JPS6357454B2 - - Google Patents
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/60—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
- C08G77/62—Nitrogen atoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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-
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Description
発明の分野
本発明は、改良された熱的挙動を有するオルガ
ノポリシラザン及びオルガノポリ(ジシリル)シ
ラザンの製造法並びに特にセラミツク前駆物質と
してのその使用に関する。 発明の背景 オルガノポリシラザン及びオルガノポリ(ジシ
リル)シラザン(以後、ポリシラザンと称する)
は、単量体、オリゴマー及び環状又は線状重合体
の形態で、また樹脂質重合体の形態でも存在する
周知の化合物である。これらのポリシラザンは、
広範囲の出発物質から様々の方法に従つて製造す
ることができる。 これらのポリシラザンは、特に成形することが
でき、そしてSi3N4、SiC又はそれらの混合物の
形態に熱分解することができる。また、これらは
連続繊維に紡糸することができ、そしてこの熱分
解によつてセラミツク繊維が生成する。 更に、これらは、種々の厚さを有するフイルム
に、またセラミツク繊維又は炭素繊維用のバイン
ダーとして、また多孔質セラミツク部品用の焼結
用バインダーとしての塊状物に転化させることが
できる。これらのポリシラザンの利用は、それら
の主な利点のうちの1つになる。 しかしながら、熱分解に対してかなり安定であ
りそして特に熱分解後に高い重量収率でセラミツ
ク物質を生成するポリシラザンを得るための方法
を見い出すのが望ましく、これが本発明の目的で
ある。これを達成するためには、ポリシラザン
は、熱分解時に、固体状態までの範囲に及ぶ高分
子量及び(又は)高粘度によつて提供され得る耐
熱性を有しなければならない。 特公昭52―160446号公報は、酸性土を触媒とし
て使用することによつて高分子量のオルガノポリ
シラザンを重合する方法を記載している。しかし
ながら、この方法は、高粘度に達することができ
る重合体の場合には溶剤の使用を包含する過に
よつて固体触媒を分離することを必要とするとい
う大きな不利益を有している。 発明の概要 本発明は、不均質触媒作用に固有の不利益を招
かずに上記の目的を満たすことができる。 実際に、本発明は、オルガノポリシラザン、オ
ルガノポリ(ジシリル)シラザン及びこれらの混
合物から選定されるポリシラザン(こゝで、けい
素原子に結合された有機基は飽和又は芳香族炭化
水素基であり、そしてけい素原子に直接結合され
た水素原子は含まない)をHClO4及びCF3SO3H
から選定される触媒的有効量の酸触媒の存在下に
均質相において接触処理することを特徴とするポ
リシラザンの処理法に関する。 詳細な記述 用いられるオルガノポリシラザンは、(a)式 RaX4―aSi () 〔式中、R基は、同じ又は異なるものであつ
て、そして1〜12個の炭素原子を含有する任意に
ハロゲン化される線状又は分枝状アルキル基、5
〜7個の炭素原子を含有するシクロアルキル基、
フエニル基及びナフチル基の如きアリール基、ア
リールアルキル基又はアルキルアリール基(こゝ
で、線状又は分枝状アルキル部分は1〜6個の炭
素原子を含有する)から選定され、しかもR基は
水素原子以外のものであり、そしてaは0,1,
2又は3である〕の少なくとも1種のオルガノハ
ロシランと、(b)少なくとも1個のNH2又はNH基
を含有する例えばアンモニア、第一又は第二アミ
ン、シリルアミン、アミド、ヒドラジン、ヒドラ
ジド等の如き有機又はオルガノシリル化合物との
反応生成物であつてよい。 一般式()において、アルキル基Rの例とし
ては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ベン
チル、ヘキシル、ヘプチル及びオクチル基、シク
ロアルキル基Rとしては、シクロペンチル、シク
ロヘキシル及びシクロヘプチル基、アリールアル
キル基Rの例としては、ベンジル及びフエニルエ
チル基、そしてアルキルアリール基Rの例として
はトリル及びキシリル基をそれぞれ挙げることが
できる。 Xは、ハロゲンでそして一般には塩素原子であ
る。 単独で又は混合して用いることができるオルガ
ノハロシランとしては、(CH3)2SiCl2、
(CH3)3SiCl、CH3SiCl3、SiCl4(CH3)2Si
(CH2Cl)2、(CH3)3SiCH2Cl、CH3Si(CH2Cl)3
(C6H5)2SiCl2、(C6H5)(CH3)SiCl2及び
C6H5SiCl3(CH3)(CH3CH2)SiCl2を挙げること
ができる。 これらのポリシラザンは、周知でありそして製
造するのが容易である。より具体的に言えば、そ
れらは、式 H2N(R2SiNH)pSiR2NH2 () 及び R3SiNH(R2SiNH)p′SiR3 () 〔式中、Rは上記の意味を有し、そしてp及び
p′は1〜1000一般には3〜300の間であつてよい
整数である〕に相当する線状重合体を包含する。 式()の重合体はジオルガノジクロルシラン
をアンモニアと接触させることによつて、そして
式()の重合体はトリオルガノシクロルシラン
又はジオルガノジクロルシランとトリオルガノク
ロルシランとの混合物とアンモニアとの反応によ
つて製造することができる(フランス特許第
1086932号及び米国特許第2564674号を参照された
い)。 一般的には、オルガノハロシランと有機アミン
との反応は米国特許第3853567号及び同第3892583
号に記載され、そしてオルガノハロシランとジシ
ラザンとの反応はベルギー特許第888787号に記載
されている。 式:(R2SiNH)o () 〔式中、nは3〜10であり一般にはn=3.4、
そしてRは上記式()について記載した意味を
有する〕に相当する環状重合体について言えば、
これらは、特に英国特許第881178号に記載されて
いる。 式:R3SiNH0.5、R2SiNH、RSiNH1.5及びSi
(NH)2のものから選定される単位よりなる樹脂
質重合体について言えば、これらは、対応するオ
ルガノクロルシラン又はこれらのシランの混合物
をアンモニアと好ましくは有機溶媒中において接
触させることによつて有利に製造される(フラン
ス特許第1379243号、同第1392853号及び同第
1393728号を参照されたい)。 これらの樹脂質重合体は、多量のSi―NH―Si
結合及び少量のSiNH2結合を含有し、そして架
橋重合体の他に、場合によつては線状及び環状重
合体を包含する。後者は、出発オルガノクロルシ
ランの中にジオルガノジクロルシランが存在する
ときのみ形成することができる。 オルガノポリ(ジシリル)シラザンは、(a)少な
くとも1個のNH2又はNH基を含有する有機又は
オルガノシリル化合物例えばアンモニア、第一又
は第二アミン、シリルアミン、アミド、ヒドラジ
ン及びヒドラジド等と、(b)式 RbX3―bSiSiRcX3―c () 〔式中、R基は、同じ又は異なるものであつ
て、先に記載したと同じ意味を有し、bは0,
1,2又は3であり、cは0,1又は2であり、
そしてXはハロゲン一般には塩基である〕の少な
くとも1種のオルガノハロジシランとの反応によ
つて製造することができる。 式()の化合物の例としては、次のもの、
(CH3)2ClSiSi(CH3)2Cl、(CH3)2ClSiSiCH3Cl2
及びCH3Cl2SiSiCH3Cl2を挙げることができる。 少なくとも1個のNH2又はNH基を含有しそし
て上記ポリシラザンの合成に使用することができ
る化合物の例としては、アンモニア、メチルアミ
ン、ジメチルアミン、エチルアミン、シクロプロ
ピルアミン、ヒドラジン、メチルヒドラジン、エ
チレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキ
サメチレンジアミン、アニリン、メチルアニリ
ン、ジフエニルアミン、トルイジン、グアニジ
ン、アミノグアニジン、尿素、ヘキサメチルジシ
ラザン、ジフエニルテトラメチルジシラザン、テ
トラフエニルジメチルジシラザン、テトラメチル
ジビニルジシラザン、ジメチルジフエニルジビニ
ルジシラザン及びテトラメチルジシラザンを挙げ
ることができる。 ハロジシランとアンモニアとを随意にハロシラ
ンの存在下に反応させることは、ヨーロツパ特許
第75826号に記載されている。ハロジシランとジ
シラザンとの反応は、フランス特許第2497812号
に記載されている。ポリシラザンの製造に関する
上記文献のすべてを参考文献としてこゝに記載す
る。 ヨーロツパ特許第75826号に記載されるように、
上記アミノ誘導体と上記式()及び()のハ
ロゲン化生成物の混合物との反応によつてオルガ
ノポリ〔(ジシリル)シラザン―シラザン〕を製
造することができる。 アンモニアから製造される出発ポリシラザンは
一般にはアンモノリセートと称され、そして先に
記載の如くアミノ化合物から製造される出発ポリ
シラザンはアミノリセートと称され、従つてこれ
はアンモノリセートを包含する。 以下において、出発ハロシラン又はハロジシラ
ンの官能価f及び本発明の方法に従つて処理され
る出発アミノリセート又はアミノリセートの平均
官能価fNは次の如く定義される。 ハロシランでは、官能価fはけい素原子に直接
結合されたハロゲンの数に等しく、そしてfは0
〜4の範囲内である。 例:(CH3)2SiCl2 f=2 ハロジシランでは、Si―Si単位は特定の構成要
素と見なされ、即ち、官能価はこの部分に直接結
合されたハロゲンの数に等しくそして0〜6の間
を変動してよい。 例:CH3Cl2SiSiCl2CH3 f=4 アミノリセートでは、官能価の概念は、≡Si―
N結合に基因する官能価fN=1を定めることによ
つて変えられる。 かくして、ポリシラザン型のアミノリセートで
は、次の単位を区別することができる。 は、単官能性と見なされ、 は、二官能性と見なされ、 は、三官能性と見なされ、そして は、四官能性と見なされる。 ポリ(ジシリル)シラザン型のアミノリセート
では、ジシリル単位の官能価fNは、ハロゲン原子
の代わりに窒素含有置換基を考えることによつて
ハロジシラザンの官能価として計算される。 アミノリセートの平均官能価fN nはアミノリセー
トを構成する各単位のモル%にそれらの比官能価
を加重することから計算される。かくして、nが
異なる単位では、 例:アミノリセート、DN=60モル% fN n=60×2+40×3/100=2.4 TN=40モル% 出発アミノリセートは、通常、低又は高粘度の
液体の形態にあるか、又は固体状態までの範囲に
及ぶペーストの形態にさえある。 こゝで、これらのアミノリセートは、通常、あ
る割合(これは高くてよい)の低分子量種を含有
するが、この低分子量種は、熱分解間に気化させ
ることができ、その結果として、出発物質に基づ
いたセラミツク生成物の重量収率を比例的に減少
させる。 加えて、これらのアミノリセートは、特にそれ
が高含量の二官能性けい素(例えばDN)を含む
場合には、熱分解間に十分なだけ熱安定性でな
い。これらは、 ≡Si―NH又は≡Si― 結合の切断によつて分解して揮発性オリゴマー
を生成し、かくして出発物質を基にしたセラミツ
ク生成物の重量収率を比例的に減少させる。 全く予測されない態様で、均質酸触媒作用処理
からなる本発明の方法は、一方においてアミノリ
セートのマクロ分子中に揮発分を組み込むのを可
能にし、そして他方においては三官能性けい素含
有単位(例えばTN)の存在下にアミノリセート
網状構造を転化し且つ超架橋させることを可能に
し、この結果としてそれは熱分解間により熱安定
性になる。出発アミノリセートの性状に応じて、
本発明の触媒処理は、分子の重合及び(又は)共
重合び(又は)転位をもたらす。 本発明に従つた酸処理から得られる他の特に重
要な利益は、酸素及び湿気に対して向上した抵抗
性を有する処理アミノリセートが製造されること
である。 触媒は、出発ポリシラザンを基にして通常1〜
10000ppmそして好ましくは10〜5000ppmの濃度
で用いられる。 重合温度は、20〜180℃好ましくは120〜160℃
の間である。 反応は塊状で実施することができ、これは明確
な利益である。しかしながら、トルエン、塩化メ
チレン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、ヘプタ
ン等の如き有機溶剤を用いることができる。反応
は、大気圧、加圧又は減圧下に実施することがで
きる。反応時間は、当然のことゝして、触媒濃度
及び反応温度の函数である。120〜160℃の温度及
び10〜5000ppmの酸濃度では、重合時間は有益に
は30分〜30時間である。 全く驚くべきそして予測されない態様で、本発
明は、僅か2種の強酸即ちHClO4及びCF3SO3H
特にCF3SO3Hが好適であることを例示すること
を可能にした。HF、H2SO4及びCCl3COOHの如
き他の強酸では、望ましい結果を得ることができ
ない。 本発明の方法は、種々のポリシラザンを単独で
又は例えば様々の種類のオルガノポリ(ジシリ
ル)シラザン又はオルガノポリシラザンと混合し
て用い実施することができる。かくして、特に、 (CH3)2SiCl2のアミノリセートの重合、 (CH3)2ClSiSiCl(CH3)2のアミノリセートの
重合、 (CH3)2SiCl2のアミノリセートとCH3SiCl3の
アミノリセートとの共重合、 CH3SiCl3のアミノリセートの存在下でのポリ
ジメチルシラザンの転位、 (CH3)2SiCl2とCH3SiCl3とのコアミノリセー
トの転位、 (CH3)SiCl2と(CH3)3―bClbSiSiClc(CH3)3
―cとのコアミノリセートの転位、 を実施することが可能であり、上記において b及びcは上記式()における如く規定さ
れ、更に平均官能価fN n>2である。 操作が完了したときに、反応混合物は、適当な
手段によつて、例えばNH3、Et3N等の如き塩基
性化合物を反応混合物に添加することによつて失
活される。 本発明の範囲を限定することなく本発明を例示
する以下の実施例では、得られた、触媒処理され
た又は未処理のポリシラザンは、窒素化に2℃/
分の温度上昇速度において周囲温度(20℃)から
1400℃まで熱分解させることによる動的熱重量分
析(TGA)によつて分析される。各実施例には、
TGA収率(1300〜1400℃における固体残留物の
重量%)が示されている。実験式 (CH3)xSi(NH)y が計算されるが、これは、熱分解後に、 α(Si3N4)+βSiC (もしy<4/3ならば、α=3y/4及びβ
=1−α もしy>4/3ならば、α=1及びβ=0)を理
論的に与えることができる。 ハロシラン及びポリシラザンは感湿性であるの
で、取り扱いはすべて、加水分解によるシロキサ
ン結合の形成(熱分解間におけるシリカ形成によ
つてセラミツクの品質を阻害する)を回避するた
めに不活性雰囲気中において実施される。 粘度は、25℃において測定されそしてmPas単
位で与えられる。 例1及び2並びに比較例3〜9 用いる物質は、ジメチルジクロルシラン
(CH3)2SiCl2とNH3との反応によつて得られるヘ
キサメチルシクロトリシラザンDN 3(DN=―Si
(CH3)2NH―)である。 生成物を蒸留によつて精製すると、沸点が188
℃で融点が−10℃である留分が集められる。これ
をCaCl2で乾燥させる。 用いる装置は、機械的撹拌機、垂直凝縮器及び
温度計を備えた3の反応器である。反応器を乾
燥窒素でパージする。水を含まないDN 3(4.2モル)
をN2下に導入し、そしてこれを所要の反応温度
に加熱する。次いで、注射器で隔壁を経て触媒を
加える。 所要時にアンモニア又はトリエチルアミンの添
加によつて反応混合物を失活させる。 結果を以下の表に示す。
ノポリシラザン及びオルガノポリ(ジシリル)シ
ラザンの製造法並びに特にセラミツク前駆物質と
してのその使用に関する。 発明の背景 オルガノポリシラザン及びオルガノポリ(ジシ
リル)シラザン(以後、ポリシラザンと称する)
は、単量体、オリゴマー及び環状又は線状重合体
の形態で、また樹脂質重合体の形態でも存在する
周知の化合物である。これらのポリシラザンは、
広範囲の出発物質から様々の方法に従つて製造す
ることができる。 これらのポリシラザンは、特に成形することが
でき、そしてSi3N4、SiC又はそれらの混合物の
形態に熱分解することができる。また、これらは
連続繊維に紡糸することができ、そしてこの熱分
解によつてセラミツク繊維が生成する。 更に、これらは、種々の厚さを有するフイルム
に、またセラミツク繊維又は炭素繊維用のバイン
ダーとして、また多孔質セラミツク部品用の焼結
用バインダーとしての塊状物に転化させることが
できる。これらのポリシラザンの利用は、それら
の主な利点のうちの1つになる。 しかしながら、熱分解に対してかなり安定であ
りそして特に熱分解後に高い重量収率でセラミツ
ク物質を生成するポリシラザンを得るための方法
を見い出すのが望ましく、これが本発明の目的で
ある。これを達成するためには、ポリシラザン
は、熱分解時に、固体状態までの範囲に及ぶ高分
子量及び(又は)高粘度によつて提供され得る耐
熱性を有しなければならない。 特公昭52―160446号公報は、酸性土を触媒とし
て使用することによつて高分子量のオルガノポリ
シラザンを重合する方法を記載している。しかし
ながら、この方法は、高粘度に達することができ
る重合体の場合には溶剤の使用を包含する過に
よつて固体触媒を分離することを必要とするとい
う大きな不利益を有している。 発明の概要 本発明は、不均質触媒作用に固有の不利益を招
かずに上記の目的を満たすことができる。 実際に、本発明は、オルガノポリシラザン、オ
ルガノポリ(ジシリル)シラザン及びこれらの混
合物から選定されるポリシラザン(こゝで、けい
素原子に結合された有機基は飽和又は芳香族炭化
水素基であり、そしてけい素原子に直接結合され
た水素原子は含まない)をHClO4及びCF3SO3H
から選定される触媒的有効量の酸触媒の存在下に
均質相において接触処理することを特徴とするポ
リシラザンの処理法に関する。 詳細な記述 用いられるオルガノポリシラザンは、(a)式 RaX4―aSi () 〔式中、R基は、同じ又は異なるものであつ
て、そして1〜12個の炭素原子を含有する任意に
ハロゲン化される線状又は分枝状アルキル基、5
〜7個の炭素原子を含有するシクロアルキル基、
フエニル基及びナフチル基の如きアリール基、ア
リールアルキル基又はアルキルアリール基(こゝ
で、線状又は分枝状アルキル部分は1〜6個の炭
素原子を含有する)から選定され、しかもR基は
水素原子以外のものであり、そしてaは0,1,
2又は3である〕の少なくとも1種のオルガノハ
ロシランと、(b)少なくとも1個のNH2又はNH基
を含有する例えばアンモニア、第一又は第二アミ
ン、シリルアミン、アミド、ヒドラジン、ヒドラ
ジド等の如き有機又はオルガノシリル化合物との
反応生成物であつてよい。 一般式()において、アルキル基Rの例とし
ては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ベン
チル、ヘキシル、ヘプチル及びオクチル基、シク
ロアルキル基Rとしては、シクロペンチル、シク
ロヘキシル及びシクロヘプチル基、アリールアル
キル基Rの例としては、ベンジル及びフエニルエ
チル基、そしてアルキルアリール基Rの例として
はトリル及びキシリル基をそれぞれ挙げることが
できる。 Xは、ハロゲンでそして一般には塩素原子であ
る。 単独で又は混合して用いることができるオルガ
ノハロシランとしては、(CH3)2SiCl2、
(CH3)3SiCl、CH3SiCl3、SiCl4(CH3)2Si
(CH2Cl)2、(CH3)3SiCH2Cl、CH3Si(CH2Cl)3
(C6H5)2SiCl2、(C6H5)(CH3)SiCl2及び
C6H5SiCl3(CH3)(CH3CH2)SiCl2を挙げること
ができる。 これらのポリシラザンは、周知でありそして製
造するのが容易である。より具体的に言えば、そ
れらは、式 H2N(R2SiNH)pSiR2NH2 () 及び R3SiNH(R2SiNH)p′SiR3 () 〔式中、Rは上記の意味を有し、そしてp及び
p′は1〜1000一般には3〜300の間であつてよい
整数である〕に相当する線状重合体を包含する。 式()の重合体はジオルガノジクロルシラン
をアンモニアと接触させることによつて、そして
式()の重合体はトリオルガノシクロルシラン
又はジオルガノジクロルシランとトリオルガノク
ロルシランとの混合物とアンモニアとの反応によ
つて製造することができる(フランス特許第
1086932号及び米国特許第2564674号を参照された
い)。 一般的には、オルガノハロシランと有機アミン
との反応は米国特許第3853567号及び同第3892583
号に記載され、そしてオルガノハロシランとジシ
ラザンとの反応はベルギー特許第888787号に記載
されている。 式:(R2SiNH)o () 〔式中、nは3〜10であり一般にはn=3.4、
そしてRは上記式()について記載した意味を
有する〕に相当する環状重合体について言えば、
これらは、特に英国特許第881178号に記載されて
いる。 式:R3SiNH0.5、R2SiNH、RSiNH1.5及びSi
(NH)2のものから選定される単位よりなる樹脂
質重合体について言えば、これらは、対応するオ
ルガノクロルシラン又はこれらのシランの混合物
をアンモニアと好ましくは有機溶媒中において接
触させることによつて有利に製造される(フラン
ス特許第1379243号、同第1392853号及び同第
1393728号を参照されたい)。 これらの樹脂質重合体は、多量のSi―NH―Si
結合及び少量のSiNH2結合を含有し、そして架
橋重合体の他に、場合によつては線状及び環状重
合体を包含する。後者は、出発オルガノクロルシ
ランの中にジオルガノジクロルシランが存在する
ときのみ形成することができる。 オルガノポリ(ジシリル)シラザンは、(a)少な
くとも1個のNH2又はNH基を含有する有機又は
オルガノシリル化合物例えばアンモニア、第一又
は第二アミン、シリルアミン、アミド、ヒドラジ
ン及びヒドラジド等と、(b)式 RbX3―bSiSiRcX3―c () 〔式中、R基は、同じ又は異なるものであつ
て、先に記載したと同じ意味を有し、bは0,
1,2又は3であり、cは0,1又は2であり、
そしてXはハロゲン一般には塩基である〕の少な
くとも1種のオルガノハロジシランとの反応によ
つて製造することができる。 式()の化合物の例としては、次のもの、
(CH3)2ClSiSi(CH3)2Cl、(CH3)2ClSiSiCH3Cl2
及びCH3Cl2SiSiCH3Cl2を挙げることができる。 少なくとも1個のNH2又はNH基を含有しそし
て上記ポリシラザンの合成に使用することができ
る化合物の例としては、アンモニア、メチルアミ
ン、ジメチルアミン、エチルアミン、シクロプロ
ピルアミン、ヒドラジン、メチルヒドラジン、エ
チレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキ
サメチレンジアミン、アニリン、メチルアニリ
ン、ジフエニルアミン、トルイジン、グアニジ
ン、アミノグアニジン、尿素、ヘキサメチルジシ
ラザン、ジフエニルテトラメチルジシラザン、テ
トラフエニルジメチルジシラザン、テトラメチル
ジビニルジシラザン、ジメチルジフエニルジビニ
ルジシラザン及びテトラメチルジシラザンを挙げ
ることができる。 ハロジシランとアンモニアとを随意にハロシラ
ンの存在下に反応させることは、ヨーロツパ特許
第75826号に記載されている。ハロジシランとジ
シラザンとの反応は、フランス特許第2497812号
に記載されている。ポリシラザンの製造に関する
上記文献のすべてを参考文献としてこゝに記載す
る。 ヨーロツパ特許第75826号に記載されるように、
上記アミノ誘導体と上記式()及び()のハ
ロゲン化生成物の混合物との反応によつてオルガ
ノポリ〔(ジシリル)シラザン―シラザン〕を製
造することができる。 アンモニアから製造される出発ポリシラザンは
一般にはアンモノリセートと称され、そして先に
記載の如くアミノ化合物から製造される出発ポリ
シラザンはアミノリセートと称され、従つてこれ
はアンモノリセートを包含する。 以下において、出発ハロシラン又はハロジシラ
ンの官能価f及び本発明の方法に従つて処理され
る出発アミノリセート又はアミノリセートの平均
官能価fNは次の如く定義される。 ハロシランでは、官能価fはけい素原子に直接
結合されたハロゲンの数に等しく、そしてfは0
〜4の範囲内である。 例:(CH3)2SiCl2 f=2 ハロジシランでは、Si―Si単位は特定の構成要
素と見なされ、即ち、官能価はこの部分に直接結
合されたハロゲンの数に等しくそして0〜6の間
を変動してよい。 例:CH3Cl2SiSiCl2CH3 f=4 アミノリセートでは、官能価の概念は、≡Si―
N結合に基因する官能価fN=1を定めることによ
つて変えられる。 かくして、ポリシラザン型のアミノリセートで
は、次の単位を区別することができる。 は、単官能性と見なされ、 は、二官能性と見なされ、 は、三官能性と見なされ、そして は、四官能性と見なされる。 ポリ(ジシリル)シラザン型のアミノリセート
では、ジシリル単位の官能価fNは、ハロゲン原子
の代わりに窒素含有置換基を考えることによつて
ハロジシラザンの官能価として計算される。 アミノリセートの平均官能価fN nはアミノリセー
トを構成する各単位のモル%にそれらの比官能価
を加重することから計算される。かくして、nが
異なる単位では、 例:アミノリセート、DN=60モル% fN n=60×2+40×3/100=2.4 TN=40モル% 出発アミノリセートは、通常、低又は高粘度の
液体の形態にあるか、又は固体状態までの範囲に
及ぶペーストの形態にさえある。 こゝで、これらのアミノリセートは、通常、あ
る割合(これは高くてよい)の低分子量種を含有
するが、この低分子量種は、熱分解間に気化させ
ることができ、その結果として、出発物質に基づ
いたセラミツク生成物の重量収率を比例的に減少
させる。 加えて、これらのアミノリセートは、特にそれ
が高含量の二官能性けい素(例えばDN)を含む
場合には、熱分解間に十分なだけ熱安定性でな
い。これらは、 ≡Si―NH又は≡Si― 結合の切断によつて分解して揮発性オリゴマー
を生成し、かくして出発物質を基にしたセラミツ
ク生成物の重量収率を比例的に減少させる。 全く予測されない態様で、均質酸触媒作用処理
からなる本発明の方法は、一方においてアミノリ
セートのマクロ分子中に揮発分を組み込むのを可
能にし、そして他方においては三官能性けい素含
有単位(例えばTN)の存在下にアミノリセート
網状構造を転化し且つ超架橋させることを可能に
し、この結果としてそれは熱分解間により熱安定
性になる。出発アミノリセートの性状に応じて、
本発明の触媒処理は、分子の重合及び(又は)共
重合び(又は)転位をもたらす。 本発明に従つた酸処理から得られる他の特に重
要な利益は、酸素及び湿気に対して向上した抵抗
性を有する処理アミノリセートが製造されること
である。 触媒は、出発ポリシラザンを基にして通常1〜
10000ppmそして好ましくは10〜5000ppmの濃度
で用いられる。 重合温度は、20〜180℃好ましくは120〜160℃
の間である。 反応は塊状で実施することができ、これは明確
な利益である。しかしながら、トルエン、塩化メ
チレン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、ヘプタ
ン等の如き有機溶剤を用いることができる。反応
は、大気圧、加圧又は減圧下に実施することがで
きる。反応時間は、当然のことゝして、触媒濃度
及び反応温度の函数である。120〜160℃の温度及
び10〜5000ppmの酸濃度では、重合時間は有益に
は30分〜30時間である。 全く驚くべきそして予測されない態様で、本発
明は、僅か2種の強酸即ちHClO4及びCF3SO3H
特にCF3SO3Hが好適であることを例示すること
を可能にした。HF、H2SO4及びCCl3COOHの如
き他の強酸では、望ましい結果を得ることができ
ない。 本発明の方法は、種々のポリシラザンを単独で
又は例えば様々の種類のオルガノポリ(ジシリ
ル)シラザン又はオルガノポリシラザンと混合し
て用い実施することができる。かくして、特に、 (CH3)2SiCl2のアミノリセートの重合、 (CH3)2ClSiSiCl(CH3)2のアミノリセートの
重合、 (CH3)2SiCl2のアミノリセートとCH3SiCl3の
アミノリセートとの共重合、 CH3SiCl3のアミノリセートの存在下でのポリ
ジメチルシラザンの転位、 (CH3)2SiCl2とCH3SiCl3とのコアミノリセー
トの転位、 (CH3)SiCl2と(CH3)3―bClbSiSiClc(CH3)3
―cとのコアミノリセートの転位、 を実施することが可能であり、上記において b及びcは上記式()における如く規定さ
れ、更に平均官能価fN n>2である。 操作が完了したときに、反応混合物は、適当な
手段によつて、例えばNH3、Et3N等の如き塩基
性化合物を反応混合物に添加することによつて失
活される。 本発明の範囲を限定することなく本発明を例示
する以下の実施例では、得られた、触媒処理され
た又は未処理のポリシラザンは、窒素化に2℃/
分の温度上昇速度において周囲温度(20℃)から
1400℃まで熱分解させることによる動的熱重量分
析(TGA)によつて分析される。各実施例には、
TGA収率(1300〜1400℃における固体残留物の
重量%)が示されている。実験式 (CH3)xSi(NH)y が計算されるが、これは、熱分解後に、 α(Si3N4)+βSiC (もしy<4/3ならば、α=3y/4及びβ
=1−α もしy>4/3ならば、α=1及びβ=0)を理
論的に与えることができる。 ハロシラン及びポリシラザンは感湿性であるの
で、取り扱いはすべて、加水分解によるシロキサ
ン結合の形成(熱分解間におけるシリカ形成によ
つてセラミツクの品質を阻害する)を回避するた
めに不活性雰囲気中において実施される。 粘度は、25℃において測定されそしてmPas単
位で与えられる。 例1及び2並びに比較例3〜9 用いる物質は、ジメチルジクロルシラン
(CH3)2SiCl2とNH3との反応によつて得られるヘ
キサメチルシクロトリシラザンDN 3(DN=―Si
(CH3)2NH―)である。 生成物を蒸留によつて精製すると、沸点が188
℃で融点が−10℃である留分が集められる。これ
をCaCl2で乾燥させる。 用いる装置は、機械的撹拌機、垂直凝縮器及び
温度計を備えた3の反応器である。反応器を乾
燥窒素でパージする。水を含まないDN 3(4.2モル)
をN2下に導入し、そしてこれを所要の反応温度
に加熱する。次いで、注射器で隔壁を経て触媒を
加える。 所要時にアンモニア又はトリエチルアミンの添
加によつて反応混合物を失活させる。 結果を以下の表に示す。
【表】
【表】
表から、HClO4及びCF3SO3Hのみが有益な
効果を有してシクロシラザンを重合させることが
明らかである。 例10及び11 例1の操作手順を正確に反復するが、但し、重
合は溶媒中において様々な温度で実施される。結
果を表に示すが、用いた触媒は4500ppmの濃度
におけるCF3SO3Hである。
効果を有してシクロシラザンを重合させることが
明らかである。 例10及び11 例1の操作手順を正確に反復するが、但し、重
合は溶媒中において様々な温度で実施される。結
果を表に示すが、用いた触媒は4500ppmの濃度
におけるCF3SO3Hである。
【表】
重合は溶媒中において適当に行われるが、しか
し収率は、操作を低い温度で実施すると低下す
る。 例 12 例22に記載の操作手順に従つて製造した
(CH3)2ClSiSiCl(CH3)2のアンモノリセートは、
主として次の化合物よりなる。
し収率は、操作を低い温度で実施すると低下す
る。 例 12 例22に記載の操作手順に従つて製造した
(CH3)2ClSiSiCl(CH3)2のアンモノリセートは、
主として次の化合物よりなる。
【式】
これらのオルガノ(ジシリル)シラザンは、例
1〜11に記載したと同じ条件下に重合させること
ができるが、得られた結果を以下の表に示す。
1〜11に記載したと同じ条件下に重合させること
ができるが、得られた結果を以下の表に示す。
【表】
例13,14及び15
これらの例では、(CH3)2SiCl2とCH3SiCl3との
コアンモノリシスを溶媒中において実施する。 機械的撹拌機、ガス流入管及び凝縮器を備えた
ジヤケツト付き3反応器に、乾燥窒素下に、
0.72モルの(CH3)2SiCl2(92.5g)及び0.72モルの
CH3SiCl3(107.2g)、即ち、理論平均コアンモノ
リセート官能価約2.5(例13及び14)、 0.48モルの(CH3)2SiCl2(61.9g)及び0.96モル
のCH3SiCl3(143.5g)、即ち、理論平均コアンモ
ノリセート官能価約2.67(例15)、 を例13及び15では1.1のイソプロピルエーテル
の存在下又は例14ではモレキユラシーブで乾燥さ
せた1.1のトルエンの存在下に加える。混合物
を、周囲温度に保ち(例13及び14)、又は3℃に
冷却しこの温度をNH3ガスの導入間保つ(例
15)。反応は、僅かに発熱的である。NH3の添加
速度は1秒当りガス約6mlに維持され、そして添
加は6時間にわたつて行われる。 試験間に多量の塩化アンモニウムが生成され、
これによつて溶液は濃厚になる。試験の終りに、
形成したNH4Clを焼結ガラス(10μm平均孔径)
で別する。沈殿物を乾燥溶剤で数回洗浄する。
回収された溶液は透明である。溶剤を減圧下(70
℃で25ミリバール)に蒸発させ、そして溶剤の痕
跡を70℃及び2ミリバールで除去する。 生成物の特性を以下の表に示す。 例16,17及び18 これらの例では、例13,14及び15からのコアン
モノリセートを塊状又は溶液状でトリフルオルメ
タンスルホン酸(4500ppm)で処理する。 操作条件及び結果を以下の表に記載する。
コアンモノリシスを溶媒中において実施する。 機械的撹拌機、ガス流入管及び凝縮器を備えた
ジヤケツト付き3反応器に、乾燥窒素下に、
0.72モルの(CH3)2SiCl2(92.5g)及び0.72モルの
CH3SiCl3(107.2g)、即ち、理論平均コアンモノ
リセート官能価約2.5(例13及び14)、 0.48モルの(CH3)2SiCl2(61.9g)及び0.96モル
のCH3SiCl3(143.5g)、即ち、理論平均コアンモ
ノリセート官能価約2.67(例15)、 を例13及び15では1.1のイソプロピルエーテル
の存在下又は例14ではモレキユラシーブで乾燥さ
せた1.1のトルエンの存在下に加える。混合物
を、周囲温度に保ち(例13及び14)、又は3℃に
冷却しこの温度をNH3ガスの導入間保つ(例
15)。反応は、僅かに発熱的である。NH3の添加
速度は1秒当りガス約6mlに維持され、そして添
加は6時間にわたつて行われる。 試験間に多量の塩化アンモニウムが生成され、
これによつて溶液は濃厚になる。試験の終りに、
形成したNH4Clを焼結ガラス(10μm平均孔径)
で別する。沈殿物を乾燥溶剤で数回洗浄する。
回収された溶液は透明である。溶剤を減圧下(70
℃で25ミリバール)に蒸発させ、そして溶剤の痕
跡を70℃及び2ミリバールで除去する。 生成物の特性を以下の表に示す。 例16,17及び18 これらの例では、例13,14及び15からのコアン
モノリセートを塊状又は溶液状でトリフルオルメ
タンスルホン酸(4500ppm)で処理する。 操作条件及び結果を以下の表に記載する。
【表】
【表】
これらの例から、陽イオン転位は迅速であるこ
と及び揮発分を全格子中に組み込むことによつて
その割合を大きく減少させることができることが
明らかである。生成物の粘度は急速に上昇し、そ
して周囲温度において重合コアンモノリセートは
トルエン、イソプロピルエーテル、キシレン等の
如き通常の溶剤中に可溶性の硬質でもろい固体の
外観を有する。 最とも重要な結果は、TGAによつて測定した
ときにセラミツクの収率が大きく向上することで
ある。 例19,20及び21 これらの例では、生成物は、例13及び14からの
コアンモノリセート又は例171からの重合コアン
モノリセートのデボラチリゼーシヨンによつて得
られる。 揮発分の除去は、1.3ミリバールの圧力におい
て170℃で30分間実施される。揮発性生成物は、
主として低分子量の環式又は多環式化合物(TN
及びDN単位よりなるがしかし平均コアンモノリ
セートよりも低いTN/DNを有する)よりなる。 結果を以下の表に記載する。
と及び揮発分を全格子中に組み込むことによつて
その割合を大きく減少させることができることが
明らかである。生成物の粘度は急速に上昇し、そ
して周囲温度において重合コアンモノリセートは
トルエン、イソプロピルエーテル、キシレン等の
如き通常の溶剤中に可溶性の硬質でもろい固体の
外観を有する。 最とも重要な結果は、TGAによつて測定した
ときにセラミツクの収率が大きく向上することで
ある。 例19,20及び21 これらの例では、生成物は、例13及び14からの
コアンモノリセート又は例171からの重合コアン
モノリセートのデボラチリゼーシヨンによつて得
られる。 揮発分の除去は、1.3ミリバールの圧力におい
て170℃で30分間実施される。揮発性生成物は、
主として低分子量の環式又は多環式化合物(TN
及びDN単位よりなるがしかし平均コアンモノリ
セートよりも低いTN/DNを有する)よりなる。 結果を以下の表に記載する。
【表】
デボラチリゼーシヨンによつて、出発コアンモ
ノリセートよりも粘性の生成物を得ることが可能
になりそして不揮発分に関する限り高いTGA収
率が提供されることが分かる。しかしながら、重
合とは対照をなして、この結果は、生成物の
TN/DN比のかなりの変動によつて得られる。 同様に、TGA収率の向上だけが明らかである。
と云うのは、出発コアンモノリセートに対するセ
ラミツクの収率は変動しないからである。 これとは逆に、本発明に従つた方法によつて、
低分子量化合物を全格子中に組み込むことによつ
てセラミツクの真の収率を向上させることができ
る。 これは表に例示されているが、この場合に例
14からのコアンモノリセートの100gが、次の4
つの方法、即ち、 (a) 直接熱分解 (b) デボラチリゼーシヨンそれに続く残留物の熱
分解、 (c) CF3SO3Hによる酸処理それに続く熱分解、 及び (d) CF3SO3Hによる酸処理それに続く熱分解、 のうちの1つによつて処理される。
ノリセートよりも粘性の生成物を得ることが可能
になりそして不揮発分に関する限り高いTGA収
率が提供されることが分かる。しかしながら、重
合とは対照をなして、この結果は、生成物の
TN/DN比のかなりの変動によつて得られる。 同様に、TGA収率の向上だけが明らかである。
と云うのは、出発コアンモノリセートに対するセ
ラミツクの収率は変動しないからである。 これとは逆に、本発明に従つた方法によつて、
低分子量化合物を全格子中に組み込むことによつ
てセラミツクの真の収率を向上させることができ
る。 これは表に例示されているが、この場合に例
14からのコアンモノリセートの100gが、次の4
つの方法、即ち、 (a) 直接熱分解 (b) デボラチリゼーシヨンそれに続く残留物の熱
分解、 (c) CF3SO3Hによる酸処理それに続く熱分解、 及び (d) CF3SO3Hによる酸処理それに続く熱分解、 のうちの1つによつて処理される。
【表】
表は、デボラチリゼーシヨンと熱分解の開始
との間に存在する均等性及び形成したセラミツク
の品質に及ぼすコアンモノリセートの酸処理の影
響を明確に示す。 例22及び23 例22では、生成物は、0.375モルの
(CH3)2SiCl2(48.49)と、平均式 (CH3)2.48Si2Cl3.52 を有する0.562モル(128.3g)のメチルクロルジ
シランの混合物とを乾燥イソプロピルエーテル
(1200ml)中において20℃でコアンモノリシスす
ることによつて得られる。かゝる混合物は、 CH3Cl2SiSiCH3Cl2、即ち、(CH3)2SiCl4:59
モル% CH3Cl2SiSi(CH3)2Cl、即ち、(CH3)3Si2Cl3:
34モル% (CH3)2ClSiSiCH3ClとCH3Cl2SiSi(CH3)3と
の混合物、即ち、(CH3)4Si2Cl2:7モル%、
即ち、fN nのコアンモノリセートの平均官能基数
=2.91 よりなる。 90%収率で得られた生成物は、50000mPasの粘
度を有する。 例23では、生成物は、例22からのコアンモノリ
セートの酸処理によつて合成される。反応は、
4500ppmのCF3SO3Hの存在下に塊状で130℃にお
いて3時間行われる。重合収率は94重量%であ
る。得られた生成物は、通常の溶剤中に可溶性の
硬質でもろい固体の形態である。 例22からの生成物にジシラン単位を組み込むこ
とによつて、CH3SiCl3及び(CH3)2SiCl2とのコ
アンモノリセートそれ自体(例13,14及び15)と
比較して著しく向上したセラミツクのTGA収率
によつて特徴づけられる架橋物質を得ることが可
能になる。高い官能価を持つコアンモノリセート
は、コアンモノリセス収率の低下をもたらす生成
物ゲル化を招かずにクロルジシランによつて合成
することができる。 ジシランコアンモノリセートの酸処理後、熱分
解間のTGA収率が向上され、84%のTGA収率か
ら92%への向上が得られる(例23の生成物)。
との間に存在する均等性及び形成したセラミツク
の品質に及ぼすコアンモノリセートの酸処理の影
響を明確に示す。 例22及び23 例22では、生成物は、0.375モルの
(CH3)2SiCl2(48.49)と、平均式 (CH3)2.48Si2Cl3.52 を有する0.562モル(128.3g)のメチルクロルジ
シランの混合物とを乾燥イソプロピルエーテル
(1200ml)中において20℃でコアンモノリシスす
ることによつて得られる。かゝる混合物は、 CH3Cl2SiSiCH3Cl2、即ち、(CH3)2SiCl4:59
モル% CH3Cl2SiSi(CH3)2Cl、即ち、(CH3)3Si2Cl3:
34モル% (CH3)2ClSiSiCH3ClとCH3Cl2SiSi(CH3)3と
の混合物、即ち、(CH3)4Si2Cl2:7モル%、
即ち、fN nのコアンモノリセートの平均官能基数
=2.91 よりなる。 90%収率で得られた生成物は、50000mPasの粘
度を有する。 例23では、生成物は、例22からのコアンモノリ
セートの酸処理によつて合成される。反応は、
4500ppmのCF3SO3Hの存在下に塊状で130℃にお
いて3時間行われる。重合収率は94重量%であ
る。得られた生成物は、通常の溶剤中に可溶性の
硬質でもろい固体の形態である。 例22からの生成物にジシラン単位を組み込むこ
とによつて、CH3SiCl3及び(CH3)2SiCl2とのコ
アンモノリセートそれ自体(例13,14及び15)と
比較して著しく向上したセラミツクのTGA収率
によつて特徴づけられる架橋物質を得ることが可
能になる。高い官能価を持つコアンモノリセート
は、コアンモノリセス収率の低下をもたらす生成
物ゲル化を招かずにクロルジシランによつて合成
することができる。 ジシランコアンモノリセートの酸処理後、熱分
解間のTGA収率が向上され、84%のTGA収率か
ら92%への向上が得られる(例23の生成物)。
【表】
例24,25,26,27及び28
これらの例では、(CH3)2SiCl2のアンモノリセ
ートとCH3SiCl3のアンモノリセートとの共重合
が実施される。反応は、1000ppmの濃度の
CF3SO3Hによつて110℃で1時間触媒される。以
下の表に記載の結果によれば、TN/DN比の増
大は重合体収率及びTGA収率の向上をもたらす
ことが示されている。
ートとCH3SiCl3のアンモノリセートとの共重合
が実施される。反応は、1000ppmの濃度の
CF3SO3Hによつて110℃で1時間触媒される。以
下の表に記載の結果によれば、TN/DN比の増
大は重合体収率及びTGA収率の向上をもたらす
ことが示されている。
【表】
表わす。
例 29 以下に記載の例は、ポリジメチルシラザン(例
9に従つてCF3SO3HによるDN 3の重合によつて得
られる)をCH3SiCl3のアンモノリセートで転位
することが可能であることを例示する。 結果を以下の表に記載する。
例 29 以下に記載の例は、ポリジメチルシラザン(例
9に従つてCF3SO3HによるDN 3の重合によつて得
られる)をCH3SiCl3のアンモノリセートで転位
することが可能であることを例示する。 結果を以下の表に記載する。
【表】
転位は、1275ppmの濃度のCF3SO3Hによつて
110℃で1時間触媒される。シラザン100g当り得
られるセラミツクの重量は、ポリジメチルシラザ
ン単独の場合に得られるよりもずつと大きい(例
24の2に比較して49)。
110℃で1時間触媒される。シラザン100g当り得
られるセラミツクの重量は、ポリジメチルシラザ
ン単独の場合に得られるよりもずつと大きい(例
24の2に比較して49)。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 オルガノポリシラザン、オルガノポリ(ジシ
リル)シラザン及びそれらの混合物から選定され
るポリシラザン(ここで、けい素原子に結合した
有機基は飽和又は芳香族炭化水素基であり、そし
てけい素原子に直接結合した水素原子は含まな
い)を、HClO4及びCF3SO3Hから選定される触
媒的有効量の酸触媒の存在下に均質相において接
触処理して分子の重合及び(又は)共重合及び
(又は)転位を引き起こさせることを特徴とする
ポリシラザンの処理法。 2 反応が塊状で実施されることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の方法。 3 反応が有機溶剤中において溶液状で実施され
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
方法。 4 酸が出発ポリシラザン単独の重量に対して10
〜10000ppmの濃度で使用されることを特徴とす
る特許請求の範囲第1〜3項のいずれか一項記載
の方法。 5 重合温度が周囲温度〜180℃の間であること
を特徴とする特許請求の範囲第1〜4項のいずれ
か一項記載の方法。 6 重合反応時間が30分〜30時間の間であること
を特徴とする特許請求の範囲第1〜5項のいずれ
か一項記載の方法。 7 処理が常圧、加圧又は減圧において実施され
ることを特徴とする特許請求の範囲第1〜6項の
いずれか一項記載の方法。 8 酸が、該酸を中和するのに十分な量の塩基の
添加によつて失活されることを特徴とする特許請
求の範囲第1〜7項のいずれか一項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8502805A FR2577933B1 (fr) | 1985-02-27 | 1985-02-27 | Procede de preparation d'organopolysilazanes et d'organopoly(disilyl)silazanes de tenue thermique amelioree et son utilisation notamment comme precurseur de ceramique |
FR8502805 | 1985-02-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61203135A JPS61203135A (ja) | 1986-09-09 |
JPS6357454B2 true JPS6357454B2 (ja) | 1988-11-11 |
Family
ID=9316665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61039349A Granted JPS61203135A (ja) | 1985-02-27 | 1986-02-26 | 改良された熱的挙動を有するオルガノポリシラザン及びオルガノポリ(ジシリル)シラザンの製造法並びに特にセラミツク前駆物質としてのその使用 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
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