制造用膦酸酯改性的有机硅氧烷的方法转让专利
申请号 : CN200480032721.5
文献号 : CN1875053B
文献日 : 2010-10-13
发明人 : 奥利弗·舍费尔 , 汉斯-约阿希姆·卢卡斯
申请人 : 瓦克化学股份公司
摘要 :
本发明涉及制造用膦酸酯改性的有机硅氧烷的方法，其是通过使至少一种通式(III)的硅烷与至少一种通式(IV)的硅化合物进行反应而实施的，[(R3O)fR13-fSiCR22P(O)(OR4)2](III)，(R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q[O1/2H]m(IV)，其中R3代表氢或任选被-CN或卤原子取代的C1-C20烃基，及m代表1或2的整数，R、R1、R2、R3、R4、m、p、q、f及s具有与权利要求1中相同的定义。
权利要求 :
1.制造通式(I)的用膦酸酯改性的有机硅氧烷的方法：(R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q[O1/2H]t[(Of/2R13-fSiCR22P(O)(OR4)2]s (I)其中
R代表氢原子或任选被-CN、-NCO、-NR52、-COOH、-COOR5、-卤素、-丙烯酰基、-环氧基、-SH、-OH或-CONR52取代的、以Si-C方式键结的单价C1-C20烃基或C1-C15烃氧基，其中一个或更多个互不相邻的亚甲基单元均任选被基团-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-S-或-NR5-置换，并且一个或更多个互不相邻的次甲基单元任选被基团-N＝或-P＝置换，R1代表氢原子或任选被-CN、-NCO、-COOH、-COOR5、-卤素、-丙烯酰基、-SH、-OH或-CONR52取代的、以Si-C方式键结的单价C1-C20烃基或C1-C15烃氧基，其中一个或更多个互不相邻的亚甲基单元均任选被基团-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-S-或-NR5-置换，并且一个或更多个互不相邻的次甲基单元任选被基团-N＝或-P＝置换，R2代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C20烃基，R4代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C20烃基、或经取代或未经取代的具有1至4000个碳原子的聚环氧烷，R5代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C10烃基，p代表0或1至100,000的整数，
q代表0或1至100,000的整数，
f代表1、2或3的数，
s代表至少为1的整数，及
t代表0或至少为1的整数，
其中p+q是至少为1的整数，
其特征在于，使至少一种通式(III)的硅烷与至少一种通式(IV)的硅化合物反应[(R3O)fR13-fSiCR22P(O)(OR4)2] (III)(R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q[O1/2H]m (IV)，其中
R3代表氢或任选被-CN或卤原子取代的C1-C20烃基，及m代表1或2的整数，
R、R1、R2、R4、p、q、f及s具有与上述相同的定义。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，p+q的和是至少为2的整数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在催化剂存在的情况下实施该方法。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在0至200℃的温度下实施该方法。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在保护气氛中实施该方法。
说明书 :
技术领域
本发明涉及通过含有膦酸酯基的硅烷与反应性硅化合物的反应以制造用膦酸酯改性的有机硅化合物的方法。
背景技术
用膦酸酯改性的聚硅氧烷在许多领域均有很大的经济利益。例如可用作金属及纺织品上的润滑剂、阻燃添加剂、粘结助剂、化妆品或洗涤剂的添加剂、消泡剂、脱模剂、阻尼流体、导热流体、抗静电剂或抛光剂及涂料。
用磷改性的硅氧烷通常是通过三烷基亚磷酸酯与氯丙基改性的硅氧烷的反应制得的，如Gallagher等人，J.Polym.Sci.Part A，Vol.41，48-59(2003)所述。遗憾的是，在该反应中所需的反应时间长且温度高，这导致产品中的重排反应，从而导致产率下降以及非期望的副产品。
如第2,768,193号美国专利或Gallagher等人所述，三烷基亚磷酸酯与氯甲基改性的硅氧烷的反应进行得明显更快，但缺点在于，由于其沸点高，如此制造的硅氧烷难以实施蒸馏提纯。但因为通过用非反应性二甲基甲硅烷氧基单元加以稀释而使反应性基团的浓度大幅降低，因而使反应时间在更多个小时的范围内，所以该反应也进行得缓慢。
用磷改性的硅氧烷通常是通过三烷基亚磷酸酯与氯丙基改性的硅氧烷的反应制得的，如Gallagher等人，J.Polym.Sci.Part A，Vol.41，48-59(2003)所述。遗憾的是，在该反应中所需的反应时间长且温度高，这导致产品中的重排反应，从而导致产率下降以及非期望的副产品。
如第2,768,193号美国专利或Gallagher等人所述，三烷基亚磷酸酯与氯甲基改性的硅氧烷的反应进行得明显更快，但缺点在于，由于其沸点高，如此制造的硅氧烷难以实施蒸馏提纯。但因为通过用非反应性二甲基甲硅烷氧基单元加以稀释而使反应性基团的浓度大幅降低，因而使反应时间在更多个小时的范围内，所以该反应也进行得缓慢。
发明内容
本发明的目的是提供制造用膦酸酯改性的有机硅氧烷的方法，利用该方法由可商购的化学品起始，该用膦酸酯改性的有机硅氧烷可以短反应时间及高产率尽可能简单地制得。
本发明涉及制造通式(I)的用膦酸酯改性的有机硅氧烷的方法：
(R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q[O1/2H]t[(Of/2R13-fSiCR22P(O)(OR4)2]s (I)
本发明涉及制造通式(I)的用膦酸酯改性的有机硅氧烷的方法：
(R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q[O1/2H]t[(Of/2R13-fSiCR22P(O)(OR4)2]s (I)
[0008]其中R代表氢原子或任选被-CN、-NCO、-NR52、-COOH、-COOR5、-卤素、-丙烯酰基、-环氧基、-SH、-OH或-CONR52取代的、SiC键结的单价C1-C20烃基或C1-C15烃氧基，其中一个或更多个互不相邻的亚甲基单元均可被基团-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-S-或-NR5-置换，并且一个或更多个互不相邻的次甲基单元可被基团-N＝、-N＝N-或-P＝置换，
R1代表氢原子或任选被-CN、-NCO、-COOH、-COOR5、-卤素、-丙烯酰基、-SH、-OH或-CONR52取代的、SiC键结的单价C1-C20烃基或C1-C15烃氧基，其中一个或更多个互不相邻的亚甲基单元均可被基团-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-S-或-NR5-置换，并且一个或更多个互不相邻的次甲基单元可被基团-N＝、-N＝N-或-P＝置换，
R2代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C20烃基，
R4代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C20烃基、或经取代或未经取代的具有1至4000个碳原子的聚环氧烷，
R5代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C10烃基，
p代表0或1至100,000的整数，
q代表0或1至100,000的整数，
f代表1、2或3的数，
s代表至少为1的整数，及
t代表0或至少为1的整数，
其中p+q等于至少为1的整数，
其特征在于，使至少一种通式(III)的硅烷与至少一种通式(IV)的硅化合物反应
[(R3O)fR13-fSiCR22P(O)(OR4)2] (III)
R1代表氢原子或任选被-CN、-NCO、-COOH、-COOR5、-卤素、-丙烯酰基、-SH、-OH或-CONR52取代的、SiC键结的单价C1-C20烃基或C1-C15烃氧基，其中一个或更多个互不相邻的亚甲基单元均可被基团-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-S-或-NR5-置换，并且一个或更多个互不相邻的次甲基单元可被基团-N＝、-N＝N-或-P＝置换，
R2代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C20烃基，
R4代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C20烃基、或经取代或未经取代的具有1至4000个碳原子的聚环氧烷，
R5代表氢或任选被-CN或卤素取代的C1-C10烃基，
p代表0或1至100,000的整数，
q代表0或1至100,000的整数，
f代表1、2或3的数，
s代表至少为1的整数，及
t代表0或至少为1的整数，
其中p+q等于至少为1的整数，
其特征在于，使至少一种通式(III)的硅烷与至少一种通式(IV)的硅化合物反应
[(R3O)fR13-fSiCR22P(O)(OR4)2] (III)
[0021](R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q[O1/2H]m (IV)，其中
R3代表氢或任选被-CN或卤原子取代的C1-C20烃基，及
m代表1或2的整数，
R、R1、R2、R4、p、q、f及s具有与上述相同的定义。
通式(I)的用膦酸酯改性的有机硅氧烷具有经过Si-C-P键通过碳原子与该聚硅氧烷化合物的硅原子键结的膦酸酯官能团。
基团R可为相同或不同的、经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R优选具有1至12个碳原子，更优选为1至6个碳原子，优选未经取代。
基团R优选为直链或分支型C1-C6烷基，更优选为甲基、乙基、苯基、乙烯基及三氟丙基。
基团R1可为相同或不同的、经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R1优选为C1-C10烷基或苯基，更优选为可被取代的分支或未分支型C1-C3烷基。R1特别优选为甲基或乙基。
基团R2同样可相互独立地为经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R2优选为C1-C3烷基或氢原子。R2特别优选为氢原子。
基团R3同样可相互独立地为经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R3优选为C1-C5烷基或氢原子，更优选为C1-C3烷基或氢原子。R3特别优选为甲基或乙基。
基团R4同样可相互独立地为经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R4优选为C1-C12烷基或芳基。R4更优选为甲基、乙基、丁基、苯基或环己基。R4还可任选含有杂原子，如氧原子或氮原子或其他官能团。
基团R5优选为氢原子或未经取代或经取代的C1-C10烷基。
p优选为3至1000，更优选为5至500的整数。
m优选为1至2，更优选为2。
q优选为0或2。
s优选为1至50，更优选为2至10的整数。
t优选为0、1、2或3，更优选为0、1或2。
p+q的和优选为至少2，更优选为至少3的整数。
根据本发明使用的通式(III)的硅烷的实例为：
H3COSi(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)3SiCH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)Si(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)3SiCH2PO(OC2H5)2、H3COSi(CH3)2CH2PO(OCH3)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OCH3)2、(H3CO)3SiCH2PO(OCH3)2、(H5C2O)Si(CH3)2CH2PO(OCH3)2、(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OCH3)2及(H5C2O)3SiCH2PO(OCH3)2。
根据本发明使用的通式(III)的硅烷优选为：
H3COSi(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、1(H3CO)3SiCH2PO(OC2H5)2、(H2C2O)Si(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)3SiCH2PO(OC2H5)2，更优选为H3COSi(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)Si(CH3)2CH2PO(OC2H5)2及(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2。
根据本发明使用的通式(III)的硅烷为可商购的产品或可根据硅化学中已知的方法制得。如第2,768,193号美国专利所述，所用的通式(III)的烷氧基硅烷可通过对应的氯烷基(烷氧基)硅烷与三烷基亚膦酸酯的反应简单且高产率地制得。
根据本发明使用的通式(IV)的硅化合物的实例为：
[(H3C)2SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]30[O1/2]2、[(H3C)2SiO2/2]55[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]150[O1/2H]2、[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]20[O1/2H]、[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]50[O1/2H]、[(H3C)(H5C6)SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)(H5C6)SiO2/2]35[O1/2H]2、[(H5C6)2SiO2/2]25[O1/2H]2、[(H3C)(F3H4C3)SiO2/2]20[O1/2H]2、[(H3C)(H3C2)SiO2/2]20[O1/2H]2及[(H3C)(H)SiO2/2]30[O1/2H]2。
根据本发明使用的通式(IV)的硅化合物优选为：
[(H3C)2SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]30[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]55[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]150[O1/2H]2、[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]20[O1/2H]及[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]50[O1/2H]，更优选为[(H3C)2SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]30[O1/2H]2及[(H3C)2SiO2/2]55[O1/2H]2。
根据本发明使用的通式(IV)的硅化合物为可商购的产品或可根据硅化学中已知的方法制得。
在根据本发明的方法中，均以100重量份通式(IV)的化合物为基准，通式(III)的硅化合物的使用量优选为0.5至80重量份，更优选为2至50重量份。
在根据本发明的方法中，使通式(III)的硅烷与通式(IV)的硅化合物进行反应。在此情况下，可在温和的条件下实施该反应，这些条件使通式(IV)硅氧烷上的Si-OH基与通式(III)的硅烷反应，而不会使通式(IV)硅氧烷的Si-O-Si键裂断并任选重新键结。优选在部分情况下不使用特定的催化剂。但在使用催化剂的情况下实施根据本发明的反应，特别是根据现有技术用于制造烷氧基封端的硅氧烷的催化剂，或用于促使例如在RTV-1组合物中的烷氧基硅烷更迅速且更彻底地进行反应的催化剂。但也可使用其他催化剂，如磷酸或部分酯化的磷酸，如磷酸异丙酯。
若在根据本发明的方法中使用催化剂，则均以100重量份通式(IV)的化合物为基准，催化剂的使用量优选为0.0005至10重量份，更优选为0.005至2重量份。
根据本发明的方法优选在0至200℃，更优选在30至100℃的温度下实施。
根据本发明的方法优选在0.01至2000百帕的压力，更优选在环境大气压力，即约900至1100百帕的压力下实施。任选可使用保护气体，如氮、惰性气体或二氧化碳。周围气氛的氧含量优选应保持在0至30体积％的范围内。出于安全技术上的原因，应避免产生爆炸危险性混合物。
在根据本发明的反应中形成的消去产物，如醇，可在反应混合物的反应期间或之后，以已知的方式和方法，例如在减压下，于室温或提高的温度下，通过蒸馏加以去除。
根据本发明的方法可在包括溶剂或不使用溶剂的情况下实施，其中该反应优选不含额外的溶剂。
若在根据本发明的方法中使用溶剂，则优选为惰性溶剂，尤其是非质子性溶剂，如脂族烃类，如庚烷或癸烷；及芳烃，如甲苯或二甲苯。同样可使用醚，如四氢呋喃(THF)、二乙醚、叔丁基甲基醚(MTBE)；或酮，如丙酮或2-丁酮(MEK)。若根据本发明的方法中使用溶剂，则优选为在1000百帕下的沸点或沸腾范围最高为150℃的有机溶剂或溶剂混合物。
优选地选择溶剂的用量及种类，以确保反应混合物充分均匀化。
根据本发明的方法优选在诸如氮的保护气氛中实施。
根据本发明的方法中使用的成分均可为一种上述成分，或为至少两种成分的混合物。
根据本发明的方法可在合适的反应器内，以非连续或连续式加以实施。
根据本发明的方法，取决于条件产生环状、直链或分支型产品，这些产品取决于膦酸酯基的含量而具有在不同溶剂中的溶解度。在此情况下，在极性溶剂中的溶解度随硅氧烷内膦酸酯基含量的升高而升高。在水中的可乳化性明显升高。在制造乳液时，可任选使用额外的根据现有技术的乳化剂，它们可为离子型或非离子型乳化剂。即使在不额外使用乳化剂的情况下，通过根据本发明的方法所制的通式(I)的化合物在水中仍形成稳定的乳液。这在纺织品及化妆品领域内是特别有利的。
根据本发明所制产品的产率高，优选为高于90％。
根据本发明所制产品可用于目前用膦酸酯改性的硅氧烷的所有目的，如纺织品或塑料的涂料，或作为塑料或化妆品领域内的添加剂。
根据本发明的方法的优点在于，易于实施且反应产物无需进一步的复杂的提纯操作。
根据本发明的方法的优点在于，不形成其他必须以复杂的方式通过蒸馏作用加以去除的低分子量环状硅氧烷化合物。
此外，根据本发明的方法的优点在于，反应时间短，所用的起始反应物具有足够的纯度，且反应最终产物的产率特别优选为大于95％，因此无需进一步去除杂质。
R3代表氢或任选被-CN或卤原子取代的C1-C20烃基，及
m代表1或2的整数，
R、R1、R2、R4、p、q、f及s具有与上述相同的定义。
通式(I)的用膦酸酯改性的有机硅氧烷具有经过Si-C-P键通过碳原子与该聚硅氧烷化合物的硅原子键结的膦酸酯官能团。
基团R可为相同或不同的、经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R优选具有1至12个碳原子，更优选为1至6个碳原子，优选未经取代。
基团R优选为直链或分支型C1-C6烷基，更优选为甲基、乙基、苯基、乙烯基及三氟丙基。
基团R1可为相同或不同的、经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R1优选为C1-C10烷基或苯基，更优选为可被取代的分支或未分支型C1-C3烷基。R1特别优选为甲基或乙基。
基团R2同样可相互独立地为经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R2优选为C1-C3烷基或氢原子。R2特别优选为氢原子。
基团R3同样可相互独立地为经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R3优选为C1-C5烷基或氢原子，更优选为C1-C3烷基或氢原子。R3特别优选为甲基或乙基。
基团R4同样可相互独立地为经取代或未经取代的、脂族饱和或不饱和的、芳族、环状、直链或分支型的。R4优选为C1-C12烷基或芳基。R4更优选为甲基、乙基、丁基、苯基或环己基。R4还可任选含有杂原子，如氧原子或氮原子或其他官能团。
基团R5优选为氢原子或未经取代或经取代的C1-C10烷基。
p优选为3至1000，更优选为5至500的整数。
m优选为1至2，更优选为2。
q优选为0或2。
s优选为1至50，更优选为2至10的整数。
t优选为0、1、2或3，更优选为0、1或2。
p+q的和优选为至少2，更优选为至少3的整数。
根据本发明使用的通式(III)的硅烷的实例为：
H3COSi(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)3SiCH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)Si(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)3SiCH2PO(OC2H5)2、H3COSi(CH3)2CH2PO(OCH3)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OCH3)2、(H3CO)3SiCH2PO(OCH3)2、(H5C2O)Si(CH3)2CH2PO(OCH3)2、(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OCH3)2及(H5C2O)3SiCH2PO(OCH3)2。
根据本发明使用的通式(III)的硅烷优选为：
H3COSi(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、1(H3CO)3SiCH2PO(OC2H5)2、(H2C2O)Si(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)3SiCH2PO(OC2H5)2，更优选为H3COSi(CH3)2CH2PO(OC2H5)2、(H3CO)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2、(H5C2O)Si(CH3)2CH2PO(OC2H5)2及(H5C2O)2Si(CH3)CH2PO(OC2H5)2。
根据本发明使用的通式(III)的硅烷为可商购的产品或可根据硅化学中已知的方法制得。如第2,768,193号美国专利所述，所用的通式(III)的烷氧基硅烷可通过对应的氯烷基(烷氧基)硅烷与三烷基亚膦酸酯的反应简单且高产率地制得。
根据本发明使用的通式(IV)的硅化合物的实例为：
[(H3C)2SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]30[O1/2]2、[(H3C)2SiO2/2]55[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]150[O1/2H]2、[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]20[O1/2H]、[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]50[O1/2H]、[(H3C)(H5C6)SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)(H5C6)SiO2/2]35[O1/2H]2、[(H5C6)2SiO2/2]25[O1/2H]2、[(H3C)(F3H4C3)SiO2/2]20[O1/2H]2、[(H3C)(H3C2)SiO2/2]20[O1/2H]2及[(H3C)(H)SiO2/2]30[O1/2H]2。
根据本发明使用的通式(IV)的硅化合物优选为：
[(H3C)2SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]30[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]55[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]150[O1/2H]2、[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]20[O1/2H]及[(H3C)3SiO1/2][(H3C)2SiO2/2]50[O1/2H]，更优选为[(H3C)2SiO2/2]15[O1/2H]2、[(H3C)2SiO2/2]30[O1/2H]2及[(H3C)2SiO2/2]55[O1/2H]2。
根据本发明使用的通式(IV)的硅化合物为可商购的产品或可根据硅化学中已知的方法制得。
在根据本发明的方法中，均以100重量份通式(IV)的化合物为基准，通式(III)的硅化合物的使用量优选为0.5至80重量份，更优选为2至50重量份。
在根据本发明的方法中，使通式(III)的硅烷与通式(IV)的硅化合物进行反应。在此情况下，可在温和的条件下实施该反应，这些条件使通式(IV)硅氧烷上的Si-OH基与通式(III)的硅烷反应，而不会使通式(IV)硅氧烷的Si-O-Si键裂断并任选重新键结。优选在部分情况下不使用特定的催化剂。但在使用催化剂的情况下实施根据本发明的反应，特别是根据现有技术用于制造烷氧基封端的硅氧烷的催化剂，或用于促使例如在RTV-1组合物中的烷氧基硅烷更迅速且更彻底地进行反应的催化剂。但也可使用其他催化剂，如磷酸或部分酯化的磷酸，如磷酸异丙酯。
若在根据本发明的方法中使用催化剂，则均以100重量份通式(IV)的化合物为基准，催化剂的使用量优选为0.0005至10重量份，更优选为0.005至2重量份。
根据本发明的方法优选在0至200℃，更优选在30至100℃的温度下实施。
根据本发明的方法优选在0.01至2000百帕的压力，更优选在环境大气压力，即约900至1100百帕的压力下实施。任选可使用保护气体，如氮、惰性气体或二氧化碳。周围气氛的氧含量优选应保持在0至30体积％的范围内。出于安全技术上的原因，应避免产生爆炸危险性混合物。
在根据本发明的反应中形成的消去产物，如醇，可在反应混合物的反应期间或之后，以已知的方式和方法，例如在减压下，于室温或提高的温度下，通过蒸馏加以去除。
根据本发明的方法可在包括溶剂或不使用溶剂的情况下实施，其中该反应优选不含额外的溶剂。
若在根据本发明的方法中使用溶剂，则优选为惰性溶剂，尤其是非质子性溶剂，如脂族烃类，如庚烷或癸烷；及芳烃，如甲苯或二甲苯。同样可使用醚，如四氢呋喃(THF)、二乙醚、叔丁基甲基醚(MTBE)；或酮，如丙酮或2-丁酮(MEK)。若根据本发明的方法中使用溶剂，则优选为在1000百帕下的沸点或沸腾范围最高为150℃的有机溶剂或溶剂混合物。
优选地选择溶剂的用量及种类，以确保反应混合物充分均匀化。
根据本发明的方法优选在诸如氮的保护气氛中实施。
根据本发明的方法中使用的成分均可为一种上述成分，或为至少两种成分的混合物。
根据本发明的方法可在合适的反应器内，以非连续或连续式加以实施。
根据本发明的方法，取决于条件产生环状、直链或分支型产品，这些产品取决于膦酸酯基的含量而具有在不同溶剂中的溶解度。在此情况下，在极性溶剂中的溶解度随硅氧烷内膦酸酯基含量的升高而升高。在水中的可乳化性明显升高。在制造乳液时，可任选使用额外的根据现有技术的乳化剂，它们可为离子型或非离子型乳化剂。即使在不额外使用乳化剂的情况下，通过根据本发明的方法所制的通式(I)的化合物在水中仍形成稳定的乳液。这在纺织品及化妆品领域内是特别有利的。
根据本发明所制产品的产率高，优选为高于90％。
根据本发明所制产品可用于目前用膦酸酯改性的硅氧烷的所有目的，如纺织品或塑料的涂料，或作为塑料或化妆品领域内的添加剂。
根据本发明的方法的优点在于，易于实施且反应产物无需进一步的复杂的提纯操作。
根据本发明的方法的优点在于，不形成其他必须以复杂的方式通过蒸馏作用加以去除的低分子量环状硅氧烷化合物。
此外，根据本发明的方法的优点在于，反应时间短，所用的起始反应物具有足够的纯度，且反应最终产物的产率特别优选为大于95％，因此无需进一步去除杂质。
具体实施方式
除非另有说明，在以下实施例内，所有份数及百分率数据均是基于重量。除非另有说明，以下实施例是在环境大气压力，即约1000百帕的压力下，及室温，即约20℃下，或在无额外加热或冷却装置的情况下于室温下将反应物组合时产生的温度下实施的。
二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲氧基甲基硅烷(硅烷A)的制造：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入99.7克(0.6摩尔)的亚磷酸三乙酯(P(OEt)3，Aldrich，GC 98％)。加热至140℃后，在强烈搅拌下，于3小时内，缓慢滴入46.4克氯甲基二甲氧基甲基硅烷(0.3摩尔)(可购自Wacker化学有限公司，慕尼黑)。随后再将该反应混合物加热至170℃30分钟。在真空中去除过量的亚磷酸三乙酯之后，于133℃的温度及12毫巴的真空下，蒸馏出58.6克二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲氧基甲基硅烷(0.23摩尔，GC98％，产率为理论值的76％)。
二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲基甲氧基硅烷(硅烷B)的制造：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入124.5克(0.75摩尔)的亚磷酸三乙酯(P(OEt)3，Aldrich，GC98％)。加热至140℃后，在强烈搅拌下，于2.5小时内，缓慢滴入69.3克氯甲基二甲基甲氧基硅烷(0.5摩尔)(可购自Wacker化学有限公司，慕尼黑)。随后再将该反应混合物加热至170℃30分钟。在真空中去除过量的亚磷酸三乙酯之后，于118至122℃的温度及11毫巴的真空下，蒸馏出100.4克二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.42摩尔，GC 98.2％，产率为理论值的83.6％)。
二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-三甲氧基硅烷(硅烷C)的制造：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入112.2克(0.675摩尔)的亚磷酸三乙酯(P(OEt)3，Aldrich，GC 98％)。加热至140℃后，在强烈搅拌下，于2.5小时内，缓慢滴入76.8克氯甲基三甲氧基硅烷(0.45摩尔)(可购自Wacker化学有限公司，慕尼黑)。随后再将该反应混合物加热至170℃30分钟。在真空中去除过量的亚磷酸三乙酯之后，于135至138℃的温度及12毫巴的真空下，蒸馏出105.6克二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-三甲氧基硅烷(0.39摩尔，GC97.4％，产率为理论值的86.2％)。
实施例1：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的500毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入26.1克根据上述“硅烷A”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲氧基甲基硅烷(0.10摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入220克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝1100克/摩尔；0.2摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃120分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得239克平均分子量(数均)为2500克/摩尔的聚((二乙氧基-亚磷酸酯基甲基)-甲基硅氧烷-共-二甲基硅氧烷)。其为直链嵌段共聚物，其中2个聚二甲基硅氧烷链经二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元相结合。
实施例2：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入48.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.20摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入110克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝1100克/摩尔；0.1摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃120分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得153克平均分子量(数均)为1500克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例3：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的500毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入48.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.20摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入300克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝3000克/摩尔；0.1摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃240分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得343克平均分子量(GPC，数均)为3600克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例4：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入4.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.02摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入108克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝10,800克/摩尔；0.01摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃300分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得110克平均分子量(GPC，数均)为12,300克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例5：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入26.1克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲氧基甲基硅烷(0.10摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入110克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝1100克/摩尔；0.1摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃ 120分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得121克平均分子量(数均)为10,060克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元周期性地嵌入聚二甲基硅氧烷长链内。
实施例6：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入4.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.02摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％具有聚醚单元的部分酯化的磷酸酯(可购自Cognis公司，商标名为)作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入108克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝10,800克/摩尔；0.01摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃300分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得110克平均分子量(GPC，数均)为10,900克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例7：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的500毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入27.6克根据上述“硅烷C”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-三甲氧基硅烷(0.1摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入390克于一端由OH封端的聚二甲基硅氧烷(通过D3环的阴离子聚合作用制得，M＝1300克/摩尔；0.3摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃280分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得308克平均分子量(GPC，数均)为4200克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基的聚二甲基硅氧烷。其为星形嵌段共聚物，其中3个聚二甲基硅氧烷链于中间与1个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-硅氧烷单元相连接。
实施例8：
为制造硅氧烷/水的乳液，将70毫升水混入30克根据本发明官能化或非官能化的硅氧烷，并用高速转动的搅拌器，即所谓的Ultra-Turrax，实施均匀化或乳化30钞。均获得乳状系统，其中在直至脱混的时间内进行测量。所得结果如表1所示：
表1
硅油 外观 相分离后 实施例2 乳状 ＞20天 OH两端封端(M＝1100克/摩尔) 乳状 3天 实施例3 乳状 5天 OH两端封端(M＝3000克/摩尔) 乳状 1天 实施例4 乳状 3天 OH两端封端(M＝10,800克/摩尔) 乳状 1天
表明根据本发明方法制得的化合物，作为水中的乳液，其稳定性明显高于具有相等分子量的对应非官能硅油。
二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲氧基甲基硅烷(硅烷A)的制造：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入99.7克(0.6摩尔)的亚磷酸三乙酯(P(OEt)3，Aldrich，GC 98％)。加热至140℃后，在强烈搅拌下，于3小时内，缓慢滴入46.4克氯甲基二甲氧基甲基硅烷(0.3摩尔)(可购自Wacker化学有限公司，慕尼黑)。随后再将该反应混合物加热至170℃30分钟。在真空中去除过量的亚磷酸三乙酯之后，于133℃的温度及12毫巴的真空下，蒸馏出58.6克二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲氧基甲基硅烷(0.23摩尔，GC98％，产率为理论值的76％)。
二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲基甲氧基硅烷(硅烷B)的制造：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入124.5克(0.75摩尔)的亚磷酸三乙酯(P(OEt)3，Aldrich，GC98％)。加热至140℃后，在强烈搅拌下，于2.5小时内，缓慢滴入69.3克氯甲基二甲基甲氧基硅烷(0.5摩尔)(可购自Wacker化学有限公司，慕尼黑)。随后再将该反应混合物加热至170℃30分钟。在真空中去除过量的亚磷酸三乙酯之后，于118至122℃的温度及11毫巴的真空下，蒸馏出100.4克二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.42摩尔，GC 98.2％，产率为理论值的83.6％)。
二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-三甲氧基硅烷(硅烷C)的制造：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入112.2克(0.675摩尔)的亚磷酸三乙酯(P(OEt)3，Aldrich，GC 98％)。加热至140℃后，在强烈搅拌下，于2.5小时内，缓慢滴入76.8克氯甲基三甲氧基硅烷(0.45摩尔)(可购自Wacker化学有限公司，慕尼黑)。随后再将该反应混合物加热至170℃30分钟。在真空中去除过量的亚磷酸三乙酯之后，于135至138℃的温度及12毫巴的真空下，蒸馏出105.6克二乙氧基-亚磷酸酯基-甲基-三甲氧基硅烷(0.39摩尔，GC97.4％，产率为理论值的86.2％)。
实施例1：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的500毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入26.1克根据上述“硅烷A”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲氧基甲基硅烷(0.10摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入220克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝1100克/摩尔；0.2摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃120分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得239克平均分子量(数均)为2500克/摩尔的聚((二乙氧基-亚磷酸酯基甲基)-甲基硅氧烷-共-二甲基硅氧烷)。其为直链嵌段共聚物，其中2个聚二甲基硅氧烷链经二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元相结合。
实施例2：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入48.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.20摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入110克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝1100克/摩尔；0.1摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃120分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得153克平均分子量(数均)为1500克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例3：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的500毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入48.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.20摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入300克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝3000克/摩尔；0.1摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃240分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得343克平均分子量(GPC，数均)为3600克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例4：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入4.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.02摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入108克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝10,800克/摩尔；0.01摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃300分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得110克平均分子量(GPC，数均)为12,300克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例5：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入26.1克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲氧基甲基硅烷(0.10摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入110克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝1100克/摩尔；0.1摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃ 120分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得121克平均分子量(数均)为10,060克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元周期性地嵌入聚二甲基硅氧烷长链内。
实施例6：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的250毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入4.9克根据上述“硅烷B”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-二甲基甲氧基硅烷(0.02摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％具有聚醚单元的部分酯化的磷酸酯(可购自Cognis公司，商标名为)作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入108克OH两端封端的聚二甲基硅氧烷(M＝10,800克/摩尔；0.01摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃300分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得110克平均分子量(GPC，数均)为10,900克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基端基的聚二甲基硅氧烷。其为直链嵌段共聚物，其中各个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-甲基硅氧烷单元与聚二甲基硅氧烷链的两端相结合。
实施例7：
于具有滴液漏斗及回流冷凝器的500毫升三颈烧瓶内，在氮气氛下预先装入27.6克根据上述“硅烷C”制得的二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-三甲氧基硅烷(0.1摩尔，GC 98％)。添加0.5重量％磷酸异丙酯作为催化剂并加热至60℃之后，在强烈搅拌下，于10分钟内，缓慢滴入390克于一端由OH封端的聚二甲基硅氧烷(通过D3环的阴离子聚合作用制得，M＝1300克/摩尔；0.3摩尔)。随后再将该反应混合物加热至80℃280分钟。于真空中去除形成的醇之后，获得308克平均分子量(GPC，数均)为4200克/摩尔的、包含二乙氧基-亚磷酸酯基甲基的聚二甲基硅氧烷。其为星形嵌段共聚物，其中3个聚二甲基硅氧烷链于中间与1个二乙氧基-亚磷酸酯基甲基-硅氧烷单元相连接。
实施例8：
为制造硅氧烷/水的乳液，将70毫升水混入30克根据本发明官能化或非官能化的硅氧烷，并用高速转动的搅拌器，即所谓的Ultra-Turrax，实施均匀化或乳化30钞。均获得乳状系统，其中在直至脱混的时间内进行测量。所得结果如表1所示：
表1
硅油 外观 相分离后 实施例2 乳状 ＞20天 OH两端封端(M＝1100克/摩尔) 乳状 3天 实施例3 乳状 5天 OH两端封端(M＝3000克/摩尔) 乳状 1天 实施例4 乳状 3天 OH两端封端(M＝10,800克/摩尔) 乳状 1天
表明根据本发明方法制得的化合物，作为水中的乳液，其稳定性明显高于具有相等分子量的对应非官能硅油。