JP7371592B2 - アルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物およびその製造方法、並びにこれを含む組成物および硬化物 - Google Patents

アルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物およびその製造方法、並びにこれを含む組成物および硬化物 Download PDF

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Description

本発明は、アルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物およびその製造方法、並びにこれを含む組成物および硬化物に関する。
シラザン化合物は、Si-N(シラザン結合)を有する化合物群であり、空気中の水分と反応して、Si-N(シラザン結合)がSi-O-Si(シロキサン結合)に変換される(加水分解縮合)。一般的に、Si-Nは、Si-OR(RはSiまたはアルキル基)よりも反応性が高いことが知られている。
代表的なシラザン化合物として、-[SiH2-NH]n-の平均組成で示される無機ポリシラザンや、ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。
構成単位として、Si-N結合だけでなくSi-O-Si結合も含む化合物は、ポリシロキサザン化合物と呼ばれている。このようなポリシロキサザン化合物としては、ジクロロメチルシラン、1,3-ジクロロテトラメチルジシロキサンとアンモニアの反応物、ジクロロメチルシラン、1,7-ジクロロオクタメチルテトラシロキサンとアンモニアの反応物、ジクロロメチルシラン、両末端シラノール変性シリコーンオイルとアンモニアの反応物等が知られている(特許文献1,2参照)。
これらのポリシラザン化合物およびポリシロキサザン化合物は、加水分解して硬化被膜を形成するが、この硬化被膜の性質は、ポリシラザン化合物およびポリシロキサザン化合物が有する置換基によって変化する。
例えば、有機置換基を有しない-[SiH2-NH]n-が主構造、すなわち無機ポリシラザンから得られた硬化被膜はガラス様となって親水性を示す。一方で、R’-Si(NH)3/2(R’は、水素原子またはオルガノキシ基を除く有機基である。)の平均組成を主構造とする有機ポリシラザン化合物の場合、有機置換基としてメチル基等のアルキル基を持てば、得られた硬化被膜はアルキル基に由来する撥水性を示す。
撥水性と滑水性は、カーコーティングや外壁塗料の分野において強く求められる性能の一つである。撥水性および滑水性を示す被膜で処理された基材表面では、空気の対流等の小さな作用や、その基材表面が有する勾配によって、付着した水滴が流れ落ちるため、容易に水滴を基材表面から取り除くことができるという利点を有する。
特表2018-534400号公報 特表2019-505645号公報
上記特許文献1および2には、1~10のジメチルシロキサン単位を有する両末端シラノール変性シリコーン化合物または両末端クロロ変性シリコーン化合物、ジクロロメチルシランおよびアンモニアから得られるポリシロキサザン化合物が開示されている。
しかし、この化合物は有機置換基が炭素数1のメチル基のみであるため、撥水性が十分でないと考えられる。また、これらのポリシロキサザン化合物は直鎖状化合物であり、常温で加水分解縮合しても硬化被膜を形成できないという問題があった。
また、R’-Si(NH)3/2(R’は上記と同じ意味を表す。)を主構造とするポリシラザン化合物は、R’に炭素数の長いアルキル基を導入すれば高い撥水性を示すが、滑水性は十分でなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、撥水性および滑水性に優れた硬化膜を与えるポリシロキサザン化合物およびその製造方法、並びにこれを含む組成物および硬化物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、ジメチルポリシロキサン単位とアルコキシシリル基を併せ持つポリシロキサザン化合物が、良好な撥水性および滑水性を示す硬化膜を与えることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
1. 下記一般式(1)で示される平均組成を有する、アルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物、
Figure 0007371592000001
[式中、R1は、それぞれ独立してOまたはSを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数1~50の1価炭化水素基を表し、R2は、それぞれ独立して置換または非置換の炭素数1~10の1価炭化水素基を表し、R3は、それぞれ独立して非置換の炭素数1~10の1価炭化水素基を表し、R4は、それぞれ独立してO,SまたはSiを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数2~20の2価炭化水素基を表し、Xは、それぞれ独立してメチル基、NH-SiR1X、(NH)(4-m/2)-SiR1 mまたは(NH)(3-r/2)-SiR3 r4-Y(これらのR1、R3およびR4は、前記と同じ意味を表す。)を表し、
Yは、下記式(2)または(3)
Figure 0007371592000002
(式中、R2は、前記と同じ意味を表し、R5およびR6は、それぞれ独立して、置換また非置換の炭素数1~10の1価炭化水素基を表し、Zは、置換もしくは非置換の炭素数1~18の2価炭化水素基、または酸素原子を表し、pは、0~9の整数であり、qは、0,1または2である。)
で示される基を表し、nは、それぞれ独立して11~500の整数であり、mは、それぞれ独立して0,1または2であり、rは、それぞれ独立して0または1であり、a、bおよびcは、0<a<1、0≦b<1、0<c<1、a+2b+2c=1を満たす数である。また、Xが、NH-SiR1Xである場合、その総数をsとすると、0≦s≦2aである。]
2. 下記一般式(4)
Figure 0007371592000003
(式中、R2およびnは、前記と同じ意味を表す。)
で示される両末端OH変性シリコーンオイルと、下記一般式(5)
Figure 0007371592000004
(式中、R1およびmは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるクロロシラン化合物とを脱塩化水素縮合させて、下記一般式(6)
Figure 0007371592000005
(式中、Wは、それぞれ独立してメチル基または塩素原子を表し、R1およびmは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるクロロシロキサン化合物を得る工程と、
前記一般式(6)で示されるクロロシロキサン化合物および余剰の前記一般式(5)で示されるクロロシラン化合物に、下記一般式(7)
Figure 0007371592000006
(式中、R4’は、単結合、またはO、SもしくはSiを含んでいてもよい、置換もしくは非置換の炭素数1~10の2価炭化水素基を表し、R3およびrは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるクロロシラン化合物をさらに加え、アンモノリシス重合を行って下記一般式(8)
Figure 0007371592000007
[式中、R1~R3、R4’、a,b,c,n,m,rおよびXは、上記と同じ意味である。]
で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物を得る工程と、
前記一般式(8)で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、下記一般式(9)
Figure 0007371592000008
(式中、R7は、炭素数1~8の2価炭化水素基を表し、R6、R7およびqは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるメルカプト基含有シラン化合物とをラジカル発生剤の存在下にて付加反応させる工程を含む1のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法、
3. 下記一般式(12)
Figure 0007371592000009
[式中、R1’は、前記R1またはR3と同じ意味を表すが、必ず不飽和結合を含んでいる。R1、R2、a、b、n、mおよびXは、前記と同じ意味を表す。]
で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、下記一般式(9)
Figure 0007371592000010
(式中、R7は、炭素数1~8の2価炭化水素基であり、R5、R6およびqは、上記と同じ意味である。)
で示されるメルカプト基含有シラン化合物とをラジカル発生剤の存在下にて付加反応させる工程とを含む1のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法、
4. 下記一般式(4)
Figure 0007371592000011
(式中、R2およびnは、前記と同じ意味を表す。)
で示される両末端OH変性シリコーンオイルと、下記一般式(5)
Figure 0007371592000012
(式中、R1およびmは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるクロロシラン化合物を脱塩化水素縮合させて下記一般式(6)
Figure 0007371592000013
(式中、Wは、メチル基または塩素原子を表し、R1およびmは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるクロロシロキサン化合物を得る工程と、前記一般式(6)で示されるクロロロキサン化合物に下記一般式(7)
Figure 0007371592000014
(式中、R4’は、単結合、またはO、SもしくはSiを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数1~10の2価炭化水素基を表し、R3およびrは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるクロロシラン化合物をさらに加え、アンモノリシス重合を行って下記一般式(8)
Figure 0007371592000015
(式中、R1~R3、R4’、a、b、c、n、m、rおよびXは、前記と同じ意味を表す。)
で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物を得る工程と、
前記一般式(8)で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、下記一般式(13)または(14)
Figure 0007371592000016
(式中、R2、R5、R6、p、qおよびZは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるハイドロジェンシラン化合物とを、白金触媒存在下にて付加反応させる工程を含む1のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法、
5. 下記一般式(12)
Figure 0007371592000017
(式中、R1’は、前記R1またはR3と同じ意味を表すが、必ず不飽和結合を含んでいる。R1、R2、a、b、n、mおよびXは、前記と同じ意味を表す。)
で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、
下記一般式(13)または(14)
Figure 0007371592000018
(式中、R2、R5、R6、p、qおよびZは、前記と同じ意味を表す。)
で示されるハイドロジェンシラン化合物とを、白金触媒存在下にて付加反応させる工程を含む1のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法、
6. 1のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物と溶媒とを含む組成物、
7. さらに、チタン化合物、アルミ化合物、亜鉛化合物およびスズ化合物から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含む6の組成物、
8. 6または7の組成物を硬化した硬化物
を提供する。
本発明のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物は、主骨格にジメチルシロキサン単位と置換基としてアルコキシシリル基を有するため、主骨格のジメチルポリシロキサン単位が良好な撥水、滑水性を示す。また、アルコキシシリル基とシラザン部位が同時に加水分解縮合することにより、常温でも被膜形成をすることが可能である。
実施例1-1で得られたポリシロキサザン化合物の1H-NMRスペクトルである。 実施例1-1で得られたポリシロキサザン化合物のIRスペクトルである。 実施例1-2で得られたポリシロキサザン化合物の1H-NMRスペクトルである。 実施例1-2で得られたポリシロキサザン化合物のIRスペクトルである。 実施例1-3で得られたポリシロキサザン化合物の1-HNMRスペクトルである。 実施例1-3で得られたポリシロキサザン化合物のIRスペクトルである。 実施例1-4で得られたポリシロキサザン化合物の1H-NMRスペクトルである。 実施例1-4で得られたポリシロキサザン化合物のIRスペクトルである。 実施例1-5で得られたポリシロキサザン化合物の1H-NMRスペクトルである。 実施例1-5で得られたポリシロキサザン化合物のIRスペクトルである。 実施例1-6で得られたポリシロキサザン化合物の1H-NMRスペクトルである。 実施例1-6で得られたポリシロキサザン化合物のIRスペクトルである。
以下、本発明について具体的に説明する。
[アルコキシシリル基含有ポリシロキサザン化合物]
本発明に係るポリシロキサザン化合物は下記一般式(1)で示される平均組成を有する。
Figure 0007371592000019
一般式(1)において、R1は、それぞれ独立してOまたはSを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数1~50、好ましくは炭素数1~20、より好ましくは1~10の1価炭化水素基を表す。
1の1価炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシル、n-へプチル、n-オクチル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル基等の直鎖状のアルキル基;イソプロピル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ネオペンチル、テキシル、2-エチルヘキシル基等の分岐鎖状のアルキル基;シクロペンチル、シクロヘキシル基等の炭素数3~50、好ましくは炭素数5~20の環状アルキル基;ビニル、アリル(2-プロペニル)、1-プロペニル、ブテニル、ペンテニル等の炭素数2~50、好ましくは炭素数2~20のアルケニル基;フェニル、トリル基等の炭素数6~50、好ましくは炭素数6~20のアリール基;ベンジル、フェネチル基等の炭素数7~50、好ましくは炭素数7~20のアラルキル基などが挙げられる。
また、R1がOまたはSを含む1価炭化水素基の具体例としては、オキシアルキル、アルキレンオキシアルキル、チオアルキル、アルキレンチオアルキル基等が挙げられ、これらのアルキル基としては、それぞれ独立して、上記炭素数1~50の直鎖状、分岐状、環状アルキル基で例示した基と同様の置換基が挙げられる。
なお、R1の1価炭化水素基は、その水素原子の一部または全部が、その他の置換基で置換されていてもよい。この置換基の具体例としては、フッ素原子;フェニル、トリル基等の炭素数6~9のアリール基;ベンジル、フェネチル基等の炭素数7~9のアラルキル基;下記一般式(15)で示されるシロキサニル基等が挙げられる。
Figure 0007371592000020
一般式(15)において、R8は、それぞれ独立して、置換または非置換の炭素数1~10、好ましくは炭素数1~6の1価炭化水素基を表し、この1価炭化水素基の水素原子の一部または全部は、フッ素原子で置換されていてもよい。
上記R8の1価炭化水素基としては、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、デシル基等の直鎖状のアルキル基;イソプロピル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ネオペンチル、テキシル、2-エチルヘキシル基等の分岐鎖状のアルキル基;シクロペンチル、シクロヘキシル基等の環状のアルキル基;ビニル、アリル(2-プロペニル)、1-プロペニル、ブテニル、ペンテニル基等のアルケニル基;フェニル、トリル基等のアリール基;ベンジル、フェネチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
xは、0、1または2の整数を表し、xが0または1の場合には、複数のOSiR8 3基が脱シロキサン縮合して環状シロキサンを形成していてもよい。
yは、0~20、好ましくは0~15、より好ましくは0~8の整数を表す。
上記一般式(15)において、R8、x、yの組み合わせは任意であり、特に制限はない。
このようなR8、x、yで定義される一般式(15)で示されるシロキサニル基の具体例としては、1,1,1,3,3-ペンタメチルジシロキサニル、1,1,1,3,3,5,5-ヘプタメチルトリシロキサニル、1,1,1,3,3,5,5,7,7-ノナメチルテトラシロキサニル基等のポリアルキルポリシロキサニル基;1,1,3,3,5-ペンタメチルシクロトリシロキサニル、1,1,3,3,5,5,7-ヘプタメチルシクロテトラシロキサニル、1,1,3,3,5,5,7,7,9-ノナメチルシクロペンタシロキサニル基等のポリアルキルシクロポリシロキサニル基;3,5-ジフェニル-1,1,1,3,5-ペンタメチルトリシロキサニル、1,1,1,3,5,7-ヘキサメチル-3,5,7-トリフェニルテトラシロキサニル、1,1,1,3,5,7,9-ヘプタメチル-3,5,7,9-テトラフェニルペンタシロキサニル、3,3,5,5-テトラフェニル-1,1,1-トリメチルトリシロキサニル、3,3,5,5,7,7-ヘキサフェニル-1,1,1-トリメチルテトラシロキサニル、3,3,5,5,7,7,9,9-オクタフェニル-1,1,1-トリメチルペンタシロキサニル基等のポリフェニルポリシロキサニル基などが挙げられる。
一般式(1)において、R2は、それぞれ独立して置換または非置換の炭素数1~10、好ましくは炭素数1~6の1価炭化水素基を表す。この1価炭化水素基としては、R8で例示した基と同様のものが挙げられる。
また、R2の1価炭化水素基は、その水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で置換された1価炭化水素基の具体例としては、(3,3,3-トリフルオロ)プロピル、(3,3,4,4,5,5,6,6,6)ノナフルオロヘキシル、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8)-トリデカフルオロオクチル基等のフルオロアルキル基が挙げられる。
上記R3は、それぞれ独立して非置換の炭素数1~10、好ましくは炭素数1~6の1価炭化水素基を表す。この1価炭化水素基としては、R8で例示した基と同様のものが挙げられる。
上記R4は、それぞれ独立してO,SまたはSiを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数2~20、好ましくは炭素数2~10、より好ましくは2~5の2価炭化水素基を表す。
4の2価炭化水素基の具体例としては、メチレン、エチレン、トリメチレン、テトラメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、デシレン基等の直鎖状アルキレン基;プロピレン(メチルエチレン)、メチルトリメチレン基等の分岐状アルキレン基;シクロヘキシレン、メチレンシクロヘキシレンメチレン基等の環状アルキレン基;プロペニレン、ブテニレン、ヘキセニレン、オクテニレン基等のアルケニレン基;フェニレン基等のアリーレン基;メチレンフェニレン、メチレンフェニレンメチレン基等のアラルキレン基などが挙げられる
また、R4のO、SまたはSiを含む2価炭化水素基の具体例としては、オキシアルキレン、アルキレンオキシアルキレン、チオアルキレン、アルキレンチオアルキレン、ジアルキルシリルアルキレン、アルキレンジアルキルシリルアルキレン基等が挙げられ、これらのアルキレン基としては、それぞれ独立して、上記炭素数1~20の直鎖状、分岐状、環状アルキレン基で例示した基と同様の置換基が挙げられる。
なお、R4の2価炭化水素基は、その水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で置換された2価炭化水素基の具体例としては、エチレンテトラフルオロエチレンエチレン、エチレンヘキサフルオロプロピレンエチレン、エチレンオクタフルオロブチレンエチレン、エチレンヘキサデカフルオロヘキシレンエチレン、プロピレンオクタフルオロブチレンプロピレン、プロピレンヘキサデカフルオロヘキシレンプロピレン、ヘキシレンオクタフルオロブチレンヘキシレン、ヘキシレンヘキサデカフルオロヘキシレンヘキシレン基等のアルキレンフルオロアルキレンアルキレン基などが挙げられる。
上記Xは、それぞれ独立してメチル基、aユニットに相当するNH-SiR1X、bユニットに相当する(NH)(4-m/2)-SiR1 mまたはcユニットに相当する(NH)(3-r/2)-SiR3 r4-Y(これらのR1、R3およびR4は、上記と同じ意味を表す。)を表す。
上記Yは、下記式(2)または(3)で示される基を表す。
Figure 0007371592000021
(式中、R2は、上記と同じ意味を表し、R5およびR6は、それぞれ独立して、置換また非置換の炭素数1~10、好ましくは炭素数1~5の1価炭化水素基を表し、Zは、置換もしくは非置換の炭素数1~18、好ましくは2~12、より好ましくは2~8の2価炭化水素基、または酸素原子を表し、pは、0~9、好ましくは1~5の整数であり、qは、0,1または2である。)
式(2)または(3)において、R5およびR6の具体例としては、R8で例示した基と同様のものが挙げられ、Zの具体例としては、R4で例示した基と同様のものが挙げられる。
なお、Zが2価炭化水素基である場合、その水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよく、その具体例としてもR4のフッ素原子で置換された2価炭化水素基と同様の基が挙げられる。
一般式(1)において、nは、それぞれ独立して11~500の整数であるが、原料の調達容易性から、好ましくは11~350の整数、より好ましくは11~100の整数である。
mは、それぞれ独立して0,1または2であり、rはそれぞれ独立して0または1であり、a、bおよびcは0<a<1、0≦b<1、0<c<1、a+2b+2c=1を満たす数である。なお、XがNH-SiR1Xである場合、その総数をsとした場合、sは0≦s≦2aである。
上記一般式(1)で示される平均組成を有するポリシロキサザン化合物の重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと記す。)によるポリスチレン換算の重量平均分子量で、3,000~300,000が好ましく、3,000~200,000がより好ましい。なお、GPC条件は、実施例に記載の通りである。
[製造方法]
次に、一般式(1)で示されるポリシロキサザン化合物(以下、ポリシロキサザン(1)という。)の製造方法について説明する。
本発明のアルコキシシリル基含有ポリシロキサザン化合物は、例えば、下記一般式(8)で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(以下、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)という。)を出発物質とする製造方法や、下記一般式(12)で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(以下、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(12)という。)を出発物質とする製造方法で得ることができる
Figure 0007371592000022
これらの不飽和結合含有ポリシロキサザン(8)および(12)のGPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量は特に限定されないが、好ましくは2,500~200,000、より好ましくは、2,500~150,000である。
まず、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)を出発物質とするポリシロキサザン化合物(1)の製造方法について説明する。
不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)は、例えば、下記一般式(4)で示される両末端OH変性シリコーンオイル(以下、両末端OH変性シリコーンオイル(4)という。)と、一般式(5)で示されるクロロシラン化合物(以下、クロロシラン化合物(5)という。)を混合して、脱塩化水素縮合を行って一般式(6)で示されるクロロシロキサン化合物(以下、クロロシロキサン化合物(6)という。)へと誘導した後に、一般式(7)で示されるクロロシラン化合物(以下、クロロシラン化合物(7)という。)を加え、ここにアンモニアを導入して得ることができる。
Figure 0007371592000023
これらの式中、R1、R2、R3、mおよびrは、上記と同じ意味を表す。R4’は、単結合、またはO、SもしくはSiを含んでいてもよい置換または非置換の炭素数1~10の2価炭化水素基を表し、Wは、メチル基または塩素原子を表す。
4’の2価炭化水素基の具体例としては、R4と同様の置換基が挙げられるが、メチレン基が好ましい。
両末端OH変性シリコーンオイル(4)は、25℃における動粘度が、好ましくは20~5,000mm2/s、より好ましくは30~1,500mm2/sである。なお、一般式(4)において動粘度とnの関係は、20~5,000mm2/sで11≦n≦400、30~1,500mm2/sで13≦n≦300である。動粘度は、ウベローデ粘度計による測定値である。
クロロシラン化合物(5)の具体例としては、テトラクロロシラン;
メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、プロピルトリクロロシラン、ヘキシルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、デシルトリクロロシラン、ドデシルトリクロロシラン、ヘキサデシルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、イソブチルトリクロロシラン、2-メチルペンチルトリクロロシラン、2-エチルヘキシルトリクロロシラン、2-プロペニルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ベンジルトリクロロシラン、フェネチルトリクロロシラン、フェニルブチルトリクロロシラン、フェニルオクチルトリクロロシラン、1,4-ビニルフェニルトリクロロシラン、1,2-トリメチルシロキシフェニルプロピルトリクロロシラン、トリクロロシリルプロピルメチルエーテル、トリクロロシリルプロピルメチルスルフィド、トリクロロシリルプロピルフェニルエーテル、トリクロロシリルプロピルフェニルスルフィド、1-トリス(トリメチルシロキシ)シリル-2-トリクロロシリルエタン、1-トリス(トリメチルシロキシ)シリル-6-トリクロロシリルへキサン、1-トリス(トリメチルシロキシ)シリル-8-トリクロロシリルオクタン、ビス(1,1,1,3,3-ペンタメチルジシロキシ)メチルシリルトリクロロシラン、1-ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリル-2-トリクロロシリルエタン、1-ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリル-6-トリクロロシリルへキサン、1-ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリル-8-トリクロロシリルオクタン、1-トリメチルシロキシジメチルシリル-2-トリクロロシリルエタン、1-トリメチルシロキシジメチルシリル-6-トリクロロシリルヘキサン、1-トリメチルシロキシジメチルシリル-8-トリクロロシリルオクタン、1-トリメチルシロキシジメチルシリル-2-トリクロロシリルオクタン、1,1,3,3,5,5,7-ヘプタメチル-7-トリクロロシリルエチルシクロテトラシロキサン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-ウンデカメチルペンタシロキシ)ジメチルシリル-2-トリクロロシリルエタン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19-ヘンイコサメチルデカシロキシ)ジメチルシリル-2-トリクロロシリルエタン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-ウンデカメチルペンタシロキシ)ジメチルシリル-6-トリクロロシリルヘキサン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19-ヘンイコサメチルデカシロキシ)ジメチルシリル-6-トリクロロシリルヘキサン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-ウンデカメチルペンタシロキシ)ジメチルシリル-8-トリクロロシリルオクタン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19-ヘンイコサメチルデカシロキシ)ジメチルシリル-8-トリクロロシリルオクタン、(3,3,3)-トリフルオロピルトリクロロシラン、(3,3,4,4,5,5,6,6,6)-ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8)トリデカフルオロオクチルトリクロロシラン等のトリクロロシラン化合物;
ジメチルジクロロシラン、エチルメチルジクロロシラン、プロピルメチルジクロロシラン、ヘキシルメチルジクロロシラン、シクロヘキシルメチルジクロロシラン、オクチルメチルジクロロシラン、デシルメチルジクロロシラン、ドデシルメチルジクロロシラン、ヘキサデシルメチルジクロロシラン、オクタデシルメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、ジブチルジクロロシラン、ジイソプロピルジクロロシラン、ジシクロペンチルジクロロシラン、イソブチルメチルジクロロシラン、2-メチルペンチルメチルジクロロシラン、2-エチルヘキシルメチルジクロロシラン、2-プロペニルメチルジクロロシラン、フェニルメチルジクロロシラン、ベンジルメチルジクロロシラン、フェネチルメチルジクロロシラン、フェニルブチルメチルジクロロシラン、フェニルオクチルメチルジクロロシラン、1,4-ビニルフェニルメチルジクロロシラン、1,2-(トリメチルシロキシ)フェニルプロピルメチルジクロロシラン、メチルジクロロシリルプロピルメチルエーテル、メチルジクロロシリルプロピルメチルスルフィド、メチルジクロロシリルプロピルフェニルエーテル、メチルジクロロシリルプロピルフェニルスルフィド、1-トリス(トリメチルシロキシ)シリル-2-メチルジクロロシリルエタン、1-ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリル-2-メチルジクロロシリルエタン、1-(トリメチルシロキシ)ジメチルシリル-2-トリクロロシリルエタン、1,1,3,3,5,5,7-ヘプタメチル-7-メチルジクロロシリルエチルシクロテトラシロキサン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-ウンデカメチルペンタシロキシ)ジメチルシリル-2-メチルジクロロシリルエタン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19-ヘンイコサメチルデカシロキシ)ジメチルシリル-2-メチルジクロロシリルエタン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-ウンデカメチルペンタシロキシ)ジメチルシリル-6-メチルジクロロシリルヘキサン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19-ヘンイコサメチルデカシロキシ)ジメチルシリル-6-メチルジクロロシリルヘキサン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-ウンデカメチルペンタシロキシ)ジメチルシリル-8-メチルジクロロシリルオクタン、1-(1,1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19-ヘンイコサメチルデカシロキシ)ジメチルシリル-8-メチルジクロロシリルオクタン、(3,3,3)-トリフルオロピルメチルジクロロシラン、(3,3,4,4,5,5,6,6,6)-ノナフルオロヘキシルメチルジクロロシラン、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8)トリデカフルオロオクチルメチルジクロロシラン等のジクロロシラン化合物;
ビニルトリクロロシラン、アリルトリクロロシラン、ヘキセニルトリクロロシラン、オクテニルトリクロロシラン、1-ビニル-3-トリクロロシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-アリル-3-トリクロロシリルプロピル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ヘキセニル-3-トリクロロシリルへキシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-オクテニル-3-トリクロロシリルへキシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ビニル-9-トリクロロシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-ビニル-15-トリクロロシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15-ヘキサデカメチルペンタシロキサン、1-トリクロロシリル-3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロ-7-オクテン、1-トリクロロシリル-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-ドデカフルオロ-9-デセン等の不飽和結合含有トリクロロシラン化合物;
ビニルメチルジクロロシラン、ビニルフェニルジクロロシラン、アリルメチルジクロロシラン、アリルフェニルジクロロシラン、ヘキセニルメチルジクロロシラン、オクテニルメチルジクロロシラン、1-ビニル-3-メチルジクロロシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-アリル-3-メチルジクロロシリルプロピル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ヘキセニル-3-メチルジクロロシリルへキシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-オクテニル-3-メチルジロロシリルへキシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ビニル-9-メチルジクロロシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-ビニル-15-メチルジクロロシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15-ヘキサデカメチルペンタシロキサン、1-メチルジクロロシリル-3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロ-7-オクテン、1-トリクロロシリル-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-ドデカフルオロ-9-デセン等の不飽和結合含有アルキルジクロロシラン化合物などが挙げられる。
両末端OH変性シリコーンオイル(4)と、クロロシラン化合物(5)との混合比は特に限定されないが、得られる硬化物に滑水性を付与する観点から、両末端OH変性シリコーンオイル(4)中のOH基の物質量1モルに対し、好ましくはクロロシラン化合物(5)5~30モル、より好ましくは5~20モル、より一層好ましくは7~15モルである。
クロロシラン化合物(7)の具体例としては、クロロシラン化合物(5)の具体例のうち、不飽和結合を含有する化合物と同様のものが挙げられる。
クロロシラン化合物(7)の使用量は、特に限定されないが、クロロシラン化合物(5)1モルに対し、好ましくは0.5~10モル、より好ましくは1~5モル、より一層好ましくは1~3モルである。
アンモノリシス重合は、上記のようにして調製したクロロシラン化合物(5)、クロロシロキサン化合物(6)、およびクロロシラン化合物(7)の混合物にアンモニアを導入し、反応させて行われる。
アンモノリシス重合は、無溶媒でも進行するが、反応の進行と共に塩化アンモニウムが副生して撹拌が困難になるため、溶媒を使用することが好ましい。
溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、4-メチルテトラヒドロピラン、シクロペンチルメチルエーテル、ジオキサン、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒、;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;ヘキサメチルジシロキサン、トリス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のシロキサン系溶媒等が挙げられ、これらの溶媒は、1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
アンモノリシス重合は、無触媒でも進行するが、触媒を添加することにより反応時間を短縮することもできる。
触媒の具体例としては、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、酢酸、プロピオン酸、安息香酸、トリフルオロ酢酸等のブレンステッド酸が挙げられる。
触媒の添加量は特に限定されないが、触媒の添加の効果または副反応抑制の観点から、クロロシラン化合物(5)1モルに対し、好ましくは0.001~0.1モル、より好ましくは0.005~0.1モルである。
反応温度は特に限定されないが、塩化アンモニウムの昇華または反応速度の観点から、好ましくは-78~100℃、より好ましくは-78~50℃、より一層好ましくは-10~20℃である。
反応時間は、反応速度または副反応抑制の観点から、好ましくは30分~24時間、より好ましくは3時間~15時間である。さらに、反応を行う雰囲気は特に限定されないが、原料の加水分解を避けるため、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気が好ましい。
反応終了後の反応液から、副生した塩化アンモニウムを除去し、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物を回収することができる。塩化アンモニウムの除去法としては、ろ過法や、アルカリ性の水溶液を用いて塩化アンモニウムを溶解した後に分液する分液法がある。
特に、収率向上の観点から、アルカリ性の水溶液を用いて塩を溶解、分液する方法が好ましい。この場合、使用するアルカリ成分としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物;水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物などが挙げられる。また、アルカリ性水溶液の濃度は、生成物の安定性および生産性の観点から、好ましくは5~52%、より好ましくは15~52%、より一層好ましくは25~48%である。
アルカリ金属の水酸化物等のアルカリ成分の使用量は、生じた塩化アンモニウム1モルに対し、収率または生成物の安定性の観点から、好ましくは1~2モル、より好ましくは1~1.5モルである
このようにして得られた不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)からポリシロキサザン化合物(1)を製造する方法としては、下記一般式(9)で示されるメルカプト基含有シラン化合物(以下、メルカプト基含有シラン化合物(9)という。)をラジカル発生剤の存在下に付加反応させる方法と、下記一般式(13)または(14)で示されるハイドロジェンシラン化合物(以下、ハイドロジェンシラン化合物(13)または(14)という。)を付加反応させる方法の2通りがある。
Figure 0007371592000024
白金触媒を用いた付加反応において、原料に硫黄原子が含まれると触媒毒として働くことがあり、反応効率が著しく悪化、あるいは目的とする化合物が得られない場合があるため、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)においてR1、R4’が硫黄原子を含む場合は、メルカプト基含有シラン化合物(9)を用いた付加反応を選択することが好ましい。
一方、上記白金触媒を用いた場合の問題がない場合は、メルカプト基含有シラン化合物(9)を添加する方法、ハイドロジェンシラン化合物(13)または(14)を付加させる方法のいずれの方法によっても、ポリシロキサザン化合物(1)を製造できる。
不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)に、メルカプト基含有シラン化合物(9)をラジカル発生剤の存在下に付加反応させてアルコキシシリル基を導入し、ポリシロキサザン化合物(1)を製造する方法について説明する。
Figure 0007371592000025
(式中、R1~R6、a、b、c、n、p、q、r、XおよびYは、上記と同じ意味を表す。)
一般式(9)におけるR7は炭素数1~8、好ましくは1~5の2価炭化水素基である。
7の具体例としては、メチレン、エチレン、トリメチレン、テトラメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン基等の直鎖状アルキレン基;プロピレン(メチルエチレン)、メチルトリメチレン基等の分岐状アルキレン基;シクロヘキシレン、メチレンシクロヘキシレンメチレン基等の環状アルキレン基;プロペニレン、ブテニレン、ヘキセニレン、オクテニレン基等のアルケニレン基;フェニレン基等のアリーレン基;メチレンフェニレン、メチレンフェニレンメチレン基等のアラルキレン基などが挙げられる。
メルカプト基含有シラン化合物(9)の具体例としては、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリプロポキシシラン、メルカプトプロピルトリイソプロポキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、メルカプトエチルトリエトキシシラン、メルカプトヘキシルトリメトキシシラン、メルカプトヘキシルトリエトキシシラン、メルカプトオクチルトリメトキシシラン、メルカプトオクチルトリエトキシシラン等のメルカプトアルキルトリアルコキシシラン化合物;メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メルカプトメチルメチルジメトキシシラン、メルカプトヘキシルメチルジメトキシシラン、メルカプトオクチルメチルジメトキシシラン、メルカプトプロピルフェニルジメトキシシラン、メルカプトメチルフェニルジメトキシシラン、メルカプトヘキシルフェニルジメトキシシラン、メルカプトオクチルフェニルジメトキシシラン等のメルカプトアルキルアルキルジアルコキシシラン;メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン、メルカプトメチルジメチルメトキシシラン、メルカプトプロピルジフェニルメトキシシラン、メルカプトメチルジフェニルメトキシシラン等のメルカプトアルキルジアルキルアルコキシシラン;1-メルカプト-4-トリメトキシシリルベンゼン、1-メルカプト-4-メチルジメトキシシリルベンゼン、1-メルカプト-4-ジメチルメトキシシリルベンゼン、1-メルカプト-4-トリエトキシシリルベンゼン、1-メルカプト-4-メチルジエトキシシリルベンゼン、1-メルカプト-4-ジメチルエトキシシリルベンゼン等のメルカプトアリールアルコキシシラン;1-メルカプトエチル-4-トリメトキシシリルベンゼン、1-メルカプト-4-トリメトキシシリルエチルベンゼン、1-メルカプトエチル-4-トリメトキシシリルエチルベンゼン等のメルカプトアリーレンアルコキシシランなどが挙げられる。
また、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)と、メルカプト基含有シラン化合物(9)との付加反応では、ラジカル発生剤を用いる。
このラジカル発生剤の具体例としては、tert-ブチルヒドロペルオキシド、ジtert-ブチルペルオキシド、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス2-メチルブチロニトリル等のアゾ化合物などが挙げられるが、特にアゾ化合物が好ましい。
ラジカル発生剤の使用量は特に限定されないが、生産性の観点から、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)中に含まれる不飽和結合1モルに対し、0.0001~0.2モルが好ましく、0.001~0.1モルがより好ましい。
不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)と、メルカプト基含有シラン化合物(9)の配合比は特に限定されないが、生成物の有用性や、反応性の観点から、不飽和結合含有有機ポリシロキサザン化合物(8)中に含まれる不飽和結合1モルに対し、メルカプト基含有シラン化合物(9)0.1~1.5モルが好ましく、0.2~1.2モルがより好ましく、0.3~1.0モルがより一層好ましい。
上記付加反応の反応温度は特に限定されないが、望まない副反応を避けるという観点から、0~200℃が好ましく、20~150℃がより好ましい。
また、反応時間も特に限定されないが、望まない副反応を避けると言う観点から、1~40時間が好ましく、1~20時間がより好ましい。
なお、上記付加反応は、メルカプト基含有シラン化合物の加水分解を防ぐために窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
上記付加反応は、無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。
溶媒の具体例としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、イソオクタン、イソドデカン等の炭素数5~20の脂肪族炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭素数6~10の芳香族炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;アセトニトリル、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒;ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、トリス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のシリコーン系溶媒などが挙げられ、これらの溶媒は1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。特にアゾ化合物を触媒として利用する際は、触媒の溶解性の点からトルエン、キシレンが好ましい。
次に、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)に、ハイドロジェンシラン化合物(13)または(14)を付加反応させて一般式(1)で示されるアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物を製造する方法について説明する。
Figure 0007371592000026
(式中、R1~R6、a、b、c、n、p、q、r、X、YおよびZは、上記と同じ意味を表す。)
ハイドロジェンシラン化合物(13)の具体例としては、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、トリイソプロポキシシラン、トリブトキシシラン等のトリアルコキシシラン化合物;メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、エチルジメトキシシラン、フェニルジメトキシシラン等のアルキルジアルコキシシラン化合物;ジメチルメトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジフェニルエトキシシラン等のジアルキルアルコキシシラン化合物などが挙げられる。
Zが2価炭化水素基の場合におけるハイドロジェンシラン化合物(14)の具体例としては、1-トリメトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリエトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリプロポキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリイソプロポキシシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリメトキシシリルヘキシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリエトキシシリルヘキシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリメトキシシリルオクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリエトキシシリルオクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-トリメトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-トリエトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-トリメトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15-ヘキサデカメチルオクタシロキサン、1-トリエトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15-ヘキサデカメチルオクタシロキサン等のトリアルコキシシリルアルキル-シロキサン化合物;1-メチルジメトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-メチルジエトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-メチルジメトキシシリルオクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-メチルジエトキシシリルオクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-メチルジメトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-メチルジエトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-エチルジメトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-エチルジエトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-フェニルジメトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-フェニルジエトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン等のアルキルジアルコキシシリルアルキル-シロキサン化合物;1-ジメチルメトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ジメチルエトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ジメチルメトキシシリルオクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ジメチルエトキシシリルオクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ジメチルメトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-ジメチルエトキシシリルエチル-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-ジエチルメトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ジエチルエトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ジフェニルメトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-ジフェニルエトキシシリルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン等のアルキルジアルコキシシリルアルキル-シロキサン化合物;1-(3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロ-8-トリメトキシシリル)オクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-(3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロ-8-トリエトキシシリル)オクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-ドデカフルオロ-10-トリメトキシシリル)デシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-ドデカフルオロ-10-トリエトキシシリル)デシル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-(3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロ-8-メチルジメトキシシリル)オクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-(3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロ-8-メチルジエトキシシリル)オクチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン等のアルコキシシリルフルオロアルキル-シロキサン化合物などが挙げられる。
Zが酸素の場合におけるハイドロジェンシラン化合物(14)の具体例としては、1,1,1-トリメトキシシロキシ-3,3,5,5,7,7,9,9-オクタメチルペンタシロキサン、1,1,1-トリメトキシシロキシ-3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15-テトラデカメチルオクタシロキサン、1,1,1-トリメトキシシロキシ-3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19,21,21-イコサメチルウンデカシロキサン、1,1,1-トリエトキシシロキシ-3,3,5,5,7,7,9,9-オクタメチルペンタシロキサン、1,1,1-トリエトキシシロキシ-3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15-テトラデカメチルオクタシロキサン、1,1,1-トリエトキシシロキシ-3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,15,15,17,17,19,19,21,21-イコサメチルウンデカシロキサン等のトリアルコキシシロキシシロキサン化合物;1,1-ジメトキシシロキシ-1,3,3,5,5,7,7,9,9-ノナメチルペンタシロキサン、1,1-ジメトキシシロキシ-1-フェニル-3,3,5,5,7,7,9,9-オクタメチルペンタシロキサン、1,1-ジメトキシシロキシ-1-ビニル-3,3,5,5,7,7,9,9-オクタメチルペンタシロキサン、1,1-ジエトキシシロキシ-1,3,3,5,5,7,7,9,9-ノナメチルペンタシロキサン、1,1-ジエトキシシロキシ-1-フェニル-3,3,5,5,7,7,9,9-オクタメチルペンタシロキサン、1,1-ジエトキシシロキシ-1-ビニル-3,3,5,5,7,7,9,9-オクタメチルペンタシロキサン等のジアルコキシシロキシシロキサン化合物;1-メトキシシロキシ-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-メトキシシロキシ-1-フェニル-1,3,3,5,5,7,7,9,9-ノナメチルペンタシロキサン、1-メトキシシロキシ-1-ビニル-1,3,3,5,5,7,7,9,9-ノナメチルペンタシロキサン、1-エトキシシロキシ-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1-エトキシシロキシ-1-フェニル-1,3,3,5,5,7,7,9,9-ノナメチルペンタシロキサン、1-エトキシシロキシ-1-ビニル-1,3,3,5,5,7,7,9,9-ノナメチルペンタシロキサン等のモノアルコキシシロキシシロキサン化合物などが挙げられる。
不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)と、ハイドロジェンシラン化合物(13)または(14)との配合比は特に限定されないが、反応物の有用性と生産性の観点から、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)中に含まれる不飽和結合1モルに対し、一ハイドロジェンシラン化合物(13)または(14)0.1~1.5モルが好ましく、0.2~1.2モルがより好ましく、0.3~1.0モルがより一層好ましい。
また、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)と、ハイドロジェンシラン化合物(13)または(14)との付加反応では、触媒として白金化合物を用いる。
この白金化合物の具体例としては、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金-1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエンまたはキシレン溶液、テトラキストリフェニルホスフィン白金、ジクロロビストリフェニルホスフィン白金、ジクロロビスアセトニトリル白金、ジクロロビスベンゾニトリル白金、ジクロロシクロオクタジエン白金、白金-活性炭等が挙げられる。
白金化合物の使用量は特に限定されないが、生産性の点から、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)中に含まれる不飽和結合1モルに対し、0.000001~0.2モルが好ましく、0.00001~0.1モルがより好ましい。
上記付加反応の反応温度は特に限定されないが、生成物の安定性の観点から、0~200℃が好ましく、20~150℃がより好ましい。
また、反応時間も特に限定されないが、生成物の安定性の観点から、1~40時間が好ましく、1~20時間がより好ましい。
なお、上記反応は、触媒の失活や、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物、ハイドロジェンシラン化合物の加水分解を防ぐために窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
上記付加反応は、無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。
溶媒の具体例としては、メルカプト基含有シラン化合物(9)との反応に用いられる溶媒と同様のものが挙げられる。
次に、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(12)を出発物質とするポリシロキサザン化合物(1)の製造方法について説明する。
不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(12)は、例えば、両末端OHシリコーンオイル(4)と、一般式(10)で示される不飽和結合含有クロロシラン化合物(以下、不飽和結合含有クロロシラン化合物(10)という。)を混合し、脱塩化水素縮合を行って一般式(11)で示されるクロロシロキサン化合物(以下、クロロシロキサン化合物(11)という。)へと誘導した後に、アンモニアを導入して得ることができる。
Figure 0007371592000027
一般式(10)および(11)におけるR1’は、R1またはR3と同じ意味を表すが、必ず不飽和結合を含んでいる。不飽和基が導入された位置は、鎖状炭化水素基の末端、内部のどちらでもよいが、後述するアルコキシ基の導入における反応性の点から末端に不飽和結合を有していることが好ましい。
両末端OH変性シリコーンオイル(4)とクロロシラン化合物(10)との混合比は特に限定されないが、滑水性を付与する観点から、両末端OH変性シリコーンオイル(4)中のOH基の物質量1モルに対し、好ましくはクロロシラン化合物(10)5~30モル、より好ましくは5~20モル、さらに好ましくは7~15モルである。
クロロシロキサン化合物(11)および余剰のクロロシラン化合物(10)に、アンモニアを導入してアンモノリシス重合を行う条件は、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)の製造方法と同様である。
このようにして得られた不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(12)からポリシロキサザン化合物(1)を製造する方法としては、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)を出発原料とする場合と同様、メルカプト基含有シラン化合物(9)をラジカル発生剤の存在下に付加反応させる方法と、ハイドロジェンシラン化合物(13)または(14)を付加反応させる方法の2通りがある。
Figure 0007371592000028
(式中、R1~R7、a、b、c、n、p、q、r、X、YおよびZは、上記と同じ意味を表す。)
この場合も、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)を出発原料とする場合と同様の理由から、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(12)においてR1’が硫黄原子を含む場合は、メルカプト基含有シラン(9)を用いた付加反応を選択することが好ましく、R1’が硫黄原子を含まない場合は、一般式(9)で示されるメルカプト基含有シラン化合物を添加する方法、一般式(13)および(14)で示されるハイドロジェンシラン化合物を付加させる方法のいずれでもよい。
この場合、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(12)と、メルカプト基含有シラン化合物(9)との付加反応は、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)と、メルカプト基含有シラン化合物(9)との付加反応と同様に行うことができる。
また、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(12)と、ハイドロジェンシラン化合物(12)または(13)との付加反応は、不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物(8)と、ハイドロジェンシラン化合物(12)または(13)との付加反応と同様に行うことができる。
[組成物および硬化物]
次に、このようにして得られたポリシロキサザン化合物(1)と溶媒を含む組成物について説明する。
組成物に含まれる溶媒としては、上述したポリシロキサザン化合物(1)の製造方法において使用する溶媒と同様のものが挙げられるが、作業性や安全性の観点から、炭素数8~14の脂肪族炭化水素化合物、ケイ素数2~5のシリコーン化合物、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル等が好ましく、その中でも沸点100~220℃であるイソパラフィン化合物の混合物、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、トリス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、ジプロピレングリコールジメチルエーテルがより好ましい。
また、上記組成物は硬化触媒として、チタン化合物、アルミ化合物、亜鉛化合物およびスズ化合物から選ばれる少なくとも一種の金属化合物を含んでいてもよい。
金属化合物としては、オルトチタン酸テトラブチル、オルトチタン酸テトラメチル、オルトチタン酸テトラエチル、オルトチタン酸テトラプロピル、オルトチタン酸テトライソプロピル等のオルトチタン酸テトラアルキル、それらの部分加水分解縮合物、チタニウムアシレート等のチタン化合物;三水酸化アルミニウム、アルミニウムアルコラート、アルミニウムアシレート、アルミニウムアシレートの塩、アルミノシロキシ化合物、アルミニウム金属キレート化合物等のアルミニウム化合物;ジオクチルチンジオクテート、ジオクチルチンジラウレート等のスズ化合物;オクチル酸亜鉛、2-エチルヘキサン酸亜鉛等の亜鉛化合物等が挙げられる。
金属化合物の使用量は特に限定されないが、触媒の効果を十分に得る観点から、0.01~10質量%が好ましく、0.1~5質量%がより好ましい。
さらに、上記組成物は、下記一般式(16)で示されるオルガノキシシラン化合物(以下、オルガノキシシラン化合物(16)という。)を含んでいてもよい。
Figure 0007371592000029
(式中、R5およびR6は、上記と同じ意味を表し、dおよびeは、それぞれ独立して、0、1または2である。)
上記一般式(16)において、R9は、O、S、NまたはSi等のヘテロ原子の1種もしくは2種以上を含んでいてもよい、置換または非置換の、炭素数1~50、好ましくは炭素数2~30、より好ましくは炭素数2~8の2価炭化水素基である。この2価炭化水素基の具体例としては、R4と同様のものが挙げられる。
なお、R9はO、S、NまたはSi等のヘテロ原子の1種または2種以上を含んでいてもよく、これらのヘテロ原子は、環状シロキサンのように2種以上が組み合わさって環を形成していてもよい。
このようなヘテロ原子が介在した2価炭化水素基の具体例としては、アルキレンオキシアルキレン、アルキレンチオアルキレン、アルキレンアミノアルキレン、アルキレンシリルアルキレン、アルキレンシロキシシリルアルキレン基等が挙げられ、これらのアルキレン基としては、それぞれ独立して上記直鎖状、分岐状、環状アルキレン基で例示した基と同様の基が挙げられる。この環状アルキレン基については、環構造中にヘテロ原子を含有していてもよく、その具体例としては、フラン、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、トリアジン、イソシアヌレート等が挙げられる。
さらに、これらのヘテロ原子上には、アルコキシシリル基を含んでいてもよい炭素数1~20の置換または非置換の1価炭化水素基を有していてもよい。この1価炭化水素基としては、上記R5およびR6で例示した基と同様のものが挙げられる。
上記アルコキシシリル基を含んでいる炭素数1~20の置換または非置換の1価炭化水素基の具体例としては、(トリメトキシシリル)メチル、(トリメトキシシリル)エチル、(トリメトキシシリル)プロピル、(ジメトキシメチルシリル)メチル、(ジメトキシメチルシリル)エチル、(ジメトキシメチルシリル)プロピル、(ジメチルメトキシシリル)メチル、(ジメチルメトキシシリル)エチル、(ジメチルメトキシシリル)プロピル、(トリエトキシシリル)メチル、(トリエトキシシリル)エチル、(トリエトキシシリル)プロピル、(ジエトキシメチルシリル)メチル、(ジエトキシメチルシリル)エチル、(ジエトキシメチルシリル)プロピル、(ジメチルエトキシシリル)メチル、(ジメチルエトキシシリル)エチル、(ジメチルエトキシシリル)プロピル基等が挙げられる。
より具体的な上記ヘテロ原子を含んでいてもよい2価炭化水素基としては、例えば、-(CH23-O-(CH23-、-(CH23-S-(CH23-、-(CH23-NH-(CH23-、-(CH22-Si(CH32-(CH22-、-(CH22-Si(CH32OSi(CH32-(CH22-や、下記式で示される基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0007371592000030
さらに、R9の2価炭化水素基は、水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で置換された2価炭化水素基の具体例としては、上記R4と同様のものが挙げられる。
オルガノアルコキシシラン化合物(16)の具体例としては、1,2-ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2-ビス(メチルジメトキシシリル)エタン、1,2-ビス(ジメチルメトキシシリル)エタン、1-(トリメトキシシリル)-2-(メチルジメトキシシリル)エタン、1-(トリメトキシシリル)-2-(ジメチルメトキシシリル)エタン、1,6-ビス(トリメトキシシリル)ヘキサン、1,6-ビス(トリエトキシシリル)ヘキサン、1,8-ビス(トリメトキシシリル)オクタン、1,8-ビス(トリエトキシシリル)オクタン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)エーテル、ビス(トリエトキシシリルプロピル)エーテル、ビス(トリメトキシシリルプロピル)スルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)スルフィド、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)ピペラジン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)ピペラジン、ビス(トリメトキシシリルエチル)ジメチルシラン、ビス(トリエトキシシリルエチル)ジメチルシラン、1,3-ビス(トリメトキシシリル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,7-ビス(トリメトキシシリル)-1,1,3,3,5,5,7,7-オクタメチルテトラシロキサン、1,3-ビス(トリメトキシシリルエチル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス(トリエトキシシリルエチル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,9-ビス(トリメトキシシリルエチル)-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-デカメチルペンタシロキサン、1,4-ビス(トリメトキシシロキシジメチルシリル)ベンゼン、1,4-ビス(トリメトキシシリルエチルジメチルシリル)ベンゼン等のビスアルコキシシリル化合物;トリス(トリメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(トリエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(トリメトキシシリルエチル)メチルシラン、トリス(トリエトキシシリルエチル)メチルシラン、トリス(トリメトキシシリルプロピル)メチルシラン、トリス(トリエトキシシリルプロピル)メチルシラン、トリス(トリメトキシシリルエチルジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(トリエトキシシリルエチルジメチルシロキシ)メチルシラン、1,3,5-トリス(トリメトキシシリルエチル)-1,3,5-トリメチルシクロトリシロキサン、1,3,5-トリス(トリメトキシシリルオクチル)-1,3,5-トリメチルシクロトリシロキサン、N,N,N-トリス(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート等のトリスアルコキシシリル化合物;テトラキス(トリメトキシシリルエチル)シラン、テトラキス(トリエトキシシリルエチル)シラン、テトラキス(トリメトキシシリルプロピル)シラン、テトラキス(トリエトキシシリルプロピル)シラン、1,3,5,7-テトラキス(トリメトキシシリルエチル)-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7-テトラキス(トリメトキシシリルオクチル)-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン等のテトラキスアルコキシシリル化合物などが挙げられる。
9の2価炭化水素基の一部または全部がフッ素で置換された化合物の具体例としては、1,6-ビス(トリメトキシシリル)-3,3,4,4-テトラフルオロへキサン、1,6-ビス(トリエトキシシリル)-3,3,4,4-テトラフルオロへキサン、1,8-ビス(トリメトキシシリル)-3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロオクタン、1,8-ビス(トリエトキシシリル)-3,3,4,4,5,5,6,6-オクタフルオロオクタン等のビスアルコキシシリルフルオロアルカン化合物などが挙げられる。
上記一般式(16)のR9がアルキレンアミノアルキレン基の場合は、該当するアミノ基またはアミノ基に置換されたアルコールと、一般式(16)で示されるオルガノキシシラン化合物中のオルガノキシシリル基が環構造を形成した下記一般式(17)で示されるオルガノキシシラン化合物(以下、オルガノキシシラン化合物(17)という。)が好ましい。
Figure 0007371592000031
(式中、R5、R6、dおよびeは、上記と同じ意味を表し、R9’はR9と同じ意味を表す。)
一般式(17)において、R10は、単結合、またはSi原子側末端基が-O-、-S-、-NH-または-C(=O)O-で置換された炭素数2~10の2価炭化水素基を表すが、反応性の観点から、単結合が好ましい。
このような炭素数2~10の2価炭化水素基としては、R4で例示した基と同様の基が挙げられる。
オルガノキシシラン化合物(17)の具体例としては、2,2-ジメトキシ-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-6-(3-トリメトキシシリルプロピル)-6-アザ-1-シラシクロオクタン、2,2-ジメトキシ-6-(3-トリメトキシシリルプロピル)-8-メチル-6-アザ-1-シラシクロオクタン等が挙げられる。
オルガノキシシラン化合物(16)または(17)の含有量は特に制限されないが、ポリシロキサザン化合物(1)に対して、好ましくは1~50質量%、より好ましくは1~30質量%である。
なお、上記組成物は、その効果を損なわない範囲であれば、顔料、消泡剤、潤滑剤、防腐剤、pH調整剤、フィルム形成剤、帯電防止剤、抗菌剤、染料等から選択されるその他の添加剤の1種以上を含有していてもよい。
上記組成物は、通常空気中の水分と反応して硬化し、硬化物を与える。
硬化の際には、予め溶媒を揮発させても、揮発させなくても良く、または揮発させながら硬化させてもよい。
硬化時の温度は常温から加熱下が採用できる。この際の温度は基材に悪影響を与えない限り特に制限はないが、反応性を保つために通常0~200℃、好ましくは0~100℃、より好ましくは25~50℃である。
また、上記組成物で被膜形成対象物の表面を被覆した後、空気中の水分と反応させて硬化させることで、被膜を形成することができる。
被膜形成対象物は、無機材料と有機材料のどちらでもよい。
無機材料としては、例えば、金属、ガラス、シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、カーボン等が挙げられる。
ガラスとしては、Eガラス、Cガラス、石英ガラス等の一般的に用いられる種類のガラスを用いることができ、またガラス繊維でもよい。
ガラス繊維は、その集合物でもよく、たとえば繊維径が3~30μmのガラス系(フィラメント)の繊維束、撚糸、織物等でもよい。
有機材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ABS(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの重合物)、メラミン、フェノール、エポキシ、ポリイミド等の樹脂材料;ポリブタジエンラバー、ポリイソプロピレンラバー、ニトリルラバー、ネオプレンラバー、ポリサルファイド、ウレタンラバー等のエラストマー、ゴム材料が挙げられる。
なお、被覆対象物の形状は、特に限定されないが、板状、シート状、繊維状または粉末状のいずれでもよい。
被膜形成対象物を被覆する方法としては、公知の塗布方法、例えば、ハケ塗り法、スポンジ塗り法、布塗り法、スプレーコーティング法、ワイヤーバー法、ブレード法、ロールコーティング法、ディッピング法、スピンコーティング法等が挙げられる。
また、シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム等の粉末状の材料においては、被膜形成対象物とともに上記組成物を直接ミキサーやミルで混合する混合法を採用してもよい。
このようにして得られる組成物の硬化被膜は、優れた撥水、滑水性を示す。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1-1]
Figure 0007371592000032
(式中、Meはメチル基を表す。以下同様である。)
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、ヘキシルトリクロロシラン65.9g(0.300モル)、25℃での動粘度60mm2/sの両末端シラノール変性シリコーンオイル45.0g、および溶媒としてシクロペンチルメチルエーテル(以下、「CPME」という。)295.6gを仕込み、室温で1時間撹拌した。これにメチルビニルジクロロシラン42.3g(0.300モル)とCPME76.8gを加えて撹拌し、均一な反応液を得た。反応液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを反応液中にフィードした。反応液の温度が30℃を超えないように冷却しながら、6時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。この反応液に48質量%水酸化ナトリウム水溶液131.5gをゆっくりと加え、さらに水270.6gを加えて室温で1時間撹拌した。その後、静置して下層を除去した。上層を100℃/18kPaで濃縮した後、120℃/4kPaでさらに濃縮した。次いで、得られた濃縮物110.9gにトルエン110.9gを加え、1μmメンブレンフィルターでろ過し、無色透明溶液219.6gを得た。
続いて、撹拌機、温度計、還流冷却器および滴下ロートを備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、メルカプトプロピルトリメトキシシラン16.9g(0.086モル)、トルエン16.9gを仕込み90℃に加熱した。これに上記で得られたた無色透明溶液80.0gと2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.168g(0.000874モル)との混合物を2.5時間かけて滴下ロートより加え、同じ温度を維持しながら、1時間撹拌して、ポリシロキサザン1を得た。
得られたポリシロキサザン1に、イソパラフィン溶剤(IPソルベント1620、出光興産(株)製、以下同様)60.0gを加え、100℃/15kPaにて濃縮した後、100℃/4kPaにてさらに濃縮した。得られた反応液の不揮発分を赤外線水分計(FD-720、(株)ケット科学研究所製)を用いて105℃/3時間の条件で測定すると、不揮発分は53.8%であった。この反応液にイソパラフィン溶剤7.5gを加えて不揮発分50%に調製し、組成物1を得た。
得られた組成物1をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来する932cm-1、1,190cm-1、Si-O-Siに由来するピーク1,092cm-1、NHに由来するピーク3,391cm-1が観測された。また、下記の条件でGPC分析を行ったところ、重量平均分子量5,300であり、目的のポリシロキサザン1の生成が支持された。1H-NMRスペクトルを図1に、IRスペクトルを図2に示す。
(GPC条件)
装置:HLC-8420GPC EcoSEC Elite-WS(東ソー(株)製)
カラム:GPC KF-G 4A(Shodex社製)
GPC KF-404 HQ(Shodex社製)
GPC KF-402.5 HQ(Shodex社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:0.35ml/min
検出器:RI
カラム恒温槽温度:40℃
標準物質:ポリスチレン
[実施例1-2]
Figure 0007371592000033
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、ヘキシルトリクロロシラン22.0g(0.100モル)、25℃での動粘度700mm2/sの両末端シラノール変性シリコーンオイル15.0g、および溶媒としてCPME126.3gを仕込み、室温で1時間撹拌した。これにメチルビニルジクロロシラン14.1g(0.100モル)を加えて撹拌し、均一な反応液を得た。反応液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを反応液中にフィードした。反応液の温度が30℃を超えないように冷却しながら、4.5時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。この反応液に48質量%水酸化ナトリウム水溶液44.0gをゆっくりと加え、さらに水88.0gを加えて室温で1時間撹拌した。その後、静置して下層を除去した。上層を100℃/18kPaで濃縮した後、120℃/4kPaでさらに濃縮した。次いで、得られた濃縮物35.9gにトルエン36.0g加え、1μmメンブレンフィルターでろ過し、無色透明溶液を71.0g得た。
続いて、撹拌機、温度計、還流冷却器および滴下ロートを備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、メルカプトプロピルトリメトキシシラン4.1g(0.021モル)、トルエン4.1gを仕込み90℃に加熱した。これに上記で得られた無色透明溶液20.0gと2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.047g(0.00024モル)との混合物を2.5時間かけて滴下ロートより加え、同じ温度を維持しながら、2時間撹拌して、ポリシロキサザン2を得た。
得られたポリシロキサザン2を100℃/1kPaで濃縮し、反応物12.6gを得た。これにイソパラフィン溶剤29.4gを加えて不揮発分30%に調製し、組成物2を得た。
得られた組成物2をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来するピーク932cm-1、1,191cm-1、Si-O-Siに由来するピーク1,093cm-1、NHに由来するピーク3,390cm-1が観測された。また、GPC分析を行ったところ、重量平均分子量4,200であり、目的のポリシロキサザン2の生成が支持された。1H-NMRスペクトルを図3に、IRスペクトルを図4に示す。
[実施例1-3]
Figure 0007371592000034
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、ヘキシルトリクロロシラン22.1g(0.101モル)、25℃での動粘度1,500mm2/sの両末端シラノール変性シリコーンオイル15.0g、および溶媒としてCPME130gを仕込み、室温で1時間撹拌した。これにメチルビニルジクロロシラン14.1g(0.100モル)を加えて撹拌し、均一な反応液を得た。反応液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを反応液中にフィードした。反応液の温度が30℃を超えないように冷却しながら、6時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。この反応液に48質量%水酸化ナトリウム水溶液44.0gをゆっくりと加え、さらに水88.0gを加えて室温で1時間撹拌した。その後、静置して下層を除去した。上層を100℃/16kPaで濃縮した後、120℃/4kPaでさらに濃縮した。次いで、得られた濃縮物36.4gにトルエン36.4gを加え、1μmメンブレンフィルターでろ過し、無色透明溶液を71.4g得た。
続いて、撹拌機、温度計、還流冷却器および滴下ロートを備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、メルカプトプロピルトリメトキシシラン4.2g(0.021モル)、トルエン4.4gを仕込み90℃に加熱した。これに上記で得られた無色透明溶液20.0gと2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.0497g(0.000259モル)との混合物を1時間かけて滴下ロートより加え、同じ温度を維持しながら、2時間撹拌して、ポリシロキサザン3を得た。
得られたポリシロキサザン3を120℃/1kPaで濃縮し、反応物13.3gを得た。イソパラフィン溶剤31.0gを加えて不揮発分30%に調製し、組成物3を得た。
得られた組成物3をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来するピーク931cm-1、1191cm-1、Si-O-Siに由来するピーク1093cm-1、NHに由来するピーク3385cm-1が観測された。また、GPC分析を行ったところ、重量平均分子量4,300であり、目的のポリシロキサザン3の生成が支持された。1H-NMRスペクトルを図5に、IRスペクトルを図6に示す。
[実施例1-4]
Figure 0007371592000035
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、ヘキシルトリクロロシラン21.9g(0.100モル)、25℃での動粘度30mm2/sの両末端シラノール変性シリコーンオイル15.0g、および溶媒としてCPME75.6gを仕込み、室温で1時間撹拌した。これにメチルビニルジクロロシラン14.1g(0.100モル)とCPME52.2gを加えて撹拌し、均一な反応液を得た。反応液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを溶液中にフィードした。反応液の温度が30℃を超えないように冷却しながら、3時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。この反応液に48質量%水酸化ナトリウム水溶液43.8gをゆっくりと加え、さらに水90.1gを加えて室温で1時間撹拌した。その後、静置して下層を除去した。上層を100℃/17kPaで濃縮した後、120℃/4kPaでさらに濃縮した。次いで、得られた濃縮物34.7gにトルエン34.7gを加え無色透明溶液を69.4g得た。
続いて、撹拌機、温度計、還流冷却器および滴下ロートを備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、メルカプトプロピルトリメトキシシラン8.4g(0.042モル)、トルエン8.4gを仕込み90℃に加熱した。これに上記で得られた無色透明溶液40.0gと2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.094g(0.00049モル)との混合物を2時間かけて滴下ロートより加え、同じ温度を維持しながら、2時間撹拌して、ポリシロキサザン4を得た。
得られたポリシロキサザン4にイソパラフィン溶剤28.0gを加え、120℃/16kPaで濃縮し、さらに120℃/4kPaで濃縮し、反応物46.3gを得た。
得られた反応液の不揮発分を赤外線水分計(FD-720、(株)ケット科学研究所製)で105℃/3時間の条件で測定すると、不揮発分は51.9%であった。この反応液にイソパラフィン溶剤1.8gを加えて不揮発分50%に調製し、組成物4を得た。
得られた組成物4をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来するピーク933cm-1、1,190cm-1、Si-O-Siに由来するピーク1,092cm-1、NHに由来するピーク3,384cm-1が観測された。また、GPC分析を行ったところ、重量平均分子量6,400であり、目的のポリシロキサザン4の生成が支持された。1H-NMRスペクトルを図7に、IRスペクトルを図8に示す。
[実施例1-5]
Figure 0007371592000036
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、1-トリクロロシリル-2-(トリメチルシロキシジメチルシリル)エチレン31.0g(0.100モル)、25℃での動粘度60mm2/sの両末端シラノール変性シリコーンオイル15.1g、および溶媒としてCPME74.9gを仕込み、室温で1時間撹拌した。これにメチルビニルジクロロシラン14.1g(0.100モル)とCPME48.6gを加えて撹拌し、均一な反応液を得た。反応液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを反応液中にフィードした。内容物の温度が30℃を超えないように冷却しながら、3時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。この反応液に48質量%水酸化ナトリウム水溶液43.9gをゆっくりと加え、さらに水90.3gを加えて室温で1時間撹拌した。その後、静置して下層を除去した。上層を100℃/18kPaで濃縮した後、120℃/4kPaでさらに濃縮した。次いで、得られた濃縮物45.4gにトルエン45.4gを加え無色透明溶液を86.1g得た。
続いて、撹拌機、温度計、還流冷却器および滴下ロートを備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、メルカプトプロピルトリメトキシシラン6.8g(0.035モル)、トルエン6.8gを仕込み90℃に加熱した。これに上記で得られた無色透明溶液40.0gと2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.0667g(0.000347モル)との混合物を1.5時間かけて滴下ロートより加え、同じ温度を維持しながら、2時間撹拌して、ポリシロキサザン5を得た。
得られたポリシロキサザン5にイソパラフィン溶剤26.1gを加え、120℃/15kPaで濃縮し、さらに120℃/4kPaで濃縮した。得られた反応液の不揮発分を赤外線水分計(FD-720、(株)ケット科学研究所製)で105℃/3時間の条件で測定すると、不揮発分は70%であった。この反応液にイソパラフィン溶剤14.0gを加えて不揮発分50%に調製し、組成物5を得た。
得られた組成物5をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来するピーク934cm-1、1,189cm-1、Si-O-Siに由来するピーク1,091cm-1、NHに由来するピーク3,388cm-1が観測された。また、GPC分析を行ったところ、重量平均分子量5,800であり、目的のポリシロキサザン5の生成が支持された。1H-NMRスペクトルを図9に、IRスペクトルを図10に示す。
[実施例1-6]
Figure 0007371592000037
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、ヘキシルトリクロロシラン22.1g(0.101モル)、25℃での動粘度60mm2/sの両末端シラノール変性シリコーンオイル15.0g、および溶媒としてCPME131.1gを仕込み、室温で1時間撹拌した。これに1-ビニル-3-ジクロロメチルエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン30.1gを加えて撹拌し、均一な反応液を得た。反応液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを溶液中にフィードした。反応液の温度が30℃を超えないように冷却しながら、2時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。この反応液に48質量%水酸化ナトリウム水溶液43.8gをゆっくりと加え、さらに水90.2gを加えて室温で1時間撹拌した。その後、静置して下層を除去した。上層を100℃/18kPaで濃縮した後、120℃/4kPaでさらに濃縮した。次いで、得られた濃縮物52.0gにイソパラフィン溶剤52.0gを加え無色透明溶液104.0gを得た。
続いて、撹拌機、温度計、還流冷却器および滴下ロートを備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、上記で得られた無色透明溶液20.0gと白金ジビニルテトラメチルシロキサン錯体のトルエン溶液12.5mg(白金として0.00000192モル)を加え60℃に加熱した。得られた反応液にトリメトキシシラン1.9g(0.016モル)を加え、同じ温度を維持しながら、12時間撹拌して、ポリシロキサザン6を得た。この反応液を120℃/4kPaで濃縮した。
得られた反応液の不揮発分を赤外線水分計(FD-720、(株)ケット科学研究所製)で105℃/3時間の条件で測定すると、不揮発分は55.9%であった。この溶液にIPソルベント1620 1.8gを加えて不揮発分50%に調製し、組成物6を得た。
得られた組成物6をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来するピーク929cm-1、1,167cm-1、Si-O-Siに由来するピーク1,048cm-1、NHに由来するピーク3,390cm-1が観測された。また、GPC分析を行ったところ、重量平均分子量4,600であり、目的のポリシロキサザン6の生成が支持された。1H-NMRスペクトルを図11に、IRスペクトルを図12に示す。
[比較例1-1]
Figure 0007371592000038
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、ヘキシルトリクロロシラン148.3g(0.675モル)、ジメチルジクロロシラン29.2g(0.225モル)および溶媒としてCPME700gを仕込み、均一な溶液を得た。この溶液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを溶液中にフィードした。反応液の温度が30℃を超えないように冷却しながら、7時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。反応液をろ過し、塩化アンモニウムを除去して、ポリシラザン1を得た。
この反応液にイソパラフィン溶剤105gを加え、無色透明溶液の組成物7(濃度50%)210.0gを得た。
得られた組成物7をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来するピーク922cm-1、NHに由来するピーク3,370cm-1が観測された。また、下記の条件でGPC分析を行ったところ、重量平均分子量2,700であり、目的のポリシラザン1の生成が支持された。
[比較例1-2]
Figure 0007371592000039
撹拌機、ガスフィード管、温度計および還流冷却器を備えた四つ口ガラスフラスコの内部を窒素で置換し、還流冷却器上部の開放端に窒素ガスを通気させて外気が混入しないようにしながら、ヘキシルトリクロロシラン55.0g(0.250モル)、ジメチルジクロロシラン97.4g(0.753モル)および溶媒としてCPME520gを仕込み、均一な溶液を得た。この溶液を10℃以下に冷却し、フィード管を通じてアンモニアガスを溶液中にフィードした。反応液の温度が30℃を超えないように冷却しながら、7時間アンモニアのフィードを継続した。その後、アンモニアのフィードを停止し、フィード管を通じて窒素ガスを2時間吹き込んで、余剰のアンモニアガスをパージした。反応液をろ過し、塩化アンモニウムを除去して、ポリシラザン2を得た。
この反応液にイソパラフィン溶剤88.0gを加え無色透明溶液の組成物8(濃度50%)176.0gを得た。
得られた組成物8をIR分析に供したところ、Si-N-Si構造に由来するピーク922cm-1、NHに由来するピーク3,370cm-1が観測された。また、下記の条件でGPC分析を行ったところ、重量平均分子量780であり、目的のポリシラザン2の生成が支持された。
[実施例2-1~2-6、比較例2-1、2-2]
実施例1-1~1-6および比較例1-1、1-2で得られた組成物を、下記の表1に示す比率で湿気が入らないように注意しながら混合し、被膜形成用組成物を調製した。
JIS K 2398準拠の黒色アミノアルキッド樹脂塗装板を研磨剤(爆白ONE、KeePer技研製)で洗浄し、室温で乾燥した。この塗装板に、調製した被膜形成用組成物をスポンジで塗り広げた。5分間静置した後、マイクロファイバークロスでムラがなくなるまで拭き上げた。その後室温で一晩静置して試験片を得た。
この試験片について、5μLの水接触角と50μLの水滑落角を、接触角計(協和界面科学製)を用いて測定し、下記基準により評価した。結果を表1に示す。
[評価基準]
[水接触角]
◎:100度以上
○:95度以上、100度未満
△:90度以上、95度未満
×:90度未満
[水滑落角]
◎:10度未満で水滴が滑落する
○:10度以上~20度未満で水滴が滑落する
△:20度以上~29度未満で水滴が滑落する
×:30度以上で水滴が滑落する
Figure 0007371592000040
表1に示されるように、実施例で得られたポリシロキサザン化合物を主成分とする被膜形成用組成物から得られた被膜では、水接触角がいずれも95度以上で、水滑落が20度未満であり、優れた撥水性と滑水性を有していることがわかる。
特に、実施例2-1および2-4の被膜形成用組成物は、10度未満で水滴が滑落しており、極めて高い滑水性を有していることが示された。一方で、比較例2-1では撥水性は実施例と同程度なものの、滑落性が明らかに劣っていた。比較例2-2では、撥水性と滑水性どちらも実施例よりも劣っていた。

Claims (8)

  1. 下記一般式(1)で示される平均組成を有する、アルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物。
    Figure 0007371592000041
    [式中、R1は、それぞれ独立してOまたはSを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数1~50の1価炭化水素基を表し、R2は、それぞれ独立して置換または非置換の炭素数1~10の1価炭化水素基を表し、R3は、それぞれ独立して非置換の炭素数1~10の1価炭化水素基を表し、R4は、それぞれ独立してO,SまたはSiを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数2~20の2価炭化水素基を表し、Xは、それぞれ独立してメチル基、NH-SiR1X、(NH)(4-m/2)-SiR1 mまたは(NH)(3-r/2)-SiR3 r4-Y(これらのR1、R3およびR4は、前記と同じ意味を表す。)を表し、
    Yは、下記式(2)または(3)
    Figure 0007371592000042
    (式中、R2は、前記と同じ意味を表し、R5およびR6は、それぞれ独立して、置換また非置換の炭素数1~10の1価炭化水素基を表し、Zは、置換もしくは非置換の炭素数1~18の2価炭化水素基、または酸素原子を表し、pは、0~9の整数であり、qは、0,1または2である。)
    で示される基を表し、nは、それぞれ独立して11~500の整数であり、mは、それぞれ独立して0,1または2であり、rは、それぞれ独立して0または1であり、a、bおよびcは、0<a<1、0≦b<1、0<c<1、a+2b+2c=1を満たす数である。また、Xが、NH-SiR1Xである場合、その総数をsとすると、0≦s≦2aである。]
  2. 下記一般式(4)
    Figure 0007371592000043
    (式中、R2およびnは、前記と同じ意味を表す。)
    で示される両末端OH変性シリコーンオイルと、下記一般式(5)
    Figure 0007371592000044
    (式中、R1およびmは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるクロロシラン化合物とを脱塩化水素縮合させて、下記一般式(6)
    Figure 0007371592000045
    (式中、Wは、それぞれ独立してメチル基または塩素原子を表し、R1 、R 2 およびmは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるクロロシロキサン化合物を得る工程と、
    前記一般式(6)で示されるクロロシロキサン化合物および余剰の前記一般式(5)で示されるクロロシラン化合物に、下記一般式(7)
    Figure 0007371592000046
    (式中、R4’は、単結合、またはO、SもしくはSiを含んでいてもよい、置換もしくは非置換の炭素数1~10の2価炭化水素基を表し、R3およびrは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるクロロシラン化合物をさらに加え、アンモノリシス重合を行って下記一般式(8)
    Figure 0007371592000047
    [式中、R1~R3、R4’、a,b,c,n,m,rおよびXは、上記と同じ意味である。]
    で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物を得る工程と、
    前記一般式(8)で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、下記一般式(9)
    Figure 0007371592000048
    (式中、R7は、炭素数1~8の2価炭化水素基を表し、 5 、R 6 およびqは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるメルカプト基含有シラン化合物とをラジカル発生剤の存在下にて付加反応させる工程を含む請求項1記載のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法。
  3. 下記一般式(12)
    Figure 0007371592000049
    [式中、R1’は、前記R1またはR3と同じ意味を表すが、必ず不飽和結合を含んでいる。R1、R2、a、b、n、mおよびXは、前記と同じ意味を表す。]
    で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、下記一般式(9)
    Figure 0007371592000050
    (式中、R7は、炭素数1~8の2価炭化水素基であり、R5、R6およびqは、上記と同じ意味である。)
    で示されるメルカプト基含有シラン化合物とをラジカル発生剤の存在下にて付加反応させる工程とを含む請求項1記載のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法。
  4. 下記一般式(4)
    Figure 0007371592000051
    (式中、R2およびnは、前記と同じ意味を表す。)
    で示される両末端OH変性シリコーンオイルと、下記一般式(5)
    Figure 0007371592000052
    (式中、R1およびmは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるクロロシラン化合物を脱塩化水素縮合させて下記一般式(6)
    Figure 0007371592000053
    (式中、Wは、メチル基または塩素原子を表し、R1およびmは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるクロロシロキサン化合物を得る工程と、前記一般式(6)で示されるクロロロキサン化合物に下記一般式(7)
    Figure 0007371592000054
    (式中、R4’は、単結合、またはO、SもしくはSiを含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数1~10の2価炭化水素基を表し、R3およびrは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるクロロシラン化合物をさらに加え、アンモノリシス重合を行って下記一般式(8)
    Figure 0007371592000055
    (式中、R1~R3、R4’、a、b、c、n、m、rおよびXは、前記と同じ意味を表す。)
    で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物を得る工程と、
    前記一般式(8)で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、下記一般式(13)または(14)
    Figure 0007371592000056
    (式中、R2、R5、R6、p、qおよびZは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるハイドロジェンシラン化合物とを、白金触媒存在下にて付加反応させる工程を含む請求項1記載のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法。
  5. 下記一般式(12)
    Figure 0007371592000057
    (式中、R1’は、前記R1またはR3と同じ意味を表すが、必ず不飽和結合を含んでいる。R1、R2、a、b、n、mおよびXは、前記と同じ意味を表す。)
    で示される不飽和結合含有ポリシロキサザン化合物と、
    下記一般式(13)または(14)
    Figure 0007371592000058
    (式中、R2、R5、R6、p、qおよびZは、前記と同じ意味を表す。)
    で示されるハイドロジェンシラン化合物とを、白金触媒存在下にて付加反応させる工程を含む請求項1記載のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物の製造方法。
  6. 請求項1記載のアルコキシシリル基を有するポリシロキサザン化合物と溶媒とを含む組成物。
  7. さらに、チタン化合物、アルミ化合物、亜鉛化合物およびスズ化合物から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含む請求項6記載の組成物。
  8. 請求項6または7記載の組成物を硬化した硬化物。
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