JPS58213023A - ポリメタロシランおよびその製造方法 - Google Patents

ポリメタロシランおよびその製造方法

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JPS58213023A
JPS58213023A JP9494182A JP9494182A JPS58213023A JP S58213023 A JPS58213023 A JP S58213023A JP 9494182 A JP9494182 A JP 9494182A JP 9494182 A JP9494182 A JP 9494182A JP S58213023 A JPS58213023 A JP S58213023A
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武民 山村
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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】 本発明は側鎖に水素原子を有するポリシランと有機チタ
ン化合物または有機ジルコニウム化合物とから誘導され
た新規なポリメタロシランおよびその製造方法に関する
ものである。
ポリシランから炭化ケイ素含有セラミックスを製造する
ことは公知である。例えばJournal ofThe
 Amerjcan Ceramic 5ociaty
  61 、 504(1978)にはウェストらによ
ってメチルフェニルジクロロシランおよびアルカリ金属
とジメチルジクロロシランを反応させることによって合
成した。ポリシランを高温で焼成してβ−炭炭化ケイ素
ケイることができることが報告されている。
しかしながら、ポリシランの多くは、1氏級ボリンラン
例えばドデカメチルペンタシランやドデカメチルシクロ
ヘキサシランまた高級ボリンラン。
例えばホリンメチル7ランのようなものは常圧。
不活性雰囲気Fのもと加熱、焼成していくといずれもほ
とんど飛散してしまうという欠点があった。
(3) そこで本発明h&j1.熱安定性の高いポリシランを得
ることを目的に鋭、C1研究した結果、主として+Sj
  Sj+結合r11−位からなるポリシラン部分と+
 Tj−0+構造単位の有機チタン化合物または4Zr
−0+構造ノ)1位の有機ジルコニウム化合物とから誘
導さ′J]、た新規なポリメタロシランおよびその製造
方法を見い出した。
本発明によれば、に鎖骨路が主として(−8i−8i÷
結合単位からなりケイ素の側鎖に水素原子、低級アルキ
ル基、アリール基、フェニル基またはシリル基を有する
ポリシラン部分と、該ポリシラン部分のケイ素原子の少
なくとも]部が酸素原子を介して金属原子M(ただしM
はチタンまたはジルコニウムを表わす)と結合している
部分とからなり。
該ポリシラン部分の+Si  Si+結合単位の全数対
+M−0+の構造11′1位の全数の比率が2:1から
500 : lの範囲内にあるll111ノ均分子量が
およそ500〜16.oooのポリメタロシランが提供
される。
更に本発明によれば一般式()(1・R2・si )n
で(/l) 表わされる環状ポリシラン(ただし、n≧4゜R’、R
2はそれぞれ水素原子、低級アルキル基、アリール基、
フェニル基またはシリル基のいずれか1つを示す)ある
いは一般式  R1で表わ一〇S1→− n 2 される鎖状ポリシラン(ただし、n≧3.R’、R2は
それぞれ水素1京子、低級アルキル基、アIJ  )し
基、フェニル基またはシリル基のいずれか1つを示す)
のうちより選ばれ、且つ前記ポリシランのケイ素の側鎖
の少なくとも1部に水素原子を有している数平均分子量
200〜5,000のポリシランに対して。
一般式  MX4 (ただし9式中のMit、チタンまたはジルコニウムを
表わし、Xは炭素数1〜20個を有するアルコキシ基、
フェノキシ基またはアセチルアセトキシ基を示す) で表わされる有機金属化合物を混合し、得られた混合物
を反応に対して不活性な雰囲気丁において(5) 加熱反応して、前記ポリシランのケイ素原子の少なくと
も1部を、前記有機金属化合物の金属原子と酸素原子を
介して結合させることを特徴とする数ζ17.均分子伺
がおよそ500−10,000の新規なポリメタロシラ
ンの製造法が提供される。
以下本発明を」:り具体的に説明する。
本発明の新規なポリメタロシランは次に図示するような
l官能性、2官能性、3官能性または4官能性部分から
構成されている。
R 1 −Si −Si      (1官能性部分)1 OR −M−X R 1 へ^−−!〜0]、    j31  ++++I o   T( R 1 へ八−JQリ 5l−si−−〜〜 1     H R 11 〜〜〜Si  −Sj ′A〜 I R 1 ヘハ−”−8i−8i−一〜バー 1 (7) (ただし1(は水素1」:!子1代級アルキルル基,フ
ェニル基またはシリル基を表わし,M。
Xは前記と同じ意味をイアする)すなわち1官能性部分
は一部として+31.  01÷結合単位からなるポリ
シランのポリマー鎖に有機チタン化合物または有機ジル
コニウム化合物がベンダン) Ill鎖として結合して
おり,2官能性,3官能性および4官能性部分では,2
個U上のポリシラン同志が,有機チタン化合物または有
機ジルコニウム化合物により架橋されている。
前記ポリシラン自体お」:び前記有機金属化合物は公知
であるが.前記ポリシランと前記有機金属化合物とから
なるポリメタロシランはこれまで知られていなかった。
すなわち、本発明の新規なポリメタロシランが主として
+Si − 8i÷結合単位からなるポリシランと異々
る構造を有するポリマーであることは,ゲルノくーミエ
ーションクロマトグラフィ−(apC)および赤外吸収
スベク)Jし 。
(IR)によって確認することができる。
第1図は後述の参考例1に記載の方法で得られ(8) たポリシランのGPC.第2図は後述の実施例1に記載
の方法に従い.前記のポリシランとチタンアルコキシド
とを10:1(重量比)で反応させることによって得ら
れた本発明の新規ポリチタノシランのOPCである(い
ずれの場合にも重合体I Q In9 ff:テトラヒ
ドロフランlO−に溶かした溶液を測定に供した)。第
2図は第1図と比べると。
横軸の溶出fi−60および65−付近において第1図
には見られない新たなピークが出現している。
これは本発明の方法により得られた新規ポリチタノシラ
ンは,ポリシランと有機チタン化合物との単なる混合物
ではなく.両者が反応により結合することによって.ポ
リシランに比べて高分子量化した有機金属重合体である
ことを意味するものである〔GPCではピークの横軸(
溶出旨)の数値の低い程.それに対応する分子量は高い
〕。次に第3図は後述の参考例1に記載の方法で得られ
たポリカルボシランのIR,第4図は後述の実施例1に
記載の方法に従い.前記のポリシランとチタンアルコキ
シドとilo:1(重量比)で反応さく9) せることによって得られた本発明の新規ポリカルボシラ
ンのIRである。そして第3図のIRにおける1250
cnn”および2 1 0 0 tyn−1の吸収はそ
れぞれ出発IQ料のポリシランに存在するS i − 
CH3 及びSi−Hに対応する吸収である。第4図に
示した新の比率において第3図と第4図を比較すると,
第3図のI Rではこの比率が0.25であるのに対し
て第4図では0.10と減少している。このことは。
ポリシランとチタンアルコキシドとの反応よ二より。
ポリシラン中のSi−11結合の一部が消失し,それに
よってポリシランがチタンアルコキシドと反応すること
.およびポリシラン同志がチタンアルコキシドにより架
橋することを示している。また。
si−o−Ti  結合の生成に起因すると考えられる
1o80crn−1付再のピークの増大も認めラレル。
すなわち、実施例1の方法で製造された本発明の新規ポ
リチタノシランは.ポリシランの主鎖骨格中に存在する
構造Qi位++E11E1÷のケイ素原(lO) 子に側鎖基として結合している水素原子の一部が脱離し
、そのケイ素原子がチタンアルコキシドの結合単位+T
〕−0+のチタン原子と酸素1京子を介して結合して生
成するものである。
第5図は後述の参考例2に記載の方法で得られたポリシ
ランのIR,第6図は後述実施例5に記載の方法により
得られた本発明の新規ポリジルコノシランのIRである
第3図と同様に第5図においても1250 cm−”お
よび2 ]、 O0tyn−”の吸収はそれぞルボリ7
ランのB i −CI(3および5i−Hに対応する。
第6図に示した新規ポリジルコノシランのiHにおいて
も。
の比率において第5図と第6図を比較すると、第5図で
はこの比率が0.72であるのに対して第6図では0.
28と減少している。このことはポリシランとジルコニ
ウムアルコキシドとの反応により。
ポリシラン中の5i−H結合の一部が消失し、それによ
ってポリシランがジルコニウムアルコキシドと反応する
こと、およびポリシラン同志がジルコ(11) ニウムアルコギンドにより架橋することを示している。
またS J、  O−Z r結合の生成に起因すると考
えら力、る060 cm” W”f 、t!jのピーク
の増大も認められる。
すなわち、実施1ull :3の方法で製造された本発
明の新規ポリジルコノシランは、ポリシランの主鎖骨格
中に存在する構造10位+S]、’S]+のケイ素原子
に側鎖基として結合1−7でいる水素原子の一部が脱離
し、そのケイ素原子がジルコニウムアルコキシドの結合
単位+Zr−0÷のチタン原子と酸素原子を介して結合
して生成するものである。
本発明の新規ポリメタロンランを製造するため本発明の
方法は、ポリシランおよび有機チタン化合物または有機
ジルコニウム化合物を、無溶媒または有機溶媒中で、1
1つ反応に対して不活性な雰囲気中11おいて加熱反応
し、ポリシランのケイ素原子の少なくとも1部を、有機
チタン化合物または有機ジルコニウム化合物のチタン原
子−またはジルコニウム原イと酸素原子全弁して結合さ
せる方法である。ポリシランを無溶媒で反応させてもよ
\        (12) いが、有機溶媒を用いても反応を行なうことができる。
好ましい溶媒としては例えばn−ヘキサン。
ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン等
があげられ^る。また反応に対して不活性な雰囲気1例
えば、窒素、アルゴン、水素等の雰囲気中において反応
を行うことが必要であり、空気中のような酸化性雰囲気
中で行うと、原料のボリンラン及び有機チタン化合物ま
たは有機ジルコニウム化合物の酸化が生じるため好まし
くない。
反応温度は広い範囲にわたって変更することができ1例
えば有機溶媒を使用する場合には、その有機溶媒の沸点
以下の温度に加熱してもよいが。
数平均分子量の高い重合体を得る場合には、引続き有機
溶媒の沸点以上に加熱して有機溶媒を留去させて反応を
行うことが好ましい。反応温度は一般に500℃以下に
することが軽重しい。反応時間は特に重要ではないが1
通常、1〜lO時間程度である。反応は一般に常圧付近
で行うのが好ましく、真空中や高い減圧中で反応を行う
と、低分子成分が系外に留出するため収率が低下するの
で(13) 好ましくない。本発明の方法を実施するためには。
不活性ガスを反応系に気流として送りこみながら反応を
行うのが好ましく、その理由は、これにより反応器内の
圧力がほぼ常圧に保たれ、温度上昇や反応中に放出され
る炭化水素ガス、例えばメタンの、1−うなガスによる
圧力−に列を防ぐことができるからである。
本発明の方法において、新規ポリメタロシランを製造す
るための出発原料の一つとして使用するポリシランは、
数号]i、均分子幇が200〜5,000の、前記一般
式 (ただし1式中のRおよびnは前記と同じ意味を示し、
ケイ素の側鎖の少なくとも1部に水素原子を有している
。)で表わされる主鎖骨格を有している。なお、ポリシ
ランの末端基のケイ素原子には前記のτ111鎖の10
ムに、水酸基またはアルコキシ基(14) が結合していてもよい。
ポリシランの製造方法自体は公知であり1本発明におい
て出発原料として使用するポリシランはそのような公知
方法によって製造することができる。
すなわち1本発明の出発1京料である側鎖に水素原子を
有するポリシランは、アルカリ金属を使用したポリシラ
ン製造方法において出発物質として・・ロゲン化ケイ素
のケイ素の側鎖に水素原子を含むハロゲン化ケイ素化合
物を用いることにより製造される。
すなわち 一般式 R’R2xsiH(ただしR1、R2は水素原子、低級
アルキル基、フェニル基、シリル基またはハロゲンを示
す。またXはハロゲンを表わす)で表わされるケイ素の
側鎖に水素原子を営むハロゲン化ケイ素化合物(Dを1
0〜100部用いこれに対してケイ素の側鎖に水素原子
を含まないハロゲン化ケイ素化合物(11)を90〜0
部の範囲で用いることにより好都合に側鎖に少なくとも
1部に水素1京子を有するボリンランを製造することが
できる。
次にハロゲン化ケイ素化合物を具体的に挙げると(t)
  ++1R2χS j−L、Iで表わされるハロゲン
化ケイ素化合物を具体的に埜はノ]7ば。
an3Hsicz、、  、  aFI3r+ Si 
1lr2  、  (rシ2H5)lIsiof2  
、  (0,、H,)H8iBr、、  。
(C6H5)■lS]、Of2  +   (OaH5
)IHji、I]r2 1 112s ]ci2 1 
 HSi c4  +CH3S]、H2CI−1n−C
,uIl)El、llC+’、2 * (C2H5)2
 )] 81(3J 1(0H2= OHCH,、)旧
iiO,74□ などが挙げられる。
(11)水素原子を4In+鎖に含まないハロゲン化ケ
イ素化合物を具体的に挙げり、 (d: 。
(OH3)2SICj!2s  (Of−13)(06
H5)SiO,I!2+ (OH3)3S10fsCH
3S]、Of3+ C2H55j、O,、ea+  (
n−03117)2SIC4+(OH3)2S]、FJ
r  、  (rj(1,115)3Sj−11r、 
  OH2”= CH(CH3)2SiOf25C2H
5Sj、0.1!3. (02+15)2S]口r2 
 などが挙けられる。
Hの群の中から少なくとも1つ以上のハロゲン化水素化
合物會10〜100台1(、と(11)の群の中から選
ばれるハロゲン化ケイ素化合物90〜O部との混合物を
Li、No、にもしく0まこれらの混合物ま ・たけこ
れらの合金の存耐1ζにノに応させてることにより得ら
ノする。この方法により得られるポリシランは分子着に
応じ淡黄色液体またt」:白色の固体として得られ、場
合により乾燥状態では発火性を示すこともあるので、側
鎖の水素含有率は(sIH結合単位のモル%)30モル
係以丁になるようにするのが望ましい。
本発明の方法による新規なポリメタロシランを製造する
ための曲の出発原料として使用する有機金属化合物は。
一般式  MX。
(ただし9式中のMはチタンまたはジルコニウムを表わ
しXは炭素数1〜20を有するアルコキシ基、フェノキ
シ基またはアセチルアセトキシ基を示す)で表わされる
本発明の方法においては、前記ポリシランと前記有機金
属化合物とを混合し、得られた混合物を反応に対して不
活性な雰囲気Fにおいて加熱反応してポリメタロシラン
を製造する。この反応によりポリシランのケイ素片子に
結合していた水素1皇子が脱離し、そのケイ素原子が有
機チタン化合物捷たは有機ジルコニウム化合物のチタン
原子また(17) はジルコニウム1ω子と酸素原子を介して結合する。
本発明の方法で製造される新規なポリメタロシランは、
数117均分子Mが約500〜10.000CIポリマ
ーであり、そして通常50〜400℃ニ加熱することに
より溶融する熱可塑性物質であるから、様々な形状を有
する成形体とすることである。
特に本発明のように有機チタン化合物または有機ジルコ
ニウム化合物によってポリシランが架橋されることによ
り生成する新規なポリメタロシランは熱分解が抑制され
るためこれを8oo℃以上の温度で真空中、不活性カス
雰囲気中または非酸化性ガス雰囲気中で焼成することに
より高収率で主としてS 1−’、1.’ 1−0系ま
たはf3 ]−Z r  C系からなる無機成形体に転
換させることができる。このような成形体の例と1〜で
11.繊維、フィルム、被覆膜。
粉末などが挙けられる。
本発明の新規なポリメタロンランは焼成残留率が太きい
ため、これらの+FJ−1’旧およびCまたはSi、、
ZrおよびCよりなる製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。また本(1日) 発明の新規なポリメタロシランは前記の成形体以外に曲
の焼結用結合剤や含浸剤としても用いることができる。
参考例1 2を四つ目フラスコに無水ベンゼン5001nlとナト
リウム502とカリウム202よりなるナトリウム−カ
リウム合金を入れておきこれにおよそ73℃でメチルジ
クロロシラン20.Of、トリメチルクロロシラン85
.Ofおよびジメチルジクロロシラン80.Ofの混合
物を約2時間で滴下し。
そのま″!、15時間反応を行なった。反応後 ij=
+過し、ベンゼン層からベンゼンを留去することにより
白色スラリー状のポリシランを得た。その数平均分子量
は350であった。また+  n”m’rによる5i−
H結合単位のモル%を算出したところおよそ4モル係で
あった。
参考例2 2を四つロフラスコに無水ベンゼン500 mlとナト
リウム50fとカリウム15fよシなるナトリウム−カ
リウム合金を入れておき、これにおよそ70°Cでメチ
ルジクロロシラン45.0y、  ジメチルジクロロシ
ラン50.0j’、)リメチルクロロシラン90.Of
の混合物を約2時間で滴下し、そのまま]−55時間反
を行なった。反応後r過し。
ベンゼン層からベンゼンを留去することにより淡黄色ス
ラリー状のボリンランを得た。その数平均分子量は46
0であった。寸だ、このポリシランのn・m−r によ
る8i−N結合i1′L位のモル%を算出したところお
よそ20モル係であった。
実施例」 参考例1により?1、)られたポリシラン209にチタ
ンイソプロポキシド2、Ovを添加し、窒素気流下に3
40℃で10時間反応を行なうことによシ数平均分子附
が650のシリコンおよびチタンを含有する黒色の有機
金属架橋重合体を得た。このGPOを第2図に、赤外吸
収スペクトルを第4図に示した。
実施例2    ” 参考例2によシ得られたポリシラン301にチタンイソ
プロポキシド14Fを添加し、窒素気流]ζに200℃
で2時間反応を行なうことにより数平均分子量が1,3
00のシリコンおよびチタンを含有する黒色の有機金属
架橋重合体を得た。このもののn・m−rによりSj、
−H結合単位を算出したところおよそ3チであり、17
モル係の5i−H結合単位が反応に関与したことがわか
る。熱天秤によりその焼成残存量の測定を行なった。蟹
系雰囲気丁。
lO℃/ m j、n  の加熱速度で試料15.9m
9を1300℃まで焼成したところ、73.0%の焼成
残存率を示した。また1700℃での焼成を行ないX線
回折の測定結果を行なったところ主としてSi −Ti
−C系からなる無機物が確認された。
実施例3 参考例2により得られたポリシラン20りにジルコニウ
ムイソプロポキシド92を添加し、窒素気流下に150
℃で2時間反応を行なうことにより、橙色の有機ジルコ
ニウム架橋重合体を得た。
数平均分子量970のシリコン・ジルコニウムを含む赤
外吸収スペクトルを第6図に示した。窒素カス雰囲気下
で1700′Cまでの焼成物はxi回(21) 折の測定を竹なったところ主としてSi −Zr −C
系からなる無機物を確認した。
【図面の簡単な説明】
第1図は参考例1のポリシランのGPO、第2図は実施
例1で得られた反応生成物のGPO、第3図は参考例1
のポリシランの赤外吸収スペクトル。 第4図は実施例1で得られた反応生成物の赤外吸収スペ
クトル、第5図は参考例2のポリシランの赤外吸収スペ
クトル、第6図は実施例3で得られた反応生成物の赤外
吸収スペクトルをそれぞれ示す。 特許出願人  宇部興産株式会社 (22)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l 主鎖骨格が主として+5i−3i÷ 結合単位から
    なりケイ素の側鎖に水素原子、低級アルキル基、アリー
    ル基、フェニル基またはシリル基會有するポリシラン部
    分と、該ポリシラン部分のケイ素原子の少なくとも1部
    が酸素原子を介して金属原子M(ただしMはチタンまた
    はジルコニウムを表わす)と結合している部分とからな
    り、該ポリシラン部分の+5i−8i÷結合単位の全数
    対+M−0+の構造単位の全数の比率が2:lから50
    0:1の範囲内にある数平均分子l゛がおよそ500〜
    10,000のポリメタロシラン。 2一般式(R1・R2・si )nで表わされる環状ポ
    リ7ラン(ただし、n≧4.R’、R2はそれぞれ水素
    原子、低級アルキル基、アリール基、フェニル基または
    シリル基のいずれか1つを示す)あるいは一般式 (1) 一←Sコ→−で表わされる鎖状ポリシラン(た2 だし、n≧3 、  R’ 、 It2はそれぞれ水素
    原子、低級アルキル基、アリール基、フェニル基または
    シリル基のいずれか1つを示す)のうちより選ばれ。 且つ前記ポリシランのケイ素の側鎖の少なくとも1部に
    水素原子を有を−でいる数・+i均分子量200〜5,
    000のポリシランに勾して。 一般式  MX4 (ただし1式中のMd:チタンまたはジルコニウムを表
    わし、Xは炭素数1〜20個を有するアルコキシ基、フ
    ェノキシ基捷た幻、アセチルアセトキシ基゛を示す) で表わされる有機金属化合物を混合し、得られた混合物
    を反応に刻して不活性な雰囲気下において加熱反応して
    、前記ポリシランのケイ素原子の少なくとも1部を、前
    記有機金属化合物の金属原子と酸素1皇子を介して結合
    さ→rることを特徴とする数平均分子量がおよそ500
    〜10,000のポリ(2) メタロシランの製造法。
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