JP4761139B2 - Efficient production method of siloxane polymer - Google Patents

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Description

本発明は、ポリシルセスキオキサン、又はシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーの効率的製造方法に関するものである。   The present invention relates to an efficient method for producing polysilsesquioxane or a copolymer of silsesquioxane and siloxane.

ポリシロキサン、ポリシルセスキオキサン、あるいはそれらの共重合ポリマーに代表されるシロキサン系ポリマーは、それらの優れた物理的・化学的特性を利用して、オイル、ゴム、レジン等の形態で、耐熱、耐候、耐衝撃、封止、封入、絶縁、潤滑、剥離、ガスバリア、シール、コーティング等に関わる高性能・高機能材料として広範に利用されているものであり、産業上極めて重要なポリマーである。このうち、たとえば、ポリシルセスキオキサンの製造では、従来、トリクロロシランまたはトリアルコキシシランを原料とし、それらを酸、塩基等の触媒を用いて加水分解させ、さらに熱的に縮重合を行う方法が一般的であった。しかしながら、従来の通常加熱による縮重合では、高温、長時間の加熱を必要とする場合があり、より効率的な製造法の開発が求められていた。また、ポリマーの構造の面でも、ケイ素上にヒドロキシ基のない完全縮合構造とヒドロキシ基の残る不完全縮合構造が混在する可能性があり、それらの構造を制御することが重要であった。さらに、ポリシルセスキオキサンの場合には、その骨格構造として、ネットワーク型、ケージ型、ラダー型等、多種類の構造が存在する可能性があることから、構造選択性の制御も重要な課題とされていた。   Siloxane polymers such as polysiloxanes, polysilsesquioxanes, and their copolymers are heat resistant in the form of oils, rubbers, resins, etc. using their excellent physical and chemical properties. It is widely used as a high-performance and high-functional material related to weather resistance, impact resistance, sealing, encapsulation, insulation, lubrication, peeling, gas barrier, sealing, coating, etc., and is an extremely important polymer in the industry. . Among these, for example, in the production of polysilsesquioxane, conventionally, a method in which trichlorosilane or trialkoxysilane is used as a raw material, they are hydrolyzed using a catalyst such as an acid or a base, and further thermally polycondensation is performed. Was common. However, conventional polycondensation by normal heating may require heating at a high temperature for a long time, and development of a more efficient production method has been demanded. In terms of the structure of the polymer, there is a possibility that a completely condensed structure having no hydroxy group and an incompletely condensed structure having a remaining hydroxy group may be mixed on silicon, and it is important to control these structures. Furthermore, in the case of polysilsesquioxane, since there are many types of structures such as network type, cage type, ladder type, etc., the control of structure selectivity is also an important issue. It was said.

一方、最近、マイクロ波を新しい加熱法として用いる化学反応が報告されている(非特許文献1、非特許文献2)。しかし、その利用範囲はまだ限定されており、本発明に関わるポリシルセスキオキサン等の製造において、得られる生成ポリマーの分子量等についてのマイクロ波照射による作用・効果については、全く知られていなかった。また、マイクロ波を利用した化学反応における初期の研究では、マイクロ波照射装置として温度制御ができない家庭用電子レンジを用いた例も多かったが、温度制御を行わないマイクロ波照射では、反応の制御、再現性、安全性等の面で大きな問題があり、工業的に有利な方法とはいえなかった。
「化学を変えるマイクロ波熱触媒」 柳田祥三、松村竹子、化学同人(2004) 「マイクロ波照射による反応の迅速化」 徳山英利、中村正治、有機合成化学協会誌、63巻、523〜538頁(2005)
On the other hand, recently, chemical reactions using microwaves as a new heating method have been reported (Non-patent Documents 1 and 2). However, the scope of its use is still limited, and in the production of polysilsesquioxane and the like according to the present invention, the action and effect of microwave irradiation on the molecular weight of the resulting polymer is not known at all. It was. In early studies of chemical reactions using microwaves, there were many cases of using microwave ovens that could not control temperature as microwave irradiation devices, but in microwave irradiation without temperature control, reactions were controlled. However, this method has a large problem in terms of reproducibility and safety, and is not an industrially advantageous method.
"Microwave thermal catalyst that changes chemistry" Shozo Yanagida, Takeko Matsumura, Doujin Chemical (2004) “Acceleration of reaction by microwave irradiation” Tokuyama Hidetoshi, Nakamura Masaharu, Journal of Synthetic Organic Chemistry, Vol. 63, pp. 523-538 (2005)

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、縮重合過程における反応を制御しながら効率的に進行させることにより、構造が制御されたポリシルセスキオキサン、又はシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーを、より効率的に製造する方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a polysilsesquioxane whose structure is controlled by efficiently proceeding while controlling the reaction in the condensation polymerization process. Another object of the present invention is to provide a method for producing a copolymer of silsesquioxane and siloxane more efficiently.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、縮重合過程において、温度を制御してマイクロ波を照射することにより反応が加速されるとともに、後述するように、ポリマーの構造選択性を改良することも可能であることを見出した。具体的には、トリアルコキシシラン、又はトリアルコシシランとジアルコキシシランの混合物を、触媒存在下、含水溶液中で加水分解した後、温度を制御してマイクロ波を照射することにより、縮重合を安全かつ効率的に進行させることができ、構造制御されたポリシルセスキオキサン、又はシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーを効率よく製造できることを見出し、本発明の完成に至ったものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention accelerated the reaction by controlling the temperature and irradiating microwaves in the condensation polymerization process. It has been found that the structure selectivity can be improved. Specifically, trialkoxysilane or a mixture of trialkoxysilane and dialkoxysilane is hydrolyzed in an aqueous solution in the presence of a catalyst, and then subjected to condensation polymerization by irradiating microwaves while controlling the temperature. The present invention has been completed by finding that it can proceed safely and efficiently, and that a structure-controlled polysilsesquioxane or a copolymer of silsesquioxane and siloxane can be efficiently produced. .

本発明によるポリシルセスキオキサンの製造では、原料のトリアルコキシシラン類は、具体的には、下記一般式(I)
1Si(OR23 (I)
(式中、R1は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、1価の複素環基、および水素原子から選ばれる1価の基を示し、Rはアルキル基である。)
で表されるもので、得られるポリシルセスキオキサンは、下記一般式(II)
(R1SiO3/2 (II)
(式中、R1は上記一般式(I)中のものと同じものを示し、nは2〜50000の整数であり、また、末端の基がある場合には、ヒドロキシ基、または、原料や溶媒に由来するアルコキシ基である。)
で表されるものである。
In the production of the polysilsesquioxane according to the present invention, the starting trialkoxysilanes are specifically represented by the following general formula (I):
R 1 Si (OR 2 ) 3 (I)
(Wherein R 1 represents a monovalent group selected from an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a monovalent heterocyclic group, and a hydrogen atom, and R 2 represents an alkyl group.)
The polysilsesquioxane obtained is represented by the following general formula (II)
(R 1 SiO 3/2 ) n (II)
(In the formula, R 1 is the same as that in the above general formula (I), n is an integer of 2 to 50000, and when there is a terminal group, a hydroxy group, (This is an alkoxy group derived from a solvent.)
It is represented by

また、本発明の方法によるシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーの製造では、原料は、前記一般式(I)で表されるトリアルコキシシラン類及び下記一般式(III)
34Si(OR5 (III)
(式中、R3およびR4は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、1価の複素環基、および水素原子から選ばれる互いに同一または相異なる1価の基を示し、Rはアルキル基である。)
で表されるジアルコキシシラン類の混合物で、得られるシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーは、下記一般式(IV)
(R1SiO3/2p(R34SiO)q (IV)
(式中、R1、R3、およびR4は前記一般式(I)及び前記一般式(III)中のものと同じものを示し、pおよびqは1〜50000の整数であり、また、末端の基がある場合には、ヒドロキシ基、または、原料や溶媒に由来するアルコキシ基である。)
で表されるものである。
In the production of the copolymer of silsesquioxane and siloxane by the method of the present invention, the raw materials are trialkoxysilanes represented by the above general formula (I) and the following general formula (III)
R 3 R 4 Si (OR 5 ) 2 (III)
(Wherein R 3 and R 4 represent the same or different monovalent groups selected from an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a monovalent heterocyclic group, and a hydrogen atom, and R 2 represents an alkyl group. .)
The resulting copolymer of silsesquioxane and siloxane is a mixture of dialkoxysilanes represented by the following general formula (IV):
(R 1 SiO 3/2 ) p (R 3 R 4 SiO) q (IV)
Wherein R 1 , R 3 and R 4 are the same as those in the general formula (I) and the general formula (III), p and q are integers of 1 to 50000, When there is a terminal group, it is a hydroxy group or an alkoxy group derived from a raw material or a solvent.)
It is represented by

すなわち、本発明の方法は、前記一般式(I)で表されるトリアルコシシラン類、又は前記一般式(I)で表されるトリアルコキシシラン類と前記一般式(III)で表されるジアルコキシシラン類の混合物を、塩酸、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムから選ばれる触媒の存在下、温度を20〜250℃に制御してマイクロ波を用いて反応させることにより、前記一般式(II)で表されるポリシルセスキオキサン、又は前記一般式(IV)で表されるシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーを、それぞれ効率よく製造する方法である。 That is, the method of the present invention comprises a trialkoxysilane represented by the general formula (I) or a trialkoxysilane represented by the general formula (I) and a dialkoxysilane represented by the general formula (III). Reaction of a mixture of alkoxysilanes using microwaves in the presence of a catalyst selected from hydrochloric acid, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate and at a temperature of 20 to 250 ° C. By making the polysilsesquioxane represented by the general formula (II) or the silsesquioxane and siloxane copolymer represented by the general formula (IV), respectively, by a method of efficiently producing is there.

また、本発明の方法は、前記一般式(II)で表されるポリシルセスキオキサン、又は前記一般式(IV)で表されるシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーに、温度を制御してマイクロ波を照射することにより、シロキサン系ポリマーを高分子量化する方法でもある。この高分子量化する方法においても触媒を用いることができる。   The method of the present invention controls the temperature of the polysilsesquioxane represented by the general formula (II) or the copolymer of silsesquioxane and siloxane represented by the general formula (IV). It is also a method of increasing the molecular weight of the siloxane-based polymer by irradiating with microwaves. A catalyst can also be used in this high molecular weight method.

本発明の方法を用いることにより、従来の通常加熱に比べ、短時間で高分子量のシロキサン系ポリマーが得られるという利点がある。また、本発明の方法により得られたシロキサン系ポリマーは、残存ヒドロキシ基の割合や骨格構造等のポリマー構造の面でも、通常加熱に比べ、特定の構造が選択的に得られやすいという特長がある。   By using the method of the present invention, there is an advantage that a high-molecular-weight siloxane-based polymer can be obtained in a short time compared to conventional normal heating. In addition, the siloxane-based polymer obtained by the method of the present invention has a feature that a specific structure can be selectively obtained in comparison with normal heating in terms of the polymer structure such as the ratio of residual hydroxy groups and the skeleton structure. .

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の方法は、原料として前記一般式(I)で表されるトリアルコシシラン類、又は前記一般式(I)で表されるトリアルコキシシラン類と前記一般式(III)で表されるジアルコキシシラン類の混合物を用いた、ポリシルセスキオキサン、又はシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーを製造する方法であって、触媒存在下含水容液中で加水分解した後の縮重合過程において、温度を制御してマイクロ波を照射することを特徴とするものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method of the present invention includes a trialkoxysilane represented by the general formula (I) as a raw material, or a trialkoxysilane represented by the general formula (I) and a dialkoxysilane represented by the general formula (III). A method for producing polysilsesquioxane or a copolymer of silsesquioxane and siloxane using a mixture of alkoxysilanes, wherein the polycondensation process is carried out after hydrolysis in a water-containing liquid in the presence of a catalyst. And irradiating with microwaves while controlling the temperature.

本発明において、前記一般式(I)で表されるトリアルコキシシラン類中の置換基R1は、前述のとおり、アルキル基、アリール基、アラルキル基、1価の複素環基、および水素原子から選ばれる1価の基を示すものであるが、水素原子以外のものについては、より詳しくは、炭素数が好ましくは1〜20、より好ましくは1〜8のアルキル基、炭素数が好ましくは6〜20、より好ましくは6〜10のアリール基、炭素数が好ましくは7〜20、より好ましくは7〜10のアラルキル基、または、ヘテロ原子として、窒素、酸素、硫黄、セレン、ケイ素、ホウ素などから選ばれる少なくとも1個を有する、好ましくは3〜10員環、より好ましくは5〜8員環の1価の複素環である。それらの具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ベンジル基、フェネチル基、ピリジル基、フリル基、チエニル基等が挙げられ、それら基の水素原子の一部が反応に関与しないアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等の基で置換されていても差し支えない。また、置換基Rは、アルキル基であり、より詳しくは、炭素数が好ましくは1〜10、より好ましくは1〜5のアルキル基である。それらの具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基等が挙げられる。したがって、それらの置換基を有する前記一般式(I)で表わされるトリアルコキシシラン類を例示すれば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ナフチルトリメトキシシラン、アントリルトリメトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、フェネチルトリメトキシシラン、ピリジルトリメトキシシラン、フリルトリエトキシシラン、チエニルトリメトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン等が挙げられる。 In the present invention, the substituent R 1 in the trialkoxysilanes represented by the general formula (I) is, as described above, an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a monovalent heterocyclic group, and a hydrogen atom. The monovalent group to be selected is shown, but for those other than a hydrogen atom, more specifically, an alkyl group having preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, preferably 6 carbon atoms. -20, more preferably 6-10 aryl groups, preferably 7-20 carbon atoms, more preferably 7-10 aralkyl groups, or heteroatoms such as nitrogen, oxygen, sulfur, selenium, silicon, boron, etc. A monovalent heterocyclic ring having at least one member selected from the above, preferably a 3 to 10 membered ring, more preferably a 5 to 8 membered ring. Specific examples thereof include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, neopentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, phenyl group, naphthyl group, anthryl group, benzyl group, phenethyl group, pyridyl group. Group, furyl group, thienyl group and the like, and a part of hydrogen atoms of these groups may be substituted with a group such as an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom which does not participate in the reaction. The substituent R 2 is an alkyl group, and more specifically, an alkyl group having preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms. Specific examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group. Accordingly, examples of trialkoxysilanes represented by the above general formula (I) having those substituents include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltriethoxysilane, and hexyltrimethoxysilane. , Isopropyltrimethoxysilane, butyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, octyltrimethoxysilane, decyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, naphthyltrimethoxysilane, anthryltrimethoxysilane, benzyltrimethoxysilane, phenethyltrimethoxy Examples thereof include silane, pyridyltrimethoxysilane, furyltriethoxysilane, thienyltrimethoxysilane, trimethoxysilane, and triethoxysilane.

また、本発明において前記一般式(III)で表されるジアルコキシシラン類中のR3およびR4は、前述のとおり、アルキル基、アリール基、アラルキル基、1価の複素環基、および水素原子から選ばれる互いに同一または相異なる1価の基を示すものであるが、水素原子以外のものについては、より詳しくは、炭素数が好ましくは1〜20、より好ましくは1〜8のアルキル基、炭素数が好ましくは6〜20、より好ましくは6〜10のアリール基、炭素数が好ましくは7〜20、より好ましくは7〜10のアラルキル基、または、ヘテロ原子として、窒素、酸素、硫黄、セレン、ケイ素、ホウ素などから選ばれる少なくとも1個を有する、好ましくは3〜10員環、より好ましくは5〜8員環の1価の複素環である。それらの具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ベンジル基、フェネチル基、ピリジル基、フリル基、チエニル基等が挙げられ、それら基の水素原子の一部が反応に関与しないアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等の基で置換されていても差し支えない。また、置換基R5は、アルキル基であり、より詳しくは、炭素数が好ましくは1〜10、より好ましくは1〜5のアルキル基である。それらの具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基等が挙げられる。したがって、それらの置換基を有する前記一般式(III)で表わされるジアルコキシシラン類を例示すれば、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、イソプロピルメチルジメトキシシラン、ジブチルジメトキシシラン、ヘキシルメチルジメトキシシラン、デシルメチルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルナフチルジメトキシシラン、アントリルメチルジメトキシシラン、ベンジルメチルジエトキシシラン、メチルピリジルジメトキシシラン、ジフリルジエトキシシラン、メチルチエニルジメトキシシラン、メチルジメトキシシラン、フェニルジメトキシシラン等が挙げられる。 In the present invention, R 3 and R 4 in the dialkoxysilanes represented by the general formula (III) are, as described above, an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a monovalent heterocyclic group, and hydrogen. Although it shows the same or different monovalent groups selected from atoms, those other than hydrogen atoms are more specifically alkyl groups having preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms. An aryl group having 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 10 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, more preferably 7 to 10 carbon atoms, or a hetero atom such as nitrogen, oxygen or sulfur And a monovalent heterocyclic ring having at least one selected from selenium, silicon, boron and the like, preferably a 3- to 10-membered ring, more preferably a 5- to 8-membered ring. Specific examples thereof include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, neopentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, phenyl group, naphthyl group, anthryl group, benzyl group, phenethyl group, pyridyl group. Group, furyl group, thienyl group and the like, and a part of hydrogen atoms of these groups may be substituted with a group such as an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom which does not participate in the reaction. The substituent R 5 is an alkyl group, and more specifically, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms. Specific examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group. Accordingly, for example, dialkoxysilanes represented by the general formula (III) having those substituents are exemplified by dimethyldiethoxysilane, diethyldiethoxysilane, isopropylmethyldimethoxysilane, dibutyldimethoxysilane, hexylmethyldimethoxysilane, Decylmethyldiethoxysilane, methylphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, methylnaphthyldimethoxysilane, anthrylmethyldimethoxysilane, benzylmethyldiethoxysilane, methylpyridyldimethoxysilane, difuryldiethoxysilane, methylthienyldimethoxysilane, methyl Examples include dimethoxysilane and phenyldimethoxysilane.

また、本発明の反応に用いられる触媒としては、シロキサン系ポリマー製造において、従来使用されてきた各種の触媒を使用できるが、好ましくは、酸または塩基が用いられる。それらの具体例を示すと、酸としては、塩酸、硫酸、臭化水素酸、酢酸、安息香酸等が挙げられ、また、塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、アンモニア、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ピリジン等が挙げられる。これらの触媒は、2種以上組み合わせて用いたり、酸と塩基を混合して生成する塩を用いることもできる。これら触媒の原料シラン類に対するモル比は、適宜任意に選ぶことができるが、通常0.0000001〜0.5の範囲である。   In addition, as the catalyst used in the reaction of the present invention, various catalysts conventionally used in the production of siloxane-based polymers can be used, but acids or bases are preferably used. Specific examples thereof include hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrobromic acid, acetic acid, benzoic acid and the like as acids, and sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, sodium carbonate as bases. Potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, ammonia, triethylamine, triethanolamine, pyridine and the like. These catalysts can be used in combination of two or more, or a salt produced by mixing an acid and a base. The molar ratio of these catalysts to the raw material silanes can be arbitrarily selected as appropriate, but is usually in the range of 0.0000001 to 0.5.

本発明においては、原料を、含水溶液中で加水分解した後、温度を制御してマイクロ波照射し、縮重合反応を進行させるものであるが、その温度は、0℃以上、好ましくは20〜250℃、より好ましくは30〜150℃の温度で行われる。また、本発明においては、加水分解に必要な触媒量以上の水があればよく、溶媒の有無にかかわらず実施できるものであるが、溶媒を用いる場合には、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、エチレングリコール等のアルコール、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジグリム、ポリエチレングリコール等のエーテル、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、酢酸エチル等のエステル、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素、水等、各種の溶媒が使用可能で、2種以上混合して用いることもできる。   In the present invention, after the raw material is hydrolyzed in an aqueous solution, the temperature is controlled and microwave irradiation is performed to advance the condensation polymerization reaction. The temperature is 0 ° C. or higher, preferably 20 to It is performed at a temperature of 250 ° C, more preferably 30 to 150 ° C. Further, in the present invention, it is sufficient if there is more water than the catalyst amount necessary for hydrolysis, and it can be carried out regardless of the presence or absence of a solvent, but when using a solvent, methanol, ethanol, 2-propanol, Butanol, alcohols such as ethylene glycol, tetrahydrofuran, diethyl ether, dibutyl ether, diphenyl ether, diglyme, ethers such as polyethylene glycol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, esters such as ethyl acetate, nitriles such as acetonitrile and benzonitrile, dimethylformamide, Various solvents such as amides such as N-methylpyrrolidone, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, water and the like can be used, and two or more kinds can be used in combination.

また、本発明におけるマイクロ波の照射には、接触式または非接触式の温度センサーを備えた各種の市販装置を使用できる。さらに、本発明において、マイクロ波照射の出力の程度、キャビティの種類がマルチモードかシングルモードか、照射の形態が連続的か断続的か等は、反応のスケールや種類等に応じて任意に決めることができる。   In the present invention, various commercially available devices equipped with a contact-type or non-contact-type temperature sensor can be used for microwave irradiation. Furthermore, in the present invention, the degree of microwave irradiation output, whether the type of cavity is multimode or single mode, whether the irradiation mode is continuous or intermittent, etc. are arbitrarily determined according to the scale and type of reaction, etc. be able to.

本発明の反応は通常ほぼ定量的に進行するため、反応後に特別の精製操作を必要とするものではないが、精製を行う場合には、再沈殿、クロマトグラフィー等の通常用いられる手段により、容易に達せられる。   Since the reaction of the present invention usually proceeds almost quantitatively, no special purification operation is required after the reaction. However, when purification is performed, it can be easily carried out by commonly used means such as reprecipitation and chromatography. Can be reached.

本発明の方法によって、前記一般式(I)で表されるトリアルコキシシラン類からは、一般式
(R1SiO3/2 (II)
で表されるポリシルセスキオキサンが製造される。式中、R1は前記一般式(I)中のものと同じものを示し、nは2〜50000の整数である。また、末端の基がある場合には、ヒドロキシ基、または、原料や溶媒に由来するアルコキシ基等である。
また、本発明の方法によって、前記一般式(I)で表されるトリアルコキシシラン類と前記一般式(III)で表されるジアルコキシシラン類の混合物からは、一般式
(R1SiO3/2p(R34SiO)q (IV)
で表されるシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーが製造される。式中、R1、R3、およびR4は前記一般式(I)及び一般式(III)中のものと同じものを示し、pおよびqは1〜50000の整数である。また、末端の基がある場合には、ヒドロキシ基、または、原料や溶媒に由来するアルコキシ基等の基である。
According to the method of the present invention, the trialkoxysilanes represented by the general formula (I) can be converted from the general formula (R 1 SiO 3/2 ) n (II)
The polysilsesquioxane represented by this is produced. In the formula, R 1 represents the same as those in the general formula (I), n is an integer of 2 to 50,000. Moreover, when there is a terminal group, it is a hydroxy group or an alkoxy group derived from a raw material or a solvent.
Further, according to the method of the present invention, a mixture of the trialkoxysilanes represented by the general formula (I) and the dialkoxysilanes represented by the general formula (III) can be obtained from the general formula (R 1 SiO 3 / 2 ) p (R 3 R 4 SiO) q (IV)
A copolymer of silsesquioxane and siloxane represented by In the formula, R 1 , R 3 , and R 4 are the same as those in general formula (I) and general formula (III), and p and q are integers of 1 to 50000. When there is a terminal group, it is a group such as a hydroxy group or an alkoxy group derived from a raw material or a solvent.

さらに、前記一般式(II)又は前記一般式(IV)で表されるシロキサン系ポリマーは、温度を制御してマイクロ波を照射することにより、効率的に高分子量化させることができる。この反応は、溶媒や触媒の有無に関わらず進行するが、溶媒を用いる場合には、上記で例示した溶媒等を使用できる。また、触媒を用いる場合には、上記で例示した酸および塩基触媒等を用いることができる。原料ポリマーの繰り返し構造単位に対する触媒のモル比は、適宜任意に選ぶことができるが、通常0.0000001〜0.5の範囲である。   Furthermore, the siloxane-based polymer represented by the general formula (II) or the general formula (IV) can be efficiently made to have a high molecular weight by irradiating microwaves while controlling the temperature. This reaction proceeds regardless of the presence or absence of a solvent or a catalyst, but when a solvent is used, the solvents exemplified above can be used. Moreover, when using a catalyst, the acid and base catalyst etc. which were illustrated above can be used. The molar ratio of the catalyst to the repeating structural unit of the raw material polymer can be arbitrarily selected as appropriate, but is usually in the range of 0.0000001 to 0.5.

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
メチルトリエトキシシラン4.0ml(20mmol)、エタノール3mlの混合溶液に、6N塩酸溶液0.35mlおよび水0.25mlを加え、0℃で10分および室温で10分撹拌した後、接触式の光ファイバー型温度センサーを備えたマイクロ波照射装置(マイルストーン社、MICROSynth、マルチモードキャビティ)を用いて、80℃で20分撹拌しながら反応を行い、ポリメチルシルセスキオキサンを得た。生成ポリマーの分子量を、GPCで測定した結果、Mw=4,500、Mw/Mn=3.0(ポリスチレン標準)であった。
Example 1
After adding 0.35 ml of 6N hydrochloric acid solution and 0.25 ml of water to a mixed solution of 4.0 ml (20 mmol) of methyltriethoxysilane and 3 ml of ethanol, the mixture was stirred at 0 ° C. for 10 minutes and at room temperature for 10 minutes. Using a microwave irradiation apparatus equipped with a mold temperature sensor (Milestone, MICROSynth, multimode cavity), the reaction was carried out with stirring at 80 ° C. for 20 minutes to obtain polymethylsilsesquioxane. As a result of measuring the molecular weight of the produced polymer by GPC, it was Mw = 4,500 and Mw / Mn = 3.0 (polystyrene standard).

(実施例2〜8)
溶媒のエタノールを変える他は、実施例1と同様に反応を行い、生成したポリメチルシルセスキオキサンの分子量を実施例1と同様にGPCで測定した結果を表1に示す。
(Examples 2 to 8)
Table 1 shows the results obtained by carrying out the reaction in the same manner as in Example 1 except that the solvent ethanol is changed, and measuring the molecular weight of the produced polymethylsilsesquioxane by GPC in the same manner as in Example 1.

Figure 0004761139
Figure 0004761139

(実施例9〜13)
メチルトリエトキシシラン4.0ml(20mmol)の代わりにフェニルトリメトキシシラン3.6ml(20mmol)を用いる他は、実施例1と同様に反応を行い、ポリフェニルシルセスキオキサンを得た。各種の溶媒を用いて得られたポリフェニルシルセスキオキサンの分子量を実施例1と同様にGPCで測定した結果を表2に示す。
(Examples 9 to 13)
Polyphenylsilsesquioxane was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.6 ml (20 mmol) of phenyltrimethoxysilane was used instead of 4.0 ml (20 mmol) of methyltriethoxysilane. Table 2 shows the results obtained by measuring the molecular weight of polyphenylsilsesquioxane obtained by using various solvents by GPC in the same manner as in Example 1.

Figure 0004761139
Figure 0004761139

(実施例14〜17)
6N塩酸溶液0.35mlおよび水0.25mlの代わりに、炭酸ナトリウム0.022g(0.21mmol)および水0.55mlを用いる他は、実施例9と同様に反応を行い、ポリフェニルシルセスキオキサンを得た。各種の触媒(0.21mmol)を用いて得られたポリフェニルシルセスキオキサンの分子量を実施例1と同様にGPCで測定した結果を表3に示す。
(Examples 14 to 17)
The reaction was conducted in the same manner as in Example 9 except that 0.022 g (0.21 mmol) of sodium carbonate and 0.55 ml of water were used instead of 0.35 ml of 6N hydrochloric acid solution and 0.25 ml of water. I got Sun. Table 3 shows the results of measuring the molecular weight of polyphenylsilsesquioxane obtained by using various catalysts (0.21 mmol) by GPC in the same manner as in Example 1.

Figure 0004761139
Figure 0004761139

(実施例18)
フェニルトリメトキシシラン2.8ml(15mmol)、ジメチルジエトキシシラン0.85ml(5mmol)、エタノール3mlの混合溶液に、炭酸カリウム0.029g(0.21mmol)と水0.55mlの混合物を加え、0℃で10分および室温で10分撹拌した後、マイクロ波照射装置を用いて、80℃で20分撹拌しながら反応を行い、フェニルシルセスキオキサン及びジメチルシロキサンの共重合ポリマーを得た。生成ポリマーの分子量(GPCによる測定値)およびNMRスペクトルデータは下記の通りで、NMRおよび元素分析の結果より、フェニルシルセスキオキサン:ジメチルシロキサンの比は、約3:1と見積もられた。
(Example 18)
To a mixed solution of 2.8 ml (15 mmol) of phenyltrimethoxysilane, 0.85 ml (5 mmol) of dimethyldiethoxysilane and 3 ml of ethanol, a mixture of 0.029 g (0.21 mmol) of potassium carbonate and 0.55 ml of water was added. After stirring at 10 ° C. for 10 minutes and at room temperature for 10 minutes, the reaction was conducted with stirring at 80 ° C. for 20 minutes using a microwave irradiation apparatus to obtain a copolymer of phenylsilsesquioxane and dimethylsiloxane. The molecular weight (measured by GPC) and NMR spectrum data of the produced polymer are as follows. From the results of NMR and elemental analysis, the ratio of phenylsilsesquioxane: dimethylsiloxane was estimated to be about 3: 1.

Mw=6,410、Mw/Mn=3.0(ポリスチレン標準)
1H−NMR(C66) d(ppm) −0.4〜1.2(br m,CH3),6.6〜8.3(br m,C65
29Si−NMR(C66) d(ppm) −82〜−69(br m,PhSi(O−)3),−22〜−10(br m,Me2Si(O−)2
元素分析
[(PhSiO1.53(Me2SiO)]n(=(C20215.5Si4n)として、
計算値: C 52.03,H 4.58
測定値: C 52.00,H 4.67
Mw = 6,410, Mw / Mn = 3.0 (polystyrene standard)
1 H-NMR (C 6 D 6 ) d (ppm) −0.4 to 1.2 (br m, CH 3 ), 6.6 to 8.3 (br m, C 6 H 5 )
29 Si-NMR (C 6 D 6 ) d (ppm) −82 to −69 (br m, PhSi (O—) 3 ), −22 to −10 (br m, Me 2 Si (O—) 2 )
Elemental analysis
[(PhSiO 1.5 ) 3 (Me 2 SiO)] n (= (C 20 H 21 O 5.5 Si 4 ) n )
Calculated value: C 52.03, H 4.58
Measurements: C 52.00, H 4.67

(実施例19)
ジメチルジエトキシシラン0.85ml(5mmol)のかわりにメチルフェニルジメトキシシラン0.90ml(5mmol)を用いる他は、実施例18と同様に反応を行い、フェニルシルセスキオキサン及びメチルフェニルシロキサンの共重合ポリマーを得た。生成ポリマーの分子量(GPCによる測定値)およびNMRスペクトルデータは下記の通りで、NMRおよび元素分析の結果より、フェニルシルセスキオキサン:メチルフェニルシロキサンの比は、約3:1と見積もられた。
(Example 19)
Copolymerization of phenylsilsesquioxane and methylphenylsiloxane was carried out in the same manner as in Example 18 except that 0.90 ml (5 mmol) of methylphenyldimethoxysilane was used instead of 0.85 ml (5 mmol) of dimethyldiethoxysilane. A polymer was obtained. The molecular weight (measured by GPC) and NMR spectrum data of the produced polymer are as follows. From the results of NMR and elemental analysis, the ratio of phenylsilsesquioxane: methylphenylsiloxane was estimated to be about 3: 1. .

Mw=2,860、Mw/Mn=1.9(ポリスチレン標準)
1H−NMR(C66) d(ppm) 0.2〜1.3(br m,CH3),6.8〜8.3(br m,C65
29Si−NMR(C66) d(ppm) −82〜−68(br m,PhSi(O−)3),−33〜−23(br m,MePhSi(O−)2
元素分析
[(PhSiO1.53(MePhSiO)]n(=(C25235.5Si4n)として、
計算値: C 57.33,H 4.43
測定値: C 57.27,H 4.66
Mw = 2,860, Mw / Mn = 1.9 (polystyrene standard)
1 H-NMR (C 6 D 6 ) d (ppm) 0.2 to 1.3 (br m, CH 3 ), 6.8 to 8.3 (br m, C 6 H 5 )
29 Si-NMR (C 6 D 6 ) d (ppm) −82 to −68 (brm, PhSi (O—) 3 ), −33 to −23 (brm, MePhSi (O—) 2 )
Elemental analysis
[(PhSiO 1.5 ) 3 (MePhSiO)] n (= (C 25 H 23 O 5.5 Si 4 ) n )
Calculated values: C 57.33, H 4.43
Measurements: C 57.27, H 4.66

参考例1
ポリフェニルシルセスキオキサン100mg(繰り返し構造単位当たり0.77mmol)を、マイクロ波照射装置(CEM社、Discover、シングルモードキャビティ)を用いて、180℃で40分加熱した結果、ポリマーの分子量(GPCによる測定値)は、Mw=4,790(Mw/Mn=2.3)からMw=10,390(Mw/Mn=3.3)に増加した。
( Reference Example 1 )
As a result of heating 100 mg of polyphenylsilsesquioxane (0.77 mmol per repeating structural unit) at 180 ° C. for 40 minutes using a microwave irradiation apparatus (CEM, Discover, single mode cavity), the molecular weight of the polymer (GPC Measured value) increased from Mw = 4,790 (Mw / Mn = 2.3) to Mw = 10,390 (Mw / Mn = 3.3).

参考例2〜12
触媒および/または溶媒の存在下、140〜180℃の温度で、実施例20と同様にポリフェニルシルセスキオキサンまたはフェニルシルセスキオキサン/メチルフェニルシロキサン共重合ポリマーの加熱反応を行い、生成ポリマーの分子量をGPCで測定した結果を表4に示す。
( Reference Examples 2-12 )
In the presence of a catalyst and / or solvent, a polyphenylsilsesquioxane or a phenylsilsesquioxane / methylphenylsiloxane copolymer is heated and reacted in the same manner as in Example 20 at a temperature of 140 to 180 ° C. Table 4 shows the results obtained by measuring the molecular weight of these by GPC.

Figure 0004761139
Figure 0004761139

比較例1Comparative Example 1

(比較例1)
マイクロ波照射装置の代わりにオイルバスを用いる他は実施例1と同様に反応を行った結果、得られたポリメチルシルセスキオキサンの分子量は、Mw=1,980であり、実施例1の分子量、Mw=4,500よりも小さかった。このことは、マイクロ波による反応が、オイルバスによる通常加熱の反応に比べ、より効率的に進行することを示すものである
(Comparative Example 1)
As a result of carrying out the reaction in the same manner as in Example 1 except that an oil bath was used instead of the microwave irradiation apparatus, the molecular weight of the obtained polymethylsilsesquioxane was Mw = 1,980. The molecular weight, Mw, was less than 4,500. This indicates that the microwave reaction proceeds more efficiently than the normal heating reaction in the oil bath .

比較例2Comparative Example 2

(比較例2)
マイクロ波照射装置の代わりにオイルバスを用いる他は実施例16と同様に反応を行い、得られたポリフェニルシルセスキオキサンの分子量をGPCで測定した結果、図1に示すように、その分子量はMw=3,540で、実施例16のMw=6,610よりも小さかった。さらに、GPCのピークは、高分子量側と低分子量の二つの成分に分けられたが、比較例2では、高分子量側:低分子量側の比が77:23であったのに対して、実施例16では89:11であり、マイクロ波加熱の方が、低分子量成分を減少させ、高分子量成分を増加させる効果があることがわかった。
(Comparative Example 2)
The reaction was carried out in the same manner as in Example 16 except that an oil bath was used instead of the microwave irradiation apparatus. The molecular weight of the obtained polyphenylsilsesquioxane was measured by GPC. As shown in FIG. Was Mw = 3,540, which was smaller than Mw = 6,610 of Example 16. Furthermore, although the GPC peak was divided into two components, a high molecular weight side and a low molecular weight, in Comparative Example 2, the ratio of high molecular weight side: low molecular weight side was 77:23. In Example 16, it was 89:11, and it was found that microwave heating has the effect of decreasing the low molecular weight component and increasing the high molecular weight component.

さらに、29Si−NMRで、生成したポリシルセスキオキサンの構造を比較すると、図2に示すように、実施例16と比較例2との間に大きな違いが見られた。すなわち、比較例2では、ヒドロキシ基がすべて反応した完全縮合構造のT構造(−82〜−76ppm)に加えて残存ヒドロキシ基のあるT構造(−72〜−70ppm)が観察されたが、実施例16では、完全縮合構造のT構造(−82〜−76ppm)のみであった。また、T構造の領域でも、実施例と比較例の間では、シグナルパターンの違いが見られ、実施例では特定の骨格構造に由来すると考えられる強いシグナルが観察された。 Furthermore, when the structure of the produced polysilsesquioxane was compared by 29 Si-NMR, a large difference was found between Example 16 and Comparative Example 2 as shown in FIG. That is, in Comparative Example 2, a T 2 structure (−72 to −70 ppm) having a residual hydroxy group was observed in addition to a T 3 structure (−82 to −76 ppm) having a completely condensed structure in which all hydroxy groups were reacted. In Example 16, only the T 3 structure (−82 to −76 ppm) having a completely condensed structure was obtained. Further, even in a region of T 3 structure, between Examples and Comparative Examples, the difference of the signal pattern is seen, a strong signal that is believed to be derived from the specific skeletal structure in the embodiment is observed.

以上の結果は、マイクロ波加熱による反応が、オイルバスによる通常加熱の反応に比べ、より効率的に進行することを示すとともに、ポリマー中の残存ヒドロキシ基の割合や骨格構造の分布の点でも特異的な選択性を有することを示している The above results show that the reaction by microwave heating proceeds more efficiently than the normal heating reaction by oil bath, and is also unique in terms of the ratio of residual hydroxy groups in the polymer and the distribution of the skeleton structure. It shows that it has a certain selectivity .

比較例3〜9Comparative Examples 3-9

(比較例3〜9)
他の代表的な実施例において、比較例1,2と同様に、オイルバスでの反応を行い、生成したポリマーの分子量をGPCで測定した結果を、対応する実施例の結果と共に表5に示す。
(Comparative Examples 3 to 9)
In other representative examples, as in Comparative Examples 1 and 2, the reaction was carried out in an oil bath, and the results of measuring the molecular weight of the produced polymer by GPC are shown in Table 5 together with the results of the corresponding examples. .

Figure 0004761139
Figure 0004761139

いずれの比較例においても、ポリマーの分子量は対応する実施例の値よりも小さく、マイクロ波を用いることにより、使用する原料等に関わりなく一般的に反応が加速されることが示された。   In any of the comparative examples, the molecular weight of the polymer was smaller than the value of the corresponding example, and it was shown that the reaction is generally accelerated by using microwaves regardless of the raw materials used.

本発明の方法により得られるポリシルセスキオキサン、又はポリシルセスキオキサンとシロキサンの共重合ポリマーは、それらの優れた物理的・化学的特性を利用して、オイル、ゴム、レジン等の形態で、耐熱、耐候、耐衝撃、封止、封入、絶縁、潤滑、剥離、ガスバリア、シール、コーティング等の各種機能性材料として広範に利用される。   Polysilsesquioxane obtained by the method of the present invention, or a copolymer of polysilsesquioxane and siloxane is used in the form of oil, rubber, resin, etc. by utilizing their excellent physical and chemical properties. Therefore, it is widely used as various functional materials such as heat resistance, weather resistance, impact resistance, sealing, encapsulation, insulation, lubrication, peeling, gas barrier, seal, coating and the like.

実施例16及び比較例2で生成したポリフェニルシルセスキオキサンの、GPCによる分子量曲線を、それぞれ上下に示す図。The figure which shows the molecular weight curve by GPC of the polyphenylsilsesquioxane produced | generated in Example 16 and Comparative Example 2 up and down, respectively. 実施例16及び比較例2で生成したポリシルセスキオキサンの29Si−NMRスペクトルを、それぞれ上下に示す図。It shows the 29 Si-NMR spectrum of polysilsesquioxane produced in Example 16 and Comparative Example 2, above and below, respectively.

Claims (2)

下記一般式(I)
1Si(OR23 (I)
(式中、R1は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、1価の複素環基、および水素原子から選ばれる1価の基を示し、Rはアルキル基である。)
で表されるトリアルコキシシラン類に、塩酸、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムから選ばれる触媒の存在下、温度を20〜250℃に制御してマイクロ波を照射することを特徴とする、下記一般式(II)
(R1SiO3/2 (II)
(式中、R1は前記一般式(I)中のものと同じものを示し、nは2〜50000の整数であり、また、末端の基がある場合には、ヒドロキシ基、または、原料や溶媒に由来するアルコキシ基である。)
で表されるシロキサン系ポリマーの製造方法。
The following general formula (I)
R 1 Si (OR 2 ) 3 (I)
(In the formula, R 1 represents a monovalent group selected from an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a monovalent heterocyclic group, and a hydrogen atom, and R 2 represents an alkyl group.)
In the presence of a catalyst selected from hydrochloric acid, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, and potassium hydrogen carbonate, the temperature is controlled at 20 to 250 ° C. The following general formula (II), characterized by irradiation
(R 1 SiO 3/2 ) n (II)
(In the formula, R 1 is the same as that in the general formula (I), n is an integer of 2 to 50000, and when there is a terminal group, a hydroxy group, (This is an alkoxy group derived from a solvent.)
The manufacturing method of the siloxane type polymer represented by these.
前記一般式(I)
1Si(OR23 (I)
(式中、R1は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、1価の複素環基、および水素原子から選ばれる1価の基を示し、Rはアルキル基である。)
で表されるトリアルコキシシラン類、及び下記一般式(III)
34Si(OR5 (III)
(式中、R3およびR4は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、1価の複素環基、および水素原子から選ばれる互いに同一または相異なる1価の基を示し、Rはアルキル基である。)
で表されるジアルコキシシラン類の混合物に、塩酸、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムから選ばれる触媒の存在下、温度を20〜250℃に制御してマイクロ波を照射することを特徴とする、下記一般式(IV)
(R1SiO3/2p(R34SiO)q (IV)
(式中、R1、R3、およびR4は前記一般式(I)及び前記一般式(III)中のものと同じものを示し、pおよびqは1〜50000の整数であり、また、末端の基がある場合には、ヒドロキシ基、または、原料や溶媒に由来するアルコキシ基である。)
で表されるシロキサン系ポリマーの製造方法。
Formula (I)
R 1 Si (OR 2 ) 3 (I)
(In the formula, R 1 represents a monovalent group selected from an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a monovalent heterocyclic group, and a hydrogen atom, and R 2 represents an alkyl group.)
And a trialkoxysilane represented by the following general formula (III)
R 3 R 4 Si (OR 5 ) 2 (III)
(In the formula, R 3 and R 4 represent the same or different monovalent groups selected from an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a monovalent heterocyclic group, and a hydrogen atom, and R 2 represents an alkyl group. .)
In the presence of a catalyst selected from hydrochloric acid, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, and potassium hydrogen carbonate, a mixture of dialkoxysilanes represented by The following general formula (IV), characterized by irradiation with waves
(R 1 SiO 3/2 ) p (R 3 R 4 SiO) q (IV)
Wherein R 1 , R 3 and R 4 are the same as those in the general formula (I) and the general formula (III), p and q are integers of 1 to 50000, When there is a terminal group, it is a hydroxy group or an alkoxy group derived from a raw material or a solvent.)
The manufacturing method of the siloxane type polymer represented by these.
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