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
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Description
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。
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。
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。
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、
Yは、下記式(2)または(3)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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。
[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。
R1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。
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。
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。
R4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
上記Yは、下記式(2)または(3)で示される基を表す。
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。
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。
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
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。
R4’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。
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。
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、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。
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。
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
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。
R7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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。
Yは、下記式(2)または(3)
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。] - 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と、下記一般式(5)
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)
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)
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)
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)
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。 - 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と、下記一般式(5)
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)
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)
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)
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)
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。 - 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。
- 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。
- 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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