FR3135717A1 - Dépolymérisation de silicone en organochlorosilane - Google Patents
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Abstract
Dépolymérisation de silicone en organo chlorosilane
La présente demande concerne une méthode de préparation d’organochorosilane CS par réaction d’au moins un silicone S avec un chlorure métallique ou métalloïde CM en présence d’au moins un catalyseur sel métallique SM, le chlorure métallique ou métalloïde CM étant différent du sel métallique SM.
Figure pour l'abrégé : Néant
Description
La présente invention concerne de manière générale la réutilisation de polymères silicones. Plus précisément, le procédé de la présente invention concerne la dépolymérisation des polymères silicones pour obtenir des organochlorosilanes. Ce procédé permet avantageusement un recyclage de polymères silicones usagés ou pas pour la préparation d‘organochlorosilanes pouvant être ensuite utilisés dans des réactions de polymérisation.
Le recyclage des produits industriels et des produits silicones usagés est une question qui se pose actuellement. Le recyclage de silicone pourrait réduire de 75% les émissions de gaz (CO, CO2) relatives à l’industrie silicone et de 65% les déchets silicones.
La dépolymérisation des organopolysiloxanes en fluorosilane est déjà connue et décrite. Ses réactions sont favorables d’un point de vue thermodynamique puisque les liaisons Si-F sont très fortes (environ 135 kcal/mol) par rapport aux liaisons Si-O des organopolysiloxanes (environ 110 kcal/mol). Cependant, ces méthodes ont certains inconvénients notamment la libération de produits volatils ou le prix des sources de fluor.
Les liaisons Si-Cl sont par contre plus faibles (notamment 90 Kcal/mol), la dépolymérisation des organopolysiloxanes en organochlorosilane n’est donc pas favorable.
Il est connu de Enthaler et al (J.Appl.Polym.Sci.2015) la dépolymérisation de polydiméthylsiloxanes pour produire des chlorosilanes. Le catalyseur mis en œuvre est un sel de fer. Ce procédé nécessite cependant une quantité importante de catalyseur (7,5% en poids de catalyseur par rapport au poids d’organopolysiloxane), une source de chlore corrosive de type chlorure d’acyle et une température élevée de l’ordre de 170-190°C.
Il y a donc un intérêt à fournir un procédé alternatif de dépolymérisation de silicones en organochlorosilane. Il y a notamment un intérêt à fournir un système catalytique permettant de mettre en œuvre cette dépolymérisation à des températures plus faibles, permettant de limiter la quantité de catalyseur utilisée et permettant de mettre en œuvre d’autres sources de chlorure.
Un objectif de la présente demande est donc de proposer un procédé de dépolymérisation de silicones de manière efficace et permettant d’obtenir un bon rendement en organochlorosilane.
Un autre objectif de la présente demande est de fournir un système catalytique pour la mise en œuvre de ce procédé.
Un autre objectif encore de la présente demande est de proposer un système catalytique simple et non dangereux compatible avec une industrialisation du procédé.
D’autres objectifs encore apparaitront à la lecture de la description de l’invention qui suit.
Ces objectifs sont remplis par la présente demande qui concerne un procédé de préparation d’organochlorosilaneCSpar réaction d’au moins un siliconeSavec un chlorure métallique ou métalloïdeCMen présence d’au moins un catalyseur sel métalliqueSM, le chlorure métallique ou métalloïdeCMétant différent du sel métalliqueSM.
Les silicones, autrement connus sous le nom d'organopolysiloxanes, sont des matériaux polymères comprenant des atomes de silicium et d'oxygène alternés avec divers radicaux organiques liés au silicium.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par silicone ou produit en silicone ou polymère silicone ou organopolysiloxane, des polymères comprenant un squelette siloxane (Si-O-Si) ayant des atomes de silicium et d'oxygène alternés avec divers radicaux organiques liés au silicium. Ces polymères silicones peuvent être liquides ou solides, selon le poids moléculaire et le degré de réticulation.
Les siliconesSde l’invention peuvent être de tout type, il peut s’agir par exemple d’organopolysiloxanesOlinéaires comme des huiles ou des gommes ou d’organopolysiloxanesOramifiés par exemple des résines.
L’organopolysiloxaneOpeut notamment être une huile ou une gomme, et présente, de préférence une viscosité dynamique comprise entre 50 et 600000 mPa.s à 25°C ou une consistance comprise entre 200 et 2000 exprimée en dixièmes de millimètres à 25°C.
Toutes les viscosités dont il est question dans le présent exposé correspondent à une grandeur de viscosité dynamique à 25°C dite “Newtonienne”, c’est-à-dire la viscosité dynamique qui est mesurée, de manière connue en soi, avec un viscosimètre Brookfield à un gradient de vitesse de cisaillement suffisamment faible pour que la viscosité mesurée soit indépendante du gradient de vitesse.
Le terme gomme est utilisé pour des composés organopolysiloxanes présentant des viscosités classiquement supérieures à 600000 mPa.s ce qui correspond à un poids moléculaire supérieur à 260000 g/mole.
Ces organopolysiloxanesOpeuvent comprendre un ou plusieurs motifs fonctionnels tels que :
- OH ;
- H ;
- alcényle notamment comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- O-Alk avec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle ;
- (O-Alk)xavec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle, et x représente un entier compris entre 2 et 200 ;
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
- groupement aminé, notamment (Alk)-NH2ou (Alk)-NH-(Alk)-NH2, avec Alk représente un alkyle comprenant de 1 à 5 atomes de carbone ;- amine cyclique par exemple –(CH2)z-O-pipéridine dans lequel z représente un entier de 1 à 5, de préférence 3, et la pipéridine peut être substitué notamment par un ou plusieurs groupes alkyle comprenant de 1 à 3 atomes de carbone, de préférence méthyle, de préférence la pipéridine substituée est un groupe .
De préférence, les motifs fonctionnels sont choisis parmi :
- OH ;
- H ;
- alcényle notamment comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié.
De préférence, les organopolysiloxanesOpeuvent comprendre un ou plusieurs motifs fonctionnels tels que H, OH, alcényle (de préférence vinyle), aryle, amine cyclique, tels que définis ci-dessus.
Les organopolysiloxanesOde l’invention peuvent être partiellement réticulés.
Les organopolysiloxanesOde l’invention peuvent notamment être des organopolysiloxanes usagés, ayant servi par exemple comme fluide caloporteur, qu’il convient de recycler, le procédé de l’invention permettant ainsi de générer des organochlorosilanes qui vont pouvoir ensuite être directement utilisés dans des processus industriels Dans le cas de la mise en œuvre d’organopolysiloxanesOusagés l’organopolysiloxane pourra alors contenir d’autres éléments tels que des additifs, pigments, etc. Les inventeurs ont montré que la présence de ces autres éléments ne perturbait pas la réaction de dépolymérisation et la formation d’organochlorosilaneCS.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’organopolysiloxaneOde l’invention comprend :
- au moins 5 motifs, de préférence au moins 10 motifs siloxyles de formule RcSiO(4−c)/2
dans laquelle
R identique ou différent, représente
- un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle ;
- un groupe aryle comprenant de 6 à 10 atomes de carbone, de préférence phényle;
et c = 0, 1, 2 ou 3 ; et
- éventuellement un ou plusieurs motifs de formule R1 dReSiO(4− d − e )/2
dans laquelle :
R est tel que défini ci-dessus
R1, identique ou différent, représente :
- un groupe alcényle comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe hydroxyle (OH) ;
- un groupe (O-Alk) avec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence OCH3ou OC2H5,
- un groupe (O-Alk)xavec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle, et x représente un entier compris entre 2 et 200,
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
- un groupe aminé choisi parmi (Alk)-NH2ou (Alk)-NH-(Alk)-NH2, avec Alk représente un alkyle comprenant de 1 à 5 atomes de carbone ;
- amine cyclique par exemple –(CH2)z-O-pipéridine dans lequel z représente un entier de 1 à 5, de préférence 3, et la pipéridine peut être substitué notamment par un ou plusieurs groupes alkyles comprenant de 1 à 3 atomes de carbone, de préférence méthyle, de préférence la pipéridine substituée est un groupe;
- un hydrogène ;
d=1, 2 ou 3, de préférence d=1 ou 2, plus préférentiellement d=1 ; e=0, 1 ou 2 ; et la somme d+e=1, 2 ou 3.
Il est entendu dans les formules ci-dessus que, si plusieurs groupes R sont présents ou si plusieurs groupes R1sont présents, ils peuvent être identiques ou différents les uns des autres.
De préférence, dans les formules ci-dessus R1, identique ou différent, représente :
- un groupe alcényle comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe hydroxyle (OH) ;
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
- un hydrogène.
Dans la présente invention :
- un motif siloxyle « M » représente un motif siloxyle de formule Y3SiO1/2,
- un motif siloxyle « D » représente un motif siloxyle de formule Y2SiO2/2,
- un motif siloxyle « T » représente un motif siloxyle de formule YSiO3/2,
- un motif siloxyle « Q » représente un motif siloxyle de formule SiO4/2,
les symboles Y étant R ou R1.
- un motif siloxyle « D » représente un motif siloxyle de formule Y2SiO2/2,
- un motif siloxyle « T » représente un motif siloxyle de formule YSiO3/2,
- un motif siloxyle « Q » représente un motif siloxyle de formule SiO4/2,
les symboles Y étant R ou R1.
L’organopolysiloxaneOpeut éventuellement comprendre des motifs T et Q.
Selon un mode préférentiel, l’organopolysiloxaneOde l’invention est de préférence choisi parmi les composés de formule (I) :
R1 aR(3-a)SiO-(SiR2O)n-(SiR1RO)m-SiR1 aR(3-a)(I)
dans laquelle:
R identique ou différent, représente :
- un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle ;
- un groupe aryle comprenant de 6 à 10 atomes de carbone, de préférence phényle;
R1, identique ou différent, représente :
- un groupe alcényle comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe hydroxyle (OH) ;
- un groupe (O-Alk) avec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence OCH3ou OC2H5,
- un groupe (O-Alk)xavec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle, et x représente un entier compris entre 2 et 200,
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
- un groupe aminé choisi parmi (Alk)-NH2ou (Alk)-NH-(Alk)-NH2, avec Alk représente un alkyle comprenant de 1 à 5 atomes de carbone ;
- amine cyclique par exemple –(CH2)z-O-pipéridine dans lequel z représente un entier de 1 à 5, de préférence 3, et la pipéridine peut être substitué notamment par un ou plusieurs groupes alkyle comprenant de 1 à 3 atomes de carbone, de préférence méthyle, de préférence la pipéridine substituée est un groupe;
- un hydrogène ;
a est un entier et représente 0, 1, 2 ou 3, de préférence 0, 1 ou 2, plus préférentiellement 0 ou 1 ;
n représente un entier compris entre 10 et 10 000, de préférence entre 10 et 5 000, de préférence entre 50 et 5000, plus préférentiellement entre 60 et 5000, par exemple entre 70 et 1000 ;
m représente un entier compris entre 0 et 100, de préférence entre 0 et 50, plus préférentiellement entre 0 et 30, de préférence m=0.
De façon particulièrement préférée, l’organopolysiloxaneOde l’invention est un composé de formule (I)
dans laquelle R1, identique ou différent, représente :
- un groupe alcényle comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe hydroxyle (OH) ;
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
- un hydrogène.
De façon particulièrement préférée, l’organopolysiloxaneOde l’invention est un composé de formule (I)
dans laquelle R1, identique ou différent, représente CH3, vinyle, H, (C1-C5)alkyle-CF3ou OH.
De façon particulièrement préférée, l’organopolysiloxaneOde l’invention est un composé de formule (I)
dans laquelle
R, identique ou différent, représente CH3ou phényle, de préférence CH3;
R1, identique ou différent, représente :
- un groupe alcényle comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe hydroxyle (OH) ;
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
- un hydrogène.
De façon particulièrement préférée, l’organopolysiloxaneOde l’invention est un composé de formule (I)
dans laquelle
R, identique ou différent, représente CH3ou phényle, de préférence CH3;
R1, identique ou différent, représente CH3, vinyle, H, (C1-C5)alkyle-CF3ou OH.
Les siliconesS de l’invention peuvent également être de type matériau silicone réticulé comme par exemple des gels ou élastomères. Les matériaux silicones réticulés peuvent être obtenus par polycondensation, polymérisation radicalaire, polyaddition thermique ou irradiée sous UV, etc.
Les produits en silicone présentent une multitude d’applications. A titre illustratif nous pouvons les retrouver dans les applications alimentaires (par exemple moule), médicales et dans le secteur pharmaceutique comme par exemple dans les tétines pour biberon, les cathéters, les implants ou les tubes à application médicale. Dans les applications industrielles techniques, le silicone est souvent utilisé comme matériau pour les joints ou les membranes. Dans le secteur automobile, il est utilisé pour les flexibles, le gainage ou l'isolation des câbles et comme matériau d’amortissement.
Les élastomères silicones sont des matériaux silicones réticulés comprenant des charges, comme par exemple la silice, pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques.
En faisant varier les huiles silicones, les charges et les additifs ainsi que le mode de réticulation, les élastomères silicones présentent différentes propriétés et couleurs.
Les élastomères silicone peuvent être divisés en trois grands groupes bien connus de l’Homme du Métier. Les élastomères vulcanisable à chaud (EVC ou en anglais high temperature vulcanisation (HTV) ou heat cured rubber (HCR)), sont des élastomères silicone obtenus à partir de compositions silicones avec une viscosité très élevée comprenant des gommes silicones et des charges. Ils sont vulcanisés à haute température, généralement entre 140 °C et 200 °C. La réticulation est soit radicalaire catalysée par des peroxydes ou obtenue par une réaction d'addition où les composés du platine sont utilisés comme catalyseurs.
Les élastomères silicone liquides (en anglais liquid silicone rubber (LSR )), sont des élastomères silicone obtenus à partir de compositions comprenant des huiles silicones et des charges. La réticulation se produit par une réaction d'addition à des températures similaires à celles des EVC, la réticulation se produisant généralement beaucoup plus rapidement. obtenus par réticulation de deux composants qui sont mélangés juste avant le début de la réticulation.
Le troisième groupe sont les silicones obtenus par réticulation à température ambiante de compositions silicones à partir d’huiles silicones et de charges réticulant par des réactions de polycondensation ou de polyaddition. Ces élastomères sont connus sous le nom en français élastomère silicone vulcanisables à froid (EVF, en anglais room temperature vulcanization (RTV)). Ces compositions sont disponibles dans des systèmes à un et deux composants.
Dans le procédé de la présente demande, on entend également par siliconeSdes matériaux à base de silicone, par exemple des matériaux comprenant au moins 0,1% en poids de silicone par rapport au poids total de matériau à base de silicone. Le matériau à base de silicone peut comprendre jusqu’à 100% en poids de silicone, de préférence jusqu’à 99,9% en poids de silicone par rapport au poids total de matériau à base de silicone. Ces matériaux à base de silicone peuvent également comprendre des additifs ou des charges tels que des colorants, de la silice, du carbonate de calcium, de l’oxyde de calcium, de la célite, du quartz, de l’oxyde de titane, de l’hydroxyde de cérium, de l’oxyde de magnésium, du mica, etc ….
Dans le procédé de l’invention, les chlorures métalliques ou métalloïdesCMcomprennent notamment les chlorures métalloïdes, les chlorures de métaux de transition, les chlorures de métaux alcalino-terreux, seuls ou en mélange.
De préférence, le chlorure métallique ou métalloïdeCMest choisi parmi les chlorures métalliques de formule M’ClZdans laquelle
M’ représente B, Al, Ti, Zr, Mg, Zn, Ca, Sb, Ge, Si, ou Cu, de préférence B, Al, Ti, Zr, Mg, Ca, Zn, de préférence B, Al, Mg, Zn, Ca, de préférence B, Al ;
z représente un entier dépendant de la valence du métal M’, par exemple z représente 3, 4 ou 5.
Le chlorure métallique ou métalloïdeCMest de préférence choisi parmi BCl3, AlCl3, TiCl4, ZrCl4, MgCl2, ZnCl2, CuCl2, CaCl2, SiCl4, GeCl4, SbCl5, seuls ou en mélange, de préférence BCl3, AlCl3, MgCl2, ZnCl2, CaCl2, plus préférentiellement AlCl3, BCl3, de préférence BCl3.
Le chlorure métallique ou métalloïdeCMpeut être en solution dans un solvant. Cela est particulièrement avantageux dans le cas de chlorure métallique ou métalloïde solide ou gazeux afin de solubiliser ces chlorures dans le milieu réactionnel. Le solvant peut notamment être un solvant organique de type alcane, haloalcane, hydrocarbure aromatique. De préférence, le solvant est choisi parmi dichlorométhane, n-hexane, n-heptane, toluène, xylène, mésitylène.
De préférence, la quantité de chlorure métallique ou métalloïdeCMmise en œuvre dans le procédé de l’invention est d’au moins 50%, de préférence comprise entre 50 et 800% en mole par rapport au nombre de mole de Si-O, de préférence entre 50 et 300% en mole, par exemple entre 50 et 200% en mole.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par nombre de mole de Si-O le nombre de mole de liaisons Si-O du siliconeS.
Dans le cas où le siliconeSde départ serait de formule inconnue, notamment dans le cas de produits commerciaux formulés, il est possible d’estimer le nombre de mole de Si-O. En effet, pour les produits formulés l’homme du métier sait que la quantité de charge est comprise entre 20 et 40% massique, ainsi, en estimant à en moyenne 30% massique la quantité de charge on a 70% massique de silicone ce qui permet de calculer le nombre de mole de liaison Si-O à partir de la masse molaire moyenne de l’unité de répétition.
Le sel métalliqueSMmis en œuvre en tant que catalyseur dans le procédé de l’invention est de préférence choisi parmi les sels des éléments du groupe 13 de la classification périodique et de métaux de transition. Les sels métalliquesSMsont de préférence des sels métalliques comprenant au moins un atome d’halogène, de préférence Cl, Br, I, F, par exemple se sont des halogénures métalliques de formule MXm dans laquelle :
M représente Ga, Ge, Al, In ou Fe, de préférence Ga, Al, ou Fe,
X représente Cl, Br, I, F, OTf, BF4, SbF6
m représente un entier dépendant du métal M, de préférence m représente 2, 3 ou 4.
De préférence, le sel métalliqueSMest choisi parmi GaCl3, FeCl2, FeCl3, InCl3, AlCl3, GeCl4de préférence FeCl3, FeCl2, AlCl3, GaCl3, InCl3.
Selon la nature du sel métallique il est possible de le solubiliser dans un solvant. Le solvant peut notamment être un solvant organique de type alcane, haloalcane, hydrocarbure aromatique. De préférence, le solvant est choisi parmi dichlorométhane, n-hexane, n-heptane, toluène, xylène, mésitylène.
De préférence, la quantité de sel métalliqueSMmise en œuvre dans le procédé de l’invention est comprise entre 0,01 et 10 % en poids par rapport au poids de siliconeS, de préférence entre 0,1 et 5% en poids, par exemple entre 0,1 et 2% en poids.
De préférence, la quantité de sel métalliqueSMmise en œuvre dans le procédé de l’invention est comprise entre 0,01 et 10% en mole par rapport au nombre de mole de Si-O, de préférence entre 0,01 et 5% en mole, par exemple entre 0,1 et 2% en mole.
De préférence, le ratio molaire Cl/Si-O, la quantité de chlore étant celle issue du chlorure métallique ou métalloïdeCM et le nombre de mole de Si-O correspondant au nombre de mole de liaison Si-O dans le siliconeS, est compris entre 1 et 3, de préférence entre 2 et 3, par exemple entre 2 et 2,5, par exemple 2.
De façon avantageuse et préférée, la réaction est mise en œuvre à une température comprise entre 0 et 200°C, de préférence entre 0 et 150°C, de préférence entre 20 et 130°C, plus préférentiellement entre 30 et 110°C.
La durée de la réaction peut être de quelques minutes à quelques heures.
L’homme du métier saura adapter la température et la durée de la réaction en fonction des réactifs mis en œuvre et des réacteurs.
Le procédé de l’invention permet avantageusement d’obtenir un rendement massique en organochlorosilaneSC supérieur à 80%, de préférence supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95%.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par organochlorosilane des composés de formule (A), (B) ou (C) suivantes :
R2SiCl2 (A) R3SiCl (B) RSiCl3 (C)
avec R, identique ou différent, est choisi parmi :
- H,
- alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle ;
- aryle comprenant de 6 à 10 atomes de carbone, de préférence phényle
- OH ;
- alcényle notamment comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
- O-Alk avec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle ;
- (O-Alk)xavec Alk représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle, et x représente un entier compris entre 2 et 200 ;
- groupement aminé, notamment (Alk)-NH2ou (Alk)-NH-(Alk)-NH2, avec Alk représente un alkyle comprenant de 1 à 5 atomes de carbone ;
- amine cyclique par exemple –(CH2)z-O-pipéridine dans lequel z représente un entier de 1 à 5, de préférence 3, et la pipéridine peut être substitué notamment par un ou plusieurs groupes alkyle comprenant de 1 à 3 atomes de carbone, de préférence méthyle, de préférence la pipéridine substituée est un groupe ,
de préférence les organochlorosilanes de l’invention comprennent au plus un atome d’hydrogène.
De préférence, dans les formules (A), (B) et (C), R, identique ou différent, est choisi parmi :
- H,
- alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, de préférence méthyle ;
- aryle comprenant de 6 à 10 atomes de carbone, de préférence phényle
- OH ;
- alcényle notamment comprenant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence vinyle ;
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 5 atomes de carbone, substitué par au moins un atome de fluor, par exemple 1 à 10 atomes de fluor, par exemple (C1-C5)alkyle-CF3, l’alkyle étant linéaire ou ramifié ;
de préférence les organochlorosilanes de l’invention comprennent au plus un atome d’hydrogène.
De préférence, les organochlorosilanes préférés de l’invention sont ceux de formule (I) ou (II).
Sans vouloir être lié par une quelconque théorie :
- les organopolysiloxanes de formule (I) sont issus des motifs D du siliconeS, les R de la formule (I) dépendent donc des motifs D du siliconeS;
- les organopolysiloxanes de formule (II) sont issus des motifs M du siliconeS, les R de la formule (II) dépendent donc des motifs M du siliconeS;
- les organopolysiloxanes de formule (III) sont issus des motifs T du siliconeS, les R de la formule (III) dépendent donc des motifs T du silicone S.
De façon particulièrement avantageuse, les organochlorosilanes obtenus par le procédé de l’invention peuvent être directement utilisés dans d’autres procédés industriels comme source de matières premières pour ensuite être hydrolysés et condensés et fabriquer de nouvelles huiles, résines ou gommes.
La présente demande concerne également l’utilisation des organochlorosilanes obtenus pas le procédé de l’invention pour la préparation de silicone par exemple pour la préparation d’ huiles, résines ou gommes silicones.
La présente demande concerne également un procédé de préparation de silicone, notamment huiles, résines ou gommes comprenant les étapes suivantes :
- mise en œuvre du procédé de préparation d’organochlorosilane selon l’invention ;
- préparation de silicone, notamment d’huiles et de résines ou gommes, à partir des organochlorosilanes obtenus à l’étape 1).
L’étape 2) peut notamment être réalisée par hydrolyse condensation.
La présente demande va maintenant être décrite à l’aide des exemples qui suivent.
Exemples :
Silicones mis en œuvre dans les exemples:
Dans ce qui suit Me = méthyle, Vi = vinyle
Silicone S1 :n = 70 viscosité 100 mPa.s
Silicone S2 :n = 180, viscosité 1000 mPa.s
Silicone S3 :n = 70; viscosité 100 mPa.s
Silicone S4 :n= 278, viscosité 1500 mPa.s
Silicone S5 :n = 476, viscosité 10 000 mPa.s
Silicone S6 :n=46, viscosité 100 mPa.s
Silicone S7 :n=656, viscosité 14000 mPa.s
Silicone S8 :n=40-50, m= 10-15 Silicone S9: n=800-900, m=40-120, viscosité 60 000 mPa.s
Silicone S10 :
Silicone S11 : gomme silicone
Mn 0,6 à 100.106g/mol
Mn 0,6 à 100.106g/mol
Silicone S12 : coussinet de mamelon en silicone (produit commercial composition inconnue)
Silicone S13 : moule gâteau en silicone (produit commercial composition inconnue)
Silicone S14 : feuille silicone (produit commercial composition inconnue)
Silicone S15 : tube silicone (produit commercial composition inconnue)
Silicone S16 : EVC A
Silicone S17 : EVC B
Silicone S18 : RTV1
Silicone S19 : RTV2
Silicone S20 : Huile silicone fluorée (Mn=14000)
CAS 63148-56-1
Dans un ballon (10 mL), un siliconeSet un chlorure métalliqueCMsont introduits. Un sel métalliqueSMou une solution de sel métallique est ajoutée et le milieu réactionnel est chauffé (température 40°C) pendant 30 minutes. Le milieu réactionnel est refroidi à température ambiante (environ 25°C) et du mésitylène (240 mg) est introduit (le mésitylène est un standard interne pour détecter la quantité d’organochlorosilane des produits désirés). Un échantillon est prélevé et analysé par RMN-1H et RMN-29Si. Les rendements en mol en composé de formule (I) et composé de formule (II) par rapport respectivement au nombre de moles d’unités D et M du silicone S sont déterminés.
Exemple
2
: Effet du catalyseur sur le procédé de l’invention
Le protocole de l’exemple 1 est mis en œuvre avec le silicone S1 (300 mg, 4 mmol Me2SiO unit) et BCl3dans le dichlorométhane 1M (3 mL, 9 mmol Cl-, 350 mg BCl3) comme chlorure métallique. Le sel métallique (SM), la température et la durée de la réaction sont mentionnés dans le tableau 1 ci-dessous.
| Sel métallique (quantité mg) | % en mol de SM par rapport au nombre de mole Si-O | Ratio Cl/Si-O | T(°C), durée | Rendement composé formule (I) | Rendement composé formule (II) |
(4 mg)
(4 mg)
(4 mg)
2h
0,5h
Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre avec différents sels métalliques tout en donnant de bons rendements.
Exemple
3
: Effet
de la source de chlore
sur le procédé de l’invention
Le protocole de l’exemple 1 est mis en œuvre avec le silicone S1 (300 mg, 4 mmol SiMe2O unit) et GaCl3comme sel métallique (4 mg, 0,5% molaire par rapport au nombre de mol Si-O). Le chlorure métallique, la température et la durée de la réaction sont mentionnés dans le tableau 2 ci-dessous.
| Chlorure métallique (mL solution) (mg de chlorure métallique) | Ratio Cl/Si-O | T(°C), durée | Rendement composé formule (I) | Rendement composé formule (II) |
| BCl3dans dichlorométhane (1M) (3 mL) (350 mg) | 2 | 40°C, 0.5h | 98 | 99 |
| BCl3dans dichlorométhane(1M) (1.5 mL) (350 mg) | 1 | 40°C, 0.5h | 19 | 99 |
| BCl3dans n-heptane (1M) (3 mL) (350 mg) | 2 | 40°C, 2h |
60 | 99 |
| BCl3dans n-heptane (1M) (3 mL) (350 mg) | 2 | 40°C, 5h |
75 | 99 |
| BCl3dans toluène (1M) (3 mL) (350 mg) | 2 | 40°C, 0.5h | 62 | 99 |
| BCl3dans toluène (1M) (3 mL) (350 mg) | 2 | 40°C, 2h |
95 | 99 |
| BCl3dans toluène (1M) (3 mL) (350 mg) | 2 | 90°C, 0.5h | 82 | 99 |
| BCl3dans toluène (1M) (3 mL) (350 mg) | 2 | 90°C, 2h |
97 | 99 |
| AlCl3(360 mg, 8 mmol Cl-) dans dichlorométhane (1M) (3 mL) | 2 | 40°C, 24h | 12 | 99 |
| Dichlorométhane ou dichloroéthane (1M) (3mL) (comparatif) | 2 | 40°C, 24h | 0 | 0 |
| HCl dans dioxane (4M) (2mL) (comparatif) | 2 | 40°C, 24h | 0 | 99 |
Le procédé de l’invention peut être mis en œuvre avec différente source de chlore tout en donnant de bons rendements.
Exemple
4
: Effet
du silicone
sur le procédé de l’invention
Le protocole de l’exemple 1 est mis en œuvre avec différents silicones mentionnés dans le tableau 3 ci-dessous, GaCl3comme sel métallique (0,5 % molaire, 4 mg), BCl3comme chlorure métallique 1M dans solvant toluène ou dichlorométhane (3 mL, sauf pour S10 : 6 ml). Le procédé est mis en œuvre à 40°C. Le silicone, la température et la durée de la réaction sont mentionnés dans le tableau 3 ci-dessous.
| Silicone (g) | Quantité de BCl3(mg) dans solution | Ratio Cl/Si-O | Rendement composé (I) |
| S1 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 98 |
| S1 (2 g) | (2.3 g) | 2 | 98 |
| S2 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 97 |
| S3 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 96 |
| S4 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
| S5 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 93 |
| S6 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 97 |
| S7 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
| S8 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 90 |
| S9 (0,3 g) | (350 mg) | 2 | 97 |
| S10 (0,48 g) | (700 mg) | 2 | 94 |
| S12 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 90 |
| S13 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 96 |
| S14 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
| S15 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
| S11 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
| S16 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 99 |
| S17 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 80 |
| S18 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
| S19 (0,5 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
| S12-S19 (3 g d’un mélange de S12 à S19) | 2.1 g | 2 | 83 |
| S20 (0,65 g) | (350 mg) | 2 | 95 |
Les résultats du tableau 3 montrent que le procédé de l’invention est versatile et peut être utilisée sur tous types de silicone y compris des mélanges de silicone et des silicones comprenant des charges voire même des silicones usagés.
Claims (11)
- Méthode de préparation d’organochlorosilaneCSpar réaction d’au moins un siliconeSavec un chlorure métallique ou métalloïdeCMen présence d’au moins un catalyseur sel métalliqueSM, le chlorure métallique ou métalloïdeCMétant différent du sel métalliqueSM.
- Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le chlorure métallique ou métalloïdeCMest choisi parmi les chlorures métalloïdes, les chlorures de métaux de transition, les chlorures de métaux alcalino-terreux, seuls ou en mélange.
- Méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le chlorure métallique ou métalloïdeCMest choisi parmi les chlorures métalliques de formule M’ClZdans laquelle
M’ réprésente B, Al, Ti, Zr, Mg, Zn, Ca, Sb, Ge, Si ou Cu, de préférence B, Al, Ti, Zr, Mg, Ca, Zn, de préférence B, Al, Mg, Zn, Ca, de préférence B, Al ;
z représente un entier dépendant de la valence du métal M’, par exemple z représente 3, 4 ou 5. - Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le chlorure métallique ou métalloïdeCMest de préférence choisi parmi BCl3, AlCl3, TiCl4, ZrCl4, MgCl2, ZnCl2, CuCl2, CaCl2, GeCl4, SiCl4, SbCl5, seuls ou en mélange, de préférence BCl3, AlCl3, MgCl2, ZnCl2, CaCl2, plus préférentiellement AlCl3, BCl3, de préférence BCl3.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le sel métallique est choisi parmi les composés de formule MXm dans laquelle :
M représente Ga, Ge, Al, In ou Fe, de préférence Ga, Al, ou Fe,
X représente Cl, Br, I, F, OTf, BF4, SbF6
m représente un entier dépendant du métal M, de préférence m représente 2, 3 ou 4. - Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le sel métallique est choisi parmi GaCl3, FeCl2, FeCl3, InCl3, AlCl3, GeCl4de préférence FeCl3, FeCl2, AlCl3, GaCl3, InCl3.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la quantité de sel métalliqueSMmise en œuvre dans le procédé de l’invention est comprise entre 0,01 et 10% en mole par rapport au nombre de mole de Si-O, de préférence entre 0,01 et 5% en mole, par exemple entre 0,1 et 2% en mole.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans laquelle la réaction est mise en œuvre à une température comprise entre 0 et 200°C, de préférence entre 0 et 150°C, de préférence entre 20 et 130°C, plus préférentiellement entre 30 et 110°C.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le ratio molaire Cl/Si-O est compris entre 1 et 3, de préférence entre 2 et 3, par exemple entre 2 et 2,5, par exemple 2.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle la quantité de chlorure métallique ou métalloïdeCMmise en œuvre dans ladite méthode est d’au moins 50%, de préférence comprise entre 50 et 800% en mole par rapport au nombre de mole de Si-O, de préférence entre 50 et 300% en mole, par exemple entre 50 et 200% en mole.
- Procédé de préparation de silicone, notamment huiles, résines ou gommes silicones comprenant les étapes suivantes :
1) mise en œuvre de la méthode de préparation d’organochlorosilane selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 ;
2) préparation de silicone, notamment huiles, résines ou gommes silicones à partir des organochlorosilanes obtenus à l’étape 1).
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