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JP2008266301A - 新規シリコーン化合物及びその原料並びに新規シリコーン化合物の製造方法 - Google Patents

新規シリコーン化合物及びその原料並びに新規シリコーン化合物の製造方法 Download PDF

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JP2008266301A
JP2008266301A JP2008056320A JP2008056320A JP2008266301A JP 2008266301 A JP2008266301 A JP 2008266301A JP 2008056320 A JP2008056320 A JP 2008056320A JP 2008056320 A JP2008056320 A JP 2008056320A JP 2008266301 A JP2008266301 A JP 2008266301A
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Toshihiro Kawatani
俊宏 河谷
Ken Saito
憲 齋藤
Akiko Yamazaki
明子 山崎
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Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】他の樹脂との相溶性に優れ、硬化性にも優れた硬化性シリコーン化合物を提供する。
【解決手段】一般式(1):[RSiO3/2]n[R1(CH3)2SiO1/2]m で表される硬化性シリコーン化合物〔R及びR1は水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基又は下記式(2)〜(4)
Figure 2008266301

(lは1〜3の整数、R2は水素原子又メチル基)から選ばれ、少なくとも一般式(1)で表される1分子中には炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基を2以上有し、Rの少なくとも1つが硬化性官能基である。nは6〜20の整数、mは1〜6の整数、n/mは1〜10の範囲である。Mw=500〜5000であり、Mw/Mn=1.0〜1.5の範囲。〕である。
【選択図】なし

Description

本発明は、新規な硬化性シリコーン化合物及びその原料、並びに硬化性シリコーン化合物の製造方法に関し、具体的には、硬化性官能基を複数有して、電子材料、光学材料、電子光学材料等として利用するのに適し、かつ、高分子材料に難燃性、耐熱性、電気絶縁性、表面特性、硬度、力学的強度、耐薬品性、透明性等を付与せしめるための添加剤としても利用可能な新規な硬化性シリコーン化合物及びその原料、並びにこのシリコーン化合物を得るための製造方法に関する。
一般式[RSiO3/2]nで表されるようなシルセスキオキサンに関しては、これまでに多くの研究が行われてきた。Chem. Rev. 1995, 95,1409にはBaneyらによるシルセスキオキサンに関する総説が記載されており、ラダー構造、完全縮合型構造及び不完全縮合構造のシルセスキオキサンのほかに、一定の構造を示さないアモルファス構造を有するシルセスキオキサン等が報告されている。また、Organometallics, 1991, 10, 2556によれば、シクロペンチルトリクロロシラン又はシクロへキシルトリクロロシランをアセトン中で加水分解することにより、不完全縮合構造のシルセスキオキサンが得られるとする。ここで、完全縮合型構造のシルセスキオキサンとは、複数の環状構造からなり、閉じた空間を形成するもの(いわゆるかご型シロキサン樹脂)を意味し、不完全縮合構造のシルセスキオキサンとは、完全縮合構造の少なくとも1箇所以上が塞がれておらず、空間が閉じていない
ものを意味する。
このような完全縮合型又は不完全縮合型構造を有するシルセスキオキサンについては、例えば熱可塑性樹脂の改質剤、高分子材料の難燃剤、耐熱性、耐候性、電気絶縁性、表面特性、硬度、力学的強度、耐薬品性等を向上させるための添加剤として利用されている。最近ではポリマーのビルディングブロックとして用いるために、他の樹脂との相溶性及び重合性を付与するために種々の官能基を導入する方法が検討されている。一般的には、末端にシラノール基(Si-OH)を有したシルセスキオキサンがよく知られており、シラノールの反応性を利用して新たなシルセスキオキサンを誘導することが行われている。また、3官能の加水分解性基を有するシラン化合物を1価のアルカリ金属水酸化物の存在下、有機溶媒中で加水分解することでSi-ONaを反応性活性基として有する不完全縮合型構造シルセスキオキサンが合成され、目的に応じた官能基を有するクロロシランを反応させることでシルセスキオキサンの誘導体が提案されている(特許文献1及び2参照)。
しかしながら、一般に、シルセスキオキサンの誘導体は他の樹脂との相溶性が悪く、均一に混合することができなかったり、また、塗膜にした場合に白化してしまったり、塗膜からブリードアウトするために添加量に制限があるなどの問題がある。更には、従来のシルセスキオキサンの誘導体は、電子材料や光学材料として用いる場合など、ポリマーのビルディングブロックとして利用するためには、誘導体自身が硬化性を有することが望まれるが、本発明者等が知る限りにおいて、このような特性を十分に備えたものは報告された例がない。
WO2002/094839パンフレット WO2003/024870パンフレット
そこで、本発明者等は、他の樹脂との相溶性や硬化性等に関する従来のシルセスキオキサン誘導体が抱える問題点を解消するために鋭意検討した結果、分子量分布が制御され、かつ、所定の硬化性官能基を複数有した水酸基含有シルセスキオキサンの合成に成功し、この水酸基含有シルセスキオキサンを原料にして得た硬化性シリコーン化合物が、これらの問題をすべて解消することができることを見出し、本発明を完成した。
従って、本発明の目的は、他の樹脂との相溶性に優れると共に、硬化性にも優れた新規な硬化性シリコーン化合物を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、上記硬化性シリコーン化合物を得るための原料になる水酸基含有シルセスキオキサン化合物を提供することにある。
更に、本発明の別の目的は、上記硬化性シリコーン化合物を短時間で、かつ、低コストで得ることができる硬化性シリコーン化合物の製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)
[RSiO3/2]n[R1(CH3)2SiO1/2]m (1)
で表される硬化性シリコーン化合物である。
〔但し、R及びR1は、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)〜(4)
Figure 2008266301
(但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、R及びR1において、各置換基は互いに同じか異なるものであってもよいが、少なくとも一般式(1)で表される1分子中には、炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基を2以上有し、かつ、Rのうち少なくとも1つが上記硬化性官能基である。また、nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である。更に、Mw=500〜5000であり、Mw/Mn=1.0〜1.5の範囲である。〕
また、本発明は、下記一般式(5)
[RSiO3/2]n [HO1/2]m (5)
で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物である。
〔但し、Rは、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)〜(4)
Figure 2008266301
(但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、Rは互いに同じか異なるものであってもよいが、一般式(5)で表される1分子中のRの少なくとも1つは炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基である。また、nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である。更に、Mw=500〜5000であり、Mw/Mn=1.0〜1.5の範囲である。〕
更に、本発明は、上記の硬化性シリコーン化合物の製造方法であって、下記一般式(6)
RSiX3 (6)
〔但し、Rは、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)〜(4)
Figure 2008266301
(但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、Xは加水分解性基を示す。〕で表される1種以上のケイ素化合物であり、かつ、少なくとも1種のケイ素化合物のRが、炭素数2〜3のアルケニル基、及び上記式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基である1種以上のケイ素化合物を、RSiX3:塩基性触媒=4〜10モル:1モルとなる範囲の塩基性触媒の存在下、極性溶媒及び非極性溶媒の混合溶媒中で加水分解して、下記一般式(5)
[RSiO3/2]n [HO1/2]m (5)
(但し、Rは上記と同じである。nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である)で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物を生成した後、モノクロロシランと反応させることを特徴とする硬化性シリコーン化合物の製造方法である。
本発明における硬化性シリコーン化合物の製造方法では、先ず、上記一般式(6)で表されるケイ素化合物を所定の溶媒及び塩基性触媒の存在下で加水分解して、上記一般式(5)で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物を得て、この水酸基含有シルセスキオキサン化合物をモノクロロシラン類と反応させることで、上記一般式(1)の硬化性シリコーン化合物を得る。
ここで、一般式(6)及び後述する一般式(7)におけるケイ素化合物のそれぞれのRについて、水素原子以外の置換基の具体例を挙げると、炭素数2〜3のアルケニルとしては、ビニル、アリル等を挙げることができる。1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル、ブチル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、ペンチル、へキシル、1,1,2−トリメチルプロピル、ヘプチル、オクチル、2,2,4−トリメチルペンチル、ノニル、デシル等を挙げることができる。炭素数4〜10のシクロアルキル基としては、シクロペンチル、シクロへキシル等を挙げることができる。炭素数6〜10のアリール含有基としては、フェニル、4−メチルフェニル、4−、メトキシフェニル、4−ビニルフェニル、4−(1−メチルビニル)フェニル、4−(3−ブテニル)フェニル、ナフチル等を挙げることができる。上記式(2)の例としては、メタクリロキシメチル、3−メタクリロキシプロピル、3−アクリロキシプロピル等を挙げることができる。上記式(3)の例としては3−グリシドキシプロピル等を挙げることができる。上記式(4)の例としては2−(3,4―エポキシシクロへキシル)エチル等を挙げることができる。尚、これらの官能基は一般的なものであってこれらに限定されるものではない。一般式(1)の硬化性シリコーン化合物は、少なくとも2以上の硬化性官能基を有する。即ち、一般式(1)の硬化性シリコーン化合物が、例えばケイ素16個からなるとすると、少なくともすべてのRの12.5モル%以上が上記の硬化性官能基になるように一般式(6)及び(7)のケイ素化合物の仕込み量を調整するようにする。
また、一般式(6)におけるXは加水分解性基であり、その例としては塩素原子、または炭素数1〜4のアルキルオキシ基(アルコキシル基)が挙げられる。このうち、アルコキシル基としてはメトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、i-ブトキシ基、t-ブトキシ基等が挙げられる。なかでも反応性が高いメトキシ基であるのが好ましい。
一般式(6)で表されるケイ素化合物については、少なくとも1種のケイ素化合物のRが、炭素数2〜3のアルケニル基、及び下記式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基である1種以上のケイ素化合物を用いるようにする。
Figure 2008266301
また、一般式(6)で表されるケイ素化合物の加水分解反応で使用する塩基性触媒の使用量については、ケイ素化合物(RSiX3)と塩基性触媒との割合が、RSiX3:塩基性触媒=4〜10モル:1モルとなるようにする。塩基性触媒の使用量がこの範囲内であれば、高分子量のシルセスキオキサン化合物の生成が防止され、以下で説明するような不完全縮合型の水酸基含有シルセスキオキサン化合物を得ることができる。塩基性触媒の使用量が上記範囲より少なくなると、縮合反応が速くゲル化の原因となり、反対に、使用量が多くなると縮合反応が抑制されて、未反応のシラノール基が多く残存したまま反応が完結しない。
一般式(6)で表されるケイ素化合物を加水分解する際に用いる塩基性触媒については、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド等の水酸化アンモニウム塩を挙げることができる。なかでも、触媒活性が高いことからテトラメチルアンモニウムヒドロキシドが好ましく用いられる。なお、塩基性触媒は、通常、水溶液として使用される。
また、加水分解の際に用いる有機溶媒については、反応速度制御の観点から極性溶媒と非極性溶媒の2相系を用いて行うのが好ましい。このうち、極性溶媒について具体例を示すと、メタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコール類を挙げることができる。非極性溶媒について具体例を示すと、トルエン、キシレン、ベンゼン等を挙げることができる。これらのなかでも2-プロパノールとトルエンが好ましい。極性溶媒と非極性溶媒の体積比については、極性溶媒/非極性溶媒=1/5〜5/1であるのが好ましく、1/2がより好ましい。
加水分解反応の反応条件については、反応温度は0〜60℃が好ましく、20〜40℃がより好ましい。反応温度が0℃より低いと、反応速度が遅くなり加水分解性基が未反応の状態で残存してしまい反応時間を多く費やす結果となる、一方、60℃より高いと反応速度が速すぎるために複雑な縮合反応が進行してしまい、結果として加水分解生成物の高分子量化が促進される。また、反応時間は2時間以上が好ましい。反応時間が2時間に満たないと、加水分解反応が十分に進行せず加水分解性基が未反応の状態で残存してしまう状態となる。
上記加水分解反応では水の存在が必須であるが、これは塩基性触媒の水溶液から供給することもでき、別途水として加えてもよい。水の量は加水分解性基を加水分解するに足る量以上、好ましくは理論量の1.0〜1.5倍量であるのがよい。この範囲より少ないと加水分解性基が未反応の状態で残存してしまい、反対に多くなると反応の進行が速く、ゲル化の原因となる。
加水分解反応終了後は、例えば、弱酸性水溶液を用いて中和し、この溶液を食塩水等で洗浄し、系中の塩基性触媒、水分及びその他の不純物を十分に取り除いたのち、更に無水硫酸マグネシウム等の乾燥剤で乾燥し、減圧濃縮等の手段を用いることで水酸基含有シルセスキオキサン化合物を回収することができる。この際、完全に中和すためには弱酸性水溶液を過剰に加えることが好ましく、具体的には弱酸性水溶液を塩基性触媒のモル比に対して1.0〜1.5倍量が好ましく、1.25倍量がより好ましい。少量でも塩基性触媒が残存すると、残存しているシラノール基が反応し高分子量化する。弱酸性水溶液としては硫酸希釈水溶液、塩酸希釈水溶液、クエン酸水溶液、酢酸水溶液、塩化アンモニウム水溶液、リンゴ酸水溶液、リン酸水溶液、シュウ酸水溶液等を用いることができる。
上記で得られた水酸基含有シルセスキオキサン化合物は、次の一般式(5)で表すことができる。
[RSiO3/2]n[HO1/2]m (5)
〔但し、Rは、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)〜(4)
Figure 2008266301
(但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、Rは互いに同じか異なるものであってもよいが、一般式(5)で表される1分子中のRの少なくとも1つは炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基である。また、nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である。更に、Mw=500〜5000であり、Mw/Mn=1.0〜1.5の範囲である。〕
一般式(5)で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物は、末端に一部シラノール基を有して完全には閉じた空間を形成していないと考えられることから不完全縮合型のシルセスキオキサンである。
そして、一般式(5)で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物にモノクロロシランを反応させるようにする。この際に用いるモノクロロシランは、好ましくは下記一般式(7)
Figure 2008266301
で表されるものがよい。但し、R1は炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)、(3)、(4)
Figure 2008266301
(但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれるのがよい。
一般式(7)で表されるモノクロロシランの具体例を挙げると、ジメチルビニルクロロシラン、ジメチルアリルクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルエチルクロロシラン、ジメチルプロピルクロロシラン、ジメチル−1−メチルエチルクロロシラン、ジメチルブチルクロロシラン、ジメチル−2−メチルプロピルクロロシラン、ジメチル−1,1−ジメチルエチルクロロシラン、ジメチルペンチルクロロシラン、ジメチルへキシルクロロシラン、ジメチル−1,1,2−トリメチルプロピルクロロシラン、ジメチルヘプチルクロロシラン、ジメチルオクチルクロロシラン、ジメチル−2,2,4−トリメチルペンチルクロロシラン、ジメチルノニルクロロシラン、ジメチルデシルクロロシラン、ジメチルシクロペンチルクロロシラン、ジメチルシクロへキシルクロロシラン、ジメチルフェニルクロロシラン、ジメチル−4−メチルフェニルクロロシラン、ジメチル−4−メトキシフェニルクロロシラン、ジメチル−4−ビニルフェニルクロロシラン、ジメチル−4−(1−メチルビニル)フェニルクロロシラン、ジメチル−4−(3−ブテニル)フェニルクロロシラン、ジメチルナフチルクロロシラン、ジメチルメタクリロキシメチルクロロシラン、ジメチル−3−メタクリロキシプロピルクロロシラン、ジメチル−3−アクリロキシプロピルクロロシラン、ジメチル−3−グリシドキシプロピルクロロシラン、ジメチル−2−(3,4−エポキシシクロへキシル)エチルクロロシラン、ジメチルクロロシラン等を例示することができる。ここで、一般式(1)の硬化性シリコーン化合物は、少なくとも2以上の硬化性官能基を有する。例えば、一般式(1)の硬化性シリコーン化合物がケイ素16個からなるとすると、少なくともすべてのR及びR1の12.5モル%以上が炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基になるように一般式(6)及び(7)のケイ素化合物の仕込み量を調整する。すなわち、一般式(6)及び(7)のケイ素化合物においては、必要に応じそれぞれの置換基R及びR1が異なる2種以上の混合物を用いるようにすればよい。
また、一般式(5)の水酸基含有シルセスキオキサン化合物とモノクロロシランとの反応は、好ましくは塩基性条件下で行うようにするのがよい。塩基性条件については特に制限されず、公知の反応方法を利用することができ、例えば、有機溶媒としてテトラヒドロフランを使用し、塩基としてトリエチルアミン存在下で一般式(5)の水酸基含有シルセスキオキサン化合物とモノクロロシランとを反応させてもよく、或いは、溶媒兼塩基としてピリジンを用いて水酸基含有シルセスキオキサン化合物とモノクロロシランとを反応させてもよい。
上記水酸基含有シルセスキオキサン化合物とモノクロロシランとの反応条件については、例えば水酸基含有シルセスキオキサン化合物を0.1〜2.0Mのテトラヒドロフランに溶解し、水酸基に対して1当量以上のトリエチルアミンを使用するか、或いは溶媒兼塩基として水酸基含有シルセスキオキサンを水酸基含有シルセスキオキサンに対して0.1〜2.0Mのピリジンに溶解した混合液を窒素等の不活性ガス雰囲気下、室温でモノクロロシランを1時間かけて滴下し、その後、室温で2時間以上撹拌を行う。この際、反応時間が短いと、反応が完結しない場合がある。反応終了後、トルエンと水を加え、一般式(1)の硬化性シリコーン化合物をトルエンに溶解し、反応によって生じた塩を水層に溶解し除去する。有機層を硫酸マグネシウム等の乾燥剤を用いて乾燥し、使用した塩基及び溶媒を減圧濃縮によって除去することで、一般式(1)の硬化性シリコーン化合物を得ることができる。
モノクロロシランの使用量については、例えば一般式(7)で表されるモノクロロシランの場合、一般式(5)で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物のシラノール基を捕捉するにたる量以上、好ましくは理論量の1.0〜1.5倍量であるのがよい。過剰に加えても問題はないが、後処理の際、未反応モノクロロシランが残存しているとジシロキサンが生成するため精製が困難になる。なお、後処理の際生じるジシロキサンは沸点の低いものであれば減圧濃縮により除去できる。沸点の高いものは理論量で反応を行い、未反応モノクロロシランを残存させないようにしジシロキサンが生成しないようにすればよい。
そして、上記水酸基含有シルセスキオキサン化合物とモノクロロシランとの反応により、下記一般式(1)で表される硬化性シリコーン化合物を得ることができる。
[RSiO3/2]n[R1(CH3)2SiO1/2]m (1)
〔但し、R及びR1は、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は上記式(2)〜(4)(但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、R及びR1において、各置換基は互いに同じか異なるものであってもよいが、少なくとも一般式(1)で表される1分子中には、炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基を2以上有し、かつ、Rのうち少なくとも1つが上記硬化性官能基である。また、nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である。更に、Mw=500〜5000であり、Mw/Mn=1.0〜1.5の範囲である。〕1分子中に硬化性官能基を2以上含まないとポリマーのビルディングブロックとして用いる場合、架橋により十分なネットワークを広げることができないため好ましくない。
一般式(1)で表されるシリコーン化合物は、一般式(5)で表される不完全縮合型のシルセスキオキサンから誘導されているため、籠型シロキサンと類似した構造をとっている。即ち、一般式(1)で表されるシリコーン化合物は籠型シロキサンの特性を保持しており、且つ、他の樹脂との相溶性に優れる。
また、一般式(1)の硬化性シリコーン化合物は、原料として上記一般式(5)の水酸基含有シルセスキオキサン化合物より合成していることから、分子量分布が制御され、得られたシリコーン化合物のMwは500〜5000、好ましくは500〜2000であり、分子量の分布を表すMw/Mnは1.0〜1.5の範囲内である(Mw:重量平均分子量、Mn:数平均分子量)。
本発明によれば、硬化性官能基を2つ以上含む硬化性シリコーン化合物を高収率で得ることができる。さらに、この硬化性シリコーン化合物はシリコーン系硬化性樹脂や有機硬化性樹脂との相溶性があり、ヒドロシリル化、ラジカル重合性樹脂組成物の原料として広く使用でき、また、高分子材料の難燃性、耐熱性、電気絶縁性、表面特性、硬度、力学的強度、耐薬品性等を向上させるための添加剤としても利用できる。
また、本発明における水酸基含有シルセスキオキサン化合物は反応性に高い水酸基を有しているため、上記のような特性を持つ有用な新規な硬化性シリコーン化合物を誘導することができ、かつ、収率良く合成する手段として利用できる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例等によりその範囲を限定されるものではない。
撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、溶媒として2−プロパノール(IPA)205mL及びトルエン411mLを入れ、塩基性触媒として26%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(TMAH水溶液)54.9g(156ミリモル)を装入した。また、滴下ロートにIPA136mL、トリメトキシメチルシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製SZ−6070)46.6g(342ミリモル)、及びトリメトキシビニルシラン(信越化学工業株式会社製KBM−1003)50.7g(342ミリモル)を入れて、反応容器を撹拌しながら、室温で3時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間撹拌した。5時間撹拌後、10%クエン酸水溶液を加え2時間撹拌して中和した。水層をトルエンで抽出し、有機層を飽和食塩水で2回洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで加水分解生成物(水酸基含有シルセスキオキサン化合物)を46.1g(回収率86%)得た。この水酸基含有シルセスキオキサン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色粘性液体であった。
上記で得た水酸基含有シルセスキオキサン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[HO1/2]mのGPCを測定した結果を図1に示す。図1から、Mw=1188、Mw/Mn=1.326であった。
また、この水酸基含有シルセスキオキサン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[HO1/2]m1H−NMRを測定した結果を図2に示す。図2から、ビニル基、メチル基及びシラノール基のピークを確認した。[CH3SiO3/2]k:[CH2=CHSiO3/2]j:[HO1/2]mの積分比を比較したところ、2.989:3.000:1.067であり、その官能基比率は0.966:1.000:1.067であった。従って、nはkとjの和であることから、n/m=1.843であった。また、Mw=1188及びn/m=1.84から導かれるk:j:mの比は7.479:7.753:8.226であると計算され、Siが15の縮合体であり、水酸基を8つ、硬化性官能基を8つ含むことが確認された。
次に撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、上記で得られた水酸基含有シルセスキオキサン化合物36.3g(31ミリモル)とピリジン207mLをはかり込み窒素置換した。滴下ロートにトリメチルクロロシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製PRX−24)36.0g(331ミリモル)を入れ、室温で1時間かけて滴下した。滴下終了後室温で2時間撹拌した。2時間撹拌後、トルエン207mLと純水207mLを加え、有機層と水層を分離した。有機層を飽和食塩水で洗浄した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで、硬化性シリコーン化合物を45.7g(回収率97%)得た。この硬化性シリコーン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色液体であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[(CH33SiO1/2]mのGPCを測定した結果を図3に示す。GPCの測定の結果(図3)から、Mw=1520、Mw/Mn=1.270であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[(CH33SiO1/2]m 1H―NMRを測定した結果を図4に示す。図4から[CH2=CHSiO3/2]j:[CH3SiO3/2]k+[(CH33SiO1/2]mの積分比を比較したところ3.000:8.699であり、k:j:mの積分比は2.989:3.000:5.801であり、k:j:mの比率は0.966:1.000:0.645であった。従って、nはkとjの和であることから、n/m=3.05であった。なお、水酸基含有シルセスキオキサン化合物の水酸基とこの硬化性シリコーン化合物のトリメチルシリル基の数が異なるのは、ピリジン存在下でシラノール基同士が一部分縮合したためであると考えられる。
また、Mw=1520及びn/m=3.05から導かれるk:j:mの比は7.469:7.743:5.020であると計算され、Siが20の縮合体であり、硬化性官能基を8つ含むことが確認された。
撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、溶媒として2−プロパノール(IPA)60mL及びトルエン120mLを入れ、塩基性触媒として26%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(TMAH水溶液)16.1g(45.9ミリモル)を装入した。また、滴下ロートにIPA40mLとトリメトキシビニルシラン(信越化学工業株式会社製KBM−1003)29.6g(200ミリモル)を入れ、反応容器を撹拌しながら、室温で3時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間撹拌した。5時間撹拌後、10%クエン酸水溶液を加え2時間撹拌して中和した。水層をトルエンで抽出し、有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで加水分解生成物(水酸基含有シルセスキオキサン化合物)を14、3g(回収率92%)得た。この水酸基含有シルセスキオキサン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色粘性液体であった。
この水酸基含有シルセスキオキサン化合物 [CH2=CHSiO3/2]n[HO1/2]mのGPCを測定した結果を図5に示す。GPC測定結果(図5)から、Mw=850、Mw/Mn=1.162であった。
次に、撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、水酸基含有シルセスキオキサン化合物10.8g(12.7ミリモル)とピリジン82.5mLをはかり込み窒素置換した。滴下ロートにジメチルビニルクロロシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製)20.7g(172ミリモル)を入れ、室温で1時間かけて滴下した。滴下終了後室温で2時間撹拌した。2時間撹拌後、トルエン82.5mLと純水82.5mLを加え、有機層と水層を分離した。有機層を飽和食塩水で洗浄した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで、硬化性シリコーン化合物を14.1g(回収率90)得た。この硬化性シリコーン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色液体であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]n[CH2=CH(CH321/2]mのGPCを測定した結果を図6に示す。GPC測定の結果(図6)から、Mw=1226であり、Mw/Mn=1.133であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]n[CH2=CH(CH321/2]m1H−NMRを測定した結果を図7に示す。図7から[CH2=CHSiO3/2]n:[CH2=CH(CH321/2]mの積分比を比較したところ11.375:6.000であった。従って、n:mの比率は1.000:0.358となり、n/m=2.79であった。
また、Mw=1226及びn/m=2.79から導かれるn:mの比は7.114:2.547であることが計算され、Siが9の縮合体であり、硬化性官能基を9つ含むことが確認された。
撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、溶媒として2−プロパノール(IPA)48mL及びトルエン194mLを入れ、塩基性触媒として26%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(TMAH水溶液)9.6g(27ミリモル)を装入した。また、滴下ロートにIPA32mL、トリメトキシビニルシラン(信越化学工業株式会社製KBM1003)11.9g(80ミリモル)、及び3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製LS−2940)20.0g(80ミリモル)を入れ、反応容器を撹拌しながら、室温で3時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間撹拌した。5時間撹拌後、10%クエン酸水溶液を加え2時間撹拌して中和した。水層をトルエンで抽出し、有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで加水分解生成物(水酸基含有シルセスキオキサン化合物)を17.8g(回収率89%)得た。この水酸基含有シルセスキオキサン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色粘性液体であった。
この水酸基含有シルセスキオキサン化合物 [CH2(O)CHCH2O(CH23SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[HO1/2]mのGPCを測定した結果を図8に示す。GPC測定結果(図8)から、Mw=1379、Mw/Mn=1.282であった。
次に、撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、水酸基含有シルセスキオキサン化合物10.8g(8ミリモル)とピリジン82mLをはかり込み窒素置換した。滴下ロートにジメチルビニルクロロシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製)20.7g(171ミリモル)を入れ、室温で1時間かけて滴下した。滴下終了後室温で2時間撹拌した。2時間撹拌後、トルエン82Lと純水82mLを加え、有機層と水層を分離した。有機層を飽和食塩水で洗浄した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで、硬化性シリコーン化合物を11.7g、回収率91%で得た。この硬化性シリコーン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色液体であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH2(O)CHCH2O(CH23SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]mのGPCを測定した結果を図9に示す。GPC測定の結果(図9)から、Mw=1624であり、Mw/Mn=1.293であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH2(O)CHCH2OSiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]m1H−NMRを測定した結果を図10に示す。図10から[CH2(O)CHCH2CH2CH2SiO3/2]k:[CH2=CHSiO3/2]j:[CH2=CH(CH321/2]mの積分比を比較したところ2.000:3.000:1.496であった。従って、nはkとjの和であることからk:j:mの比率は1:1:0.249となり、n/m=8.032であった。
また、Mw=1136及びn/m=8.03から導かれるn:mの比は6.028:6.028:1.501であることが計算され、Siが14の縮合体であり、硬化性官能基を14つ含むことが確認された。
撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、溶媒として2−プロパノール(IPA)182mL及びトルエン363mLを入れ、塩基性触媒として26%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(TMAH水溶液)35.9g(102ミリモル)を装入した。また、滴下ロートにIPA121mL、トリメトキシビニルシラン(信越化学工業株式会社製KBM1003)44.8g(303ミリモル)、及びトリメトキシフェニルシラン60.0g(303ミリモル)を入れ、反応容器を撹拌しながら、室温で3時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間撹拌した。5時間撹拌後、10%クエン酸水溶液を加え2時間撹拌して中和した。水層をトルエンで抽出し、有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで加水分解生成物(水酸基含有シルセスキオキサン化合物)を56.8g(回収率88%)得た。この水酸基含有シルセスキオキサン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色粘性液体であった。
この水酸基含有シルセスキオキサン化合物 [CH2=CHSiO3/2]k[PhSiO3/2]j[HO1/2]mのGPCを測定した結果を図11に示す。GPC測定結果(図11)から、Mw=1492、Mw/Mn=1.436であった。
次に、撹拌機及び滴下ロートを備えた反応容器に、水酸基含有シルセスキオキサン化合物53.0g(36ミリモル)とピリジン304mLをはかり込み窒素置換した。滴下ロートにジメチルビニルクロロシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製)44.1g(366ミリモル)を入れ、室温で1時間かけて滴下した。滴下終了後室温で2時間撹拌した。2時間撹拌後、トルエン305mLと純水305mLを加え、有機層と水層を分離した。有機層を飽和食塩水で洗浄した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで、硬化性シリコーン化合物を55.2g(回収率91%)で得た。この硬化性シリコーン化合物は種々の有機溶剤に可溶な無色液体であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]k[PhSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]mのGPCを測定した結果を図12に示す。GPC測定の結果(図12)から、Mw=1685であり、Mw/Mn=1.426であった。
この硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]k[PhSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]m1H−NMRを測定した結果を図13に示す。図13から[CH2=CHSiO3/2]k:[PhSiO3/2]j:[CH2=CH(CH321/2]mの積分比を比較したところ13.831:20.004:6.000であった。従って、k:j:mの比率は4.610:4.001:1.000となり、nはkとjの和であることからn/m=7.22であった。
また、Mw=1685及びk+j/m=7.22から導かれるk:j:mの比は7.198:7.198:1.994であることが計算され、Siが17の縮合体であり、硬化性官能基を8つ含むことが確認された。
[比較例1]
撹拌機、滴下ロートを備えた反応容器に、溶媒としてトルエン200mLを入れ、塩基性触媒として5%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(TMAH水溶液)39.0g(21ミリモル)を装入した。滴下ロートにトルエン60mL、トリメトキシメチルシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製SZ−6070)24.5g(179ミリモル)、及びトリメトキシビニルシラン(信越化学株式会社製KBM1003)26.7g(179ミリモル)を入れ、反応容器を撹拌しながら、室温でトリメトキシビニルシランのトルエン溶液を2時間かけて滴下した。トリメトキシビニルシラン滴下終了後、加熱することなく2時間撹拌し、この反応溶液を1日静置し、その後、後再縮合を行った。滴下ロートを取り外して反応容器にディンスターク、冷却管を備えつけ、液温75℃まで加熱して副生成物のメタノールを除去した後、液温105℃でトルエンを還流加熱した。3時間撹拌還流後、室温に戻して反応を終了とした。反応溶液を10%クエン酸水溶液23.0gで中和した後、飽和食塩水で洗浄し無水硫酸マグネシウムで脱水した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで下記再縮合物(8)を33.7g、収率72%で得た。この再縮合物は種々の有機溶剤に難溶な白色固体であった。得られた下記再縮合物(8)のGPCチャートを図14に示す。なお、ここで言う再縮合とは、トリアルコキシシランを有機極性溶媒および塩基性触媒存在下、加水分解、重縮合し、得られた加水分解生成物を再び、非極性溶媒及び塩基性触媒存在下で縮合することであり、完全縮合型のシルセスキオキサン(かご型シルセスキオキサン樹脂)の製造方法である(特開2004-143449号公報)。
[CH3SiO3/2]i[CH2=CHSiO3/2]h (8)
[比較例2]
撹拌機、滴下ロートを備えた反応容器に、溶媒としてトルエン200mLを入れ、塩基性触媒として5%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(TMAH水溶液)39.0g(21ミリモル)を装入した。滴下ロートにトルエン60mLとトリメトキシビニルシラン(信越化学株式会社製KBM1003)53.0g(358モル)を入れ、反応容器を撹拌しながら、室温でトリメトキシビニルシランのトルエン溶液を2時間かけて滴下した。トリメトキシビニルシラン滴下終了後、加熱することなく2時間撹拌し、この反応溶液を1日静置し、その後、再縮合を行った。滴下ロートを取り外して反応容器にディンスターク、冷却管を備えつけ、液温75℃まで加熱して副生成物のメタノールを除去した後、液温105℃でトルエンを還流加熱した。3時間撹拌還流後、室温に戻して反応を終了とした。反応溶液を10%クエン酸水溶液23.0gで中和した後、飽和食塩水で洗浄し無水硫酸マグネシウムで脱水した。無水硫酸マグネシウムをろ別し、濃縮することで下記再縮合物(9)を30.3g、収率83%で得た。この再縮合物は種々の有機溶剤に難溶な白色固体であった。得られた下記再縮合物(9)のGPCチャートを図15に示す。
[CH2=CHSiO3/2]g (9)
[相溶性試験]
上記実施例1〜4で得られた硬化性シリコーン化合物と下記(10)〜(14)で表されるシリコーン系硬化性樹脂を重量比1:1で混合して相溶性を評価した。また、上記比較例1及び2で得られたものについても同様に評価した。結果を表1に示す。なお、評価は目視で行い、透明の場合を○、白濁が認められた場合を×とした。
Figure 2008266301
Figure 2008266301
水酸基含有シルセスキオキサン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[HO1/2]mのGPCチャート 水酸基含有シルセスキオキサン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[HO1/2]m1H−NMRチャート 硬化性シリコーン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[(CH33SiO1/2]mのGPCチャート 硬化性シリコーン化合物[CH3SiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[(CH33SiO1/2]m1H−NMRチャート 水酸基含有シルセスキオキサン化合物[CH2=CHSiO3/2]n[HO1/2]mのGPCチャート 硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]n[CH2=CH(CH321/2]mのGPCチャート 硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]n[CH2=CH(CH321/2]m1H−NMRチャート 水酸基含有シルセスキオキサン化合物[CH2(O)CHCH2OSiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[HO1/2]mのGPCチャート 硬化性シリコーン化合物[CH2(O)CHCH2OSiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]mのGPCチャート 硬化性シリコーン化合物[CH2(O)CHCH2OSiO3/2]k[CH2=CHSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]m1H−NMRチャート 水酸基含有シルセスキオキサン化合物[CH2=CHSiO3/2]k[PhSiO3/2]j[HO1/2]mのGPCチャート 硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]k[PhSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]mのGPCチャート 硬化性シリコーン化合物[CH2=CHSiO3/2]k[PhSiO3/2]j[CH2=CH(CH321/2]m1H−NMRチャート 比較例1[CH3SiO3/2]i[CH2=CHSiO3/2]hのGPCチャート 比較例2[CH2=CHSiO3/2]gのGPCチャート

Claims (3)

  1. 下記一般式(1)
    [RSiO3/2]n[R1(CH3)2SiO1/2]m (1)
    で表される硬化性シリコーン化合物。
    〔但し、R及びR1は、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)〜(4)
    Figure 2008266301
    (但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、R及びR1において、各置換基は互いに同じか異なるものであってもよいが、少なくとも一般式(1)で表される1分子中には、炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基を2以上有し、かつ、Rのうち少なくとも1つが上記硬化性官能基である。また、nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である。更に、Mw=500〜5000であり、Mw/Mn=1.0〜1.5の範囲である。〕
  2. 下記一般式(5)
    [RSiO3/2]n [HO1/2]m (5)
    で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物。
    〔但し、Rは、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)〜(4)
    Figure 2008266301
    (但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、Rは互いに同じか異なるものであってもよいが、一般式(5)で表される1分子中のRの少なくとも1つは炭素数2〜3のアルケニル基、及び式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基である。また、nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である。更に、Mw=500〜5000であり、Mw/Mn=1.0〜1.5の範囲である。〕
  3. 請求項1に記載の硬化性シリコーン化合物の製造方法であって、下記一般式(6)
    RSiX3 (6)
    〔但し、Rは、水素原子、炭素数6〜10のアリール含有基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜3のアルケニル基、又は下記式(2)〜(4)
    Figure 2008266301
    (但し、式中のlは1〜3の整数であり、R2は水素原子又はメチル基を示す)から選ばれ、Xは加水分解性基を示す。〕で表される1種以上のケイ素化合物であり、かつ、少なくとも1種のケイ素化合物のRが、炭素数2〜3のアルケニル基、及び上記式(2)〜(4)からなる群から選ばれたいずれかの硬化性官能基である1種以上のケイ素化合物を、RSiX3:塩基性触媒=4〜10モル:1モルとなる範囲の塩基性触媒の存在下、極性溶媒及び非極性溶媒の混合溶媒中で加水分解して、下記一般式(5)
    [RSiO3/2]n [HO1/2]m (5)
    (但し、Rは上記と同じである。nは6〜20の整数、mは1〜6の整数を示し、n/mが1〜10の範囲である)で表される水酸基含有シルセスキオキサン化合物を生成した後、モノクロロシランと反応させることを特徴とする硬化性シリコーン化合物の製造方法。
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