalogenid, einem line aren oligomeren Phosphornitridhalogenid, einem Reaktions produkt davon mit Wasser, einem Alkohol, einer Carbonsäu re oder einem reaktionsfähigen Derivat davon, einem reak tionsfähigen Phosphornitridhalogenid-Organopolysiloxan, einem reaktionsfähigen Phosphornitridhalogenid-Organosi lan oder einer Mischung der vorgenannten; einem, worin das Halogenid im Katalysator unabhängig Chlor oder Brom umfaßt; einem, bei dem das Kettenabbruchsmittel Hexame thyldisiloxan ist und eines, bei dem die Silanolendgrup pen aufweisenden Polysiloxane ein Diorganosilan-Hydroly sat umfassen, das lineare und cyclische Bestandteile ent hält, wobei das Kettenabbruchsmittel Hexamethyldisiloxan, der Katalysator für die Kondensation einen säurebehandel ten Ton umfaßt und die Zweistufen-Kondensation bei 90°C in Gegenwart eines oligomeren LPNC-Katalysators ausge führt wird, um ein Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Öl geringen Molekulargewichtes herzustellen, bei dem vor zugsweise keine Zunahme des Gehaltes an cyclischen Be standteilen auftritt, und ein Silanolgehalt von weniger als etwa 200 ppm vorhanden ist.
Irgendein lineares Organopolysiloxan mit einer
an Silicium gebundenen Hydroxylgruppe in jeder Endein
heit, das in Gegenwart von Phosphornitridchlorid als ei
nem Katalysator benutzt worden ist oder benutzt werden
könnte, um die Viskosität des Organopolysiloxans durch
die Kondensationsreaktion zu erhöhen, kann bei dem Ver
fahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Bei
spiele der bevorzugten Organopolysiloxane sind solche der
Formel
HO(SiR₂O)mH
worin R gleiche oder verschiedene einwertige Kohlenwas
serstoffgruppen oder halogensubstituierte einwertige Koh
lenwasserstoffgruppen oder Wasserstoff repräsentiert, un
ter der Bedingung, daß eine Kohlenwasserstoffgruppe an
jedes Silicium gebunden ist, an das Wasserstoff direkt
gebunden ist, und m eine ganze Zahl mit einem Wert von
mindestens 2 ist.
Obwohl dies im allgemeinen in der Formel nicht
gezeigt ist, können Einheiten der Formel SiR₂O durch an
dere Siloxaneinheiten ersetzt werden, wie Siloxaneinhei
ten der Formeln RSiO3/2 und R₃SiO1/2, worin R die oben
genannte Bedeutung hat, oder SiO4/2 oder Mischungen von
mindestens zwei solcher Einheiten. Die sich von SiR₂O-
Einheiten unterscheidenden anderen Siloxaneinheiten sind
im allgemeinen als Verunreinigungen vorhanden.
Die R-Gruppen der obigen Formeln enthalten vor
zugsweise von 1 bis etwa 18 Kohlenstoffatome pro Gruppe.
Beispiele der Kohlenwasserstoffgruppen, die durch R re
präsentiert werden, sind Alkylgruppen, wie Methyl, Ethyl,
n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl und sec-Butyl sowie Octade
cyl; aliphatische Gruppen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-
Doppelbindungen, wie Vinyl und Allyl; Arylgruppen, wie
Phenyl und Naphthyl; Alkarylgruppen, wie Tolyl und Aral
kylgruppen, wie Benzyl.
Beispiele halogensubstituierter Kohlenwasser
stoffgruppen, die durch R repräsentiert werden, sind Ha
logenalkylgruppen, wie 3,3,3-Trifluorpropyl, und Halo
genarylgruppen, wie die o-, p- und m-Chlorphenyle.
Das Verfahren dieser Erfindung benutzt vorzugs
weise Diorganopolysiloxane mit einer an Silicium gebunde
nen Hydroxylgruppe in jeder Endgruppe, und alle organi
schen Gruppen sind Methylreste.
Das Organopolysiloxan-Ausgangsmaterial kann
inhärent die erwünschte Viskosität aufweisen, oder es
kann die erwünschte Viskosität in Gegenwart des LPNC-
Katalysators, gemäß dem Stande der Technik, erhalten.
Die Phosphazen-PNC-Katalysatoren, die in bevor
zugten Ausführungsformen eingesetzt werden können,
schließen Phosphornitridchloride ein, wie sie durch Um
setzen von 400 Gewichtsteilen Phosphorpentachlorid mit
130 Teilen Ammoniumchlorid erhalten werden, wie in
"Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft", Band 57
(1924), Seite 1345, beschrieben oder es können solche
sein, erhalten durch Umsetzen von 2 Molen Phosphorpenta
chlorid mit 1 Mol Amoniumchlorid, wie in der US-PS
3,839,388 von Nitzsche et al. beschrieben, sowie oligome
re lineare Phosphazene, hergestellt nach Verfahren, für
die weiter unten Beispiele angegeben werden. Natürlich
können auch Mischungen von mindestens zwei Arten der
Phosphornitridhalogenide, zum Beispiel Chloride, benutzt
werden. Auch Derivate werden umfaßt, wie die oben erwähn
ten Reaktionsprodukte mit Wasser, Alkoholen, Säuren,
funktionell reaktionsfähigen Organosiloxanen, Organosila
nen, Mischungen der vorgenannten und ähnlichen, können
benutzt werden.
Der Phosphazen-Katalysator, zum Beispiel Phos
phornitridchlorid, wird vorzugsweise in einer Menge von 1
bis 40 Gewichts-ppm und bevorzugter von etwa 5 bis 20 Ge
wichts-ppm, bezogen auf das Gewicht des linearen Aus
gangs-Organopolysiloxans mit einer an Silicium gebundenen
Hydroxylgruppe in jeder Endeinheit, eingesetzt.
Die Kondensationen der linearen Organopolysilo
xane mit einer an Silicium gebundenen Hydroxylgruppe in
jeder Endeinheit, wird vorzugsweise in beiden Stufen bei
einer Temperatur von etwa 90 bis etwa 140°C ausgeführt.
Um die Entfernung von Wasser, das bei der Kon
densationsreaktion gebildet wird, zu erleichtern, ist es
bevorzugt, daß die Umsetzungen des linearen Organopoly
siloxans mit einer an Silicium gebundenen Hydroxylgruppe
in jeder Endeinheit mit dem Kettenabbruchsmittel bei
Drucken unter etwa 93,1 kPa (700 Torr) ausgeführt werden,
doch kann die Umsetzung auch bei höheren Drucken ausge
führt werden, falls erwünscht.
Die Zeitdauer zwischen der Zugabe von Phosphor
nitridchlorid zu der Mischung des linearen Polydiorgano
siloxans mit einer an Silicium gebundenen Hydroxylgruppe
in jeder Endeinheit, der cyclischen Polydiorganosiloxane
und, gegebenenfalls, des kurzkettigen Triorganosiloxyend
gruppen aufweisenden Polydiorganosiloxans als Kettenab
bruchsmittel ist nicht kritisch.
Hexaorganodisiloxane, die bei dem Verfahren
dieser Erfindung eingesetzt werden, haben vorzugsweise
die Formel:
(R¹₃Si)₂O,
worin R¹ gleiche oder verschiedene einwertige Kohlenwas
serstoffgruppen oder halogensubstituierte einwertige Koh
lenwasserstoffgruppen sind. Vorzugsweise enthalten die
R¹-Gruppen von 1 bis 18 Kohlenstoffatome pro Gruppe. Spe
zifische Beispiele organischer Gruppen, die durch R oben
repräsentiert werden, sind auch für die R¹-Gruppen an
wendbar.
Ist das Kettenabbruchsmittel Hexamethyldisilo
xan, dann wird es in einer Menge von etwa 0,5 bis 10%,
vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,6 bis 7 Gew.-%
eingesetzt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann
ansatzweise oder halbkontinuierlich oder als ein konti
nuierliches Verfahren ausgeführt werden, doch wird es
vorzugsweise als ein halbkontinuierliches oder kontinu
ierliches Verfahren ausgeführt.
Bei einer Ausführungsform wird eine Mischung
linearer Polydiorganosiloxandiole mit vorzugsweise mehr
als 14% cyclischen Polydiorganosiloxanen und Kettenab
bruchsmittel (vorzugsweise einem Hexaorganodisiloxan)
durch ein Festbett eines Katalysators, wie eines säurebe
handelten Tongranulates (Filtrol® 24, Engelhard), vor
zugsweise bei 110°C mit einer Aufenthaltszeit von 10 Mi
nuten, geleitet. Die resultierende Mischung aus M- und
Si-OH-Endgruppen aufweisenden linearen Siloxanen und etwa
14 bis 16% oder weniger cyclischen Bestandteilen, wird
mit einem Kondensations/Disproportionierungs-Katalysator,
wie Phosphornitridchlorid, unter Vakuum behandelt, um die
Silanol-Kondensation/Siloxan-Disproportionierung abzu
schließen. Bei 90°C und etwa 400 Pa (3 Torr) ist die Kon
densation üblicherweise innerhalb von 5 Minuten abge
schlossen (die Dauer der Reaktionszeit bei einer gegebe
nen Temperatur ist vom Vakuum abhängig). Die resultieren
de Mischung besteht aus linearen Triorganosiloxyendgrup
pen aufweisenden Polydiorganosiloxanen, vorzugsweise we
niger als 16% cyclischen Polydiorganosiloxanen und lösli
chem Katalysator, der vor dem Entfernen flüchtiger Be
standteile desaktiviert und/oder entfernt werden kann.
Bei den folgenden Verfahren besteht der Zweck
des Festbettes in erster Linie darin, cyclische Siloxane
in lineare umzuwandeln (obwohl eine gewisse Silanol-Kon
densation bei dem als nächsten erwähnten Verfahren im
Festbett stattfindet).
Bei einer zweiten Ausführungsform wird eine Mi
schung, bestehend aus linearen Polydiorganosiloxandiolen
und vorzugsweise mehr als 14 bis 16% cyclischen Polydior
ganosiloxanen durch ein Festbett eines Katalysators, wie
säureaktiviertem Tongranulat, geleitet. Die resultierende
Mischung höherer Viskosität, bestehend aus linearen Poly
diorganosiloxandiolen (es tritt eine Silanol-Kondensation
und Äquilibrierung auf) höheren Molekulargewichts und et
wa 14 Gew.-% cyclischen Siloxanen, kann mit einem Konden
sations/Disproportionierungs-Katalysator, wie linearem
Phosphornitridchlorid, einem geeigneten Kettenabbruchs
mittel und Vakuum behandelt werden. Wird Hexamethyldi
siloxan als Kettenabbruchsmittel benutzt, dann ist bevor
zugt, daß entweder auf die Kondensation unter Vakuum die
Zugabe von MM bei Atmosphärendruck (für Kondensationen
bei Abwesenheit von MM mag es für mechanische Zwecke er
forderlich sein, eine geringe Menge M(D)xM-Kettenab
bruchsmittel während der Kondensation hinzuzugeben, um
die Viskosität der kondensierten Mischung zu begrenzen)
folgt oder MM wird bei Atmosphärendruck zu dem Polymer
hinzugegeben, gefolgt von einer Kondensation unter Vaku
um. Die resultierende Mischung besteht aus M-Endgruppen
aufweisenden linearen Siloxanen, weniger als etwa 16%
cyclischen Siloxanen und Restkatalysator, der desakti
viert und/oder vor dem Entfernen flüchtiger Bestandteile
entfernt werden kann.
Bei einer dritten Ausführungsform folgt auf die
Kondensation/Disproportionierung mit einem LPNC-Katalysa
tor oder ähnlichem eine Äquilibrierung in einem Festbett.
Eine Mischung aus linearen Polydiorganosiloxandiolen und
vorzugsweise mehr als etwa 14% cyclischen Polydiorgano
siloxanen wird mit einem Kondensations/Disproportionie
rungs-Katalysator, wie linearen Phosphornitridchloriden,
einem M-Kettenabbruchsmittel und Vakuum behandelt. Ist
das Kettenabbruchsmittel Hexamethyldisiloxan, dann ist
bevorzugt, daß die Mischung mit Katalysator und Vakuum
behandelt wird, um die Kondensation abzuschließen, ge
folgt von der Zugabe von MM und der Disproportionierung
bei Atmosphärendruck. Die resultierende Mischung, beste
hend aus linearen Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden
Polydiorganosiloxanen und vorzugsweise mehr als 14% cyc
lischen Bestandteilen und löslichem Katalysator, wird
durch ein Festbett von Katalysator, wie säurebehandeltem
Tongranulat, geführt. Die resultierende Mischung besteht
aus linearen Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden Poly
diorganosiloxanen und etwa 14% cyclischen Polydiorgano
siloxanen.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung herge
stellten linearen Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden
Organopolysiloxane sind anwendbar für alle Zwecke, die
bisher für lineare Triorganosiloxyendgruppen aufweisende
Organopolysiloxane geringen Silanolgehaltes, die nach den
bekannten Verfahren hergestellt wurden, bekannt waren.
Diese linearen Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden Or
ganopolysiloxane können zum Beispiel als Schmiermittel,
zur Herstellung von Organopolysiloxan-Überzügen, die mit
radikalbildenden Mitteln oder durch die Zugabe von SiC-
gebundenen Vinylgruppen zu an Silicium gebundene Wasser
stoffe vernetzt sind und für die Bildung nicht klebender
Überzüge benutzt werden.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die
vorliegende Erfindung, doch sollen die Ansprüche nicht
dadurch begrenzt werden. Sofern nichts anderes angegeben,
beziehen sich alle Teile auf das Gewicht. Alle Viskositä
ten wurden bei 25°C mit Ostwald-Rohren gemessen. Moleku
largewichte wurden mittels Gelpermeationschromatographie
(Brechungsindex-Nachweis; kalibriert mit Polystyrol-Stan
dards) bestimmt. Die Synthesen der in einigen der Bei
spiele eingesetzten Phosphornitridchlorid-Katalysatoren
sind in der unter Bezugnahme darauf erwähnten Literatur
sowie in der deutschen Patentanmeldung beschrieben, die
als Anwaltsakte 20 212-60SI-01594 eingereicht wurde.
Ein 100-ml-Kolben wurde mit 20,5 g Phosphorpen
tachlorid, 2,7 g Ammoniumchlorid und 50 g Tetrachlorethan
gefüllt. Die Mischung wurde gerührt und 8 Stunden lang am
Rückfluß erhitzt. Nach Abschluß der Umsetzung wurde die
Reaktionsmischung in Petrolether gegossen. Der Nieder
schlag wurde in Methylenchlorid gelöst und dann nochmals
mit Petrolether ausgefällt. Nach dem Entfernen von Lö
sungsmittelspuren im Vakuum, wurden 14 g hellgelbe Kri
stalle des Titelproduktes (LPNC) erhalten.
Eine Mischung von 64 Gew.-% linearer Polydi
methylsiloxandiole, etwa 34,4% cyclischer Polydimethyl
siloxane und 1,6% Hexamethyldisiloxan (Silanolgehalt der
Reaktionsmischung etwa 9000 ppm) wurde durch einen Druck
behälter aus korrosionsbeständigem Stahl, gepackt mit
säurebehandeltem Ton (Filtrol®-24, Engelhard), der auf
110°C erhitzt war, geleitet. Die Aufenthaltszeit der zu
geführten Siloxane in diesem Festbett betrug etwa 10 Mi
nuten.
Das aus dem Reaktor Austretende (Viskosität 80
mPa·s, Gehalt an flüchtigen Bestandteilen 13,8%) wurde in
einen Rundkolben gefüllt und mit 15 ppm des Katalysators
von Beispiel 1(a) (2,3 gew.-%-ige Lösung in Methylen
chlorid) bei 90°C und etwa 930 Pa (7 Torr) behandelt.
Nach 3 Minuten betrug die Viskosität des Äquilibrierungs
produktes aus Trimethylsiloxyendgruppen aufweisendem Po
lydimethylsiloxan und cyclischem Dimethylsiloxan 218
mPa·s, und es enthielt 12% flüchtige Bestandteile und 80
ppm Silanol.
Die in Beispiel 1 angegebenen Daten zeigen, daß
das erzeugte Produkt wegen des von 9000 ppm auf nur 80
ppm deutlich verringerten Silanolgehaltes bemerkenswert
ist, und daß es keine bemerkenswerte Bildung von cycli
schen Nebenprodukten gegeben hat. Dies sind Anzeichen,
daß der LPNC-Katalysator unter diesen Bedingungen die
Äquilibrierung nicht wirksam fördert.
Die Wiederholung des Verfahrens unter den glei
chen Bedingungen führte zu einer Mischungsviskosität von
280 mPa·s und einem Gehalt von 10% an flüchtigen Bestand
teilen.
Wird das Verfahren des Beispiels 1 mit einem
Phosphornitridchlorid-Katalysator wiederholt, der gemäß
US-PS 3,839,388 von Nitzsche et al. hergestellt ist, in
dem man 2 Mole Phosphorpentachlorid mit 1 Mol Ammonium
chlorid umsetzt, bis die Entwicklung von Chlorwasserstoff
aufhört, dann erhält an im wesentlichen die gleichen Er
gebnisse.
Eine Polydimethylsiloxandiol/cyclisches Poly
dimethylsiloxan-Mischung (etwa 35 Gew.-% cyclische Be
standteile, 30 mPa·s, 8000 ppm SiOH) wurde durch ein ge
packtes Bett aus säurebehandeltem Tongranulat (Filtrol®-
24) bei 120°C mit einer Aufenthaltszeit von etwa 10 Mi
nuten geschickt. Die resultierende Mischung (818 mPa·s,
etwa 14% flüchtige Bestandteile) wurde in einem Kolben
angeordnet und mit Hexamethyldisiloxan (1,6 Gew.-%) und
30 ppm des Katalysators von Beispiel 1 (a) (3 Gew.-% in
Methylenchlorid) bei 90°C behandelt. Nach 30 Minuten
wurden Kolben und Inhalt 7 Minuten lang evakuiert (6,65
kPa). Die Mischung (181 mPa·s) wurde weitere 10 Minuten
unter Vakuum gehalten, ohne daß eine merkliche Zunahme in
der Viskosität stattfand, was den Abschluß der Kondensa
tion anzeigte: 186 mPa·s, 10,6% flüchtige Bestandteile,
weniger als 100 ppm Si-OH.
Eine Mischung aus Polydimethylsiloxandiol und
cyclischen Polydimethylsiloxan (etwa 35 Gew.-% cyclische
Bestandteile, 30 mPa·s, 8000 ppm SiOH) wurde in einen
Rundkolben gefüllt, auf 90°C erhitzt, dann mit 20 ppm des
Katalysators von Beispiel 1 (a) (2,3 Gew.-% in Methylen
chlorid) behandelt und 10 Minuten lang auf etwa 930 Pa
evakuiert. Das resultierende schwere Öl wurde mit genug
Octamethylcyclotetrasiloxan vermischt (etwa 10 Gew.-%),
um den unter Vakuum eingetretenen Verlust an flüchtigen
Siloxanen zu ersetzen. Die Mischung wurde bei 90°C mit
Hexamethyldisiloxan (4,5 Gew.-%) und mit einer zweiten
Portion des Katalysators von Beispiel 1 (a) (20 ppm) be
handelt. Nach 15 Minuten wurde der Inhalt des Kolbens (27
mPa·s, 35% flüchtige Bestandteile) durch ein Festbett aus
säurebehandeltem Ton (Filtrol®-24) bei 110°C (10 Minuten
Aufenthaltszeit) geleitet, was zu einer Mischung von 39
mPa·s mit 14,2% flüchtigen Bestandteilen und etwa 200 ppm
Si-OH führte.
Wurde das Verfahren von Beispiel 1 unter Ein
satz von Natrium- oder Kalium-Silanolat anstelle des li
nearen LPNC-Katalysators in Stufe (d) wiederholt, dann
erhält man im wesentlichen die gleichen Ergebnisse, aus
genommen, daß der Katalysator am Schluß der Umsetzung
neutralisiert werden muß, und die gebildeten Nebenproduk
te zusammen mit den flüchtigen cyclischen Bestandteilen
daraus abdestilliert werden müssen.
Die oben erwähnten Patentschriften, Veröffent
lichungen und Testverfahren werden durch Bezugnahme auf
genommen.
Im Lichte der obigen detaillierten Beschreibung
ergeben sich viele Variationen der Erfindung für den
Fachmann von selbst. So kann zum Beispiel anstelle von
Hexamethyldisiloxan und Dodecamethyltetrasiloxan Divinyl
tetramethylsiloxan als Kettenabbruchsmittel benutzt wer
den. Anstelle der LPNC-Katalysatoren können ihre Bromid-
Analogen eingesetzt werden. Ein untergeordneter Anteil
der an Silicium gebundenen Methylgruppen kann mit einer
oder mehreren aus Ethyl-, Phenyl-, Trifluor-, Vinyl- und
ähnlichen Gruppen ersetzt werden. Statt eines halogenier
ten Lösungsmittels können die Katalysatoren in Kohlenwas
serstoff-Medien, wie Toluol und ähnlichen, hergestellt
werden, wobei ein Dispersionsmittel benutzt wird, falls
erforderlich. Alle solchen offensichtlichen Modifikatio
nen liegen im voll beabsichtigten Umfang der beigefügten
Ansprüche.
Claims (11)
1. Verfahren zum Herstellen linearer Triorganosiloxy
endgruppen aufweisender Organopolysiloxan-Flüssigkeiten
mit weniger als 200 ppm Restgehalt an siliciumgebundenen
Hydroxylgruppen, wobei das Verfahren im wesentlichen be
steht aus
- (1) Einführen einer Mischung linearer Polydiorgano
siloxandiole und cyclischer Polysiloxane, wobei die Mi
schung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen, der vor
zugsweise größer als etwa 14 bis 16 Gew.-% ist und einen
Silanolgehalt aufweist, der vorzugsweise größer als etwa
1000 ppm, bezogen auf das Gewicht, ist, in eine Reakti
onszone, umfassend
- (a) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Kataly sator;
- (a′) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Kataly sator in Gegenwart eines Kettenabbruchsmittels, umfassend ein kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan oder
- (a′′) einen Kondensations/Disproportionierungs-
Katalysator und ein Kettenabbruchsmittel, umfassend ein
kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Poly
diorganosiloxan,
bis ein Produkt der ersten Stufe erhalten ist und
- (2) danach
- (b) Einführen des Produktes der ersten Stufe aus Stufe (a) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kon densations/Disproportionierungs-Katalysator und ein Ket tenabbruchsmittel, umfassend ein kurzkettiges Triorgano siloxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan;
- (b′) Einführen des Produktes der ersten Stufe aus Stufe (a′) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kondensations/Disproportionierungs-Katalysator oder
- (b′′) Einführen des Produktes der ersten Stufe aus Stufe (a′′) in eine Reaktionszone, umfassend ein Fest bett aus Äquilibrierungs-Katalysator,
um dadurch eine Mischung von Triorganosiloxyendgruppen
aufweisenden linearen Polydiorganosiloxanen und cycli
schen Polydiorganosiloxanen herzustellen, wobei die Mi
schung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vor
zugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen
geringen Silanolgehalt von weniger als etwa 200 ppm, be
zogen auf das Gewicht, aufweist.
2. Verfahren zum Herstellen linearer Triorganosiloxy
endgruppen aufweisenden Organopolysiloxan-Flüssigkeiten
mit weniger als 200 ppm Restgehalt an Si-gebundenen Hy
droxylgruppen, wobei das Verfahren im wesentlichen be
steht aus
- (1) Zuführen einer Mischung aus linearen Polydiorga
nosiloxandiolen und cyclischen Polydiorganosiloxanen, wo
bei die Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen
von vorzugsweise mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen
Silanolgehalt von vorzugsweise mehr als etwa 1000 ppm,
bezogen auf das Gewicht, aufweist, in eine Reaktionszone,
umfassend
- (a) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Katalysa tor, bis ein Produkt der ersten Stufe erhalten ist und
- (2) danach
- (b) Zuführen des Produktes der ersten Stufe (a) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kondensations/Dis proportionierungs-Katalysator in Gegenwart eines Ketten abbruchsmittels, umfassend ein kurzkettiges Triorganosil oxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan, um dadurch eine Mischung von Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden linearen Polydiorganosiloxanen und cycli schen Polysiloxanen herzustellen, wobei diese Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vorzugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen geringen Silanolgehalt von weniger als etwa 200 Gewichts-ppm auf weist.
3. Verfahren zum Herstellen linearer Triorganosiloxy
endgruppen aufweisenden Organopolysiloxan-Flüssigkeiten
mit weniger als 200 ppm Restgehalt an Si-gebundenen Hy
droxylgruppen, wobei das Verfahren im wesentlichen be
steht aus
- (1) Zuführen einer Mischung aus linearen Polydiorga
nosiloxandiolen und cyclischen Polydiorganosiloxanen, wo
bei die Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen
von vorzugsweise mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen
Silanolgehalt von vorzugsweise mehr als etwa 1000 Ge
wichts-ppm aufweist, in eine Reaktionszone, umfassend
- (a′) ein Festbett aus Äquilibrierungs-Katalysa tor in Gegenwart eines Kettenabbruchsmittels, umfassend ein kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Polydiorganosiloxan, bis ein Produkt der ersten Stufe er halten ist und
- (2) danach
- (b′) Zuführen des Produktes der ersten Stufe
- (a′) in eine Reaktionszone, umfassend einen Kondensati ons/Disproportionierungs-Katalysator, um dadurch eine Mi schung aus Triorganosiloxyendgruppen aufweisenden linea ren Polydiorganosiloxanen und cyclischen Polydiorganosil oxanen herzustellen, wobei die Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vorzugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen geringen Silanolgehalt von vorzugsweise weniger als etwa 200 Gewichts-ppm auf weist.
4. Verfahren zum Herstellen linearer Triorganosiloxy
endgruppen aufweisenden Organopolysiloxan-Flüssigkeiten
mit weniger als 200 ppm Restgehalt an Si-gebundenen Hy
droxylgruppen, wobei das Verfahren im wesentlichen be
steht aus
- (1) Zuführen einer Mischung aus linearen Polydiorga
nosiloxandiolen und cyclischen Polydiorganosiloxanen, wo
bei die Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen
von vorzugsweise mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen
Silanolgehalt von vorzugsweise mehr als etwa 1000 Ge
wichts-ppm aufweist, in eine Reaktionszone, umfassend
- (a′′) einen Kondensations/Disproportionierungs- Katalysator und ein Kettenabbruchsmittel, umfassend ein kurzkettiges Triorganosiloxyendgruppen aufweisendes Poly diorganosiloxan, bis ein Erststufen-Produkt erhalten wird und
- (2) danach
- (b′′) Zuführen des Erststufen-Produktes der Stufe (a′′) in eine Reaktionszone, umfassend ein Festbett aus Äquili brierungs-Katalysator, um dadurch eine Mischung von Tri organosiloxyendgruppen aufweisenden linearen Polydiorga nosiloxanen und cyclischen Polydiorganosiloxanen her zu stellen, wobei die Mischung einen Gehalt an cyclischen Bestandteilen von vorzugsweise nicht mehr als etwa 14 bis 16 Gew.-% und einen geringen Silanolgehalt von vorzugs weise weniger als 200 Gewichts-ppm aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Äquilibrie
rungs-Katalysator einen sauren oder basischen Äquili
brierungs-Katalysator umfaßt, ausgewählt aus säurebe
handeltem Ton, einem Ionenaustauscherharz, einem säurebe
handelten Ruß oder einer Mischung der vorgenannten.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Kondensations/
Disproportionierungs-Katalysator einen Katalysator um
faßt, ausgewählt aus einem Phosphornitridhalogenid, einem
linearen oligomeren Phosphornitridhalogenid, einem Reak
tionsprodukt davon mit Wasser, einem Alkohol, einer Car
bonsäure oder einem reaktionsfähigen Derivat davon, einem
Organopolysiloxan mit reaktionsfähigem Phosphornitridha
logenid, einem Organosilan mit reaktionsfähigem Phosphor
nitridhalogenid oder einer Mischung der vorgenannten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Halogenid bei
dem Kondensations/Disproportionierungs-Katalysator unab
hängig Chlor oder Brom umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kettenabbruchs
mittel Hexamethyldisiloxan ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Silanolendgrup
pen aufweisende Polysiloxan ein Diorganodichlorsilanhy
drolysat umfaßt, das lineare und cyclische Bestandteile
enthält, das Kettenabbruchsmittel Hexaorganodisiloxan um
faßt, der Katalysator für die Kondensation/Äquilibrierung
einen säurebehandelten Ton umfaßt und die Kondensations/
Disproportionierung in einer zweiten Stufe bei etwa 90°C
in Gegenwart eines linearen oligomeren LPNC-Katalysators
ausgeführt wird, um Triorganosiloxyendgruppen aufweisen
des Öl geringen Molekulargewichtes herzustellen, wobei im
wesentlichen keine Zunahme des Gehaltes an cyclischen Be
standteilen auftritt, und der Silanolgehalt geringer als
200 ppm ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, worin Hexamethyldisiloxan
als Kettenabbruchsmittel benutzt wird, der Katalysator
eine lineare oligomere LPNC-Verbindung umfaßt und die
Kondensation der zweiten Stufe (2) bei etwa 90°C ausge
führt wird.
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