JPH11166052A - テトラアルコキシシランオリゴマーの製造方法 - Google Patents

テトラアルコキシシランオリゴマーの製造方法

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JPH11166052A
JPH11166052A JP33278397A JP33278397A JPH11166052A JP H11166052 A JPH11166052 A JP H11166052A JP 33278397 A JP33278397 A JP 33278397A JP 33278397 A JP33278397 A JP 33278397A JP H11166052 A JPH11166052 A JP H11166052A
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JP
Japan
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tetraalkoxysilane
reaction
stage
oligomer
heating
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JP33278397A
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English (en)
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Akihiro Takazawa
彰裕 高澤
Yukio Kajiwara
由紀夫 梶原
Takashi Moriyama
隆 森山
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 テトラアルコキシシランオリゴマーの工業的
製造の大幅な効率化を図る。 【解決手段】 テトラアルコキシシランを加水分解縮合
してオリゴマーを得るに際して、第一段階として120
℃以下に保持し、液の容積を原料仕込時の60%以下と
した後、第二段階として120℃を超える温度に加熱す
ることを特徴とするテトラアルコキシシランオリゴマー
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、テトラアルコキシ
シランを加水分解縮合して、オリゴマーを製造する方法
に関するものである。
【0002】
【従来技術】Si(OR)4で表されるテトラアルコキ
シシランは古くから知られている化合物であり、水と反
応して加水分解及びこれに引き続く縮合反応により低縮
合物であるオリゴマーを形成することが知られている。
また近年、テトラアルコキシシランのオリゴマーは、単
独で、あるいは他の有機化合物や無機化合物と配合して
様々な用途に用いられ得るものとして注目されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、テトラ
アルコキシシランのオリゴマー形成反応は、加水分解に
よる−OHの生成、及びこれに引き続く−OH同士の脱
水反応や、−ORとの脱アルコール反応が複雑に絡み合
い、その制御が難しく、得られるオリゴマーは反応条件
によっては貯蔵安定性が悪く、貯蔵時に増粘したり、他
の成分と配合した際に増粘やゲル化をもたらす場合があ
る。また、反応条件によっては、モノマーが残存して容
易には除去できないこともある。特に、テトラアルコキ
シシランとしてテトラメトキシシランを用いる場合に
は、モノマーであるテトラメトキシシランは毒性があ
り、環境安全上も問題がある。
【0004】本発明者らは、先に特開平7−48454
号公報において、モノマーの少ないテトラメトキシシラ
ンオリゴマー、特開平8−3174号公報、特開平8−
3175号公報、特開平8−3176号公報において、
特定の金属不純物やOH基の少ない優れた特性を有する
テトラメトキシシランオリゴマーを提案している。しか
しながら、これらのオリゴマーを作製するには、還流状
態で加熱した後130℃での加熱により2時間かけてメ
タノールを除去し、更に150℃まで昇温してSV50
で窒素を吹き込んでモノマーを除去するという煩雑な条
件を要している。このような加熱条件の場合、工業的製
造に適用するには溶媒及び副生したメタノールの除去及
びモノマーの除去において中圧蒸気での加熱を要するの
で、費用がかかる上煩雑である。このため、オリゴマー
の工業的製造に際しては、さらに効率的な製造方法が望
まれていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、上記課題に鑑み
て本発明者らが鋭意検討したところ、液の容積で反応当
初に比して特定割合となるまでは、特定温度以下で保持
し、その後昇温してさらに反応を進めることにより、オ
リゴマー中のモノマーとOH基との双方が効率的に除去
でき、特に貯蔵安定性の優れたオリゴマー製造の工業的
実施に好適であることを見いだし、本発明に到達した。
すなわち本発明は、テトラアルコキシシランを加水分解
縮合してオリゴマーを得るに際して、第一段階として1
20℃以下に保持し、液の容積が原料仕込時の60%以
下となった後に第二段階として120℃を超える温度に
加熱することを特徴とするテトラアルコキシシランオリ
ゴマーの製造方法に存する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明はテトラアルコキシシランを加水分解、縮合して
なるテトラアルコキシシランオリゴマーの製造に関する
ものである。本発明で対象となるテトラアルコキシシラ
ンは、一般式Si(OR)4で示されるものである。な
おRはアルキル基である。好ましくは、RはC1〜4の
アルキル基であり、最も好ましくはメチル基である。
【0007】RとしてC1〜4のアルキル基を有するテ
トラアルコキシシランであれば、加水分解縮合反応を実
質的に進行させることに格別の困難性はない。また、特
にRとしてメチル基を有するテトラメトキシシランの場
合、加水分解縮合反応が最も速やかに進行するものであ
り、得られるテトラメトキシシランオリゴマーは、他の
テトラエトキシシランやテトラブトキシシランのオリゴ
マーに比べシリカ換算含有量が高く、各種の塗料への添
加した際の耐汚染性、耐候性、耐擦傷性等の付与効果が
高く、また更に加水分解してガラス質の材料を得ること
が容易であるといったように、優れた特性を有してい
る。
【0008】これらのテトラアルコキシシランを加水分
解、縮合してオリゴマーとする。加水分解及び縮合反応
は、テトラアルコキシシランに、水及び必要に応じて溶
媒及び触媒を添加して反応させることにより行われる。
オリゴマーの物性は一般に加水分解率、すなわちテトラ
アルコキシシランと反応させた水の量をテトラアルコキ
シシランの有するアルコキシ基に対して1/2モル倍
(理論上100%加水分解縮合するに必要な量)を10
0%として表した百分率、により異なる。したがって、
目的とするオリゴマーの特性に応じて水の量を適宜選択
して、加水分解縮合反応を行えばよい。通常、加水分解
率25〜70%、特に好ましくは35〜60%の範囲で
水の量を選択する。加水分解率25%未満では歩留りが
低く、またシリカ換算含有量も充分ではない。加水分解
率が70%を超えると、得られるテトラアルコキシシラ
ンオリゴマーは非常にゲル化しやすく取扱いが困難とな
る。
【0009】テトラアルコキシシランと水を反応させる
際には、溶媒を使用することができる。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
用いるのが適当であるが、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。
【0010】また、加水分解縮合反応には、反応を円滑
に進めるために触媒を用いてもよいが、これは必ずしも
必須ではない。触媒としては、塩酸、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質等が用いら
れるが、反応終了後、テトラアルコキシシランオリゴマ
ーから蒸留操作により容易に除去できるという点からは
塩酸が好適である。塩酸の使用量は、HClとして、好
ましくは一般にテトラアルコキシシランの1×10-6
1×10-1モル倍、特に好ましくは1×10-5〜1×1
-2モル倍、特にテトラアルコキシシランとしてテトラ
メトキシシランを用いた場合には、好ましくはテトラメ
トキシシランの1×10-6〜1×10-2モル倍、特に好
ましくは1×10-5〜1×10-3モル倍である。
【0011】加水分解縮合反応は、一般には、以下の操
作で行うことができる。装置としては撹拌機付きの反応
器にテトラアルコキシシランモノマーと溶媒を加え、撹
拌しながら所定量の水と触媒とを加える。その後、その
溶液を加熱して昇温して加水分解縮合反応を行う。ここ
で、本発明においては、反応の第一段階として、液の容
積が原料仕込時(全ての原料を仕込み終わった時)の6
0%以下となるまで120℃以下に保持することを特徴
とする。この際の温度は120℃以下であるが、あまり
低くても反応の進行が十分でない。また通常は、加水分
解縮合を十分に進行させるため、溶媒の沸点付近で還流
下、0.5〜10時間、好ましくは3〜5時間程度反応
させた後、溶媒その他の低沸点成分を除去しながら更に
加水分解縮合反応を進行させ、液の容積を当初の60%
以下とするのが好ましい。
【0012】この際の温度は120℃以下であれば特に
制限されないが、少なくとも溶媒の沸点以上とし、通常
100〜120℃、特に好ましくは110〜120℃と
するのが好適である。この温度範囲であれば、加水分解
縮合反応の進行が十分に行われること、副生アルコール
や溶媒の留去が容易であること、さらには低圧蒸気で反
応槽を加熱して達しうる温度であり、好適である。
【0013】ここで言う低圧蒸気とは、圧力0.3MP
a以下の蒸気を指す。液の容積が原料仕込時の60%以
下となれば、以下に説明する第二段階に移行することが
できる。好ましくは50%以下、特に好ましくは40〜
50%とした後、第二段階に移行する。なお、第一段階
は液の容積が当初の60%以下となるまでであれば、特
に時間的な制限はなく又溶媒等の使用量にもよるが、通
常は、数時間〜数十時間、好ましくは数時間〜十数時間
程度で十分である。
【0014】上述の第一段階を経た液を、次に第二段階
の処理を行う。第二段階では、液を120℃を超える温
度に加熱する。120℃を超える温度であれば特に制限
されないが、170℃以上特に180℃を超えるとオリ
ゴマーの物性に変化を生ずることがあるため温度の上限
は180℃とするのが望ましい。好ましい温度範囲は1
40〜180℃で、特に好ましくは150〜170℃で
ある。
【0015】この段階では中圧蒸気により反応槽を加熱
するのが望ましい。ここで言う中圧蒸気とは、圧力0.
3〜1.3MPaの蒸気を指す。数時間〜数十時間加熱
して、容量変化が実質的に無視できるようになったら加
熱を終了して製品を取り出せばよい。好ましい製品の目
標値は、残留アルコールが0.1wt%以下、残留テト
ラアルコキシシランモノマーが1wt%以下、特に好ま
しくは0.1wt%以下である。
【0016】以上説明した、第一段階及びこれに引き続
く第二段階によりテトラアルコキシシランのオリゴマー
を製造すれば、OH基やモノマーの含有量が極めて低く
抑えられた、安全性、貯蔵安定性等各種の優れた特性を
有するテトラアルコキシシランオリゴマーを工業的に効
率良く容易に得ることができる。第二段階では縮合反応
がさらに進行し、また残留しているテトラアルコキシシ
ランのモノマーが除去されると推測される。この際窒素
等のイナートガスを導入すれば、モノマー除去が、より
速やかに行われるので望ましい。通常、SV=1〜5
0、特に好ましくはSV=5〜30である。導入量があ
まり少なくてもモノマー除去に時間がかかる。一方、あ
まり導入量が多くても、製品であるオリゴマーも除去さ
れてしまうことがあり、好ましくない。イナートガスと
しては代表的には窒素、ヘリウム、アルゴン等が挙げら
れるが特にこれらに限定されるわけではない。通常は安
価な窒素で充分である。
【0017】なお、第一段階は比較的低温で行うことが
できるので、第一段階を低圧蒸気での加熱により行い、
第二段階を中圧蒸気での加熱により行うことができ、経
済的且つ簡便である。なお低圧蒸気、中圧蒸気での加熱
は、反応槽のジャケットにこれらの蒸気を導入して反応
槽を加熱する等、常法を用いればよい。
【0018】また、第一段階と第二段階とで別個の反応
槽を用いれば、第一段階を経た反応液を順次第二段階に
移行することができるため、反応を効率的に行うことが
でき、しかも第二段階で用いる反応槽は第一段階で用い
る反応槽の60%以下の容積で済むため更に経済的であ
る。特に、第二段階で用いる反応槽を第一段階で用いる
反応槽の下方に設置すれば、移液がスムーズに行え、好
ましい。
【0019】特に第一段階と第二段階とで別個の反応槽
を用いれば、1つの反応槽で全工程を行った場合のよう
な、常に中圧以上の蒸気を使用しなければ所望の温度ま
で加熱できないという問題もない。また、本反応におい
ては低沸成分を除去していくことにより反応槽の内容物
の容量が仕込み量に対して大幅に減量するため、1つの
反応槽で全工程を行った場合、反応槽の撹拌翼が液面か
ら露出してしまい液にかかりづらくなり撹拌がうまくい
かない、といった問題もありうるが、第一段階と第二段
階とで別個の反応槽を用いればこのような問題も解決す
ることができる。さらに、順次二段目の反応槽に移液す
ることにより、運転サイクルを短縮でき、製造能力向上
につながるなどの効果も発揮できる。
【0020】以下、本発明を実施例により更に具体的に
説明する。 実施例1 撹拌翼及びバッフルを備えたジャケット付き反応器に、
テトラメトキシシラン227重量部、メタノール72重
量部を仕込んで混合した後、4%塩酸0.27重量部と
20重量部の水を加えた。0.15MPaの低圧蒸気を
反応槽のジャケットに通じて反応槽を加熱し、66℃で
4時間、還流しながら加水分解縮合反応を行った。
【0021】次いで留去用のコンデンサーに切り替え,
内温が115℃になるまでで昇温し、液の容量が仕込量
に対して50%となるまでメタノール等の低沸成分を留
去した。残った反応槽の内容物を、上記の反応器の下方
に設置された、上記の反応器と同様の構造を持ち容量が
0.46倍の反応器に移液し、0.7MPaの中圧蒸気
を反応槽のジャケットに通じて反応槽を加熱し、150
℃まで昇温した後この温度に保持して、SV=10で窒
素を導入しながらテトラメトキシシランモノマーが0.
2wt%以下になるまで加熱を続けた。
【0022】得られたテトラメトキシシランオリゴマー
のOH量をIR吸光光度法にて測定したところ、200
ppm以下と極めて低かった。IR吸光光度法の測定条
件は以下に示す通りである。 装 置:FT−IR(ニコレー社製Magna750) 測定法法:(CaF2 5mmセル使用) 試 料:四塩化炭素にて5倍希釈し、3400cm-1付近の
トップピークの吸光度(ピークの高さ)からメタノールの
OH基換算シラノール量として試料のシラノール基量を
求めた。
【0023】
【発明の効果】本発明により、極めて容易且つ簡便にモ
ノマー含有量が低く、且つOH基の含有量も抑えられた
優れた特性を有するテトラアルコキシシランのオリゴマ
ーを得ることができる。

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を加水分解縮合し
    てオリゴマーを得るに際して、第一段階として120℃
    以下に保持し、液の容積を原料仕込時の60%以下とし
    た後、第二段階として120℃を超える温度に加熱する
    ことを特徴とするテトラアルコキシシランオリゴマーの
    製造方法。
  2. 【請求項2】第二段階として140℃以上に加熱するこ
    とを特徴とする請求項1記載のテトラアルコキシシラン
    オリゴマーの製造方法。
  3. 【請求項3】第一段階を、低圧蒸気を反応槽のジャケッ
    トに通じて反応槽を加熱して行うことを特徴とする請求
    項1又は2記載のテトラアルコキシシランオリゴマーの
    製造方法。
  4. 【請求項4】第二段階を、中圧蒸気を反応槽のジャケッ
    トに通じて反応槽を加熱して行うことを特徴とする請求
    項1〜3のいずれかに記載のテトラアルコキシシランオ
    リゴマーの製造方法。
  5. 【請求項5】第一段階と第二段階とを、別個の反応槽を
    用いて行い、第二段階で用いる反応槽の容量が第一段階
    で用いる反応槽の容量の60%以下であることを特徴と
    するテトラアルコキシシランオリゴマーの製造方法。
JP33278397A 1997-12-03 1997-12-03 テトラアルコキシシランオリゴマーの製造方法 Pending JPH11166052A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001284753A (ja) * 2000-03-28 2001-10-12 Hitachi Chem Co Ltd 印刷配線板用プリプレグおよび積層板
EP2796521A1 (en) 2013-04-26 2014-10-29 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Low-Temperature, Fast Curing Coating Composition and Cured Article
KR20180056109A (ko) * 2016-11-18 2018-05-28 주식회사 엘지화학 전가수분해된 알킬 폴리실리케이트의 합성방법

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