JP7418411B2 - シラノール基含有ポリオルガノシロキサンの製造方法及びその組成物 - Google Patents
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Description
また本発明は、シラノール基を有する化合物を含む系に、β-ジカルボニル化合物及び/又はスルフォニルイソシアネート化合物を添加することによって、前記シラノール基の脱水縮合反応の進行を抑制する方法にも関する。
さらに本発明は、モノオルガノトリアルコキシシラン及び/又はジオルガノジアルコキシシランを含有するアルコキシシラン成分を水の存在下、加水分解及び脱水縮合反応させて、シラノール基を有するポリオルガノシロキサンを形成する工程、シラノール基の脱水縮合反応抑制剤としてβ-ジカルボニル化合物及び/又はスルフォニルイソシアネート化合物を前記ポリオルガノシロキサンに添加する工程、を含む、シラノール基を有するポリオルガノシロキサンの製造方法にも関する。好ましくは、前記水の添加量が、前記アルコキシシラン成分に含まれる、ケイ素原子に直結したアルコキシ基の合計モル数100%に対して、30モル%以上60モル%以下である。好ましくは、前記加水分解及び脱水縮合反応を、縮合触媒として塩基性化合物及び/又は中性塩の存在下で実施し、前記反応抑制剤がβ-ジカルボニル化合物である。好ましくは、前記加水分解及び脱水縮合反応を、縮合触媒の不在下、又は、縮合触媒として酸性化合物の存在下で実施し、前記反応抑制剤がスルフォニルイソシアネート化合物である。好ましくは、前記加水分解反応により発生したアルコールのうち80モル%以上を除去した後に、前記スルフォニルイソシアネート化合物を添加する。
さらにまた、本発明は、モノオルガノトリアルコキシシラン70モル%以上100モル%以下及びジオルガノジアルコキシシラン0モル%以上30モル%以下を含有するアルコキシシラン成分の加水分解縮合物であり、前記モノオルガノトリアルコキシシランに由来する構成単位を、シロキサン結合を1個形成している構成単位T1、シロキサン結合を2個形成している構成単位T2、及び、シロキサン結合を3個形成している構成単位T3に分類した時、29Si-NMRにより測定されたT1、T2、及びT3の合計モル数に対するT3のモル数の割合が10%以上70%以下で、かつシラノール基を有するポリオルガノシロキサン、並びに、前記ポリオルガノシロキサン100重量部に対して、0.1重量部以上10重量部以下のβ-ジカルボニル化合物及び/又はスルフォニルイソシアネート化合物、を含有する、組成物にも関する。好ましくは、前記組成物を50℃で2週間保持する前後で、29Si-NMRにより測定されたT1、T2、及びT3の合計モル数に対するT3のモル数の割合の増加率が15%以下である。本発明は、前記組成物を含むA液と、縮合触媒を含むB液から構成される、2液型の組成物であってもよい。
さらにまた、本発明は、シラノール基を有する化合物、並びに、β-ジカルボニル化合物及び/又はスルフォニルイソシアネート化合物を含む組成物に、前記シラノール基を有する化合物100重量部に対して0.5重量部以上の縮合触媒を添加することによって、前記シラノール基の脱水縮合反応を促進する方法にも関する。
第一の本発明は、シラノール基の脱水縮合反応抑制剤に関し、該反応抑制剤は、β-ジカルボニル化合物及び/又はスルフォニルイソシアネート化合物から構成されるものである。該反応抑制剤は、2つのシラノール基から水分子が脱離してシロキサン結合(Si-O-Si)が形成される脱水縮合反応の進行を抑制するものである。本発明に係る反応抑制剤は、シラノール基中の水酸基をアルコキシ基など他の官能基に変換するものではなく、シラノール基の形態を維持したまま脱水縮合反応を抑制することができる。そのため、シラノール基を有する化合物本来の物性を変えることなく、良好な貯蔵安定性を達成できるという利点がある。
本発明の好適な実施形態によると、本発明の脱水縮合反応抑制剤は、シラノール基を有するポリオルガノシロキサンを製造する方法において使用することができる。該製造方法によると、まず、モノオルガノトリアルコキシシラン及び/又はジオルガノジアルコキシシランを含有するアルコキシシラン成分を水の存在下、加水分解及び脱水縮合反応させて、シラノール基を有するポリオルガノシロキサンを形成した後、シラノール基の脱水縮合反応抑制剤を前記ポリオルガノシロキサンに添加する。これによって、ポリオルガノシロキサンが有するシラノール基間で脱水縮合反応が進行するのを抑制し、シラノール基を有するポリオルガノシロキサンの貯蔵安定性を向上させることができる。
本発明に係る組成物は、塗料用組成物を構成することができる。本発明に係る組成物を使用することで、貯蔵安定性の改善された塗料用組成物を提供することができる。該塗料用組成物においては、前記ポリオルガノシロキサンのみが硬化性樹脂として機能する成分であっても良いし、前記ポリオルガノシロキサンに加えて、硬化性有機樹脂がさらに配合されてもよい。
オルガノアルコキシシラン
Me(OFS-6070:ダウ・東レ株式会社製、メチルトリメトキシシラン、分子量136.2)
Ge(OFS-6040:ダウ・東レ株式会社製、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、分子量236.3)
EC(KBM-303:信越化学株式会社製、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、分子量246.3)
Ph(Z-6124:ダウ・東レ株式会社製、フェニルトリメキシシラン、分子量198.3)
DBP(城北化学工業株式会社製、ジブチルホスフェート、分子量210.2)。
LiCl(東京化成株式会社製、塩化リチウム、分子量42.4)。
MgCl2(東京化成株式会社製、塩化マグネシウム・6水和物、分子量203.3)。
TEA(東京化成株式会社製、トリエチルアミン、分子量101.2)
AcAc(東京化成株式会社製、アセチルアセトン、分子量100.1)
TI(東京化成株式会社製、トシルイソシアネート、分子量197.2)
PMA(東京化成株式会社製、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、分子量132.2)
室温下においてオルガノアルコキシシラン、縮合触媒、及び、水を混合した後、該混合物を、90℃に昇温したオイルバスで加熱し、内温が70℃に達した時を開始点とし、その後90℃オイルバスにて加熱した時間を反応時間とし、4時間反応させた。
上記の通り4時間反応させて得られた樹脂溶液は、ポリオルガノシロキサン、反応の過程で発生したアルコール、及び、僅かに残った水から構成されている。ポリオルガノシロキサン以外の揮発成分をエバポレーターとアスピレーターを用いた減圧脱揮により除去するため、105℃に加熱したオイルバスで前記樹脂溶液を加熱しながら、約450Torrにて約2時間脱揮を行って、各表に記載の量のメタノール及び水を除去し、各表に記載の払出量のポリオルガノシロキサンを得た。
蒸留後のポリオルガノシロキサンを約50℃まで冷却した後、該ポリオルガノシロキサンに、各表に記載した反応抑制剤を添加した。なお、反応抑制剤の添加量は、使用した全てのオルガノアルコキシランの加水分解・脱水縮合反応が理論上完全に進行したとして得られる計算樹脂量100重量部に対して、実施例1~11では3重量部になるような量に設定した。実施例12では2重量部、実施例13では1重量部になるような量に設定した。なお、各比較例では反応抑制剤は添加しなかった。
オルガノアルコキシシランの重量×(該オルガノアルコキシシランの分子量-69)÷該オルガノアルコキシシランの分子量
得られたポリオルガノシロキサン0.2gと、アセトン2gをアルミカップに入れて、均一なポリオルガノシロキサン溶液とした後、該カップを、105℃に昇温した熱風乾燥機内に1時間入れ、冷却後に重量を計測した。該重量からアルミカップの重量を差し引いた値と、乾燥前のポリオルガノシロキサン重量から、ポリオルガノシロキサンの不揮発分(NV)を測定した。
300ml4口フラスコにメチルトリメトキシシラン20.3g、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン127.1g、ジブチルホスフェート0.020g、純水18.5gを入れ、90℃に設定したオイルバスで加熱し、4時間反応させた。その後、エバポレーター、及び105℃に設定したオイルバスを用いて、発生したメタノール、及び残存水を除去し、その後、反応抑制剤としてトシルイソシアネートを3.0g添加し、均一になるまで撹拌し、シラノール基を有するポリオルガノシロキサン溶液109.9gを得た。得られたポリオルガノシロキサンのNVを測定すると、88%であり、重量平均分子量は3200、縮合率は50%だった。
原料の使用量及び反応条件を各表の記載に従った以外は実施例1と同様にしてポリオルガノシロキサン溶液を得た。なお、各表中、各成分の配合量の単位はグラム(g)である。
ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量をGPCで測定した。GPCは、送液システムとして東ソー(株)製HLC-8320GPCを用い、カラムとして東ソー(株)製TSK-GEL Hタイプを用い、溶媒としてTHFを用いて行い、重量平均分子量は、ポリスチレン換算で算出した。
モノオルガノトリアルコキシシランに由来する構成単位は、シロキサン結合を1個形成している構成単位T1、シロキサン結合を2個形成している構成単位T2、及び、シロキサン結合を3個形成している構成単位T3に分類される。BRUKER社製AVANCEIIIHD500を用いて、重水素化クロロホルムを溶媒としてポリオルガノシロキサンの29Si-NMRを測定し、T1、T2、及びT3それぞれに由来するピークのピーク面積の合計に対する各ピーク面積の割合を、ポリオルガノシロキサンに含まれるT1、T2、及びT3のモル割合(%)とした。
T1、T2、及びT3のモル割合(%)をX、Y、Zとした時、
式:(1×X+2×Y+3×Z)/3
によって算出された値を、縮合率(シロキサン結合形成率)とした。但し、X+Y+Z=100(%)である。
測定したポリオルガノシロキサンのNVを基に、溶剤PMAでNV70%となるようにポリオルガノシロキサンを希釈し、ガラス瓶内に密封して、50℃に設定した乾燥機内に入れた。該乾燥機内で2週間又は4週間静置したポリオルガノシロキサンについて、上記のように、GPC及び29Si-NMRにて、重量平均分子量、T1、T2、及びT3のモル割合、及び縮合率を算出した。また、50℃で2週間貯蔵によるT3のモル割合の増加率を、式:100×[(50℃で2週間貯蔵後のT3のモル割合)/(貯蔵前のT3のモル割合)]-100により算出した。
Claims (7)
- モノオルガノトリアルコキシシラン及び/又はジオルガノジアルコキシシランを含有するアルコキシシラン成分を水の存在下、加水分解及び脱水縮合反応させて、シラノール基を有するポリオルガノシロキサンを形成する工程、
シラノール基の脱水縮合反応抑制剤としてトシルイソシアネートを前記ポリオルガノシロキサンに添加する工程、を含む、シラノール基を有するポリオルガノシロキサンの製造方法。 - 前記水の添加量が、前記アルコキシシラン成分に含まれる、ケイ素原子に直結したアルコキシ基の合計モル数100%に対して、30モル%以上60モル%以下である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記加水分解及び脱水縮合反応を、縮合触媒の不在下、又は、縮合触媒として酸性化合物の存在下で実施する、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記加水分解反応により発生したアルコールのうち80モル%以上を除去した後に、前記トシルイソシアネートを添加する、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
- モノオルガノトリアルコキシシラン70モル%以上100モル%以下及びジオルガノジアルコキシシラン0モル%以上30モル%以下を含有するアルコキシシラン成分の加水分解縮合物であり、
前記モノオルガノトリアルコキシシランに由来する構成単位を、シロキサン結合を1個形成している構成単位T1、シロキサン結合を2個形成している構成単位T2、及び、シロキサン結合を3個形成している構成単位T3に分類した時、29Si-NMRにより測定されたT1、T2、及びT3の合計モル数に対するT3のモル数の割合が10%以上70%以下で、かつ
シラノール基を有するポリオルガノシロキサン、並びに
前記ポリオルガノシロキサン100重量部に対して、0.1重量部以上10重量部以下のトシルイソシアネート、を含有する、組成物。 - 前記組成物を50℃で2週間保持する前後で、29Si-NMRにより測定されたT1、T2、及びT3の合計モル数に対するT3のモル数の割合の増加率が15%以下である、請求項5に記載の組成物。
- 請求項5又は6に記載の組成物を含むA液と、縮合触媒を含むB液から構成される、2液型の組成物。
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