JP3063461B2 - オルガノポリシロキサンの製造方法 - Google Patents

オルガノポリシロキサンの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、塗料、成形材料、医療
用材料、各種コーティング材料分野などで有機樹脂の改
質剤等として好適に用いられる新規なオルガノポリシロ
キサンの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、有機官能基を含有するオルガノポリシロキサンは、
塗料、成形材料、医療用材料、各種コーティング材料等
の分野で樹脂改質剤として広く利用され、有機樹脂に耐
熱性、耐候性、離型性、成形加工性、耐熱衝撃性等の特
性を付与するものである。
【0003】このような有機官能基を含有するオルガノ
ポリシロキサンとしては、従来、ジメチルポリシロキサ
ンの両末端にアルコール性水酸基を含有する化合物(特
公昭54−8718号公報)、ジメチルポリシロキサン
の両末端に官能基を有する化合物(特開昭58−217
515号、同59−123502号公報)、側鎖に官能
基を有するメチルポリシロキサン(特公昭61−189
68号、同61−28880号公報)、側鎖及び両末端
にアルコール性水酸基を含有するメチルフェニルポリシ
ロキサンが提案されている。また最近では1分子中に
(メタ)アクリル基、エポキシ基、アルコール性水酸基
等の異種の官能基を含有するオルガノポリシロキサン
(特開平2−294962号、同294963号公報)
も提案されている。
【0004】しかし、これまでに、(メタ)アクリル基
とカルボキシル基の双方の官能基を含有するオルガノポ
リシロキサンは知られていない。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、樹
脂改質剤等として更に有効に使用される有機オルガノポ
リシロキサンにつき鋭意検討を行った結果、下記平均組
成式(2)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロ
キサンのSiH基にアクリル酸、メタクリル酸、ウンデ
シレン酸から選ばれる不飽和化合物をcモル付加するこ
とにより、下記平均組成式(1)で示されるオルガノポ
リシロキサンが得られることを見い出した。
【0006】
【化4】 (但し、Xはアクリロキシプロピル基又はメタクリロキ
シプロピル基、Yはカルボキシエチル基、カルボキシプ
ロピル基及びカルボキシデシル基より選ばれる有機基、
は炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を示
す。a、b、cは整数で、0≦a≦100、1≦b≦2
0、1≦c≦20である。)
【0007】またこの場合、平均組成式(2)のオルガ
ノハイドロジェンポリシロキサンへのアクリル酸、メタ
クリル酸、ウンデシレン酸から選ばれる不飽和化合物の
付加の時に脱水素反応を防ぐため、これら不飽和化合物
のカルボキシル基の活性水素をアルキル基又はシリル基
に置換した不飽和化合物を付加し、その後加水分解又は
脱シリル化することにより、平均組成式(1)で示され
る1分子中に(メタ)アクリル基及びカルボキシル基の
双方を含むオルガノポリシロキサンがより有利に得られ
ることを見い出した。
【0008】更に、上記平均組成式(1)のオルガノポ
リシロキサンは、下記平均組成式(3)で示されるポリ
シロキサンと平均組成式(4)で示される化合物を平衡
化する方法、また、平均組成式(3)のポリシロキサン
と平均組成式(5)の化合物とを加水分解、平衡化する
方法によっても得られることを見い出した。
【0009】
【化5】 (但し、X、Y、R、a、cは上記と同様の意味を示
し、Rはメチル基又はエチル基を示し、dは整数で3
≦d≦10である。)
【0010】そして、平均組成式(1)のオルガノポリ
シロキサンは、1分子中に(メタ)アクリル基及びカル
ボキシル基双方の官能基を有するため、有機樹脂、例え
ばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等との相溶性が高く、こ
れらの樹脂に耐熱性、耐候性、成形加工性、密着性、潤
滑性、水溶性等の特性を付与することができ、異種の架
橋点の利用による強度向上、各種有機樹脂とのグラフト
化による改質が計られることを知見した。特に、このオ
ルガノポリシロキサンは2種類の官能基を有しているた
め、その反応性の差を利用して、架橋方法を分けて使用
したり、重合と架橋を分けて使用できるので、樹脂改質
剤として優れた特性を有すること、またカルボキシル基
を含有することにより、優れた潤滑性、離型性、水溶性
等を付与することができること、特にアミン中和により
アニオン型の水溶性樹脂を形成する上で有効であること
を知見した。また、アクリル基又はメタクリル基を単独
で或いは他の重合性単量体とラジカル共重合させること
により、今まで合成することが困難であった官能基含有
シロキサングラフトアクリル系ポリマーが得られること
を知見した。更に、このオルガノポリシロキサンにジフ
ェニルシロキサン単位やメチルフェニルシロキサン単位
を含有させることにより、有機樹脂との相溶性が著しく
向上することを見い出し、本発明をなすに至った。
【0011】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の製造方法により得られるオルガノポリシロキサン
は、下記平均組成式(1)で示されるものである。
【0012】
【化6】 (但し、Xはアクリロキシプロピル基又はメタクリロキ
シプロピル基、Yはカルボキシエチル基、カルボキシプ
ロピル基及びカルボキシデシル基より選ばれる有機基、
は炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を示
す。a、b、cは整数で、0≦a≦100、1≦b≦2
0、1≦c≦20である。)
【0013】ここで、Xは2−アクリロキシプロピル
基、3−アクリロキシプロピル基、2−メタクリロキシ
プロピル基、3−メタクリロキシプロピル基であり、R
は、上記したように、メチル基、エチル基、プロピル
基等の炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基である
が、特に工業的にはメチル基とフェニル基が好ましい。
これらは併用することが望ましく、例えばジフェニルシ
ロキサン単位やメチルフェニルシロキサン単位をジメチ
ルシロキサン単位を主鎖とするシロキサンに導入するこ
とにより、有機樹脂との反応性や相溶性をより向上させ
ることができる。この場合、フェニル基の導入量はR
中5〜50モル%であることが好ましく、これより多い
とかえって有機樹脂との相溶性が低下する場合がある。
また、a、b、cは上記した範囲であり、シロキサンの
長さがあまり長くなる(a、b、cが上記上限値を超え
る)と、粘度が高くなり過ぎて取り扱い性が悪くなる
上、有機樹脂との相溶性も低下するので好ましくない。
【0014】上記(1)のオルガノポリシロキサンは、
下記平均組成式(2)で示されるオルガノハイドロジェ
ンポリシロキサンとアクリル酸、メタクリル酸、ウンデ
シレン酸から選ばれる不飽和化合物とのヒドロシリル化
反応により容易に高収率で製造することができる。
【0015】
【化7】
【0016】この式(2)のオルガノハイドロジェンポ
リシロキサンは、テトラメチルシクロテトラシロキサン
又はテトラアルキルジシロキサン、官能基X含有ジアル
コキシシランやその加水分解物及び各種環状ポリシロキ
サンやジシロキサン等を硫酸やスルフォン酸類で平衡化
反応することにより容易に調製することができ、具体的
には以下のものが例示されるが、勿論これに限定される
ものではない。なお、下記式において、Meはメチル
基、Phはフェニル基、X’は3−アクリロキシプロピ
ル基又は3−メタクリロキシプロピル基を示す(以下同
様)。
【0017】
【化8】
【0018】
【化9】
【0019】上記ヒドロシリル化反応は、白金触媒の存
在下で行うことが好ましい。この場合、白金触媒は公知
のヒドロシリル化反応に用いられるいずれのものでも使
用できるが、工業的には塩化白金酸が好ましい。白金触
媒の添加量は触媒量であり、通常オルガノハイドロジェ
ンポリシロキサンの2〜400ppm程度である。
【0020】上記ヒドロシリル化反応の条件は適宜選定
されるが、60〜120℃の温度で2〜8時間反応させ
るという条件を採用することができる。
【0021】なお、反応は、系の粘度や反応温度を調節
する上で、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系
炭化水素溶媒、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪
族系炭化水素溶媒の存在下で行うことができる。
【0022】また、上記ヒドロシリル化反応を行う際
は、ヒドロシリル化反応時に起り得る脱水素反応を防ぐ
ため、上記式(2)の化合物と反応させる不飽和化合物
(アクリル酸、メタクリル酸、ウンデシレン酸)のカル
ボキシル基の活性水素をアルキル基又はシリル基に置換
した不飽和化合物を付加する方法か効果的である。具体
的には、アクリル酸、メタクリル酸、ウンデシレン酸の
メチルエステル、エチルェステル、ブチルェステル及び
ヘキサメチルジシラザン等のシリル化剤でシリル化され
たものを用いることが好ましく、これらの不飽和化合物
を用いた場合は、付加終了後、加水分解、脱シリル化を
行い、保護基をはずすことにより、式(1)の化合物が
同様に得られる。
【0023】上記式(1)の化合物は、下記平均組成式
(3)で示される化合物を式(4)の化合物と平衡化、
或いは式(5)の化合物と加水分解,平衡化することに
よっても製造することができる。
【0024】
【化10】 (但し、X、Y、R、a、cは上記と同様の意味を示
し、Rはメチル基又はエチル基を示し、dは整数で3
≦d≦10である。)
【0025】即ち、式(3)で示されるカルボキシル基
含有ポリシロキサンと式(4)の化合物を好ましくは
酸、特に濃硫酸或いはトリフルオロメタンスルフォン酸
の存在下に平衡化反応するか、式(5)の化合物及び水
を好ましくは酸、特に濃硫酸或いはトリフルオロメタン
スルフォン酸の存在下で平衡化する。なお、この式
(3)のカルボキシル基含有ポリシロキサンは、ハイド
ロジェンポリシロキサンにアクリル酸、メタクリル酸、
ウンデシレン酸又はそのエステルやシリル化したものを
付加し、必要により後処理することにより得ることがで
きる。または、下記式の化合物とジシロキサン及び環状
ポリシロキサン等を硫酸やスルフォン酸等で平衡化反応
後、酸性下で加熱することによりシアノ基をカルボキシ
ル基に変換することにより得ることができる。
【0026】
【化11】 (R、Rは上記と同様の意味を示す。)
【0027】この式(3)のカルボキシル基含有ポリシ
ロキサンとしては、具体的には以下のものが例示される
が、勿論これに限定されるものではない。
【0028】
【化12】
【0029】上記化合物を平衡化する際の触媒として
は、濃硫酸或いはトリフルオロメタンスルフォン酸が好
適に用いられ、これら触媒を原料全体の0.5〜20重
量%添加することにより平衡化が生起する。この場合、
必要に応じ加熱してもよいが、加熱する場合は約60〜
80℃の温度で2〜20時間で平衡化が完了する。な
お、触媒(酸)添加量が0.5%より少ないと平衡反応
が著しく遅く、20%を越えると(メタ)アクリル基が
分解する場合がある。
【0030】上記平衡化した後は、常法に従い、水洗す
るなどして式(1)の化合物を回収することができる。
【0031】本発明の製造方法によって得られるオルガ
ノポリシロキサンは、塗料、成形材料、医療用材料、各
種コーティング材料分野などで有機樹脂の改質剤等とし
て使用される。
【0032】
【発明の効果】本発明の製造方法によって得られる1分
子中に(メタ)アクリル基、カルボキシル基双方を含有
するオルガノポリシロキサンは有機樹脂との相溶性が高
く、(メタ)アクリル基を他のラジカル重合性単量体と
共重合することにより、樹脂中に導入すると共に、カル
ボキシル基により、潤滑性、離型性、水溶性等の特性を
付与することができ、本発明の製造方法によれば、かか
るオルガノポリシロキサンを容易に高収率で合成でき
る。
【0033】
【実施例】以下、実施例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではな
い。
【0034】〔実施例1〕 フラスコにトルエン40g、CH=CHC16
OOSiMe76.8g、塩化白金酸の2%エタノー
ル溶液0.1gを仕込み、80℃で下記平均組成式で示
されるハイドロジェンポリシロキサン85.8gを2時
間で滴下し、滴下終了後、80℃で2時間熟成した。赤
外分光光度計でSi−Hの吸収(2160cm−1)が
消失していることを確認した後、反応混合物を室温まで
冷却した。次に、0.05規定の塩酸3.3gを滴下
し、室温で2時間撹拌した。水洗後、トルエンを減圧留
去し、濾過することにより対応する付加生成物132.
5gを単離した。この生成物は下記に示す物性から下記
平均組成式であることを確認した。なお、収率は94%
であった。
【0035】
【化13】ハイドロジェンポリシロキサン 生成物 粘度:135cs(25℃) 元素分析値: 実測値 C:50.1%, H:9.2% 計算値 C:50.9%, H:9.3% H−NMR.(アセトン2.0ppm基準): 0.07 53H 0.50 9H 1.21 51H 1.89 4H 2.30 6H 4.00 3H 5.41 1.3H 6.00 1.3H 赤外吸収スペクトル:図1
【0036】〔実施例2〕 CH=CHC16COOH6.8g、塩化白金
酸の2%エタノール溶液0.1gを仕込み、80℃で下
記平均組成式で示されるハイドロジェンポリシロキサン
83.8gを2時間で滴下し、滴下終了後80℃で2時
間熟成した。赤外分光光度計でSi−Hの吸収(216
0cm−1)が消失してることを確認した後、室温まで
冷却した。濾過することにより対応する付加生成物11
4.6gを単離した。この生成物は下記に示す物性から
下記平均組成式であることを確認した。なお、収率は9
5%であった。
【0037】
【化14】ハイドロジェンポリシロキサン 生成物 粘度:72cs(25℃) 元素分析値: 実測値 C:48.9%, H:8.2% 計算値 C:47.8%, H:9.1% H−NMR.(アセトン2.0ppm基準): 0.09 57H 0.52 6H 1.25 34H 2.04 3H 2.40 4H 4.15 2H 5.62 1H 6.15 1H 赤外吸収スペクトル:図2
【0038】〔実施例3〕 フラスコにCH=CHC16COOH27.6
g、塩化白金酸の2%エタノール溶液0.1gを仕込
み、80℃で下記平均組成式で示されるハイドロジェン
ポリシロキサン109.6gを2時間で滴下し、滴下終
了後80℃で2時間熟成した。赤外分光光度計でSi−
Hの吸収(2160cm−1)が消失してることを確認
した後、室温まで冷却した。
【0039】
【化15】ハイドロジェンポリシロキサン
【0040】
【化16】 を投入し、撹拌後、トリフルオロメタンスルフォン酸
0.2gをゆっくり入れた。その後室温で3時間熟成し
た。
【0041】水0.1gを入れ、1時間撹拌後、炭酸水
素ナトリウム3.0g、無水硫酸ナトリウム3.0gを
投入した。3時間撹拌後、濾過して、対応する生成物1
39.2gを単離した。この生成物は下記に示す物性か
ら下記平均組成式であることを確認した。なお、収率は
95%であった。
【0042】
【化17】生成物 粘度:277cs(25℃) 元素分析値: 実測値 C:41.5%, H:8.4% 計算値 C:41.0%, H:8.7% H−NMR.(アセトン2.0ppm基準): 0.08 180H 0.54 8H 1.27 50H 1.91 3H 2.40 6H 4.12 2H 5.60 1H 6.12 1H 赤外吸収スペクトル:図3
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の生成物の赤外吸収スペクトルであ
る。
【図2】実施例2の生成物の赤外吸収スペクトルであ
る。
【図3】実施例3の生成物の赤外吸収スペクトルであ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−25369(JP,A) 特許2773547(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 77/20,77/10,77/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均組成式(1) 【化1】 (但し、Xはアクリロキシプロピル基又はメタクリロキ
    シプロピル基、Yはカルボキシエチル基、カルボキシプ
    ロピル基及びカルボキシデシル基より選ばれる有機基、
    1は炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を示
    す。a、b、cは整数で、0≦a≦100、1≦b≦2
    0、1≦c≦20である。)で示されるオルガノポリシ
    ロキサンを製造するに当り、平均組成式(2) 【化2】 (但し、X、R1、a、b、cは上記のものと同様の意
    味を示す。)で示されるオルガノハイドロジェンポリシ
    ロキサンのSiHにアクリル酸、メタクリル酸及びウン
    デシレン酸から選ばれる不飽和化合物の1種以上をcモ
    ル付加することを特徴とする上記平均組成式(1)で示
    されるオルガノポリシロキサンの製造方法。
  2. 【請求項2】 平均組成式(1) 【化18】 (但し、Xはアクリロキシプロピル基又はメタクリロキ
    シプロピル基、Yはカルボキシエチル基、カルボキシプ
    ロピル基及びカルボキシデシル基より選ばれる有機基、
    1は炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を示
    す。a、b、cは整数で、0≦a≦100、1≦b≦2
    0、1≦c≦20である。)で示されるオルガノポリシ
    ロキサンを製造するに当り、平均組成式(2) 【化19】 (但し、X、R1、a、b、cは上記のものと同様の意
    味を示す。)で示されるオルガノハイドロジェンポリシ
    ロキサンのSiHにアクリル酸、メタクリル酸又はウン
    デシレン酸のカルボキシル基の活性水素がアルキル基又
    はシリル基に置換された不飽和化合物の1種以上をcモ
    ル付加し、その後、加水分解又は脱シリル化することを
    特徴とする上記平均組成式(1)で示されるオルガノポ
    リシロキサンの製造方法。
  3. 【請求項3】 平均組成式(1) 【化20】 (但し、Xはアクリロキシプロピル基又はメタクリロキ
    シプロピル基、Yはカルボキシエチル基、カルボキシプ
    ロピル基及びカルボキシデシル基より選ばれる有機基、
    1は炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を示
    す。a、b、cは整数で、0≦a≦100、1≦b≦2
    0、1≦c≦20である。)で示されるオルガノポリシ
    ロキサンを製造するに当り、下記平均組成式(3)及び
    (4)、又は(3)及び(5) 【化3】 (但し、X、Y、R1、a、cは上記のものと同様の意
    味を示す。R2はメチル基又はエチル基を示す。dは整
    数で3≦d≦10である。)で示される化合物を平衡
    化、又は水を加えて加水分解と平衡化を行うことを特徴
    とする上記平均組成式(1)で示されるオルガノポリシ
    ロキサンの製造方法。
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