JP3831437B2

JP3831437B2 - シランカップリング剤およびその製造方法

Info

Publication number: JP3831437B2
Application number: JP32105195A
Authority: JP
Inventors: 正之林; 亮岩井
Original assignee: Dow Corning Toray Co Ltd
Current assignee: DuPont Toray Specialty Materials KK
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: JPH09136893A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シランカップリング剤、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イミノ基およびケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物はシランカップリング剤、表面処理剤、接着付与剤、有機樹脂の改質剤として利用されている。このような有機ケイ素化合物は特開昭６２−１９１４１４号公報に開示されており、例えば、式：
【化４】

、式：
【化５】

、式：
【化６】

、式：
【化７】

が挙げられる。
【０００３】
他方、ベンジリデンイミノ基を有する有機ケイ素化合物は特開昭６１−２２９８８２号公報に開示されており、例えば、式：
【化８】

、式：
【化９】

、式：
【化１０】

、式：
【化１１】

、式：
【化１２】

、式：
【化１３】

、式：
【化１４】

、式：
【化１５】

、式：
【化１６】

、式：
【化１７】

、式：
【化１８】

、式：
【化１９】

、式：
【化２０】

が挙げられる。これらのベンジリデンイミノ基を有する有機ケイ素化合物は生理活性を有し、制癌剤として有用であると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭６２−１９１４１４号公報には官能性基置換のベンジリデンイミノ基を有する有機ケイ素化合物は開示されておらず、また、特開昭６１−２２９８８２号公報にはケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物は開示されていない。
さらには、特開昭６２−１９１４１４号公報には付加反応によりベンジリデンイミノ基およびケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物を製造する方法が開示されているが、この方法によると付加反応の触媒として用いられる白金系触媒が被毒されて十分に反応が進行せず、得られる有機ケイ素化合物の収率が低くなるという問題があった。
【０００５】
すなわち、本発明の目的は、官能性基置換のベンジリデンイミノ基およびケイ素原子結合アルコキシ基を有するシランカップリング剤、これを収率よく製造する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
はじめに、本発明のシランカップリング剤を詳細に説明する。
本発明は、一般式(Ｉ)：
【化２１】

｛式中、Ｒ¹は一価炭化水素基であり、Ｒ²はアルキル基またはアルコキシアルキル基であり、Ｘ、Ｙ、およびＺはそれぞれハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アルキルチオ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、カルボキシル基の塩型基、スルホン酸基、スルホン酸基の塩型基、ジアルキルアミノ基、およびジ（ハロアルキル）アミノ基からなる群から選択される官能性基または水素原子であり、ただし、Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも一つは前記の官能性基であり、ａは０または１であり、ｂは１以上の整数であり、ｃは０、１、または２である。｝
で表されるシランカップリング剤に関する。
【０００７】
上式中のＲ¹は一価炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基；ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基；フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；３−クロロメチル基、３，３，３−トリフロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基が挙げられ、合成の容易さから、メチル基であることが好ましい。また、上式中のＲ²はアルキル基またはアルコキシアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基；メトキシエチル基、メトキシプロピル基等のアルコキシアルキル基が挙げられ、このシランカップリング剤の反応性が良好であることから、メチル基、エチル基、メトキシエチル基であることが好ましい。また、上式中のＸ、Ｙ、およびＺはハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アルキルチオ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、カルボキシル基の塩型基、スルホン酸基、スルホン酸の塩型基、ジアルキルアミノ基、およびジ（ハロアルキル）アミノ基からなる群から選択される官能性基または水素原子であり、ただし、Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも一つは前記の官能性基である。このハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示される。また、このアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基が例示される。また、このアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基プロポキシ基、メトキシエトキシ基が例示される。また、このアルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基が例示される。また、このアルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基が例示される。また、このカルボキシ基の塩型基としては、カルボンキシ基のナトリウム塩型基、カルボキシ基のカリウム塩型基が例示される。また、このスルホン酸基の塩型基としては、スルホン酸のナトリウム塩型基、スルホン酸のカリウム塩型基が挙げられる。また、このジアルキルアミノ基としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、メチルエチルアミノ基が例示される。また、このジ（ハロアルキル）アミノ基としては、ジ（クロロメチル）アミノ基、ジ（クロロエチル）アミノ基、ジ（クロロプロピル）アミノ基が例示される。また、上式中のａは０または１であり、特に、０であることが好ましい。また、上式中のｂは１以上の整数であり、特に、２〜４の整数であることが好ましい。また、上式中のｃは０、１、または２であり、特に、０であることが好ましい。
【０００８】
このような本発明のシランカップリング剤としては、例えば、式：
【化２２】

、式：
【化２３】

、式：
【化２４】

、式：
【化２５】

、式：
【化２６】

、式：
【化２７】

、式：
【化２８】

、式：
【化２９】

、式：
【化３０】

、式：
【化３１】

、式：
【化３２】

、式：
【化３３】

、式：
【化３４】

、式：
【化３５】

、式：
【化３６】

、式：
【化３７】

、式：
【化３８】

、式：
【化３９】

、式：
【化４０】

、式：
【化４１】

、式：
【化４２】

、式：
【化４３】

が挙げられる。
【０００９】
本発明のシランカップリング剤は官能性基置換のベンジリデンイミノ基およびケイ素原子結合アルコキシ基を有しているので、表面処理剤、接着促進剤、有機樹脂の改質剤として有用である。
【００１０】
続いて、本発明の製造方法を詳細に説明する。
本発明の製造方法は、(Ａ)一般式：
【化４４】

（式中、Ｒ¹、Ｒ²、ａ、ｂ、およびｃは前記と同じである。）
で表される有機ケイ素化合物と(Ｂ)一般式：
【化４５】

（式中、Ｘ、Ｙ、およびＺは前記と同じである。）
で表される官能性基置換ベンズアルデヒドとを脱水縮合反応させることを特徴とする。
【００１１】
(Ａ)成分は上記の一般式で表される工業上入手可能な有機ケイ素化合物である。上式中のＲ¹、Ｒ²、ａ、ｂ、およびｃは前記と同じである。このような(Ａ)成分の有機ケイ素化合物としては、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルトリ(メトキシエトキシ)シラン、４−アミノブチルトリメトキシシラン、５−アミノペンチルトリメトキシシラン、Ｎ−(２−アミノエチル)−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−(２−アミノエチル)−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−(２−アミノエチル)−３−アミノプロピルトリ(メトキシエトキシ)シラン、Ｎ−(２−アミノエチル)−４−アミノブチルトリメトキシシランが挙げられ、特に、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシランであることが好ましい。
【００１２】
(Ｂ)成分は上記の一般式で表される工業上入手可能な官能性基置換ベンズアルデヒドである。上式中のＸ、Ｙ、およびＺは前記と同じである。このような(Ｂ)成分の官能性基置換ベンズアルデヒドとしては、例えば、クロロベンズアルデヒド、ジクロロベンズアルデヒド、フェニルベンズアルデヒド、メトキシベンズアルデヒド、ジメトキシベンズアルデヒド、トリメトキシベンズアルデヒド、シアノベンズアルデヒド、メチルチオベンズアルデヒド、メトキシカルボニルベンズアルデヒド、アセトキシベンズアルデヒド、カルボキシベンズアルデヒド、スルフォベンズアルデヒドのナトリウム塩、ジ（クロロエチル）ベンズアルデヒドが挙げられ、特に、クロロベンズアルデヒド、メトキシベンズアルデヒドであることが好ましい。
【００１３】
(Ａ)成分と(Ｂ)成分との脱水縮合反応は常温でも進行するが、これを１５０℃以下で加熱することが好ましい。また、この系内にアルゴン、窒素等の不活性ガスを導入してもよい。この脱水縮合反応は逐次反応であっても、また、一括反応であっても良いが、(Ａ)成分または(Ｂ)成分のいずれか一方を加熱しながら、これに他方を徐々に添加することが好ましい。また、この反応により副生成した水を系内から除去するためには、例えば、系内に脱水剤もしくは吸水剤を添加しておく方法、この水を有機溶媒と共沸させて系内から除去する方法が挙げられる。この場合に用いることができる有機溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤；シクロヘキサン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶剤；クロロホルム、四塩化炭素、トリクロロエチレン等のハロゲン化炭化水素系溶剤；エチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル系溶剤、およびこれらの有機溶剤も二種以上混合物が挙げられる。
【００１４】
本発明の製造方法では、工業上入手可能な原料から官能性基置換のベンジリデンイミノ基およびケイ素原子結合アルコキシ基を有するシランカップリング剤を収率よく製造することができ、また、この製造方法においては、特殊な反応装置や特殊な触媒を使用することなく、規存の反応装置で十分であるという利点がある。
【００１５】
次に、本発明のシランカップリング剤は、従来のシランカップリング剤同様に使用することができ、この使用方法としては、例えば、基材に直接スプレー塗布する方法、このシランカップリング剤を有機溶剤により希釈した処理液を基材にスプレー塗布する方法、このシランカップリング剤を水−有機溶剤により希釈した処理液をスプレー塗布する方法、このシランカップリング剤を有機溶剤により希釈した処理液に基材を浸漬する方法、このシランカップリング剤を水−有機溶剤により希釈した処理液に基材を浸漬する方法が挙げられる。このシランカップリング剤を水−有機溶剤により希釈して処理液を調製する際には、この有機溶剤としては、メタノール、エタノール等の水溶性の有機溶剤を用いることが好ましい。また、このシランカップリング剤により処理される基材としては、例えば、ヒュームドシリカ、湿式シリカ、焼成シリカ、ヒュームド二酸化チタン、粉砕石英、ケイ藻土、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩、酸化鉄、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、マイカ、炭酸マグネシウム等の無機質微粒子；ガラス繊維、ナイロン繊維、炭素繊維等の繊維基材；ガラス板、鋼板、鉄板、ステンレススチール板、アルミニウム板等の金属板が挙げられる。また、このシランカップリング剤による処理を完全にするために、このシランカップリング剤を塗布した基材をさらに加熱処理することが好ましい。
【００１６】
【実施例】
本発明のシランカップリング剤およびその製造方法を実施例により詳細に説明する。
【００１７】
［実施例１］
温度計、攪拌機、冷却器を備えた４つ口フラスコにｐ−メトキシベンズアルデヒド３８．１重量部を仕込み、窒素雰囲気下、室温において３−アミノプロピルトリエトキシシラン６１．９重量部を３０分かけて滴下して、さらに４０℃で２時間攪拌した。生成した水を分離するために、この反応混合物と水を分液ロートに移して一晩放置した。水層を分離した後、この反応混合物を減圧蒸留（１６６℃／４ｍｍＨｇ）して無色透明液体６９重量部（収率７４％）を得た。この無色透明液体を¹Ｈ−核磁気共鳴スペクトル分析（以下、ＮＭＲ）および¹³Ｃ−ＮＭＲにより分析した結果、この無色透明液体はＮ−ｐ−メトキシベンジリデン−３−トリエトキシシリルプロピルアミンであると同定された。
【００１８】
［実施例２］
温度計、攪拌機、冷却器を備えた４つ口フラスコにｏ−クロロベンズアルデヒド３９．５重量部を仕込み、窒素雰囲気下、室温において３−アミノプロピルトリエトキシシラン６１．９重量部を３０分かけて滴下して、さらに４０℃で２時間攪拌した。生成した水を分離するために、この反応混合物と水を分液ロートに移して一晩放置した。水層を分離した後、この反応混合物を減圧蒸留（１５２℃／４ｍｍＨｇ）して無色透明液体５０重量部（収率５２％）を得た。この無色透明液体を¹Ｈ−ＮＭＲおよび¹³Ｃ−ＮＭＲにより分析した結果、この無色透明液体はＮ−ｏ−クロロベンジリデン−３−トリエトキシシリルプロピルアミンであると同定された。
【００１９】
［比較例１］
温度計、攪拌機、冷却器を備えた４つ口フラスコにベンズアルデヒド３８．１重量部を仕込み、窒素雰囲気下、室温において３−アミノプロピルトリエトキシシラン６１．９重量部を３０分かけて滴下して、さらに４０℃で２時間攪拌した。生成した水を分離するために、この反応混合物と水を分液ロートに移して一晩放置した。水層を分離した後、この反応混合物を減圧蒸留して無色透明液体５０重量部（収率５２％）を得た。この無色透明液体を¹Ｈ−ＮＭＲおよび¹³Ｃ−ＮＭＲにより分析した結果、この無色透明液体はＮ−ベンジリデン−３−トリエトキシシリルプロピルアミンであると同定された。
【００２０】
［応用例］
実施例１、実施例２、および比較例１で合成した有機ケイ素化合物を水／エタノール＝１／１の混合溶媒に溶解させて、これらの有機ケイ素化合物が０．４重量％である処理液を調製した。これらの処理液にガラス板を１０秒間浸漬した後、１２０℃×１時間で乾燥した。次に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８、エポキシ当量＝１８５）１００重量部、ジシアンジアミド８重量部、およびＮ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン０．４重量部からなる硬化性エポキシ樹脂組成物をこれらの処理したガラス板上で１７０℃、９０分間で加熱硬化させて直径５ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱状の硬化エポキシ樹脂を成形した。
このようにして得られたそれぞれの試験体について、ガラス板と硬化エポキシ樹脂の接着力をテンシオメーターを用いて測定した。なお、この接着力の測定はこれらの試験体をプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ：１２１℃、１００％ＲＨ条件下で２４時間加熱）の前後、さらにはこのＰＣＴ後に２６０℃のオイルバスに２０秒間浸漬した後に行った。これらの接着力の測定結果を表１に示した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
本発明のシランカップリング剤は官能性基置換のベンジリデンイミノ基およびケイ素原子結合アルコキシ基を有し、各種基材を十分に処理できるという特徴がある。また、本発明の製造方法は、このようなシランカップリング剤を収率よく製造することができるという特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施例１で調製したＮ−ｐ−メトキシベンジリデン−３−トリエトキシシリルプロピルアミンの¹Ｈ−核磁気共鳴スペクトルチャートである。
【図２】図２は実施例１で調製したＮ−ｐ−メトキシベンジリデン−３−トリエトキシシリルプロピルアミンの¹³Ｃ−核磁気共鳴スペクトルチャートである。
【図３】図３は実施例２で調製したＮ−ｏ−クロロベンジリデン−３−トリエトキシシリルプロピルアミンの¹Ｈ−核磁気共鳴スペクトルチャートである。
【図４】図４は実施例１で調製したＮ−ｏ−クロロベンジリデン−３−トリエトキシシリルプロピルアミンの¹³Ｃ−核磁気共鳴スペクトルチャートである。

Claims

一般式(Ｉ)：

｛式中、Ｒ¹は一価炭化水素基であり、Ｒ²はアルキル基またはアルコキシアルキル基であり、Ｘ、Ｙ、およびＺはそれぞれハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アルキルチオ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、カルボキシル基の塩型基、スルホン酸基、スルホン酸基の塩型基、ジアルキルアミノ基、およびジ（ハロアルキル）アミノ基からなる群から選択される官能性基または水素原子であり、ただし、Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも一つは前記の官能性基であり、ａは０または１であり、ｂは１以上の整数であり、ｃは０、１、または２である。｝
で表されるシランカップリング剤。
Ｘがハロゲン原子であり、ＹおよびＺがそれぞれ水素原子であることを特徴とする請求項１記載のシランカップリング剤。
Ｘがアルコキシ基であり、ＹおよびＺがそれぞれ水素原子であることを特徴とする請求項１記載のシランカップリング剤。
(Ａ)一般式：

（式中、Ｒ¹、Ｒ²、ａ、ｂ、およびｃは前記と同じである。）
で表される有機ケイ素化合物と(Ｂ)一般式：

（式中、Ｘ、Ｙ、およびＺは前記と同じである。）
で表される官能性基置換ベンズアルデヒドとを脱水縮合反応させることを特徴とする請求項１記載のシランカップリング剤を製造する方法。