JP2023511775A - 有機無機混合材料、その調製方法及び出発原料の調製方法 - Google Patents

有機無機混合材料、その調製方法及び出発原料の調製方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2023511775000001
本発明は、有機無機混合材料に関するものである。前記有機無機混合材料に含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つフーリエ変換赤外スペクトルの約１０５０±５０ ｃｍ-１の位置において特徴的ピークを有する。そして、本発明は、前記有機無機混合材料の調製方法及びその出発原料「イソシアネート」の調製方法も提供する。特に、前記イソシアネートの調製方法は、炭酸エステル類から転換してイソシアネートを生成する方法である。

Description

本発明は、有機無機混合材料に関するものである。当該有機無機混合材料に含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つフーリエ変換赤外スペクトルの約 １０５０±５０ ｃｍ-１の位置に特徴的ピークを有する。そして、本発明は、当該有機無機混合材料の調製方法及びその出発原料の組成を提供する。当該出発原料の組成の１つは、イソシアネートとフェノール類の縮合物である。特に、当該イソシアネートの調製方法は、炭酸エステル類から変換して前記イソシアネートを生成し、当該方法は、ポリカーボネートエステルの廃棄物問題を解決することができ、且つ変換過程において二酸化炭素を放出しないため、経済的で環境に優しい製造方法である。
複合材料はハイテク産業、特に有機無機混合材料関連の用途に多く使用され、その特殊な高ガスバリア性、低吸湿性及び分散性により、材料特性が従来の材料に比べて大幅に向上し、光学、医療材料、エレクトロニクス、特殊コーティングなどのハイテク用途に不可欠な材料となっている。
複合材料は通常有機高分子と無機物で有機無機混合材料を形成するが、有機高分子の分子鎖に比べて、無機物粒子又は粉末は、相対的に大きいナノスケールの大きさを有し、かつ形態変化後に２次元平板やシート状材料が高分子に導入される過程において、有機－無機相の分離現象が起きることがあり、複合材料の特性及び材料の安定性に影響を与える。
従って、要求を満たすように、如何に添加剤の組成を設計するか、及び有機－無機物間の相溶性を促進すると同時に、成膜性、吸水性又はガスバリア性等の複合材料全体の特性を向上することは、当技術分野で克服すべき緊急の課題である。
上記の発明の背景に鑑み、産業上の要求を満たすために、本発明的の第１目的は、新たな有機無機混合材料を提供することである。革新的に、本発明の有機無機混合材料は、新たな改質剤及び導入方法により調製される。第二に、本発明の有機無機混合材料は、炭酸エステルや炭酸エステルのリサイクルから再利用できるグリーン原料であるため、材料のリサイクル使用目的を実現可能である。
具体的に、前記有機無機混合材料は、構造式（１）で示される化合物又はイソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物又は炭酸ジフェニル又は無機微粒子、及び高分子のプレポリマーからゾルゲル法で調製され、前記有機無機混合材料の総重量において、含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つフーリエ変換赤外スペクトルの約１０５０±５０ｃｍ-１の位置において特徴的ピークを有する。
具体的に、本発明の前記改質剤は、前記構造式（１）で示される化合物である。
Figure 2023511775000002
前記構造式（１）において、ＢＰはフェノール、ポリフェノール誘導体又はハロゲン含有フェノール類であり、Ｘは（－ＣＨ２－）m又は－Ｏ－であり、ｍは１～１０の正整数であり、Ｙは（Ｈ）a、（－ＯＨ）b、（－ＯＣＨ３）c、（－ＯＣＨ２ＣＨ３）d又は（－ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）e、且つａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝３である。
具体的に、前記フェノールは、ビスフェノールＡ （２,２-ｂｉｓ（４-ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ） ｐｒｏｐａｎｅ （ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ））、ビスフェノール Ｆ （２,２-ｂｉｓ（４-ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ） ｍｅｔｈａｎｅ （ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ｆ））、構造式（２）で示される化合物、構造式（３） で示される化合物又は構造式（４）で示される化合物を含む。
前記構造式（２）で示される化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000003
前記構造式（３）で示す化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000004
前記構造式（４）で示す化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000005
前記構造式（２）、（３）及び（４）で示されるＲ１はそれぞれ炭素数１０以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又は二置換ポリフェノール基であり、Ｒ２はそれぞれ水素又は炭素数５以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又はポリフェノール基であり、Ｚはそれぞれ独立に４以下の整数であり、ｐ≦２０である。
本発明の有機無機混合材料は、上述した改質剤の反応組成を含むことで、有機物と無機物との相溶性を向上し、ゾルゲル法により物性の良い有機無機混合材料を調製することができる。
具体的に、前記反応組成の主にそれぞれ（１）前記構造式（１）で示される化合物及び高分子のプレポリマー；（２）前記イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物及び高分子のプレポリマー；（３）前記炭酸ジフェニル（Ｄｉｐｈｅｎｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）及び高分子のプレポリマー又は（４）前記無機微粒子及び高分子のプレポリマーである。
具体的に、前記高分子は、ポリウレタン、エポキシ樹脂又はポリイミドを含み、そのプレポリマーの分子量は５,０００～５０,０００Ｄａである。
本発明の第２目的は、第１目的による有機無機混合材料の調製方法を提供することである。創新的に、本発明により提供される方法は、ポリ炭酸エステルの廃棄物問題を解決可能であり、二酸化炭素を調製された有機無機混合材料に固定し続け、材料中の二酸化炭素の炭素循環を延長し、経済的で環境に優しい製造方法である。
具体的に、本発明の前記有機無機混合材料の調製方法は、以下の工程を含む：（１）構造式（１）で示される化合物又はイソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物又は炭酸ジフェニル又は無機微粒子を提供する工程；
（２）前記構造式（１）で示される化合物又はイソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物又は炭酸ジフェニル又は無機微粒子を、分子量が５,０００～５０,０００である高分子のプレポリマーに加え、得到混合物を得、前記プレポリマーの含有量は、前記混合物の１０～６０質量％を占める工程；
（３）ゾルゲル法により、前記混合物が加水分解凝縮反応して前記有機無機混合材料を形成し、前記有機無機混合材料の総重量において、含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つフーリエ変換赤外スペクトルの約１０５０±５０ｃｍ-１の位置において特徴的ピークを有する。
具体的に、前記混合物は、更に溶媒を含み、これにより前記混合物は均一になる。前記溶媒は、テトラヒドロフラン（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ジメチルスルホキシド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）、ジメチルホルムアミドＤｉｍｅｔｈｙｌ Ｆｏｒｍａｍｉｄｅ、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭｅｔｈｙｌ-２-Ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）又はアニソール（Ａｎｉｓｏｌｅ）を含む。
好ましくは、前記加水分解凝縮反応の温度範囲は２０～６０℃である。
本発明の第３目的は、炭酸エステル類からのイソシアネートの調製方法を提供することである。本発明の方法により調製して得られるイソシアネートは、本発明の第１目的の有機無機混合材料の重要な原料の１つである。特に、前記調製方法は、ポリ炭酸エステルの廃棄物を反応原料の１つとしており、２段階の加熱工程を行うだけで、イソシアネートに転換可能である。そのため、本発明の第３目により提供される炭酸エステル類からのイソシアネートの調製方法は、ポリ炭酸エステルの廃棄物の処理問題を解決可能である。従来のホスゲン法によるイソシアネートの調製方法に比べて、本発明の方法は、非ホスゲン法であり、加熱工程において二酸化炭素を放出することがないので、本発明の第３目の炭酸エステル類からのイソシアネートの調製方法は、安全で、環境に優しいという利点を兼ね備え、有効なイソシアネートの調製方法である。
具体的に、前記炭酸エステル類からのイソシアネートの調製方法は、以下の工程を含む：混合物を提供する工程であって、前記混合物は、炭酸エステル類、アミン類又はシリコン含有アミン類の化合物及び溶媒を含み、前記炭酸エステル類は、ポリ炭酸エステル、炭酸ジフェニル又はその組み合わせを含み；転換プロセスを行う工程であって、前記混合物の前記炭酸エステル類及び前記アミン類又はシリコン含有アミン類の化合物を転換させて前記イソシアネートを生成し、前記転換プロセスは、第１加熱工程及び第２加熱工程を含み、前記第１加熱工程の操作温度は４０～１５０℃であり、前記第２加熱工程の操作温度は１００ ～２５０℃であり、且つ前記第２加熱工程の操作圧力は０.０００１～４００ｍｍＨｇである。
具体的に、前記混合物の総重量において、前記ポリ炭酸エステル又は炭酸ジフェニル又はその組み合わせの反応濃度は、５～５０ｗｔ．％である。
以上より、本発明により提供される有機無機混合材料、その調製方法及びその出発原料の調製方法は、少なくとも以下の創新性及び利点を有する。（１）本発明により提供される有機無機混合材料は、特殊な改質剤を加えることで、有機物と無機物との相溶性を向上し、防水性や成膜性等のその材料の全体の物性を更に高める。（２）本発明により提供される有機無機混合材料の調製方法において使用する反応組成の１つは、ポリ炭酸エステル等の廃棄物の高分子であるため、前記方法は、高分子材料の廃棄物問題を解決可能である。（３）本発明の有機無機混合材料のうちの１つの出発原料は、「イソシアネート」であり、これは炭酸エステル類を出発物質の１つとし、加熱工程を行うだけてイソシアネートに転換可能であり、言い換えると、本発明は、更に非ホスゲン法であるイソシアネートの調製方法を提供し、前記方法は、イソシアネートの生成過程において、炭酸エステル類構造の二酸化炭素を放出することがないので、二酸化炭素の酸素循環を大幅にに延長し、安全で、環境に優しい調製方法である。
実施例１のフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトル図である。 実施例２のフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトル図である。 実施例３のフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトル図である。 実施例４のフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトル図である。 実施例５のフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトル図である。 実施例１０のフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトル図である。
本発明の上記及びその他の技術的内容、特徴および効果は、以下において図面を参照して好ましい実施例について詳細に説明により明確に示される。本発明を十分に理解できるようにするため、以下の説明において、詳細な工程とその構成を示す。当然のながら、本発明は、その実施において、当業者に周知の特定の細部に限定されるものではない。 一方、知られている組成物や工程については、本発明の不必要な限定を避けるため、詳細な説明を省略する。 以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが、これらの詳細な説明に加えて、本発明は他の実施形態においても広く実施することができ、本発明の範囲は後記特許の範囲によって限定されるものではない。
本発明の第１実施例によれば、本発明は新たな有機無機混合材料を提供する。創新的に、本発明の有機無機混合材料は、新たな改質剤及び導入方法により調製される。第二に、本発明の有機無機混合材料は、炭酸エステルや炭酸エステルのリサイクルから再利用できるグリーン原料であるため、材料のリサイクル使用目的を実現可能である。
具体的実施例において、前記有機無機混合材料は、構造式（１）で示される化合物、イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物、ジフェニルカーボネート又は無機微粒子、及び高分子のプレポリマーでゾルゲル法により調製される。当該有機無機混合材料の総重量において、含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つフーリエ変換赤外スペクトルのうち約１０５０±５０ｃｍ-１の位置において特徴的ピークを有する。
具体的に、前記改質剤は構造式（１）で示される化合物である。
Figure 2023511775000006
前記構造式（１）において、ＢＰはフェノール、ポリフェノール誘導体又はハロゲン含有フェノール類であり、Ｘは（－ＣＨ２－ＣＨ２－）m又は－Ｏ－であり、ｍは１～１０の正整数であり、Ｙは（Ｈ）ａ、（ＯＨ）ｂ、（－ＯＣＨ３）ｃ、（－ＯＣＨ２ＣＨ３）ｄ又は（－ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）ｅであり、且つａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝３である。即ち、ａ、ｂ、ｃ、ｄの合計は３である。好ましくは、ｂ、ｃ、ｄ又はｅは１～３の整数である。
具体的に、前記フェノールは、ビスフェノールＡ（２,２－ｂｉｓ（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ） ｐｒｏｐａｎｅ（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ）、ビスフェノール Ｆ （２,２－ｂｉｓ（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ） ｍｅｔｈａｎｅ （ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ｆ）、構造式（２）で示される化合物、構造式（３）で示される化合物又は構造式（４）で示される化合物を含む。
具体的に、前記構造式（２）で示される化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000007
具体的に、前記構造式（３）で示される化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000008
具体的に、前記構造式（４）で示される化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000009
前記構造式（２）、（３）及び（４）で示されるＲ１はそれぞれ炭素数１０以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基又は二置換ポリフェノール基であってよく、Ｒ２はそれぞれ水素又は炭素数５以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基又はポリフェノール基であってよく、Ｚはそれぞれ独立に４以下の整数であり、ｐ≦２０である。
好ましい実施例において、構造式（１）を有する化合物は、４－（２－（４－フェノール）プロパン－２－イル） フェニル（３－（トリメトキシシリル）プロピル）アミンエステル（４－（２－（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐａｎｅ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ（３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂａｍａｔｅであり、当該化合物の別の名称は、トリメチルシロキシアミノ末端ポリジメチルシロキサン又は３－一級アミノプロピルトリエトキシシランである。シロキサンのアミン末端基は一級アミン基であり、その特性により、前記シリコーンポリマーが水類において広いｐＨ範囲にわたって正味の正電荷を形成することができる。
具体的実施例において、当該イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、ヘキシルイソシアネート（ｈｅｘｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、１－オクチルイソシアネート（ｏｃｔｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ドデシルイソシアネート（ｄｏｄｅｃｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、オクタデシルイソシアネート（ｏｃｔａｄｅｃｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、シクロヘキシルイソシアネート（ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、トリメチルシランイソシアネート （ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアネートプロピルトリエトキシシラン （３－（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアネートプロピルトリメトキシシラン（３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソプロピルイソシアネート（ｐｈｅｎｙｌｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアン酸メチル（ｍｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアン酸エチル（ｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアン酸プロピル（ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、エイコシルイソシアネート（ｅｉｃｏｓｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）又はテトラコシルイソシアネート（ｔｅｔｒａｃｏｓｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）を含む。
具体的実施例において、当該無機微粒子は、構造式（１）で示される化合物又は当該イソシアネートとフェノール類が反応した縮合物が無機粒子の表面を覆って構成されるものである。
具体的実施例において、当該無機粒子は、シリコン酸化物又は硫化物、アルミニウム酸化物又は硫化物、チタン酸化物又は硫化物、ゲルマニウム酸化物又は硫化物、鉄酸化物又は硫化物、バリウム酸化物又は硫化物、亜鉛酸化物又は硫化物、銅酸化物又は硫化物、クロム酸化物又は硫化物、ニオブ酸化物又は硫化物、マンガン酸化物又は硫化物、スズ酸化物又は硫化物、リチウム酸化物又は硫化物、セリウム酸化物又は硫化物、コバルト酸化物又は硫化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化鉄、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、セレン化カドミウム、酸化銅、ジルコン酸バリウム、三酸化クロム、五酸化ニオブ、二酸化セリウム、チタン酸鉄、鉄シリサイド、酸化アルミニウム／酸化チタン混合層、酸化アルミニウム／ジルコニア混合層、酸化マンガン、酸化スズ、又は硫化亜鉛を含む。
具体的実施例において、当該無機粒子の粒径範囲は、２０～１,０００ｎｍである。
具体的実施例において、当該高分子は、ポリウレタン、エポキシ樹脂又はポリイミドを含む。
具体的実施例において、当該高分子のプレポリマーの分子量は、５,０００～５０,０００Ｄａである。
具体的実施例において、当該ゾルゲル法は、加水分解凝縮反応である。
具体的実施例において、当該無機化合物は、シリコン酸化物又は硫化物、アルミニウム酸化物又は硫化物、チタン酸化物又は硫化物、ゲルマニウム酸化物又は硫化物、鉄酸化物又は硫化物、バリウム酸化物又は硫化物、亜鉛酸化物又は硫化物物、銅酸化物又は硫化物、クロム酸化物又は硫化物、ニオブ酸化物又は硫化物、マンガン酸化物又は硫化物、スズ酸化物又は硫化物、リチウム酸化物又は硫化物、セリウム酸化物又は硫化物、コバルト酸化物又は硫化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化鉄、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、セレン化カドミウム、酸化銅、ジルコン酸バリウム、三酸化クロム、五酸化ニオブ、二酸化セリウム、チタン酸鉄、鉄シリサイド、酸化アルミニウム／酸化チタン混合層、酸化アルミニウム／ジルコニア混合層、酸化マンガン、酸化スズ、又は硫化亜鉛を含む。
本発明の第２実施例によるば、本発明は有機無機混合材料の調製方法を提供する。前記調製方法は、構造式（１）で示される化合物、イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物、炭酸ジフェニル又は無機微粒子を提供する工程と、前記構造式（１）で示される化合物、イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物、炭酸ジフェニル又は無機微粒子を分子量は５,０００～５０,０００の高分子のプレポリマーに加えて混合物を得、当該プレポリマーの含有量は前記混合物の１０ ～ ６０質量％である工程と、ゾルゲル法により、前記混合物の組成が加水分解凝縮反応を行い、前記有機無機混合材料を形成し、前記有機無機混合材料の総重量において、含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つ共有結合の再結合反応が可能な構造を有し、フーリエ変換赤外スペクトルの約１０５０±５０ ｃｍ-１位置において特徴的ピークを有する工程と含む。
具体的実施例において、前記構造式（１）は以下の通りである。
Figure 2023511775000010
前記構造式（１）において、ＢＰはフェノール、ポリフェノール誘導体又はハロゲン含有フェノール類であり、Ｘは（－ＣＨ２－）ｍ又は－Ｏ－ であり、ｍは１～１０の正整数であり、Ｙは（Ｈ）ａ、（－ＯＨ）ｂ、（－ＯＣＨ３）ｃ、（－ＯＣＨ２ＣＨ３）ｄ又は（－ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）ｅ且つａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝３のいずれの組み合わせであってもよい。
具体的に、前記フェノールは、ビスフェノールＡ （２,２－ｂｉｓ（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐａｎｅ（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ））、ビスフェノール Ｆ（２,２－ｂｉｓ（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｍｅｔｈａｎｅ（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ｆ））、構造式（２）で示される化合物、構造式（３）で示される化合物又は構造式（４）で示される化合物を含む。
具体的に、前記構造式（２）で示される化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000011
具体的に、前記構造式（３）で示される化合物は以下の通りである。
Figure 2023511775000012
具体的に、前記構造式（４）で示される化合物以下の通りである。
Figure 2023511775000013
前記構造式（２）、（３）及び（４）で示されるＲ１はそれぞれ炭素数１０以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又は二置換ポリフェノール基であってもよく、Ｒ２はそれぞれ水素又は炭素数５以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又はポリフェノール基であってもよく、Ｚはそれぞれ独立に４以下の整数であり、ｐ≦２０である。
好ましい実施例において、構造式（１）を有する化合物は、４－（２－（４－フェノール）プロパン－２－イル） フェニル（３－（トリメトキシシリル）プロピル）アミンエステル（４－（２－（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐａｎｅ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ（３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂａｍａｔｅであり、当該化合物の別の名称は、トリメチルシロキシアミノ末端ポリジメチルシロキサン又は３－一級アミノプロピルトリエトキシシランである。シロキサンのアミン末端基は一級アミン基であり、その特性により、前記シリコーンポリマーが水類において広いｐＨ範囲にわたって正味の正電荷を形成することができる。
具体的実施例において、前記イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、ヘキシルイソシアネート（ｈｅｘｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、1－オクチルイソシアネート（ｏｃｔｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ドデシルイソシアネート（ｄｏｄｅｃｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、オクタデシルイソシアネート（ｏｃｔａｄｅｃｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、シクロヘキシルイソシアネート（ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、トリメチルシランイソシアネート（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアネートプロピルトリエトキシシラン（３-（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアネートプロピルトリメトキシシラン（３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソプロピルイソシアネートｐｈｅｎｙｌｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ、イソシアン酸メチル（ｍｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアン酸エチル（ｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアン酸プロピル（ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、エイコシルイソシアネート（ｅｉｃｏｓｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）又はテトラコシルイソシアネート（ｔｅｔｒａｃｏｓｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）。
具体的実施例において、前記無機微粒子は、構造式（１）で示される化合物又は前記イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物で無機粒子の表面覆って構成されるものである。
具体的実施例において、前記無機粒子は、シリコン酸化物又は硫化物、アルミニウム酸化物又は硫化物、チタン酸化物又は硫化物、ゲルマニウム酸化物又は硫化物、鉄酸化物又は硫化物、バリウム酸化物又は硫化物、亜鉛酸化物又は硫化物物、銅酸化物又は硫化物、クロム酸化物又は硫化物、ニオブ酸化物又は硫化物、マンガン酸化物又は硫化物、スズ酸化物又は硫化物、リチウム酸化物又は硫化物、セリウム酸化物又は硫化物、コバルト酸化物又は硫化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化鉄、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、セレン化カドミウム、酸化銅、ジルコン酸バリウム、三酸化クロム、五酸化ニオブ、二酸化セリウム、チタン酸鉄、鉄シリサイド、酸化アルミニウム／酸化チタン混合層、酸化アルミニウム／ジルコニア混合層、酸化マンガン、酸化スズ、又は硫化亜鉛を含む。
具体的実施例において、前記無機粒子の粒径範囲は２０～１,０００ｎｍである。
具体的実施例において、前記高分子はポリウレタン、エポキシ樹脂又はポリイミドを含む。
具体的実施例において、前記高分子のプレポリマーの分子量は５,０００～５０,０００Ｄａである。
具体的実施例において、前記混合物は、更に溶媒又は添加剤を含む。
具体的実施例において、溶媒は、テトラヒドロフラン（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ジメチルスルホキシド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）、ジメチルホルムアミド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、Ｎ－メチルピロリドン（Ｎ－Ｍｅｔｈｙｌ－２－Ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）又はアニソール（Ａｎｉｓｏｌｅ）を含む。
具体的実施例において、前記添加剤は、ホウ酸、リン酸、塩酸、硫酸、硝酸、亜硫酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、アルカリ金属水酸化物、リン酸ナトリウム、脂肪族アミン類、ピペリジン及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体又は窒素複素環含有化合物を含む。
具体的実施例において、前記加水分解凝縮反応の温度範囲は２０～６０℃である。
本発明の第３実施例によれば、本発明は炭酸エステル類からイソシアネートを調製する方法を提供する。前記方法は、混合物を提供する工程と、転換プロセスを行う工程とを含む。前記混合物は、炭酸エステル類、アミン類又はシリコン含有アミン類的化合物及び溶媒を含む。前記炭酸エステル類は、ポリ炭酸エステル、炭酸ジフェニル又はその組み合わせを含む。前記転換プロセスは、前記混合物の前記炭酸エステル類及び前記アミン類又はシリコン含有アミン類の化合物が変換されて前記イソシアネートを生成する。前記転換プロセスは、第１加熱工程と、第２加熱工程とを含み、前記第１加熱工程の操作温度は４０～１５０℃であり、前記第２加熱工程の操作温度は１００ ～２５０℃であり、且つ前記第２加熱工程の操作圧力は、０.０００１～４００ｍｍＨｇである。
具体的実施例において、前記アミン類化合物は、ベンジルアミン（Ｂｅｎｚｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－エチルアミン（Ethylamine）、フェネチルアミン（Ｐｈｅｎｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－プロピルアミン（Ｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）、３－フェニルプロピルアミン（３－Ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－ブチルアミン（Ｂｕｔｙｌａｍｉｎｅ）、４－フェニルブチルアミン（４－ＰｈｅｎｙｌＢｕｔｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－ペンチルアミン（Ｐｅｎｔｙｌａｍｉｎｅ）、５－フェニルペンチルアミン（５－ＰｈｅｎｙｌＰｅｎｔｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－ヘキシルアミン（Ｈｅｘｙｌａｍｉｎｅ）、６－フェニルヘキシルアミン（６－ＰｈｅｎｙｌＨｅｘｙｌａｍｉｎｅ）、イソブチルアミン（ＩｓｏＢｕｔｙｌａｍｉｎｅ）、アミノエチル－１,４－ジアゼピン（Ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌ ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ）、メチルヘキサヒドロピラジン（１－Ｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ）、Ｎ－アミノプロピルモルホリン（３－Ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）又はアミノエチル－１,４－ジアゼピン（Ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌ ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ）を含む。
具体的実施例において、前記シリコン含有アミン類化合物は、３－アミノプロピルトリエトキシシラン（（３－Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）又は３－アミノプロピルトリメトキシシラン（（３－Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）。
具体的実施例において、前記混合物の総重量において、前記ポリ炭酸エステル、炭酸ジフェニル又はその組み合わせの反応濃度は５～５０ｗｔ．％である。
具体的実施例において、前記溶媒は、ジエチルエーテル（Ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジプロピルエーテル（Ｄｉ－ｎ－ｐｒｏｐｙｌ ｅｔｈｅｒ）、イソプロピルエーテル（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ｅｔｈｅｒ）、アニソール（Ａｎｉｓｏｌｅ）、エトキシベンゼン（ＥｔｈｏｘｙＢｅｎｚｅｎｅ）、プロポキシベンゼン（ＰｒｏｐｏｘｙＢｅｎｚｅｎｅ）、ブトキシベンゼン（ＢｕｔｏｘｙＢｅｎｚｅｎｅ）、Ｏ－メチルアニソール（２－ＭｅｔｈｏｘｙＴｏｌｕｅｎｅ）、ｍ－メチルアニソール（３－ＭｅｔｈｏｘｙＴｏｌｕｅｎｅ）、ｐ－メチルアニソール（４－ＭｅｔｈｏｘｙＴｏｌｕｅｎｅ）、ベンジルエチルエーテル（Ｂｅｎｚｙｌ ｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジフェニルエーテル（Ｄｉｐｈｅｎｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジベンジルエーテル（Ｄｉｂｅｎｚｙｌ ｅｔｈｅｒ）、テトラヒドロフラン（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ジヒドロピラン（２,３－Ｄｉｈｙｄｒｏｐｙｒａｎ）、テトラヒドロピラン（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｙｒａｎ）、２－メチルテトラヒドロピラン（２－Ｍｅｔｈｙｌ Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｙｒａｎ）、ベンゼン（Ｂｅｎｚｅｎｅ）、トルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）、キシレン（Ｘｙｌｅｎｅ）、エチルベンゼン（ＥｔｈｙｌＢｅｎｚｅｎｅ）、ジエチルベンゼン（ＤｉＥｔｈｙｌＢｅｎｚｅｎｅ）又はシクロヘキシルベンゼン（ＣｙｃｌｏｈｅｘｙｌＢｅｎｚｅｎｅ）を含む。
以上から、本発明により提供される有機無機混合材料及びその製方法は、新たな改質剤及び導入方式により、有機物及び無機物の相溶性を大幅に向上し、ゾルゲル法を利用して本発明の前記有機無機混合材料を調製する。そして、本発明の前記有機無機混合材料は、炭酸エステル又はポリ炭酸エステルのリサイクルから再利用できるグリーン原料であるため、材料のリサイクル使用目的を実現可能である。更に、本発明により提供される炭酸エステル類からイソシアネートを調製する方法は非ホスゲン法であり、且つイソシアネートを調製する過程において、二酸化炭素が放出されないため、二酸化炭素の炭素循環が延長され、安全で環境に優しい調製方法である。
以下の実験例及び実施例は、上記の発明の内容及び実施例で述べた内容にに基づくものであり、本発明の詳細な説明として用いられる。
本発明の構造式（１）を有する化合物/改質剤の通常の調製工程
適量のイソシアネート及びフェノール類を非極性溶媒に溶解して均一な混合物を形成し、６０～１００℃で反応する。反応を促進するために、少量の有機スズ、アミン、ビスマス、亜鉛等の触媒を加えてもよい。１２時間観察してフェノール類が完全に消費された後、精製して溶媒を除去し、構造式（１）で示される化合物を得た。
改質剤の代表的実験例：３－一級アミノプロピルトリエトキシシラン；（４－（２－（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ（３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂａｍａｔｅの調製方法
イソシアネートプロピルトリエトキシシラン５ｇとビスフェノールＡ（ＢＰＡ） ４.１７ｇをトルエン５０ｍｌに溶解し、８０～１００℃で反応する。少量の有機スズ触媒を加えて反応を加速させる。薄層クロマトグラフィー（ｔｈｉｎ ｌａｙｅｒ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）で１２時間観察してビスフェノールＡが完全に消費された後、精製して溶媒を除去し、３－一級アミノプロピルトリエトキシシラン７.８ｇ（４－（２－（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ（３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂａｍａｔｅを得た。反応過程をＦＴ－ＩＲでモニターし、１７１６ｃｍ-１のカーバメート（ｃａｒｂａｍａｔｅ）の炭素－酸素二重結合官能基吸収ピークを生成し、最後に減圧・蒸留により溶媒を除去して生成物を得、１Ｈ－ＮＭＲ分析を行った。
（ＦＴＩＲ）（ＫＢｒ）:１７１６ ｃｍ-１, ３３５０ ｃｍ-１（ＮＨ,ｕｒｅｔｈａｎｅ）, ９５０ｃｍ-１ （Ｓｉ－Ｏ）; １Ｈ－ＮＭＲ （４００ＭＨｚ, ｄ－ＤＭＳＯ）: δ（ｐｐｍ）＝０.５（ｔ, ６Ｈ）, １.２ （t, ２７Ｈ）, １.５（ｔ, １８Ｈ）, ３.０（ｍ, ６Ｈ）, ３.８（ｍ, １８Ｈ）, ６.７（ｍ, ６Ｈ）, ７.０（ｍ, １２Ｈ）, ７.２（ｍ, ６Ｈ）, ７.７（t, ３Ｈ）, ９.２（ｓ, ３Ｈ）。
上述した具有構造式（１）を有する化合物の通常の調製工程において使用するイソシアネートは、脂肪族のイソシアネート、単独又は混合で脂肪族イソシアネート、ヘキシルイソシアネート（ｈｅｘｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、１－オクチルイソシアネート （ｏｃｔｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ドデシルイソシアネート （ｄｏｄｅｃｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、オクタデシルイソシアネート（ｏｃｔａｄｅｃｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、シクロヘキシルイソシアネート（ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、トリメチルシランイソシアネート （ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアネートプロピルトリエトキシシラン（３-（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアネートプロピルトリメトキシシラン（３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソプロピルイソシアネートｐｈｅｎｙｌｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ、イソシアン酸メチル（ｍｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアン酸エチル（ｅｔｈｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、イソシアン酸プロピル（ｐｒｏｐｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、エイコシルイソシアネート（ｅｉｃｏｓｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）又はテトラコシルイソシアネート（ｔｅｔｒａｃｏｓｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）を使用する。
上述した構造式（１）を有する化合物の通常の調製工程において使用するフェノール類は、ビスフェノール又はポリフェノール類に由来し、前記フェノールは、ビスフェノールＡ（２,２-ｂｉｓ（４-ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ） ｐｒｏｐａｎｅ （ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ））、ビスフェノール Ｆ（２,２－ｂｉｓ（４-ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ） ｍｅｔｈａｎｅ （ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ｆ））、構造式（２）で示される化合物、構造式（３）で示される化合物又は構造式（４）で示される化合物を含む。
本発明の前記無機微粒子の通常の調製工程
構造式（１）のシロキサン官能基含有化合物と無機物粒子表面のヒドロキシル基（－ＯＨ）、アミン基（－ＮＨ２）又はチオール基（－ＳＨ）と縮合反応を行うことで、カルバメート官能基を含有する構造式（１）の化合物が無機粒子の表面に結合・固定され、本発明の前記無機微粒子を形成する。前記無機微粒子は、表面官能化無機粒子である。そして、前記無機粒子の粒径範囲は、２０～１,０００ ｎｍである。具体的に、前記無機粒子は、シリコン酸化物又は硫化物、アルミニウム酸化物又は硫化物、チタン酸化物又は硫化物、ゲルマニウム酸化物又は硫化物、鉄酸化物又は硫化物、バリウム酸化物又は硫化物、亜鉛酸化物又は硫化物物、銅酸化物又は硫化物、クロム酸化物又は硫化物、ニオブ酸化物又は硫化物、マンガン酸化物又は硫化物、スズ酸化物又は硫化物、リチウム酸化物又は硫化物、セリウム酸化物又は硫化物、コバルト酸化物又は硫化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化鉄、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、セレン化カドミウム、酸化銅、ジルコン酸バリウム、三酸化クロム、五酸化ニオブ、二酸化セリウム、チタン酸鉄、鉄シリサイド、酸化アルミニウム／酸化チタン混合層、酸化アルミニウム／ジルコニア混合層、酸化マンガン、酸化スズ、又は硫化亜鉛を含む。
本発明の前記有機無機混合材料の通常の調製工程
前記構造式（１）で示される化合物、前記イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物、炭酸ジフェニル又は前記無機微粒子を提供する。特に、カルバメート官能基（ｃａｒｂａｍａｔｅ）を有する原料とカルボニル基（ｃａｒｂｏｎｙｌ）を含有する高分子は相溶性が良い。高分子プレポリマーを提供する。前記高分子プレポリマーは、ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ）、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎｓ）、ポリイミド又はポリアミック酸（Ｐｏｌｙａｍｉｃ ａｃｉｄ; ＰＡＡ）等の分子量５,０００～５０,０００の高分子のプレポリマーを含む。前記構造式（１）の化合物を前記高分子プレポリマーに直接加え、赤外線分光計によりモニターし、９５０ｃｍ-１においてＳｉ－Ｏ－Ｒの官能基の左右に吸収ピークが現れることが観察でき、構造式（１）で示される化合物と前記高分子プレポリマーを含む混合溶液を溶媒で希釈した後、０.１～５.０重量比の塩酸、硝又は醋酸等の酸性触媒を加えて均一に攪拌し、成膜して乾燥させ、６０℃のオーブンに入れ、２４～４８時間でゾルゲル反応を完成し、次に真空オーブンで乾燥させて過剰な溶媒を除去した。反応終了後、９５０ｃｍ-１のＳｉ－Ｏ－Ｒ官能基がなくなり、再び１０００～１１００ｃｍ-１のＳｉ－Ｏ－Ｓｉ官能基が形成され、本発明の前記有機/無機混合材料の調製を完成した。
ポリウレタンプレポリマーの通常の調製工程
前記ポリウレタンのプレポリマーは、高分子重合反応により調製される。具体的に、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）又は１,６-ヘキシレンジイソシアネート（ＨＤＩ）等のジイソシアネート、及びポリエーテルグリコール（ＰＥＧ）、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）、ポリカプロラクトンポリオール（ＰＣＬ）、又はポリカーボネートジオール（ＰＣＰＯ）等のポリオールを６０～８０ ℃で縮合重合し、反応過程で少量のジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）、テトラヒドロフラン（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ジメチルスルホキシド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）又はアニソール（Ａｎｉｓｏｌｅ）等の溶媒を加えてもよい。約３０分後に、予備重合反応を完了し、この際に、ＦＴ－ＩＲスペクトルにおいてカルバメート官能基の特徴的ピークを観察できた。
前記ポリウレタンのプレポリマー及び有機無機混合材料の通常の調製工程により調製される各種のカルバメート含有有機無機混合材料は、表１に示す。ジイソシアネート及びポリオールは、ポリウレタンプレポリマーの反応組成である。シリカ（Ｓｉｌｉｃａ）は、調製して得られる有機無機混合材料の無機化合物の含有量である。
表１
Figure 2023511775000014
a）ポリオールの後方の数字は分子量を示し、ポリエーテルポリオール２０００は分子量が２０００ｇ／ｍｏｌのポリエーテルポリオールを示す。 b） シリカ（％）は全体の有機無機混合材料における無機化合物の重量割合を示す。 c）有機無機混合材料の平面上の水接触角を示す。Ｘは成膜性質が劣ることを示す。Ｏは成膜性質が普通であることを示す。◎は成膜性質が優れることを示す。
実施例１は、ジフェニルメタンジイソシアネートＭＤＩとポリエステルポリオールＰＣＬ２０００とを予備重合したポリウレタンである。実施例１は、構造式（１）を加えていない実験対照組であり、図１に示すＦＴ－ＩＲスペクトルによれば、１７３７ｃｍ-１付近の位置においてカルバメート官能基の特徴的ピークを観察できる。実施例２は、ＭＤＩとポリエステルポリオールＰＣＬ２０００とを重合したポリウレタンプレポリマーであり、その後、構造式（１）で示される化合物又は代表実験例で生成される化合物を前記ＭＤＩとポリエステルポリオールＰＣＬ２０００とが重合したポリウレタンプレポリマーに加え、混合溶液を形成し、溶媒で希釈した後、０.１～５.０重量比の塩酸、硝酸又は醋酸等の酸性触媒を加えて均一に攪拌し、成膜して乾燥させ、６０℃のオーブンに入れ、２４～４８時間でゾルゲル反応を完成し、次に真空オーブンで乾燥させて過剰な溶媒を除去した。反応終了後、９５０ｃｍ-１のＳｉ－Ｏ－Ｒ官能基がなくなり、再びＳｉ－Ｏ－Ｓｉ官能基が生成され、（ＦＴＩＲ）スペクトル１０４１ｃｍ-１の位置に特徴的ピークを有し、そのスペクトル図は図２に示す。これにより、本発明の前記有機/無機混合材料の調製を完成した。実施例３は、ＭＤＩとポリ炭酸エステルポリオールＰＣＰＯ２０００とを予備重合したポリウレタンであり、実施例３には構造式（１）を加えていない。図３に示すように、その（ＦＴＩＲ）スペクトルは、１７４２ｃｍ-１付近においてカルバメート及び炭酸エステルが重なったＣ＝Ｏ（ｃａｒｂｏｎｙｌ）官能基を確認できる。実施例４は、ＭＤＩとポリ炭酸エステルポリオールＰＣＰＯ２０００とを予備重合したポリウレタンであり、構造式（１）で示される化合物又は代表実験例で生成される化合物を加え、上述した実施例２と同様なゾルゲル反応工程及び調製プロセスを経、（ＦＴＩＲ）スペクトルの１０８５ｃｍ-１付近において新たな生成されたＳｉ－Ｏ－Ｓｉ官能基を観察でき、得られる有機/無機混合材料の（ＦＴＩＲ）スペクトルを図４に示す。
実施例５は、ＭＤＩとポリエーテルポリオールＰＴＭＥＧ２０００とを重合したポリウレタンであり、実施例５は、構造式（１）を加えていない。（ＦＴＩＲ）スペクトルの１７３２ｃｍ-１付近においてカルバメート官能基の特徴的ピークを観察でき、その（ＦＴＩＲ）スペクトルを図５に示す。実施例６～１０は、構造式（１）で示される化合物又は代表実験例の化合物と前記高分子プレポリマーの混合溶液を溶媒で希釈した後、更に寸法が２０～１,０００ｎｍであるシリカベースナノマイクロスフェアを加え、０.１～５.０重量比の酸性触媒を加えて均一に攪拌し、成膜して乾燥させて６０℃のオーブンに入れ、２４～４８時間でゾルゲル反応を完成し、次に真空オーブンで乾燥させて過剰な溶媒を除去した。反応終了後、（ＦＴＩＲ）スペクトル位置に９５０ｃｍ-１のＳｉ－Ｏ－Ｒ官能基がなくなり、その後、１０９５ｃｍ-１のＳｉ－Ｏ－Ｓｉ官能基を生成（実施例１０）し、本発明の前記有機無機混合材料を得、その（ＦＴＩＲ）スペクトルを図６に示す。
上述した実施例１、３、５は、構造式（１）で示される化合物又は代表実験例の化合物を加えていない実験対照群である。上述した実施例２、４、６～１０は、各種のジイソシアネートとポリオールとで形成されるポリウレタンのプレポリマー及び構造式（１）で示される化合物又は代表実験例の化合物（３－一級アミノプロピルトリエトキシシラン；（４－（２－（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ （３－（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂａｍａｔｅ）を上記の通常工程により調製して得られる有機無機混合材料を示す。
以上より、本発明のカルバメート官能基（ｃａｒｂａｍａｔｅ）を有する化合物は、無機物と高分子プレポリマーと相溶を有効に補助し、ゾルゲル法により調製して得られる本発明の前記有機無機混合材料に含まれる無機化合物の重量割合是５～５０ｗｔ．％である。第２に、本発明の有機無機混合材料の平面上の水接触角は、通常８０～９０度であり、その技術的意義は、本発明の有機無機混合材料の耐水性又は耐湿潤性が大幅に改善されることであり、そのため、本発明により提供される有機無機混合材料は、絶縁、密封および防水又は構造材料として特に有利である。
本発明の炭酸エステル類からイソシアネートを調製する代表実験例
３－アミノプロピルトリメトキシシラン（（３－Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）及びポリ炭酸エステルを溶媒に混合し、前記溶媒は、ジエチルエーテル（Ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジプロピルエーテル（Di-ｎ－ｐｒｏｐｙｌ ｅｔｈｅｒ）、イソプロピルエーテル（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ｅｔｈｅｒ）アニソール（Ａｎｉｓｏｌｅ）、エトキシベンゼン（ＥｔｈｏｘｙＢｅｎｚｅｎｅ）、プロポキシベンゼン（ＰｒｏｐｏｘｙＢｅｎｚｅｎｅ）、ブトキシベンゼン（ＢｕｔｏｘｙＢｅｎｚｅｎｅ）、Ｏ－メチルアニソール（２－ＭｅｔｈｏｘｙＴｏｌｕｅｎｅ）、ｍ－メチルアニソール（３－ＭｅｔｈｏｘｙＴｏｌｕｅｎｅ）、ｐ－メチルアニソール（４－ＭｅｔｈｏｘｙＴｏｌｕｅｎｅ）、ベンジルエチルエーテル（Ｂｅｎｚｙｌ ｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジフェニルエーテル（Ｄｉｐｈｅｎｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジベンジルエーテル（Ｄｉｂｅｎｚｙｌ ｅｔｈｅｒ）、テトラヒドロフラン（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ジヒドロピラン（２,３-Ｄｉｈｙｄｒｏｐｙｒａｎ）、テトラヒドロピラン（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｙｒａｎ）、２－メチルテトラヒドロピラン（２－Ｍｅｔｈｙｌ Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｙｒａｎ）、ベンゼン（Ｂｅｎｚｅｎｅ）、トルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）、キシレン（Ｘｙｌｅｎｅ）、エチルベンゼン（ＥｔｈｙｌＢｅｎｚｅｎｅ）、ジエチルベンゼン（ＤｉＥｔｈｙｌＢｅｎｚｅｎｅ）又はシクロヘキシルベンゼン（ＣｙｃｌｏｈｅｘｙｌＢｅｎｚｅｎｅ）を含む。まず、８０～９０℃に加熱して反応し、その後、２００～２５０℃に昇温するとともに、高温を制御するための操作圧力は真空下であり、圧力範囲は０.０００１-４００ｍｍＨｇである。最後に、イソシアネートプロピルトリエトキシシランのイソシアネートが得られ、その（ＦＴＩＲ）スペクトルの２２６０ｃｍ-１においてイソシアネートの特徴的吸収ピークが観察された。
前記炭酸エステル類からイソシアネートを調製する代表実験例で使用する３－アミノプロピルトリメトキシシラン（（３－Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）の代わりに、その他のアミン類化合物を使用してもよい。これにより各種のアルキル基又は官能基のイソシアネートが調製される。前記その他のアミン類化合物は、ベンジルアミン（Ｂｅｎｚｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－エチルアミン（Ethylamine）、フェネチルアミン（Ｐｈｅｎｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－プロピルアミン（Ｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）、３－フェニルプロピルアミン（３-Ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－ブチルアミン（Ｂｕｔｙｌａｍｉｎｅ）、４－フェニルブチルアミン（４－ＰｈｅｎｙｌＢｕｔｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－ペンチルアミン（Ｐｅｎｔｙｌａｍｉｎｅ）、５－フェニルペンチルアミン（５－ＰｈｅｎｙｌＰｅｎｔｙｌａｍｉｎｅ）、ｎ－ヘキシルアミン（Ｈｅｘｙｌａｍｉｎｅ）、６－フェニルヘキシルアミン（６－ＰｈｅｎｙｌＨｅｘｙｌａｍｉｎｅ）、イソブチルアミン（ＩｓｏＢｕｔｙｌａｍｉｎｅ） アミノエチル－１,４－ジアゼピン（Ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌ ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ）、メチルヘキサヒドロピラジン（１－Ｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ）、Ｎ－アミノプロピルモルホリン（３－Ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｐｒｏｐｙｌａｍｉｎｅ）又はアミノエチル－１,４－ジアゼピン（Ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌ ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ）等の脂肪族アミン類又は３－アミノプロピルトリエトキシシラン（（３－Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）等のシリコン含有アミン類化合物を含む。
本発明を説明するために特定実験例を使用したが、それは本書の範囲を限定するものではなく、本書の要旨から逸脱しない限り、当技術分野に精通している者は、様々な修正または変更が可能であることを理解するであろう。そして、要約と発明の名称は、特許の検索を支援するためのものであり、本発明の権利の範囲を制限することを意図したものではありません。

Claims (28)

  1. 有機無機混合材料であって、
    構造式（１）で示される化合物又はイソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物又は炭酸ジフェニル又は無機微粒子、及び高分子のプレポリマーからゾルゲル法で調製され、
    前記有機無機混合材料の総重量において、含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つフーリエ変換赤外スペクトルの約１０５０±５０ｃｍ-１の位置において特徴的ピークを有する、ことを特徴とする有機無機混合材料。
    Figure 2023511775000015
    （ＢＰはフェノール、ポリフェノール誘導体又はハロゲン含有フェノール類であり、
    Ｘは（－ＣＨ２－）m又は－Ｏ－であり、ｍは１～１０の正整数であり、
    Ｙは（Ｈ）a、（－ＯＨ）b、（－ＯＣＨ３）c、（－ＯＣＨ２ＣＨ３）d又は（－ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）e、且つａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝３である。）
  2. 前記構造式（１）で示される化合物は、４－（２－（４－フェノール）プロパン－２－イル） フェニル（３－（トリメトキシシリル）プロピル）アミンエステルである、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
  3. 前記イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、ヘキシルイソシアネート、１－オクチルイソシアネート、ドデシルイソシアネート、オクタデシルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、トリメチルシランイソシアネート、イソシアネートプロピルトリエトキシシラン, イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルイソシアネート, イソシアン酸メチル、イソシアン酸エチル、イソシアン酸プロピル、エイコシルイソシアネート又はテトラコシルイソシアネートを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
  4. 前記フェノールは、ビスフェノールＡ、ビスフェノール Ｆ、構造式（２）で示される化合物、構造式（３）で示される化合物又は構造式（４）で示される化合物を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
    Figure 2023511775000016
    （Ｒ１はそれぞれ炭素数１０以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又は二置換ポリフェノール基であり、
    Ｒ２はそれぞれ水素又は炭素数５以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又はポリフェノール基であり、
    Ｚはそれぞれ独立に４以下の整数であり、ｐ≦２０である。）
  5. 前記無機微粒子は、一般式（１）で示される化合物又は前記イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物で無機粒子の表面を覆って構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
  6. 前記無機粒子は、シリコン酸化物又は硫化物、アルミニウム酸化物又は硫化物、チタン酸化物又は硫化物、ゲルマニウム酸化物又は硫化物、鉄酸化物又は硫化物、バリウム酸化物又は硫化物、亜鉛酸化物又は硫化物物、銅酸化物又は硫化物、クロム酸化物又は硫化物、ニオブ酸化物又は硫化物、マンガン酸化物又は硫化物、スズ酸化物又は硫化物、リチウム酸化物又は硫化物、セリウム酸化物又は硫化物、コバルト酸化物又は硫化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化鉄、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、セレン化カドミウム、酸化銅、ジルコン酸バリウム、三酸化クロム、五酸化ニオブ、二酸化セリウム、チタン酸鉄、鉄シリサイド、酸化アルミニウム／酸化チタン混合層、酸化アルミニウム／ジルコニア混合層、酸化マンガン、酸化スズ、又は硫化亜鉛を含む、ことを特徴とする請求項５に記載の有機無機混合材料。
  7. 前記無機粒子の粒径範囲は、２０～１,０００ｎｍである、ことを特徴とする請求項５に記載の有機無機混合材料。
  8. 前記高分子は、ポリウレタン、エポキシ樹脂又はポリイミドを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
  9. 前記高分子のプレポリマーの分子量は、５,０００～５０,０００Ｄａである、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
  10. 前記ゾルゲル法は、加水分解凝縮反応である、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
  11. 前記無機化合物は、シリコン酸化物又は硫化物、アルミニウム酸化物又は硫化物、チタン酸化物又は硫化物、ゲルマニウム酸化物又は硫化物、鉄酸化物又は硫化物、バリウム酸化物又は硫化物、亜鉛酸化物又は硫化物物、銅酸化物又は硫化物、クロム酸化物又は硫化物、ニオブ酸化物又は硫化物、マンガン酸化物又は硫化物、スズ酸化物又は硫化物、リチウム酸化物又は硫化物、セリウム酸化物又は硫化物、コバルト酸化物又は硫化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化鉄、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、セレン化カドミウム、酸化銅、ジルコン酸バリウム、三酸化クロム、五酸化ニオブ、二酸化セリウム、チタン酸鉄、鉄シリサイド、酸化アルミニウム／酸化チタン混合層、酸化アルミニウム／ジルコニア混合層、酸化マンガン、酸化スズ、又は硫化亜鉛を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の有機無機混合材料。
  12. 以下の工程を含むことを特徴とする有機無機混合材料の調製方法：
    （１）構造式（１）で示される化合物又はイソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物又は炭酸ジフェニル又は無機微粒子を提供する工程；
    Figure 2023511775000017
    （ＢＰはフェノール、ポリフェノール誘導体又はハロゲン含有フェノール類であり、
    Ｘは（－ＣＨ２－）m又は－Ｏ－であり、ｍは１～１０の正整数であり、
    Ｙは（Ｈ）a、（－ＯＨ）b、（－ＯＣＨ３）c、（－ＯＣＨ２ＣＨ３）d又は（－ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）e、且つａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝３である。）
    （２）前記構造式（１）で示される化合物又はイソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物又は炭酸ジフェニル又は無機微粒子を、分子量が５,０００～５０,０００である高分子のプレポリマーに加え、得到混合物を得、前記プレポリマーの含有量は、前記混合物の１０～６０質量％を占める工程；
    （３）ゾルゲル法により、前記混合物が加水分解凝縮反応して前記有機無機混合材料を形成し、前記有機無機混合材料の総重量において、含まれる無機化合物の重量割合は５～５０ｗｔ．％であり、且つフーリエ変換赤外スペクトルの約１０５０±５０ｃｍ-１の位置において特徴的ピークを有する。
  13. 前記構造式（１）で示される化合物は、４－（２－（４－フェノール）プロパン－２－イル） フェニル（３－（トリメトキシシリル）プロピル）アミンエステルである、ことを特徴とする請求項１２に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  14. 前記イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、ヘキシルイソシアネート、１－オクチルイソシアネート、ドデシルイソシアネート、オクタデシルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、トリメチルシランイソシアネート、イソシアネートプロピルトリエトキシシラン, イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルイソシアネート, イソシアン酸メチル、イソシアン酸エチル、イソシアン酸プロピル、エイコシルイソシアネート又はテトラコシルイソシアネートを含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  15. 前記フェノールは、ビスフェノールＡ、ビスフェノール Ｆ、構造式（２）で示される化合物、構造式（３）で示される化合物又は構造式（４）で示される化合物を含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の有機無機混合材料の調製方法。
    Figure 2023511775000018
    （Ｒ１はそれぞれ炭素数１０以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又は二置換ポリフェノール基であり、
    Ｒ２はそれぞれ水素又は炭素数５以下の長炭素鎖、シクロアルカン、ハロアルカン、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、又はポリフェノール基であり、
    Ｚはそれぞれ独立に４以下の整数であり、ｐ≦２０である。）
  16. 前記無機微粒子は、一般式（１）で示される化合物又は前記イソシアネートとフェノール類とが反応した縮合物で無機粒子の表面を覆って構成される、ことを特徴とする請求項１２に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  17. 前記無機粒子は、シリコン酸化物又は硫化物、アルミニウム酸化物又は硫化物、チタン酸化物又は硫化物、ゲルマニウム酸化物又は硫化物、鉄酸化物又は硫化物、バリウム酸化物又は硫化物、亜鉛酸化物又は硫化物物、銅酸化物又は硫化物、クロム酸化物又は硫化物、ニオブ酸化物又は硫化物、マンガン酸化物又は硫化物、スズ酸化物又は硫化物、リチウム酸化物又は硫化物、セリウム酸化物又は硫化物、コバルト酸化物又は硫化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化鉄、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、セレン化カドミウム、酸化銅、ジルコン酸バリウム、三酸化クロム、五酸化ニオブ、二酸化セリウム、チタン酸鉄、鉄シリサイド、酸化アルミニウム／酸化チタン混合層、酸化アルミニウム／ジルコニア混合層、酸化マンガン、酸化スズ、又は硫化亜鉛を含む、ことを特徴とする請求項１６に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  18. 前記無機粒子の粒径範囲は、２０～１,０００ｎｍである、ことを特徴とする請求項１６に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  19. 前記高分子は、ポリウレタン、エポキシ樹脂又はポリイミドを含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  20. 前記混合物は、溶媒又は添加剤を更に含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  21. 前記溶媒は、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ－メチルピロリドン又はアニソールを含む、ことを特徴とする請求項２０に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  22. 前記添加剤は、ホウ酸、リン酸、塩酸、硫酸、硝酸、亜硫酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、アルカリ金属水酸化物、リン酸ナトリウム、脂肪族アミン類、ピペリジン及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体又は窒素複素環含有化合物を含む、ことを特徴とする請求項２０に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  23. 前記加水分解凝縮反応の温度は、２０～６０℃である、ことを特徴とする請求項１２に記載の有機無機混合材料の調製方法。
  24. 以下の工程を含む炭酸エステル類からのイソシアネートの調製方法：
    （１）混合物を提供する工程であって、前記混合物は、炭酸エステル類、アミン類又はシリコン含有アミン類の化合物及び溶媒を含み、前記炭酸エステル類は、ポリ炭酸エステル、炭酸ジフェニル又はその組み合わせを含み；
    （２）転換プロセスを行う工程であって、前記混合物の前記炭酸エステル類及び前記アミン類又はシリコン含有アミン類の化合物を転換させて前記イソシアネートを生成し、前記転換プロセスは、第１加熱工程及び第２加熱工程を含み、前記第１加熱工程の操作温度は４０～１５０℃であり、前記第２加熱工程の操作温度は１００ ～２５０℃であり、且つ前記第２加熱工程の操作圧力は０.０００１～４００ｍｍＨｇである。
  25. 前記アミン類化合物は、ベンジルアミン、ｎ－エチルアミン、フェネチルアミン、ｎ－プロピルアミン、３－フェニルプロピルアミン、ｎ－ブチルアミン、４－フェニルブチルアミン、ｎ－ペンチルアミン、５－フェニルペンチルアミン、ｎ－ヘキシルアミン、６－フェニルヘキシルアミン、イソブチルアミンアミノエチル－１,４－ジアゼピン、メチルヘキサヒドロピラジン、Ｎ－アミノプロピルモルホリン又はアミノエチル－１,４－ジアゼピンを含む、ことを特徴とする請求項２４に記載のイソシアネートの調製方法。
  26. 前記シリコン含有アミン類化合物は、３－アミノプロピルトリエトキシシラン又は３－アミノプロピルトリメトキシシランを含む、ことを特徴とする請求項２４に記載のイソシアネートの調製方法。
  27. 前記混合物の総重量において、前記ポリ炭酸エステル又は炭酸ジフェニル又はその組み合わせの反応濃度は、５～５０ｗｔ．％である、ことを特徴とする請求項２４に記載のイソシアネートの調製方法。
  28. 前記溶媒は、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、イソプロピルエーテルアニソール、エトキシベンゼン、プロポキシベンゼン、ブトキシベンゼン、Ｏ－メチルアニソール、ｍ－メチルアニソール、ｐ－メチルアニソール、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、テトラヒドロフラン、ジヒドロピラン、テトラヒドロピラン、２－メチルテトラヒドロピラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン又はシクロヘキシルベンゼンを含む、ことを特徴とする請求項２４に記載のイソシアネートの調製方法。
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