JP3322949B2 - 固体塩基触媒を用いた有機ケイ素高分子の製造方法 - Google Patents

固体塩基触媒を用いた有機ケイ素高分子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、分子内にCC三重結合
を有し、耐熱・耐燃焼性および導電性ポリマーとして有
用な分子主鎖の繰り返し部分にSi−C≡C結合を有す
る有機ケイ素高分子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ヒドロシランとジアセチレン化合
物との脱水素縮合により高分子を形成する方法として
は、塩化第一銅を触媒に、アミン化合物を助触媒とし
て、フェニルシラン(PhSiH3)とm−ジエチニル
ベンゼンとを反応させ分子量数千のポリマーを得た例が
僅かに知られているにすぎなかった(カナディアン ジ
ャーナル オブ ケミストリー、Vol.68、1100〜
1105ページ、1990年)。しかしこの方法では触
媒、特にアミン化合物の完全な分離除去が難しく、アミ
ン化合物が残在する場合にはこれが触媒となって吸湿水
分とSi−H結合が反応し、シロキサン結合が形成され
るなどの問題がある。また当該論文によれば、得られた
重合物は幅広い分子量分布を示しており、その理由につ
いて当該論文の著者らは、CC三重結合部分での好まし
からぬ副反応により枝分かれや架橋が生じているためで
あるとしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は反応温度が
120℃と高く、反応時間も40時間と長時間を要し
た。また前述したようにCC三重結合部分での枝分かれ
や架橋などの構造欠陥が存在し、高分子の耐熱・耐燃焼
性、溶媒溶解性および導電性に好ましからぬ影響を与え
ること等、従来技術には問題点が多かった。本発明者ら
は新規な触媒を用いることにより、より容易に目的のポ
リマーを製造する方法を提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、分子内に少な
くとも2個のSi−H結合を有する有機ケイ素化合物
と、分子内に少なくとも2個のH−C≡C結合を有する
化合物とを、塩基性金属酸化物の存在下で脱水素反応さ
せることを特徴とする分子主鎖の繰り返し部分にSi−
C≡C結合を有する有機ケイ素高分子化合物の製造方法
である。
【0005】本発明において、モノマーとして用いられ
る有機ケイ素化合物とは、分子内に少なくとも2個のS
i−H結合を有するものである。例えば、構造式R12
SiH2またはHR34SiR7SiR56H(式中、R
1、R2、R3、R4、R5、R6は夫々独立に水素または炭
素数が1から30個のアルキル基、アルケニル基、アル
キニル基、フェニル基やナフチル基などの芳香族基属、
7は炭素数が1から30個のアルキレン基、アルケニ
レン基、アルキニレン基、フェニレン基、ナフチレン基
であって、これらはハロゲン、水酸基、アミノ基、カル
ボキシル基などの置換基を含んでいてもよい。)で表さ
れるものが挙げられる。具体的には、SiH4、CH3
iH3、C25SiH3、cyclo-C59SiH3、cyclo-
611SiH3、n-C611SiH3、n-C1225SiH
3、CClH2SiH3、CCl2HSiH3、CCl3Si
3、CF3SiH3、CF3(CH22SiH3、CH3
CH2SiH3、CH3O(CH23SiH3、(C25
2N(CH23SiH3、CH2=CHSiH3、CH2
CHCH2SiH3、構造式(1)(化1)
【0006】
【化1】 、構造式(2)(化2)
【0007】
【化2】 、構造式(3)(化3)
【0008】
【化3】 、CH≡CSiH3、CH≡CCH2SiH3、PhC≡
CSiH3(Phはフェニル基を示す)、PhSiH3
PhCH2SiH3、Ph(CH22SiH3、Ph(C
23SiH3、構造式(4)(化4)
【0009】
【化4】 、構造式(5)(化5)
【0010】
【化5】 、構造式(6)(化6)
【0011】
【化6】 、(CH32SiH2、(C252SiH2、CH3(C
25)SiH2、Ph(CH3)SiH2、(cyclo-C5
9)SiH2、CH3(CH2=CH)SiH2、(CH2
CH)2SiH2、CH3(CH2=CH)SiH2、(C
2=CHCH2 2SiH2、CH3(CH2=CHC
2)SiH2、CH3(HC≡C)SiH2、(HC≡
C)2SiH2、Ph2SiH2、[Si(CH332
iH2、構造式(7)(化7)
【0012】
【化7】 、構造式(8)(化8)
【0013】
【化8】 、構造式(9)(化9)
【0014】
【化9】 、構造式(10)(化10)
【0015】
【化10】 、構造式(11)(化11)
【0016】
【化11】 などが挙げられる。
【0017】もう一方のモノマーとして用いられる化合
物とは、分子内に少なくとも2個のH−C≡C結合を有
するものである。例えば、構造式HC≡C−C≡CHま
たはHC≡CーR8ーC≡CH(式中、R8は炭素数が1
から30個のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニ
レン基、フェニレン基、ナフチレン基であって、これら
はハロゲン、水酸基、アミノ基、カルボキシル基などの
置換基を含んでいてもよい。ただし有機ケイ素化合物が
フェニルシランの場合には、R8はmーフェニレンでは
ない。)で表されるものが挙げられる。具体的には、H
C≡CH、HC≡C−C≡CH、HC≡C−CH2−C
≡CH、HC≡C−CH2CH2−C≡CH、HC≡C−
CH2CH2CH2ーC≡CH、HC≡C−CH=CH−
C≡CH、HC≡C−C≡C−C≡C−C≡CH、構造
式(12)(化12)
【0018】
【化12】 、構造式(13)(化13)
【0019】
【化13】 、構造式(14)(化14)
【0020】
【化14】 、構造式(15)(化15)
【0021】
【化15】 、構造式(16)(化16)
【0022】
【化16】 、構造式(17)(化17)
【0023】
【化17】 、構造式(18)(化18)
【0024】
【化18】 、構造式(19)(化19)
【0025】
【化19】 、構造式(20)(化20)
【0026】
【化20】 、構造式(21)(化21)
【0027】
【化21】 、構造式(22)(化22)
【0028】
【化22】 、構造式(23)(化23)
【0029】
【化23】 、構造式(24)(化24)
【0030】
【化24】 、構造式(25)(化25)
【0031】
【化25】 、構造式(26)(化26)
【0032】
【化26】 、構造式(27)(化27)
【0033】
【化27】 、構造式(28)(化28)
【0034】
【化28】 、構造式(29)(化29)
【0035】
【化29】 、構造式(30)(化30)
【0036】
【化30】 、構造式(31)(化31)
【0037】
【化31】 、構造式(32)(化32)
【0038】
【化32】 などである。
【0039】本発明において用いられる塩基性金属酸化
物は、単一の金属元素からなる塩基性酸化物とその塩基
性酸化物を含む複合酸化物とに大別できる。塩基性酸化
物の具体例としては、アルカリ金属酸化物(Li2O、
Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O)、アルカリ土類金
属酸化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、
RaO)、ランタノイド酸化物(La23、CeO2
Pr23、Nd23、Sm23、Eu23、Gd23
Tb23、Dy23、Ho23、Er23、Tm23
Yb23、Lu23)、酸化スカンジウム、酸化イット
リウム、酸化トリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウ
ム、酸化ハフニウム、酸化銅、酸化亜鉛、酸化カドミウ
ムなどがある。本発明に用いられる塩基性酸化物を含む
複合酸化物の具体例としては、シリカとの複合酸化物と
しては、Li2O−SiO2、Na2O−SiO2、K2
−SiO2、Rb2O−SiO2、Cs2O−SiO2、B
eO−SiO2、MgO−SiO2、CaO−SiO2
SrO−SiO2、BaO−SiO2、RaO−Si
2、La23−SiO2、Sc23−SiO2、Y23
−SiO2、Th2O−SiO2、ZnO−SiO2などが
あり、アルミナとの複合酸化物としては、Li2O−A
23、Na2O−Al23、K2O−Al23、Rb2
O−Al23、Cs2O−Al23、BeO−Al
23、MgO−Al23、CaO−Al23、SrO−
Al23、BaO−Al23、TiO2−Al23、R
aO−Al23、La23−Al23、Sc23−Al
23、Y23−Al23、Th2O−Al23、Zr2
−Al23、ZnO−Al23などがある。
【0040】またマグネシアとの複合酸化物としては、
Li2O−MgO、Na2O−MgO、K2O−MgO、
Rb2O−MgO、Cs2O−MgO、BeO−MgO、
CaO−MgO、SrO−MgO、BaO−MgO、R
aO−MgO、La23−MgO、、Sc23−Mg
O、Y23−MgO、Th2O−MgO、TiO2−Mg
O、Zr2O−MgO、ZnO−MgOなどがあり、シ
リカ−アルミナとの複合酸化物としては、Li2O−S
iO2−Al23、Na2O−SiO2−Al23、K2
−SiO2−Al23、Rb2O−SiO2−Al23
Cs2O−SiO2−Al23、BeO−SiO2−Al2
3、MgO−SiO2−Al23、CaO−SiO2
Al23、SrO−SiO2−Al23、BaO−Si
2−Al23、RaO−SiO2−Al23、La23
−SiO2−Al23、Sc23−SiO2−Al23
23−SiO2−Al23、Th2O−SiO2−Al2
3、Zr2O−SiO2−Al23、ZnO−SiO2
Al23などがあり、シリカ−マグネシアとの複合酸化
物としては、Li2O−SiO2−MgO、Na2O−S
iO2−MgO、K2O−SiO2−MgO、Rb2O−S
iO2−MgO、Cs2O−SiO2−MgO、BeO−
SiO2−MgO、CaO−SiO2−MgO、SrO−
SiO2−MgO、BaO−SiO2−MgO、RaO−
SiO2−MgO、La23−SiO2−MgO、Sc2
3−SiO2−MgO、Y23−SiO2−MgO、T
2O−SiO2−MgO、Zr2O−SiO2−MgO、
ZnO−SiO2−MgOなどがある。
【0041】またマグネシア−アルミナとの複合酸化物
としては、Li2O−MgO−Al23、Na2O−Mg
O−Al23、K2O−MgO−Al23、Rb2O−M
gO−Al23、Cs2O−MgO−Al23、BeO
−MgO−Al23、CaO−MgO−Al23、Sr
O−MgO−Al23、BaO−MgO−Al23、R
aO−MgO−Al23、La23−MgO−Al
23、Sc23−MgO−Al23、Y23−MgO−
Al23、Th2O−MgO−Al23、Zr2O−Mg
O−Al23、ZnO−MgO−Al23などがある。
【0042】通常これらの金属酸化物は、使用前に活性
化処理される。例えば100〜800℃の温度範囲で、
空気中、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス中ま
たは減圧下にて、好ましくは1〜5時間熱処理後使用さ
れる。また目的とする金属酸化物は、相当する金属の硝
酸塩、炭酸塩、蓚酸塩または水酸化物等を上述の条件で
熱分解することによっても製造される。本発明によって
製造される有機ケイ素高分子は、上述の塩基性金属酸化
物の存在下、有機ケイ素化合物モノマーと分子内に少な
くとも2個のH−C≡C結合を有する化合物モノマーと
の脱水素反応によって製造されるもので、一般的には化
学式(33)(化33)
【0043】
【化33】 または化学式(34)(化34)
【0044】
【化34】 によって表される。本発明により製造される分子主鎖の
繰り返し部分にSi−C≡C結合を有する有機ケイ素高
分子化合物の具体例としては、構造式(35)(化3
5)
【0045】
【化35】 、構造式(36)(化36)
【0046】
【化36】 、構造式(37)(化37)
【0047】
【化37】 、構造式(38)(化38)
【0048】
【化38】 、構造式(39)(化39)
【0049】
【化39】 、構造式(40)(化40)
【0050】
【化40】 、構造式(41)(化41)
【0051】
【化41】 等がある。
【0052】次に有機ケイ素高分子の具体的な製造方法
について説明する。しかしながら本発明は以下の方法に
限定されるものではない。反応様式は、モノマーの状態
によって液相、気相など種々の方法を採用できる。例え
ばモノマー、触媒、溶媒を反応容器に注入し、反応させ
る方法である。モノマーや触媒は一度に注入されるか、
または逐次一定速度で注入される。液相で反応を行う場
合には溶媒を用いることが望ましい。合成ポリマーを溶
解しうるものがよく、例えばベンゼン、トルエン、キシ
レン、ペンタン、ヘキサン、テトラヒドロフラン、ジエ
チルエーテル、ジグライム、クラウンエーテルなどを用
い得る。溶媒量は原料モノマー1gに対して1〜100
mlが適切である。溶媒は予め脱水乾燥したものを用い
るのが好ましい。また反応はガス状のモノマーを触媒層
に供給することによって気相でも行い得る。
【0053】反応は常圧、減圧、加圧下のいずれでもよ
く、また反応温度は、反応速度の大小に応じて適当に選
ぶことができるが、ー20℃〜300℃、好ましくは1
0〜150℃が適切である。反応時間は、反応様式によ
っても異なり、気相反応では1秒〜20分、液相反応で
は10分〜100時間の範囲である。原料モノマーの有
機ケイ素化合物に対する分子内に少なくとも2個のH−
C≡C結合を有する化合物の比率は、有機ケイ素化合物
1molに対して0.1〜10mol、好ましくは0.
5〜2mol、さらに好ましくは0.9〜1.1であ
る。モノマーはそれぞれ2種以上を同時に用いることも
可能である。
【0054】触媒の量は、原料モノマーである有機ケイ
素化合物1molに対して0.01〜1000gが好ま
しい。より好ましくは0.1〜300gである。触媒の
形状は特に限定するものではないが、扱い易い様に粒径
を揃えておくことが好ましい。反応終了後、ポリマーが
液状または溶媒に可溶な場合には、触媒は濾過等の簡単
な方法によって分離し、除去される。本発明の製造方法
の最大の特徴は、この触媒除去が簡単であること、およ
び均一な分子構造のポリマーが製造されることにある。
【0055】
【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。 実施例1 粒径が30−60メッシュのMg(OH)2 1.45g
を、内径8mm長さ20cmの石英ガラス製焼成管に充
填し、0.3mmHgの減圧下で400℃で2時間熱分
解して1.0gのMgOを得た。これを大気に触れない
ように窒素シール下で、50mlガラス製反応容器に移
した。続いて、反応容器に原料のフェニルシラン9.2
7mmolとp−ジエチニルベンゼン9.27mmol
および溶媒としてベンゼン10mlを仕込んだ。反応容
器を25℃で4時間攪拌しながら反応させ、続いて80
℃の油浴につけて2時間攪拌しながら反応させた。反応
中継続的に水素の気泡が発生した。反応終了後、反応容
器を油浴から外し、ガラスフィルターで反応液を濾過し
触媒を分離した。濾過した反応液を50mlなす型フラ
スコに移し溶媒、未反応モノマー等を減圧留去したとこ
ろ、重量平均分子量約1200(GPCによるポリスチ
レン換算分子量)のポリマーが1.3g得られた。収率
は58%であった。ポリマーの形状は橙色の透明な固体
であった。ポリマーの分子構造は、1H−NMR、13
−NMR、29Si−NMR、IR、元素分析により確定
した。結果を表1に示す。
【0056】実施例2〜11 実施例1において、触媒であるMgO、原料のフェニル
シランとp−ジエチニルベンゼン、および溶媒のベンゼ
ンのかわりにそれぞれ表1に示したものを用いて重合反
応を行った以外は、実施例1と同様に実験を行った。
結果を表1に示す。
【0057】
【表1】
【0058】
【発明の効果】本発明は、塩基性金属酸化物を触媒とす
るジヒドロシラン化合物とジエチニル化合物との脱水素
反応による新規なポリマーの製造方法を提供するもので
ある。穏やかな反応条件で製法が容易であること、得ら
れたポリマーの分子構造が均一であること、触媒が安価
で容易に製造されること、また触媒の分離、除去が容易
であること、が特徴である。
フロントページの続き (72)発明者 内海 哲良 東京都千代田区霞が関三丁目8番1号 三井東圧ファイン株式会社内 審査官 中島 庸子 (56)参考文献 特開 平5−345825(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 77/60

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分子内に少なくとも2個のSi−H結合
    を有する有機ケイ素化合物と、 分子内に少なくとも2個のH−C≡C結合を有する化合
    物とを、 塩基性金属酸化物の存在下で脱水素反応させることを特
    徴とする、 分子主鎖の繰り返し部分にSi−C≡C結合を有する有
    機ケイ素高分子化合物の製造方法であって、 前記『分子内に少なくとも2個のSi−H結合を有する
    有機ケイ素化合 物』が、 構造式 1 2 SiH 2 または HR 3 4 SiR 7 SiR 5 6 であることを特徴とする、 分子主鎖の繰り返し部分にSi−C≡C結合を有する有
    機ケイ素高分子化合物の製造方法(構造式中、R 1
    2 、R 3 、R 4 、R 5 、R 6 は夫々独立に水素または炭素
    数が、1から30個のアルキル基、アルケニル基、アル
    キニル基、フェニル基やナフチル基などの芳香族基、R
    7 は炭素数が1から30個のアルキレン基、アルケニレ
    ン基、アルキニレン基、フェニレン基、ナフチレン基で
    あって、これらはハロゲン、水酸基、アミノ基、カルボ
    キシル基などの置換基を含んでいてもよい。但し、分子
    内に少なくとも2個のH−C≡C結合を有する化合物
    が、m−ジエチニルベンゼンの場合には、R 1 、R 2 、は
    フェニル基ではない。)。
  2. 【請求項2】 『分子内に少なくとも2個のH−C≡C
    結合を有する化合物』が、 構造式 H−C≡C−C≡C−H または HC≡C−R8−C≡CHであることを特徴とする、 請求項1に記載した分子主鎖の繰り返し部分にSi−C
    ≡C結合を有する有機ケイ素高分子化合物の製造方法
    (式中、R 8 は炭素数が1から30個のアルキレン基、
    アルケニレン基、アルキニレン基、フェニレン基、ナフ
    チレン基であって、これらはハロゲン、水酸基、アミノ
    基、カルボキシル基などの置換基を含んでいてもよい。
    但し、分子内に少なくとも2個のSi−H結合を有する
    有機ケイ素化合物がフェニルシランの場合には、R 8
    m−フェニレンではない。)。
  3. 【請求項3】 『塩基性金属酸化物』が、 アルカリ土類金属酸化物である請求項1または2に記載
    した分子主鎖の繰り返し部分にSi−C≡C結合を有す
    る有機ケイ素高分子化合物の製造方法。
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