JP3533978B2 - ポリ(フェニルシルセスキオキサン)の製造方法 - Google Patents
ポリ(フェニルシルセスキオキサン)の製造方法Info
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Description
性に優れ、かつ、塗布性と耐クラック性に特に優れた性
質を示す、高度に構造制御された、いわゆるラダー型構
造を有するシリコーン樹脂[ポリ(フェニルシルセスキ
オキサン)]の製造方法に関する。
(フェニルシルセスキオキサン)樹脂は、耐熱性、電気
絶縁性に優れているために、コーティング材、シーリン
グ材、層間絶縁膜その他に利用されている。このような
樹脂は、通常、例えばフェニルトリクロロシランやフェ
ニルトリアルコキシシラン等の加水分解性基を有するシ
ランを加水分解することによって合成されるが、このよ
うにして得られる樹脂は、シロキサン同士がランダムに
結合しあった構造を有する。
(フェニルシルセスキオキサン)は、縮合が不十分で、
ケイ素原子上にシラノール基又はアルコキシ基が相当量
残存する状態では、有機溶剤に対して溶解性を有するも
のの、高分子量化するために更に縮合を進めると、3次
元架橋が進み、溶媒不溶なゲル状物になってしまうとい
う欠点を有する。
オキサン)は、三官能性であるため、下記式(2)で表
されるようなラダーポリマーと呼ばれる梯子状の構造を
形成することも可能であり、このようなポリマーは直線
状の構造であるため、高度に縮合しているにも拘らず、
有機溶剤に対して可溶性であるという特徴がみられる。
しあった緻密な構造を有するため、更に耐熱性が向上す
ることや、水酸基やアルコキシ基などの極性置換基が減
少するために誘電率が低下し、高い電気絶縁性が得られ
ることなどが期待され、その合成方法の検討が行われて
きた。
ルトリクロロシランを加水分解して得られるプレポリマ
ーを水酸化カリウムを縮合触媒として高沸点溶媒中で加
熱縮合することによって、ラダーポリマーが合成できる
ことを示した(J.Am.Chem.Soc.82,6
194(1960))。
しく、しかも大量の合成が困難であるという欠点を持つ
ほか、このようにして得られるポリマーは一般に分子量
分布が広く、特に高分子量成分を含有するため、ベンゼ
ンやテトラヒドロフランなど極めて限られた溶媒にしか
溶解せず、トルエンにも殆ど溶解しないために、溶液状
態にしてスピンコートなどで均一な薄膜を形成すること
が殆ど不可能に近いため、応用が難しい。
ては、反応条件が過激であるために、分子中に相当部分
ラダー構造を有していない部分を含むと考えられ、この
点もポリマー物性の制御を困難にしていると考えられ
る。
ーの合成が提案されているが、基本的には上記方法の延
長線上にある。例えば、木村らはフェニルシラントリオ
ールを有機溶媒中で加水分解してプレポリマーを得、こ
れを熱処理することでラダーポリマーを得ている(特開
平8−143578号公報)。しかしながら、縮合自体
は同様の方法であるために上記と同様の問題点を有す
る。
度に構造制御された上記式(2)に示されているような
ラダー型構造のポリ(フェニルシルセスキオキサン)の
製造方法を提供することを目的とする。
発明者らは、このような実状に鑑み、厳密に構造制御さ
れたラダーポリマーを効率的に合成する方法の検討を行
った。そのためには反応条件としてはできるかぎり緩和
な条件下、縮合させることで製造する方法を検討した。
その結果、驚くべきことに、フェニルトリクロロシラン
を水中で加水分解することで合成可能であることが知ら
れている下記式(1)で表される1,3,5,7−テト
ラフェニルシクロテトラシロキサン−1,3,5,7−
テトラオールを原料として用いると、極めて緩和な条件
下、溶媒中で脱水縮合が進行し、ラダーポリマーが合成
可能であることが明らかになった。
3,5,7−テトラフェニルシクロテトラシロキサン−
1,3,5,7−テトラオールを原料として用い、メタ
ノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノ
ール、2−メチル−2−プロパノール、1−ブタノー
ル、2−ブタノール、アセトン、2−ブタノン、2−ヘ
キサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸エチ
ル、酢酸−1−ブチル、酢酸−イソブチル、アセトニト
リル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチ
ルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドから選ばれ
る溶媒中で脱水縮合させることを特徴とする溶剤可溶性
シリコーン樹脂[ポリ(フェニルシルセスキオキサ
ン)]の製造方法を提供する。
と、本発明のポリ(フェニルシルセスキオキサン)の製
造方法は、上述したように、上記式(1)の1,3,
5,7−テトラフェニルシクロテトラシロキサン−1,
3,5,7−テトラオールを原料として用いる。この原
料として用いる1,3,5,7−テトラフェニルシクロ
テトラシロキサン−1,3,5,7−テトラオールの合
成は、GE社のブラウンらによってJ.Am.Che
m.Soc.87,4317(1965)に発表されて
おり、そこに記載されている実験を再現することで、結
晶性の粉末として単離することが可能である。
を溶媒中に溶解して溶液とし、これに好ましくは塩基を
添加して撹拌するもので、これにより徐々に脱水縮合が
進み、ラダー構造の式(2)のシリコーン樹脂[ポリ
(フェニルシルセスキオキサン)]が形成される。
特に限定されるものではないが、1,3,5,7−テト
ラフェニルシクロテトラシロキサン−1,3,5,7−
テトラオールを溶解するものであればいずれのものも用
いることができる。具体例としては、メタノール、エタ
ノール、1−プロパノール、2−プロパノール、2−メ
チル−2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノ
ール、アセトン、2−ブタノン、2−ヘキサノン、テト
ラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸エチル、酢酸−1−
ブチル、酢酸−イソブチル、アセトニトリル、N,N−
ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
原料の環状四量体は溶解するが、縮合によって形成され
るラダーポリマーは溶解しにくいものである方が望まし
く、アセトン、2−ブタノン、ジオキサン、酢酸エチ
ル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、N,N−ジ
メチルアセトアミドなどが好ましい。
えることが好ましく、室温で撹拌することによって進行
するが、塩基の添加量としては通常100ppmで十分
である。但し、原料中に酸性物質が含まれるなどして反
応系自体が酸性である場合は、中和するに十分な塩基が
必要になる。通常、実際に用いられる塩基の量としては
10〜5000ppmの範囲が好ましいが、これに限定
されるものではない。用いる塩基の量が多すぎる場合、
原料の環状四量体自体の分解が一部生起し、溶媒に不溶
性のゲル状物が形成するおそれがある。
に限定されるものではないが、例えば、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、N,N,
N,N−テトラメチルアンモニウムハイドロキシドなど
のアルカリや、トリエチルアミン、トリブチルアミン、
ジメチルアニリン、ジ−iso−プロピルアミン、N,
N−ジエチルシクロヘキシルアミン、1,4−ジアザビ
シクロ[2.2.2]オクタン、1,8−ジアザビシク
ロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、2,5−ジアザ
ビシクロ[2.2.1]ヘプタン等のアミン類が具体例
として挙げられる。
解していたものが分子量が大きくなることで溶解性が低
下し、沈澱を形成する。この間に要する時間は、条件に
よって異なるが、数分〜数時間である。十分に反応を完
結するために、反応時間は24〜100時間程度行い、
濾過によって目的の樹脂を分離する。但し、用いる溶媒
によっては沈澱を形成しないので、この場合は十分な反
応時間の経過後、メタノールやヘキサンなどの樹脂を溶
解しない溶媒を加えて不溶化してから、濾過によって分
離する。このとき単離されるシリコーン樹脂は、収率と
しては殆ど定量的である。
パーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によっ
て、その分子量と分子量分布を決定することができる。
本発明において繰り返し行った実験の結果、ポリスチレ
ン換算の分子量としては数平均分子量(Mn)で100
0〜200000、重量平均分子量(Mw)で1000
〜500000であり、分子量分布は1.0〜5.0で
あり、通常は1.5〜2.5程度である。
式(2)に示すラダー構造を有していることは、まず第
1に赤外線吸収スペクトル(IR)において、シロキサ
ン結合由来の1100cm-1付近のピークが1040c
m-1と1130cm-1付近に鋭く分裂したピークとして
現れていることによって支持される[ジャーナル・オブ
・ポリマーサイエンス(1963年刊,C−1巻,83
頁)]。
トラヒドロフランに容易に溶解するが、このほか、例え
ばブラウンの方法で合成される分子量約200000の
ラダーポリマーでは殆ど溶解させることのできないトル
エン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート、乳酸エチル、シクロヘキサノンに対しても、室温
で少なくとも10%以上の溶解度を有するという点も、
本ポリマーが規則的な結合様式を有していることを示し
ており、ラダー構造を支持する。
などに用いられる溶媒に対して高い溶解性を有するため
に、スピンコート法などによって均一性の極めて高い薄
膜を形成することが可能であり、またこのようにして形
成された薄膜は、通常のランダムな構造のシルセスキオ
キサン樹脂で起こるようなクラックを形成しないという
優れた特性を示す。
樹脂は、コーティング材、シーリング材、半導体用層間
絶縁材料などとして広範に応用される。
するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではな
い。
フェニルトリクロロシラン25gの42.5mlアセト
ン中溶液を30分かけてゆっくり滴下した。滴下終了
後、更に1時間撹拌し、これを0℃の冷蔵庫中に48時
間静置した。反応液中には白色でやや粘稠な固体が器壁
と水中に生成していた。水をデカンテーションによって
除いた後、少量の純水で洗浄し、更に二硫化炭素で洗浄
した後、真空乾燥した。残渣として8.06gの白色の
結晶が得られた(収率49%)。本結晶をゲル・パーミ
エーション・クロマトグラフィーで分析したところ、ポ
リスチレン換算の重量平均分子量約580の成分95%
と同970の成分5%の混合物であることがわかった。
1,3,5,7−テトラフェニルシクロテトラシロキサ
ン−1,3,5,7−テトラオールの分子量は計算上5
52.5であり、主成分(95%)が環状四量体であ
り、微量成分(5%)としてその二量体が含まれている
ことがわかった。
0gをアセトン300mlに溶解し、これにトリエチル
アミン0.1gを加え、室温で撹拌した。約10分後、
均一だった溶液は白濁し、約5時間後には生成した粘稠
物のために撹拌は困難になった。このままの状態で48
時間放置したところ、析出した固体は固化しており、粘
着性はなくなっていた。これを物理的に粉砕し、粉末状
にして濾過し、アセトンで洗浄、真空乾燥したところ、
粉末状固体残渣として5.23gが得られた。これは完
全に脱水縮合が進行したものと仮定した場合、収率93
%に相当する。ゲル・パーミエーション・クロマトグラ
フィーで分析したところ、ポリスチレン換算の重量平均
分子量(Mw)は約9230、数平均分子量(Mn)は
約5161であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.7
9であった。また、本化合物は、赤外線吸収スペクトル
において、3450cm-1にSi−OHの吸収があり、
1043cm-1と1132cm-1に分裂したシロキサン
結合の吸収が現れており、これは本ポリマーがラダー構
造を有することを示す(参考文献:R.H.Rane
y,M.Itoh,A.Sakakibara &
T.Suzuki,Chem.Rev.95,1409
(1995))。
にメタノールを用い、塩基をトリエチルアミンの代わり
に水酸化カリウムを溶媒に対して15ppm用いて、実
施例1と同様の反応を反応スケールを1/3にして行っ
た。その結果、シリコーン樹脂が1.55g得られた。
このポリマーのMnは約3650、Mwは9000であ
った。
に2−ブタノンを用い、塩基をトリエチルアミンの代わ
りに1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを
溶媒に対して10ppm用いて、実施例1と同様の反応
を反応スケールを1/3にして行った。その結果、シリ
コーン樹脂が1.62g得られた。このポリマーのMn
は約5100、Mwは16700であった。
にテトラヒドロフランを用い、塩基としてトリエチルア
ミンを200ppm用いて、実施例1と同様の反応を反
応スケールを1/3にして行った。その結果、シリコー
ン樹脂が1.60g得られた。このポリマーのMnは約
6300、Mwは17200であった。
にアセトニトリルを用い、塩基をトリエチルアミンの代
わりにテトラメチルアンモニウムハイドロキシドの2.
38%水溶液1mlを用いて、実施例1と同様の反応を
反応スケールを1/3にして行った。その結果、シリコ
ーン樹脂が1.70g得られた。このポリマーのMnは
約5450、Mwは8600であった。
にN,N−ジメチルアセトアミドを用い、塩基としてト
リエチルアミンを100ppm用いて、実施例1と同様
の反応を反応スケールを1/3にして行った。その結
果、シリコーン樹脂が1.48g得られた。このポリマ
ーのMnは約12000、Mwは29100であった。
塗布性、耐クラック性に優れた性質を示す、高度に構造
制御されたラダー型構造を有するシリコーン樹脂[ポリ
(フェニルシルセスキオキサン)]を効率的に合成でき
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 下記式(1) 【化1】 (式中、Phはフェニル基を表す。)で表される1,
3,5,7−テトラフェニルシクロテトラシロキサン−
1,3,5,7−テトラオールを原料として用い、メタ
ノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノ
ール、2−メチル−2−プロパノール、1−ブタノー
ル、2−ブタノール、アセトン、2−ブタノン、2−ヘ
キサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸エチ
ル、酢酸−1−ブチル、酢酸−イソブチル、アセトニト
リル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチ
ルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドから選ばれ
る溶媒中で脱水縮合させることを特徴とする溶剤可溶性
ポリ(フェニルシルセスキオキサン)の製造方法。 - 【請求項2】 アセトン、2−ブタノン、ジオキサン、
酢酸エチル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、及
びN,N−ジメチルアセトアミドから選ばれる溶媒を用
いるものである請求項1記載の溶剤可溶性ポリ(フェニ
ルシルセスキオキサン)の製造方法。
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JP05347599A Expired - Fee Related JP3533978B2 (ja) | 1999-03-02 | 1999-03-02 | ポリ(フェニルシルセスキオキサン)の製造方法 |
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1999
- 1999-03-02 JP JP05347599A patent/JP3533978B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Title |
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Eung−Chan KEE and Yoshiharu KIMURA,Synthesis and Polycondensation of a Cyclic Oligo (phenylsilsesquioxane) as a Model Reaction for the Polymer Journal,日本,1998年,30/9,p.730−735 |
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