JPH08302019A - 水素シルセスキオキサン樹脂の変性方法及び変性された水素シルセスキオキサン樹脂 - Google Patents
水素シルセスキオキサン樹脂の変性方法及び変性された水素シルセスキオキサン樹脂Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08G77/12—Polysiloxanes containing silicon bound to hydrogen
Abstract
供すること。 【解決手段】 構造式HSi(OH)x (X)y Oz/2
〔式中、各Xは加水分解性置換基であり、そしてx=0
〜2、y=0〜2、z=1〜3、x+y+z=3であ
る〕で示される水素シルセスキオキサン樹脂1重量部
と、構造式(R1 R2R3 Si)2 O〔式中、R1 、R
2 及びR3 は各々独立に水素、アルキル、アルケニル又
はアリールの中から選ばれる〕で示される末端封鎖剤
0.1〜10重量部と、酸0.0001〜0.05重量
部と、水0.01〜0.5重量部とを含む混合物を、前
記水素シルセスキオキサン樹脂を変性するのに十分な時
間還流する工程、その反応混合物を冷却する工程、及び
前記樹脂を回収する工程を含む、水素シルセスキオキサ
ン樹脂の変性方法。
Description
形においてより有用となるように変性された水素シルセ
スキオキサン樹脂に関する。
サン樹脂(H−樹脂)が知られている。例えば、米国特
許第3,615,272号明細書に、硫酸媒体中でシラ
ンを加水分解及び縮合することによる可溶性H−樹脂の
製造が記載されている。同様に、米国特許第5,01
0,159号明細書には、アリールスルホン酸水和物加
水分解媒体中でヒドリドシランを加水分解して樹脂を生
成し、次いでそれを中和剤と接触させる工程を含む別の
方法が記載されている。しかしながら、これらの文献に
は、該樹脂をより有用にするためにさらに変性すること
については何ら記載がない。特開昭60−86017号
公報に、トリクロロシランを含有する溶剤中に水蒸気を
バブリングさせて得られたポリ水素シルセスキオキサン
樹脂が記載されている。次いで、得られた樹脂のシラノ
ールをジメチルクロロシランの添加によりシリル化す
る。しかしながら、この文献には、本発明の方法も生成
物も記載されていない。
クスを製造する上でより有用となるようにH−樹脂を変
性できることを意外にも見い出した。
の製造方法を提供するものである。この方法は、最初に
H−樹脂と、末端封鎖剤と、酸と、水とを含む混合物
を、該樹脂を変性するのに十分な時間還流する工程を含
む。このH−樹脂は、構造式HSi(OH)x (X)y
Oz/2 〔式中、各Xは加水分解性置換基であり、そして
x=0〜2、y=0〜2、z=1〜3、x+y+z=3
である〕で示され、使用量は1重量部である。末端封鎖
剤は、構造式(R1 R2 R3 Si)2 O〔式中、R1 、
R2 及びR 3 は各々独立に水素、アルキル、アルケニル
又はアリールの中から選ばれる〕で示され、使用量は
0.1〜10重量部である。酸は0.0001〜0.0
5重量部で使用される。水は0.01〜0.5重量部で
使用される。樹脂が変性された後、その反応混合物を冷
却し、その樹脂を回収する。
く再分配反応によって変性できるという発見に基づくも
のである。このことが特に意外であったのは、この樹脂
のSi−H結合は様々な環境において切断を受けやすい
からである。得られた新規な樹脂は、セラミック前駆体
として貴重な特異な特性を有する。
ある。典型的には、この樹脂はHSiX3 (Xは加水分
解性の置換基である)の加水分解又は部分加水分解によ
って生成する。加水分解性置換基の例として塩素、フッ
素及び臭素などのハロゲン、並びにアルコキシ(例、メ
トキシ、エトキシ、プロポキシ)、アシルオキシ及びフ
ェノキシのようなヒドロカーボンオキシ基が挙げられ
る。得られる樹脂は式HSi(OH)x (X)y Oz/2
で示される。ここで、Xは各々先に定義した加水分解性
置換基であり、そしてx=0〜2、y=0〜2、z=1
〜3、x+y+z=3である。このように、これらの樹
脂は完全に縮合したもの(HSiO3/2 ) n 〔nは8以
上の整数、一般には8〜5000である〕であっても、
或いは一部分だけが加水分解したもの(すなわち、Si
−Xを一部含有する場合)及び/又は部分的に縮合した
もの(すなわち、Si−OHを一部含有する場合)であ
ってもよい。この構造式では表されないが、これらの樹
脂は、その生成や取扱いに関与する各種因子によって0
個又は2個の水素原子が結合している珪素原子を少数
(例、10%未満)含有することができる。本発明で
は、米国特許第4,999,397号、特開昭59−1
78749号、同60−86017号及び同63−10
7122号公報に記載されているような別の樹脂、或い
はその他の等価なヒドリドシロキサンもまた機能しう
る。
野では周知である。例えば、酸性のアルコール系加水分
解媒体においてアルコキシ又はアシルオキシシランを水
で加水分解する方法が知られている。同様に、米国特許
第3,615,272号明細書では、ベンゼンスルホン
酸水和物加水分解媒体中でトリクロロシランを加水分解
した後、得られた樹脂を水又は硫酸水溶液で洗浄する工
程を含む方法によってほぼ完全に縮合したH−樹脂(シ
ラノールを最高で100〜300ppmまで含有するこ
とができる)を製造している。さらに、米国特許第5,
010,159号明細書では、アリールスルホン酸水和
物加水分解媒体中でヒドリドシランを加水分解して樹脂
を生成し、次いでそれを中和剤と接触させる工程を含む
別の方法が記載されている。
と、セラミック材料の成形においてさらに有用なものと
なる。変性をしないと、H−樹脂は幅広い分子量範囲を
有するため、該樹脂の物理特性が広範囲にばらつき、ひ
いては処理時の変動をもたらしうる。さらにまた、樹脂
の分子量範囲が広いと、低分子量種の揮発や不十分なセ
ラミックス(例、クラッキング)によってセラミック収
率が低下することにもなりかねない。本発明者は、こう
した問題を解決するために、本発明者は樹脂の分子量分
布を調節する新規な方法を開発した。この調節によっ
て、例えば、セラミックの製造に必要とされる適切なレ
オロジー特性を有する樹脂を製造することができる。同
様に、本発明の方法によって、温和な加熱、輻射線照
射、硬化触媒又はその他の硬化剤のような適当な条件下
で樹脂が硬化できるようになる。この硬化性は、セラミ
ック収率を高めるためにも、また得られるセラミックス
の形状を保持するためにも、重要である。
酸/水条件下での再分配反応によって行われ、H−樹脂
中のSi−O結合が末端封鎖剤中のSi−O結合と交換
する。通常、この反応は、H−樹脂、末端封鎖剤、酸及
び水の溶液を混合することによって行われる。典型的に
は、このような混合は還流条件下で行われる。H−樹脂
溶液を形成するためにこの方法で用いることができる溶
剤は重要ではなく、使用できる樹脂や反応体に悪影響を
与えないものであれば制限はない。このような溶剤の例
として、ベンゼンやトルエンのような芳香族炭化水素、
n−ヘプタン、オクタン、デカン又はドデカンのような
アルカン、メチルイソブチルケトンのようなケトン、エ
ステル、エーテル及び揮発性ポリシロキサンが挙げられ
る。一般に、H−樹脂をこれらの溶剤で0.1〜50重
量%に希釈する。
−H結合を含有する物質である。このような物質の例と
して、一般に構造式(R1 R2 R3 Si)2 Oに包含さ
れるものが挙げられる。ここで、R1 、R2 及びR3 は
各々独立に水素、アルキル(例、メチル、エチル及びプ
ロピル)、アルケニル(例、ビニル)又はアリール
(例、フェニル)の中から選ばれる。これらのアルキ
ル、アルケニル及びアリールは炭素原子を1〜20個、
より好ましくは1〜6個、有することが好ましい。具体
的な化合物としてテトラメチルジシロキサン及びヘキサ
メチルジシロキサンが挙げられる。この反応におけるH
−樹脂対末端封鎖剤の比率を利用して樹脂の分子量を調
節する。末端封止剤の存在量が多いほど、得られる生成
物の分子量は低くなる。反対に、この存在量が少ないほ
ど、得られる生成物の分子量は高くなる。一般に、H−
樹脂対末端封鎖剤のモル比は10:1〜1:10の範囲
内にある。
いては特に制限はなく、いずれの酸でも使用できる。通
常は、選択した溶剤に適当な溶解性を示す酸を使用する
ことが望ましい。このような酸の例として、硝酸、硫
酸、塩酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスル
ホン酸及びパラ−トルエンスルホン酸が挙げられる。こ
れらの酸は、再分配反応を引き起こすに十分な量で用い
られる場合が多い。実際の使用量は、選ばれた酸の強度
によって変化することは明らかである。しかしながら、
典型的には、酸の量はH−樹脂1部当たり0.0001
〜0.05重量部の範囲である。この反応に用いられる
水の量についても同様に、再分配反応を引き起こすに十
分な量である。一般に、この量は、H−樹脂1部当たり
0.001〜0.5重量部の範囲である。
末端封鎖剤、酸及び水を容器内で単に混合した後、再分
配反応が起こるまでその混合物を還流することによって
行われる。典型的には、この混合物を20〜150℃の
温度範囲で1〜24時間還流する。好ましくは、この混
合物を80〜130℃の温度で還流する。還流後、その
混合物を単に冷却してその生成物を回収する(例、蒸留
による溶剤の除去によって)。しかしながら、その反応
混合物を中和することが望ましい場合もある。この中和
は、塩基の添加及び/又は水洗によって行うことができ
る。好適な塩基として、例えば、CaCO3 等が挙げら
れる。
であり且つ調節された分子量を有する末端封鎖樹脂を記
述するために用いられる。これらの樹脂の構造は、一般
に(HSiO1.5 )x (R1 R2 R3 SiO0.5 )y で
示される。ここで、R1 、R 2 及びR3 は各々独立に水
素、アルキル及びアリールの中から選ばれ、そしてxは
0.25〜0.99、yは0.01〜0.75、x+y
=1.0である。R1、R2 及びR3 が各々独立に水素
及びメチルの中から選ばれ、xが0.5〜0.99、y
が0.01〜0.5、そしてx+y=1.0であること
が好ましい。これらの材料の数平均分子量(Mn )は5
00〜2500の範囲にあることが好ましい。これらの
材料は、白金又は過酸化物のような硬化触媒によって架
橋することができる。別法として、ビニル官能性シロキ
サンのような官能性珪素含有物質を使用してもよい。こ
れらの材料は、加熱することによってセラミックスへ転
化させることもできる。下記実施例は、当業者が本発明
をよりよく理解できるように提供するものであって、本
発明を限定するものではない。
h」はフェニル基を、そして「Vi」はビニル基をそれ
ぞれ表す。すべての反応は実験室のガラス器具中でアル
ゴン雰囲気において実施した。H−樹脂はDow Co
rning社より入手し、また米国特許第3,615,
272号明細書の方法で製造した。(Me2 HSi)2
OはHuls Systemsより購入した。トリフル
オロメタン酢酸はAldrich Chemicalよ
り購入した。
(商標)VXR200T分光光度計で記録した。溶液ス
ペクトルは、5mmの切り換え可能なプローブ( 1H、
399.95MHz)又は16mmのSiを含まないプ
ローブ(29Si、79.46MHz)においてCDCl
3 中で記録し、内部CDCl3 (7.25ppm、
1H)又はTMS(0ppm)を参照した。積分値はシ
ロキサン種に対して正規化して算出した。29Siスペク
トルにはアセチルアセトン酸クロム(0.02M)を添
加して定量値を確実に得た。ゲル透過クロマトグラフィ
ー(GPC)のデータは、モデル600Eシステムコン
トローラー、モデル490UV及びモデル410示差デ
フラクトメーター(defractometer) 検出器を具備し、W
aters(商標)のソフトウェア「Expert」を
使用したDigital(商標)プロフェッショナル3
80コンピューターに接続されているWaters(商
標)GPCで得られた。すべての値はポリスチレン標品
に対する値である。
l Equipment社の240−XA元素分析装置
で行った。酸素の分析は、酸素測定器316(モデル7
83700)と電極ファーネスEF100を具備したL
eco(商標)酸素分析装置で行った。珪素は、珪素物
質を可溶形の珪素に転化し、その溶質を原子吸光分光分
析法で全珪素について分析することから成る溶融技法で
測定した。すべての炉焼成は、Eurothermコン
トローラーを具備したLindberg管式炉(モデル
54233)内で行った。
HSiO0.5 )0.10の調製 オーバーヘッド式スターラー、温度計及び凝縮器を取り
付けた500mLの三つ口丸底フラスコの中に、アルゴ
ン雰囲気下、H−樹脂のトルエン溶液(固形分約20重
量%)265g(H−樹脂53g)を入れた。この溶液
に67gの(Me2 HSiO)2 と、1当量の(Me2
HSiO)0.5 と、1gのトリフルオロ酢酸と、1gの
水とを添加した。得られた溶液を24時間還流させた。
その反応を冷却し、そして1gのCaCO3 と5gの水
を添加して酸を中和した。フラスコにDean Sta
rkトラップを取り付け、そして共沸乾燥により8時間
かけて水を除去した。反応を冷却し、5gのMe2 HS
iClを添加し、一晩攪拌した。1.0μmのメンブラ
ンで濾過し、50℃、減圧下で溶剤を除去することによ
りポリマーを単離した。そのポリマーはGPC分子量分
析によるとMw=5,809;Mn=1,222;z=
4.75を示した。 1H NMRは、4.8ppmに幅
広い1本線(1H,Me2 HSiO0.5 )、4.4pp
mに幅広い多重線(9H,HSiO1.5 )及び0.3p
pmに幅広い1本線(6.2H,(Me)2 HSiO
0.5 )を示した。
HSiO0.5 )0.35の調製 オーバーヘッド式スターラー、温度計及び凝縮器を取り
付けた1Lの三つ口丸底フラスコの中に、アルゴン雰囲
気下、H−樹脂のトルエン溶液(固形分約20重量%)
650g(H−樹脂130g)を入れた。この溶液に1
60gの(Me 2 HSiO)2 と、2.38当量の(M
e2 HSiO)0.5 と、2.5gのトリフルオロ酢酸
と、2.5gの水とを添加した。得られた溶液を48時
間還流させた。その反応を冷却し、そして2.5gのC
aCO3 と10gの水を添加して酸を中和した。フラス
コにDean Starkトラップを取り付け、そして
共沸乾燥により24時間かけて水を除去した。1.0μ
mのメンブランで濾過し、50℃、減圧下で溶剤を除去
することによりポリマーを単離した。その収量は222
gであった。そのポリマーはGPC分子量分析によると
Mw=4,269;Mn=1,407;z=3.03を
示した。 1H NMRは、4.7ppmに幅広い1本線
(3.5H,Me2 HSiO0.5 )、4.4ppmに幅
広い多重線(6.5H,HSiO1.5 )及び0.2pp
mに幅広い1本線(12.5H,(Me)2 HSiO
0.5 )を示した。29Si NMRは、−4.0ppmに
幅広い2本線(1Si,(Me)2 HSiO0.5 )及び
−85ppmに幅広い2本線(1.68Si,HSiO
1.5 )を示した。
HSiO0.5 )0.08の調製 オーバーヘッド式スターラー、温度計及び凝縮器を取り
付けた1Lの三つ口丸底フラスコの中に、アルゴン雰囲
気下、H−樹脂(Mw=9,667;Mn=1,20
0;z=8.05)のトルエン溶液(固形分約40重量
%)358g(H−樹脂143g)を入れた。この溶液
に20.1gの(Me2 HSiO)2 と、0.3当量の
(Me2 HSiO)0.5 と、2.0gのトリフルオロ酢
酸と、2.0gの水とを添加した。得られた溶液を40
時間還流させた。その反応を冷却し、そして2.0gの
CaCO3 と10gの水を添加して酸を中和した。フラ
スコにDean Starkトラップを取り付け、そし
て共沸乾燥により24時間かけて水を除去した。1.0
μmのメンブランで濾過し、50℃、減圧下で溶剤を除
去することによりポリマーを単離した。その収量は16
0gであった。そのポリマーは29℃のTgを示し、ま
たGPC分子量分析によるとMw=29,010;Mn
=1,653;z=17.74を示した。29Si NM
Rは、−3.0ppmに幅広い2本線(1Si,(M
e)2 HSiO0.5 )及び−85ppmに幅広い2本線
(11.12Si,HSiO1.5 )を示した。このポリ
マーの安定性試験として、上記のGPC分子量を週に2
回、3週間にわたり測定した。その後、ポリマーの分子
量は増加傾向にあることが明白であり、そしてポリマー
の可溶性は低下してゲル化に至った。
HSiO0.5 )0.08の調製 オーバーヘッド式スターラー、温度計及び凝縮器を取り
付けた1Lの三つ口丸底フラスコの中に、アルゴン雰囲
気下、H−樹脂(Mw=9,667;Mn=1,20
0;z=8.05)のトルエン溶液(固形分約18重量
%)796g(H−樹脂143g)を入れた。この溶液
に20.1gの(Me2 HSiO)2 と、0.3当量の
(Me2 HSiO)0.5 と、2.0gのトリフルオロ酢
酸と、2.0gの水とを添加した。得られた溶液を40
時間還流させた。その反応を冷却し、そして2.0gの
CaCO3 と10gの水を添加して酸を中和した。フラ
スコにDean Starkトラップを取り付け、そし
て共沸乾燥により24時間かけて水を除去した。1.0
μmのメンブランで濾過し、50℃、減圧下で溶剤を除
去することによりポリマーを単離した。その収量は17
9gであった。そのポリマーは−39℃のTgを示し、
またGPC分子量分析によるとMw=9,194;Mn
=1,338;z=6.87を示した。29Si NMR
は、−3.0ppmに幅広い2本線(1Si,(Me)
2 HSiO0.5 )及び−85ppmに幅広い2本線(1
2.175Si,HSiO1.5 )を示した。このポリマ
ーの安定性試験として、上記のGPC分子量を週に2
回、6週間にわたり測定した。その後、ポリマーの分子
量はまったく変化しないことが明白であり、この材料が
ゲル化しないことを示唆していた。
HSiO0.5 )0.08の調製 オーバーヘッド式スターラー、温度計及び凝縮器を取り
付けた1Lの三つ口丸底フラスコの中に、アルゴン雰囲
気下、H−樹脂のトルエン溶液(固形分約18重量%)
796g(H−樹脂143g)を入れた。この溶液に2
0.1gの(Me2 HSiO)2 と、0.3当量の(M
e2 HSiO)0.5 と、2.0gのトリフルオロ酢酸
と、2.0gの水とを添加した。得られた溶液を40時
間還流させた。その反応を冷却し、そして2.0gのC
aCO3 と10gの水を添加して酸を中和した。フラス
コにDean Starkトラップを取り付け、そして
共沸乾燥により24時間かけて水を除去した。1.0μ
mのメンブランで濾過し、50℃、減圧下で溶剤を除去
することによりポリマーを単離した。その収量は160
gであった。そのポリマーは29℃のTgを示し、また
GPC分子量分析によるとMw=29,010;Mn=
1,635を示した。29Si NMRは、−3.0pp
mに幅広い2本線(1Si,(Me)2 HSiO0.5 )
及び−85ppmに幅広い2本線(12.175Si,
HSiO1.5 )を示した。
HSiO0.5 )0.37の調製 オーバーヘッド式スターラー、温度計及び凝縮器を取り
付けた1Lの三つ口丸底フラスコの中に、アルゴン雰囲
気下、H−樹脂のトルエン溶液(固形分約18重量%)
650g(H−樹脂117g)を入れた。この溶液に1
60gの(Me 2 HSiO)2 と、2.4当量の(Me
2 HSiO)0.5 と、2.0gのトリフルオロ酢酸と、
2.0gの水とを添加した。得られた溶液を48時間還
流させた。その反応を冷却し、そして2.0gのCaC
O3 と10gの水を添加して酸を中和した。フラスコに
Dean Starkトラップを取り付け、そして共沸
乾燥により24時間かけて水を除去した。1.0μmの
メンブランで濾過し、50℃、減圧下で溶剤を除去する
ことによりポリマーを単離した。その収量は70gであ
った。そのポリマーは−22℃のTgを示し、またGP
C分子量分析によるとMw=4,269;Mn=1,4
07を示した。29Si NMRは、−4.0ppmに幅
広い2本線((Me)2 HSiO0.5 )及び−85pp
mに幅広い2本線(HSiO1.5 )を示した。
Claims (2)
- 【請求項1】 構造式HSi(OH)x (X)y Oz/2
〔式中、各Xは加水分解性置換基であり、そしてx=0
〜2、y=0〜2、z=1〜3、x+y+z=3であ
る〕で示される水素シルセスキオキサン樹脂1重量部
と、構造式(R1R2 R3 Si)2 O〔式中、R1 、R
2 及びR3 は各々独立に水素、アルキル、アルケニル又
はアリールの中から選ばれる〕で示される末端封鎖剤
0.1〜10重量部と、酸0.0001〜0.05重量
部と、水0.01〜0.5重量部とを含む混合物を、前
記水素シルセスキオキサン樹脂を変性するのに十分な時
間還流する工程、その反応混合物を冷却する工程、及び
前記樹脂を回収する工程を含む、水素シルセスキオキサ
ン樹脂の変性方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法で得られた数平均
分子量500〜2500の変性された水素シルセスキオ
キサン樹脂。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/439,843 US5516867A (en) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Modified hydrogen silsesquioxane resin |
US439843 | 1995-05-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08302019A true JPH08302019A (ja) | 1996-11-19 |
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ID=23746357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8116792A Ceased JPH08302019A (ja) | 1995-05-12 | 1996-05-10 | 水素シルセスキオキサン樹脂の変性方法及び変性された水素シルセスキオキサン樹脂 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5516867A (ja) |
EP (1) | EP0742245A3 (ja) |
JP (1) | JPH08302019A (ja) |
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