JP2010150321A - Polysiloxane composition and method for preparing the same - Google Patents

Polysiloxane composition and method for preparing the same Download PDF

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琢哉 小川
Yoshito Oshima
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University of Tokyo NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polysiloxane composition containing fine particles of metal oxide having an organosilicon group on a surface thereof, and a method for preparing the same. <P>SOLUTION: The polysiloxane composition comprises a polysiloxane represented by average composition formula (A): R<SP>1</SP><SB>m</SB>X<SB>n</SB>SiO<SB>[(4-m-n)/2]</SB>and fine particles of metal oxide having an organosilicon group of general formula (B): R<SP>1</SP><SB>p</SB>X<SB>q</SB>SiO<SB>[(4-p-q)/2]</SB>fixed on a surface thereof by chemical bond. The method for preparing the polysiloxane composition is characterized in that the polysiloxane and fine particles of the metal oxide are simultaneously formed by reacting fine particles of metal oxide and an organosilicon compound having a silicon atom bonded hydrolyzable group or a silanol group, and having a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group under conditions of a temperature of ≥200°C in the presence of water. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機ケイ素基を表面に備える金属酸化物微粒子を含有するポリシロキサン組成物に関する。   The present invention relates to a polysiloxane composition containing metal oxide fine particles having an organosilicon group on the surface.

一般にナノ粒子と称される超微粒子は、表面エネルギーが大きいために従来の微粉末とは異なった特性、例えば、量子サイズ効果による光学特性の変化、融点の低下、高触媒特性、高磁気特性等を示すことから、電子材料、光学材料、触媒材料、発光体材料、医薬品等の様々な分野での応用が期待されている。しかしながら、これら超微粒子は非常に凝集しやすいため、その表面を有機基で修飾することが一般的に行われる。表面修飾されたナノ粒子の製造方法としては、特開2007−51188号公報、特開2006−282503号公報、特開平11−92687号公報、及び、特開平10−183207号公報に記載されるように様々な手法が知られている。   Ultrafine particles, generally called nanoparticles, have different surface properties than conventional fine powders due to their large surface energy, such as changes in optical properties due to quantum size effects, lowering of melting point, high catalytic properties, high magnetic properties, etc. Therefore, application in various fields such as electronic materials, optical materials, catalyst materials, luminescent materials, and pharmaceuticals is expected. However, since these ultrafine particles are very easily aggregated, the surface is generally modified with an organic group. The method for producing the surface-modified nanoparticles is described in JP-A No. 2007-51188, JP-A No. 2006-282503, JP-A No. 11-92687, and JP-A No. 10-183207. Various methods are known.

ナノ粒子の有用な特性を高分子材料中で発現させるためには、ナノ粒子を凝集させること無く高分子材料中に分散させる必要があり、そのために種々の方法が提案されている。例えば、粉体工学会誌、40(7)、487−96(2003)には、表面修飾シリカナノ粒子を二軸押出機により高分子中に分散させる方法が提案されており、また、Macromol. Mater. Eng., 2003, 288, 717-723には、加水分解性基を有する高分子とナノ粒子前駆体のゾルゲル反応によりナノ粒子生成と高分子中への分散を同時に行う方法が報告されている。しかしながら、これらの手法は、予め粒子表面を適切に修飾する必要がある、加水分解反応性高分子の合成が煩雑である等の課題がある。   In order to express the useful properties of nanoparticles in a polymer material, it is necessary to disperse the nanoparticles in the polymer material without agglomeration, and various methods have been proposed for this purpose. For example, Journal of Powder Engineering, 40 (7), 487-96 (2003) proposes a method of dispersing surface-modified silica nanoparticles in a polymer by a twin screw extruder, and Macromol. Mater. Eng., 2003, 288, 717-723 reports a method of simultaneously producing nanoparticles and dispersing them in a polymer by a sol-gel reaction between a polymer having a hydrolyzable group and a nanoparticle precursor. However, these methods have problems that it is necessary to appropriately modify the particle surface in advance, and that the synthesis of the hydrolysis-reactive polymer is complicated.

一方、特開平9−302257号公報には、加水分解・縮合反応により高分子と複合化された複合微粒子が記載されており、また、特開2002−210356号公報には、高圧の二酸化炭素を使用して高分子と複合化した複合微粒子が記載されている。しかしながら、これらの技術についても、高分子の合成、微粒子生成の両過程を完了するためには長時間を要する、被覆する高分子層の均一性制御が困難である等の課題があった。さらに、特公平6−47457号公報には、シリカ微粒子をトリアルコキシシランでゆっくりと処理することによる、表面に有機ケイ素基を有する親有機性シリカの製造方法も提案されている。しかしながら、酸触媒が必要であり製造時間が長いという課題がある上、ポシリロキサン組成物については全く記載がない。   On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-302257 describes composite fine particles that are combined with a polymer by hydrolysis / condensation reaction, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-210356 discloses high-pressure carbon dioxide. Composite fine particles that have been used and complexed with polymers are described. However, these techniques also have problems such as that it takes a long time to complete both processes of polymer synthesis and fine particle generation, and it is difficult to control the uniformity of the polymer layer to be coated. Further, Japanese Patent Publication No. 6-47457 also proposes a method for producing organophilic silica having an organosilicon group on the surface by slowly treating silica fine particles with trialkoxysilane. However, there is a problem that an acid catalyst is required and the production time is long, and there is no description about the posilyloxane composition.

このように、現在のところ、高分子合成反応と生成した高分子中へのナノ粒子分散を同時に且つ簡便に行うナノ粒子分散高分子組成物を得る手法は報告されていない。
特開2007−51188号公報 特開2006−282503号公報 特開平11−92687号公報 特開平10−183207号公報 粉体工学会誌、40(7)、487−96(2003) Macromol. Mater. Eng., 2003, 288, 717-723 特開平9−302257号公報 特開2002−210356号公報 特公平6−47457号公報
Thus, at present, no method has been reported for obtaining a nanoparticle-dispersed polymer composition that simultaneously and simply performs polymer synthesis reaction and nanoparticle dispersion in the produced polymer.
JP 2007-51188 A JP 2006-282503 A JP-A-11-92687 Japanese Patent Laid-Open No. 10-183207 Journal of Powder Engineering, 40 (7), 487-96 (2003) Macromol. Mater. Eng., 2003, 288, 717-723 JP-A-9-302257 JP 2002-210356 A Japanese Examined Patent Publication No. 6-47457

本発明は、このような従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、金属酸化物微粒子が高分子中に良好に分散した組成物を簡便に提供することをその目的とする。   The present invention has been made in view of the current state of the prior art, and an object thereof is to simply provide a composition in which metal oxide fine particles are well dispersed in a polymer.

本発明の目的は、金属酸化物微粒子、及び、ケイ素原子結合加水分解性若しくはシラノール基、及び置換若しくは非置換の一価炭化水素基を有する有機ケイ素化合物を、水の存在下、200℃以上の温度の条件下で反応させることによって達成される。   An object of the present invention is to provide a metal oxide fine particle and an organosilicon compound having a silicon atom bond hydrolyzable or silanol group and a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group at a temperature of 200 ° C. or higher in the presence of water. This is accomplished by reacting under temperature conditions.

本発明により提供される組成物は、下記平均組成式(A):

SiO[(4−m−n)/2] (A)

(式中、
は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表し、
Xは、それぞれ独立して、ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基を表し、
m及びnは、それぞれ、0<m、0≦n、且つ、m+n<3を満たす数である)
で表されるポリシロキサン、及び、
下記平均組成式(B):

SiO[(4−p−q)/2] (B)

(式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり、
p及びqは、それぞれ、0<p、0≦q、且つ、p+q<3を満たす数である)
で表される有機ケイ素基が該有機ケイ素基中の酸素原子を介して化学結合により表面に固定化された金属酸化物微粒子
からなる。
The composition provided by the present invention has the following average composition formula (A):

R 1 m X n SiO [( 4-m-n) / 2] (A)

(Where
Each R 1 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group;
Each X independently represents a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group;
m and n are numbers satisfying 0 <m, 0 ≦ n, and m + n <3, respectively.
And a polysiloxane represented by:
The following average composition formula (B):

R 1 p X q SiO [(4-pq) / 2] (B)

(Where
R 1 and X are as described above,
p and q are numbers satisfying 0 <p, 0 ≦ q, and p + q <3, respectively)
An organic silicon group represented by the formula consists of metal oxide fine particles fixed on the surface by chemical bonds via oxygen atoms in the organosilicon group.

前記有機ケイ素化合物は、下記一般式(C):

SiX(4−a) (C)

{式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり、
aは、0<a≦2を満たす数である}で表される反応性シラン、
及び/又は、下記一般式(D):

SiO−(SiRO)−SiR (D)

(式中、
は、前記のとおりであり、
は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の一価炭化水素基、又はケイ素原子結合加水分解性基若しくはシラノール基を表し、
sは、0<sを満たす数である)で表される直鎖状の反応性オルガノシロキサンオリゴマー、
及び/又は、下記一般式(E):

SiO[(4−b−c)/2] (E)

(式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり、
b及びcは、それぞれ、0<b<2、0<c<2、且つ、b+c<2を満たす数である)で表される分岐状若しくは網状シロキサンであることが好ましい。
The organosilicon compound has the following general formula (C):

R 1 a SiX (4-a) (C)

{Where,
R 1 and X are as described above,
a is a reactive silane represented by 0 <a ≦ 2 is satisfied,}
And / or the following general formula (D):

R 1 2 R 2 SiO— (SiR 1 R 2 O) s —SiR 1 2 R 2 (D)

(Where
R 1 is as described above,
Each R 2 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, or a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group;
s is a number satisfying 0 <s), a linear reactive organosiloxane oligomer represented by:
And / or the following general formula (E):

R 1 b X c SiO [(4-b-c) / 2] (E)

(Where
R 1 and X are as described above,
b and c are each preferably a branched or reticulated siloxane represented by 0 <b <2, 0 <c <2, and b + c <2.

前記加水分解性基又はシラノール基は、ハロゲン原子、水素原子、式:−OR(Rは水素原子、又は、炭素数6以下の置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表す)で表される基、式:−OC(O)R(Rは前記のとおりである)で表される基、式:−O−N=CR (Rは前記のとおりである)で表される基、式:−NR−C(O)R(Rは前記のとおりでり、Rは水素原子、又は置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表す)で表される基、及び、式:−ONHで表される基からなる群から選択される基であることが好ましい。 The hydrolyzable group or silanol group is represented by a halogen atom, a hydrogen atom, or a formula: —OR 3 (R 3 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 6 or less carbon atoms). A group represented by the formula: —OC (O) R 1 (wherein R 1 is as defined above), a formula: —O—N═CR 1 2 (wherein R 1 is as defined above). A group represented by the formula: —NR 4 —C (O) R 1 (wherein R 1 is as defined above, R 4 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group). And a group selected from the group consisting of groups represented by the formula: —ONH 2 .

前記金属酸化物は、元素周期表の第IV族〜第XV族の金属酸化物であることが好ましい。   The metal oxide is preferably a group IV to group XV metal oxide of the periodic table.

前記ポリシロキサン、及び、前記金属酸化物微粒子の含有量(重量)の比は、1:99〜99:1の範囲内であることが好ましい。   The ratio of the content (weight) of the polysiloxane and the metal oxide fine particles is preferably in the range of 1:99 to 99: 1.

本発明により得られるポリシロキサン組成物では、ポリシロキサン中に金属酸化物微粒子が良好に分散しているので、当該ポリシロキサン組成物は、前記微粒子由来の特性を良好に発揮することができる。特に、ポリシロキサンの有する優れた光透過性、電気絶縁性、光安定性、熱安定性、耐寒性に加えて、該粒子の特性を発現することができる。   In the polysiloxane composition obtained by the present invention, since the metal oxide fine particles are well dispersed in the polysiloxane, the polysiloxane composition can well exhibit the characteristics derived from the fine particles. In particular, in addition to the excellent light transmittance, electrical insulation, light stability, heat stability, and cold resistance of polysiloxane, the characteristics of the particles can be expressed.

本発明のポリシロキサン組成物の製造方法は、多量の有機溶媒を使用することがないので環境負荷が小さく、且つ、安全である。また、簡便な装置で実施できるので、製造コストを抑制することができる。また、酸触媒又は塩基触媒を使用することなくポリシロキサンを合成することができる。   The method for producing the polysiloxane composition of the present invention does not use a large amount of an organic solvent, and therefore has a low environmental burden and is safe. Moreover, since it can implement with a simple apparatus, manufacturing cost can be suppressed. In addition, polysiloxane can be synthesized without using an acid catalyst or a base catalyst.

そして、本発明のポリシロキサン組成物の製造方法では、高分子合成反応と微粒子表面修飾反応を同時に行うことにより、ポリシロキサンと親和性を有する金属酸化物微粒子及びポリシロキサンを一度に製造することができ、しかも、ポリシロキサン中に微粒子を良好に分散させることができる。   In the method for producing a polysiloxane composition of the present invention, metal oxide fine particles and polysiloxane having an affinity for polysiloxane can be produced at a time by simultaneously performing a polymer synthesis reaction and a fine particle surface modification reaction. Moreover, fine particles can be well dispersed in the polysiloxane.

本発明により得られるポリシロキサン組成物は、
(a)下記平均組成式(A):

SiO[(4−m−n)/2] (A)

(式中、
は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表し;Xは、それぞれ独立して、ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基を表し;m及びnは、それぞれ、0<m、0<n、且つ、m+n<3を満たす数である)で表されるポリシロキサン、及び、
(b)下記平均組成式(B):

SiO[(4−p−q)/2] (B)

(式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり;p及びqは、それぞれ、0<p、0≦q、且つ、m+p+q<3を満たす数である)で表される有機ケイ素基が該有機ケイ素基中の酸素原子を介して化学結合により表面に固定化された金属酸化物微粒子
を必須に含むものである。
The polysiloxane composition obtained by the present invention is:
(A) The following average composition formula (A):

R 1 m X n SiO [( 4-m-n) / 2] (A)

(Where
R 1 each independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group; X each independently represents a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group; 0 <m, 0 <n, and a number satisfying m + n <3), and
(B) The following average composition formula (B):

R 1 p X q SiO [(4-pq) / 2] (B)

(Where
R 1 and X are as defined above; p and q are each a number satisfying 0 <p, 0 ≦ q, and m + p + q <3). It essentially contains metal oxide fine particles immobilized on the surface by chemical bonds via oxygen atoms in the silicon group.

前記(a)ポリシロキサンを表す平均組成式(A)において、Rの一価炭化水素基としては、典型的には、置換若しくは非置換の、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4の一価の飽和炭化水素基、炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜12の一価の芳香族炭化水素基、又は、炭素数2〜20の一価の不飽和脂肪族炭化水素基である。 In the average composition formula (A) representing the (a) polysiloxane, the monovalent hydrocarbon group for R 1 is typically substituted or unsubstituted, having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 1 carbon atoms. 10, more preferably a monovalent saturated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, 6 to 20 carbon atoms, more preferably a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms Is a monovalent unsaturated aliphatic hydrocarbon group.

炭素数1〜20の一価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等の直鎖又は分岐状のアルキル基、並びに、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基が挙げられる。   Examples of the monovalent saturated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, Examples include linear or branched alkyl groups such as a pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, and decyl group, and cycloalkyl groups such as a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group. It is done.

炭素数6〜20の一価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基等のアリール基が挙げられる。フェニル基が好ましい。なお、本明細書において芳香族炭化水素基とは、芳香族炭化水素のみからなる基以外に、芳香族炭化水素と脂肪族飽和炭化水素が複合した基をも含む。芳香族炭化水素と飽和炭化水素が複合した基の例としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基が挙げられる。   Examples of the monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms include aryl groups such as a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, and a mesityl group. A phenyl group is preferred. In addition, in this specification, the aromatic hydrocarbon group includes a group in which an aromatic hydrocarbon and an aliphatic saturated hydrocarbon are combined in addition to a group consisting of only an aromatic hydrocarbon. Examples of the group in which an aromatic hydrocarbon and a saturated hydrocarbon are combined include an aralkyl group such as a benzyl group or a phenethyl group.

炭素数2〜20の一価の不飽和脂肪族炭化水素基としては、例えば、ビニル基、1−プロぺニル基、アリル基、イソプロペニル基、1−ブテニル、2−ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等の直鎖又は分岐状のアルケニル基、並びに、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基、更には、シクロペンテニルエチル基、シクロヘキセニルエチル基、シクロヘキセニルプロピル基等のシクロアルケニルアルキル基が挙げられる。ビニル基、シクロヘキセニルエチル基が好ましい。   Examples of the monovalent unsaturated aliphatic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms include a vinyl group, 1-propenyl group, allyl group, isopropenyl group, 1-butenyl, 2-butenyl group, pentenyl group, Linear or branched alkenyl group such as hexenyl group, cycloalkenyl group such as cyclopentenyl group and cyclohexenyl group, and cycloalkenylalkyl such as cyclopentenylethyl group, cyclohexenylethyl group and cyclohexenylpropyl group Groups. A vinyl group and a cyclohexenylethyl group are preferred.

上記の一価炭化水素基上の水素原子は、1以上の置換基によって置換されていてもよく、当該置換基は、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子)から選択される。   The hydrogen atom on the monovalent hydrocarbon group may be substituted with one or more substituents, and the substituents are selected from halogen atoms (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom). .

また、Xは、それぞれ独立して、ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基であり、特に限定されるものではないが、具体的には、ハロゲン原子、水素原子、式:−OR(Rは水素原子、又は、炭素数6以下の置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表す)で表される基、式:−OC(O)R(Rは前記のとおりである)で表される基、式:−O−N=CR (Rは前記のとおりである)で表される基、式:−NR−C(O)R(Rは前記のとおりであり、Rは水素原子、又は置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表す)で表される基、及び、式:−ONHで表される基からなる群から選択される基であることが好ましい。 X is independently a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group, and is not particularly limited, but specifically, a halogen atom, a hydrogen atom, a formula: —OR 3 (R 3 represents a hydrogen atom, or a group represented by a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 6 or less carbon atoms), a formula: —OC (O) R 1 (R 1 is as described above) A group represented by the formula: —O—N═CR 1 2 (R 1 is as defined above), a formula: —NR 4 —C (O) R 1 (R 1 is R 4 represents a hydrogen atom or a group represented by a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, and a group selected from the group consisting of a group represented by the formula: —ONH 2 It is preferable that

また、Rの一価炭化水素基は特に限定されるものではないが、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等の直鎖又は分岐状のアルキル基、並びに、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。これらの一価炭化水素基上の水素原子は、1以上の置換基によって置換されていてもよく、当該置換基は、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子)から選択される。好ましいRは、水素原子、又はメチル基である。 In addition, the monovalent hydrocarbon group for R 3 is not particularly limited, and specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl. And straight-chain or branched alkyl groups such as a tert-butyl group, and cycloalkyl groups such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. The hydrogen atom on these monovalent hydrocarbon groups may be substituted by one or more substituents, and the substituents are selected from halogen atoms (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom). . Preferred R 3 is a hydrogen atom or a methyl group.

また、Rの一価炭化水素基は特に限定されるものではないが、具体的には、前記Rと同様の一価炭化水素基が例示される。好ましいRは、水素原子、又はメチル基である。 Further, the monovalent hydrocarbon group for R 4 is not particularly limited, but specific examples thereof include the same monovalent hydrocarbon groups as those for R 1 . Preferred R 4 is a hydrogen atom or a methyl group.

前記(a)ポリシロキサンは、線状、分岐状又は網状のいずれであってもよい。前記(a)ポリシロキサンを表す平均組成式(A)において、m及びnは、それぞれ、0<m、0<n、且つ、m+n<3を満たす数であり、m+nの値が2以上であれば線状であり、2より小さければ分岐状又は網状となる。このような(a)ポリシロキサンは、例えば、ケイ素原子結合のアルコキシ基及び/又は水酸基を有するものである。前記(a)ポリシロキサンとしては、例えば、分子鎖両末端にケイ素原子結合のアルコキシ基及び/又は水酸基を有する直鎖状ジオルガノポリシロキサン、分子鎖片末端にケイ素原子結合のアルコキシ基及び/又は水酸基を有する直鎖状ジオルガノポリシロキサン、分子鎖末端及びペンダント位置にケイ素原子結合のアルコキシ基及び/又は水酸基を有する直鎖状ジオルガノポリシロキサン、ペンダント位置にケイ素原子結合のアルコキシ基及び/又は水酸基を有する環状ジオルガノポリシロキサン、ケイ素原子結合のアルコキシ基及び/又は水酸基を有するシリコーンレジン等が挙げられる。   The (a) polysiloxane may be linear, branched or net-like. In the average composition formula (A) representing the (a) polysiloxane, m and n are numbers satisfying 0 <m, 0 <n, and m + n <3, respectively, and the value of m + n is 2 or more. If it is smaller than 2, it will be branched or net-like. Such (a) polysiloxane has, for example, a silicon-bonded alkoxy group and / or a hydroxyl group. Examples of the polysiloxane (a) include a linear diorganopolysiloxane having a silicon atom-bonded alkoxy group and / or a hydroxyl group at both ends of the molecular chain, a silicon atom-bonded alkoxy group at the molecular chain one end, and / or Linear diorganopolysiloxane having a hydroxyl group, alkoxy group having a silicon atom bond at the molecular chain end and pendant position and / or linear diorganopolysiloxane having a hydroxyl group, an alkoxy group having a silicon atom bond at the pendant position and / or Examples thereof include a cyclic diorganopolysiloxane having a hydroxyl group, a silicon atom-bonded alkoxy group and / or a silicone resin having a hydroxyl group.

前記(b)金属酸化物微粒子は、下記平均組成式(B):

SiO[(4−p−q)/2] (B)

(式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり;p及びqは、それぞれ、0<p、0≦q、且つ、m+p+q<3を満たす数である)
で表される有機ケイ素基が該有機ケイ素基中の酸素原子を介して化学結合により金属酸化物微粒子の表面に固定化されていれば、特に限定されるものではない。
The (b) metal oxide fine particles have the following average composition formula (B):

R 1 p X q SiO [(4-pq) / 2] (B)

(Where
R 1 and X are as described above; p and q are numbers satisfying 0 <p, 0 ≦ q, and m + p + q <3, respectively)
The organic silicon group represented by the formula is not particularly limited as long as it is immobilized on the surface of the metal oxide fine particle by a chemical bond via an oxygen atom in the organosilicon group.

前記金属酸化物の微粒子を構成する金属は、特に限定されるものではなく、任意の金属元素を使用することができるが、典型的には、元素周期表で第IV族の元素及びその右側に位置し、第XIII族のホウ素(B)-第XIV族のケイ素(Si)-第XV族のヒ素(As)の線上にある元素並びにその線より、元素周期表において左側乃至下側にあるものが挙げられ、例えば、第IV族の元素ではTi、Zr等、第V族の元素ではV等、第VI族の元素ではCr、Mo等、第VII族の元素ではMn等、第VIII族〜第X族の元素ではFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt等、第XI族の元素ではCu等、第XII族の元素ではZn等、第XIII族の元素ではAl、Ga、In等、第XIV族の元素ではSi、Ge、Sn、Pb等、第XV族の元素ではSb、Bi等が挙げられる。Ti、Zr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Al、Si、Ge、Snが好ましく、Ti、Zr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Al、Siが特に好ましい。これらの金属元素は単体で使用されてもよく、2種類以上の混合物として使用されてもよい。したがって、金属酸化物としては、例えば、Ti、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Al、Si、Ge、Sn等の酸化物が挙げられ、例えば、SiO、TiO、ZnO、SnO、Al、AlOOH、MnO、NiO、Fe、Fe、ZrO、BaTiO、LiCoO、LiMn、CuO、CuO、並びに、これらの混合物が挙げられる。Al、AlOOH、CuO、CuO、SiO、及びZrOが好ましい。 The metal constituting the metal oxide fine particles is not particularly limited, and any metal element can be used. Typically, the group IV element in the periodic table of elements and the right side thereof are used. Elements located on the line of the group XIII boron (B) -group XIV silicon (Si) -group XV arsenic (As) and from the line to the left to the lower side of the periodic table For example, Ti, Zr, etc. for Group IV elements, V, etc. for Group V elements, Cr, Mo, etc. for Group VI elements, Mn, etc. for Group VII elements, Group VIII to Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt, etc. for Group X elements, Cu, etc. for Group XI elements, Zn, etc. for Group XII elements, Al, Ga, In, for Group XIII elements For example, Si, Ge, Sn, Pb, etc. for Group XIV elements, and Sb, Bi, etc. for Group XV elements. It is. Ti, Zr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Al, Si, Ge, and Sn are preferable, and Ti, Zr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Al, and Si are particularly preferable. These metal elements may be used alone or as a mixture of two or more. Therefore, examples of the metal oxide include oxides such as Ti, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Al, Si, Ge, and Sn. For example, SiO 2 , TiO 2 , ZnO, SnO 2 , Al 2 O 3 , AlOOH, MnO 2 , NiO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , ZrO 2 , BaTiO 3 , LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , CuO, Cu 2 O, and mixtures thereof may be mentioned . Al 2 O 3 , AlOOH, Cu 2 O, CuO, SiO 2 and ZrO 2 are preferred.

前記微粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、紡錘状、角柱状、円柱状、板状、針状等の任意の形状であってよい。球状のものが好ましい。   The shape of the fine particles is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical shape, a spindle shape, a prismatic shape, a cylindrical shape, a plate shape, or a needle shape. A spherical one is preferred.

前記微粒子は、その平均粒子径が1μm以下のサイズのものが好ましく、特にナノ粒子であることが好ましい。ナノ粒子とは、一般的にはその平均粒子径が200nm以下の粒子を意味しており、好ましくは150nm以下、より好ましくは100nm以下、更により好ましくは50nm以下、更により好ましくは30nm以下であり、特に好ましくは15nm以下である。前記微粒子は、異なる粒子径の微粒子の混合物であってもよい。平均粒子径の測定は当該分野で通常の測定方法により行うことができ、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE−TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)等により粒子径を測定し、平均値を求めることができる。   The fine particles preferably have an average particle size of 1 μm or less, particularly preferably nanoparticles. Nanoparticles generally mean particles having an average particle size of 200 nm or less, preferably 150 nm or less, more preferably 100 nm or less, still more preferably 50 nm or less, and even more preferably 30 nm or less. Especially preferably, it is 15 nm or less. The fine particles may be a mixture of fine particles having different particle sizes. The average particle diameter can be measured by a conventional measurement method in this field, for example, a transmission electron microscope (TEM), a field emission transmission electron microscope (FE-TEM), a scanning electron microscope (SEM), an electric field. The average value can be obtained by measuring the particle diameter with a radiation scanning electron microscope (FE-SEM) or the like.

前記微粒子では、有機ケイ素基は金属酸化物微粒子の表面上に化学結合により固定されている。ここで、化学結合とは、共有結合、イオン結合等による強固な結合を意味しており、単なる物理吸着等による結合を含まない。   In the fine particles, the organosilicon group is fixed on the surface of the metal oxide fine particles by chemical bonds. Here, the chemical bond means a strong bond such as a covalent bond or an ionic bond, and does not include a bond based on simple physical adsorption or the like.

このような一般式(B)で表される有機ケイ素基としては、これらに限定されるものではないが、例えば、−O−(Si(CO)−Si(C(OCH)(vは1以上の数である)、−O−(Si(CO)−Si(C(OH)(wは1以上の数である)等が挙げられる。 The organic silicon group represented by the general formula (B), but are not limited to, for example, -O- (Si (C 6 H 5) 2 O) v -Si (C 6 H 5) 2 (OCH 3) (v is a number of 1 or more), - O- (Si (C 6 H 5) 2 O) w -Si (C 6 H 5) 2 (OH) (w 1 And the like).

前記有機ケイ素基の金属酸化物に対する比率については特に制限は無いが、好ましくは1重量%以上200重量%以下、更に好ましくは5重量%以上100重量%以下の範囲である。有機ケイ素基の重量比率が上記範囲の下限より少なくなると、有機ケイ素基が化学結合により固定化された金属酸化物微粒子のポリシロキサン中での分散性が悪化するおそれがある。一方、上記範囲の上限を超える場合は、耐熱性等の有用な特性が金属酸化物微粒子によってポリシロキサンに付与されにくくなるおそれがある。   The ratio of the organosilicon group to the metal oxide is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 200% by weight, more preferably 5 to 100% by weight. When the weight ratio of the organosilicon group is less than the lower limit of the above range, the dispersibility in the polysiloxane of the metal oxide fine particles in which the organosilicon group is immobilized by a chemical bond may be deteriorated. On the other hand, when the upper limit of the above range is exceeded, there is a possibility that useful properties such as heat resistance are hardly imparted to the polysiloxane by the metal oxide fine particles.

本発明のポリシロキサン組成物中における、ポリシロキサン、及び、有機ケイ素基が化学結合により固定化された金属酸化物微粒子の含有量(重量)は特に限定されないが、両者の比が1:99〜99:1の範囲内となる量が好ましく、4:96〜96:4の範囲内となる量が特に好ましい。微粒子の含有量が1重量%より少なくなると、該微粒子による有用な特性が十分に付与されなくなり、一方、99重量%を超える場合は、ポリシロキサンの有する良好な光透過性、電気絶縁性、成形加工性等の特性を得ることができなくなるおそれがある。   In the polysiloxane composition of the present invention, the content (weight) of the polysiloxane and the metal oxide fine particles in which the organosilicon group is fixed by a chemical bond is not particularly limited, but the ratio of both is 1:99 to An amount in the range of 99: 1 is preferred, and an amount in the range of 4:96 to 96: 4 is particularly preferred. When the content of the fine particles is less than 1% by weight, useful properties due to the fine particles are not sufficiently imparted. On the other hand, when the fine particles content exceeds 99% by weight, the polysiloxane has good light transmittance, electrical insulation, molding. There is a possibility that characteristics such as workability cannot be obtained.

本発明のポリシロキサン組成物は、金属酸化物微粒子の水分散液及び有機ケイ素化合物、或いは、金属酸化物微粒子、有機ケイ素化合物、及び、水を、200℃以上の温度の条件下で反応させ、ポリシロキサン、及び、有機ケイ素基が化学結合により表面に固定化された金属酸化物微粒子を同時に形成することによって製造することができる。   The polysiloxane composition of the present invention comprises a metal oxide fine particle aqueous dispersion and an organosilicon compound, or a metal oxide fine particle, an organosilicon compound, and water reacted at a temperature of 200 ° C. or higher, It can be produced by simultaneously forming polysiloxane and metal oxide fine particles having organosilicon groups immobilized on the surface by chemical bonds.

有機ケイ素化合物は、ケイ素を含むものである限り特に限定されるものではないが、オルガノシラン、オルガノシロキサンオリゴマー等のケイ素原子を含む有機化合物が好ましい。これらのケイ素原子含有有機化合物は1種類のものを単独で使用してもよく、又は、2種類以上のものを混合して使用してもよい。   The organic silicon compound is not particularly limited as long as it contains silicon, but organic compounds containing silicon atoms such as organosilanes and organosiloxane oligomers are preferable. These silicon atom-containing organic compounds may be used alone or in combination of two or more.

オルガノシランとしては、下記一般式(C):

SiX(4−a) (C)

(式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり;aは、0<a≦2を満たす数である)で表されるオルガノシランが好ましい。1種類のオルガノシランを単独で用いてもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。
As organosilane, the following general formula (C):

R 1 a SiX (4-a) (C)

(Where
R 1 and,, X, the are as; a is 0 <organosilane is preferably represented by a number) that satisfies a ≦ 2. One type of organosilane may be used alone, or two or more types may be mixed and used.

好ましいオルガノシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルクロロプロピルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。   Preferred organosilanes include, for example, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methylvinyldimethoxysilane, methylphenyldimethoxysilane, methylchloropropyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane. Examples include methoxysilane and chloropropyltrimethoxysilane.

オルガノシロキサンオリゴマーとしては、下記一般式(D):

SiO−(SiRO)−SiR (D)

(式中、
は、前記のとおりであり;Rは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の一価炭化水素基、又は、ケイ素原子結合加水分解性基若しくはシラノール基を表し、但し、一分子中の少なくとも1個のRは前記加水分解性基又はシラノール基であり、且つ、一分子中の少なくとも1個のRは置換又は非置換の一価炭化水素基であり;sは、0<sを満たす数である)で表される直鎖状のオルガノシロキサンオリゴマーが好ましい。ここで、Rの置換又は非置換の一価炭化水素基としては、前記Rと同様の基が例示される。また、Rのケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基としては、前記Xと同様の基が例示される。1種類のオルガノシロキサンを単独で用いてもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。
As the organosiloxane oligomer, the following general formula (D):

R 1 2 R 2 SiO— (SiR 1 R 2 O) s —SiR 1 2 R 2 (D)

(Where
R 1 is as defined above; each R 2 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, or a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group, provided that in one molecule And at least one R 2 in the molecule is the hydrolyzable group or silanol group, and at least one R 2 in one molecule is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group; is a linear organosiloxane oligomer represented by the following formula. Here, examples of the substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group for R 2 include the same groups as those described above for R 1 . Examples of the silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group for R 2 include the same groups as those described above for X. One type of organosiloxane may be used alone, or two or more types may be mixed and used.

好ましいオルガノシロキサンオリゴマーとしては、例えば、分子鎖両末端及びペンダント位置にケイ素原子結合メトキシ基を有するジメチルシロキサンオリゴマー、分子鎖両末端及びペンダント位置に水酸基を有するジメチルシロキサンオリゴマー等が挙げられる。   Preferred organosiloxane oligomers include, for example, dimethylsiloxane oligomers having silicon atom-bonded methoxy groups at both molecular chain terminals and pendant positions, and dimethylsiloxane oligomers having hydroxyl groups at both molecular chain terminals and pendant positions.

また、他のオルガノシロキサンオリゴマーとしては、下記一般式(E):

SiO[(4−b−c)/2] (E)

(式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり、
b及びcは、それぞれ、0<b<2、0<c<2、且つ、b+c<2を満たす数である)で表される分岐状若しくは網状シロキサンであることが好ましい。1種類のオルガノシロキサンを単独で用いてもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。
Moreover, as another organosiloxane oligomer, the following general formula (E):

R 1 b X c SiO [(4-b-c) / 2] (E)

(Where
R 1 and X are as described above,
b and c are each preferably a branched or reticulated siloxane represented by 0 <b <2, 0 <c <2, and b + c <2. One type of organosiloxane may be used alone, or two or more types may be mixed and used.

本発明のポリシロキサン組成物の製造方法では、金属酸化物微粒子は、水と予め組み合わされた水分散液の形態で、或いは、水と組み合わされることなく、金属酸化物微粒子と水とが独立した形態で使用される。   In the method for producing a polysiloxane composition of the present invention, the metal oxide fine particles are in the form of an aqueous dispersion previously combined with water or without being combined with water, and the metal oxide fine particles and water are independent. Used in form.

金属酸化物微粒子を水分散液の形態で使用する際の金属酸化物微粒子濃度には制限は無いが、ポリシロキサン組成物の製造効率を考慮すると、0.1重量%以上50重量%以下が好ましく、1重量%以上30重量%以下がより好ましい。   There is no limitation on the concentration of the metal oxide fine particles when the metal oxide fine particles are used in the form of an aqueous dispersion, but considering the production efficiency of the polysiloxane composition, it is preferably 0.1% by weight or more and 50% by weight or less. 1% by weight or more and 30% by weight or less is more preferable.

有機ケイ素化合物、並びに、金属酸化物微粒子の水分散液、又は、金属酸化物微粒子及び水の混合比は、ポリシロキサン組成物中におけるポリシロキサン、及び、有機ケイ素基が化学結合により固定化された金属酸化物微粒子の含有量(重量)の比が1:99〜99:1の範囲内になるように調節することが好ましく、4:96〜96:4の範囲内になるような混合比が特に好ましい。金属酸化物微粒子の含有量が上記範囲の下限より少なくなると、該微粒子による有用な特性が十分に付与されなくなり、一方、上記範囲の上限を超える場合は、ポリシロキサンが有する良好な光透過性、電気絶縁性、成形加工性等の特性を得ることができなくなるおそれがある。   The mixing ratio of the organic silicon compound and the metal oxide fine particles in water, or the metal oxide fine particles and water was fixed by chemical bonding of the polysiloxane and the organosilicon group in the polysiloxane composition. It is preferable to adjust the content (weight) ratio of the metal oxide fine particles to be in the range of 1:99 to 99: 1, and the mixing ratio to be in the range of 4:96 to 96: 4. Particularly preferred. When the content of the metal oxide fine particles is less than the lower limit of the above range, useful properties due to the fine particles are not sufficiently imparted, whereas when the upper limit of the above range is exceeded, the polysiloxane has good light transmittance, There is a possibility that characteristics such as electrical insulation and moldability cannot be obtained.

本発明のポリシロキサン組成物の製造方法では、反応系に水が存在することが必須である。必要に応じて、メタノール、エタノール等のアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール、蟻酸、酢酸等のカルボン酸、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等のアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、メタンチオール等のチオール、メチルアミン、ジメチルアミン等のアミン、アンモニア、又は、界面活性剤を水に加えてもよい。これらの添加量は水及び金属酸化物の全重量の0.1〜20重量%が好ましく、0.1〜10重量%がより好ましく、0.1〜5重量%が更により好ましい。金属酸化物微粒子の水分散液中にこれらを添加した場合は、金属酸化物微粒子の分散安定性、保存安定性を向上させることができる。   In the method for producing a polysiloxane composition of the present invention, it is essential that water is present in the reaction system. As needed, alcohols such as methanol and ethanol, glycols such as ethylene glycol and propylene glycol, carboxylic acids such as formic acid and acetic acid, aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, thiols such as methanethiol, methyl An amine such as amine or dimethylamine, ammonia, or a surfactant may be added to water. These addition amounts are preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.1 to 10% by weight, and still more preferably 0.1 to 5% by weight, based on the total weight of water and metal oxide. When these are added to the aqueous dispersion of metal oxide fine particles, the dispersion stability and storage stability of the metal oxide fine particles can be improved.

本発明の製造方法における好ましい反応温度は250℃以上であり、300℃以上がより好ましい。また、好ましい反応圧力は5MPa以上であり、10MPa以上がより好ましい。   The preferable reaction temperature in the production method of the present invention is 250 ° C. or higher, and more preferably 300 ° C. or higher. Moreover, the preferable reaction pressure is 5 MPa or more, and 10 MPa or more is more preferable.

本発明の製造方法においては、反応時間に制限は無い。実施する装置の形状・大きさによって、また、反応容器の昇温速度に応じて適切な反応時間を選定することができる。反応容器の昇温速度が大きい場合は、反応時間は短くてもよく、一方、反応容器の昇温速度が小さい場合は、一般的には反応時間は長めにすることが好ましい。   In the production method of the present invention, the reaction time is not limited. An appropriate reaction time can be selected according to the shape and size of the apparatus to be implemented and according to the temperature increase rate of the reaction vessel. When the temperature rise rate of the reaction vessel is large, the reaction time may be short. On the other hand, when the temperature rise rate of the reaction vessel is small, it is generally preferable to lengthen the reaction time.

本発明の製造方法を実施する装置は特に限定されるものではなく、例えば、SUS316等の強固な材質からなる反応管等の当該分野で汎用のものを使用することができる。具体的には、温度計等を取り付けた前記反応管内に金属酸化物微粒子の水分散液と有機ケイ素化合物、或いは、金属酸化物微粒子、有機ケイ素化合物、及び水を封入し、ソルトバス等の加熱手段により反応管内を200℃以上として所定時間反応させた後、反応管を冷却して、反応管内の生成物を回収することにより実施することができる。   An apparatus for carrying out the production method of the present invention is not particularly limited. For example, a general-purpose apparatus in the field such as a reaction tube made of a strong material such as SUS316 can be used. Specifically, an aqueous dispersion of metal oxide fine particles and an organosilicon compound, or metal oxide fine particles, an organosilicon compound, and water are enclosed in the reaction tube equipped with a thermometer, etc., and a salt bath or the like is heated. After the reaction tube is reacted at a temperature of 200 ° C. or higher for a predetermined time by means, the reaction tube is cooled and the product in the reaction tube is recovered.

本発明の製造方法では、基本的に水を使用し、多量の有機溶媒を使用しないので、環境への影響が小さく、且つ、安全である。しかも、複雑な製造装置を必要としないので、低コストで、且つ、大量に本発明のポリシロキサン組成物を製造することができる。   In the production method of the present invention, water is basically used and a large amount of organic solvent is not used. Therefore, the influence on the environment is small and safe. And since the complicated manufacturing apparatus is not required, the polysiloxane composition of this invention can be manufactured in large quantities at low cost.

本発明のポリシロキサン組成物は、単独で、或いは、他の成分が配合されて、塗料、顔料、化粧品、触媒、ガラス、医薬品等の分野で使用することができる。例えば、シリカからなる微粒子を含む本発明のポリシロキサン組成物は、耐熱性コーティング材料として使用することができる。   The polysiloxane composition of the present invention can be used alone or in combination with other components in the fields of paints, pigments, cosmetics, catalysts, glasses, pharmaceuticals and the like. For example, the polysiloxane composition of the present invention containing fine particles made of silica can be used as a heat resistant coating material.

本発明のポリシロキサン組成物及びその製造方法を実施例・比較例により詳細に説明する。なお、ポリシロキサン組成物中のポリシロキサンの同定、有機ケイ素基が表面に固定化された金属酸化物微粒子の同定、及び、該組成物中の金属酸化物微粒子の分散状態観察は下記のようにして行った。   The polysiloxane composition of the present invention and the production method thereof will be described in detail with reference to examples and comparative examples. The identification of the polysiloxane in the polysiloxane composition, the identification of the metal oxide fine particles having the organosilicon group immobilized on the surface, and the observation of the dispersion state of the metal oxide fine particles in the composition are as follows. I went.

[ポリシロキサンの化学構造]
生成物であるポリシロキサンの化学構造は、日本分光株式会社製のフーリエ変換赤外分光光度計FT/IR−5300を用いる赤外吸収スペクトル(以下IRと略)、及びブルカーバイオスピン株式会社製の高分解能核磁気共鳴装置AC300Pを用いて29Si−NMRスペクトル測定により行った。NMR測定での共鳴周波数シフト値を算出する基準物質にはテトラメチルシランを使用した。
[Chemical structure of polysiloxane]
The chemical structure of the product polysiloxane is an infrared absorption spectrum (hereinafter abbreviated as IR) using a Fourier transform infrared spectrophotometer FT / IR-5300 manufactured by JASCO Corporation, and manufactured by Bruker BioSpin Corporation. The measurement was performed by 29 Si-NMR spectrum measurement using a high-resolution nuclear magnetic resonance apparatus AC300P. Tetramethylsilane was used as a reference material for calculating a resonance frequency shift value in NMR measurement.

[金属酸化物微粒子の同定]
金属酸化物微粒子に固定化された有機ケイ素基の化学構造は、上記IRスペクトル測定により、その金属酸化物微粒子に対する重量比率は株式会社リガク製TAS200−TG8110Dを用いる熱重量測定(以下TGA)により行った。
[Identification of metal oxide fine particles]
The chemical structure of the organosilicon group immobilized on the metal oxide fine particles was measured by the IR spectrum, and the weight ratio to the metal oxide fine particles was measured by thermogravimetry (hereinafter referred to as TGA) using TAS200-TG8110D manufactured by Rigaku Corporation. It was.

[金属酸化物微粒子の分散状態]
生成物である金属酸化物微粒子含有ポリシロキサン組成物中の有機ケイ素基が表面に固定化された金属酸化物の分散状態は、株式会社日立製作所製透過電子顕微鏡(以下TEMと略)H−8100を用いて観察した。
[Dispersion state of metal oxide fine particles]
The dispersion state of the metal oxide in which the organosilicon group in the metal oxide fine particle-containing polysiloxane composition as the product is immobilized is a transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as TEM) H-8100 manufactured by Hitachi, Ltd. Was observed.

[実施例1]
内径10.4mm、内容積10cm3のSUS316製反応管に平均粒子径15nmのシリカ粒子の水分散液(扶桑化学工業(株)製、PL−1;シリカ粒子濃度:12重量%)0.84ml及びフェニルトリメトキシシラン1.21mlを仕込み、閉栓した。この混合物を300℃に加熱したソルトバスに投入し、10分間加熱後水浴にて急冷し、開栓した。生成物は白色固体と無色透明液体の相分離混合物であった。分離した固体を100℃で減圧乾燥し、単離収率92%で白色固体生成物を得た。この固体をトルエン抽出することにより、可溶性成分であるポリシロキサンと不溶性成分である有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカを分離した。
[Example 1]
0.84 ml of an aqueous dispersion of silica particles having an average particle diameter of 15 nm (manufactured by Fuso Chemical Industry Co., Ltd., PL-1; silica particle concentration: 12% by weight) in a reaction tube made of SUS316 having an inner diameter of 10.4 mm and an inner volume of 10 cm 3. And 1.21 ml of phenyltrimethoxysilane were charged and the cap was closed. This mixture was put into a salt bath heated to 300 ° C., heated for 10 minutes, quenched in a water bath, and opened. The product was a phase separated mixture of a white solid and a colorless transparent liquid. The separated solid was dried under reduced pressure at 100 ° C. to obtain a white solid product with an isolated yield of 92%. By extracting this solid with toluene, polysiloxane as a soluble component and silica having an organosilicon group as an insoluble component immobilized on the surface were separated.

下記にまとめたスペクトルデータから、この可溶性ポリシロキサンは、平均組成式:
(C1.0(RO)0.16SiO1.42
(式中、RはCH及びHを表す)であるポリシロキサンであることが確認された。
IR(cm-1):3,630、3,480、3,075、3,020、2,955、2,865、1,595、1,436、1,160、925、744、700
29Si NMR:−70.0、−78.5
From the spectral data summarized below, this soluble polysiloxane has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.16 SiO 1.42
It was confirmed that the polysiloxane was (wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm −1 ): 3,630, 3,480, 3,075, 3,020, 2,955, 2,865, 1,595, 1,436, 1,160, 925, 744, 700
29 Si NMR: -70.0, -78.5

有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカのIRスペクトルからは下記の吸収ピークが観察され、有機ケイ素基の構造が、平均組成式:
(C1.0(RO)0.16SiO1.42
(式中、RはCH及びHを表す)であることが確認された。
IR(cm-1):3,480、1,638、1,436、1,160、964、805、744、700
また、TGAの結果から、シリカに対する有機ケイ素基の比率は25重量%であった。
From the IR spectrum of silica having an organosilicon group immobilized on the surface, the following absorption peak is observed, and the structure of the organosilicon group has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.16 SiO 1.42
(Wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm -1 ): 3,480, 1,638, 1,436, 1,160, 964, 805, 744, 700
Further, from the result of TGA, the ratio of the organosilicon group to the silica was 25% by weight.

生成物のTEM測定の結果から、ほぼ球形のシリカ微粒子が凝集することなくポリシロキサンに分散した形態であることが分かった。微粒子の平均粒子径は15nmであり、反応前のシリカ分散液での大きさが維持されていることが確認された。   From the result of TEM measurement of the product, it was found that substantially spherical silica fine particles were dispersed in polysiloxane without aggregation. The average particle diameter of the fine particles was 15 nm, and it was confirmed that the size in the silica dispersion before the reaction was maintained.

さらにこの金属酸化物微粒子含有ポリシロキサン組成物中の有機ケイ素基が化学結合により表面に固定化されたシリカ微粒子とポリシロキサンの重量比率は14:86であった。   Furthermore, the weight ratio of the silica fine particles in which the organosilicon group in the metal oxide fine particle-containing polysiloxane composition was immobilized on the surface by chemical bonding and the polysiloxane was 14:86.

[実施例2]
金属酸化物の水分散液として平均粒子径10−20nmのシリカ粒子の水分散液(日産化学工業(株)製、スノーテックスO;シリカ粒子濃度:20重量%)0.87mlを使用した以外は実施例1と同様に反応を行い、白色固体と無色透明液体の相分離混合物を生成物として得た。分離した固体を100℃で減圧乾燥し、単離収率94%で白色固体生成物を得た。この固体をトルエン抽出することにより、可溶性成分であるポリシロキサンと不溶性成分である有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカを分離した。
[Example 2]
Except for using 0.87 ml of an aqueous dispersion of silica particles having an average particle diameter of 10-20 nm (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., Snowtex O; silica particle concentration: 20% by weight) as an aqueous dispersion of metal oxide. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a phase separated mixture of a white solid and a colorless transparent liquid as a product. The separated solid was dried under reduced pressure at 100 ° C. to obtain a white solid product with an isolated yield of 94%. By extracting this solid with toluene, polysiloxane as a soluble component and silica having an organosilicon group as an insoluble component immobilized on the surface were separated.

下記にまとめたスペクトルデータから、この可溶性ポリシロキサンは、平均組成式:
(C1.0(RO)0.12SiO1.44
(式中、RはCH及びHを表す)であるポリシロキサンであることが確認された。
IR(cm-1):3,628、3,480、3,076、3,022、2,950、2,868、1,595、1,436、1,155、930、744、700
29Si NMR:−69.0、−78.0
From the spectral data summarized below, this soluble polysiloxane has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.12 SiO 1.44
It was confirmed that the polysiloxane was (wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm −1 ): 3,628, 3,480, 3,076, 3,022, 2,950, 2,868, 1,595, 1,436, 1,155, 930, 744, 700
29 Si NMR: -69.0, -78.0

有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカのIRスペクトルからは下記の吸収ピークが観察され、有機ケイ素基の構造が、平均組成式:
(C1.0(RO)0.12SiO1.44
(式中、RはCH及びHを表す)であることが確認された。
IR(cm-1):3,480、1,637、1,436、1,155、960、805、744、700
また、TGAの結果から、シリカに対する有機ケイ素基の比率は22重量%であった。
From the IR spectrum of silica having an organosilicon group immobilized on the surface, the following absorption peak is observed, and the structure of the organosilicon group has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.12 SiO 1.44
(Wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm −1 ): 3,480, 1,637, 1,436, 1,155, 960, 805, 744, 700
Further, from the result of TGA, the ratio of the organosilicon group to the silica was 22% by weight.

生成物のTEM測定の結果、ほぼ球形のシリカ微粒子が凝集することなくポリシロキサンに分散した形態であることが分かった。微粒子の平均粒子径は10−20nmであり、反応前のシリカ分散液での大きさが維持されていることが確認された。   As a result of TEM measurement of the product, it was found that substantially spherical silica fine particles were dispersed in polysiloxane without aggregation. The average particle diameter of the fine particles was 10-20 nm, and it was confirmed that the size in the silica dispersion before the reaction was maintained.

さらにこの金属酸化物微粒子含有ポリシロキサン組成物中の有機ケイ素基が化学結合により表面に固定化されたシリカ微粒子とポリシロキサンの重量比率は23:77であった。   Furthermore, the weight ratio of the silica fine particles in which the organosilicon groups in the metal oxide fine particle-containing polysiloxane composition were immobilized on the surface by chemical bonding and the polysiloxane was 23:77.

[実施例3]
金属酸化物の水分散液として上記PL−1を2ml、及びフェニルトリメトキシシラン0.042mlを使用した以外は実施例1と同様に反応を行い、白色固体と無色透明液体の相分離混合物を生成物として得た。分離した固体を100℃で減圧乾燥し、単離収率94%で白色固体生成物を得た。この固体をトルエン抽出することにより、可溶性成分であるポリシロキサンと不溶性成分である有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカを分離した。
[Example 3]
The reaction is performed in the same manner as in Example 1 except that 2 ml of PL-1 and 0.042 ml of phenyltrimethoxysilane are used as an aqueous dispersion of metal oxide to produce a phase separated mixture of a white solid and a colorless transparent liquid. Obtained as a thing. The separated solid was dried under reduced pressure at 100 ° C. to obtain a white solid product with an isolated yield of 94%. By extracting this solid with toluene, polysiloxane as a soluble component and silica having an organosilicon group as an insoluble component immobilized on the surface were separated.

下記にまとめたスペクトルデータから、この可溶性ポリシロキサンは、平均組成式:
(C1.0(RO)0.10SiO1.45
(式中、RはCH及びHを表す)であるポリシロキサンであることが確認された。
IR(cm-1):3,630、3,480、3,076、3,020、2,955、2,867、1,595、1,436、1,158、925、744、700
29Si NMR:−69.5、−78.0
From the spectral data summarized below, this soluble polysiloxane has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.10 SiO 1.45
It was confirmed that the polysiloxane was (wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm -1 ): 3,630, 3,480, 3,076, 3,020, 2,955, 2,867, 1,595, 1,436, 1,158, 925, 744, 700
29 Si NMR: -69.5, -78.0

有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカのIRスペクトルからは下記の吸収ピークが観察され、有機ケイ素基の構造が、平均組成式:
(C1.0(RO)0.10SiO1.45
(式中、RはCH及びHを表す)であることが確認された。
IR(cm-1):3,480、1,638、1,436、1,158、964、805、744、700
また、TGAの結果から、シリカに対する有機ケイ素基の比率は6重量%であった。
From the IR spectrum of silica having an organosilicon group immobilized on the surface, the following absorption peak is observed, and the structure of the organosilicon group has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.10 SiO 1.45
(Wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm -1): 3,480,1,638,1,436,1,158,964,805,744,700
Further, from the result of TGA, the ratio of the organosilicon group to the silica was 6% by weight.

生成物のTEM測定の結果から、ほぼ球形のシリカ微粒子が凝集することなくポリシロキサンに分散した形態であることが分かった。微粒子の平均粒子径は15nmであり、反応前のシリカ分散液での大きさが維持されていることが確認された。   From the result of TEM measurement of the product, it was found that substantially spherical silica fine particles were dispersed in polysiloxane without aggregation. The average particle diameter of the fine particles was 15 nm, and it was confirmed that the size in the silica dispersion before the reaction was maintained.

さらにこの金属酸化物微粒子含有ポリシロキサン組成物中の有機ケイ素基が化学結合により表面に固定化されたシリカ微粒子とポリシロキサンの重量比率は96:4であった。   Further, the weight ratio of the silica fine particles in which the organosilicon groups in the metal oxide fine particle-containing polysiloxane composition were immobilized on the surface by chemical bonding and the polysiloxane was 96: 4.

[実施例4]
平均粒子径15nmのシリカ粒子の水分散液0.84mlの代わりに平均粒子径25nmのシリカ微粒子0.26g及び水1.89mlを用い、フェニルトリメトキシシランの量を0.38mlとした以外は実施例1と同様に反応を行い、白色固体と無色透明液体の相分離混合物を生成物として得た。分離した固体を100℃で減圧乾燥し、単離収率92%で白色固体生成物を得た。この固体をトルエン抽出することにより、可溶性成分であるポリシロキサンと不溶性成分である有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカを分離した。
[Example 4]
Implemented except that 0.26 g of silica fine particles with an average particle size of 25 nm and 1.89 ml of water were used instead of 0.84 ml of an aqueous dispersion of silica particles with an average particle size of 15 nm and the amount of phenyltrimethoxysilane was 0.38 ml. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a phase separated mixture of a white solid and a colorless transparent liquid as a product. The separated solid was dried under reduced pressure at 100 ° C. to obtain a white solid product with an isolated yield of 92%. By extracting this solid with toluene, polysiloxane as a soluble component and silica having an organosilicon group as an insoluble component immobilized on the surface were separated.

下記にまとめたスペクトルデータから、この可溶性ポリシロキサンは、平均組成式:
(C1.0(RO)0.16SiO1.42
(式中、RはCH及びHを表す)であるポリシロキサンであることが確認された。
IR(cm-1):3,630、3,475、3,076、3,020、2,955、2,867、1,595、1,436、1,158、925、744、700
29Si NMR:−69.5、−78.5
From the spectral data summarized below, this soluble polysiloxane has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.16 SiO 1.42
It was confirmed that the polysiloxane was (wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm −1 ): 3,630, 3,475, 3,076, 3,020, 2,955, 2,867, 1,595, 1,436, 1,158, 925, 744, 700
29 Si NMR: -69.5, -78.5

有機ケイ素基が表面に固定化されたシリカのIRスペクトルからは下記の吸収ピークが観察され、有機ケイ素基の構造が、平均組成式:
(C1.0(RO)0.16SiO1.42
(式中、RはCH及びHを表す)であることが確認された。
IR(cm-1):3,475、1,638、1,436、1,158、964、805、744、700
また、TGAの結果から、シリカに対する有機ケイ素基の比率は9重量%であった。
From the IR spectrum of silica having an organosilicon group immobilized on the surface, the following absorption peak is observed, and the structure of the organosilicon group has an average composition formula:
(C 6 H 5 ) 1.0 (R 5 O) 0.16 SiO 1.42
(Wherein R 5 represents CH 3 and H).
IR (cm −1 ): 3,475, 1,638, 1,436, 1,158, 964, 805, 744, 700
Further, from the result of TGA, the ratio of the organosilicon group to the silica was 9% by weight.

生成物のTEM写真から、球形のシリカ微粒子が凝集することなくポリシロキサンに分散した形態であることが分かった。微粒子の平均粒子径は25nmであり、反応前のシリカ分散液での大きさが維持されていることが確認された。   From the TEM photograph of the product, it was found that the spherical silica fine particles were dispersed in the polysiloxane without aggregation. The average particle diameter of the fine particles was 25 nm, and it was confirmed that the size in the silica dispersion before the reaction was maintained.

さらにこの金属酸化物微粒子含有ポリシロキサン組成物中の有機ケイ素基が化学結合により表面に固定化されたシリカ微粒子とポリシロキサンの重量比率は54:46であった。   Furthermore, the weight ratio of the silica fine particles in which the organosilicon groups in the metal oxide fine particle-containing polysiloxane composition were immobilized on the surface by chemical bonding and the polysiloxane was 54:46.

[比較例1]
ソルトバスの温度を175℃とした以外は実施例1と同様に反応を行い、生成物を得た。生成物は比重の異なる二種の透明液体の混合物であり、シリカの分散したポリシロキサンは生成しなかった。
[Comparative Example 1]
A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the salt bath was changed to 175 ° C. to obtain a product. The product was a mixture of two kinds of transparent liquids having different specific gravities, and no silica-dispersed polysiloxane was produced.

[比較例2]
平均粒子径15nmのシリカ粒子の水分散液0.84mlの代わりに平均粒子径10−20nmのシリカ粒子のメチルイソブチルケトン分散液(日産化学工業(株)製、MIBK−ST;シリカ粒子濃度:30重量%)0.58mlを用いた以外は実施例1と同様に反応を行い、生成物を得た。生成物は白色固体と無色透明液体の相分離混合物であった。分離した固体を100℃で減圧乾燥し、白色固体を得たが、この生成物はシリカであり、ポリシロキサン及び有機ケイ素基が化学結合により表面に固定化された金属酸化物微粒子からなるポリシロキサン組成物は生成しなかった。
[Comparative Example 2]
Instead of 0.84 ml of an aqueous dispersion of silica particles having an average particle diameter of 15 nm, a methyl isobutyl ketone dispersion of silica particles having an average particle diameter of 10-20 nm (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MIBK-ST; silica particle concentration: 30 The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.58 ml (wt%) was used to obtain a product. The product was a phase separated mixture of a white solid and a colorless transparent liquid. The separated solid was dried at 100 ° C. under reduced pressure to obtain a white solid. This product was silica, and the polysiloxane was composed of fine particles of metal oxide having polysiloxane and organosilicon groups immobilized on the surface by chemical bonds. No composition was produced.

Claims (8)

金属酸化物微粒子、及び、ケイ素原子結合加水分解性基若しくはシラノール基、及び置換若しくは非置換の一価炭化水素基を有する有機ケイ素化合物を、水の存在下、200℃以上の温度の条件下で反応させることを特徴とする、
下記平均組成式(A):

SiO[(4−m−n)/2] (A)

(式中、
は、それぞれ独立して、置換又は非置換の一価炭化水素基を表し、
Xは、それぞれ独立して、ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基を表し、
m及びnは、それぞれ、0<m、0≦n、且つ、m+n<3を満たす数である)
で表されるポリシロキサン、及び
下記平均組成式(B):

SiO[(4−p−q)/2] (B)

(式中、
、及び、Xは、前記のとおりであり、
p及びqは、それぞれ、0<p、0≦q、且つ、p+q<3を満たす数である)
で表される有機ケイ素基が該有機ケイ素基中の酸素原子を介して化学結合により表面に固定化された金属酸化物微粒子
からなるポリシロキサン組成物の製造方法。
Metal oxide fine particles, and an organosilicon compound having a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group and a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, in the presence of water at a temperature of 200 ° C. or higher Characterized by reacting,
The following average composition formula (A):

R 1 m X n SiO [( 4-m-n) / 2] (A)

(Where
Each R 1 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group;
Each X independently represents a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group;
m and n are numbers satisfying 0 <m, 0 ≦ n, and m + n <3, respectively.
And the following average composition formula (B):

R 1 p X q SiO [( 4-p-q) / 2] (B)

(Where
R 1 and X are as described above,
p and q are numbers satisfying 0 <p, 0 ≦ q, and p + q <3, respectively)
The manufacturing method of the polysiloxane composition which consists of metal oxide fine particles by which the organic silicon group represented by these was fix | immobilized on the surface by the chemical bond through the oxygen atom in this organosilicon group.
有機ケイ素化合物が下記一般式(C):

SiX(4−a) (C)

(式中、
は、それぞれ独立して、置換又は非置換の一価炭化水素基を表し、
Xは、それぞれ独立して、ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基を表し、
aは、0<a≦2を満たす数である)で表される有機シランである、請求項1記載の製造方法。
The organosilicon compound is represented by the following general formula (C):

R 1 a SiX (4-a) (C)

(Where
Each R 1 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group;
Each X independently represents a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group;
The production method according to claim 1, wherein a is an organic silane represented by 0 <a ≦ 2.
有機ケイ素化合物が下記一般式(D):

SiO−(SiRO)−SiR (D)

(式中、
は、それぞれ独立して、置換又は非置換の一価炭化水素基を表し、
は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の一価炭化水素基、又は、ケイ素原子結合加水分解性基若しくはシラノール基を表し、但し、一分子中の少なくとも1個のRは、ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基であり、
sは、0<sを満たす数である)で表される直鎖状のオルガノシロキサンオリゴマーである、請求項1記載の製造方法。
The organosilicon compound has the following general formula (D):

R 1 2 R 2 SiO— (SiR 1 R 2 O) s —SiR 1 2 R 2 (D)

(Where
Each R 1 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group;
Each R 2 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, or a silicon-bonded hydrolyzable group or silanol group, provided that at least one R 2 in one molecule is silicon An atomic bond hydrolyzable group or silanol group,
The production method according to claim 1, wherein s is a linear organosiloxane oligomer represented by: 0 <s.
有機ケイ素化合物が下記一般式(E):

SiO[(4−b−c)/2] (E)

(式中、
は、それぞれ独立して、置換又は非置換の一価炭化水素基を表し、
Xは、それぞれ独立して、ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基を表し、
b及びcは、それぞれ、0<b<2、0<c<2、且つ、b+c<2を満たす数である)で表される分岐状若しくは網状シロキサンである、請求項1記載の製造方法。
The organosilicon compound has the following general formula (E):

R 1 b X c SiO [(4-b-c) / 2] (E)

(Where
Each R 1 independently represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group;
Each X independently represents a silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group;
The production method according to claim 1, wherein b and c are branched or reticulated siloxanes represented by 0 <b <2, 0 <c <2, and b + c <2, respectively.
ケイ素原子結合加水分解性基又はシラノール基が、ハロゲン原子、水素原子、式:−OR(Rは水素原子、又は、炭素数6以下の置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表す)で表される基、式:−OC(O)R(Rは置換又は非置換の一価炭化水素基を表す)で表される基、式:−O−N=CR (Rは前記のとおりである)で表される基、式:−NR−C(O)R(Rは前記のとおりであり、Rは水素原子、又は置換若しくは非置換の一価炭化水素基を表す)で表される基、及び、式:−ONHで表される基からなる群から選択される基である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の製造方法。 A silicon atom-bonded hydrolyzable group or silanol group is a halogen atom, a hydrogen atom, or a formula: —OR 3 (R 3 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 6 or less carbon atoms) A group represented by the formula: —OC (O) R 1 (R 1 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group), a formula: —O—N═CR 1 2 (R 1 is a group represented by the formula: —NR 4 —C (O) R 1 (wherein R 1 is as defined above, R 4 is a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted monovalent group) The production method according to any one of claims 1 to 4, which is a group selected from the group consisting of a group represented by (a hydrocarbon group) and a group represented by the formula: -ONH 2. . 金属酸化物が元素周期表の第IV族〜第XV族の金属酸化物である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal oxide is a group IV to group XV metal oxide of the periodic table. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の製造方法により得られるポリシロキサン組成物。 A polysiloxane composition obtained by the production method according to claim 1. ポリシロキサン、及び、金属酸化物微粒子の含有量(重量)の比が、1:99〜99:1である、請求項7記載のポリシロキサン組成物。 The polysiloxane composition according to claim 7, wherein the ratio of the content (weight) of the polysiloxane and the metal oxide fine particles is 1:99 to 99: 1.
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