JP4265205B2 - Silanol group-containing compound, production method thereof, aqueous solution of silanol group-containing compound, surface treatment agent, and glass fiber - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シラノール基含有化合物とその製造方法、シラノール基含有化合物の水溶液、シラノール基含有化合物を含有する表面処理剤、さらに該表面処理剤で表面処理されたガラス繊維に関する。
【0002】
【従来の技術】
加水分解性シラン化合物は、各種基材の表面処理剤(シランカップリング剤など)として広く使用されており、通常その使用時には、それらが有する加水分解性基は予め加水分解される。
一般に、加水分解性シラン化合物を加水分解すると、ケイ素原子に結合している加水分解性基に由来する揮発性有機成分が発生する。従って、加水分解後の加水分解性シラン化合物含有液は揮発性有機成分を多量に含有することから、その取り扱い時には、有機溶剤中毒、引火、爆発等の危険性があるばかりでなく、該揮発性有機成分が大気中に揮散して環境に負荷を与える可能性が高い。
【0003】
従って、該加水分解性シラン化合物含有液の取り扱いにあたっては、作業者の健康を守り爆発等の災害を防ぐための教育を実施せねばならないし、取り扱うための特別な設備を必要とする。さらにまた、該取り扱いに伴って発生する廃水中にも揮発性有機成分が含まれるので、これを処理するために大がかりな廃水処理設備を必要とする。
【0004】
そこで、加水分解性シラン化合物を予め水と反応させて加水分解させ、発生する揮発性有機成分を除去する方法が考えられた。例えば、メタクリル基含有アルコキシシランを理論加水分解量よりも少ない量の水を用いて加水分解し、発生するアルコールを除去した縮合物が開示されている(特許文献1参照。)。
しかしながら、前述のメタクリル基含有アルコキシシランは、完全に加水分解しようとすると、該メタクリル基含有アルコキシシラン水溶液の粘度が高くなる。さらに場合によっては固化することもあるため、完全に加水分解された安定な水溶液を得ることは困難であった。
一方、該水溶液を酸性状態にすると、高粘度化もしくは固化させることなく該メタクリル基含有アルコキシシランを完全に加水分解することも可能である。しかし、該水溶液中における完全加水分解後のメタクリル基含有アルコキシシラン同士の縮合により、該水溶液の安定性が低下し、経時変化とともに白濁していた。すなわち、長時間安定した状態で保存することが困難であった。
【特許文献1】
特開2000−53683号公報
【0005】
【本発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、水溶液の状態で長期間保存した場合であっても、シラノール基含有化合物同士の縮合が一定割合以上進行することなく安定な状態を保持し得るシラノール基含有化合物を提供することである。また、中和反応によって得られる化合物の水溶液を酸性にすることなく、該中和反応によって得られる化合物を完全に加水分解することが可能なシラノール基含有化合物の製造方法を提供することである。さらには、該化合物の水溶液を提供することである。また、該化合物または該水溶液を含有する表面処理剤および該水溶液該表面処理剤で表面処理されたガラス繊維を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前述の従来技術の課題に鑑み鋭意研究を重ねた。その結果、下記一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物であれば、水溶液の状態で長期間保存した場合であっても、シラノール基含有化合物同士の縮合が一定割合以上進行することなく安定な状態を保持し得ること、さらに、下記一般式(4)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物を、下記一般式(3)で表される化合物で中和した後、該中和反応によって得られる化合物のアルコキシルを加水分解するシラノール基含有化合物の製造方法であれば、該中和反応によって得られる化合物の水溶液を酸性にすることなく、該中和反応によって得られる化合物を完全に加水分解することができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させた。
【0007】
本発明は以下の構成を有する。
(1)一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物。
(式中、R1はHまたはメチルであり、R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基であり、pは1〜6の整数であり、mは0<m≦3の範囲の値であり、nは0または1である。)
【0008】
(2)一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物を、一般式(3)で表される化合物で中和することを特徴とする前記第1項記載の一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法。
(式中、R1はHまたはメチルであり、R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基であり、pは1〜6の整数であり、mは0<m≦3の範囲の値であり、nは0または1である。)
【0009】
(3)一般式(4)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物を、前記第2項記載の一般式(3)で表される化合物で中和した後、該中和反応によって得られる化合物のアルコキシル基を加水分解し、副生するアルコールを除去することを特徴とする前記第1項記載の一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法。
(式中、R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基であり、R3は炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基であり、nは0または1であり、pは1〜6の整数である。)
【0010】
(4)前記第1項記載のシラノール基含有化合物の水溶液。
【0011】
(5)水溶液に対するシラノール基含有化合物の含有割合が、0.1重量%〜70重量%の範囲である前記第4項記載の水溶液。
【0012】
(6)水溶液に対するアルコール成分の含有割合が4重量%未満である前記第4項または第5項記載の水溶液。
【0013】
(7)前記第1項記載のシラノール基含有化合物を含有する表面処理剤。
【0014】
(8)前記第4項〜第6項の何れか1項記載の水溶液を含有する表面処理剤。
【0015】
(9)前記第7項または第8項記載の表面処理剤で表面処理されたガラス繊維。
【0016】
(10)一般式(5)で表されるシラノール基含有化合物。
(式中、R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基であり、pは1〜6の整数であり、mは0<m≦3の範囲の値であり、nは0または1である。)
【0017】
(11)前記第2項記載の一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物を、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(下記の構造を有する化合物)で中和することを特徴とする前記第10項記載の一般式(5)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物である。
R1は、Hまたはメチルである。R1はメチルであることが好ましい。
R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基である。炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキルとしては、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチルなどが挙げられる。炭素数6〜10の芳香族基としては、フェニル、トルイル、キシリル、エチルフェニル、カルボキシフェニルなどを挙げることができる。R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキルが好ましい。これらのうち、メチル、エチル、n−プロピルおよびi−プロピルが特に好ましい。
pは1〜6の整数であるが、2〜4の整数であることが好ましい。
mは0<m≦3の範囲の値である。但し、ここでいうmとは平均組成としての値を示すものである。本発明の一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物が単量体として存在する場合には、mは(3−n)の値をとり、整数となる。しかし、2量体、3量体等の多量体として存在する場合には、mは0<m<3の範囲の値となる。本発明の一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物は単量体または多量体として存在することは勿論、単量体と多量体との混合物としても存在する。また、縮合反応と加水分解反応が協奏的に起こるため、mは常に一定の整数値をとるわけではない。なお、mの値は一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の水溶液中の濃度により平均組成としてある一定値にあり、濃度が高くなるとmは小さくなり、濃度が低くなるとmは大きくなる。
nは0または1であるが、好ましくnは0である。なお、mが3の場合には、nは常に0である。
【0019】
一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法は特に限定されるものではない。例えば、一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物を、一般式(3)で表される化合物で中和する方法を挙げることができる。また、一般式(4)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物を、一般式(3)で表される化合物で中和した後、該中和反応によって得られる化合物のアルコキシル基を加水分解し、副生するアルコールを除去する方法を挙げることもできる。
【0020】
一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法は、メタ(アクリル)基が重合を起こす可能性が低いという観点から、一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物を、一般式(3)で表される化合物で中和する方法であることが好ましい。具体的には、一級アミンとカルボン酸との中和反応(反応式1)である。
【0021】
一般式(2)で示される化合物に対する一般式(3)で示される化合物の割合(一般式(3)で示される化合物/一般式(2)で示される化合物)は、モル比で0.5〜1の範囲であることが好ましい。該割合が0.5未満であると(メタ)アクリル基の含有量が少なくなるため、(メタ)アクリル官能性シランとしての性能が発揮できなくなる場合がある。また、該割合が1を超えると、一般式(3)で示される化合物が過剰分残存し、これが揮発性有機成分となる場合がある。さらには、(メタ)アクリル官能性シランとしての性能および中和後のpHを考慮すると、一般式(2)で示される化合物に対する一般式(3)で示される化合物の割合は、より好ましくは0.7〜1の範囲であり、特に好ましくは0.9〜1の範囲である。
【0022】
(反応式1)で示される中和反応時の温度は0℃〜80℃の範囲であることが好ましく、特に0℃〜50℃の範囲であることが好ましい。該温度が80℃を超えると、重合性である(メタ)アクリル基の重合が起こる場合がある。さらに、一般式(3)で示される化合物がアクリル酸である場合には、アクリル基と一般式(2)で示される化合物のアミノ基との付加反応がおこる。その結果、目的物の収率および純度が低下する場合がある。
(反応式1)で示される中和反応では中和熱が発生し温度が上昇することから、反応器を水浴等で冷却することが好ましい。また、中和熱の発生を押さえるため、一般式(2)で示される化合物に一般式(3)で示される化合物を少量ずつ滴下するという方法も好ましい。
【0023】
該中和反応中(メタ)アクリル基の重合を引き起こさないため、あらかじめ一般式(3)で示される化合物中に重合禁止剤を添加しておき、これを一般式(2)で示される化合物に加えて一般式(1)で示されるシラノール基含有化合物を合成してもよい。
このとき添加する重合禁止剤は、シラノール基含有化合物の水溶液中に均一に溶解するものであればよい。具体的には、p−メトキシフェノール、アスコルビン酸、ソルビン酸などが挙げられる。重合禁止剤の添加量も(メタ)アクリル官能性シランとしての性能を阻害しない量であればよい。具体的には、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物に対して重量比で2000ppm以下であればよい。
【0024】
一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物は、一般式(4)で表されるアミノアルコキシシランと水とを反応させ、該反応において副生する揮発性有機成分を留去する方法により製造することができる。なお、一般式(4)で表されるアミノアルコキシシランは、一般試薬として入手することができる。
【0025】
OR3が加水分解性基として作用するものであれば、R3は特に限定されるものではない。加水分解により生成する揮発性有機成分の沸点が比較的低く、反応液からの該揮発性有機成分の除去が容易であるという観点から、R3は炭素数4以下のアルキルであることが好ましい。具体的には、メチル、エチル、i−プロピル、i−ブチルなどを挙げることができる。特に好ましくは、メチルおよびエチルである。
【0026】
一般式(4)で表されるアミノアルコキシシランと水との反応(加水分解反応)において、アミノアルコキシシランに対する水の割合(水(モル数)/アミノアルコキシシラン(モル数))はモル比で1.5〜10の範囲であることが好ましい。水の割合がアミノアルコキシシラン1モルに対し1.5モル未満である場合には、該反応が充分に進行せず加水分解性基が残る場合がある。また、該割合がアミノアルコキシシラン1モルに対し10モルを越える場合には、加水分解反応後に実施する揮発性有機成分の留去においてその効率が悪化する場合がある。
【0027】
該加水分解反応は0℃〜100℃の範囲内で行うことが好ましく、より好ましくは40℃〜100℃の範囲である。
【0028】
該加水分解反応によって揮発性有機成分が副生するが、本発明において使用する一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物は、該揮発性有機成分の含有割合が低いものであることが好ましい。該含有割合は、一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物の水溶液に対して4重量%未満であることが特に好ましい。該割合が4重量%未満であれば、アルコール成分の蒸気圧を元に計算すると、米国産業専門家会議(ACGIH:American Conference of Governmental Industrial Hygienists)が勧告している、常温、常圧下で大気中へ放出される揮発性有機成分量が許容濃度である1000ppm(0.1MPa、25℃)以下となる。
【0029】
該含有割合を下げる方法は特に限定されるものではないが、100Pa〜100KPaの圧力下、該揮発性有機成分を留去することが好ましい。
その際の温度は特に限定されるものではないが、0〜100℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは40〜100℃の範囲である。
【0030】
さらに、該揮発性有機成分を留去する際には、一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物の水溶液から留去される揮発性有機成分の重量と同じ重量の水を反応液に添加することが好ましい。これにより、該水溶液が濃縮され粘度が上昇し、蒸留効率が低下する事を防止できる。
【0031】
さらに、本発明に使用する該水溶液は、そのケイ素含有量が17重量%以下の範囲であることが好ましい。ケイ素の含有割合が17重量%より多いと該水溶液の粘度が非常に高くなり流動性が低くなる傾向があり、品質を一定に保つことが困難となる。
【0032】
また、該揮発性有機成分の留去が終了した後、該水溶液の一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物濃度を測定し、必要に応じ、水により希釈あるいは再度蒸留による濃縮操作を行い所定の濃度に調製してもよい。
【0033】
本発明は、一般式(4)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物を、一般式(3)で表される化合物で中和した後、該中和反応によって得られる化合物のアルコキシル基を加水分解し、副生するアルコールを除去することを特徴とする一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法である。一般式(3)で表される化合物が中和後微量残存した場合でもアルコールとともに除去できる。
【0034】
一般式(4)で示される化合物と、一般式(3)で示される化合物との反応は、具体的には一級アミンとカルボン酸との中和反応(反応式2)である。
【0035】
一般式(4)で示される化合物に対する一般式(3)で示される化合物の割合(一般式(3)で示される化合物/一般式(4)で示される化合物)は、モル比で0.5〜1の範囲であることが好ましい。該割合が0.5未満であると(メタ)アクリル基の含有量が少なくなるため(メタ)アクリル官能性シランとしての性能が発揮できなくなる場合がある。また、該割合が1を超えると、一般式(3)で示される化合物が過剰分残存し、これを完全に除去できず揮発性有機成分となる場合がある。
【0036】
(メタ)アクリル官能性シランとしての性能および中和後のpHを考慮すると、一般式(4)で示される化合物に対する一般式(3)で示される化合物の割合は、より好ましくは0.7〜1の範囲であり、特に好ましくは0.9〜1の範囲である。
【0037】
(反応式2)で示される中和反応時の温度は80℃以下が好ましく、特に0℃〜50℃の範囲であることが好ましい。該温度が80℃を超える場合には、重合性の(メタ)アクリル基の重合が起こる場合がある。さらに、一般式(3)で示される化合物がアクリル酸である場合には、アクリル基と一般式(4)で示される化合物のアミノ基との付加反応がおこり、目的物の収率および純度が低下する場合がある。
【0038】
(反応式2)で示される中和反応では中和熱が発生し温度が上昇することから、反応器を水浴等で冷却することが好ましい。また、中和熱の発生を押さえるため、一般式(4)で示される化合物に一般式(3)で示される化合物を少量ずつ滴下するという方法も好ましい。
【0039】
該中和反応中(メタ)アクリル基の重合を引き起こさないため、あらかじめ一般式(3)で示される化合物中に重合禁止剤を添加しておき、これを一般式(4)で示される化合物に加えてもよい。
【0040】
このとき添加する重合禁止剤は、シラノール基含有化合物の水溶液中に均一に溶解するものであればよい。具体的には、p−メトキシフェノール、アスコルビン酸、ソルビン酸などが挙げられる。重合禁止剤の添加量も(メタ)アクリル官能性シランとしての性能を阻害しない量であればよい。具体的には、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物に対して重量比で2000ppm以下であればよい。
【0041】
該中和反応によって得られる化合物のアルコキシル基の加水分解において、該化合物に対する水の割合(水(モル数)/アミノアルコキシシラン(モル数))は、モル比で1.5〜10の範囲であることが好ましい。水の割合が該化合物1モルに対し1.5モル未満である場合には、該反応が充分に進行せず加水分解性基が残る場合がある。また、該割合が該化合物1モルに対し10モルを越える場合には、加水分解反応後に実施する揮発性有機成分の除去においてその効率が悪化する場合がある。
【0042】
該加水分解反応は、40℃〜100℃の範囲内で行われることが好ましく、より好ましくは40℃〜80℃の範囲内である。
【0043】
該加水分解反応によって副生する揮発性有機成分の除去方法は特に限定されるものではないが、留去であることが好ましい。その留去方法は特に限定されるものではないが、100Pa〜100KPaの範囲の圧力下、蒸留することが好ましい。その際の温度は40〜100℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは40〜80℃の範囲である。
【0044】
一般式(1)で示されるシラノール基含有化合物および一般式(3)で示される化合物は、重合性の(メタ)アクリル基を含有しているため、高温になると(メタ)アクリル基の重合が起こる場合があることから、中和反応、加水分解反応、および副生揮発性有機成分除去時の温度は80℃以下であることが好ましい。
【0045】
該揮発性有機成分の含有割合は、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の水溶液に対して4重量%未満であることが好ましい。該割合が4重量%未満であれば、アルコール成分の蒸気圧を元に計算すると、米国産業専門家会議(ACGIH:American Conference of Governmental Industrial Hygienists)が勧告している、常温、常圧下で大気中へ放出される揮発性有機成分量が許容濃度である1000ppm(0.1MPa、25℃)以下となる。
【0046】
さらに、該揮発性有機成分を留去する際には、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の水溶液から留去される揮発性有機成分の重量と同じ重量の水を反応液に添加することが好ましい。これにより該水溶液が濃縮され粘度が上昇し、蒸留効率が低下する事を防止できる。
【0047】
本発明は、一般式(1)で示されるシラノール基含有化合物の水溶液である。シラノール基含有化合物の含有割合(シラノール基含有化合物の重量/(シラノール基含有化合物の重量+水の重量))は、特に制限されるものではないが、0.1〜70重量%の範囲であることが好ましい。シラノール基含有化合物の含有割合が70重量%より大きいと保存時に該水溶液の粘度が非常に高くなり流動性が低くなる傾向がある。その結果、(メタ)アクリル基の重合を引き起こす可能性が高くなり、品質を一定に保つことが困難となる。したがって、必要に応じて再濃縮するかまたは水により希釈して所定の濃度に調整するのが好ましい。
【0048】
本発明は、一般式(1)で示されるシラノール基含有化合物、または該シラノール基含有化合物の水溶液を含有する表面処理剤である。これら化合物または水溶液を含有するものであれば、その組成や物性などは特に限定されるものではない。
【0049】
本発明の表面処理剤は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、一般式(1)で示される本発明のシラノール基含有化合物に加えて、顔料、消泡剤、潤滑剤、防腐剤、pH調節剤、フィルム形成剤、帯電防止剤、抗菌剤、界面活性剤、および染料などから選択される他の添加剤の1種以上を含有するものであっても良い。
【0050】
本発明の表面処理剤に含まれる一般式(1)で示されるシラノール基含有化合物の割合は特に限定されるものではないが、表面処理剤に対して0.1〜60重量%の範囲であることが好ましい。
【0051】
本発明の表面処理剤の用途は特に限定されるものではないが、具体的には、ガラス繊維の表面処理、タルク、マイカ等のフィラーの表面処理、鋳物用鋳型、レジンコンクリート、樹脂の表面改質および水系塗料の添加剤などを挙げることができる。その中でも特にガラス繊維の表面処理に使用した場合には、ガラス/樹脂界面を強固に結びつけることができるため、FRPなどの複合材料の性能を向上することができる。
【0052】
本発明は、前記表面処理剤で表面処理されたガラス繊維である。ガラス繊維を表面処理する方法は、一般的に用いられる方法が採用できる。例えば、一般式(1)で示されるシラノール基含有化合物または該シラノール基含有化合物の水溶液を含有する表面処理剤を、希釈したものに、ガラス繊維を浸漬させた後、乾燥させることにより製造することができる。また、この表面処理剤を希釈したものを吹き付けた後に乾燥させることにより製造することができる。
本発明のガラス繊維は、その製品形態に限定されない。ガラス繊維製品は多岐にわたるが、例を挙げると単繊維、チョップトストランド、ロービング、ヤーン、ガラスクロスなどが示される。
【0053】
本発明は、一般式(5)で表されるシラノール基含有化合物である。
一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物と同様の効果を奏する。本発明の一般式(5)で表されるシラノール基含有化合物は、一般式(3)で表される化合物に代えて、次の構造を有する化合物(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)を用いることで、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法と同様に製造することができる。
【0054】
本発明は、一般式(3)で表される化合物に代えて一般式(6)から(13)で表される化合物のいずれか1つを用いて、一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物を中和することを特徴とするシラノール基含有化合物の製造方法である。
また本発明は、一般式(3)で表される化合物に代えて一般式(6)から(13)で表される化合物のいずれか1つを用いて、一般式(4)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物を中和した後、該中和反応によって得られる化合物のアルコキシル基を加水分解し、副生するアルコールを除去することを特徴とするシラノール基含有化合物の製造方法である。これらの製造方法により、得られるシラノール基含有化合物も、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物と同様の効果を奏する。すなわち、水溶液の状態で長期間保存した場合であっても、シラノール基含有化合物同士の縮合が一定割合以上進行することなく安定な状態を保持し得る。また、揮発性有機成分を殆ど含まず、シランカップリング剤としての効果を奏するものである。
【0055】
一般式(6)で表される化合物は、ヒドロキシル基を2つ有するカルボン酸である。R4は炭素数1〜3の直鎖もしくは分岐のアルキルである。
【0056】
一般式(7)で表される化合物は、芳香族カルボン酸である。R5はH、水酸基または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキルである。
例えば、次の化合物である。
【0057】
一般式(8)で表される化合物は、ジカルボン酸である。A1は、単結合、炭素数2から8のアルキレンまたは1,4−フェニレンである。
例えば、次の化合物である。
【0058】
一般式(9)で表される化合物は、テトラカルボン酸である。A2は、任意の2つの水素がカルボキシル基との単結合に置き換えられた炭素数4〜8のアルキレンまたは任意の4つの水素がカルボキシル基との単結合に置き換えられたベンゼン環である。
例えば、次の化合物である。
【0059】
一般式(10)で表される化合物は、メルカプト基含有カルボン酸である。
A3は、炭素数2〜6のアルキレンである。
例えば、次の化合物である。
【0060】
一般式(11)で表される化合物は、メルカプト基含有ジカルボン酸である。A4は、任意の1つの水素がメルカプト基との単結合に置き換えられた炭素数2〜6のアルキレンである。
例えば、次の化合物である。
【0061】
一般式(12)で表される化合物は、スルフィド基含有ジカルボン酸である。A5は、炭素数2〜6のアルキレンまたはフェニレンである。
例えば、次の化合物である。
【0062】
一般式(13)で表される化合物は、スルホン酸系化合物である。
R6は、H、水酸基または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキルである。
例えば、次の化合物である。
なお、ベンゼン環の複数の水素が水酸基に置き換わった化合物では、本発明の効果を奏しないことを実験により確認している。
【0063】
本発明は、一般式(14)または(15)で表されるシラノール基含有化合物である。
ここで、qは1〜3の整数である。念のため記載しておくが、R1、R2、m、n、pは、一般式(1)のそれらと同様である。
なお、一般式(15)で表されるシラノール基含有化合物においては、R4は、メチルまたはエチルであることが特に好ましい。
これらは、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物と同様の効果を奏する。本発明の一般式(14)で表されるシラノール基含有化合物は、一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物に代えて、一般式(16)で表されるシラノール基含有化合物を用いることで、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法と同様に製造することができる。
また、本発明の一般式(14)で表されるシラノール基含有化合物は、一般式(4)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物に代えて、一般式(17)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物を用いることで、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法と同様に製造することもできる。
【0064】
本発明の一般式(15)で表されるシラノール基含有化合物は、一般式(2)で表されるシラノール基含有化合物に代えて、一般式(16)で表されるシラノール基含有化合物を、一般式(3)で表される化合物に代えて、一般式(6)で表される化合物を用いることで、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法と同様に製造することができる。
また、本発明の一般式(15)で表されるシラノール基含有化合物は、一般式(4)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物に代えて、一般式(17)で表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物を用いることで、一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法と同様に製造することもできる。なお、これらのジアミノ系シランの製造における反応条件や好ましい範囲等はすべて一般式(1)で表されるシラノール基含有化合物の製造方法と同じである。また、効果においても同じである。
【0065】
【実施例】
以下、実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実験例1:シラノール基含有水溶性アミノシラン化合物水溶液の合成
内部温度測定器、攪拌装置、液体配量装置、搭頂部温度測定器を備えた蒸留塔、冷却器、および蒸留生成物受器を備えた容量2リットルのフラスコに、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(チッソ(株)製サイラエースS330)1000gを仕込み、次いで配量装置から純水500gを投入し、3−アミノプロピルトリエトキシシランの加水分解を行った。ガスクロマトグラフで3−アミノプロピルトリエトキシシランのピークが消失した点を加水分解の終了とし、その後該フラスコを2KPaまで減圧し、60℃で副生したエタノール500gを除去した。微量の残存エタノールを除去するためさらに蒸留を続け、さらに250g留去し、次いで除去したエタノールと同重量の純水を後該フラスコに加えて濃度および粘度を調整した。
蒸留終了後の反応液(水溶液)はガスクロマトグラフにより分析すると、エタノール含有割合は0.1重量%以下であった。該反応液(水溶液)をアルミカップに計量し、熱風オーブン中105℃で3時間加熱乾固させたところ、不揮発分は50重量%であった。ケイ素含有量は12.7重量%であり粘度は25℃で150mm2/sであった。
【0066】
実験例2:シラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物水溶液の合成
内部温度測定器、攪拌装置、滴下ロート、および還流冷却器を備えた容量1リットルのフラスコに、実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを仕込み、また滴下ロートにメタクリル酸195.8gを仕込んだ。フラスコを氷水浴に浸して内容物を冷却し、200回転/分で内容物を攪拌しながら、滴下ロートからメタクリル酸を1時間かけて滴下した。滴下終了後、そのまま1時間攪拌を継続した。このときの該フラスコ内温は25〜30℃であった。
攪拌終了後、pHを測定したところ6.8であり、完全に中和されていることを確認した。また、攪拌終了後の反応液(水溶液)をバイアルビンに入れてヘッドスペース部をガスクロマトグラフにより分析したところ、メタクリル酸のピークは観測されなかった。該バイアルビン中の反応液(シラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物水溶液)は、1週間経過後も白濁しなかった。
この反応液(水溶液)中の不揮発分含有割合を知るために、105℃に加熱したオーブン中に3時間放置後の重量を測定したところ、加熱前の重量の64重量%であった。
【0067】
実験例3:シラノール基含有水溶性アクリルシラン化合物水溶液の合成
内部温度測定器、攪拌装置、滴下ロート、および還流冷却器を備えた容量200ミリリットルのフラスコに、実験例1で得たシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液66gを仕込み、また滴下ロートにアクリル酸21.6gを仕込んだ。フラスコを氷水浴に浸して内容物を冷却し、200回転/分で内容物を攪拌しながら、滴下ロートからアクリル酸を1時間かけて滴下した。滴下終了後、そのまま1時間攪拌を継続した。このときの該フラスコ内温は25〜30℃であった。
攪拌終了後、pHを測定したところ6.8であり、完全に中和されていることを確認した。また、該水溶液をバイアルビンに入れてヘッドスペース部をガスクロマトグラフにより分析したところ、アクリル酸のピークは観測されなかった。該バイアルビン中の反応液(シラノール基含有水溶性アクリルシラン化合物水溶液)は、1週間経過後も白濁しなかった。
【0068】
実験例4:シラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物水溶液による水酸化アルミニウムの表面処理
スプレーバイアルに実験例2で合成したシラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物水溶液0.5gおよび純水2gを入れ均一に溶解させて表面処理剤を得た。ミキサーカップに水酸化アルミニウム粉体(昭和電工(株)製ハイジライトH−320)50gを秤量した。ミキサーカップ内容物を攪拌しながら、該水酸化アルミニウム粉体に該表面処理剤を噴霧した。ミキサーカップにふたをし、ミキサーにて攪拌した。攪拌後、内容物を100℃にて20分乾燥し、乳鉢ですりつぶすことによって表面処理された水酸化アルミニウム粉体を得た。
【0069】
実験例5:水酸化アルミニウム/不飽和ポリエステル樹脂複合材料試験片の調製カップに不飽和ポリエステル樹脂(昭和高分子(株)製リゴラック2004WN−2)25gを入れた。これに促進剤(昭和高分子(株)製リゴラック促進剤E)0.0625g、硬化剤(日本油脂(株)製パーメックN)0.125g、実験例4にて得られたシラン処理された水酸化アルミニウム粉体37.5gを攪拌しながら順次加えた。50℃で脱泡したのち、型に樹脂を流し入れて注形し、50℃にて3時間、80℃にて2時間加熱し樹脂を硬化させて、幅約15mm、厚さ約2.3mm、長さ約69mmの試験片を得た。
【0070】
実験例6:水酸化アルミニウム/不飽和ポリエステル樹脂複合材料試験片の調製水酸化アルミニウム粉体(昭和電工(株)製ハイジライトH−320)を表面処理を行わずそのまま用い、促進剤を0.25g、硬化剤を0.5g用いた他は実験例5に準じて同様の大きさの試験片を得た。
【0071】
実験例7:材料強度試験
実験例5および実験例6にて得られた複合材料試験片の曲げ試験を行った。試験方法はJIS K 6911に準じた。ただし、支点間距離は20mmである。試験片が折れたときの最大荷重および正確に測定した試験片の幅および厚さから曲げ強さを求めた。結果を表1に示した。
【0072】
【表1】
【0073】
表1より、実験例5で得られた試験片の方が高い強度を示した。これは、水酸化アルミニウム粉体と不飽和ポリエステル樹脂との界面が本発明で得られたシラノール基含有化合物により強固に結びついていることを示しており、表面処理剤として有効に機能していることが示される。
【0074】
実験例8:シラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物水溶液によるガラス繊維の表面処理
ビーカーに実験例2で合成したシラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物水溶液10gおよび純水990gを入れ、マグネチックスターラーにて攪拌し均一に溶解させて表面処理剤を得た。この表面処理剤中に約30cmの長さに切断したガラス繊維(直径約16μm)を30秒間浸漬し、オーブン中で100℃にて20分乾燥することによって表面処理されたガラス繊維を得た。
【0075】
実験例9:マイクロドロップレット測定用試験サンプル作成
実験例8にて得られた表面処理されたガラス繊維1本を台紙に接着剤で固定した。カップに不飽和ポリエステル樹脂(昭和高分子(株)製リゴラック2004WN−2)20gおよびメタクリル酸メチル(東京化成(株)製)5gを入れた。これに促進剤(昭和高分子(株)製リゴラック促進剤E)0.5g、硬化剤(日本油脂(株)製パーメックN)1gを攪拌しながら順次加えた。室温にて脱泡したのち、ミクロスパーテルを用いてガラス繊維に樹脂を少量塗布することにより、ガラス繊維に樹脂の微小ドロップを付着させた。これを50℃にて2時間、80℃にて2時間、100℃にて3時間加熱し樹脂を硬化させて、マイクロドロップレット測定用試験サンプルを得た。
【0076】
実験例10:マイクロドロップレット測定用試験サンプル作成
表面処理を行わずにガラス繊維をそのまま用いた他は実験例9に準じて同様のマイクロドロップレット測定用試験サンプルを得た。
【0077】
実験例11:マイクロドロップレット測定
複合材界面特性評価装置HM410(東栄産業(株)製)にて実験例9および実験例10にて得られたサンプルのマイクロドロップレット測定を行った。マイクロドロップレット測定とは、ガラス繊維に付着した樹脂ドロップを固定し、ガラス繊維を引き抜くときの最大荷重を求め、これからガラス/樹脂界面の界面せん断強度を評価するものである。測定の概念を図1に示した。
得られた界面せん断強度を表2に示した。
【0078】
【表2】
表2より、実験例9で得られた試験サンプルの方が高い強度を示した。これは、ガラス繊維と樹脂との界面が本発明で得られたシラノール基含有化合物により強固に結びついていることを示しており、表面処理剤として有効に機能していることが示される。
【0079】
実験例12:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを80.0gに、メタクリル酸195.8gを2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(下記の化合物)75.4gに代え、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.038g加えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物の合成を行った。
赤みがかった微黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0080】
実験例13:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを22.1gに、メタクリル酸195.8gを2,2−ジメチルプロピオン酸(下記の化合物)13.4gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
無色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0081】
実験例14:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを22.1gに、メタクリル酸195.8gを安息香酸(下記の化合物)12.2gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
無色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0082】
実験例15−1:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを22.1gに、メタクリル酸195.8gを4−ヒドロキシ安息香酸(下記の化合物)13.8gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
褐色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0083】
実験例15−2:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを20.0gに、メタクリル酸195.8gを3,4−ジヒドロキシ安息香酸(下記の化合物)14.1gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
褐色沈殿物を含む水溶液が得られた。したがって、実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液と3,4−ジヒドロキシ安息香酸との中和反応によって生じる化合物は、本発明の効果を奏しない。
【0084】
実験例15−3:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを20.0gに、メタクリル酸195.8gを3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸(下記の化合物)17.2gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
褐色沈殿物を含む水溶液が得られた。したがって、実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液と3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸との中和反応によって生じる化合物は、本発明の効果を奏しない。
【0085】
実験例16:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gをシュウ酸二水和物2.87gに代えたこと以外は実験例2と同様の操作を行った。
無色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0086】
実験例17:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gをこはく酸(下記の化合物)2.68gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
無色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0087】
実験例18:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gをアジピン酸(下記の化合物)3.32gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
無色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0088】
実験例19:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gをテレフタル酸(下記の化合物)3.78gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
微黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0089】
実験例20:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gをmeso−ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸(下記の化合物)2.66gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0090】
実験例21:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gをチオグリコール酸(下記の化合物)4.19gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
無色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0091】
実験例22:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gをチオリンゴ酸(下記の化合物)3.41gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
微黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0092】
実験例23:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gを3,3’−ジチオジプロピオン酸(下記の化合物)4.78gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
微黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0093】
実験例24:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを10.0gに、メタクリル酸195.8gを2,2’−ジチオジ安息香酸(下記の化合物)6.96gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
微黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0094】
実験例25:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを20.0gに、メタクリル酸195.8gをベンゼンスルホン酸(下記の化合物)14.2gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
淡黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0095】
実験例26:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを20.0gに、メタクリル酸195.8gを4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸(下記の化合物)15.6gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
褐色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0096】
実験例27:シラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物水溶液の合成
容量500ミリリットルのフラスコを用いて、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(チッソ(株)製サイラエースS330)1000gを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(チッソ(株)製サイラエースS320)222gに、純水500gを81gに代えたこと以外は実験例1と同様の操作を行った。
【0097】
実験例28:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを実験例27で得られたシラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物の水溶液10.0gに、メタクリル酸195.8gを2.82gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物の合成を行った。
黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0098】
実験例29:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを実験例27で得られたシラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物の水溶液10.0gに、メタクリル酸195.8gを5.64gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物の合成を行った。
黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0099】
実験例30:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを実験例27で得られたシラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物の水溶液10.0gに、メタクリル酸195.8gを2,2−ジメチロールプロピオン酸4.4gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性シラン化合物の合成を行った。
黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0100】
実験例31:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを実験例27で得られたシラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物の水溶液10.0gに、メタクリル酸195.8gを2,2−ジメチロールプロピオン酸8.8gに代えたこと以外は実験例2と同様の操作を行った。
黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0101】
実験例32:シラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物水溶液の合成
容量500ミリリットルのフラスコを用いて、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(チッソ(株)製サイラエースS330)1000gをN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(チッソ(株)製サイラエースS310)206gに、純水500gを54gに代えたこと以外は実験例1と同様の操作を行った。
【0102】
実験例33:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを実験例32で得られたシラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物の水溶液10.0gに、メタクリル酸195.8gを2.69gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物の合成を行った。
黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0103】
実験例34:
実験例1で得られたシラノール基含有水溶性アミノシラン化合物の水溶液500gを実験例32で得られたシラノール基含有水溶性ジアミノシラン化合物の水溶液10.0gに、メタクリル酸195.8gを5.38gに代えたこと以外は実験例2に準じてシラノール基含有水溶性メタクリルシラン化合物の合成を行った。
黄色透明の水溶液が得られた。該水溶液は1週間以上放置しておいても白濁しなかった。また、揮発性有機溶媒のピークは観測されなかった。
【0104】
実験例35:マイクロドロップレット測定用試験サンプル作成
実験例8にて得られたシラン処理されたガラス繊維1本を台紙に接着剤で固定した。カップにビニルエステル樹脂(昭和高分子(株)製リポキシR−806)50gを入れた。これに促進剤(昭和高分子(株)製リゴラック促進剤E)0.5g、硬化剤(日本油脂(株)製パーメックN)1gを攪拌しながら順次加えた。室温にて脱泡したのち、ミクロスパーテルを用いてガラス繊維に樹脂を少量塗布することにより、ガラス繊維に樹脂の微小ドロップを付着させた。これを50℃にて2時間、80℃にて2時間、120℃にて4時間加熱し樹脂を硬化させて、マイクロドロップレット測定用試験サンプルを得た。
【0105】
実験例36:シラノール基含有水溶性アクリルシラン化合物水溶液によるガラス繊維の表面処理
実験例8と同様に、ビーカーに実験例12で合成したシラノール基含有水溶性アクリルシラン化合物水溶液30gおよび純水970gを入れ、マグネチックスターラーにて攪拌し均一に溶解させて表面処理剤を得た。この表面処理剤中に約30cmの長さに切断したガラス繊維(直径約16μm)を30秒間浸漬し、オーブン中で100℃にて20分乾燥することによって表面処理されたガラス繊維を得た。
【0106】
実験例37:マイクロドロップレット測定用試験サンプル作成
実験例8にて得られた表面処理されたガラス繊維の代わりに実験例36にて得られたシラン処理されたガラス繊維を用いた他は、実験例35に準じて同様のマイクロドロップレット測定用試験サンプルを得た。
【0107】
実験例38:メタクリル基含有アルコキシシラン化合物水溶液によるガラス繊維の表面処理
実験例8と同様に、ビーカーに3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(チッソ(株)製S710)10gおよびpHを4に調整した酢酸水990gを入れ、マグネチックスターラーにて攪拌し均一に溶解させて表面処理剤を得た。その直後この表面処理剤中に約30cmの長さに切断したガラス繊維(直径約16μm)を30秒間浸漬し、オーブン中で100℃にて20分乾燥することによって表面処理されたガラス繊維を得た。
【0108】
実験例39:マイクロドロップレット測定用試験サンプル作成
実験例8にて得られた表面処理されたガラス繊維の代わりに実験例38にて得られた表面処理されたガラス繊維を用いた他は、実験例35に準じて同様のマイクロドロップレット測定用試験サンプルを得た。
【0109】
実験例40:マイクロドロップレット測定用試験サンプル作成
表面処理を行わずにガラス繊維をそのまま用いた他は実験例35に準じて同様のマイクロドロップレット測定用試験サンプルを得た。
【0110】
実験例41:マイクロドロップレット測定
複合材界面特性評価装置HM410(東栄産業(株)製)にて実験例35、実験例37、実験例39および実験例40にて得られたサンプルのマイクロドロップレット測定を行った。測定は実施例11と同様の方法で行った。
得られた界面せん断強度を表3に示した。
【0111】
【表3】
表3より、実験例35、実験例37で得られた試験サンプルは、実験例40で得られた試験サンプルよりも高い強度を示した。また、実験例39で得られた試験サンプルと同等の強度を示した。これは、ガラス繊維と樹脂との界面が本発明で得られたシラノール基含有化合物により強固に結びついていることを示しており、表面処理剤として有効に機能していることが示される。さらに、従来のメタクリル基含有アルコキシシランと比較して表面処理剤としての性能にまったく遜色がないことも示される。
これらの実験例より、本発明のシラノール基含有化合物は、水溶液の状態で長期間保存した場合であっても、安定な状態を保持し、かつシランカップリング剤としての効果を十分持つ優れた特性を持つ化合物であることが示される。
【0112】
【発明の効果】
本発明のシラノール基含有化合物水溶液は、水溶液の状態で長期間保存した場合であっても、シラノール基含有化合物同士の縮合が一定割合以上進行することなく安定な状態を保持し得る。さらに、表面処理剤としての効果を十分持つ優れた特性を持つ化合物である。また、本発明の製造方法は、中和反応によって得られる化合物の水溶液を酸性にすることなく、該中和反応によって得られる化合物を完全に加水分解することが可能である。
本発明の表面処理剤は、ガラス繊維の処理、タルク、マイカ等のフィラーの表面処理、鋳物用鋳型、レジンコンクリート、樹脂の表面改質および水系塗料の添加剤などへの使用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マイクロドロップレット測定の概念図[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silanol group-containing compound and a production method thereof, an aqueous solution of a silanol group-containing compound, a surface treatment agent containing the silanol group-containing compound, and a glass fiber surface-treated with the surface treatment agent.
[0002]
[Prior art]
Hydrolyzable silane compounds are widely used as surface treatment agents (such as silane coupling agents) for various base materials, and usually hydrolyzable groups that they have are hydrolyzed in advance when used.
In general, when a hydrolyzable silane compound is hydrolyzed, a volatile organic component derived from a hydrolyzable group bonded to a silicon atom is generated. Therefore, since the hydrolyzable silane compound-containing liquid after hydrolysis contains a large amount of volatile organic components, there is not only danger of organic solvent poisoning, ignition and explosion during handling, but also the volatile There is a high possibility that organic components will volatilize into the atmosphere and cause a burden on the environment.
[0003]
Therefore, in handling the hydrolyzable silane compound-containing liquid, education for protecting the health of workers and preventing disasters such as explosions must be carried out, and special equipment for handling is required. Furthermore, since the volatile organic component is also contained in the wastewater generated by the handling, a large-scale wastewater treatment facility is required to treat this.
[0004]
Therefore, a method has been considered in which a hydrolyzable silane compound is preliminarily reacted with water to hydrolyze it, and the generated volatile organic components are removed. For example, a condensate obtained by hydrolyzing a methacrylic group-containing alkoxysilane with a smaller amount of water than the theoretical hydrolysis amount and removing the generated alcohol is disclosed (see Patent Document 1).
However, when the aforementioned methacrylic group-containing alkoxysilane is completely hydrolyzed, the viscosity of the methacrylic group-containing alkoxysilane aqueous solution increases. Furthermore, since it may solidify depending on the case, it is difficult to obtain a completely hydrolyzed stable aqueous solution.
On the other hand, when the aqueous solution is brought into an acidic state, the methacrylic group-containing alkoxysilane can be completely hydrolyzed without increasing the viscosity or solidifying it. However, the condensation of the methacryl group-containing alkoxysilanes after complete hydrolysis in the aqueous solution decreased the stability of the aqueous solution and became cloudy with time. That is, it was difficult to store in a stable state for a long time.
[Patent Document 1]
JP 2000-53683 A
[0005]
[Problems to be solved by the present invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a silanol group-containing compound that can maintain a stable state without allowing condensation between the silanol group-containing compounds to proceed over a certain ratio even when stored for a long time in an aqueous solution state. That is. Moreover, it is providing the manufacturing method of the silanol group containing compound which can fully hydrolyze the compound obtained by this neutralization reaction, without acidifying the aqueous solution of the compound obtained by neutralization reaction. Furthermore, it is to provide an aqueous solution of the compound. Moreover, it is providing the surface treatment agent containing this compound or this aqueous solution, and the glass fiber surface-treated with this aqueous solution.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have intensively studied in view of the above-mentioned problems of the prior art. As a result, in the case of a silanol group-containing compound represented by the following general formula (1), the condensation between the silanol group-containing compounds does not proceed over a certain ratio even when stored for a long time in the state of an aqueous solution. A stable state can be maintained, and further, after neutralizing the alkoxy group-containing silicon compound represented by the following general formula (4) with the compound represented by the following general formula (3), If it is the manufacturing method of the silanol group containing compound which hydrolyzes the alkoxyl of the compound obtained, the compound obtained by this neutralization reaction will be completely hydrolyzed, without acidifying the aqueous solution of the compound obtained by this neutralization reaction. Based on this finding, the present invention has been completed.
[0007]
The present invention has the following configuration.
(1) A silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
(Wherein R 1 Is H or methyl and R 2 Is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, p is an integer of 1 to 6, and m is a value in the range of 0 <m ≦ 3. , N is 0 or 1. )
[0008]
(2) The silanol group-containing compound represented by the general formula (2) is neutralized with the compound represented by the general formula (3), which is represented by the general formula (1) described in the above item 1. A method for producing a silanol group-containing compound.
(Wherein R 1 Is H or methyl and R 2 Is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, p is an integer of 1 to 6, and m is a value in the range of 0 <m ≦ 3. , N is 0 or 1. )
[0009]
(3) After neutralizing the alkoxy group-containing silicon compound represented by the general formula (4) with the compound represented by the general formula (3) described in the above item 2, the compound obtained by the neutralization reaction The method for producing a silanol group-containing compound represented by the general formula (1) according to the above item 1, wherein the alkoxyl group is hydrolyzed to remove the by-produced alcohol.
(Wherein R 2 Is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, and R Three Is a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, n is 0 or 1, and p is an integer of 1 to 6. )
[0010]
(4) An aqueous solution of the silanol group-containing compound as described in item 1 above.
[0011]
(5) The aqueous solution according to the above item 4, wherein the content ratio of the silanol group-containing compound to the aqueous solution is in the range of 0.1 wt% to 70 wt%.
[0012]
(6) The aqueous solution according to item 4 or 5, wherein the content ratio of the alcohol component to the aqueous solution is less than 4% by weight.
[0013]
(7) A surface treatment agent containing the silanol group-containing compound as described in item 1 above.
[0014]
(8) A surface treatment agent containing the aqueous solution according to any one of Items 4 to 6.
[0015]
(9) Glass fiber surface-treated with the surface treatment agent according to the seventh or eighth item.
[0016]
(10) A silanol group-containing compound represented by the general formula (5).
(Wherein R 2 Is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, p is an integer of 1 to 6, and m is a value in the range of 0 <m ≦ 3. , N is 0 or 1. )
[0017]
(11) The silanol group-containing compound represented by the general formula (2) described in the above item 2 is neutralized with 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (compound having the following structure). The manufacturing method of the silanol group containing compound represented by General formula (5) of said 10th.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
The present invention is a silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
R 1 Is H or methyl. R 1 Is preferably methyl.
R 2 Is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms. Examples of the linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms include methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl, pentyl, neopentyl, hexyl, heptyl Octyl and the like. Examples of the aromatic group having 6 to 10 carbon atoms include phenyl, toluyl, xylyl, ethylphenyl, carboxyphenyl and the like. R 2 Is preferably a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms. Of these, methyl, ethyl, n-propyl and i-propyl are particularly preferred.
Although p is an integer of 1-6, it is preferable that it is an integer of 2-4.
m is a value in the range of 0 <m ≦ 3. However, m here shows the value as an average composition. When the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) of the present invention is present as a monomer, m takes the value of (3-n) and becomes an integer. However, when it exists as a multimer such as a dimer or a trimer, m takes a value in the range of 0 <m <3. The silanol group-containing compound represented by the general formula (1) of the present invention exists not only as a monomer or multimer, but also as a mixture of a monomer and a multimer. Further, since the condensation reaction and the hydrolysis reaction occur in concert, m does not always take a constant integer value. The value of m is a certain value as an average composition depending on the concentration of the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) in the aqueous solution. When the concentration increases, m decreases, and when the concentration decreases, m increases. Become.
n is 0 or 1, but preferably n is 0. When m is 3, n is always 0.
[0019]
The manufacturing method of the silanol group containing compound represented by General formula (1) is not specifically limited. For example, the method of neutralizing the silanol group containing compound represented by General formula (2) with the compound represented by General formula (3) can be mentioned. Moreover, after neutralizing the alkoxy group-containing silicon compound represented by the general formula (4) with the compound represented by the general formula (3), the alkoxyl group of the compound obtained by the neutralization reaction is hydrolyzed, A method of removing by-produced alcohol can also be mentioned.
[0020]
The production method of the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) is a silanol group-containing compound represented by the general formula (2) from the viewpoint that the meta (acryl) group is less likely to cause polymerization. A method of neutralizing with the compound represented by the general formula (3) is preferable. Specifically, it is a neutralization reaction (reaction formula 1) between a primary amine and a carboxylic acid.
[0021]
The ratio of the compound represented by the general formula (3) to the compound represented by the general formula (2) (the compound represented by the general formula (3) / the compound represented by the general formula (2)) is 0.5 by molar ratio. A range of ˜1 is preferable. When the ratio is less than 0.5, the content of (meth) acrylic groups decreases, and the performance as a (meth) acryl functional silane may not be exhibited. Moreover, when this ratio exceeds 1, the compound shown by General formula (3) will remain excessively, and this may become a volatile organic component. Furthermore, considering the performance as a (meth) acryl functional silane and the pH after neutralization, the ratio of the compound represented by the general formula (3) to the compound represented by the general formula (2) is more preferably 0. The range is from 0.7 to 1, particularly preferably from 0.9 to 1.
[0022]
The temperature during the neutralization reaction represented by (Reaction Formula 1) is preferably in the range of 0 ° C to 80 ° C, and particularly preferably in the range of 0 ° C to 50 ° C. When the temperature exceeds 80 ° C., polymerization of a polymerizable (meth) acryl group may occur. Furthermore, when the compound represented by the general formula (3) is acrylic acid, an addition reaction between the acrylic group and the amino group of the compound represented by the general formula (2) occurs. As a result, the yield and purity of the target product may be reduced.
In the neutralization reaction represented by (Reaction Formula 1), heat of neutralization is generated and the temperature rises. Therefore, it is preferable to cool the reactor with a water bath or the like. Moreover, in order to suppress generation | occurrence | production of the heat of neutralization, the method of dripping little by little the compound shown by General formula (3) to the compound shown by General formula (2) is also preferable.
[0023]
In order not to cause polymerization of the (meth) acrylic group during the neutralization reaction, a polymerization inhibitor is previously added to the compound represented by the general formula (3), and this is converted into the compound represented by the general formula (2). In addition, a silanol group-containing compound represented by the general formula (1) may be synthesized.
The polymerization inhibitor added at this time should just be a thing melt | dissolved uniformly in the aqueous solution of a silanol group containing compound. Specific examples include p-methoxyphenol, ascorbic acid, sorbic acid, and the like. The addition amount of the polymerization inhibitor may be an amount that does not hinder the performance as the (meth) acryl functional silane. Specifically, the weight ratio may be 2000 ppm or less with respect to the silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
[0024]
The silanol group-containing compound represented by the general formula (2) is obtained by reacting the aminoalkoxysilane represented by the general formula (4) with water and distilling off the volatile organic components by-produced in the reaction. Can be manufactured. In addition, the amino alkoxysilane represented by General formula (4) can be obtained as a general reagent.
[0025]
OR Three R acts as a hydrolyzable group, R Three Is not particularly limited. From the viewpoint that the boiling point of the volatile organic component produced by hydrolysis is relatively low and the removal of the volatile organic component from the reaction solution is easy. Three Is preferably alkyl having 4 or less carbon atoms. Specific examples include methyl, ethyl, i-propyl, i-butyl and the like. Particularly preferred are methyl and ethyl.
[0026]
In the reaction (hydrolysis reaction) of the aminoalkoxysilane represented by the general formula (4) with water, the ratio of water to aminoalkoxysilane (water (number of moles) / aminoalkoxysilane (number of moles)) is in molar ratio. A range of 1.5 to 10 is preferable. When the ratio of water is less than 1.5 mol with respect to 1 mol of aminoalkoxysilane, the reaction may not proceed sufficiently and a hydrolyzable group may remain. Moreover, when this ratio exceeds 10 mol with respect to 1 mol of amino alkoxysilanes, the efficiency may deteriorate in distillation of the volatile organic component implemented after a hydrolysis reaction.
[0027]
The hydrolysis reaction is preferably performed within a range of 0 ° C to 100 ° C, and more preferably within a range of 40 ° C to 100 ° C.
[0028]
Although a volatile organic component is by-produced by the hydrolysis reaction, the silanol group-containing compound represented by the general formula (2) used in the present invention has a low content of the volatile organic component. preferable. The content is particularly preferably less than 4% by weight based on the aqueous solution of the silanol group-containing compound represented by the general formula (2). If the proportion is less than 4% by weight, it is calculated based on the vapor pressure of the alcohol component, which is recommended by the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH). The amount of volatile organic components released into the water is an allowable concentration of 1000 ppm (0.1 MPa, 25 ° C.) or less.
[0029]
The method for reducing the content ratio is not particularly limited, but it is preferable to distill off the volatile organic component under a pressure of 100 Pa to 100 KPa.
Although the temperature in that case is not specifically limited, It is preferable that it is the range of 0-100 degreeC, More preferably, it is the range of 40-100 degreeC.
[0030]
Furthermore, when distilling off the volatile organic component, water having the same weight as the weight of the volatile organic component distilled off from the aqueous solution of the silanol group-containing compound represented by the general formula (2) is used as the reaction solution. It is preferable to add. Thereby, it can prevent that this aqueous solution concentrates, a viscosity rises, and distillation efficiency falls.
[0031]
Further, the aqueous solution used in the present invention preferably has a silicon content in the range of 17% by weight or less. If the silicon content is more than 17% by weight, the viscosity of the aqueous solution tends to be very high and the fluidity tends to be low, making it difficult to keep the quality constant.
[0032]
In addition, after the distillation of the volatile organic components is completed, the concentration of the silanol group-containing compound represented by the general formula (2) of the aqueous solution is measured, and if necessary, dilution with water or concentration by distillation again is performed. And may be adjusted to a predetermined concentration.
[0033]
In the present invention, the alkoxy group-containing silicon compound represented by the general formula (4) is neutralized with the compound represented by the general formula (3), and then the alkoxyl group of the compound obtained by the neutralization reaction is hydrolyzed. And a method for producing a silanol group-containing compound represented by the general formula (1), wherein by-produced alcohol is removed. Even when a small amount of the compound represented by the general formula (3) remains after neutralization, it can be removed together with alcohol.
[0034]
The reaction between the compound represented by the general formula (4) and the compound represented by the general formula (3) is specifically a neutralization reaction (reaction formula 2) between a primary amine and a carboxylic acid.
[0035]
The ratio of the compound represented by the general formula (3) to the compound represented by the general formula (4) (the compound represented by the general formula (3) / the compound represented by the general formula (4)) is 0.5 by molar ratio. A range of ˜1 is preferable. When the ratio is less than 0.5, the content of the (meth) acrylic group decreases, so that the performance as a (meth) acryl functional silane may not be exhibited. On the other hand, when the ratio exceeds 1, an excess of the compound represented by the general formula (3) remains, which may not be completely removed and may become a volatile organic component.
[0036]
Considering the performance as a (meth) acryl functional silane and the pH after neutralization, the ratio of the compound represented by the general formula (3) to the compound represented by the general formula (4) is more preferably 0.7 to 1 and particularly preferably in the range of 0.9-1.
[0037]
The temperature during the neutralization reaction represented by (Reaction Formula 2) is preferably 80 ° C. or less, and particularly preferably in the range of 0 ° C. to 50 ° C. When the temperature exceeds 80 ° C., polymerization of a polymerizable (meth) acryl group may occur. Further, when the compound represented by the general formula (3) is acrylic acid, an addition reaction between the acrylic group and the amino group of the compound represented by the general formula (4) occurs, and the yield and purity of the target product are reduced. May decrease.
[0038]
In the neutralization reaction represented by (Reaction Formula 2), heat of neutralization is generated and the temperature rises. Therefore, the reactor is preferably cooled with a water bath or the like. Moreover, in order to suppress generation | occurrence | production of the heat of neutralization, the method of dripping little by little the compound shown by General formula (3) to the compound shown by General formula (4) is also preferable.
[0039]
In order not to cause polymerization of the (meth) acrylic group during the neutralization reaction, a polymerization inhibitor is added in advance to the compound represented by the general formula (3), and this is converted into the compound represented by the general formula (4). May be added.
[0040]
The polymerization inhibitor added at this time may be any that dissolves uniformly in the aqueous solution of the silanol group-containing compound. Specific examples include p-methoxyphenol, ascorbic acid, sorbic acid, and the like. The addition amount of the polymerization inhibitor may be an amount that does not hinder the performance as the (meth) acryl functional silane. Specifically, the weight ratio may be 2000 ppm or less with respect to the silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
[0041]
In the hydrolysis of the alkoxyl group of the compound obtained by the neutralization reaction, the ratio of water to the compound (water (number of moles) / aminoalkoxysilane (number of moles)) is in the range of 1.5 to 10 in molar ratio. Preferably there is. When the ratio of water is less than 1.5 mol with respect to 1 mol of the compound, the reaction may not proceed sufficiently and a hydrolyzable group may remain. Moreover, when this ratio exceeds 10 mol with respect to 1 mol of this compound, the efficiency may deteriorate in the removal of the volatile organic component implemented after a hydrolysis reaction.
[0042]
The hydrolysis reaction is preferably performed within a range of 40 ° C to 100 ° C, and more preferably within a range of 40 ° C to 80 ° C.
[0043]
The method for removing volatile organic components by-produced by the hydrolysis reaction is not particularly limited, but is preferably distilled off. The distillation method is not particularly limited, but distillation is preferably performed under a pressure in the range of 100 Pa to 100 KPa. The temperature at that time is preferably in the range of 40 to 100 ° C, more preferably in the range of 40 to 80 ° C.
[0044]
Since the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (3) contain a polymerizable (meth) acrylic group, polymerization of the (meth) acrylic group occurs at a high temperature. Since it may occur, the temperature during neutralization reaction, hydrolysis reaction, and removal of by-product volatile organic components is preferably 80 ° C. or less.
[0045]
It is preferable that the content rate of this volatile organic component is less than 4 weight% with respect to the aqueous solution of the silanol group containing compound represented by General formula (1). If the proportion is less than 4% by weight, it is calculated based on the vapor pressure of the alcohol component, which is recommended by the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH). The amount of volatile organic components released into the water is an allowable concentration of 1000 ppm (0.1 MPa, 25 ° C.) or less.
[0046]
Furthermore, when distilling off the volatile organic component, water having the same weight as the weight of the volatile organic component distilled off from the aqueous solution of the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) is used as the reaction solution. It is preferable to add. As a result, the aqueous solution is concentrated to increase the viscosity and prevent the distillation efficiency from decreasing.
[0047]
The present invention is an aqueous solution of a silanol group-containing compound represented by the general formula (1). The content ratio of the silanol group-containing compound (weight of silanol group-containing compound / (weight of silanol group-containing compound + weight of water)) is not particularly limited, but is in the range of 0.1 to 70% by weight. It is preferable. When the content of the silanol group-containing compound is more than 70% by weight, the viscosity of the aqueous solution tends to be very high during storage and the fluidity tends to be low. As a result, there is a high possibility of causing polymerization of (meth) acrylic groups, and it becomes difficult to keep the quality constant. Therefore, it is preferable to re-concentrate as necessary or dilute with water to adjust to a predetermined concentration.
[0048]
This invention is a surface treating agent containing the silanol group containing compound shown by General formula (1), or the aqueous solution of this silanol group containing compound. As long as these compounds or aqueous solutions are contained, the composition and physical properties thereof are not particularly limited.
[0049]
As long as the surface treatment agent of the present invention is within a range not impairing the effects of the present invention, in addition to the silanol group-containing compound of the present invention represented by the general formula (1), a pigment, an antifoaming agent, a lubricant, an antiseptic agent , One or more of other additives selected from pH adjusters, film forming agents, antistatic agents, antibacterial agents, surfactants, dyes, and the like.
[0050]
The ratio of the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) contained in the surface treatment agent of the present invention is not particularly limited, but is in the range of 0.1 to 60% by weight with respect to the surface treatment agent. It is preferable.
[0051]
Although the use of the surface treatment agent of the present invention is not particularly limited, specifically, surface treatment of glass fiber, surface treatment of fillers such as talc and mica, casting mold, resin concrete, resin surface modification. Quality and water-based paint additives. Among them, particularly when used for the surface treatment of glass fiber, the glass / resin interface can be firmly bound, so that the performance of a composite material such as FRP can be improved.
[0052]
The present invention is a glass fiber surface-treated with the surface treatment agent. A generally used method can be adopted as a method of surface-treating the glass fiber. For example, the surface treatment agent containing the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) or the aqueous solution of the silanol group-containing compound is manufactured by immersing glass fiber in a diluted solution and then drying it. Can do. Moreover, it can manufacture by making it dry after spraying what diluted this surface treating agent.
The glass fiber of the present invention is not limited to its product form. Glass fiber products are diverse, but examples include single fibers, chopped strands, rovings, yarns, and glass cloths.
[0053]
The present invention is a silanol group-containing compound represented by the general formula (5).
The same effect as the silanol group-containing compound represented by the general formula (1) is exhibited. The silanol group-containing compound represented by the general formula (5) of the present invention is a compound having the following structure (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) instead of the compound represented by the general formula (3): Can be used in the same manner as the method for producing the silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
[0054]
In the present invention, the silanol represented by the general formula (2) is obtained by using any one of the compounds represented by the general formulas (6) to (13) instead of the compound represented by the general formula (3). A method for producing a silanol group-containing compound comprising neutralizing a group-containing compound.
Moreover, this invention is represented by General formula (4) using any one of the compounds represented by General formula (6) to (13) instead of the compound represented by General formula (3). A method for producing a silanol group-containing compound, comprising neutralizing an alkoxy group-containing silicon compound and then hydrolyzing an alkoxyl group of the compound obtained by the neutralization reaction to remove by-produced alcohol. The silanol group-containing compound obtained by these production methods also has the same effect as the silanol group-containing compound represented by the general formula (1). That is, even when it is stored for a long time in the state of an aqueous solution, the condensation between silanol group-containing compounds can be maintained in a stable state without proceeding at a certain rate or more. Further, it contains almost no volatile organic component and exhibits an effect as a silane coupling agent.
[0055]
The compound represented by the general formula (6) is a carboxylic acid having two hydroxyl groups. R Four Is a linear or branched alkyl having 1 to 3 carbon atoms.
[0056]
The compound represented by the general formula (7) is an aromatic carboxylic acid. R Five Is H, a hydroxyl group or a linear or branched alkyl having 1 to 4 carbon atoms.
For example, it is the following compound.
[0057]
The compound represented by the general formula (8) is a dicarboxylic acid. A 1 Is a single bond, alkylene having 2 to 8 carbon atoms or 1,4-phenylene.
For example, it is the following compound.
[0058]
The compound represented by the general formula (9) is tetracarboxylic acid. A 2 Is an alkylene having 4 to 8 carbon atoms in which any two hydrogens are replaced with a single bond with a carboxyl group, or a benzene ring in which any four hydrogens are replaced with a single bond with a carboxyl group.
For example, it is the following compound.
[0059]
The compound represented by the general formula (10) is a mercapto group-containing carboxylic acid.
A 3 Is alkylene having 2 to 6 carbon atoms.
For example, it is the following compound.
[0060]
The compound represented by the general formula (11) is a mercapto group-containing dicarboxylic acid. A 4 Is an alkylene having 2 to 6 carbon atoms in which any one hydrogen is replaced by a single bond with a mercapto group.
For example, it is the following compound.
[0061]
The compound represented by the general formula (12) is a sulfide group-containing dicarboxylic acid. A 5 Is alkylene or phenylene having 2 to 6 carbon atoms.
For example, it is the following compound.
[0062]
The compound represented by the general formula (13) is a sulfonic acid compound.
R 6 Is H, a hydroxyl group, or a linear or branched alkyl having 1 to 4 carbon atoms.
For example, it is the following compound.
It has been confirmed by experiments that a compound in which a plurality of hydrogen atoms in the benzene ring are replaced with hydroxyl groups does not have the effect of the present invention.
[0063]
The present invention is a silanol group-containing compound represented by the general formula (14) or (15).
Here, q is an integer of 1 to 3. As a reminder, R 1 , R 2 , M, n, and p are the same as those in the general formula (1).
In the silanol group-containing compound represented by the general formula (15), R 4 Is particularly preferably methyl or ethyl.
These have the same effects as the silanol group-containing compound represented by the general formula (1). The silanol group-containing compound represented by the general formula (14) of the present invention uses the silanol group-containing compound represented by the general formula (16) instead of the silanol group-containing compound represented by the general formula (2). Thus, it can be produced in the same manner as the production method of the silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
Further, the silanol group-containing compound represented by the general formula (14) of the present invention contains an alkoxy group-containing compound represented by the general formula (17) instead of the alkoxy group-containing silicon compound represented by the general formula (4). By using a silicon compound, it can also be produced in the same manner as the production method of the silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
[0064]
The silanol group-containing compound represented by the general formula (15) of the present invention is a silanol group-containing compound represented by the general formula (16) instead of the silanol group-containing compound represented by the general formula (2). It manufactures similarly to the manufacturing method of the silanol group containing compound represented by General formula (1) by using the compound represented by General formula (6) instead of the compound represented by General formula (3). be able to.
Further, the silanol group-containing compound represented by the general formula (15) of the present invention contains an alkoxy group-containing compound represented by the general formula (17) instead of the alkoxy group-containing silicon compound represented by the general formula (4). By using a silicon compound, it can also be produced in the same manner as the production method of the silanol group-containing compound represented by the general formula (1). In addition, reaction conditions, preferable ranges, etc. in the production of these diamino silanes are all the same as the method for producing the silanol group-containing compound represented by the general formula (1). The effect is also the same.
[0065]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although it demonstrates in detail by an Example, this invention is not limited to these Examples.
Experimental Example 1: Synthesis of aqueous solution of silanol group-containing water-soluble aminosilane compound
3-aminopropyltriethoxysilane was added to a 2-liter flask equipped with an internal temperature measuring device, a stirring device, a liquid metering device, a distillation tower equipped with a top temperature measuring device, a condenser, and a distillation product receiver. (Chizo Co., Ltd. product Sila Ace S330) 1000g was prepared, and then 500g of pure water was added from a metering device to hydrolyze 3-aminopropyltriethoxysilane. The point at which the peak of 3-aminopropyltriethoxysilane disappeared by gas chromatography was the end of hydrolysis, and then the flask was decompressed to 2 KPa to remove 500 g of ethanol by-produced at 60 ° C. Distillation was continued to remove a trace amount of residual ethanol, 250 g was further distilled off, and then pure water having the same weight as the removed ethanol was added to the flask to adjust the concentration and viscosity.
When the reaction liquid (aqueous solution) after completion of the distillation was analyzed by gas chromatography, the ethanol content was 0.1% by weight or less. The reaction solution (aqueous solution) was weighed into an aluminum cup and heated to dryness in a hot air oven at 105 ° C. for 3 hours. As a result, the nonvolatile content was 50% by weight. Silicon content is 12.7% by weight and viscosity is 150mm at 25 ° C. 2 / S.
[0066]
Experimental Example 2: Synthesis of an aqueous solution of a water-soluble methacrylsilane compound containing a silanol group
500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was charged into a 1-liter flask equipped with an internal temperature measuring device, a stirrer, a dropping funnel, and a reflux condenser. 195.8 g of acid was charged. The flask was immersed in an ice water bath to cool the contents, and methacrylic acid was added dropwise from the dropping funnel over 1 hour while stirring the contents at 200 rpm. After completion of the dropping, stirring was continued for 1 hour. The temperature inside the flask at this time was 25 to 30 ° C.
After the stirring, the pH was measured and found to be 6.8, confirming complete neutralization. Moreover, when the reaction liquid (aqueous solution) after completion | finish of stirring was put into the vial bottle and the head space part was analyzed by the gas chromatograph, the peak of methacrylic acid was not observed. The reaction liquid (silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound aqueous solution) in the vial was not clouded even after one week.
In order to know the non-volatile content ratio in the reaction solution (aqueous solution), the weight after standing for 3 hours in an oven heated to 105 ° C. was measured and found to be 64% by weight of the weight before heating.
[0067]
Experimental Example 3: Synthesis of aqueous solution of water-soluble acrylic silane compound containing silanol group
66 g of an aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was charged into a 200-ml flask equipped with an internal temperature measuring device, a stirrer, a dropping funnel, and a reflux condenser, and acrylic acid was added to the dropping funnel. 21.6 g was charged. The flask was immersed in an ice-water bath to cool the contents, and acrylic acid was dropped from the dropping funnel over 1 hour while stirring the contents at 200 rpm. After completion of the dropping, stirring was continued for 1 hour. The temperature inside the flask at this time was 25 to 30 ° C.
After the stirring, the pH was measured and found to be 6.8, confirming complete neutralization. Further, when the aqueous solution was put into a vial and the headspace portion was analyzed by gas chromatography, no acrylic acid peak was observed. The reaction solution (silanol group-containing water-soluble acrylsilane compound aqueous solution) in the vial was not clouded even after 1 week.
[0068]
Experimental Example 4: Surface treatment of aluminum hydroxide with water-soluble methacrylsilane compound containing silanol group
In a spray vial, 0.5 g of the silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound aqueous solution synthesized in Experimental Example 2 and 2 g of pure water were added and uniformly dissolved to obtain a surface treatment agent. In a mixer cup, 50 g of aluminum hydroxide powder (Hijilite H-320 manufactured by Showa Denko KK) was weighed. The surface treatment agent was sprayed onto the aluminum hydroxide powder while stirring the contents of the mixer cup. The mixer cup was covered and stirred with a mixer. After stirring, the contents were dried at 100 ° C. for 20 minutes and ground with an mortar to obtain surface-treated aluminum hydroxide powder.
[0069]
Experimental Example 5: Preparation of Aluminum Hydroxide / Unsaturated Polyester Resin Composite Specimen 25 g of unsaturated polyester resin (Rigolac 2004 WN-2 manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) was placed in a cup. To this, 0.0625 g of accelerator (Showa Polymer Co., Ltd. Rigolac accelerator E), 0.125 g of curing agent (Permec N manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd.), silane-treated water obtained in Experimental Example 4 37.5 g of aluminum oxide powder was sequentially added with stirring. After defoaming at 50 ° C., the resin was poured into a mold and cast, and the resin was cured by heating at 50 ° C. for 3 hours and at 80 ° C. for 2 hours. The width was about 15 mm, the thickness was about 2.3 mm, A test piece having a length of about 69 mm was obtained.
[0070]
Experimental Example 6: Preparation of Aluminum Hydroxide / Unsaturated Polyester Resin Composite Specimen Aluminum hydroxide powder (Hijilite H-320 manufactured by Showa Denko KK) was used as it was without surface treatment. A test piece of the same size was obtained according to Experimental Example 5 except that 25 g and 0.5 g of the curing agent were used.
[0071]
Experimental Example 7: Material strength test
The composite material test pieces obtained in Experimental Example 5 and Experimental Example 6 were subjected to a bending test. The test method conformed to JIS K 6911. However, the distance between fulcrums is 20 mm. The bending strength was determined from the maximum load when the specimen was broken and the width and thickness of the specimen measured accurately. The results are shown in Table 1.
[0072]
[Table 1]
[0073]
From Table 1, the test piece obtained in Experimental Example 5 showed higher strength. This indicates that the interface between the aluminum hydroxide powder and the unsaturated polyester resin is firmly bound by the silanol group-containing compound obtained in the present invention, and functions effectively as a surface treatment agent. Is shown.
[0074]
Experimental Example 8: Surface treatment of glass fiber with silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound aqueous solution
Into a beaker, 10 g of the silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound aqueous solution synthesized in Experimental Example 2 and 990 g of pure water were added and stirred uniformly with a magnetic stirrer to obtain a surface treatment agent. Glass fibers (diameter: about 16 μm) cut to a length of about 30 cm were immersed in the surface treatment agent for 30 seconds and dried in an oven at 100 ° C. for 20 minutes to obtain surface-treated glass fibers.
[0075]
Experimental Example 9: Preparation of test sample for microdroplet measurement
One surface-treated glass fiber obtained in Experimental Example 8 was fixed to the mount with an adhesive. 20 g of unsaturated polyester resin (Rigolac 2004 WN-2 manufactured by Showa High Polymer Co., Ltd.) and 5 g of methyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were placed in the cup. To this, 0.5 g of an accelerator (Rigolac accelerator E, manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) and 1 g of a curing agent (Permec N, manufactured by NOF Corporation) were sequentially added while stirring. After defoaming at room temperature, a small drop of resin was adhered to the glass fiber by applying a small amount of resin to the glass fiber using a micropartel. This was heated at 50 ° C. for 2 hours, 80 ° C. for 2 hours, and 100 ° C. for 3 hours to cure the resin, thereby obtaining a microdroplet measurement test sample.
[0076]
Experimental Example 10: Preparation of test sample for microdroplet measurement
A similar microdroplet measurement test sample was obtained according to Experimental Example 9 except that the glass fiber was used as it was without surface treatment.
[0077]
Experimental Example 11: Microdroplet measurement
The microdroplet measurement of the samples obtained in Experimental Example 9 and Experimental Example 10 was performed with a composite material interface property evaluation apparatus HM410 (manufactured by Toei Sangyo Co., Ltd.). In the microdroplet measurement, the resin drop adhered to the glass fiber is fixed, the maximum load when the glass fiber is pulled out is obtained, and the interfacial shear strength at the glass / resin interface is evaluated therefrom. The concept of measurement is shown in FIG.
The obtained interfacial shear strength is shown in Table 2.
[0078]
[Table 2]
From Table 2, the test sample obtained in Experimental Example 9 showed higher strength. This indicates that the interface between the glass fiber and the resin is firmly bound by the silanol group-containing compound obtained in the present invention, which indicates that it functions effectively as a surface treatment agent.
[0079]
Experimental Example 12:
500 g of an aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 80.0 g, 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 75.4 g of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (the following compound), A silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound was synthesized according to Experimental Example 2 except that 0.038 g of p-methoxyphenol was added as a polymerization inhibitor.
A reddish and slightly yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0080]
Experimental Example 13:
Except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 22.1 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 13.4 g of 2,2-dimethylpropionic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized according to Experimental Example 2.
A colorless and transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0081]
Experimental Example 14:
Similar to Experimental Example 2 except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 22.1 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 12.2 g of benzoic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A colorless and transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0082]
Experimental Example 15-1:
Experimental example except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 22.1 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 13.8 g of 4-hydroxybenzoic acid (the following compound). According to 2, a water-soluble silane compound containing a silanol group was synthesized.
A clear brown aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0083]
Experimental Example 15-2:
Except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 20.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 14.1 g of 3,4-dihydroxybenzoic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized according to Experimental Example 2.
An aqueous solution containing a brown precipitate was obtained. Therefore, the compound produced by the neutralization reaction between the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 and 3,4-dihydroxybenzoic acid does not have the effect of the present invention.
[0084]
Experimental Example 15-3:
The aqueous solution 500 g of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 20.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 17.2, g of 3,4,5-trihydroxybenzoic acid (the following compound). Except for the above, a silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized according to Experimental Example 2.
An aqueous solution containing a brown precipitate was obtained. Therefore, the compound produced by the neutralization reaction between the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 and 3,4,5-trihydroxybenzoic acid does not have the effect of the present invention.
[0085]
Experimental Example 16:
Similar to Experimental Example 2 except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 2.87 g of oxalic acid dihydrate. The operation was performed.
A colorless and transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Further, no peak of volatile organic solvent was observed.
[0086]
Experimental Example 17:
Similar to Experimental Example 2 except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 2.68 g of succinic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A colorless and transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0087]
Experimental Example 18
Similar to Experimental Example 2, except that 500 g of the aqueous solution of silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 3.32 g of adipic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A colorless and transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0088]
Experimental Example 19:
Similar to Experimental Example 2, except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 3.78 g of terephthalic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A slightly yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0089]
Experimental Example 20:
10.0 g of an aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was added to 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was added to meso-butane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid (the following compound) 2 A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized according to Experimental Example 2 except that the amount was changed to .66 g.
A yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0090]
Experimental Example 21:
In Example 2, except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Example 1 was replaced with 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 4.19 g of thioglycolic acid (the following compound). Accordingly, a silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A colorless and transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0091]
Experimental Example 22:
Similar to Experimental Example 2 except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 3.41 g of thiomalic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A slightly yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0092]
Experimental Example 23:
The aqueous solution 500 g of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was replaced with 10.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 4.78 g of 3,3′-dithiodipropionic acid (the following compound). A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized according to Experimental Example 2 except for the above.
A slightly yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0093]
Experimental Example 24:
Other than replacing 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 with 10.0 g and 195.8 g of methacrylic acid with 6.96 g of 2,2′-dithiodibenzoic acid (the following compound). Synthesized a water-soluble silane compound containing a silanol group according to Experimental Example 2.
A slightly yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0094]
Experimental Example 25:
In Example 2 except that 500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Example 1 was replaced with 20.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 14.2 g of benzenesulfonic acid (the following compound). Accordingly, a silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A pale yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0095]
Experimental Example 26:
An experiment was conducted except that 500 g of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound aqueous solution obtained in Experimental Example 1 was replaced with 20.0 g, and 195.8 g of methacrylic acid was replaced with 15.6 g of 4-hydroxybenzenesulfonic acid (the following compound). According to Example 2, a silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized.
A clear brown aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0096]
Experimental Example 27: Synthesis of water-soluble diaminosilane compound aqueous solution containing silanol group
Using a flask with a capacity of 500 ml, 1000 g of 3-aminopropyltriethoxysilane (Syraace S330 manufactured by Chisso Corporation) was added to N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (Syraace manufactured by Chisso Corporation). S320) The same operation as in Experimental Example 1 was performed except that 222 g was replaced with 81 g of pure water.
[0097]
Experimental Example 28:
500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was changed to 10.0 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble diaminosilane compound obtained in Experimental Example 27, and 195.8 g of methacrylic acid was changed to 2.82 g. A silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound was synthesized in accordance with Experimental Example 2 except that it was replaced.
A yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0098]
Experimental Example 29:
500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was changed to 10.0 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble diaminosilane compound obtained in Experimental Example 27, and 195.8 g of methacrylic acid was changed to 5.64 g. A silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound was synthesized in accordance with Experimental Example 2 except that it was replaced.
A yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0099]
Experimental Example 30:
500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was added to 10.0 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble diaminosilane compound obtained in Experimental Example 27, and 195.8 g of methacrylic acid was 2,2- A silanol group-containing water-soluble silane compound was synthesized according to Experimental Example 2 except that 4.4 g of dimethylolpropionic acid was used.
A yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0100]
Experimental example 31:
500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was added to 10.0 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble diaminosilane compound obtained in Experimental Example 27, and 195.8 g of methacrylic acid was 2,2- The same operation as in Experimental Example 2 was carried out except that dimethylolpropionic acid was replaced with 8.8 g.
A yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0101]
Experimental Example 32: Synthesis of aqueous solution of water-soluble diaminosilane compound containing silanol group
Using a flask with a capacity of 500 ml, 1000 g of 3-aminopropyltriethoxysilane (Syraace S330, manufactured by Chisso Corporation) was added to N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane (Syraace, manufactured by Chisso Corporation). S310) The same operation as in Experimental Example 1 was performed except that 206 g was replaced with 54 g of pure water.
[0102]
Experimental Example 33:
500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was changed to 10.0 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble diaminosilane compound obtained in Experimental Example 32, and 195.8 g of methacrylic acid was changed to 2.69 g. A silanol group-containing water-soluble methacrylsilane compound was synthesized in accordance with Experimental Example 2 except that it was replaced.
A yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0103]
Experimental Example 34:
500 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble aminosilane compound obtained in Experimental Example 1 was changed to 10.0 g of the aqueous solution of the silanol group-containing water-soluble diaminosilane compound obtained in Experimental Example 32, and 195.8 g of methacrylic acid was changed to 5.38 g. A silanol group-containing water-soluble methacrylic silane compound was synthesized according to Experimental Example 2 except that it was replaced.
A yellow transparent aqueous solution was obtained. The aqueous solution did not become cloudy even after being left for one week or longer. Moreover, the peak of the volatile organic solvent was not observed.
[0104]
Experimental Example 35: Preparation of test sample for microdroplet measurement
One silane-treated glass fiber obtained in Experimental Example 8 was fixed to the mount with an adhesive. 50 g of vinyl ester resin (Lipoxy R-806 manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) was placed in the cup. To this, 0.5 g of an accelerator (Rigolac accelerator E, manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) and 1 g of a curing agent (Permec N, manufactured by NOF Corporation) were sequentially added while stirring. After defoaming at room temperature, a small drop of resin was adhered to the glass fiber by applying a small amount of resin to the glass fiber using a micropartel. This was heated at 50 ° C. for 2 hours, at 80 ° C. for 2 hours, and at 120 ° C. for 4 hours to cure the resin to obtain a test sample for microdroplet measurement.
[0105]
Experimental Example 36: Surface treatment of glass fiber with silanol group-containing water-soluble acrylic silane compound aqueous solution
As in Experimental Example 8, 30 g of the silanol group-containing water-soluble acrylic silane compound aqueous solution synthesized in Experimental Example 12 and 970 g of pure water were put into a beaker, and stirred to dissolve uniformly to obtain a surface treatment agent. . Glass fibers (diameter: about 16 μm) cut to a length of about 30 cm were immersed in the surface treatment agent for 30 seconds and dried in an oven at 100 ° C. for 20 minutes to obtain surface-treated glass fibers.
[0106]
Experimental Example 37: Preparation of test sample for microdroplet measurement
The same microdroplet measurement as in Experimental Example 35, except that the silane-treated glass fiber obtained in Experimental Example 36 was used instead of the surface-treated glass fiber obtained in Experimental Example 8. A test sample was obtained.
[0107]
Experimental Example 38: Surface treatment of glass fiber with methacryl group-containing alkoxysilane compound aqueous solution
In the same manner as in Experimental Example 8, 10 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (S710 manufactured by Chisso Corporation) and 990 g of acetic acid water adjusted to pH 4 were placed in a beaker and stirred with a magnetic stirrer to dissolve evenly. Thus, a surface treatment agent was obtained. Immediately after that, a glass fiber cut into a length of about 30 cm (about 16 μm in diameter) was immersed in the surface treatment agent for 30 seconds and dried in an oven at 100 ° C. for 20 minutes to obtain a surface-treated glass fiber. It was.
[0108]
Experimental Example 39: Preparation of test sample for microdroplet measurement
The same microdroplet measurement as in Experimental Example 35 except that the surface-treated glass fiber obtained in Experimental Example 38 was used instead of the surface-treated glass fiber obtained in Experimental Example 8. A test sample was obtained.
[0109]
Experimental Example 40: Preparation of microdroplet measurement test sample
A test sample for microdroplet measurement was obtained in the same manner as in Experimental Example 35 except that the glass fiber was used as it was without surface treatment.
[0110]
Experimental Example 41: Microdroplet measurement
Microdroplet measurement was performed on the samples obtained in Experimental Example 35, Experimental Example 37, Experimental Example 39, and Experimental Example 40 using a composite material interface property evaluation apparatus HM410 (manufactured by Toei Sangyo Co., Ltd.). The measurement was performed in the same manner as in Example 11.
The obtained interfacial shear strength is shown in Table 3.
[0111]
[Table 3]
From Table 3, the test samples obtained in Experimental Example 35 and Experimental Example 37 showed higher strength than the test sample obtained in Experimental Example 40. Moreover, the same strength as the test sample obtained in Experimental Example 39 was exhibited. This indicates that the interface between the glass fiber and the resin is firmly bound by the silanol group-containing compound obtained in the present invention, which indicates that it functions effectively as a surface treatment agent. Furthermore, it is also shown that the performance as a surface treatment agent is not inferior to that of conventional methacryl group-containing alkoxysilanes.
From these experimental examples, the silanol group-containing compound of the present invention has an excellent characteristic that maintains a stable state and has sufficient effect as a silane coupling agent even when stored for a long time in an aqueous solution state. Is shown to be a compound having
[0112]
【The invention's effect】
Even if the silanol group-containing compound aqueous solution of the present invention is stored for a long time in the state of an aqueous solution, the condensation of the silanol group-containing compounds can be maintained in a stable state without proceeding at a certain rate or more. Furthermore, it is a compound with excellent characteristics that has a sufficient effect as a surface treating agent. Further, the production method of the present invention can completely hydrolyze the compound obtained by the neutralization reaction without making the aqueous solution of the compound obtained by the neutralization reaction acidic.
The surface treatment agent of the present invention is suitable for glass fiber treatment, surface treatment of fillers such as talc and mica, casting molds, resin concrete, resin surface modification and water-based paint additives.
[Brief description of the drawings]
1 is a conceptual diagram of microdroplet measurement.
Claims (9)
(式中、R1はHまたはメチルであり、R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基であり、pは1〜6の整数であり、mは0<m≦3の範囲の値であり、nは0または1である。)A silanol group-containing compound represented by the general formula (1).
(In the formula, R 1 is H or methyl, R 2 is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, and p is an integer of 1 to 6) M is a value in the range of 0 <m ≦ 3, and n is 0 or 1.)
(式中、R1はHまたはメチルであり、R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基であり、pは1〜6の整数であり、mは0<m≦3の範囲の値であり、nは0または1である。)The silanol group represented by the general formula (1) according to claim 1, wherein the silanol group-containing compound represented by the general formula (2) is neutralized with a compound represented by the general formula (3). Production method of contained compound.
(In the formula, R 1 is H or methyl, R 2 is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, and p is an integer of 1 to 6) M is a value in the range of 0 <m ≦ 3, and n is 0 or 1.)
(式中、R2は炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル、または炭素数6〜10の芳香族基であり、R3は炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキルであり、nは0または1であり、pは1〜6の整数である。)After neutralizing the alkoxy group-containing silicon compound represented by the general formula (4) with the compound represented by the general formula (3) according to claim 2, the alkoxyl group of the compound obtained by the neutralization reaction is hydrolyzed. The method for producing a silanol group-containing compound represented by the general formula (1) according to claim 1, wherein the alcohol produced by decomposition is removed.
(Wherein R 2 is a linear or branched alkyl having 1 to 8 carbon atoms or an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, and R 3 is a linear or branched alkyl having 1 to 4 carbon atoms. , N is 0 or 1, and p is an integer of 1-6.)
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