JPWO2019239782A1 - ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法、ならびに重合性組成物及びその硬化物 - Google Patents

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Abstract

(a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサンと、(b)1分子中にアリル基及びビニルエーテル基を有する特定のビニルエーテル化合物とを、((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比が3.0以上の量で、ヒドロシリル化触媒を用いて反応させることで、定量的に(a)成分にアリル基が付加し、ヒドロシリル基がビニルエーテル基に転化したビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンを得ることができる。

Description

本発明は、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法、これを含む重合性組成物及びその硬化物に関する。
エネルギー線硬化型樹脂は、インキ、塗料、接着剤、コーティング剤、レジスト等に用いられる。その主剤としては、ラジカル重合性のアクリルモノマーが多く使用される。しかしながら、アクリルモノマーは皮膚刺激性や臭気性が強く、作業性に問題があるため、最近、低臭気性で皮膚刺激性が少ないビニルエーテル化合物が注目されるようになった。ビニルエーテル化合物は電子供与性の置換基を有する重合性モノマーであり、カチオン重合性のため酸素による硬化阻害を受けないことからも、アクリル化合物の欠点を改善する材料として期待される。
シリコーンは耐熱性、耐候性、電気絶縁性、撥水性、防汚性等の特性を有しており、例えば他のアクリルモノマーにアクリル官能性シロキサンを共重合させることで、アクリル樹脂を改質することができる。アクリル官能性シロキサンは製造方法が確立されており、市販で容易に入手できることから、シリコーングラフト型アクリルポリマーの応用例は多い。一方で、ビニルエーテル官能性シロキサンは製造法やコストに難点があり、市場に出回っていなく、シリコーングラフト型ビニルエーテルポリマーに関する知見は少ない。
特許文献1には、過剰量のジビニルエーテル又はトリビニルエーテルとハイドロジェンシロキサンとのヒドロシリル化反応により、ビニルエーテル官能性シリコーンを得る方法が記載されている。この方法では、多官能ビニル化合物と多ハイドロジェンシロキサンとを反応させているため、シロキサン鎖間をビニル化合物で架橋してしまう反応を避けることはできず、予期せぬ高分子量体が生成してしまう。また、分子内にビニルエーテル基を1つも持たない無官能性のシリコーンが生成してしまう可能性がある。
特許文献2には、1分子中にアリル及びビニルエーテル基の両官能基を持つ化合物とハイドロジェンシロキサンとのヒドロシリル化反応により、ビニルエーテル官能性シリコーンを得る方法が記載されている。この方法では、ヒドロシリル基に対するアリル基とビニルエーテル基の反応速度の違いを利用して、ビニルエーテル官能性化合物を優先的に得ている。該文献内で、アリル基とヒドロシリル基の当量に関する記載はないが、実施例ではおおよそ1対1の当量での反応が記載されている。しかし実際には、アリル基とヒドロシリル基を1対1の当量で反応を行った場合、30%程度ビニルエーテル基の反応も進行してしまい、架橋や無官能性シリコーンの生成を避けることはできなかった。
特許文献3には、アセトキシシランとヒドロキシ基含有ビニルエーテル化合物の縮合反応により、ビニルエーテル官能性シロキサンを得る方法が記載されている。しかし、該ポリマー中のビニルエーテル基はSiOC結合により連結しているため、湿気等で容易に加水分解を受けるおそれがあり、使用方法に制限がある。
特開平6−345872号公報 特公平2−36134号公報 特開2000−159895号公報
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ヒドロシリル基から定量的にビニルエーテル基を導入することができる、エネルギー線硬化型材料として有用なビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法、該方法により得られたビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンを含む重合性組成物、及び該組成物を硬化して得られる硬化物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、(a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサンと、(b)1分子中にアリル基及びビニルエーテル基を有する特定のビニルエーテル化合物とを、((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比が3.0以上の量で、ヒドロシリル化触媒を用いて反応させることで、定量的に(a)成分にアリル基が付加し、ヒドロシリル基がビニルエーテル基に転化したビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンが得られることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
従って、本発明は下記発明を提供する。
1.(a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサンと、
(b)H2C=CHOCH2CH=CH2及びH2C=CHOR1CH2CH=CH2(R1は炭素原子数1〜20の2価の炭化水素基であり、酸素原子を含んでいてもよい。)
から選ばれる1種以上のビニルエーテル化合物とを、
((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比が3.0以上の量で、
(c)ヒドロシリル化触媒を用いて反応させる工程を含む、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
2.上記反応させる工程後に、過剰の(b)ビニルエーテル化合物を反応液から除く工程を含む1記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
3.(a)成分が、下記平均組成式(1)
(R2 3SiO1/2a(R2 2SiO2/2b(R2SiO3/2c(SiO4/2d (1)
(式中、R2は同一又は異種の、水素原子又は炭素原子数1〜4の1価の炭化水素基であり、炭化水素基は酸素原子を含んでいてもよい。a、b、c及びdは0又は正数であり、a+b+c+d=1〜100を満たす。但し、1分子あたり1個以上のR2は水素原子である。)
で表され、25℃において液体である1又は2記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
4.(b)成分が、H2C=CHOCH2CH=CH2、H2C=CHOCH2CH2OCH2CH=CH2及びH2C=CHOCH2CH2OC64CH2CH=CH2から選ばれる1種以上のビニルエーテル化合物である1〜3のいずれかに記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
5.(c)成分が、白金族金属系触媒である1〜4のいずれかに記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
6.1〜5のいずれかに記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法によって得られるビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンと、重合開始剤とを含む重合性組成物。
7.6記載の重合性組成物を硬化して得られる硬化物。
本発明によれば、ヒドロシリル基から定量的にビニルエーテル基を導入することができる、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法を提供することができ、得られたビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンは、エネルギー線硬化型材料として有用である。
以下、本発明について(I)ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法、(II)ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサン、(III)重合性組成物、及び(IV)硬化物の順に詳細に説明する。
(I)ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法
本発明の製造方法は、
(a)1個以上のヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサンと、
(b)H2C=CHOCH2CH=CH2及びH2C=CHOR1CH2CH=CH2(R1は炭素原子数1〜20の2価の炭化水素基であり、酸素原子を含んでいてもよい。)
から選ばれる1種以上のビニルエーテル化合物とを、
((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比が3.0以上の量で、
(c)ヒドロシリル化触媒を用いて反応させる工程を含む、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法である。
(a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサン
(a)成分は、分子内にヒドロシリル基(ケイ素原子に直接結合した水素原子)を有するオルガノポリシロキサンであり、ヒドロシリル基は1個以上であればよいが、1〜10個が好ましく、1〜3個がより好ましい。主鎖骨格は直鎖状であっても分岐状であってもよい。具体的には、ヒドロシリル基を片末端に有する片末端変性ポリオルガノシロキサン、ヒドロシリル基を両末端に有する両末端変性オルガノポリシロキサン、ヒドロシリル基を側鎖に有する側鎖変性ポリオルガノシロキサン等が挙げられるが、本発明においていずれのポリオルガノシロキサンを使用することも可能である。(a)成分は1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
(a)成分としては、下記平均組成式(1)
(R2 3SiO1/2a(R2 2SiO2/2b(R2SiO3/2c(SiO4/2d (1)
(式中、R2は同一又は異種の、水素原子又は炭素原子数1〜4の1価の炭化水素基であり、炭化水素基は酸素原子を含んでいてもよい。a、b、c及びdは0又は正数であり、a+b+c+d=1〜100を満たす。但し、1分子あたり1個以上のR2は水素原子である。)
で表され、25℃において液体のものが好ましい。
上記式(1)において、R2は同一又は異種の、水素原子、又は酸素原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜4の1価の炭化水素基であり、炭素原子数1〜4の1価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。炭化水素基は酸素原子を含んでいてもよい。但し、R2は1分子あたり1個以上、好ましくは1〜10個、より好ましくは1〜3個が水素原子である。
また、a、b、c及びdは0又は正数であり、好ましくはaは0又は1〜30の正数、bは0又は1〜70の正数、cは0又は1〜30の正数、dは0又は1〜30の正数であり、より好ましくはaは2、bは1〜50の正数、c、dは0である。a+b+c+d=1〜100、好ましくは3〜52を満たす。
(a)成分としては、具体的には、例えば1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)メチルシラン、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)フェニルシラン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、H(CH32SiO1/2単位とSiO2単位との共重合体、H(CH32SiO1/2単位と(CH33SiO1/2単位とSiO2単位との共重合体等が例示できる。
(a)成分の数平均分子量は特に限定されないが、100〜50,000が好ましく、200〜10,000がより好ましい。数平均分子量が低すぎると、得られる重合物に占めるシロキサン単位の割合が低くなり、シロキサンによる特性が十分でなくなるおそれがある。一方、数平均分子量が高すぎると、変性後のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンが高粘度になってしまい、カチオン重合性組成物の配合が困難になる。なお、数平均分子量は、GPC(ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー)分析によるポリスチレン換算値である。
[(b)成分]
本発明のビニルエーテル化合物は、H2C=CHOCH2CH=CH2及びH2C=CHOR1CH2CH=CH2(R1は炭素原子数1〜20の2価の炭化水素基であり、酸素原子を含んでいてもよい。)
から選ばれる1種以上であり、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
1は炭素原子数1〜20の2価の炭化水素基であり、酸素原子を含んでいてもよい。R1としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、オクチレン基等のアルキレン基、オキシメチレン基、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシイソプロピレン基、オキシブチレン基、オキシイソブチレン基等のオキシアルキレン基や、下記式で表される構造を有する基が挙げられる。
−C64OCH2−、−C64OC24−、−C64OC36−、−C64OC48−、−C63OCH3OCH2−、−C63OCH3OC2H−4、−C63OCH3OC36−、−C63OCH3OC48
(b)成分としては、H2C=CHOCH2CH=CH2、H2C=CHOCH2CH2OCH2CH=CH2及びH2C=CHOCH2CH2OC64CH2CH=CH2から選ばれる1種以上が特に好ましい。
2C=CHOCH2CH=CH2は市販で入手できる。H2C=CHOR1CH2CH=CH2は、適当なヒドロキシビニルエーテル化合物とアリルハライド化合物とを、又はヒドロキシアリル化合物とハロアルキルビニルエーテル化合物とを、塩基性条件下で反応させることで得られる。
ここで、ヒドロキシビニルエーテル化合物としては、ヒドロキシメチルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、3−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、ジプロピレングリコールモノビニルエーテル等のアルコキシビニルエーテル等が例示できる。
アリルハライド化合物としては、アリルクロライド、アリルブロミド、アリルヨージド等が例示できる。
また、ヒドロキシアリル化合物としては、2−プロペン−1−オール、3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール、エチレングリコールモノアリルエーテル、プロピレングリコールモノアリルエーテル、2−アリルフェノール、3−アリルフェノール、4−アリルフェノール、4−アリル−2−メトキシフェノール等が例示できる。
ハロアルキルビニルエーテル化合物としては、クロロメチルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、3−クロロプロピルビニルエーテル、4−クロロブチルビニルエーテル、ブロモメチルビニルエーテル、2−ブロモエチルビニルエーテル、3−ブロモプロピルビニルエーテル、4−ブロモブチルビニルエーテル、ヨードメチルビニルエーテル、2−ヨードエチルビニルエーテル、3−ヨードプロピルビニルエーテル、4−ヨードブチルビニルエーテル等が例示できる。
反応させる両化合物(ヒドロキシビニルエーテル化合物とアリルハライド化合物、又はヒドロキシアリル化合物とハロアルキルビニルエーテル化合物)の使用量は、ヒドロキシビニルエーテル化合物又はヒドロキシアリル化合物のOH基1.0モル当量に対して、アリルハライド化合物又はハロアルキルビニルエーテル化合物が、通常1.0〜3.0モルであり、1.0〜1.5モルが好ましい。
塩基性条件に用いる塩基性化合物の例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水素化ナトリウム等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。その使用量は、ヒドロキシビニルエーテル化合物又はヒドロキシアリル化合物のOH基1.0モル当量に対して、通常0.5〜10モル、好ましくは1.0〜3.0モルである。
この時、テトラブチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウム硫酸水素塩、ジシクロヘキシル−18−クラウン−6、ジベンゾ−18−クラウン−6、18−クラウン−6、ポリエチレングリコール400等の相間移動触媒を併用すれば、反応がより促進される。相間移動触媒の使用量は、ヒドロキシビニルエーテル化合物又はヒドロキシアリル化合物のOH基1.0モル当量に対して、通常0.001〜0.2モルであり、0.005〜0.1モルが好ましい。
上記反応は必要に応じて溶媒中で行ってもよい。溶媒の種類は特に限定されないが、具体例としては、トルエン、キシレン、シクロヘキサンのような炭化水素、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンのような非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。
反応温度は通常30〜150℃、好ましくは60〜100℃、反応時間は通常3〜48時間、好ましくは6〜12時間である。反応終了後、反応混合液を室温まで冷却し、濾過で目的物に不溶な塩を取り除いた後、減圧下で蒸留することにより目的物を得ることができる。
[(c)ヒドロシリル化触媒]
本発明で用いられる(c)ヒドロシリル化触媒は、(a)成分中のヒドロシリル基と、(b)成分中のアリル基との反応を促進するものであればよく、白金族金属を含有する白金族金属系触媒が挙げられる。白金族金属とは、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金を意味する。中でも、白金含有触媒が好ましい。白金含有触媒は、任意に担体、例えばシリカゲル又は粉末炭上に堆積させた白金金属、白金含有化合物もしくは錯体が挙げられる。好ましい白金含有触媒としては、米国特許第2823218号明細書に開示されているように、一般的に入手可能な6水和物の形又は無水の形をした塩化白金酸の形のものが好ましい。特に有用な形の塩化白金酸としては、有機ケイ素系に容易に分散する性質を持っている点から、米国特許第3419593号明細書に開示されているような、脂肪族不飽和基を有する有機ケイ素化合物と反応させて得られる組成物が挙げられる。
(c)成分の触媒の量は、(a)成分中のヒドロシリル基と、(b)成分中のアリル基との室温での反応を促進するに十分な量がある限り、特に限定されない。具体的には、本触媒種によって適宜選定されるが、(a)、(b)成分の合計100万質量部当たり、触媒の有効成分(例えば白金)が1〜10質量部という低い量である。
本発明は、(a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサンと、(b)ビニルエーテル化合物とを、((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比が3.0以上で、(c)ヒドロシリル化触媒を用いて反応させる工程を含むものである。上記比は3.0以上であれば特に限定はされないが、好ましくは3.0〜7.0、より好ましくは4.0〜5.0である。このように、仕込み時の(a)成分中のヒドロシリル基に対する(b)成分中のアリル基のモル比を3.0以上とすることで、(b)成分中のアリル基を優先的にオルガノポリシロキサン(a)と反応させている。また、不本意な架橋や無官能性シリコーンの生成をほとんど抑制することができる。架橋や無官能性シリコーンの生成は、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンを使用したカチオン重合において、硬化不良や硬化物の物性不良を引き起こすおそれがある。
(a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサンと、(b)ビニルエーテル化合物との反応温度は、特に限定されるものではないが、25〜150℃が好ましく、70〜100℃がより好ましい。時間は特に限定されないが、例えば、1〜24時間から適宜選定される。
上記反応させる工程後に、過剰の(b)ビニルエーテル化合物を反応液から除く工程を含んでもよい。過剰の(b)ビニルエーテル化合物を除く方法としてはストリッピングが挙げられる。ストリッピングにより揮発性成分を除く方法は、当技術分野で周知の方法を採用することができる。また、ストリッピングにより除いた過剰のビニルエーテル化合物を回収し、(a)成分とのヒドロシリル化反応に再利用することができるため、コスト面においても優れる。
(II)ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサン
本発明における「ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサン」とは、(a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサン成分のヒドロシリル基に、(b)成分のアリル基部分のみが付加し、ビニルエーテル基を有するオルガノポリシロキサンをいう。
(III)重合性組成物
ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンは、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサン単体で重合してもよいし、ビニル基等の上記化合物と重合する基を有する他の化合物(以下、重合性モノマーという)と共重合することもできる。前述の通り、本発明の化合物は、耐熱性、耐候性、撥水性等をより向上した共重合体を与えることができる。
本発明の重合性組成物は、本発明のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンと、必要により他の重合性モノマーと、重合開始剤とを含むものである。
他の重合性モノマーとしては、特にはビニル基を有する化合物が挙げられる。例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メチルプロペニルエーテル、エチルプロペニルエーテル、ブチルプロペニルエーテル、メチルブテニルエーテル、エチルブテニルエーテル、エチレングリコールモノビニルエーテル、ブタンジオールモノビニルエーテル、エチレングリコールブチルビニルエーテル、トリエチレングリコールメチルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル等のビニルエーテル化合物、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルピペリドン、N−ビニルカルバゾール等のN−ビニル化合物、p−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、m−メトキシスチレン、α−メチル−p−メトキシスチレン、α−メチル−m−メトキシスチレン等のスチレン化合物が挙げられる。
また、多官能ビニルエーテル化合物と重合させることもできる。例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等が挙げられる。
本発明のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンと、必要により用いられる他の重合性モノマーとの割合は特に限定されないが、本発明のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンと、他の重合性モノマーとの合計100質量部に対して、本発明のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサン1〜80質量部が好ましく、5〜50質量部がより好ましい。他の重合性モノマーは20〜99質量部が好ましく、50〜95質量部がより好ましい。
重合開始剤としては、カチオン重合を起こしうるものであれば特に制限はないが、通常、光開裂酸が使用される。光開裂酸としては、オニウム塩構造を有する光カチオン重合開始剤がある。例えば、下記一般式(2)で表されるオニウム塩が好ましい。
(R3X+・Y- (2)
(式中、R3は互いに独立に、置換又は非置換の、芳香環炭素原子がEに直接結合している芳香族基及び芳香族複素環基から選ばれる1価の基であり、EはI,S,Se,Pから選ばれる中心元素であり、Y-はBF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、ClO4 -、HSO4 -、B(C654 -から選ばれる非塩基性かつ非求核性の陰イオンであり、Xは、EがIのとき2であり、EがS又はSeのとき3であり、EがPのとき4である。)
上記式(2)において、R3は互いに独立に、置換又は非置換の、芳香環炭素原子がEに直接結合している芳香族基及び芳香族複素環基から選ばれる1価の基である。芳香族基としては、フェニル、ナフチル基のような1価の芳香族基、及び該1価の芳香族基の炭素原子に結合する水素原子の一部がメチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル、デシル、ドデシル基のようなアルキル基、メトキシ、エトキシ、プロポキシ基のようなアルコキシ基、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子、シアノ基、メルカプト、チオフェニル基のような硫黄含有基等から選ばれる基によって置換された基が挙げられる。また、芳香族複素環基としては、ピロール環、ピリジン環、イミダゾール環等が挙げられ、該1価の芳香族複素環基の炭素原子に結合する水素原子の一部が上記芳香族基と同様に置換されていても良い。R3は炭素数8〜20のアルキル基あるいは炭素数1〜10のアルコキシ基で置換された芳香族基であることが、シリコーンに対して溶解性が優れている点から好ましい。
Eは、I,S,Se,Pから選ばれる中心元素であり、特に反応性の高さからI又はSが好ましく、Y-は、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、ClO4 -、HSO4 -、B(C654 -から選ばれる非塩基性かつ非求核性の陰イオンであり、PF6 -、SbF6 -、B(C654 -が好ましい。
式(2)で表されるオニウム塩は、上記R3、E、Y-の組み合わせから選択されるが、溶解性や硬化性の観点から、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロリン酸塩、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムテトラキスペンタフルオロフェニルホウ酸塩が好ましい。
重合開始剤の配合量は、光カチオン重合開始剤としての有効量を添加すればよく、特に限定されるものではない。例えば、硬化速度と経済性の観点から、本発明のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサン及び他の重合性モノマーの合計100質量部に対して0.1〜20質量部が好ましく、0.3〜5質量部がより好ましい。
重合性組成物の製造方法としては、上記の製造方法により得られたビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンと、必要により他の重合性モノマーと、重合開始剤とを混合することにより調製することができる。
(IV)硬化物
重合性組成物を硬化させる場合、例えば、本発明の組成物を各種基材に各種塗布方法によって塗布した後、エネルギー線照射、又はエネルギー線照射及び加熱することによって、共重合させることにより、硬化物(コーティング膜)を得ることができる。カチオン重合に使用されるエネルギー線としては、例えば、光、電子線、X線等の活性エネルギー線が挙げられる。
基材の具体例としては、例えば、紙、ポリカーボネート、アクリル、ABS、ポリエステル、ポリプロピレン等のプラスチック類、鉄、銅、アルミニウム、亜鉛、クロム、スズ等の金属類、ガラス、木材、ゴム、石、コンクリート等が挙げられる。塗布方法の具体例としては、例えば、スピンコート法、スプレー法、静電塗装、ロールコート法、カーテンフローコート法、ハケ塗り、バーコート塗装、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等が挙げられる。
エネルギー線への暴露時間は、エネルギー線の強度、塗膜厚やカチオン重合性物質によるが、通常は0.1〜10秒程度で十分である。また、エネルギー線照射後、0.1〜数分後には、ほとんどの組成物はカチオン重合により指触乾燥するが、カチオン重合を促進するため加熱やサーマルヘッド等による熱エネルギーを併用することも場合によっては好ましい。
ここで、加熱条件としては、50〜150℃にて0.1〜600秒間とすることができる。
上記組成物の硬化物は、シロキサンの特性を有するビニルエーテル系(共)重合体である。すなわち、低皮膚刺激性、低臭気性に加えて耐熱性、耐候性、防汚性等に優れる重合体となる。該重合体は、インキ、塗料、接着剤、コーティング剤、レジスト等の種々の分野で有用である。特に本発明の重合性組成物は、カチオン重合硬化速度が速く、酸素による重合阻害が少ないという利点を有する。
以下、合成例、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[合成例1]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、エチレングリコールモノビニルエーテル200g(分子量88、2.27mol)、粉末状水酸化カリウム152g(分子量56、2.72mol)を仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、滴下ロートを用いてアリルブロミド302g(分子量121、2.50mol)を20分かけて滴下した。滴下終了後、60℃で8時間撹拌した。ここでGC(ガスクロマトグラフィー)にて反応液を分析したところ、原料のエチレングリコールモノビニルエーテルが消失し、反応が完結したことを示した。反応液を室温まで冷却し、濾過で目的物に不溶な塩を取り除いた後、減圧下で蒸留することにより、本発明のビニルエーテル化合物(b)に相当する(b−1)H2C=CHOCH2CH2OCH2CH=CH2を218g(分子量128、1.70mol)得た。これは無色透明液状のもので、GC純度は97%であった。
[合成例2]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、2−アリルフェノール264g(分子量134、1.97mol)、粉末状水酸化カリウム126g(分子量56、2.25mol)を仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、滴下ロートを用いて2−クロロエチルビニルエーテル232g(分子量107、2.17mol)を20分かけて滴下した。滴下終了後、100℃で8時間撹拌した。ここでGCにて反応液を分析したところ、原料の2−アリルフェノールが消失し、反応が完結したことを示した。反応液を室温まで冷却し、濾過で目的物に不溶な塩を取り除いた後、減圧下で蒸留することにより、下記式(3)で表される、本発明のビニルエーテル化合物(b)に相当するビニルエーテル(b−2)を301g(分子量204、1.48mol)得た。これは無色透明液状のもので、GC純度は95%であった。
Figure 2019239782
[実施例1]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)86g(分子量128、0.67mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.14gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−1)1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン50g(分子量223、0.22mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:3.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここで、GCにて反応液を分析したところ、原料の1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンが消失し、過剰のビニルエーテル化合物(b−1)の他、新たに3つの生成物が確認された。反応液を室温まで冷却し、減圧下で蒸留することにより、目的とするビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンDを63g得た。シリコーンDは無色透明液状であった。過剰に仕込んだビニルエーテル化合物(b−1)は回収した。また、蒸留により単離した他成分を分析した結果、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のビニルエーテル基が付加したシリコーンD’、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のアリル基とビニルエーテル基が両方付加したシリコーンD”が生成していることが分かった。GCによる分析の結果、シリコーンD/D’/D”=95/2/3の比率で生成していることが分かった。
[実施例2]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)144g(分子量128、1.11mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.19gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−1)1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン50g(分子量223、0.22mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:5.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここで、GCにて反応液を分析したところ、原料の1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンが消失し、過剰のビニルエーテル化合物(b−1)の他、新たに3つの生成物が確認された。反応液を室温まで冷却し、減圧下で蒸留することにより、目的とするビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンEを65g得た。シリコーンEは無色透明液状であった。過剰に仕込んだビニルエーテル化合物(b−1)は回収した。また、蒸留により単離した他成分を分析した結果、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のビニルエーテル基が付加したシリコーンE’、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のアリル基とビニルエーテル基が両方付加したシリコーンE”が生成していることが分かった。GCによる分析の結果、シリコーンE/E’/E”=96/2/2の比率で生成していることが分かった。
[実施例3]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)89g(分子量128、0.69mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.14gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−2)下記式(4)で表されるオルガノポリシロキサン50g(SiH:0.14mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:5.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここで1H−NMRにより、ヒドロシリル基のピーク(4.6〜4.8ppm)が消失し、シルエチレンの新たなピーク(0.5〜0.7ppm)が生成したことで、反応の進行を確認した。その後、反応液を室温まで冷却し、ストリッピングで過剰のビニルエーテル化合物(b−1)を留去・回収した。活性炭で処理した後、濾過を行うことにより、目的とするビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンFを62g得た。シリコーンFは無色透明液状であった。GPCにて分析したところ、架橋による高分子量体の生成は確認されなかった。
Figure 2019239782
[実施例4]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)40g(分子量128、0.31mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.09gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−3)下記式(5)で表されるオルガノポリシロキサン(但し、各シロキサン単位の結合順序は、下記に制限されるものではない。)50g(SiH:0.06mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:5.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここで1H−NMRにより、ヒドロシリル基のピーク(4.6〜4.8ppm)が消失し、シルエチレンの新たなピーク(0.5〜0.7ppm)が生成したことで、反応の進行を確認した。その後、反応液を室温まで冷却し、ストリッピングで過剰のビニルエーテル化合物(b−1)を留去・回収した。活性炭で処理した後、濾過を行うことにより、目的とするビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンGを40g得た。シリコーンGは無色透明液状であった。GPCにて分析したところ、架橋による高分子量体の生成は確認されなかった。
Figure 2019239782
[実施例5]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例2のビニルエーテル化合物(b−2)142g(分子量204、0.69mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.19gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−2)下記式(4)で表されるオルガノポリシロキサン50g(SiH:0.14mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:5.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここで1H−NMRにより、ヒドロシリル基のピーク(4.6〜4.8ppm)が消失し、シルエチレンの新たなピーク(0.5〜0.7ppm)が生成したことで、反応の進行を確認した。その後、反応液を室温まで冷却し、ストリッピングで過剰のビニルエーテル化合物(b−2)を留去・回収した。活性炭で処理した後、濾過を行うことにより、目的とするビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンHを68g得た。シリコーンHは無色透明液状であった。GPCにて分析したところ、架橋による高分子量体の生成は確認されなかった。
Figure 2019239782
[実施例6]
実施例1で得られたシリコーンDを3g、ジエチレングリコールジビニルエーテルを7g、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩を0.1g混合し、得られた重合性組成物の硬化試験を行った。結果を表1に示した。
[実施例7]
実施例3で得られたシリコーンFを10g、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩を0.1g混合し、得られた重合性組成物の硬化試験を行った。結果を表1に示した。
[実施例8]
実施例4で得られたシリコーンGを10g、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩を0.1g混合し、得られた重合性組成物の硬化試験を行った。結果を表1に示した。
[実施例9]
実施例5で得られたシリコーンHを10g、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩を0.1g混合し、得られた重合性組成物の硬化試験を行った。結果を表1に示した。
[比較例1]
撹拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)29g(分子量128、0.22mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.08gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−1)1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン50g(分子量223、0.22mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:1.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここでGCにて反応液を分析したところ、原料の1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンが消失し、過剰のビニルエーテル化合物(b−1)の他、新たに3つの生成物が確認された。反応液を室温まで冷却し、減圧下で蒸留することにより、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンIを43g得た。シリコーンIは無色透明液状であった。また、蒸留により単離した他成分を分析した結果、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のビニルエーテル基が付加したシリコーンI’、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のアリル基とビニルエーテル基が両方付加したシリコーンI”が生成していることが分かった。GCによる分析の結果、シリコーンI/I’/I”=68/8/24の比率で生成しており、シロキサン鎖間をビニル化合物で架橋したものの割合が非常に多くなることが分かった。
[比較例2]
撹拌装置、温度計、還流冷却器、滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)58g(分子量128、0.44mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.11gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−1)1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン50g(分子量223、0.22mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:2.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここでGCにて反応液を分析したところ、原料の1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンが消失し、過剰のビニルエーテル化合物(b−1)の他、新たに3つの生成物が確認された。反応液を室温まで冷却し、減圧下で蒸留することにより、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンJを51g得た。シリコーンJは無色透明液状であった。また、蒸留により単離した他成分を分析した結果、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のビニルエーテル基が付加したシリコーンJ’、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンにビニルエーテル化合物(b−1)中のアリル基とビニルエーテル基が両方付加したシリコーンJ”が生成していることが分かった。GCによる分析の結果、シリコーンJ/J’/J”=86/4/10の比率で生成しており、シロキサン鎖間をビニル化合物で架橋したものの割合が多くなることが分かった。
[比較例3]
撹拌装置、温度計、還流冷却器、滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)18g(分子量128、0.14mol)、白金触媒(白金0.5質量%含有トルエン溶液)0.07gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−2)下記式(4)で表されるオルガノポリシロキサン50g(SiH:0.14mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:1.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここで1H−NMRにより、ヒドロシリル基のピーク(4.6〜4.8ppm)が消失し、シルエチレンの新たなピーク(0.5〜0.7ppm)が生成したことで、反応の進行を確認した。その後、反応液を室温まで冷却し、ストリッピングで過剰のビニルエーテル化合物(b−1)を留去した。活性炭で処理した後、濾過を行うことによりビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンKを56g得た。シリコーンKは無色透明液状であった。GPCにて分析したところ、一部架橋が起こり高分子量化していることが分かった。
Figure 2019239782
[比較例4]
撹拌装置、温度計、還流冷却器、滴下ロートを取り付けた4つ口フラスコに、合成例1のビニルエーテル化合物(b−1)36g(分子量128、0.28mol)、白金触媒の0.5質量%トルエン溶液0.09gを仕込んだ。この混合物を含むフラスコ内を窒素置換した後、100℃まで昇温し、滴下ロートを用いて25℃において液体である(a−2)下記式(4)で表されるオルガノポリシロキサン50g(SiH:0.14mol)を10分かけて滴下した((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比:2.0)。滴下終了後、100℃で4時間撹拌した。ここで1H−NMRにより、ヒドロシリル基のピーク(4.6〜4.8ppm)が消失し、シルエチレンの新たなピーク(0.5〜0.7ppm)が生成したことで、反応の進行を確認した。その後、反応液を室温まで冷却し、ストリッピングで過剰のビニルエーテル化合物(b−1)を留去した。活性炭で処理した後、濾過を行うことによりビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンに相当するシリコーンLを59g得た。シリコーンLは無色透明液状であった。GPCにて分析したところ、一部架橋が起こり高分子量化していることが分かった。
Figure 2019239782
[比較例5]
比較例3で得られたシリコーンKを10g、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩を0.1g混合し、得られた重合性組成物の硬化試験を行った。結果を表1に示した。
[比較例6]
比較例4で得られたシリコーンLを10g、ビス[4−n−アルキル(C10〜C13)フェニル]ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩を0.1g混合し、得られた重合性組成物の硬化試験を行った。結果を表1に示した。
[比較例7]
下記式(6)で表される両末端メタクリル官能性オルガノポリシロキサンを10g、IRGACURE 1173(BASF社製、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン)を0.5g混合し、得られた重合性組成物の硬化試験を行った。結果を表1に示した。
Figure 2019239782
上記合成例、実施例及び比較例の各種物性の測定及び評価は以下の方法で行った。
(1)化合物物性の測定方法
(1.1)GC分析
GCは下記条件で測定した。
ガスクロマトグラフ:7890A GCシステム(Agilent社製)、
検出器:FID、温度300℃
キャピラリーカラム:DB−5MS 0.53mm×30m×1μm(J&W社製)
(1.2)1H−NMR分析
AVANCE−III 400MHz(BRUKER製)を用い、測定溶媒として重クロロホルムを用いて測定した。
(1.3)GPC分析
所定質量の試料をTHFで0.3質量%濃度に希釈して、標準ポリスチレンにより分子量を更正した液体クロマトグラフィーHLLC−8220GPC(東ソー社製)を用いて測定した。
(2)硬化皮膜物性の測定方法
(2.1)硬化皮膜外観と硬化性
上記実施例、比較例にて作製した重合性組成物をガラス板上にバーコーターNo.9を用いて塗布後、メタルハライドランプで1,000mJ/cm2紫外線照射し、得られた硬化皮膜外観(皮膜透明性)を目視にて観察した。同様に窒素置換BOXを用いて、窒素雰囲気下での硬化皮膜評価も行った。硬化の状態は指で触診することで評価し、タックがないものを硬化性○、タックがあるものを硬化性×とした。
Figure 2019239782
表1の結果より、本発明の重合性組成物(実施例6〜9)は、硬化皮膜が透明で、空気雰囲気下及び窒素雰囲気下にて紫外線硬化性に優れることが分かった。

Claims (7)

  1. (a)ヒドロシリル基を有するオルガノポリシロキサンと、
    (b)H2C=CHOCH2CH=CH2及びH2C=CHOR1CH2CH=CH2(R1は炭素原子数1〜20の2価の炭化水素基であり、酸素原子を含んでいてもよい。)
    から選ばれる1種以上のビニルエーテル化合物とを、
    ((b)成分中のアリル基/(a)成分中のヒドロシリル基)のモル比が3.0以上の量で、
    (c)ヒドロシリル化触媒を用いて反応させる工程を含む、ビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
  2. 上記反応させる工程後に、過剰の(b)ビニルエーテル化合物を反応液から除く工程を含む請求項1記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
  3. (a)成分が、下記平均組成式(1)
    (R2 3SiO1/2a(R2 2SiO2/2b(R2SiO3/2c(SiO4/2d
    (1)
    (式中、R2は同一又は異種の、水素原子又は炭素原子数1〜4の1価の炭化水素基であり、炭化水素基は酸素原子を含んでいてもよい。a、b、c及びdは0又は正数であり、a+b+c+d=1〜100を満たす。但し、1分子あたり1個以上のR2は水素原子である。)
    で表され、25℃において液体である請求項1又は2記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
  4. (b)成分が、H2C=CHOCH2CH=CH2、H2C=CHOCH2CH2OCH2CH=CH2及びH2C=CHOCH2CH2OC64CH2CH=CH2から選ばれる1種以上のビニルエーテル化合物である請求項1〜3のいずれか1項記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
  5. (c)成分が、白金族金属系触媒である請求項1〜4のいずれか1項記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項記載のビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法によって得られるビニルエーテル官能性オルガノポリシロキサンと、重合開始剤とを含む重合性組成物。
  7. 請求項6記載の重合性組成物を硬化して得られる硬化物。
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