JPH05125191A - Silicon-based hybrid material - Google Patents

Silicon-based hybrid material

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Publication number
JPH05125191A
JPH05125191A JP31728591A JP31728591A JPH05125191A JP H05125191 A JPH05125191 A JP H05125191A JP 31728591 A JP31728591 A JP 31728591A JP 31728591 A JP31728591 A JP 31728591A JP H05125191 A JPH05125191 A JP H05125191A
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JP
Japan
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silicon
hybrid material
alkoxysilane
based hybrid
organic polymer
Prior art date
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Pending
Application number
JP31728591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriyoshi Ando
紀芳 安藤
Takanao Iwahara
孝尚 岩原
Kazuya Yonezawa
和弥 米沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a lightweight silicon-based hybrid material having excellent heat resistance, flame resistance, environmental resistance, high toughness, moldability and processability by impregnating an alkoxysilane, etc., into an organic polymer and hydrolyzing and condensing the alkoxysilane. CONSTITUTION:(A) An alkoxysilane, preferably an alkoxysilane of the formula (R is 1-50C monofunctional organic group; R' is monofunctional hydrocarbon group such as methyl, ethyl or n-propyl; (n) is 0-3) or its partial hydrolyzate condensate (containing preferably three or more alkoxy groups such as tetraethoxysilane), a condensation catalyst, water and optionally a solvent are impregnated into (B) an organic polymer, preferably polyether-based, acrylic ester-based or polyester-based polymer in a weight ratio of (SiO2/B weight) of 0.1-100, preferably 0.2-80, especially preferably 0.5-50 and the component A is hydrolyzed and condensed to give a silicon-based hybrid material having excellent mechanical strength and moldability and processability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アルコキシシラン類
((A)成分)を有機系高分子((B)成分)に含浸さ
せて加水分解・縮合反応を行わせて得られる、耐熱性、
耐燃焼性、耐環境性に優れ、軽量高靱性で高い機械的強
度と良好な成形加工性を有するケイ素系ハイブリッド材
料及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat resistance obtained by impregnating an organic polymer (component (B)) with an alkoxysilane (component (A)) to cause a hydrolysis / condensation reaction.
The present invention relates to a silicon-based hybrid material having excellent combustion resistance, environment resistance, light weight, high toughness, high mechanical strength, and good moldability, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来技術と問題点】現在、ケイ素系材料としてはそれ
ぞれの特徴及び要求性能を鑑みて各種タイプの材料が使
用されている。炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ケイ素な
どの含ケイ素セラミックス類や各種シリケート類は機械
的強度、化学的安定性、熱的安定性に優れた材料であ
る。しかし、これらの無機系シリコン化合物は一般に硬
くて脆く、成形加工性がきわめて悪いため、その用途が
制限されている。
2. Description of the Related Art At present, various types of materials are used as silicon materials in view of their characteristics and required performance. Silicon-containing ceramics such as silicon carbide, silicon nitride, and silicon oxide, and various silicates are materials having excellent mechanical strength, chemical stability, and thermal stability. However, these inorganic silicon compounds are generally hard and brittle, and have extremely poor moldability, so that their use is limited.

【0003】また、主鎖骨格にケイ素を含む、ポリシロ
キサン、ポリカルボシラン、ポリシラン、ポリシラザン
などのいわゆる有機ケイ素ポリマーは一般に無機系シリ
コン化合物に比較して成形加工性に優れるもののその機
械的強度が格段に劣るためその使用範囲が限定されてい
る。
So-called organosilicon polymers such as polysiloxanes, polycarbosilanes, polysilanes and polysilazanes, which contain silicon in the main chain skeleton, are generally superior in molding processability to inorganic silicon compounds, but their mechanical strength is high. Because it is much inferior, its range of use is limited.

【0004】[0004]

【問題を解決するための手段】本発明はかかる実情に鑑
み鋭意研究の結果、これらの問題を解決して、耐熱性、
耐燃焼性に優れ、軽量高靱性で高い機械的強度と良好な
成形加工性を有するケイ素系ハイブリッド材料及びその
製造方法を提供するものである。すなわち本発明は、ア
ルコキシシラン類((A)成分)を有機系高分子
((B)成分)に含浸させて加水分解・縮合反応を行わ
せて得られることを特徴とするケイ素系ハイブリッド材
料及びその製造方法に関する。
As a result of earnest research in view of such circumstances, the present invention has solved these problems and has improved heat resistance,
The present invention provides a silicon-based hybrid material having excellent combustion resistance, light weight, high toughness, high mechanical strength, and good moldability, and a method for producing the same. That is, the present invention provides a silicon-based hybrid material, which is obtained by impregnating an organic polymer (component (B)) with an alkoxysilane (component (A)) to cause a hydrolysis / condensation reaction. The manufacturing method is related.

【0005】本発明で(A)成分として用いられるアル
コキシシラン類は本発明で得られるケイ素系ハイブリッ
ド材料の耐熱性、耐燃焼性、耐環境性、高強度を付与す
るための成分であって特に制限はなく各種のものを使用
することができるが、式(1)で表わされるアルコキシ
シランあるいはその部分加水分解縮合物を好ましく用い
ることができる。
The alkoxysilanes used as the component (A) in the present invention are components for imparting heat resistance, combustion resistance, environment resistance and high strength to the silicon-based hybrid material obtained in the present invention. There is no limitation, and various types can be used, and the alkoxysilane represented by the formula (1) or its partial hydrolysis-condensation product can be preferably used.

【0006】 Rn Si(OR′)4-n (1) Rは炭素数1から50までの1価の有機基で同一であっ
ても異なっていてもよく、また官能基を含んでいてもよ
い。R′はメチル、エチル、n−プロピルなどの1価の
炭化水素基。nは0,1,2,3から選ばれる整数。
R n Si (OR ′) 4-n (1) R is a monovalent organic group having 1 to 50 carbon atoms, which may be the same or different, and may contain a functional group. Good. R'is a monovalent hydrocarbon group such as methyl, ethyl and n-propyl. n is an integer selected from 0, 1, 2, and 3.

【0007】具体的に例示すれば、オルトメチルシリケ
ート、オルトエチルシリケート、オルトn−プロピルシ
リケート、オルトi−プロピルシリケート、オルトn−
ブチルシリケート、オルトイソアミルシリケート、オル
トn−オクチルシリケート、オルトn−ノニルシリケー
トなどのテトラアルコキシシラン及びその部分加水分解
縮合物、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキ
シシラン、メチルトリn−プロピルシラン、フェニルト
リメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、エチ
ルトリメトキシシランなどのトリアルコキシシラン及び
その部分加水分解縮合物、ビニルトリメトキシシラン、
ビニルトリエトキシシラン、γ−(メタクリロキシプロ
ピル)トリメトキシシラン、β−(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、γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−アミノエ
チル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−γ−
アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプ
ロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメ
トキシシランなどの官能基を有するトリアルコキシシラ
ン及びその部分加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシ
ラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジフェニルジ
メトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニ
ルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシランなどの
ジアルコキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、
γ−(メタクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラ
ン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラ
ン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−
メルカプトプロピルメチルジメトキシシランなどの官能
基を有するジアルコキシシラン、トリメチルメトキシシ
ラン、フェニルジメチルメトキシシラン、トリフェニル
メトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、オクチル
ジメチルメトキシシランなどのモノアルコキシシラン、
ビニルジメチルメトキシシラン、γ−(メタクリロキシ
プロピル)ジメチルメトキシシラン、γ−グリシドキシ
プロピルジメチルメトキシシラン、γ−アミノプロピル
ジメチルメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルジメ
チルメトキシシランなどの官能基を有するモノアルコキ
シシランがあげられる。
Specific examples include orthomethyl silicate, orthoethyl silicate, ortho n-propyl silicate, ortho i-propyl silicate, ortho n-.
Tetraalkoxysilanes such as butyl silicate, orthoisoamyl silicate, ortho n-octyl silicate, ortho n-nonyl silicate and their partial hydrolysis-condensation products, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrin-propylsilane, phenyltrimethoxy Trialkoxysilanes such as silane, phenyltriethoxysilane, and ethyltrimethoxysilane and their partial hydrolysis-condensation products, vinyltrimethoxysilane,
Vinyltriethoxysilane, γ- (methacryloxypropyl) trimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, N-β-aminoethyl-γ- Aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-phenyl-γ-
A trialkoxysilane having a functional group such as aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane and a partial hydrolysis condensate thereof, dimethyldimethoxysilane, phenylmethyldimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane. , Dialkoxysilanes such as dimethyldiethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, vinylmethyldimethoxysilane,
γ- (methacryloxypropyl) methyldimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-
Dialkoxysilanes having functional groups such as mercaptopropylmethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, phenyldimethylmethoxysilane, triphenylmethoxysilane, triethylmethoxysilane, monoalkoxysilanes such as octyldimethylmethoxysilane,
Monoalkoxysilanes having functional groups such as vinyldimethylmethoxysilane, γ- (methacryloxypropyl) dimethylmethoxysilane, γ-glycidoxypropyldimethylmethoxysilane, γ-aminopropyldimethylmethoxysilane, γ-mercaptopropyldimethylmethoxysilane. Can be given.

【0008】これらのうちで、1分子中に少なくとも3
個以上のアルコキシ基を有するテトラアルコキシシラ
ン、トリアルコキシシラン及びそれらの部分加水分解縮
合物が好適に用いられる。これらのアルコキシシラン及
びそれらの部分加水分解縮合物は1種類だけ用いてもよ
くまた2種類以上を併用してもよい。(A)成分である
アルコキシシラン類の加水分解・縮合反応に用いられる
触媒としては、塩酸、硫酸、燐酸、塩化白金酸などの無
機酸類;水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどの無
機塩基類;テトラブチルチタネート、テトラプロピルチ
タネートなどのチタン酸エステル類;ジブチルスズジラ
ウレート、ジブチルスズマレエート、ジブチルスズジア
セテート、オクチル酸スズ、ナフテン酸スズなどのスズ
カルボン酸塩類;ジブチルスズオキサイドとフタル酸エ
ステルとの反応物;ジブチルスズジアセチルアセトナー
ト;アルミニウムトリスアセチルアセトナート、アルミ
ニウムトリスエチルアセトアセテート、ジイソプロポキ
シアルミニウムエチルアセトアセテートなどの有機アル
ミニウム化合物類;ジルコニウムテトラアセチルアセト
ナート、チタンテトラアセチルアセトナートなどのキレ
ート化合物類;オクチル酸鉛;ブチルアミン、オクチル
アミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエ
タノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテトラミン、オレイルアミン、
シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ジエチルアミ
ノプロピルアミン、キシリレンジアミン、トリエチレン
ジアミン、グアニジン、ジフェニルグアニジン、2,
4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、
モルホリン、N−メチルモルホリン、2−エチル−4−
メチルイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ(5,
4,0)ウンデセン−7(DBU)などのアミン系化合
物あるいはそれらのカルボン酸などとの塩;過剰のポリ
アミンと多塩基酸とから得られる低分子量ポリアミド樹
脂;過剰のポリアミンとエポキシ化合物との反応生成
物;アミノ基を有するシランカップリング剤、たとえば
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−ア
ミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランな
どの化合物を例示することができる。さらには他の酸性
触媒、塩基性触媒などの公知のシラノール縮合触媒等が
あげられる。これらの触媒は単独で使用してもよく、2
種以上併用してもよい。
Of these, at least 3 in one molecule
Tetraalkoxysilanes and trialkoxysilanes having one or more alkoxy groups and their partially hydrolyzed condensates are preferably used. These alkoxysilanes and their partially hydrolyzed condensates may be used alone or in combination of two or more. Examples of the catalyst used in the hydrolysis / condensation reaction of the alkoxysilanes as the component (A) include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and chloroplatinic acid; inorganic bases such as sodium hydroxide and calcium hydroxide; tetra. Titanic acid esters such as butyl titanate and tetrapropyl titanate; tin carboxylates such as dibutyltin dilaurate, dibutyltin maleate, dibutyltin diacetate, tin octylate, tin naphthenate; reaction products of dibutyltin oxide and phthalate ester; dibutyltin diacetyl. Acetonates; Organoaluminum compounds such as aluminum trisacetylacetonate, aluminum trisethylacetoacetate, diisopropoxyaluminum ethylacetoacetate; zirconium tetraacetylacetate Over DOO, chelate compounds such as titanium tetraacetyl acetonate; lead octylate; butylamine, octylamine, dibutylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, oleylamine,
Cyclohexylamine, benzylamine, diethylaminopropylamine, xylylenediamine, triethylenediamine, guanidine, diphenylguanidine, 2,
4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol,
Morpholine, N-methylmorpholine, 2-ethyl-4-
Methylimidazole, 1,8-diazabicyclo (5,5
4,0) amine compounds such as undecene-7 (DBU) or salts thereof with carboxylic acids; low molecular weight polyamide resins obtained from excess polyamine and polybasic acid; reaction of excess polyamine with epoxy compound Products; silane coupling agents having an amino group, for example, compounds such as γ-aminopropyltrimethoxysilane and N- (β-aminoethyl) aminopropylmethyldimethoxysilane can be exemplified. Further, other known silanol condensation catalysts such as acidic catalysts and basic catalysts can be used. These catalysts may be used alone or 2
You may use together 1 or more types.

【0009】本発明で(B)成分として用いられる有機
系高分子は、本発明で得られるケイ素系ハイブリッド材
料に靱性、軽量性、成形加工性を付与する成分である。
該有機系高分子の分子量については、特に制限はない
が、アルコキシシラン類による膨潤、及び得られるケイ
素系ハイブリッド材料の性能を考慮して、おおむね10
00〜500000程度のものが好ましく用いられる。
The organic polymer used as the component (B) in the present invention is a component which imparts toughness, light weight and moldability to the silicon hybrid material obtained in the present invention.
The molecular weight of the organic polymer is not particularly limited, but is generally about 10 in consideration of swelling with alkoxysilanes and the performance of the obtained silicon-based hybrid material.
Those of about 00 to 500,000 are preferably used.

【0010】ここで用いられる有機系高分子の主鎖骨格
は直鎖状、はしご状、枝別れ状、籠状などをとることが
できる。アルコキシシラン類との反応性及び得られるケ
イ素系ハイブリッド材料の性能を考慮して直鎖状、ある
いははしご状のものが好ましく用いられる。本発明に用
いられる有機系高分子としては、特に制限はなくC、
H、N、O、S、ハロゲン原子から構成される。また主
鎖骨格についても特に制限はなく、各種主鎖骨格を持つ
ものを使用することができる。
The main chain skeleton of the organic polymer used here may be linear, ladder-like, branched or cage-like. A linear or ladder-shaped material is preferably used in consideration of the reactivity with the alkoxysilanes and the performance of the obtained silicon-based hybrid material. The organic polymer used in the present invention is not particularly limited, and C,
It is composed of H, N, O, S and halogen atoms. The main chain skeleton is also not particularly limited, and those having various main chain skeletons can be used.

【0011】具体的に例示するならば、ポリオキシエチ
レン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシテトラメチレ
ン、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合
体などのポリエーテル系重合体、アジピン酸等の2塩基
酸とグリコールとの縮合又はラクトン類の開環重合で得
られるポリエステル系重合体、エチレン−プロピレン系
共重合体、ポリイソブチレン、イソブチレンとイソプレ
ン等との共重合体、ポリクロロプレン、ポリイソプレ
ン、イソプレンとブタジエン、アクリロニトリル、スチ
レン等との共重合体、ポリブタジエン、ブタジエンとス
チレン、アクリロニトリル等との共重合体、ポリイソプ
レン、ポリブタジエン、イソプレンあるいはブタジエン
とアクリロニトリル、スチレン等との共重合体を水素添
加して得られるポリオレフィン系重合体、エチルアクリ
レート、ブチルアクリレート等のモノマーをラジカル重
合して得られるポリアクリル酸エステル、エチルアクリ
レート、ブチルアクリレート等のアクリル酸エステルと
酢酸ビニル、アクリロニトリル、メチルメタクリレー
ト、スチレン等とのアクリル酸エステル系共重合体、前
記有機重合体中でビニルモノマーを重合して得られるグ
ラフト重合体、ポリサルファイド系重合体、ε−アミノ
カプロラクタムの開環重合によるナイロン6、ヘキサメ
チレンジアミンとアジピン酸の縮重合によるナイロン6
6、ヘキサメチレンジアミンとセバシン酸の縮重合によ
るナイロン610、ε−アミノウンデカン酸の縮重合に
よるナイロン11、ε−アミノラウロラクタムの開環重
合によるナイロン12、上記のナイロンのうち2成分以
上の成分を有する共重合ナイロン等のポリアミド系重合
体、例えばビスフェノールAと塩化カルボニルより縮重
合して製造されたポリカーボネート系重合体、ジアリル
フタレート系重合体等が例示される。上記主鎖骨格をも
つ重合体のうち、ポリエーテル系重合体、アクリル酸エ
ステル系共重合体、ポリエステル系重合体、炭化水素系
重合体、ポリカーボネート系重合体が好ましい。
Specific examples include polyether polymers such as polyoxyethylene, polyoxypropylene, polyoxytetramethylene and polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymers, and dibasic acids such as adipic acid. Polyester-based polymers obtained by condensation with glycol or ring-opening polymerization of lactones, ethylene-propylene-based copolymers, polyisobutylene, copolymers of isobutylene and isoprene, etc., polychloroprene, polyisoprene, isoprene and butadiene, Acrylonitrile, copolymers with styrene, etc., polybutadiene, butadiene with styrene, copolymers with acrylonitrile, etc., polyisoprene, polybutadiene, isoprene or polybutadiene obtained by hydrogenating copolymers with butadiene, acrylonitrile, styrene, etc. Polyacrylic acid ester obtained by radical polymerization of monomers such as reffin polymer, ethyl acrylate and butyl acrylate, acrylic acid ester such as ethyl acrylate and butyl acrylate and acrylic acid with vinyl acetate, acrylonitrile, methyl methacrylate and styrene Ester-based copolymers, graft polymers obtained by polymerizing vinyl monomers in the organic polymers, polysulfide-based polymers, condensation polymerization of nylon 6, hexamethylenediamine and adipic acid by ring-opening polymerization of ε-aminocaprolactam. By nylon 6
6, nylon 610 by polycondensation of hexamethylenediamine and sebacic acid, nylon 11 by polycondensation of ε-aminoundecanoic acid, nylon 12 by ring-opening polymerization of ε-aminolaurolactam, two or more components of the above nylons Examples thereof include polyamide-based polymers such as copolymerized nylon having, for example, polycarbonate-based polymers produced by condensation polymerization of bisphenol A and carbonyl chloride, diallyl phthalate-based polymers and the like. Among the polymers having the main chain skeleton, polyether polymers, acrylic acid ester copolymers, polyester polymers, hydrocarbon polymers, and polycarbonate polymers are preferable.

【0012】本発明で用いられる有機系高分子は1種類
でも、2種類以上の混合物でもよい。本発明で用いられ
るアルコキシシラン類と有機系高分子との比率は得られ
るケイ素系ハイブリッド材料の特性を制御する上で非常
に重要な指標である。アルコキシシラン類はその種類に
よってケイ素含量が異なるので、使用するアルコキシシ
ラン類に含まれるケイ素原子と同じモル数のSiO2
有機系高分子との重量比を用いるのが簡便である。該重
量比(SiO2/有機系高分子の重量)は、0.1〜1
00の範囲で好適に用いることができる。さらに好まし
くは0.2〜80、特に好ましくは0.5〜50の範囲
である。該重量比が0.1より小さいと得られるケイ素
系ハイブリッド材料の強度が充分でなく、また100よ
り大きいと得られるケイ素系ハイブリッド材料が脆くな
ってしまう。
The organic polymer used in the present invention may be one kind or a mixture of two or more kinds. The ratio of the alkoxysilanes and the organic polymer used in the present invention is a very important index for controlling the properties of the obtained silicon-based hybrid material. Since the silicon content of the alkoxysilanes varies depending on the type, it is convenient to use the weight ratio of SiO 2 and organic polymer in the same mole number as the silicon atoms contained in the alkoxysilanes used. The weight ratio (weight of SiO 2 / organic polymer) is 0.1 to 1
It can be suitably used in the range of 00. The range is more preferably 0.2 to 80, particularly preferably 0.5 to 50. If the weight ratio is less than 0.1, the strength of the obtained silicon-based hybrid material is insufficient, and if it is more than 100, the obtained silicon-based hybrid material becomes brittle.

【0013】本発明のケイ素系ハイブリッド材料が所望
の特性を得るためには、(A)成分のアルコキシシラン
類及びその縮合反応に一般的に必要な縮合触媒、水が、
(B)成分の有機系高分子中に含浸し、均一な状態であ
ることが望ましい。反応系が不均一な状態で反応を行う
と、ある成分の濃度が局所的に高くなり部分的なゲル化
が起こり不均質な材料しか得られない場合が多い。
In order to obtain the desired properties of the silicon-based hybrid material of the present invention, the alkoxysilanes as the component (A), the condensation catalyst generally required for the condensation reaction, and water are
It is desirable to impregnate the organic polymer as the component (B) into a uniform state. When the reaction is carried out in a heterogeneous state, the concentration of a certain component is locally increased and a partial gelation occurs, often resulting in only a heterogeneous material.

【0014】そこで、上記成分の含浸性及び均一性向
上、さらには反応温度制御などのために必要に応じて溶
剤を用いることができる。該溶剤として特に制限はない
が、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−
プロパノール、n−ブタノール、などのアルコール系溶
剤;THF、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサ
ン、1,2−ジメトキシエタンなどのエーテル系溶剤;
アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤;ア
セトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセト
アミド、N−メチルピロリドンなどの極性アプロチック
溶剤;などを具体的に使用することができる。これらの
うちで、メタノール、エタノール、イソプロパノール、
n−ブタノール、THF、1,4−ジオキサン、アセト
ンより1種または2種以上選ばれる溶剤が好ましい。
Therefore, in order to improve the impregnating property and the uniformity of the above components, and further to control the reaction temperature, a solvent can be used if necessary. The solvent is not particularly limited, but methanol, ethanol, isopropanol, n-
Alcohol solvents such as propanol and n-butanol; ether solvents such as THF, 1,4-dioxane, 1,3-dioxane and 1,2-dimethoxyethane;
A ketone solvent such as acetone or methyl ethyl ketone; a polar aprotic solvent such as acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone; or the like can be specifically used. Of these, methanol, ethanol, isopropanol,
A solvent selected from one or more selected from n-butanol, THF, 1,4-dioxane, and acetone is preferable.

【0015】本発明のケイ素系ハイブリッド材料を得る
ための後処理工程として、有機系高分子にアルコキシシ
ラン類を含浸させて重合した反応混合物を室温から10
0℃程度の温度範囲で膜状、繊維状、板状、棒状その他
複雑な形状に成形する工程、該反応混合物から揮発成分
を除去する工程が含まれる。このうち揮発成分除去の工
程では硬化収縮及び成形体の緻密化が起こるので、該工
程は得られるケイ素系ハイブリッド材料の性能に大きな
影響を与える。一般には成形体内部に残る歪を最小限に
するために徐々に揮発成分を除去するのが好ましい。そ
の際、温度・圧力を変化させることを利用してもよい。
さらに、得られるケイ素系ハイブリッド材料の物性を向
上させる目的で焼成を行なってもよい。
As a post-treatment step for obtaining the silicon-based hybrid material of the present invention, a reaction mixture obtained by impregnating an organic polymer with alkoxysilanes and polymerizing the reaction mixture is used at room temperature to 10
It includes a step of forming into a film shape, a fibrous shape, a plate shape, a rod shape or other complicated shapes in a temperature range of about 0 ° C., and a step of removing volatile components from the reaction mixture. Of these, curing shrinkage and compaction of the molded body occur in the step of removing volatile components, so that the step has a great influence on the performance of the obtained silicon-based hybrid material. Generally, it is preferable to gradually remove the volatile components in order to minimize the strain remaining inside the molded body. At that time, changing the temperature / pressure may be used.
Further, firing may be performed for the purpose of improving the physical properties of the obtained silicon-based hybrid material.

【0016】本発明のケイ素系ハイブリッド材料はアル
コキシシラン類と有機系高分子とを主成分として製造さ
れるのであるが、該基本成分の他に得られるケイ素系ハ
イブリッド材料の特性を調製する目的で各種添加剤・補
強剤を用いることができる。該添加剤・補強剤は上記縮
合反応がある程度進行した段階、揮発成分の除去段階な
どで必要に応じて添加することができる。
The silicon-based hybrid material of the present invention is produced by using alkoxysilanes and an organic polymer as main components, and for the purpose of adjusting the characteristics of the silicon-based hybrid material obtained in addition to the basic components. Various additives and reinforcing agents can be used. The additives / reinforcing agents can be added as necessary at the stage where the condensation reaction has proceeded to a certain extent, the stage of removing volatile components, and the like.

【0017】本発明で用いることのできる添加剤・補強
剤を具体的に例示すれば、Al(OiPr)3 、Ti
(OiPr)4 、Ti(OnBu)4 、B(OE
t)3 、Zr(OiPr)4 、Ti(OSiM
3 4 、(Me3 SiO)2 Ti(OiPr)2 、B
(OH)3 、(ここで、iPrはイソプロピル基、nB
uはノルマルブチル基、Etはエチル基、Meはメチル
基を各々示す)、などの各種アルコキシドあるいは水酸
化物類、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、ボロン
繊維、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド
繊維、チラノ繊維、などの無機繊維、アラミド繊維、ナ
イロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリア
リレート繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリ−p
−ベンズアミド、ポリアミドヒドラジド等の有機繊維か
らなる、チョップ状、ヤーン状、織物状、マット状のも
のや、アスベスト、マイカ、タルク等ならびにこれらの
混合物、炭酸カルシウム、アルミナ、シリカ、クレー、
酸化チタン、カーボンブラック等が挙げられる。
Specific examples of additives and reinforcing agents that can be used in the present invention include Al (OiPr) 3 and Ti.
(OiPr) 4 , Ti (OnBu) 4 , B (OE
t) 3 , Zr (OiPr) 4 , Ti (OSiM
e 3 ) 4 , (Me 3 SiO) 2 Ti (OiPr) 2 , B
(OH) 3 , (where iPr is an isopropyl group, nB
u is a normal butyl group, Et is an ethyl group, Me is a methyl group), and various alkoxides or hydroxides, glass fiber, alumina fiber, carbon fiber, boron fiber, silicon carbide fiber, silicon nitride fiber , Inorganic fiber such as Tyranno fiber, aramid fiber, nylon fiber, vinylon fiber, polyester fiber, polyarylate fiber, ultra high molecular weight polyethylene fiber, poly-p
-Benzamide, made of organic fibers such as polyamide hydrazide, chopped, yarn-shaped, woven, mat-shaped, asbestos, mica, talc and the like and mixtures thereof, calcium carbonate, alumina, silica, clay,
Examples thereof include titanium oxide and carbon black.

【0018】このようにして得られる本発明のケイ素系
ハイブリッド材料は、耐熱性、耐燃焼性に優れ、軽量高
靱性で高い機械的強度と成形加工性を有しているので各
種の用途に用いることができる。具体的に例示すれば、
人工衛生・スペースシャトル・スペースコロニー・航空
機やロケットの機体・エンジン周辺部分などに用いる航
空宇宙用構造材料、自動車の外板・シリンダーヘッド・
ホイールキャップ、プロペラシャフト、エンジン周辺部
材・内装用部材・自転車のタイヤフレーム・リニアモー
ターカー用材料、その他自動車・オートバイ・自転車・
三輪車・鉄道・船舶などの各種輸送機器に用いられる構
造用材料、トラクターなどの農業機器用材料、住宅・ビ
ル・橋梁・歩道橋・はしご・超高層ビル、大深度地下構
造物、海中構造物などに用いる構造用材料、ボート・ヨ
ット・スキー・スノーモビル・グライダー機体・テニス
ラケット・ゴルフシャフト・釣竿・テント用支柱などの
スポーツ用品、電子レンジ・冷蔵庫・洗濯機・パーソナ
ルコンピューターなどの家電品、人工骨・人工歯・人工
歯根などの医療用材料、化粧品用材料、シーリング材、
接着剤、粘着剤、粘接着剤、塗料、改質剤、可塑剤、マ
スキング材、離型材、消泡材、繊維処理材、電気絶縁材
料、半導体封止材料、セラミック繊維及び成形体用前駆
体、RIM・LIM・射出・押出し・ブロー・圧縮など
の成形材料、形状記憶材料、光ファイバー・レーザーデ
ィスク光メモリー膜・フォトクロミックガラス・光スイ
ッチ・屈折率分布ガラス・熱線遮断ガラス・反射鏡・反
射防止ガラス・光ディスク基板などの光関連用機能性ガ
ラス、テレビ撮像菅素子・固体電池・遅延線ガラス・デ
ィスプレイなどの電磁気関連用機能性ガラス、耐熱材料
・フォトマスク基板・付着・接着などの熱関連用機能性
ガラス、高温分離精製・酵素固定・放射性廃棄物の固化
などの化学関連用機能性ガラスなどを挙げることができ
るがこれらに限定されるものではない。
The silicon-based hybrid material of the present invention thus obtained has excellent heat resistance and combustion resistance, is lightweight and has high toughness, high mechanical strength, and moldability, and therefore is used in various applications. be able to. To give a concrete example,
Artificial hygiene, space shuttles, space colonies, aircraft and rocket fuselage, aerospace structural materials used for engine peripheral parts, automobile outer panels, cylinder heads, etc.
Wheel caps, propeller shafts, engine peripheral materials, interior materials, bicycle tire frames, linear motor car materials, other automobiles, motorcycles, bicycles, etc.
For structural materials used in various transportation equipment such as tricycles, railroads, ships, agricultural equipment such as tractors, houses, buildings, bridges, pedestrian bridges, ladders, skyscrapers, deep underground structures, undersea structures, etc. Structural materials used, sports equipment such as boats, yachts, skis, snowmobiles, glider aircraft, tennis rackets, golf shafts, fishing rods, tent props, household appliances such as microwave ovens, refrigerators, washing machines, personal computers, artificial bones, etc. Medical materials such as artificial teeth and artificial roots, cosmetic materials, sealing materials,
Adhesives, adhesives, adhesives, paints, modifiers, plasticizers, masking materials, mold release materials, defoamers, fiber treatment materials, electrical insulation materials, semiconductor encapsulation materials, ceramic fibers and precursors for molded products Body, molding material such as RIM / LIM / injection / extrusion / blow / compression, shape memory material, optical fiber / laser disk optical memory film / photochromic glass / optical switch / refractive index distribution glass / heat ray blocking glass / reflector / antireflection Functional glass for optical applications such as glass and optical disk substrates, functional glass for TV imaging tube elements, solid state batteries, delay line glass, electromagnetic fields such as displays, heat-resistant materials, photomask substrates, thermal applications such as adhesion and adhesion Functional glass, functional glass for chemicals such as high temperature separation and purification, enzyme fixation, solidification of radioactive waste, etc. can be mentioned, but is not limited to these. Not intended to be.

【0019】[0019]

【実施例】以下実施例をあげて本発明を具体的に説明す
るが、本発明の内容はこれらに限定されるものではな
い。 実施例1 500−mL 3−口フラスコにモーター付攪拌棒、2
5−mL均圧管付滴下ロート、3方コック付冷却管を取
り付け、系内を窒素置換した。フラスコ内にテトラエト
キシシラン200g、ポリエチレン(平均分子量300
0)200g、水20mL、THF30mLを仕込み、
0.5N HCl溶液20mLをTHF10mLに溶解
した溶液を滴下ロートに仕込んだ。フラスコを70℃の
オイルバスにつけ、内容物をよく攪拌しながら滴下ロー
トより、触媒溶液を滴下した。約1時間かけて滴下を終
了した。さらに70℃で2時間反応させることにより粘
稠な溶液を得た。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the contents of the present invention are not limited thereto. Example 1 500-mL 3-neck flask with motorized stir bar, 2
A 5-mL dropping funnel with a pressure equalizing tube and a cooling tube with a 3-way cock were attached, and the system was replaced with nitrogen. 200 g of tetraethoxysilane and polyethylene (average molecular weight 300
0) Charge 200 g, water 20 mL, THF 30 mL,
A solution prepared by dissolving 20 mL of a 0.5 N HCl solution in 10 mL of THF was placed in a dropping funnel. The flask was placed in an oil bath at 70 ° C., and the catalyst solution was added dropwise from the dropping funnel while stirring the contents well. The dropping was completed in about 1 hour. Further, a viscous solution was obtained by reacting at 70 ° C. for 2 hours.

【0020】得られた粘稠な反応溶液を、あらかじめテ
フロンシートを敷いた100×25×25mmの型枠に
該反応溶液を10mmの深さまで流し込んだ。これを室
温で1週間、50℃で3日間乾燥することにより厚さ約
5mmの無色透明ガラス状のケイ素系ハイブリッド材料
を得た。この材料は通常のガラスと同程度の強度を有し
かつ脆性破壊しなかった。
The obtained viscous reaction solution was poured into a mold of 100 × 25 × 25 mm, which was previously covered with a Teflon sheet, to a depth of 10 mm. This was dried at room temperature for 1 week and at 50 ° C. for 3 days to obtain a colorless transparent glassy silicon-based hybrid material having a thickness of about 5 mm. This material was as strong as ordinary glass and did not undergo brittle fracture.

【0021】比較例1 有機系高分子を使用しなかった以外は実施例1と全く同
じようにしてガラス状の成形体を得た。この成形体はガ
ラスと同程度の強度を有していたが脆性破壊した。
Comparative Example 1 A glass-like molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the organic polymer was not used. This molded body had a strength similar to that of glass, but was brittle.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明により、耐熱性、耐燃焼性、耐環
境性に優れ、軽量高靱性で高い機械的強度と良好な成形
加工性を有するケイ素系ハイブリッド材料を提供するこ
とができる。
Industrial Applicability According to the present invention, it is possible to provide a silicon-based hybrid material which is excellent in heat resistance, combustion resistance, and environmental resistance, is lightweight and has high toughness, high mechanical strength, and good moldability.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アルコキシシラン類((A)成分)を有機
系高分子((B)成分)に含浸させて加水分解・縮合反
応を行わせて得られることを特徴とするケイ素系ハイブ
リッド材料。
1. A silicon-based hybrid material, which is obtained by impregnating an organic polymer (component (B)) with an alkoxysilane (component (A)) to cause a hydrolysis / condensation reaction.
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