JPH01128989A - トリアルコキシシラン−テトラアルコキシシラン混合物の製造方法 - Google Patents

トリアルコキシシラン−テトラアルコキシシラン混合物の製造方法

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JPH01128989A
JPH01128989A JP63242634A JP24263488A JPH01128989A JP H01128989 A JPH01128989 A JP H01128989A JP 63242634 A JP63242634 A JP 63242634A JP 24263488 A JP24263488 A JP 24263488A JP H01128989 A JPH01128989 A JP H01128989A
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    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に金属けい素とアルコールの間の触媒反応
によるトリアルコキシシラン/テトラアルコキシシラン
混合物の製造に関するものである。
特に、本発明は金属けい素とアルコールの間の銅触媒反
応における、トリアルコキシシランのテトラアルコキシ
シランに対する比を制御するための、混合溶剤の使用に
関するものである。
金属けい素とアルコールの間の反応は十分に確立されて
いる。1949年のような古くから、ロチヨーによる米
国特許第2.473.260号はメタノールと塊状のけ
い素−銅からのけい酸メチルの製造方法を記している。
同様に米国特許第3゜072.700号は流動床反応器
中の金属けい素とアルコールからのシラン[(R0)3
S iH,(RO)2SiH2]の製造を記している。
オルトけい酸テトラアルキルの製造についての特許とし
ては、米国特許第4.288.604号及び日本特許第
19う9−163529号がある。
トリアルコキシシランの製造に関する特許の中には米国
特許第3,775.457号がある。日本特許第197
9−163529.1980−28929.1980−
28929.1980−2641号及び日本特許公開第
33457/1980及び11538/1980号をも
参照すべきである。
一般に、金属けい素とアルコールの間の銅触媒を用いる
スラリー反応においては、トリアルコキシシランとテト
ラアルコキシシランの比を制御することはできない。そ
の理由は銅触媒による金属けい素とアルコールの反応は
発熱的であって、下式に従って進行するからである: 220°C 主な副反応は下式に従がって進行する:220°C テトラアルコキシシランは種々の物質を触媒とするトリ
アルコキシシランとアルコールの二次反応によっても生
成させることができる:この二次反応の触媒となる典型
的な物質は銅、金属塩化物、酸、塩基及び金属である。
HCQ及びFeCO3のような物質は、きわめて良好な
触媒である。塩化第一銅を触媒として用いるときは、反
応の初期にHCQが生じる。
それ故、金属けい素とアルコールの間の銅触媒反応にお
けるトリアルコキシシランのテトラアルコキシシランに
対する比を制御する必要が存在する。
かくして本発明の目的は、変化させることができ、しか
も調節することができる生成物中のテトラアルコキシシ
ランのトリアルコキシシランに対する比を与える、金属
けい素とアルコールからのトリアルコキシシラン/テト
ラアルコキシシラン混合物を製造するための方法を提供
することにある。
本発明の別の目的は、金属けい素のトリアルコキシシラ
ン/テトラアルコキシシラン生成物への高い転化率をも
たらし且つ反応残留物中の僅かな未反応けい素含量を与
えるにすぎない、かかる方法を提供することにある。
本発明のその他の目的及び有利性は以下の説明及び実施
例によって明白となるであろう。
本発明は式HS i (OR)3/ S i (OR)
4、ココでRは1〜6炭素原子を含有するアルキル基で
ある、のトリアルコキシシラン/テトラアルコキシシラ
ン混合物を製造するための方法を提供するものであって
、この方法は: (a)  式ROHのアルコール、溶剤の混合物、金属
けい素、及び接触的に有効な量の銅触媒から成る反応混
合物を形成させ;且つ (b)  該アルコールと該金属けい素を反応させてト
リアルコキシシラン/テトラアルコキシシラン混合物を
生成せしめることから成っている。
本発明の方法は、約l二〇未満から約9:l(重量基準
による)を越えるまでのテトラアルコキシシランのトリ
アルコキシシランに対する比を有する生成物を与える。
本発明の方法は、高いけい素転化率をも与える。
本発明の方法は、混合溶剤を使用し、少なくともその中
の一つはテトラアルコキシシランを与えるべきトリアル
コキシシランとアルコールの間の反応を促進しなければ
ならないという点で、従来用いられた方法とは異なって
いる。
本発明に従って、金属けい素とアルコールの間の銅触媒
反応によって生じるテトラアルコキシシランのトリアル
コキシシランに対する比を、混合溶剤の使用によって制
御することができる。
本発明の方法において用いる金属けい素反応物は一般に
特定形態にあるけい素の工業的に入手可能な品級のいず
れかとすることができる。本発明において有用な市販の
金属けい素の典型的な組成は、けい素−98.5%;鉄
−0.50%未満;アルミニウムー0.20〜0.35
%;カルシウム−0,02〜0.10%:水−0,1%
未満;鉛−1Oppm未満:はう素−20ppm未満で
ある。一般に処理が容易であるどとにより比較的小さい
粒度(約50メツシユ未満)が好適である。場合によっ
ては粒度を調節するために粉砕したけい素をふるいにか
けてもよい。
反応中のすすの存在は反応速度及び/又はテトラアルコ
キシシランに対する選択率に対して悪影響を有するので
、避けなければならない(たとえば、百方部当り75部
というような低い量が反応に対して悪影響を示す)。
本発明の方法において有用なアルコールは式RoH中で
Rが1〜6炭素原子を含有するアルキル基であるもので
ある。Rは1〜3炭素原子を含有するアルキルであるこ
とが好ましい。もつとも好適なアルコールはメタノール
である。
本発明の方法において用いる銅触媒は反応を触媒するた
めに有効な量で存在させる。一般に有効な量は重量で1
00部の金属けい素当りに重量で約0.O1〜約5部の
範囲である。通常は銅の量は重量で100部の金属けい
素当りに約0.1乃至約2.6部である。銅の好適量は
重量で100部の金属けい素当り重量で約0.1乃至約
0.7部である。
本発明の方法において使用する好適触媒は、粉末状の金
属銅、何らかの無水銅化合物、又はそれらの混合物であ
る。金属銀、その化合物及びそれらの混合物もまた有効
な触媒であることが知られている。
単独で又は混合物として使用するために適する銅化合物
の例は銅酸化物、たとえば酸化第二銅及び酸化第一銅;
銅ハロゲン化物、たとえば塩化第二銅、塩化第一銅、臭
化第一銅、臭化第二銅;銅鋼酸化物;たとえばぎ酸第二
銅及び酢酸第二銅のような低級脂肪酸の銅塩;銅炭酸化
物;銅水酸化物;銅シアン化物:たとえば鉛を含有しな
い青銅及び真鍮のような金属間銅化合物及び銅アセチル
アセトナートである。しかしながら、これは制限的又は
総括的なリストではない。
特に避けなければならない銅化合物は、たとえばりん化
銅、硫化銅及び鉛と銅の金属間化合物である。
安定化した水酸化銅(■)を用いることが好ましい。
本発明の方法において有用な溶剤は、反応条件下に分解
することがない第一の、不活性溶剤及びテトラアルコキ
シシランを与えるべきトリアルコキシシランとアルコー
ルの間の反応を促進する第二の溶剤の混合物である。
第一の、不活性溶剤は、たとえばサーミノール■(TH
ERMI N0L)及びドデンルベンゼンのような、高
温安定性の有機溶剤である。サーミノール■は伝熱媒体
に対するモンサント社の商品名である。
第二の溶剤はトリアルコキシシランとアルコールの間の
反応を促進するルイス塩基である。7よりも大きいpK
a値を有するルイス塩基が好ましい。たとえば、第二の
溶剤は、たとえばケマミン■(K emamine)の
ような第三アミン又はたとえばメトキシトリグリコール
(MTG)のようなポリエーテル又は、たとえばジフェ
ニルオキシドのような芳香族エーテルとすることができ
る。
使用する溶剤の量は存在するけい素の量の関数である。
一般に、2部のけい素に対して1部の混合溶剤(2: 
l)から1部のけい素に対して4部の混合溶剤(1:4
)までの量が必要である。この比はl:l乃至l:2の
範囲が好ましい。混合溶剤自体の中で、第二の溶剤の量
が大であるほど回収されるテトラアルコキシシランの量
が高くなる。
金属けい素、触媒及び溶剤は任意の順序で混合すること
ができる。一般に、反応はスラリー中で行ない、アルコ
ールを気体又は液体として一定の速度でスラリー中に供
給する。反応は一般に1又は2時間の誘導時間を示す。
それ故、当初のアルコール供給速度を低くし、反応の進
行につれて高める。一般に反応が開始したのちは、アル
スール転化の望ましい水準を与えるようにアルコールの
供給速度を調節すればよい。この分野の精通者は、生成
物の組成を監視することによって、当該反応における供
給速度を容易に調節することができる。
供給速度が高すぎるときは、生成物流は比較的高率の未
反応アルコールを含有するようになる。
反応は一般に約150°Cよりは高いが反応物又は溶媒
が劣化又は分解するような温度よりも低い温度で行なう
。反応温度は約200乃至約240℃の範囲の温度に保
つことが好ましい。反応は、いうまでもなく、それより
も高い温度で行なうこともできるが、特に利点はない。
反応を行なう圧力は重要ではなく、常圧以下から常圧以
上まで変えることができる。反応は一般にほぼ常圧にお
いて行なう。
反応混合物を撹拌して溶剤中のけい素粒子とアルコール
のよく混合したスラリーを保つことが好ましい。還流が
テトラアルコキシシランの生成をもたらすトリアルコキ
シシランとアルコールとの一層の反応を促進するから、
反応混合物を絶縁する必要はない。
本発明の正確な範囲を特許請求の範囲中に記載したが、
以下の特定的な実施例は本発明のいくつつかの局面を例
証し且つ、さらに特に、それを評価するための方法を指
摘する。しかしながら、これらの実施例は例証のために
のみ記したものであって、特許請求の範囲に記す以外は
本発明に対する限定とみなすべきではない。部数及び百
分率は、特に他の記載がない限りは重量による。
実施例 反応は50グラムの金属けい素、溶剤及び触媒を仕込ん
だ1000ミリリツトルの四ツロフラスコ中で行なった
。アルコールは、重力的供給一定添加漏斗によるか、又
はFMr@ポンプを用いて加え且つ流速をマイクロメー
ター調節を用いて制御した。反応温度は温度計とI”R
サーモ−0−ウォッチを用いて調節した。テフロン羽根
とガラス軸をもつ機械的撹拌機、すなわち、空気モータ
を使用して反応物を撹拌した。短かい(約12“)ピグ
ロー塔を用いて溶剤の飛沫同伴を防いだ。生成物試料を
窒素ブローパイを伴なう蒸留ヘッドを通じて時間間隔を
置いて取り出して、250ミリリツトルの受器中に収集
した。生成物カット、すなわち、試料は0.5〜2時間
の基準で採取して、2〜5グラムの試料をガスクロマト
グラフィー分析のための圧力びん中に入れた。反応は2
20°Cにおいて、それ以上の金属けい素が揮発性生成
物に転化しなくなるまで行なった。
比較例A−D 溶剤の選択のみを可変として、いくつかの標準的な実験
を行なった。各実験において、1.3グラムの塩化第一
銅と溶剤を反応器に仕込んで220°Cに加熱し、次い
でメタノールを連続的に(約30〜50グラム/時間)
加えると同時に、生成物を連続的に取り出した。使用し
た溶剤は次のものである: 1肢        実験番号 ジフェニルオキシド  A サーミノール060  B ドデシルベンゼン   C サーミノール66    D 比較例E 溶剤としてメトキシトリグリコール(MTG)を用いて
ナトリウム触媒反応を行なった。225°Cにおいて、
連続的なメタノールフィードにおいて、金属けい素とメ
タノールの間で生じる反応は、きわめて僅かな水準のト
リメトキシシランと共に主としてテトラメトキシシラン
を与えた。25.9時間の反応後に、69重量%のけい
前転化率において実験を終了させた。第5表中に詳細に
示した結果は、トリメトキシシラン/テトラメトキシシ
ラン(TRI/TETR)の比に対して、この溶剤が良
好な制御を与えないことを示している。
実施例1〜6 実験実施例1〜4は、それぞれ5.0グラムの銅触媒を
使用し、アルコールフィードを1時間当り約30〜50
グラムに保ち且つ反応の平均温度を239°Cに保つ点
は一致していた。溶剤の種類、溶剤の比率及びけい素の
チャージは、当該反応の可能性を指示するように、目的
に応じて変イし・させIこ 。
実施例1(第6表) この反応は混合溶剤としてサーミノール■とケマミン■
の50 : 50混合物を用いて行なった。
塩化銅(5,0グラム)を触媒として使用し、75゜0
グラムのけい素の全チャージを加えた。226°Cの平
均温度を有する反応物にアルコールを供給した(47時
間)。この反応の生成物は約90%のけい素転化率にお
いて主としてテトラメトキシシランであった。
実施例2(第7表) 第二の反応は混合溶剤としてサーミノール■とメトキシ
トリグリコール(MTG)の50 : 50混合物を用
いた。5,0グラムの塩化第一銅触媒水準は実施例1と
同様であった。反応物の平均温度は238°Cであり、
2回の50.0グラムのけい素チャージを行なった。最
初の50.0グラムのチャージは75%のけい素転化率
を与えたが第二のけい素チャージは遥かに低い転化率を
有していた。31.5時間続けたこの反応は、約3又は
4からlまで変化する、テトラメトキシシランのトリメ
トキシシランに対する良好な比率を与えた。
実施例3(第8表) この反応における混合溶剤は75%サーミノール0と2
5%ケマミン■であった。触媒チャージは一定の5.0
グラムの塩化第一銅であった。平均温度は以前の反応よ
りも僅かに高いのみの243°Cであった。50.0グ
ラムの一回の初期けい素チャージのみを行なって、けい
素の転化率は62%であった。23時間の反応の間にテ
トラメトキシシランの収量が主体であった。
実施例4(第9表) この反応においては、200グラムの溶剤チャージの中
で、5%のみのケマミン量を有するサーミノールとケマ
ミンの混合物を用いた。触媒は5゜0グラムの量の塩化
第一銅であった。けい素転化率は67%にすぎなかった
が、反応は11.3時間継続したのみであった。この反
応の平均温度は252°Cであり、テトラメトキシシラ
ンとトリメトキシシラン混合物の収率は一般にテトラメ
トキシシランの側で高いが、以前の反応におけるよりは
多くのトリメトキシシランが生じた。この反応を以前の
反応と比較すると、混合溶剤の成分を変えることによっ
て生成物の収率をも変えることができるということが明
らかである。
実施例5(第10表) 実施例5は、lσ0.00グラムの混合溶剤として、9
8%のサーミノール■に対して2.0%のみのケマミン
■を用いた。Cu(■)OH(0,66重量%)を触媒
として用いたが、この量は先行実施例よりもいくらか低
い銅の水準であった。反応温度ハ220±3°Cに保っ
たが、この温度制御は、この実施例においてはより精密
である。アルコールのフィードも1時間当り39〜42
グラムで一層精密に調節した。ケマミン■の水準を低下
させるにつれて、トリメトキシシランのテトラメトキシ
シランに対する比は増大した。全生成物の収率は85%
と良好であった。
実施例6(第11表) 反応性と触媒機能の制御についての一層明白な実証のた
めに、この反応は通常の50.0グラムのけい素のチャ
ージと2%ケマミン■及び98%サーミノール[F]を
用いて行なった。15.5時間の間は触媒を加えず、そ
の間反応物を220°Cの温度に保ち且つアルコールを
一定フイード速度で加え、その時間ののちに0.66%
の触媒(安定化した水酸化銅(■))を加えた。かくし
て反応はほぼ等量のテトラメトキシシランとトリメトキ
シシランを生じたけれども、けい素の転化率は72%に
すぎなかった。
第2表(統) チャージ:5i−50,0グラム活性物(PHI触媒ニ
ー5グラム塩化第一銅 溶剤:−200グラムサーミノールo60収集試料、グ
ラム      46.5  22.3  18.8 
 6.78 63.2  68.1反応時間、分   
     105  120  120   60  
120  1501JeOHフィード、グラム    
44.3  23.7  19.0   7.91 5
9.4  63.3GC分析 −MeO887,697−098−198,258,7
48,8−I(Si(OMe)+         0
.9      −      25.3  39.2
−5i(2−5i(’        6−3  1−
2  0.6  0.2  8.9  6.6−その他
本(Si)       0.9  0−2  0.1
  0.1   +、5  1.3−溶剤      
     4.3  1.6  1.2  1.6  
5.6  4.O5i転化(ポット中Si)     
  9.10  8.37  8.31  8.28 
33.28 28.4+ 25.0 試料中全Si           O,7320,0
600,0250,00414,9247,158−グ
ラム/時間       0.418 0.030 0
.013 0.004 2.46  2−86−重1%
/時間       4.60  0.36  0.1
6  0.050 7.40 10.08MeOH転化 フィード速度グラム/時間 25.5  1+、9  
9.5  7.9  29.7  25.3重量%/時
間 反応条件 一温度、°C258255250149**208  
231H5i(QAle)z/5i(Neo)a比  
0.14 −  −  −  2.84 5.94* 
重質物を含む 林還流開始時 54.9  37.8  57.5  76.9  3
7.8  64.0  62.5  71.4150 
 120   !20  120   75  120
  120  12052.2  35.6  51.
4  70.4  36.4  55.4  57.8
  64.949.1  59.5  55.5  6
1.3  5B、5  45.6   gl、7  9
0.840.7  29.8  27.2  24.8
  31.6  36.0  3.7   −6.9 
  7.6  10.2  4.8   6.4  1
1.9   8.1   0.61.1    +、4
   1.8   2.2   1.8   1.9 
  1.3   1.02.2   1.7   5.
3   6.9   3.7   4.6   5.2
   7.621.2  15.2  39.96 3
2.05 26.6  23.26 16.3  14
.05.965 3.236 4.908 5.446
 3.343 6.970 1.650 02.39 
 1.62  2.45  2.72  2.67  
3.49  0.83  011.25 10.64 
 6J4  8.50 10.06 15.00  5
.06  020.9  17.8  25.7  3
5.2  29.1  27.7  28.9   3
5.90  3.92  2.67  5.17  4
.94  3.03  0.46チャージニー 触媒−42゜ 溶剤−20′。
収集試料、グラム        40.3反応時間、
分          85MeOHフィード、グラム
      34.0GG分析 −MeOH78,27 HS i(OMe)s           O−13
−513−5i(+           17.14
=その他            0.96−溶剤  
          3.51Si転化(ポット中Si
グラム’)     20.79試料中全Si    
         1.37−グラム/時間     
    0.97−重量%/時間         4
.66MeOH転化 フィード速度グラム7時間   24.0重量%/時間
          − 反応条件 一温度、’c            −H3i(OM
e)x/Si(MeO)*比   0.008第 5 
表(続き) −Si−50−0グラムSi金属65X1500グラム
ナトリウムメチラート ?、9グラムMTG 44.9  46.2  49.7  46.3  4
8.5  35.838.0  36.4  47.4
8 39.57 41.94 30.0187.77 
83.84 83.15 84.30 83.96 8
3.940.19  0.10  0.06  −  
 0.05  0.043.80  6.85  9.
02  8.55  8.72  9.131.59 
 1.44  1.09  0.98  0.78  
0.746.58  7.78  6.69  6.1
8  6.50  6.1519.42 18.92 
18.17 17.21 16.38 15.510.
50  0.75  0.96  0.83  0.8
7  0.670.42  0.53  1.03  
1.19  0.60  0.532−14  2.8
2  5.64  6.92  3.67  3.44
31.7  26.0  49.1  56.5  2
8.9  24.00.050 0.015 0.00
7 0.006..0.006 0.004第  8 
 表 チャージ:5i−50,0グラム活性物(触媒−5グラ
ム乾燥塩化第一銅 溶剤−150グラムサーミノール[F]50グラムケマ
ミン■25% 収集試料、グラム       47.8 29.8 
50.5   *   51.9 28.0反応時間、
分         240  130  120  
  *   120  90MeOHフィード、グラム
     67.3 31.7 49.1   *  
 57.8 27.7GC分析 −MeOH62,062,956,771,162,0
53,5−H5i(OMe)s          O
ol   0.1     3.9     0−03
−5i(Mo−03−5i(32,942,324−2
37,244,3−その他(Si)         
 1.8  4.1  1.0  0.8  0.8 
 1.1−溶剤**            −−’−
−−1,ISi転化(ポット中Siグラム’)    
50.0 46.6 44.5  − 60.4 36
.7試料中全Si            3.387
 2.094 4.051 −  3.652 2.3
58−グラム/時間        0.85 0.9
6 2.03  −  1.83 1.57−重量%/
時間        1.69 2.07 4.55 
 −  4.52 4.28MeOH転化 フィード速度グラム/時間  16.8 14.6 2
4.6  − 28.9 18.5重量%/時間   
       −−−−m=反応条件 一温度、’(!          225  254
  239  240  252  254   :*
 瞬間的試料 零*重質物を含む PHP) 13.5      *     27.1   24
.4   46.5      本    36.8 
  82.0   33.4120本12060120
本1209060■9.8    本   27,7 
 23.7  45.1     本   37.2 
 75.2  31.750.3 46.4 41.5
 49.9 61.2 63.1 59.6 69.5
 62.70.03 3.1  0.02 0.02 
0.05 4.0  0.05  −   −46.9
 47.4 55.8 44.5 33.8 29.2
 36.0 21.1  31.61.8  1.5 
 1.3  1.0  1.5  1.7  1.6 
 0.5  0.71.0  1.6  1.4  4
.6  3.4  2.0− 2.7  8.9  5
.034.3   −  33.1  30.2 28
.2   −  25.1 22.5  19.21.
223 −  2.868 2.057 3.061 
 −  2.58 3.281 2.000.61  
−  1.43 2.06 1.53  −  1.2
9 2.19 2.001.78  −  4.33 
6.81 5.43  −  5.14 9.27 1
0.419.9   −  13.8 23.7 22
.6   −  18.6 50.1 31.7本発明
の主な特徴と態様を記すと次のとおりである。
1、(a)  式ROH,式中でRはl−6炭素原子を
含有するアルキル基である、のアルコール、混合溶剤、
金属けい素及び接触的に有効な量の銅触媒から成る反応
混合物を形成させ;且つ(b)  該銅触媒と混合溶剤
の存在において該アルコールと該金属けい素を反応させ
てトリアルコキシシラン/テトラアルコキシシラン混合
物を生ぜしめ1 、  その際、該混合溶剤は反応の間に分解しない第一
の不活性溶剤及びトリアルコキシシランとアルコールの
間の反応を促進するために働らくルイス塩基である第二
の溶剤から成ることを特徴とする、式H5i(OR)3
/S i (OR)1式中でRは前記のとおりである、
のトリアルコキシシラン/テトラアルコキンシラン混合
物の制御した製造方法。
2、Rはメチルである上記lに記載の方法。
3、第一の、不活性溶剤は有機溶剤である、上記Iに記
載の方法。
4、第一の、不活性溶剤は伝熱流体である、上記3に記
載の方法。
5、第一の、不活性溶剤はドデシルベンゼンである、上
記3に記載の方法。
6、第二の溶剤は7よりも高いpKa値を有する、上記
lに記載の方法。
7、第二の溶剤は第三アミン、ポリエーテル及び芳香族
エーテルのグループから選択する、上記6に記載の方法
8、第二の溶剤はメトキシトリゲルコールである、上記
7に記載の方法。
9、第二の溶剤はジフェニルオキシドである、上記7に
記載の方法。
10、銅触媒は安定化した銅(I[)水酸化物である、
上記lに記載の方法。
11、Rはエチルである、上記lに記載の方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)式ROH、式中でRは1〜6炭素原子を含有する
    アルキル基である、のアルコール、混合溶剤、金属けい
    素及び接触的に有効な量の銅触媒から成る反応混合物を
    形成させ;且つ (b)該銅触媒と混合溶剤の存在において該アルコール
    と該金属けい素を反応させてトリアルコキシシラン/テ
    トラアルコキシシラン混合物を生ぜしめ、 その際、該混合溶剤は反応の間に分解しない第一の不活
    性溶剤及びトリアルコキシシランとアルコールの間の反
    応を促進するために働らくルイス塩基である第二の溶剤
    から成ることを特徴とする、式HSi(OR)_3/S
    i(OR)_4、式中でRは前記のとおりである、のト
    リアルコキシシラン/テトラアルコキシシラン混合物の
    制御した製造方法。
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