JP2005239886A - Manufacturing method of silicone ladder polymer - Google Patents

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廣士 足達
Shigeyuki Yamamoto
茂之 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a method for manufacturing a silicone ladder polymer which synthesizes in a short time the silicone ladder polymer having a high molecular weight and capable of forming a thick film. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the silicone ladder polymer, which synthesizes it by condensation polymerization of a prepolymer obtained by hydrolysis of trichlorosilane, comprises the steps of: adjusting the prepolymer concentration in an organic solvent solution before the condensation polymerization to 0.1-0.2 g/ml; heating the organic solvent solution of the prepolymer, refluxing water generated by the condensation polymerization of the prepolymer and the organic solvent for 30-70 min, and at the same time removing the water in the reflux liquid; after removal of the water, removing the organic solvent so that 20-40% of the amount of the organic solvent in the organic solvent solution of the prepolymer before starting the condensation polymerization may be removed; and after removal of the organic solvent, carrying forward the condensation polymerization at the boiling point of the organic solvent. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、シリコーンラダーポリマーの製造方法に関し、特に、高分子量のシリコーンラダーポリマーの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a silicone ladder polymer, and more particularly to a method for producing a high molecular weight silicone ladder polymer.

従来のシリコーンラダーポリマーの製造方法は、まず、原料のトリクロルシランをケトン系溶剤に溶解した後、この溶液に水を滴下・攪拌して、原料のトリクロルシランを加水分解させてプレポリマーを調製する。この時、上記溶液は冷却される。
次に、プレポリマーを含有する溶液を超純水を用いて洗浄した後、洗浄されたプレポリマーを含有する溶液に求核試薬を添加して、加熱しながら攪拌する。プレポリマーの脱水縮合で生じた水を除去するとともに、上記溶剤の還流下で加熱し、縮重合反応を進めて高分子量のシリコーンラダーポリマーを製造している。(例えば、特許文献1参照)。
In the conventional method for producing a silicone ladder polymer, first, a raw material trichlorosilane is dissolved in a ketone solvent, and then water is dropped and stirred in this solution to hydrolyze the raw material trichlorosilane to prepare a prepolymer. . At this time, the solution is cooled.
Next, the solution containing the prepolymer is washed with ultrapure water, and then a nucleophilic reagent is added to the washed solution containing the prepolymer and stirred while heating. While removing the water produced by the dehydration condensation of the prepolymer and heating under reflux of the solvent, the polycondensation reaction is advanced to produce a high molecular weight silicone ladder polymer. (For example, refer to Patent Document 1).

特開平1−92224号公報(第3−4頁)JP-A-1-92224 (page 3-4)

シリコーンラダーポリマーは、その優れた耐熱性や高純度性から半導体素子やセンサー素子などの保護膜として用いられてきている。シリコーンラダーポリマーを保護膜などに用いるにあたっては、シリコーンラダーポリマーに対し厚膜を形成できることが要求されている。
クラックが発生させずに厚さが厚いシリコーンラダーポリマー膜を形成するためには、高分子量のシリコーンラダーポリマーを製造する必要がある。しかし、従来のシリコーンラダーポリマーの製造方法で、高分子量のシリコーンラダーポリマーを得るには、プレポリマーの縮重合反応による高分子量化に長時間を要し、高分子量のシリコーンラダーポリマー製造の生産性が低いとの問題があった。
Silicone ladder polymers have been used as protective films for semiconductor elements and sensor elements because of their excellent heat resistance and high purity. In using a silicone ladder polymer for a protective film or the like, it is required that a thick film can be formed on the silicone ladder polymer.
In order to form a thick silicone ladder polymer film without generating cracks, it is necessary to produce a high molecular weight silicone ladder polymer. However, in order to obtain a high molecular weight silicone ladder polymer by the conventional method for producing a silicone ladder polymer, it takes a long time to increase the molecular weight by the condensation polymerization reaction of the prepolymer, and the productivity of producing the high molecular weight silicone ladder polymer. There was a problem with low.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、厚膜が形成できる高分子量のシリコーンラダーポリマーを短時間に合成できるシリコーンラダーポリマーの製造方法を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a method for producing a silicone ladder polymer capable of synthesizing a high molecular weight silicone ladder polymer capable of forming a thick film in a short time. is there.

本発明のシリコーンラダーポリマーの製造方法は、トリクロロシランを加水分解して得られるプレポリマーを縮重合して合成するシリコーンラダーポリマーの製造方法であって、縮重合前の上記プレポリマーの有機溶剤溶液における上記プレポリマーの濃度を0.1〜0.2g/mlに調整する工程と、上記プレポリマーの有機溶剤溶液を加熱して、上記プレポリマーの縮重合によって生成する水分と上記有機溶剤とを30〜70分間還流するとともに、この還流液中の水分を除去する工程と、上記水分除去工程後に、上記有機溶剤を流去して、上記縮重合が開始する前のプレポリマーの有機溶剤溶液中の有機溶剤量の20〜40%を流去させる工程と、上記有機溶剤の流去工程後に、更に上記有機溶剤の沸点温度で縮重合を進める工程とからなるものである。   The method for producing a silicone ladder polymer of the present invention is a method for producing a silicone ladder polymer in which a prepolymer obtained by hydrolyzing trichlorosilane is synthesized by condensation polymerization, and the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization The step of adjusting the concentration of the prepolymer in 0.1 to 0.2 g / ml, and heating the organic solvent solution of the prepolymer to produce water generated by condensation polymerization of the prepolymer and the organic solvent. While refluxing for 30 to 70 minutes, in the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization is started, the organic solvent is washed away after the water removal step and the water removal step. 20% to 40% of the amount of the organic solvent, and a step of further proceeding the condensation polymerization at the boiling temperature of the organic solvent after the organic solvent flowing step. It is intended.

本発明のシリコーンラダーポリマーの製造方法は、トリクロロシランを加水分解して得られるプレポリマーを縮重合して合成するシリコーンラダーポリマーの製造方法であって、縮重合前の上記プレポリマーの有機溶剤溶液における上記プレポリマーの濃度を0.1〜0.2g/mlに調整する工程と、上記プレポリマーの有機溶剤溶液を加熱して、上記プレポリマーの縮重合によって生成する水分と上記有機溶剤とを30〜70分間還流するとともに、この還流液中の水分を除去する工程と、上記水分除去工程後に、上記有機溶剤を流去して、上記縮重合が開始する前のプレポリマーの有機溶剤溶液中の有機溶剤量の20〜40%を流去させる工程と、上記有機溶剤の流去工程後に、更に上記有機溶剤の沸点温度で縮重合を進める工程とからなるものであり、高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成時間を短縮できる。   The method for producing a silicone ladder polymer of the present invention is a method for producing a silicone ladder polymer in which a prepolymer obtained by hydrolyzing trichlorosilane is synthesized by condensation polymerization, and the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization The step of adjusting the concentration of the prepolymer in 0.1 to 0.2 g / ml, and heating the organic solvent solution of the prepolymer to produce water generated by condensation polymerization of the prepolymer and the organic solvent. While refluxing for 30 to 70 minutes, in the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization is started, the organic solvent is washed away after the water removal step and the water removal step. 20% to 40% of the amount of the organic solvent, and a step of further proceeding the condensation polymerization at the boiling temperature of the organic solvent after the organic solvent flowing step. Are those, it can be shortened synthesis time of the silicone ladder polymer of high molecular weight.

実施の形態1.
本発明における高分子量のシリコーンラダーポリマー製造方法は、まず、フェニルトリクロロシランなどのトリクロロシランを有機溶剤に溶かす。次にフェニルトリクロロシランを溶解した溶液に、純水を滴下して、フェニルトリクロロシランを加水分解させる。このとき、上記溶液を攪拌しながら冷却することが望ましい。純水を滴下した後、加水分解反応を完結させるため、例えば、2時間攪拌を継続する。
加水分解反応が終了後、反応液は有機溶液相と水相の二相に分離するので、例えば分液漏斗などを用いて下相の水相を除去して、プレポリマーを含む有機溶液相を回収する。
回収された有機溶液相は、純水によって洗浄する。洗浄方法としては、例えば、有機溶液相を同容量の純水と混合し、攪拌あるいは振とうした後、静置し、分離した水相を取り除く方法が挙げられる。この水洗操作を3回以上繰り返す。
Embodiment 1.
In the method for producing a high molecular weight silicone ladder polymer in the present invention, first, trichlorosilane such as phenyltrichlorosilane is dissolved in an organic solvent. Next, pure water is dropped into a solution in which phenyltrichlorosilane is dissolved to hydrolyze phenyltrichlorosilane. At this time, it is desirable to cool the solution while stirring. After adding pure water dropwise, in order to complete the hydrolysis reaction, for example, stirring is continued for 2 hours.
After completion of the hydrolysis reaction, the reaction solution is separated into two phases, an organic solution phase and an aqueous phase. to recover.
The recovered organic solution phase is washed with pure water. Examples of the washing method include a method in which the organic solution phase is mixed with the same volume of pure water, stirred or shaken, and then allowed to stand to remove the separated aqueous phase. This washing operation is repeated 3 times or more.

次に、上記プレポリマーを用い以下に示す工程により、高分子量のシリコーンラダーポリマーを合成する。
第1の工程は、上記洗浄されたプレポリマーを含む有機溶液相を、攪拌装置と還流冷却器とトラップを備えた反応槽に採取し、上記プレポリマーを含む有機溶液相に、触媒として求核試薬を添加する。
第2の工程は、上記触媒を添加後、上記有機溶液相を攪拌するとともに、反応槽を加熱し、初期還流として、上記有機溶液相の溶剤と水分とを30〜70分間還流させて、プレポリマーの縮重合反応を進める。この時、上記洗浄工程により、プレポリマーを含む有機溶液相に残留する水分と上記プレポリマーの縮重合反応により発生する水分とを、上記トラップにて除去する。しかし、有機溶液相中の溶剤は反応槽に戻し、溶剤の減少量を少なくして、プレポリマーの縮重合反応により生成する反応中間体やプレポリマーなどの反応成分の濃度が増加するのを最小にする。
Next, a high molecular weight silicone ladder polymer is synthesized by the following steps using the prepolymer.
In the first step, the organic solution phase containing the washed prepolymer is collected in a reaction vessel equipped with a stirrer, a reflux condenser and a trap, and the organic solution phase containing the prepolymer is nucleophilically used as a catalyst. Add reagent.
In the second step, after the addition of the catalyst, the organic solution phase is stirred, the reaction vessel is heated, and as an initial reflux, the solvent and moisture in the organic solution phase are refluxed for 30 to 70 minutes. Advance polymer polycondensation reaction. At this time, the water remaining in the organic solution phase containing the prepolymer and the water generated by the condensation polymerization reaction of the prepolymer are removed by the trap in the cleaning step. However, the solvent in the organic solution phase is returned to the reaction vessel, the amount of decrease in the solvent is reduced, and the concentration of reaction components such as reaction intermediates and prepolymers produced by the prepolymer polycondensation reaction is minimized. To.

第3の工程は、第2の工程後、還流冷却器に備えられたコックを切り替えて、冷却器で液化された還流有機溶剤を上記反応槽に戻さず外部に流去させる。この有機溶剤の流去量は、プレポリマーの縮重合反応を開始する前の有機溶剤溶液中の有機溶剤量の20〜40%である。   In the third step, after the second step, the cock provided in the reflux condenser is switched, and the reflux organic solvent liquefied by the cooler is discharged outside without returning to the reaction tank. The runoff amount of the organic solvent is 20 to 40% of the amount of the organic solvent in the organic solvent solution before the prepolymer condensation polymerization reaction is started.

第4の工程は、有機溶剤溶液中の有機溶剤量を減らした後、上記コックを元に戻し、上記有機溶剤の沸点温度で、発生する水分を除去しながら反応中間体やプレポリマーなどの反応成分の縮重合反応を進め、高分子量のシリコーンラダーポリマーを合成する。   In the fourth step, after reducing the amount of the organic solvent in the organic solvent solution, the cock is returned to the original state, and the reaction of the reaction intermediate, prepolymer, etc. is performed while removing the generated water at the boiling temperature of the organic solvent. Advance the condensation polymerization reaction of the components to synthesize a high molecular weight silicone ladder polymer.

上記合成された高分子量のシリコーンラダーポリマーは、再沈法により精製し、得られた固形分を乾燥して、高純度な高分子量のシリコーンラダーポリマーを得る。   The synthesized high molecular weight silicone ladder polymer is purified by a reprecipitation method, and the obtained solid content is dried to obtain a high purity high molecular weight silicone ladder polymer.

上記プレポリマーを用いた、従来の方法によるシリコーンラダーポリマーの合成では、縮重合反応により生じた水分の除去において、反応溶液中の溶媒も除去されるので、反応溶液中のプレポリマーや反応中間体の濃度が増加し、重合度の高い中間体ができる。この中間体は反応性が低いので、さらに反応させ、40万以上の高分子量のシリコーンラダーポリマーを得るには、長時間が必要である。
しかし、本実施の形態のシリコーンラダーポリマーの合成では、プレポリマ−の縮重合反応の初期に、主に反応で生成する水分は除去するが、有機溶剤は還流させるので、プレポリマーなどの反応物の濃度を大幅の増加させることなく、縮重合反応を進めるので、プレポリマーの反応によって生成する中間体の重合度が大きくなく、中間体の反応性が低下しない。そのため、中間体同士の反応による高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成速度が低下せず、高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成時間を短縮できる。
In the synthesis of the silicone ladder polymer by the conventional method using the above prepolymer, the solvent in the reaction solution is also removed in the removal of water generated by the condensation polymerization reaction, so the prepolymer and the reaction intermediate in the reaction solution are removed. As a result, the intermediate has a high degree of polymerization. Since this intermediate has low reactivity, it takes a long time to further react to obtain a high molecular weight silicone ladder polymer of 400,000 or more.
However, in the synthesis of the silicone ladder polymer of the present embodiment, moisture generated mainly by the reaction is removed at the beginning of the prepolymer condensation polymerization reaction, but the organic solvent is refluxed. Since the condensation polymerization reaction proceeds without a significant increase in the concentration, the degree of polymerization of the intermediate produced by the prepolymer reaction is not large, and the reactivity of the intermediate does not decrease. Therefore, the synthesis rate of the high molecular weight silicone ladder polymer due to the reaction between the intermediates does not decrease, and the synthesis time of the high molecular weight silicone ladder polymer can be shortened.

本実施の形態で用いるフェニルトリクロロシランは、あらかじめ減圧下で窒素気流中で蒸留して精製したものが好ましい。
有機溶剤に溶かすフェニルトリクロロシランの量は、得られるプレポリマーの濃度が、0.1〜0.2g/mlとなるように調製するのが好ましい。このプレポリマーの濃度が0.1g/ml未満の場合は、上記反応中間体の生成反応が遅く、有機溶剤量を減らしたあとの重縮合反応の速度が遅く、上記第4の工程の高分子量のシリコーンラダーポリマーを合成する時間が、有機溶剤量を減らさない場合と同様である。また、上記プレポリマーの濃度が0.2g/mlより大きい場合は、有機溶剤量を減らしたあとの反応溶液中に生成した固形分が反応槽の壁に付着し、反応速度が低下し、上記第4の工程の高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成する時間を短縮することができない。
The phenyltrichlorosilane used in this embodiment is preferably purified in advance by distillation in a nitrogen stream under reduced pressure.
The amount of phenyltrichlorosilane dissolved in the organic solvent is preferably adjusted so that the concentration of the obtained prepolymer is 0.1 to 0.2 g / ml. When the concentration of the prepolymer is less than 0.1 g / ml, the formation reaction of the reaction intermediate is slow, the rate of the polycondensation reaction after reducing the amount of the organic solvent is slow, and the high molecular weight of the fourth step The time for synthesizing the silicone ladder polymer is the same as in the case where the amount of the organic solvent is not reduced. When the concentration of the prepolymer is greater than 0.2 g / ml, the solid content generated in the reaction solution after reducing the amount of the organic solvent adheres to the walls of the reaction tank, and the reaction rate decreases. The time for synthesizing the high molecular weight silicone ladder polymer in the fourth step cannot be shortened.

上記有機溶剤としては、例えば、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテルなどのエーテル類、キシレン、トルエン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素などが挙げられるが、これらのなかでは電子工業用高純度薬品(ELSSグレード)が好ましい。
上記高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成に用いる触媒としての求核試薬は、K、Na、Csなどの水酸化物が挙げられる。好ましくは、ELSSグレードの水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)を用いるのが好ましい。この触媒の添加量は、プレポリマーに対して、0.05〜5重量%である。
Examples of the organic solvent include ketones such as methyl isobutyl ketone and methyl ethyl ketone, ethers such as diethyl ether and isopropyl ether, and aromatic hydrocarbons such as xylene, toluene, and benzene. Industrial high purity chemicals (ELSS grade) are preferred.
Examples of the nucleophile used as a catalyst for the synthesis of the high molecular weight silicone ladder polymer include hydroxides such as K, Na, and Cs. Preferably, ELSS grade potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) is used. The addition amount of this catalyst is 0.05-5 weight% with respect to a prepolymer.

上記高分子量のシリコーンラダーポリマーを合成する第2の工程において、初期の還流時間を30〜70分としているが、この還流時間が30分未満であると、プレポリマー同士の縮合反応が進まず、高分子量のシリコーンラダーポリマーを得るのに長時間を要する。また、上記還流時間を70分より長くすると、上記第3工程での合成時間を短縮することにならず、高分子量のシリコーンラダーポリマーを得る全体の時間を延ばすことになる。   In the second step of synthesizing the high molecular weight silicone ladder polymer, the initial reflux time is 30 to 70 minutes. If the reflux time is less than 30 minutes, the condensation reaction between the prepolymers does not proceed. It takes a long time to obtain a high molecular weight silicone ladder polymer. In addition, if the reflux time is longer than 70 minutes, the synthesis time in the third step is not shortened, and the overall time for obtaining a high molecular weight silicone ladder polymer is extended.

上記高分子量のシリコーンラダーポリマーを合成する第3の工程において、反応槽内の有機溶液中の有機溶剤の仕込み量の20〜40%を流去しているが、この有機溶剤の流去量を40%より多くすると、反応溶液中に生成した固形分が反応槽の壁に付着し、反応速度が低下し、上記第4の工程の高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成する時間を短縮することができない。また、上記有機溶剤の流去量が20%未満であると、生成した反応中間体の濃度が小さく、反応中間体の縮重合反応速度が小さく、高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成する時間が長くなる。   In the third step of synthesizing the high molecular weight silicone ladder polymer, 20 to 40% of the charged amount of the organic solvent in the organic solution in the reaction tank is washed away. If it exceeds 40%, the solid content generated in the reaction solution will adhere to the walls of the reaction vessel, the reaction rate will decrease, and the time for synthesizing the high molecular weight silicone ladder polymer in the fourth step may be shortened. Can not. In addition, when the organic solvent flow-off amount is less than 20%, the concentration of the produced reaction intermediate is small, the condensation reaction rate of the reaction intermediate is small, and the time for synthesizing the high molecular weight silicone ladder polymer is long. Become.

本実施の形態では、原料にフェニルトリクロロシランを用いた高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成方法であるが、原料がフェニルトリクロロシランとビニルトリクロロシランの混合物であっても同様な合成方法により、高分子量のシリコーンラダーポリマーの合成時間を短縮できる。   In this embodiment, the method is a method for synthesizing a high molecular weight silicone ladder polymer using phenyltrichlorosilane as a raw material, but even if the raw material is a mixture of phenyltrichlorosilane and vinyltrichlorosilane, The synthesis time of the silicone ladder polymer can be shortened.

次に、実施例にて本発明をさらに詳細に説明する。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1.
フェニルトリクロロシランの1モル(211g)をELSSグレードのメチルイソブチルケトンの640mlに溶解し、この溶液を0℃以下に冷却する。この冷却された溶液中に純水320gを少しずつ滴下する。この時、加えられた純水とフェニルトリクロロシランのクロル基が反応して、塩酸が生じるとともに、発熱があるので、溶液の温度が10℃以上に上がらないように留意しながら純水を滴下する。
純水の滴下で生じた加水分解物にはシラノール基が存在し、その間で脱水縮合反応が起こり、加水分解生成物は低分子量の梯子型プレポリマーとなる。この反応を完全にするため、室温で2時間攪拌を継続する。
次に、加水分解物を含む酸性の反応溶液に純水200gを加えて攪拌し、5分間静置後、相分離した下相の水相を除去し、プレポリマーを洗浄する。この洗浄操作を5回繰り返す事で、洗浄水はほぼ中性となる。
Example 1.
One mole (211 g) of phenyltrichlorosilane is dissolved in 640 ml of ELSS grade methyl isobutyl ketone and the solution is cooled to below 0 ° C. Into the cooled solution, 320 g of pure water is dropped little by little. At this time, the added pure water reacts with the chloro group of phenyltrichlorosilane to generate hydrochloric acid and generate heat, so that pure water is dropped while taking care not to raise the temperature of the solution to 10 ° C. or higher. .
Silanol groups are present in the hydrolyzate produced by dropping pure water, and a dehydration condensation reaction occurs between them, and the hydrolyzate becomes a low molecular weight ladder-type prepolymer. To complete the reaction, stirring is continued for 2 hours at room temperature.
Next, 200 g of pure water is added to the acidic reaction solution containing the hydrolyzate, and the mixture is stirred and allowed to stand for 5 minutes. Then, the water phase of the lower phase separated is removed, and the prepolymer is washed. By repeating this washing operation five times, the washing water becomes almost neutral.

次に、触媒として、ELSSグレードのKOHの0.78gを、ELSSグレードのメタノールの7.8mlに溶解したものを準備する。
上記洗浄されたプレポリマーのメチルイソブチルケトン溶液に、上記触媒溶液を加えて反応溶液とする。この反応溶液のプレポリマーの濃度は0.18g/mlである。次に、この反応溶液を攪拌しながら加熱し、約90℃あたりまで昇温させる。すると、初期還流として、水が環流し始めるので、デーンスタークトラップを用いて水を流去する。。水の流去させながら約60分間加熱を継続するが、この間、溶剤のメチルイソブチルケトンは流出しないようにする。約60分後に、反応溶液の温度を溶剤のメチルイソブチルケトンの沸点である114℃として、溶剤のメチルイソブチルケトンの流去を開始し、約30分で反応溶液の仕込み溶剤量の20%を流去させる。
その後、溶剤のメチルイソブチルケトンの流去を止めて、さらに加熱を1時間30分継続する。この間、水分の流去が認められ、脱水縮重合反応が進行しているのが認められる。
すなわち、全部で約3時間の脱水縮重合反応を行った後、反応溶液の約1ccを採取して、テトラヒドロフラン10ccに溶解し、ゲルクロマトグラフィー(GPC)により、得られたらシリコーンラダーポリマーの重量平均分子量を求めた。
また、得られたらシリコーンラダーポリマーについて、ラダー構造の確認はSiNMRの測定より求め、熱分解開始温度は窒素下での熱重量分析(TGA)より求め、溶液の保存安定性はメトキシベンゼンに溶解した溶液を40℃で1000時間の静置後の沈殿の有無から確認した。
得られた結果は、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1にまとめて示した。
Next, a catalyst prepared by dissolving 0.78 g of ELSS grade KOH in 7.8 ml of ELSS grade methanol is prepared.
The catalyst solution is added to the washed methyl isobutyl ketone solution of the prepolymer to obtain a reaction solution. The concentration of the prepolymer in this reaction solution is 0.18 g / ml. Next, this reaction solution is heated with stirring, and the temperature is raised to about 90 ° C. Then, as the initial reflux, water begins to circulate, so the water is washed away using the Dane Stark trap. . Heating is continued for about 60 minutes while water is being washed away, but during this time, the solvent methyl isobutyl ketone is prevented from flowing out. After about 60 minutes, the temperature of the reaction solution was set to 114 ° C., which is the boiling point of the solvent methyl isobutyl ketone, and the solvent methyl isobutyl ketone started to flow out. In about 30 minutes, 20% of the charged solvent amount of the reaction solution flowed. Let go.
Thereafter, the solvent methyl isobutyl ketone is stopped from flowing out, and the heating is further continued for 1 hour 30 minutes. During this time, water flow is observed, and the dehydration condensation polymerization reaction is in progress.
That is, after performing a dehydration condensation polymerization reaction for about 3 hours in total, about 1 cc of the reaction solution was sampled, dissolved in 10 cc of tetrahydrofuran, and obtained by gel chromatography (GPC). The molecular weight was determined.
Moreover, about the silicone ladder polymer when obtained, confirmation of ladder structure was calculated | required from the measurement of SiNMR, the thermal decomposition start temperature was calculated | required from the thermogravimetric analysis (TGA) under nitrogen, and the storage stability of the solution melt | dissolved in methoxybenzene. The solution was confirmed from the presence or absence of precipitation after standing at 40 ° C. for 1000 hours.
The obtained results are shown in Table 1 together with the initial prepolymer concentration, the initial reflux time, and the organic solvent run-off amount.

実施例2〜3.
縮重合前のプレポリマーの有機溶剤溶液におけるプレポリマーの濃度を表1に示すものとした以外、実施例1と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。
得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量、ラダー構造の確認、熱分解開始温度、溶液の保存安定性を求め、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Examples 2-3.
A silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the prepolymer concentration in the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization was as shown in Table 1.
About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, calculated | required the weight average molecular weight, confirmation of a ladder structure, thermal decomposition start temperature, the storage stability of a solution, the density | concentration of an initial stage prepolymer, initial stage reflux time, organic The results are shown in Table 1 along with the amount of solvent run-off.

実施例4〜5.
重縮合反応における初期還流時間を表1に示す時間とした以外、実施例1と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。
得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量、ラダー構造の確認、熱分解開始温度、溶液の保存安定性を求め、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Examples 4-5.
A silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the initial reflux time in the polycondensation reaction was changed to the time shown in Table 1.
About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, calculated | required the weight average molecular weight, confirmation of a ladder structure, thermal decomposition start temperature, the storage stability of a solution, the density | concentration of an initial stage prepolymer, initial stage reflux time, organic The results are shown in Table 1 along with the amount of solvent run-off.

実施例6.
プレポリマーの脱水縮重合反応における溶剤の流去量を、反応溶液の仕込み溶剤量の40%とした以外、実施例1と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。
得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量、ラダー構造の確認、熱分解開始温度、溶液の保存安定性を求め、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Example 6
A silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the amount of the solvent in the dehydration condensation polymerization reaction of the prepolymer was 40% of the amount of the charged solvent in the reaction solution.
About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, calculated | required the weight average molecular weight, confirmation of a ladder structure, thermal decomposition start temperature, the storage stability of a solution, the density | concentration of an initial stage prepolymer, initial stage reflux time, organic The results are shown in Table 1 along with the amount of solvent run-off.

実施例7.
0.95モル(201g)のフェニルトリクロロシランと0.05モル(8g)のビニルトリクロロシランとの混合物(209g)をELSSグレードのメチルイソブチルケトン670mlに溶解し、この溶液を−5℃以下に冷却する。この冷却された溶液中に純水280gを少しずつ滴下して攪拌する。この時、加えられた純水とフェニルトリクロロシランおよびビニルトリクロロシランのクロル基が反応して、塩酸が生じるとともに、発熱があるので、溶液の温度が5℃以上に上がらないように留意しながら純水を滴下する。
次に、溶液を室温に戻し、低分子量の梯子型プレポリマーとなる反応を完全にするため、2時間攪拌を継続する。
次に、加水分解物を含む酸性の反応溶液に純水280gを加えて攪拌し、5分間静置後、相分離した下相の水相を除去し、プレポリマーを洗浄する。この洗浄操作を5回繰り返す事で、洗浄水はほぼ中性となる。
Example 7
A mixture (209 g) of 0.95 mol (201 g) of phenyltrichlorosilane and 0.05 mol (8 g) of vinyltrichlorosilane was dissolved in 670 ml of ELSS grade methyl isobutyl ketone, and this solution was cooled to -5 ° C or lower. To do. To this cooled solution, 280 g of pure water is dropped little by little and stirred. At this time, the added pure water reacts with the chloro group of phenyltrichlorosilane and vinyltrichlorosilane to produce hydrochloric acid and generate heat, so make sure that the temperature of the solution does not rise above 5 ° C. Add water dropwise.
The solution is then returned to room temperature and stirring is continued for 2 hours to complete the reaction that results in a low molecular weight ladder prepolymer.
Next, 280 g of pure water is added to the acidic reaction solution containing the hydrolyzate, and the mixture is stirred and allowed to stand for 5 minutes. Then, the phase-separated lower aqueous phase is removed, and the prepolymer is washed. By repeating this washing operation five times, the washing water becomes almost neutral.

次に、触媒として、ELSSグレードのKOHの0.38gをメチルアルコール7.8mlに溶解した物を準備する。
上記洗浄されたプレポリマーのメチルイソブチルケトン溶液に、上記触媒溶液を加え、反応溶液とする。この反応溶液のプレポリマーの濃度は0.19g/mlである。次に、この反応溶液を攪拌しながら加熱し、約90℃あたりまで昇温させる。すると、水が環流し始めるので、デーンスタークトラップを用いて水を流去する。。水を流去させながら約60分間加熱を継続するが、この間、溶剤のメチルイソブチルケトンは流出しないようにする。約60分間後に、反応溶液の温度を溶剤のメチルイソブチルケトンの沸点である114℃として、溶剤のメチルイソブチルケトンの流去を開始し、約30分で反応溶液の仕込み溶剤量の20%を流去する。
その後、溶剤のメチルイソブチルケトンの流去を止めて、さらに加熱を5時間30分継続する。この間、水分の流去が認められ、脱水縮重合反応が進行しているのが認められる。
すなわち、全部で約7時間の脱水縮重合反応を行い、シリコーンラダーポリマーを合成した。
得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量、ラダー構造の確認、熱分解開始温度、溶液の保存安定性を求め、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Next, a catalyst prepared by dissolving 0.38 g of ELSS grade KOH in 7.8 ml of methyl alcohol is prepared.
The catalyst solution is added to the washed methyl isobutyl ketone solution of the prepolymer to obtain a reaction solution. The concentration of the prepolymer in this reaction solution is 0.19 g / ml. Next, this reaction solution is heated with stirring, and the temperature is raised to about 90 ° C. Then, since water begins to circulate, water is washed away using a Dane Stark trap. . Heating is continued for about 60 minutes while allowing water to flow away, but during this time, the solvent methyl isobutyl ketone does not flow out. After about 60 minutes, the temperature of the reaction solution was set to 114 ° C. which is the boiling point of the solvent methyl isobutyl ketone, and the flow of the solvent methyl isobutyl ketone was started. In about 30 minutes, 20% of the charged solvent amount of the reaction solution was flowed. Leave.
Thereafter, the solvent methyl isobutyl ketone is stopped from flowing out, and the heating is further continued for 5 hours 30 minutes. During this time, water flow is observed, and the dehydration condensation polymerization reaction is in progress.
That is, a dehydration condensation polymerization reaction was performed for a total of about 7 hours to synthesize a silicone ladder polymer.
About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, and calculated | required the weight average molecular weight, the confirmation of a ladder structure, thermal decomposition start temperature, the storage stability of a solution, the density | concentration of an initial stage prepolymer, initial stage reflux time, organic The results are shown in Table 1 together with the amount of solvent run-off.

比較例1.
プレポリマーの脱水縮重合反応において、反応溶液から溶剤の流去を行わずに、シリコーンラダーポリマーの合成を行った以外、実施例1と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量を測定し、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Comparative Example 1.
In the dehydration condensation polymerization reaction of the prepolymer, a silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the silicone ladder polymer was synthesized without removing the solvent from the reaction solution. About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, measured the weight average molecular weight, and it showed in Table 1 with the density | concentration of the initial stage prepolymer, the initial stage reflux time, and the runoff amount of the organic solvent.

比較例2〜3.
縮重合前のプレポリマーの有機溶剤溶液におけるプレポリマーの濃度を表1に示すものとした以外、実施例1と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。
得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量を測定し、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Comparative Examples 2-3.
A silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the prepolymer concentration in the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization was as shown in Table 1.
About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, measured the weight average molecular weight, and it showed in Table 1 with the density | concentration of the initial stage prepolymer, the initial stage reflux time, and the runoff amount of the organic solvent.

比較例4〜5.
重縮合反応における初期還流時間を表1に示す時間とした以外、実施例1と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。
得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量を測定し、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Comparative Examples 4-5.
A silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the initial reflux time in the polycondensation reaction was changed to the time shown in Table 1.
About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, measured the weight average molecular weight, and it showed in Table 1 with the density | concentration of the initial stage prepolymer, the initial stage reflux time, and the runoff amount of the organic solvent.

比較例6〜7.
プレポリマーの脱水縮重合反応において、反応溶液からの溶剤の流去量を表1に示す量とした以外、実施例1と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例1と同様にして、重量平均分子量を測定し、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Comparative Examples 6-7.
In the dehydration condensation polymerization reaction of the prepolymer, a silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the amount of solvent removed from the reaction solution was changed to the amount shown in Table 1. About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 1, measured the weight average molecular weight, and it showed in Table 1 with the density | concentration of the initial stage prepolymer, the initial stage reflux time, and the runoff amount of the organic solvent.

比較例8.
プレポリマーの脱水縮重合反応において、反応溶液から溶剤の流去を行わずに、シリコーンラダーポリマーの合成を行った以外、実施例7と同様にして、シリコーンラダーポリマーを合成した。得られたシリコーンラダーポリマーについて、実施例7と同様にして、重量平均分子量を測定し、初期のプレポリマーの濃度、初期還流時間、有機溶剤の流去量とともに、表1に示した。
Comparative Example 8.
A silicone ladder polymer was synthesized in the same manner as in Example 7 except that in the dehydration condensation polymerization reaction of the prepolymer, the silicone ladder polymer was synthesized without removing the solvent from the reaction solution. About the obtained silicone ladder polymer, it carried out similarly to Example 7, and measured the weight average molecular weight, and it showed in Table 1 with the density | concentration of the initial stage prepolymer, the initial stage reflux time, and the amount of organic solvents flowing away.

表1から、明らかなように、実施例1〜6の、プレポリマー濃度が0.1〜0.2g/mlであり、初期還流時間が30〜70分間であり、有機溶剤の流去量が縮重合前の溶液中の有機溶剤量の20〜40%である条件で合成したシリコーンラダーポリマーは、約3時間という短時間の合成時間により、重量平均分子量が40万以上となり、高分子量のシリコーンラダーポリマーが合成できた。
また、実施例7のフェニルトリクロロシランとビニルトリクロロシランとの混合物から得られたプレポリマーを用いたシリコンラダーポリマーの合成では、約7時間の合成により、やはり重量平均分子量が約40万以上のものが得られた。
そして、得られたシリコーンラダーポリマーはラダー構造を有し、熱分解性も450℃以上であり、メトキシベンゼン溶液にした時の保存安定性も優れていた。
As is clear from Table 1, the prepolymer concentration of Examples 1 to 6 is 0.1 to 0.2 g / ml, the initial reflux time is 30 to 70 minutes, and the runoff amount of the organic solvent is The silicone ladder polymer synthesized under the condition that it is 20 to 40% of the amount of the organic solvent in the solution before the condensation polymerization has a weight average molecular weight of 400,000 or more due to a short synthesis time of about 3 hours. A ladder polymer was synthesized.
In addition, in the synthesis of the silicon ladder polymer using the prepolymer obtained from the mixture of phenyltrichlorosilane and vinyltrichlorosilane in Example 7, the weight average molecular weight is about 400,000 or more by synthesis for about 7 hours. was gotten.
The obtained silicone ladder polymer had a ladder structure, had a thermal decomposability of 450 ° C. or higher, and was excellent in storage stability when made into a methoxybenzene solution.

それに対して、比較例1〜7の場合は、約3時間の合成により得られたシリコンラダーポリマーの重量平均分子量は、最大でも28万であり、40万以上にするには、さらに合成を継続する必要があり、合成時間が長くなる。
また、比較例8の場合でも、約7時間の合成により得られたシリコンラダーポリマーの重量平均分子量は22万であり、40万以上にするには、さらに合成を継続する必要があり、合成時間が長くなる。
On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 to 7, the weight average molecular weight of the silicon ladder polymer obtained by the synthesis for about 3 hours is 280,000 at the maximum. And the synthesis time becomes longer.
In the case of Comparative Example 8 as well, the weight average molecular weight of the silicon ladder polymer obtained by the synthesis for about 7 hours is 220,000, and it is necessary to continue the synthesis in order to increase it to 400,000 or more. Becomes longer.

すなわち、本発明の方法によるシリコンラダーポリマーの合成では、従来の方法より、高分子量のシリコンラダーポリマーを合成する時間を短縮できる。   That is, in the synthesis of the silicon ladder polymer by the method of the present invention, the time for synthesizing the high molecular weight silicon ladder polymer can be shortened compared to the conventional method.

Figure 2005239886
Figure 2005239886


Claims (2)

トリクロロシランを加水分解して得られるプレポリマーを縮重合して合成するシリコーンラダーポリマーの製造方法であって、
縮重合前の上記プレポリマーの有機溶剤溶液における上記プレポリマーの濃度を0.1〜0.2g/mlに調整する工程と、
上記プレポリマーの有機溶剤溶液を加熱して、上記プレポリマーの縮重合によって生成する水分と上記有機溶剤とを30〜70分間還流するとともに、この還流液中の水分を除去する工程と
上記水分除去工程後に、上記有機溶剤を流去して、上記縮重合が開始する前のプレポリマーの有機溶剤溶液中の有機溶剤量の20〜40%を流去させる工程と、
上記有機溶剤の流去工程後に、上記有機溶剤の沸点温度で縮重合を進める工程とからなるシリコーンラダーポリマーの製造方法。
A method for producing a silicone ladder polymer in which a prepolymer obtained by hydrolyzing trichlorosilane is synthesized by condensation polymerization,
Adjusting the concentration of the prepolymer in the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization to 0.1 to 0.2 g / ml;
Heating the organic solvent solution of the prepolymer and refluxing the water generated by the condensation polymerization of the prepolymer and the organic solvent for 30 to 70 minutes, and removing the water in the reflux liquid; After the step, the organic solvent is washed away, and 20-40% of the amount of the organic solvent in the organic solvent solution of the prepolymer before the condensation polymerization starts, and
A method for producing a silicone ladder polymer, comprising a step of proceeding condensation polymerization at a boiling temperature of the organic solvent after the organic solvent flow-off step.
トリクロロシランが、フェニルトリクロロシランまたはフェニルトリクロロシランとビニルトリクロロシランとの混合物であることを特徴とする請求項1に記載のシリコーンラダーポリマーの製造方法。

The method for producing a silicone ladder polymer according to claim 1, wherein the trichlorosilane is phenyltrichlorosilane or a mixture of phenyltrichlorosilane and vinyltrichlorosilane.

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CN109135073A (en) * 2018-08-30 2019-01-04 北京理工大学 A kind of resistance to ablation ternary ethlene propyene rubbercompound material and preparation method thereof

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