JP6134866B2 - 炭化ケイ素架橋剤としてのホウ素含有添加剤の使用法 - Google Patents
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Description
a)1種以上のメチルクロロジシランと、
b)1以上のビニル又はアリル基を含む1種以上のオルガノクロロシランであって、ポリジシラザン樹脂中でのオレフィン濃度が1mol/kgを超えるオルガノクロロシランと、
c)次の式Iの添加剤と、
YはC2〜C3アルキレンであり、
R4、R5及びR6は各々独立にフェニル、C1〜C12アルキル、塩素及び臭素から選択されるが、R4、R5及びR6の少なくとも1つが塩素及び臭素から選択されることを条件とする。)
d)ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、メチルアミン及びアンモニアから選択される1種以上の含窒素添加剤と
を反応させることを含む。
i)1種以上のメチルクロロジシランと、
ii)1以上のビニル又はアリル基を含む1種以上のオルガノクロロシランであって、ポリジシラザン樹脂中でのオレフィン濃度が1mol/kgを超えるオルガノクロロシランと、
iii)ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、メチルアミン及びアンモニアから選択される1種以上の含窒素添加剤と、
iv)上記の式Iの添加剤と
a)1種以上のメチルクロロジシランと、
b)1以上のオルガノクロロシランと、
c)次の式Iの添加剤と、
を反応させることを含む。
ある実施形態では、メチルクロロジシランは、1,2−ジクロロ−1,1,2,2−テトラメチルジシランである。ある実施形態では、メチルクロロジシランは、1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリメチルジシランである。ある実施形態では、メチルクロロジシランは、1,1,2,2−テトラクロロ−1,2−ジメチルジシランである。ある実施形態では、メチルクロロジシランは上記のメチルクロロジシラン類のうちの1以上の混合物でよい。
別の態様では、本開示は、炭化ケイ素繊維の合成法に関する。本方法は、無酸素・無水系(上述した通り)でポリジシラザン樹脂を形成し、ポリジシラザン樹脂をポリジシラザン繊維を形成するために紡糸し、ポリジシラザン繊維を、酸素と、場合により水分に暴露して架橋ポリジシラザン繊維を形成し、さらにこの架橋ポリジシラザン繊維を熱することを含む。
メチルクロロジシラン類345g、ジフェニルジクロロシラン30.4g、フェニルビニルジクロロシラン48.8g及び1MのBCl3のヘプタン溶液100mlの混合物を、メカニカルスターラー、冷却器付ディーンスターク管、熱電対及び添加漏斗を備えた1Lの三つ口丸底フラスコに、乾燥窒素雰囲気下充填した。続いて、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)40gを添加漏斗から素早く添加して遊離BCl3を錯化した。得られた反応混合物を100℃までゆっくりと加熱し、反応温度が100℃になったとき、HMDS604gを滴下した。ヘプタンと、HMDSとクロロシラン類の反応の揮発性副生成物であるトリメチルクロロシランを、HMDSの添加につれて、簡単な蒸留によって徐々に除去した。HMDSの添加完了時点で、反応温度は135℃まで上昇した。続いて、反応混合物を80℃まで冷却し、トルエン約200mlをこの反応器に加えた。白色懸濁液を窒素下0.7ミクロンのガラスマットを通して濾過した。清澄反応混合物を反応器に戻し、その後ゆっくりと150℃まで加熱し、続いて180℃まで加熱した。反応混合物を、180℃で2時間保持した後、冷却した。固体ポリマー236gをフラスコから取り出し、乾燥した箱の中で粉砕して粉体とした。最終的なポリマーは140℃での溶融粘度が200000cPsであった。
1MのTHF−BH3のTHF溶液100mlをメカニカルスターラー、冷却器付ディーンスターク管、熱電対及び添加漏斗を備えた1Lの三つ口丸底フラスコに、乾燥窒素雰囲気下充填した。続いて、反応混合物を0℃に冷却し、ビニルメチルジクロロシラン53.6gを、添加速度1ml/分で添加漏斗から滴下した。得られた反応混合物を室温にし、メチルクロロジシラン216g、フェニルトリクロロシラン31.6g及びフェニルビニルジクロロシラン61.3gの混合物と混合した。反応混合物を100℃までゆっくりと加熱し、反応温度が100℃になったとき、HMDS467gを滴下した。THFと、HMDSとクロロシラン類の反応の揮発性副生成物であるトリメチルクロロシランを、HMDSの添加につれて、簡単な蒸留によって徐々に除去した。HMDSの添加完了時点で、反応温度は135℃まで上昇した。続いて、反応混合物を80℃まで冷却し、トルエン約200mlをこの反応器に添加した。白色懸濁液を窒素下0.7ミクロンのガラスマットを通して濾過した。清澄反応混合物を反応器に戻し、その後ゆっくりと150℃まで加熱し、続いて180℃まで加熱した。反応混合物を、180℃で2時間保持した後、冷却した。固体ポリマー213gをフラスコから取り出し、乾燥した箱の中で粉砕して粉体とした。最終的なポリマーは130℃での溶融粘度が80000cPs、ビニル基濃度が1.3mol/Kgであった。上記添加剤1を用いたポリジシラザン樹脂を130℃で溶融紡糸し、直径約22μmの繊維40本のトウを形成した。得られたポリジシラザン繊維は、表1に示すように、乾燥空気と乾燥窒素の1:5混合物中で熱処理した。ポリジシラザン樹脂中のビニル基の反応率は、CD3OD/KOD中に取り込まれた繊維のH1NMRによって測定した。続いて、熱処理し、架橋した繊維を1100℃の純窒素中で熱分解し、表2に示すように黒色セラミック繊維(非晶質SiCNO繊維)を得た。
1MのTHF−BH3のTHF溶液200mlを、メカニカルスターラー、冷却器付ディーンスターク管、熱電対及び添加漏斗を備えた1Lの三つ口丸底フラスコに、乾燥窒素雰囲気下充填した。続いて、反応混合物を0℃に冷却し、ビニルメチルジクロロシラン42.8gとビニルジメチルクロロシラン36.7gの混合物を、添加速度1ml/分で添加漏斗から滴下した。得られた反応混合物を室温にし、メチルクロロジシラン345g、フェニルトリクロロシラン50.7g及びフェニルビニルジクロロシラン98.2gの混合物と混合した。反応混合物を100℃までゆっくりと加熱し、反応温度が100℃になったとき、HMDS721gを滴下した。THFと、HMDSとクロロシラン類の反応の揮発性副生成物であるトリメチルクロロシランを、HMDSの添加につれて、簡単な蒸留によって徐々に除去した。HMDSの添加完了時点で、反応温度は135℃まで上昇した。続いて、反応混合物を80℃まで冷却し、トルエン約200mlをこの反応器に添加した。白色懸濁液を窒素下0.7ミクロンのガラスマットを通して濾過した。清澄反応混合物を反応器に戻し、その後ゆっくりと150℃まで加熱し、続いて180℃まで加熱した。反応混合物を、180℃で2時間保持した後、冷却した。固体ポリマー336gをフラスコから取り出し、乾燥した箱の中で粉砕して粉体とした。最終的なポリマーは110℃での溶融粘度が62000cPs、ビニル基濃度が1.5mol/Kgであった。上記添加剤2を用いたポリジシラザン樹脂を100℃で溶融紡糸し、直径約22μmの繊維40本のトウを形成した。得られた繊維は、表1に示すように、乾燥空気と乾燥窒素の1:5混合物中で熱処理した。ポリジシラザン樹脂中のビニル基の反応率は、CD3OD/KOD中に取り込まれた繊維のH1NMRによって測定した。続いて、熱処理し、架橋した繊維を1100℃の純窒素中で熱分解し、表2に示すように黒色セラミック繊維(すなわち、非晶質SiCNO繊維)を得た。明確に言えば、無酸素・無水環境は、樹脂の合成と繊維の紡糸の段階に対してのみ利用される。繊維の硬化(架橋)工程は、酸素と場合により水分への暴露を利用する。ここに示した実施例では、水分への暴露(すなわち、相対湿度50%に暴露された実施例)で緩く強い繊維が得られた。これら実施例は、比較的低ビニル含量のポリジシラザン樹脂を有しており、より高いビニル含量では、水分への暴露は有益でない可能性がある。
Claims (19)
- 次式のポリジシラザン樹脂。
YはC 2 〜C 3 アルキレンであり、
R 1 、R 2 及びR 3 は各々独立にフェニル、C 1 〜C 12 アルキル、窒素原子との結合、塩素及び臭素から選択されるが、R 1 、R 2 及びR 3 の少なくとも1つは窒素原子との結合であり、
R”は−Y−SiR1R2R3であり、
Raは、水素、C1〜C12アルキル、フェニル、ビニル、アリル又はこれらの組合せから選択され、
Rbは、塩素、水素、C1〜C12アルキル、フェニル、ビニル、アリル又はこれらの組合せから選択され、
Ra及びRbの少なくとも1つはビニル又はアリルであり、
a、b、c、d、e、f及びhは各々ポリジシラザン樹脂における各単位のモル分率を示し、合計a+b+c+d+e+f+h=1であり、NH基からの結合は他のSi原子との結合を表す。 - R1、R2及びR3が各々独立にメチル、フェニル、塩素及び窒素原子との結合から選択される、請求項1記載のポリジシラザン樹脂。
- Yが−CH2CH2−、−CH(CH3)−、−CH2CH2CH2−及び−CH2−CH(CH3)−から選択され、R1、R2及びR3の各々はメチル又は窒素原子との結合であるが、R1、R2及びR3の少なくとも1つは窒素原子との結合である、請求項1記載のポリジシラザン樹脂。
- Raが各々C1〜C4アルキル、フェニル、ビニル、アリル及びビニルベンジルから選択される、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のポリジシラザン樹脂。
- Rbが各々クロロ、C1〜C4アルキル、フェニル、ビニル、アリル及びビニルベンジルから選択される、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載のポリジシラザン樹脂。
- ホウ素濃度がポリジシラザン樹脂の0.1重量%〜2重量%である、請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載のポリジシラザン樹脂。
- ホウ素濃度がポリジシラザン樹脂の0.2重量%〜1重量%である、請求項6記載のポリジシラザン樹脂。
- 無酸素・無水系において、
a)1種以上のメチルクロロジシランと、
b)1以上のビニル又はアリル基を含む1種以上のオルガノクロロシランであって、ポリジシラザン樹脂中でのオレフィン濃度が1mol/kgを超えるオルガノクロロシランと、
c)次の式Iの添加剤と、
YはC2〜C3アルキレンであり、
R4、R5及びR6は各々独立にフェニル、C1〜C12アルキル、塩素及び臭素から選択されるが、R4、R5及びR6の少なくとも1つが塩素及び臭素から選択されることを条件とする。)
d)ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、メチルアミン及びアンモニアから選択される1種以上の含窒素添加剤と
を反応させることを含む、ポリジシラザン樹脂の製造方法。 - 含窒素添加剤がヘキサメチルジシラザンである、請求項8記載のポリジシラザン樹脂の製造方法。
- R4、R5及びR6が各々独立にメチル、フェニル及び塩素から選択される、請求項8又は請求項9記載のポリジシラザン樹脂の製造方法。
- Yが−CH2CH2−、−CH(CH3)−、−CH2CH2CH2−及び−CH2−CH(CH3)−から選択され、R4、R5及びR6の各々がメチル、フェニル又は塩素である、請求項8乃至請求項10のいずれか1項記載のポリジシラザン樹脂の製造方法。
- オルガノクロロシランが、次式のものである、請求項8乃至請求項11のいずれか1項記載のポリジシラザン樹脂の製造方法。
Raは水素、C1〜C12アルキル、フェニル、ビニル、アリル又はこれらの組合せから選択され、
Rbは塩素、水素、C1〜C12アルキル、フェニル、ビニル、アリル又はこれらの組合せから選択される。 - RaがC1〜C4アルキル、フェニル、ビニル、アリル及びビニルベンジルから選択される、請求項12記載のポリジシラザン樹脂の製造方法。
- Rbがクロロ、C1〜C4アルキル、フェニル、ビニル、アリル及びビニルベンジルから選択される、請求項12又は請求項13記載のポリジシラザン樹脂の製造方法。
- 炭化ケイ素繊維の製造方法であって、
a)無酸素・無水系でポリジシラザン樹脂を製造する段階であって、
i)1種以上のメチルクロロジシランと、
ii)1以上のビニル又はアリル基を含む1種以上のオルガノクロロシランであって、ポリジシラザン樹脂中でのオレフィン濃度が1mol/kgを超えるオルガノクロロシランと、
iii)ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、メチルアミン及びアンモニアから選択される1種以上の含窒素添加剤と、
iv)次の式Iの添加剤と
YはC2〜C3アルキレンであり、
R4、R5及びR6は各々独立にフェニル、C1〜C12アルキル、塩素及び臭素から選択されるが、R4、R5及びR6の少なくとも1つが塩素及び臭素から選択されることを条件とする。)
を反応させることを含む、段階と、
b)ポリジシラザン樹脂を紡糸してポリジシラザン繊維を形成する段階と、
c)ポリジシラザン繊維を、酸素、空気又は空気と窒素等の不活性ガスとの混合物及び場合により水分に暴露し、架橋ポリジシラザン繊維を形成する段階と、
d)架橋ポリジシラザン繊維を加熱する段階と
を含む方法。 - ポリジシラザン繊維の暴露段階が20℃〜200℃の温度で実施される、請求項15記載の炭化ケイ素繊維の製造方法。
- 架橋ポリジシラザン繊維の加熱が、不活性ガス雰囲気中800℃以上の温度で実施され、非晶質SiCNO繊維を形成する、請求項15又は請求項16記載の炭化ケイ素繊維の製造方法。
- 非晶質SiCNO繊維が、0.02重量%〜2重量%の濃度のホウ素を含む、請求項17記載の炭化ケイ素繊維の製造方法。
- さらに、非晶質SiCNO繊維を、不活性ガス雰囲気中1400℃〜2000℃の温度範囲で加熱して、結晶性SiC繊維に変換させることを含む、請求項17記載の炭化ケイ素繊維の製造方法。
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