JPH0618879B2 - ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子 - Google Patents
ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子Info
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- JPH0618879B2 JPH0618879B2 JP63042303A JP4230388A JPH0618879B2 JP H0618879 B2 JPH0618879 B2 JP H0618879B2 JP 63042303 A JP63042303 A JP 63042303A JP 4230388 A JP4230388 A JP 4230388A JP H0618879 B2 JPH0618879 B2 JP H0618879B2
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Description
し、さらに詳しくは、ケイ素原子に結合可能な有機基の
範囲が広く、粒子径が非常に小さく、かつ粒子の形状が
球状で、その粒子径がよく揃ったポリオルガノシルセス
キオキサン微粒子に関する。
として、オルガノトリクロロシラン、オルガノトリアル
コキシシランのような3官能性シランをアルカリの水溶
液中で反応させる方法が知られている。例えば、ベルギ
ー国特許第572,412号公報には、メチルトリクロ
ロシランを噴霧水中で加水分解させるか、または多量の
水中に撹拌しながら滴下して加水分解させ、固体状のポ
リメチルシルセスキオキサンを得る方法が開示されてい
る。
く、多量の塩化水素が副成するので装置が腐食されると
いう問題のほか、生成したポリメチルシルセスキオキサ
ン粉末とともに副成した塩化水素と未加水分解のメチル
トリクロロシランが残ることから、比較的多量の塩素原
子が残存するという問題点がある。
300号公報には、塩素量が0.1〜5.0重量%であ
るメチルトリアルコキシシランおよび/またはその部分
加水分解物を、アルカリ土類金属水酸化物またはアルカ
リ金属炭酸塩を含む水溶液中で、加水分解・縮合させる
方法が開示されている。
キサン粉末とともにアルカリ土類金属やアルカリ金属が
比較的多量に残存するので各種合成樹脂用充填剤などと
して利用する場合、吸湿しやすいという問題点がある。
またこの方法では、原料のメチルトリアルコキシシラン
および/またはその部分加水分解物の塩素量を予め0.
1〜0.5重量%に調整しなければならないという問題
点もある。
よび/またはその部分加水分解縮合物を該シランおよび
/またはその部分加水分解縮合物中に存在する塩素原子
を中和するのに十分な量に触媒としての量を加えた量の
アンモニアまたはアミンの水溶液中で加水分解・縮合さ
せることによって、上記の問題点を解決し、自由流動性
に優れたポリメチルシルセスキオキサン粉末を得る技術
を提案している(特開昭60−13813号公報参
照)。
および/またはその部分加水分解縮合物またはメチルト
リアルコキシシランおよび/またはその部分加水分解縮
合物と有機溶剤との混合液を上層にし、アンモニアおよ
び/またはアミンと有機溶剤との混合液を下層にして、
これらの界面でメチルトリアルコキシシランおよび/ま
たはその部分加水分解縮合物を加水分解・縮合させて、
粒子の形状が各々独立した真球状であり、粒度分布が平
均粒子径の±30%の範囲であるポリメチルシルセスキ
オキサン粉末を製造し得ることを見出した(特開昭63
−77940号公報参照)。
アルコキシシランおよび/またはその部分加水分解物の
使用量を水の重量の1/10以下とすること、とくにアンモ
ニアおよび/またはアミンの濃度を0.01〜5重量%
とすることにより、平均粒子径が0.05〜0.8μm
の球状ポリメチルシルセスキオキサン粉末が得られるこ
とを見出した(特開昭63−295637号公報参
照)。
ン粉末は、粒子の形状が球状で、粒子径が小さく、疎水
性が高く、凝集性が小さく、比重が小さいという特徴を
もつうえに、粒子径の揃ったものが得られるという利点
がある。それゆえ、塗料、プラスチック、ゴム、化粧
品、紙などの改質用添加剤としても用いられている。
合した有機基はメチル基に限定され、メチル基以外の有
機基をもつオルガノトリアルコキシシランから直接ポリ
オルガノシルセスキオキサン粉末を得ようとしても、粒
子径の揃った微粒子を収率よく得ることはできない。そ
のため、屈折率の高い透明プラスチックに添加しても透
明性を保つような、任意の高い屈折率を有するポリオル
ガノシルセスキオキサン粉末を得ようとする場合、また
はフィルムに添加した場合にフィルム面が擦れあっても
傷つかないように硬さを調整したポリオルガノシルセス
キオキサン粉末を得ようとする場合など、分子中のケイ
素原子に結合した有機基の一部または全部としてメチル
基以外の基を導入しようとする試みは成功していなかっ
た。
も、その平均粒子径が0.05μm未満の小さなものは
未だ得られていない。
状で粒子径が揃っており、かつその粒子径がきわめて小
さいものであるポリオルガノシルセスキオキサン微粒子
およびその製造方法を提供することを目的とする。
ノシルセスキオキサン(ただし、ケイ素原子に結合する
炭化水素基は炭素数2〜6のアルキル基、シクロアルキ
ル基、アラルキル基、アリール基、アルケニル基および
置換アルキル基から選ばれた基、または上記の基とメチ
ル基との組合せである)微粒子に関する。
は、一般式: R1Si(OR2)3 (I) (式中、R1は炭素数2〜6のアルキル基、シクロアル
キル基、アラルキル基、アリール基、アルケニル基およ
び置換アルキル基から選ばれた基、または上記の基とメ
チル基との組合せであり、R2は置換または非置換のア
ルキル基を表す)で示されるオルガノトリアルコキシシ
ランを有機酸の存在下に加水分解して、一般式: R1Si(OH)3 (II) (式中のR1の意味は上記のとおりである) で示されるオルガノシラントリオールまたはその部分縮
合物を得る工程、 ついで、該オルガノシラントリオールまたはその部分縮
合物をアルカリの水溶液または該水溶液と有機溶媒との
混合液中で重縮合反応させる工程、を具備する方法によ
って製造される。
均粒子径が0.01〜1μmである。このポリオルガノ
シルセスキオキサン微粒子は、ケイ素原子に結合する炭
化水素基がメチル基以外のもの、またはメチル基以外の
炭化水素基とメチル基であるものであり、ケイ素原子に
結合する炭化水素基がメチル基のみのものは含まない。
てケイ素原子に結合する炭化水素基としては、例えば置
換または非置換の1価の炭化水素基を例示することがで
きる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、
ブチル基、ヘキシル基のようなアルキル基;シクロヘキ
シル基のようなシクロアルキル基;2−フェニルプロピ
ル基のようなアラルキル基;フェニル基、トリル基のよ
うなアリール基;ビニル基、アリル基のようなアルケニ
ル基;およびクロロメチル基、γ−クロロプロピル基、
γ−メタクリロキシプロピル基、γ−グリシドキシプロ
ピル基、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル基、γ
−メルカプトプロピル基、3,3,3−トリフルオロプ
ロピル基のような置換炭化水素基を例示することができ
る。
という場合は、特に断わらない限り、ケイ素原子に結合
する炭化水素基がメチル基以外のもの、メチル基以外の
ものとメチル基であるもの、およびメチル基のみのもの
を言うものとする。
されるオルガノトリアルコキシシランを有機酸の存在下
で加水分解して前記一般式(II)で示されるオルガノシ
ラントリオールまたはその部分縮合物を得る工程であ
る。
炭化水素基としては、上記したようにポリオルガノシル
セスキオキサン微粒子のケイ素原子に結合するものと同
一の1価の炭化水素基を例示することができる。
つ粒子径の揃った球状のポリオルガノシルセスキオキサ
ン微粒子を得ることができるということからは、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘ
キシル基、ビニル基またはフェニル基が好ましい。ま
た、化学的に安定で、かつ炭素官能性基により極性など
の特異な性質を生成物に与え、さらに粒子径が小さく、
かつ揃っている球状のポリオルガノシルセスキオキサン
微粒子を得ることができるということからは、γ−クロ
ロプロピル基、γ−メタクリロキシプロピル基、γ−グ
リシドキシプロピル基のような置換プロピル基;および
3,4-エポキシシクロヘキシルエチル基が好ましい。これ
らの基のうち、γ−グリシドキシプロピル基、3,4-エポ
キシシクロヘキシルエチル基のようなエポキシ環含有基
の場合は、加水分解反応の触媒である有機酸や重縮合反
応の触媒であるアルカリにより、一部のエポキシ環が開
環し、とくに後者の触媒としてアンモニアを用いるとき
は、開環反応により窒素含有基が生成するが、それは本
発明の目的を何ら損なうものではない。
ル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ
ル基などのアルキル基;およびメトキシエチル基、エト
キシエチル基、ブトキシエチル基などの置換アルキル基
を例示することがでる。これらの中でも、反応速度の点
からメチル基、エチル基が好ましく、とくにメチル基が
好ましい。
キシシランとしては、メチルトリメトキシシラン、メチ
ルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラ
ン、メチルトリス(メトキシエトキシ)シラン、エチル
トリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニ
ルトリス(メトキシエトキシ)シラン、フェニルトリメ
トキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3,4-エ
ポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、γ−
メルカプトプロピルトリメトキシシランなどを例示する
ことができ、これらは1種類を用いても2種類以上を併
用しても差し支えない。
酸を溶解させた水溶液中において、オルガノトリアルコ
キシシランと有機酸とを、撹拌、混合等の方法で接触さ
せることにより行なう。
速いことと、最終的に得られるポリオルガノシルセスキ
オキサン微粒子の用途を制限するようなイオン性物質な
どの不純物を残さないか、もしくは残しても少量である
点から優れているものである。かかる有機酸としては、
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、モノクロロ酢酸、シュウ
酸、クエン酸などを例示することができるが、少量で加
水分解の反応速度を上げ、かつ生成したポリオルガノシ
ラントリオールの部分縮合反応を抑制することからギ酸
および酢酸が好ましい。
も異なるが、オルガノトリアルコキシシランを加水分解
する場合に用いる水の量100重量部に対して1×10
−3〜1重量部が好ましく、5×10−3〜0.1重量
部がさらに好ましい。1×10−3重量部未満の場合に
は反応が十分に進行せず、1重量部を超える場合には不
純物中の酸基として系中に残存する濃度が高くなるばか
りでなく、生成したオルガノシラントリオールが縮合し
やすくなる。
シシラン1モルに対して2〜10モルが好ましい。水の
量が2モル未満の場合には加水分解反応が十分に進行せ
ず、10モルを超える場合にはオルガノシラントリオー
ルの部分縮合物が析出してしまう。
状態で行なってもよいが、オルガノシラントリオールを
収率よく得るためには5〜60℃に保持した状態で反応
を行なわせることが好ましい。
ルガノシラントリオールまたはその部分縮合物から重縮
合反応によりポリオルガノシルセスキオキサン微粒子を
得る工程である。この第2工程の反応は、アルカリの水
溶液または該アルカリの水溶液と有機溶媒との混合液中
で行なう。
1工程で用いられた有機酸の中和剤として、また第2工
程の重縮合反応の触媒として作用するものである。かか
るアルカリとしては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物;ア
ンモニア;およびモノメチルアミン、ジメチルアミンの
ような有機アミン類を例示することができる。これらの
なかでも、ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子の用
途を制限するような微量の不純物を残さないことからア
ンモニアおよび有機アミン類が好ましく、さらには毒性
が低く、除去が容易なことからアンモニアがとくに好ま
しい。
溶液として用いる。
媒として有効に作用する量であり、例えばアルカリとし
てアンモニアを用いた場合には水または水と有機溶媒と
の混合物100重量部に対して0.05重量部以上を用
いる。
を併用することが、微粒子を得るためには好ましい。
ル、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノー
ル、n−ブタノール、イソブタノール、エチレングリコ
ール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノ
エチルエーテル、アセトン、ジエチルエーテル、テトラ
ヒドロフラン、ジアセトンアルコールなどを例示するこ
とができる。
と有機溶媒との混合液(以下、「アルカリ溶液」とい
う)を反応容器に仕込んだのち、この反応容器内に第1
工程で得られたオルガノシラントリオールまたはその部
分縮合物(以下、「シラノール化合物」という)の水溶
液もしくはこのシラノール化合物の水溶液をさらに水ま
たは上記の有機溶媒で希釈した溶液(以下、「シラノー
ル溶液」という)を添加して前記アルカリ溶液と接触さ
せることにより行なう。
ール溶液の添加速度もとくに制限されず、例えば最適の
添加速度はシラノール化合物の種類と、アルカリ溶液中
の有機溶媒の有無、その種類により決定される。例え
ば、シラノール溶液をアルカリの水溶液に添加する場合
には5分以上かけることが好ましく、10〜240分か
けることがさらに好ましい。また、シラノール溶液を有
機溶媒を含むアルカリ溶液中に添加する場合には5分以
内で行なうことが好ましい。
ガノシルセスキオキサン微粒子を、水または水/有機溶
媒の混合液中にディスパージョンまたはゾルとして得る
ことができる。本発明のポリオルガノシルセスキオキサ
ン微粒子はこのようなディスパージョンまたはゾルの形
で用いることができるが、必要に応じてさらに乾燥、解
砕などの適当な処理を施して微粉体としたものを用いる
こともできる。
ルセスキオキサン微粒子は、その比表面積(BET法に
より測定)が100〜1,000m2/g程度のものであ
る。
あったポリオルガノシルセスキオキサン微粒子(ケイ素
原子に結合する炭化水素基がメチル基のみのものを除
く)を原料組成比どおりの組成で、収率および装置効率
よく得ることができる。
料、プラスチック、ゴム、紙などの充填剤や添加剤とし
て有用である。とくにプラスチックフィルムの滑り性向
上剤、透明プラスチック用充填剤および補強剤として好
適である。
基が結合したポリオルガノシルセスキオキサン微粒子の
提供が可能になったが、これらはその炭素官能性を生か
して、プラスチック成形品の表面改質処理などに用いる
ことができる。
く説明する。これらの例において部は重量部を表す。
080部を仕込み、酢酸0.2部を添加して均一な溶液
とした。これを30℃で撹拌しつつ、メチルトリメトキ
シシラン1,360部を添加したところ、加水分解反応
が進行し、10分間で温度は60℃に上昇し、透明な反
応液が得られた。ついで、撹拌を4時間継続したのち濾
過を行なってシラノール溶液を得た。
000部と28%アンモニア水溶液50部をとり、温度
を25℃に設定した。これを撹拌しながら第1工程で得
られたシラノール溶液488部を約10分間かけて滴下
した。滴下終了後、16時間撹拌を続けた。撹拌中にポ
リメチルシルセスキオキサン微粒子が析出して、反応液
は乳白色のディスパージョンに変わった。これを遠心分
離機にかけて微粒子を沈降させたのち取出し、200℃
の乾燥機で24時間乾燥させたところ、131部の白色
微粒子が得られた。これはメチルトリメトキシシランを
基準にした理論収量の98%に相当する。
粒子は球状を呈しており、粒子径は最大値が0.3μ
m、最小値は0.05μmであり、平均粒子径は0.1
μmであった。
して熱分解させたところ、残量は89.0%であった。
これはポリメチルシルセスキオキサンが酸化熱分解して
二酸化ケイ素になる理論量89.6%に近い値である。
また、この熱分解物をX線分析した結果、非晶質シリカ
であることが確認された。このことから得られた白色微
粒子がポリメチルシルセスキオキサンであることが確認
された。
酸および水を用いて、反応温度を30〜40℃に制御
し、反応時間を24時間にしたほかは参考例1と同様の
方法で第1工程を行ないシラノール溶液を得た。このシ
ラノール溶液を第1表に示す量用い、アンモニア水溶液
および水の量と滴下時間を第1表に示すようにしたほか
は参考例1と同様にして、ケイ素原子にメチル基と他の
炭化水素基とが結合したポリオルガノシルセスキオキサ
ン微粒子を得た。得られた微粒子の収率、形状、粒子
径、加熱残分は第1表のとおりである。
法によって行った。第1図はそのスペクトルである。
1,000〜1,160cm-1のSi−O−Si結合の吸
収、2,960cm-1のC−H結合の吸収、1,265cm
-1および775cm-1のメチル基の吸収のほか、3055
cm-1、1600cm-1、1429cm-1および700cm-1に
フェニル基に帰属する吸収が見られる。
素原子にメチル基と炭素官能性基が結合したポリオルガ
ノシルセスキオキサン微粒子を得た。各測定結果を第2
表に示す。
器にエタノール900部、水180部および28%アン
モニア水溶液9部をとり、温度を25℃に設定した。つ
いで、撹拌しながら参考例1の第1工程で得られたシラ
ノール溶液540部を約10秒間で添加し、系が均一に
なるようにさらに30秒間撹拌を続行した。その後、撹
拌を止め、静置状態で24時間放置したところ、系は半
透明なゲル状を呈していた。このゲル状物を取出し乾燥
して、ポリメチルシルセスキオキサン微粒子を得た。
したところ、最大値は0.04μmであり、最小値は
0.01μmであった。
法によって行った。第2図はそのスペクトルである。
1,000〜1,160cm-1のSi−O−Si結合の吸
収、2,960cm-1のC−H結合の吸収、1,265cm
-1および775cm-1のメチル基の吸収が見られる。
って撮影した像を第3図に示す。
得られたシラノール溶液を用い、第3表に示す配合量に
よったほかは実施例9と同様にして有機溶媒を併用する
方法でポリオルガノシルセスキオキサン微粒子を得た。
得られた微粒子の粒子径は第3表に示すとおりであっ
た。
用い(実施例14〜16)、またはメチルトリメトキシ
シランの代わりにメチルトリス(メトキシエトキシ)シ
ランを用いた(実施例17)ほかは参考例1と同様にし
てポリメチルシルセスキオキサン微粒子を得た。得られ
た微粒子の収率および形状、粒子径、加熱残分は第4表
のとおりであった。
ルトリメトキシシラン68部とフェニルトリメトキシシ
ラン99部の混合物を滴下したほかは実施例1の第2工
程と同様にしてポリオルガノシルセスキオキサン微粒子
の製造を行なった。この場合にアルコキシシラン混合物
を滴下したのち撹拌を続けると、約10分後に系は乳白
色を呈し、粒子が形成されていることが観察されたが、
一方、反応容器の底部に油状物が沈降した。この油状物
を分液して分析を行なったところ、ほとんどが未反応の
フェニルトリメトキシシランであることが確認された。
生成した白色の粒子は赤外分光分析の結果、ケイ素原子
に結合したフェニル基が僅かに存在するポリメチルフェ
ニルシルセスキオキサンであった。また、沈降したフェ
ニルトリメトキシシランはその後の加水分解反応と縮合
反応の進行によりゲル状の塊を形成した。
に、メチルトリメトキシシラン303部、ヘキシルトリ
メトキシシラン20.5部およびフェニルトリメトキシ
シラン40部の混合物を用いたほかは実施例4の第2工
程と同様にして重縮合反応を行った。この場合にアルコ
キシシラン混合物の全量を速やかに添加して、上層にア
ルコキシシラン層、下層にアンモニア水溶液層の2層状
態を保持するようにゆっくりと撹拌した。添加後、約1
0分余りで反応容器の底部にフェニルトリメトキシシラ
ンが沈降し、さらに反応容器の壁面に油状物が確認され
た。この油状物を取出して分析したところ、ヘキシルト
リメトキシシランとその部分加水分解物であることが確
認された。沈降したフェニルトリメトキシシランは時間
の経過とともに加水分解反応および縮合反応の進行によ
りゲル状の塊となり、反応容器の壁面の油状物は弾性の
あるゲル状物に変わった。
微粒子のIRスペクトルであり、第2図は実施例9のポ
リオルガノシルセスキオキサン微粒子のIRスペクトル
である。第3図は、実施例9のポリオルガノシルセスキ
オキサン微粒子の粒子構造を示す写真である。
Claims (2)
- 【請求項1】平均粒子径が0.01〜1μmであるポリ
オルガノシルセスキオキサン(ただし、ケイ素原子に結
合する炭化水素基は、炭素数2〜6のアルキル基、シク
ロアルキル基、アラルキル基、アリール基、アルケニル
基および置換アルキル基から選ばれた基、または上記の
基とメチル基との組合せである)微粒子。 - 【請求項2】ケイ素原子に結合する炭化水素基が炭素数
6以下のアルキル基、ビニル基、フェニル基、置換プロ
ピル基または置換シクロヘキシルエチル基である請求項
1記載のポリオルガノシルセスキオキサン微粒子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63042303A JPH0618879B2 (ja) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子 |
| GB8904201A GB2216535B (en) | 1988-02-26 | 1989-02-23 | "process for producing polyorganosilsesquioxane spherical particles" |
| DE3905785A DE3905785C2 (de) | 1988-02-26 | 1989-02-24 | Verfahren zur Herstellung feiner Polyorganosilsesquioxan-Teilchen |
| IT8947687A IT1230485B (it) | 1988-02-26 | 1989-02-24 | Particelle fini di poliorganosilsesquiossano e procedimento per produrre le stesse |
| FR8902442A FR2627773B1 (fr) | 1988-02-26 | 1989-02-24 | Particules fines de polyorganosilsesquioxane et procede de production de ces particules |
| KR1019890002525A KR930006260B1 (ko) | 1988-02-26 | 1989-02-27 | 폴리오르가노시르세스키옥산 미립자 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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