JPH0748454A - ポリシロキサンオリゴマー及びその製造方法 - Google Patents

ポリシロキサンオリゴマー及びその製造方法

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JPH0748454A
JPH0748454A JP19482593A JP19482593A JPH0748454A JP H0748454 A JPH0748454 A JP H0748454A JP 19482593 A JP19482593 A JP 19482593A JP 19482593 A JP19482593 A JP 19482593A JP H0748454 A JPH0748454 A JP H0748454A
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tetraalkoxysilane
polysiloxane oligomer
oligomer
monomer
polysiloxane
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JP19482593A
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Koichi Adachi
浩一 足立
Takeshi Sawai
毅 沢井
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポットライフの優れたハードコート剤として
有用なポリシロキサンオリゴマーを得る。 【構成】 テトラアルコキシシランモノマーの含有量が
1重量%であるポリシロキサンオリゴマー。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、テトラアルコキシシラ
ンから加水分解脱水重縮合により合成するポリシロキサ
ンオリゴマー及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】テトラアルコキシシランを加水分解脱水
重縮合して得られるポリシロキサンオリゴマー(式I)
は、水と反応させると
【0003】
【化1】
【0004】シリカ(SiO2 )を生じるため、プラス
チック材料、セラミック材料などのハードコート剤とし
て利用されている。このハードコート剤は、ポリシロキ
サンオリゴマーをアルコールの様な水溶性の有機溶剤で
希釈し、必要量の水および硬化剤(主として、鉱酸、有
機酸等の酸類)を加えて調合されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ハードコート剤はポットライフが短いという難点を有
し、通常数時間、長くても1日間程度でゲル化(固型
化)するという問題があった。このため、ポリシロキサ
ンオリゴマーと水を、使用の都度混合調製するハードコ
ート剤の2液化や、調合液を冷却してポットライフを伸
すなどの方法が採られているが、いずれも使用上極めて
不便であった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、以上の事
実に鑑み、ハードコート剤のポットライフについて研究
した結果、ポリシロキサンオリゴマー中に残存するモノ
マーすなわちテトラアルコキシシランの含有量を減らす
ことにより該ポットライフが著しく延びる事を見出し本
発明を完成した。すなわち、本発明は、テトラアルコキ
シシランの含有量が1重量%以下であるポリシロキサン
オリゴマー及びその製造方法に存する。以下本発明につ
き、詳細に説明する。本発明のテトラアルコキシシラン
は、下式(II)で示される化合物である。
【0007】
【化2】
【0008】(ここで、Rはメチル、エチル、プロピ
ル、ブチル等のC1〜6のアルキル基である)また、テ
トラアルコキシシランの加水分解脱水重縮合により得ら
れるポリシロキサンオリゴマーは、式(I)で示される
化合物である。
【0009】
【化3】
【0010】(ここでR1 :C1〜6のアルキル基、
n:2−10)ポリシロキサンオリゴマーは、重合度n
の異なるオリゴマーの混合物である。本発明のポリシロ
キサンオリゴマーは、該オリゴマー中に未反応のまま残
存するテトラアルコキシシランを1%以下とすることが
特徴であり、ハードコート剤のポットライフを延ばすた
めには好ましくは0.1%以下とする。
【0011】次に、この様なポリシロキサンオリゴマー
の製造方法について述べる。ポリシロキサンオリゴマー
の製造は、テトラアルコキシシランモノマー中に必要量
の水と触媒を加え、反応によって生じるアルコール(加
えた水の2倍モル生じる)を除去することによって行な
われる。ここで必要な水の量は、希望する加水分解率か
ら決定される。加水分解率とは(III),(IV)式に従って
計算される値である。
【0012】
【化4】
【0013】即ち、テトラアルコキシシランの全てのア
ルコキシ基が分解したものは、加水分解率100%、2
つのアルコキシ基が分解したものは加水分解率50%と
して表す。加水分解は100%まで可能であるが、10
0%加水分解品は完全なSiO2 の固体であり、加水分
解率が70%をこえるものはゼラチン状のゲルもしくは
固体であり、また加水分解率が65〜70%までのもの
は粘度が高く、さらに空気中の僅かな水分と反応しゲル
化してしまい貯蔵安定性が悪く取扱いが非常に困難であ
る。したがって、加水分解率は0〜65%までが適当で
あり、好ましくは、10〜65%、さらに好ましくは4
0〜60%である。
【0014】テトラアルコキシシランと水を反応させる
際には溶媒を使用するとよい。溶媒としては、アルコー
ル、エーテル、ケトン等の水溶性の有機溶媒を用いる
が、加水分解により生じるアルコールと同じアルコール
を溶媒として用いるのが最も好ましい。溶媒の使用量と
しては、テトラアルコキシシランに対して0.1〜10
重量倍、好ましくは、0.1〜0.5重量倍である。加
水分解脱水重縮合には、反応を円滑に進めるために触媒
を用いることもできるが、これは必ずしも必須ではな
い。
【0015】触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸
等の無機酸、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸、また
アンモニア、苛性ソーダ、アミン等の塩基性物性などが
用いられるが反応終了後、蒸留操作によりポリシロキサ
ンオリゴマーから除去できるという利点から塩酸が好適
である。塩酸の使用量は、HClとして、テトラアルコ
キシシランの1×10-5〜1×10-2モル倍量、好まし
くは1×10-4〜1×10-3モル倍量である。
【0016】次に、低モノマー含有率のポリシロキサン
オリゴマーの製造方法を説明する。撹拌機付の反応器に
テトラアルコキシシランモノマーと溶媒のアルコール
(モノマーのアルコキシと同じアルコール)を加え、十
分撹拌しながら、所定量の水と触媒の混合物を加える。
その後、その溶液を加熱して昇温し、還流状態で加水分
解脱水重縮合反応を進行させる。還流温度は溶媒の沸点
を近い温度となる。還流状態での反応時間は、触媒の種
類にもよるが通常0.5〜10時間、好ましくは、3〜
5時間である。
【0017】次に、この加水分解脱水重縮合時よりも高
温として、触媒との反応で生じたアルコールを反応器外
へ留出させる。この方法としては、各種の蒸留、蒸発操
作が適用できる。すなわち、常圧又は減圧下で溶媒と反
応で生じたアルコールの沸点以上に溶液を加熱して留出
させる方法、又は沸点未満であっても窒素、炭酸ガス、
アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを導入して留出させ
る方法などがある。工業的には、常圧で80〜200
℃、好ましくは120〜180℃まで溶液で加熱、留去
させる方法が適している。この留去の時間は、特に制限
はないが通常1〜5時間である。その後、120〜18
0℃の温度で0.5〜10時間、好ましくは、1〜5時
間保ち、反応を完結させる。この際、モノマーの残存量
は加水分解率10〜50%の時5〜10%濃度となる。
【0018】次に、このモノマーを留去する事により、
ポリシロキサンオリゴマー中のモノマー濃度を下げる。
方法としては、該反応溶液中でモノマーが最も低沸点物
であるため、溶媒留去と同じく、各種の蒸留、蒸発操作
が適用できる。すなわち、常圧又は減圧下でモノマー沸
点以上に溶液を加熱して留出させる方法、又は沸点未満
の加熱であっても窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム
等の不活性ガスを導入して留去させる方法なががある。
しかし、工業的にはモノマーを1%以下の濃度とするに
は、モノマー沸点以上の濃度でかつ不活性ガスをSV1
〜100(1/Hr)で吹き込む方法が最も適してい
る。この際の温度は200℃以上とすると、ポリシロキ
サンオリゴマーが解重合反応を起こし、モノマーが生成
するため、100〜250℃好ましくは、120〜20
0℃である。
【0019】この様にしてテトラアルコキシシランの含
有量が1重量%以下のポリシロキサンオリゴマーを得
る。尚、前記製造方法はその代表的な手法を示したもの
であり、他の手法で低モノマーのポリシロキサンオリゴ
マーを得ても良い事は言うまでもない。又、本発明にお
けるポリシロキサンオリゴマーのテトラアルコキシシラ
ンのテトラアルコキシシラン含有量は、好ましくは0.
001〜0.1重量%以下である。上記値が0.1重量
%以下において、本発明の効果は以下実施例にも示した
ように良好であり、又、0.001以下にした場合は、
その効果の向上を見ないばかりか工業的には不都合が生
じる。以上の様な方法でモノマーを除去した後の溶液
は、そのままポリシロキサンオリゴマーとして、ハード
コート剤の原料に用いる事ができる。
【0020】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが本発明はその要旨を越えない限り、以下の実
施例によってその範囲を制約されるものではない。 〔実施例1〕「ポリメチルポリシロキサンオリゴマーの
製造」 撹拌器、ジムロートコンデンサー、温度計および窒素吹
き込み管を備えた2リットル5ツ口コルベンにテトラメ
トキシシラン1520g、メタノール480gを仕込み
5分間撹拌した後、水144g(加水分解率40%)、
20%塩酸0.36gを加えた。その後、還流状態(6
5℃)となるまで加熱し、65℃で4時間反応させた。
次に、ジムロートコンデンサーをリ−ビッヒコンデンサ
ーと受器を付けたト字管に取り換え、加熱しながらメタ
ノールを留去させた。2時間かけてメタノールを留去さ
せ内温150℃まで昇温し、2時間保持した。この段階
で、内溶液を一部サンプリングして、ガスクロマトグラ
フィーでモノマー濃度を分析したところ5.7%であっ
た。その後、内温を150℃に保ちながら、吹き込み管
より、窒素ガスをSV50の条件で導入し、モノマーの
留去を行なった。3時間窒素ガスを吹き込んだ後、内容
液を一部サンプリングし、モノマー濃度を分析したとこ
ろ0.1%以下であった。この様にして得られたポリメ
トキシポリシロキサンは、密度1.2g/cm3 、粘度
5cp、SiO2 含有量52.0%であった。
【0021】〔実施例2〕実施例1で得られたポリメト
キシポリシロキサンオリゴマー62gとエタノール12
5g、水13gおよびマレイン酸0.6gを混合し、ハ
ードコート剤を調整した。この液に、スライドガラス
(76×26×0.2mm)を浸漬し、3mm/sec
の速度でガラスを引き上げ、コーティングし150℃で
1時間かけて乾燥させた。その結果、厚さ0.5μmの
クラックのないシリカ皮膜をスライドガラス上に形成す
る事ができた。このハードコード剤を室温で2週間放置
したが粘度の変化は見られなかった。
【0022】〔比較例1〕実施例1で行われたポリメト
キシポリシロキサンオリゴマーに濃度として5%となる
様にテトラメトキシシランを添加し、実施例−2と同じ
組成のハードコート剤を調整した。この液でも実施例−
2と同じくスライドガラス上にシリカ皮膜を作る事がで
きたが、該ハードコート剤を室温で放置したところ約6
時間後にゲル化が起こった。
【0023】
【発明の効果】本発明により、ポットライフの優れた高
硬度ハードコート剤として有用なポリシロキサンオリゴ
マーを得る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テトラアルコキシシランモノマーの含有
    量が1重量%以下であるポリシロキサンオリゴマー。
  2. 【請求項2】 テトラアルコキシシランを加水分解脱水
    重縮合してポリシロキサンオリゴマーを合成する製造方
    法において、前記加水分解脱水重縮合後、加水分解脱水
    重縮合時より高温に加熱してテトラアルコキシシランを
    除去することを特徴とするポリシロキサンオリゴマーの
    製造方法。
  3. 【請求項3】 上記加熱がテトラアルコキシシランの沸
    点以上の温度で行なわれることを特徴とする請求項2記
    載のポリシロキサンオリゴマーの製造方法。
  4. 【請求項4】 上記加熱が減圧下で行なわれることを特
    徴とする請求項2又は3記載のポリシロキサンオリゴマ
    ーの製造方法。
  5. 【請求項5】 上記加熱が溶液に不活性ガスを吹き込み
    ながら行なわれることを特徴とする請求項2又は3記載
    のポリシロキサンオリゴマーの製造方法。
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