JP2001114897A - エポキシ変性アルコキシシラン縮合物およびその製造方法 - Google Patents
エポキシ変性アルコキシシラン縮合物およびその製造方法Info
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Abstract
により、エポキシ樹脂等またはその硬化物等の耐熱性を
向上しうる化合物およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 加水分解性アルコキシシランの縮合物お
よびグリシドールを脱アルコール反応させて得られるエ
ポキシ変性アルコキシシラン縮合物。
Description
コキシシラン縮合物およびその製造方法に関する。かか
る本発明のエポキシ変性アルコキシシラン縮合物は、た
とえば、エポキシ樹脂用硬化剤を組み合わせた硬化性組
成物として、またエポキシ樹脂組成物の無機系の添加剤
等として用いることができ、たとえば、IC封止材、エ
ポキシ樹脂系積層板、塗料、接着剤、電気・電子材料の
コーティング剤等のさまざまな用途に供される。また、
本発明のエポキシ変性アルコキシシラン縮合物は、エポ
キシ基と反応性を有する官能基(たとえば、アミノ基、
イソシアネート基、カルボキシル基、酸無水物基、エポ
キシ基等)を有する高分子化合物と反応させるシランカ
ップリング剤等として用いることができ、さらには当該
高分子化合物と反応させて有機-無機ハイブリッド体を
製造することができる。
において用いられる材料に対して、高度の性能が要求さ
れるようになった。たとえば、電気・電子材料分野にお
いて賞用されているエポキシ樹脂硬化物には、耐熱性の
向上が望まれている。
方法としては、たとえば、エポキシ樹脂に硬化剤や、必
要に応じてガラス繊維、ガラス粒子、マイカ等のフィラ
ーを混合する方法がある。しかし、この方法では十分な
耐熱性は得られない。また、この方法ではエポキシ樹脂
硬化物の透明性が失われ、しかもフィラーと樹脂との界
面の接着性が劣るため、機械的特性も不十分になる。
させる方法としては、エポキシ樹脂にシランカップリン
グ剤を反応させたものを用いる方法がある。しかし、一
般的に、シランカップリング剤のシラン部は小さく、有
機部位はアルキル鎖であることが多いため、シランカッ
プリング剤の導入によって逆にガラス転移点(Tg)を
下げてしまうことも少なくない。またエポキシ樹脂硬化
物にガラス成分を大量に導入するには、必然的に、シラ
ンカップリング剤の使用量も多くなるが、シランカップ
リング剤は、一般に高価であるため、その使用により目
的物がコスト高になる。
させる方法としては、エポキシ樹脂と金属酸化物の複合
体を用いる方法が提案されている(特開平8−1001
07号公報)。当該複合体は、エポキシ樹脂を部分的に
硬化させた溶液に、金属アルコキシドを加えて均質ゾル
溶液とした後、金属アルコキシドを重縮合することによ
り得られる。しかし、かかる複合体は、単なるエポキシ
樹脂の硬化物に比して、ある程度耐熱性は向上するもの
の、複合体中の水や硬化時に生じる水、アルコールによ
って硬化物中にボイド(気泡)が発生する。また、更な
る耐熱性向上のため、金属アルコキシド量を増やすと生
成するシリカが分散状態を取れなくなり、硬化物の透明
性が失われ、白化するうえ、多量の金属アルコキシドの
ゾル化には多量の水が必要なため、硬化物のそり、クラ
ックを招く。
にも、耐熱性・強靭性・ガスバリヤー性などの向上を目
的として、各種高分子化合物に対してアルコキシシラン
のゾル−ゲル硬化反応を利用してシリカをハイブリット
化させる研究が多数なされている(特開平11−926
23号公報、特開平6―192454号公報、特開平1
0−168386号公報、特開平10−152646号
公報、特開平7-118543号公報など)。しかし、
ゾル−ゲル硬化反応により得られるハイブリッド体は、
主にアルコキシシランの加水分解によって生成するシラ
ノール基と、高分子化合物中の水素結合性官能基との間
の水素結合を利用して、シリカを高分子化合物中に分散
しているため、水素結合性官能基を有しない高分子化合
物や凝集力がある高Tgの高分子化合物に対してはこの
反応を応用できない。
脂等に配合または反応させることにより、エポキシ樹脂
等またはその硬化物等の耐熱性を向上しうる化合物およ
びその製造方法を提供することを目的とする。
解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、前記目的に合致す
る、以下に示す一般式(1)で表されるエポキシ変性ア
ルコキシシラン縮合物を新たに開発し、さらに、以下に
示す一般式(1)で表されるエポキシ変性アルコキシシ
ラン縮合物を、エポキシ基と反応しうる官能基を有する
高分子化合物と反応させることで有機−無機ハイブリッ
ド体を製造することができることを見出し、本発明を完
成するに到った。
素数1〜3のアルコキシ基または一般式(2):
素数1〜3のアルコキシ基または一般式(3):
は炭素数1〜3のアルコキシ基を示し、R6は炭素数1
〜8のアルキル基もしくはアリール基、グリシジルエー
テル基または炭素数1〜3のアルコキシ基を示す)で表
される基を示し、R4は炭素数1〜8のアルキル基もし
くはアリール基、グリシジルエーテル基、炭素数1〜3
のアルコキシ基または前記一般式(3)で表される基を
示す)で表される基を示し、R2は炭素数1〜8のアル
キル基もしくはアリール基、グリシジルエーテル基、炭
素数1〜3のアルコキシ基または前記一般式(2)で表
される基を示し、前記R1、R2、R3、R4、R5、
R6がアルコキシ基の場合にはそれぞれが縮合して−O
−結合を形成していてもよく、かつR1、R2、R3、
R4、R5およびR6中に含まれるグリシジルエーテル
基の合計が、R1、R2、R3、R 4、R5およびR6
の合計に対し、少なくとも5モル%あり、n、p、qは
いずれも0以上の整数であり、Siの平均個数が2〜3
00である)で表されるエポキシ変性アルコキシシラン
縮合物、
基または一般式(5):
基または一般式(6):
シ基を示し、R12は炭素数1〜8のアルキル基もしく
はアリール基または炭素数1〜3のアルコキシ基を示
す)で表される基を示し、R10は炭素数1〜8のアル
キル基もしくはアリール基、炭素数1〜3のアルコキシ
基または前記一般式(6)で表される基を示す)で表さ
れる基を示し、R8は炭素数1〜8のアルキル基もしく
はアリール基、炭素数1〜3のアルコキシ基または前記
一般式(5)で表される基を示し、前記R7、R8、R
9、R10、R11、R12がアルコキシ基の場合には
それぞれが縮合して−O−結合を形成していてもよく、
n、p、qはいずれも0以上の整数であり、Siの平均
個数が2〜300である)で表されるアルコキシシラン
縮合物およびグリシドールを脱アルコール反応させるこ
とを前記エポキシ変性アルコキシシラン縮合物の製造方
法、一般式(7):Ra mSi(ORb)4−m(式
中、mは0または1の整数を示し、Raは炭素数1〜8
のアルキル基またはアリール基を示し、Rbは水素原子
または低級アルキル基を示す。)で表される加水分解性
アルコキシシランの縮合物(縮合物のSiの平均個数が
2〜300である)およびグリシドールを脱アルコール
反応させて得られるエポキシ変性アルコキシシラン縮合
物、前記エポキシ変性アルコキシシラン縮合物に、さら
に一般式(8):Rc rSi(ORd)4−r(式中、
rは0〜2の整数を示しRcは炭素原子に直結した官能
基を有していてもよい低級アルキル基、アリール基また
は不飽和脂肪族残基を示し、それぞれ同一でも異なって
いてもよい。Rdは水素原子または低級アルキル基を示
し、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)で表され
る加水分解性アルコキシシランおよび/またはその縮合
物を配合してなる組成物、前記エポキシ変性アルコキシ
シラン縮合物または組成物に、さらにエポキシ樹脂を含
有してなる組成物、前記エポキシ変性アルコキシシラン
縮合物または組成物、およびエポキシ樹脂用硬化剤を含
有してなる硬化性組成物、さらには、前記エポキシ変性
アルコキシシラン縮合物または組成物を、エポキシ基と
反応しうる官能基を有する高分子化合物と反応させる有
機−無機ハイブリッド体の製造方法、当該製造方法によ
り得られる有機−無機ハイブリッド体、に関する。
シラン縮合物は、前記一般式(1)で表される通りであ
り、R1、R2、R3、R4、R5、R6中に含まれる
炭素数1〜3のアルコキシ基としては、メトキシ基、エ
トキシ基、n-プロポキシ基等があげられる。アルコキ
シ基の炭素数は、ガラス部位の縮合速度に多大な影響を
与えるため、低温度で硬化させる場合や、硬化速度を早
くしたい場合にはメトキシ基が好ましい。また、R2、
R4、R6中に含まれる炭素数1〜8のアルキル基また
はアリール基としては、メチル基、エチル基、n−プロ
ピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ヘキシル
基、シクロへキシル基、n−オクチル基、フェニル基、
フェネシル基等があげられる。長鎖のアルキル基は、硬
化物の柔軟性(伸縮率)の向上に寄与するものの、樹脂
のガラス転移点を下げることが多いため、R 2、R4、
R6としては耐熱性の点からはメチル基が好ましい。な
お、前記R1、R2、R3、R4、R5、R6がアルコ
キシ基の場合にはそれぞれが縮合して−O−結合を形成
していてもよい。
R5、R6中に含まれるグリシジルエーテル基の合計
は、R1、R2、R3、R4、R5およびR6の合計に
対し、少なくとも5モル%であり、R1、R2、R3、
R4、R5およびR6の全部(100モル%)がグリシ
ジルエーテル基であるものを含む。すなわち、グリシジ
ルエーテル基含有率((R1、R2、R3、R4、
R5、R6中に含まれるグリシジルエーテル基)/(R
1+R2+R3+R4+R5+R6))の値は0.05
〜1である。グリシジルエーテル基含有率が大きい程、
グリシジルエーテル基の割合が大きく、通常グリシジル
エーテル基含有率は0.1以上とするのが好ましい。一
方、グリシジルエーテル基含有率が大きくなると長い反
応時間を必要とすることを考慮すると、グリシジルエー
テル基含有率は0.8以下とするのが好ましい。
物を構成する各分子中に、グリシジルエーテル基が、前
記割合で、存在する必要はなく、エポキシ変性アルコキ
シシラン縮合物中に前記割合で存在すればよい。
性アルコキシシラン縮合物は、式中のSiの平均個数が
2〜300のものである。通常、Siの平均個数が多い
場合には、一般式(2)または一般式(3)のような分
岐鎖を有するエポキシ変性アルコキシシラン縮合物とな
る傾向がある。Siの平均個数が2〜8程度の場合に
は、分岐構造が殆どまたは全くなく、取り扱いが容易で
ある。
ラン縮合物は、前記一般式(4)で表されるアルコキシ
シラン縮合物およびグリシドールを脱アルコール反応さ
せることにより得られる。
(4)中のR7に対応し、またR2はR 8に、R3はR
9に、R4はR10に、R5はR11に、R6はR12
に対応している。すなわち、一般式(4)中のR7から
R12のアルコキシ基がグリシドールと脱アルコール反
応して、一般式(1)中のR1からR6のなかのグリシ
ジルエーテル基を形成する。したがって、R7からR
12のアルキル基またはアルコキシ基としては、R1か
らR2と同様のものを例示できる。なお、前記R7から
R12がアルコキシ基の場合にはそれぞれが縮合して−
O−結合を形成していてもよい。
ル基またはアリール基を含まない場合は、一般式(4)
で表されるアルコキシシラン縮合物は、テトラアルコキ
シシランの縮合物であり、R8、R10、R12として
アルキル基またはアリール基を含む場合は、アルキル
(またはアリール)トリアルコキシシランまたはアルキ
ル(またはアリール)トリアルコキシシランとテトラア
ルコキシシランの混合物の縮合物である。
キシシラン縮合物は、通常、一般式(7):Ra mSi
(ORb)4−m(式中、mは0または1の整数を示
し、R aは炭素数1〜8のアルキル基またはアリール基
を示し、Rbは水素原子または低級アルキル基を示
す。)で表される加水分解性アルコキシシランを酸又は
アルカリ水の存在下で加水分解し、部分的に縮合させて
得られるものが用いられる。当該縮合物のSiの平均個
数は2〜300である。
ルの使用割合は、得られるエポキシ変性アルコキシシラ
ン縮合物中のグリシジルエーテル基の割合が、前記範囲
になるように適宜に決める。通常は、グリシドールのエ
ポキシ基の当量/アルコキシシラン縮合物のアルコキシ
基の当量=0.05〜3/1の仕込み比率で、アルコキ
シシラン縮合物とグリシドールを脱アルコール反応させ
ることが好ましい。前記仕込み比率が少なくなるとエポ
キシ変性されていないアルコキシシランの割合が増加す
るため、前記仕込み比率は、アルコキシシラン縮合物の
アルコキシ基の当量1に対し、グリシドールのエポキシ
基の当量を0.1以上とすることが好ましい。また、前
記仕込み比率が大きくなると、残存する未反応グリシド
ールによって硬化物の耐熱性が悪くなる傾向があるた
め、前記仕込み比率は、アルコキシシラン縮合物のアル
コキシ基の当量1に対し、グリシドールのエポキシ基の
当量を1以下とするのが好ましい。
反応は、たとえば、前記各成分を仕込み、加熱して生成
するアルコールを留去しながらエステル交換反応を行な
う。反応温度は50〜150℃程度、好ましくは70〜
110℃であり、全反応時間は1〜15時間程度であ
る。
ル反応を行うと、アルコキシシランの縮合を伴って、反
応生成物が高分子量化するため、高粘度化、ゲル化する
傾向が見られるため好ましくない。また、反応温度が5
0℃位未満ではアルコールが反応系から除去できず、反
応が進行しない。
は、反応促進のために従来公知のエステルと水酸基のエ
ステル交換触媒の内、エポキシ環を開環しないものを使
用することができる。たとえば、リチウム、ナトリウ
ム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、
カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミ
ニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、ア
ンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガ
ンのような金属や、これら酸化物、有機酸塩、ハロゲン
化物、アルコキシド等があげられる。これらのなかで
も、特に有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジ
ブチル錫ジラウレートが有効である。
る。溶剤としては、アルコキシシラン縮合物とグリシド
ールを溶解する有機溶剤であれば特に制限はない。この
ような有機溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、メチ
ルエチルケトン、トルエン、キシレンなどの非プロトン
性極性溶媒を用いるのが好ましい。
シラン縮合物は、前述の如く、エポキシ変性アルコキシ
シラン縮合物を構成する全ての分子が、グリシジルエー
テル基を有している必要はなく、未反応のアルコキシシ
ラン縮合物を含有していてもよい。
ラン縮合物は、さらに、一般的にゾル−ゲル法に用いら
れている、たとえば、一般式(8):Rc rSi(OR
d) 4−r(式中、rは0〜2の整数を示し、Rcは炭
素原子に直結した官能基を有していてもよい低級アルキ
ル基、アリール基または不飽和脂肪族残基を示し、それ
ぞれ同一でも異なっていてもよい。Rdは水素原子また
は低級アルキル基を示し、それぞれ同一でも異なってい
てもよい。)で表される加水分解性アルコキシシランお
よび/またはその縮合物を配合した組成物とすることが
できる。
具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキ
シシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポ
キシシラン、テトラブトキシシラン等のテトラアルコキ
シシラン類、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエ
トキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルト
リブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチル
トリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラ
ン、n−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルト
リメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラ
ン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3
−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−メル
カプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプ
ロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラ
ン、フェニルトリエトキシシラン、3,4−エポキシシ
クロヘキシルエチルトリメトキシシラン、3,4−エポ
キシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン等のトリ
アルコキシシラン類、ジメチルジメトキシシラン、ジメ
チルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジ
エチルジエトキシシラン等のジアルコキシシラン類等が
あげられる。これらのなかでも、テトラアルコキシシラ
ン類およびまたは/トリアルコキシシラン類の縮合物で
ある、前記一般式(4)で表されるアルコキシシラン縮
合物が好ましい。
/またはその縮合物の使用量は、本発明のエポキシ変性
アルコキシシラン縮合物1重量部に対して、50重量部
程度以下である。
ラン縮合物が、未反応のアルコキシシラン縮合物を含む
場合や、加水分解性アルコキシシランおよび/またはそ
の縮合物を、さらに配合した組成物の場合には、さらに
加水分解、重縮合によりシリカとすることができ、加水
分解、重縮合を促進するため、本発明のエポキシ変性ア
ルコキシシラン縮合物または組成物に、使用にあたって
少量の水を含有させることもできる。
ラン縮合物または前記組成物(以下、エポキシ変性アル
コキシシラン縮合物等という)は、各種用途に供される
が、たとえば、エポキシ樹脂用硬化剤を組み合わせた、
硬化性組成物として使用することができる。
あたっては、用途に応じて各種樹脂を併用できる。併用
する樹脂としてはエポキシ樹脂が好ましい。併用しうる
エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹
脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポ
キシ樹脂;フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸類およ
びエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジル
エステル型エポキシ樹脂;ジアミノジフェニルメタン、
イソシアヌル酸などのポリアミン類とエピクロロヒドリ
ンを反応させて得られるグリシジルアミン型エポキシ樹
脂;オレフィン結合を過酢酸などの過酸で酸化して得ら
れる線状脂肪族エポキシ樹脂および脂環式エポキシ樹脂
などがあげられる。
物等とエポキシ樹脂を併用する場合には、エポキシ変性
アルコキシシラン縮合物等は添加剤的に用いられる。通
常、その場合、エポキシ変性アルコキシシラン縮合物等
の使用量は、エポキシ樹脂100重量部に対して、1〜
60重量部程度である。
常、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されている、フェ
ノール樹脂系硬化剤、ポリアミン系硬化剤、ポリカルボ
ン酸系硬化剤等を特に制限なく使用できる。具体的に
は、フェノール樹脂系のものとしては、フェノールノボ
ラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、ポリp−
ビニルフェノール等があげられ、ポリアミン系硬化剤と
してはジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミ
ン、テトラエチレンペンタミン、ジシアンジアミド、ポ
リアミドアミン(ポリアミド樹脂)、ケチミン化合物、
イソホロンジアミン、m−キシレンジアミン、m−フェ
ニレンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロ
ヘキサン、N-アミノエチルピペラジン、4,4′−ジ
アミノジフェニルメタン、4,4′−ジアミノ−3,
3′―ジエチルジフェニルメタン、ジアミノジフェニル
スルホン等があげられ、ポリカルボン酸系硬化剤として
は、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチル
テトラヒドロ無水フタル酸、3,6−エンドメチレンテ
トラヒドロ無水フタル酸、ヘキサクロルエンドメチレン
テトラヒドロ無水フタル酸、メチル−3,6−エンドメ
チレンテトラヒドロ無水フタル酸があげられる。これら
のなかでも、ポリアミン系硬化剤が好ましい。ポリアミ
ン系硬化剤は、エポキシ環を開環硬化させる以外に、ア
ルコキシシリル基に触媒的に作用し、シリカガラスに硬
化させる。
中のエポキシ基(エポキシ樹脂を併用する場合にはエポ
キシ樹脂のエポキシ基も考慮する)1当量に対し、硬化
剤中の活性水素を有する官能基が0.2〜1.5当量程
度となるような割合で配合して調製される。
と硬化剤との硬化反応を促進するための硬化促進剤を含
有することができる。例えば、1,8−ジアザ−ビシク
ロ[5.4.0]ウンデセン−7、トリエチレンジアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、
ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメ
チル)フェノールなどの三級アミン類;2−メチルイミ
ダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−
4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾー
ルなどのイミダゾール類;トリブチルホスフィン、メチ
ルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジ
フェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどの有機ホ
スフィン類;テトラフェニルホスホニウム・テトラフェ
ニルホウ酸、2−エチル−4−メチルイミダゾール・テ
トラフェニルホウ酸、N−メチルモルホリン・テトラフ
ェニルホウ酸などのテトラフェニルホウ酸塩などをあげ
ることができる。硬化促進剤はエポキシ樹脂の100重
量部に対し、0.1〜5重量部の割合で使用するのが好
ましい。
宜に濃度を調整できる。溶剤としては、エポキシ変性ア
ルコキシシラン縮合物の製造に用いたものと同様のもの
を使用できる。その他、前記組成物には、本発明の効果
を損なわない範囲で、必要に応じて、充填剤、離型剤、
表面処理剤、難燃剤、粘度調節剤、可塑剤、抗菌剤、防
黴剤、レベリング剤、消泡剤、着色剤、安定剤、カップ
リング剤等を配合してもよい。
縮合物や、当該縮合物に加水分解性アルコキシシランお
よび/またはその縮合物を配合してなる組成物は、エポ
キシ基と反応しうる官能基を有する高分子化合物と反応
させることで、有機−無機ハイブリッド体を製造するこ
とができる。
酸無水物基、カルボンキシル基、1級又は2級アミノ
基、フェノール性水酸基、チオール基などがある。また
これらの官能基を有する高分子化合物としては、ポリア
ミド、ポリチオール、ポリアニリン、ポリアミック酸、
ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミ
ド、カルボン酸末端ポリエステル、ポリ(スチレン−無
水マレイン酸)、マレイン化ポリブタジエン、エチレン
−無水マレイン酸共重合体、末端マレイン化ポリプロピ
レン、末端カルボキシル化ブタジエン−アクリロニトリ
ル共重合体、アミン末端ポリウレタンポリウレア、ケチ
ミン末端ポリウレタンポリウレア、ポリアジピン酸無水
物などのポリ酸無水物、ポリアミン変性エポキシ樹脂な
どが例示できる。
有機−無機ハイブリッド体の製造法は、ゾル−ゲル法で
はハイブリッド化が困難であった水素結合性官能基を有
しない高分子化合物や凝集力の強い高Tgの高分子化合
物などに極めて有効である。たとえば、ポリアミック
酸、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイ
ミド、マレイン化ポリブタジエン、エチレン−無水マレ
イン酸共重合体、末端マレイン化ポリプロピレン、ポリ
アジピン酸無水物などのポリ酸無水物などの、酸無水物
基を有する高分子化合物に適用した場合には、高い保存
安定性の有機−無機ハイブリッドが得られ好ましい。
る高分子化合物とエポキシ変性アルコキシシラン縮合物
等との反応比率については、特に制限されないがエポキ
シ変性アルコキシシラン縮合物等の有するエポキシ基の
当量と高分子化合物の官能基の当量を考慮し、得られる
有機−無機ハイブリッド体がゲル化しないように適宜に
調整する。また反応温度、時間など反応条件は特に限定
されないが、アルコキシシリル基が縮合する温度(メト
キシシリル基では110℃)以下で、反応を行うのが好
ましい。また、これらの反応においては前記例示のエポ
キシ樹脂の硬化剤や硬化促進剤を使用することもでき
る。
リッド体には、有機−無機ハイブリッド体の性質に応
じ、相分離のない範囲内で、必要に応じてさらに、一般
式(8)で表される加水分解性アルコキシシランおよび
/またはその縮合物を配合することもできる。さらに、
有機−無機ハイブリッド体には、本発明の効果を損なわ
ない範囲で、必要に応じて、溶剤、充填剤、離型剤、表
面処理剤、難燃剤、粘度調節剤、可塑剤、抗菌剤、防黴
剤、レベリング剤、消泡剤、着色剤、安定剤、カップリ
ング剤等を配合してもよい。
コキシシラン縮合物は、アルコキシシラン縮合物にエポ
キシ基を導入した新規な化合物であり、その硬化物は耐
熱性に優れる。また、エポキシ樹脂等に配合して使用す
ることにより、その硬化物等の耐熱性を向上できる。ま
た、エポキシ変性アルコキシシラン縮合物を配合したエ
ポキシ樹脂等は、さらにアルコキシシラン縮合物を配合
した場合にもその組成物の硬化物は白濁化等しない。ま
た、エポキシ変性アルコキシシラン縮合物は、シランカ
ップリング剤等として使用することもできる。またかか
るエポキシ変性アルコキシシラン縮合物は、エポキシ基
と反応しうる官能基を有する高分子化合物と反応させる
ことで有機−無機ハイブリッド体を製造でき、従来、シ
リカハイブリッドの形成が難しかった高分子化合物の有
機−無機ハイブリッド化も可能である。
具体的に説明する。なお、各例中、%は特記ない限り重
量基準である。
ットル容の4ツ口フラスコに、グリシドール(日本油脂
(株)製,商品名エピオールOH)350gおよびテト
ラメトキシシラン縮合物(多摩化学(株)製,商品名メ
チルシリケート51:一般式(4)でR7、R8はいず
れもメトキシ基、Siの平均個数が4)671.8gを
仕込み、窒素気流下、攪拌しながら、80℃に昇温後、
触媒としてジブチル錫ジラウレート1gを加え、80℃
で反応させた。反応中、メタノールを反応系内から分水
器を使って留去し、その量が、約130gに達した時点
で、冷却した。昇温後冷却までに要した時間は6時間で
あった。50℃に冷却後、窒素吹き込み栓と分水器を取
り去り、減圧ラインを繋いで、1kPaで約15分間、
系内に残存するメタノールを減圧によって除去した。こ
の間、減圧によって約25gのメタノールが除去され
た。その後、フラスコを室温まで冷却し、869.7g
の反応生成物を得た。なお、仕込み時の、グリシドール
のエポキシ基の当量/アルコキシシラン縮合物のアルコ
キシ基の当量=0.33/1である。
生成物(図2)の1H-NMR(アセトン-d6溶液)を
示す。図2には図1のグリシドールのオキシラン環のメ
チレンピークa(2.56ppm付近,2.68ppm
付近)及びメチンピークb(3.02ppm付近)が反
応に関与せず保持されていること、一方、図2には図1
のグリシドール中の水酸基のピークd(3.86ppm
付近)が消失していることが認められる。また、図1の
グリシドールの水酸基に隣接するメチレンピークc
(3.47ppm付近,3.75ppm付近)は、水酸
基がアルコキシシランと反応する事によって、図2の反
応生成物では、c’(3.78ppm付近,4.08p
pm付近)へシフトしている。また、図2には、新たに
アルコキシシラン縮合物由来のメトキシ基のピーク
(3.6ppm付近)が見られた。これらから、反応生
成物は、図2に示すような化合物を主体とするものであ
ると判断した。
(株)製,商品名エピオールOH)350gおよびメチ
ルトリメトキシシラン縮合物(多摩化学(株)製,試作
品MTMS-A:一般式(4)でR7はメトキシ基、R
8はメチル基、Siの平均個数が4.5)626.2g
を仕込み、窒素気流下、攪拌しながら、80℃に昇温
後、触媒としてジブチル錫ジラウレート1gを加え、8
0℃で反応させた。反応中、メタノールを反応系内から
分水器を使って留去し、その量が、約130gに達した
時点で、冷却した。昇温後冷却までに要した時間は8時
間であった。50℃に冷却後、窒素吹き込み栓と分水器
を取り去り、減圧ラインを繋いで、1kPaで約15分
間、系内に残存するメタノールを減圧によって除去し
た。この間、減圧によって約22gのメタノールの除去
された。その後、フラスコを室温まで冷却し、825.
0gの反応生成物を得た。なお、仕込み時の、グリシド
ールのエポキシ基の当量/アルコキシシラン縮合物のア
ルコキシ基の当量=0.5/1である。
び実施例2の反応生成物の1H-NMR(アセトン−d6
溶液)を比較した。反応生成物は、オキシラン環のメチ
レンピーク(2.56ppm付近,2.68ppm付
近)及びメチンピーク(3.02ppm付近)が反応に
関与せず保持されていた。一方、グリシドール中の水酸
基のピークd(3.86ppm付近)が消失していた。
また、グリシドールの水酸基に隣接するメチレンピーク
c(3.47ppm付近,3.75ppm付近)は、水
酸基がアルコキシシランと反応する事によって、(3.
78ppm付近,4.08ppm付近)へシフトしてい
た。また新たにアルコキシシラン縮合物由来のメトキシ
基のピーク(3.6ppm付近)とメチル基のピーク
(0.15ppm)が見られた。これらから、反応生成
物は、メチルトリメトキシシラン縮合物のメトキシ基の
所定量がグリシジルエーテル基となった化合物であると
判断した。
(株)製,商品名エピオールOH)350gおよびテト
ラメトキシシラン縮合物(多摩化学(株)製,試作品M
S―56:一般式(4)でR7、R8はいずれもメトキ
シ基。ただしR 7の一部は、分岐して一般式(5)また
は一般式(6)となっている。Siの平均個数が18)
636.4gを仕込み、窒素気流下、攪拌しながら、8
0℃に昇温後、触媒としてジブチル錫ジラウレート1g
を加え、80℃で反応させた。反応中、メタノールを反
応系内から分水器を使って留去し、その量が、約130
gに達した時点で、冷却した。昇温後冷却までに要した
時間は7.5時間であった。50℃に冷却後、窒素吹き
込み栓と分水器を取り去り、減圧ラインを繋いで、1k
Paで約15分間、系内に残存するメタノールを減圧に
よって除去した。この間、減圧によって約20gのメタ
ノールが除去された。その後、フラスコを室温まで冷却
し、835.4gの反応生成物を得た。なお、仕込み時
の、グリシドールのエポキシ基の当量/アルコキシシラ
ン縮合物のアルコキシ基の当量=0.42/1である。
び実施例3の反応生成物の1H-NMR(アセトン−d6
溶液)を比較したところ、実施例1のチャートと同様の
結果が得られた。これらから、反応生成物は、テトラメ
トキシシラン縮合物のメトキシ基の所定量がグリシジル
エーテル基となった化合物であると判断した。
商品名エポトートYD−011)を固形分50%になる
ようにジメチルホルムアミドに溶解したエポキシ樹脂溶
液と、ジシアンジアミドを固形分20%になるようにジ
メチルホルムアミドに溶解したジシアンジアミド溶液を
調製した。このエポキシ樹脂溶液と実施例1、実施例2
または実施例3の反応生成物、更にジシアンジアミド溶
液を表1の比率(重量部)で配合し、硬化性組成物を調
製した。なお、試験例3では、実施例1の反応生成物に
テトラメトキシシラン縮合物を配合した組成物に、エポ
キシ樹脂溶液とジシアンジアミド溶液を配合して硬化性
組成物を調製した。
物を、フッ素樹脂コーティングされた容器(縦×横×深
さ=10cm×10cm×1.5cm)に注ぎ、150
℃で30分、175℃で1時間、溶剤の除去および硬化
を行った。
成物からは、透明な硬化フィルム(膜厚約0.4mm)
を作成することができたが、比較試験例2の硬化性組成
物は、テトラアルコキシシランの縮合物を含有している
ため、硬化物が白濁し、極端に脆い材料となり、下記粘
弾性評価に使用する硬化物を得るに至らなかった。
で得られた硬化フィルムを6mm×25mmにカット
し、粘弾性測定器(レオロジ社製,商品名DVE−V
4,測定条件:振幅1μm,振動数10Hz,スロープ
3℃/分)を用いて動的貯蔵弾性率を測定して、耐熱性
を評価した。測定結果を図3および図4に示す。
(エポキシ樹脂硬化物)には、ガラス転移が認められ
る。当該硬化物は高温で軟弱化している。一方、試験例
1、4の硬化物は、高温での弾性率が高く、硬化物のガ
ラス転移は消失しかけており、高温での軟弱化が見られ
ない。試験例5の粘弾性測定結果は試験例1と全く同様
であった。また試験例2、3の硬化物は、ガラス転移が
消失状態にあることが認められる。これらのことから試
験例1〜5の硬化物はエポキシ樹脂硬化物の耐熱性を大
幅に改善したことが分かる。
(株)製,商品名エピオールOH)178.7gおよび
テトラメトキシシラン縮合物(多摩化学(株)製,試作
品MS−56:一般式(4)でR7、R8はいずれもメ
トキシ基。ただしR7の一部は、分岐して一般式(5)
または一般式(6)となっている。Siの平均個数が1
8)892.6gを仕込み、窒素気流下、攪拌しなが
ら、80℃に昇温後、触媒としてジブチル錫ジラウレー
ト1gを加え、80℃で反応させた。反応中、メタノー
ルを反応系内から分水器を使って留去し、その量が、約
73gに達した時点で、冷却した。昇温後冷却までに要
した時間は4時間であった。50℃に冷却後、窒素吹き
込み栓と分水器を取り去り、減圧ラインを繋いで、1k
Paで約15分間、系内に残存するメタノールを減圧に
よって除去した。この間、減圧によって約10gのメタ
ノールが除去された。その後、フラスコを室温まで冷却
し、989.4gの反応生成物を得た。なお、仕込み時
の、グリシドールのエポキシ基の当量/アルコキシシラ
ン縮合物のアルコキシ基の当量=0.14/1である。
び実施例4の反応生成物の1H-NMR(アセトン−d6
溶液)を比較したところ、実施例1のチャートと同様の
結果が得られた。これらから、反応生成物は、テトラメ
トキシシラン縮合物のメトキシ基の所定量がグリシジル
エーテル基となった化合物であると判断した。
5リットル容の4ツ口フラスコに、ビス−(4−アミノ
フェニル)エーテル100gとジメチルアセトアミド8
79.6gを加え、攪拌しながら、119.9gのピロ
メリット酸を攪拌しながら、室温で、ゆっくり加えた。
そのまま1時間攪拌し、末端に酸無水物基を有するポリ
アミック酸を得た。更に、実施例4で得られた前記エポ
キシ変性アルコキシシラン縮合物61.5gを加え、9
5℃で3時間反応させ、ポリアミック酸−シリカハイブ
リッド体を得た(エポキシ基の当量/酸無水物基の当量
=1.5)。更にこの溶液をガラス板上に流し、100
℃1時間加熱して、ジメチルアセトアミドを除き、さら
に300℃で加熱して淡黄色で透明なポリイミド−シリ
カハイブリッド膜を得た(シリカ/ポリイミド=0.1
4(重量比))。
ニル)エーテル100gとジメチルアセトアミド836
gを加え、攪拌しながら、109gのピロメリット酸を
攪拌しながら、室温で、ゆっくり加えた。そのまま1時
間攪拌し、末端に酸無水物基を有するポリアミック酸を
得た。更に、テトラメトキシシラン縮合物(多摩化学
(株)製,商品名メチルシリケート51:一般式(4)
でR7、R 8はいずれもメトキシ基、Siの平均個数が
4)を54.9gと水5.2gを加え室温で1時間攪拌
した。更にこの溶液をガラス板上に流し、100℃1時
間加熱して、ジメチルアセトアミドを除き、さらに30
0℃で加熱したが、シリカはポリイミドから相分離し、
白濁したフィルムとなった(シリカ/ポリイミド=0.
14(重量比))。
る。
Rチャートである。
化フィルムの耐熱性の評価結果である。
化フィルムの耐熱性の評価結果である。
Claims (11)
- 【請求項1】 一般式(1): 【化1】 (式中、R1はグリシジルエーテル基、炭素数1〜3の
アルコキシ基または一般式(2): 【化2】 (式中、R3はグリシジルエーテル基、炭素数1〜3の
アルコキシ基または一般式(3): 【化3】 (式中、R5はグリシジルエーテル基または炭素数1〜
3のアルコキシ基を示し、R6は炭素数1〜8のアルキ
ル基もしくはアリール基、グリシジルエーテル基または
炭素数1〜3のアルコキシ基を示す)で表される基を示
し、R4は炭素数1〜8のアルキル基もしくはアリール
基、グリシジルエーテル基、炭素数1〜3のアルコキシ
基または前記一般式(3)で表される基を示す)で表さ
れる基を示し、R2は炭素数1〜8のアルキル基もしく
はアリール基、グリシジルエーテル基、炭素数1〜3の
アルコキシ基または前記一般式(2)で表される基を示
し、前記R1、R2、R3、R4、R5、R6がアルコ
キシ基の場合にはそれぞれが縮合して−O−結合を形成
していてもよく、かつR1、R2、R3、R4、R5お
よびR6中に含まれるグリシジルエーテル基の合計が、
R1、R2、R3、R 4、R5およびR6の合計に対
し、少なくとも5モル%あり、n、p、qはいずれも0
以上の整数であり、Siの平均個数が2〜300であ
る)で表されるエポキシ変性アルコキシシラン縮合物。 - 【請求項2】 一般式(4): 【化4】 (式中、R7は炭素数1〜3のアルコキシ基または一般
式(5): 【化5】 (式中、R9は炭素数1〜3のアルコキシ基または一般
式(6): 【化6】 (式中、R11は炭素数1〜3のアルコキシ基を示し、
R12は炭素数1〜8のアルキル基もしくはアリール基
または炭素数1〜3のアルコキシ基を示す)で表される
基を示し、R10は炭素数1〜8のアルキル基もしくは
アリール基、炭素数1〜3のアルコキシ基または前記一
般式(6)で表される基を示す)で表される基を示し、
R8は炭素数1〜8のアルキル基もしくはアリール基、
炭素数1〜3のアルコキシ基または前記一般式(5)で
表される基を示し、前記R7、R8、R9、R10、R
11、R12がアルコキシ基の場合にはそれぞれが縮合
して−O−結合を形成していてもよく、n、p、qはい
ずれも0以上の整数であり、Siの平均個数が2〜30
0である)で表されるアルコキシシラン縮合物およびグ
リシドールを脱アルコール反応させることを特徴とする
請求項1記載のエポキシ変性アルコキシシラン縮合物の
製造方法。 - 【請求項3】 グリシドールのエポキシ基の当量/一般
式(4)で表されるアルコキシシラン縮合物中に含まれ
るアルコキシ基の当量=0.05/1〜3/1の比率
で、グリシドールとアルコキシシラン縮合物を脱アルコ
ール反応させる請求項2記載の製造方法。 - 【請求項4】 一般式(7):Ra mSi(ORb)
4−m(式中、mは0または1の整数を示し、Raは炭
素数1〜8のアルキル基またはアリール基を示し、Rb
は水素原子または低級アルキル基を示す。)で表される
加水分解性アルコキシシランの縮合物(縮合物のSiの
平均個数が2〜300である)およびグリシドールを脱
アルコール反応させて得られるエポキシ変性アルコキシ
シラン縮合物。 - 【請求項5】 グリシドールのエポキシ基の当量/加水
分解性アルコキシシランの縮合物中に含まれるアルコキ
シ基の当量=0.05/1〜3/1の比率で、グリシド
ールと加水分解性アルコキシシランの縮合物を脱アルコ
ール反応させて得られたものである請求項4記載のエポ
キシ変性アルコキシシラン縮合物。 - 【請求項6】 請求項1、4または5記載のエポキシ変
性アルコキシシラン縮合物に、さらに一般式(8):R
c rSi(ORd)4−r(式中、rは0〜2の整数を
示し、Rcは炭素原子に直結した官能基を有していても
よい低級アルキル基、アリール基または不飽和脂肪族残
基を示し、それぞれ同一でも異なっていてもよい。Rd
は水素原子または低級アルキル基を示し、それぞれ同一
でも異なっていてもよい。)で表される加水分解性アル
コキシシランおよび/またはその縮合物を配合してなる
組成物。 - 【請求項7】 請求項1、4もしくは5記載のエポキシ
変性アルコキシシラン縮合物、または請求項6記載の組
成物に、さらにエポキシ樹脂を含有してなる組成物。 - 【請求項8】 請求項1、4もしくは5記載のエポキシ
変性アルコキシシラン縮合物、または請求項6もしくは
7記載の組成物、およびエポキシ樹脂用硬化剤を含有し
てなる硬化性組成物。 - 【請求項9】 請求項1、4もしくは5記載のエポキシ
変性アルコキシシラン縮合物または請求項6記載の組成
物を、エポキシ基と反応しうる官能基を有する高分子化
合物と反応させる有機−無機ハイブリッド体の製造方
法。 - 【請求項10】 エポキシ基と反応しうる官能基が、酸
無水物基又はカルボキシル基である請求項9記載の有機
−無機ハイブリッド体の製造方法。 - 【請求項11】 請求項9または10記載の製造方法に
より得られる有機−無機ハイブリッド体。
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