WO2014207885A1 - シリコンオリゴマーおよびその製造方法 - Google Patents
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- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
Definitions
- the present invention relates to a novel silicon oligomer, and more particularly to a novel silicon oligomer and a method for producing the same.
- Non-patent Document 1 A number of methods have been reported so far in which a film is formed using a condensate of water and tetraalkoxysilane and an inorganic-organic hybrid coating is applied to a member to be treated.
- the coating liquid containing the condensate has a problem in stability, and the hydrolysis progresses with time, so that the sol-gel property cannot be maintained.
- An object of the present invention is to provide a silicon oligomer having a novel function, which is not found in a conventional condensate of water and tetraalkoxysilane, which can solve the above problems.
- the present inventors have discovered that a novel interfacial distance between silicon atoms is long by reacting a tetraalkoxysilane having a specific structure with a dihydric alcohol having a specific structure. It has been found that a silicon oligomer can be obtained. Further, the present invention has been completed by finding that when a member to be treated is treated with a coating agent using this silicon oligomer, corrosion resistance and functionality can be imparted.
- the present invention includes the following (1) to (6).
- (1) General formula (I) (Wherein R 1 to R 10 are each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a hydroxyalkyl group, and X 1 to X 3 are each independently represented by the following general formula (II): (However, A is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms which may be branched, and l is an integer of 1 to 3) Wherein n is 0 or 1, m is an integer of 1 to 3 when n is 0, and 1 when n is 1) Silicon oligomer represented by (2) A polymerizable product obtained by heat-treating the silicon oligomer.
- the silicon oligomer of the present invention is superior in hydrolyzability in the presence of water compared to conventional silicon oligomers.
- the method for producing a silicon oligomer of the present invention does not require separation / purification / operation, and can obtain an oligomer simply and with good reproducibility.
- the coating agent containing the silicon oligomer of the present invention is an assembly process as a water-soluble coating, and is excellent in handleability.
- the member to be treated is treated with the coating agent containing the silicon oligomer of the present invention, it is possible to impart functionality such as corrosion resistance and a high friction coefficient to the member to be treated.
- the silicon oligomer of the present invention is a silicon oligomer represented by the following general formula (I).
- R 1 to R 10 are each independently an alkyl group or a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, preferably an alkyl group or a hydroxyalkyl group having 2 carbon atoms, more preferably Is a hydroxyalkyl group having 2 carbon atoms.
- X 1 to X 3 are each independently represented by the following general formula (II).
- A is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms which may be branched, preferably an ethylene group, a propylene group or a butylene group, and more preferably an ethylene group.
- L is an integer of 1 to 3, preferably 1.
- n is 0 or 1
- m is an integer of 1 to 3 when n is 0, 1 when n is 1, preferably n is 0, m is 1.
- Particularly preferred embodiments of the silicon oligomer of the present invention include those represented by the following general formula (V).
- R 15 to R 20 are each independently an ethyl group or a hydroxyethyl group, preferably all of them are an ethyl group or a hydroxyethyl group.
- the method for producing the silicon oligomer of the present invention (hereinafter referred to as “the process of the present invention”) is not particularly limited.
- a tetraalkoxysilane represented by the following general formula (IV) Can be obtained by reacting in the presence of a metal catalyst, acid or alkali, preferably in the presence of a metal catalyst.
- a solid resin catalyst or the like conventionally used for the polymerization reaction of tetraalkoxysilane is used, it is difficult to control the polymerization reaction, and thus the silicon oligomer represented by the general formula (I) cannot be obtained.
- R 11 to R 14 are each independently an alkyl group or hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, preferably an alkyl group or hydroxy group having 2 carbon atoms.
- the tetraalkoxysilane represented by general formula (III) may use 1 type (s) or 2 or more types.
- B is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms which may be branched, preferably an alkylene group having 2 carbon atoms, and k is 1 It is an integer of ⁇ 3, preferably 1.
- Specific examples of the dihydric alcohol represented by the general formula (IV) include ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, and triethylene glycol. Among these, ethylene glycol, propylene glycol, and butylene glycol are preferable. .
- the dihydric alcohol represented by general formula (IV) may use 1 type (s) or 2 or more types.
- the metal catalyst to be present in the above reaction is not particularly limited as long as it contains a metal having a catalytic action, and includes, for example, aluminum, cobalt, titanium, zinc, molybdenum, tin and the like.
- the thing is mentioned, Preferably the thing containing aluminum, cobalt, and titanium is mentioned.
- Specific examples of the metal catalyst include aluminum salts such as aluminum chloride, cobalt salts such as cobalt chloride, titanium salts such as titanium chloride, and the like, preferably aluminum chloride. These metal catalysts may be used alone or in combination of two or more. In addition, these metal catalysts are made to exist in the state dissolved in the dihydric alcohol represented by general formula (IV) in the system in the case of the said reaction.
- examples of the acid present during the reaction include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid. These acids are present in the system in the state of being dissolved in the dihydric alcohol represented by the general formula (IV) in the reaction.
- the mixture is heated to the reaction temperature while stirring.
- the represented tetraalkoxysilane is added and allowed to react.
- the reaction temperature is 25 to 150 ° C., preferably 30 to 70 ° C.
- the reaction time is 30 minutes to 8 hours, preferably 2 hours to 4 hours.
- the tetraalkoxysilane represented by the general formula (III) and the dihydric alcohol represented by the general formula (IV) have a molar ratio of 4: 1 to 1: 4, preferably 1: 2. It is important to react at ⁇ 1: 4.
- the dihydric alcohol represented by the general formula (IV) is taken in between the tetraalkoxysilane and the tetraalkoxysilane, and the distance between the silicon atoms is increased.
- the silicon oligomer of the present invention thus obtained can be identified by a known method such as 1 HNMR, 29 SiNMR, IR, MASS. Specifically, it can be identified by 1 HNMR and 29 SiNMR.
- the silicon oligomer of the present invention is a polymerizable substance that is polymerized by heating or the like to obtain a polymerizable product.
- the silicon oligomer of the present invention has a property of being dissolved in a solvent such as water, isopropyl alcohol, and ethyl cellosolve, and a mixed solvent thereof.
- the silicon oligomer of the present invention can be stably stored even in the presence of water when diluted with a glycol solvent such as polyethylene glycol or ethyl cellosolve.
- a glycol solvent such as polyethylene glycol or ethyl cellosolve.
- polyethylene glycol 200 to 1000, preferably polyethylene glycol 200, as a glycol solvent it can be stably stored for a long time even in the presence of moisture.
- the silicon oligomer of the present invention has the above-mentioned properties, and can be used for applications such as a surface treatment agent similarly to conventionally known silicon oligomers.
- the silicon oligomer of the present invention is heated as it is, a polymerizable product can be obtained and a flexible film can be formed. Therefore, the silicon oligomer of the present invention is preferably used as a coating agent, particularly a fastening member coating agent, utilizing this property.
- the coating agent containing the silicon oligomer of the present invention (hereinafter referred to as “the coating agent of the present invention”) is not particularly limited as long as it contains the silicon oligomer of the present invention.
- the coating agent of the present invention can be added to a conventionally known coating agent.
- One or two or more selected from the group consisting of a resin, a colorant, a friction coefficient modifier, and a film thickener may be contained.
- Such a coating agent can be prepared by appropriately stirring and mixing the above components.
- the resin used in the coating agent of the present invention is not particularly limited as long as it is soluble or dispersible in the coating agent, and examples thereof include acrylic resins, urethane resins, phenol resins, and epoxy resins.
- acrylic resins are preferable, methacrylic acid alkyl ester copolymers, colloidal silica / acrylic composites, ethylene / acrylic acid copolymer ammonium salts are more preferable, and methacrylic acid alkyl ester copolymers. Is particularly preferred.
- These resins can be used alone or in combination of two or more. These resins are blended in the coating agent in an amount of 0.1 to 50%, preferably 1 to 20%.
- the colorant used in the coating agent of the present invention is not particularly limited as long as it is soluble or dispersible in the coating agent, and examples thereof include dye-based colorants and pigment-based colorants. These colorants can be used alone or in combination of two or more. These colorants are blended in the coating agent in an amount of 0.1 to 50%, preferably 1 to 30%.
- the friction coefficient adjusting agent used in the coating agent of the present invention is not particularly limited as long as it is soluble or dispersed in the coating agent.
- polyolefin compounds such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) and fluorine compounds such as tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
- These friction coefficient modifiers can be used alone or in combination of two or more.
- These friction coefficient adjusting agents are blended in the coating agent in an amount of 0.1 to 10%, preferably 0.5 to 5%.
- the film thickener used in the coating agent of the present invention is not particularly limited as long as it is soluble or dispersed in the coating agent, and examples thereof include colloidal silica and fumed silica. These film thickeners can be used alone or in combination of two or more. These film thickeners are blended in the coating agent in an amount of 0.1 to 20%, preferably 1 to 10%.
- ком ⁇ онент such as a functionality-imparting agent may be added to the coating agent of the present invention in an amount that does not impair the effects of the present invention.
- the surface treatment of the member to be treated can be performed.
- the surface of the member to be treated may be formed of metal and resin, and there is no problem even if the inside is composed of any material. Further, the shape of the member to be processed is not particularly limited.
- Examples of the member to be treated that can be treated with the coating agent of the present invention include those in which the surface of the member to be treated is formed by the following (a) to (d), preferably (b).
- the treatment of the member to be treated with the coating agent of the present invention may be the same as a conventionally known method for treating the coating agent.
- the member to be treated is immersed in the coating agent of the present invention or the member to be treated is treated with the coating agent of the present invention. If necessary, heating or the like may be performed.
- a dip and spin method is preferable.
- the coating agent of the present invention is specifically sprayed on the member to be treated, for example, a spray coating method is preferable.
- the heating may be performed at a temperature higher than the film forming temperature, for example, 80 ° C. or more, preferably 100 to 200 ° C.
- the member to be treated may be treated again with the coating agent after heating and heated to form a laminated structure.
- the product which surface-treated with the coating agent of this invention obtained is provided with corrosion resistance and functionality. Therefore, it can use suitably for uses, such as a fastening member.
- corrosion resistance refers to corrosion resistance
- functionality refers to friction coefficient adjustment.
- the corrosion resistance means that a salt spray test is performed according to JIS Z 2371, and the white rust generation area is 7% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less.
- the friction coefficient adjustment means that variation in the friction coefficient of the coating is suppressed.
- Example 1 Preparation of silicon oligomer: 1.8 g of aluminum chloride hexahydrate was added to 336 g (5.4 mol) of ethylene glycol, and this was heated to 50 ° C. with a mantle heater while stirring, and 564 g of tetraethoxysilane (TEOS) (2 0.7 mol) was mixed and the alcohol produced during the substitution reaction was allowed to react for 2 hours without fractional distillation. The temperature during the reaction was 50 ° C. or lower. In addition, TEOS and ethylene glycol were not mixed before the reaction and two layers were separated, but after the reaction, TEOS was completely reacted, so that a single layer was formed. From this, it was found that the reaction rate of TEOS was 100%.
- TEOS tetraethoxysilane
- R 1 to R 10 are ethyl groups
- X 1 to X 3 are groups represented by general formula (II)
- m is an integer of 1 to 3 when n is 0, 1 when n is 1
- A is an ethylene group
- l is 1 It is.
- Example 2 Preparation of silicon oligomer: In Example 1, a silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of ethylene glycol was 83.9 g (1.35 mol).
- Example 2 it was found that the same structure as in Example 1 was obtained although the yield was low because the supernatant was separated and baked to form a film.
- Example 3 Preparation of silicon oligomer: In Example 1, a silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of ethylene glycol was 177.8 g (2.7 mol).
- Example 2 it was found that the same structure as in Example 1 was obtained although the yield was low because the supernatant was separated and baked to form a film.
- Example 4 Preparation of silicon oligomer: In Example 1, a silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of aluminum chloride hexahydrate was 18 g.
- Example 5 Preparation of silicon oligomer: A silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.8 g of aluminum chloride hexahydrate was changed to 0.93 g of cobalt chloride hexahydrate in Example 1.
- Example 6 Preparation of silicon oligomer: A silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1.8 g of aluminum chloride hexahydrate was changed to 0.64 g of titanium trichloride.
- Example 7 Preparation of silicon oligomer: A silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1.8 g of aluminum chloride hexahydrate was changed to 0.8 g of hydrochloric acid.
- Example 1 Preparation of silicon oligomer: In Example 1, a silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol was changed to 336 g of water.
- Test example 1 Stability test Diluted solution diluted with ethyl cellosolve so that the silicon oligomer prepared in Examples 1, 4 to 7 or Comparative Example 1 becomes 10%, or various model numbers so that the silicon oligomer prepared in Example 1 becomes 10%.
- a diluted solution diluted with polyethylene glycol was prepared. Further, each of these diluted solutions diluted twice with water was used as a test solution (silicon oligomer was 5%).
- Each of these test solutions was placed in a glass container and stored at room temperature. After storage, it was observed daily until changes occurred. The observation results are shown in Table 1.
- the silicon oligomer of the present invention is superior in liquid stability as compared with oligomers obtained from general TEOS hydrolysis. It has also been found that the stability is further improved by diluting the silicon oligomer of the present invention with a glycol solvent.
- Test example 2 Film formation test: Diluted solution diluted with ethyl cellosolve so that the silicon oligomer prepared in Examples 1, 4 to 7 or Comparative Example 1 becomes 10%, or various model numbers so that the silicon oligomer prepared in Example 1 becomes 10%.
- Diluted solutions diluted with polyethylene glycol were applied to known M8 bolts that had been subjected to known trivalent chromium chemical conversion treatment after galvanizing, and each was fired at 180 ° C. for 20 minutes. After firing, the appearance (film formability) of the obtained film was freely evaluated. The results are shown in Table 2.
- the silicon oligomer of the present invention was superior in film formability compared with the oligomer obtained from hydrolysis of general TEOS.
- Test example 3 Corrosion resistance test Commercially available bolts were galvanized and then subjected to chemical conversion treatment (Trivalent 1200: manufactured by JCU). The bolts were diluted with ethyl cellosolve so that the silicon oligomer prepared in Examples 1, 4 to 7 or Comparative Example 1 was 10%, or the silicon oligomer prepared in Example 1 was 10%. After immersing and centrifuging in diluted solutions diluted with various types of polyethylene glycol, each was fired at 180 ° C. for 20 minutes. These bolts were subjected to a salt spray test for 240 hours. The salt spray test was performed according to JIS Z 2371. After the salt spray test, the area where white rust was generated on the bolt was visually measured. The results are shown in Table 3.
- the oligomer polymer obtained by hydrolysis of general TEOS showed corrosion from the cracks that were generated.
- the polymer of the silicon oligomer of the present invention was found to have a high antirust effect. Moreover, it turned out that high corrosion resistance is acquired, so that the density
- Example 8 Preparation of coating agent: The silicon oligomer prepared in Example 1 was dissolved in a methacrylic acid alkyl ester copolymer (Nigazole PK8012P: manufactured by Nippon Carbide Industries Co., Ltd.) so as to be 3% to prepare a coating agent.
- a methacrylic acid alkyl ester copolymer (Nigazole PK8012P: manufactured by Nippon Carbide Industries Co., Ltd.) so as to be 3% to prepare a coating agent.
- Example 9 Preparation of coating agent: The silicon oligomer prepared in Example 1 was dissolved in a colloidal silica / acrylic composite (New Coat PM-3101-01: manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) so as to be 3% to prepare a coating agent.
- a colloidal silica / acrylic composite New Coat PM-3101-01: manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.
- Example 10 Preparation of coating agent: The silicon oligomer prepared in Example 1 was dissolved in ethylene / acrylic acid copolymer ammonium salt (Zyxen N: manufactured by Sumitomo Seika) so as to be 3% to prepare a coating agent.
- ethylene / acrylic acid copolymer ammonium salt Zyxen N: manufactured by Sumitomo Seika
- Test example 4 Stability test The coating agents prepared in Examples 8 to 10 were put in a glass container and stored at room temperature. After storage, it was observed daily until changes occurred. The observation results are shown in Table 4.
- Example 11 Preparation of coating agent: In water, the silicon oligomer prepared in Example 1 was 3%, the methacrylic acid alkyl ester copolymer (Nigazole PK8012P: manufactured by Nippon Carbide Industries) was 7%, polyethylene glycol 200 was 1%, and isopropyl alcohol was 20%. Thus, a coating agent was prepared by dissolution.
- Example 12 Preparation of coating agent: In water, 3% of the silicon oligomer prepared in Example 1, 7% of colloidal silica / acrylic composite (New Coat PM-3101-01: Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), 1% of polyethylene glycol 200 and isopropyl alcohol A coating agent was prepared by dissolving to 20%.
- Example 13 Preparation of coating agent: In water, 3% of the silicon oligomer prepared in Example 1, 7% of ethylene / acrylic acid copolymer ammonium salt (Zyxen N: manufactured by Sumitomo Seika), 1% of polyethylene glycol 200 and 20% of isopropyl alcohol The coating agent was prepared by dissolving.
- Test example 5 Film formation test: The coating agents prepared in Examples 11 to 13 were respectively applied to SUS304 test pieces (1 dm 2 ), which were baked at 180 ° C. for 20 minutes. After firing, the appearance (film formability) of the obtained film was freely evaluated. For comparison, a similar test was performed using a coating agent containing only a methacrylic acid alkyl ester copolymer, which is a resin component of the coating agent. The results are shown in Table 5.
- Test example 6 Fastening member evaluation: (1) Coating Zinc plating was performed on a commercially available flanged bolt, and then chemical conversion treatment (Trivalent 1200: manufactured by JCU) was performed. This bolt was immersed in the coating agent prepared in Example 11, centrifuged, and then fired at 180 ° C. for 20 minutes. For comparison, a bolt without a coating agent and a bolt coated only with a methacrylic acid alkyl ester copolymer which is a resin component of the coating agent prepared in Example 11 were prepared.
- Test screw Bolt with flange Test speed: 3-10rpm
- Tightening method Specified axial force method
- the coating agent with no coating agent and only the resin component has remarkably poor corrosion resistance, but the coating agent used in combination with the resin component and the silicon oligomer of the present invention shows a marked improvement in corrosion resistance. Further, the coating agent used in combination with the resin component and the silicon oligomer of the present invention has suppressed variation in the friction coefficient.
- Test example 7 Extendability confirmation test: Commercially available flanged bolts were galvanized and then subjected to chemical conversion treatment (Trivalent 1200: manufactured by JCU). The bolt was diluted with ethyl cellosolve so that the silicon oligomer prepared in Example 4 had a solid content of 20% or the coating agent prepared in Example 11, and each was immersed and centrifuged. Baked at 20 ° C. for 20 minutes. These bolts were subjected to a tightening test using the friction coefficient measuring apparatus (manufactured by Iwata Iron Works) used in Test Example 6 (3), and the coating state of the contact portion between the flange and the bearing surface after tightening was visually evaluated.
- the friction coefficient measuring apparatus manufactured by Iwata Iron Works
- the coating film was crushed during tightening. On the other hand, it was found that the coating film was not crushed by using the coating agents of Example 4 and Example 11.
- Example 12 Preparation of silicon oligomer:
- a silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol was changed to 810.9 g (5.4 mol) of triethylene glycol.
- TEOS and triethylene glycol were not mixed before the reaction and two layers were separated, but after the reaction, TEOS was completely reacted, so that it became a single layer. From this, it was found that the reaction rate of TEOS was 100%. Moreover, since it formed into a film by baking, it was thought that it was a polymerizable product like Example 1.
- the structure of the obtained silicon oligomer is that in general formula (I), R 1 to R 10 are ethyl groups, X 1 to X 3 are groups represented by general formula (II), and n is 0 or 1 and m is an integer of 1 to 3 when n is 0, 1 when n is 1, and in the general formula (II), A is an ethylene group and l is 3.
- Example 13 Preparation of silicon oligomer: A silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol was changed to 486.6 g (5.4 mol) of ethylene glycol. In the obtained silicon oligomer, TEOS and 1,3-butylene glycol were not mixed before the reaction and the two layers were separated, but after the reaction, TEOS was completely reacted to form a single layer. From this, it was found that the reaction rate of TEOS was 100%. Moreover, since it formed into a film by baking, it was thought that it was a polymerizable product similarly to Example 1. FIG.
- the structure of the obtained silicon oligomer is that in general formula (I), R 1 to R 10 are ethyl groups, X 1 to X 3 are groups represented by general formula (II), and n is 0 or 1 and m is an integer of 1 to 3 when n is 0, 1 when n is 1, and in general formula (II), A is a methylpropylene group and 1 is 1. .
- Example 14 Preparation of silicon oligomer:
- a silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1, except that tetraethoxysilane was changed to 411.1 g (2.7 mol) of tetramethoxysilane.
- tetraethoxysilane was changed to 411.1 g (2.7 mol) of tetramethoxysilane.
- tetramethoxysilane and ethylene glycol were not mixed before the reaction, and two layers were separated.
- TEOS was completely reacted to form a single layer. From this, it was found that the reaction rate of tetramethoxysilane was 100%.
- it formed into a film by baking it was thought that it was a polymerizable product like Example 1.
- the structure of the obtained silicon oligomer is that in general formula (I), R 1 to R 10 are methyl groups, X 1 to X 3 are groups represented by general formula (II), and n is 0 or 1 and m is an integer of 1 to 3 when n is 0, and 1 when n is 1, and in general formula (II), A is an ethylene group and 1 is 1.
- Example 15 Preparation of silicon oligomer:
- a silicon oligomer was prepared in the same manner as in Example 1 except that tetrabutoxysilane was changed to 865.5 g (2.7 mol) of tetrabutoxysilane.
- the resulting silicon oligomer was not mixed with tetrabutoxysilane and ethylene glycol, and was separated into two layers, but after the reaction, TEOS was completely reacted to form a single layer. From this, it was found that the reaction rate of tetrabutoxysilane was 100%.
- it formed into a film by baking it was thought that it was a polymerizable product like Example 1.
- the structure of the obtained silicon oligomer is that in general formula (I), R 1 to R 10 are butyl groups, X 1 to X 3 are groups represented by general formula (II), and n is 0 or 1 and m is an integer of 1 to 3 when n is 0, and 1 when n is 1, and in general formula (II), A is an ethylene group and 1 is 1.
- the silicon oligomer of the present invention can be used for applications such as a surface treatment agent in the same manner as conventionally known silicon oligomers.
- the silicon oligomer of the present invention when used as a coating agent, a flexible film can be formed, so that it can be suitably used for coating fastening members and the like.
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Abstract
従来の水とテトラアルコキシシランの縮合物にはない、新規な機能を有するシリコンオリゴマーを提供することを目的とし、次の一般式（I）（ただし、Ｒ１～Ｒ１０はそれぞれ独立して炭素数１～４のアルキル基またはヒドロキシアルキル基であり、Ｘ１～Ｘ３はそれぞれ独立して次の一般式（II）（ただし、Ａは炭素数２～４の分岐していてもよいアルキレン基であり、ｌは１～３の整数である）で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１である）で表されるシリコンオリゴマーおよびその製造方法を提供する。
Description
本発明は、新規なシリコンオリゴマーに関し、更に詳細には、新規なシリコンオリゴマーおよびその製造方法に関する。
これまで水とテトラアルコキシシランの縮合物を用いて膜を形成させ、被処理部材に無機有機ハイブリッドコーティングする方法が多数報告されている（非特許文献１）。
しかし、上記縮合物は、シリコン原子間の極間距離が短いため、塗布・加熱処理後に得られる膜が固くなってしまうという問題があり、特に締結部材にこの膜を設ける場合には、耐食性と同時に摩擦係数等の機能性に対応することは困難であった。
また、上記縮合物を含有するコーティング液は安定性に問題があり、経時変化で加水分解が進行してしまい、ゾル－ゲル性状を保てない等の問題があった。
岩元和敏ら、「ゾルゲル法による無機・有機複合材料の機能化」、生産研究、４２巻、８号、４６６頁～４７３頁、１９９０年
本発明の課題は、上記の問題点を解決し得る、従来の水とテトラアルコキシシランの縮合物にはない、新規な機能を有するシリコンオリゴマーを提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の構造のテトラアルコキシシランと、特定の構造の２価アルコールを反応させることによりシリコン原子間の極間距離が長い新規のシリコンオリゴマーが得られることを見出した。また、このシリコンオリゴマーを利用したコーティング剤で被処理部材を処理すると、耐食性と機能性を付与できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の（１）～（６）である。
（１）一般式（I）
（ただし、Ｒ１～Ｒ１０はそれぞれ独立して炭素数１～４のアルキル基またはヒ ドロキシアルキル基であり、Ｘ１～Ｘ３はそれぞれ独立して次の一般式（II）
（ただし、Ａは炭素数２～４の分岐していてもよいアルキレン基であり、 ｌは１～３の整数である）
で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３ の整数であり、ｎが１のときは１である）
で表されるシリコンオリゴマー。
（２）上記シリコンオリゴマーを加熱処理して得られる重合性生成物。
（３） 次の一般式（III）
（ただし、Ｒ１１～１４はそれぞれ独立して炭素数１～４のアルキル基または ヒドロキシアルキル基である）
で表されるテトラアルコキシシランと、次の一般式（IV）
（ただし、Ｂは炭素数２～４の分岐していてもよいアルキレン基であり、 ｋは１～３の整数である）
で表される２価アルコールを、金属触媒、酸またはアルカリの存在下で反応させることを特徴とする上記シリコンオリゴマーの製造方法。
（４）上記シリコンオリゴマーを含有するコーティング剤。
（５）被処理部材を、上記コーティング剤で処理することを特徴とする表面処理方法。
（６）被処理部材を、上記コーティング剤で処理することにより得られる表面処理製品。
（１）一般式（I）
で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３ の整数であり、ｎが１のときは１である）
で表されるシリコンオリゴマー。
（２）上記シリコンオリゴマーを加熱処理して得られる重合性生成物。
（３） 次の一般式（III）
で表されるテトラアルコキシシランと、次の一般式（IV）
で表される２価アルコールを、金属触媒、酸またはアルカリの存在下で反応させることを特徴とする上記シリコンオリゴマーの製造方法。
（４）上記シリコンオリゴマーを含有するコーティング剤。
（５）被処理部材を、上記コーティング剤で処理することを特徴とする表面処理方法。
（６）被処理部材を、上記コーティング剤で処理することにより得られる表面処理製品。
本発明のシリコンオリゴマーは、従来のシリコンオリゴマーと比べて水共存下での対加水分解性に優れている。
また、本発明のシリコンオリゴマーの製造方法は、分離精製・操作が不要であり、簡便かつ再現性良くオリゴマーを得ることができる方法である。
更に、本発明のシリコンオリゴマーを含有するコーティング剤は、原料オリゴマーそのものが水を含む溶媒に溶解することができるため、水溶性コーティングとしての組み立てが加工であり、取り扱い性に優れている。
また更に、本発明のシリコンオリゴマーを含有するコーティング剤で被処理部材を処理すると、被処理部材に耐食性と高摩擦係数等の機能性を付与することができる。
本発明のシリコンオリゴマーは、次の一般式（I）で表されるシリコンオリゴマーである。
上記一般式（I）において、Ｒ１～Ｒ１０はそれぞれ独立して炭素数１～４のアルキル基またはヒドロキシアルキル基であり、好ましくは炭素数２のアルキル基またはヒドロキシアルキル基であり、より好ましくは炭素数２のヒドロキシアルキル基である。
また、上記一般式（I）において、Ｘ１～Ｘ３はそれぞれ独立して次の一般式（II）表されるものである。
上記一般式（II）において、Ａは炭素数２～４の分岐していてもよいアルキレン基であり、好ましくはエチレン基、プロピレン基、ブチレン基であり、より好ましくはエチレン基である。また、ｌは１～３の整数であり、好ましくは１である。
更に、上記一般式（I）において、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１であり、好ましくはｎが０、ｍが１である。
本発明のシリコンオリゴマーの特に好ましい態様としては以下の一般式（V）で表されるものが挙げられる。
上記一般式（V）において、Ｒ１５～Ｒ２０はそれぞれ独立してエチル基またはヒドロキシエチル基、好ましくは全てがエチル基またはヒドロキシエチル基である。
本発明のシリコンオリゴマーの製造方法（以下、「本発明製法」という）は、特に限定されないが、例えば、以下の一般式（III）
で表されるテトラアルコキシシランと、以下の一般式（IV）
で表される２価アルコールを、金属触媒、酸またはアルカリの存在下、好ましくは金属触媒の存在下で反応させることにより得ることができる。また、この反応の際に生成するアルコールを分留しないことにより、重合反応が制御されるので好ましい。なお、従来テトラアルコキシシランの重合反応に用いられる固体樹脂触媒等を用いた場合には、重合反応の制御が困難であるため、上記一般式（Ｉ）で表されるシリコンオリゴマーは得られない。
上記一般式（III）で表されるテトラアルコキシシランにおいて、Ｒ１１～Ｒ１４はそれぞれ独立して炭素数１～４のアルキル基またはヒドロキシアルキル基であり、好ましくは炭素数２のアルキル基またはヒドロキシアルキル基であり、より好ましくは炭素数２のヒドロキシアルキル基である。また、一般式（III）で表されるテトラアルコキシシランは１種または２種以上を用いてもよい。
また、上記一般式（IV）で表される２価アルコールにおいて、Ｂは炭素数２～４の分岐していてもよいアルキレン基であり、好ましくは炭素数２のアルキレン基であり、ｋは１～３の整数であり、好ましくは１である。具体的な一般式（IV）で表される２価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等が挙げられ、これらの中でもエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコールが好ましい。また、一般式（IV）で表される２価アルコールは１種または２種以上を用いてもよい。
本発明製法において、上記反応の際に存在させる金属触媒としては、触媒作用を有する金属を含有するものであれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、コバルト、チタン、亜鉛、モリブデン、スズ等を含むものが挙げられ、好ましくはアルミニウム、コバルト、チタンを含むものが挙げられる。具体的な金属触媒としては、塩化アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化コバルト等のコバルト塩、３塩化チタン等のチタン塩等が挙げられ、好ましくは塩化アルミニウム等である。これらの金属触媒は１種または２種以上を用いてもよい。なお、これらの金属触媒は、上記反応の際に系内に一般式（IV）で表される２価アルコールに溶解させた状態で存在させる。
また、本発明製法において、上記反応の際に存在させる酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸が挙げられる。なお、これらの酸は上記反応の際に系内に一般式（IV）で表される２価アルコールに溶解させた状態で存在させる。
具体的に本発明製法は、一般式（IV）で表される２価アルコールに、金属触媒、酸またはアルカリを添加した後、反応温度まで撹拌しながら加熱し、更に、一般式（III）で表されるテトラアルコキシシランを添加し、反応させる。反応温度は２５～１５０℃、好ましくは３０～７０℃であり、反応時間は３０分～８時間、好ましくは２時間～４時間である。なお、反応の際には、一般式（III）で表されるテトラアルコキシシランと一般式（IV）で表される２価アルコールをモル比で４：１～１：４、好ましくは１：２～１：４で反応させることが重要である。これによりテトラアルコキシシランとテトラアルコキシシランの間に一般式（IV）で表される２価アルコールが取り込まれ、シリコン原子間の極間距離が長くなる。
斯くして得られる本発明のシリコンオリゴマーは、１ＨＮＭＲ、２９ＳｉＮＭＲ、ＩＲ、ＭＡＳＳ等の公知の方法により同定することができる。具体的には１ＨＮＭＲ、２９ＳｉＮＭＲにて同定することができる。
本発明のシリコンオリゴマーは、加熱等により重合し、重合性生成物が得られる重合性物質である。また、本発明のシリコンオリゴマーは、水、イソプロピルアルコール、エチルセロソルブ等の溶媒およびこれらの混合溶媒に溶解する性質を有する。
なお、本発明のシリコンオリゴマーは、例えば、ポリエチレングリコールやエチルセロソルブ等のグリコール系溶媒で希釈すると水分存在下でも安定に保存することができる。特にグリコール系溶媒として、ポリエチレングリコール２００～１０００、好ましくはポリエチレングリコール２００を用いることにより、水分存在下でも長期間安定に保存することができる。
また、本発明のシリコンオリゴマーは、上記の性質を有しており、更に従来公知のシリコンオリゴマーと同様に表面処理剤等の用途に用いることができる。
更に、本発明のシリコンオリゴマーは、そのままでも加熱すれば重合性生成物が得られ、柔軟性のある皮膜を形成することができる。そのため、本発明のシリコンオリゴマーは、この性質を利用してコーティング剤、特に締結部材のコーティング剤に用いることが好ましい。
本発明のシリコンオリゴマーを含有するコーティング剤（以下、「本発明コーティング剤」という）は、本発明のシリコンオリゴマーを含有さえしていれば特に限定されないが、例えば、従来公知のコーティング剤に添加される、樹脂、着色剤、摩擦係数調整剤、増膜剤からなる群から選ばれる１種または２種以上を含有させてもよい。このようなコーティング剤は、上記成分を適宜、撹拌、混合することにより調製することができる。
本発明コーティング剤に用いられる樹脂としてはコーティング剤に可溶、もしくは分散するものであれば特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂の中でもアクリル系樹脂が好ましく、メタアクリル酸アルキルエステル共重合体、コロイダルシリカ・アクリル複合体、エチレン・アクリル酸共重合物アンモニウム塩がより好ましく、メタアクリル酸アルキルエステル共重合体が特に好ましい。これらの樹脂は１種または２種以上を用いることができる。これらの樹脂は、コーティング剤に０.１～５０％、好ましくは１～２０％配合する。
また、本発明コーティング剤に用いられる着色剤としては、コーティング剤に可溶、もしくは分散するものであれば特に限定されないが、例えば、染料系着色剤、顔料系着色剤等が挙げられる。これらの着色剤は１種または２種以上を用いることができる。これらの着色剤は、コーティング剤に０.１～５０％、好ましくは１～３０％配合する。
更に、本発明コーティング剤に用いられる摩擦係数調整剤としては、コーティング剤に可溶、もしくは分散するものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系化合物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン―パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素系化合物等が挙げられる。これらの摩擦係数調整剤は１種または２種以上を用いることができる。これらの摩擦係数調整剤は、コーティング剤に０.１～１０％、好ましくは０.５～５％配合する。
また更に、本発明コーティング剤に用いられる増膜剤としてはコーティング剤に可溶、もしくは分散するものであれば特に限定されないが、例えば、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ等が挙げられる。これらの増膜剤は１種または２種以上を用いることができる。これらの増膜剤は、コーティング剤に０.１～２０％、好ましくは１～１０％配合する。
更にまた、本発明コーティング剤にはその他機能性付与剤等の成分を本発明の効果を損なわない量で配合することもできる。
以上説明した本発明コーティング剤で被処理部材を処理することにより被処理部材の表面処理をすることができる。
具体的に被処理部材としては、被処理部材の表面が金属および樹脂で形成されていればよく、内部はどのような材料で構成されていても問題はない。また、被処理部材の形状も特に限定されない。
特に本発明コーティング剤で処理できる被処理部材としては、被処理部材の表面が、以下の（ａ）～（ｄ）、好ましくは（ｂ）で形成されたものが挙げられる。
（ａ）マグネシウムまたはマグネシウム合金
（ｂ）亜鉛または亜鉛合金
（ｃ）鉄、銅、ニッケル、コバルト、クロムおよびスズからなる群から選ばれる金属の１種または前記金属の２種以上からなる合金
（ｄ）アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリカーボネート、ビスマレイミドトリアジンおよびポリイミドからなる群から選ばれる合成樹脂の１種または前記樹脂の２種以上からなる合成樹脂アロイ
（ａ）マグネシウムまたはマグネシウム合金
（ｂ）亜鉛または亜鉛合金
（ｃ）鉄、銅、ニッケル、コバルト、クロムおよびスズからなる群から選ばれる金属の１種または前記金属の２種以上からなる合金
（ｄ）アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリカーボネート、ビスマレイミドトリアジンおよびポリイミドからなる群から選ばれる合成樹脂の１種または前記樹脂の２種以上からなる合成樹脂アロイ
また、本発明コーティング剤による被処理部材の処理は、従来公知のコーティング剤の処理方法と同様でよく、例えば、本発明コーティング剤に被処理部材を浸漬したり、本発明コーティング剤を被処理部材に噴霧した等、必要により加熱等を行えばよい。
具体的に本発明コーティング剤に被処理部材を浸漬する場合、例えば、ディップアンドスピン法が好ましい。
また、具体的に本発明コーティング剤を被処理部材に噴霧する場合、例えば、スプレーコーティング法が好ましい。
更に、加熱は、成膜される温度以上の温度に加熱すればよく、例えば、８０℃以上、好ましくは１００～２００℃である。
また更に、加熱後には再びコーティング剤により被処理部材を処理し、加熱して積層構造としてもよい。
斯くして得られる本発明コーティング剤により表面処理を行った製品は、耐食性と機能性が付与される。そのため締結部材等の用途に好適に用いることができる。
なお、ここで耐食性とは耐腐食性を指し、機能性とは摩擦係数調整をいう。ここで耐食性とはＪＩＳ Ｚ ２３７１に準じて塩水噴霧試験を行い、白錆発生面積が７％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下であることをいう。また、摩擦係数調整とは被膜の摩擦係数のバラツキが抑えられることをいう。
以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
実 施 例 １
シリコンオリゴマーの調製：
エチレングリコール３３６ｇ（５.４ｍｏｌ）に塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを添加し、これを、撹拌しながらマントルヒーターで５０℃に加温したものに、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）５６４ｇ（２.７ｍｏｌ）を混合し、置換反応時に生成するアルコールを分留せずに２時間反応させた。なお、反応中の温度は５０℃以下であった。また、反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。
シリコンオリゴマーの調製：
エチレングリコール３３６ｇ（５.４ｍｏｌ）に塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを添加し、これを、撹拌しながらマントルヒーターで５０℃に加温したものに、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）５６４ｇ（２.７ｍｏｌ）を混合し、置換反応時に生成するアルコールを分留せずに２時間反応させた。なお、反応中の温度は５０℃以下であった。また、反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。
反応後、冷却を行い反応物を得た。反応前と反応後に１ＨＮＭＲおよび２９ＳｉＮＭＲを測定した。１ＨＮＭＲにおいて、反応終了後のスペクトルには、１.１および３.５ｐｐｍ付近にエタノール由来のピークが現れていた。このエタノールは、ＴＥＯＳのエトキシ基とエチレングリコールとの置換反応が起った結果、生成したと考えられた。
また、２９ＳｉＮＭＲにおいて、反応前のスペクトルでは、－８２ｐｐｍ付近にＴＥＯＳ由来の単一ピークのみ現れていたものが、反応終了後のスペクトルでは、－９０ｐｐｍから－８０ｐｍの範囲に複数のピークが現れていた。これから分子中のＳｉの数は２～４と考えられた。
これらＮＭＲにより決定されたシリコンオリゴマーの構造は、一般式（I）において、Ｒ１～Ｒ１０がエチル基であり、Ｘ１～Ｘ３が一般式（II）で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１であり、一般式（II）において、Ａはエチレン基であり、ｌは１である。
実 施 例 ２
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングルコールの量を８３.９ｇ（１.３５ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングルコールの量を８３.９ｇ（１.３５ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していた。反応後も未反応分のＴＥＯＳが上澄みに残り２層分離していた。このことから、ＴＥＯＳの反応率が悪いことがわかった。
しかし、下澄みを分液し、焼成することで成膜したことから収率が低いものの実施例１と同じ構造のものが得られていたことがわかった。
実 施 例 ３
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールの量を１７７.８ｇ（２.７ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールの量を１７７.８ｇ（２.７ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していた。反応後も未反応分のＴＥＯＳが上澄みに残り２層分離していた。このことから、ＴＥＯＳの反応率が悪いことがわかった。
しかし、下澄みを分液し、焼成することで成膜したことから収率が低いものの実施例１と同じ構造のものが得られていたことがわかった。
実 施 例 ４
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物の量を１８ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物の量を１８ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。
実 施 例 ５
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを塩化コバルト・６水和物０.９３ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを塩化コバルト・６水和物０.９３ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。
実 施 例 ６
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを３塩化チタン０.６４ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを３塩化チタン０.６４ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。
実 施 例 ７
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを塩酸０.８ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、塩化アルミニウム・６水和物１.８ｇを塩酸０.８ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。
比 較 例 １
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールを水３３６ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールを水３３６ｇとする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。
反応前はＴＥＯＳとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。
試 験 例 １
安定性試験：
実施例１、４～７または比較例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるようにエチルセロソルブで希釈した希釈液あるいは実施例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるように種々の型番のポリエチレングリコールで希釈した希釈液を調製した。更にこれらの希釈液をそれぞれ水で２倍に希釈したものを試験液（シリコンオリゴマーは５％）とした。これらの試験液をそれぞれガラス容器に入れ、室温にて保存した。保存後、変化が起こるまで毎日観察した。観察の結果を表１に示した。
安定性試験：
実施例１、４～７または比較例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるようにエチルセロソルブで希釈した希釈液あるいは実施例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるように種々の型番のポリエチレングリコールで希釈した希釈液を調製した。更にこれらの希釈液をそれぞれ水で２倍に希釈したものを試験液（シリコンオリゴマーは５％）とした。これらの試験液をそれぞれガラス容器に入れ、室温にて保存した。保存後、変化が起こるまで毎日観察した。観察の結果を表１に示した。
一般的なＴＥＯＳの加水分解から得られるオリゴマーと比べ、本発明のシリコンオリゴマーは液の安定性が優れていることがわかった。また、本発明のシリコンオリゴマーをグリコール系の溶媒にて希釈することで、更に安定性が向上することもわかった。
試 験 例 ２
成膜性試験：
実施例１、４～７または比較例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるようにエチルセロソルブで希釈した希釈液あるいは実施例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるように種々の型番のポリエチレングリコールで希釈した希釈液を、公知の亜鉛めっきした後、公知の３価クロム化成処理を施したＭ８ボルトにそれぞれ塗布し、これらをそれぞれ１８０℃で２０分間焼成した。焼成後、得られた膜の外観（成膜性）を自由評価した。それらの結果を表２に示した。
成膜性試験：
実施例１、４～７または比較例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるようにエチルセロソルブで希釈した希釈液あるいは実施例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるように種々の型番のポリエチレングリコールで希釈した希釈液を、公知の亜鉛めっきした後、公知の３価クロム化成処理を施したＭ８ボルトにそれぞれ塗布し、これらをそれぞれ１８０℃で２０分間焼成した。焼成後、得られた膜の外観（成膜性）を自由評価した。それらの結果を表２に示した。
一般的なＴＥＯＳの加水分解から得られるオリゴマーと比べ、本発明のシリコンオリゴマーは成膜性に優れていることが確認できた。
試 験 例 ３
耐食性試験：
市販のボルトに亜鉛メッキを行い、次いで化成処理（トライバレント１２００：（株）ＪＣＵ製）を行った。このボルトを、実施例１、４～７または比較例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるようにエチルセロソルブで希釈した希釈液あるいは実施例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるように種々の型番のポリエチレングリコールで希釈した希釈液にそれぞれ浸漬、遠心した後、１８０℃で２０分間焼成した。これらのボルトについて２４０時間、塩水噴霧試験を行った。なお、塩水噴霧試験はＪＩＳ Ｚ ２３７１に準じて行った。塩水噴霧試験後にボルトの白錆の発生面積を目視で測定した。それらの結果を表３に示した。
耐食性試験：
市販のボルトに亜鉛メッキを行い、次いで化成処理（トライバレント１２００：（株）ＪＣＵ製）を行った。このボルトを、実施例１、４～７または比較例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるようにエチルセロソルブで希釈した希釈液あるいは実施例１で調製したシリコンオリゴマーが１０％となるように種々の型番のポリエチレングリコールで希釈した希釈液にそれぞれ浸漬、遠心した後、１８０℃で２０分間焼成した。これらのボルトについて２４０時間、塩水噴霧試験を行った。なお、塩水噴霧試験はＪＩＳ Ｚ ２３７１に準じて行った。塩水噴霧試験後にボルトの白錆の発生面積を目視で測定した。それらの結果を表３に示した。
一般的なＴＥＯＳの加水分解から得られるオリゴマーの重合物は発生していたクラックからの腐食が見られた。一方、本発明のシリコンオリゴマーの重合物は、高い防錆効果が得られることがわかった。また、本発明のシリコンオリゴマーの製造の際に添加する触媒（塩化アルミニウム）の濃度が高いほど、高い耐食性が得られることがわかった。
実 施 例 ８
コーティング剤の調製：
実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％となるようにメタアクリル酸アルキルエステル共重合体（ニガゾールＰＫ８０１２Ｐ：日本カーバイド工業製）に溶解させてコーティング剤を調製した。
コーティング剤の調製：
実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％となるようにメタアクリル酸アルキルエステル共重合体（ニガゾールＰＫ８０１２Ｐ：日本カーバイド工業製）に溶解させてコーティング剤を調製した。
実 施 例 ９
コーティング剤の調製：
実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％となるようにコロイダルシリカ・アクリル複合体（ニューコートＰＭ－３１０１－０１：新中村化学工業製）に溶解させてコーティング剤を調製した。
コーティング剤の調製：
実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％となるようにコロイダルシリカ・アクリル複合体（ニューコートＰＭ－３１０１－０１：新中村化学工業製）に溶解させてコーティング剤を調製した。
実 施 例 １０
コーティング剤の調製：
実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％となるようにエチレン・アクリル酸共重合物アンモニウム塩（ザイクセンＮ：住友精化製）に溶解させてコーティング剤を調製した。
コーティング剤の調製：
実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％となるようにエチレン・アクリル酸共重合物アンモニウム塩（ザイクセンＮ：住友精化製）に溶解させてコーティング剤を調製した。
試 験 例 ４
安定性試験：
実施例８～１０で調製したコーティング剤を、ガラス容器に入れ、室温にて保存した。保存後、変化が起こるまで毎日観察した。観察の結果を表４に示した。
安定性試験：
実施例８～１０で調製したコーティング剤を、ガラス容器に入れ、室温にて保存した。保存後、変化が起こるまで毎日観察した。観察の結果を表４に示した。
実施例１で調製したシリコンオリゴマーは実施例８～１０の各樹脂中にて安定であることがわかった。
実 施 例 １１
コーティング剤の調製：
水に、実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％、メタアクリル酸アルキルエステル共重合体（ニガゾールＰＫ８０１２Ｐ：日本カーバイド工業製）を７％、ポリエチレングリコール２００を１％およびイソプロピルアルコールを２０％となるように溶解させてコーティング剤を調製した。
コーティング剤の調製：
水に、実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％、メタアクリル酸アルキルエステル共重合体（ニガゾールＰＫ８０１２Ｐ：日本カーバイド工業製）を７％、ポリエチレングリコール２００を１％およびイソプロピルアルコールを２０％となるように溶解させてコーティング剤を調製した。
実 施 例 １２
コーティング剤の調製：
水に、実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％、コロイダルシリカ・アクリル複合体（ニューコートＰＭ－３１０１－０１：新中村化学工業製）を７％、ポリエチレングリコール２００を１％およびイソプロピルアルコールを２０％となるように溶解させてコーティング剤を調製した。
コーティング剤の調製：
水に、実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％、コロイダルシリカ・アクリル複合体（ニューコートＰＭ－３１０１－０１：新中村化学工業製）を７％、ポリエチレングリコール２００を１％およびイソプロピルアルコールを２０％となるように溶解させてコーティング剤を調製した。
実 施 例 １３
コーティング剤の調製：
水に、実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％、エチレン・アクリル酸共重合物アンモニウム塩（ザイクセンＮ：住友精化製）を７％、ポリエチレングリコール２００を１％およびイソプロピルアルコールを２０％となるように溶解させてコーティング剤を調製した。
コーティング剤の調製：
水に、実施例１で調製したシリコンオリゴマーを３％、エチレン・アクリル酸共重合物アンモニウム塩（ザイクセンＮ：住友精化製）を７％、ポリエチレングリコール２００を１％およびイソプロピルアルコールを２０％となるように溶解させてコーティング剤を調製した。
試 験 例 ５
成膜性試験：
実施例１１～１３で調製したコーティング剤を、それぞれＳＵＳ３０４のテストピース（１ｄｍ２）に塗布し、これを１８０℃で２０分間焼成した。焼成後、得られた膜の外観（成膜性）を自由評価した。また、比較としてコーティング剤の樹脂成分であるメタアクリル酸アルキルエステル共重合体のみのコーティング剤でも同様の試験を行った。それらの結果を表５に示した。
成膜性試験：
実施例１１～１３で調製したコーティング剤を、それぞれＳＵＳ３０４のテストピース（１ｄｍ２）に塗布し、これを１８０℃で２０分間焼成した。焼成後、得られた膜の外観（成膜性）を自由評価した。また、比較としてコーティング剤の樹脂成分であるメタアクリル酸アルキルエステル共重合体のみのコーティング剤でも同様の試験を行った。それらの結果を表５に示した。
樹脂成分のみのコーティング剤では成膜の際に破断部にクラックが見られたが、樹脂成分と本発明のシリコンオリゴマーと併用したコーティング剤では塗膜物性の改善が見られた。
試 験 例 ６
締結部材の評価：
（１）コーティング
市販のフランジ付きボルトに亜鉛メッキを行い、次いで化成処理（トライバレント１２００：（株）ＪＣＵ製）を行った。このボルトを、実施例１１で調製したコーティング剤に浸漬、遠心した後、１８０℃で２０分間焼成した。また、比較として、コーティング剤なしのボルトおよび実施例１１で調製したコーティング剤の樹脂成分であるメタアクリル酸アルキルエステル共重合体のみでコーティングしたボルトを準備した。
締結部材の評価：
（１）コーティング
市販のフランジ付きボルトに亜鉛メッキを行い、次いで化成処理（トライバレント１２００：（株）ＪＣＵ製）を行った。このボルトを、実施例１１で調製したコーティング剤に浸漬、遠心した後、１８０℃で２０分間焼成した。また、比較として、コーティング剤なしのボルトおよび実施例１１で調製したコーティング剤の樹脂成分であるメタアクリル酸アルキルエステル共重合体のみでコーティングしたボルトを準備した。
（２）耐食性試験
上記（１）で得られたボルトについて試験例３と同様にして塩水噴霧試験およびその評価を行った。それらの結果を表６に示した。
上記（１）で得られたボルトについて試験例３と同様にして塩水噴霧試験およびその評価を行った。それらの結果を表６に示した。
（３）摩擦係数測定
上記（１）で得られたボルトについて摩擦係数測定装置（岩田鉄工所製）を用い、以下に示した条件にて摩擦係数の評価を行った。それらの結果をあわせて表６に示した。
上記（１）で得られたボルトについて摩擦係数測定装置（岩田鉄工所製）を用い、以下に示した条件にて摩擦係数の評価を行った。それらの結果をあわせて表６に示した。
＜摩擦係数測定条件＞
試験ねじ：フランジ付きボルト
試験速度：３～１０ｒｐｍ
締付方法：指定軸力法
測定全トルク：５０～９０Ｎ・ｍ
測定軸力：２０～３０ｋＮ（指定軸力停止）
測定ねじ部トルク：指定なし
電動機出力：１.５ｋＷ
試験ねじ：フランジ付きボルト
試験速度：３～１０ｒｐｍ
締付方法：指定軸力法
測定全トルク：５０～９０Ｎ・ｍ
測定軸力：２０～３０ｋＮ（指定軸力停止）
測定ねじ部トルク：指定なし
電動機出力：１.５ｋＷ
コーティング剤なし、樹脂成分のみのコーティング剤では耐食性が著しく悪いが、樹脂成分と本発明のシリコンオリゴマーと併用したコーティング剤では顕著な耐食性の向上が見られた。また、樹脂成分と本発明のシリコンオリゴマーと併用したコーティング剤は、摩擦係数のバラツキが抑えられていた。
試 験 例 ７
延展性確認試験：
市販のフランジ付きボルトに亜鉛メッキを行い、次いで化成処理（トライバレント１２００：（株）ＪＣＵ製）を行った。このボルトを、実施例４で調製したシリコンオリゴマーを固形分２０％になるようにエチルセロソルブにて希釈したものまたは実施例１１で調製したコーティング剤を用い、これらにそれぞれ浸漬、遠心した後、１８０℃で２０分間焼成した。これらのボルトについて試験例６（３）で用いた摩擦係数測定装置（岩田鉄工所製）で締め付け試験を実施し、締め付け後のフランジと座面の接触部の塗膜状態を目視で評価した。また、比較としてシリコン構造間の極間距離の短いシリコンオリゴマー（ポリシロキサン）を含むコーティング剤（ＪＮ１７１０：ＪＣＵＮａｎｏｍａｔｅ（株）製）でも同様の試験を行った。それらの結果を表７に示した。
延展性確認試験：
市販のフランジ付きボルトに亜鉛メッキを行い、次いで化成処理（トライバレント１２００：（株）ＪＣＵ製）を行った。このボルトを、実施例４で調製したシリコンオリゴマーを固形分２０％になるようにエチルセロソルブにて希釈したものまたは実施例１１で調製したコーティング剤を用い、これらにそれぞれ浸漬、遠心した後、１８０℃で２０分間焼成した。これらのボルトについて試験例６（３）で用いた摩擦係数測定装置（岩田鉄工所製）で締め付け試験を実施し、締め付け後のフランジと座面の接触部の塗膜状態を目視で評価した。また、比較としてシリコン構造間の極間距離の短いシリコンオリゴマー（ポリシロキサン）を含むコーティング剤（ＪＮ１７１０：ＪＣＵＮａｎｏｍａｔｅ（株）製）でも同様の試験を行った。それらの結果を表７に示した。
シリコン構造間の極間距離の短いシリコンオリゴマーを含むコーティング剤では、締め付けの際に塗膜が破砕した。一方、実施例４、実施例１１のコーティング剤を用いることで塗膜の破砕が起こらないことがわかった。
実 施 例 １２
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールをトリエチレングリコール８１０.９ｇ（５.４ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて、反応前はＴＥＯＳとトリエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様に重合性の生成物であると考えられた。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールをトリエチレングリコール８１０.９ｇ（５.４ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて、反応前はＴＥＯＳとトリエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様に重合性の生成物であると考えられた。
得られたシリコンオリゴマーの構造は、一般式（I）において、Ｒ１～Ｒ１０がエチル基であり、Ｘ１～Ｘ３が一般式（II）で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１であり、一般式（II）において、Ａはエチレン基であり、ｌは３である。
実 施 例 １３
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールを１,３－ブチレングリコール４８６．６ｇ（５.４ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて、反応前はＴＥＯＳと１,３－ブチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様も重合性の生成物であると考えられた。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、エチレングリコールを１,３－ブチレングリコール４８６．６ｇ（５.４ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて、反応前はＴＥＯＳと１,３－ブチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、ＴＥＯＳの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様も重合性の生成物であると考えられた。
得られたシリコンオリゴマーの構造は、一般式（I）において、Ｒ１～Ｒ１０がエチル基であり、Ｘ１～Ｘ３が一般式（II）で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１であり、一般式（II）において、Ａはメチルプロピレン基であり、ｌは１である。
実 施 例 １４
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、テトラエトキシシランをテトラメトキシシラン４１１.１ｇ（２.７ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて、反応前はテトラメトキシシランとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、テトラメトキシシランの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様に重合性の生成物であると考えられた。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、テトラエトキシシランをテトラメトキシシラン４１１.１ｇ（２.７ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて、反応前はテトラメトキシシランとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、テトラメトキシシランの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様に重合性の生成物であると考えられた。
得られたシリコンオリゴマーの構造は、一般式（I）において、Ｒ１～Ｒ１０がメチル基であり、Ｘ１～Ｘ３が一般式（II）で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１であり、一般式（II）において、Ａはエチレン基であり、ｌは１である。
実 施 例 １５
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、テトラエトキシシランをテトラブトキシシラン８６５．５ｇ（２.７ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて反応前はテトラブトキシシランとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、テトラブトキシシランの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様に重合性の生成物であると考えられた。
シリコンオリゴマーの調製：
実施例１において、テトラエトキシシランをテトラブトキシシラン８６５．５ｇ（２.７ｍｏｌ）とする以外は実施例１と同様にしてシリコンオリゴマーを調製した。得られたシリコンオリゴマーについて反応前はテトラブトキシシランとエチレングリコールが混和せず、２層分離していたが、反応後はＴＥＯＳが完全に反応したため単一層となった。このことから、テトラブトキシシランの反応率は１００％であることがわかった。また、焼成することで成膜することから実施例１と同様に重合性の生成物であると考えられた。
得られたシリコンオリゴマーの構造は、一般式（I）において、Ｒ１～Ｒ１０がブチル基であり、Ｘ１～Ｘ３が一般式（II）で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１であり、一般式（II）において、Ａはエチレン基であり、ｌは１である。
本発明のシリコンオリゴマーは従来公知のシリコンオリゴマーと同様に表面処理剤等の用途に用いることができる。
特に、本発明のシリコンオリゴマーをコーティング剤に用いると、柔軟性のある皮膜を形成することができるため、締結部材等のコーティングに好適に用いることができる。
Claims (8)
- 次の一般式（I）
で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは １～３の整数であり、ｎが１のときは１である）
で表されるシリコンオリゴマー。 - 一般式（Ｉ）において、Ｒ１～Ｒ１０はそれぞれ独立して炭素数２のアルキル基またはヒドロキシアルキル基であり、Ｘ１～Ｘ３はそれぞれ独立して一般式（II）で表される基であり、ｎは０または１であり、ｍはｎが０のときは１～３の整数であり、ｎが１のときは１であり、
一般式（II）において、Ａは炭素数２のアルキレン基であり、ｌは１である請求項１記載のシリコンオリゴマー。 - 請求項１または２に記載のシリコンオリゴマーを加熱して得られる重合性生成物。
- 次の一般式（III）
で表されるテトラアルコキシシランと、次の一般式（IV）
で表される２価アルコールを、金属触媒、酸またはアルカリの存在下で反応させることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンオリゴマーの製造方法。 - 金属触媒が、アルミニウム、コバルト、チタン、亜鉛、モリブデンおよびスズから選ばれる１種または２種以上を含むものである請求項４記載のシリコンオリゴマーの製造方法。
- 一般式（IV）で表される２価アルコールが、エチレングリコール、プロピレングリコールおよびブチレングリコールから選ばれる１種または２種以上である請求項４記載のシリコンオリゴマーの製造方法。
- 一般式（III）で表されるテトラアルコキシシランと、一般式（IV）で表される２価アルコールのモル比が４：１～１：４である請求項４記載のシリコンオリゴマーの製造方法。
- 反応の際に生成するアルコールを分留しない請求項４～７の何れかに記載のシリコンオリゴマーの製造方法。
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