JPS58136626A - シロキサン結合を一部含むポリカルボシラン - Google Patents

シロキサン結合を一部含むポリカルボシラン

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JPS58136626A
JPS58136626A JP58002817A JP281783A JPS58136626A JP S58136626 A JPS58136626 A JP S58136626A JP 58002817 A JP58002817 A JP 58002817A JP 281783 A JP281783 A JP 281783A JP S58136626 A JPS58136626 A JP S58136626A
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polycarbosilane
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polysilane
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TOKUSHU MUKI ZAIRYO KENKYUSHO
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TOKUSHU MUKI ZAIRYO KENKYUSHO
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、その一部にシロキサン結合を含む新規なポリ
カルボシラン参妾伊牟≠幸書に関する。
により構成されるポリマーであり、その用途は、このポ
リマーが焼成により無機炭化物SiCに転換することか
らSiCの原料として用いられ、例えばSiC繊維、フ
ィルム、被覆膜、焼結結合剤、含浸剤、SiC粉末など
として利用されている。
他にポリマー自体としての用途も種々傷えられている。
従来知られているポリカルボシランとしては、モノシラ
ンをそのit重合して得られるポリカルボシランと、モ
ノシランを−Hポリシランとしたのちこれを重合して得
られるポリカルボ7ランとの二種類がある。前者はFr
1tz;Angew、 Chem。
79p、657 (1967)等によりh示された方法
で製造することができ、後者は、本発明者ら特開昭52
−74000号および特開昭52−112700号に記
載の方法で製造することができる。しかしながら、従来
の製法で耐熱性や耐酸化性に優れ、しかも非酸化性雰囲
気中における焼成残留率の高いポリカルがシランを得る
ためには、オートクレーブのような加圧容器を用いるか
、あるいはリサイクルのできる流通式装置itを用いな
ければならなかった。前者の加圧容器を用いて重合する
方法では、例えばオートクレーブ等管用いて、400〜
470℃の温度に加熱し、80〜110気圧の圧力下で
10〜15時間の反応を行なわせる必要があり、耐圧設
備や防災対策が不可欠である上に、大量生産VcFi適
していないという欠点がめる。また、後者のリサイクル
のできる流通式装置を用いて重合する方法では、加熱反
応塔、生成物分離塔等の付IJI器機を備えた装置で生
成する低分子量分を分離しこれを強制循塩させて、繰返
し加熱反応塔で反応させなけれはならないため、600
〜800°Cの如き高い温度に加熱することが必要であ
り、また反応時間も20〜50時間のような長時間を必
要とするなど工業的に不利な点が多い。
本発明者らは、従来法における上記の欠点を克服するた
め鋭意研究を行なった結果、加圧容器や流通式装置等の
特殊な装置をなんら用いる必要がなく、シかも低い加熱
温度において比較的短時間でポリカルボシランを得るこ
とのできる新規且つ有利な製造法を発見した。更に本発
明者らは上記の方法によって得られるポリカルボ7ラン
は、凱来法で得られるポリカルボシランよりも唆れた耐
熱性と耐酸化性を有し、かつ非酸化性雰囲気中での焼成
残留率が高いというすぐれた性能の新規なポリカルボシ
ランであることを見出した。
2 するポリシラン(n≧3、RI及びR2はそれぞれ独立
にはCH3、C2H5、C6H,またはHを表わす)に
対して、骨格成分がB、SiおよびOよりなり、Siの
側鎖の少くとも一部にフェニル基を有するポリボロシロ
キサンを、0.01−15重量%添加混合し、反応に対
して不活性な雰囲気下において、前記ポリマーの混合物
を加熱して重合させることを特徴とするシロキサン結合
を一部含むポリカルボシランの弊造方法が提供される。
上記の方法によって得られる本発明のポリカルボシラン
は、下記(A)およびl)なる構造単位から主としてな
り、 (A):    RI 一8i−CH2− 2 <B):′Rs l 5i−0− 4 (RIXR2、R3及びR4はそれぞれ独立にCH3、
C2H6、C6B、まだはHを表わす)(A)とl)と
の比率が5:1〜200:1であり、数平均分子量が5
00〜10,000、固有粘度が0.O1〜1.50で
あり、耐熱性および耐酸化性に優れ、かつ非酸化性雰囲
気中における焼成残留率の高いことを特徴とするンロキ
サン結合を一部含むポリカルボシランである。
以下に本発明をより詳細に説明する。
2 C2へ、C6μ6、H)を有するポリシランであり、こ
のポリシランの+19造は直鎖状あるいは環状のいずれ
であってもよく、更にこの二種の構造が混合したもので
あってもよい。上記の式においてn〉3であり、好まし
くは5<:n<100である。側鎖のR8、R2、R3
及びR4は、それぞれ独立にメチル基、エチル基、フェ
ニル基まだは水素を表わし、即ち、ポリシランの骨格を
形成する各Si原子に結合するR、及びR2は、互いに
同一もしくは異なっていてもよく、ポリシランの側鎖が
メチル、エチル、フェニル及び水素のうちの2種以上か
らなる時は、ポリシラン中における異種の側鎖の配列順
序は任意の順序であってよい。
本発明の方法において出発原料として使用するOH3 のに特に好適なポリシランは、−8i−のみを単、、I OH3 位構造として有するポリシラン、あるいはポリシラン中
の側鎖の50チ以上がメチル基であり残余の側鎖がフ望
ニル基および/もしくは水素であるポリシランである。
また直鎖状のポリシランの場合には、末端基はOHまた
はCH3であることが好ましい。
本発明で使用するポリシランは例えは煎出らの共著によ
る「有機ケイ素化合物の化学」化学同人社(1972)
等に記載されている極々な方法によって合成することが
できるが、通常は一種または二種以上のジクロロシラン
をナトリウムにより脱塩素することによって製造される
。一種のジクロロシランの脱塩素反応を式で示せば下記
の如くである。
RR 本発明の方法において使用するもう一つの出発W、料で
ある、骨格成分がB、SiおよびO工りなり、Siの側
鎖の少なくとも一部にフェニル基全有するポリがロンロ
キサン(以下単にフェニル基含有ポリがロシロキサンと
呼ぶことがある)は、本発明者らが、先に特許出願した
特開昭53−42300および特開昭53−50299
にその製造法、構造及び物性が詳細に開示されているも
のでるり、例えばホウ酸と一種または二種以上のジオル
ガノジクロロシラン(儂し該ジオルガノジクロロシラン
のオルガノ基の少くとも一部はフェニル基である)との
脱塩酸縮合反応によって製造されるものでめる。このさ
い縮合反応がどのようにして進行するかを、ジフェニル
ジクロロシランとホウ酸との反応ヲ例にとって示せば、
主要な反応は次の如きものであろうと考えられる。
C,H。
警 C@M。
本発明の方法の出発原料であるフェニル基含有ポリがロ
シロ中すン管上記の反応により製造する場合に使用する
ジオルガノジクロロシランとして好ましいものは、ゾフ
ェニルVクロロシラン及ヒ/又ハメチルフェニルVクロ
ロシラン、又はこれらとりメチルジクロロシランとの混
合物である。
本発明の方法で出発原料の一つとして使用する塩酸縮合
反応のほかに、例えばホウ酸と一種または二種以上のジ
オルガノジアルコキシシランとの脱アルコール縮合反応
や、例えばB(OCH8)、の如きホウ酸汗ステルとジ
オルガノジアルコキシシランとの脱エステル縮合反応(
但しこれらの反応で使用するジオルガノジアルコキシシ
ランのオルガノ基の少くとも一部はフェニル基である)
等によっても製造することができる。
上記の製造法における縮合反応はかなり複雑であるから
、縮合反応生成物であるフェニル基・含有ポリボロシロ
キサンの構造を完全に解明すること4 構造単位からなり、この構造単位が複雑に組み合わされ
て全体のポリマーが構成されている1本発明の方法で出
発原料として使用するフェニル基含有ポリボロシロキサ
ンは、ポリマー中における少くとも一部の構造単位にお
けるR5及びR4の少くとも一部がフェニル基でなけれ
(句ならない。
好−1いポリボロシロキサンは、ポリマー中に存在する
Siに結合する全側鎖の509b以上刃;フェニル基で
あり、残余の側鎖がメチル基の4口き低級アルキル基、
又は水素であるようなポリボロシロキサンである。
本発明で使用するジフェニル含有ポリボロシロキサンの
例示を下記に示すが、これは本発明の理解を容易ならし
めるためのものであって、本発明を限定するためのもの
ではない。
上記に示したような線状、分岐状または環状の構造を有
するポリボロシロキサンのほかに、これらが更に架橋し
た複雑な構造のポリボロシロキサンも、本発明で使用す
るジフェニル含有ポリボロシロキサンに包含される。
本発明で出発原料として使用するフェニル基含有ポリボ
ロシロキサンは、通常数平均分子量が500〜10,0
00であり、耐加水分解れや耐熱性に優れているのが特
徴である。例えば、分子量2350のポリボロジフェニ
ルシロキサンの分N温度は800 ’Oである。   
  R1本発明の方法においては、前記±Si+nなる
構2 造単位を有するポリシラン類の少くとも一種に対して、
前記フェニル基含有ポリボロシロキサンを0.01−1
5重量%添加混合し、その混合物を反応に対して不活性
な雰囲気下において加熱して重合せしめる。
合する装置として特殊な装置を要しないことであり、例
えば第1図に示すような簡単な装置を用いることができ
る。
第1図において、αは例えば通常の電気炉等による加熱
炉であり、bは例えば硬質ガラス製で冷却水を用いる還
流器具であり、Cは例えば石英もしくはステンレスの缶
状の反応容器であり、d。
は反応に不活性なガスの流入口であり、d はその流出
口である。
すなわち、本発明の製法においては、簡単な加熱炉、反
応容器、還流器具等を用いるだけでも十分に優れたポリ
カルボシランを合成することのできるものであり、前述
した如く、従来のポリカルボシランの製法における如く
、加圧容器やリサイクル可能な流通式装置等の特殊な装
置を使用する必要がない。
本発明の方法においては、加熱による重合反応を、反応
に不活性なガス雰囲気下において行なうことが必要であ
る。重合反応を空気中の如き酸化性雰囲気中で行なうと
、原料のポリシランの酸化が生じるため、反応が十分に
進行しないので好ましくない。反応に不活性なガスとし
ては窒素、アルゴン、水素が特に好適である。
また重合反応は一般に常圧付近で行なうことが好ましく
、真空中や高、い減圧中で重合反応を行なうと、生成し
た低分子成分が系外に留出するため著しく収率が低下す
るので好ましくない。本発明の方法を実施するためには
、不活性ガスを反応部に気流として送りこみながら重合
反応を行なうことが好ましく、その理由は、これKより
反応器内の圧力が#1ぼ常圧に保たれ、温度上昇や反応
中に放出される例えばメタンのようなガスによる圧力上
昇を防ぐことができるからである。
本発明の方法における加熱温度は、従来法に比べて低温
であり、通常250°C以上、好ましくは800〜50
0Cであることが本発明の方法の利点の1つである。反
応温度が250C以下では重合が進行しにくく、500
°C以上では、生成したポリカルボシランの無機質化す
なわち側鎖成分の飛散が徐々に開始しはじめるだめ好ま
しくない。
また、本発明の方法における加熱重合は通常3〜10時
間の如き比較的短時間で完了することも本発明の重要な
利点の1つである。10時間以上加熱しても得られるポ
リカルボシランに何ら実質的な向上は見られない。
以上のような重合反応により得られたポリカルボシラン
は、溶媒に溶かして濾過し、その後溶媒を蒸発させて精
製することができる。必要ならば、50〜450 ’O
の温度範囲で、常圧、あるいは減圧下で蒸留し濃縮する
ことにより平均分子量を上げることができる。かかる溶
媒としては例えばノルマルヘキサン、ベンゼン、キンレ
ン、テトラヒドロフランなどが挙けられる。
本発明の方法の新規な特徴は、ポリシランに小量のフェ
ニル基含有ポリボロシロキサンを添加した混合物からポ
リカルボシランを製造するという点に存する。このよう
な新規な出発原料を採用したことが、本発明の方法の利
点、即ち特殊な反応装置を必要とせず、加熱温度も比較
的低く、加熱時間も短かいという利点をもたらしたもの
と考えられる。以下に、ポリシランに小部のフェニル基
含有ポリボロシロキサンを添加することによって、何故
上記のような利点がもたらされるかという機構について
の考察を述べるが、これは単に一つの推論を述べたに過
ぎないも5のであり、この理論によって本発明がなんら
限定されるものではない。
本発明の方法の1つの出発原料であるボリアう熱分解す
る。その結果生じた低分子量のポリシラあるいはこれら
の混合物からなる低分子量生成物が生成する。さらに温
度が上がり200〜aOOCになると、フェニル基含有
ポリボロシロキサンのB−0結合の熱切断が部分的に生
起し、その切断部に前記低分子量生成物が結合し、中間
生成物を形成する。この中間生成物の形成は立体障害を
小さくするだめより低分子のものに対して選択的のは熱
的に不安定であるので、更に加熱温度が上がり250〜
500 ’C!になり、安定な一8i−CH,、−結合
が促進されてゆく過程でホウ素は解岨されて、這 低沸点のアルキルホウ素(R−B−R)あるいはホウ素
の水素化物として反応系外に放出されるものと思われる
。ただし、重合’(KPjAlによれば一部のホウ素は
B−0−8i結合を有したままポリカルボシラン中に小
量残存している可能性もある。
所で、ポリシランだけを出発原料として使用した場合に
は、その熱分解により生じた前記の低分子量生成物は反
応系外に放出され易いものであるから、重合反応を収率
よ〈実施するだめには低分子量生成物の飛散を防止する
ために、加圧許1閉容器または低分子量成分をリサイク
ルして徐々に高分子化するだめの流通式装置等の特殊な
装置が必要である。
然しなから本発明の方法に従がい、ポリシランとポリボ
ロシロキサンの混合物を出発原料として使用する場合に
は、先に説明したように、ポリボロシロキサンのB−0
結合の切断部にポリシランの熱分解により生じた低分子
量生成物が捕獲されるので、これによって低分子量生成
物の反応系外への散逸が有効に防止できる。しかもポリ
ボロシロキサンは反応に対して一種の触媒的効果を呈す
るので、本発明の方法においては、加圧密閉容器や特殊
なリサイクル装置を用いることなく、開放系の反応容器
を用いて常圧で比較的低温度において反応を実施しても
、重合反応を円滑に且つ高い収率で行なうことが可能と
なり、その結果5i−0結合をポリマー骨格の一部に含
むポリカルボンランが得られる。
本発明の方法においてポリボロシロキサンの添加量はポ
リシランに対して0.01〜15重量係とする。その理
由は、0.01%以下では、前記の低分子量成分の捕獲
効果が充分に行なわれないため、低分子量成分の放出都
が多くなり反応収率が悪くなり、他方15重量%以上加
えると、得られたポリカルボシラン中におdる5i−0
結合の割合が増加するため、ポリカルボシランが本来壱
する性質や有用性をそこなうため好ましくないからであ
る。
好適なポリボロシロキサンの添加量は0,05〜10重
量%の範囲である。
本発明の方法における重合反応は、加熱だけでも進行す
るが、所望ならば、例えば過酸化べ/ジイルの如きラジ
カル開始剤またはアルミニウムやホウ素などを含む触媒
を添加する重合法、あるいは照射による重合法などを併
用することもできる。
次に上記の製造法によって得られる本発明のシロキサン
結合を一部含むポリカルボシランについて説明する。出
発原料のポリシランとしてポリ7ポリカルポ7ランのJ
R吸収スペクトルは例えば−に示すごとく、波数800
crn−’ 付近と1250m−1、の5i−CH3;
 1400.2900.2950 cm −’のC−H
; 2100cm−’の5z−H;1020.1855
m−’の5i−CH2−8i ; l 050cm−’
付近の5i−Cj;’too、1120.1480cr
n−’のS i −C6H,Hの各結合に基づく吸収を
示す。然しなから、波数・1840cr++−’のB−
0−(Si)、あるいは8220crn−’ のB−O
Hによる吸収は通常検出されず、従ってIRスペクトル
によっては、ポリカルボシラン中におけるB−0結合の
存在は不明である。
また、紫外線゛吸収スペクトルの測定により、−8i−
8i−成分はほぼ消失していることが確認された。
化学分析による元素比率は一般にSi:80〜60、C
:20〜60、O: o、 s〜5、H:5〜10重昂
饅である。
上記のIRスペクトル、紫外紺吸収スペクトル、化学分
析の結果より、本発明のシロキサン結合を一部含むポリ
カルボシランの+h造について次の如き結論が得られる
。すなわち、JRスペクトルの測定結果からポリカルボ
シランを構成する要素が1 す、紫外線吸収スペクトルの測定結果から1 いることから、本発明のポリカルボシランは、その構造
単位が実質的に下記<A>及び(B)からなるものであ
る。
(A):R。
一8i−CH2− 2 (B):R3 −8i −0− 4 (但しR8、R2、R3及びR4はそれぞれCH5、C
2私、C6H,またはHで艇る) 更に化学分析による元素比率の測定結果から、(A)と
(Z?)の構造単位の比率は5:1乃至200:1であ
る。
マタ、ポリボロシロキサンの分解が(Si+O−B結合
で生ずることから、構造単位1)はポリカルボシラン中
に無秩序に分布し、ポリボロシロキサンのSiの側鎖と
して存在していたフェニル基は、そのまま残るものと考
えられる。
以上により、本発明の方法において、恍えは出発原料と
してポリ/メチルシランとポリボロ/フェニルシロキサ
ンを用いた場合に得られるポリカルボシランの構造は、
下記のように推定できる。
本発明のポリカルボ7ランは、蒸気圧浸透法により測定
した数平均分子量が500〜I O,000であり、固
有粘度はo、oi〜1.50である。
本発明のシロキサン結合を含むポリカルボシランは、従
来法により製造したポリカルボ7ランに比べて、分解温
度が高く(即ち、耐熱性に唆れる)、耐酸化性にも優れ
、しかも焼成残留率が大きいという優れた特性を有して
いる。
この事実は下記表1の実級結果から明らかである。1%
、 1表には、従来法により加圧客器(オートクレーブ
)を用いてアルゴン雰囲気中容器内の最終圧力110気
圧、470°0,14時間でポリンメチルシランから合
成されたポリカルボシランと、本発明の方法により窒素
気流中、400°C5時間でポリジメチルシランと3.
85重i%に当るポリボロジフェニルシロキサンとから
合成されたシロキサン結合を含むポリカルボンランとの
性質の比較が示されている。
本発明のポリカルボシランは、50〜800 ’0の加
熱により溶融する熱可塑性物質であり、まだベンゼン、
ノルマルヘキサン、キシレン、テトラヒドロフラン等の
溶媒に可溶性であるから、様々な形状を有する成型体と
することができ、これを700°C以上の温度で加熱焼
成して、主として蕪機炭化物SiC成形体に転換させる
ことができる。
このような例としては、主としてシリコンカーバイドよ
りなる連続繊維、フイ、ルム、被Fbl&、粉末などが
挙げられる。本発明のポリカルボシランは焼成残留率が
大きいため、これらのSiC’g14品を得る際の歩留
りがよいので極めて有利なポリマーである。まだ、本発
明のポリカルボンランは前記SiC製品の他に焼結用結
合剤や含浸剤としても用いることができ、更に耐熱性と
耐酩化注に優れているので、ポリマーのままでも種々の
用途を有するものと期待される。
以下実施例によって本発明を説明する。
実施例1 5tの三ロフラスコに無水キシレン2.5tとナトリウ
ム400りとを入れ、呈素ガス気流下でキシレンの沸点
まで加熱し、ジメチルジクロロシランItを1時間で滴
下した。滴下終了後、10時間加熱還流し沈殿物を生成
させた。この沈殿を濾過し、まずメタノールで洗浄した
後、水で洗浄して白色粉末のポリジメチルシラ7420
1を得た。
このポリジメチルシラン2502に、/フェニルンクロ
ロシラン759vとホウ酸1242を窒素ガス雰囲気下
、n−ブチルニー・チル中、100〜120°Cの温度
で加熱し、生成した白色樹脂状物を、さらに真空中40
0 ’Oで1時間加熱することによって得られたポリボ
ロジフェニルシロキサン0、1259を添加混合し、還
流管を備えだ2tの石英管中で、窒素気流下で820 
’0まで加熱し、8時間重合し、本発明の有機ケイ素高
分子化合物。
を得た。室温で放冷後n−ヘキサンを加えて溶液として
取り出、L、”−へキサンを蒸発させ、゛  280’
Oまで真空で濃縮して842の固体を寿た。
このものはベンゼンに可溶であり、平ガJ分子蓋960
、固南粘度0.02であった。さらに窒素ガス雰囲気中
で1300°Cまで5 ’C/ mi n の昇温速度
で焼成した結果残留率は45%であった。
実施例2 実施例1で合成したポリジメチルシラン250Vにポリ
ボロジフェニルシロキサン10.Ofを65加混合し実
施例1と同じ装置で窒素気流中870°Cまで加熱し、
5時間重合し、本発明の有機ケイ素高分子化合物を得た
。室温で放冷L n−ヘキサンを加えて溶液として取り
出し、n−ヘキサンを蒸発させて176fの固体を得た
。このものはベンゼンに可溶であり、平均分子iii′
1720、固有粘度0.04であった。さらに窒素ガス
雰囲気中で1800°Cまで5°O/min の昇温速
度で焼成した結果残留率は79%ヤあった。
実施例3 Siの側鎖の2−がフェニル基で残部の@鎖がメチル基
であるポリシラ72509に実施例1で合成シた4リ−
ロゾフェニルシロキサン8.0fvI−添加混合し、実
施例1と同じt&置で窒素気流中360℃萱で加熱し、
7時間重合し、本発明の有機ケイ素高分子化合物を得た
。室温で放冷稜、笥−へ中サンを加えて鑓液として取出
し、算−へ中サンtJI発させて!139の固体を得た
。このものはベンゼンに可溶でるり、平均分子@a、i
oo、固有粘度0.06であった。さらに窒素ガス雰囲
気中で1300’Cまで5℃/ m i nの昇温連間
で焼成した結果残留率は88−であった。
上記の実si例1〜3のそれぞれにおいて得られた有機
ケイ素高分子化会物における構造単位の比率、(A):
 (#)、をNMRスペクトルによって測定したところ
、下記表2に示すような結果が得られた。
表2
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の4リカル?シランを合成する装置の1
fIlであり、図中、aは加熱炉、bFi還流器、6は
反応容器、difJ不活性ガスの火入口、第2図は実施
例2で合l戎した本発明のポリカルボシランのIR吸収
スペクトル(KBr錠剤法)を示す。 手続補正書く自発) 昭和58年2月17日 特許庁長官  若杉和夫殿 2、発明の名称 シロキサン結合を一部含むポリカルボシラン3、補正を
する者 事件との関係   特許出願人 住所 茨城県鹿島郡旭村大字鹿田字山野873番地の3
名称 財団法人 特殊無機材料研究所 5、補正命令の日付     な し 7、補正の内容 図面の浄書(内容に変更なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 王妃(A)および(B)なる構造本位から主としてなり
    、 (A):     R1 一8i−CH,− R1 1):     Rs 言 5i−0− 4 (Rm 、Rm −Rs及びR,Fiそれぞれ独立K 
    CH1%C1M1、C・HIまたはHを表わす)(A)
    と(J?)との比率が5:1〜200: tであり、数
    平均分子量がSOO〜lへ000、固有粘度がα01−
    140であり、耐熱性および耐酸化性に優れ、かつ非酸
    化性雰囲気中における焼成残留率の高いことを特徴とす
    るシロ中サン結合を一部含むポリカル−シラン。
JP58002817A 1983-01-13 1983-01-13 シロキサン結合を一部含むポリカルボシラン Granted JPS58136626A (ja)

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JP58002817A JPS58136626A (ja) 1983-01-13 1983-01-13 シロキサン結合を一部含むポリカルボシラン

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3790151C2 (ja) * 1986-03-11 1991-04-04 The Research Institute For Special Inorganic Materials, Asahi, Ibaraki, Jp

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3790151C2 (ja) * 1986-03-11 1991-04-04 The Research Institute For Special Inorganic Materials, Asahi, Ibaraki, Jp

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