CN114729126B - 低异构体氢化硅烷化 - Google Patents
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Abstract
一种反应组合物含有:(a)具有下式的烯丙基聚醚:CH2=CHCH2O‑Aa‑B其中,(i)下标a为2至170;(ii)A选自:‑CH2CH2O‑;‑CH2CH(CH3)O‑;‑CH(CH3)CH2O‑、CH2CH(CH2CH3)O‑;‑CH(CH2CH3)CH2O‑、‑CH2CF(CF3)O‑、‑CF(CF3)CF2O‑和‑CF2CF(CF3)O‑;和(iii)B选自‑H、‑CH3、‑CH2CH3、‑CH2CH2CH3、‑CH2CH2CH2CH3、‑C(O)CH3和‑CF2CF2CF3;(b)包含以下硅氧烷单元的甲硅烷基氢化物官能硅氧烷:[R2HSiO1/2]m[R2SiO2/2]d[RSiO3/2]t[SiO4/2]q其中d+t+q为一或更大并且其中:(i)R选自具有一至8个碳原子的烃基;(ii)下标m为2或更大;(iii)下标d为零至20;(iv)下标t为零至2;(v)下标q为零至2;(c)铂基氢化硅烷化催化剂;其中所述反应组合物中相对于烯丙基官能团存在至少有4摩尔当量的甲硅烷基氢化物官能团。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合进行氢化硅烷化同时在最终产物中产生很少或不产生烯烃反应物异构体副产物的反应组合物。
背景技术
氢化硅烷化反应是在烯烃(通常是末端烯烃)和甲硅烷基氢化物物种之间发生的组合反应。氢化硅烷化反应通常使用铂基催化剂进行催化。示例性的氢化硅烷化反应可被说明为,例如,如下:
当烯烃为烯丙氧基时,一部分烯丙基倾向于在氢化硅烷化反应条件下可逆地异构化以产生通常不与氢化硅烷化反应的顺式和反式2-烯烃异构体:
通常大约15摩尔%(mol%)或更多的烯丙基作为不需要的2-烯烃异构体副产物与反应产物一起进行。特别值得关注的是,2-烯烃异构体副产物与最终产品中的恶臭有关,特别是在与烯丙基聚醚的氢化硅烷化反应中,可能由于异构体降解为丙醛(参见,例如US8877886)。
氢化硅烷化反应通常使用过量的烯丙基进行,以至少部分解释非反应性异构化副产物的产生。结果,所有的甲硅烷基氢化物基团倾向于在反应期间反应产生不含甲硅烷基氢化物基团的产物。当试图制备保留末端Si-H键以用于进一步反应的产物时,这类反应是不合适的。
需要识别用烯丙基聚醚进行氢化硅烷化反应方法,其导致小于5mol%,优选地小于3mol%,甚至更优选地小于一mol%的烯丙基聚醚保留为2-烯烃副产物。甚至更需要识别产生具有Si-H键的反应产物从而使得反应产物能够用作进一步氢化硅烷化反应中的反应物的这类方法。
发明内容
本发明提供一种用烯丙基聚醚进行氢化硅烷化反应的问题的解决方案,其导致小于5mol%,并且可导致3mol%或更少,甚至一mol%或更少的烯丙基聚醚保留为2-烯烃副产物。此外,氢化硅烷化反应产生具有Si-H键的反应产物,从而使得反应产物能够用作进一步氢化硅烷化反应中的反应物。这些是目标结果。
更令人惊讶和有价值的是,本发明能够以以下实现目标结果:48小时或更少、24小时或更少,并且在某些情况下甚至12小时或更少、10小时或更少、8小时或更少、6小时或更少、4小时或更少并且甚至2小时或更少而同时一小时或更长,通常2小时或更长的反应时间;而同时在250摄氏度(℃)或更低、200℃或更低、180℃或更低、150℃或更低、140℃或更低、130℃或更低、120℃或更低并且甚至110℃或更低的反应温度下进行;并且同时以反应组合物重量计,在百万分之500重量份(ppm)或更少,甚至100ppm或更少、75ppm或更少、50ppm或更少、25ppm或更少,甚至10ppm或更少并且通常为一ppm或更多、2ppm或更多、5ppm或更多并且优选地7.5ppm或更多、10ppm或更多,甚至20ppm或更多的铂催化剂浓度下。
本发明是发现当甲硅烷基氢化物官能团与烯丙基官能团的摩尔比为4或更大时,特定的甲硅烷基氢化物能够进行实现目标特性的反应的结果。甲硅烷基氢化物必须包含两个或更多个被至少一个硅氧烷硅氧烷分开的(CH3)2HSiO1/2硅氧烷基团(M′基团),优选地至少一个(CH3)2SiO2/2硅氧烷基团(D基团)。反应需要在过量的甲硅烷基氢化物官能团中进行,而不是在过量烯丙基中进行的常见过程。
还出人意料地发现,与未纯化烯丙基醚相比,在进行氢化硅烷化反应之前纯化烯丙基醚允许在较低温度和较少铂基催化剂下更快地实现目标结果。
在第一方面,本发明是一种反应组合物,其包含:(a)烯丙基聚醚,所述烯丙基聚醚具有下式:
CH2=CHCH2O-Aa-B
其中:(i)下标a为每个分子中连续A单元的平均数并且为在2至170的范围内的值;(ii)A在每次出现时独立地选自由以下组成的组:-CH2CH2O-;-CH2CH(CH3)O-;-CH(CH3)CH2O-、CH2CH(CH2CH3)O-;-CH(CH2CH3)CH2O-、-CH2CF(CF3)O-,-CF(CF3)CF2O-和-CF2CF(CF3)O-;并且(iii)B选自由以下组成的组:-H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH2CH2CH2CH3、-C(O)CH3、-CF3和-F;(b)甲硅烷基氢化物官能硅氧烷选自包含对于每个分子中每个硅氧烷单元在以下平均数范围下的以下硅氧烷单元的那些:
[R2HSiO1/2]m[R2SiO2/2]d[RSiO3/2]t[SiO4/2]q
其中下标d\t和q的总和为一或更大并且其中:(i)R在每次出现时独立地选自具有一至8个碳原子的烃基;(ii)下标m为每个分子中R2HSiO1/2基团的平均数并且为2或更大;(iii)下标d为每个分子中R2SiO2/2基团的平均数并且为零或更大并且20或更小;(iv)下标t为每个分子中RSiO3/2基团的平均数并且为零或更大并且2或更小;(v)下标q为每个分子中SiO4/2基团的平均数并且为零或更大并且2或更小;和(c)铂基氢化硅烷化催化剂;其中反应组合物中,相对于烯丙基官能团存在至少4摩尔当量的甲硅烷基氢化物官能团。
在第二方面,本发明是一种方法,其包含以下步骤:(a)提供第一方面的反应组合物;(b)将反应组合物加热至80摄氏度至250摄氏度范围内的温度持续一小时或更长。
在第三方面,本发明是第二方面的方法的反应产物,所述反应产物的特征在于在加热至80摄氏度之前,含有浓度小于烯丙基聚醚浓度的5摩尔%的2-烯烃聚醚。
本发明的方法产生含有小于5mol%的烯丙基醚作为2-烯烃副产物的反应产物,而无需在反应后去除任何副产物。事实上,当氢化硅烷化反应中使用的烯丙基醚每分子具有三个或更多连续醚基时,反应产物不能通过去除烯丙基醚的2-烯烃异构体来纯化,因此制备这类反应产物的唯一途径是本发明的方法。因此,如果氢化硅烷化反应产物含有含有三个或更多个连续醚基团的反应烯丙基醚组分,那么如果它包含小于5mol%的烯丙基醚反应物作为烯丙基醚的2-烯烃异构体,那么它必然是通过本发明方法制备的。
本发明的方法适用于制备聚醚官能聚硅氧烷,特别是另外含有甲硅烷基氢化物官能团的聚醚官能聚硅氧烷,而同时导致小于5mol%的乙烯基官能聚醚反应物形成2-烯烃聚醚杂质与氢化硅烷化产物一起驻留。
具体实施方式
如果未在测试方法编号中注明日期,则测试方法是指截至本文件优先权目的最新测试方法。对试验方法的引用含有对试验协会和试验方法编号的引用。以下测试方法缩写和标识符适用于本文:ASTM是指美国测试与材料协会(American Society for Testingand Materials);EN是指欧洲规范(European Norm);DIN是指德国标准化学会(DeutschesInstitut für Normung);ISO是指国际标准组织(International Organization forStandards);并且UL是指保险商试验所(Underwriters Laboratory)。
由其商品名标识的产品是指在本文件优先权日以这些商品名可获得的组合物。
“多个”意指两个或更多个。“和/或”意指“和,或作为替代方案”。除非另外指示,否则所有范围均包括端点。除非另有说明,否则所有重量百分比(wt%)值均相对于组合物重量,并且所有体积百分比(vol%)值均相对于组合物体积。
如本文所用,“烃基”包括被取代的和未被取代的烃基。被取代的羰基具有一个或超过一个氢原子或碳原子被除氢和碳之外的另一原子或基团取代。理想地,除非另有说明,烃基为未被取代的烃基。
烯丙基聚醚
本发明的反应组合物包含具有下式的烯丙基聚醚:
CH2=CHCH2O-Aa-B
其中:
(i)下标a为每个分子中连续A单元的平均数并且为2或更大、3或更大、4或更大、5或更大、6或更大、7或更大、8或更大、9或更大、10或更大、11或更大、12或更大、15或更大、20或更大、25或更大、50或更大、75或更大、100或更大,并且同时通常为170或更小、150或更小、125或更小、100或更小、75或更小、50或更小、45或更小、40或更小、35或更小、30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小甚至5或更小、4或更小或3或更小的值。
(ii)A在每次出现时独立地选自由以下组成的组:
-CH2CH2O-;-CH2CH(CH3)O-、-CH(CH3)CH2O-、CH2CH(CH2CH3)O-、-CH(CH2CH3)CH2O-、-CH2CF(CF3)O-、-CF(CF3)CF2O-和-CF2CF(CF3)O-。为避免疑义,烯丙基聚醚可包含所有一种类型的A单元或多于一种类型的A单元的组合。
(iii)B选自由以下组成的组:-H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH2CH2CH2CH3、-C(O)CH3和-CF2CF2CF3。
合适的烯丙基聚醚的实例包括选自由以下组成的组的任何一种或多于一种的烯丙基聚醚的组合:CH2=CHCH2O(CH2CH2O)11CH3;
CH2=CHCH2O(CH2CH(CH3)O)2CH3;
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)11(CH2CH(CH3)O)4H;
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)18(CH2CH(CH3)O)5CH3;
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)24(CH2CH(CH3)O)5CH3;
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)24(CH2CH(CH3)O)21C(O)CH3;
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)24(CH2CH(CH3)O)24CH3;和
CH2=CHCH2OCH2CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)10CF2CF2CF3。
纯化烯丙基聚醚使得与烯丙基聚醚的氢化硅烷化反应更有效。通过将烯丙基聚醚暴露于纯化剂来纯化烯丙基聚醚,例如使烯丙基聚醚流过纯化剂床或将纯化剂与烯丙基聚醚混合以形成浆液,并且然后过滤掉纯化剂。通过暴露于纯化剂来纯化烯丙基聚醚可在氢化硅烷化反应期间加热烯丙基聚醚之前、期间或之前和期间进行。
合适的纯化剂包括选自由氧化铝、沸石、活性炭和二氧化硅-氧化铝组成的组中的任何一种或多于一种组分的任何组合。与使用未纯化的烯丙基聚醚的相同氢化硅烷化反应相比,氢化硅烷化反应在更短的时间和/或更低的温度和/或更低的铂催化剂负载下完成论证了效率。在本发明的氢化硅烷化反应中,氢化硅烷化反应效率的特征还在于在比与未纯化的烯丙基聚醚的相同反应更快的时间和/或更低的温度下实现与烯丙基的2-烯烃异构体的mol%低于5mol%、4mol%或更低、3mol%或更低、2mol%或更低、一mol%或更低的反应产物。因此,需要在使用烯丙基聚醚进行氢化硅烷化反应之前纯化烯丙基聚醚。
甲硅烷基氢化物官能硅氧烷
本发明包含甲硅烷基氢化物官能硅氧烷。甲硅烷基氢化物官能硅氧烷包含(优选地由其组成)对于每个分子中每个硅氧烷单元在以下平均数范围下的以下硅氧烷单元:
[R2HSiO1/2]m[R2SiO2/2]d[RSiO3/2]t[SiO4/2]q
其中下标d、t和q的总和为一或多大,并且其中:
(i)R在每次出现时独立地选自具有一个碳或更多、2个碳或更多、3个碳或更多、4个碳或更多、5个碳或更多、6个碳或更多并且甚至7个碳或更多,而同时8个碳或更少的烃基。理想地,R在每次出现时独立地选自甲基和苯基。更优选地,R在每次出现时为甲基。
(ii)下标m为每个分子中R2HSiO1/2单元的平均数并且为2或更多并且同时通常为20或更小、15或更小、10或更小、8或更小、6或更小、5或更小、4或更小,甚至3或更小。
(iii)下标d为每个分子中R2SiO2/2单元的平均数并且为零或更大,优选地一或更大、2或更大、3或更大、4或更大、5或更大、6或更大、7或更大、8或更大、9或更大,甚至10或更大,而相同通常为20或更小、19或更小、18或更小、17或更小、16或更小、15或更小、14或更小、12或更小、10或更小、8或更小、6或更小、4或更小,甚至3或更小。
(iv)下标t为每个分子中RSiO3/2单元的平均数并且为零或更大,并且可为一或更大而同时通常为2或更小,甚至一或更小。
(v)下标q为每个分子中SiO4/2单元的平均数并且为零或更大,并且可为一或更大而同时通常为2或更小,甚至一或更小。
理想地,甲硅烷基氢化物官能硅氧烷具有下式:
[R2HSiO1/2]m[R2SiO2/2]d
其中m=2,d为每个分子中R2SiO2/2基团的平均数,并且为一或更大、二或更大并且20或更小,优选地18或更小,并且可为16或更小;并且R在每次出现时独立地选自具有一至8个碳原子的烃基,并且优选地R在每次出现时为甲基。甲硅烷基氢化物官能硅氧烷可选自具有式[(CH3)2HSiO1/2]2[(CH3)2SiO2/2]1和[(CH3)2HSiO1/2]2[(CH3)2SiO2/2]16的那些。
对于本反应组合物的性能而言独特且重要的是甲硅烷基氢化物官能硅氧烷以足以提供反应组合物中相对于烯丙基官能团至少4摩尔当量的甲硅烷基氢化物官能团的浓度存在。具有过量的甲硅烷基氢化物官能团至少有两个结果:(1)反应产物将平均每个分子具有至少一个甲硅烷基氢化物官能团,这使其能够在随后的氢化硅烷化中用作甲硅烷基氢化物组分反应;和(2)有足够的甲硅烷基氢化物与所有的烯丙基反应。第二个结果很重要,因为据信烯丙基和烯丙基的2-烯烃异构体之间的异构化是可逆的,这意味着如果在氢化硅烷化反应期间烯丙基异构化为2-烯烃异构体,将存在甲硅烷基氢化物当它异构化回烯丙基时与其反应。因此,过量的甲硅烷基氢化物使得有可能消耗基本上所有的烯丙基官能团,而不是留下一些作为2-烯烃异构体副产物存在。
铂基氢化硅烷化催化剂
本发明包含铂基氢化硅烷化催化剂。这类催化剂在所属领域中是众所周知的,并且在本发明的最宽范围内,对哪种铂基氢化硅烷化催化剂或这些催化剂的组合用作本发明的铂基氢化硅烷化催化剂没有限制。合适的铂基氢化硅烷化催化剂的实例包括选自由以下组成的组中的任何一种或多于一种的任何组合:Speier′s催化剂(H2PtCl6)、卡尔施泰特氏(Karstedt′s)催化剂(衍生自含二乙烯基二硅氧烷的有机铂化合物)和用苯基树脂包封的1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物的铂基催化剂。
通常,较高浓度的铂基催化剂导致更快的氢化硅烷化反应-与使用较低浓度的催化剂相比,更快和/或在更低温度下达到所需的反应产物和2-烯烃异构体的目标水平。使用浓度为百万分之一重量份(ppm)或更多,优选地2ppm或更多、4ppm或更多、6ppm或更多、7ppm或更多、7.5ppm或更多、10ppm或更多、15ppm或更多、20ppm或更多、30ppm或更多、40ppm或更多、50ppm或更多、60ppm或更多、70ppm或更多、80ppm或更多、90ppm或更多、100ppm或更多、150ppm或更多、200ppm或更多、300ppm或更多,甚至400ppm或更多的铂基催化剂能实现目标结果。从技术上讲,对于可使用的铂基催化剂的浓度没有已知的上限。然而,成本通常鼓励使用尽可能少的铂基催化剂。因此,在从上述列表中选择铂催化剂的下限的同时,铂基催化剂通常为500ppm或更少、400ppm或更少、300ppm或更少、200ppm或更少,甚至100ppm或更少、75ppm或更少、50ppm或更少、25ppm或更少,甚至10ppm或更少。铂基催化剂的浓度与反应组合物的重量有关。
氢化硅烷化反应方法
本发明的反应组合物适用于进行具有上述目标结果的氢化硅烷化反应方法,所述方法是本发明的另一个方面。
本发明的方法包含:(a)提供本发明的反应组合物;和(b)将反应组合物加热至80摄氏度至250摄氏度(℃)的温度持续一小时或更长。
反应方法可在溶剂中进行,这将涉及优选地在加热步骤之前向反应混合物中添加溶剂。用于氢化硅烷化反应的合适的溶剂包括选自由以下组成的组的任何一种或多于一种的任何组合:甲苯、2-丙醇、1,3-双(三氟甲基)苯和α,α,α-三氟甲基苯。
提供反应组合物的步骤理想地包括在加热步骤之前纯化烯丙基聚醚,优选在将烯丙基聚醚与甲硅烷基氢化物官能硅氧烷和/或铂基催化剂混合之前。纯化烯丙基聚醚的方法如上所述。在进行氢化硅烷化反应之前纯化烯丙基聚醚倾向于导致比使用较低的未纯化的烯丙基聚醚更快和/或在更低的温度下达到所需的反应产物和2-烯烃异构体的目标水平。
可通过将烯丙基聚醚与甲硅烷基氢化物和铂基催化剂组合来提供反应组合物。理想地,混合反应组合物以获得尽可能均匀的反应组合物。通常,反应组合物的组分可以任何顺序添加。举例来说,烯丙基聚醚可与甲硅烷基氢化物官能硅氧烷组合以形成反应混合物,并且然后可将铂基催化剂添加到反应混合物中。替代地,可将铂基催化剂添加到烯丙基聚醚和甲硅烷基氢化物官能硅氧烷中的任一个或两者中,并且然后可将烯丙基聚醚与甲硅烷基氢化物官能硅氧烷组合。替代地,所有三种组分可彼此同时添加。
在低于80℃,优选地70℃或更低、60℃或更低、50℃或更低、40℃或更低、30℃或更低、25℃或更低、23℃或更低,甚至20℃或更低的温度下制备反应组合物。氢化硅烷化反应不太可能在较冷的温度下进行,并且通常希望来在不发生显著的氢化硅烷化反应活性的情况下制备反应组合物,直到需要加热反应组合物。
为了用本发明的反应组合物有效地诱导氢化硅烷化反应并实现小于5mol%的烯丙基聚醚保留为2-烯烃异构体的产物,将反应组合物加热到80℃或更高,优选地90℃或更高、100℃或更高、110℃或更高、120℃或更高,甚至130℃或更高的温度,而同时普通加热到250℃或更低、200℃或更低,甚至150℃或更低、130℃或更低或110℃或更低的温度。氢化硅烷化反应通常进行得更快,并且在更高温度下由反应组合物更快速地产生具有目标性质的产物。在较低的反应温度下,如果需要特别快的反应,那么需要纯化烯丙基聚醚和/或考虑使用更高浓度的铂基催化剂以更快速地生产具有目标特性的产物。
出人意料地,本发明的方法实现目标结果,更出人意料地它可通过在本文教导的温度和铂基催化剂浓度下加热48小时或更少、24小时或更少、12小时或更少、10小时或更少、8小时或更少、6小时或更少、4小时或更少甚至2小时或更少,而同时通常为一小时或更长,通常2小时或更长实现目标结果。
方法以过量的甲硅烷基氢化物进行,因此氢化硅烷化反应可产生含有未反应的甲硅烷基氢化物官能硅氧烷的产物混合物,所述混合物在氢化硅烷化反应完成后剩余并且与氢化硅烷化反应产物混合。本发明的方法还可包括从氢化硅烷化反应产物中去除未反应的甲硅烷基氢化物官能硅氧烷的步骤。去除未反应的甲硅烷基氢化物官能硅氧烷的方法包括对氢化硅烷化反应产物混合物施加真空。未反应的甲硅烷基氢化物官能硅氧烷具有比氢化硅烷化反应产物更高的蒸气压,并且可在真空下从反应产物中蒸发掉。用真空加热可进一步促进未反应的甲硅烷基氢化物官能硅氧烷的蒸发。
反应产物
本发明方法的反应产物为聚醚官能化硅氧烷,其还包含一个或多于一个甲硅烷基氢化物官能团。此外,方法导致相对于起始烯丙基聚醚的量小于5mol%,优选地4mol%或更少、3mol%或更少、2mol%或更少、一mol%或更少并且可为不含烯丙基聚醚的2-烯烃异构体。确定相对于起始烯丙基聚醚的量的烯丙基聚醚的2-烯烃异构体的量使用1H、13C和29Si核磁共振(NMR)光谱,以确定相对于聚硅氧烷分子的与聚硅氧烷结合的聚醚的相对摩尔量(“[结合烯烃]”)和相对于聚硅氧烷分子的2-烯烃异构体的相对量(“[异构体烯烃]”)。2-烯烃异构体的mol%为:
{[异构烯烃]/([异构烯烃]+[结合烯烃])}x100%。
本发明的方法的一个好处是它产生的氢化硅烷化反应产物具有比类似氢化硅烷化反应少得多的2-烯烃异构体副产物。此外,反应产物含有甲硅烷基氢化物官能团。结果,反应产物可直接用作甲硅烷基氢化物官能反应物,用于进一步的氢化硅烷化反应,而不携带大量的2-烯烃异构体副产物。
为此,烯丙基聚醚和甲硅烷基氢化物官能聚硅氧烷之间的氢化硅烷化反应可为产生具有甲硅烷基氢化物官能团的第一氢化硅烷化产物的第一氢化硅烷化反应。在加热步骤(b)之后,优选地在加热步骤(b)已经足够长的时间段以允许所有烯丙基聚醚的烯丙基反应形成第一氢化硅烷化产物之后,可将烯烃官能(优选地乙烯基或烯丙基)硅氧烷添加到第一氢化硅烷化产物中,并且然后加热以在第一氢化硅烷化产物和烯烃官能硅氧烷之间进行第二氢化硅烷化反应以产生第二氢化硅烷化产物。
用于第二氢化硅烷化反应的烯烃官能的硅氧烷可为例如,烯烃官能的线性硅氧烷(如乙烯基官能化的聚二甲基硅氧烷)或烯烃官能树脂。理想地,烯烃官能硅氧烷具有下式:
[R3SiO1/2]m[R2SiO2/2]d[RSiO3/2]t[SiO4/2]q
其中至少一个R含有烯基,m=0-50(优选地1-50),d=1-2000,t=0-30,并且q=0-60。
此第二反应对于有效制备聚醚官能树脂如聚醚官能MQ树脂和制备具有低2-烯烃异构体副产物的这类树脂特别有价值。具有甲硅烷基氢化物官能团的聚醚,特别是具有非常低的2-烯烃异构体含量是不寻常的。因此,第一氢化硅烷化产物适用于通过氢化硅烷化与具有烯基(例如,乙烯基或烯丙基)官能团的MQ树脂反应以产生具有低2-烯烃异构体副产物的聚醚官能MQ树脂。这类树脂理想地用于需要低副产品水平的许多应用中,包括健康和美容产品,包括面霜、化妆品、乳液和清洁产品。
第二氢化硅烷化产物可适用于例如乳化剂、美容护理中的分散剂和相容剂、油气开采和聚氨酯泡沫添加剂。它们还可在油漆、油墨和涂料中用作消泡剂、流平剂和滑爽剂和耐擦伤剂。其他用途包括农业助剂、螺纹润滑剂、清洁剂、金属加工和汽车护理。根据本发明的方法制备第二氢化硅烷化产物的好处在于它含有非常少的(小于5mol%的原始烯丙基聚醚)作为2-烯烃异构体或2-烯烃异构体的后续反应产物。这对于减少最终产品和应用中的气味是合乎需要的。
实例
表1列出了以下实例和比较实例中使用的组分。
表1
DOWSIL为陶氏化学公司的商标。XIAMETER是道康宁公司(Dow CorningCorporation)的商标。烯丙基是CH2=CHCH2-基团。“EO”是-OCH2CH2-基团。“PO”是(-OC(CH3)HCH2-)基团。“Me”是-CH3基团。“Ac”是乙酰基:-C(O)CH3。“PFPE”是-CF2CF(CF3)O-基团。
样品制备
下表提供关于每个样品的反应的具体信息。通常,在玻璃反应容器中使用3克至500克范围内的总反应组合物体积制备样品。在玻璃反应容器中适合于实现甲硅烷基氢化物官能团与烯丙基官能团的特定摩尔当量的浓度下缓慢组合甲硅烷基氢化物官能硅氧烷和烯丙基聚醚。插入聚四氟乙烯搅拌棒。用隔膜密封玻璃反应容器并加热至指定的反应温度。注入催化剂溶液(甲苯中的0.1wt%卡尔施泰特氏催化剂)并在指定的反应温度下保持指定的时间。表征所得产物的2-烯烃异构体含量,并在真空下去除溶剂和过量的甲硅烷基氢化物官能硅氧烷。
异构体含量表征
使用400兆赫兹磁体的1H NMR光谱评估样品的异构体含量。在d6-苯中稀释样品进行分析。在NMR光谱中,异构体峰位于65.85ppm和δ6.17ppm。
各种烯丙基聚醚的发明论证
样品1-11论证本发明与不同烯丙基聚醚的多功能性。出于一致性,每个样品均使用相同的甲硅烷基氢化物反应物(SiH SF1)和相对于烯丙基官能团的9摩尔当量的SiH制备。根据本发明,样品论证制备具有小于5mol%,实际上3mol%或更少并且大多数时候0mol%的烯丙基聚醚保留为2-烯烃异构体的反应产物的能力。表2呈现样品1-11的配制物信息、反应条件(铂催化剂的浓度、反应温度和反应时间)和所得烯丙基聚醚保留为2-烯烃异构体的mol%。
表2
表3提供样品13和14的反应信息。表3揭示了在进行氢化硅烷化反应之前纯化烯丙基聚醚的好处。表2中的样品12揭示烯丙基PE8可产生不含2-烯烃异构体的反应产物。样品13说明用较少的催化剂进行相同的反应在运行7小时会产生2-烯烃异构体。样品14说明通过首先纯化烯丙基聚醚,样品13的反应导致最终产物中没有2-烯烃异构体。烯丙基聚醚通过氧化铝柱进行纯化。
表3
甲硅烷基氢化物型的临界性论证
表4提供了样品15-18的反应信息。这些反应中的每一个都使用烯丙基PE1作为烯丙基聚醚。
表4
样品15和16说明当甲硅烷基氢化物官能团位于D型硅氧烷单元((CH3)HSiO2/2)上但不在M型硅氧烷单元(R3SiO1/2)上时,氢化硅烷化反应即使在过量的甲硅烷基氢化物官能团下进行也导致超过5mol%的烯丙基聚醚形成2-烯烃异构体。
样品17和8说明当甲硅烷基氢化物官能硅氧烷仅含有M′单元((CH3)2HSiO1/2)时,氢化硅烷化反应导致即使在过量甲硅烷基氢化物官能团下进行也导致超过5mol%的烯丙基聚醚形成2-烯烃异构体。
各种甲硅烷基氢化物类型的本发明论证
表5提供了样品3、19和20的反应信息,并论证在M型硅氧烷单元上具有甲硅烷基氢化物官能团的多种甲硅烷基氢化物官能硅氧烷。样品3、19和20中的每一个都使用烯丙基PE1作为烯丙基聚醚。在M型硅氧烷单元上具有甲硅烷基氢化物的每个甲硅烷基氢化物官能硅氧烷导致本发明的目标特性。
表5
SiH:烯丙基比率重要性的论证
表6提供了样品21-23的反应信息。每个样品都使用SiH FS1和烯丙基PE1作为反应物。结果指示相对于烯丙基官能团使用大于2当量的SiH官能团的重要性。在2摩尔当量时,即使在反应24小时后,样品21也未能达到目标2-烯烃异构体水平。然而,样品22在14小时的反应时间和4当量下避免任何2-烯烃异构体,并且样品23在8小时的反应时间和8当量下避免2-烯烃异构体。
表6
反应时间
表7提供了反应对的反应特性,说明了反应时间如何影响2-烯烃异构体的产生。一般来说,在其它一切都保持不变的情况下,较高的温度和较长的反应时间导致较少的2-烯烃异构体。
表7
结果指示需要至少2小时的反应时间以导致最终反应产物中5mol%或更少的烯丙基聚醚形成2-烯烃异构体。
随后的氢化硅烷化反应
本发明的一个好处是它提供了一种形成氢化硅烷化反应产物的方法,所述方法不仅将反应产物中少于5mol%的起始烯丙基聚醚转化为2-烯烃异构体,而且使反应产品在M型硅氧烷单元上含有甲硅烷基氢化物,可用于后续的氢化硅烷化反应。
样品33-36说明其中根据本发明的初始氢化硅烷化反应的反应产物随后用于与乙烯基官能聚硅氧烷的另一种氢化硅烷化反应的方法。
样品33。向500毫升(mL)烧瓶添加50.0克(g)未经进一步纯化的样品10与67.1g的(CH3)3SiO((CH3)2SiO)1.2((CH3)(CH2=CH-)SiO)1.2OSi(CH3)3的反应产物(也称为“MD1.2Dvi 1.2M”)。添加聚四氟乙烯搅拌棒。用橡胶隔膜密封烧瓶,用惰性气体吹扫并加热至110℃持续5小时。1H NMR光谱揭示99%的SiH基团被消耗,并且氢化硅烷化反应产物分离为透明无色油。
在一升圆底烧瓶中制备MD1.2Dvi 1.2M反应物。在烧瓶中组合260克的0.65centiStoke(cSt)聚二甲基硅氧烷、154克的Dvi 4聚硅氧烷(例如来自陶氏化学公司的DOWSIL1-2287中间体)、133克的D4聚硅氧烷(例如来自陶氏化学公司的DOWSIL 244流体)和0.1重量%氢氧化钾。用惰性气体吹扫并加热至140℃持续4小时。冷却反应混合物并用磷酸中和。用碳酸氢钠搅拌并且过滤以产生MD1.2Dvi 1.2M产物
样品34。向500毫升(mL)烧瓶添加92.9克(g)的未经进一步纯化的样品10的反应产物与45g的(CH3)3SiO((CH3)2SiO)3.1((CH3)(CH2=CH-)SiO)3.7OSi(CH3)3的反应产物(也称为“MD3.1Dvi 3.7M”)。添加聚四氟乙烯搅拌棒。用橡胶隔膜密封烧瓶,用惰性气体吹扫并加热至110℃持续5小时。1H NMR光谱揭示99%的SiH基团被消耗,并且氢化硅烷化反应产物分离为透明无色油。
在一升圆底烧瓶中制备MD3.1Dvi 3.7M反应物。在烧瓶中组合300克的2cSt聚二甲基硅氧烷、226克的Dvi 4聚硅氧烷(例如来自陶氏化学公司的DOWSIL1-2287中间体)和0.1重量%氢氧化钾。用惰性气体吹扫并加热至140℃持续4小时。冷却反应混合物并用磷酸中和。用碳酸氢钠搅拌并且过滤以产生MD3.1Dvi 3.7M产物。
样品35。在40mL英钱小瓶中组合92.9g的未经进一步纯化的样品10与2.18g的(CH3)3SiO((CH3)2SiO)124((CH3)(CH2=CH-)SiO)12OSi(CH3)3的产物(也称为“MD124Dvi 12M”)。添加聚四氟乙烯搅拌棒。用橡胶隔膜密封烧瓶,用惰性气体吹扫并加热至110℃持续3小时。1HNMR光谱揭示99%的SiH基团被消耗,并且氢化硅烷化反应产物分离为透明无色油。
在一升圆底烧瓶中制备MD124Dvi 12M反应物。在烧瓶中组合21克的2cSt聚二甲基硅氧烷、53克的Dvi 4聚硅氧烷(例如来自陶氏化学公司的DOWSIL1-2287中间体)、486克的D4聚硅氧烷(例如来自陶氏化学公司的DOWSIL 244流体)和0.1重量%氢氧化钾。用惰性气体吹扫并加热至140℃持续4小时。冷却反应混合物并用磷酸中和。用碳酸氢钠搅拌,并且过滤,并且在真空下汽提,以产生MD124Dvi 12M产物。
样品36。向500毫升(mL)烧瓶添加20g的2-丙醇、4.77g的不经进一步纯化的样品11和100g的重均分子量(通过凝胶渗透色谱法)为25,000道尔顿,相对于硅原子的5-6mol%乙烯基和6-8mol%组合的-OH和-OCH(CH3)2基团的乙烯基官能MQ树脂的反应产物。用橡胶隔膜密封,用惰性气体吹扫并且加热至60℃。向反应混合物添加0.2g的卡尔施泰特氏催化剂(在甲苯中1wt%)。加热至82℃持续3小时。1H NMR光谱揭示SiH官能团完全反应。
通过所属领域中已知的任何方法制备乙烯基官能MQ树脂,包括WO2010/079366第[0016]-[0018]段以及US2676182第[0017]-[0018]的方法。
Claims (10)
1.一种反应产物,所述反应产物由反应组合物持续2小时或更长的反应时间制得,所述反应组合物包含:
(a)烯丙基聚醚,所述烯丙基聚醚具有下式:
CH2=CHCH2O-Aa-B
其中:
(i)下标a为每个分子中连续A单元的平均数并且为在2至170的范围内的值;
(ii)A在每次出现时独立地选自由以下组成的组:-CH2CH2O-;-CH2CH(CH3)O-;-CH(CH3)CH2O-、CH2CH(CH2CH3)O-;-CH(CH2CH3)CH2O-、-CH2CF(CF3)O-、-CF(CF3)CF2O-和-CF2CF(CF3)O-;并且
(iii)B选自由以下组成的组:-H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH2CH2CH2CH3、-C(O)CH3和-CF2CF2CF3,前提是当B是-C(O)CH3时,所述烯丙基聚醚是纯化的烯丙基聚醚;
(b)甲硅烷基氢化物官能硅氧烷,其选自包含对于每个分子中每个硅氧烷单元在以下平均数范围下的以下硅氧烷单元的那些:
[R2HSiO1/2]m[R2SiO2/2]d[RSiO3/2]t[SiO4/2]q
其中下标d、t和q的总和为一或更大,并且其中:
(i)R在每次出现时独立地选自具有一至8个碳原子的烃基;
(ii)下标m为每个分子中R2HSiO1/2基团的平均数并且为2或更大;
(iii)下标d为每个分子中R2SiO2/2基团的平均数并且为零或更大并且20或更小;
(iv)下标t为每个分子中RSiO3/2基团的平均数并且为零或更大并且2或更小;
(v)下标q为每个分子中SiO4/2基团的平均数并且为零或更大并且2或更小;和
(c)铂基氢化硅烷化催化剂;
其中所述反应组合物中,相对于烯丙基官能团存在至少4摩尔当量的甲硅烷基氢化物官能团。
2.根据权利要求1所述的反应产物,其中所述甲硅烷基氢化物官能硅氧烷的特征在于每个R为甲基。
3.根据前述权利要求中任一项所述的反应产物,其中所述甲硅烷基氢化物官能硅氧烷具有下式:
[R2HSiO1/2]m[R2SiO2/2]d
其中m=2,d为每个分子中R2SiO2/2基团的平均数并且为一或更大并且16或更小;并且R在每次出现时独立地选自具有一至8个碳原子的烃基。
4.根据权利要求3所述的反应产物,其中所述甲硅烷基氢化物官能硅氧烷的特征进一步在于d=1并且每个R为甲基。
5.根据前述权利要求中任一项所述的反应产物,其中所述铂基氢化硅烷化催化剂的浓度相对于组合物重量为百万分之一重量份或更多。
6.一种方法,其包含以下步骤:
(A)提供一种反应组合物,所述反应组合物包含:
(a)烯丙基聚醚,所述烯丙基聚醚具有下式:
CH2=CHCH2O-Aa-B
其中:
(i)下标a为每个分子中连续A单元的平均数并且为在2至170的范围内的值;
(ii)A在每次出现时独立地选自由以下组成的组:-CH2CH2O-;-CH2CH(CH3)O-;-CH(CH3)CH2O-、CH2CH(CH2CH3)O-;-CH(CH2CH3)CH2O-、-CH2CF(CF3)O-、-CF(CF3)CF2O-和-CF2CF(CF3)O-;并且
(iii)B选自由以下组成的组:-H、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH2CH2CH2CH3、-C(O)CH3和-CF2CF2CF3,前提是当B是-C(O)CH3时,所述烯丙基聚醚是纯化的烯丙基聚醚;
(b)甲硅烷基氢化物官能硅氧烷,其选自包含对于每个分子中每个硅氧烷单元在以下平均数范围下的以下硅氧烷单元的那些:
[R2HSiO1/2]m[R2SiO2/2]d[RSiO3/2]t[SiO4/2]q
其中下标d、t和q的总和为一或更大,并且其中:
(i)R在每次出现时独立地选自具有一至8个碳原子的烃基;
(ii)下标m为每个分子中R2HSiO1/2基团的平均数并且为2或更大;
(iii)下标d为每个分子中R2SiO2/2基团的平均数并且为零或更大并且20或更小;
(iv)下标t为每个分子中RSiO3/2基团的平均数并且为零或更大并且2或更小;
(v)下标q为每个分子中SiO4/2基团的平均数并且为零或更大并且2或更小;和
(c)铂基氢化硅烷化催化剂;
其中所述反应组合物中,相对于烯丙基官能团存在至少4摩尔当量的甲硅烷基氢化物官能团;和
(B)将所述反应组合物加热至80摄氏度至250摄氏度范围内的温度持续2小时或更长的反应时间。
7.根据权利要求6所述的方法,其中提供所述反应组合物包括通过在所述加热步骤(b)之前和/或期间将所述烯丙基聚醚暴露于选自由氧化铝、沸石、活性碳和二氧化硅-氧化铝组成的组的至少一种组分来纯化所述烯丙基聚醚的步骤。
8.根据权利要求6或权利要求7中任一项所述的方法,其中所述方法包括在所述加热步骤(b)之后去除未反应的甲硅烷基氢化物官能聚硅氧烷。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法,其中步骤(a)和(b)构成第一氢化硅烷化反应,其产生具有甲硅烷基氢化物官能团的第一氢化硅烷化产物,并且其中所述方法还包括在加热步骤(b)之后将烯烃官能硅氧烷添加到所述第一氢化硅烷化产物的步骤(c),并且然后加热以在所述第一氢化硅烷化产物和所述烯烃官能硅氧烷之间进行第二氢化硅烷化反应。
10.一种根据权利要求6至9中任一项所述的方法的反应产物,所述反应产物的特征在于在加热至80摄氏度之前含有浓度小于所述烯丙基聚醚的浓度的5摩尔%的2-烯烃聚醚。
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