JP2002030149A - メルカプト基含有オルガノポリシロキサンの製造方法並びに該オルガノポリシロキサンを用いた離型剤、潤滑剤及び艶出し剤 - Google Patents
メルカプト基含有オルガノポリシロキサンの製造方法並びに該オルガノポリシロキサンを用いた離型剤、潤滑剤及び艶出し剤Info
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Abstract
サンと(B)R1OSiR2R3R4で示されるメルカプト
基含有シランとを酸性又は塩基性触媒存在下、反応させ
ることを特徴とする(3)及び/又は(4)で示される
単位を少なくとも1つ含むメルカプト基含有オルガノポ
リシロキサンの製造方法。 〔R1は硫黄原子を含まないC1-10の1価炭化水素、R2
はメルカプト基を少なくとも1つ含む1価有機基であ
り、R3はR1又は−OR1で表される有機基、R4は
R1,OH又はOR1を示す。pは5≦p≦2,000の
正数を表す。〕 【効果】 本発明のメルカプト基含有オルガノポリシロ
キサンの製造方法は、単純なプロセスにより短時間、安
価であり、低分子シロキサンの副生成も比較的少なく、
特殊な用途でなければ減圧留去等の操作も不要である。
Description
撥水剤、皮革処理剤、艶出し剤等に応用できるメルカプ
ト基含有オルガノポリシロキサンの製造方法、並びに該
オルガノポリシロキサンを主成分として用いた離型剤、
潤滑剤及び艶出し剤に関するものである。
各種プライマー、各種フィラー処理剤として、3−メル
カプトプロピルトリメトキシシランが広く応用されてい
る。このものは、吸着性、接着性が高く、表面処理用カ
ップリング剤や塗料用プライマー、成型物用プライマー
として汎用されているが、表面処理中に副生成するメタ
ノールは環境汚染や引火、爆発等の問題を有している。
また、ジメチルポリシロキサンに代表されるシリコーン
オイルは離型剤、撥水剤、潤滑剤等として広く応用され
ているが、これらの特性に耐久性を付与する目的でエポ
キシ基、アミノ基、メルカプト基等の有機基をポリシロ
キサン骨格に導入する方法が採られている。例えば、メ
ルカプト基を導入する方法としては、3−メルカプトプ
ロピルメチルジメトキシランを加水分解してメトキシ基
を含有しないオリゴマーあるいは末端のみがメトキシ基
で封鎖されたオリゴマーを予め製造し、これと環状ポリ
シロキサンとを硫酸等の強酸で平衡化、中和することに
よって、側鎖にメルカプトプロピル基を含有するオルガ
ノポリシロキサンが製造される。本法は工程が長く、重
合や中和等煩雑であるのみならず、未反応環状ポリシロ
キサンが10〜14%程度残存するので、低分子シロキ
サンが好ましくない用途では減圧による留去等の工程が
必要になる。更に、濃硫酸やトリフルオロメタンスルフ
ォン酸等の強酸を使用して平衡化反応した場合、中和が
不充分であると、微量の酸根が残存し、経時でクラッキ
ングして環状低分子シロキサンを副生することがあり、
折角低分子シロキサンを減圧留去しても、保存中で低分
子が副生して不具合が生じるという問題点もあった。
9−111188号公報では、3−メルカプトプロピル
トリメトキシシランと他のアルコキシシランとの共加水
分解部分縮合物を提案しているが、工程が煩雑で、保護
コーティング材や塗料用樹脂としての応用のみで、潤滑
剤や離型剤としては不適であった。
で、簡単かつ安価に、しかも低分子シロキサンの副生成
を可及的に防止してメルカプト基含有オルガノポリシロ
キサンを製造する方法並びにこのメルカプト基含有オル
ガノポリシロキサンを主成分とする離型剤、潤滑剤及び
艶出し剤を提供することを目的とする。
発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った
結果、α,ω−ジヒドロキシジオルガノシロキサンとメ
ルカプト基含有オルガノオキシシランとを脱アルコール
反応させることにより、メルカプト基含有有機基をシロ
キサン骨格にもったシロキサンが得られ、本化合物はポ
リシロキサン骨格とオルガノオキシ基の両方を兼ね備え
ているため、種々の基材に対して接着性があり、耐久性
にもすぐれていること、また、原料のα,ω−ジヒドロ
キシジオルガノシロキサンは安価であり、もう一方の原
料であるメルカプト基含有オルガノオキシシランもま
た、プライマーや各種コーティング剤として工業的に大
量製造されているために、得られるメルカプト基をシロ
キサン骨格にもったシロキサンも従来の合成法によるも
のと比較して安価であり、更に製造工程中でアルコール
を減圧留去するため最終製品にアルコールを含まず安全
性にも優れていることを見出し、本発明をなすに至っ
た。
で示されるα,ω−ジヒドロキシポリシロキサンと
(B)下記一般式(2)で示されるメルカプト基含有シ
ランとを酸性又は塩基性触媒存在下、反応させることを
特徴とする下記一般式(3)及び/又は下記一般式
(4)で示される単位を少なくとも1つ含むメルカプト
基含有オルガノポリシロキサンの製造方法を提供する。
また、本発明は、該オルガノポリシロキサンを主成分と
する離型剤、潤滑剤、及び艶出し剤を提供する。
炭素数1〜10の1価炭化水素、R2はメルカプト基を
少なくとも1つ含む1価有機基であり、R3はR1又は−
OR1で表される有機基、R4はR1,OH又はOR1を示
す。pは5≦p≦2,000の正数を表す。〕
本発明のメルカプト基含有オルガノポリシロキサンの製
造に用いる第1の原料〔(A)成分〕は、下記一般式
(1)で示されるものである。
は非置換の炭素数1〜10の1価炭化水素基であり、複
数のR1は互いに同一であっても異なっていてもよい。
具体的には、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、オクチル基、デシル基な
どのアルキル基;ビニル基、アリル基などのアルケニル
基;フェニル基、トリル基などのアリール基;シクロペ
ンチル基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基;
或いは、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部又
は全部をハロゲン原子で置換したクロロメチル基、トリ
フルオロプロピル基、クロロフェニル基等を挙げること
ができる。これらの中で、特にR1の90モル%以上が
メチル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基である
ことが好ましい。工業的には90モル%以上がメチル基
であることがより好ましい。
る。pが5より小さいとシラノールが不安定であるため
に、後述する(B)成分との縮合反応と平行に、自己縮
合反応が起こり、その結果サイクリックスが副成し易
い。また2,000を超えると、メルカプト基の含有量
が低下し、そのために接着性や耐久性が低下するので、
pは、5≦p≦2,000の正数である必要があり、好
ましくは10≦p≦500である。
が例示される。
一般式(2)で示されるメルカプト基含有オルガノオキ
シシランである。
1又はOR1である。なお、OR1基としては、メトキシ
基、エトキシ基、プロポキシ基等が例示されるが、
(A)成分の反応性からメトキシ基が最も好ましい。
有機基であり、特に下記式(5)
示されるものが好ましい。
キシシラン、トリオルガノオキシシランが好ましく、下
記のものを具体例として例示することができる。
ロキサンの製造方法は、上記(A)、(B)成分を酸性
もしくは塩基性触媒の存在下、脱アルコール反応させる
ものである。
(A)成分のシラノールの反応性、(B)成分のオルガ
ノオキシ基の反応性にもよるが、酸あるいは塩基性触媒
存在下、一般に50〜180℃の反応温度で、3〜20
時間おこなうことが好ましい。この反応により、容易に
メルカプト基含有ポリシロキサンを得ることができる。
なお、本反応を効率よく進行させるためには、系内から
副生成するアルコールを除去しながら反応させることが
好ましい。シラノール基とオルガノオキシ基の縮合触媒
としては塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸、メタンスルフォン
酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルフォン
酸、蓚酸等の有機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物、あるい
はそのシリコネート化合物、その他水酸化バリウム等の
アルカリ土類金属の水酸化物が例示され、特に水酸化カ
リウムあるいはカリウムシリコネートが好適である。こ
の触媒の添加量は、(A)、(B)成分の合計量に対し
て10〜5,000ppmの範囲であることが好まし
く、100〜2,000ppmがより好ましい。また、
脱アルコール反応終了後、所定の塩基或いは酸性化合物
で中和し、中和塩は濾別しておくのが好ましい。本発明
の反応に溶媒は特に必要ないが、(A)成分の粘度が高
い場合、もしくは生成物の粘度が高い場合は、トルエ
ン、キシレン等の溶媒を用いて反応を行っても差し支え
ない。
て、(A)/(B)が2より大きい場合は、メルカプト
基を含有しないポリシロキサンが多く残ってしまうおそ
れがあり、また、0.5より小さいと、(B)成分が残
留してしまうおそれがあるので、好ましくは0.5≦
(A)/(B)≦2.0である。
酸あるいは塩基性触媒と非反応性の他のアルコキシシラ
ンを併用することも可能で、フェニルアルコキシシラ
ン、フルオロアルキルアルコキシシラン、4級アンモニ
ウム塩基含有アルコキシシラン等が例示される。更に、
本発明において得られるメルカプト基含有ポリシロキサ
ンを、イソシアネート基含有有機化合物やエポキシ基含
有有機化合物等により変性したり架橋することも任意で
ある。後述する一般式(3)及び/又は(4)の末端基
がシラノールの場合、保存安定性を高めるために、メタ
ノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレ
ングリコール等の低級アルコールを微量加えることが出
来る。更に、トリメチルシラノール、トリメチルクロロ
シラン、N,O−(ビストリメチルシリル)アセトアミ
ド等のシリル化剤でシラノール基をシリル化して、末端
をトリメチルシリル基で封鎖し、粘度上昇を抑制した
り、加熱時の安定化をはかることも可能である。
は、下記一般式(3)で示される単位を少なくとも1つ
含むメルカプト基含有ポリシロキサン及び/又は下記一
般式(4)で示されるポリマー末端を少なくとも1つ含
むメルカプト基含有ポリシロキサンである。
はOR1を示す。)
1つ含むメルカプト基含有ポリシロキサン末端基は任意
であり、上記一般式(5)で示されるメルカプト基含有
のシリル基、ジアルキルヒドロキシシリル基、アルキル
ジアルコキシシリル基、ジアルキルアルコキシ基等が例
示されるが、安定性の点からジアルキルヒドロキシシリ
ル基、トリアルキルシリル基、アルキルジアルコキシシ
リル基が好ましい。
ロキサンとしては、下記のものを例示することができ
る。
ロキサンを主成分とする組成物は、耐久性のある潤滑
剤、離型剤、艶出し剤として応用でき、具体的にはカー
ワックス添加剤、繊維処理用柔軟剤、繊維用撥水剤、成
型金型用離型剤、艶出し用皮革処理剤、皮革用潤滑剤、
家具・床用艶出し剤、塩ビレザー用艶出し剤、ウレタン
レザー用艶出し剤、複写機用フューザーオイル、建築用
撥水剤、ガラス用撥水剤等に展開可能である。このオル
ガノポリシロキサンを用いた組成物は、無溶剤状態で取
り扱うことができ、また場合によってはトルエン、キシ
レン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、メチルエチルケト
ン、エチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチ
ル、ミネラルターベン、メタノール、エタノール、イソ
プロピルアルコールなどの有機溶剤に溶解させたもの或
いはノニオン系、アニオン系、カチオン系、両性界面活
性剤などを用いて乳化物として扱うことも可能である。
これらの乳化剤として特に限定はないが、例えば非イオ
ン性界面性剤としては、エトキシ化高級アルコール、エ
トキシ化アルキルフェノール、多価アルコール脂肪酸エ
ステル、エトキシ化多価アルコール脂肪酸エステル、エ
トキシ化脂肪酸、エトキシ化脂肪酸アミド、ソルビトー
ル、ソルビタン脂肪酸エステル、エトキシ化ソルビタン
脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等が挙げられ、
そのHLBは5〜20の範囲内にあることが好ましく、
特に10〜16の範囲内であることが好ましい。また、
アニオン性乳化剤の例としては、高級アルコール硫酸エ
ステル塩、アルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、
アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコールリン酸
エステル塩、エトキシ化高級アルコール硫酸エステル
塩、エトキシ化アルキルフェニルエーテル硫酸エステル
塩、エトキシ化高級アルコールリン酸塩等が挙げられ、
カチオン性乳化剤の例としては、アルキルトリメチルア
ンモニウムクロライド、アルキルアミン塩酸塩、ココナ
ットアミンアセテート、アルキルアミンアセテート、ア
ルキルベンゼンジメチルアンモニウムクロライド等が挙
げられる。両性界面活性剤としては例えば、N−アシル
アミドプロピル−N,N−ジメチルアンモニオベタイン
類、N−アシルアミドプロピル−N,N’−ジメチル−
N’−β−ヒドロキシプロピルアンモニオベタイン類等
が例示される。また、その使用量は、本発明のオルガノ
ポリシロキサン100重量部に対し、5〜50重量部が
好ましく、より好ましくは10〜30重量部である。ま
た乳化の際、水の使用量は固定濃度が10〜80重量%
となるようにすれば良く、好ましくは20〜60重量%
となるような量である。
ができ、本発明におけるオルガノポリシロキサンと界面
活性剤を混合し、これをホモミキサー、ホモジナイザ
ー、コロイドミル、ラインミキサー、万能混合機(商品
名)、ウルトラミキサー(商品名)、プラネタリーミキ
サー(商品名)、コンビミックス(商品名)、三本ロー
ルミキサーなどの乳化機で乳化すればよい。
成物を用いて各種機材を処理或いはコーティングするに
は、これらの組成物を所定の濃度に調節し、スプレー、
浸漬、フローコート、ロールコート等が利用される。よ
り耐久性を高める上で、各種基材に処理或いはコーティ
ング後、80〜180℃で1〜10分程度、加熱処理す
るのも有効である。
ポリシロキサンは、アクリル系樹脂変性用中間体、ウレ
タン樹脂改質用中間体としての応用も可能で、変性する
ことによりアクリル樹脂やウレタン樹脂に滑り性、離型
性、撥水性、光沢等を付与することが出来る。
シロキサンの製造方法は、単純なプロセスにより短時
間、安価であり、低分子シロキサンの副生成も比較的少
なく、特殊な用途でなければ減圧留去等の操作も不要で
ある。更に濃硫酸等の強酸を使用しないので、中和不十
分による微量残存する酸根の心配もない。本製造法で得
られたメルカプト基含有オルガノポリシロキサンは安
価、耐久性のある離型剤、潤滑剤、艶出し剤として有用
である。
に詳細に説明するが、本発明はこれらによってのみ限定
されるものではない。なお、実施例中の粘度はすべて2
5℃における値である。また、下記例で、構造解析は下
記方法により行った。 <29Si−NMRによる構造解析>サンプル1.5g、
トルエン1.35g、ベンゼン−d6 0.15g、緩
和試薬としてのトリス−(2,4−ペンタン ジオネー
ト)クロミウム0.04gを均一に溶解し、直径10m
mのサンプルチューブに満たし、Lambda300W
B(JEOL)を用い、600〜3000回積算するこ
とにより29Si−NMRのピークを観測した。 <1H−NMRによる構造解析>サンプル0.015
g、重クロロホルム1.5gを均一に溶解し、直径5m
mのサンプルチューブに満たし、Lambda300W
B(JEOL)を用い、32回積算することにより1H
−NMRのピークを観測した。
000mlガラスフラスコに(A)成分として平均構造
式(6)で示されるα,ω−ジヒドロキシポリジメチル
シロキサン745.1g(0.200mol)
キシシラン19.6g(0.100mol)、50%水
酸化カリウム水溶液0.32g(0.0029mol)
を仕込み、窒素通気下で80℃で2時間反応させた。反
応が進むに連れて、粘度上昇が観測された。その後酢酸
を0.32g(0.0053mol)添加し、室温で2
時間撹拌し、中和を行った。その結果、粘稠な無色透明
の油状物が得られた。これを生成物(A−1)とする。
この油状物について、29Si−NMRによる構造同定を
行った。その結果、原料である3−メルカプトプロピル
トリメトキシシランのピーク(−43.4ppm)は消
滅しており、すべてのシランが反応していた。ピークの
帰属は表1の通りであった。
RによるSi−CH3、Si−CH2−ピークの分析の結
果、得られた油状物は、以下の平均構造式(7)で示さ
れるものであることが判った。揮発分、回転粘度の測定
結果を表2に示す。
プロピルトリメトキシシランの代わりに3−メルカプト
プロピルメチルジメトキシシランを18.0g(0.1
00mol)、50%水酸化カリウム水溶液0.20g
(0.0018mol)、酢酸0.20g(0.003
3mol)、反応時間を90℃で5時間とした以外は実
施例1と同様の操作を行った。その結果、粘稠な無色透
明の油状物が得られた。これを生成物(A−2)とす
る。得られた生成物について、29Si−NMR及び1H
−NMRによる構造同定を行ったところ、以下の平均構
造式(8)で示されるものであることが判った。29Si
−NMRの分析の結果、原料の3−メルカプトプロピル
メチルジメトキシシランは全て反応していることが判明
した。揮発分、回転粘度の測定結果を表2に示す。
計を備えたフラスコに、オクタメチルシクロテトラシロ
キサン1112.2g(3.75mol)及び1,3,
5,7−テトラキス〔γ−メルカプトプロピル〕−1,
3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン7.
5g(0.0125mol)を仕込み、窒素通気下で1
20℃で2時間脱水を行った。3−メルカプトプロピル
メチルジメトキシシラン18.0g(0.100mo
l)を添加し、次いで平均構造式(9)で示される触媒
を0.54g(0.0010mol)添加し、150℃
で6時間反応させることにより重合を行った。
ルヒドリンを1.61g(0.020mol)添加し、
90℃で2時間反応させることにより中和を行った。反
応終了後、粘稠な無色透明の油状物が得られた。得られ
た生成物を(A−3)とする。得られた生成物につい
て、29Si−NMR、及び1H−NMRによる構造同定
を行ったところ、以下の平均構造式(10)で示される
ものであることが判った。揮発分、回転粘度の測定結果
を表2に示す。
−3を、5mmHgの減圧下で120℃で4時間ストリ
ップすることにより、低分子の少ない粘稠な無色透明の
油状物(A−4)が得られた。得られたオイルについて
揮発分、回転粘度の測定結果を表2に示す。
ロテトラシロキサン1483g、1,3,5,7−テト
ラキス〔γ−メルカプトプロピル〕−1,3,5,7−
テトラメチルシクロテトラシロキサン22.56g
(0.20mol)、3−メルカプトプロピルメチルジ
メトキシシラン9.02gとした以外は合成例3と同様
の操作を行なった。生成物を(A−5)とする。得られ
た生成物について、29Si−NMR、及び1H−NMR
による構造同定を行ったところ、以下の平均構造式(1
1)で示されるものであることが判った。揮発分、回転
粘度の測定結果を表2に示す。
−5を、5mmHgの減圧下で120℃で4時間ストリ
ップすることにより、低分子の少ない粘稠な無色透明の
油状物(A−6)が得られた。得られたオイルについて
揮発分、回転粘度の測定結果を表2に示す。
で合成したメルカプト含有ポリシロキサン(A−1)
2.0gを20cm四方の綿布にしみ込ませ、5mm厚
のなめし牛皮革に塗布した。塗布後、新しい綿布により
一定条件で磨き、感触や光沢を観察した。更に新しい綿
布で20分間一定条件で磨き、その後の感触、光沢の変
化を観察した。これを実施例3とする。結果を表3に示
す。
−2)、(A−3)、(A−4)、(A−5)、(A−
6)に関して、同様の操作を行い、初期と、20分間磨
いた特性を評価した。
Claims (5)
- 【請求項1】 (A)下記一般式(1)で示されるα,
ω−ジヒドロキシポリシロキサンと(B)下記一般式
(2)で示されるメルカプト基含有シランとを酸性又は
塩基性触媒存在下、反応させることを特徴とする下記一
般式(3)及び/又は下記一般式(4)で示される単位
を少なくとも1つ含むメルカプト基含有オルガノポリシ
ロキサンの製造方法。 【化1】 〔ここで、R1は硫黄原子を含まない置換又は非置換の
炭素数1〜10の1価炭化水素、R2はメルカプト基を
少なくとも1つ含む1価有機基であり、R3はR1又は−
OR1で表される有機基、R4はR1,OH又はOR1を示
す。pは5≦p≦2,000の正数を表す。〕 - 【請求項2】 (A)成分と(B)成分のモル比が、
0.5≦(A)のモル数/(B)のモル数≦2.0であ
る請求項1記載のメルカプト基含有オルガノポリシロキ
サンの製造方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2の製造方法で得られる一
般式(3)及び/又は(4)で示される単位を少なくと
も1つ含むメルカプト基含有オルガノポリシロキサンを
主成分とする離型剤。 - 【請求項4】 請求項1又は2の製造方法で得られる一
般式(3)及び/又は(4)で示される単位を少なくと
も1つ含むメルカプト基含有オルガノポリシロキサンを
主成分とする潤滑剤。 - 【請求項5】 請求項1又は2の製造方法で得られる一
般式(3)及び/又は(4)で示される単位を少なくと
も1つ含むメルカプト基含有オルガノポリシロキサンを
主成分とする艶出剤。
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