[发明专利]用于硅氧烷合成的催化剂

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年5月17日提交的名称为“用于硅氧烷合成的催化剂”的美国临时申请No.61/824,705的优先权和权益，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及使用氮杂磷川碱(azaphosphatrane)材料作为催化剂形成硅氧烷的方法。所述氮杂磷川碱可用在开环聚合反应中并作为缩合固化催化剂。

背景技术

环硅氧烷通常用作形成聚硅氧烷的起始单体。聚硅氧烷一般可通过环硅氧烷和合适的封端单元的开环聚合形成。该反应在催化剂的存在下进行。

用于环硅氧烷的聚合的各种催化剂是已知的。实例是碱金属氢氧化物、碱金属醇盐或碱金属氢氧化物和醇的复合物、碱金属硅烷醇盐以及磷腈卤化物(有时称为酸性磷腈)。这种聚合可在本体中、在溶剂(如非极性或极性有机溶剂)中或在乳液中进行。磷腈碱和碳烯已经被描述为合适的用于环硅氧烷的开环聚合的催化剂。可使用封端剂调节聚合物的分子量和/或增加官能性。可通过使用可与催化剂反应以使催化剂无活性的中和剂终止聚合反应。在大多数情况下，催化剂残留物仍在聚合物产物中并希望被除去，例如通过过滤。

固体型催化剂可以被用作通过开环聚合合成聚二甲基硅氧烷(PDMS)流体和PDMS官能流体的催化剂。固体型催化剂表现出高的催化活性，但产生固体废物。所述固体废物通常被焚烧。此外，所述固体废物含有显著部分的产物，这降低了总产率并且可增加生产成本。

可固化的组合物如可湿固化的组合物也使用催化剂，以促进聚合物网络的固化和形成。金属催化剂通常被用作缩合固化催化剂，以加速具有反应性末端甲硅烷基的聚有机硅氧烷和非有机硅聚合物在室温硫化组合物中的湿气辅助固化。有机锡，如二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，通常被用作在这样的组合物中的催化剂。然而，环境管理机构和指令已增加或希望增加对在配制产品中使用有机锡化合物的限制。例如，虽然具有大于0.5重量％二丁基锡的制剂目前要求标记为生殖1B级别毒性，但已提议在未来的4-6年中将含有二丁基锡的制剂在消费类应用中完全淘汰。

替代的有机锡化合物如二辛基锡化合物和二甲基锡化合物的使用仅可被认为是一种短期的挽救计划，因为这些有机锡化合物在将来也可能被管制。希望地，有机锡催化剂的替代品应当在固化、存储和外观方面显示与有机锡化合物类似的性能。非锡催化剂还将希望地引发所选聚合物的缩合反应并在表面上完成该反应并且可以在希望的时间表内在本体中完成该反应。因此有许多用其他金属基化合物替换有机金属锡化合物的提议。这些化合物包含金属如Ca、Ce、Bi、Fe、Mo、Mn、Pb、Ti、V、Zn和Y。从完全地代替锡化合物的观点来说，这些其他金属具有特定的优点和缺点。非金属催化剂也是有用的。因此，仍然有解决可能作为合适的缩合固化反应催化剂的金属化合物的局限性的需要。未固化的和固化的组合物的物理性能还有必要检验，特别是保持粘附于一些基体表面上的能力。

发明内容

本发明提供了组合物、方法(methods)和方法(processes)，以形成聚硅氧烷并促进可固化硅氧烷组合物的固化。

在一个方面，本发明提供了一种通过环硅氧烷的开环聚合以形成聚硅氧烷的方法。所述方法包括使环硅氧烷与氮杂磷川碱接触。

在一个实施方案中，所述氮杂磷川碱具有下式：

其中R⁹、R¹⁰和R¹¹独立地选自氢、包含1至10个碳原子的直链或支链烷基、包含6至12个碳原子的芳基和具有或不具有氮的取代的亚磷基；且A选自氢、R¹²或(R¹³R¹⁴P-N＝)t，其中R¹²、R¹³和R¹⁴独立地选自氢、包含1至10个碳原子的直链或支链烷基和包含6至12个碳原子的芳基；且t为1至10。

在一个实施方案中，所述氮杂磷川碱以基于所述环硅氧烷的总重量的约0.05重量％至约5重量％的量存在；甚至以基于所述环硅氧烷的总重量的约0.1重量％至约0.4重量％的量存在。

在一个实施方案中，所述方法包括使催化剂失活。在一个实施方案中，使催化剂失活包括：反应后在约100℃或更高的温度下加热所述方法的产物；用水处理所述产物；使二氧化碳鼓泡通过产物；用材料处理产物以中和所述催化剂，或其两种或更多种的组合。

在另一个实施方案中，所述方法进一步包括过滤反应混合物。